スポット光源装置

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【発明の名称】	スポット光源装置
【発明者】	【氏名】伊藤守行【氏名】吉田一夫【氏名】河合和人【氏名】筬島哲也
【要約】	【課題】内部の各部品・部位を効率的かつ充分に冷却して長時間安定して動作が可能なスポット光源装置を提供する。【解決手段】駆動領域Ａに面して第１の外気取込口６１を設け、出力領域Ｂに面して第２の外気取込口６２を設けて、第１の空気流及び第２の空気流によって各々の領域を冷却させた後、適度に昇温された２つの空気流を空気流合流領域Ｆにおいて合流させて第３の空気流を形成し、この第３の空気流を光源領域Ｃに導入させて光源領域Ｃ内を冷却させ、最終的に後部領域Ｅに設置されたファン６３から排気することによって、各領域内部の部品・部位を効率的に冷却して、各部品の劣化が少なく長時間安定して動作可能なスポット光源装置を実現することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】光を放射する放電管と、前記放電管から放射された光を反射させる反射ミラーと、前記放電管と、前記反射ミラーとが内部に格納されるハウジングと、前記反射ミラーからの光を出射するための、前記ハウジングの前面に設けられた出射口と、を有するスポット光源装置において、前記ハウジングは、前記ハウジングの一方の側面に設けられた第１の外気取込口と、前記ハウジングの他方の側面に設けられた第２の外気取込口と、前記ハウジングの後面に設けられた排気口と、を有して構成され、前記ハウジングの内部は、前記第１の外気取込口が臨み、前記放電管等を駆動制御する駆動装置が格納される駆動領域と、前記第２の外気取込口及び前記出射口が臨み、光の外部への出射の制御が行われる出力領域と、前記排気口が臨む後部領域と、前記後部領域に連通するとともに、前記放電管及び前記反射ミラーが格納される光源領域と、前記駆動領域と、前記出力領域及び前記光源領域と、の間にあってそれらを隔て、空気流合流領域が設けられている通気領域と、を有して構成され、前記第１の外気取込口から導入された第１の空気流は、前記駆動領域内を冷却して前記空気流合流領域に流入し、前記第２の外気取込口から導入された第２の空気流は、前記出力領域内を冷却して前記空気流合流領域に流入し、前記第１の空気流及び前記第２の空気流は、前記空気流合流領域において合流して第３の空気流を形成し、前記第３の空気流は、前記光源領域に導入されて前記光源領域内を冷却して前記後部領域に流入し、前記排気口から排気されるように構成されたことを特徴とするスポット光源装置。
【請求項２】前記出射口に接続されて、出射される光を導光するライトガイドをさらに備えることを特徴とする請求項１記載のスポット光源装置。
【請求項３】前記出射口に、外気取込孔を有し、出射される光を導光するライトガイドを取り付けるためのライトガイド差込口が設置され、前記外気取込孔から導入された第４の空気流は、前記出力領域内を冷却して前記空気流合流領域に流入して、前記第１の空気流及び前記第２の空気流と合流して前記第３の空気流を形成することを特徴とする請求項１または２記載のスポット光源装置。
【請求項４】前記光源領域の容積は、前記駆動領域及び前記出力領域のいずれの容積よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項記載のスポット光源装置。
【請求項５】前記排気口に空気流を排気するためのファンが設置されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項記載のスポット光源装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光を照射するスポット光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、スポット光源装置では、放電管から放射された光を楕円集光ミラーなどの反射ミラーによって反射・集光し、出射口に導光して、出射口に接続されたファイバなどの導光手段（ライトガイド）によって外部に出射される。
【０００３】このような装置においては、放電管など内部に設置された各部品を冷却するために、空気流による冷却（空冷）が行われる場合がある。この場合、反射ミラーや、シャッター等の設置されている他の部品・部位に対して充分な冷却を行ったときに、放電管に対して過冷却になって光量が減少する問題がある。このような問題に対して、例えば特公平７－１１４９９３号に示された装置では、放電管に当たる空気流量を制限するような制風板を設置している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スポット光源装置の内部の温度は、その部位によって大きく異なり、同一の空気流を装置内部の全体に供給することによる冷却では、その温度分布に対応した冷却を行うことができない。また、上記した放電管への過冷却の問題など、各部位によってどの程度冷却すべきかも異なっている。
【０００５】制風板を用いた上記の装置においては、空気流量を減少させるのみで、放電管に当たる空気流の温度は、装置の他の部位に当たる空気流の温度と変わらない。また、制風板の設置は、結果的に、全体の通気をも制限してしまう。
【０００６】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、放電管を過冷却の状態にすることなく各部品・部位を充分に冷却できるスポット光源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】このような目的を達成するために、本発明によるスポット光源装置は、光を放射する放電管と、放電管から放射された光を反射させる反射ミラーと、放電管と、反射ミラーとが内部に格納されるハウジングと、反射ミラーからの光を出射するための、ハウジングの前面に設けられた出射口と、を有するスポット光源装置において、ハウジングは、ハウジングの一方の側面に設けられた第１の外気取込口と、ハウジングの他方の側面に設けられた第２の外気取込口と、ハウジングの後面に設けられた排気口と、を有して構成され、ハウジングの内部は、第１の外気取込口が臨み、放電管等を駆動制御する駆動装置が格納される駆動領域と、第２の外気取込口及び出射口が臨み、光の外部への出射の制御が行われる出力領域と、排気口が臨む後部領域と、後部領域に連通するとともに、放電管及び反射ミラーが格納される光源領域と、駆動領域と、出力領域及び光源領域と、の間にあってそれらを隔て、空気流合流領域が設けられている通気領域と、を有して構成され、第１の外気取込口から導入された第１の空気流は、駆動領域内を冷却して空気流合流領域に流入し、第２の外気取込口から導入された第２の空気流は、出力領域内を冷却して空気流合流領域に流入し、第１の空気流及び第２の空気流は、空気流合流領域において合流して第３の空気流を形成し、第３の空気流は、光源領域に導入されて光源領域内を冷却して後部領域に流入し、排気口から排気されるように構成されたことを特徴とする。
【０００８】ハウジングの内部における各領域と空気流の経路を上記のように構成することにより、第１の外気取込口から導入された第１の空気流によって駆動領域内の各部が冷却され、第２の外気取込口から導入された第２の空気流によって出力領域内の各部が冷却され、冷却によって適度に昇温された第１の空気流及び第２の空気流が空気流合流領域において第３の空気流として合流されて、光源領域の各部を冷却した後、排気口から排気される。これによって、放電管の過冷却を防いで、かつ放電管以外の各部品・部分を充分に冷却することができる。
【０００９】また特に、光源領域の温度は駆動領域及び出力領域と比較して高いので、この点からも光源領域の冷却が、駆動領域及び出力領域の冷却が行われた後に行われるように空気流の経路が設定されていることによって、効率的に冷却が行われる。
【００１０】また、出射口に接続されて、出射される光を導光するライトガイドをさらに備える構成としても良い。例えばファイバなど、用途に応じた形態・性能を有するライトガイドを接続することによって、効率的に光の出射とその利用を行うことができる。
【００１１】また、出射口に、外気取込孔を有し、出射される光を導光するライトガイドを取り付けるためのライトガイド差込口が設置され、外気取込孔から導入された第４の空気流は、出力領域内を冷却して空気流合流領域に流入して、第１の空気流及び第２の空気流と合流して第３の空気流を形成することを特徴としても良い。
【００１２】このようにさらにライトガイド差込口の外気取込孔から第４の空気流を導入することによって、さらに冷却の効果を高めることができる。
【００１３】また、光源領域の容積は、駆動領域及び出力領域のいずれの容積よりも大きく設定されていることを特徴としても良い。
【００１４】最も温度の高い光源領域の容積を、駆動領域及び出力領域の各々の容積よりも大きく設定することによって、より効果的に反射ミラー等の冷却を行うことができる。
【００１５】さらに、排気口に空気流を排気するためのファンを設置することによって、効率的に空気流による冷却を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明によるスポット光源装置に係るＵＶスポット光源装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。なお、スポット光源装置の外面を構成するハウジングの各面については、底面及び上面と、それ以外の４面については、放電管及び反射ミラーの開口部に対向して出射口が設けられている面を前面、反対側を後面、前面に対して左側を左側面、右側を右側面とする。
【００１７】図１は、本発明の一実施形態に係るＵＶスポット光源装置の、放電管２０の中心を含む平面での水平端面図を示す。また、図２及び図３は、図１に示したＵＶスポット光源装置の概略構成を示す斜視図である。本実施形態におけるハウジング１は、ハウジング台部１１及びハウジングカバー１２からなり、図２においては、ハウジング台部１１及びハウジングカバー１２を破断して、装置内部の概略構成を示してある。また、後述する内箱カバー３３及び光源カバー３５については、ここでは図示していない。また、図３においては、ハウジング台部１１及びハウジングカバー１２の破断については図２と同様であるが、内箱カバー３３及び光源カバー３５を図示して、ハウジング１内部の各領域の区分を明示している。
【００１８】ここで、ハウジング１の各面については、前面を１ａ、後面を１ｂ、左側面を１ｃ、右側面を１ｄ、底面を１ｅ、上面を１ｆとし、前面１ａには、所定の位置に光を出射するための出射口１３が設けられている。これらの各面に対し、ハウジング台部１１はハウジング１の前面１ａ、後面１ｂ及び底面１ｅを構成し、ハウジングカバー１２はハウジング１の左側面１ｃ、右側面１ｄ及び上面１ｆを構成する。
【００１９】ハウジング１の内部は、図１に示すように電源や回路等、駆動のための装置が格納される駆動領域Ａ、光の外部への出射を制御するシャッター等が設置される出力領域Ｂ、放電管及び反射ミラー等が格納される光源領域Ｃ、空気流の経路を制御するための通気領域Ｄ、及び空気流の排気のための排気口を有する後部領域Ｅの５つの領域から構成されている。
【００２０】駆動領域Ａは、区分板３１によって装置右側に形成されている。区分板３１は、左側面と後面とによって構成され、その高さは、ハウジング１の底面１ｅから上面１ｆまでの距離、すなわちハウジング１の高さと等しい。また区分板３１の後面はハウジング１の右側面１ｄに接続しており、これによって駆動領域Ａは、左側面及び後面を区分板３１により、前面、右側面、底面及び上面をハウジング１の各面により区分されて構成され、また、駆動領域Ａの左側面の前方は一部開放されて、後述する通気領域Ｄに連通されている。
【００２１】この駆動領域Ａには、ＵＶスポット光源装置の各部を駆動制御するための駆動装置が設置されている。図中においては、駆動装置１５として模式的に簡略化して示してあるが、駆動装置１５は複数の装置から構成されて設置されても良い。例えばこの駆動装置は、各部へ電流を供給する電源、各部の駆動を行う回路、及びそれらを制御するコンピュータ等を有して構成される。また、駆動装置１５は、例えばハウジング１の前面１ａの駆動領域Ａに面した所定の位置に設置されたパネル等に接続されて、操作者によって操作される構成としても良い。なお、図中においては、駆動装置１５とＵＶスポット光源装置の各部との接続等については図示していない。
【００２２】出力領域Ｂは、内箱３２及び内箱カバー３３によって装置左側前方に形成されている。内箱３２は、内箱前部３２ａと、内箱後部３２ｃとから構成されている。内箱前部３２ａの前面の、出射口１３に対向する所定の位置には、光を出射するための出射開口部３２ｂが形成されている。また、内箱後部３２ｃの後面には、放電管２０からの光を入射・導光させるための開口部３２ｄが設けられている。内箱前部３２ａ及び内箱後部３２ｃからなる内箱３２の高さは、ハウジング１の高さよりも低く設定されており、その上面には内箱カバー３３が設置される。これによって出力領域Ｂは、前面、後面、左側面及び右側面を内箱３２により、底面をハウジング１の底面１ｅにより、上面を内箱カバー３３により区分されて構成される。
【００２３】図２においては、内箱３２の内箱前部３２ａ及び内箱後部３２ｃを一部破断して、その内部を示してある。この出力領域Ｂには、内箱前部３２ａの内部にシャッター４が設置されている。シャッター４はシャッター板４１とシャッター駆動部４２とから構成され、シャッター固定部３３ａに固定されて設置されている。また、シャッター板４１がＯＮである位置は、シャッター板４１に設けられた突起部４１ａを位置センサ４３によって検出して、位置を確認している。この位置センサ４３は、位置センサ固定部３３ｂに固定されて設置されている。
【００２４】これらシャッター４及び位置センサ４３が固定されているシャッター固定部３３ａ及び位置センサ固定部３３ｂは、内箱カバー３３に一体に固定されて、容易に着脱が可能なように設置されている。なお、図２においては前述したように内箱カバー３３を図示しておらず、したがってこれらは図中では中空に浮いた状態で示されている。また、図２においては、シャッター板４１の位置は光の出射がＯＮである状態を示している。光の出射がＯＦＦである状態、すなわちシャッター板４１が出射される光の光軸（以下、単に光軸という）上にあって光の出射を遮っている状態、については点線によって示してある。なお図１には、光の出射がＯＮであるときにはシャッター４の各部は光軸上にはないため、シャッター４は図示されていない。
【００２５】出射開口部３２ｂ及び出射口１３からなる開口部分には、本実施形態においてはライトガイドとしてファイバ５が接続されており、その接続・固定のためにライトガイド差込口であるファイバ差込口５０が設置されている。なお、内箱前部３２ａと内箱後部３２ｃとの境界には、フィルタ固定板３２ｅ（図２においては図示されていない）が設置される。フィルタ固定板３２ｅには、内箱３２後面の開口部３２ｄと内箱３２前面の出射開口部３２ｂとの間の所定の位置に開口部が設けられており、フィルタ固定板３２ｅの内箱後部３２ｃ側には、その開口部を覆うように紫外光透過フィルタ１４（図２においては図示されていない）が設置されている。
【００２６】光源領域Ｃは、光源区分板３４及び光源カバー３５によって装置左側に形成されている。光源区分板３４は、右側面と後面とによって構成され、その高さはハウジング１の高さよりも低く設定されている。また、光源区分板３４の右側面は内箱３２の内箱後部３２ｃの後面に接続されている。光源カバー３５は、左側面と上面とによって構成され、光源区分板３４に接続されて設置される。これによって光源領域Ｃは、右側面及び後面を光源区分板３４により、左側面及び上面を光源カバー３５により、前面を内箱３２の内箱後部３２ｃにより、底面をハウジング１の底面１ｅにより区分されて構成される。
【００２７】この光源領域Ｃには、放電管２０と反射ミラー２１を有するランプユニット２が設置されている。ランプユニット２は、ランプユニット２の位置決めリング２２、及び内箱後部３２ｃの後面に設置されたランプ保持部２８によって、内箱後部３２ｃの開口部３２ｄに面して固定されている。また、放電管２０の各電極は絶縁基板２３に接続され、ここから電源への接続（図示していない）が行われる。
【００２８】なお、光源カバー３５は、光源カバー固定部３５ａによってハウジングカバー１２の上面１ｆに接続・固定されている。この光源カバー３５の後方には、下方に突出しているインターロック解除部３５ｃが設けられている。これによって、ハウジングカバー１２が正しく装着されたときに、このインターロック解除部３５ｃによって、光源区分板３４の通気領域Ｄ側の面に固定されたインターロック制御部１６の、ハウジング１の後面１ｂ側に設置されたインターロック解除スイッチ１６ａ（図１に示されている）が押されてインターロックが解除され、装置の動作が可能な状態となるように構成されている。
【００２９】また、本実施形態においては、ランプユニット２として容易に着脱が可能なものを用いており、装着されたランプユニット２は、内箱後部３２ｃの左側面に設けられたランプ固定部２９のロック部２９ａによって固定される。これについても、光源カバー３５には、このランプ固定部２９に設けられた台部側ランプ固定係合部２９ｂに対応して、ランプユニット２が正しく固定されたときに台部側ランプ固定係合部２９ｂに係合するカバー側ランプ固定係合部３５ｄが設けられている。
【００３０】通気領域Ｄは、駆動領域Ａを形成する区分板３１の左側面と、出力領域Ｂ及び光源領域Ｃを形成する内箱３２及び光源区分板３４の右側面とによって挟まれて形成されている。この通気領域Ｄは、空気流による各部の冷却経路を制御する目的で設けられているもので、本実施形態においては、通気制御板３６によって前後２つの領域にさらに区分されて、通気制御板３６の前方は空気流合流領域Ｆを構成している。また通気領域Ｄの上面は、光源領域Ｃと同様に光源カバー３５によって覆われている。
【００３１】後部領域Ｅは、駆動領域Ａ及び光源領域Ｃを形成する区分板３１及び光源区分板３４の後面と、ハウジング１の後面１ｂとによって挟まれて形成されている。このような構成において、光源領域Ｃ内に設置されたランプユニット２の放電管２０から放射された光は、反射ミラー２１によって反射されて出力領域Ｂに入射され、シャッター４によって光の出射のＯＮ／ＯＦＦが制御されて、シャッター４がＯＮの状態であるときには、光は出射開口部３２ｂ及び出射口１３を経てファイバ差込口５０に接続されたファイバ５に入射され、外部に出力される。
【００３２】図４は、ハウジング台部１１及びハウジングカバー１２を破断せずに、図２と同様にハウジング１の前面１ａ及び左側面１ｃ側から見た装置外部の概略構成を示す斜視図である。また図５は、図４と同様の図であるが、ハウジング１の後面１ｂ及び右側面１ｄ側から見た斜視図である。
【００３３】ハウジングカバー１２の右側面１ｄの、駆動領域Ａに面する所定の位置には、第１の外気取込口６１が、また、ハウジングカバー１２の左側面１ｃの、出力領域Ｂに面し内箱前部３２ａの左側面に対向する所定の位置には、第２の外気取込口６２が設置されている。一方、ハウジング台部１１の後面１ｂの、後部領域Ｅに面する所定の位置には、排気口であるファン６３が設置されている。これによって、第１の外気取込口６１及び第２の外気取込口６２から導入された外気による空気流は、スポット光源装置の内部の各部位・部品を冷却した後、ファン６３から外部に排気される。
【００３４】装置内部における空気流の経路は、各部位に設けられた通気口等によって制御される。これらの通気口等の配置は図１に示してあり、図２及び図３には図示していない。すなわち、内箱前部３２ａの左側面には光遮蔽通気口６４が、フィルタ固定板３２ｅの開口部以外の所定の位置には通気口６５が、内箱後部３２ｃの右側面には通気口６６が、光源区分板３４の右側面の通気制御板３６前方には光遮蔽通気口６７がそれぞれ設けられている。
【００３５】光源区分板３４の後面と、光源カバー３５の左側面とは接続されておらず、その間には通気部６８が形成されている。また、内箱カバー３３及び光源カバー３５の上部に形成されている空間を区分し、通気を制限するために、光源カバー３５の最前方の上部には、光源領域Ｃの上部から通気領域Ｄの上部にわたって、通気制御板３５ｂが設けられている。
【００３６】このような構成による装置内部の空気流の経路が、概略的に図１に示されている。すなわち、第１の外気取込口６１から導入された第１の空気流は、駆動領域Ａ内に設置された駆動装置１５等の各部を冷却して、前方の開放部分から空気流合流領域Ｆに流入する。また、第２の外気取込口６２から導入された第２の空気流は、光遮蔽通気口６４から内箱３２内に導入されてその内部に設置されたシャッター４等の各部を冷却して、通気口６５を通過して通気口６６から空気流合流領域Ｆに流入する。空気流合流領域Ｆに流入した第１の空気流及び第２の空気流は、合流して第３の空気流を形成する。第３の空気流は、光遮蔽通気口６７から光源領域Ｃに導入されてその内部に設置されたランプユニット２等の各部を冷却して、通気部６８から後部領域Ｅに流入し、最終的にファン６３から外部へ排気される。
【００３７】なお、ファン６３については本実施形態ではハウジング１の後面１ｂの右側に設置されているが、例えば後面１ｂの中央または左側に設置されても良い。また、光遮蔽通気口６４及び６７については、紫外光が外部に光漏れすることを防ぐために、光が通過できない構造を有する通気口とされている。
【００３８】本実施形態においては、さらに、出射口１３に取り付けられたファイバ差込口５０にも、外気取込孔５５が設けられている。ファイバ差込口５０は、この外気取込孔５５が内箱前部３２ａの出射開口部３２ｂの周辺の所定の位置に設けられた通気口３２ｇと接続されるように取り付けられており、これによって、この外気取込孔５５から導入された第４の空気流は、内箱３２内の各部を冷却して、通気口６５を通過して通気口６６から空気流合流領域Ｆに流入して、第１の空気流及び第２の空気流とともに第３の空気流を形成する。なお、この外気取込孔５５についても、光漏れが起こらないように構成されたものを用いている。
【００３９】上記のように空気流の経路を構成することによって、最も効率的なスポット光源装置の各部の冷却を実現することができる。すなわち、冷却すべき駆動領域Ａ、出力領域Ｂ及び光源領域Ｃの各領域の、スポット光源装置が駆動されている時の温度は、駆動領域Ａの温度は電源等からの発熱によって９０℃程度、出力領域Ｂの温度はシャッター駆動部４２等からの発熱によって７０℃程度、光源領域Ｃの温度は放電管２０等からの発熱によって３００℃程度である。したがって、空気流が先に光源領域Ｃを通過してしまうと、それによって空気流が大幅に昇温され、他の領域の各部を充分に冷却できなくなる。そこで、図１に示すように駆動領域Ａ及び出力領域Ｂにおいて外気による空気流が取り込まれる構成として、まずこの２つの領域の各部を冷却し、次にその２つの空気流を合流させて新たな空気流として、それによって光源領域Ｃの各部を冷却することによって、各領域を効果的に冷却することができる。
【００４０】また、このときランプユニット２については、放電管２０が冷却され過ぎると、その発光の効率が落ちて光量が減少してしまう（過冷却）が、図１に示す経路による空気流においては、駆動領域Ａ及び出力領域Ｂを冷却することによって適度に昇温された空気流が光源領域Ｃに流入して冷却を行うので、過冷却を防止することができる。また、ランプユニット２が内箱３２の後面に直接固定されていることによって、反射ミラー２１によって第３の空気流が直接、放電管２０に供給されることが防止される。また、第２の空気流及び第４の空気流は、通気経路がないために出力領域Ｂ側から流入することはなく、これらによっても、放電管２０の過冷却が防止される。
【００４１】このとき、最も温度の高い光源領域Ｃの容積は、駆動領域Ａ及び出力領域Ｂの各々の容積よりも大きく設定されていることが望ましい。これによって、より効果的に反射ミラー２１等の冷却を行うことができる。
【００４２】本発明によるスポット光源装置は、上記したようなＵＶスポット光源装置に限られるものではなく、例えば可視光のスポット光源装置など、様々な形態・用途のスポット光源装置に適用することが可能である。
【００４３】
【発明の効果】本発明によるスポット光源装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、駆動領域に面して第１の外気取込口を設け、出力領域に面して第２の外気取込口を設けて、第１の空気流及び第２の空気流によって駆動領域及び出力領域内の各部を冷却させた後、適度に昇温された２つの空気流を合流させて第３の空気流を形成して、この第３の空気流によって光源領域内の各部を冷却させるように構成することによって、それぞれの領域及びその内部に設置された各部品等に適した冷却を効率的に行うことができる。すなわち、放電管の過冷却を防いで、かつ放電管以外の各部分を充分に冷却し、これによって、各部品の劣化が少なく長時間安定して動作可能なスポット光源装置を実現することができる。

【出願人】	【識別番号】０００２３６４３６【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社
【出願日】	平成１０年８月７日（１９９８．８．７）
【代理人】	【識別番号】１０００８８１５５【弁理士】【氏名又は名称】長谷川芳樹（外２名）
【公開番号】	特開２０００－５７８４０（Ｐ２０００－５７８４０Ａ）
【公開日】	平成１２年２月２５日（２０００．２．２５）
【出願番号】	特願平１０－２２５００３