JP3787279B2 - 粒子線取り出し方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空雰囲気内で発生された粒子線（電子ビーム、イオンビーム、原子線、分子線等）を、大気中（通常の大気或いは加圧または減圧された大気雰囲気）に該真空雰囲気をシールしたまま取り出す方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子線等のビームを真空雰囲気から大気中に取り出すには、真空雰囲気と大気間を分離する分離手段にビーム通過穴を設け、該ビーム通過穴に差動排気手段を設け、真空状態を維持しながらビームを取り出しているが、従来の差動排気手段はビーム通過穴の口径が大きいと有効に真空状態を維持できないために、１ｍｍ以下の小口径のビームとか極端に短い作動距離での使用に制限されていた。このため、電子ビーム溶接を行うとか、排煙の脱硫や脱硝を行う場合の電子線照射装置等では、数ｍｍ直径のビームを大気中に取り出すか或いは排煙ダクトに入射する必要があるが、従来の差動排気手段ではビーム通過穴を有効にシールできないために、大口径のビームを取り出すことができなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、真空雰囲気をほぼ完全にシールしたまま粒子線を効率よく取り出すことができる方法およびその装置を提供することを目的とする。また、本発明は大口径の粒子線であっても高真空状態を維持したまま取り出すことができる方法および装置を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１による発明では、真空雰囲気にて発生した粒子線を大気中に取り出す粒子線取り出し方法であって、該真空雰囲気と大気とを分離する隔壁に粒子線を通過せしめる固定穴と、移動穴または切り欠きが形成された回転体を設けるとともに、該回転体の周囲を真空排気させ、真空雰囲気をシールしたまま前記固定穴と移動穴または切り欠きとが整合した時点でのみ粒子線を大気中に取り出すことを特徴とする。
【０００５】
また、請求項２による発明では、真空雰囲気に置かれた粒子線発生装置と、該真空雰囲気を大気と分離する分離手段と、該分離手段に設けられた粒子線を通過せしめる固定穴と、分離手段の固定穴と整合し得る複数の移動穴または切り欠きを有する回転板と、前記回転板の周囲を真空排気する真空排気手段と、該固定穴と移動穴または切り欠きとを所定の速度にて整合させるよう該回転板を高速回転せしめる回転駆動装置と、前記移動穴または切り欠きの回転方向の位置を検出し、その検出信号にもとづき前記粒子線発生装置から放出される粒子線の強度を制御する制御手段とからなる粒子線取り出し装置であることを特徴とする。
【０００６】
このように、真空雰囲気と大気とを分離する隔壁に粒子線を通過せしめる固定穴と、移動穴または切り欠きが形成された回転体を設けるとともに、該回転体の周囲を真空排気させ、真空雰囲気をシールしたまま前記固定穴と移動穴または切り欠きとが整合した時点でのみ粒子線を大気中に取り出すこととにより、真空雰囲気をほぼ完全にシールしたまま粒子線を効率よく大気中に取り出すことができ、また取り出される粒子線が大口径のビームであっても真空雰囲気を良好に維持することができる。
【０００７】
さらに、上記の粒子線取り出し装置において、前記粒子線発生装置は前記固定穴と移動穴または切り欠きとが整合した時点でのみ粒子線を放出することができる。
【０００８】
このように、粒子線発生装置が前記固定穴と移動穴または切り欠きとが整合した時点でのみ粒子線を放出することにより、回転板の加熱を防止し、また加速電源の負担を減少させて粒子線を効率よく取り出すことができる。
【０００９】
また、前記回転板は高融点材料から形成することができる。
このように、回転板を高融点材料から構成することにより、回転板からの蒸気の発生を阻止して高真空雰囲気を維持することができる。
【００１０】
さらに、請求項３の発明では、上記の粒子線取り出し装置において、前記固定穴と整合する移動穴または切り欠きでない他の移動穴または切り欠きを検出する検出器と、前記検出器が前記固定穴と整合する移動穴または切り欠きでない他の移動穴または切り欠きを検出したときのみ前記粒子線発生装置に電圧を与える制御電源とを有することを特徴とする。
【００１１】
このように、前記固定穴と整合する移動穴または切り欠きでない他の移動穴または切り欠きを検出し、前記検出器が前記固定穴と整合する移動穴または切り欠きでない他の移動穴または切り欠きを検出したときのみ制御電源より粒子線発生装置に電圧を与えることにより回転板の加熱を防止し、また加速電源の負担を減少して、ビームを効率よく取り出すことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図にもとづいて説明する。
図１，２は、本発明の実施の形態による粒子線取り出し装置の概略図である。
【００１３】
図において、１は真空雰囲気３に配置された電子銃で、電子線５を発生させるカソード７、ウェーネルト電極９、アノード１１から構成される。１３は真空雰囲気３と大気１５とを分離する隔壁、１７は該隔壁に設けられ電子銃１からの電子線５を通過させる固定穴、１９は該隔壁の空所１４内にて回転可能に設けられた回転板であって、上記固定穴１７と整合可能な複数の移動穴２１をその周囲に所定間隔で設けられている。２３は回転板１９をその軸芯まわりに高速回転させるモータ、２５は固定穴１７の途中に設けらた差動排気室、２７は該差動排気室２５に負圧を作用する排気管である。２９は差動排気室２５の大気側にて固定穴１７まわりに設けられ、隔壁１３と回転板１９との間の隙間３１に連通した差動排気溝、３３は該差動排気溝２９に負圧を作用する排気管である。
【００１４】
上記構成において、電子銃１から放出された電子線５は、隔壁１３の固定穴１７と回転板１９の移動穴２１とを通り大気中に取り出される。ここで、移動穴２１は、回転板１９がモータ２３により高速回転されることにより、周期的に固定穴１７と一致する。
【００１５】
電子線５は、光速に近い速度で固定穴１７および移動穴２１を通過するのに対して、ガス分子は音速程度でしか走れないので、ガス分子が整合された固定穴１７と移動穴２１とを通過する前に、移動穴２１が固定穴１７との整合から外れるように回転板１９を高速回転させることにより、ガス分子が回転板の移動穴２１を通過することができず、真空雰囲気をほぼ完全にシールしたままで電子線５だけを大気中に取り出すことができる。
【００１６】
このようにして、電子銃１から電子線５が連続的に放出され、回転板１９で電子線５が一時的に遮断され、大気中に電子線をパルスとして取り出すことができる。
【００１７】
しかしながら、このように電子線５を回転板１９で一時的に遮断すると、いたずらに回転板を加熱させたり、加速電源の負担が大きくなる場合がある。このため、固定穴１７と移動穴２１との位相が一致したときのみ電子銃１から電子線５を放出するようにすれば上記の問題を解決することができる。このために、移動穴２１が固定穴１７に整合する位置を、回転板１９の他の移動穴位置２１ａから検出できるようにしておき、ＬＥＤ３５からの光を該他の移動穴２１ａに向け放出し、検出器３７で反射光を検出し、反射光が検出されない時間のみ（すなわち、他の移動穴を検出した時のみ）、ウェーネルト電極９にビーム放出可能な電圧を制御電源３９より与えるようにすればよい。
【００１８】
なお、回転板１９で発生する熱を除去するために冷却手段を設けるのがよい。冷却手段は、回転板１９の対向面を冷却するように、隔壁１３に設けた冷媒供給穴（図示せず）から回転板の対向面に直接ガス等の冷媒を吹き付け、これを差動排気溝２９および排気管３３を介して吸引すればよい。また、回転板１９に接近して隔壁１３内に冷媒循環路（図示せず）を設け、ガスまたは液体冷媒を循環することにより冷却してもよい。
【００１９】
また、モータ２３の回転軸自身を冷却し、回転軸を伝熱体として利用してもよく、さらに、回転軸の内部から回転板１９の内部に到るまで冷媒の循環経路を設け、冷媒の循環により冷却してもよい。
【００２０】
なお、回転板１９で発生する熱が問題にならない場合には（或いは問題になる場合でも）、回転板の材質を高融点材料とすることにより、回転板からの蒸気が真空側３に行かないようにし、これにより高真空を維持することができる。
【００２１】
また、上記固定穴１７の中間に設けられた差動排気室２５およびこれに連通する排気管２７は、真空側３と大気側１５との中間にあって真空と大気との中間の圧力を維持する。
【００２２】
また、上記差動排気室２５の大気側にて固定穴１７周りに設けられた差動排気溝２９は、隔壁１３と回転板１９との間の隙間３１に連通され、該差動排気溝２９には差動排気室２５と大気１５との中間の圧力を維持するよう排気管３３を通じて負圧がかけられる。該差動排気溝２９は差動排気室２５とともに多段構造の差動排気手段を構成することによって、粒子線発生装置内の真空度を向上させる。
【００２３】
なお、上記実施の形態では、回転板１３に粒子線を通過させる複数の移動穴２１を設けたが、該移動穴に代わり図３に示すように、回転板の周囲に複数の切り欠き２２を設けた仕切板１９ａとしてもよい。このように、切り欠き２２を有する仕切板１９ａとすることにより、粒子線の取り出し効率をより向上させることができる。
【００２４】
また、図示しないが、回転板１９の外周側面に真空側３から大気側１５に動圧を形成するネジ溝を設けることにより、粒子線発生装置内の真空度をさらに向上させることができる。
【００２５】
なお、上記実施の形態では、電子銃として三電極電子銃を用いたが、他の電子銃を用いてもよい。
また、上記実施の形態は、とくに電子線の取り出しに関連して述べたが、本発明はこれに限らず、イオンビーム等の荷電粒子線および原子線や分子線のような非荷電粒子線の取り出しにも適用可能である。
【００２６】
本発明の粒子線取り出し装置は、次のような用途に使用することができる。１）半導体工程におけるレジスト膜の硬化。
２）インキ硬化、接着、コーティング。
【００２７】
これらは電子線の荷橋反応を利用したものである。
３）表面殺菌、空気殺菌、食品殺菌、医療殺菌等の殺菌処理。
４）表面改質、接着性向上。
【００２８】
セラミックスの表面のぬれを良くするのに１７０ｋＶの電子線が使われる。
５）粉体、薄膜、有機・無機化合物の生成・処理。
【００２９】
薄膜に電子線を照射して強度を高めたり、ゴムに照射して強度を上げたりする。
６）オゾン発生装置、排ガス分解・処理等。
【００３０】
７）電子ビーム溶接。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば真空雰囲気をシールしたままで、真空中で発生した粒子線を大気中に効率よく取り出すことができる。
【００３２】
また、大口径の粒子線であっても高真空雰囲気を維持することができる。
また、粒子線はパルス状の粒子線として取り出すことができる。
さらに、固定穴と移動穴または切り欠きとが整合した時点で粒子線を発生させることにより、損失無しに粒子線を大気中に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による粒子線取り出し装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の粒子線取り出し装置に用いられる回転板を示す平面図であって、ほぼ図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う図である。
【図３】回転板の変形例を示す平面図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空雰囲気内で発生された粒子線（電子ビーム、イオンビーム、原子線、分子線等）を、大気中（通常の大気或いは加圧または減圧された大気雰囲気）に該真空雰囲気をシールしたまま取り出す方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子線等のビームを真空雰囲気から大気中に取り出すには、真空雰囲気と大気間を分離する分離手段にビーム通過穴を設け、該ビーム通過穴に差動排気手段を設け、真空状態を維持しながらビームを取り出しているが、従来の差動排気手段はビーム通過穴の口径が大きいと有効に真空状態を維持できないために、１ｍｍ以下の小口径のビームとか極端に短い作動距離での使用に制限されていた。このため、電子ビーム溶接を行うとか、排煙の脱硫や脱硝を行う場合の電子線照射装置等では、数ｍｍ直径のビームを大気中に取り出すか或いは排煙ダクトに入射する必要があるが、従来の差動排気手段ではビーム通過穴を有効にシールできないために、大口径のビームを取り出すことができなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、真空雰囲気をほぼ完全にシールしたまま粒子線を効率よく取り出すことができる方法およびその装置を提供することを目的とする。また、本発明は大口径の粒子線であっても高真空状態を維持したまま取り出すことができる方法および装置を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１による発明では、真空雰囲気にて発生した粒子線を大気中に取り出す粒子線取り出し方法であって、該真空雰囲気と大気とを分離する隔壁に粒子線を通過せしめる固定穴と、移動穴または切り欠きが形成された回転体を設けるとともに、該回転体の周囲を真空排気させ、真空雰囲気をシールしたまま前記固定穴と移動穴または切り欠きとが整合した時点でのみ粒子線を大気中に取り出すことを特徴とする。
【０００５】
また、請求項２による発明では、真空雰囲気に置かれた粒子線発生装置と、該真空雰囲気を大気と分離する分離手段と、該分離手段に設けられた粒子線を通過せしめる固定穴と、分離手段の固定穴と整合し得る複数の移動穴または切り欠きを有する回転板と、前記回転板の周囲を真空排気する真空排気手段と、該固定穴と移動穴または切り欠きとを所定の速度にて整合させるよう該回転板を高速回転せしめる回転駆動装置と、前記移動穴または切り欠きの回転方向の位置を検出し、その検出信号にもとづき前記粒子線発生装置から放出される粒子線の強度を制御する制御手段とからなる粒子線取り出し装置であることを特徴とする。
【０００６】
このように、真空雰囲気と大気とを分離する隔壁に粒子線を通過せしめる固定穴と、移動穴または切り欠きが形成された回転体を設けるとともに、該回転体の周囲を真空排気させ、真空雰囲気をシールしたまま前記固定穴と移動穴または切り欠きとが整合した時点でのみ粒子線を大気中に取り出すこととにより、真空雰囲気をほぼ完全にシールしたまま粒子線を効率よく大気中に取り出すことができ、また取り出される粒子線が大口径のビームであっても真空雰囲気を良好に維持することができる。
【０００７】
さらに、上記の粒子線取り出し装置において、前記粒子線発生装置は前記固定穴と移動穴または切り欠きとが整合した時点でのみ粒子線を放出することができる。
【０００８】
このように、粒子線発生装置が前記固定穴と移動穴または切り欠きとが整合した時点でのみ粒子線を放出することにより、回転板の加熱を防止し、また加速電源の負担を減少させて粒子線を効率よく取り出すことができる。
【０００９】
また、前記回転板は高融点材料から形成することができる。
このように、回転板を高融点材料から構成することにより、回転板からの蒸気の発生を阻止して高真空雰囲気を維持することができる。
【００１０】
さらに、請求項３の発明では、上記の粒子線取り出し装置において、前記固定穴と整合する移動穴または切り欠きでない他の移動穴または切り欠きを検出する検出器と、前記検出器が前記固定穴と整合する移動穴または切り欠きでない他の移動穴または切り欠きを検出したときのみ前記粒子線発生装置に電圧を与える制御電源とを有することを特徴とする。
【００１１】
このように、前記固定穴と整合する移動穴または切り欠きでない他の移動穴または切り欠きを検出し、前記検出器が前記固定穴と整合する移動穴または切り欠きでない他の移動穴または切り欠きを検出したときのみ制御電源より粒子線発生装置に電圧を与えることにより回転板の加熱を防止し、また加速電源の負担を減少して、ビームを効率よく取り出すことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図にもとづいて説明する。
図１，２は、本発明の実施の形態による粒子線取り出し装置の概略図である。
【００１３】
図において、１は真空雰囲気３に配置された電子銃で、電子線５を発生させるカソード７、ウェーネルト電極９、アノード１１から構成される。１３は真空雰囲気３と大気１５とを分離する隔壁、１７は該隔壁に設けられ電子銃１からの電子線５を通過させる固定穴、１９は該隔壁の空所１４内にて回転可能に設けられた回転板であって、上記固定穴１７と整合可能な複数の移動穴２１をその周囲に所定間隔で設けられている。２３は回転板１９をその軸芯まわりに高速回転させるモータ、２５は固定穴１７の途中に設けらた差動排気室、２７は該差動排気室２５に負圧を作用する排気管である。２９は差動排気室２５の大気側にて固定穴１７まわりに設けられ、隔壁１３と回転板１９との間の隙間３１に連通した差動排気溝、３３は該差動排気溝２９に負圧を作用する排気管である。
【００１４】
上記構成において、電子銃１から放出された電子線５は、隔壁１３の固定穴１７と回転板１９の移動穴２１とを通り大気中に取り出される。ここで、移動穴２１は、回転板１９がモータ２３により高速回転されることにより、周期的に固定穴１７と一致する。
【００１５】
電子線５は、光速に近い速度で固定穴１７および移動穴２１を通過するのに対して、ガス分子は音速程度でしか走れないので、ガス分子が整合された固定穴１７と移動穴２１とを通過する前に、移動穴２１が固定穴１７との整合から外れるように回転板１９を高速回転させることにより、ガス分子が回転板の移動穴２１を通過することができず、真空雰囲気をほぼ完全にシールしたままで電子線５だけを大気中に取り出すことができる。
【００１６】
このようにして、電子銃１から電子線５が連続的に放出され、回転板１９で電子線５が一時的に遮断され、大気中に電子線をパルスとして取り出すことができる。
【００１７】
しかしながら、このように電子線５を回転板１９で一時的に遮断すると、いたずらに回転板を加熱させたり、加速電源の負担が大きくなる場合がある。このため、固定穴１７と移動穴２１との位相が一致したときのみ電子銃１から電子線５を放出するようにすれば上記の問題を解決することができる。このために、移動穴２１が固定穴１７に整合する位置を、回転板１９の他の移動穴位置２１ａから検出できるようにしておき、ＬＥＤ３５からの光を該他の移動穴２１ａに向け放出し、検出器３７で反射光を検出し、反射光が検出されない時間のみ（すなわち、他の移動穴を検出した時のみ）、ウェーネルト電極９にビーム放出可能な電圧を制御電源３９より与えるようにすればよい。
【００１８】
なお、回転板１９で発生する熱を除去するために冷却手段を設けるのがよい。冷却手段は、回転板１９の対向面を冷却するように、隔壁１３に設けた冷媒供給穴（図示せず）から回転板の対向面に直接ガス等の冷媒を吹き付け、これを差動排気溝２９および排気管３３を介して吸引すればよい。また、回転板１９に接近して隔壁１３内に冷媒循環路（図示せず）を設け、ガスまたは液体冷媒を循環することにより冷却してもよい。
【００１９】
また、モータ２３の回転軸自身を冷却し、回転軸を伝熱体として利用してもよく、さらに、回転軸の内部から回転板１９の内部に到るまで冷媒の循環経路を設け、冷媒の循環により冷却してもよい。
【００２０】
なお、回転板１９で発生する熱が問題にならない場合には（或いは問題になる場合でも）、回転板の材質を高融点材料とすることにより、回転板からの蒸気が真空側３に行かないようにし、これにより高真空を維持することができる。
【００２１】
また、上記固定穴１７の中間に設けられた差動排気室２５およびこれに連通する排気管２７は、真空側３と大気側１５との中間にあって真空と大気との中間の圧力を維持する。
【００２２】
また、上記差動排気室２５の大気側にて固定穴１７周りに設けられた差動排気溝２９は、隔壁１３と回転板１９との間の隙間３１に連通され、該差動排気溝２９には差動排気室２５と大気１５との中間の圧力を維持するよう排気管３３を通じて負圧がかけられる。該差動排気溝２９は差動排気室２５とともに多段構造の差動排気手段を構成することによって、粒子線発生装置内の真空度を向上させる。
【００２３】
なお、上記実施の形態では、回転板１３に粒子線を通過させる複数の移動穴２１を設けたが、該移動穴に代わり図３に示すように、回転板の周囲に複数の切り欠き２２を設けた仕切板１９ａとしてもよい。このように、切り欠き２２を有する仕切板１９ａとすることにより、粒子線の取り出し効率をより向上させることができる。
【００２４】
また、図示しないが、回転板１９の外周側面に真空側３から大気側１５に動圧を形成するネジ溝を設けることにより、粒子線発生装置内の真空度をさらに向上させることができる。
【００２５】
なお、上記実施の形態では、電子銃として三電極電子銃を用いたが、他の電子銃を用いてもよい。
また、上記実施の形態は、とくに電子線の取り出しに関連して述べたが、本発明はこれに限らず、イオンビーム等の荷電粒子線および原子線や分子線のような非荷電粒子線の取り出しにも適用可能である。
【００２６】
本発明の粒子線取り出し装置は、次のような用途に使用することができる。１）半導体工程におけるレジスト膜の硬化。
２）インキ硬化、接着、コーティング。
【００２７】
これらは電子線の荷橋反応を利用したものである。
３）表面殺菌、空気殺菌、食品殺菌、医療殺菌等の殺菌処理。
４）表面改質、接着性向上。
【００２８】
セラミックスの表面のぬれを良くするのに１７０ｋＶの電子線が使われる。
５）粉体、薄膜、有機・無機化合物の生成・処理。
【００２９】
薄膜に電子線を照射して強度を高めたり、ゴムに照射して強度を上げたりする。
６）オゾン発生装置、排ガス分解・処理等。
【００３０】
７）電子ビーム溶接。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば真空雰囲気をシールしたままで、真空中で発生した粒子線を大気中に効率よく取り出すことができる。
【００３２】
また、大口径の粒子線であっても高真空雰囲気を維持することができる。
また、粒子線はパルス状の粒子線として取り出すことができる。
さらに、固定穴と移動穴または切り欠きとが整合した時点で粒子線を発生させることにより、損失無しに粒子線を大気中に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による粒子線取り出し装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の粒子線取り出し装置に用いられる回転板を示す平面図であって、ほぼ図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う図である。
【図３】回転板の変形例を示す平面図である。
Claims (3)
- 真空雰囲気にて発生した粒子線を大気中に取り出す粒子線取り出し方法であって、該真空雰囲気と大気とを分離する隔壁に粒子線を通過せしめる固定穴と、移動穴または切り欠きが形成された回転体を設けるとともに、該回転体の周囲を真空排気させ、真空雰囲気をシールしたまま前記固定穴と移動穴または切り欠きとが整合した時点でのみ粒子線を大気中に取り出すことを特徴とする粒子線取り出し方法。
- 真空雰囲気に置かれた粒子線発生装置と、該真空雰囲気を大気と分離する分離手段と、該分離手段に設けられた粒子線を通過せしめる固定穴と、分離手段の固定穴と整合し得る複数の移動穴または切り欠きを有する回転板と、前記回転板の周囲を真空排気する真空排気手段と、該固定穴と移動穴または切り欠きとを所定の速度にて整合させるよう該回転板を高速回転せしめる回転駆動装置と、前記移動穴または切り欠きの回転方向の位置を検出し、その検出信号にもとづき前記粒子線発生装置から放出される粒子線の強度を制御する制御手段とからなる粒子線取り出し装置。
- 請求項２の粒子線取り出し装置であって、前記固定穴と整合する移動穴または切り欠きでない他の移動穴または切り欠きを検出する検出器と、前記検出器が前記固定穴と整合する移動穴または切り欠きでない他の移動穴または切り欠きを検出したときのみ前記粒子線発生装置に電圧を与える制御電源とを有することを特徴とする粒子線取り出し装置。
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| JP2001033907A JP3787279B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 粒子線取り出し方法および装置 |
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| JP2001033907A Expired - Fee Related JP3787279B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 粒子線取り出し方法および装置 |
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2001
- 2001-02-09 JP JP2001033907A patent/JP3787279B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2002243897A (ja) | 2002-08-28 |
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