JPH02133534A - 複合強化部を有する耐熱部材及びその製造方法 - Google Patents
複合強化部を有する耐熱部材及びその製造方法Info
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- JPH02133534A JPH02133534A JP63285732A JP28573288A JPH02133534A JP H02133534 A JPH02133534 A JP H02133534A JP 63285732 A JP63285732 A JP 63285732A JP 28573288 A JP28573288 A JP 28573288A JP H02133534 A JPH02133534 A JP H02133534A
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- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は？Ｉ合強化部の母材と耐熱部（（０１店材の
合金元素を変えることにより、無機虱紐の複合強化によ
る効果を最大限に発揮できるようにした複合強化部を有
する耐勢部材及びその製造方法に関する。
合金元素を変えることにより、無機虱紐の複合強化によ
る効果を最大限に発揮できるようにした複合強化部を有
する耐勢部材及びその製造方法に関する。
（従来の技術）
−Ｃに局部的に繰返し熱負荷を受ける部材は局部的な高
温部に発生する圧縮ＬＬ、力の繰返し負荷及びこの部分
が冷却されるときに発生する引張応力の影響を受けて亀
裂が発生し、その部ｔ（の寿命が決定される。
温部に発生する圧縮ＬＬ、力の繰返し負荷及びこの部分
が冷却されるときに発生する引張応力の影響を受けて亀
裂が発生し、その部ｔ（の寿命が決定される。
例えば内燃機関の場合、この繰返しの鳩ｆｔｒ：１を受
ける部分はピストンの頭部やシリンダへノドの弁間部分
などで、これらの部分を無機ｔＡＮ ｆｉｔ例えばＳｉ
Ｃウィスカ、あるいは窒素珪素ウィスカなどで複合強化
することにより、ピストンやシリンダヘッドなどの部材
の寿命を延長する方法がすでに提案されている。
ける部分はピストンの頭部やシリンダへノドの弁間部分
などで、これらの部分を無機ｔＡＮ ｆｉｔ例えばＳｉ
Ｃウィスカ、あるいは窒素珪素ウィスカなどで複合強化
することにより、ピストンやシリンダヘッドなどの部材
の寿命を延長する方法がすでに提案されている。
例えば特開昭６２−２３３４５６号公報など。
（発明が解決しようとする課題）
しかし耐熱部材を無ａｌａ維で複合強化する場合、複合
強化部の熱膨張係数が著しく小さくなりすぎて、複合強
化部とＡｌ母材との界面部で急激な熱膨張の変化が発生
する。
強化部の熱膨張係数が著しく小さくなりすぎて、複合強
化部とＡｌ母材との界面部で急激な熱膨張の変化が発生
する。
このため部材が加熱冷却のサイクルを繰返し受けると、
この界面部に高い応力が発生し、この部分より亀裂が生
じる。
この界面部に高い応力が発生し、この部分より亀裂が生
じる。
これを防止するためには、複合強化部を拡大して、複合
強化部とＡｌ母材の界面を高温を受ける部分より離して
界面部の温度を下げるようにすればよいが、この方法で
は複合強化部を拡大することにより高価なＸ ＊ Ｓａ
維の使用量が増大するため３部材の価格が高くなるなど
の不具合があった。
強化部とＡｌ母材の界面を高温を受ける部分より離して
界面部の温度を下げるようにすればよいが、この方法で
は複合強化部を拡大することにより高価なＸ ＊ Ｓａ
維の使用量が増大するため３部材の価格が高くなるなど
の不具合があった。
この発明は上記不具合を改善する目的でなされたもので
、耐熱亀裂性に優れ、かつ安価な複合強化部を有する耐
熱部材及びその製造方法を提供しようとするものである
。
、耐熱亀裂性に優れ、かつ安価な複合強化部を有する耐
熱部材及びその製造方法を提供しようとするものである
。
この発明のもう１つの目的は繰返し熱負荷を受ける部分
を無機繊維で強化するに当って、その強化効果が最も高
くなるようなＡｌｔ合金と無機繊維の組合せを提供する
ことにある。即ち従来の耐熱部材の部分複合強化方法で
は部材と強化部の母材は同−ＡＪ合金で、この場合でも
無機繊維を複合することにより大きな効果が得られてい
るが、この発明では無機繊維による耐熱亀裂特性をより
一層改善できる最適なＡＩ１合金と無機繊維の組合せを
実現すると共に、その新しい製造方法を提供する。
を無機繊維で強化するに当って、その強化効果が最も高
くなるようなＡｌｔ合金と無機繊維の組合せを提供する
ことにある。即ち従来の耐熱部材の部分複合強化方法で
は部材と強化部の母材は同−ＡＪ合金で、この場合でも
無機繊維を複合することにより大きな効果が得られてい
るが、この発明では無機繊維による耐熱亀裂特性をより
一層改善できる最適なＡＩ１合金と無機繊維の組合せを
実現すると共に、その新しい製造方法を提供する。
（課題を解決するための手段及び作用）本発明者は上記
目的を達成するため、熱負荷の力ｌわる部材の強化法を
種々研究した結果、常温強度を向上させるＡ１合金の元
素は、熱衝撃によって生じる材料の亀裂に対してはむし
ろ悪影響をもたらすこと、熱衝撃に対する抵抗性は。
目的を達成するため、熱負荷の力ｌわる部材の強化法を
種々研究した結果、常温強度を向上させるＡ１合金の元
素は、熱衝撃によって生じる材料の亀裂に対してはむし
ろ悪影響をもたらすこと、熱衝撃に対する抵抗性は。
合金元素の添加によらず、無機繊維により著しく改善さ
れることを見出した。
れることを見出した。
すなわちＳ ｉ、Ｃｕ、Ｎ ｔ、Ｍｇ等の合金元素はそ
れぞれ１％以下とすることにより高温時の伸びが著しく
改善されるようになる。
れぞれ１％以下とすることにより高温時の伸びが著しく
改善されるようになる。
また不純物元素のＦｅ、Ｍｎは０．５％以下。
その他の不純物は０．３％以下に抑えることにより熱衝
撃亀裂の改善を図るとで効果があった。
撃亀裂の改善を図るとで効果があった。
さらに無機繊維は金属繊維、カーボン繊維アルミナ繊維
、アルミナ−シリカ繊維などでもよいが、ＳＩＣウィス
カ、窒化珪素ウィスカが改善効果が大きく、無Ｒ繊維の
体積率は５％〜２５％とした。これは無機繊維の体積率
が５％未満では改善効果が少なく、また２５％以上では
。
、アルミナ−シリカ繊維などでもよいが、ＳＩＣウィス
カ、窒化珪素ウィスカが改善効果が大きく、無Ｒ繊維の
体積率は５％〜２５％とした。これは無機繊維の体積率
が５％未満では改善効果が少なく、また２５％以上では
。
多くする程亀裂抵抗性は高くなるがその度合は小なく、
複合強化部の熱膨張係数が小さ（なり。
複合強化部の熱膨張係数が小さ（なり。
その結果部材と母材との熱膨張係数の差が大きくなり過
ぎて１両者の界面で亀裂が発生するなど従来と同様な不
具合を発生するためである。
ぎて１両者の界面で亀裂が発生するなど従来と同様な不
具合を発生するためである。
以上のような理由で成分範囲を決定した無機繊維を純Ａ
ｆｆｉの複合材を予め製造し、これを電子ビーム溶接や
摩擦圧接等の手段により部材の強化すべき個所に接合す
ることにより、ｍ合強化部を有する耐熱部材を得るよう
にしたもので。
ｆｆｉの複合材を予め製造し、これを電子ビーム溶接や
摩擦圧接等の手段により部材の強化すべき個所に接合す
ることにより、ｍ合強化部を有する耐熱部材を得るよう
にしたもので。
次にその実施例を説明する。
（実施例）
この発明の一実施例を開面を参照して詳述する。まず強
化部の形状に相当するプリフォームｌをＳｉＣウィスカ
（東海カーボン製β型ウィスカ）により体積率Ｖｆが１
５％となるように成形し１次にこれを第１図に示すよう
に金型２内にセットして、金型２内に第２図に示すよう
に純度９９．７％の純ＡＩｌを注湯する。
化部の形状に相当するプリフォームｌをＳｉＣウィスカ
（東海カーボン製β型ウィスカ）により体積率Ｖｆが１
５％となるように成形し１次にこれを第１図に示すよう
に金型２内にセットして、金型２内に第２図に示すよう
に純度９９．７％の純ＡＩｌを注湯する。
そして金型２を第３図に示すように密閉したら５金型２
内を８００１ｇ ｆ ／ｃｍ”で加圧して溶湯鍛造によ
り複合材を製造する。
内を８００１ｇ ｆ ／ｃｍ”で加圧して溶湯鍛造によ
り複合材を製造する。
得られた複合材は複合化されていない部分も含むので、
この部分を削除して第４図に示すような強化個所に合致
した複合体３に加工する。
この部分を削除して第４図に示すような強化個所に合致
した複合体３に加工する。
一方上記複合体３により強化するピストン本体４は、Ａ
ＣＢＡ材を使用した重力鋳造により製造すると共に、燃
焼室４ａの口元には、上記複合体３が嵌合するテーバ状
の嵌合部４ｂを第５図に示すように予め加工し、この嵌
合部４ｂに電子ビーム溶接により複合体３を接合して、
第６図に示す内燃機関のピストンを製造する。
ＣＢＡ材を使用した重力鋳造により製造すると共に、燃
焼室４ａの口元には、上記複合体３が嵌合するテーバ状
の嵌合部４ｂを第５図に示すように予め加工し、この嵌
合部４ｂに電子ビーム溶接により複合体３を接合して、
第６図に示す内燃機関のピストンを製造する。
次に上記のようにして得られたピストンの熱衝撃テスト
を実施するに当って比較のため従来法による比較用ピス
トンを製造した。製作に当っては、まず強化部の形状に
相当するプリフォームａをＳｉＣウィスカ（東海カーボ
ン製β型ウィスカ）により体積率Ｖｆが１５％となるよ
うに形成し、これを第８図に示すように金型す内に七ノ
ドし“ζピストン母材と同しＡＣａＡ材の溶湯を第９図
に示すように注湯する。そして第１Ｏ図に示すように金
型すを密封して金型す内に８００ｋｇ ｆ ／ｃｍ”の
圧力を加えて溶湯ｒ造により複合材を５！造する。
を実施するに当って比較のため従来法による比較用ピス
トンを製造した。製作に当っては、まず強化部の形状に
相当するプリフォームａをＳｉＣウィスカ（東海カーボ
ン製β型ウィスカ）により体積率Ｖｆが１５％となるよ
うに形成し、これを第８図に示すように金型す内に七ノ
ドし“ζピストン母材と同しＡＣａＡ材の溶湯を第９図
に示すように注湯する。そして第１Ｏ図に示すように金
型すを密封して金型す内に８００ｋｇ ｆ ／ｃｍ”の
圧力を加えて溶湯ｒ造により複合材を５！造する。
得られた複合材は複合されてない部分を削除して強化部
の形状に合致した複合体Ｃに加工した後、第１２図に示
すようにピストン本体ｄの強化個所に電子ビーム溶接し
て複合ピストンを得た。
の形状に合致した複合体Ｃに加工した後、第１２図に示
すようにピストン本体ｄの強化個所に電子ビーム溶接し
て複合ピストンを得た。
次にこの比較用のピストンと本実施例により得られたピ
ストンに以下の試験条件でＷ ｉｊｉ ’Ｊ −５−ス
トを実施した。
ストンに以下の試験条件でＷ ｉｊｉ ’Ｊ −５−ス
トを実施した。
試験条件加熱サイクル４００℃＝１５０℃ｌサイクル
１２秒 その結果第７図に示すように本実施例のピストンでは、
６０００サイクルでも亀裂が認められなかったのに対
して比較用ピストンでは３０００サイクルで亀裂が発生
し、ＡＣ８ＡのＪす材のみの場合は、 １０００サイク
ルで亀裂が発生した。
１２秒 その結果第７図に示すように本実施例のピストンでは、
６０００サイクルでも亀裂が認められなかったのに対
して比較用ピストンでは３０００サイクルで亀裂が発生
し、ＡＣ８ＡのＪす材のみの場合は、 １０００サイク
ルで亀裂が発生した。
また複合強化部の形状は外ＩＳＩ６ｏｍ、 内周５０鰭
であったが、比較用ピストンでは複合強化部外周と１（
ｌ：材の界面で多数の亀裂が発生したが１本実施例のピ
ストンでは界面での亀裂は全く認められなかった。
であったが、比較用ピストンでは複合強化部外周と１（
ｌ：材の界面で多数の亀裂が発生したが１本実施例のピ
ストンでは界面での亀裂は全く認められなかった。
これは次の第１３図で示すように８本実施例のピストン
の複合強化部の方が、複合強化部と１６材との熱膨張差
が小さく、これが界曲部の亀裂の発生防止に寄与したた
めである。
の複合強化部の方が、複合強化部と１６材との熱膨張差
が小さく、これが界曲部の亀裂の発生防止に寄与したた
めである。
なお、に記実施例は内燃機関のピストンに複合強化部を
局部的に形成した例を説明したものであるが、ピストン
以外の局部的に繰り返し熱負荷を受ける部材に広く適用
できることは勿論である。
局部的に形成した例を説明したものであるが、ピストン
以外の局部的に繰り返し熱負荷を受ける部材に広く適用
できることは勿論である。
また−１−記実施例では複合体３を電子ビーム溶接でピ
ストン本体４に接合するようにしたが。
ストン本体４に接合するようにしたが。
摩擦圧やレーザビーム溶接などの接合手段で接合しても
勿論よい。
勿論よい。
（発明の効果）
この発明は以上詳述したように、複合強化部の母材の合
３元素を除き無機繊維で複合強化したことから、複合強
化部の耐熱亀裂製が大幅に改善できるようになった。ま
た複合強化部にＳ工が含まれていないので、熱膨張係数
が大きくなっ゛ζ部材の母材との差が小さくなるため１
部材の母材と強化部との界面に亀裂が発生するなどの不
具合も解消することができる。
３元素を除き無機繊維で複合強化したことから、複合強
化部の耐熱亀裂製が大幅に改善できるようになった。ま
た複合強化部にＳ工が含まれていないので、熱膨張係数
が大きくなっ゛ζ部材の母材との差が小さくなるため１
部材の母材と強化部との界面に亀裂が発生するなどの不
具合も解消することができる。
さらに予め複合材を製造して、これを強化すら１部材本
体をコストの安い車力鍛造により製造することができ、
これによって複合強化部を有する耐熱部材が安価に（１
られると共に、従来の高圧鍛造では得られなかったアン
ダカノトを有するピストンなどにも容易に実施すること
が６Ｊ能である。
体をコストの安い車力鍛造により製造することができ、
これによって複合強化部を有する耐熱部材が安価に（１
られると共に、従来の高圧鍛造では得られなかったアン
ダカノトを有するピストンなどにも容易に実施すること
が６Ｊ能である。
図面はこの発明の一実施例を示し、第１図ないし第６図
は製造工程図、第７図は熱衝撃テストの結果を丞す線図
、第８図ないし第１２図は従来の製造工程を示す工程図
、第１３図は熱膨張測定結果の表を示す。 ｌ・・・プリフォーム、 ２・・・金型。 ３・・・複合体、 ４・・・ピストン本体。 特許出願人 イズミ工業株式会社代 理 人
（弁理士）松 澤 統べき部材の強化部に接合す
るようにしたことか第 図 第 図 第 ワ Ｘ１００Ｏ 磨熱−４≧うそ？ナイクノ４（ ズ 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 手 ４ダご ネ市 正 マ↑ 昭和 ６絣１’７Ｊ１２３ 日 ’Ｉ’ｌ”Ｆ ｎ午Ｊ−５＝ ＪｓＳ＝−１τ吉「■文
豪−タカ（徒１、事件の表示 昭４１１６３年特許願第２８５７３２号２、発明の名称 複合強化部を自−１−己耐熱部材ルびその製造方法３、
補ＩＦをする打 °ＩＳ件との関係 特詐出；夕１人 住 所 埼玉県用越巾大字人中居６２０番地名
称 イズミ工−株工（会社 代表者 泉 肇 ４代 理 人 補正命令の［１付 自発補正 補正の対象 明細書及び図面の第１１図 第１２図及び！７１１３図 １、明細Ｊ）第５１′（第１９行の「繊維を」をｌ−１
！Ｊｉ １′ｉ「と」と補正する。 ２、明細；１）第７真第１６行の［製造する。］の次に
［そしてこれを第１１図のビス１−ン形状に加工する。 ］を加入する。 ３、明細書第７頁第１７行〜第８１１第１行の［−得ら
れた・・・た。」を削除する。 ４、明細書第９頁第１３行の［耐熱亀裂製１を［＃付熱
亀裂性」と補正する。 ５、明細書第９頁第１６行の「母（，４との差１を［Ｉ
υ。 材との熱膨張係数の差」と補正する。 ６、明細書第１Ｏ真第１行の「鍛造」を”Ｊ Ｓ）；
ｉ青ｊと補正する。 ７、明細書第１０頁第４行の［−鍛造では１をｌ−！ｌ
Ｊｉ ｉΔによるピストンでは−１と補正する。 ８、明細書第１Ｏ１１第１Ｏ行の［第１２１ン１１を１
第１１図１と補正する。 ９− 明ＩＪＩ Ｂ 第１０Ｑ 第１Ｈ”ｌ （７）
［第１３図Ｊ ヲ［第＋２ｉ７１−１と補正する。 １０、別紙のとおり、第１１図を削除し、第１２図を第
１１図とし、第１３図を第１２図とする。 イｑし臂＋ｏ（ｉｆ−二重（７１ブ （丙２ｔシ之Ｔン
し２ 以−ヒ第 １１ 図 筒 １２ 図
は製造工程図、第７図は熱衝撃テストの結果を丞す線図
、第８図ないし第１２図は従来の製造工程を示す工程図
、第１３図は熱膨張測定結果の表を示す。 ｌ・・・プリフォーム、 ２・・・金型。 ３・・・複合体、 ４・・・ピストン本体。 特許出願人 イズミ工業株式会社代 理 人
（弁理士）松 澤 統べき部材の強化部に接合す
るようにしたことか第 図 第 図 第 ワ Ｘ１００Ｏ 磨熱−４≧うそ？ナイクノ４（ ズ 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 手 ４ダご ネ市 正 マ↑ 昭和 ６絣１’７Ｊ１２３ 日 ’Ｉ’ｌ”Ｆ ｎ午Ｊ−５＝ ＪｓＳ＝−１τ吉「■文
豪−タカ（徒１、事件の表示 昭４１１６３年特許願第２８５７３２号２、発明の名称 複合強化部を自−１−己耐熱部材ルびその製造方法３、
補ＩＦをする打 °ＩＳ件との関係 特詐出；夕１人 住 所 埼玉県用越巾大字人中居６２０番地名
称 イズミ工−株工（会社 代表者 泉 肇 ４代 理 人 補正命令の［１付 自発補正 補正の対象 明細書及び図面の第１１図 第１２図及び！７１１３図 １、明細Ｊ）第５１′（第１９行の「繊維を」をｌ−１
！Ｊｉ １′ｉ「と」と補正する。 ２、明細；１）第７真第１６行の［製造する。］の次に
［そしてこれを第１１図のビス１−ン形状に加工する。 ］を加入する。 ３、明細書第７頁第１７行〜第８１１第１行の［−得ら
れた・・・た。」を削除する。 ４、明細書第９頁第１３行の［耐熱亀裂製１を［＃付熱
亀裂性」と補正する。 ５、明細書第９頁第１６行の「母（，４との差１を［Ｉ
υ。 材との熱膨張係数の差」と補正する。 ６、明細書第１Ｏ真第１行の「鍛造」を”Ｊ Ｓ）；
ｉ青ｊと補正する。 ７、明細書第１０頁第４行の［−鍛造では１をｌ−！ｌ
Ｊｉ ｉΔによるピストンでは−１と補正する。 ８、明細書第１Ｏ１１第１Ｏ行の［第１２１ン１１を１
第１１図１と補正する。 ９− 明ＩＪＩ Ｂ 第１０Ｑ 第１Ｈ”ｌ （７）
［第１３図Ｊ ヲ［第＋２ｉ７１−１と補正する。 １０、別紙のとおり、第１１図を削除し、第１２図を第
１１図とし、第１３図を第１２図とする。 イｑし臂＋ｏ（ｉｆ−二重（７１ブ （丙２ｔシ之Ｔン
し２ 以−ヒ第 １１ 図 筒 １２ 図
Claims (3)
- （１）局部的に熱負荷を受ける部分を無機繊維で複合強
化したＡｌ合金部材において、複合強化部を形成するＡ
ｌ母材の合金元素Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｇを１％以下、
不純物としてＦｅ、Ｍｎを０．５％以下、その他の不純
物を０．３％以下としたことを特徴とする複合強化部を
有する耐熱部材。 - （２）上記複合強化部の無機繊維の体積率を５％〜２５
％としてなる請求項（１）記載の耐熱部材。 - （３）合金元素としてＳｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｇを１％以
下、不純物としてＦｅ、Ｍｎを０．５％以下、その他の
不純物を０．３％以下含んだＡｌ母材と、無機繊維の複
合材を予め製造し、これを部材の強化部分に接合するこ
とにより、部分的に複合強化部を形成することを特徴と
する複合強化部を有する耐熱部材の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63285732A JPH02133534A (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 複合強化部を有する耐熱部材及びその製造方法 |
| EP90302967A EP0447701B1 (en) | 1988-11-14 | 1990-03-20 | Reinforced heat resisting member and production method |
| DE69021369T DE69021369T2 (de) | 1988-11-14 | 1990-03-20 | Wärmebeständiger verstärkter Formkörper sowie Verfahren zu seiner Herstellung. |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63285732A JPH02133534A (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 複合強化部を有する耐熱部材及びその製造方法 |
| EP90302967A EP0447701B1 (en) | 1988-11-14 | 1990-03-20 | Reinforced heat resisting member and production method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02133534A true JPH02133534A (ja) | 1990-05-22 |
Family
ID=40099522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63285732A Pending JPH02133534A (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 複合強化部を有する耐熱部材及びその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JPH02133534A (ja) |
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Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS5950149A (ja) * | 1982-09-14 | 1984-03-23 | Toyota Motor Corp | 繊維強化金属複合材料 |
| JPS619537A (ja) * | 1984-06-25 | 1986-01-17 | Mitsubishi Alum Co Ltd | 無機短繊維強化金属複合材の製造法 |
| DE3700651A1 (de) * | 1987-01-12 | 1988-07-21 | Kloeckner Humboldt Deutz Ag | Zylinderkopf fuer luftgekuehlte brennkraftmaschinen |
-
1988
- 1988-11-14 JP JP63285732A patent/JPH02133534A/ja active Pending
-
1990
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- 1990-03-20 EP EP90302967A patent/EP0447701B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0447701B1 (en) | 1995-08-02 |
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| DE69021369D1 (de) | 1995-09-07 |
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