JPS6139404A - 熱線波長転換放射エレメント - Google Patents

熱線波長転換放射エレメント

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JPS6139404A
JPS6139404A JP16112584A JP16112584A JPS6139404A JP S6139404 A JPS6139404 A JP S6139404A JP 16112584 A JP16112584 A JP 16112584A JP 16112584 A JP16112584 A JP 16112584A JP S6139404 A JPS6139404 A JP S6139404A
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久保 哲次郎
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、太陽等の光線(含熱線)を、より波長の長い
赤外線に転換する装置に関するものである。
これに依フて、太陽等の光線を波長の長い効率の良い熱
エネルギーに転換して、サウナやサンルーム等の医療機
器・健康機器に利用し、さらには農工業的に牧草や海草
等の乾燥に利用せんと為すものである。もちろん、他の
一般乾燥に於いても有効である。特に、サウナ等感電の
おそれを除去する必要がある箇所での赤外線放射手段と
してもその利用価値は高い。
(従来の技術) 太陽光線は、熱エネルギーとして自然利用ばかりでなく
、無料で不滅の資源として種々利用されて来た。しかし
、従来の利用手段は太陽光線の直接の利用が殆どであり
1間接利用としては太陽電池等がある。これに対し2本
発明は、太陽光線を一度赤外線に転換し、その熱エネル
ギーとしての効率を上げて利用し、−刃長波長遠赤外線
の医療や健康保持の効果を利用せんと為すものである。
また、サウナ等においては、そのニクロム線等の発熱源
が赤外線放射層と一体に設けられているゆえに感電の危
険性があった。いわんや、その中で水を使用することは
困難である0本発明はこれをも改善し、サウナ室とシャ
ワー室を一体化可能に為した。
(発明が解決しようとした問題点) 太陽は、光学的には完全黒体として、第2図に示す如く
の波長と分量の分布で輻射エネルギーを放射している。
そして、その表面温度は約6000゜に(5770°に
)(絶対温度)である。
此の光は、全て地球上に到達しているわけではなく、地
球を取り巻くオゾン層で0.3μm以下の短波長の紫外
線は遮断されている。絶対的に言えば、輻射エネルギー
のピークは約0.5μm位にある。そして、その輻射エ
ネルギーの大半は、そのままの波長では熱エネルギーと
しては効率が大変に悪い。その理由は、殆どの物質に共
鳴的に吸収される発熱効果が著しいのは、5μm以上の
長波長のもので水分を含めると2μI以上であるゆえん
である。
すなわち、第2図に示す如<6000’にの黒体輻射の
波長のピークは0.5μ鋼付近なのであるが。
此の波長は熱エネルギーとしては良いものではなく波長
はもフと長い方が良い、蓋し、有機物の殆どの共鳴吸収
波長帯、すなわち特性吸収は殆ど5μ禦以上にあるから
である。しかして、第8図で明白なように、もし此の温
度が300°になら放射エネルギーのピークは10μ鋼
であり、  400@になら約7〜86mになる。
本発明は以上の点に鑑み、太陽からの光線の波長を転換
することに依って、望ましい波長の赤外線を得ることを
為し遂げたものである。一方、サウナ等の赤外線放射手
段において、その電源と赤外線放射素子とを分離し、そ
の完全な電気的絶縁を図りその安全性を大きく確保した
。もちろん。
その集熱層は、太陽熱温水器の従来技術の公知のものを
用いればよい。
また、その第2の発明においては、光線をトラップする
ことに依り、その集光板に封じ込め、その変換効率を挙
げることを目的とした。
(問題点を解決するための手段) 以上の問題解決のために9本発明にかかる熱線波長転換
放射エレメントは以下に述べる如くに構成した。
先ず、集熱層が設けられている。此の集熱層は後述の如
く、後述のトラップ層から距離を置いて設けると効率が
良く、サウナ等に応用の場合には充分な電気的絶縁性が
得られる。此の集熱層は。
具体的には太陽熱温水器に用いられている効率の高い塗
膜と為すと良い。
つぎに、上記の集熱層の裏面には、金属板等の熱伝導層
が設けられている。此の熱伝導層は、アルミや銅板、鉄
板等が用いられるが、熱伝導層と共に、上記の吸熱塗膜
や後述のセラミック塗膜の基板としての働きも為す。
最後に、上記の熱伝導層の裏面に赤外線放射層が設けら
れている。此の赤外線放射層は特に限定するものできな
いが、以下のセラミック塗料やプラズマ爆射によるセラ
ミック膜、セラミックやカーボンのファイバー、金属繊
維等を用いた構成が手軽で効率が良い、もちろん、これ
らを組み合せた複合膜でもよい。
その−例として、先ず、アルミニューム等の金属板の裏
面に、密着性を上げる為にZr02S i02の1液型
アルコール溶液が塗布されている。
そして、その溶液の塗膜には、赤外線放射層が付着され
る。
しかして、上記の赤外線放射層は、カーボン繊維にセラ
ミック塗料を含浸し乾燥前のものを、上記のアルコール
溶液乾燥後の塗膜の上に付着させると良い。もちろん、
直接付着でもよい。
一方、セラミックファイバーをこれに代えて。
これを上記のアルコール溶液の乾燥前の塗膜に付着さぜ
乾燥させても良い。
此のセラミックファイバーは、A1203(47,3$
)、S i O2(52,3$)、F e 203 (
0,,05χ)。
TiO2とCaOとM g Oテ(0,1O$)、R2
0(0、15χ)+ B 203 (0,06χ)、の
化学成分と、B(100PPM)、 CI (5PPM
)、 F(IPPM)、 S(IOPPM)の水溶出成
分とから成るセラミックウールでも良いし、 。
A I 203 (47,3X)、T i O2(0,
10$)、S i O2(52,3$)、R20(0,
15$)、 F e 203 (0,05$)、(7)
化学成分(%は加熱後の値)より成るセラミックペーパ
ーでも良い。
なお、上記の赤外線放射層は湿気等に弱いために、その
外気に触れる部分に+ Z r O2S I O2の1
液アルコール溶μ等のガラス薄膜を塗膜1すると良い。
つぎに、第2の発明を述べる。第2の発明は以下の部分
を除いて上記の体lの発明とその構成が同一ゆえに、そ
の部分は上記の第1の発明を援用する。
しかして、熱源となる太陽光線やニクロム線。
近赤外線ランプ等からの光線である光源側にトラップ層
が設けられている。此のトラップ層は、可視光線および
近赤外線には透明であり、遠赤外線には不透明なガラス
やプラスチック等の材質からなる。なお、プラスチック
の場合には、耐熱性の有るものでないと変形してしまう
から注意を要する。
そして、上記のトラップ層の下方には上記の第1の発明
のものが設けられている。
(作用) 以上の構成において、その作用を以下に説明する。
先ず、太陽やニクロム線等の光源から発せられた光線は
集熱層に集められ通常350〜450°にのピーク値の
熱に変換する。つぎに、此の熱は、熱伝導層を通って赤
外線放射層に伝えられる。ここで、第3図に示す如きの
波長の赤外線となフて効率の良い遠赤外線を放射する。
゛  なお、第2の発明においては以上の以前に、太陽
等からの光線がガラス等のトラップ層で封じ込まれる。
すなわち、ガラス等は可視光線および近赤外線には透明
であるゆえにこれを透過して集熱層に集められる。そし
て、ここで熱に変換されるが、その温度は350〜40
0@にのピーク値のものであるゆえに、そこからの輻射
は波長の長い赤外線となる。此の波長の長い赤外線にと
ってはガラスなどは不透明である。したがって、これを
透過しにくい。それゆえに、集熱効果は上がる。
(実施例) 以上9本発明にかかる熱線波長転換放射エレメントの構
成を、その一実施例を用いてその添付図面と共に以下に
詳述する。
先ず、集熱M1が有る。此の集熱M1の裏面には熱伝導
層2が設けられている。此の熱伝導N2の裏面には赤外
線放射層3が設けである。
本発明の熱線波長転換放射エレメントは2本実施例では
さらに以下の如き構成を為した。
すなわち、Zr020i02の1液型アルコール溶液は
、金属板、特にアルミニューム板に良く付着する。一方
、この塗膜はセラミックとの付着性も良いゆえに、セラ
ミック塗料やセラミックファイバーを此の溶液を通じて
アルミニューム等の金属板の熱伝導N2に付着させるこ
とができる。
そして、Zr020i02の1液型アルコール溶tαの
塗膜は耐熱性が高< 400℃、安全をみても300℃
に耐え志、それゆえ、赤外線放射層3たるセラミックを
必要温度で加熱することが可能である。したがって、赤
外線を高い効率で放射することができる。ただし、プラ
ズマ爆射の方法によるセラミックコーティングの場合は
、此の処置は不要である。
なお、つぎに赤外線放射M3にカーボン繊維布とセラミ
ック塗料を使用した場合を述べる。
炭素繊維や黒鉛繊維等のカーボンを主成分と為す無機の
繊維状物質であるカーボン繊維は、耐熱性が高く赤外線
を発するが、炭素純度が高いゆえにほぼ黒体輻射の放射
波長特性を示す、しかし。
単独では機械的に弱く破損し易く崩れ易く赤外線放射手
段としては適しない。
そこで2本実施例では、取り扱い易いセラミック塗料を
このカーボン繊iI布に含浸させることによフて、セラ
ミックの組成に合った特性を示す炭素繊維に近い放射率
の長波長の赤外線を放射させる事ができる。また9人体
用として波長の短い所(約4ミクロン以下)を減少させ
たもの等目的に応じてもっとも適したセラミック塗料に
より最適の放射体を完成させた。
セラミックを塗料化したセラミック赤外線放射コートは
、電気絶縁性、高い冷熱サイクル性、耐水性等多くの特
徴がある。しかし、これはぼろぼろと剥れ易い、そこで
1本実施例においては上記のカーボン繊維布が有する他
物質の強化材料としての性質に着目し9丁度モルタルに
金網を入れる事によってモルタルを実用的に強化したも
のやコンクリートに鉄筋を入れたもの、その他グラスフ
ァイバー等と同様に、このセラミック赤外線反射コート
をカーボン繊維布で機械的に強化した。
なお、上記のカーボン繊維布の代わりに、アルミナまた
はシリカを混合した不燃布を一使用してもよい。
また、上記のセラミック赤外線放射塗料は、水溶性で常
温乾燥のタイプのものを使用するとその工程が大幅に簡
略化できる。もちろん、プラズマ爆射の高温型セラミッ
クでも良い。
最後に、上記のセラミックのコートは絶縁性は有るが、
吸湿性のあるものもあるゆえに、保護膜として2例えば
Zr02Si02の1液型アルコール溶液でその表面を
薄くコーティングすると良い。
なお、第2の発明においては9以上の他に、上記の集熱
層1の上方に空間を置いて、ガラスのトラップP:6が
設けられその効率を上げている。
つぎに2以上の構成の熱線波長転換放射エレメントを、
各種の具体的装置に応用した場合を述べる。
先ず、サウナに応用した場合を述べる。第4図は、サウ
ナの平面断面図を示す。ここで、第1図に示した熱線波
長転換放射ニレメン)Hが、その赤外縁故7MF’3を
内部に向けてサウナ6の内壁の適宜な箇所に設けられて
いる。此の熱線波長転換放射ニレメン)Hの集熱FFI
の裏側には、空間を置いてニクロム線やセラミックまた
は石英管等より成る発熱素子7が設けられ熱線を含む光
線を発している。
しかして、上述した如くにして遠赤外線は放射され、そ
の使用者に照射される。ところで、上記の発熱素子7は
、上記の熱線波長転換放射エレメント3から隔離して設
けることが可能ゆえに、サウナ6の外に設けることが可
能となる。したがって、それに依るg電事故は完全に防
げる。それゆえに、このサウナ6内にシャワーを設け、
シャワー付サウナと為しその附加価値を上げれば、シャ
ワーとサウナが一台で利用でき、その設置場所も節約可
能となる。
つぎに、農業への応用例を述べる。第5図はトンネル式
乾燥機で、第6図は真空式乾燥式の例を示している。共
に第1図の熱線波長転換放射ニレメン)Hをその集熱N
3を外側に向けて太陽光を集めている。そして、夜間等
のために補助用の赤外線放射手段9を設け、電力や重油
等を用いた熱源で赤外線放射手段9を加熱している。
なお、第5図においては、牧草や海草等の乾燥を為すも
のをベルトコンベアー〇に乗せてそのトンネル内を除々
に移動させ乾燥させている。そして、第6図では、撹拌
機Sで乾燥を要するものを撹拌し、均一に乾燥できるよ
うに為している。なお、此の場合熱線波長転換放射ニレ
メン)hは天井に設ける。これに依って太陽熱や人工熱
を受けてその波長を転換する。なお、側面と底面はアル
ミの反射板を設けるとその効率は上がる。
そして、サンルームに応用したものが第7図と第8図に
示されている。これはサウナ同様医学的効果も有るゆえ
、少しく説明する。
サンルームは2日光の不足しがちな冬期に有用なばかり
か、!!L期でも海水浴に行けない多忙な者にとって居
ながらにして日光浴を楽しめると言う有用なものである
。
ところで2日光浴において大切なのは赤外線。
とり分は遠赤外線が非常に重要な役目を果たす。
日光中の紫外線は、大量に浴びると皮膚がんやしみそば
かすの原因等の弊害が生じるが、赤外線。
特に遠赤外線は副射、深達力、特性吸収等の特性が、ぜ
んそく、気管支炎、リューマチ、lli痛、にきび、し
み、そばかすや自律神経失調症等の治療、特に鎮痛、消
炎に顕著な効果を発揮する。
ところが、遠赤外線は通常のガラスに対し透過性が非常
に落ちるゆえに、従来はサンルームでの遠赤外線の利用
は果たし得なかった。
本実施例は、そのサンルームの採光面に使用する部材を
研究の結果、従来のガラスに代えて遠赤外線透過体を使
用する事に依フて、サンルームを単なる従来の口なたぼ
フこ的なものから医療的。
健康機器的なものへとその目的と効果を変えてしまった
。
その上に9本実施例に9本発明にかかる熱線波長転換放
射エレメントhを加えることに依ってその効果を一層上
げた。
また2本実施例においては、その医療的、B康機器的な
目的効果をより一層上げるために、そのサンルームの内
床壁に遠赤外線を反射する被覆反射シートを設け、遠赤
外線が乱反射して、その使用者の全身を照射するように
為した。すなわち。
遠赤外線は光である事から来る犬走、つまり陰影が出来
て均一に照射し憎いと言う欠点を有するゆえに、または
壁面を曲面にしてサンルームの特定の場所に赤外線が高
密度になるようにして、サウナ効果を出すことも出来る
。本考案においては。
これを除去して、光源に向いていない部分をも充分に遠
赤外線の照射が為せるように為した。
そして9本実施例においては、それをさらに増進させる
ために、遠赤外線の光源を太陽光のみでなく、曇天や夜
間でも使用可能なように2人工の光源を設けるべく遠赤
外線ランプをその室内に設けた。
本実施例の遠赤外線サンルームの構成は以下の如くであ
る。先ず、サンルーム本体が有る。そして、此のサンル
ーム本体の採光面には遠赤外線透過体を用いている。さ
らに、上記のサンルーム本体の内床壁には遠赤外線を反
射する被覆反射シートが設けられている。
さらに、上記のサンルームの一部には2本発明の一実施
例の熱線波長転換放射ニレメン)hが設けられている。
なお、上記の構成から、関連発明として遠赤外線透過体
を削除した別の発明も可能で、さらには遠赤外線透過体
のみの発明とか、被覆反射シートのみの発明とか、逆に
被覆反射シートを除いた発 ・明とか、熱線波長転換放
射エレメントのみあるいはこれを除いた構成等が可能で
ある。また、上記の3者の内の2者の組み合わせの発明
も可能である。
しかして、上記の被覆反射シートは、裏面が金属の如き
遠赤外線反射層より成り9表面が低圧法ポリエチレンの
如き不導電遠赤外線通過層より構成されるものである。
しかして、此の被覆反射シートは、必要に依りさらにそ
の裏に可撓性や不撓性のフィルムや板等の補強基材の補
強層を設け。
最表面には、遠赤外線透過性の塗膜やフィルム依り成る
保護層で物理的な破壊を防止すれば良い。
また、必要に依り、上記の遠赤外線の透過層は。
ブタジェンゴム等のごとき接着材で接着すると良い。
また、此の被覆反射シートは可撓性不撓性のどちらにも
出来、サンルーム以外の遠赤外線応用機器にも広く使用
可能である。
以下9本発明にかかる遠赤外線反射被覆シートの説明を
、その一実施例をもってその添付図面と共に詳述する。
第7図は1本実施例に供要される被覆反射シート10の
一実施例の拡大した一部断面図である。
しかして2本実施例においては、上記の被覆反射シート
をサンルームに本体20(第9図)に応用したものであ
る。
第8図は9本実施例にかかる遠赤外線サンルームの側面
断面図を示す。
先ず、サンルーム本体20が有る。此のサンルーム本体
20の採光面には遠赤外線透過体21が設けられている
。此の遠赤外線透過体21は、ポリプロピレン、ポリエ
ステル、ウレタン、または/およUポリエチレン依り成
る。
そして、上記のサンルーム本体20の内床壁22には、
上記の被覆反射シート10が設けられている。したがフ
て、上記の採光面の遠赤、外線透過体21から入った太
陽からの遠赤外線は、上記の内床壁22に設けられた被
覆反射シー)10に依り乱反射されて、その使用者のほ
ぼ全身を照射する事になる。
また、上記のサンルーム本体20の室内23には、遠赤
外線ランプ24が設けであるゆえに、雨天曇天の日とか
夜間等太陽の出ない時にでも此のサンルームを使用する
事が可能である。したがって、継続的反復的に何時でも
使用出来るゆえに。
その医療機器的そして健康機器的な使用に大いに役立つ
。
最後に、上記のサンルーム20の一部は2本発明の熱線
波長転換放射エレメントhがもうけられその効率を上げ
ている。
なお、使用する赤外線放射層の形成はプラズマ溶射によ
るも常温硬化型のセラミック塗料またはセラミック板の
接着でもよい。
本実施例は以上の如くであるが、上述した赤外線放射P
!3と熱伝導層2との接着は、上述した如きZr020
i02の1液型アルコール溶液を用いずに、此の熱伝導
層2を単にブラストと脱脂。
さらには充分な脱脂のみの処理でも接着可能である。も
ちろん、上記の溶液を使用した方が接着力・が強い事は
申すまでもない。
(効果) 以上の如くに為して2本発明はその効果を上げた。すな
わち、長波長赤外線(遠赤外線)と近赤外線の一部は他
の波長域の光と違う独特の性質をもフている。それは。
1、深達力(内部に入る)。
26殆どの有機物質の共鳴吸収帯と合致する。
3、熱効果が大きい。
等である((2)によるものが多い)。
しかして、共鳴吸収は2分子内の原子及び原子団の有す
る各種振動数が偶々2〜30μmの波長域に含まれ、(
有機物分子は5μm〜30μn+)光とこの振動との間
の共鳴により生ずるエネルギーの殆どは熱エネルギーと
なり、また一部活性化エネルギーとして分子エネルギー
を励起する。
また、この長波長赤外線も電磁波であるために電気的に
極性を持った分子のみに共鳴吸収をおこす、このことは
、極を持フた原子または原子団が激しく振動することに
より電荷の振動は磁場を形成することは自明であり2人
体の場合。
1、熱エネルギーによる温熱効果。
2、分子エネルギーの励起による活性化。
3、一時的な磁場の発生。
等が体の疾患の治療等に役立つ光線として用いられてい
る。それゆえに、上述の如くに、遠赤外線サウナ等にも
全身照射の治療器として扱われている。
ところが、上記の波長転換放射エレメントの表面に照射
させる熱線は太陽光線に限らず9石英管その他の加熱に
よる人工的な熱線、近赤外線を含ものでもよい、それゆ
えに、最も扱い易く安価な熱源を利用すればよい、そし
て、裏面のセラミックは人体にあてる場合、乾燥2重合
、焼付等それぞれの目的に適したものを用いればよい。
このようなサウナにも、この熱線波長転換放射エレメン
トを用いることによりサウナの内部に電気の導通が全く
ない絶縁されたものをつくることが可能となり、シャワ
ーとサウナの兼用のものを製作が可能となった。
同様にして、サンルームにおいてもその医学的効果を上
げた。
さらには、牧草等の乾燥等農業への応用も可能となった
。これにより、省エネで効果の高い乾燥機が完成した。
さらには、これを牧草等に限定せず2種々の乾燥器とし
て工業面への応用でも高い
【図面の簡単な説明】
第1図は1本発明にかかる熱線波長転換放射エレメント
の一実施例を示した拡大一部側面断面図である。 第2図は、太陽の光線の分布図を示した表である。 第3図は、各温度における黒体輻射のエネルギー密度を
表した表である。 第4図は9本発明の熱線波長転換放射エレメントをサウ
ナに用いた場合の一実施例の千両断面図である。 第5図は、トンネル式乾燥機に応用の正面断面図である
。 第6図は、真空式乾燥機に応用した場合の斜視図を示す
。 第7図と8図は、サンルームに応用した場合の一実施例
で、第7図が被覆反射シートの拡大一部側面図を示し、
第8図がサンルームの側面断面図である。 l・・・集熱F!2・・・妨伝導層 3・・・赤外線放射P!4・・・保護層5・・・トラッ
プ7!+    6・・・サウナ7・・・発熱源   
   8・・・シャワー9・・・補助の赤外線放射手段 10・・・被覆反射シー)  11・・・遠赤外線反射
層12・・・不導電遠赤外線透過層 13・・・補強F’      14・・・保護層20
・・・サンルーム本体 21・・・遠赤外線透過体22
・・・内床壁     23・・・室内24・・・遠赤
外線ランプ C・・・ベルトコンベアー h・・・熱線波長転換放射エレメント W・・・牧草

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光源からの熱を吸収する集熱層、該集熱層の裏面
    に設けられた熱伝導層、該熱伝動層の裏面に設けられた
    赤外線放射層、より構成されることを特徴とした熱線波
    長転換放射エレメント。
  2. (2)光源側に設けられたものであって且つ可視光線に
    は透明であって遠赤外線には不透明なトラップ層、外ト
    ラップ層の下方に設けられた集熱層、該集熱層の裏面に
    設けられた赤外線放射層、依り構成されることを特徴と
    した熱線波長転換放射エレメント。
  3. (3)トラップ層が、ガラスであることを特徴とした特
    許請求の範囲(2)に記載の熱線波長転換放射エレメン
    ト。
  4. (4)トラップ層が、プラスチックであることを特徴と
    した特許請求の範囲(2)に記載の熱線波長転換放射エ
    レメント。
  5. (5)集熱層が、トラップ層の下方側に間隔を於いて設
    けられたものであることを特徴とした特許請求の範囲、
    (1)と(2)に記載の熱線波長転換放射エレメント。
  6. (6)集熱層が、赤外線や可視光線全体に渡って吸収率
    の高い塗膜であることを特徴とした特許請求の範囲(1
    )と(2)に記載の熱線波長転換放射エレメント。
  7. (7)集熱層が、遠赤外線の範囲での放射率すなわち吸
    収率の低くて近赤外線や可視光線の範囲での放射率の高
    いもの、であることを特徴とした特許請求の範囲(1)
    と(2)に記載の熱線波長転換放射エレメント。
  8. (8)熱伝導層が、金属板である事を特徴とした特許請
    求の範囲(1)と(2)に記載の熱線波長転換放射エレ
    メント。
  9. (9)赤外線放射層が、常温硬化型のセラミック塗膜か
    ら成るものであることを特徴とした特許請求の範囲(1
    )と(2)に記載の熱線波長転換放射エレメント。
  10. (10)赤外線放射層が、プラズマ熔射等の高温型のセ
    ラミック膜または板から成るものであることを特徴とし
    た特許請求の範囲(1)と(2)に記載の熱線波長転換
    放射エレメント。
  11. (11)赤外線放射層が、その外気に触れる部分に保護
    膜を有するものであることを特徴とした特許請求の範囲
    (1)と(2)に記載の熱線波長転換放射エレメント。
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JP16112584A Pending JPS6139404A (ja) 1984-07-31 1984-07-31 熱線波長転換放射エレメント

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JP (1) JPS6139404A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014211552A (ja) * 2013-04-19 2014-11-13 三菱電機株式会社 波長変換素子および波長変換装置

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