| 【発明の名称】 |
ガスレートセンサ |
| 【発明者】 |
【氏名】亀山 勉
【氏名】笛木 信宏
【氏名】平山 心祐
【氏名】加藤 清
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| 【要約】 |
【課題】ポンプから吐出されたガスを安定した状態でガス流管内に導き、乱れのないガス流を形成させて角速度の検出精度を高めることのできるガスレートセンサを提供する。
【解決手段】圧電型ポンプ７のガス吐出口７８とセンサチップ５のガス導入口５６が互いの中心軸をほぼ一致させて対向配設され、且つ、受け口５９の内径がガス導入口５６の一辺の長さよりも小さく設定される。これにより、ガス吐出口７８より吐出されたガスは乱れることなく安定した状態でセンサチップ５内へ導かれる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ガス吐出口よりガスを吐出するポンプと、筐体の内部にガス流路が形成され、前記ポンプから吐出されたガスを前記筐体に形成された矩形のガス導入口より取り入れて前記ガス流路にガス流を形成するガス流管と、前記ガス吐出口及び前記ガス導入口を連通する円筒状の受け口部材とを有して構成されるガスレートセンサにおいて、前記ガス吐出口及び前記ガス導入口が互いの中心軸をほぼ一致させて対向配設されるとともに、前記受け口部材の内径が前記ガス導入口の短辺の長さよりも小さく設定されたことを特徴とするガスレートセンサ。
【請求項２】 前記ガス流管の前記筐体がシリコン基板から形成されたことを特徴とする請求項１記載のガスレートセンサ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、噴出したガス流の偏向状態から走行体に生じた角速度を検出するガスレートセンサに関し、更に詳しくは、ポンプより吐出されたガスを安定した状態でガス流管内に導くようにしたガスレートセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、車両走行時に生じる角速度を検出するための装置としてガスレートセンサが知られており、カーナビゲーションシステムにおける自車両の進行方向変化を求めるため等に用いられている。このガスレートセンサは、内部にガス流路が形成されたガス流管を車体に固定し、このガス流管内に一定量のガス流を常時噴出させるとともに車両が進行方向変化したときのガス流の偏向状態（すなわち偏向の方向及び大きさ）から車両に生じた角速度を検出するものである。
【０００３】このようなガスレートセンサは一般に、ガスを吐出する圧電型のポンプから吐出されたガスをガス流管内に取り入れてガス流路にガス流を形成させる構成となっている。また、ガス流管のガス導入口には受け口部材が接合され、ポンプのガス吐出口と受け口部材はこの両者に一端ずつが取り付けられたジョイントチューブによって連通される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ここで、ガス流管の筐体はシリコン基板をもとにエッチングにより形成されるため、ガス導入口はガス吐出口や受け口部材のように円形に形成することは困難であり、矩形形状にせざるを得ない。このためポンプより吐出されたガスの流路は受け口部材からガス流管へ流入する段階で円形から矩形へと急激に変化して乱れを生ずることがあり、このため角速度の検出精度が悪くなるという問題があった。
【０００５】本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ポンプから吐出されたガスを安定した状態でガス流管内に導き、乱れのないガス流を形成させて角速度の検出精度を高めることのできるガスレートセンサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明においては、ガス吐出口よりガスを吐出するポンプ（例えば、実施形態における圧電型ポンプ７）と、筐体（例えば、シリコン基板から形成されたもの）の内部にガス流路が形成され、ポンプから吐出されたガスを筐体に形成された矩形のガス導入口より取り入れてガス流路にガス流を形成するガス流管（例えば、実施形態におけるセンサチップ５）と、ガス吐出口及びガス導入口を連通する円筒状の受け口部材（例えば、実施形態における受け口５９）とを有して構成されるガスレートセンサにおいて、ガス吐出口及びガス導入口が互いの中心軸をほぼ一致させて対向配設されるとともに、受け口部材の内径がガス導入口の短辺の長さよりも小さく設定される。
【０００７】このような構成とすることにより、ガス吐出口より吐出されたガスは乱れることなく安定した状態でガス流管内へ導かれ、ガス流路に乱れのないガス流を形成させて角速度の検出精度を高めることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は本発明に係るガスレートセンサ１の構成を示す図である。このガスレートセンサ１は、基台２と、この基台２上に取り付けられる基板ステー３と、電子回路本体４及びセンサチップ５が取り付けられて基板ステー３に固定保持される電子回路基板６と、センサチップ５内にガスを供給する圧電型ポンプ７と、電気回路基板６等の電子機器の上方を保護するとともに圧電型ポンプ７をセンサチップ５の上方に固定保持するように基板ステー３に取り付けられる樹脂性のポンプステー８と、これらの構成品を上方から覆うように下方に開口したキャップ９等から構成されている。これらの構成品を組み立てた状態を図２に示す（但しキャップ９は除いてあり、またポンプステー８の蓋８６は開けられている）。なお後述するように、このガスレートセンサ１は図１、図２に示したＦＷＤの方向が前方になるように車両Ｃに取り付けられるので、以下、このＦＷＤの方向を前方として説明する。
【０００９】図１に示すように基台２の左右上面には複数の端子２１が設けられており、これらの端子２１と繋がったリード部２２が基台２の下面から下方に延びて形成されている。またこのリード部２２を介して電源の供給及び外部との信号の入出力が行われる。
【００１０】基板ステー３は 基台２の上面にスポット溶接により取り付けられる水平部３１と、水平部３１の左右両側から上方垂直に延びて形成される垂直部３２とを有して構成されており、更にこの垂直部３２の上方の中間部は内側へ水平に折曲げられて折曲げ部３３が形成されている。また、左右それぞれの垂直部３２の前部には円孔３４が穿設されるとともに、後部には後方から水平に設けられた切り欠き３５を有している。
【００１１】電子回路基板６の下面には電子回路本体４が取り付けられており、この電子回路本体４から延びたリード部４１は電子回路基板６の下面にプリントされた配線パターンに合わせて半田付けされている。また電子回路本体４の前後には複数の抵抗４ａ等が取り付けられている。電子回路基板６上面の中央部にはセンサチップ５が前後方向に延びて取り付けられている。電子回路基板６はこのように電子回路本体４及びセンサチップ５が上下面に取り付けられた後、左右両側部が基板ステー３の折曲げ部３３に接着されて取り付けられる。
【００１２】電子回路基板６の両側部の上面にはこの電子回路基板６の下面の配線パターンと導通したボンディングパッド６１が一列に並んで形成されており、電子回路基板６が基板ステー３に取り付けられた後、アルミニウムの微細電線６２により基台２に設けられた対応する端子２１と接続される。ここで、微細電線６２のボンディング時には基板３に上下方向の荷重が作用するが、上述したように左右のボンディングパッド６１列はその下面が折曲げ部３３によって面支持されるので、これをスペーサ等で間欠的に点支持した場合のように基板３に面外曲げが生じることがない。このためボンディング時の位置ずれが防止され、精度良いボンディングを行うことができる。また、基板３の上面前方には下面の配線パターンと繋がった雌型コネクタＣ１が取り付けられる。なお、この雌型コネクタＣ１は後述する圧電型ポンプ７側の雄コネクタＣ２と結合される。
【００１３】センサチップ５の分解図を図３に示す。シリコンを材料とした下側基体５１ａ及び上側基体５１ｂを組み合わせてなる基体５１の内部にはエッチングにより形成されたガス溜め５２及びガス流路５３が設けられており、これらガス溜め５２及びガス流路を仕切っている壁５４に設けられたノズル５５により連通されている。また上側基体５１ｂ側のガス溜め５２はエッチングにより方形に形成された（エッチングによるため円形に形成することは困難）ガス導入口５６によって外部と連通されており、上下基体５１ａ、５１ｂのガス流路５３は各々外部に通じてガス排気口５７が形成されている。
【００１４】下側基体５１ａのガス流路５３には、その流路の側壁間を橋架するように窒化珪素膜から形成された橋５８が設けられており、この橋５８の上面には更に白金を成分とした一対の感熱抵抗素子Ｒ１、Ｒ２が形成されている。橋５８及び感熱抵抗素子Ｒ１、Ｒ２はともに下側基体５１ａの上面に窒化珪素膜及び白金膜を蒸着させた後エッチングすることにより形成される。
【００１５】圧電型ポンプ７の構成を図４に基づいて説明する。圧電型ポンプ７は、下側筐体７１ａと上側筐体７１ｂとが一体に組み合わされてなる筐体７１と、上下筐体７１ａ、７１ｂに外周を挟持された金属製円盤７２ａの片面にピエゾ振動子７２ｂが取り付けられてなるダイアフラム７２とから構成されている。ダイアフラム７２は、両ピエゾ振動子７２ｂに交番信号を入力してこれらを交互に伸び縮みさせることにより、面外方向の屈曲振動を行わせることが可能である。また、筐体７１内に形成された気室７３はダイアフラム７２により下側の第１気室７３ａと上側の第２気室７３ｂとに分けられており、金属製円盤７２ａには第１気室７３ａと第２気室７３ｂとを連通する円形のオリフィス７４が設けられている。
【００１６】下側筐体７１ａ下部の前方（図４における左方）には下方へ突出した前方突出部７５が形成されており、その内部は第１気室７３ａの一部を構成している。また、この前方突出部７５の前方側壁には第１気室７３ａを外部と連通させるガス吸入口７６が設けられている。更に下側筐体７１ａ下部の後方には下方へ突出した後方突出部７７が形成されており、この後方突出部７７にはオリフィス７４と対向する位置に、第１気室７３ａを外部と連通させる円形のガス吐出口７８が形成されている。
【００１７】第１気室７３ａ側のピエゾ振動子７２ｂに接続される一本のリード線Ｌは上記のガス吸入口７６と隣接して設けられたリード孔７９より外部に引き出される。またリード線Ｌはピエゾ振動子７２ｂに対してダイアフラム７２に平行になるように半田付けされており、これによりリード線Ｌの張力がダイアフラム７２の振動を阻害することを防いでいる。外部に引き出されたリード線Ｌの先端は雄型コネクタＣ２に取り付けられており、前述の雌型コネクタＣ１と接続される。
【００１８】ここで、ダイアフラム７２が下方に屈曲したときには、第２気室７３ｂの容積は膨張して第１気室７３ａ側よりも低圧となり、吸入口７６より吸入されたガスは第１気室７３ａからオリフィス７４を通って第２気室７３ｂ内へ流入する（吸入作動）。一方、ダイアフラム７２が上方に屈曲したときには、第２気室７３ｂの容積は収縮して第１気室７３ａ側よりも高圧となり、第２気室７３ｂ内のガスはオリフィス７４及び第１気室７３ａを通ってガス吐出口７８より外部に流出する（吐出作動）。このようにダイアフラム７２は上下方向の屈曲によりガスのポンプ作動を行う。
【００１９】ガス吐出口７８は図５（図４における領域Ｄの拡大図）に示すように、その中心Ｑ１がオリフィス７４の中心Ｑ２と同心になるように設定され（すなわち、ガス吐出口７８とオリフィス７４とは中心軸をほぼ一致させた状態で対向配設され）、且つ、その直径φＡ１がオリフィス７４の直径φＡ２よりも大きくなるように設定される。更にオリフィス７４とガス吐出口７８との最短距離Ｍがガス吐出口７８の直径φＡ１とほぼ同じ長さになるように設定される。オリフィス７４を通ったガスは円錐状に広がりながらガス吐出口７８より吐出されるが、このように設定することにより、オリフィス７４を通った後下側筐体７１ａの内面７８ａで跳ね返されて失われるガス量を最小限に抑えることができる。
【００２０】ガス吐出口７８は受け口５９及びジョイントチューブ６０を介してセンサチップ５のガス導入口５６に連結される。図６及び図７に示すように、セラミック製の受け口５９はガス導入口５６に接着取り付けされる円盤状の基部５９ａとその上方に形成された円筒部５９ｂからなっており、上下方向に貫通孔が穿設されている。またシリコンゴム製のジョイントチューブ６０は上下方向に貫通孔が穿設されて上部口６０ａと下部口６０ｂを有しており、下部口６０ｂは受け口５９の円筒部に、上部口６０ａはガス吐出口７８に取り付けられる。なお、このジョイントチューブ６０によるガス吐出口７８とセンサチップ５との接続は、後述する圧電型ポンプ７を載置したポンプステー８を基台ステー３に取り付ける段階で行われる。
【００２１】図８に示すように、ガス導入口５６の中心Ｑ３と受け口５９の中心Ｑ４及び前述のガス吐出口７８の中心Ｑ１とはいずれもほぼ同心になるように設定されており（すなわち、ガス導入口５６と受け口５９とは中心軸をほぼ一致させた状態で対向配設され）、且つ、ガス導入口５６の短辺の長さＢは前述の受け口５９の内径φＡ３よりも大きく形成されている（図８参照）。このため圧電型ポンプ７のガス吐出口７８より吐出されたガスは乱れを生じることなく安定した状態でセンサチップ５内に導入される。
【００２２】ポンプステー８の構成を図９に基づいて説明する。なお、このポンプステー８は基板ステー３に取り付けられた電子回路基板６及びセンサチップ５に対して圧電型ポンプ７を容易に取り付けることができる構成となっている。ポンプステー８は、電子回路基板６等の電子機器の上方を保護するとともに上述の圧電型ポンプ７を取り付けるための水平な台部８１と、台部８１から下方に延びて形成された二本の前脚８２及び二本の後脚８３と、台部８１の上面の前方に左右方向弧状に延びて形成された前方保持部８４と、台部８１の上面の後方に左右方向に延びて形成された後方保持部８５と、この後方保持部８５上縁に形成されたヒンジ８５ａ周りに揺動自在な蓋８６とを有している。なお、これらの台部８１、前脚８２、後脚８３、前方保持部８４、後方保持部８５及び蓋８６は一体に形成されている。
【００２３】台部８１には圧電型ポンプ７の下部に形成された前方突出部７５が嵌合する孔８１ａ及び後方突出部７８が嵌合する孔８１ｂが設けられており、蓋８６のヒンジ８５ａを除く外周部には前方舌部８６ａ及び側方舌部８６ｂ、８６ｃが面内外方に突出形成されている。また、前方保持部８４の上部には前方舌部８６ａと嵌合する溝状の鍵部８４ａが形成されている。
【００２４】図１０（図９における矢視Ａから見た図）に示すように、前脚８２それぞれの下部には、左右内方に向かって円筒形上のボス８７が突出形成されている。なお、図に示すようにボス８７先端部の下方は傾斜状にカットされて傾斜面８７ａが形成されている。また、図１１（図９における矢視Ｂから見た図）に示すように、二本の後脚８３のそれぞれの下部には、左右内方に向かって爪８８が突出形成されている。更に、図９〜図１１に示すように、前脚８２及び後脚８３にはそれぞれ左右外方に張り出した下方広がりの干渉防止板８９が形成されている。
【００２５】次に、圧電型ポンプ７をポンプステー８に取り付ける手順について説明する。これには先ずポンプステー８の蓋８６が開いた状態で、圧電型ポンプ７下方に形成された前方突出部７５及び後方突出部７７をポンプステー８の孔８１ａ及び８１ｂにそれぞれ嵌合させる。このとき圧電型ポンプ７から延びるリード線Ｌは孔８１ａの下方より引き出される。次に蓋８６をヒンジ８５ａまわりに揺動させ、前方舌部８６ａを前方保持部８４の鍵部８４ａに嵌合させるとともに、側方舌部８６ｂ、８６ｃを前方保持部８４と後方保持部８５の左右端同士の間に嵌合させる。これにより圧電型ポンプ７はポンプステー８に固定保持される。
【００２６】このように圧電型ポンプ７が取り付けられたポンプステー８は基板ステー３に取り付けられるが、この取り付け過程について図１２を参照して説明する（図１２では図の右側が前方に相当）。先ず圧電型ポンプ７を取り付けたポンプステー８を前方に傾斜させ、前述のボス８７に形成された傾斜面８７ａを基板ステー３の垂直部３２の前方に当接させた後円孔３４に向けて押し込み、左右の前脚８２を若干内側に狭めさせながらボス８７を円孔３４に嵌入させる。これによりボス８７と円孔３４は枢結された状態となり、ポンプステー８は枢結軸を軸として起伏揺動自在となる。このように前脚８２と円孔３４とを枢結させた後は、後脚８３を下げる方向にポンプステー８を揺動させ、後脚８３に形成された爪８８を基板ステー３の垂直部３２に設けられた前述の切り欠き３５に係合させて係止させる。なお、爪８８にもボス８７と同様に傾斜面８８ａが設けられており、切り欠き３５への係合を容易にしている。
【００２７】ここで、二本の前脚８２の下端部は、揺動軸を挟んだ前後の部分のうち後方となる側（すなわち揺動の内方となる側）に、基板ステー３への取り付け状態において基板ステー３の水平部３１の上面に押圧して当接する下方に突出した部位が設けられる。これは例えば図１２に示すように、ボス８７の中心Ｐ１から後方側下端Ｐ２までの距離Ｓ１を、垂直部３２の円孔３４の中心Ｐ３から水平部３１上面Ｐ４までの距離Ｓ２よりも長くなるように形成する。このような構成とすることにより、ポンプステー８には、基板ステー３に取り付けられた状態において、後脚８３が上方へ引き上げられる方向の揺動軸周りモーメントが作用することとなる。このため爪８８と切り欠き３５の間の係止力は強まり、ポンプステー８は基板ステー３に強固に固定される。なお、図１２に示すように、前脚８２下端部の前方側にＲを形成すれば、後方側の下端部と水平部３１との当接が滑らかに行われて好ましいが、必ずしもこのようなＲが設けられる必要はない。
【００２８】このようにポンプステー８が基板ステー３に取り付けられることにより、圧電型ポンプ７を基台２上に取り付けることができるが、これと同時に電子回路基板６等の電子機器はポンプステー８により覆われて他の部品と接触することが防止されている。またこの状態において干渉防止板８９は微細電線６２よりも外方に位置するので、微細電線６２を確実に保護することができる。
【００２９】なお、このポンプステー８を基板ステー３に取り付ける過程において圧電型ポンプ７とセンサチップ５とを連結させる。このため、ポンプステー８を基板ステー３に取り付ける前に、センサチップ５のガス導入口５６には受け口５９が接着取り付けされ、また圧電型ポンプ７の吐出口７８にはジョイントチューブ６０の上部口６０ａが取り付けられる。このためポンプステー８を基板ステー３に取り付けると同時にジョイントチューブ６０の下部口６０ｂが受け口５９の円筒部５９ｂに嵌入して受け口５９とジョイントチューブ６０とが接続される。これにより圧電型ポンプ７の吐出口７８とセンサチップ５のガス導入口５６とが連結される。このようなポンプステー８の構造により、圧電型ポンプ７の基台２への取り付け及び圧電型ポンプ７とセンサチップ５との連結が容易に行われる。
【００３０】上記手順が終了した後には圧電型ポンプ７の上方からキャップ９がかぶせられるが、このときキャップ９の下縁部９１（図１参照）はポンプステー８の前脚８２及び後脚８３に設けられた干渉防止板８９に案内されて基台２の溝２３に嵌合される。このように干渉防止板８９はキャップ９を被せるときに下縁部９１と微細電線６２との干渉を防止し、微細電線６２の破損を防ぐ働きをする。
【００３１】次にガスレートセンサ１の作用について説明する。駆動信号が入力された圧電型ポンプ７はガスのポンプ作動を行い、ガス吐出口７８よりジョイントチューブ６０及び受け口５９を通してセンサチップ５のガス導入口５６へガスを供給する。ガス導入口５６に流入したガスは上流側通路５２ａに一旦溜められた後、ノズル５５により加速され高速のガス流となってガス流路５３内に噴出される。そしてガス流路５３中に設けられた感熱抵抗素子Ｒ１、Ｒ２を冷却し、ガス排気口５７より排出される。
【００３２】このように感熱抵抗素子Ｒ１、Ｒ２は噴出されたガス流により冷却されるが、このガスレートセンサ１自身が角速度を有しているのでなければ、ガス流の方向はセンサチップ５の中心軸ＡＸ１（図６参照）の方向と一致するため両感熱抵抗素子Ｒ１、Ｒ２は等分に冷却される。このとき両感熱抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の抵抗値ｒ１、ｒ２は相等しい。一方、ガスレートセンサ１自身が角速度を有しているときには、慣性のため噴出されたガス流の方向はセンサチップ５の中心軸ＡＸ１方向から左右方向にずれ、両感熱抵抗素子Ｒ１、Ｒ２は等分に冷却されずに両抵抗値ｒ１、ｒ２間には差が生じる。
【００３３】感熱抵抗素子Ｒ１、Ｒ２は抵抗Ｒ３、Ｒ４と図１３に示すようなブリッジ回路を構成しており、また抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４は相等しく設定されている。ここで、ガス流の偏向により感熱抵抗素子の一方が冷却されると、抵抗値ｒ１、ｒ２がそのガス流の偏向に対応して変化しＡＢ間の電位差を生じる。このＡＢ間の電位差を検出することにより角速度を検出することができる。
【００３４】次に、このガスレートセンサ１を車両に搭載して用いた場合に即して説明する。図１４、図１５に示すように、ガスレートセンサ１を車両Ｃに取り付ける場合にはセンサケース１１が用いられ、ここにガスレートセンサ１の他に電源回路基板１３が挿入される。電源回路基板１３は車両Ｃからセンサ１に供給される電源を適正な値に安定させるアダプティング機能を有したものであって、センサ１は電源回路基板１３にリード部２２をもってろう付け固定され、次いで回路基板１３がスクリュー１４にてケース１１に固定される。また、ケース１１に一体形成されたカプラー部１５内のターミナル１５ａもこのとき電源回路基板１３に導通接続される。なお、センサ１及び回路基板１３が挿入された後には蓋１６がねじ止め或いは折り曲げ嵌合されて取り付けられる。
【００３５】センサケース１１には高精度に面出しされた平面部１２ａを有する複数のボルト孔１２があり、ボルトをここに通して車両Ｃに螺入することでセンサ１を的確に車載することができる。このときガス流の噴出方向すなわちセンサチップ５の中心軸ＡＸ１が車両Ｃの前後軸ＡＸ２と平行になるように設けられる。なお、この実施例においてはガス流の噴出方向が車両Ｃの前方に向くように設けられているが、ガス流の噴出方向が車両Ｃの後方に向くように設けられても構わない。
【００３６】このようにガスレートセンサ１を車両Ｃに取り付け、ブリッジ回路のＡＢ間の電位差を検出すれば車両Ｃの進行方向変化に伴う角速度を検出することができるが、本発明のガスレートセンサ１においては特に、前述したようにガス吐出口７８及びガス導入口５６が互いの中心軸をほぼ一致させて対向配設されるとともに、受け口５９の内径がガス導入口５６の短辺の長さよりも小さく設定されるので、ガス吐出口７８より吐出されたガスは乱れることなく安定した状態でセンサチップ７内へ導かれる。これによりセンサチップ７のガス流路５３に乱れのないガス流を形成させることができ、角速度の検出精度を高めることができる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るガスレートセンサによれば、ポンプのガス吐出口とガス流管のガス導入口とが互いの中心軸をほぼ一致させて対向配設されるとともに、ガス吐出口とガス導入口とを連通する受け口部材の内径がガス導入口の短辺の長さよりも小さく設定されるので、ガス吐出口より吐出されたガスは乱れることなく安定した状態でガス流管内へ導かれ、ガス流路に乱れのないガス流を形成させて角速度の検出精度を高めることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３２６
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）５月２６日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】大西 正悟
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| 【公開番号】 |
特開平１１−３３７３４０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１２月１０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１４３９１６ |
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