| 【発明の名称】 |
小型電動車の制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】乾 勉
【氏名】菅家 博夫
【氏名】岡村 幸彦
【氏名】阪本 健二
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| 【要約】 |
【課題】減速ギヤを介して車輪を駆動する小型電動車において登坂性を重視した大容量の電動モータを用いた場合でも、減速ギヤのバックラッシュに起因する発進時のショックを低減あるいは抑制させる。
【解決手段】始動時に電動モータに起動時補償電圧（第１の所定電圧）を直ちに印加し（Ｓ２２からＳ２４）、次いで起動時制限電圧（第２の所定電圧）に達するまで所定の増加率で印加電圧を増加させる電圧制御を実行した後（Ｓ２８からＳ３６）、目標速度となるように印加電圧を制御する（Ｓ３８）。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 減速ギヤを介して車輪を駆動する電動モータを備えた小型電動車の制御装置であって、少なくとも、ａ．設定速度を入力する設定速度スイッチ、ｂ．発進および停止指示を入力するアクセルレバー、およびｃ．少なくとも前記設定速度スイッチおよびアクセルレバーの出力を入力し、入力に応じて目標速度を設定し、前記設定した目標速度となるように前記電動モータの印加電圧を制御する電動モータ制御手段、を備えるものにおいて、前記電動モータ制御手段は、停止状態から発進指示された場合、前記電動モータに第１の所定電圧を直ちに印加し、次いで第２の所定電圧に達するまで所定の増加率で印加電圧を増加させる電圧制御を実行した後、前記目標速度となるように印加電圧を制御することを特徴とする小型電動車の制御装置。
【請求項２】 前記電動モータ制御手段は、停止指示が入力された後、発進指示が入力されたときも、前記電圧制御を実行することを特徴とする請求項１項記載の小型電動車の制御装置。
【請求項３】 さらに、ｄ．走行を開始したか否か判定する走行開始判定手段、を備え、前記電動モータ制御手段は、走行を開始したと判定されるとき、前記電圧制御を中止し、直ちに前記目標速度となるように印加電圧を制御することを特徴とする請求項１項または２項記載の小型電動車の制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電動車椅子あるいはゴルフカートなどとして使用される小型電動車の制御装置に関し、より詳しくは、小型電動車の発進時における減速ギヤのバックラッシュに起因するショックを低減あるいは抑制するための制御装置に関する。
【０００２】
【従来技術】上記した小型電動車としては、米国特許公報第４，７２９，４４７号公報あるいは特開平１０−１６５４５４号公報記載の技術が知られている。さらに、特許第２７２４５６５号公報記載の技術は、停車時からの発進の際に急発進を防止する、円滑に発進させると共に、登坂時などにトルク不足によって小型電動車がずり下がった（後退した）場合、小型電動車を駆動する電動モータの出力トルクを増加して円滑に登坂動作を行う制御を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の車両における駆動系は、通常、電動モータおよび減速ギヤの組み合わせで構成され、電動モータの出力が減速ギヤを介して車輪に伝達されるため、減速ギヤのバックラッシュが大きい状態で小型電動車を発進させると、乗員にショックを与える場合があった。特に、登坂性を重要視して大容量の電動モータを用いた場合、それが顕著となる。
【０００４】しかしながら、上記した従来技術は円滑な発進制御などを提案するに止まり、減速ギヤのバックラッシュによるショックについては何等対策するものではなかった。
【０００５】従って、この発明の目的は上記した課題を解消することにあり、登坂性を重視した大容量の電動モータを用いた場合でも、減速ギヤのバックラッシュに起因する発進時のショックを低減あるいは抑制しつつ、円滑に発進させるようにした小型電動車の制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するために、この発明は請求項１項において、減速ギヤを介して車輪を駆動する電動モータを備えた小型電動車の制御装置であって、少なくとも、設定速度を入力する設定速度スイッチ、発進および停止指示を入力するアクセルレバー、および少なくとも前記設定速度スイッチおよびアクセルレバーの出力を入力し、入力に応じて目標速度を設定し、前記設定した目標速度となるように前記電動モータの印加電圧を制御する電動モータ制御手段を備えるものにおいて、前記電動モータ制御手段は、停止状態から発進指示された場合、前記電動モータに第１の所定電圧を直ちに印加し、次いで第２の所定電圧に達するまで所定の増加率で印加電圧を増加させる電圧制御を実行した後、前記目標速度となるように印加電圧を制御する如く構成した。
【０００７】停止状態から発進指示された場合、電動モータに第１の所定電圧を直ちに印加し、次いで第２の所定電圧に達するまで所定の増加率で印加電圧を増加させる電圧制御を実行するように構成したので、即ち、第１の所定電圧を印加して電動モータを微小量回転させることで減速ギヤのバックラッシュを吸収することができ、登坂性を重視した大容量の電動モータを用いた場合でも、減速ギヤのバックラッシュに起因する発進時のショックを低減あるいは抑制することができる。
【０００８】また、次いで第２の所定電圧に達するまで所定の増加率で印加電圧を増加させる電圧制御を実行した後、前記目標速度となるように印加電圧を制御する如く構成したことで、円滑に発進させることができる。
【０００９】請求項２項にあっては、前記電動モータ制御手段は、停止指示が入力された後、発進指示が入力されたときも、前記電圧制御を実行する如く構成した。
【００１０】停止指示が入力された後、発進指示が入力されたときも、前記電圧制御を実行する如く構成したので、再加速状態にあっても減速ギヤのバックラッシュに起因するショックを低減あるいは抑制させることができると共に、円滑に速度制御（加速制御）に移行させることができる。
【００１１】請求項３項にあっては、さらに、走行を開始したか否か判定する走行開始判定手段を備え、前記電動モータ制御手段は、走行を開始したと判定されるとき、前記電圧制御を中止し、直ちに前記目標速度となるように印加電圧を制御する如く構成した。
【００１２】走行を開始したと判定されるとき、前記電圧制御を中止し、直ちに前記目標速度となるように印加電圧を制御する如く構成したので、坂道から発進するときなどに乗員が意図しないずり下がりが生じた場合、それ以上のずり下がりを防止して所望の方向に走行させることができる。また、かかる場合は減速ギヤのバックラッシュは、通常、最小となっていることから、上記した電圧制御は本来的に不要でもある。
【００１３】より具体的には、前記走行開始判定手段として、前記電動モータの回転方向を検出する回転方向検出手段を備え、前記電動モータ制御手段は、前記検出された電動モータの回転方向が、前記発進指示された方向に走行するための回転方向と逆である場合、直ちに前記目標速度となるように印加電圧を制御するように構成した。
【００１４】検出された電動モータの回転方向が、発進指示された方向に走行するための回転方向と逆である場合、直ちに前記目標速度となるように印加電圧を制御するように構成したので、登坂路などから登坂方向に発進するときなどに乗員が意図しない降坂方向へのずり下がり（後退）が生じた場合、それ以上のずり下がり（後退）を防止して所望の方向に走行させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に即してこの発明の一つの実施の形態に係る小型電動車の制御装置を説明する。
【００１６】図１はその小型電動車の制御装置、より具体的にはその制御装置を収納する小型電動車の平面図、図２はその縮小側面図、図３はその正面図、および図４はその背面図である。
【００１７】以下説明すると、この発明に係る制御装置が搭載される小型電動車１０は、メインフレーム１２を備えた、スクータ状の外観を呈する。メインフレーム１２の前端にはハンドルパイプ１４が取り付けられ、ハンドルパイプ１４の上方にはステアリングホイール１６が取り付けられる。
【００１８】ハンドルパイプ１４はその他端で、ギヤ機構１８を介して２個の前輪２２，２２に連結され、ステアリングホイール１６の回転に応じた方向および角度に前輪２２を操舵する。
【００１９】メインフレーム１２には後端側でポスト２４が立設され、その上方には乗員が着座するためのシート２６が取り付けられる。尚、図３および図４でシートの図示を省略した。
【００２０】シート２６の下部には（発電）電動モータ２８が収容される。電動モータ２８の出力は、電磁ブレーキ３０および減速ギヤ３２を介してアクセル３４に伝達され、その両端に取り付けられた２個の後輪３６，３６を駆動する。
【００２１】電動モータ２８は、前輪側のハンドルパイプ１４付近に収容された２個のバッテリ（車載電源）３８，３８（それぞれ容量１２Ｖ）に接続され、バッテリ電圧を供給されて回転する。このように、小型電動車１０は４輪車として構成され、前輪の間にバッテリを配置して安定性を向上させる構成とした。尚、符号４０は、メインヒューズボックスを示す。
【００２２】さらに、図３に示す如く、車両前面にはヘッドライト４４が設けられると共に、その両側面には方向指示用のウィンカライト４６，４６が設けられる。また、図４に示す如く、車両後部には２個のリフレクタ４８，４８が配置される。
【００２３】電動モータ２８は、それに隣接して後輪側のシート２６の下部の空間に配置されたコントロールユニット（電子制御ユニット。電動モータ制御手段）５０によって制御される（符号５０はより詳しくはコントロールユニットを収容するボックスを示すが、図示の便宜上、コントロールユニットを符号５０で示す）。コントロールユニット５０はマイクロコンピュータを備える。
【００２４】図５はコントロールユニット５０の詳細を示す回路図である。図５では省略するが、コントロールユニット５０は、図６に示すような、モータ駆動回路５４を備える。モータ駆動回路５４は、４個のＦＥＴ（スイッチング素子）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからなるブリッジ回路を備える。
【００２５】図６において、対向する２個のＦＥＴ素子Ａ，Ｄがオンされて矢印（実線）で示す如くソース電流が流されると、電動モータ２８は矢印（実線）で示す方向に正転して小型電動車１０を前進方向に走行させる。
【００２６】他方、対向する２個のＦＥＴ素子Ｂ，Ｃがオンされて矢印（破線）で示す如くソース電流が流されると、電動モータ２８は矢印（破線）で示す方向に逆転して小型電動車１０を後進方向に走行させる。さらに、並列に配置される２個のＦＥＴ素子Ｃ，Ｄがオンされると、コイル短絡状態となる。
【００２７】尚、所定の運転状態においては電動モータ２８は発電機として作用し、バッテリ３８を充電する。また、バッテリ３８はチャージャ５６を介して外部のＤＣ電源から充電することができる。
【００２８】ステアリングホイール１６の付近にはメインコントロールパネル５８が配置される。図７はメインコントロールパネル５８の拡大上面図であり、図８はパネル部分の表示を示す説明図である（図５では「ＰＡＮＥＬ」と示す）。尚、図７でステアリングホイール１６の図示は省略した。
【００２９】図示の如く、メインコントロールパネル５８の下部には回転式のキースイッチ６２が設けられる。キースイッチ６２は、電動モータ２８をバッテリ３８に接続するモータ駆動回路５４に設けられる。
【００３０】キースイッチ６２は、乗員によって図８に示す「停止」位置に廻されるとき、バッテリ３８と電動モータ２８の接続を遮断すると共に、「運転」位置に廻されるとき、バッテリ３８を電動モータ２８に接続する。
【００３１】キースイッチ６２の図７および図８で右上方には、乗員が「前」（前進走行）あるいは「後」（後進走行）を選択するための前後進セレクトスイッチ６４が設けられる。
【００３２】キースイッチ６２の上方にはスピードボリューム（設定速度スイッチ）６６が設けられる。スピードボリューム６６は、乗員によって数字２から６の間に廻される位置に応じて電圧Ｖｓｖを出力する。即ち、図９に示す如く、０Ｖ付近から８Ｖ付近の値を出力し、それに応じて設定速度が０ｋｍ／ｈ相当から６．５ｋｍ／ｈ相当に設定される。
【００３３】さらに、図７に示す如く、メインコントロールパネル５８の右端にはアクセルボリューム（アクセルレバー）６８が配置される。アクセルボリューム６８はその自由端が図７で紙面の上下方向に移動自在に構成され、乗員により紙面の下方向に移動されて発進あるいは停止指示が入力される。
【００３４】コントロールユニット５０は、スピードボリューム６６およびアクセルボリューム６８の出力を入力し、スピードボリューム６６で設定された設定速度とアクセルボリューム６６の操作量に応じて目標速度を設定し、その目標速度となるように、モータ駆動回路５４を介して電動モータ２８への印加電圧を制御する速度制御（加減速制御）を行う。
【００３５】尚、電動モータ２８の出力軸（図示せず）にはロータリエンコーダ（図５に「ＥＮＣＯＤＥＲ」と示す。走行開始判定手段あるいは回転方向検出手段）７２が配置され、モータ回転速度を通じて車両走行速度に比例する信号を出力する。
【００３６】ロータリエンコーダ７２は、出力軸に固定された２４組の磁極を備えたマグネットリンクと、その付近に配置された２個のホールＩＣ（共に図示せず）からなり、車両が前進走行するときには図１０（ａ）に示すようなタイミングでＡ相，Ｂ相からなるパルスを出力すると共に、後進走行するときは図１０（ｂ）に示すようなタイミングでパルスを出力する。
【００３７】ロータリエンコーダ７２の出力はコントロールユニット５０に入力され、コントロールユニット５０はその出力から小型電動車１０が走行を開始したか否か判定すると共に、走行速度を検出する。
【００３８】次いで、この小型電動車１０の制御装置の動作を説明する。
【００３９】図１１は、その動作を示すフロー・チャートであり、図示のプログラムは、所定時間毎に実行される。また図１２から図１４は、平地から始動する場合、坂道から始動する場合、および停止指示された後に発進（加速）指示された場合を示すタイム・チャートである。
【００４０】以下、図１２から図１４のタイムチャートも参照しつつ説明すると、先ず、Ｓ１０においてアクセルボリューム６８などの出力を読み込み、Ｓ１２に進み、アクセルボリューム６８がオン（ＯＮ）、即ち発進指示がされているか否か判断する。
【００４１】Ｓ１２で肯定されるときはＳ１４に進み、前回の処理においてアクセルボリューム６８がオフ（ＯＦＦ）されると共に、速度制御が実行中か否か判断する。即ち、図１２および図１３に示すように、小型電動車１０が停止状態から発進指示を受けた場合ではなく、図１４に示すように、停止指示された後、再度アクセルボリューム６８がオンされて発進指示、換言すれば再加速指示がなされた場合か否か判断する。
【００４２】Ｓ１４で否定されるときは停止状態から発進指示された場合であるのでＳ１６に進み、コイル短絡時間（例えば２ｍｓｅｃ）が経過したか否か判断し、否定されるときはＳ１８に進み、小型電動車１０が自重によってずり下がり（後退）を生じているか、換言すれば走行を開始したか否か判定する。
【００４３】これは具体的には、前述のロータリエンコーダ７２から図１３に示すようにパルス列が出力され始めたか否か、より詳しくは電動モータ２８が例えば９０°回転したか否か判定することで行う。
【００４４】尚、より厳密に、図１０に示したロータリエンコーダ７２の出力パルスの位相から、電動モータ２８の回転方向が、乗員が意図する走行方向に対して逆方向か否か判断し、電動モータ２８が、例えば９０°逆方向に回転したとき、ずり下がりが生じた（走行を開始した）と判定しても良い。
【００４５】Ｓ１８で否定されるときはＳ２０に進み、電動モータ２８のモータコイルを短絡させてプログラムを終了する。
【００４６】次回以降のプログラムループにおいてＳ１６で肯定されるときはＳ２２に進み、フラグＦ１のビットが１にセットされているか否か判断し、否定されるときはＳ２４に進み、図１２に示すように、電動モータ２８に起動時補償電圧（第１の所定電圧、例えば０．６Ｖ）を印加する。この起動時補償電圧を印加することにより、電動モータ２８を微小量回転させて減速ギヤ３２のバックラッシュを吸収することができる。
【００４７】次いでＳ２６に進み、フラグＦ１のビットを１にセットする。即ち、このフラグＦ１のビットにセットすることは、起動時補償電圧を印加したことを示す。尚、Ｓ２２で否定されるときはＳ２４，Ｓ２６の処理をスキップする。
【００４８】次いでＳ２８に進み、フラグＦ２のビットが１か否か判断し、否定されるときはＳ３０に進み、電動モータ２８への印加電圧が起動時制限電圧（第２の所定電圧。例えば１．０Ｖ）Ｖ２を超えたか否か判断する。
【００４９】Ｓ３０で否定されるときはＳ３２に進み、ずり下がり（走行開始）が生じているか否か同様の手法で再度判断し、否定されるときはＳ３４に進み、電動モータ２８への印加電圧を所定の増加率（例えば０．４Ｖ／４００ｍｓｅｃ）で増加させると共に、プログラムを終了する。
【００５０】このように、起動時補償電圧を印加した後、起動時制限電圧に達するまで所定の増加率で電動モータ２８に電圧を印加する電圧制御を行うことにより、減速ギヤ３２のバックラッシュによるショックを低減あるいは抑制しつつ、小型電動車１０を円滑に発進させることができる。
【００５１】尚、Ｓ３０で肯定されるときはＳ３６に進み、フラグＦ２のビットを１にセットする。その結果、次回以降のプログラムループにおいてＳ３０からＳ３４の処理をスキップして後述する速度制御を直ちに実行する。Ｓ１８で肯定されるときも、図１３に示す如く、Ｓ２２からＳ３６までをスキップして上述した電圧制御を実行せず、速度制御に移行し、直ちに目標速度となるように印加電圧を制御する。
【００５２】これは、坂道（登坂路）から登坂方向に発進する場合など、自重によってずり下がる可能性があるので、直ちに速度制御を実行してそれ以上のずり下がり（惰性走行）を防止するためであると共に、ずり下がり（後退）のときは減速ギヤ３２のバックラッシュも最小となって、上記した電圧制御が本来不要のためである。
【００５３】次いでＳ３８に進み、上記した速度制御を行う。
【００５４】図１５は、Ｓ３８の処理を説明するサブルーチン・フロー・チャートである。
【００５５】以下説明すると、先ずＳ１００において、前回アクセルボリューム６８がオフか否か判断し、肯定されるときはＳ１０２に進み、走行速度Ｖが基準値ＶＲＥＦ（例えば０．７ｋｍ／ｈ）以下か否か判断する。尚、走行速度Ｖはロータリエンコーダ７２の出力から算出する。
【００５６】Ｓ１００で否定されるとき、およびＳ１０２で肯定されるときは、極低速状態、換言すれば停止指示された後に再度走行指示（加速指示）されたことを意味するので、Ｓ１０４からＳ１１８に進み、図１１のＳ２２からＳ３６に述べた電圧制御と同様の制御を実行する。但し、その際にはフラグＦ１，Ｆ２をそれぞれＦ３，Ｆ４とする。
【００５７】即ち、この実施の形態にあっては、図１２に示すような停止状態から発進する場合のみならず、図１４に示すような停止指示された後に加速指示された場合にあっても、上記した電圧制御を行うようにした。
【００５８】これにより、停止指示された後に再び加速するときも、減速ギヤ３２のバックラッシュによるショックを低減あるいは抑制しつつ、円滑に速度制御に移行させることができる。
【００５９】尚、Ｓ１１０で肯定されるとき、あるいはＳ１１８でフラグＦ4 のビットを１にセットした後はＳ１２０に進み、目標速度となるように、電動モータ２８に例えば２．５Ｖ／２００ｍｓｅｃの増加率（あるいは減少率）で電圧を印加する速度制御（加減速制御）を実行する。
【００６０】また、Ｓ１０２で否定されるときはＳ１２２に進み、フラグＦ３，Ｆ４のビットを０にリセットしＳ１２０に進む。
【００６１】図１１の説明に戻ると、Ｓ１２で否定されるときはＳ４０に進み、フラグＦ１，Ｆ２のビットを０にリセットし、Ｓ４２に進み、停止処理を行う。尚、Ｓ１４で肯定されるときはＳ４４に進み、フラグＦ３，Ｆ４のビットを０にリセットし、Ｓ３８に進む。
【００６２】この発明は上記のように構成したので、電動モータ２８として登坂性を重視して大容量のものを用いた場合でも、減速ギヤ３２のバックラッシュに起因する発進時のショックを低減あるいは抑制しつつ、小型電動車１０を円滑に発進させることができる。
【００６３】また、停止指示されてから再び加速するときも、減速ギヤ３２のバックラッシュによるショックを低減あるいは抑制しつつ、円滑に速度制御（加速制御）に移行させることができる。
【００６４】この実施の形態は上記の如く、減速ギヤ３２を介して車輪３６を駆動する電動モータ２８を備えた小型電動車１０の制御装置であって、少なくとも、設定速度を入力する設定速度スイッチ（スピードボリューム６６）、発進および停止指示を入力するアクセルレバー（アクセルボリューム６８）、および少なくとも前記設定速度スイッチおよびアクセルレバーの出力を入力し、入力に応じて目標速度を設定し、前記設定した目標速度となるように前記電動モータの印加電圧を制御する電動モータ制御手段（コントロールユニット５０）を備えるものにおいて、前記電動モータ制御手段は、停止状態から発進指示された場合、前記電動モータに第１の所定電圧（起動時補償電圧）を直ちに印加し、次いで第２の所定電圧（起動時制限電圧）に達するまで所定の増加率で印加電圧を増加させる電圧制御を実行した後（Ｓ１０からＳ３６）、前記目標速度となるように印加電圧を制御する（Ｓ３８，Ｓ１００からＳ１２２）如く構成した。
【００６５】また、前記電動モータ制御手段は、停止指示が入力された後、発進指示が入力されたときも、前記電圧制御を実行する（Ｓ１４，Ｓ３８，Ｓ１００からＳ１１８）如く構成した。
【００６６】さらに、走行を開始したか否か判定する走行開始判定手段（ロータリエンコーダ７２）を備え、前記電動モータ制御手段は、走行を開始したと判定されるとき、前記電圧制御を中止し、直ちに前記目標速度となるように印加電圧を制御する（Ｓ１８，Ｓ３２，Ｓ３８，Ｓ１１４，Ｓ１２０）如く構成した。
【００６７】尚、上記において、走行開始判定手段あるいは回転方向検出手段として磁電変換型のロータリエンコーダを使用したが、電動モータ２８の回転を検出できるものであれば、光学式のものなど、どのようなセンサを用いても良い。
【００６８】
【発明の効果】請求項１項にあっては、停止状態から発進指示された場合、電動モータに第１の所定電圧を直ちに印加し、次いで第２の所定電圧に達するまで所定の増加率で印加電圧を増加させる電圧制御を実行するように構成したので、即ち、第１の所定電圧を印加して電動モータを微小量回転させることで減速ギヤのバックラッシュを吸収することができ、登坂性を重視した大容量の電動モータを用いた場合でも、減速ギヤのバックラッシュに起因する発進時のショックを低減あるいは抑制することができる。
【００６９】また、次いで第２の所定電圧に達するまで所定の増加率で印加電圧を増加させる電圧制御を実行した後、前記目標速度となるように印加電圧を制御する如く構成したことで、円滑に発進させることができる。
【００７０】請求項２項にあっては、停止指示が入力された後、発進指示が入力されたときも、前記電圧制御を実行する如く構成したので、再加速状態にあっても減速ギヤのバックラッシュに起因するショックを低減あるいは抑制させることができると共に、円滑に速度制御（加速制御）に移行させることができる。
【００７１】請求項３項にあっては、走行を開始したと判定されるとき、前記電圧制御を中止し、直ちに前記目標速度となるように印加電圧を制御する如く構成したので、坂道から発進するきなどに乗員が意図しないずり下がりが生じたとき、それ以上のずり下がりを防止して所望の方向に走行させることができる。また、かかる場合は減速ギヤのバックラッシュは、通常、最小となっていることから、上記した電圧制御は本来的に不要でもある。
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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
【識別番号】０００００５８３２
【氏名又は名称】松下電工株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年８月１８日（２０００．８．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８１９７２
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 豊
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| 【公開番号】 |
特開２００２−６４９０４（Ｐ２００２−６４９０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年２月２８日（２００２．２．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２４８５８３（Ｐ２０００−２４８５８３） |
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