JPH06764Y2 - ガス検出装置 - Google Patents
ガス検出装置Info
- Publication number
- JPH06764Y2 JPH06764Y2 JP1987175631U JP17563187U JPH06764Y2 JP H06764 Y2 JPH06764 Y2 JP H06764Y2 JP 1987175631 U JP1987175631 U JP 1987175631U JP 17563187 U JP17563187 U JP 17563187U JP H06764 Y2 JPH06764 Y2 JP H06764Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- output
- sensor
- gas concentration
- concentration
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- 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.)
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 [考案の利用分野] この考案は、ガス検出装置に関する。
[従来技術] 考案者らは、金属酸化物半導体ガスセンサにより、口臭
等の匂いを検出することを検討した。この場合、口臭と
無関係に周囲に共存するバックグラウンドガスと、口臭
自体に含まれるガスとを識別する必要が有る。またセン
サの出力は、一般にガス濃度に比例しない。そこで、セ
ンサ出力をガス濃度に換算することが必要となる。
等の匂いを検出することを検討した。この場合、口臭と
無関係に周囲に共存するバックグラウンドガスと、口臭
自体に含まれるガスとを識別する必要が有る。またセン
サの出力は、一般にガス濃度に比例しない。そこで、セ
ンサ出力をガス濃度に換算することが必要となる。
これらの問題は、匂いの検出には限らず、例えば配管等
からガス漏れを検出する場合にも、同様に生ずる。いず
れの場合にも、検出対象ガスの発生源からのガスとバッ
クグラウンドのガスとを弁別せねばならない。また検出
値に定量性を与えねばならない。
からガス漏れを検出する場合にも、同様に生ずる。いず
れの場合にも、検出対象ガスの発生源からのガスとバッ
クグラウンドのガスとを弁別せねばならない。また検出
値に定量性を与えねばならない。
なお特開昭58−102,140号公報は、ガス検知素
子と雑ガス検出用の参照素子とを用い、参照素子の出力
でガス検知素子の出力への警報レベルを発生させること
を提案している。しかしこの技術では、参照素子の出力
からの警報レベルの発生はアナログ回路で行われ、警報
レベルの発生が難しい。また警報レベルが発生するだけ
で、被検出ガスのガス濃度は測定できない。更にガス検
出素子の他に、参照素子が必要である。
子と雑ガス検出用の参照素子とを用い、参照素子の出力
でガス検知素子の出力への警報レベルを発生させること
を提案している。しかしこの技術では、参照素子の出力
からの警報レベルの発生はアナログ回路で行われ、警報
レベルの発生が難しい。また警報レベルが発生するだけ
で、被検出ガスのガス濃度は測定できない。更にガス検
出素子の他に、参照素子が必要である。
[考案の課題] この考案の課題は、 (1) バックグラウンドガスの影響の補償、 (2) 検出対象ガスの定量的検出、 (3) 定量に用いる換算テーブルの規模を大きくしない
こと、 の3点に有る。
こと、 の3点に有る。
[考案の構成と作用] この考案では、金属酸化物半導体の抵抗値の変化を用い
たガスセンサによりガスを検出し、換算テーブルと比較
してガス濃度を求める。換算テーブルの規模を大規模に
しないため、間隔を置いてデータを配置し、データの間
を直線で補間し、ガス濃度を求める。これは各データを
折線でつなぐことに相当するので、この明細書では折線
近似と呼ぶ。次ぎに、検出対象ガスのサンプリングの有
無をスイッチにより区別し、換算手段でガス濃度に換算
してバックグラウンドでのガス濃度を記憶する。そして
検出対象ガスのサンプリング時のセンサ出力から、再度
換算手段を用いて検出対象に含まれるガス濃度を算出
し、バックグラウンドのガス濃度を引いて、真のガス濃
度を求める。
たガスセンサによりガスを検出し、換算テーブルと比較
してガス濃度を求める。換算テーブルの規模を大規模に
しないため、間隔を置いてデータを配置し、データの間
を直線で補間し、ガス濃度を求める。これは各データを
折線でつなぐことに相当するので、この明細書では折線
近似と呼ぶ。次ぎに、検出対象ガスのサンプリングの有
無をスイッチにより区別し、換算手段でガス濃度に換算
してバックグラウンドでのガス濃度を記憶する。そして
検出対象ガスのサンプリング時のセンサ出力から、再度
換算手段を用いて検出対象に含まれるガス濃度を算出
し、バックグラウンドのガス濃度を引いて、真のガス濃
度を求める。
[実施例] 第1図に、実施例の検出原理を示す。図の縦軸はセンサ
出力(ここでは電気伝導度σ)を現し、横軸はガス濃度
Cを現す。バックグラウンドに対するセンサ出力σb
と、検出対象ガスに対するセンサ出力σsとを求め、実
線のガス濃度依存性と比較すると、バックグラウンドの
ガス濃度Bと、検出対象に含まれるガス濃度Cとが得ら
れる。CとBとの差ΔCは、検出対象を発生源とするガ
ス濃度に等しい。ここでガス濃度Bやガス濃度Cの算出
には、ROM等に記憶させたセンサ出力σとガス濃度と
の換算テーブルを用いれば良い。
出力(ここでは電気伝導度σ)を現し、横軸はガス濃度
Cを現す。バックグラウンドに対するセンサ出力σb
と、検出対象ガスに対するセンサ出力σsとを求め、実
線のガス濃度依存性と比較すると、バックグラウンドの
ガス濃度Bと、検出対象に含まれるガス濃度Cとが得ら
れる。CとBとの差ΔCは、検出対象を発生源とするガ
ス濃度に等しい。ここでガス濃度Bやガス濃度Cの算出
には、ROM等に記憶させたセンサ出力σとガス濃度と
の換算テーブルを用いれば良い。
このことを具体的に説明する。医院等で口臭の検査を行
う場合、フォルマリン等の消毒剤の蒸気やエタノール等
の有機溶剤の蒸気が周囲に共存する。これらの蒸気は呼
気中にも含まれる。そこでガス濃度Bから共存ガスの濃
度を求め、呼気中のガス濃度Cから引くと、人体自体を
発生源とする呼気中のガス濃度が得られる。次の例を示
す。果物や生鮮食糧品等の鮮度は、匂いと関係する。そ
こでセンサでこれらの匂いを検査すると、鮮度の推定が
できる。匂いの濃度は僅かで、共存ガスの影響が問題と
なる。この場合も、差ΔCは生鮮食糧品自体を発生源と
するガス濃度を現す。最後に配管からのガス漏れの検出
を検討する。差ΔCを用いれば、周囲のガスの影響を補
償し、配管自体から漏れたガスの濃度を知ることができ
る。
う場合、フォルマリン等の消毒剤の蒸気やエタノール等
の有機溶剤の蒸気が周囲に共存する。これらの蒸気は呼
気中にも含まれる。そこでガス濃度Bから共存ガスの濃
度を求め、呼気中のガス濃度Cから引くと、人体自体を
発生源とする呼気中のガス濃度が得られる。次の例を示
す。果物や生鮮食糧品等の鮮度は、匂いと関係する。そ
こでセンサでこれらの匂いを検査すると、鮮度の推定が
できる。匂いの濃度は僅かで、共存ガスの影響が問題と
なる。この場合も、差ΔCは生鮮食糧品自体を発生源と
するガス濃度を現す。最後に配管からのガス漏れの検出
を検討する。差ΔCを用いれば、周囲のガスの影響を補
償し、配管自体から漏れたガスの濃度を知ることができ
る。
ガスセンサの出力は、共存ガス以外に、周囲の温度や湿
度の変動によっても影響を受ける。図の破線に温湿度に
よるセンサ出力の変動を示す。温湿度の影響の補償は、
例えば次のように行う。周囲の温度はサーミスタ等で検
出できる。そこでセンサ出力をサーミスタで補償する。
センサへの湿度の影響は、通常絶対湿度の影響として現
れる。絶対湿度は、各温度での飽和水蒸気圧と相対湿度
との積で定まる。そこでサーミスタの温度係数を選択す
ると、温度自体の影響と、飽和水蒸気圧の変動との双方
を補償できる。相対湿度の影響の補償は、例えばセンサ
に触れる気体を調湿槽を通し、相対湿度を一定とすれば
良い。あるいは湿度センサを用い、相対湿度を検出して
補償しても良い。これらに変えて、恒温恒湿槽により、
温度と湿度とを一定にしてもよい。これらの補償は、行
わなくても良い。
度の変動によっても影響を受ける。図の破線に温湿度に
よるセンサ出力の変動を示す。温湿度の影響の補償は、
例えば次のように行う。周囲の温度はサーミスタ等で検
出できる。そこでセンサ出力をサーミスタで補償する。
センサへの湿度の影響は、通常絶対湿度の影響として現
れる。絶対湿度は、各温度での飽和水蒸気圧と相対湿度
との積で定まる。そこでサーミスタの温度係数を選択す
ると、温度自体の影響と、飽和水蒸気圧の変動との双方
を補償できる。相対湿度の影響の補償は、例えばセンサ
に触れる気体を調湿槽を通し、相対湿度を一定とすれば
良い。あるいは湿度センサを用い、相対湿度を検出して
補償しても良い。これらに変えて、恒温恒湿槽により、
温度と湿度とを一定にしてもよい。これらの補償は、行
わなくても良い。
なおここでは、センサの電気伝導度σが周囲のガスと共
に増加するものとした。これとは逆にセンサ抵抗がガス
と共に増加する場合、センサ出力として抵抗値を用いれ
ば良い。また装置での実際の処理は、電気伝導度あるい
はセンサ抵抗等の、任意のセンサ信号を用い得る。
に増加するものとした。これとは逆にセンサ抵抗がガス
と共に増加する場合、センサ出力として抵抗値を用いれ
ば良い。また装置での実際の処理は、電気伝導度あるい
はセンサ抵抗等の、任意のセンサ信号を用い得る。
第2図に、実施例の回路を示す。図において、2はガス
センサで、4はSnO2やIn2O3,ZnO,NiO等の金属
酸化物半導体、6はセンサ2のヒータである。8は適宜
の電源で、その出力Vccを回路全体の電源とする。10
は負荷抵抗で、センサ2の較正に備えて可変抵抗を用
い、12は出力変動を吸収するためのコンデンサであ
る。
センサで、4はSnO2やIn2O3,ZnO,NiO等の金属
酸化物半導体、6はセンサ2のヒータである。8は適宜
の電源で、その出力Vccを回路全体の電源とする。10
は負荷抵抗で、センサ2の較正に備えて可変抵抗を用
い、12は出力変動を吸収するためのコンデンサであ
る。
14,16は抵抗、18はサーミスタで、センサ2の温
度依存性と、気温の変化による飽和水蒸気圧の変化とを
補償する。20は抵抗、22はコンデンサ、24はスイ
ッチである。
度依存性と、気温の変化による飽和水蒸気圧の変化とを
補償する。20は抵抗、22はコンデンサ、24はスイ
ッチである。
30はマイクロコンピュータで、32は比較手段、34
はクロック信号発生手段、36はゲート、38はカウン
タ、40はモノマルチバイブレータである。これらのも
のは全体としてA/D変換手段を構成し、コンデンサ2
2の充電電圧が負荷抵抗10の電圧に一致するまでの時
間、クロック信号をゲート36を介してカウンタ38に
積算する。この積算値は負荷抵抗10の電圧に比例す
る。コンデンサ22の電圧が負荷抵抗10の電圧に一致
すると、ゲート36を閉じ、モノマルチバイブレータ4
0を動作させ、コンデンサ22を放電させる。このよう
にして、例えば2秒程度の間隔で負荷抵抗10の出力
(センサ出力)をA/D変換する。
はクロック信号発生手段、36はゲート、38はカウン
タ、40はモノマルチバイブレータである。これらのも
のは全体としてA/D変換手段を構成し、コンデンサ2
2の充電電圧が負荷抵抗10の電圧に一致するまでの時
間、クロック信号をゲート36を介してカウンタ38に
積算する。この積算値は負荷抵抗10の電圧に比例す
る。コンデンサ22の電圧が負荷抵抗10の電圧に一致
すると、ゲート36を閉じ、モノマルチバイブレータ4
0を動作させ、コンデンサ22を放電させる。このよう
にして、例えば2秒程度の間隔で負荷抵抗10の出力
(センサ出力)をA/D変換する。
42はセンサ2のガス濃度依存性を記憶させたROMで
任意の記憶手段に変えても良く、44は折れ線近似回路
である。ROM42は例えば表の形で、ガスセンサ出力
とガス濃度の関係を記憶している。ROM42と折れ線
近似回路44で、ガス濃度換算手段を構成する。
任意の記憶手段に変えても良く、44は折れ線近似回路
である。ROM42は例えば表の形で、ガスセンサ出力
とガス濃度の関係を記憶している。ROM42と折れ線
近似回路44で、ガス濃度換算手段を構成する。
Sは検出対象のサンプリングを指示するスイッチで、サ
ンプリングの開始時に手動で入力する。46はタイマ
で、スイッチSの動作後例えば1分程度のサンプリング
時間の間、サンプリング信号を発生する。48,50はゲ
ートで、ゲート48ではサンプリング信号の不存在時の
近似回路44の出力を通過させ、ゲート50ではサンプ
リング信号の発生時の出力を通過させる。52はバック
グラウンドに対応したガス濃度Bを記憶するための記憶
手段、54はサンプリング時のガス濃度Cを記憶するた
めの記憶手段である。なお記憶手段54には、サンプリ
ング時の最高ガス濃度を記憶させる。ガス濃度の最高値
に変え、サンプリング時のガス濃度の平均値等を記憶さ
せても良い。56は引き算回路で、サンプリング時のガ
ス濃度Cとバックグラウンドのガス濃度Bとの差を演算
する。58は、引き算回路56の出力を表示する表示回
路である。
ンプリングの開始時に手動で入力する。46はタイマ
で、スイッチSの動作後例えば1分程度のサンプリング
時間の間、サンプリング信号を発生する。48,50はゲ
ートで、ゲート48ではサンプリング信号の不存在時の
近似回路44の出力を通過させ、ゲート50ではサンプ
リング信号の発生時の出力を通過させる。52はバック
グラウンドに対応したガス濃度Bを記憶するための記憶
手段、54はサンプリング時のガス濃度Cを記憶するた
めの記憶手段である。なお記憶手段54には、サンプリ
ング時の最高ガス濃度を記憶させる。ガス濃度の最高値
に変え、サンプリング時のガス濃度の平均値等を記憶さ
せても良い。56は引き算回路で、サンプリング時のガ
ス濃度Cとバックグラウンドのガス濃度Bとの差を演算
する。58は、引き算回路56の出力を表示する表示回
路である。
第3図に、調湿槽60を示す。調湿槽60には濃食塩水
等を充填し、通過した気体の湿度を一定にする。62は
吸引ポンプ、64は第2図の付帯回路で、ポンプ62で
気体を吸引し、調湿槽60で相対湿度を一定にした後、
センサ2で検出する。
等を充填し、通過した気体の湿度を一定にする。62は
吸引ポンプ、64は第2図の付帯回路で、ポンプ62で
気体を吸引し、調湿槽60で相対湿度を一定にした後、
センサ2で検出する。
調湿槽60に変え湿度センサを用いた変形例を、第4図
に示す。図において19は相対湿度の増加により抵抗値
が減少する湿度センサで、例えば抵抗14と抵抗16と
の中間に接続する。湿度センサ19は、例えば負荷抵抗
10と並列等の任意の位置に接続できる。なお第4図の
回路は、第2図の比較手段32の入力に接続する。
に示す。図において19は相対湿度の増加により抵抗値
が減少する湿度センサで、例えば抵抗14と抵抗16と
の中間に接続する。湿度センサ19は、例えば負荷抵抗
10と並列等の任意の位置に接続できる。なお第4図の
回路は、第2図の比較手段32の入力に接続する。
第5図に、第2図の実施例の動作フローチャートを示
す。第6図に、実施例の動作波形を示す。電源8を投入
すると、センサ2の出力が安定するまで1〜2分程度待
機し、その後動作状態に移行する。バックグラウンドの
ガス濃度B,検出対象のガス濃度Cの初期値として例え
ば0を代入する。
す。第6図に、実施例の動作波形を示す。電源8を投入
すると、センサ2の出力が安定するまで1〜2分程度待
機し、その後動作状態に移行する。バックグラウンドの
ガス濃度B,検出対象のガス濃度Cの初期値として例え
ば0を代入する。
サンプリング信号が存在しない場合、バックグラウンド
のガス濃度Bを算出する。カウンタ38の出力をA/D
変換後のセンサ出力σbとして読込、ROM42の出力
と比較し、折れ線近似回路44でガス濃度Bを算出す
る。ROM42では、清浄雰囲気中から高濃度のガス中
まで、各ガス濃度に対応したセンサ出力σnを記憶させ
てある(第1図参照)。そしてσbとσnとを比較し、
最も近い2つの出力σn−1とσnとを求める。次にこ
の2点間のガス濃度を直線で近似し、バックグラウンド
ガス濃度Bを算出する。Bは例えば、式(2)で現され
る。B=Cn- (σn−σ)・(σn−σn−1)−1・(Cn-C
n-1) … (2) これらのステップをσの読込毎に繰り返し、サンプリン
グ信号の発生直前の値を記憶する。
のガス濃度Bを算出する。カウンタ38の出力をA/D
変換後のセンサ出力σbとして読込、ROM42の出力
と比較し、折れ線近似回路44でガス濃度Bを算出す
る。ROM42では、清浄雰囲気中から高濃度のガス中
まで、各ガス濃度に対応したセンサ出力σnを記憶させ
てある(第1図参照)。そしてσbとσnとを比較し、
最も近い2つの出力σn−1とσnとを求める。次にこ
の2点間のガス濃度を直線で近似し、バックグラウンド
ガス濃度Bを算出する。Bは例えば、式(2)で現され
る。B=Cn- (σn−σ)・(σn−σn−1)−1・(Cn-C
n-1) … (2) これらのステップをσの読込毎に繰り返し、サンプリン
グ信号の発生直前の値を記憶する。
検出対象のサンプリングを行う場合、スイッチSに手動
で入力する。入力は、例えば口臭の検査の場合呼気の吹
き込み直前等に行い、生鮮食糧品の鮮度検査の場合も同
様にする。スイッチSに入力するとタイマ46がスター
トし、その間サンプリングを行う。センサ2の出力をA
/D変換し、濃度Bの算出と同様にガス濃度C′を求
め、サンプリング期間での最大値をCとする。そしてC
とBとの差から、検出対象を発生源とするガス濃度を求
め、これを表示回路58で表示させる。なお表示はタイ
マ46の経過後も適当な時間継続させる。タイマ46が
経過するまでこのループを繰り返し、タイマ46の経過
後にガス濃度Cを0とし、次回の検出に備える。
で入力する。入力は、例えば口臭の検査の場合呼気の吹
き込み直前等に行い、生鮮食糧品の鮮度検査の場合も同
様にする。スイッチSに入力するとタイマ46がスター
トし、その間サンプリングを行う。センサ2の出力をA
/D変換し、濃度Bの算出と同様にガス濃度C′を求
め、サンプリング期間での最大値をCとする。そしてC
とBとの差から、検出対象を発生源とするガス濃度を求
め、これを表示回路58で表示させる。なお表示はタイ
マ46の経過後も適当な時間継続させる。タイマ46が
経過するまでこのループを繰り返し、タイマ46の経過
後にガス濃度Cを0とし、次回の検出に備える。
実施例では、SnO2等のn形金属酸化物半導体を例に説明
したが、NiOやLaCoO3等のp形金属酸化物半導体を用いた
ガスセンサでも良い。また調湿槽60を用いてセンサ2
の相対湿度依存性を補償したが、この補償は省略しても
良い。
したが、NiOやLaCoO3等のp形金属酸化物半導体を用いた
ガスセンサでも良い。また調湿槽60を用いてセンサ2
の相対湿度依存性を補償したが、この補償は省略しても
良い。
[考案の効果] この考案では、 (1) バックグラウンドのガスの影響を補償し、 (2) 検出対象から発生するガスを検出できる。
(3) またこの考案では、ガス濃度を定量的に検出で
き、用いる換算テーブルも小規模で良い。
き、用いる換算テーブルも小規模で良い。
第1図は実施例のガス検出装置の特性図、第2図はその
回路図、第3図は実施例の配置を現す図、第4図は変形
例の要部回路図、第5図は第1図〜第3図の実施例の動
作フローチャート、第6図は実施例の特性図である。 図において、2 ガスセンサ、 30 マイクロコンピュータ。
回路図、第3図は実施例の配置を現す図、第4図は変形
例の要部回路図、第5図は第1図〜第3図の実施例の動
作フローチャート、第6図は実施例の特性図である。 図において、2 ガスセンサ、 30 マイクロコンピュータ。
Claims (1)
- 【請求項1】金属酸化物半導体の抵抗値の変化を用いた
ガスセンサと、 ガスセンサの出力とガス濃度との関係をデータとして記
憶した換算テーブルと、換算テーブルでのデータとデー
タとの間を直線で補間して、データとデータとの間のガ
ス濃度を求めるための折線近似手段とからなる、ガスセ
ンサの出力をガス濃度に換算するための換算手段と、 検出装置をバックグラウンドガスの検出状態から、検出
対象ガスの検出状態に切り替えるためのスイッチと、 バックグラウンドガスの検出状態での換算手段の出力を
記憶するための記憶手段と、 検出対象ガスの検出状態での換算手段の出力と、記憶手
段の出力との差から、検出対象ガスの濃度を求めるため
の引き算手段とを設けた、ガス検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987175631U JPH06764Y2 (ja) | 1987-11-17 | 1987-11-17 | ガス検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987175631U JPH06764Y2 (ja) | 1987-11-17 | 1987-11-17 | ガス検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0178943U JPH0178943U (ja) | 1989-05-26 |
| JPH06764Y2 true JPH06764Y2 (ja) | 1994-01-05 |
Family
ID=31467416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1987175631U Expired - Lifetime JPH06764Y2 (ja) | 1987-11-17 | 1987-11-17 | ガス検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06764Y2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007057266A (ja) * | 2005-08-22 | 2007-03-08 | Fis Inc | 温度補償機能付検出装置 |
| JP2007057267A (ja) * | 2005-08-22 | 2007-03-08 | Fis Inc | ガス検出装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2507099B2 (ja) * | 1989-11-20 | 1996-06-12 | 松下精工株式会社 | 炭酸ガス濃度検知装置 |
| JP5848608B2 (ja) * | 2008-12-01 | 2016-01-27 | トリコーンテク コーポレーションTricornTech Corporation | 喘息、結核及び肺癌の診断及び疾患管理のための呼気分析システム及び方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5888644A (ja) * | 1981-11-20 | 1983-05-26 | Kazutoshi Nakao | 気体の有害状況検出方法 |
-
1987
- 1987-11-17 JP JP1987175631U patent/JPH06764Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007057266A (ja) * | 2005-08-22 | 2007-03-08 | Fis Inc | 温度補償機能付検出装置 |
| JP2007057267A (ja) * | 2005-08-22 | 2007-03-08 | Fis Inc | ガス検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0178943U (ja) | 1989-05-26 |
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