| 【発明の名称】 |
四輪駆動用手動変速機 |
| 【発明者】 |
【氏名】山田 研一
【住所又は居所】東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士重工業株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】変速機の動力伝達効率を向上させることにある。
【解決手段】この四輪駆動用手動変速機は前輪を駆動する前輪駆動軸３４と後輪を駆動するプロペラシャフトとに動力伝達を行う。入力軸８に設けられた複数の駆動歯車と、入力軸８の下方に配置されて前輪駆動軸３４が組み込まれた中空の出力軸９に設けられて駆動歯車と噛合う複数の被駆動歯車によって変速歯車列が形成される。入力軸８と同心上となって中間軸１０が配置され、この中間軸１０には出力軸９に一体に設けられた駆動歯車２４に噛合って連結歯車列を形成する被駆動歯車１４が一体に設けられており、この連結歯車列は最高速よりも１段低い変速段を形成している。中間軸１０には動力分配装置４０が装着され、この動力分配装置４０は前輪駆動軸３４に一体の被駆動歯車と噛合って前輪駆動歯車列を形成する駆動歯車３８とプロペラシャフトが連結される後輪駆動部３９とを備えている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 前輪を駆動する前輪駆動軸と後輪を駆動する後輪駆動軸とに動力伝達を行う四輪駆動用手動変速機であって、複数の駆動歯車が設けられ、エンジンの動力が入力される入力軸と、前記入力軸の下方に配置され、前記駆動歯車と噛合って変速歯車列を形成する複数の被駆動歯車が設けられるとともに前記前輪駆動軸が組み込まれる中空の出力軸と、複数の前記変速歯車列を動力伝達状態と遮断状態とに切り換える噛合いクラッチと、前記入力軸と同心上に配置され、前記出力軸に一体の駆動歯車に噛合って連結歯車列を形成する被駆動歯車が一体に設けられた中間軸と、前記中間軸に装着され、前記前輪駆動軸に一体の被駆動歯車と噛合って前輪駆動歯車列を形成する駆動歯車および前記後輪駆動軸が連結される後輪駆動部を備えた動力分配装置とを有することを特徴とする四輪駆動用手動変速機。
【請求項２】 請求項１記載の四輪駆動用手動変速機において、前記連結歯車列を構成する被駆動歯車と前記入力軸とを連結状態と遮断状態とに切り換える噛合いクラッチを有し、前記連結歯車列を複数の前記変速歯車列とは相違するギヤ比としたことを特徴とする四輪駆動用手動変速機。
【請求項３】 請求項２記載の四輪駆動用手動変速機において、前記連結歯車列のギヤ比を最高速段よりも１段低い変速段のギヤ比としたことを特徴とする四輪駆動用手動変速機。
【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の四輪駆動用手動変速機において、前記連結歯車列と前記前輪駆動歯車列のギヤ比をそれぞれ1.0としたことを特徴とする四輪駆動用手動変速機。
【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の四輪駆動用手動変速機において、複数の前記変速歯車列、前輪駆動歯車列および前記連結歯車列を形成する歯車を、前輪終減速装置から前記前輪駆動軸に加わる軸方向の荷重に対向する方向に反力を発生させるはすば歯車としたことを特徴とする四輪駆動用手動変速機。
【請求項６】 請求項５記載の四輪駆動用手動変速機において、前記前輪駆動軸と前記出力軸との間に、前記出力軸から前記前輪駆動軸に加わる軸方向の負荷を支持するニードル軸受などのスラスト軸受を設け、前記前輪駆動軸を軸方向荷重を負荷可能なアンギュラコンタクトボール軸受などのボール軸受により支持し、前記前輪駆動軸に加わる負荷を前記スラスト軸受を介して前記ボール軸受に伝達することを特徴とする四輪駆動用手動変速機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は車両の前輪と後輪とにエンジン動力を伝達可能とした四輪駆動用手動変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】手動変速機は、エンジン動力がクラッチを介して入力されるとともに複数の駆動歯車が設けられたインプット軸つまり入力軸と、それぞれの駆動歯車と常時噛合って変速歯車列を形成する複数の被駆動歯車が設けられた出力軸とを有している。それぞれの変速歯車列を入力軸から出力軸に動力伝達状態と遮断状態とに切り換えるためにシンクロメッシュ機構などの噛合いクラッチが変速機に設けられており、運転者がシフトレバーを操作すると、噛合いクラッチが作動して複数の変速歯車列のいずれかが動力伝達状態に切り換えられることになる。
【０００３】四輪駆動用手動変速機は、中空の出力軸の内部に設けられて前輪終減速装置やフロントデファレンシャル装置に連結される前輪駆動軸と、後輪終減速装置とリヤデファレンシャル装置に連結されるプロペラシャフトつまり後輪駆動軸とを有し、前輪駆動軸および後輪駆動軸と出力軸との間には、動力分配装置が設けられている。動力分配装置は、低μ路で駆動輪がスリップしたり、前輪と後輪との間に所定以上の回転差が発生した場合に前輪と後輪とに対する駆動力の分配比率を変化させるように機能する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、入力軸の下方に出力軸を配置するようにした四輪駆動用手動変速機にあっては、動力分配装置が出力軸の後方にこれと同心上に配置されている。このようなレイアウトでは、前輪終減速装置における直交歯車から前輪駆動軸を介して出力軸に軸方向の荷重が大きく作用することになり、出力軸を支持するための軸受に大きな荷重が作用することになる。このため、大きなサイズの軸受を用いる必要があるだけでなく、軸受に大きな軸力が作用することから動力伝達ロスが大きくなり、軸受自体の回転ロスも大きいために、動力伝達効率を向上させることが難しかった。
【０００５】一方、トランスミッションケース内には、歯車の噛合い面や軸の摺動面などを潤滑するために潤滑油が収容されており、車両走行時には歯車などにより潤滑油が掻き上げられて所要の部位に潤滑油が供給される。上述のように、動力分配装置をカウンター軸つまり出力軸と同心上に配置すると、動力分配装置がトランスミッションケースの下部側に配置されるので、動力分配装置のかなりの部分が潤滑油の静止油面下に没した状態で回転することになり、潤滑油の攪拌により出力軸などに加わる抵抗が大きくなるという問題点があった。
【０００６】これに対して、たとえば、特開平10-166877号公報に開示されるように、入力軸を２本設けてエンジンに連結される第１入力軸に同心上に出力軸を配置し、この出力軸の下方に第１入力軸と歯車を介して連結される第２入力軸を配置し、第２入力軸と出力軸との間に複数の変速歯車列を設けるようにした四輪駆動用手動変速機が開発されている。この変速機にあっては、動力分配装置が第２入力軸よりも高い位置の出力軸と同心上に配置することができ、潤滑油の油面より高くなるので、動力分配装置の攪拌抵抗を低減することが可能となる。
【０００７】しかしながら、中空の第２入力軸の内部に前輪駆動軸が組み込まれており、第１入力軸と出力軸とが直結状態となる第４速以外の変速段では、直進走行時においても第２入力軸とこの内部の前輪駆動軸は常に変速比分の回転差を持つことになる。このため、第２入力軸と前輪駆動軸はギヤの噛合い荷重が作用した状態で摺動し合うことになり、動力伝達ロスが発生する。
【０００８】本発明の目的は、車両の直進走行時における中空軸とその内部の前輪駆動軸との間の相対回転を無くすことができるようにすることにある。
【０００９】本発明の他の目的は、前輪終減速装置の直交歯車から前輪駆動軸に加わる軸方向の荷重を相殺し、軸受に加わる荷重を軽減して動力伝達効率を向上させることにある。
【００１０】本発明の他の目的は、動力分配装置に加わる潤滑油の攪拌抵抗を軽減し、燃費の向上を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の四輪駆動用手動変速機は、前輪を駆動する前輪駆動軸と後輪を駆動する後輪駆動軸とに動力伝達を行う四輪駆動用手動変速機であって、複数の駆動歯車が設けられ、エンジンの動力が入力される入力軸と、前記入力軸の下方に配置され、前記駆動歯車と噛合って変速歯車列を形成する複数の被駆動歯車が設けられるとともに前記前輪駆動軸が組み込まれる中空の出力軸と、複数の前記変速歯車列を動力伝達状態と遮断状態とに切り換える噛合いクラッチと、前記入力軸と同心上に配置され、前記出力軸に一体の駆動歯車に噛合って連結歯車列を形成する被駆動歯車が一体に設けられた中間軸と、前記中間軸に装着され、前記前輪駆動軸に一体の被駆動歯車と噛合って前輪駆動歯車列を形成する駆動歯車および前記後輪駆動軸が連結される後輪駆動部を備えた動力分配装置とを有することを特徴とする。
【００１２】本発明の四輪駆動用手動変速機は、前記連結歯車列を構成する被駆動歯車と前記入力軸とを連結状態と遮断状態とに切り換える噛合いクラッチを有し、前記連結歯車列を複数の前記変速歯車列とは相違するギヤ比としたことを特徴とする。
【００１３】本発明の四輪駆動用手動変速機は、前記連結歯車列のギヤ比を最高速段よりも１段低い変速段のギヤ比としたことを特徴とする。
【００１４】本発明の四輪駆動用手動変速機は、前記連結歯車列と前記前輪駆動歯車列のギヤ比をそれぞれ1.0としたことを特徴とする。
【００１５】本発明の四輪駆動用手動変速機は、複数の前記変速歯車列、前記前輪駆動歯車列および前記連結歯車列を形成する歯車を、前輪終減速装置から前記前輪駆動軸に加わる軸方向の荷重に対向する方向に反力を発生させるはすば歯車としたことを特徴とする。
【００１６】本発明の四輪駆動用手動変速機は、前記前輪駆動軸と前記出力軸との間に、前記出力軸から前記前輪駆動軸に加わる軸方向の負荷を支持するニードル軸受などのスラスト軸受を設け、前記前輪駆動軸を軸方向荷重を負荷可能なアンギュラコンタクトボール軸受などのボール軸受により支持し、前記前輪駆動軸に加わる負荷を前記スラスト軸受を介して前記ボール軸受に伝達することを特徴とする。
【００１７】本発明にあっては、入力軸の下方に出力軸を配置するようにしたレイアウト構成において、動力分配装置が装着される中間軸を入力軸に同心上に配置して下側の出力軸から上側の中間軸に対して連結歯車列によりエンジン動力を伝達するようにしたので、動力分配装置をトランスミッションケースの上部に組み込むことができ、動力分配装置に加わる潤滑油の攪拌抵抗を軽減することができる。
【００１８】本発明にあっては、前記連結歯車列を入力軸と出力軸との間に設けられた複数の変速歯車列とは相違したギヤ比の歯車列とし、その被駆動歯車を入力軸に直結状態とすることにより、連結歯車列の被駆動歯車を変速段用の歯車として機能させることができる。連結歯車列の駆動歯車と被駆動歯車の歯数を同一とし、前輪駆動歯車列の駆動歯車と被駆動歯車の歯数を同一とすることによって、車両の直進走行時には出力軸と前輪駆動軸の回転数が同一となって両者には相対回転がなくなる。
【００１９】また、本発明にあっては、出力軸に前輪終減速装置から加わる軸力を、出力軸に設けられた変速歯車列と連結歯車列とにより対向するようにしたので、軸受に加わる荷重を軽減することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は四輪駆動車両の動力伝達系を示す概略正面図であり、図２は図１に示された手動変速機を示すスケルトン図であり、図３は図１に示された手動変速機の一部を拡大しトランスミッションケースを切り欠いて示す正面図であり、図４は図３の断面図である。
【００２１】四輪駆動車両の動力伝達系は、図１に示されるように、原動機つまりエンジン１の動力がクラッチ２を介して入力される変速機３を有し、この変速機３からは前輪４ａおよび後輪４ｂのそれぞれにエンジン動力が伝達されるようになっている。前輪４ａには前輪終減速装置５を介して動力が伝達され、後輪４ｂにはプロペラシャフト６および後輪終減速装置７を介して動力が伝達される。それぞれの終減速装置５，７には図示しない差動機構つまりデフィレンシャル装置が組み付けられている。このように、図示する変速機３は車両に対して進行方向に搭載される縦置き式となっている。
【００２２】図２に示すように、トランスミッションケース３ａ内にはクラッチ２を介してエンジン１のクランク軸１ａに連結されてエンジン動力が入力されるインプット軸つまり入力軸８と、この入力軸８に対して平行となってこれよりも下方に配置される中空の出力軸９とがそれぞれ回転自在に組み込まれている。入力軸８には第１速と第２速の駆動歯車１１，１２が一体に設けられ、第３速と第５速の駆動歯車１３，１５が回転自在に設けられている。一方、出力軸９には駆動歯車１１，１２にそれぞれ常時噛合って第１速と第２速の変速歯車列を形成する被駆動歯車２１，２２が回転自在に設けられ、駆動歯車１３，１５にそれぞれ常時噛合って第３速と第５速の変速歯車列を形成する被駆動歯車２３，２５が一体に設けられている。
【００２３】入力軸８に同心上となって入力軸８の後方には中間軸１０が回転自在に配置されており、この中間軸には入力軸８と中間軸１０とを連結させて、たとえば５速変速機における第４速の変速段用の被駆動歯車１４が一体に設けられ、この被駆動歯車１４に常時噛合って第４速以外の変速出力を伝達する駆動歯車２４が出力軸９に一体に設けられている。第４速の変速段用の被駆動歯車１４と駆動歯車２４は出力軸９の回転を常に中間軸１０に伝達する連結歯車列を形成している。
【００２４】出力軸９には変速歯車列を第１速と第２速のいずれかを動力伝達状態に切り換えるとともにいずれにも動力を伝達しない中立状態に切り換えるための第１の噛合いクラッチ３１が設けられている。一方、入力軸８には第５速の変速歯車列を動力伝達状態と中立状態とに切り換えるための第２の噛合いクラッチ３２と、第３速と第４速のいずれかに切り換えるとともに中立状態に切り換えるための第３の噛合いクラッチ３３が設けられている。
【００２５】それぞれの噛合いクラッチは同期噛合いクラッチつまりシンクロメッシュ機構により形成されており、第１の噛合いクラッチ３１は、出力軸９に固定されるシンクロハブ３１ａとこれに軸方向に摺動自在に設けられるシンクロスリーブ３１ｂとを有し、シンクロスリーブ３１ｂは歯車２１，２２に設けられたスプライン２１ａ，２２ａに係合するようになっている。第２および第３の噛合いクラッチ３２，３３はそれぞれ入力軸８に固定されるシンクロハブ３２ａ，３３ａと、それぞれ軸方向に摺動自在に設けられるシンクロスリーブ３２ｂ，３３ｂを有しており、それぞれ歯車１５，１３，１４に設けられたスプライン１５ａ，１３ａ，１４ａに係合するようになっている。
【００２６】入力軸８には後退用の駆動歯車１７が一体に設けられ、シンクロスリーブ３１ｂには後退用の被駆動歯車２７が取り付けられており、アイドラ軸に軸方向に摺動自在に設けられた図示しないアイドラ歯車を駆動歯車１７と被駆動歯車２７とに噛み合わせると、入力軸８の回転は逆転されて出力軸９に伝達される。アイドラ歯車の軸方向移動は図示しない操作機構により行われる。すべての噛合いクラッチは運転者がシフトレバーを操作することにより作動して所定の変速段が設定される。
【００２７】それぞれの噛合いクラッチ３１〜３３によって、第４速以外の変速段つまり第１速、第２速、第３速または第５速の変速段が設定された場合には、入力軸８に入力したエンジン動力は出力軸９に伝達され、さらに連結歯車列２４，１４を介して中間軸１０に伝達される。これに対して、第４速の変速段が選択された場合には、噛合いクラッチ３３によって入力軸８と中間軸１０とが直結状態となるので、入力軸８から中間軸１０に直接動力が伝達される。
【００２８】中空の出力軸９の内部には前輪駆動軸３４が回転自在に組み込まれており、この前輪駆動軸３４の先端部に設けられた直交歯車３５が前輪終減速装置５の減速用歯車３６に噛合っている。これにより、前輪４ａにはこの前輪駆動軸３４によって動力が伝達される。
【００２９】中間軸１０には動力分配装置４０が装着され、この動力分配装置４０は遊星歯車列４１と多板クラッチやビスカスクラッチ４２とを有するセンタデファレンシャル装置により形成されている。この動力分配装置４０は、前輪駆動軸３４の後端部に一体に設けられた被駆動歯車３７に噛合う駆動歯車３８を有しており、これらの歯車３７，３８によって前輪駆動歯車列が形成されている。動力分配装置４０はさらに後輪駆動部３９を有し、この後輪駆動部３９には後輪駆動軸つまりプロペラシャフト６が連結されることになる。この動力分配装置４０により旋回時に前輪と後輪に回転差が発生した場合には遊星歯車列の差動回転により回転差を吸収することになる。
【００３０】このように、動力分配装置４０は入力軸８と同心上となってトランスミッションケース３ａ内に配置された中間軸１０に装着されており、入力軸８よりも下方に配置された出力軸９からは連結歯車列を介して出力軸９よりも上方の中間軸１０にエンジン動力が伝達され、この中間軸１０からは動力分配装置４０にエンジン動力が伝達されるようになっている。したがって、図１に示すように、変速機３の後端部が前端部よりも下側となるようにして傾斜して変速機３が車両に搭載されても、トランスミッションケース３ａ内に収容されている潤滑油は動力分配装置４０の一部に接触するのみとなる。これにより、動力分配装置４０を構成する回転体が多量の潤滑油を攪拌することがなくなり、出力軸９などに加わる抵抗を小さくすることができ、動力分配装置４０に加わる潤滑油の攪拌抵抗を軽減して、燃費の向上を図ることができる。
【００３１】被駆動歯車１４と駆動歯車２４により形成される連結歯車列としてのギヤ比と、駆動歯車３８と被駆動歯車３７とにより形成される前輪駆動歯車列のギヤ比はそれぞれ1.0となっている。したがって、全ての変速段において中間軸１０の回転数は出力軸９の回転数と同一となり、動力分配装置４０が差動回転しない車両の直進走行時には、出力軸９とその内部に組み込まれた前輪駆動軸３４の回転数は同一となって一体に回転するので、両者は摺動し合うことがない。これにより、出力軸９と前輪駆動軸３４との間における摺動損失の発生を防止できる。
【００３２】図４に示すように、前輪駆動軸３４の先端部はボール軸受であるたとえば、アンギュラコンタクトボール軸受５１（ボール軸受）によりトランスミッションケース３ａに回転自在に支持され、この前輪駆動軸３４が組み込まれた出力軸９の後端部はローラ軸受５２によりトランスミッションケース３ａに回転自在に支持されている。出力軸９の前端部には前輪駆動軸３４に加わる軸力つまり軸方向の荷重に対向する荷重を負荷させるためにスラスト軸受であるニードル軸受５３が設けられている。車両の走行時には、図３に示すように、前輪終減速装置５から直交歯車３５を介して前輪駆動軸３４に矢印Ａで示す方向に軸力が作用し、この軸力はアンギュラコンタクトボール軸受５１に作用する。これ対し、変速等の動力伝達歯車列からの軸力は出力軸９のスラスト軸受５３を介して対向方向に作用させている。このスラスト軸受５３は、車両の直進走行時には出力軸９と前輪駆動軸３４とが相対回転しないで、停止した状態となるので、荷重を受けた状態で軸受５３が作動することなく、軸受の耐久性を向上させることができる。
【００３３】第１速から第５速の変速歯車列、連結歯車列および前輪駆動歯車列を形成する駆動歯車と被駆動歯車は、はすば歯車により形成されており、動力伝達状態の歯車列においてはその歯車の噛合い歯面には図３において矢印Ｂで示すように矢印Ａの方向とは逆方向の分力が発生する。したがって、出力軸９には前輪終減速装置５から矢印Ａ方向に作用する軸力を相殺する方向つまり矢印Ｃで示す方向に反力が作用することになる。これにより、軸受５１に加わる軸方向負荷が軽減され、アンギュラコンタクトボール軸受などのボール軸受が使用でき、動力伝達効率を向上させ、燃費を向上させることができる。なお、図４に示されるように、前輪駆動軸３４は直交歯車３５が設けられた部分３４ａと被駆動歯車３７が設けられた部分３４ｂとの２つの軸部材からなり、これらはセレーション３０により結合されており、被駆動歯車３７の端部はスラスト軸受を介して出力軸９の後端部を支持している。
【００３４】図５は本発明の他の実施の形態である四輪駆動用手動変速機を示すスケルトン図であり、この変速機は前述した変速機が前進５段の変速段を有するのに対して、前進６段の変速段を有している。入力軸８には第１速〜第４速と第６速の駆動歯車１１〜１４と１６が設けられ、出力軸９にはそれぞれの駆動歯車と常時噛合う被駆動歯車２１〜２４と２６が設けられている。中間軸１０に一体に設けられた被駆動歯車１５と出力軸９に一体に設けられた駆動歯車２５は、ギヤ比が1.0に設定された連結歯車列を形成している。この変速機においては、第２の噛合いクラッチ３２は第３速と第４速の切り換えを行い、第３の噛合いクラッチ３３は第５速と第６速の切り換えを行うようになっている。変速歯車列の数が相違することを除いて図１に示す変速機と同様の構造となっており、図５においては図１に示す部材と共通する部材には同一の符号が付されている。
【００３５】図６は本発明のさらに他の実施の形態である四輪駆動用手動変速機を示すスケルトン図であり、図６においては前述した変速機における部材と共通する部材には同一の符号が付されている。この変速機は図１に示す場合と同様に前進５段の変速段を有している。ただし、動力分配装置４０は多板クラッチまたはビスカスカップリング４２により形成されており、センタデファレンシャル装置を備えていない。この動力分配装置４０は、中間軸１０の後端部が後輪駆動部３９となっており、この後輪駆動部３９にプロペラシャフト６が連結されることになる。
【００３６】図５および図６に示す変速機においても、図２に示した変速機と同様に、動力分配装置４０は入力軸８と同心上となって出力軸９よりも上方に配置されるので、潤滑油の攪拌により出力軸９などに大きな抵抗力が加わることを防止できる。前輪駆動軸３４を支持する軸受には大きな軸力が加わることなく、動力伝達効率を向上させることができる。また、車両の直進走行時には、出力軸９とこの中に組み込まれた前輪駆動軸３４との間には相対回転運動が発生しないので、動力伝達効率を向上させることができる。
【００３７】本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、本発明の手動変速機は前進５段または前進６段の変速機のみならず、前進４段あるいは前進６段以上の変速段を有する変速機にも適用することができる。また、動力分配装置としては、図示するタイプのみならず、傘歯車式など種々のものを搭載することができる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、車両の直進走行時には出力軸と前輪駆動軸の回転数が同一となって両者には相対回転がなくなるので、摺動抵抗が軽減されて動力伝達効率を向上させることが可能となる。
【００３９】本発明にあっては、出力軸と前輪終減速装置からの軸力が対向されるので、軸受に加わる荷重を軽減することができ、動力伝達効率を向上させることができる。
【００４０】本発明によれば、入力軸の下方に出力軸を配置するようにしたレイアウト構成において、動力分配装置をトランスミッションケースの上部に組み込むことができ、動力分配装置に加わる潤滑油の攪拌抵抗を軽減することができ、動力伝達効率を向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３４８
【氏名又は名称】富士重工業株式会社
【住所又は居所】東京都新宿区西新宿一丁目７番２号
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| 【出願日】 |
平成１４年３月２０日（２００２．３．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８０００１
【弁理士】
【氏名又は名称】筒井 大和 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２６７０７８（Ｐ２００３−２６７０７８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年９月２５日（２００３．９．２５） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−７７５１４（Ｐ２００２−７７５１４） |
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