JPH0421042B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0421042B2 JPH0421042B2 JP58105932A JP10593283A JPH0421042B2 JP H0421042 B2 JPH0421042 B2 JP H0421042B2 JP 58105932 A JP58105932 A JP 58105932A JP 10593283 A JP10593283 A JP 10593283A JP H0421042 B2 JPH0421042 B2 JP H0421042B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade body
- passage
- blade
- cooling fluid
- cavity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
- F01D5/187—Convection cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、冷却構造を改良したガスタービンの
翼に関する。
翼に関する。
ガスタービンは、通常、1つの軸に圧縮機とタ
ービンとを連結し、圧縮機で圧縮された高圧空気
で燃焼器内の圧力を高め、この状態で燃焼器内に
燃料を噴射して燃焼させ、この燃焼によつて生じ
た高温、高圧のガスをタービンに導いて膨張させ
ることにより回転動力を得るように構成されてい
る。圧縮機は、通常、案内翼と回転翼とを軸方向
に交互に配列して構成され、また、タービンも動
翼と静翼とを軸方向に交互に配列して構成されて
いる。
ービンとを連結し、圧縮機で圧縮された高圧空気
で燃焼器内の圧力を高め、この状態で燃焼器内に
燃料を噴射して燃焼させ、この燃焼によつて生じ
た高温、高圧のガスをタービンに導いて膨張させ
ることにより回転動力を得るように構成されてい
る。圧縮機は、通常、案内翼と回転翼とを軸方向
に交互に配列して構成され、また、タービンも動
翼と静翼とを軸方向に交互に配列して構成されて
いる。
ところで、上記のようなガスタービンにおい
て、出力効率を高めるにはタービンの入口におけ
る燃焼ガスの温度を高めることが最も有効である
と云われている。しかし、タービンの入口ガス温
度は、タービンの翼を構成する材料の耐熱応力性
あるいは高温酸化腐食特性等により制限される。
そこで、従来、翼本体の耐熱特性を向上させるた
めに翼本体を冷却流体によつて強制冷却するよう
にした翼が用いられている。すなわち、翼根部お
よび翼本体内に冷却流体の通路を形成し、この通
路内に翼根部側から冷却流体を導いて翼本体を内
側から対流冷却するとともに上記通路を通過した
冷却流体を翼本体の前縁部、後縁部および側縁部
から翼本体外へ流出させることによつて翼本体の
外面をフイルム冷却するようにした翼が用いられ
ている。
て、出力効率を高めるにはタービンの入口におけ
る燃焼ガスの温度を高めることが最も有効である
と云われている。しかし、タービンの入口ガス温
度は、タービンの翼を構成する材料の耐熱応力性
あるいは高温酸化腐食特性等により制限される。
そこで、従来、翼本体の耐熱特性を向上させるた
めに翼本体を冷却流体によつて強制冷却するよう
にした翼が用いられている。すなわち、翼根部お
よび翼本体内に冷却流体の通路を形成し、この通
路内に翼根部側から冷却流体を導いて翼本体を内
側から対流冷却するとともに上記通路を通過した
冷却流体を翼本体の前縁部、後縁部および側縁部
から翼本体外へ流出させることによつて翼本体の
外面をフイルム冷却するようにした翼が用いられ
ている。
しかしながら、上記のように、冷却流体を使つ
て翼本体を内外から冷却するようにした翼にあつ
ても次のような問題があつた。すなわち、翼根部
から導かれた冷却流体を翼本体内において分岐さ
せ、翼本体の前縁部、後縁部および側縁部から翼
本体外へ流出させるようにしているので必然的に
翼本体の先端部を冷却する冷却流体の量が少なく
なり、この結果、他の部分に較べて翼本体の先端
部の温度上昇が大きく、特に燃焼ガスが直接衝突
する先端部の前縁部は温度上昇が大きく、この温
度上昇に基いてガス温度が制限される問題があつ
た。
て翼本体を内外から冷却するようにした翼にあつ
ても次のような問題があつた。すなわち、翼根部
から導かれた冷却流体を翼本体内において分岐さ
せ、翼本体の前縁部、後縁部および側縁部から翼
本体外へ流出させるようにしているので必然的に
翼本体の先端部を冷却する冷却流体の量が少なく
なり、この結果、他の部分に較べて翼本体の先端
部の温度上昇が大きく、特に燃焼ガスが直接衝突
する先端部の前縁部は温度上昇が大きく、この温
度上昇に基いてガス温度が制限される問題があつ
た。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、翼本体を全体に
亘つて良好に冷却でき、もつてガス温度の高温
化、すなわち出力効率の向上化に寄与できるガス
タービンの翼を提供することにある。
ので、その目的とするところは、翼本体を全体に
亘つて良好に冷却でき、もつてガス温度の高温
化、すなわち出力効率の向上化に寄与できるガス
タービンの翼を提供することにある。
本発明は、翼本体内に冷却流体の通路を直接形
成し、この通路に導かれた冷却流体で翼本体を内
部から冷却するとともに通路を通過した冷却流体
を翼本体外へ流出させて翼本体を外部からも冷却
できるようにしたガスタービンの翼において、翼
本体内の先端壁内に翼本体の最前縁部近傍からキ
ヤンバ線に沿つて翼本体の最後縁近傍まで形成さ
れた空洞と、通路内に導かれた冷却流体の一部を
少なくとも前記翼本体内の前縁部近傍から前記空
洞内に導く導入口と、この導入口から導かれた冷
却流体を空洞内を翼本体の前縁部からキヤンバ線
に沿つて翼本体の後縁部まで略全域にわたつて連
続的に通流させ、空洞内がほぼ均一な温度となる
ように冷却した後に翼本体外へ流出させる排出孔
と、 を具備してなることを特徴としている。
成し、この通路に導かれた冷却流体で翼本体を内
部から冷却するとともに通路を通過した冷却流体
を翼本体外へ流出させて翼本体を外部からも冷却
できるようにしたガスタービンの翼において、翼
本体内の先端壁内に翼本体の最前縁部近傍からキ
ヤンバ線に沿つて翼本体の最後縁近傍まで形成さ
れた空洞と、通路内に導かれた冷却流体の一部を
少なくとも前記翼本体内の前縁部近傍から前記空
洞内に導く導入口と、この導入口から導かれた冷
却流体を空洞内を翼本体の前縁部からキヤンバ線
に沿つて翼本体の後縁部まで略全域にわたつて連
続的に通流させ、空洞内がほぼ均一な温度となる
ように冷却した後に翼本体外へ流出させる排出孔
と、 を具備してなることを特徴としている。
上記のように翼本体の先端壁内に空洞を設け、
この空洞内にも冷却流体を通流させるようにして
いるので、翼本体の先端部の冷却不足を解消する
ことができる。この場合、空洞への冷却流体の入
口および出口の径を所望に設定することによつて
空洞内での流速を十分高めることができ、この結
果、先端部を良好に冷却することが可能となる。
したがつて翼本体を内、外から冷却したことと相
俟つて翼本体全体を良好に冷却でき、ガス温度の
高温化に寄与できるものが得られる。
この空洞内にも冷却流体を通流させるようにして
いるので、翼本体の先端部の冷却不足を解消する
ことができる。この場合、空洞への冷却流体の入
口および出口の径を所望に設定することによつて
空洞内での流速を十分高めることができ、この結
果、先端部を良好に冷却することが可能となる。
したがつて翼本体を内、外から冷却したことと相
俟つて翼本体全体を良好に冷却でき、ガス温度の
高温化に寄与できるものが得られる。
以下本発明の実施例を図面を参照しながら説明
する。
する。
第1図は、本発明を適用した動翼をキヤンバ線
に沿つて切断して示す図である。すなわち、この
動翼は、大きく分けて翼本体1と、この翼本体1
を支持する翼根部2およびプラツトホーム部3と
で構成されている。翼本体1、翼根部2およびプ
ラツトホーム部3は、翼本体1の先端壁4を除い
て精密鋳造によつて一体的に形成されたもので、
鋳造後に、同じく精密鋳造等によつて形成された
上記先端壁4を溶接あるいは拡散接合等によつて
接合したものとなつている。
に沿つて切断して示す図である。すなわち、この
動翼は、大きく分けて翼本体1と、この翼本体1
を支持する翼根部2およびプラツトホーム部3と
で構成されている。翼本体1、翼根部2およびプ
ラツトホーム部3は、翼本体1の先端壁4を除い
て精密鋳造によつて一体的に形成されたもので、
鋳造後に、同じく精密鋳造等によつて形成された
上記先端壁4を溶接あるいは拡散接合等によつて
接合したものとなつている。
しかして、上記翼本体1および翼根部2の内部
には冷却流体の通路11が形成されており、ま
た、先端壁4の内部には通路11から分岐した冷
却流体の一部を通流させる通路12が形成されて
いる。
には冷却流体の通路11が形成されており、ま
た、先端壁4の内部には通路11から分岐した冷
却流体の一部を通流させる通路12が形成されて
いる。
上記通路11は、翼根部2から翼本体1の先端
壁4まで高さ方向に延びた第1の通路13と、こ
の通路13と翼本体11の前縁部外面との間に上
記第1の通路13と平行に高さ方向に延びた第2
の通路14と、上記第1の通路13と翼本体11
の後縁部外面との間に上記第1の通路13と平行
に高さ方向に延びた第3の通路15と、第1の通
路13と第2の通路14との間に存在する仕切壁
16に高さ方向に複数設けられた小孔17と、翼
本体1の前縁部外面と第2の通路14との間に存
在する壁18に高さ方向に複数設けられた小孔1
9と、前記第1の通路13と第3の通路15との
間に存在する仕切壁20に高さ方向に複数設けら
れた小孔21と、翼本体1の後縁部外面と第3の
通路15との間に存在する壁22に高さ方向に複
数設けられた小孔23とで構成されている。
壁4まで高さ方向に延びた第1の通路13と、こ
の通路13と翼本体11の前縁部外面との間に上
記第1の通路13と平行に高さ方向に延びた第2
の通路14と、上記第1の通路13と翼本体11
の後縁部外面との間に上記第1の通路13と平行
に高さ方向に延びた第3の通路15と、第1の通
路13と第2の通路14との間に存在する仕切壁
16に高さ方向に複数設けられた小孔17と、翼
本体1の前縁部外面と第2の通路14との間に存
在する壁18に高さ方向に複数設けられた小孔1
9と、前記第1の通路13と第3の通路15との
間に存在する仕切壁20に高さ方向に複数設けら
れた小孔21と、翼本体1の後縁部外面と第3の
通路15との間に存在する壁22に高さ方向に複
数設けられた小孔23とで構成されている。
一方、通路12は、先端壁4の内部にキヤンバ
線方向に延びる関係に形成された空洞25と、前
記第2の通路14と上記空洞25内の前縁部側と
を連通させる導入口26と、空洞25の後縁部側
を翼本体外へ通じさせる排出口27とで構成され
ている。
線方向に延びる関係に形成された空洞25と、前
記第2の通路14と上記空洞25内の前縁部側と
を連通させる導入口26と、空洞25の後縁部側
を翼本体外へ通じさせる排出口27とで構成され
ている。
このような構成であると、通路11の第1の通
路13に、図中実線矢印で示すように冷却流体を
導入すると、この冷却流体は、第1の通路13内
を翼本体1の先端方向へと流れ、この間に翼本体
1の中央部分を対流冷却によつて内側から冷却す
る。そして、第1の通路13内の冷却流体は、第
2図にも示すように、次に2つの流れに分岐さ
れ、一方においては小孔17から壁18の内面に
向けて噴射され、壁18をインピンジ冷却した
後、一部が小孔19から噴出して翼本体1の周面
に冷却流体の膜を形成するフイルム冷却に供さ
れ、また残りが前縁部近傍に設けられた導入口2
6を介して空洞25内に流れ込む。また、他方に
おいては小孔21から壁22の内面に向けて噴射
され、壁22をインピンジ冷却し、続いて小孔2
3から噴出し、小孔23内を通る間に壁22を対
流冷却する。そして、空洞25内の前縁側に流れ
込んだ冷却流体は、最初に温度上昇の大きい前縁
側を冷却した後、空洞25内を燃焼ガスの圧力の
高い前縁側からガスの圧力の低い後縁側へとスム
ーズに流れ、その間に対流冷却によつて先端壁4
を冷却した後、排出口27を介して翼本体外へと
流出する。したがつて、翼本体1は、その中央
部、前縁部、後縁部および先端壁4の全てが、冷
却流体による対流冷却、インピンジ冷却あるいは
フイルム冷却によつて冷却されることになり、従
来の翼のように局部的に非常に高温になるところ
がないので、結局、前述した効果が得られる。
路13に、図中実線矢印で示すように冷却流体を
導入すると、この冷却流体は、第1の通路13内
を翼本体1の先端方向へと流れ、この間に翼本体
1の中央部分を対流冷却によつて内側から冷却す
る。そして、第1の通路13内の冷却流体は、第
2図にも示すように、次に2つの流れに分岐さ
れ、一方においては小孔17から壁18の内面に
向けて噴射され、壁18をインピンジ冷却した
後、一部が小孔19から噴出して翼本体1の周面
に冷却流体の膜を形成するフイルム冷却に供さ
れ、また残りが前縁部近傍に設けられた導入口2
6を介して空洞25内に流れ込む。また、他方に
おいては小孔21から壁22の内面に向けて噴射
され、壁22をインピンジ冷却し、続いて小孔2
3から噴出し、小孔23内を通る間に壁22を対
流冷却する。そして、空洞25内の前縁側に流れ
込んだ冷却流体は、最初に温度上昇の大きい前縁
側を冷却した後、空洞25内を燃焼ガスの圧力の
高い前縁側からガスの圧力の低い後縁側へとスム
ーズに流れ、その間に対流冷却によつて先端壁4
を冷却した後、排出口27を介して翼本体外へと
流出する。したがつて、翼本体1は、その中央
部、前縁部、後縁部および先端壁4の全てが、冷
却流体による対流冷却、インピンジ冷却あるいは
フイルム冷却によつて冷却されることになり、従
来の翼のように局部的に非常に高温になるところ
がないので、結局、前述した効果が得られる。
ここで、対流による熱伝達を表わすヌツセルト
数Nuは、一般に、 Nu∝RemPrn の形で表現される。但し、Reはレイノルズ数、
Prはプラントル数を示し、m、nは定数を示し
ている。レイノルズ数Reは流体の流速が速い程
大きい。したがつて、導入口26および排出口2
7の径を選択すれば、空洞25内の冷却流体の流
速を速めることができ、これによつて先端壁4を
良好に冷却できる。このことは、第2の通路14
の先端側位置(流量の少ない位置)から空洞25
内に冷却流体を送り込むようにしても空洞25内
の流体制御によつて良好に冷却できることを意味
している。
数Nuは、一般に、 Nu∝RemPrn の形で表現される。但し、Reはレイノルズ数、
Prはプラントル数を示し、m、nは定数を示し
ている。レイノルズ数Reは流体の流速が速い程
大きい。したがつて、導入口26および排出口2
7の径を選択すれば、空洞25内の冷却流体の流
速を速めることができ、これによつて先端壁4を
良好に冷却できる。このことは、第2の通路14
の先端側位置(流量の少ない位置)から空洞25
内に冷却流体を送り込むようにしても空洞25内
の流体制御によつて良好に冷却できることを意味
している。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。たとえば、第3図a,bに示すよう
に空洞25の内面にキヤンバ線と交差するように
凸部31を設け、この凸部31で通流する冷却流
体を積極的に撹拌させることによつて対流冷却効
果を向上させるようにしてもよい。また、第4図
a,bに示すように、第1の通路13および第3
の通路15からも孔32,33を介して空洞25
内に冷却流体を送り込むようにしてもよい。この
場合、孔32,33の径および配設ピツチの選択
によつて孔32,33から噴出する冷却流体でキ
ヤンバ線に沿つた所望のインピンジ冷却特性を発
揮させることができる。また、第1の通路13の
存在によつて翼本体1の腹側に形成された壁にフ
イルム冷却用の小孔を設けるようにしてもよい。
のではない。たとえば、第3図a,bに示すよう
に空洞25の内面にキヤンバ線と交差するように
凸部31を設け、この凸部31で通流する冷却流
体を積極的に撹拌させることによつて対流冷却効
果を向上させるようにしてもよい。また、第4図
a,bに示すように、第1の通路13および第3
の通路15からも孔32,33を介して空洞25
内に冷却流体を送り込むようにしてもよい。この
場合、孔32,33の径および配設ピツチの選択
によつて孔32,33から噴出する冷却流体でキ
ヤンバ線に沿つた所望のインピンジ冷却特性を発
揮させることができる。また、第1の通路13の
存在によつて翼本体1の腹側に形成された壁にフ
イルム冷却用の小孔を設けるようにしてもよい。
第1図は本発明の一実施例に係る翼をキヤンバ
線に沿つて切断した縦断面図、第2図は同翼を第
1図におけるA−A線に沿つて切断し矢印方向に
みた図、第3図aは本発明の別の実施例に係る翼
を局部的に取り出して示す縦断面図、同図bは同
翼をaにおけるB−B線に沿つて切断し矢印方向
にみた図、第4図aは本発明のさらに別の実施例
に係る翼を局部的に取り出して示す縦断面図、同
図bは同翼をaにおけるC−C線に沿つて切断し
矢印方向にみた図である。 1…翼本体、2…翼根部、4…先端壁、11…
通路、25…空洞、26…導入口、27…排出
口。
線に沿つて切断した縦断面図、第2図は同翼を第
1図におけるA−A線に沿つて切断し矢印方向に
みた図、第3図aは本発明の別の実施例に係る翼
を局部的に取り出して示す縦断面図、同図bは同
翼をaにおけるB−B線に沿つて切断し矢印方向
にみた図、第4図aは本発明のさらに別の実施例
に係る翼を局部的に取り出して示す縦断面図、同
図bは同翼をaにおけるC−C線に沿つて切断し
矢印方向にみた図である。 1…翼本体、2…翼根部、4…先端壁、11…
通路、25…空洞、26…導入口、27…排出
口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 翼本体内に冷却流体の通路を直接形成し、こ
の通路に導かれた冷却流体で翼本体を内部から冷
却するとともに前記通路を通過した冷却流体を翼
本体外へ流出させて前記翼本体を外部からも冷却
できるようにしたガスタービンの翼において、 前記翼本体内の先端壁内に前記翼本体の最前縁
部近傍からキヤンバ線に沿つて前記翼本体の最後
縁近傍まで形成された空洞と、 前記通路内に導かれた冷却流体の一部を少なく
とも前記翼本体内の前縁部近傍から前記空洞内に
導く導入口と、 この導入口から導かれた冷却流体を前記空洞内
を前記翼本体の前縁部からキヤンバ線に沿つて前
記翼本体の後縁部まで略全域にわたつて連続的に
通流させ、前記空洞内がほぼ均一な温度となるよ
うに冷却した後に前記翼本体外へ流出させる排出
孔と、 を具備してなることを特徴とするガスタービンの
翼。 2 前記空洞は、内面に凸部が形成されたもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
のガスタービンの翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10593283A JPS59231102A (ja) | 1983-06-15 | 1983-06-15 | ガスタ−ビンの翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10593283A JPS59231102A (ja) | 1983-06-15 | 1983-06-15 | ガスタ−ビンの翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59231102A JPS59231102A (ja) | 1984-12-25 |
| JPH0421042B2 true JPH0421042B2 (ja) | 1992-04-08 |
Family
ID=14420621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10593283A Granted JPS59231102A (ja) | 1983-06-15 | 1983-06-15 | ガスタ−ビンの翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59231102A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5720431A (en) * | 1988-08-24 | 1998-02-24 | United Technologies Corporation | Cooled blades for a gas turbine engine |
| US5975851A (en) * | 1997-12-17 | 1999-11-02 | United Technologies Corporation | Turbine blade with trailing edge root section cooling |
| DE50309922D1 (de) * | 2003-07-29 | 2008-07-10 | Siemens Ag | Gekühlte Turbinenschaufel |
| US7413403B2 (en) * | 2005-12-22 | 2008-08-19 | United Technologies Corporation | Turbine blade tip cooling |
| EP2426316A1 (en) * | 2010-09-03 | 2012-03-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbine blade |
| DE102013224998A1 (de) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Turbinenrotorschaufel einer Gasturbine und Verfahren zur Kühlung einer Schaufelspitze einer Turbinenrotorschaufel einer Gasturbine |
| US9835087B2 (en) * | 2014-09-03 | 2017-12-05 | General Electric Company | Turbine bucket |
| US9885243B2 (en) | 2015-10-27 | 2018-02-06 | General Electric Company | Turbine bucket having outlet path in shroud |
| US10156145B2 (en) * | 2015-10-27 | 2018-12-18 | General Electric Company | Turbine bucket having cooling passageway |
| US10508554B2 (en) | 2015-10-27 | 2019-12-17 | General Electric Company | Turbine bucket having outlet path in shroud |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1410014A (en) * | 1971-12-14 | 1975-10-15 | Rolls Royce | Gas turbine engine blade |
| JPS5114519A (ja) * | 1974-07-25 | 1976-02-05 | Mitsui Shipbuilding Eng | Reikyakutaabindoyoku |
| US4224011A (en) * | 1977-10-08 | 1980-09-23 | Rolls-Royce Limited | Cooled rotor blade for a gas turbine engine |
| US4411597A (en) * | 1981-03-20 | 1983-10-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Tip cap for a rotor blade |
-
1983
- 1983-06-15 JP JP10593283A patent/JPS59231102A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59231102A (ja) | 1984-12-25 |
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