| 【発明の名称】 |
ハイブリッド車両の制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小宮山 晋
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産自動車株式会社内
【氏名】山口 武蔵
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】バッテリの暖機制御中のエンジン回転速度の変動を無くし、運転性に違和感が発生するのを防止する。
【解決手段】ハイブリッド車両において、バッテリの暖機を行うときの最大充電電力を設定する最大充電電力手段と、車両を駆動するのに必要なエンジン出力と前記最大充電電力との和に基づいて目標エンジン回転速度を設定する目標エンジン回転速度設定手段と、バッテリの充電状態に基づいてバッテリの暖機を行うときの目標充電電力を算出する目標充電電力算出手段と、車両を駆動するのに必要なエンジン出力と前記目標充電電力との和に基づいて得られる目標エンジン出力を、エンジン回転速度で除して目標エンジントルクを設定する目標エンジントルク設定手段と、バッテリの暖機を行うときに前記目標エンジン回転速度にエンジンと発電機の回転速度を制御し、かつ目標エンジントルクにエンジントルクを制御する制御手段とを備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】エンジンと、エンジンの出力側に連結された発電機と、車両の駆動輪側に連結された電動機と、発電機と電動機との間で電力の授受を行うバッテリと、を備えたハイブリッド車両において、バッテリの暖機を行うときの最大充電電力を設定する最大充電電力手段と、車両を駆動するのに必要なエンジン出力と前記最大充電電力との和に基づいて目標エンジン回転速度を設定する目標エンジン回転速度設定手段と、バッテリの充電状態に基づいてバッテリの暖機を行うときの目標充電電力を算出する目標充電電力算出手段と、車両を駆動するのに必要なエンジン出力と前記目標充電電力との和に基づいて得られる目標エンジン出力を、エンジン回転速度で除して目標エンジントルクを設定する目標エンジントルク設定手段と、バッテリの暖機を行うときに前記目標エンジン回転速度にエンジンと発電機の回転速度を制御し、かつ目標エンジントルクにエンジントルクを制御する制御手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】前記最大充電電力設定手段はバッテリの温度に応じて最大充電電力を設定する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項３】前記最大充電電力はバッテリ温度が高いほど小さくなるように設定する請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項４】前記目標エンジン回転速度設定手段は、車両を駆動するのに必要なエンジン出力と最大充電電力の和に等しいパワーを、エンジンの最大トルク線上で出力できる回転速度に目標回転速度を設定する請求項１〜３のいずれか一つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項５】前記目標エンジン回転速度設定手段は、車両を駆動するのに必要なエンジン出力と最大充電電力の和に等しいパワーを、エンジンの最良燃費線上で出力できる回転速度に目標回転速度を設定する請求項１〜３のいずれか一つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項６】前記目標エンジン回転速度設定手段は、バッテリの暖機を行うときの目標エンジン回転速度と、バッテリ暖機以外の要求から求めた目標エンジン回転速度とのうち大きい方の値を目標エンジン回転速度として設定する請求項１〜５のいずれか一つに記載にハイブリッド車両の制御装置。
【請求項７】前記目標充電電力算出手段は、バッテリ充電状態に基づいて算出したバッテリ入力可能パワーと、バッテリ放電パワーとを比較し、より多くのバッテリ電流となる方のパワーを選択して目標充電電力を算出する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項８】前記目標エンジン回転速度設定手段は、発電機の駆動損失分を含めて目標回転速度を設定する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項９】前記目標エンジントルク設定手段は、補機の消費電力、電動機の駆動損失分を含めて目標エンジントルクを設定する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ハイブリッド車両は、原則として電動機により車両を駆動し、必要な電力はエンジンで駆動される発電機から供給される。エンジンはできるだけ燃費の良い運転領域で運転され、余剰の発電量や、車両の減速時に回生したエネルギで、バッテリを充電し、要求される駆動力が大きいときなどにバッテリからも電動機に電力を供給している。
【０００３】ところで、バッテリの入出力特性はバッテリ温度に依存し、温度が低下するほど充放電能力が制限される。したがってハイブリッド車両の性能はバッテリの温度の影響を大きく受け、バッテリを適正な温度に維持することが必要となる。
【０００４】特開2000-92614号公報によれば、バッテリ温度が規定の状態よりも低いときは、バッテリの充電と放電を強制的に行ってバッテリに電流を流し、バッテリの内部抵抗により熱を発生させ、バッテリを内部から暖めるようになっている。具体的には現在のバッテリの充電状態が最大充電状態に達していないときは、バッテリの充電を行い、最大充電状態に達したならばバッテリの放電を行うことにより、バッテリを強制的に充放電させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このバッテリの暖機については、車両の走行中にも行われる可能性があり、バッテリの充放電によりエンジンの回転速度が運転者の意図と無関係に変動して違和感を与えることがある。
【０００６】バッテリを充電するには、車両を駆動するのに必要な出力よりも大きな出力でエンジンを運転し、余剰の出力で強制充電用の電力の発電を行うことになるが、この充電用の電力はバッテリの充電状態によって変化し、このためエンジンに要求される出力もバッテリの充電状態に応じて変動する。バッテリにより多くの電流を流した方が速やかな暖機につながるが、過剰な電流を流すとバッテリの寿命を縮めることになるので、バッテリが受け入れ可能な最大電力（入力可能電力）で充電を行うのが望ましい。このため、バッテリの充電状態に応じて目標とする充電電力が設定され、また、放電を行うきにバッテリから出力可能な最大電力もその充電状態に応じて決まり、これらの結果、バッテリの温度制御が実行されているときは運転者の意志と無関係に目標エンジン出力が変化し、これに伴い実際に制御されるエンジン出力が変動するのである。
【０００７】一般にハイブリッド車両にあっては、目標とするエンジン出力を得るのに、その出力においてエンジン効率の最もよい回転速度とエンジントルクとの組み合わで運転点を決めているため、上記のようにエンジン出力が変動すると、それに合わせてエンジン回転速度も変動し、運転者に違和感をもたらすのである。
【０００８】また、バッテリの温度制御により充電から放電またはその逆に変化すると、目標エンジン出力がステップ的に変化するので、回転速度の変化を伴うエンジンの出力制御では実際の出力に応答遅れが発生しやすく、目標充電電力と実際の充電電力との間にずれを生じることになる。
【０００９】本発明はこのような問題を解決するために提案されたもので、バッテリの暖機制御中のエンジン回転速度の変動を無くし、運転性に違和感が発生するのを防止することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、エンジンと、エンジンの出力側に連結された発電機と、車両の駆動輪側に連結された電動機と、発電機と電動機との間で電力の授受を行うバッテリと、を備えたハイブリッド車両において、バッテリの暖機を行うときの最大充電電力を設定する最大充電電力手段と、車両を駆動するのに必要なエンジン出力と前記最大充電電力との和に基づいて目標エンジン回転速度を設定する目標エンジン回転速度設定手段と、バッテリの充電状態に基づいてバッテリの暖機を行うときの目標充電電力を算出する目標充電電力算出手段と、車両を駆動するのに必要なエンジン出力と前記目標充電電力との和に基づいて得られる目標エンジン出力を、エンジン回転速度で除して目標エンジントルクを設定する目標エンジントルク設定手段と、バッテリの暖機を行うときに前記目標エンジン回転速度にエンジンと発電機の回転速度を制御し、かつ目標エンジントルクにエンジントルクを制御する制御手段とを備える。
【００１１】第２の発明は、第１の発明において、前記最大充電電力設定手段はバッテリの温度に応じて最大充電電力を設定する。
【００１２】第３の発明は、第２の発明において、前記最大充電電力はバッテリ温度が高いほど小さくなるように設定する。
【００１３】第４の発明は、第１から第３の発明において、前記目標エンジン回転速度設定手段は、車両を駆動するのに必要なエンジン出力と最大充電電力の和に等しいパワーを、エンジンの最大トルク線上で出力できる回転速度に目標回転速度を設定する。
【００１４】第５の発明は、第１から第３の発明において、前記目標エンジン回転速度設定手段は、車両を駆動するのに必要なエンジン出力と最大充電電力の和に等しいパワーを、エンジンの最良燃費線上で出力できる回転速度に目標回転速度を設定する。
【００１５】第６の発明は、第１から第５の発明において、前記目標エンジン回転速度設定手段は、バッテリの暖機を行うときの目標エンジン回転速度と、バッテリ暖機以外の要求から求めた目標エンジン回転速度とのうち大きい方の値を目標エンジン回転速度として設定する。
【００１６】第７の発明は、第１の発明において、前記目標充電電力算出手段は、バッテリ充電状態に基づいて算出したバッテリ入力可能パワーと、バッテリ放電パワーとを比較し、より多くのバッテリ電流となる方のパワーを選択して目標充電電力を算出する。
【００１７】第８の発明は、第１の発明において、前記目標エンジン回転速度設定手段は、発電機の駆動損失分を含めて目標回転速度を設定する。
【００１８】第９の発明は、第１の発明において、前記目標エンジントルク設定手段は、補機の消費電力、電動機の駆動損失分を含めて目標エンジントルクを設定する。
【００１９】
【作用・効果】第１の発明によれば、バッテリ暖機制御中にバッテリの充電状態が変化し、これに伴い目標とする充電電力が変化しても、目標エンジン回転速度は一定の値から変化しないので、バッテリ暖機制御中に運転者にエンジン回転変動による違和感をもたらすことがない。目標充電電力が正から負へ、つまり充電から放電に、あるいはその逆に変化しても、それに伴う目標エンジン出力の変化に対してはエンジントルクを変化させるだけで対応するので、実際の充電電力と目標充電電力との間のズレが生じるのを回避できる。
【００２０】第２、第３の発明では、バッテリの暖機の進行状態に応じて最大充電電力を設定することにより、例えば、バッテリの充電が進むのに伴い最大充電電力を小さく設定することで、バッテリ暖機のために必要以上に目標エンジン回転速度を高く設定することがなくなり、燃費の悪化を抑制できる。
【００２１】第４の発明では、最大トルク線上で目標回転速度を設定するので、バッテリ暖機制御中のエンジンの回転速度を最低限に抑えることができ、燃費の悪化も抑制できる。
【００２２】第５の発明では、最良燃費線上で目標回転速度を設定するので、バッテリ暖機制御中のバッテリの充電をエンジンの最良燃費のもとで実現できる。
【００２３】第６の発明では、バッテリの暖機制御中であっても、バッテリ暖機以外の目的、例えば燃費や余裕駆動力の確保を考慮に入れた、回転速度に設定することにより、多機能の制御を同時に達成できる。
【００２４】第７の発明では、バッテリ充電状態に基づいて算出したバッテリ入力可能パワーと、バッテリ放電パワーとを比較し、より多くの電流がバッテリに流れるように、充放電を制御するので、それだけバッテリの暖機を効果的に行うことができる。
【００２５】第８、第９の発明では、発電機、電動機の駆動損失あるいは補機の消費電力の影響を受けずにバッテリの暖機制御を効果的に行うことができる。
【００２６】
【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説明する。
【００２７】図１において、図中１はエンジンで、エンジン１により発電機２が駆動され、発電機２が発電した電力は駆動モータ（電動機）３に供給されると共に余剰分はバッテリ６に蓄えられ、駆動モータ３の出力回転はファイナルギヤ４を介して駆動輪５に伝達され、車両が駆動される。なお、駆動モータ３は発電機２による発電出力が不足するときはバッテリ６からの電力供給も受け、必要とする駆動力を発生する。
【００２８】エンジン１のトルクは統合コントローラ９から出力されるエンジントルク指令値に基づきエンジンコントローラ７が、エンジン出力を調整するスロットル開度を増減してエンジントルクを制御する。
【００２９】また、エンジン１及び発電機２の回転速度は、統合コントローラ９から出力される回転速度指令値に基づいて発電機コントローラ８が、発電機２の回転速度制御を行うことにより制御される。回転速度制御は回転速度指令値と実回転速度の偏差に応じたトルク指令値を決定し、トルクがその指令値とおりとなるように発電機２でベクトル制御を行い、このとき発電機２はエンジントルクを吸収し、発電を行う。
【００３０】バッテリコントローラ１０は、バッテリ６の電圧、電流、温度の各検出値に基づいて、バッテリ充電状態（ＳＯＣ）と入力可能なパワーを演算し、それらとバッテリ温度とを統合コントローラ９に出力する。
【００３１】また、駆動モータコントローラ１１が統合コントローラ９からのモータトルク指令値に基づいて駆動モータ３のトルクをベクトル制御する。
【００３２】そして、統合コントローラ９にはアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ１２と、車速を検出する車速センサ１３からの信号が入力し、これらに基づいて上記した各コントローラに制御指令値を出力し、運転者の要求に応じてエンジン１、発電機２、駆動モータ３を制御する。また、バッテリ６の温度が規定値よりも低下したときはエンジン回転速度を変動させることなく、バッテリ６を強制的に充放電してその暖機を行うようになっている。
【００３３】ここで、図２により統合コントローラ９が行う制御内容をブロック図にしたがって説明する。
【００３４】アクセル開度センサ１２と車速センサ１３からアクセル開度信号と車速信号に基づいて、駆動力設定回路１５では、目標車軸駆動力Ｔｓｄをマップにしたがって算出する。目標車軸駆動力Ｔｓｄは、アクセル開度ＡＰＳに応じて大きくなり、車速の増加に応じて減少する。
【００３５】駆動モータトルク設定回路１６は、目標車軸駆動力Ｔｓｄをファイナルギヤ比Ｇｆで除算して駆動モータ３のトルク指令値となる駆動モータトルク指令値Ｔｓｍを求める。この駆動モータトルク指令値Ｔｓｍは駆動モータコントローラ１１に送られ、その値に基づいて駆動モータ３をベクトル制御する。
【００３６】加算回路１７は目標車軸駆動力Ｔｓｄに、車速センサ１３の出力に基づいて車軸回転速度算出回路１４で算出される車軸回転速度（駆動モータ回転速度）を乗じて目標駆動パワーＰｓｄを求める。
【００３７】この目標駆動パワーＰｓｄは補正回路１８において補機の消費電力あるいは駆動モータ３の損失分が加算されるように修正される。ここで補機の消費電力は、直接補機の消費電力を検出したり、バッテリ６の実充放電電力から駆動モータ３、発電機２の電力を差し引いて求めたり、平均消費電力や最大定格電力を固定的に用いる方法などが考えられる。また、駆動モータ３の損失算定方法は、予め駆動モータ３のトルク・回転速度毎の損失を測定して駆動モータ損失マップを作成しておき、前記駆動モータトルク指令値Ｔｓｍと駆動モータ実回転速度とに基づいてマップを参照することにより算出することができる。
【００３８】一方、バッテリ６の温度低下時などにバッテリウォームアップ（暖機）を行うために、まず、バッテリ６の暖機を行う際の最大暖機充電量Ｐｇｍａｘを、バッテリ６の温度センサ２０が検出した温度信号Ｔｂに基づいて、最大暖機充電量設定回路２１において求める。この最大暖機充電量Ｐｇｍａｘはバッテリ温度Ｔｂが低いときほど大きく、温度上昇に伴い低下していく。
【００３９】次いで、バッテリ入力可能パワー算出回路３０では、バッテリ充電状態検出回路２２からのバッテリ充電状態ＳＯＣと、バッテリ温度センサ２０の温度信号Ｔｂに基づいて、マップからバッテリ入力可能パワーＰｉを求める。
【００４０】入力可能パワーＰｉはＳＯＣが０％のときに最大でＳＯＣが高くなるほど小さくなり、ＳＯＣが100％のときに０となる。また、Ｔｂが高いときほど相対的に大きくなる。
【００４１】バッテリ出力可能パワー算出回路３１では、バッテリ充電状態ＳＯＣとバッテリ温度Ｔｂに基づいて、バッテリの出力可能なパワーＰｏをマップに基づいて算出する。この出力可能パワーＰｏは、ＳＯＣが100％のときに最大で、ＳＯＣが小さくなるほど小さくなり、ＳＯＣが０％のときに０となる。また、Ｔｂが高いほど相対的に大きくなる。
【００４２】パワー選択回路３２ではバッテリ出力可能パワーＰｏと、前記した目標駆動パワーＰｓｄとを比較し、いずれか小さい方を放電パワーＰｄとして選択する。
【００４３】充放電決定回路３３では、バッテリ入力可能パワーＰｉと放電パワーＰｄとの比較に基づいて充電を行うか、放電を行うかを決定し、具体的にはより多くの電流が流れるように、Ｐｉ＞Ｐｄのときは充電を選択し、Ｐｉ＜Ｐｄのときは放電を選択する。
【００４４】そして、目標充電量設定回路３５では充放電選択回路３２の決定に基づいて、バッテリ入力可能パワーＰｉか放電パワーＰｄかのいずれを目標充電量Ｐｔｇとして出力する。なお、充電と放電を同様に「充電」として扱うために、放電パワーＰｄについては反転回路３４において予め符号を反転させている。
【００４５】パワー加算回路２４において、目標駆動パワーＰｓｄと最大暖機充電量Ｐｇｍａｘとを加算してバッテリ暖機パワーＰｎｇを求める。なお、このバッテリ暖機パワーＰｎｇは補正回路２５において発電機２の発電損失分を見越して、これを加算したものに修正される。発電機２の損失分の推定は、予め発電機２の発電電力・回転速度毎の損失を測定し、発電機損失マップを作成しておき、発電したい電力と実回転速度からマップを参照して求めることができる。
【００４６】そして、エンジン目標回転速度指令設定回路２６では、このバッテリ暖機パワーＰｎｇが出力できるエンジンの最低回転速度を求め、これをエンジン目標回転速度指令値Ｎｓｋとして算出する。
【００４７】エンジン目標回転速度指令値Ｎｓｋとしてのエンジンの最低回転速度を求めるには、バッテリ暖機必要パワーＰｎｇと最大ルク線が交わる点の回転速度とすることができる（図３参照）。また、バッテリ暖機必要パワーＰｎｇとエンジン最良燃費線との交点から目標エンジン回転速度指令値Ｎｓｋを算出してもよく、この場合には、バッテリ暖機制御中のエンジンの燃費を最良の状態に維持できる。
【００４８】また、バッテリ暖機以外の燃費要求や余裕駆動力要求から決まる別の目標エンジン回転速度指令値がある場合には、この別の回転速度指令値と、Ｎｓｋとのうち大きい方の値を最終的な目標エンジン回転速度指令値Ｎｓとして設定すれば、バッテリ暖機要求以外が燃費要求であれば、燃費の影響を最小限にすることができ、また余裕駆動力要求の場合には余裕駆動力も同時に確保できる。
【００４９】なお、バッテリ暖機、燃費、余裕駆動力の３つ以上の要求があるときは、最も大きな値を目標エンジン回転速度指令値とすることで、できるだけ燃費の悪化を避けつつ、全ての要求を満たすことができる。
【００５０】エンジン目標回転速度指令値Ｎｓｋは、前記した発電機コントローラ８に出力され、エンジン１と同一回転する発電機２の回転速度がこのＮｓｋと一致するように発電機２の回転速度制御を行う。
【００５１】他方、加算回路２７では目標駆動パワーＰｓｄと、目標充電量Ｐｔｇとを加算して目標エンジン出力Ｐｓｅを算出する。これを補正回路２８において、前記と同じように、発電機２の損失分を見越して修正する。
【００５２】そして、除算回路２９において、目標エンジン出力Ｐｓｅを実エンジン回転速度で除して、エンジントルク指令値Ｔｓを算出する。なお、実エンジン回転速度の代わりに発電機回転速度指令値Ｎｓｋを用いることもできる。
【００５３】このエンジントルク指令値Ｔｓは前記したエンジンコントローラ７に出力され、これに基づいてエンジンスロットル開度を制御することで、エンジン出力トルクが制御される。
【００５４】次にバッテリ６のウォームアップ動作について図３を参照しながら説明する。
【００５５】まず、図３において、特性ａは目標充電量Ｐｔｇが最大暖機充電量Ｐｇｍａｘよりも大きい場合の目標エンジン出力Ｐｓｅの等パワー線を示し、特性ｂはバッテリ暖機パワーＰｎｇを示す等パワー線、特性ｃは目標充電量Ｐｔｇが最大暖機充電量Ｐｇｍａｘよりも小さく、ただし０よりも大きい場合の、目標エンジン出力Ｐｓｅの等パワー線、特性ｄは目標駆動パワーＰｓｄを示す等パワー線、特性ｅは目標充電量Ｐｔｇが０よりも小さいときの目標エンジン出力Ｐｓｅを示す等パワー線を示している。
【００５６】バッテリ６の暖機制御が開始されるとエンジン１とエンジン直結の発電機２の回転速度は、目標エンジン回転速度指令値Ｎｓｋに一致するように制御される。ここでは、Ｎｓｋは等パワー線ｂとエンジンの最大トルク線との交点Ｂの回転速度となる。
【００５７】エンジントルクは目標エンジン出力Ｐｓｅを実エンジン回転速度（＝目標エンジン回転速度）で除算して求める。図ではエンジントルクは、等パワー線ａ、ｃ、ｅと回転速度Ｎｓｋとの交点Ａ、Ｃ、Ｅのトルクとなる。
【００５８】ただし、Ａ点のトルクは実際には実現不可能であり、エンジン１は最大トルクを発生するように制御されることになる。このため、目標充電量Ｐｔｇが最大暖機充電量Ｐｇｍａｘよりも大きいときに充電を行う場合、運転点はＢになり、このときの充電量は最大暖機充電量Ｐｇｍａｘに制限されてしまう。
【００５９】充電によるバッテリの暖機制御が点Ｃで開始されたとして、充電に伴いバッテリ充電状態を示すＳＯＣが徐々に上昇すると、これに伴ってバッテリ入力可能パワーＰｉが徐々に小さくなり、目標エンジン出力Ｐｓｅも徐々に小さくなる。これによりエンジン運転点は点Ｃから点Ｄに徐々に移動する。エンジントルクは徐々に変化するが、この間のエンジン回転速度は変化しない。
【００６０】同じように放電によるバッテリ暖機制御が、点Ｅで開始された後、放電によりバッテリＳＯＣが徐々に低下すると、バッテリ出力可能パワーＰｏが徐々に小さくなって目標エンジン出力Ｐｓｅが徐々に大きくなる。このときエンジンの運転点は、点Ｅから点Ｄへ徐々に移動する。この場合にもエンジントルクは徐々に変化するが、エンジン回転速度は変化しない。
【００６１】さらに充電から放電、あるいは放電から充電へと制御が変化したときは、目標エンジン出力Ｐｓｅがステップ的に変化するが、この場合もエンジントルクがステップ的に変化するのみで、エンジン回転速度の変化はない。
【００６２】このようにして、バッテリ暖機制御中は、エンジン回転速度が運転者の意図と無関係に変化することがなく、バッテリの充放電によりエンジン回転速度が変化して違和感をもたらすなどの問題が確実に回避できる。
【００６３】本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
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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
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地
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| 【出願日】 |
平成１３年６月２５日（２００１．６．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５５１３
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 政喜 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−９３０５（Ｐ２００３−９３０５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１月１０日（２００３．１．１０） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１９０８８５（Ｐ２００１−１９０８８５） |
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