JPH0692508B2 - 長繊維強化ポリオレフィン樹脂組成物 - Google Patents
長繊維強化ポリオレフィン樹脂組成物Info
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Description
ン樹脂組成物に関する。さらに詳しくは、成形品中にお
ける強化用長繊維の分散が均一で優れた落錘衝撃強度を
示し、また強度の異方性や反り変形がきわめて少ないペ
レット状長繊維強化ポリオレフィン樹脂組成物に関す
る。
塑性樹脂を比較的短い(一般には3mm以下)繊維で強化
した繊維強化熱可塑性樹脂は、優れた引張強度などの機
械的強度や剛性を有するため各種工業部品に好適に使用
されている。ところが、このような繊維強化熱可塑性樹
脂は、通常、樹脂と強化繊維を溶融混練することによっ
て製造されるため、組成物製造の時点で繊維がさらに短
く折れてしまうという問題がある。したがって、繊維が
短いためにアイゾット衝撃強度や落錘衝撃強度などの衝
撃強度に劣るという重大な欠点を有するうえ、成形時の
繊維の配向により成形品の形状によっては強度の異方性
や反り変形を生じたりするという問題もかかえており、
その用途は限定されているのが現状である。
度を改良したものとして、ポリオレフィン樹脂に繊維長
が5〜50mmのガラス長繊維を5〜60wt%ドライブレ
ンド、もしくはドライブレンド後溶融混練して得られる
加熱圧縮成形用組成物が提案されている(特開昭60−
86139)。この組成物は、機械的強度や剛性に優
れ、なおかつアイゾット衝撃強度にも優れた非常に有用
な材料である。しかしながら、この組成物について検討
したところ以下の問題のあることが判明した。すなわ
ち、この組成物がドライブレンド品である場合には、成
形時のガラス繊維の開繊性が不充分で成形品中のガラス
繊維の均一分散性に劣るということ、また、組成物が溶
融混練品である場合には、その溶融混練時にガラス繊維
がかなりの程度で折れてしまっているということであ
る。このため、いずれの製造方法においても、落錘衝撃
強度や強度の異方性、また反り変形性についてはほとん
ど改良がみられないということがわかった。しかも、こ
の組成物は、成形方法が熱圧縮成形に限定されており、
溶融混練後ペレット化すれば各種成形法に応用可能であ
るが、繊維の折れはさらに顕著になることが判明した。
撃強度を改良したものとして、ガラス繊維やカーボン繊
維などの強化繊維のロービングを用い、これに樹脂を含
浸させたのち引抜き成形し、所望の長さに切断すること
により製造されるペレット状長繊維強化熱可塑性樹脂組
成物が知られている。この組成物は、ペレット状である
にもかかわらずきわめて長い、すなわち、ペレット長に
等しい長さの強化繊維を有するうえ、ペレット状である
ために、スクリュー可塑化機構を有する一般の射出成形
機や押出成形機などの成形機に供して成形することが可
能である。たとえば、特定粘度の熱可塑性樹脂に30vo
l %(ポリオレフィン樹脂の場合、およそ50〜55wt
%に相当)以上の平行に整列した強化繊維を含む、長さ
2〜100mmのペレット状長繊維強化熱可塑性樹脂組成
物が提案されているが(特開昭63−37694)、こ
の組成物は、機械的強度や剛性に優れるほか、衝撃強度
もアイゾット衝撃強度ばかりでなく落錘衝撃強度にも優
れ、さらに強度の異方性も改良されたきわめて有用なも
のである。
繊維強化熱可塑性樹脂は、次のような問題をかかえてい
る。すなわち、成形時の繊維の開繊性が不充分であり成
形品中で繊維が均一に分散しないということ、および、
ペレット中においては長く保持されている強化繊維も成
形時のスクリューによる可塑化の際には著しく折れてし
まうということである。このため、短い繊維で強化され
た樹脂組成物と比べて、機械的強度や剛性、およびアイ
ゾット衝撃強度などの衝撃強度は改良されるもののいま
だ満足しうるレベルとは言いがたく、落錘衝撃強度や繊
維の配向による強度の異方性、および反り変形性につい
ては改良効果に乏しい。
成形する際の繊維の折れを防ぐ方法としては、径が6mm
以上のノズル、および溝深さが5mm以上で圧縮比が1.
8以下のスクリューを有する射出成形機を用い、スクリ
ュー回転数20〜50rpm 、射出速度0.2〜1.0m
/min の条件ににて成形を行う方法が提案されている
(特開平2−292008、特開平2−29200
9)。この方法によれば、成形時の繊維の折れを極力防
ぐことが可能であり、機械的強度、剛性、アイゾット衝
撃強度は向上する。しかしながら、この方法により得ら
れる成形品について検討したところ、繊維の折れを防い
だ結果として開繊性が犠牲となり、成形品中における繊
維の均一分散性が一段と悪化していることが判明した。
このため、小さなテストピースなどの成形では特に問題
は見られないものの、板状の成形品を成形した場合など
には落錘衝撃強度や強度の異方性、および反り変形性の
不満足なものしか得られず、この方法ではおのずと限界
がある。
成形時の繊維の開繊性が充分に良好で、優れた機械的強
度、剛性を有し、しかもアイゾット衝撃強度ばかりでな
く落錘衝撃強度などの衝撃強度にも優れ、かつ強度の異
方性や反り変形がほとんどない長繊維強化熱可塑性樹脂
組成物が各種工業材料として望まれていながらいまだ充
分に満足なものが得られていないのが実状である。した
がって、本発明の目的は、上述のごとく優れた特性を有
するペレット状長繊維強化熱可塑性樹脂組成物を提供す
ることである。
オレフィン樹脂の組成物につき鋭意研究の結果、メルト
フローレートが30g/10min 以上であるポリオレフ
ィン樹脂に、繊維長が5mm以上である強化繊維を20wt
%以上含み、かつ繊維に対する樹脂の特定の良好な含浸
性を有する組成物が、本発明の目的の達成に有効である
ことを見出し、本発明に到達した。
トが30g/10min 以上であるポリオレフィン樹脂
に、繊維長が5mm以上であって実質的に互いに平行に並
んだ強化用長繊維を20wt%以上含み、かつ、該強化用
長繊維の方向と直交するペレットの断面におけるπ・
(5d)2 (d:強化用長繊維の平均繊維径)の面積を
有する単位円内に含まれる強化繊維の本数nが次式を満
たすことを特徴とするペレット状長繊維強化ポリオレフ
ィン樹脂組成物、を構成する。
樹脂としては、低密度ポリエチレン、綿状低密度ポリエ
チレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブ
テン‐1、ポリペンテン‐1,ポリヘキセン‐1、ポリ
‐4‐メチルペンテン‐1などの重合体、またはエチレ
ン、プロピレン、ブテン‐1、ペンテン‐1、ヘキセン
‐1、4‐メチルペンテン‐1などから選択される複数
のオレフィンモノマーより得られる共重合体が挙げられ
る。なかでもポリプロピレン、またはプロピレンを主成
分とするプロピレンとエチレンもしくは他のオレフィン
との結晶性共重合体が好ましい。また、これらポリオレ
フィン樹脂を不飽和カルボン酸もしくはその無水物をグ
ラフト反応させた変性ポリオレフィン樹脂、あるいは、
ポリオレフィン樹脂とこの変性ポリオレフィン樹脂との
混合物であってもかまわない。
30℃、2.16kg荷重の条件で測定したメルフローレ
ート(MFR)(g/10min )が30以上、好ましく
は50以上であることが必要である。MFRが30未満
では、良好な含浸性を有する組成物が得にくく、良好な
含浸性が得られない場合、またかりに得られたとして
も、成形時の繊維の開繊性が劣るため成形品中の繊維の
分散が不均一となり、落錘衝撃強度や強度の異方性、お
よび反り変形は改良されない。
は、ガラス繊維、カーボン繊維、金属繊維、チタン酸カ
リウム繊維、高分子繊維など、公知のものを幅広く例示
することができる。これらは、単独、または2種以上組
合せて用いられるが、なかでもガラス繊維が補強効果に
優れるため好適である。本発明における強化繊維の繊維
長は5mm以上、好ましくは8mm以上であることが必要で
ある。5mm未満では、アイゾット衝撃強度、落錘衝撃強
度などの衝撃強度や強度の異方性、および反り変形性の
改良効果に乏しいため避けるべきである。また、強化繊
維の含有量は20wt%以上であることが必要である。含
有量が20wt%未満では、引張強度などの機械的強度、
剛性、およびアイゾット衝撃強度や落錘衝撃強度などの
衝撃強度の改良効果に乏しいため避けるべきである。
は、ロービングタイプの強化繊維にポリオレフィン樹脂
を含浸させたのち引抜成形し、次いで5mm以上の長さに
切断する方法が好ましい。ポリオレフィン樹脂を含浸さ
せる方法については、特に制限はなく、ロービングを樹
脂粉体流動床中に通したのち樹脂の融点以上に加熱する
方法(特公昭52−3985)、クロスヘッドダイを用
いてロービングに溶融ポリオレフィン樹脂を含浸させる
方法(特開昭62−60625、特開昭63−1320
36、特開昭63−264326、特開平1−2081
18)、ポリオレフィン樹脂繊維を用い、これと強化繊
維ロービングを同時に集束したのち樹脂の融点以上に加
熱する方法(特開昭61−118235)など、いずれ
であってもかまわない。
対する樹脂の含浸性が成形品中の繊維の均一分散性や落
錘衝撃強度と密接な関係があることを見出した。すなわ
ち、本発明の目的の達成のためには、ペレットが良好な
含浸性を有するものでなければならず、強化繊維の方向
と直交するペレットの断面におけるπ・(5d)
2 〔d:強化用長繊維の平均繊維径〕の面積を有する単
位円内に含まれる強化繊維の本数nが次式を満たすもの
でなければならない。
グを構成する繊維間のほとんどすべてに樹脂が入り込
み、繊維がモノフィラメントもしくはモノフィラメント
に近い状態で存在しており、ペレット中における繊維の
偏りが極少である状態をいう。上式はこの繊維の偏り程
度を規制したものであり、繊維の本数nが、その含有量
によって決まるある一定のレベル(式の右辺の値)を越
えて1箇所に凝集していてはならないことを示す。した
がって、部分的にはnが0であってもかまわないが、n
の最大値は式を満たすものでなければならない。式が満
たされないものであるとき、成形品中における繊維の分
散は不均一となり、落錘衝撃強度や強度の異方性、反り
変形性は改良されない。
は、ロービングを、樹脂粉体流動床通過中に金属バーな
どでしごき、樹脂粉体が付着しやすいようにモノフィラ
メントに近い状態に分散させる(特公昭52−398
5)、クロスヘッドダイ中に設けられた金属バーもしく
は障壁領域でロービングをしごき、溶融樹脂を強制的に
浸透させる(特開昭63−264326)、クロスヘッ
ドダイ中に設けられたロールによりロービングを押圧し
溶融樹脂を強制的に浸透させる(特開昭63−1320
36)、などの方法が挙げられる。
高い剛性を達成するためには望ましいとの開示もみられ
るが(特公昭63−37694)、ここでいうぬれ性と
は気泡の有無のみを表現したものであり、本発明でいう
ような含浸性や、またこの含浸性と成形品中での繊維の
均一分散性、および落錘衝撃強度との関連は何ら示唆さ
れていない。なお、本発明の組成物は、必要により酸化
防止剤や紫外線吸収剤の安定剤、結晶核剤、帯電防止
剤、難燃剤、可塑剤、滑剤、顔料などを含むものであっ
てもよい。
化機構を有する一般の各種成形機に供して行なうことが
できる。本発明の組成物はスクリューの練りが比較的弱
くても成形時の繊維の開繊性が良好であり、従って、む
しろ練りの弱い条件で成形する方が、繊維の折れをでき
るだけ防止する目的から望ましい。すなわち、圧縮比の
高いスクリューを用いることは避け、低スクリュー回転
数で成形するなどの配慮を行なうことが好ましい。
具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定され
るものではない。
で測定した。
ダムに10個選び、それぞれについてペレットの長さ方
向と直角の方向に100〜200μの薄片を1枚切り出
し、光学顕微鏡により倍率200〜400倍でペレット
の断面を撮影した。繊維の偏りがあった場合には、最も
繊維が集中した部分について撮影した。撮影した写真か
らは、π・(5d)2 [d:強化繊維の平均繊維径]の
面積を有する単位円内に含まれる繊維の本数nを数え
た。繊維の断面が当該円周により分断されるものについ
ては、その繊維断面のうち円内に含まれる部分を目視に
より10分の1本の桁まで読み取った。 nmax :上記10個の測定値nの最大値(表1参照) 強化繊維含有量x:ペレットの2gをるつぼに入れて電
気炉中で焼き、残渣の強化繊維の量を測定して含有量
[wt%]を算出した。 含浸性の測定:nmax が次式を満たす場合には含浸性を
○、満たさない場合には×と判定し、式の計算値とあわ
せて同様に表1に示した。
面を図1a〜dに示した。図1のaのように開繊してい
ない繊維の束がみられないようなきわめて均一な分散で
ある場合には◎、図1のdのように開繊していない繊維
の束が多数みられるような不均一な分散である場合には
×、◎と×との中間は、◎に近い方を○(図1のb)、
×に近い方を△(図1のc)の2段階で判定した。
℃まで加熱することによって繊維を焼ききり、残った繊
維を目視にて観察した。繊維の折れが少なく、長いまま
残った繊維が互いにからみあい、成形品の形がくずれず
にそのまま残っている場合には◎、繊維の折れが著し
く、成形品の形がくずれてしまっている場合には×、◎
と×との中間は、◎に近い方を○、×に近い方を△の2
段階で判定した。
mm(厚さ3.0mm)の試験片を切り出し、一定高さで測
定を行った。打撃子は径12.7mmのもの、試験片支持
台は穴径38.1mmのものを使用し、試験片はクランプ
せずフリーとした。破壊の判定については、試験片にク
ラックが生じた時点を破壊とみなした。
をなす2方向(0度方向、90度方向と表現)に沿って
150mm×10mm(厚さ3.0mm)の試験片を切り出
し、測定を行なった。このうち強度の高い方を、後記表
1および表2中0度方向として示した。
をなす2方向(0度方向、90度方向と表現)に沿って
JIS 2号A試験片を切り出し、測定を行なった。このう
ち強度の高い方を、後記表1および表2中0度方向とし
て示した。
2時間放置して状態調節を行なった。この平板を定盤上
に置き、一角をおもりで押さえた時に持ちあがる対角の
定盤からの高さを、位置をかえて測定し、その1枚につ
いて最大のものを反り変形量とした。
体100重量部、1,3‐ビス(t‐ブチルパーオキシ
イソプロピル)ベンゼン0.09重量部、2,6‐t‐
ブチル‐p‐クレゾール0.1重量部をヘンシェルミキ
サーにてあらかじめドライブレンドし、これをスクリュ
ー径45mm、L/D=30の2軸押出機により200℃
で溶融混練して得られたMFR50g/10min のプロ
ピレン単独重合体(後記表1および表2中、PP-1と略
記)
ンゼンの添加量を0.13重量部とした以外は(イ)と
同様にして得られた、MFR100g/10min のプロ
ピレン単独重合体(表1および表2中、PP-2と略記)。
ンゼンの添加量を0.05重量部とした以外は(イ)と
同様にして得られた、MFR20g/10minのプロピ
レン単独重合体(表1および表2中、PP-3と略記)。
ス繊維ロービング。
ロピレン単独重合体(PP-1)とガラス繊維とをクロスヘ
ッドダイを有する単軸押出機を用いで引抜き成形を行
い、長繊維強化ポリオレフィン樹脂ペレットを製造し
た。そのクロスヘッドダイは、ガラス繊維ロービングを
しごき、繊維間に樹脂を強制的に浸透させるための金属
バーを設けた構造のものを使用した。繊維含有量は40
wt%、ペレット長は10mmとなるように調整した。得ら
れた長繊維強化ポリオレフィン樹脂ペレットは、含浸性
をチェックするとともに射出成形機に供し、シリンダー
温度250℃、金型温度50℃、およびスクリュー回転
数30rpm にて、150mm×150mm×厚さ3.0mmの
平板を成形した。ゲートは3mmφのセンターゲートとし
た。この平板について、あるいはこの平板よりそれぞれ
所定の寸法に切り出した平板もしくは試験片について、
強化繊維均一分散性、成形後繊維長、落錘衝撃強度、引
張強度(0度、90度)、ノッチ付アイゾット衝撃強度
(0度、90度)、反り変形量の各評価を行なった。以
上の製造条件や成形条件、および評価結果を表1に示し
た。
プロピレン単独重合体(PP-2)を使用したほかは、実施
例1と同様にして長繊維強化ポリオレフィン樹脂ペレッ
トの製造、成形、および各種評価を行なった(表1参
照)。
は、実施例2と同様にして長繊維強化ポリオレフィン樹
脂ペレットの製造、成形、および各種評価を行なった
(表1参照)。
かは、実施例2と同様にして長繊維強化ポリオレフィン
樹脂ペレットの製造、成形、および各種評価を行なった
(表1参照)。
ほかは、実施例2と同様にして長繊維強化ポリオレフィ
ン樹脂ペレットの製造、成形、および各種評価を行なっ
た(表1参照)。
ほかは、実施例2と同様にして長繊維強化ポリオレフィ
ン樹脂ペレットの製造、成形、および各種評価を行なっ
た(表1参照)。以上、実施例1〜6より、本発明にか
かる組成物はいずれも、成形品中における繊維の分散が
均一で、かつ繊維の折れが少なく、落錘衝撃強度、引張
強度、アイゾット衝撃強度に優れ、しかも引張強度、ア
イゾット衝撃強度の異方性がほとんどみられず、また反
り変形がきわめて小さいことがわかる。
ロピレン単独重合体(PP-3)を使用したほかは、実施例
2と同様にして長繊維強化ポリオレフィン樹脂ペレット
の製造、成形、および各種評価を行なった(表2参
照)。重合体PP-3のMFRが本発明の範囲外であるため
にペレットの含浸性が劣っており、これによって成形品
中の繊維の分散が不均一となり落錘衝撃強度は改良され
ず、引張強度、アイゾット衝撃強度の異方性や反り変形
も生じている。
は、実施例2と同様にして長繊維強化ポリオレフィン樹
脂ペレットの製造、成形、および各種評価を行なった
(表2参照)。これは、ペレット長、つまり強化繊維の
繊維長が短すぎる場合の例であるが、成形品中における
繊維の分散は均一であるものの、落錘衝撃強度、引張強
度、アイゾット衝撃強度に劣っており、また反り変形も
生じている。
ロピレン単独重合体(PP-1)を、直接射出成形機に供し
た。成形条件や各種評価については実施例2と同様にし
て行なった(表2参照)。これは、強化繊維を含まない
ポリオレフィン樹脂の例であるが、落錘衝撃強度や引張
強度、およびアイゾット衝撃強度がまったく改良されて
いない。
ほかは、実施例2と同様にして長繊維強化ポリオレフィ
ン樹脂ペレットの製造、成形、および各種評価を行なっ
た(表2参照)。成形品中における繊維の分散は均一で
あるものの、その含有量が少ないために落錘衝撃強度や
引張強度、およびアイゾット衝撃強度の改良が不充分で
ある。
くための金属バーを有しない構造のクロスヘッドダイを
用いるほかは、実施例2と同様にして長繊維強化ポリオ
レフィン樹脂ペレットの製造、成形、および各種評価を
行なった(表2参照)。ペレットの含浸性が劣るため、
成形時の繊維の分散が不均一で落錘衝撃強度は改良され
ず、引張強度、アイゾット衝撃強度の異方性や反り変性
が生じる。
劣るペレットを使用し、成形品中における繊維の分散を
できるだけ均一にする目的でスクリュー回転数を50rp
m にあげて成形を行ったが、均一分散性は改善されなか
った(表2参照)。
劣るペレットを使用し、スクリュー回転数を200rpm
にあげて成形を行ったが、均一分散の達成が不満足なば
かりか繊維の折れが顕著になり、このため、落錘衝撃強
度、引張強度、アイゾット衝撃強度は低下し、また異方
性や反り変形も改良されなかった(表2参照)。
組成物は、ポリオレフィン樹脂のMFR、およびペレッ
ト中での強化繊維に対する樹脂の含浸性を特定化したこ
とによって、成形時の繊維の開繊性がきわめて良好とな
ったものである。また、強化繊維の繊維長と含有量の特
定化とあいまって、比較的練りの弱い条件で成形するこ
とにより、成形品中ての繊維の分散が均一でかつ折れが
少なく、引張強度などの機械的強度や剛性に優れる一
方、アイゾット衝撃強度や落錘衝撃強度などの衝撃強度
にも優れ、しかも強度の異方性や反り変形がほとんどな
い成形品を得ることが可能となった。したがって、本発
明の組成物は、種々の工業部品、殊に構造部品に好適に
使用することができる。
した図である。
形品の表面 b ○と判定するガラス繊維の分散が良好な成形品の表
面 c △と判定するガラス繊維の分散がやや悪い成形品の
表面 d ×と判定するガラス繊維の分散が悪い成形品の表面
Claims (1)
- 【請求項1】 メルフローレートが30g/10min 以
上であるポリオレフィン樹脂に、繊維長が5mm以上であ
って実質的に互いに平行に並んだ強化用長繊維を20wt
%以上含み、かつ、該強化用長繊維の方向と直交するペ
レットの断面におけるπ・(5d)2 (d:強化用長繊
維の平均繊維径)の面積を有する単位円内に含まれる強
化繊維の本数nが次式を満たすことを特徴とするペレッ
ト状長繊維強化ポリオレフィン樹脂組成物。 【数1】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12286991A JPH0692508B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 長繊維強化ポリオレフィン樹脂組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12286991A JPH0692508B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 長繊維強化ポリオレフィン樹脂組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0517631A JPH0517631A (ja) | 1993-01-26 |
| JPH0692508B2 true JPH0692508B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=14846648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12286991A Expired - Fee Related JPH0692508B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 長繊維強化ポリオレフィン樹脂組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0692508B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015174758A1 (ko) * | 2014-05-15 | 2015-11-19 | (주)엘지하우시스 | 장섬유 보강 플라스틱 복합재 및 장섬유 보강 플라스틱 복합재의 제조 방법 |
| US10975233B2 (en) | 2017-01-10 | 2021-04-13 | Celanese International Corporation | High flow fiber-reinforced propylene composition having low emissions |
| US10982059B2 (en) | 2017-01-10 | 2021-04-20 | Celanese International Corporation | Long fiber-reinforced propylene composition for use in a thin part |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| NL1004268C2 (nl) * | 1996-10-14 | 1998-04-15 | Dsm Nv | Schaalvormig vormdeel, een werkwijze voor de vervaardiging en toepassingen ervan. |
-
1991
- 1991-04-26 JP JP12286991A patent/JPH0692508B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015174758A1 (ko) * | 2014-05-15 | 2015-11-19 | (주)엘지하우시스 | 장섬유 보강 플라스틱 복합재 및 장섬유 보강 플라스틱 복합재의 제조 방법 |
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| US10982059B2 (en) | 2017-01-10 | 2021-04-20 | Celanese International Corporation | Long fiber-reinforced propylene composition for use in a thin part |
| US12209177B2 (en) | 2017-01-10 | 2025-01-28 | Ticona Llc | High flow fiber-reinforced propylene composition having low emissions |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0517631A (ja) | 1993-01-26 |
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