JP2005511402A - 熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物の層を含むインストルメントパネル - Google Patents

熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物の層を含むインストルメントパネル Download PDF

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Abstract

本発明は、熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物の層を含むインストルメントパネルに関し、上記熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物は、少なくとも1のアルキレンジオールと少なくとも1の芳香族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体とから誘導される繰り返し単位から構成されているポリエステル硬質セグメントおよびポリ(プロピレンオキシド)ジオールから誘導されるポリエーテル軟質セグメントから本質的に成る少なくとも1のコポリエーテルエステルを主成分として含む。本発明に従うインストルメントパネルは、高い均一性、低温での非常に良好な性能、および長期熱老化に対する高い耐性を有する表皮層を有し、かつ他の物質への良好な接着性を示す。

Description

本発明は、熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物の層を含むインストルメントパネルに関する。
そのようなインストルメントパネルは、Automotive Engineering、1997年5月、第43〜45頁における発表から公知である。
インストルメントパネル、例えば自動車のインストルメントパネルは、ダッシュボードとも呼ばれ、一般に、構造要素、フォーム層および表皮層または被覆層を含む複合物品である。表皮層は、実際の表面層であり得、または例えば塗料層でコーティングされ得る。種々の熱可塑性物質がそのような層として使用されている。確立された物質は、低コストおよび好ましい加工処理特性故に、ポリ塩化ビニル(PVC)組成物、例えばPVC/ABSブレンドである。しかし、PVC組成物の使用は、高い塩素含量に関係する環境上の理由および、これらの組成物に含まれる可塑剤の曇り現象や低温での脆さなどの性能問題故に、高まる抵抗に直面している。いくつかの代替物質が確認されており、例えば熱可塑性ポリウレタン(TPU)組成物(例えば、欧州特許出願公開第1033379号)、ポリオレフィンに基づく熱可塑性加硫物(TPV;例えば国際特許出願公開第9821273号)、オレフィンと極性および/または官能性モノマーとのコポリマーに基づく組成物(例えば国際特許出願公開第0063286号)、または共役ジエンおよびスチレンのブロックコポリマーに基づくエラストマー組成物(例えば国際特許出願公開第9932558号)が挙げられる。これらの物質は何れも、特性の所望の組み合わせを提供しているようにみえず、不利に高いコスト、不充分な低温衝撃耐性、低い摩耗および引っかき耐性、不充分な耐薬品性、小さい長期熱老化特性、またはこれらの組み合わせのいずれかを示す。例えば頭部衝撃耐性(head-impact)およびエアバッグドア配備のためのより厳しい基準を考慮して、低温特性は、物質選択においてますます決定的になってきている。最近の試験基準は、エアバッグが、小さい粒子を放出することなく、または分裂することなく、−35℃で制御された開放を行うことを要求する。この後者の局面は、インストルメントパネルの一体部品を形成しかつ外面は実質的に目に見えないところのエアバッグドアが望まれる場合、さらに一層重要である。Automotive Engineering、1997年5月における引用された文献では、熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物は一般に、インストルメントパネルにおける表皮層としての代替物質として高い可能性を有することが示されている。
熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物の層を含む公知のインストルメントパネルの欠点は、耐衝撃性エアバッグドア配備基準のための厳しい低温基準が満たされないか、満たされるとしても、何らかの高温耐久性が犠牲にされるということである。
従って、本発明の目的は、上記の性能問題を示さないインストルメントパネルを提供することである。
この目的は、本発明に従って、少なくとも1のアルキレンジオールと少なくとも1の芳香族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体とから誘導される繰り返し単位から構成されているポリエステル硬質セグメントおよびポリ(プロピレンオキシド)ジオールから誘導されるポリエーテル軟質セグメントから本質的に成る少なくとも1のコポリエーテルエステルを主成分として含む熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物の層を含むインストルメントパネルによって達成される。
本発明に従う熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物の層を含むインストルメントパネルは、低温で、−35℃より下ですら、非常に良好な性能を示し、かつ長期の高温(例えば120℃)老化試験に付されたとき、物理的特性を保持する。
本発明に従うインストルメントパネルの別の利点は、フリップトップのまたは目立たない一体型のエアバッグドアを含み得ることである。そのようなエアバッグドアは、制御された開放を伴って、かつ小さい粒子を放出することなくまたは分裂することなく、−35℃での配備試験に合格する。本発明に従うインストルメントパネルのさらに別の利点は、長期の高温(例えば120℃)に付されるとき、例えば車が日光に暴露されるとき、曇りを示さないことである。本発明に従うインストルメントパネルの別の利点は、熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物の層が種々の他の物質、例えばそれに施与されるコーティングまたは塗料層およびそれがその上で(表皮)層として機能するところのポリウレタンフォーム、に対して、接着促進剤を必要とすることなく、良好な接着性を示すことである。
本発明の好ましい実施態様では、熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物の層が、インストルメントパネルの表皮層である。熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物は、任意の所望の色および色相で内部着色され得、高い熱および色安定性、ならびに良好な摩耗耐性を有する。従って、インストルメントパネルの費用価格を高めるであろうコーティング組成物の存在が必要でない。
本発明の別の好ましい実施態様では、インストルメントパネルが、実質的に目に見えない一体型エアバッグドアを備えた自動車インストルメントパネルである。インストルメントパネルの層を形成する熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物の優れた低温性能は、高められた温度での性能を犠牲にすることなく、そのような審美的ダッシュボード設計を可能にする。一体型エアバッグドアを有するそのようなインストルメントパネルは、制御された開放を伴い、かつ小さい粒子を放出することなくまたは分裂することなく、−35℃での最も厳しいエアバッグ配備試験に合格する。
熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物は、少なくとも1のコポリエステルエラストマーを主成分として含む組成物を意味すると理解される。主成分は、少なくとも1のコポリエステルエラストマーが組成物の連続相またはマトリックスを形成することを意味すると理解される。
熱可塑性コポリエステルエラストマーは、セグメント化(segmented)コポリエステルまたはブロックコポリエステルとも言われる。そのようなセグメント化コポリエステルは、硬質ポリエステルセグメントと、軟質ポリマー、すなわち0℃より下のガラス転移温度(Tg)を有する実質的に無定形のポリマー、の軟質セグメントとを含むセグメント化コポリマーであると理解される。軟質セグメントの例は、脂肪族ポリエステルまたはポリカーボネート、または脂肪族ポリエーテルから誘導されるセグメントである。この最後のセグメント化コポリエステルは、コポリエーテルエステルとも呼ばれる。
本発明に従うインストルメントパネルにおいて層を形成するコポリエステルエラストマー組成物におけるコポリエーテルエステルは、ポリ(プロピレンオキシド)ジオールから誘導されるポリエーテル軟質セグメントを有する。ポリ(プロピレンオキシド)ジオールにおけるジオールは、ポリ(プロピレンオキシド)が末端基として本質的にヒドロキシル基を有する、すなわち、約1.7〜2.3のヒドロキシル官能基数を有することを意味すると理解される。より低い官能基数は、十分高いモル質量のコポリエーテルエステルの合成を妨げる。より高い官能基数は、鎖分岐を望ましくない程度に高め、またはコポリエーテルエステルの架橋を誘発すらする。従って、ヒドロキシル官能基数は、好ましくは1.8〜2.2、より好ましくは1.9〜2.1、さらにより好ましくは約2である。本明細書の文脈内で、ポリ(プロピレンオキシド)は、プロピレンオキシドおよび所望により、1〜6の炭素原子を有する他のアルキレンオキシドのコポリマーを示し、ここで、プロピレンオキシドがコポリマーの少なくとも50モル%、好ましくは少なくとも60モル%を構成する、と理解される。適するアルキレンオキシドは、例えばエチレンオキシド、テトラヒドロフランまたはテトラメチレンオキシド、またはネオペンチレンオキシドである。好ましくは、テトラメチレンオキシドおよび/またはネオペンチレンオキシドが、プロピレンオキシドを有するランダムコポリマーにおけるコモノマーとして使用される。そのようなコポリマーの利点は、低いTgであり、その結果、これらのコポリマーを軟質セグメントとして含むコポリエーテルエステルの良好な低温特性が得られる。
本発明の好ましい実施態様では、コポリエステルエラストマー組成物が、エチレンオキシド末端ポリ(プロピレンオキシド)ジオールから誘導されるポリエーテル軟質セグメントを有するコポリエーテルエステルを含む。エチレンオキシド末端ポリ(プロピレンオキシド)ジオールとは、中央ブロックとしての上記したポリ(プロピレンオキシド)および2つのポリ(エチレンオキシド)末端ブロックを有するトリブロックコポリマーを示す。軟質ブロックとしてのそのようなポリエーテルの利点は、そのヒドロキシル官能基数およびポリエーテルエステルの合成における良好な反応性および相溶性を包含する。軟質ブロックにおけるプロピレンオキシドおよびエチレンオキシドの質量比は、広範囲で変わり得、例えば20:1〜1:6であるが、好ましくは10:1〜1:1である。そのようなポリエーテルセグメントの利点は、高められた温度でのポリエーテルエステルの良好な特性およびより容易な加工挙動、例えばスラッシ成形された生成物の良好な離型、を包含する。本発明者らは、何らの理論にも縛られることを望むことなく、これは、コポリエーテルエステルにおけるポリエステル硬質セグメントの結晶化度の良好な保持に関し得ると考える。
好ましくは、ポリエーテルセグメントのTgが−20℃より下であり、より好ましくは−40℃より下、最も好ましくは−50℃より下である。軟質セグメントのモル質量は、広い範囲で変わり得るが、好ましくは、モル質量が400〜6000、より好ましくは500〜4000、最も好ましくは750〜3000g/モルから選択される。その利点は、高められた温度での特性の保持を伴う、低温での改善された性能である。
本発明に従うインストルメントパネルにおいて層を形成するコポリエステルエラストマー組成物における少なくとも1のコポリエーテルエステルは、少なくとも1のアルキレンジオールおよび少なくとも1の芳香族ジカルボン酸またはそのエステルから誘導される繰り返し単位から構成されている硬質セグメントを含む。アルキレンジオールは一般に、2〜6の炭素原子、好ましくは2〜4の炭素原子を含む。その例は、エチレングリコール、プロピレングリコールおよびブチレンジオールを包含する。好ましくは、1,4−ブチレンジオールが使用される。適する芳香族ジカルボン酸の例は、テレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、またはこれらの組み合わせを包含する。その利点は、得られるポリエステルが一般に、150℃より上、好ましくは175℃より上、より好ましくは190℃より上の融点を有する半結晶であることである。硬質セグメントは所望により、他のジカルボン酸、例えばイソフタル酸、から誘導される少量の単位をさらに含み得る。これは、一般に、ポリエステルの融点を低下させる。他のジカルボン酸の量は、特にコポリエーテルエステルの結晶化挙動が悪影響を受けないのを確実にするように、好ましくは10モル%以下、より好ましくは5モル%以下である。硬質セグメントは好ましくは、繰り返し単位としてのエチレンテレフタレート、プロピレンテレフタレート、および特にブチレンテレフタレートから構成されている。これらの容易に利用可能な単位の利点は、好ましい結晶化挙動および高い融点を包含し、その結果、良好な加工特性および優れた熱および薬品耐性を有するコポリエーテルエステルが得られる。
本発明の他の好ましい実施態様では、ポリエーテルエステルにおける硬質セグメントが、エチレングリコール、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、テレフタル酸および/または2,6−ナフタレンジカルボン酸、および所望により少量の他の二酸および/またはジオールから誘導される単位から構成されている。これらのコポリエーテルエステルは、高い結晶融点、および冷却したときの溶融物からの速い結晶化を示す。
インストルメントパネルにおいて層を形成する組成物中のコポリエーテルエステルにおける軟質セグメントと硬質セグメントとの比は、広い範囲で変わり得るが、好ましくは、比較的低い硬度のコポリエーテルエステルが得られるように選択される。好ましくは、コポリエーテルエステルの硬度が46ショアDより下であり、より好ましくは40ショアDより下である。コポリエーテルエステルのより低い硬度は一般に、本発明に従うインストルメントパネルの改善された低温特性および良好な柔らかい感触、またはソフトタッチ、をもたらす。
コポリエーテルエステルは、夫々鎖延長剤または鎖分岐剤として作用する、酸基またはヒドロキシル基と反応し得る2以上の官能基を有する化合物をさらに含み得る。適する鎖延長剤の例は、カルボニルビスラクタム、ジイソシアネートおよびビスエポキシドを包含する。適する鎖分岐剤は、例えば、トリメリット酸、トリメリット酸無水物およびトリメチロールプロパンを包含する。鎖延長剤または鎖分岐剤の量および種類は、所望の溶融粘度のブロックコポリエステルが得られるように選択される。一般に、鎖分岐剤の量は、コポリエーテルエステル中に存在するジカルボン酸100モルにつき6.0当量以下である。
コポリエーテルエステルの例および製造は、例えば、ハンドブック オブ サーモプラスチックス(Handbook of Thermoplastics)、O. Olabishi編、第17章、Marcel Dekker Inc.、ニューヨーク 1997、ISBN 0−8247−9797−3;サーモプラスチック エラストマーズ(Thermoplastic Elastomers)、第2版、第8章、Carl Hanser Verlag (1996)、ISBN1−56990−205−4;エンサイクロペディア オブ ポリマー サイエンス アンド エンジニアリング(Encyclopedia of Polymer Science and Engineering)、第12巻、Wiley & Sons, ニューヨーク(1988)、ISBN 0−471−80944、第75〜117頁;およびそれらの中で引用されている参考文献に記載されている。
本発明に従うインストルメントパネルにおいて層を形成するコポリエステルエラストマー組成物は、別の熱可塑性ポリマー、好ましくは比較的軟質のポリマー(別の熱可塑性エラストマーなど)をさらに含み得る。上記組成物は、例えば、別のコポリエステルエラストマー、例えば異なる硬度のコポリエーテルエステル、または異なる化学組成の軟質および/または硬質セグメントのコポリエステル、を含み得る。コポリエステル組成物は、TPUをも含み得る。他の適するポリマーは、スチレンおよび共役ジエン(例えばブタジエン)のブロックコポリマー、例えばSBS、またはより好ましくは、その完全に水素化されたコポリマー、例えばSEBS、を包含する。かかるSEBSポリマーは、極性基、例えば酸基または無水物基、で官能性を付与されていてもよい。他の適する熱可塑性エラストマーは、熱可塑性加硫物、例えばポリプロピレンおよび架橋されたオレフィンゴムのブレンドに基づくもの、例えばEPRゴムまたはEPDMゴム、である。また、エチレンなどのオレフィンと少なくとも1の、所望によりヒドロキシル、カルボキシル、またはエポキシ官能基を有する、(メタ)アクリレートなどの極性コモノマーとのコポリマーも適する。その例は、例えば、国際特許出願公開第0063286号に示されている。少なくとも1のコポリエーテルエステルおよび他の熱可塑性ポリマーが相溶性でないならば、上記組成物は、好ましくは、適する相溶化剤をも含む。インストルメントパネルにおける層としてコポリエーテルエステルおよび他のポリマーを含む組成物を選択することの利点は、種々の特性、例えば物質硬度または表面光沢、が、特定の末端用途要求を満たすように変えられ得ることである。
好ましくは、コポリエステルエラストマー組成物が、コポリエーテルエステルと相溶性である比較的極性のポリマーをさらに含み、従って、追加の相溶化剤の必要が除かれる。
本発明に従うインストルメントパネルにおいて層を形成するコポリエステルエラストマー組成物は一般に、組成物全体に基づいて50質量%より多い、好ましくは60質量%より多い、少なくとも1のコポリエーテルエステルを含む。これは、コポリエーテルエステルが組成物の連続相を形成することを確実にし、その結果、加工挙動ならびに薬品および熱耐性などの特性が、コポリエーテルエステルによって主に支配される。
インストルメントパネルにおいて層、好ましくは表皮層、を形成するコポリエステルエラストマー組成物は好ましくは、46ショアDより下の、より好ましくは40ショアDより下の硬度を有する。硬度が低いほど、インストルメントパネルに触れる人はより柔らかい感触を経験する。成形された表面の柔らかい感触特性は、通常、表面のテクスチュアおよび表面を形成する物質の硬度の両方に依存する。
インストルメントパネルにおいて層を形成するコポリエステルエラストマーは、任意の慣用の添加剤、例えば熱およびUV安定剤、酸化防止剤、着色剤、核形成剤、加工助剤(離型剤または溶融流動エンハンサーなど)、鉱物フィラー、または難燃剤、をさらに含み得る。好ましくは、上記組成物が、自動車の内装用途のための典型的な要件を満たすのに有効な熱およびUV安定化パッケージを含む。組成物中の核形成剤および離型剤の存在は、表皮層を形成した後に成形挙動をさらに改善するために好ましい。
コポリエステルエラストマー組成物は、任意の公知の技術によって、例えば、単軸スクリュ、またはより好ましくは2軸スクリュ押出機を使用して種々の成分を溶融混合することによって、作られ得る。
本発明に従うインストルメントパネルにおける熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物の層は、種々の公知の加工技術、例えばフィルム押出、射出成形またはスラッシ成形を所望により真空成形または熱成形と組み合わせることによって、作られ得る。
好ましい実施態様では、層が、熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物のスラッシ成形によって作られている。スラッシ成形は粉末スラッシ成形またはスラッシ注型とも呼ばれ、回転成形と類似の加工技術である。ここで、作られるべき物品の型は、使用されるべき熱可塑性組成物を溶融するために設計された温度に予熱される。次いで、型が、一般に1200μm未満の粒子サイズを有する粉末またはミクロペレットの形態の熱可塑性組成物で満たされ、そして、型中に表皮が形成されたとき、過剰の物質が除去される。型は、均一な表皮の形成を完了するために、後加熱工程を受け得る。型は次いで、水および/または空気によって冷却または急冷され、その間に熱可塑性物質が固化し、成形された物品が型から除去される。型は、模様(texture)のある表面を有する物品を製造するために、特定の模様を用いてエンボス加工され得る。これは、例えばインストルメントパネルおよび他の自動車内装用途における人工皮革用途のためにしばしば望ましい。スラッシ成形された物品は、独立したフィルムまたはシートとしてさらに処理されまたは使用され得、あるいは例えば表皮層として積層構造の一部を形成し得る。
コポリエステルエラストマー組成物が、例えば2軸スクリュ押出機を使用して種々の成分を溶融混合することによって製造されているならば、組成物は通常、mm範囲の粒子サイズを有するペレットの形態である。より小さいペレットは、より小さい直径の溶融オリフィスをダイフェースペレット製造機または高速で運転するストランドカッターと組み合わせて使用することによって作られ得る。あるいは、ペレットは、例えば極低温で粉砕することによって、機械的にサイズを減少させることができる。好ましくは、より規則正しい形態の粉末を得るために、組成物の粉砕、挽き、または微粉砕が、組成物中のコポリマーのガラス転移温度より下で、すなわち−70℃より下、あるいは−90℃より下ですら行われる。
スラッシ成形加工のために、コポリエステルエラストマー組成物は通常、一般に1200μm未満の粒子サイズを有する粉末またはミクロペレット形状である。粒子サイズ、すなわち粒径は通常、標準メッシュサイズを有するふるいにかけることよって測定される。粒子サイズは第一に、所望の末端用途によって決定される。例えば、薄いなめらかな層を所望するならば、粒子サイズは、厚い層またはシートを作るために使用される粒子サイズと比較して相対的に小さくあるべきである。第一の場合には、500μm未満、好ましくは400μm、より好ましくは100〜350μmの粒子サイズを有する粉末が使用される。ところが、そうでないときには、500〜1000μmの粒子サイズが許容可能な結果を与え得る。
粉末状のコポリエステルエラストマー組成物の流れ挙動が、例えば10μm未満の粒子サイズの鉱物、例えばアルミナまたはシリカまたは他の無機酸化物、とドライブレンドすることによって微粉末をコーティングすることにより改善され得る。そのような微粉末の量は、一般に、0.1〜10質量%(組成物全体に基づく)である。
本発明を以下の実施例を参照してさらに説明する。
ブチレンテレフタレート単位から作られたポリエステル硬質セグメントおよび、約2300g/モルのモル質量(Mn)および約2/1のプロピレンオキシド/エチレンオキシド比のエチレンオキシド末端ポリ(プロピレンオキシド)ジオールから誘導された軟質セグメントから本質的に成るコポリエーテルエステルを主成分として含み、有効な熱およびUV安定化系およびカーボンブラックをさらに含むコポリエステルエラストマー組成物(硬度約38ショアD、相対溶液粘度(RSV、25℃でm−クレゾール中のコポリマーの1質量%溶液に対して測定)2.8)を、液体窒素を使用して極低温で粉砕し、次いでふるいにかけて約100〜350μmの粒子サイズを有する粉末にした。
粉末状のコポリエステルエラストマー組成物を、ダッシュボードの形状の予熱された型に供給し、表面に沿って約30秒で分配した。その後、型をオーブン中で約245℃でさらに加熱し、次いで、型を水中に浸して型および物品を冷却した。約1mm厚さのスラッシ成形されたシートを、問題なく、かつシートの目に見える変形なく、型から取り出すことができた。このシートは、自動車のインストルメントパネルにおけるダッシュボード表皮として好適に使用され得る。
比較実験A
ブチレンテレフタレート単位から作られたポリエステル硬質セグメントおよび約2000g/モルのMnのポリ(テトラメチレンオキシド)ジオールから誘導された軟質セグメントから本質的に成るコポリエーテルエステルを主成分として含む熱およびUV安定化された黒色コポリエステルエラストマー組成物(約40のショアD硬度および3.45のRSV)を極低温で粉砕し、次いでふるいにかけて約100〜350μmの粒子サイズを有する粉末にした。
本発明に従う方法で使用されるコポリエーテルエステルとは異なる化学組成を有するこの粉末状コポリエステルエラストマー組成物を、実施例1と同様に、予熱された型に供給し、表面に沿って約30秒で分配した。その後、型をオーブン中で約245℃でさらに加熱し、次いで型を水に浸して型および物品を冷却した。約1mm厚さの成形されたシートは、過剰な力によってのみ型から取り出すことができ、それによって、シートを不可逆的に変形し、あるいは損傷を与えすらした。これは、シートを更なる使用に不適切なものにする。

Claims (8)

  1. 熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物の層を含むインストルメントパネルにおいて、熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物が、少なくとも1のアルキレンジオールと少なくとも1の芳香族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体とから誘導される繰り返し単位から構成されているポリエステル硬質セグメントおよびポリ(プロピレンオキシド)ジオールから誘導されるポリエーテル軟質セグメントから本質的に成る少なくとも1のコポリエーテルエステルを主成分として含むことを特徴とするインストルメントパネル。
  2. 熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物の層が表皮層である、請求項1記載のインストルメントパネル。
  3. 目立たない一体型エアバッグドアを備えた、自動車のインストルメントパネルである、請求項1〜2の何れか1項記載のインストルメントパネル。
  4. ポリエーテル軟質セグメントがエチレンオキシド末端ポリ(プロピレンオキシド)ジオールから誘導されたものである、請求項1〜3の何れか1項記載のインストルメントパネル。
  5. エチレンオキシド末端ポリ(プロピレンオキシド)ジオールがプロピレンオキシドおよびエチレンオキシドを10〜1の質量比で含む、請求項4記載のインストルメントパネル。
  6. ポリエステル硬質セグメントがブチレンテレフタレート単位から構成されている、請求項1〜5の何れか1項記載のインストルメントパネル。
  7. コポリエステルエラストマー組成物が46ショアDより下の硬度を有する、請求項1〜6の何れか1項記載のインストルメントパネル。
  8. 層が熱可塑性コポリエステルエラストマー組成物のスラッシ成形によって作られている、請求項1〜7の何れか1項記載のインストルメントパネル。
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