| 【発明の名称】 |
変速機能付の軸継手構造 |
| 【発明者】 |
【氏名】峯岸 清次
【氏名】為永 淳
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| 【要約】 |
【課題】軸継手構造において、本来有する機能を維持・発揮しつつ、周囲の無駄な空きスペースを有効活用して軸継手自体に変速機能を備えるようにする。
【解決手段】第１軸及び第２軸が対向して同軸的に配置され、第１軸の軸端近傍、及び第２軸の軸端近傍が挿入される軸挿入穴を内部に備えた部材により、各軸との間で回転動力の伝達を行う軸継ぎ手構造において、前記部材を第１軸側と第２側に分割して、これらを第１伝達部材６８及び第２伝達部材７０とする。この第１伝達部材６８の周囲には、複数の遊星ローラ７２と、複数の遊星ローラ７２が自身の内周面に転接すると共に外部の非回転部材と係合して回転が規制されたリングローラ７６と、を配置し、更に、第２伝達部材７０が複数の遊星ローラ７２を回転自在に支持するように構成する。第２伝達部材７０が、遊星ローラ７２の第１伝達部材６８周りの公転運動と一体となって回転するようになる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】第１軸及び第２軸が対向して同軸的に配置され、前記第１軸の軸端近傍、及び第２軸の軸端近傍が挿入される軸挿入穴を内部に備えた部材により、前記第１軸と第２軸との間で回転動力の伝達を行う軸継ぎ手構造において、前記部材を第１軸側と第２側に分割することで、これらを各軸と一体的に回転する第１伝達部材及び第２伝達部材とし、該第１伝達部材の周囲に、該第１伝達部材の外周面に転接する複数の遊星ローラと、該複数の遊星ローラが自身の内周面に転接すると共に外部の非回転部材と係合して回転が規制されたリングローラと、を配置し、前記第２伝達部材によって、前記複数の遊星ローラが回転自在に保持されることで、該第２伝達部材が、該複数の遊星ローラの前記第１伝達部材周りの公転運動と一体となって回転し得る構成にしたことを特徴とする変速機能付きの軸継ぎ手構造。
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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、対向して同軸的に配置される２つの回転軸を連結することで、一方の回転軸の回転動力を他方の回転軸に伝達する軸継手構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】動力を伝達する回転軸は、材料取りや分解修理等の関係で長くすることができない場合がある。このような場合は、軸を分割しなければならないが、その分割された２軸間を連結する機械要素として軸継手が広く用いられている。
【０００３】図９に、従来から広く用いられている軸継手構造１を示す。この軸継手構造１は、回転動力の伝達を行う第１軸２及び第２軸４が対向して同軸的に配置され、この第１軸２の軸端近傍、及び第２軸４の軸端近傍が挿入される軸挿入孔６を内部に備えた円柱状部材８によって、第１軸２と第２軸４との間で回転動力の伝達を行う構造である。
【０００４】具体的には、軸挿入孔６は円柱状部材８の内部を貫通して形成されているため、この円柱状部材８は実際は円筒状になっている。この軸挿入孔６にはキー溝１０が凹設されており、第１軸２及び第２軸４も同様にキー溝１２が凹設されている。従って、第１軸２及び第２軸４は、それぞれ打ち込みキー１４によって円柱状部材８と回転方向に係合している。
【０００５】なお、円柱状部材８の両端には短円筒状の安全カバー１６が取付けられており、打ち込みキー１４の頭部が外部に露出するのを防止している。
【０００６】この軸継手構造１は、第１軸２と第２軸４が、この円柱状部材８を介して一体的に回転方向に連結されていることになる。従って、例えば第１軸２に入力された回転動力は、打ち込みキー１４及び円柱状部材８を介して第２軸４に同一回転速度で伝達するようになっている。
【０００７】この軸継手構造１においては、軸挿入孔６が円柱状部材８の内部を貫通形成されている場合を示したが、完全に貫通せずに、円柱状部材８の両端側から２つの軸挿入穴がそれぞれ独立して形成されている場合もある。
【０００８】次に、図１０を参照して、従来広く採用されている他の軸継手構造２０について説明する。この軸継手構造２０はフランジタイプのものであり、第１軸２及び第２軸４が対向して同軸的に配置され、第１軸２の軸端近傍が挿入される軸挿入孔２３を内部に備えた第１円柱状部材２２と、第２軸４の軸端近傍が挿入される軸挿入穴２５を内部に備えた第２円柱状部材２４とによって、第１軸２と第２軸４との間で回転動力の伝達を行う構造となっている。
【０００９】具体的には、第１及び第２円柱状部材２２、２４の対向側（第１軸２及び第２軸４の軸端側）には、径方向外側に広がる第１フランジ部２２Ａ及び第２フランジ部２４Ａがそれぞれ一体的に形成され、各フランジ部２２Ａ、２４Ａには周方向に一定の間隔を空けて、中心軸線Ｌ方向に貫通する複数のボルト孔２６が形成されている。
【００１０】第１軸２、及び第１円柱状部材２２の軸挿入孔２３には、キー溝１０、１２が凹設されており、平行キー２８によってこれらが回転方向に係合するようになっている。又、第２軸４と第２円柱状部材２４との関係もこれと同様である。
【００１１】第１フランジ部２２Ａと第２フランジ部２４Ａは、ボルト孔２６を貫通するボルト３０及びこのボルト３０に螺合するナット３２によって連結されており、一体となって回転するようになっている。
【００１２】従って、例えば第１軸２に入力された回転動力は、平行キー２８、第１円柱状部材２２、ボルト３０及びナット３２、第２フランジ部２４Ａ、平行キー２８をこの順に介して第２軸４に同一回転速度で伝達されるようになっている。
【００１３】なお、第１円柱状部材２２と第２円柱状部材２４とは形式上別部材であるけれども、実質的にはボルト３０及びナット３２によって一体構造となっているため、図９において示した軸継手構造１とほとんど同様である。しかし、このフランジタイプの軸継手構造２０においては、第１円柱状部材２２と第２円柱状部材２４とを別々の部材で構成することができるので、特に、第１軸２と第２軸４の軸径が異なる場合に便利である。
【００１４】次に、図９に示した軸継手構造１を、回転機械用の駆動装置に適用した例について説明する。
【００１５】図１１に示される回転機械用の駆動装置３４は、モータ軸３６Ａを備えるモータ３６と、入力軸３８及び出力軸４０を平行に備えた減速機４２と、このモータ３６と減速機４２を一体的に組合せる継ケーシング４４と、を備えており、モータ軸３６Ａと入力軸３８を連結するために図８で示したものと同様の軸継手構造１が適用されている。
【００１６】即ち、図９と図１１との関係としては、第１軸２がモータ軸３６Ａに対応し、第２軸４が入力軸３８に対応することになり、モータ軸３６Ａの回転動力がこの軸継手構造１によって入力軸３８に同一回転速度で伝達するようになっている。
【００１７】継ケーシング４４は、モータ３６と減速機４２が相対的に回転しないように一体的に連結するものであり、一般的には、円筒又は四角筒状の部材が用いられている。なお、この駆動装置３４においては、モータ３６が減速機４２にこの継ケーシング４４を介して直接取付けられる構造であるが、モータ３６及び減速機４２が、それぞれ別途独立したモータベース、減速機ベース等に固定される場合もあり、この際には、軸継手構造１が露出することを防止するために、安全カバー等が別途取付けられることもある。
【００１８】又、時に、軸継手構造は接続される各種装置の破壊を防止する役目も果たしている。例えば、図１１において、減速機４２側の回転がトラブルにより突然ロックされた場合においても、この軸継手構造１における円柱状部材８や打ち込みキー１４等が先に破断することで、モータ３６等に過負荷が生じることを防止することができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１からも明らかなように、軸継手構造１を取り囲む周囲の空間（継ケーシング４４の内部空間及び継ケーシング４４自体も含む）が大変広いスペースを有するにも拘らず、全く有効活用されていない状態であった。
【００２０】この理由は、モータ３６や減速機４２等のように回転軸（入力軸３８、モータ軸３６Ａ）を有する各種装置はある程度の大きさを有するのに対し、その回転軸を連結する軸継手構造１は大変コンパクトに構成されるためである。即ち、この軸継手構造１の両側に配置される各種装置に挟まれた空間は、これといって有益な利用目的がないのが実情であり、単なる継ケーシング４４が配置されたり、軸継手構造１を覆う安全カバーが設けられる程度であった。
【００２１】一方、上記の空間を有効活用するとしても、そのためにこの軸継手構造１が軸線方向に長大化したり、大きな騒音を発生したりすることは、軸継手の機能からも本末転倒である。
【００２２】本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、軸継手構造が本来有する機能を維持・発揮すると共に、連結される２つの回転軸の周囲の空スペースを利用して、更に変速機能を持たせた軸継手構造を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１軸及び第２軸が対向して同軸的に配置され、第１軸の軸端近傍、及び第２軸の軸端近傍が挿入される軸挿入穴を内部に備えた部材により、第１軸と第２軸との間で回転動力の伝達を行う軸継手構造において、この部材を第１軸側と第２軸側に分割することで、これらを各軸と一体的に回転する第１伝達部材及び第２伝達部材とし、この第１伝達部材の周囲に、第１伝達部材の外周面に転接する複数の遊星ローラと、この複数の遊星ローラが自身の内周面に転設すると共に外部の非回転部材と係合して回転が規制させたリングローラと、を配置し、第２伝達部材によって複数の遊星ローラを回転自在に保持させることで、この第２伝達部材が複数の遊星ローラの第１伝達部材回りの公転運動と一体となって回転し得る構成にしたことにより、上記目的を達成するものである。
【００２４】即ち、図１及び図２に示されるように、（図８、９において示したような）円柱状部材を、第１軸２側と第２軸４側に分割することで、これらを各軸（第１軸２、第２軸４）と一体的に回転する第１伝達部材Ａ及び第２伝達部材Ｂとし、この第１伝達部材Ａの周囲に、複数の遊星ローラＣを第１伝達部材Ａの外周面Ａ１に転設するように配置し、且つ、この複数の遊星ローラＣが自身の内周面Ｄ１に転設するリングローラＤを、外部の非回転部材Ｆにより回転が規制されるようにして配置している。
【００２５】更に、複数の遊星ローラＣは第２伝達部材Ｂによってそれぞれ回転自在に支持されており、その結果、第２伝達部材Ｂが、遊星ローラＣの第１伝達部材Ａ回りの公転運動と一体となって回転し得る構成となっている。
【００２６】このようにすると、第１伝達部材Ａを太陽ローラ、第２伝達部材Ｂをキャリアととらえることができ、この軸継手構造が摩擦ローラによる単純遊星ローラ機構を兼ね備えたものになり、従って、第１伝達部材Ａを回転動力の入力要素とした場合には、第２伝達部材Ｂが出力要素となる減速機構として、又、第２伝達部材Ｂを回転動力の入力要素とした場合には、第１伝達部材Ａが出力要素となる増速機構として機能することになる。
【００２７】一方、この変速機能を有するようにした軸継手構造は、以上のように構成したことにも拘らず、本来の軸継手としての機能を全く失っていない。
【００２８】以下その理由について、具体的に説明する。
【００２９】まず第１に、第１伝達部材Ａ及び第２伝達部材Ｂ共に軸挿入孔が形成されており、且つ第１伝達部材Ａ及び第２伝達部材Ｂが同軸上に配置されるため、「対向、且つ同軸的に配置される第１軸２及び第２軸４を連結して回転動力を伝達する」という軸継手としての本質的機能を失っていない。
【００３０】第２に、回転動力の伝達は、摩擦ローラとしての遊星ローラＣやリングローラＤの接触面を介して伝達されるため、特に大きな騒音を発生することがなく、「静粛性」という軸継手に要求される特性を失っていない。
【００３１】第３に、この変速機能付の軸継手構造は、所定値以上の回転トルクが生じた場合には各ローラの接触面が滑る構造となっているため、一方の回転軸に突然過負荷が生じたとしても、他方の回転軸側の装置の破壊を、ある程度防止することができる。即ち、軸継手に必要とされる「安全性」という機能も備えている。
【００３２】又、この変速機能付の軸継手構造は、遊星ローラＣやリングローラＤの存在のために径方向に多少大きな構造となっているが、これは既に説明したように、もともと無駄であった（有効活用されてなかった）軸継手の周囲のスペースを有効活用するものであり、連結された装置全体の大きさには何ら影響を及ぼすものではない。
【００３３】以上のことからも明らかなように、この変速機能付の軸継手構造は、従来の軸継手としての機能を全く失うことなく、大きな変速比を有する変速機能を備えたものである。従って、例えば、この軸継手構造が、モータと変速機を連結する場合に適用されるとすれば、この軸継手構造自体である程度の変速を達成することができるため、連結される変速機の変速比を小さく抑えることができ、装置全体としてのコンパクト化が図られる。
【００３４】なお、リングローラＤが外部の非回転部材と係合して回転が規制される状態は、図１ではその機能に着目して、この軸継手構造を収容するケーシングに直接圧入固定されるように表現していたが、これに限定されず、例えばボルトによって固定したり、リングローラＤに突起を設けて外部の非回転部材と係合させたりして、リングローラＤの回転を規制することも可能である。要は、リングローラＤの回転が、何らかの形で規制されている状態であればよい。
【００３５】又、第２伝達部材Ｂに関しては内部に軸挿入穴を有すれば十分であり、円柱状の部材に限定されるものではない。
【００３６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】図３は、第１実施形態に係る変速機能付の軸継手構造を適用したギヤドモータ５０の部分断面図である。このギヤドモータ５０は、回転動力を発生するモータユニット５２と、内部に揺動内接噛合歯車減速構造を備える減速機ユニット５４と、この減速機ユニット５４とモータユニット５２とを本発明に係る軸継手構造によって連結するカップリングユニット５６と、を備えてる。
【００３８】減速機ユニット５４は、回転動力が入力される入力軸５８と、この入力軸５８により偏心揺動回転自在に支持される外歯歯車６０と、ケーシング６６に一体的に設けられ、この外歯歯車６０が内接噛合する内歯歯車６２と、この内歯歯車６２に内接噛合しながら、自転及び公転を行う前記外歯歯車６０の、該自転成分のみを取り出して伝達する出力軸６４と、を備えてる。
【００３９】カップリングユニット５６は、図４及び図５に拡大して示されるように、モータ軸５２Ａ（図１における第１軸２に対応する）、及び入力軸５８（図１における第２軸４に対応する）が対向して同軸的に配置されており、モータ軸５２Ａと一体的に回転する第１伝達部材６８と、入力軸５８と一体的に回転する第２伝達部材７０と、を備えている。
【００４０】この第１伝達部材６８の周囲には、該第１伝達部材６８の外周面に転接する３つの遊星ローラ７２と、この遊星ローラ７２が自身の内周面に転接すると共に外部のケーシング７４と係合して回転が規制されたリングローラ７６と、が配置されている。
【００４１】そして、遊星ローラ７２は第２伝達部材７０によって回転自在に支持されており、この結果、第２伝達部材７０が、遊星ローラ７２の第１伝達部材６８周りの公転運動と一体となって回転するようになっている。
【００４２】具体的に、第１伝達部材６８には、モータ軸５２Ａを挿入可能な軸挿入孔６８Ａが形成されており、このモータ軸５２Ａと第１伝達部材６８とがキーによって回転方向に係合し、共に一体となって回転するようになっている。又、第２伝達部材７０には、入力軸５８を挿入可能な軸挿入孔７０Ｂが形成されており、スプライン結合によって入力軸５８と第２伝達部材７０が一体となって回転するようになっている。
【００４３】なお、第１伝達部材６８の軸挿入孔６８Ａ及び第２伝達部材７０の軸挿入孔７０Ｂは、共に各伝達部材６８、７０を貫通して形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、完全に貫通していない「穴」の場合も含むものである。
【００４４】第２伝達部材７０は、中心軸線方向の３本のピン７０Ａを、周方向に一定の間隔で備えており、このピン７０Ａによって、遊星ローラ７２をそれぞれ回転自在に支持している。リングローラ７６には、周方向に一定の間隔でボルト孔７６Ａが形成されており、このボルト孔７６を貫通するボルト７８によってケーシング７４の突起部７４Ａに直接固定されている。
【００４５】なお、符号８０Ａ及び８０Ｂは、遊星ローラ７２の軸方向の移動を規制するリング状の遊星ローラ規制部材であり、一方（８０Ｂ）はボルト７８によってリングローラ７６の端面に同軸的に固定され、他方（８０Ａ）はケーシング７４のくぼみに設けられている。
【００４６】これらの変速機能付の軸継手構造を収容するケーシング７４には、中心軸線Ｌ方向両端側において、径方向外側に広がるフランジ部７４Ｂ、７４Ｃが一体的に形成され、一方のフランジ部７４Ｂがモータユニット５２のモータフランジ５２Ｂに連結されると共に、他方のフランジ部７４Ｃが減速機ユニット５４のケーシング６６に一体的に連結されている。
【００４７】このカップリングユニット５６では、モータ軸５２Ａによって第１伝達部材６８が回転駆動される。この第１伝達部材６８とリングローラ７６の間に挿入される遊星ローラ７２は、リングローラ７６と接触して自転させられながら、第１伝達部材６８の周囲を公転する。その結果、この遊星ローラ７２を回転自在に保持する第２伝達部材７０は、前記遊星ローラ７２の公転運動のみを取り出し、この公転運動を入力軸５８に伝達する。
【００４８】従って、このカップリングユニット５６は、モータ軸５２Ａの回転動力を入力軸５８に伝達するという軸継手としての基本機能を備えながらも、モータ軸５２Ａの回転に対して入力軸５８を一定の変速比でもって相対回転させるという変速機としての機能も兼ね備えている。
【００４９】又、通常のカップリング（モータ軸５２Ａと入力軸５８とが一体的に連結されるカップリング）によって両軸間が連結される場合と比較して、このカップリングユニット５６に変速機能の一部を負担させることができるため、これに連結される減速機ユニット５４をコンパクトにすることが可能となる。一方で、このカップリングユニット５６は、減速機ユニット５４とモータユニット５２との間の（従来存在していた）空スペースを有効活用するだけであり、中心軸線Ｌ方向にギヤドモータ５０全体を長大化したり、径方向に大型化することはほとんどない。
【００５０】更に、発明者の試験によれば、このカップリングユニット５０は、複数の遊星ローラ７２、リングローラ７６及び第１伝達部材６８との接触面の摩擦によって回転動力を伝達するものであり、且つ、遊星ローラ７２の自転と公転を利用した特有の伝達形態であるためか、詳細には不明であるが、減速機ユニット５４における外歯歯車６０の揺動による振動や、モータユニット５２の振動等を一般的な予測を大きく越えて大幅に吸収することができることが確認されている。又、入力軸５８又はモータ軸５２Ａの一方に衝撃トルクが加わった場合においても、各ローラの接触面の滑りにより吸収されるため、他方の軸に伝達し得る衝撃の一部をカップリングユニット５６によって緩和することができるので、減速機ユニット５４やモータユニット５２の破壊を防止することができる。
【００５１】次に、図６によって、第２実施形態に係る変速機能付の軸継手構造を適用した回転機械用の駆動装置９０について説明する。
【００５２】この駆動装置９０は、モータユニット９２と減速機ユニット９４とを変速機能付の軸継手構造によって連結したものであり、この軸継手構造を達成するためにカップリングユニット９６が間に介入されている。
【００５３】このカップリングユニット９６は、第１実施形態で示したカップリングユニット５６とほぼ同様であるが、図７に示されるように、リングローラ１７６の固定方法が異なっている。具体的には、リングローラ１７６の外周面には、径方向外側に向かって軸方向の係合部９８が凸設されている。一方、ケーシング１７４の内周側には、前記係合部９８と嵌合可能な凹部１００がやはり軸方向に形成されており、この凹部１００と係合部９８が嵌合することでリングローラ１７６の回転が規制されるようになっている。
【００５４】又、このリングローラ１７６の固定方法が異なったことに伴って、遊星ローラ１７２を周方向に案内する遊星ローラ規制部材１８０Ａ、１８０Ｂは、リングローラ１７６の両端面にボルト１７８及びナット１７８Ａによって同軸的に固定されている（図６参照）。
【００５５】なお、このカップリングユニット９６のその他の構成については、第１実施形態のカップリングユニット５６とほぼ同様であるため、同一部分又は類似の部分にはこのカップリングユニット５６と下２桁が同一符号を付することで、構造・作用等の詳細な説明は省略する。
【００５６】減速機ユニット９４は、一端が第２伝達部材７０とスプライン結合し、他端側にはハイポイドピニオン１０２Ａが一体的に形成される入力軸１０２と、このハイポイドピニオン１０２Ａと噛合するハイポイドギヤ１０４と、このハイポイドギヤ１０４と同軸的且つ一体的に回転する第１ピニオン１０６と、この第１ピニオン１０６と噛合する第１ギヤ１０８と、この第１ギヤ１０８と同軸的且つ一体的に回転する第２ピニオン１１０と、この第２ピニオン１１０と噛合する出力軸ギヤ１１２と、この出力軸ギヤ１１２の中心を貫通して該出力軸ギヤ１１２を支持するホロー型の出力軸１１４と、を備えている。
【００５７】従って、モータユニット９２の回転動力はカップリングユニット９６を介して、所定の変速比（減速比）でもって入力軸１０２に伝達される。入力軸１０２の回転動力は、減速機ユニット９４における各ピニオン及びギヤを介して、回転軸が直角となる出力軸１１４に所定の減速比で伝達されることになる。
【００５８】このカップリングユニット９６においては、リングローラ７６の固定方法がケーシングの凹部１００とリングローラ７６の係合部９８とを嵌合させるシンプルな構造であるので、従来用いている継ケーシングに多少の改良を施すだけで、この継ケーシングを流用することも可能になる。
【００５９】なお、上記第１及び第２実施形態においては、カップリングユニットにおける変速機能付の軸継手構造が、第１伝達部材を入力要素、第２伝達部材を出力要素とした減速機能を達成するもののみを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２伝達部材側を入力要素、第１伝達部材を出力要素とした増速機能としても適用することが可能である。
【００６０】更に、上記実施形態では、カップリングユニットのケーシングが両フランジ構造のものだけを示したが、本発明はこれに限定されず、例えば図８に示されるギヤドモータ２５０のように、ケーシング２７４の両端面がフランジ構造ではなく、（貫通していない）ボルト穴２７４Ｄが形成されている場合もある。なお、このギヤドモータ２５０におけるその他の構成については、図３に示したギヤドモータ５０とほぼ同様であるため、同一又は類似の部分にはこのギヤドモータ５０と下２桁が同一符号を付することで、構造・作用等の詳細な説明は省略する。
【００６１】又、上記実施形態においてはカップリングユニットがモータユニットと減速機ユニットを連結する場合のみを示したが、本発明はそれに限定されず、減速機同士や減速機と相手側機械（回転動力を必要とする各種装置）、モータと相手側機械等を連結するあらゆる状況に適用することが可能である。更に、リングローラの固定方法も上記実施形態に示したものに限定されるものではなく、要は、回転軸と一体となって回転しない部材（ケーシング以外のものも含む）と何らかの形で係合して回転が規制される状況であればよい。
【００６２】
【発明の効果】本発明によれば、軸継手構造が本来有する機能を維持・発揮しつつ、連結される２つの回転軸の周囲の空スペースを利用して、更に変速機能を有するようにした軸継手構造を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２１０７
【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月４日（１９９９．１０．４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９０１５
【弁理士】
【氏名又は名称】牧野 剛博 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１０８０２８（Ｐ２００１−１０８０２８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月２０日（２００１．４．２０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２８３０１５ |
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