JP3753227B2 - 水溶性バインダー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接着及び成形作業において好適に使用される水溶性バインダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水溶性のバインダーは、セラミック粉体から構造物を成形する際の糊材、あるいは段ボール等の積層紙の接着材として利用されることが多い。これは、水溶性であるために、水溶液状態で発揮された粘着力により仮に接着された状態から、接着強度を上げ安定化した接着力を得るための加熱乾燥工程において、水分のみを蒸発させるだけですみ、有機溶剤に溶かし込まれた接着材を使用した時のように乾燥時に溶剤を回収して環境への悪影響を低減させる手間が省けることによるものである。
【０００３】
この水溶性のバインダーとしては、澱粉やポリアクリル酸水溶液、ポリエチレンオキサイド、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルアルキルセルロース等が使われている。とりわけ、その水溶液が加熱された時にゲル状となり、接着された形状を保つ能力に優れたアルキルセルロース及びヒドロキシアルキルアルキルセルロースは、その他の水溶性バインダーのように、水溶液を加熱することで、みかけの粘性が下がってしまい、乾燥中に接着したものの形状がずれたり、変化したりすることがなく、そのゲルにより固定された状態で乾燥されるため、接着によって成形された形状を良好に維持する。このため、たとえば、セラミツクの成形等では、乾燥中の保形性に優れたバインダーに好適として使われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱によりゲルが形成されると、保形性は優れるもののゲル中の水分がゲルに捕捉されてしまい、水が蒸発しにくくなり乾燥速度が遅くなるという欠点を有していた。そのため、乾燥中の保形性が良好でかつ乾燥速度が早い水溶性バインダーが望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記要望に応えたもので、乾燥性に優れ、接着、成形作業に有効に使用される水溶性バインダーを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、２０℃に保たれた特定置換度のアルキルセルロース及び／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースの２．５重量％の水溶液の３０ｇを３０ｍｌのビーカーに入れ、家庭用の電子レンジ（６００Ｗ）のレンジ弱（１８０Ｗ相当）において３分間の加熱によりゲルを形成させた後、形成したゲルをシャーレに移し、さらに電子レンジで４分間加熱した時点でゲルより分離した水と水蒸気をあわせた重量を測定し、形成されたゲルに対してゲルよりしみ出した水と水蒸気を合わせた重量％を離水率として測定した時、この離水率が３０％以上であるアルキルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースが、乾燥中の保形性に優れ、かつ乾燥速度の早いバインダーとなることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
従って、本発明は、離水率が３０重量％以上の水溶性アルキルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースから選ばれる水溶性セルロースエーテルからなる水溶性バインダーであって、前記アルキルセルロースがメトキシル基が１０〜４０重量％のメチルセルロース又はエトキシル基が５〜３０重量％のエチルセルロースであり、前記ヒドロキシプロピルメチルセルロースがメトキシル置換度が２８〜３０重量％で、ヒドロキシプロピル置換度が７〜１２重量％のヒドロキシプロピルメチルセルロースであることを特徴とする水溶性バインダーを提供する。
【０００８】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の水溶性バインダーは、水溶性のアルキルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースから選ばれる水溶性セルロースエーテルの１種又は２種以上からなるものであるが、この場合この水溶性セルロースエーテルは、離水率が３０重量％以上であることが必要である。
【０００９】
ここで、離水率は、上述したように、２０℃に保たれたアルキルセルロース及び／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースの２．５重量％の水溶液の３０ｇを３０ｍｌのビーカーに入れ、家庭用の電子レンジ（６００Ｗ）のレンジ弱（１８０Ｗ相当）において３分間の加熱によりゲルを形成させた後、形成したゲルをシャーレに移し、さらに電子レンジで４分間加熱した時点でゲルより分離した水と水蒸気をあわせた重量を測定し、形成されたゲルに対してゲルよりしみ出した水と水蒸気を合わせた重量％を離水率として測定した値であり、この離水率が３０重量％以上であることが必要である。この離水率が低いと水がゲル中に捕捉され、加熱乾燥速度が低くなってしまう。なお、離水率は好ましくは３０〜５０重量％、特に４０〜５０重量％である。
【００１０】
本発明のアルキルセルロースとしては、水溶性と加熱による熱ゲル特性をセルロースに付与すべく、メトキシル基１０〜４０重量％とした水溶性のメチルセルロース（ＭＣ）、エトキシル基５〜３０重量％としたエチルセルロースが好適に用いられる。また、ヒドロキシプロピルメチルセルロースとしては、メトキシル置換度が２８〜３０重量％で、ヒドロキシプロピル置換度が７〜１２重量％であるヒドロキシプロピルメチルセルロースが、離水率が高く、好適である。
上記置換度はＪ．Ｇ．Ｇｏｂｌｅｒ，Ｅ．Ｐ．Ｓａｍｓｅｌ，ａｎｄ Ｇ．Ｈ．Ｂｅａｂｅｒ，Ｔａｌａｎｔａ，９，４７４（１９６２）に記載されているＺｅｉｓｅｌ−ＧＣによる手法に準じて測定できる。
【００１１】
なお、水溶性のセルロースエーテルとしては、このほかにヒドロキシエチルセルロースやヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロースのごときセルロースエーテルも知られているが、これらのセルロースエーテルは加熱により強固なゲルを形成しないため、本発明の目的を達することができない。
【００１２】
本発明に使用するセルロースエーテルは、バインダーとして使用される上で溶液に適性な粘性をもたせることが必要である。溶液の粘性はバインダーの濃度を調整することで制御しうるが、比較的低濃度で必要な粘性を経済的に付与できるバインダーとして、ＪＩＳ Ｋ２２８３−１９９３に規定されるウベローデ粘度計において、その２重量％水溶液の２０℃における測定粘度値が２０，０００ｍＰａ・ｓ以上であるセルロースエーテルを用いるのが好ましい。なお、セルロースエーテルは一般に天然のセルロースを出発原料として製造されるが、知られているセルロースの分子量の最大は１５０万程度であり、これにより製造しうるセルロースエーテルの前述の測定方法による粘度は最大でも４００，０００ｍＰａ・ｓ程度と推測される。
【００１３】
本発明で使用されるセルロースエーテルは、特に限定されないが、その製造方法の例としては、特許第９３５０２３号、特許第２１１９１１５号、特許第３００１４０１号に記載されているような製造方法を採用し得る。
【００１４】
本発明の上記セルロースエーテルからなる水溶性バインダーの使用範囲としては、特に限定されないが、前述のごときセラミック成形型を造型する際のバインダー用途、段ボール紙や工作用紙類を材料とした造型用バインダー、ガラス、ガラスセラミック、水不溶性の金属等の無機粉体やモレキュラーシーブ、炭素、及びそれらの組み合わせからなる材料類による造型用のバインダーなどとして使用することができる。セラミック及びガラスセラミックの種類としては、焼成により主成分がガラスセラミックやセラミックとなる材料も含めて、米国特許第３８８５９７７号に記載されているようなコージライトやムライト、ベントナイトなどの粘土、タルク、ジルコン、ジルコニア、スピネル、アルミナ及びそれらの前駆体、炭化物（例えば炭化ケイ素）、窒化物（例えば窒化ケイ素）、ケイ酸塩、アルミン酸塩、リチウムアルミノケイ酸塩、アルミナシリカ、チタニア、溶融シリカ、ホウ化物、ソーダ石灰、アルミノケイ酸塩、ホウケイ酸塩、ソーダバリウムケイ酸塩などがあげられる。
【００１５】
金属材料としては、鉄属金属、クロム、アルミニウム、金属ケイ素、ランタニド金属、アルカリ土類金属及びこれらの金属類からなる合金もあげられる。
【００１６】
モレキュラーシーブは分子を吸着するのに適した大きさの孔を有する物質であり、活性炭や炭素モレキュラーシーブ、ゼオライト、メタロフォスフェート、シリコアルミノホスフェート、及びこれらの組み合せ材料などがあげられる。
【００１７】
これらの材料の造型方法としては、特に限定されないが、本発明のバインダーを利用する造型方法としては押出成形、射出成形、スラリーの鋳型流し込み成形、ドクターブレードシート成形などがあげられる。特に造型した後の保形性を維持し、後の乾燥工程までの保形成が重要となる押出成形や射出成形において、本バインダーはより効果を発揮する。
本発明では、所望の特性になる成形材料を用いればよいが、セラミック成形組成物に対し、本発明のバインダーを３〜２０重量％配合させることが望ましい。また、本発明のバインダーを用いて成形する場合、加熱温度は６０〜１０５℃が好ましい。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記例で％は重量％を示す。
〔実施例，比較例〕
メトキシル基、ヒドロキシプロポキシル基、ヒドロキシエトキシル基、エトキシル基、カルボキシメチル基が表１に示す値で、ＪＩＳ Ｋ２２８３−１９９３に規定されるウベローデ粘度計においてその２重量％水溶液の２０℃における測定粘度が表１に示される各種セルロースエーテルを用いて、離水率、熱ゲルの固さ、乾燥速度を以下のように評価した。
（離水率及び熱ゲルの固さ）
２０℃に保たれた表１記載のセルロースエーテルの２．５重量％の水溶液３０ｇを３０ｍｌのビーカーに入れ、家庭用の電子レンジ（６００Ｗ）のレンジ弱（１８０Ｗ相当）において３分間の加熱により、ゲルを形成させた後、形成したゲルをシャーレに移し、さらに電子レンジで４分間加熱した時点でゲルより分離した水と水蒸気をあわせた重量を測定し、形成されたゲルに対してゲルよりしみ出した水と水蒸気を合わせた重量％を離水率として測定し、表１に示した。シャーレに移す前のゲルの状態を観察し、自立可能な形状のものを水溶液の熱ゲル固さ○とし、形状が全く観察されず液状となって流れてしまうものを水溶液の熱ゲル固さ×として、表１に示した。
（乾燥速度）
表１に示すセルロースエーテルの２．５重量％水溶液１０ｇを直径８５ｍｍのシャーレに入れ、８０℃のオーブン中で４時間乾燥した時に水分が十分なくなって乾燥しているものを乾燥速度○とし、水分が残留しているものを乾燥速度×として評価した。結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】
表１の実施例及び比較例に示されるように、本発明に規定したセルロースエーテルを使用するとゲル強度も高く、乾燥速度も速いバインダーとなることがわかる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のバインダーは、乾燥性に優れ、接着性も良好なものである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、接着及び成形作業において好適に使用される水溶性バインダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水溶性のバインダーは、セラミック粉体から構造物を成形する際の糊材、あるいは段ボール等の積層紙の接着材として利用されることが多い。これは、水溶性であるために、水溶液状態で発揮された粘着力により仮に接着された状態から、接着強度を上げ安定化した接着力を得るための加熱乾燥工程において、水分のみを蒸発させるだけですみ、有機溶剤に溶かし込まれた接着材を使用した時のように乾燥時に溶剤を回収して環境への悪影響を低減させる手間が省けることによるものである。
【０００３】
この水溶性のバインダーとしては、澱粉やポリアクリル酸水溶液、ポリエチレンオキサイド、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルアルキルセルロース等が使われている。とりわけ、その水溶液が加熱された時にゲル状となり、接着された形状を保つ能力に優れたアルキルセルロース及びヒドロキシアルキルアルキルセルロースは、その他の水溶性バインダーのように、水溶液を加熱することで、みかけの粘性が下がってしまい、乾燥中に接着したものの形状がずれたり、変化したりすることがなく、そのゲルにより固定された状態で乾燥されるため、接着によって成形された形状を良好に維持する。このため、たとえば、セラミツクの成形等では、乾燥中の保形性に優れたバインダーに好適として使われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱によりゲルが形成されると、保形性は優れるもののゲル中の水分がゲルに捕捉されてしまい、水が蒸発しにくくなり乾燥速度が遅くなるという欠点を有していた。そのため、乾燥中の保形性が良好でかつ乾燥速度が早い水溶性バインダーが望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記要望に応えたもので、乾燥性に優れ、接着、成形作業に有効に使用される水溶性バインダーを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、２０℃に保たれた特定置換度のアルキルセルロース及び／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースの２．５重量％の水溶液の３０ｇを３０ｍｌのビーカーに入れ、家庭用の電子レンジ（６００Ｗ）のレンジ弱（１８０Ｗ相当）において３分間の加熱によりゲルを形成させた後、形成したゲルをシャーレに移し、さらに電子レンジで４分間加熱した時点でゲルより分離した水と水蒸気をあわせた重量を測定し、形成されたゲルに対してゲルよりしみ出した水と水蒸気を合わせた重量％を離水率として測定した時、この離水率が３０％以上であるアルキルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースが、乾燥中の保形性に優れ、かつ乾燥速度の早いバインダーとなることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
従って、本発明は、離水率が３０重量％以上の水溶性アルキルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースから選ばれる水溶性セルロースエーテルからなる水溶性バインダーであって、前記アルキルセルロースがメトキシル基が１０〜４０重量％のメチルセルロース又はエトキシル基が５〜３０重量％のエチルセルロースであり、前記ヒドロキシプロピルメチルセルロースがメトキシル置換度が２８〜３０重量％で、ヒドロキシプロピル置換度が７〜１２重量％のヒドロキシプロピルメチルセルロースであることを特徴とする水溶性バインダーを提供する。
【０００８】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の水溶性バインダーは、水溶性のアルキルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースから選ばれる水溶性セルロースエーテルの１種又は２種以上からなるものであるが、この場合この水溶性セルロースエーテルは、離水率が３０重量％以上であることが必要である。
【０００９】
ここで、離水率は、上述したように、２０℃に保たれたアルキルセルロース及び／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースの２．５重量％の水溶液の３０ｇを３０ｍｌのビーカーに入れ、家庭用の電子レンジ（６００Ｗ）のレンジ弱（１８０Ｗ相当）において３分間の加熱によりゲルを形成させた後、形成したゲルをシャーレに移し、さらに電子レンジで４分間加熱した時点でゲルより分離した水と水蒸気をあわせた重量を測定し、形成されたゲルに対してゲルよりしみ出した水と水蒸気を合わせた重量％を離水率として測定した値であり、この離水率が３０重量％以上であることが必要である。この離水率が低いと水がゲル中に捕捉され、加熱乾燥速度が低くなってしまう。なお、離水率は好ましくは３０〜５０重量％、特に４０〜５０重量％である。
【００１０】
本発明のアルキルセルロースとしては、水溶性と加熱による熱ゲル特性をセルロースに付与すべく、メトキシル基１０〜４０重量％とした水溶性のメチルセルロース（ＭＣ）、エトキシル基５〜３０重量％としたエチルセルロースが好適に用いられる。また、ヒドロキシプロピルメチルセルロースとしては、メトキシル置換度が２８〜３０重量％で、ヒドロキシプロピル置換度が７〜１２重量％であるヒドロキシプロピルメチルセルロースが、離水率が高く、好適である。
上記置換度はＪ．Ｇ．Ｇｏｂｌｅｒ，Ｅ．Ｐ．Ｓａｍｓｅｌ，ａｎｄ Ｇ．Ｈ．Ｂｅａｂｅｒ，Ｔａｌａｎｔａ，９，４７４（１９６２）に記載されているＺｅｉｓｅｌ−ＧＣによる手法に準じて測定できる。
【００１１】
なお、水溶性のセルロースエーテルとしては、このほかにヒドロキシエチルセルロースやヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロースのごときセルロースエーテルも知られているが、これらのセルロースエーテルは加熱により強固なゲルを形成しないため、本発明の目的を達することができない。
【００１２】
本発明に使用するセルロースエーテルは、バインダーとして使用される上で溶液に適性な粘性をもたせることが必要である。溶液の粘性はバインダーの濃度を調整することで制御しうるが、比較的低濃度で必要な粘性を経済的に付与できるバインダーとして、ＪＩＳ Ｋ２２８３−１９９３に規定されるウベローデ粘度計において、その２重量％水溶液の２０℃における測定粘度値が２０，０００ｍＰａ・ｓ以上であるセルロースエーテルを用いるのが好ましい。なお、セルロースエーテルは一般に天然のセルロースを出発原料として製造されるが、知られているセルロースの分子量の最大は１５０万程度であり、これにより製造しうるセルロースエーテルの前述の測定方法による粘度は最大でも４００，０００ｍＰａ・ｓ程度と推測される。
【００１３】
本発明で使用されるセルロースエーテルは、特に限定されないが、その製造方法の例としては、特許第９３５０２３号、特許第２１１９１１５号、特許第３００１４０１号に記載されているような製造方法を採用し得る。
【００１４】
本発明の上記セルロースエーテルからなる水溶性バインダーの使用範囲としては、特に限定されないが、前述のごときセラミック成形型を造型する際のバインダー用途、段ボール紙や工作用紙類を材料とした造型用バインダー、ガラス、ガラスセラミック、水不溶性の金属等の無機粉体やモレキュラーシーブ、炭素、及びそれらの組み合わせからなる材料類による造型用のバインダーなどとして使用することができる。セラミック及びガラスセラミックの種類としては、焼成により主成分がガラスセラミックやセラミックとなる材料も含めて、米国特許第３８８５９７７号に記載されているようなコージライトやムライト、ベントナイトなどの粘土、タルク、ジルコン、ジルコニア、スピネル、アルミナ及びそれらの前駆体、炭化物（例えば炭化ケイ素）、窒化物（例えば窒化ケイ素）、ケイ酸塩、アルミン酸塩、リチウムアルミノケイ酸塩、アルミナシリカ、チタニア、溶融シリカ、ホウ化物、ソーダ石灰、アルミノケイ酸塩、ホウケイ酸塩、ソーダバリウムケイ酸塩などがあげられる。
【００１５】
金属材料としては、鉄属金属、クロム、アルミニウム、金属ケイ素、ランタニド金属、アルカリ土類金属及びこれらの金属類からなる合金もあげられる。
【００１６】
モレキュラーシーブは分子を吸着するのに適した大きさの孔を有する物質であり、活性炭や炭素モレキュラーシーブ、ゼオライト、メタロフォスフェート、シリコアルミノホスフェート、及びこれらの組み合せ材料などがあげられる。
【００１７】
これらの材料の造型方法としては、特に限定されないが、本発明のバインダーを利用する造型方法としては押出成形、射出成形、スラリーの鋳型流し込み成形、ドクターブレードシート成形などがあげられる。特に造型した後の保形性を維持し、後の乾燥工程までの保形成が重要となる押出成形や射出成形において、本バインダーはより効果を発揮する。
本発明では、所望の特性になる成形材料を用いればよいが、セラミック成形組成物に対し、本発明のバインダーを３〜２０重量％配合させることが望ましい。また、本発明のバインダーを用いて成形する場合、加熱温度は６０〜１０５℃が好ましい。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記例で％は重量％を示す。
〔実施例，比較例〕
メトキシル基、ヒドロキシプロポキシル基、ヒドロキシエトキシル基、エトキシル基、カルボキシメチル基が表１に示す値で、ＪＩＳ Ｋ２２８３−１９９３に規定されるウベローデ粘度計においてその２重量％水溶液の２０℃における測定粘度が表１に示される各種セルロースエーテルを用いて、離水率、熱ゲルの固さ、乾燥速度を以下のように評価した。
（離水率及び熱ゲルの固さ）
２０℃に保たれた表１記載のセルロースエーテルの２．５重量％の水溶液３０ｇを３０ｍｌのビーカーに入れ、家庭用の電子レンジ（６００Ｗ）のレンジ弱（１８０Ｗ相当）において３分間の加熱により、ゲルを形成させた後、形成したゲルをシャーレに移し、さらに電子レンジで４分間加熱した時点でゲルより分離した水と水蒸気をあわせた重量を測定し、形成されたゲルに対してゲルよりしみ出した水と水蒸気を合わせた重量％を離水率として測定し、表１に示した。シャーレに移す前のゲルの状態を観察し、自立可能な形状のものを水溶液の熱ゲル固さ○とし、形状が全く観察されず液状となって流れてしまうものを水溶液の熱ゲル固さ×として、表１に示した。
（乾燥速度）
表１に示すセルロースエーテルの２．５重量％水溶液１０ｇを直径８５ｍｍのシャーレに入れ、８０℃のオーブン中で４時間乾燥した時に水分が十分なくなって乾燥しているものを乾燥速度○とし、水分が残留しているものを乾燥速度×として評価した。結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
表１の実施例及び比較例に示されるように、本発明に規定したセルロースエーテルを使用するとゲル強度も高く、乾燥速度も速いバインダーとなることがわかる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のバインダーは、乾燥性に優れ、接着性も良好なものである。
Claims (2)
- 離水率が３０重量％以上の水溶性アルキルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースから選ばれる水溶性セルロースエーテルからなる水溶性バインダーであって、前記アルキルセルロースがメトキシル基が１０〜４０重量％のメチルセルロース又はエトキシル基が５〜３０重量％のエチルセルロースであり、前記ヒドロキシプロピルメチルセルロースがメトキシル置換度が２８〜３０重量％で、ヒドロキシプロピル置換度が７〜１２重量％のヒドロキシプロピルメチルセルロースであることを特徴とする水溶性バインダー。
- ＪＩＳ Ｋ２２８３−１９９３に規定されるウベローデ粘度計において、２重量％水溶液の２０℃の粘度測定値が２０，０００ｍＰａ・ｓ以上のセルロースエーテルを用いる請求項１記載の水溶性バインダー。
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|---|---|---|---|
| JP2000230289A JP3753227B2 (ja) | 2000-07-31 | 2000-07-31 | 水溶性バインダー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002037923A JP2002037923A (ja) | 2002-02-06 |
| JP3753227B2 true JP3753227B2 (ja) | 2006-03-08 |
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ID=18723269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000230289A Expired - Lifetime JP3753227B2 (ja) | 2000-07-31 | 2000-07-31 | 水溶性バインダー |
Country Status (1)
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-
2000
- 2000-07-31 JP JP2000230289A patent/JP3753227B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP2002037923A (ja) | 2002-02-06 |
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