JPH10199696A - X線高電圧装置 - Google Patents
X線高電圧装置Info
- Publication number
- JPH10199696A JPH10199696A JP1594497A JP1594497A JPH10199696A JP H10199696 A JPH10199696 A JP H10199696A JP 1594497 A JP1594497 A JP 1594497A JP 1594497 A JP1594497 A JP 1594497A JP H10199696 A JPH10199696 A JP H10199696A
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- Japan
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- voltage transformer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高圧トランスの偏磁を考慮せずにその一次コ
イルの巻き数を少なくし高圧トランスの小型化を図る。 【解決手段】 高圧トランス15の一次電流を検出する
電流検出器63と、その検出電流の平均値を求める平均
値回路64と、その平均値出力に応じたパルス幅の信号
Voを発生する電圧・パルス幅変換回路51、52と、
それらの出力に応じてインバータ回路14のスイッチン
グ素子31〜34を駆動する駆動回路41〜44とを含
む、インバータ回路14でのスイッチング幅の上記平均
値出力のフィードバック制御系が備えられる。。
イルの巻き数を少なくし高圧トランスの小型化を図る。 【解決手段】 高圧トランス15の一次電流を検出する
電流検出器63と、その検出電流の平均値を求める平均
値回路64と、その平均値出力に応じたパルス幅の信号
Voを発生する電圧・パルス幅変換回路51、52と、
それらの出力に応じてインバータ回路14のスイッチン
グ素子31〜34を駆動する駆動回路41〜44とを含
む、インバータ回路14でのスイッチング幅の上記平均
値出力のフィードバック制御系が備えられる。。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、X線管に高電圧
を供給するインバータ方式のX線高電圧装置に関する。
を供給するインバータ方式のX線高電圧装置に関する。
【0002】
【従来の技術】インバータ方式のX線高電圧装置では、
商用の交流電源をいったん直流に変換した後インバータ
回路でスイッチングすることにより交流に変換した上で
高圧トランスの一次側に加え、その二次側から高圧交流
出力を得、これを整流してX線管の陽極・陰極間に供給
するようにしている。一般にこの高圧トランスでは、使
用する磁束密度はコア固有の飽和磁束密度以下とする必
要がある。電磁気学によると磁束密度Bは、つぎの式で
表わされる。 B=E/{4fNS×(1/100000000)} ここに、B:磁束密度[Gauss] E:電圧[V] f:周波数[Hz] N:巻き数 S:断面積[平方cm] である。
商用の交流電源をいったん直流に変換した後インバータ
回路でスイッチングすることにより交流に変換した上で
高圧トランスの一次側に加え、その二次側から高圧交流
出力を得、これを整流してX線管の陽極・陰極間に供給
するようにしている。一般にこの高圧トランスでは、使
用する磁束密度はコア固有の飽和磁束密度以下とする必
要がある。電磁気学によると磁束密度Bは、つぎの式で
表わされる。 B=E/{4fNS×(1/100000000)} ここに、B:磁束密度[Gauss] E:電圧[V] f:周波数[Hz] N:巻き数 S:断面積[平方cm] である。
【0003】この式から分かるように、コアの断面積を
小さくして小型化を図るためには、周波数を上げればよ
い。近年、高周波で大電流の開閉が可能なIGBTのよ
うなスイッチング素子が開発されたことで、インバータ
回路の駆動周波数を上げて高圧トランスを小型化する試
みが盛んになされている。
小さくして小型化を図るためには、周波数を上げればよ
い。近年、高周波で大電流の開閉が可能なIGBTのよ
うなスイッチング素子が開発されたことで、インバータ
回路の駆動周波数を上げて高圧トランスを小型化する試
みが盛んになされている。
【0004】一方、コアの材質については、従来の珪素
鋼板では高周波化するとロス(鉄損)による発熱が増大
し、新たに冷却装置が必要になるなど、結果的にむしろ
大型化してしまうため、ロスの少ないフェライトなどの
材料が用いられている。
鋼板では高周波化するとロス(鉄損)による発熱が増大
し、新たに冷却装置が必要になるなど、結果的にむしろ
大型化してしまうため、ロスの少ないフェライトなどの
材料が用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インバ
ータ方式のX線高電圧装置の高圧トランスのコアの材料
としてフェライトなどの比較的飽和磁束密度の小さいも
のを使用する場合、つぎのような問題がある。すなわ
ち、基本的に、フェライトは飽和磁束密度が珪素鋼板と
比較すると小さいので、一次コイルの巻き数を増やす必
要がある。そこで、余裕を見てコイルの巻き数を増やす
と小型化の要求に反することになるし、逆に、巻き数に
余裕がない場合にはコアが偏磁してしまい、最悪の場合
スイッチング素子の破壊にいたるという問題がある。
ータ方式のX線高電圧装置の高圧トランスのコアの材料
としてフェライトなどの比較的飽和磁束密度の小さいも
のを使用する場合、つぎのような問題がある。すなわ
ち、基本的に、フェライトは飽和磁束密度が珪素鋼板と
比較すると小さいので、一次コイルの巻き数を増やす必
要がある。そこで、余裕を見てコイルの巻き数を増やす
と小型化の要求に反することになるし、逆に、巻き数に
余裕がない場合にはコアが偏磁してしまい、最悪の場合
スイッチング素子の破壊にいたるという問題がある。
【0006】この発明は、上記に鑑み、コアにフェライ
トなどの飽和磁束密度の比較的小さいものを使用した高
圧トランスにおいて偏磁が生じないように工夫し、これ
によって高圧トランスの偏磁を考慮せずに一次コイルの
巻き数を少なくでき、もって高圧トランスを小型化し、
全体としても小型化できるようにした、インバータ方式
のX線高電圧装置を提供することを目的とする。
トなどの飽和磁束密度の比較的小さいものを使用した高
圧トランスにおいて偏磁が生じないように工夫し、これ
によって高圧トランスの偏磁を考慮せずに一次コイルの
巻き数を少なくでき、もって高圧トランスを小型化し、
全体としても小型化できるようにした、インバータ方式
のX線高電圧装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明によるX線高電圧装置においては、交流電
源に接続され交流出力を直流出力に変換する手段と、該
直流出力をスイッチングして交流化するインバータ手段
と、該交流出力が一次コイルに入力される高圧トランス
と、該高圧トランスの二次コイルに生じる高圧の交流出
力を高圧の直流出力に変換してX線管に供給する手段
と、上記高圧トランスの一次コイルの電流を検出する電
流検出手段と、該検出電流の平均値を求める手段と、該
平均値を上記インバータ手段の正側および負側のスイッ
チング幅にフィードバックして上記の平均値が0になる
ように制御するフィードバック制御手段とが備えられる
ことが特徴となっている。
め、この発明によるX線高電圧装置においては、交流電
源に接続され交流出力を直流出力に変換する手段と、該
直流出力をスイッチングして交流化するインバータ手段
と、該交流出力が一次コイルに入力される高圧トランス
と、該高圧トランスの二次コイルに生じる高圧の交流出
力を高圧の直流出力に変換してX線管に供給する手段
と、上記高圧トランスの一次コイルの電流を検出する電
流検出手段と、該検出電流の平均値を求める手段と、該
平均値を上記インバータ手段の正側および負側のスイッ
チング幅にフィードバックして上記の平均値が0になる
ように制御するフィードバック制御手段とが備えられる
ことが特徴となっている。
【0008】高圧トランスにおいて偏磁が生じると、偏
磁電流が流れる。すなわち、高圧トランスの一次コイル
に流れる電流が正側と負側とでバランスしなくなる。こ
の場合、一次コイルに流れる電流を検出し、その平均値
を求めると、0にはならず、正または負の値となる(偏
磁していないときは平均値は0となる)。そこで、この
平均値を、インバータ手段の正側および負側のスイッチ
ング幅にフィードバックして、上記の平均値が0になる
ようにフィードバック制御すれば、偏磁が解消される
(実際にはつねにフィードバック制御が働くため偏磁が
生じないように制御される)。そのため、高圧トランス
のコアにフェライトなどの飽和磁束密度の比較的小さい
ものを使用した場合に、その偏磁を考慮せずに一次コイ
ルの巻き数を少なくできる。その結果、高圧トランスを
小型化することができ、X線高電圧装置の全体としても
小型化できる。
磁電流が流れる。すなわち、高圧トランスの一次コイル
に流れる電流が正側と負側とでバランスしなくなる。こ
の場合、一次コイルに流れる電流を検出し、その平均値
を求めると、0にはならず、正または負の値となる(偏
磁していないときは平均値は0となる)。そこで、この
平均値を、インバータ手段の正側および負側のスイッチ
ング幅にフィードバックして、上記の平均値が0になる
ようにフィードバック制御すれば、偏磁が解消される
(実際にはつねにフィードバック制御が働くため偏磁が
生じないように制御される)。そのため、高圧トランス
のコアにフェライトなどの飽和磁束密度の比較的小さい
ものを使用した場合に、その偏磁を考慮せずに一次コイ
ルの巻き数を少なくできる。その結果、高圧トランスを
小型化することができ、X線高電圧装置の全体としても
小型化できる。
【0009】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。図1におい
て、商用の交流電源10に接続された整流回路11およ
び平滑コンデンサ12によって交流出力が直流化され、
その直流出力がDC/DCコンバータ13によって電圧
変換され、インバータ回路14に送られる。インバータ
回路14は、フルブリッジ接続された4つのスイッチン
グ素子(たとえばIGBTなどからなる)31〜34を
含む。これらのスイッチング素子31〜34はそれぞれ
駆動回路41〜44によって駆動されて、素子31、3
4がオン、素子32、33がオフになることと、逆に素
子31、34がオフ、素子32、33がオンになること
とを交互にくり返す。
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。図1におい
て、商用の交流電源10に接続された整流回路11およ
び平滑コンデンサ12によって交流出力が直流化され、
その直流出力がDC/DCコンバータ13によって電圧
変換され、インバータ回路14に送られる。インバータ
回路14は、フルブリッジ接続された4つのスイッチン
グ素子(たとえばIGBTなどからなる)31〜34を
含む。これらのスイッチング素子31〜34はそれぞれ
駆動回路41〜44によって駆動されて、素子31、3
4がオン、素子32、33がオフになることと、逆に素
子31、34がオフ、素子32、33がオンになること
とを交互にくり返す。
【0010】すなわち、図示しないハンドスイッチなど
を術者が操作することによりENABLE信号が生じて
発振器21が発振を開始し、図2の(a)で示すような
パルス出力が生じる。このパルス出力が1/2分周回路
22で分周されて、図2の(b)、(c)に示すように
2つに振り分けられて電圧・パルス幅変換回路51、5
2に送られる。これらの回路51、52の出力Voは図
2の(d)、(e)のようになり、これらに応じて駆動
回路41、44および42、43が、上記のスイッチン
グ素子31、34および32、33に駆動電流を与え、
上記のようなスイッチングがなされる。これにより図2
の(f)で示すような交流電流Ipが得られる。
を術者が操作することによりENABLE信号が生じて
発振器21が発振を開始し、図2の(a)で示すような
パルス出力が生じる。このパルス出力が1/2分周回路
22で分周されて、図2の(b)、(c)に示すように
2つに振り分けられて電圧・パルス幅変換回路51、5
2に送られる。これらの回路51、52の出力Voは図
2の(d)、(e)のようになり、これらに応じて駆動
回路41、44および42、43が、上記のスイッチン
グ素子31、34および32、33に駆動電流を与え、
上記のようなスイッチングがなされる。これにより図2
の(f)で示すような交流電流Ipが得られる。
【0011】この交流電流が高圧トランス15の一次コ
イルに供給される。この高圧トランス15の二次コイル
には数十〜150kV程に昇圧された交流出力が現われ
る。この高い電圧の交流出力は、高圧整流回路16を経
てふたたび直流化され、非常に高い直流電圧としてX線
管18のアノード・カソード間に印加される。
イルに供給される。この高圧トランス15の二次コイル
には数十〜150kV程に昇圧された交流出力が現われ
る。この高い電圧の交流出力は、高圧整流回路16を経
てふたたび直流化され、非常に高い直流電圧としてX線
管18のアノード・カソード間に印加される。
【0012】この管電圧は管電圧検出回路17により検
出され、加算器19に送られる。この加算器19の他方
の入力には管電圧設定器(図示しない)から設定管電圧
値を表わす信号が送られてきており、これら2つの入力
信号の差分信号が制御回路20に出力される。制御回路
20は、この差分信号に応じてDC/DCコンバータ1
3を制御し、これによってコンバータ13の直流出力電
圧が調整される。すなわち、検出管電圧のフィードバッ
ク制御によりDC/DCコンバータ13の出力電圧が変
化させられて、実測された管電圧が設定管電圧と一致さ
せられる。
出され、加算器19に送られる。この加算器19の他方
の入力には管電圧設定器(図示しない)から設定管電圧
値を表わす信号が送られてきており、これら2つの入力
信号の差分信号が制御回路20に出力される。制御回路
20は、この差分信号に応じてDC/DCコンバータ1
3を制御し、これによってコンバータ13の直流出力電
圧が調整される。すなわち、検出管電圧のフィードバッ
ク制御によりDC/DCコンバータ13の出力電圧が変
化させられて、実測された管電圧が設定管電圧と一致さ
せられる。
【0013】一方、高圧トランス15の一次コイルに流
れる電流Ipは、たとえばホール素子などで構成された
電流検出器63で検出され、平均値回路64に入力され
る。高圧トランス15で偏磁が生じていず、正・負の電
流がバランスしているときはその平均値は0になるが、
偏磁するとバランスがくずれ、正または負の電流が大き
くなって、平均値は正または負の値をとるようになる。
この平均値出力は、そのまま、あるいは極性反転回路6
5を経て加算器61、62に送られ、基準電圧発生回路
66からの基準電圧と加算される。このそれぞれの加算
出力が電圧・パルス幅変換回路51、52のVi端子に
入力される。
れる電流Ipは、たとえばホール素子などで構成された
電流検出器63で検出され、平均値回路64に入力され
る。高圧トランス15で偏磁が生じていず、正・負の電
流がバランスしているときはその平均値は0になるが、
偏磁するとバランスがくずれ、正または負の電流が大き
くなって、平均値は正または負の値をとるようになる。
この平均値出力は、そのまま、あるいは極性反転回路6
5を経て加算器61、62に送られ、基準電圧発生回路
66からの基準電圧と加算される。このそれぞれの加算
出力が電圧・パルス幅変換回路51、52のVi端子に
入力される。
【0014】電圧・パルス幅変換回路51、52は、入
力電圧Viに比例したパルス幅tを持つパルス信号Vo
(図4を参照)をそれぞれ得るもので、たとえば、図3
に示すように、1/2分周回路22からのパルス信号T
に応じて入力Viをスイッチングするスイッチング回路
71と、RC積分回路72と、シュミット回路73と、
AND回路74とから構成される。積分回路72はスイ
ッチング回路71を経た入力を積分するので、パルス信
号Tがオンになっているときのみ入力Viを積分し、そ
の間だけ積分電圧Vcが図4に示すように徐々に上昇し
ていく。シュミット回路73は入力電圧Vcが所定のレ
ベルLに到達したときその出力Vsをオフにする(図4
参照)。そのため、AND回路74の出力Voは、パル
ス信号Tの立ち上がりからシュミット回路73の出力V
sがオフになるまでの時間幅tを持つパルス信号とな
る。
力電圧Viに比例したパルス幅tを持つパルス信号Vo
(図4を参照)をそれぞれ得るもので、たとえば、図3
に示すように、1/2分周回路22からのパルス信号T
に応じて入力Viをスイッチングするスイッチング回路
71と、RC積分回路72と、シュミット回路73と、
AND回路74とから構成される。積分回路72はスイ
ッチング回路71を経た入力を積分するので、パルス信
号Tがオンになっているときのみ入力Viを積分し、そ
の間だけ積分電圧Vcが図4に示すように徐々に上昇し
ていく。シュミット回路73は入力電圧Vcが所定のレ
ベルLに到達したときその出力Vsをオフにする(図4
参照)。そのため、AND回路74の出力Voは、パル
ス信号Tの立ち上がりからシュミット回路73の出力V
sがオフになるまでの時間幅tを持つパルス信号とな
る。
【0015】そこで、高圧トランス15の偏磁がなくて
検出電流の平均値が0のときは、2つの電圧・パルス幅
変換回路51、52の入力Viはともに基準電圧そのも
のとなり、この基準電圧に対応したパルス幅tの出力V
oがそれぞれから出力され、図2の(f)に示すように
インバータ回路14における正側のスイッチング幅t+
と負側のスイッチング幅t−とは等しいものとなる。
検出電流の平均値が0のときは、2つの電圧・パルス幅
変換回路51、52の入力Viはともに基準電圧そのも
のとなり、この基準電圧に対応したパルス幅tの出力V
oがそれぞれから出力され、図2の(f)に示すように
インバータ回路14における正側のスイッチング幅t+
と負側のスイッチング幅t−とは等しいものとなる。
【0016】高圧トランス15で偏磁が生じ、Viが小
さくなれば、図4の(a)に示すように積分回路72の
出力電圧Vcの傾きが小さくなり、レベルLに到達する
時間が遅れ、出力Voのパルス幅tが長くなる。逆に、
Viが大きくなれば、図4の(b)に示すように積分回
路72の出力電圧Vcの傾きが大きくなり、レベルLに
到達する時間が早くなって、出力Voのパルス幅tが短
くなる。
さくなれば、図4の(a)に示すように積分回路72の
出力電圧Vcの傾きが小さくなり、レベルLに到達する
時間が遅れ、出力Voのパルス幅tが長くなる。逆に、
Viが大きくなれば、図4の(b)に示すように積分回
路72の出力電圧Vcの傾きが大きくなり、レベルLに
到達する時間が早くなって、出力Voのパルス幅tが短
くなる。
【0017】そのため、高圧トランス15で偏磁が生じ
て平均値回路64から正または負の平均値出力が発生す
ると、電圧・パルス幅変換回路51、52の入力Viは
一方が大きくなり他方が小さくなり、これに応じてイン
バータ回路14における正側のスイッチング幅t+が長
くなり負側のスイッチング幅t−が短くなる(あるいは
その逆に幅t+が長くなり幅t−が短くなる)。その結
果、電流検出器63および平均値回路64で検出した偏
磁電流が0になる方向へのフィードバック制御がなされ
たことになり、つねに偏磁が生じないような制御がなさ
れる。そのため、高圧トランス15のコアにフェライト
などの飽和磁束密度の比較的小さいものを使用した場合
に、その偏磁を考慮せずに一次コイルの巻き数を少なく
でき、その結果、高圧トランス15を小型化することが
でき、X線高電圧装置の全体としても小型化できる。
て平均値回路64から正または負の平均値出力が発生す
ると、電圧・パルス幅変換回路51、52の入力Viは
一方が大きくなり他方が小さくなり、これに応じてイン
バータ回路14における正側のスイッチング幅t+が長
くなり負側のスイッチング幅t−が短くなる(あるいは
その逆に幅t+が長くなり幅t−が短くなる)。その結
果、電流検出器63および平均値回路64で検出した偏
磁電流が0になる方向へのフィードバック制御がなされ
たことになり、つねに偏磁が生じないような制御がなさ
れる。そのため、高圧トランス15のコアにフェライト
などの飽和磁束密度の比較的小さいものを使用した場合
に、その偏磁を考慮せずに一次コイルの巻き数を少なく
でき、その結果、高圧トランス15を小型化することが
でき、X線高電圧装置の全体としても小型化できる。
【0018】なお、上記の実施形態は一つの例を示すも
のであり、電圧・パルス幅変換回路51、52などの具
体的な構成などは、この発明の要旨を変更しない範囲で
種々に変更できることはもちろんである。
のであり、電圧・パルス幅変換回路51、52などの具
体的な構成などは、この発明の要旨を変更しない範囲で
種々に変更できることはもちろんである。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のX線高
電圧装置によれば、偏磁が生じないようなスイッチング
幅のフィードバック制御を行っているため、高圧トラン
スのコアにフェライトなどの飽和磁束密度の比較的小さ
いものを使用した場合に、その偏磁を考慮せずに一次コ
イルの巻き数を少なくできる。そのため、高圧トランス
の小型化が可能で、X線高電圧装置の全体としても小型
化できる。
電圧装置によれば、偏磁が生じないようなスイッチング
幅のフィードバック制御を行っているため、高圧トラン
スのコアにフェライトなどの飽和磁束密度の比較的小さ
いものを使用した場合に、その偏磁を考慮せずに一次コ
イルの巻き数を少なくできる。そのため、高圧トランス
の小型化が可能で、X線高電圧装置の全体としても小型
化できる。
【図1】この発明の実施の形態を示すブロック図。
【図2】図1の各部の波形を示すタイムチャート。
【図3】電圧・パルス幅変換回路の一例を示すブロック
図。
図。
【図4】図3の各部の波形を示すタイムチャート。
10 交流電源 11 整流回路 12 平滑コンデンサ 13 DC/DCコンバータ 14 インバータ回路 15 高圧トランス 16 高圧整流回路 17 管電圧検出回路 18 X線管 19 管電圧制御用加算器 20 DC/DCコンバータの
制御回路 21 パルス発振器 22 1/2分周回路 31〜34 スイッチング素子 41〜44 駆動回路 51、52 電圧・パルス幅変換回路 61、62 スイッチング幅制御用加算器 63 一次電流検出器 64 平均値回路 65 極性反転回路 66 基準電圧発生回路 71 スイッチング回路 72 RC積分回路 73 シュミット回路 74 AND回路
制御回路 21 パルス発振器 22 1/2分周回路 31〜34 スイッチング素子 41〜44 駆動回路 51、52 電圧・パルス幅変換回路 61、62 スイッチング幅制御用加算器 63 一次電流検出器 64 平均値回路 65 極性反転回路 66 基準電圧発生回路 71 スイッチング回路 72 RC積分回路 73 シュミット回路 74 AND回路
Claims (1)
- 【請求項1】 交流電源に接続され交流出力を直流出力
に変換する手段と、該直流出力をスイッチングして交流
化するインバータ手段と、該交流出力が一次コイルに入
力される高圧トランスと、該高圧トランスの二次コイル
に生じる高圧の交流出力を高圧の直流出力に変換してX
線管に供給する手段と、上記高圧トランスの一次コイル
の電流を検出する電流検出手段と、該検出電流の平均値
を求める手段と、該平均値を上記インバータ手段の正側
および負側のスイッチング幅にフィードバックして上記
の平均値が0になるように制御するフィードバック制御
手段とを備えることを特徴とするX線高電圧装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1594497A JPH10199696A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | X線高電圧装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1594497A JPH10199696A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | X線高電圧装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10199696A true JPH10199696A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=11902884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1594497A Pending JPH10199696A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | X線高電圧装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10199696A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003103347A1 (ja) * | 2002-06-04 | 2003-12-11 | 株式会社 日立メディコ | X線装置 |
| JP2008124022A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | General Electric Co <Ge> | 電力の扱い方法及び装置 |
| KR100990734B1 (ko) | 2008-07-03 | 2010-10-29 | (주)소노텍 | 고주파 변압기의 자속 세기를 제한하기 위한 스위칭 제어장치 및 이를 포함한 전력 변환 시스템 |
-
1997
- 1997-01-13 JP JP1594497A patent/JPH10199696A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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