| 【発明の名称】 |
超音波プローブ |
| 【発明者】 |
【氏名】宮本 眞一
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| 【要約】 |
【課題】小型のスリップリングを実現し、超音波プローブの先端部を細径化することにより患者に与える苦痛を低減する。
【解決手段】超音波内視鏡１は、超音波振動子２５と、この超音波振動子２５を固定する回転シャフト２３と、この回転シャフト２３により回動する前記超音波振動子２５を電気的に外部と接続するためのスリップリング２２とを具備している。スリップリング２２は回転シャフト２３に固定されるリング部２２ｄとこのリング部２２ｄに押圧接触し導通をとるブラシ部２２ａとからなり、このブラシ部２２ａは金属ブラシ２２ｃと樹脂で形成されたブラシ保持部材２２ｂとからなり、前記回転シャフト２３を支持する軸受の支持穴４０は、前記ブラシ保持部材２２ｂに設けられている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくとも１つの超音波振動子と、この超音波振動子を固定する回転シャフトと、この回転シャフトにより回動する前記超音波振動子を電気的に外部と接続するためのスリップリングとを具備した超音波プローブにおいて、前記スリップリングは前記回転シャフトに固定されるリング部とこのリング部に押圧接触し導通をとるブラシ部とからなり、このブラシ部は金属ブラシと樹脂で形成されたブラシ保持部材とからなり、前記回転シャフトを支持する一端側及び他端側の軸受の内少なくとも一方の軸受は、前記ブラシ保持部材に設けられていることを特徴とする超音波プローブ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回転シャフトに固定した超音波振動子を電気的に外部と接続するためのスリップリングを設けた超音波プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、超音波内視鏡の開発により、体内の病変を超音波断層像によって診断する手技が普及している。
【０００３】特に近年では、超音波画像ガイド下で穿刺や生検を行う手技が広がりつつある。この手技は、超音波振動子を体内への挿入軸に対して垂直な軸回りに回動させる、いわゆるセクタ走査を行い、病変部と穿刺針を超音波画像上で確認し、穿刺、生検等を行うものである。
【０００４】このため、特開平７−１２８３１２号公報で示された超音波探触子では、先端部にモータ、回転位置検出手段及び電気的接続用のスリップリングを配置し、前記モータの回転により超音波振動子を挿入軸と垂直な方向に回転させて、セクタ走査を行っている。この場合、スリップリングのブラシは、保持部材を介してフレームに固定され、支持軸に固定されるリング部分とは完全に別体となっている。このような構造では、保持部材を位置精度良くフレームに対して固定し、スリップリングとの接触力量を安定させるために、少なくとも２個所の位置決め部が必要となる。ここで、一般的に超音波探触子の先端部が太いと、挿入の際に患者に苦痛を与えてしまうという事情があり、先端部をより細くすることが望まれている。
【０００５】ところが、超音波探触子の先端部を細くするために、スリップリングを小径化しようとすると次のような問題が生じる。スリップリングのサイズが小さくなると位置決め部のスペースを確保するのが難しくなる。また部品単体での公差のバラツキは変わらないので、小型化するとブラシとリングの相対的な位置関係がずれ量の割合が大きくなってしまい、部品のバラツキによる接触力量のバラツキ度が大きいものになってしまう。
【０００６】一方、体腔内を走査する超音波内視鏡としては、先端に組込んだ超音波振動子を内視鏡の挿入軸と平行な軸回りに回動させる、いわゆるラジアル走査を行うものが体腔内を走査するのに適しており、従来より一般的に実用化されている。よって、通常セクタ走査式の超音波内視鏡を用いて超音波ガイド下に穿刺、生検などを行う際には、ラジアル走査式の超音波内視鏡による検査の後に、再度セクタ走査式の超音波内視鏡による検査を実施することが行われている。このため、２度の超音波探触子の先端部の挿入による検査を行わなければならず、患者の苦痛、術者の負荷が大きいという問題点があった。
【０００７】このことに対応して、特公平６−９８１２８号公報で示された超音波探触子では、挿入部に平行な軸と垂直な軸に対して回動可能な超音波振動子を設け、挿入部を動かすことなく超音波走査面を変化させている。この構成では、超音波振動子の側面には、振動子を２方向で走査可能なように、プーリや２つの軸受を設けている。このため、前述のセクタ走査のための構成に加えて、ラジアル走査のための保持機構を設けなければならず、超音波探触子の先端部を細くすることが難しかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、特開平７−１２８３１２号公報に記載の、従来のセクタ走査を行う超音波探触子は、スリップリングのブラシが、保持部材を介してフレームに固定され、支持軸に固定されるリング部分とは完全に別体となっているので、保持部材を位置精度良くフレームに対して固定し、スリップリングとの接触力量を安定させるために、少なくとも２個所の位置決め部が必要となり、超音波探触子の先端部を細くすることが困難で、挿入の際に患者に苦痛を与えていた。
【０００９】従来のセクタ走査のみ行うセクタ走査式の超音波内視鏡を用いて超音波ガイド下に穿刺、生検などを行う際には、ラジアル走査式の超音波内視鏡による検査の後に、再度セクタ走査式の超音波内視鏡による検査を実施することが行われている。このため、２度の超音波探触子の先端部の挿入による検査を行わなければならず、患者の苦痛、術者の負荷が大きいという問題点があった。
【００１０】特公平６−９８１２８号公報に記載のセクタ走査とラジアル走査の両方が行える超音波探触子では、超音波振動子の側面には超音振動子を２方向で走査可能なように、超音波振動子の側面にプーリや２つの軸受を設けている。このため、セクタ走査のための構成に加えて、ラジアル走査のための保持機構を設けなければならず、超音波探触子の先端部を細くすることが難しかった。
【００１１】本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、小型のスリップリングを実現し、超音波プローブの先端部を細径化することにより患者に与える苦痛を低減できる超音波プローブを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波プローブは、少なくとも１つの超音波振動子と、この超音波振動子を固定する回転シャフトと、この回転シャフトにより回動する前記超音波振動子を電気的に外部と接続するためのスリップリングとを具備した超音波プローブにおいて、前記スリップリングは前記回転シャフトに固定されるリング部とこのリング部に押圧接触し導通をとるブラシ部とからなり、このブラシ部は金属ブラシと樹脂で形成されたブラシ保持部材とからなり、前記回転シャフトを支持する軸受の少なくとも一方の軸受は、前記ブラシ保持部材に設けられていることにより、小型のスリップリングを実現し、超音波プローブの先端部を細径化することにより患者に与える苦痛を低減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
【００１４】（第１の実施の形態）図１乃至図６は本発明の第１の実施の形態を超音波内視鏡に適用した場合に係り、図１は先端部の断面図、図２は超音波内視鏡の全体構成を示す側面図、図３は副操作部の断面図、図４は先端部の第１の拡大図、図５は先端部の第２の拡大図、図６は図１の超音波振動子を側方に向けた場合を示す先端部の断面図を示す。
【００１５】図１に示す超音波プローブ（本実施の形態では超音波内視鏡１）は、少なくとも１つの超音波振動子２５と、この超音波振動子２５を固定する回転シャフト２３と、この回転シャフト２３により回動する前記超音波振動子２５を電気的に外部と接続するためのスリップリング２２とを具備した超音波プローブにおいて、前記スリップリング２２は前記回転シャフト２３に固定されるリング部２２ｄとこのリング部２２ｄに押圧接触し導通をとるブラシ部２２ａとからなり、このブラシ部２２ａは金属ブラシ２２ｃと樹脂で形成されたブラシ保持部材２２ｂとからなり、前記回転シャフト２３を支持する一端側及び他端側の軸受の内少なくとも一方の軸受（本実施の形態では支持穴４０）は、前記ブラシ保持部材２２ｂに設けられている。
【００１６】次に、図２を用いて超音波内視鏡の全体構成を説明する。
【００１７】図２において、超音波内視鏡１は、細長の挿入部３と、この挿入部の後端に設けられた操作部２と、副操作部６とを有する。この副操作部６の側部から延出されたユニバーサルコード７は図示しない光源装置に接続され、操作部２の側部から延出された超音波コード８は図示しない超音波観測装置に接続される。
【００１８】挿入部３は、その先端に設けられた先端部５と湾曲自在の湾曲部４からなり、操作部２に設けられた湾曲ノブ９を操作することにより湾曲部４を湾曲できるようになっている。
【００１９】次に、図３を用いて副操作部６を説明する。図３（ａ）は図１の操作部を正面側から見た場合の断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００２０】図３（ａ）及び（ｂ）において、副操作部６内には第１の駆動装置１０が配されている。第１の駆動装置１０は、可撓性シャフト１５を回動させる第１のモータ１１と、第１のモータ１１の回転位置を検出する第１のエンコーダ１２と、回転されるロータ側と回転されないステータ側の接点間で信号伝達を行う第１のスリップリング１３とを具備している。第１のモータ１１の回動はタイミングベルト１４により、第１のエンコーダ１２、第１のスリップリング１３に伝達される。このような構成により、第１の駆動装置１０は可撓性シャフト１５を介して、図２の先端部５の挿入方向に対して垂直なラジアル方向の回動を図２の先端部５に伝達する。
【００２１】可撓性シャフト１５内部には、後述する超音波振動子２５に接続された同軸ケーブル１７ｂ、第２の駆動装置１９の信号線２８が挿通されていて第１のスリップリング１３に接続される。これらの信号線と第１の駆動装置１０の信号線は、図２の超音波コード８内を挿通し超音波観測装置に接続される。超音波観測装置には図示しない制御装置が設けられていて、この制御装置が第１の駆動装置１０及び第２の駆動装置１９を制御プログラムに従って駆動する。
【００２２】次に、図４及び図５を用いて先端部５を説明する。
【００２３】図４及び図５において、先端部５には硬質の先端部本体１６が設けられ、この先端部本体１６には内視鏡光学系として図示しない照明光学系および観察光学系が斜め前方に向けて設けられている。照明光学系は、照明光を伝送する図示しないライトガイドと、照明光を拡開して出射する照明レンズ３６からなり、照明レンズを経て斜め前方に照明光を出射し、体腔内の患部等の被写体を照明する。観察光学系は、照明された被写体の光学像を結ぶ対物レンズ３７と、結像位置に先端面が配置された図示しないイメージガイドを有し、イメージガイドにより光学像を後端面に伝送する。先端部本体１６には生体内に穿刺を行う鉗子チャンネル３８が斜め前方に向けて設けられている。また、図３に示した第１の駆動装置１０による走査面は、図４に示すように、先端部５の挿入方向に対して垂直なラジアル走査の面となり、後述する第２の駆動装置１９による走査面は、図５に示すように、挿入方向に対して平行なセクタ走査の面となる。
【００２４】次に、図１及び図６を用いて先端部５の内部構造を詳細に説明する。
【００２５】図１及び図６において、先端部本体１６の先端面には円筒状でその先端を半球状にした先端キャップ２９に覆われており、この内部は超音波伝達媒体３４で満たされている。
【００２６】先端部本体１６には先端部５の長手方向に略平行な貫通孔３５が設けられている。貫通孔３５の後端側には可撓性シャフト１５が挿通されていて、貫通孔３５の先端側は回転ハウジング１７を先端部５の長手軸に平行な方向に回転可能に軸支している。
【００２７】回転ハウジング１７は部品１７ａ、１７ｂの２部品からなり、ねじ３９により締結固定される。回転ハウジング１７は、振動子回転シャフト２３、ギヤシャフト２４を回転可能に支持し、第２の駆動装置１９を固定するとともに、前述の通り先端部本体１６に対して回転可能に支持されている。
【００２８】振動子回転シャフト２３は、回転ハウジング１７に回転可能に軸支されていて、超音波を送受信する超音波振動子２５、超音波振動子を保持するホルダー２６、第２のスリップリング２２のリング部２２ｄ、平歯車ｂ ３１ｂを固定している。これにより超音波振動子２５は先端部５の長手軸と垂直な方向に回転可能に支持されることになる。超音波振動子２５の同軸ケーブル２７ａは第２のスリップリング２２のリング部２２ｄに接続される。
【００２９】第２のスリップリング２２のブラシ部２２ａはブラシ保持部材２２ｂと金属ブラシ２２ｃを具備している。ブラシ保持部材の突起部４７は回転ハウジング１７の部品１７ａの挿通穴４６に嵌合し、回転ハウジング１７の部品１７ａに対する位置が決められ、後述のねじ３３により回転ハウジング１７の部品１７ａに固定される。また振動子シャフト２３はブラシ保持部材２２ｂの支持穴４０に回転可能に軸支されているため、スリップリング２２の安定した電気的導通に重要な要素である金属ブラシ２２ｃのリング部２２ｄに対する接触荷重はブラシ保持部材２２ｂの位置決め誤差によらず、一意的に決まる。
【００３０】金属ブラシ２２ｃの一端側はリング部２２ｄの図８に後述の金属リング４１と弾性的に押圧された状態で接触し、電気的に導通され、金属ブラシ２２ｃの他端は同軸ケーブル２７ｂにはんだ付けされる。よって振動子２５の同軸ケーブル２７ａはリング部２２ｄと金属ブラシ２２ｃとを経て同軸ケーブル２７ｂと電気的に導通される。
【００３１】第２の駆動装置１９は、上述の第２のスリップリング２２、第２のモータ２０、第２のモータ２０の回転位置を検出する第２のエンコーダ２１からなり、回転ハウジング１７に、支持部材１８を介して固定される。第２のモータ２０の回動は、第２のエンコーダ２１に伝達され、第２のエンコーダ２１の軸に固定されるかさ歯車ａ ３０ａを駆動する。ギヤシャフト２４は平歯車ａ ３１ａと、かさ歯車ａ ３０ａと噛合するかさ歯車ｂ ３０ｂを固定していて、一体的に回転するようになっている。かさ歯車ａ ３０ａの回転駆動は噛合するかさ歯車ｂ ３０ｂにより回転方向を９０゜変換されてギヤシャフト２４を回動する。ギヤシャフト２４の回転は平歯車ａ ３１ａと噛合する平歯車ｂ ３１ｂから振動子シャフト２３に伝達され、振動子２５を回動させる。よって振動子２５は、第２の駆動装置１９により先端部５の長手方向と垂直な方向に回動され、挿入方向と平行なセクタ走査を行なう。
【００３２】また回転ハウジング１７は、結合部材４６により可撓性シャフト１５に結合されるので、第１の駆動装置１０の駆動により先端部の長手方向を平行な向きに回動される。これにより、振動子２５は挿入方向と垂直なラジアル走査を行う。また同軸ケーブル２７ｂ、第２のモータ２０、第２のエンコーダ２１の信号線２８は、可撓性シャフト１５の内部に挿通され、図３の第１のスリップリング１３に接続される。
【００３３】次に、図７の用いてブラシ部２２ａの取付け構造を説明する。図７（ａ）は図１のＢ−Ｂ線断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。図７（ａ）に示すように、第２のスリップリング２２のブラシ部２２ａのブラシ保持部材２２ｂは、一端側が回転ハウジング１７の部品１７ａの図１の挿通穴４６に嵌合し、他端側に金属ブラシ２２ｃを絶縁状態で保持する保持部２２ｅを設け、中間部一端側寄りにねじ穴２２ｆを形成している。
【００３４】回転ハウジング１７の部品１７ａには貫通孔１７ｃが形成されている。ねじ３３は、その軸部が貫通孔１７ｃに挿入しのねじ穴２２ｆに螺入している。これにより、回転ハウジング１７の部品１７ａにブラシ部２２ａをねじ止め固定している。
【００３５】次に、図８及び図９を用いてブラシ部２２ａとリング部２２ｄの電気的に接続構造について詳細に説明する。
【００３６】図８はスリップリング２２の長手方向の断面図である。また図９は図８のＤ−Ｄ線断面図である。
【００３７】図８及び図９に示すように、第２のスリップリング２２のリング部２２ｄはリング部本体４３、２枚の金属リング４１、絶縁部材４２、プリント基板４４を具備している。２つの金属リング４１は絶縁部材４２を挟み、絶縁された状態でリング本体４３に固定されている。２つの金属リング４１の内周面には各々ケーブル４５がはんだ付けされており、これらのケーブル４５は、リング本体４３の切り欠き部を通って他端がプリント基板４４のパターン面にはんだ付けされる。一方図１に示した振動子２５の同軸ケーブル２７ａもプリント基板４４のパターン面に半田付けされるため、同軸ケーブル２７ａと金属リング４１は電気的に導通される。また、ブラシ保持部材２２ｂの保持部２２ｅに取付けられた金属ブラシ２２ｃの一端側は、金属リング４１と弾性的に押圧された状態で接触し、電気的に導通され、他端は同軸ケーブル２７ｂにはんだ付けされる。
【００３８】次に本実施の形態の作用を説明する。
【００３９】超音波内視鏡１は超音波観測装置に接続されることにより走査を開始する。
【００４０】まず、セクタ走査をする場合について説明する。この場合、第１の駆動装置１０を静止させ、第２の駆動装置１９のみ駆動させる。すると、第２のモータ２０の回転により、ギヤシャフト２４、さらに振動子シャフト２３が回動するため、振動子２５は挿入方向と垂直な方向で回転する。この状態で第２のエンコーダ２１は第２のモータ２０の回転位相角を検出する。超音波観測装置は第２のエンコーダの位相信号をもとに、適切なタイミングで電気パルスを発生させる。この電気パルスは第２のスリップリング２２を経て振動子２５に印加され、振動子２５は振動子パルスを発し、超音波伝達媒体３４および先端キャップ２９を経て、体腔内に送出される。そして音響インピーダンスが変化している部分で反射される。よって、第２のモータ２０の回動により、振動子２５は図５に示す挿入方向と平行な面に沿ったセクタ走査を行う。この平面は鉗子チャンネル３８と同一な面であるから、例えば鉗子チャンネル３８より生体内に穿刺を行う際には、針先の位置と生体内の関係を確認することができる。
【００４１】次にラジアル走査をする場合について説明する。この場合、第２のエンコーダ２１の位相信号により、振動子２５を図６で示されるように、振動子の開口面が挿入方向と平行になるような位置に静止させ、第２の駆動装置１９を停止する。次に第１の駆動装置１０を駆動させると、第１のモータ１１、タイミングベルト１４、第１のスリップリング１３、可撓性シャフト１５、接合部材４８を経て回転ハウジング１７を回転させる。第２の駆動装置１９は停止しているので、振動子２５は回転ハウジング１７と一体的に回転し、超音波観測装置からの送受信パルスにより図４に示すような挿入方向と垂直な面に沿ったラジアル走査を行う。
【００４２】さらに第１の駆動装置１０と第２の駆動装置１９を超音波観測装置の制御により協調させて駆動させ、多数の超音波走査面を連続的に取り込むことにより、いわゆる３次元走査が可能である。
【００４３】本実施の形態は以下の効果を有する。
【００４４】第２のスリップリングのブラシ保持部材２２ｂは、回転ハウジング１７に対し、振動子シャフト２３と同心で形成された突起部４７とねじ３３によるねじ止め１ヶ所で位置決め固定され、またブラシ保持部材に形成した支持穴４０に、リング部２２ｄと結合されている振動子シャフト２３を挿通させる構成としたため、スリップリングを小型化することができ、先端部５を小さくすることができるため、患者の苦痛を低減できる。また、金属ブラシ２２ｃと金属リング２２ｄ間の相対的な位置と押圧力が組立のバラツキに影響されずに決まるので、安定した特性を得ることができる。
【００４５】これに加え、超音波内視鏡１は、第１の駆動装置１０を駆動することによりラジアル走査を行うことができ、第２の駆動装置１９を駆動することによりセクタ走査をすることができる。また第１及び第２の駆動装置１０，１９を協調して駆動することにより３次元走査ができる。これらの走査は、先端部５を動かすこと無く、また１本の超音波内視鏡で実施できるので、患者の苦痛、術者の負荷を減らすことができる。
【００４６】（第２の実施の形態）図１０は本発明の第２の実施の形態に係る超音波プローブの断面図である。
【００４７】第１の実施の形態では、内視鏡光学系を設けた超音波内視鏡の場合で具体的に説明したが、第２の実施の形態では、内視鏡光学系を有しない超音波プローブにも適用できる。
【００４８】図１０において、超音波プローブ５１は把持部４９と硬質な先端部５０から構成される。先端部５０は、図１乃至図９に示した先端部５から光学系の構成要素を取り除いたものである。把持部４９には第１の駆動装置６０が設けられている。第１の駆動装置６０は、可撓性シャフト６５を回動させる第１のモータ６１と、第１のモータ６１の回転位置を検出する第１のエンコーダ６２と、回転されるロータ側と回転されないステータ側の接点間で信号伝達を行う第１のスリップリング６３とを具備している。そのほかの詳細部の構成は第１の実施の形態と同じなので、説明は省略する。
【００４９】［付記］
１．少なくとも１つの超音波振動子と、この超音波振動子を固定する回転シャフトと、この回転シャフトにより回動する前記超音波振動子を電気的に外部と接続するためのスリップリングとを具備した超音波プローブにおいて、前記スリップリングは前記回転シャフトに固定されるリング部とこのリング部に押圧接触し導通をとるブラシ部とからなり、このブラシ部は金属ブラシと樹脂で形成されたブラシ保持部材とからなり、前記回転シャフトを支持する一端側及び他端側の軸受の内少なくとも一方の軸受は、前記ブラシ保持部材に設けられていることを特徴とする超音波プローブ。
【００５０】２．上記スリップリングは、ブラシ保持部材の回転シャフトと同心状に形成されている円筒状の突起部を、先端部のハウジングに形成された回転シャフトと同心の位置決め用の穴に挿通させることにより先端部のハウジングとブラシ保持部材の位置決めを行う、ことを特徴とする付記１に記載の超音波プローブ。
【００５１】３．超音波振動子を機械的に回転させて体腔内を走査する超音波プローブにおいて、モータ、スリップリング、回転検出手段を具備した第１の駆動装置を手元操作部側に配置し、モータ、スリップリング、回転検出手段を具備した第２の駆動装置を挿入部の先端部に配置し、第２の駆動装置の駆動により超音波振動子をセクタ走査するように回動させ、第１の駆動装置の駆動により伝達部材を介して第２の駆動装置と超音波振動子を一体的に回動ることにより超音波振動子をラジアル走査するように回転させることを特徴とする超音波プローブ。
【００５２】４．付記３に記載の第２の駆動装置のスリップリングは、付記１または２で説明したスリップリングであることを特徴とする超音波プローブ。
【００５３】付記１の構成をとることで、スリップリングは安定した性能を維持しながら、小型化が可能となるので、内視鏡挿入部の先端部を従来構成よりも細くすることができるため患者の苦痛を低減することができる。
【００５４】付記３の構成をとることで、体腔内に内視鏡先端部を挿入し、第１の駆動装置により体内をラジアル走査することができる。また第２の駆動装置により体内をセクタ走査することができる。これにより、１つの超音波プローブで複数の走査面を走査するとともに、これらの走査を一つの超音波プローブで、先端部を動かすことなく行えるので患者の苦痛、術者の負荷を低減できる。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、小型のスリップリングを実現し、超音波プローブの先端部を細径化することにより患者に与える苦痛を低減でき、術者の負荷を減らすことができる。このような効果は特に複数の走査面を走査するの超音波プローブで大きい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００３７６
【氏名又は名称】オリンパス光学工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年８月４日（１９９９．８．４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７６２３３
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 進
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| 【公開番号】 |
特開２００１−４６３６７（Ｐ２００１−４６３６７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年２月２０日（２００１．２．２０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２２１４８９ |
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