| 【発明の名称】 |
内燃機関の排気還流装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】又吉 豊
【氏名】西村 利文
【氏名】岩出 保之
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| 【要約】 |
【課題】機関の吸気系に還流させる排気を冷却するための排気冷却装置を、軽量かつコンパクトに構成する。
【解決手段】Ｖ型機関の各バンク間のシリンダブロック１３にウォータジャケット１４を形成し、排気還流路の一部を構成する細管２６を備えた排気冷却装置１０を前記ウォータジャケット１４の取り付け開口部１５に取り付けることで、前記細管２６を前記ウォータジャケット１４に内設させ、排気が前記細管２６内を通過するときに、ウォータジャケット１４内の冷却水との間で熱交換して冷却されるようにする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】排気の一部を排気系から排気還流路を介して吸気系に還流させる内燃機関の排気還流装置において、前記排気還流路が途中で機関本体に設けられたウォータジャケット内を通過するよう構成し、前記ウォータジャケットにおいて還流排気の冷却を行わせることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】前記内燃機関がＶ型機関であって、前記排気還流路が通過するウォータジャケットを、バンク間のシリンダブロックに形成したことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項３】前記排気還流路が通過するウォータジャケットの冷却水入口を、機関本体における冷却水の入口付近に接続する一方、前記排気還流路が通過するウォータジャケットの冷却水出口を、機関本体における冷却水の出口付近に接続することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項４】前記ウォータジャケットに内設させる排気還流配管を備えた排気冷却装置を、前記ウォータジャケットに設けた取り付け開口部に装着する構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項５】前記排気冷却装置が、前記取り付け開口部を覆うと共に排気入口及び排気出口が開口されるボディと、前記排気入口に連通して前記ボディの裏面側に形成される入口側ガス室と、前記排気出口に連通して前記ボディの裏面側に形成される出口側ガス室と、前記入口側ガス室と出口側ガス室とを連通させる前記排気還流配管としての複数の細管と、を備えて構成されることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項６】前記入口側ガス室と出口側ガス室とを、前記取り付け開口部の長手方向に離して対向配置し、該入口側ガス室と出口側ガス室とを略直線状に形成される複数の細管で連通させることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項７】前記入口側ガス室と出口側ガス室とを隣接させて形成し、該入口側ガス室と出口側ガス室とをＵ字状に形成される複数の細管で連通させることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項８】前記Ｕ字状の細管が前記ボディに対して略平行に設けられることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項９】前記Ｕ字状の細管が前記ボディに対して略直交する方向に設けられることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項１０】前記取り付け開口部を円筒状に形成すると共に、前記入口側ガス室及び出口側ガス室の外周壁を、前記取り付け開口部に嵌挿される円筒状に形成したことを特徴とする請求項９記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項１１】前記取り付け開口部を、シリンダブロック又はシリンダヘッドの加工端面に形成したことを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１つに記載の内燃機関の排気還流装置。
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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、排気の一部を吸気系に還流させる内燃機関の排気還流装置に関し、特に、還流排気を冷却するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、還流排気を冷却する冷却装置を備えた排気還流装置が知られており、例えば特開平９−３２４７０７号公報に開示されるものでは、排気還流配管の周囲を囲むウォータジャケットを形成し、該ウォータジャケットに機関本体の冷却水を冷却水供給管によって供給し、前記ウォータジャケット内で排気熱を奪った冷却水を冷却水排出管によってラジエータに戻すようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の冷却構造では、機関本体とは別にウォータジャケットを設けることで、排気還流配管の途中に大きな構造物が付加されることになり、ウォータジャケットの設置スペースの確保が困難であると共に、前記ウォータジャケットに冷却水を循環させるための配管の引き回しを行う必要があり、設置場所によっては長い冷却水配管が必要になってしまうという問題があった。
【０００４】また、ウォータジャケットは冷却水を常時内蔵し、重量が重くなるため、ウォータジャケットが付加される部分の排気還流配管を支える支持部材が必要になると共に、前記支持部材として強度を確保できる大型のものが必要になって、これにより、設置スペースの確保が更に困難になり、他の構造物のレイアウトにも影響を及ぼしてしまうという問題があった。
【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、排気の一部を排気系から排気還流路を介して吸気系に還流させる内燃機関の排気還流装置において、軽量かつコンパクトでエンジンルーム内のレイアウト性を悪化させることのない排気冷却構造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】そのため、請求項１記載の発明では、排気還流路が途中で機関本体に設けられたウォータジャケット内を通過することで、還流排気の冷却を行われるように構成した。
【０００７】かかる構成によると、機関本体とは別体に排気冷却用のウォータジャケットを設けるのではなく、機関本体と一体に排気冷却用のウォータジャケットを設け、排気還流路が、前記機関本体に設けられたウォータジャケットを経由して機関の吸気系にまで延設され、機関本体のウォータジャケットを通過するときに熱交換が行われて排気が冷却される。
【０００８】請求項２記載の発明では、排気還流路が通過するウォータジャケットを、Ｖ型機関のバンク間のシリンダブロックに形成する構成とした。かかる構成によると、Ｖ型機関のバンク間のシリンダブロックに排気冷却用のウォータジャケットが形成され、排気系からの排気還流路は、バンク間のシリンダブロックに設けられた前記ウォータジャケットを経由してから吸気系に接続される。
【０００９】請求項３記載の発明では、排気還流路が通過するウォータジャケットの冷却水入口を機関本体における冷却水の入口付近に、前記ウォータジャケットの冷却水出口を機関本体における冷却水の出口付近に接続する構成とした。
【００１０】かかる構成によると、排気冷却用のウォータジャケットに対して、機関の熱を奪う前の冷却水が導入され、排気との間で熱交換をした冷却水は、機関との間で熱交換をした冷却水に合流して、ラジエータに送られることになる。
【００１１】請求項４記載の発明では、ウォータジャケットに内設させる排気還流配管を備えた排気冷却装置を、ウォータジャケットに設けた取り付け開口部に装着する構成とした。
【００１２】かかる構成によると、排気冷却用のウォータジャケットに、排気還流配管を挿置するための取り付け開口部が設けられ、前記排気還流配管を含んで構成される排気冷却装置を前記取り付け開口部を装着することで、排気還流配管がウォータジャケット内に設置される。
【００１３】請求項５記載の発明では、前記排気冷却装置が、取り付け開口部を覆うと共に排気入口及び排気出口が開口されるボディと、排気入口に連通してボディの裏面側に形成される入口側ガス室と、排気出口に連通して前記ボディの裏面側に形成される出口側ガス室と、入口側ガス室と出口側ガス室とを連通させる複数の細管と、を備えて構成されるようにした。
【００１４】かかる構成によると、排気冷却装置を取り付け開口部に装着すると、該排気冷却装置を構成するボディが、取り付け開口部を覆うことで、ウォータジャケットを本来の閉塞空間とする。一方、前記ボディの表面には、排気入口が設けられており、該排気入口から導入される還流用の排気は、ウォータジャケットに内設されることになる入口側ガス室に入り、その後、複数の細管を通って同じくウォータジャケットに内設される出口側ガス室に入るが、前記複数の細管を通るときに周囲の冷却水との間で熱交換が行われる。前記出口側ガス室に入った排気は、ボディに開口する排気出口を介してウォータジャケットの外側に導出され、その後、機関の吸気系に供給される。
【００１５】請求項６記載の発明では、前記入口側ガス室と出口側ガス室とを、前記取り付け開口部の長手方向に離して対向配置させ、この入口側ガス室と出口側ガス室とを略直線状に形成される複数の細管で連通させる構成とした。
【００１６】かかる構成によると、ウォータジャケットの取り付け開口部の長手方向に沿って、熱交換が行われる細管が直線的に設けられ、取り付け開口部の長手方向の一方端からウォータジャケット内に取り入れられた排気は、前記長手方向の他方端から冷却後の排気として取り出される。
【００１７】請求項７記載の発明では、前記入口側ガス室と出口側ガス室とを隣接させて形成し、該隣接する入口側ガス室と出口側ガス室とをＵ字状に形成される複数の細管で連通させる構成とした。
【００１８】かかる構成によると、排気入口から導入された排気は、入口側ガス室に入った後、ウォータジャケット内に延設される細管を通るが、前記細管がＵ字状に形成されて、入口側ガス室に隣接して設けられる出口側ガス室に冷却後の排気が入り、排気入口に近い排気出口から取り出される。
【００１９】請求項８記載の発明では、前記Ｕ字状の細管が前記ボディに対して略平行に設けられる構成とした。かかる構成によると、ウォータジャケット内に導入された排気は、ボディに対して略平行な方向に向きを変えて進み、Ｕ字状細管の端部でＵターンして戻った後、再度ボディを貫通する方向に向きを代えて導出される。
【００２０】請求項９記載の発明では、前記Ｕ字状の細管が前記ボディに対して略直交する方向に設けられる構成とした。かかる構成によると、ウォータジャケット内に導入された排気は、そのままボディを貫通する方向に沿ってボディから離れる方向に進み、Ｕ字状細管の端部でＵターンして、ボディに近づく方向に進んで戻る。
【００２１】請求項１０記載の発明では、前記取り付け開口部を円筒状に形成すると共に、前記入口側ガス室及び出口側ガス室の外周壁を、前記取り付け開口部に嵌挿される円筒状に形成する構成とした。
【００２２】かかる構成によると、円筒状に形成された取り付け開口部に対して、排気冷却装置を装着すると、ボディの裏面側に隣接して設けられる入口側ガス室及び出口側ガス室の円筒状の外周壁が、取り付け開口部に嵌挿される。
【００２３】請求項１１記載の発明では、前記取り付け開口部を、シリンダブロック又はシリンダヘッドの加工端面に形成する構成とした。かかる構成によると、例えばシリンダブロックの前面などのシリンダブロック又はシリンダヘッドの加工端面に、シリンダブロック又はシリンダヘッドの加工に伴って取り付け開口部が加工形成される。
【００２４】
【発明の効果】請求項１記載の発明によると、機関本体に設けられるウォータジャケットで還流排気の冷却を行わせるので、排気を冷却するための装置を、機関本体とは別体にエンジンルーム内に配置する必要がなく、また、冷却水配管を引き回す必要がなく、更に、支持部材が不用であり、軽量かつコンパクトに冷却装置を構成できるという効果がある。
【００２５】請求項２記載の発明では、排気冷却用のウォータジャケットを、Ｖ型機関のバンク間のスペースを有効利用して配置できるという効果がある。請求項３記載の発明によると、排気冷却用のウォータジャケットに温度の低い冷却水を導入して、効率良く排気を冷却させることができるという効果がある。
【００２６】請求項４記載の発明によると、機関本体に設けた排気冷却用のウォータジャケットに対して、冷却水と排気との間での熱交換を行わせるための配管を簡便な構成で取り付けることができるという効果がある。
【００２７】請求項５記載の発明によると、冷却水と排気との間での効率良く熱交換を行わせるための細管を、機関本体に設けた排気冷却用のウォータジャケットに対して簡便な構成で設置できるという効果がある。
【００２８】請求項６記載の発明によると、機関本体に設けた排気冷却用のウォータジャケットの容積を有効利用して、効率良く排気を冷却させることができるという効果がある。
【００２９】請求項７記載の発明によると、排気冷却装置をコンパクトに構成しつつ、冷却水と排気との間で熱交換を行わせる放熱面積を十分に確保することができるという効果がある。
【００３０】請求項８記載の発明によると、排気冷却装置の高さを低く抑えつつ、十分な放熱面積を確保することができるという効果がある。請求項９記載の発明によると、機関本体に設ける排気冷却用のウォータジャケットの開口面積を小さくして、機関本体の剛性確保を図りつつ、十分な放熱面積を確保することができるという効果がある。
【００３１】請求項１０記載の発明によると、ガス室が、排気冷却装置の位置決め機能や支持機能を兼ねるようにでき、信頼性の向上が図れるという効果がある。請求項１１記載の発明によると、シリンダブロック又はシリンダヘッドの一般的な加工に伴って、排気冷却装置の取り付け開口部が加工されるので、加工工程の増大を回避でき、また、排気冷却装置を他の補機類と共に、整然と配置できるという効果がある。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１，２に示す機関１は、Ｖ型６気筒機関であり、図示しないエアフィルタで濾過された新気は、ターボチャージャ２のコンプレッサによって過給された後、インタークーラ３で冷却されて吸気コレクタ４に入り、該吸気コレクタ４から吸気マニホールド５ａ，５ｂによって各気筒に分配される。
【００３３】また、各気筒からの排気は、排気マニホールド６ａ，６ｂを介して導出され、ターボチャージャ２のタービンに回転エネルギーを与えた後、マフラー７を介して排出される。
【００３４】また、ラジエータ８で放熱した冷却水を、ウォータポンプで機関１の前面側からシリンダブロックに設けられたウォータジャケット内に送り込み、機関１の熱を奪った冷却水を機関１の後面側から取り出してラジエータ８に循環させる構成の機関冷却装置が設けられている。
【００３５】更に、機関１には、排気還流装置が設けられている。前記排気還流装置は、排気マニホールド６ａ，６ｂ（排気系）から排気の一部を取り出して、吸気コレクタ４（吸気系）に還流する装置であり、排気還流路の途中に排気冷却装置１０を介装し、該排気冷却装置１０で排気を冷却してから吸気コレクタ４（吸気系）に還流させるように構成される。
【００３６】前記排気還流路は、排気還流配管９ａ，９ｂ，１１及び排気冷却装置１０から構成され、前記排気マニホールド６ａ，６ｂにそれぞれ接続される前記排気還流配管９ａ，９ｂは、合流した後、排気冷却装置１０の排気入口に接続され、前記排気冷却装置１０の排気出口には排気還流配管１１の一端が接続され、該排気還流配管１１の他端が吸気コレクタ４に接続される。
【００３７】また、前記排気還流配管１１の吸気コレクタ４近傍には、排気還流量を制御するＥＧＲバルブ１２が介装されている。前記排気冷却装置１０は、Ｖ型機関１のバンク間のシリンダブロック１３（本体）上面に形成されたウォータジャケット１４において、排気と冷却水との間での熱交換を行わせて排気を冷却する。即ち、排気還流路が途中でシリンダブロック１３（本体）に形成されたウォータジャケット１４を通過することで、排気が冷却されるように構成したものである。
【００３８】具体的には、図３に示すように、機関１の前後方向に長いウォータジャケット１４に排気冷却装置１０を取り付けるための取り付け開口部１５が、機関１の前後方向に長い略長方形状に開口されている。
【００３９】排気冷却装置１０は、前記取り付け開口部１５に形状を合わせて形成されると共に、排気入口２１及び排気出口２２がその長手方向の両端にそれぞれ貫通形成され、前記取り付け開口部１５を覆うようにしてシリンダブロック１３にボルト１６で固定されるボディ２３と、ボディ２３の裏面側に取り付けられた箱状部材２４ａによって形成され前記排気入口２１に連通する入口側ガス室２４と、ボディ２３の裏面側に取り付けられた箱状部材２５ａによって形成され前記排気出口２２に連通する出口側ガス室２５と、ウォータジャケット１４内で対向配置される前記入口側ガス室２４と出口側ガス室２５とを連通させる相互に略平行な複数の直線状細管２６とから構成される。
【００４０】そして、前記排気入口２１に排気還流配管９ａ，９ｂが接続される一方、排気出口２２に排気還流配管１１が接続されることで、排気マニホールド６ａ，６ｂから吸気コレクタ４に至る排気還流路が構成される。
【００４１】ここで、排気が、排気入口２１及び入口側ガス室２４を介し複数の細管２６内を通るときに、周囲の冷却水と排気との間で熱交換が行われて排気が冷却され、この冷却された排気が、出口側ガス室２５，排気出口２２及び排気還流配管１１を介して吸気コレクタ４に供給され新気に混入する。
【００４２】次に、前記ウォータジャケット１４における冷却水の入出経路を、図４に従って説明する。ラジエータ８で放熱した冷却水は、一方のバンクに設けられたウォータポンプ３１によって前記一方のバンクのウォータジャケット３２ａに供給されると共に、ウォータジャケット３２ａの冷却水入口に近い部分に接続されるジャケット通路３３を介して他方のバンクのウォータジャケット３２ｂにも供給される。前記各ウォータジャケット３２ａ，３２ｂで機関熱を奪った冷却水は、それぞれジャケット通路３５に排出され、該ジャケット通路３５に接続される冷却水出口から機関１の外側に排出されてラジエータ８に循環される。
【００４３】ここで、前記ウォータポンプ３１（冷却水入口）に近いジャケット通路３３の上流位置から分岐して前記ウォータジャケット１４の前端部に接続されるジャケット通路３４が設けられており、機関１の冷却によって温度上昇する前の温度の低い冷却水を、ウォータジャケット１４に導入する。
【００４４】また、ウォータジャケット１４の後端部と、前記ジャケット通路３５とを接続するジャケット通路３６が設けられ、ウォータジャケット１４を通過して排気を冷却した冷却水は、各バンクで機関熱を奪った冷却水と共に、ラジエータ８に循環される。
【００４５】尚、ウォータジャケット１４に循環される冷却水量を増大させるべく、図５に示すように、各バンクに設けられたウォータジャケット３２ａ，３２ｂの途中からウォータジャケット１４に冷却水を供給するジャケット通路３７ａ，３７ｂを付加する構成としても良い。
【００４６】機関１と別体にウォータジャケットを形成して還流排気の冷却を行わせる場合には、大型となるウォータジャケットを配置するスペースの確保が困難であると共に、冷却水を内蔵することで重量が嵩むウォータジャケットを支持する強固な支持部材が必要になり、更には、該ウォータジャケットへの冷却水の循環を行わせる冷却水配管を引き回す必要が生じる。
【００４７】しかし、上記のように機関１に設けたウォータジャケット１４で排気の冷却を行わせる構成であれば、別途スペースを確保する必要がなく、かつ、支持部材の追加や冷却水配管の取り回しが不要であって、排気冷却構造を軽量・コンパクトに構成できる。特に、Ｖ型機関１のバンク間にウォータジャケット１４を形成させる構成であれば、デッドスペースを有効利用できる。
【００４８】ところで、上記実施形態では、前記排気冷却装置１０の入口側ガス室２４と出口側ガス室２５とを、長手方向に離して配置し、これらを複数の細管２６で相互に連通させるようにしたが、入口側ガス室２４（排気入口２１）と出口側ガス室２５（排気出口２２）とを隣接して設けることも可能であり、係る構成の第２実施形態を、図６及び図７に示す。
【００４９】図６及び図７に示す排気冷却装置１０では、ボディ２３の一端部に排気入口２１及び排気出口２２を横方向に並べて開口させ、かつ、入口側ガス室２４を構成する箱状部材２４ａと出口側ガス室２５を構成する箱状部材２５ａとを隣接して設けてある。
【００５０】そして、ボディ２３と平行に設けられる複数のＵ字状細管３９で、入口側ガス室２４と出口側ガス室２５とを連通させてある。即ち、前記Ｕ字状細管３９は、入口側ガス室２４を構成する箱状部材２４ａの側壁から略水平に延設された後、Ｕターンして出口側ガス室２５を構成する箱状部材２５ａの側壁に接続されるものである。
【００５１】上記構成によると、排気冷却装置１０における排気入口と排気出口とを１箇所にまとめることができ、また、同じボディ２３長さに対して細管の全長を略２倍にでき、これによって、熱交換を行わせる表面積が増え、冷却効果を増大させることが可能である。
【００５２】図６及び図７に示したＵ字状細管３９を用いた排気冷却装置１０では、Ｕ字状細管３９をボディ２３と平行な方向に延設させる構成としたが、図８及び図９に示す第３の実施形態にように、Ｕ字状細管３９をボディ２３に直交する方向に取り付けて、排気がボディ２３を貫通する方向に進んでＵターンする構成とすることもできる。
【００５３】図８及び図９に示す第３の実施形態では、円板状のボディ２３に対して排気入口２１及び排気出口２２を並べて開口させる一方、排気入口２１及び排気出口２２を包含する内径で、かつ、円筒状に開口される取り付け開口部１５に嵌挿される外径の有底筒状部材４０をボディ２３の裏面に取り付けると共に、該有底筒状部材４０内の空間を、入口側ガス室２４と出口側ガス室２５とに隔てる仕切り壁４１を設けてある。
【００５４】そして、入口側ガス室２４の底壁に接続されるＵ字状細管３９は、ボディ２３を貫通する方向に延設された後、Ｕターンして出口側ガス室２５の底壁に接続される。
【００５５】上記構成では、ボディ２３に直交する方向にＵ字状細管３９を延設させるので、取り付け開口部１５の開口面積が小さくても、必要な放熱面積を確保することができる。従って、ウォータジャケット１４が設けられる部分の剛性を高めることができる。
【００５６】更に、入口側ガス室２４及び出口側ガス室２５を構成する有底筒状部材４０の外周壁が取り付け開口部１５に嵌挿されるから、有底筒状部材４０が位置決めや支持の機能を発揮し、排気冷却装置の信頼性を向上させることができる。
【００５７】上記図８及び図９に示した構造の排気冷却装置１０は、図１０に示すように、Ｖ型機関１のバンク間のシリンダブロック１３上面に形成したウォータジャケット１４の取り付け開口部１５に対して、ボディ２３の下方にＵ字状細管３９を位置させて取り付けることが可能である。
【００５８】図１０に示す例では、各バンクに設けられたウォータジャケット３２ａ，３２ｂからの冷却水が、ジャケット通路５１ａ，５１ｂを介してそれぞれ導入されると共に、機関１本体の冷却水出口とジャケット通路５２で接続されるウォータジャケット１４を、シリンダブロック１３上面を取り付け開口部１５として、機関本体１の上下方向を軸とする円筒状に形成し、該ウォータジャケット１４に対して上方からＵ字状細管３９を差し入れるようにして取り付ける。
【００５９】また、図８及び図９に示す排気冷却装置１０では、取り付け開口部１５の開口面積を小さくできることから、図１１に示すように、シリンダブロック１３の加工端面である前面１３ａに、ウォータジャケット１４の取り付け開口部１５を開口させ、Ｕ字状細管３９の延設方向を略水平とする横向きに排気冷却装置１０を装着させることができる。
【００６０】図１１に示す例では、バンク間のシリンダブロック１３上面の前面１３ａ側を盛り上げて、前面１３ａ側に開放される円筒状のウォータジャケット１４を形成し、前面１３ａに開口される取り付け開口部１５から、Ｕ字状細管３９を横向きして差し入れるようにして排気冷却装置１０を取り付けてある。
【００６１】尚、シリンダヘッドの加工端面に、図１１と同様にして横向きに排気冷却装置１０を装着させることも可能である。シリンダブロック１３（又はシリンダヘッド）の加工端面に、ウォータジャケット１４の取り付け開口部１５を開口させる構成であれば、通常の加工工程で排気冷却用の取り付け開口部１５を同時に加工させることができ、加工工程を簡略化できると共に、機関１に対する部品配置が簡素化される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年３月９日（２０００．３．９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８３３０
【弁理士】
【氏名又は名称】笹島 富二雄
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２５４６４８（Ｐ２００１−２５４６４８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月２１日（２００１．９．２１） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−６５３３０（Ｐ２０００−６５３３０） |
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