| 【発明の名称】 |
電気掃除機 |
| 【発明者】 |
【氏名】星野 亨
【住所又は居所】神奈川県秦野市堀山下４３番地 東芝テック株式会社秦野工場内
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| 【要約】 |
【課題】切換リレーにスパークが発生するのを防止して切換リレーの寿命を延ばす。
【解決手段】電動送風機のモータ２３に電力を供給するための複数のバッテリ３８Ａ，３８Ｂが設けられた電気掃除機において、複数のバッテリ３８Ａ，３８Ｂのうちの１つのバッテリをモータ２３に電気的に切換接続する切換リレー５０と、バッテリ３８Ａ，３８Ｂからの電流に沿って切換リレー５０の後流側に設けられ、切換リレー５０を介してモータ２３に供給されるバッテリ３８Ａ（又は３８Ｂ）からの電力をオン／オフするＦＥＴ５１とを備えている。そして、制御装置５２は、ＦＥＴ５１をオフにしてモータ２３の回転を停止させてから、切換リレー５０を駆動してバッテリの切換えを行う。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 掃除機本体内に、集塵室と、該集塵室に吸込負圧を作用させる電動送風機と、前記電動送風機に電力を供給するための複数のバッテリとが設けられた電気掃除機において、前記複数のバッテリのうちの１つのバッテリを前記電動送風機に電気的に切換接続する切換リレーと、この切換リレーを切換える前に、前記バッテリから前記電動送風機に供給される電力をオフする半導体スイッチング素子と、を備えたことを特徴とする電気掃除機。
【請求項２】 掃除機本体内に、集塵室と、該集塵室に吸込負圧を作用させる電動送風機と、前記電動送風機に電力を供給するための複数のバッテリとが設けられた電気掃除機において、前記複数のバッテリのうちの１つのバッテリを前記電動送風機に電気的に切換接続する切換リレーと、前記バッテリから前記電動送風機に供給される電力をオン／オフする半導体スイッチング素子と、前記バッテリの残量を検出する検出手段と、前記検出手段で検出した結果、前記電動送風機に電力を供給しているバッテリの残量が所定値以下になったときは、前記半導体スイッチング素子をオフにして前記電動送風機への電力の供給を停止し、その後に、前記切換リレーを制御して前記電動送風機に現在接続されているバッテリから他のバッテリに切換接続する制御手段と、を備えたことを特徴とする電気掃除機。
【請求項３】 掃除機本体内に、集塵室と、該集塵室に吸込負圧を作用させる電動送風機と、前記電動送風機に電力を供給するための複数のバッテリとが設けられた電気掃除機において、前記複数のバッテリのうちの１つのバッテリを前記電動送風機に電気的に切換接続する切換リレーと、前記バッテリからの電流に沿って前記切換リレーの後流側に設けられ、前記切換リレーを介して前記電動送風機に供給される前記バッテリからの電力をオン／オフする半導体スイッチング素子と、前記バッテリの残量を検出する検出手段と、前記検出手段で検出した結果、前記バッテリの全てが残量一定値以下になったときは残量不足の旨を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする電気掃除機。
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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、掃除機本体内にバッテリが設けられた電気掃除機に関する。
【０００２】
【従来の技術】掃除機本体内部にバッテリが設けられた電気掃除機が知られている。この電気掃除機は掃除機本体内に複数のバッテリが設けられ、それらのバッテリのうちの１つのバッテリを電動送風機に接続することにより、バッテリからの電力を電動送風機に供給し、電動送風機を回転駆動させて電気掃除機をなるべく長時間使用できるようになっている。
【０００３】このような電気掃除機においては、複数のバッテリと電動送風機との間に切換リレーが設けられ、この切換リレーによって、複数のバッテリのうちの１つのバッテリが電動送風機に電気的に切換接続される。例えば、バッテリがバッテリＡとバッテリＢのように２個設けられている場合、バッテリＡからの電力で電動送風機を回転駆動させていて、バッテリＡの残量が少なくなってきたときは、電動送風機との電気的接続をバッテリＡからバッテリＢに切換えて、バッテリＢからの電力で電動送風機を回転駆動させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の技術では、電動送風機には比較的高電圧が印加されているので、電動送風機との電気的接続をバッテリＡからバッテリＢに切換える際に、切換リレーにスパークが発生し、切換リレーが早期に磨耗するとともに、損傷を受ける恐れがある。
【０００５】本発明は、切換リレーにスパークが発生するのを防止して切換リレーの寿命を延ばすことを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明の電気掃除機は、掃除機本体内に設けられた複数のバッテリのうちの１つを電動送風機に電気的に切換接続する切換リレーと、この切換リレーを切換える前に、バッテリから電動送風機に供給される電力をオフする半導体スイッチング素子とを備えたことを特徴としている。
【０００７】上記構成において、バッテリの切換を行う際に、まず半導体スイッチグ素子をオフにして電動送風機に供給されるバッテリからの電力を停止し、その後に、切換リレーを駆動して電動送風機に現在接続されているバッテリを他のバッテリに切換接続する。このようにすれば、バッテリの切換を行うときに切換リレーには電流が流れていないので、切換リレーにスパークが生じることはない。
【０００８】なお、バッテリの残量を検出する検出手段と、その検出手段での検出結果に基づいて、半導体スイッチング素子と切換リレーを制御する制御手段と付加しておけば、半導体スイッチング素子のオン／オフ及び切換リレーの切換えを自動的に行うことができる。
【０００９】また、バッテリの全てが残量一定値以下になったときは残量不足の旨を表示する表示手段を設けることも可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
（実施の形態１）図１は、本発明に係る電気掃除機の外観図である。図１において、１は掃除機本体、２は掃除機本体１に接続される集塵ホース、３は集塵ホース２の基端部に設けられたＬ字状の接続パイプ、４は集塵ホース２の自由端部に設けられた手元操作パイプ、５は手元操作パイプに接続された延長管（延長パイプ）、６は延長管５の先端部に接続された吸込口体である。
【００１１】図２は掃除機本体１の縦断面図である。掃除機本体１は、図２に示すように、上端が開口する円筒状で有底の下ケース７と、下ケース７の上部開口端を閉成する上ケース８とを有する。この上ケース８は、下ケース７にクランプ装置９（図１参照）を介して着脱可能に固定されている。
【００１２】この下ケース７は正方形状の底壁７ａを有し、この底壁７ａの下面の各コーナ部近傍にはキャスター１０がそれぞれ取り付けられている。この４つのキャスター（車輪）１０により、掃除機本体１は任意の方向に走行移動可能となっている。
【００１３】また、下ケース７の下部内には、内部を下部室１１ａとその上部の容器収納室１１ｂとに区画する仕切壁１１が取り付けられている。この容器収納室１１ｂには有底筒状の集塵容器１２が着脱可能に嵌合されている。この集塵容器１２内には集塵室１３が形成され、この集塵容器１２の上端部にはフィルタ１４が着脱可能に嵌合されている。このフィルタ１４は、下端部に格子状のフィルタ支持桟１５ａが設けられたリング状又は筒状のフィルタ枠１５と、フィルタ枠１５内に取り付けられたフィルタ本体１６を有する。このフィルタ１４の周縁部には筒部１７が設けられ、筒部１７の下端部には周方向に開口してエアを周方向に案内するガイド１７ａが設けられている。
【００１４】さらに、上ケース８は、下端部にフランジ１８ａが設けられた筒体１８と、筒体１８の上端部を閉成している蓋体１９を有する。この筒体１８内には送風機室２０が形成され、送風機室２０内には集塵室１３内に吸込負圧を作用させる電動送風機２１が装着されている。この電動送風機２１は、遠心ファン部２２と、遠心ファン部２２を駆動するモータ２３を有する。
【００１５】また、集塵ホース２のＬ字状の接続パイプ３は、フランジ１８ａを貫通してフィルタ１４の筒部１７内に挿入されているとともに、フランジ１８ａに水平回転自在且つ抜け外れ不能に保持されている。
【００１６】上記構成において、接続パイプ３から集塵室１３側に吸引されるエアは、ガイド１７ａにより集塵室１３の周縁に沿って矢印２４で示したように旋回流となって下方に流れた後、上方に流れてフィルタ１４を透過し、電動送風機２０の吸込口２２ａ内に吸い込まれる。そして吸込口２２ａから吸い込まれたエアは、モータ２３内を流れて排気口２３ａから送風機室２０内に排気された後、筒体１８に設けた排気口１８ｂから大気中に排気される。
【００１７】下部室１１ａ内にはバッテリ収納室２６が形成されている。バッテリ収納室２６には、下保持ケース３０と上保持ケース３１とからなるバッテリ保持ケース２９が設けられ、このバッテリ保持ケース２９内にバッテリ３８が収納される。また、バッテリ収納室２６に対応して下ケース７の下部側面には開口２６ａが形成され、この開口２６ａは蓋体３２で覆われている。
【００１８】蓋体３２は、図３に示すように、下保持ケース３０の先端部にヒンジ３５を介して取り付けられた下部板３３と、下部板３３の周辺に立設された円弧状蓋板部３４とからなっている。バッテリ保持ケース２９は下ケース７の底壁７ａ上にスライド可能に設置されており、蓋体３２を開口２６ａから外すことにより、図３のように開口２６ａから外部に引き出すことができる。バッテリ保持ケース２９には下保持ケース３０の先端部にヒンジ３５が設けられているので、バッテリ保持ケース２９を開口２６ａから引き出すと、蓋体３２はヒンジ３５の所でその自重により下方に折れ曲がる。このとき、バッテリ３８に沿った長手方向の長さは下保持ケース３０よりも上保持ケース３１の方が短く形成されているので、蓋体３２が下方に折れ曲がると、バッテリ３８の先端部がバッテリ保持ケース２９から露出した格好となる。これにより、バッテリ３８のバッテリ保持ケース２９からの取外しを容易に行うことができる。また、バッテリ保持ケース２９を引き出した状態でバッテリ保持ケース２９内にバッテリ３８を挿入することが可能であるから、バッテリ３８のバッテリ保持ケース２９への装着も容易に行うことができる。
【００１９】図３ではバッテリ３８は１本しか示してないが、バッテリ保持ケース２９内には２本のバッテリ３８を収納することができる。バッテリ３８は、図４に示すように、２つの半割状態のケース４２，４３からなるバッテリケース３９内に収められ、その先端部にはコネクタ４１が設けられている。なお、バッテリ保持ケース２９内に３本以上のバッテリ３８を収納できるよう構成することもできる。
【００２０】バッテリ３８をバッテリ保持ケース２９に挿入してバッテリ保持ケース２９をバッテリ収納室２６内に押し込むととともに、蓋体３２を開口２６ａにセットすると、図２に示すように、バッテリ３８はバッテリ収納室２６奥側（図の左側）に押圧されて、バッテリ３８先端部のコネクタ４１がバッテリ収納室２６内壁のコネクタ受２８に嵌合する。このとき、バッテリ３８は蓋体３２の裏面に取り付けられた弾性体４６によって図２の左側に押圧されており、コネクタ４１とコネクタ受２８とは電気的に結合する。また、バッテリ保持ケース２９を開口２６ａから引き出したときは、コネクタ４１とコネクタ受２８との嵌合は容易に外れるようになっている。
【００２１】次に、バッテリ３８の電力を電動送風機２１のモータ２３に供給し、電動送風機２１を回転駆動させるための回路構成について説明する。
【００２２】掃除機本体１には、図５に示すような回路が設けられている。ここではバッテリ３８は２本設けられており、それぞれバッテリ３８Ａ,３８Ｂとする。バッテリ３８Ａ,３８Ｂの−側は共に接地されているが、バッテリ３８Ａの＋側は切換リレー５０の接点５０Ａ（Ａ側）に、バッテリ３８Ｂの＋側は切換リレー５０の接点５０Ｂ（Ｂ側）にそれぞれ接続されている。切換リレー５０には可動片５０Ｅを備えた端子５０Ｄが設けられ、この端子５０Ｄはモータ２３の＋側に接続されている。また、半導体スイッチング素子としてＦＥＴ（電界効果トランジスタ）５１が設けられ、モータ２３の−側はＦＥＴ５１のドレインＤに接続され、ＦＥＴ５１のソースＳは接地されている。
【００２３】また、制御手段として制御装置（マイコン）５２が設けられ、この制御装置５２には切換リレー５０とＦＥＴ５１のゲートＧが電気的に接続されている。そして、切換リレー５０は、制御装置５２からの制御信号によって可動片５０Ｅを駆動して、可動片５０Ｅを接点５０Ａに接続させたり、接点５０Ｂに接続させたりする。またＦＥＴ５１は、ゲートＧに印加される電圧により、ドレインＤとソースＳ間を流れる電流のオン／オフ制御を行う。
【００２４】バッテリ３８Ａ，３８Ｂの＋側には、検出手段として電圧センサ５３Ａ，５３Ｂがそれぞれ設けられ、各電圧センサ５３Ａ，５３Ｂで検出した検出信号（バッテリ３８Ａ，３８Ｂの電圧検出信号）は制御装置５２に取り込まれる。
【００２５】さらに、制御装置５２には、一側端子が接地されたパワースイッチ５４が接続され、このパワースイッチ５４をオンすると、制御装置５２が作動する。
【００２６】上記構成の電源回路を備えた電気掃除機において、図５の状態では切換リレー５０の可動片５０Ｅは接点５０Ａ（Ａ側）に接続され、またＦＥＴ５１のゲートＧには電圧が印加されており、モータ２３はバッテリ３８Ａから供給される電力によって回転駆動している。このとき、バッテリ３８Ａの電圧は電圧センサ５３Ａによって検出され、その検出信号が制御装置５２に取り込まれ、制御装置５２は取り込んだ検出信号からバッテリ３８Ａの残量（電圧）を検知している。
【００２７】ここで、バッテリ３８Ａの残量が所定値以下となった場合は、モータ２３に供給する電力をバッテリ３８Ａからバッテリ３８Ｂに切換えなければならない。このとき、制御装置５２は、図６に示すように、先ずＦＥＴ５１のゲートＧに印加していた電圧をゼロ（又は閾値以下）にしＦＥＴ５１のドレインＤとソースＳ間を流れる電流をオフにして、モータ２３の回転を停止させる。その後に、制御装置５２は、可動片５０Ｅを接点５０Ｂ（Ｂ側）に切換接続する旨の制御信号を切換リレー５０に出力する。
【００２８】切換リレー５０は、制御装置５２からの前記制御信号を受けて、可動片５０Ｅを接点５０Ａ（Ａ側）から接点５０Ｂ（Ｂ側）に切換接続するが、この接続切換時にはモータ２３の回転が停止（つまりモータ２３への電力供給が停止）されているので、可動片５０Ｅを接点５０Ａから切り離す際に、また可動片５０Ｅを接点５０Ｂに接続する際にも、可動片５０Ｅと接点５０Ａとの間及び可動片５０Ｅと接点５０Ｂとの間にはスパークが生じることはない。
【００２９】なお、バッテリ３８Ｂからの電力でモータ２３を回転駆動させていて、バッテリ３８Ａには残量が十分にある場合は、バッテリ２３Ｂの残量が少なくなったときには、モータ２３への電力供給をバッテリ３８Ｂからバッテリ３８Ａに切換接続する。この場合は、ＦＥＴ５１のゲートＧに印加していた電圧をゼロ（又は閾値以下）にして、ＦＥＴ５１のドレインＤとソースＳ間を流れる電流をオフとし、その後に、可動片５０Ｅを接点５０Ｂ（Ｂ側）から接点５０Ａ（Ａ側）に切換接続するようにする。
【００３０】本実施の形態によれば、可動片５０Ｅと接点５０Ａとの間及び可動片５０Ｅと接点５０Ｂとの間にはスパークが生じることはないので、接点５０Ａ，５０Ｂや可動片５０Ｅの損傷を防止でき、切換リレー５０の寿命を延ばすことができる。
【００３１】なお、図５では、電圧センサ５３Ａ，５３Ｂがバッテリ３８Ａ，３８Ｂの近傍に配置されているが、これらの電圧センサ５３Ａ，５３Ｂを切換リレー５０の接点５０Ａ，５０Ｂまたは接点５０Ａ，５０Ｂの近傍に設けることもできる。
（実施の形態２）図７は本発明の実施の形態２を示している。本実施の形態では、実施の形態１の場合と比べてＦＥＴ５１とモータ２３の位置が逆になっている。すなわち、切換リレー５０の端子５０ＤがＦＥＴ５１のソースＳに、ＦＥＴ５１のドレインＤがモータ２３の＋側にそれぞれ接続され、さらにモータ２３の−側が接地されている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３２】本実施の形態の場合も、バッテリ３８Ａの電圧が低下して、バッテリ３８Ａからバッテリ３８Ｂに切換接続する際には、先ずＦＥＴ５１のゲートに印加していた電圧をゼロ（又は閾値以下）にして、ＦＥＴ５１のソースＳとドレインＤ間を流れる電流をオフにしてモータ２３の回転を停止させ、その後に、可動片５０Ｅを接点５０Ａ（Ａ側）から接点５０Ｂ（Ｂ側）に切換接続する。これにより、接点５０Ａ，５０Ｂや可動片５０Ｅの損傷を防止でき、切換リレー５０の寿命を延ばすことができる。
（実施の形態３）図８は本発明の実施の形態３を示している。本実施の形態では、バッテリ３８Ａ，３８Ｂに加えてバッテリ３８Ｃが設けられ、各バッテリ３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃからの電力を切換えてモータ２３に供給するための切換リレー６０，６１が設けられている。
【００３３】切換リレー６０には、バッテリ３８Ｂの＋側に接続された接点６０Ｂ、バッテリ３８Ｃの＋側に接続された接点６０Ｃ、及び可動片６０Ｅを備えた端子６０Ｄが設けられている。また、切換リレー６１には、バッテリ３８Ａの＋側に接続された接点６１Ａ、切換リレー６０の端子６０Ｄに接続された接点６１Ｂ、及び可動片６１Ｅを備えた端子６１Ｄが設けられている。そして、端子６１ＤがＦＥＴ５１のドレインＤに接続されている。
【００３４】また、バッテリ３８Ａの＋側の電圧センサ５３Ａ及びバッテリ３８Ｂの＋側の電圧センサ５３Ｂに加えて、バッテリ３８Ｃの＋側に電圧センサ５３Ｃが設けられ、各電圧センサ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃで検出した検出信号は制御装置５２に取り込まれるようになっている。他の構成は実施の形態１の場合と同様である。
【００３５】上記構成において、バッテリ３８Ａからの電力がモータ２３に供給されているとき、切換リレー６１は可動片６１Ｅが接点６１Ａに接続されている。切換リレー６０の可動片６０Ｅは接点６０Ｂ，６０Ｃのどちらに接続されていても良い。そして、バッテリ３８Ａの残量が所定値以下となった場合、制御装置５２は、図９に示すように、先ずＦＥＴ５１のゲートに印加していた電圧をゼロ（又は閾値以下）にして、ＦＥＴ５１のドレインＤとソースＳ間を流れる電流をオフにしてモータ２３の回転を停止させ、その後に、切換リレー６０，６１に対して制御信号を出力する。この制御信号によって、切換リレー６１は可動片６１Ｅを接点６１Ａ（Ａ側）から接点６１Ｂに切換接続するとともに、切換リレー６０は可動片６０Ｅを接点６０Ｂ（Ｂ側）に接続して、バッテリ３８Ｂからの電力をモータ２３に供給する。
【００３６】モータ２３をしばらくして回転させて、バッテリ３８Ｂの残量が所定値以下となった場合、制御装置５２は、上記と同様に、先ずＦＥＴ５１のゲートＧに印加していた電圧をゼロ（又は閾値以下）にして、ＦＥＴ５１のドレインＤとソースＳ間を流れる電流をオフとしてモータ２３の回転を停止させ、その後に、切換リレー６０，６１に対して制御信号を出力する。今度は、切換リレー６１は可動片６１Ｅを接点６１Ｂに接続したままで、切換リレー６０が可動片６０Ｅを接点６０Ｂ（Ｂ側）から接点６０Ｃ（Ｃ側）に切換接続し、バッテリ３８Ｃからの電力をモータ２３に供給する。
【００３７】本実施の形態によれば、３本のバッテリ３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃが設けられ、これらのバッテリ３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃからの電力を切換えてモータ２３に供給しているので、電気掃除機を長時間連続して使用することが可能となる。
（実施の形態４）図１０は本発明の実施の形態４を示している。本実施の形態では、制御装置５２に表示装置７０が接続され、この表示装置７０は、図３に示すように蓋体１９の上面に設けられ、バッテリ３８Ａ，３８Ｂの残量が共に少なくなったときに「バッテリ残量無し」を表示する。他の構成は実施の形態１の場合と同様である。なお、本実施の形態では、制御装置５２及び表示装置７０が表示手段を構成している。
【００３８】バッテリ３８Ａの電力がモータ２３に供給されているとき、バッテリ３８Ａの残量は、図１１のように低下する。残量が点Ａ１まで低下したとき、この点Ａ１は「バッテリ残量無し」の表示をすべき時点であるが、バッテリ３８Ｂへの切換えを行えばモータ２３を継続して回転させることができるので、点Ａ１では「バッテリ残量無し」の表示をせず、点Ａ２まで残量が低下したときに、制御装置５２は切換リレー５０を駆動させてバッテリ３８Ａからバッテリ３８Ｂへの切換えを自動的に行う。
【００３９】バッテリ３８Ｂへの切換えを行うと、バッテリ３８Ｂからの電力がモータ２３に供給されるので、やがてバッテリ３８Ｂの残量も図１０のよう低下する。そして、残量が点Ｂ１まで低下したとき、初めて表示装置７０に「バッテリ残量無し」の表示を行う。表示装置７０に「バッテリ残量無し」が表示された状態でモータ２３を回転させ続ければ、バッテリ３８の残量が更に低下して、やがて点Ｂ２でモータ２３は回転を停止する。
【００４０】本実施の形態によれば、バッテリ３８Ａ，３８Ｂ双方の残量が低下したときに初めて「バッテリ残量無し」の表示がなされるので、バッテリ３８Ａ，３８Ｂを頻繁に充電しなくても済む。
【００４１】なお、バッテリ３８Ａ，３８Ｂの残量を表示装置７０に逐一表示することも可能である。
【００４２】以上の各実施の形態では、バッテリ３８Ａ，３８Ｂ等の切換えを制御装置５２が自動的に行うようにしていたが、バッテリの切換えを人が行うように構成することもできる。例えば、切換リレー５０等を切換えるための操作レバーを掃除機本体１の外表面に取り付け、また電圧センサ５３Ａ，５３Ｂ等で検出した電圧値（つまりバッテリ３８Ａ，３８Ｂ等の残量）を表示する表示器を掃除機本体１に設けておく。さらに、前記操作レバーを操作すると、切換リレーによるバッテリ切換えよりも僅かに早いタイミングでＦＥＴ５１を機械的にオフにする構成を付加しておく。このようにすれば、人は表示器に表示された電圧値からバッテリの切換え時期を認識し、操作レバーを手動で操作することにより、切換リレー５０にスパークを発生させることなく、バッテリの切換えを行うことができる。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、バッテリの切換時に切換リレーにスパークが発生するのを防止できるので、切換リレーの寿命を延ばすことが可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３５６２
【氏名又は名称】東芝テック株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区神田錦町１丁目１番地
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| 【出願日】 |
平成１４年２月１９日（２００２．２．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８２６７０
【弁理士】
【氏名又は名称】西脇 民雄 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２３５７７１（Ｐ２００３−２３５７７１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年８月２６日（２００３．８．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−４１１６８（Ｐ２００２−４１１６８） |
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