JP2861425B2 - 内燃機関の排気フィルタ - Google Patents
内燃機関の排気フィルタInfo
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- JP2861425B2 JP2861425B2 JP3024374A JP2437491A JP2861425B2 JP 2861425 B2 JP2861425 B2 JP 2861425B2 JP 3024374 A JP3024374 A JP 3024374A JP 2437491 A JP2437491 A JP 2437491A JP 2861425 B2 JP2861425 B2 JP 2861425B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関、特にディ
ーゼル機関で問題となるカーボン等の排気微粒子を捕集
除去するための排気フィルタに関する。
ーゼル機関で問題となるカーボン等の排気微粒子を捕集
除去するための排気フィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】ディーゼル機関で問題となるカーボン等
の排気微粒子を、排気系に介装した排気フィルタにて捕
集除去することは従来から考えられており、種々の形式
の排気フィルタが既に提案されている。
の排気微粒子を、排気系に介装した排気フィルタにて捕
集除去することは従来から考えられており、種々の形式
の排気フィルタが既に提案されている。
【0003】この排気フィルタの代表的なものは、いわ
ゆる目封じ型フィルタに代表される濾過捕集形式のもの
である。上記目封じ型フィルタは、例えば特開昭56−
124417号公報に示されているように、セラミック
ス製のブロックに排気流方向に沿った多数の微細な流路
を形成し、かつ各流路の端部を交互にセラミックスにて
閉塞した構成であって、流路間のセラミックスの隔壁を
排気が通過することにより、排気微粒子を濾過捕集する
ようにしたものである。
ゆる目封じ型フィルタに代表される濾過捕集形式のもの
である。上記目封じ型フィルタは、例えば特開昭56−
124417号公報に示されているように、セラミック
ス製のブロックに排気流方向に沿った多数の微細な流路
を形成し、かつ各流路の端部を交互にセラミックスにて
閉塞した構成であって、流路間のセラミックスの隔壁を
排気が通過することにより、排気微粒子を濾過捕集する
ようにしたものである。
【0004】この濾過捕集形式のものでは、非常に高い
捕集効率が得られる反面、排気微粒子を過剰捕集し易
く、微粒子捕集量がフィルタの焼損限界を越え易い。つ
まり、バーナー等を用いた強制再生や排気熱による再生
の時期が多少でも遅れたような場合に、多量の排気微粒
子が急激に燃焼し、フィルタの焼損を招く可能性があ
る。しかも焼却除去が不可能なAsh成分(オイル添加
剤の酸化物等)までも捕集してしまい、いずれは目詰ま
り状態に至る可能性がある。
捕集効率が得られる反面、排気微粒子を過剰捕集し易
く、微粒子捕集量がフィルタの焼損限界を越え易い。つ
まり、バーナー等を用いた強制再生や排気熱による再生
の時期が多少でも遅れたような場合に、多量の排気微粒
子が急激に燃焼し、フィルタの焼損を招く可能性があ
る。しかも焼却除去が不可能なAsh成分(オイル添加
剤の酸化物等)までも捕集してしまい、いずれは目詰ま
り状態に至る可能性がある。
【0005】そこで、この濾過捕集形式のものに代え
て、付着捕集形式の排気フィルタが提案されている。そ
の一例としては、特開昭62−45309号公報に見ら
れるようなセラミックスの三次元多孔体いわゆるセラミ
ックスフォームをフィルタエレメントとしたものや、実
開昭51−23615号公報に見られるように、触媒を
担持した薄い耐熱性繊維板を多数積層してフィルタエレ
メントとしたものなどが知られている。この付着捕集形
式のものでは、フィルタエレメント内に生じる複雑な流
路を排気ガスが通流する際に、その流路表面に排気微粒
子が付着して捕集されるのである。
て、付着捕集形式の排気フィルタが提案されている。そ
の一例としては、特開昭62−45309号公報に見ら
れるようなセラミックスの三次元多孔体いわゆるセラミ
ックスフォームをフィルタエレメントとしたものや、実
開昭51−23615号公報に見られるように、触媒を
担持した薄い耐熱性繊維板を多数積層してフィルタエレ
メントとしたものなどが知られている。この付着捕集形
式のものでは、フィルタエレメント内に生じる複雑な流
路を排気ガスが通流する際に、その流路表面に排気微粒
子が付着して捕集されるのである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記特開昭62−45
309号公報や実開昭51−23615号公報では、付
着捕集形式のフィルタエレメントを円筒状に形成し、そ
の内周側から外周側へ排気を通流させるようにした構成
のものが示されているが、このように円筒状フィルタエ
レメントの半径方向に排気が流れる場合には、フィルタ
エレメント内部で径の増大に伴って排気流速が低下す
る。つまり、内周側に比して外周側での排気流速は徐々
に低くなる。
309号公報や実開昭51−23615号公報では、付
着捕集形式のフィルタエレメントを円筒状に形成し、そ
の内周側から外周側へ排気を通流させるようにした構成
のものが示されているが、このように円筒状フィルタエ
レメントの半径方向に排気が流れる場合には、フィルタ
エレメント内部で径の増大に伴って排気流速が低下す
る。つまり、内周側に比して外周側での排気流速は徐々
に低くなる。
【0007】ところで、付着捕集形式のフィルタエレメ
ントにおいては、図6に示すように排気流速に略反比例
して捕集効率が低下する傾向があり、流速が低い程捕集
効率は高くなる。
ントにおいては、図6に示すように排気流速に略反比例
して捕集効率が低下する傾向があり、流速が低い程捕集
効率は高くなる。
【0008】従って、上記のように、円筒状フィルタエ
レメントの内周側から外周側へ排気を通流させると、排
気流速の低い外周部に排気微粒子が多く捕集され易い。
そのため、機関を急加速したような場合に、多量の排気
微粒子が外部に容易にブローオフし、黒煙となって排出
されるという欠点がある。また、フィルタエレメント内
部での排気微粒子の分布が不均一となることから、フィ
ルタエレメント全体として捕集しうる容量が少なくな
り、不必要にフィルタエレメントを大型化せざるを得な
いという不具合もある。
レメントの内周側から外周側へ排気を通流させると、排
気流速の低い外周部に排気微粒子が多く捕集され易い。
そのため、機関を急加速したような場合に、多量の排気
微粒子が外部に容易にブローオフし、黒煙となって排出
されるという欠点がある。また、フィルタエレメント内
部での排気微粒子の分布が不均一となることから、フィ
ルタエレメント全体として捕集しうる容量が少なくな
り、不必要にフィルタエレメントを大型化せざるを得な
いという不具合もある。
【0009】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項1の発明
は、網目状のフィルタ部材を円筒状に複数層積層してフ
ィルタエレメントを構成し、このフィルタエレメント
を、その内周側から外周側に向かって排気が通流するよ
うにケーシング内に収容するとともに、上記網目状フィ
ルタ部材の各層における単位面積当たりの開口面積が内
周側に比して外周側が小となるように形成された内燃機
関の排気フィルタにおいて、板状の母材に交互に多数の
スリットを形成するとともに、該スリットと直交する方
向に引き伸ばして形成した網目状板により上記網目状の
フィルタ部材を構成し、かつ各層における引き伸ばし量
が一定となるように、各層の母材長さを設定したことを
特徴としている。
は、網目状のフィルタ部材を円筒状に複数層積層してフ
ィルタエレメントを構成し、このフィルタエレメント
を、その内周側から外周側に向かって排気が通流するよ
うにケーシング内に収容するとともに、上記網目状フィ
ルタ部材の各層における単位面積当たりの開口面積が内
周側に比して外周側が小となるように形成された内燃機
関の排気フィルタにおいて、板状の母材に交互に多数の
スリットを形成するとともに、該スリットと直交する方
向に引き伸ばして形成した網目状板により上記網目状の
フィルタ部材を構成し、かつ各層における引き伸ばし量
が一定となるように、各層の母材長さを設定したことを
特徴としている。
【0010】
【0011】
【作用】上記構成では、網目状板の単位面積当たりの開
口面積がフィルタエレメントの内周側よりも外周側で小
さくなっているため、排気がフィルタエレメントの内周
側から外周側へ通流する際に、その流速低下が小さくな
る。つまり、内周部での流速と外周部での流速が、それ
ほど変わらないものとなり、流速差に基づく捕集効率の
不均一ひいては捕集量の不均一が抑制される。
口面積がフィルタエレメントの内周側よりも外周側で小
さくなっているため、排気がフィルタエレメントの内周
側から外周側へ通流する際に、その流速低下が小さくな
る。つまり、内周部での流速と外周部での流速が、それ
ほど変わらないものとなり、流速差に基づく捕集効率の
不均一ひいては捕集量の不均一が抑制される。
【0012】特に、多数のスリットを有する母材を引き
伸ばして網目状板が構成され、その引き伸ばし量が開口
面積に略相当するので、各層における引き伸ばし量が一
定となるようにすれば、各層の半径に無関係に各層の総
開口面積が略一定となり、排気流速を各部で略均一なも
のとなる。
伸ばして網目状板が構成され、その引き伸ばし量が開口
面積に略相当するので、各層における引き伸ばし量が一
定となるようにすれば、各層の半径に無関係に各層の総
開口面積が略一定となり、排気流速を各部で略均一なも
のとなる。
【0013】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【0014】図1は、この発明に係る排気フィルタの全
体的構成を示す一部切欠の斜視図であり、円筒状をなす
ケーシング1の一端に円錐形をなす入口部1aが設けら
れ、かつ排気入口管2が接続されている。また他端に円
錐形をなす出口部1bが設けられ、フランジ3aを有す
る排気出口管3が接続されている。そして、ケーシング
1内部に、第1隔壁4および第2隔壁5が固定されてお
り、両者間に円筒状をなすフィルタエレメント6が挟持
されているとともに、該フィルタエレメント6外周面と
ケーシング1内周面との間には、排気流路となる適宜な
空間7が確保されている。入口部1a側に位置する第1
隔壁4は、中心部が開口した円環状をなし、円筒状フィ
ルタエレメント6の端面および上記空間7の一端を閉塞
している。出口部1b側に位置する第2隔壁5は、フィ
ルタエレメント6の他方の端面全体を中心部を含めて閉
塞しており、かつ上記空間7と出口部1bとの連通を確
保するように周囲が切り欠かれている。
体的構成を示す一部切欠の斜視図であり、円筒状をなす
ケーシング1の一端に円錐形をなす入口部1aが設けら
れ、かつ排気入口管2が接続されている。また他端に円
錐形をなす出口部1bが設けられ、フランジ3aを有す
る排気出口管3が接続されている。そして、ケーシング
1内部に、第1隔壁4および第2隔壁5が固定されてお
り、両者間に円筒状をなすフィルタエレメント6が挟持
されているとともに、該フィルタエレメント6外周面と
ケーシング1内周面との間には、排気流路となる適宜な
空間7が確保されている。入口部1a側に位置する第1
隔壁4は、中心部が開口した円環状をなし、円筒状フィ
ルタエレメント6の端面および上記空間7の一端を閉塞
している。出口部1b側に位置する第2隔壁5は、フィ
ルタエレメント6の他方の端面全体を中心部を含めて閉
塞しており、かつ上記空間7と出口部1bとの連通を確
保するように周囲が切り欠かれている。
【0015】従って、排気の概略的な流れとしては、矢
印で示すように、排気入口管2からフィルタエレメント
6の中心部に流入し、かつフィルタエレメント6を内周
側から外周側へ半径方向に流れた後に、空間7を経て排
気出口管3へと流れ出るようになっている。
印で示すように、排気入口管2からフィルタエレメント
6の中心部に流入し、かつフィルタエレメント6を内周
側から外周側へ半径方向に流れた後に、空間7を経て排
気出口管3へと流れ出るようになっている。
【0016】上記フィルタエレメント6は、図2に示す
ように、触媒を担持した薄い網目状金属板8を主体とす
るもので、比較的剛性の高い網目状の金属製内筒9が上
記第1,第2隔壁4,5に予め固定されており、この金
属製内筒9を中心として、網目状金属板8が複数層円筒
状に積層されている。詳しくは、各層の円周に相当する
長さの帯状に1枚づつ形成した網目状金属板8を、一層
づつ順次積層し、例えばスポット溶接等により固定して
ある。
ように、触媒を担持した薄い網目状金属板8を主体とす
るもので、比較的剛性の高い網目状の金属製内筒9が上
記第1,第2隔壁4,5に予め固定されており、この金
属製内筒9を中心として、網目状金属板8が複数層円筒
状に積層されている。詳しくは、各層の円周に相当する
長さの帯状に1枚づつ形成した網目状金属板8を、一層
づつ順次積層し、例えばスポット溶接等により固定して
ある。
【0017】上記網目状金属板8は、図3に示すよう
に、薄い金属板からなる母材8Aに多数のスリット10
を交互に形成し、これをスリット10と直交する矢印A
−A方向へ引き伸ばして、図4に詳示するような菱形の
格子状としたものであり、個々にあるいは円筒状に組み
立てた状態において触媒を含むセラミックスのコーティ
ングがなされ、触媒を担持した状態となっている。そし
て、各層の網目状金属板8を積層する際には、図4に示
すように、互いに隣接する網目状金属板8同士で、格子
の交点11が合致しないように、僅かづつ例えば格子間
距離Sの1/2づつずらして重ねてある。
に、薄い金属板からなる母材8Aに多数のスリット10
を交互に形成し、これをスリット10と直交する矢印A
−A方向へ引き伸ばして、図4に詳示するような菱形の
格子状としたものであり、個々にあるいは円筒状に組み
立てた状態において触媒を含むセラミックスのコーティ
ングがなされ、触媒を担持した状態となっている。そし
て、各層の網目状金属板8を積層する際には、図4に示
すように、互いに隣接する網目状金属板8同士で、格子
の交点11が合致しないように、僅かづつ例えば格子間
距離Sの1/2づつずらして重ねてある。
【0018】また、円筒状フィルタエレメント6の内周
側に位置する網目状金属板8と外周側に位置する網目状
金属板8とでは、格子の菱形形状が異なっており、内周
側に位置する網目状金属板8の方が大きく格子が開いた
形となっている。つまり、各層における単位面積当たり
の開口面積としては、内周側で比較的大きく、かつ外周
側で比較的小さい。但し、各層における円周全体での総
開口面積は、各層で同一である。
側に位置する網目状金属板8と外周側に位置する網目状
金属板8とでは、格子の菱形形状が異なっており、内周
側に位置する網目状金属板8の方が大きく格子が開いた
形となっている。つまり、各層における単位面積当たり
の開口面積としては、内周側で比較的大きく、かつ外周
側で比較的小さい。但し、各層における円周全体での総
開口面積は、各層で同一である。
【0019】具体的には、積層した各層の層番号をn、
その層nの巻き半径をrnとすれば、層nで必要な網目
状金属板8の巻き長さは、2πrnとなるが、上述した
ように母材8Aを引き伸ばして長さ2πrnの網目状金
属板8を形成したとすると、そのときの引き伸ばし量E
が、層nにおける総開口面積に略相当する。そして、こ
の各層nの総開口面積となる引き伸ばし量Eが、各層で
同一に与えられている。つまり、図5に示すように、層
nの母材長さLnが、予め(2πrn−E)の長さにそれ
ぞれ設定されており、これを一定量Eだけ引き伸ばすこ
とで層nの帯状をなす網目状金属板8が構成されてい
る。
その層nの巻き半径をrnとすれば、層nで必要な網目
状金属板8の巻き長さは、2πrnとなるが、上述した
ように母材8Aを引き伸ばして長さ2πrnの網目状金
属板8を形成したとすると、そのときの引き伸ばし量E
が、層nにおける総開口面積に略相当する。そして、こ
の各層nの総開口面積となる引き伸ばし量Eが、各層で
同一に与えられている。つまり、図5に示すように、層
nの母材長さLnが、予め(2πrn−E)の長さにそれ
ぞれ設定されており、これを一定量Eだけ引き伸ばすこ
とで層nの帯状をなす網目状金属板8が構成されてい
る。
【0020】このように、上記実施例の構成では、円筒
状フィルタエレメント6の内周側の層でも外周側の層で
も、排気の流路面積は略一定に保たれる。すなわち、排
気が円筒状フィルタエレメント6の内周側から外周側へ
通流する際に、径の増大に伴う排気流速の低下が殆ど生
じることがなく、フィルタエレメント6の各部で略一定
の流速を確保できる。そのため、流速による捕集効率の
不均一、具体的には、流速が低下しやすい外周側への排
気微粒子の偏在を防止でき、フィルタエレメント6の各
部で均一な付着捕集を行わせることができる。
状フィルタエレメント6の内周側の層でも外周側の層で
も、排気の流路面積は略一定に保たれる。すなわち、排
気が円筒状フィルタエレメント6の内周側から外周側へ
通流する際に、径の増大に伴う排気流速の低下が殆ど生
じることがなく、フィルタエレメント6の各部で略一定
の流速を確保できる。そのため、流速による捕集効率の
不均一、具体的には、流速が低下しやすい外周側への排
気微粒子の偏在を防止でき、フィルタエレメント6の各
部で均一な付着捕集を行わせることができる。
【0021】従って、フィルタエレメント6における排
気微粒子の分布が均一となり、機関を急加速したような
場合の外部へのブローオフが生じにくい。しかも、フィ
ルタエレメント6全体を付着捕集に一層有効に利用でき
るようになるため、必要な容量に比してフィルタエレメ
ント6の小型化が可能であり、機関始動後の昇温特性や
圧力損失の点で有利となる。尚、フィルタエレメント6
全体が金属製であるため、熱容量は非常に小さく、この
点でも昇温特性に優れたものとなる。
気微粒子の分布が均一となり、機関を急加速したような
場合の外部へのブローオフが生じにくい。しかも、フィ
ルタエレメント6全体を付着捕集に一層有効に利用でき
るようになるため、必要な容量に比してフィルタエレメ
ント6の小型化が可能であり、機関始動後の昇温特性や
圧力損失の点で有利となる。尚、フィルタエレメント6
全体が金属製であるため、熱容量は非常に小さく、この
点でも昇温特性に優れたものとなる。
【0022】また、上記構成では、各層の格子の交点1
1が重なり合わないように積層してあり、かつ各層の格
子形状も僅かづつ違っているので、排気が流れる微小流
路は非常に複雑なものとなる。そのため、排気との実質
的な接触面積が増え、一層確実な付着捕集が行える。そ
して、同様に触媒との接触効率も良好となり、触媒作用
による再生能力や排気浄化作用が向上する。尚、網目状
金属板8表面にセラミックスコーティングを施すことに
よって捕集効率は一層向上する。
1が重なり合わないように積層してあり、かつ各層の格
子形状も僅かづつ違っているので、排気が流れる微小流
路は非常に複雑なものとなる。そのため、排気との実質
的な接触面積が増え、一層確実な付着捕集が行える。そ
して、同様に触媒との接触効率も良好となり、触媒作用
による再生能力や排気浄化作用が向上する。尚、網目状
金属板8表面にセラミックスコーティングを施すことに
よって捕集効率は一層向上する。
【0023】また、上記構成では、捕集そのものは付着
捕集の形で行われるため、濾過捕集のような過剰捕集が
防止され、またAsh成分による目詰まりも生じにく
い。
捕集の形で行われるため、濾過捕集のような過剰捕集が
防止され、またAsh成分による目詰まりも生じにく
い。
【0024】以上、この発明の一実施例を説明したが、
この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々
の変更が可能である。例えば、上記実施例では、網目状
金属板8に触媒を担持させているが、この触媒担持は必
須ではない。また、金属板を用いる代わりにセラミック
ス材料またはセラミックス・ヤーン(セラミックス繊維
を編み糸状にたばねたもの)からなる部材を用いて網目
状のフィルタ部材を構成してもよい。
この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々
の変更が可能である。例えば、上記実施例では、網目状
金属板8に触媒を担持させているが、この触媒担持は必
須ではない。また、金属板を用いる代わりにセラミック
ス材料またはセラミックス・ヤーン(セラミックス繊維
を編み糸状にたばねたもの)からなる部材を用いて網目
状のフィルタ部材を構成してもよい。
【0025】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の排気フィルタにおいては、円筒状フィ
ルタエレメントの各部で比較的均一な付着捕集を行わせ
ることができ、従来のようにフィルタエレメント外周部
に排気微粒子が偏在することがない。そのため、急加速
時等における外部への急激なブローオフが防止される。
またフィルタエレメント全体に排気微粒子を広く分布さ
せることができるため、フィルタ全体としての捕集効率
が向上し、かつ必要な容量に比してフィルタエレメント
の小型化が図れる。その結果、昇温特性の向上ならびに
圧力損失の低減が可能となる。
に係る内燃機関の排気フィルタにおいては、円筒状フィ
ルタエレメントの各部で比較的均一な付着捕集を行わせ
ることができ、従来のようにフィルタエレメント外周部
に排気微粒子が偏在することがない。そのため、急加速
時等における外部への急激なブローオフが防止される。
またフィルタエレメント全体に排気微粒子を広く分布さ
せることができるため、フィルタ全体としての捕集効率
が向上し、かつ必要な容量に比してフィルタエレメント
の小型化が図れる。その結果、昇温特性の向上ならびに
圧力損失の低減が可能となる。
【0026】特に、各層の半径に無関係に各層の総開口
面積が略一定となり、排気流速を各部で略均一に保てる
ため、上記の効果が一層顕著となり、かつ、その製造も
容易となる。
面積が略一定となり、排気流速を各部で略均一に保てる
ため、上記の効果が一層顕著となり、かつ、その製造も
容易となる。
【図1】この発明に係る排気フィルタの一実施例を示す
一部切欠の斜視図。
一部切欠の斜視図。
【図2】この実施例のフィルタエレメントを示す斜視
図。
図。
【図3】網目状金属板の形成方法を示す説明図。
【図4】網目状金属板を2枚積層した状態で示す要部拡
大図。
大図。
【図5】網目状金属板およびその母材の寸法を示す説明
図。
図。
【図6】付着捕集形式のフィルタにおける捕集効率と排
気流速の関係を示す特性図。
気流速の関係を示す特性図。
1…ハウジング 2…排気入口管 3…排気出口管 6…フィルタエレメント 8…網目状金属板
Claims (1)
- 【請求項1】 網目状のフィルタ部材を円筒状に複数層
積層してフィルタエレメントを構成し、このフィルタエ
レメントを、その内周側から外周側に向かって排気が通
流するようにケーシング内に収容するとともに、上記網
目状フィルタ部材の各層における単位面積当たりの開口
面積が内周側に比して外周側が小となるように形成され
た内燃機関の排気フィルタにおいて、板状の母材に交互
に多数のスリットを形成するとともに、該スリットと直
交する方向に引き伸ばして形成した網目状板により上記
網目状のフィルタ部材を構成し、かつ各層における引き
伸ばし量が一定となるように、各層の母材長さを設定し
たことを特徴とする内燃機関の排気フィルタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3024374A JP2861425B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 内燃機関の排気フィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3024374A JP2861425B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 内燃機関の排気フィルタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04265409A JPH04265409A (ja) | 1992-09-21 |
JP2861425B2 true JP2861425B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=12136420
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3024374A Expired - Lifetime JP2861425B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 内燃機関の排気フィルタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2861425B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20060127863A (ko) * | 2003-11-25 | 2006-12-13 | 바브콕-히다찌 가부시끼가이샤 | 디젤 엔진 배기 가스용 필터 및 장치 |
-
1991
- 1991-02-19 JP JP3024374A patent/JP2861425B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH04265409A (ja) | 1992-09-21 |
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