JP3523111B2 - レーザトリガアーク溶接方法及び装置 - Google Patents
レーザトリガアーク溶接方法及び装置Info
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- JP3523111B2 JP3523111B2 JP12244199A JP12244199A JP3523111B2 JP 3523111 B2 JP3523111 B2 JP 3523111B2 JP 12244199 A JP12244199 A JP 12244199A JP 12244199 A JP12244199 A JP 12244199A JP 3523111 B2 JP3523111 B2 JP 3523111B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アーク溶接方法及
び装置に関する。
び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】TIG溶接(非消耗式電極を用い不活性
ガスシールドによる溶接)の従来のスタート方法として
は、TIG電極を母材(被溶接材料)に接触させ、アー
クをスタートする方法(以下接触式とする)と、TIG
電極と母材との間に高周波パルスをかけることで、TI
G電極と母材との間の絶縁破壊を起こし、TIG溶接の
アークをスタートさせる方法(以下高周波式とする)が
一般的である。
ガスシールドによる溶接)の従来のスタート方法として
は、TIG電極を母材(被溶接材料)に接触させ、アー
クをスタートする方法(以下接触式とする)と、TIG
電極と母材との間に高周波パルスをかけることで、TI
G電極と母材との間の絶縁破壊を起こし、TIG溶接の
アークをスタートさせる方法(以下高周波式とする)が
一般的である。
【0003】また、レーザを用いたアークスタート方法
として、特開昭62−263869号公報に記載された
ものがある。
として、特開昭62−263869号公報に記載された
ものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
技術における接触式の場合、被溶接材料である母材とT
IG電極とが物理的に接触するため、溶融金属がTIG
電極に付着したり、TIG電極の先端が丸くなったりし
て、その後のTIG溶接アークのスタートの安定性及び
溶接性が低下するという問題がある。
技術における接触式の場合、被溶接材料である母材とT
IG電極とが物理的に接触するため、溶融金属がTIG
電極に付着したり、TIG電極の先端が丸くなったりし
て、その後のTIG溶接アークのスタートの安定性及び
溶接性が低下するという問題がある。
【0005】また、上記従来の技術で述べた非接触式で
ある高周波式の場合、その周波数はは数十kHzとなる
場合があり、外部機器に電磁障害を起こす等の問題が発
生する。
ある高周波式の場合、その周波数はは数十kHzとなる
場合があり、外部機器に電磁障害を起こす等の問題が発
生する。
【0006】この対策として、外部との間に電磁シール
ドを施す等があるが、溶接用ロボットとの組み合わせに
より溶接施工をする場合は完全な電磁シールドを施すこ
とが困難となる場合もある。
ドを施す等があるが、溶接用ロボットとの組み合わせに
より溶接施工をする場合は完全な電磁シールドを施すこ
とが困難となる場合もある。
【0007】また、上記従来の技術である特開昭62−
263869号公報記載の技術の場合は、レーザ照射に
より母材から発生する熱電子のみの効果で溶接用アーク
をスタートさせるが、この公報記載の例では、TIG電
源での条件は記載されておらず、本願発明者の検証によ
れば、レーザの照射のみでは安定した溶接用アークをス
タートさせることはできない。
263869号公報記載の技術の場合は、レーザ照射に
より母材から発生する熱電子のみの効果で溶接用アーク
をスタートさせるが、この公報記載の例では、TIG電
源での条件は記載されておらず、本願発明者の検証によ
れば、レーザの照射のみでは安定した溶接用アークをス
タートさせることはできない。
【0008】本発明の目的は、TIG電極の消耗が少な
い非接触式スタート方法でありながら、高周波を使用し
ないため、電磁波による障害の発生が抑制され、確実に
アークをスタート可能なレーザトリガアーク溶接方法及
び装置を実現することである。
い非接触式スタート方法でありながら、高周波を使用し
ないため、電磁波による障害の発生が抑制され、確実に
アークをスタート可能なレーザトリガアーク溶接方法及
び装置を実現することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する手段
は、次のような方法による。 (1)レーザトリガアーク溶接方法において、TIGア
ーク溶接を行う際のアーク放電開始時に、TIG電極と
被溶接物との間に、低周波の交流またはTIG電極がプ
ラスの電圧を印加し、TIG電極付近の上記被溶接物に
レーザ光を照射し、TIG電極と上記被溶接物との間に
アーク放電を開始する。
は、次のような方法による。 (1)レーザトリガアーク溶接方法において、TIGア
ーク溶接を行う際のアーク放電開始時に、TIG電極と
被溶接物との間に、低周波の交流またはTIG電極がプ
ラスの電圧を印加し、TIG電極付近の上記被溶接物に
レーザ光を照射し、TIG電極と上記被溶接物との間に
アーク放電を開始する。
【0010】(2)レーザトリガアーク溶接方法におい
て、TIGアーク溶接を行う際のアーク放電開始時に、
TIG電極と被溶接物との間に、低周波の交流またはT
IG電極がマイナスの電圧を印加し、TIG電極にレー
ザ光を照射し、TIG電極と上記被溶接物との間にアー
ク放電を開始する。
て、TIGアーク溶接を行う際のアーク放電開始時に、
TIG電極と被溶接物との間に、低周波の交流またはT
IG電極がマイナスの電圧を印加し、TIG電極にレー
ザ光を照射し、TIG電極と上記被溶接物との間にアー
ク放電を開始する。
【0011】上記目的を達成するため、本発明は次のよ
うに構成される。TIGアーク電極が配置されるTIG
アークトーチを有するとともに上記TIGアーク電極に
電力を供給するTIGアーク溶接電源を有するTIG溶
接手段と、レーザ光を発生するレーザ発振器と、このレ
ーザ発振器から発生したレーザ光を所望の箇所に集光す
る光学系とを備えるレーザトリガアーク溶接装置におい
て、上記TIG溶接手段は、上記TIG電極と被溶接物
との間に交流もしくは直流もしくはパルス電圧を印加す
る電圧印加手段と、TIG電極と上記被溶接物との間に
流れる電流を検出する検出手段と、この検出手段からの
検出信号より、上記電圧印加手段の動作開始及び停止と
上記電圧印加条件の切り替え、レーザ光の照射及び照射
停止を制御する制御手段とを備える。
うに構成される。TIGアーク電極が配置されるTIG
アークトーチを有するとともに上記TIGアーク電極に
電力を供給するTIGアーク溶接電源を有するTIG溶
接手段と、レーザ光を発生するレーザ発振器と、このレ
ーザ発振器から発生したレーザ光を所望の箇所に集光す
る光学系とを備えるレーザトリガアーク溶接装置におい
て、上記TIG溶接手段は、上記TIG電極と被溶接物
との間に交流もしくは直流もしくはパルス電圧を印加す
る電圧印加手段と、TIG電極と上記被溶接物との間に
流れる電流を検出する検出手段と、この検出手段からの
検出信号より、上記電圧印加手段の動作開始及び停止と
上記電圧印加条件の切り替え、レーザ光の照射及び照射
停止を制御する制御手段とを備える。
【0012】本発明の作用について説明すれば、レーザ
光の照射によりレーザが照射された部分からイオン化し
た金属蒸気と熱電子等からなるプルームが発生する。こ
のプルームの発生により、TIG電極と被加工物との間
のインピーダンスは、ほぼ絶縁状態の空中に比較して、
インピーダンスが低下する。
光の照射によりレーザが照射された部分からイオン化し
た金属蒸気と熱電子等からなるプルームが発生する。こ
のプルームの発生により、TIG電極と被加工物との間
のインピーダンスは、ほぼ絶縁状態の空中に比較して、
インピーダンスが低下する。
【0013】さらに、被溶接物にレーザ光を照射した場
合においては、被溶接物とTIG電極との間に低周波の
交流もしくは被溶接物がマイナスの直流電圧を印加する
ことで、被溶接物のレーザ照射部分は加熱され熱電子が
放出されやすい状態になるため、TIG電極が被加工物
に対してプラスの電位差を持つとき、加熱部分から熱電
子がさらに放出されてTIGアークの誘発を起こす。
合においては、被溶接物とTIG電極との間に低周波の
交流もしくは被溶接物がマイナスの直流電圧を印加する
ことで、被溶接物のレーザ照射部分は加熱され熱電子が
放出されやすい状態になるため、TIG電極が被加工物
に対してプラスの電位差を持つとき、加熱部分から熱電
子がさらに放出されてTIGアークの誘発を起こす。
【0014】また、TIGアーク溶接を行う際のアーク
スタート時に、TIG電極と被溶接物との間にTIG電
極がマイナスの直流電圧を印加する場合(交流でもよ
い)は、TIG電極にレーザ光を照射する事で同様のT
IGアークをスタートする事が可能である。
スタート時に、TIG電極と被溶接物との間にTIG電
極がマイナスの直流電圧を印加する場合(交流でもよ
い)は、TIG電極にレーザ光を照射する事で同様のT
IGアークをスタートする事が可能である。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係
るアーク溶接装置の全体構成を示す図である。なお、こ
の一実施形態においては、アークスタート時のTIGア
ーク電圧は、交流である場合の例について説明する。
面を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係
るアーク溶接装置の全体構成を示す図である。なお、こ
の一実施形態においては、アークスタート時のTIGア
ーク電圧は、交流である場合の例について説明する。
【0016】図1において、2は金属材料よりなる被溶
接物(母材)を示している。この被溶接物2の上方に
は、TIG溶接電源8のタングステン電極3が位置して
おり、タングステン電極3の外周にはトーチノズル1が
配置されている。
接物(母材)を示している。この被溶接物2の上方に
は、TIG溶接電源8のタングステン電極3が位置して
おり、タングステン電極3の外周にはトーチノズル1が
配置されている。
【0017】このトーチノズル1からは溶接部をシール
ドするアルゴンガスが放出されるようになっている。ま
た、TIG電源8からは、母材電極5が接続された母材
2とタングステン電極3との間に発生させる電圧が供給
されており、この電圧供給はコントローラ11により制
御される。
ドするアルゴンガスが放出されるようになっている。ま
た、TIG電源8からは、母材電極5が接続された母材
2とタングステン電極3との間に発生させる電圧が供給
されており、この電圧供給はコントローラ11により制
御される。
【0018】一方、レーザ発振用電源10に接続された
YAGレーザ発振器9から放出されたレーザ光7は、光
ファイバー12により伝送され、レンズ6により集光さ
れてタングステン電極3近傍の被溶接物2に照射され
る。
YAGレーザ発振器9から放出されたレーザ光7は、光
ファイバー12により伝送され、レンズ6により集光さ
れてタングステン電極3近傍の被溶接物2に照射され
る。
【0019】そして、レーザ光7の被溶接物2への照射
によりTIG電極3と被溶接物2との間に、後述するよ
うに、プルーム4が発生する。なお、本発明の一実施形
態においては、レーザ発振器として、YAGレーザ発振
器を用いたが、YAGレーザのみならず、C02レーザ
や半導体レーザ等の光をタングステン電極3近傍の被溶
接物2に照射するように構成してもよい。
によりTIG電極3と被溶接物2との間に、後述するよ
うに、プルーム4が発生する。なお、本発明の一実施形
態においては、レーザ発振器として、YAGレーザ発振
器を用いたが、YAGレーザのみならず、C02レーザ
や半導体レーザ等の光をタングステン電極3近傍の被溶
接物2に照射するように構成してもよい。
【0020】図2は、本発明の一実施形態におけるTI
G溶接アークの誘発までのタイムチャートである。な
お、この一実施形態では、アーク発生後、TIG電極3
には母材2に対してマイナスの電位を発生させ、直流で
のアーク溶接を行う場合について説明する。
G溶接アークの誘発までのタイムチャートである。な
お、この一実施形態では、アーク発生後、TIG電極3
には母材2に対してマイナスの電位を発生させ、直流で
のアーク溶接を行う場合について説明する。
【0021】図2の(a)はコントローラ11からの開
始信号の波形を示し、図2の(b)はTIG電極3の電
圧波形を示す。また、図2の(c)は母材2へ照射され
るレーザ照射信号の波形を示し、図2の(d)はTIG
電極3から母材2に流れる電流検出信号の波形を示す。
始信号の波形を示し、図2の(b)はTIG電極3の電
圧波形を示す。また、図2の(c)は母材2へ照射され
るレーザ照射信号の波形を示し、図2の(d)はTIG
電極3から母材2に流れる電流検出信号の波形を示す。
【0022】また、図3は、本発明の一実施形態におけ
るTIG溶接アークの誘発についての動作フローチャー
トである。
るTIG溶接アークの誘発についての動作フローチャー
トである。
【0023】図3のステップ100において、コントロ
ーラ11からスタート信号が、TIG溶接電源8、レー
ザ発振器9、レーザ発振用電源10に供給され、タング
ステン電極3と母材2との間にTIGスタート用交流電
圧Vsが印加される。
ーラ11からスタート信号が、TIG溶接電源8、レー
ザ発振器9、レーザ発振用電源10に供給され、タング
ステン電極3と母材2との間にTIGスタート用交流電
圧Vsが印加される。
【0024】そして、ステップ101において、上記電
圧Vsの印加とほぼ同期して、レーザ照射信号が発生さ
れ、レーザ光7のワーク(母材2)への照射が開始され
る。
圧Vsの印加とほぼ同期して、レーザ照射信号が発生さ
れ、レーザ光7のワーク(母材2)への照射が開始され
る。
【0025】つまり、図2の(a)におけるTIGアー
クのスタート信号に対し、TIG電極3と母材2間に交
流の電位を図2の(b)のように発生させる。この場
合、交流の電位は、0.1Hz〜1kHz程度の周波数
であり、周囲に電磁障害を与えない周波数である。ま
た、交流電位の振幅幅は、例えば、2〜4V程度であ
る。コントローラ11からのスタート信号により、図2
の(c)のように、レーザ7をTIG電極3近傍の母材
2に照射するレーザ7の照射命令信号が発生される。
クのスタート信号に対し、TIG電極3と母材2間に交
流の電位を図2の(b)のように発生させる。この場
合、交流の電位は、0.1Hz〜1kHz程度の周波数
であり、周囲に電磁障害を与えない周波数である。ま
た、交流電位の振幅幅は、例えば、2〜4V程度であ
る。コントローラ11からのスタート信号により、図2
の(c)のように、レーザ7をTIG電極3近傍の母材
2に照射するレーザ7の照射命令信号が発生される。
【0026】これにより、レーザ照射部からイオン化し
た金属蒸気と熱電子等からなるプルーム4が発生する。
このプルーム4の発生により、TIG電極3と母材2と
の間のインピーダンスは、ほぼ絶縁状態の空中に対し
て、インピーダンスが低下する。そして、母材2のレー
ザ照射部は加熱され熱電子が放出されやすい状態になる
ため、TIG電極3が母材2に対しプラスの電位差を持
つとき、上記加熱部分ら熱電子がさらに放出されTIG
溶接アークの誘発を起こす。
た金属蒸気と熱電子等からなるプルーム4が発生する。
このプルーム4の発生により、TIG電極3と母材2と
の間のインピーダンスは、ほぼ絶縁状態の空中に対し
て、インピーダンスが低下する。そして、母材2のレー
ザ照射部は加熱され熱電子が放出されやすい状態になる
ため、TIG電極3が母材2に対しプラスの電位差を持
つとき、上記加熱部分ら熱電子がさらに放出されTIG
溶接アークの誘発を起こす。
【0027】このため、図3のステップ102に示すよ
うに、アーク電流を検出したか否か、つまり、タングス
テン電極3と母剤2との間に流れる検出電流Iaが所定
の電流値Ioより大であるか否かを判断する。そして、
検出電流Iaが所定の電流値Ioより大となると、つま
り、図2の(d)に示すように、検出電流Iaが立ち上
がると、ステップ103に進む。
うに、アーク電流を検出したか否か、つまり、タングス
テン電極3と母剤2との間に流れる検出電流Iaが所定
の電流値Ioより大であるか否かを判断する。そして、
検出電流Iaが所定の電流値Ioより大となると、つま
り、図2の(d)に示すように、検出電流Iaが立ち上
がると、ステップ103に進む。
【0028】ステップ103において、図2の(d)の
検出電流の立ち上がりに従って、アーク電圧設定値を交
流から直流値Vtに変更する(図2の(b))。次に、
ステップ104において、レーザ光7の母材2への照射
が停止される(図2の(c))。そして、ステップ10
5において、母材2が配置されたテーブル(図示せず)
が溶接予定線に従って移動される。
検出電流の立ち上がりに従って、アーク電圧設定値を交
流から直流値Vtに変更する(図2の(b))。次に、
ステップ104において、レーザ光7の母材2への照射
が停止される(図2の(c))。そして、ステップ10
5において、母材2が配置されたテーブル(図示せず)
が溶接予定線に従って移動される。
【0029】なお、大電流のアーク電流が流れるまでは
プルーム4により微量の電流が流れるが、上述したよう
に、電流検出信号の立ち上がり検出レベルを微量電流に
は影響されない程度の大きさに設定しておくことで、誤
検出を防止することができる。
プルーム4により微量の電流が流れるが、上述したよう
に、電流検出信号の立ち上がり検出レベルを微量電流に
は影響されない程度の大きさに設定しておくことで、誤
検出を防止することができる。
【0030】以上のように、本発明の一実施形態によれ
ば、TIGアーク溶接を行う際のアークスタート時に、
TIG電極3と母材2との間に、周囲に電磁障害を発生
させない低周波の交流の電圧を印加するとともに、TI
G電極3付近の母材2にレーザ光7を照射することでT
IGアークを誘発するように構成した。したがって、T
IG電極3の消耗が少ない非接触式スタート方法であり
ながら、電磁障害の発生が抑制され、確実にアークをス
タート可能なレーザトリガアーク溶接方法及び装置を実
現することができる。
ば、TIGアーク溶接を行う際のアークスタート時に、
TIG電極3と母材2との間に、周囲に電磁障害を発生
させない低周波の交流の電圧を印加するとともに、TI
G電極3付近の母材2にレーザ光7を照射することでT
IGアークを誘発するように構成した。したがって、T
IG電極3の消耗が少ない非接触式スタート方法であり
ながら、電磁障害の発生が抑制され、確実にアークをス
タート可能なレーザトリガアーク溶接方法及び装置を実
現することができる。
【0031】なお、上述した例においては、アークの発
生前においては、レーザ光7を母材2に照射し、TIG
電極3に、母材2に対して交流の電圧を印加するように
構成したが、TIG電極3に、母材2に対してプラスの
直流電圧又はパルス電圧を印加するように構成すること
も可能である。
生前においては、レーザ光7を母材2に照射し、TIG
電極3に、母材2に対して交流の電圧を印加するように
構成したが、TIG電極3に、母材2に対してプラスの
直流電圧又はパルス電圧を印加するように構成すること
も可能である。
【0032】また、アークの発生前において、レーザを
TIG電極3に照射し、TIG電極3と母材2との間に
交流を印加するように構成することも可能である。さら
に、アークの発生前において、レーザをTIG電極3に
照射し、TIG電極3に、母材2に対してマイナスの電
圧を印加するように構成することも可能である。
TIG電極3に照射し、TIG電極3と母材2との間に
交流を印加するように構成することも可能である。さら
に、アークの発生前において、レーザをTIG電極3に
照射し、TIG電極3に、母材2に対してマイナスの電
圧を印加するように構成することも可能である。
【0033】上記TIG溶接のアークスタートが行われ
る条件について表として整理したものを図4に示す。
る条件について表として整理したものを図4に示す。
【0034】また、上述した本発明の実施形態において
は、大電流検出(アーク放電開始検出)後、レーザ7照
射を終了しているが、大電流検出後にもレーザ7の照射
を続けてもよい。このようにすれば、アークの発生条件
が良好に維持されるため、溶接品質の向上の可能性があ
る。
は、大電流検出(アーク放電開始検出)後、レーザ7照
射を終了しているが、大電流検出後にもレーザ7の照射
を続けてもよい。このようにすれば、アークの発生条件
が良好に維持されるため、溶接品質の向上の可能性があ
る。
【0035】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、TIG
アーク溶接を行う際のアークスタート時に、TIG電極
と母材(被溶接物)との間に、周囲に電磁波による障害
の発生を少なくし、低周波の交流の電圧又は直流電圧を
印加するとともに、TIG電極又は母材にレーザ光を照
射することでTIGアークを誘発するように構成した。
したがって、TIG電極の消耗が少ない非接触式スター
ト方法でありながら、電磁障害の発生が抑制され、確実
にアークをスタート可能なレーザトリガアーク溶接方法
及び装置を実現することができる。
アーク溶接を行う際のアークスタート時に、TIG電極
と母材(被溶接物)との間に、周囲に電磁波による障害
の発生を少なくし、低周波の交流の電圧又は直流電圧を
印加するとともに、TIG電極又は母材にレーザ光を照
射することでTIGアークを誘発するように構成した。
したがって、TIG電極の消耗が少ない非接触式スター
ト方法でありながら、電磁障害の発生が抑制され、確実
にアークをスタート可能なレーザトリガアーク溶接方法
及び装置を実現することができる。
【図1】本発明の一実施形態に係るアーク溶接装置の全
体構成を示す図である。
体構成を示す図である。
【図2】本発明の一実施形態におけるTIG溶接アーク
の誘発までのタイムチャートである。
の誘発までのタイムチャートである。
【図3】本発明の一実施形態におけるTIG溶接アーク
の誘発についての動作フローチャートである。
の誘発についての動作フローチャートである。
【図4】TIG溶接のアークスタートが行われる条件に
ついて整理した表である。
ついて整理した表である。
1 溶接用トーチ
2 母材(非溶接材料)
3 タングステン電極
4 プルーム
5 母材電極
6 レンズ
7 レーザ光
8 TIG溶接電源
9 レーザ発振器
10 レーザ発振用電源
11 コントローラ
12 光ファイバー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 山本 光
茨城県土浦市神立町650番地 日立建機
株式会社 土浦工場内
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
B23K 9/067
B23K 9/16
B23K 9/167
Claims (3)
- 【請求項1】TIGアーク溶接を行う際のアーク放電開
始時に、TIG電極と被溶接物との間に、低周波の交流
またはTIG電極がプラスの電圧を印加し、 TIG電極付近の上記被溶接物にレーザ光を照射し、 TIG電極と上記被溶接物との間にアーク放電を開始す
ることを特徴とするレーザトリガアーク溶接方法。 - 【請求項2】TIGアーク溶接を行う際のアーク放電開
始時に、TIG電極と被溶接物との間に、低周波の交流
またはTIG電極がマイナスの電圧を印加し、 TIG電極にレーザ光を照射し、 TIG電極と上記被溶接物との間にアーク放電を開始す
ることを特徴とするレーザトリガアーク溶接方法。 - 【請求項3】TIGアーク電極が配置されるTIGアー
クトーチを有するとともに上記TIGアーク電極に電力
を供給するTIGアーク溶接電源を有するTIG溶接手
段と、レーザ光を発生するレーザ発振器と、このレーザ
発振器から発生したレーザ光を所望の箇所に集光する光
学系とを備えるレーザトリガアーク溶接装置において、 上記TIG溶接手段は、上記TIG電極と被溶接物との
間に交流もしくは直流もしくはパルス電圧を印加する電
圧印加手段と、 TIG電極と上記被溶接物との間に流れる電流を検出す
る検出手段と、 この検出手段からの検出信号により、上記電圧印加手段
の動作開始及び停止と上記電圧印加条件の切り替え、レ
ーザ光の照射及び照射停止を制御する制御手段と、 を備えることを特徴とするレーザトリガアーク溶接装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12244199A JP3523111B2 (ja) | 1999-04-28 | 1999-04-28 | レーザトリガアーク溶接方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12244199A JP3523111B2 (ja) | 1999-04-28 | 1999-04-28 | レーザトリガアーク溶接方法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000312971A JP2000312971A (ja) | 2000-11-14 |
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