JP2006138290A - キャニスタ - Google Patents

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Abstract

【課題】外付けの第2の配管をなくす。密閉式燃料タンクと組み合わせて蒸発燃料を処理するに当り、パージガスの燃料濃度の時間的変化をゆるやかにして、エンジンに供給する燃料の空燃比の急変を抑制する。エンジンの運転性を良好にする。
【解決手段】燃料タンク5へ給油するときは電磁弁4が開き、蒸発ガス(ベーパ)が矢印Cに沿って流れ、主吸着剤室12の活性炭13等に吸着される。車両運転中、タンク高圧時は矢印Dのように蒸発ガスが流れる。第1の部屋28から緩衝板34の通路34aを通り、第2の部屋29の活性炭30を通過し、パージポート6からエンジン8の吸気通路へ流れる。パージ時は矢印Eのように流れる。
【選択図】図1

Description

本発明は、内燃機関の蒸発燃料処理装置に用いるキャニスタに関する。
燃料タンクから発生する蒸発燃料を吸着するための第1のキャニスタと第2のキャニスタとを設けると共に、これらのキャニスタを第1のキャニスタの大気孔と内燃機関の吸気通路との間にて互いに直列に接続し、その大気孔から流入した空気を第1のキャニスタ、第2のキャニスタを順に経て流通させることにより、これらのキャニスタに吸着された蒸発燃料を離脱(パージ)させてその蒸発燃料と空気を前記吸気通路へ供給するようにした内燃機関の蒸発燃料処理装置において、前記燃料タンクへの給油時にその燃料タンクから発生する蒸発燃料を第1のキャニスタへ導く第1の蒸発燃料通路と、前記第2のキャニスタから前記吸気通路へ蒸発燃料と空気を供給する通路付近における第2のキャニスタ内の蒸発燃料吸着剤の吸着状態が前回パージ終了時から次回パージ開始時まで実質的に一定であるように、前記燃料タンクから内燃機関の運転時に発生する蒸発燃料を第2のキャニスタ内の蒸発燃料吸着剤の内部へ直接導入する第2の蒸発燃料通路とを備えた内燃機関の蒸発燃料処理装置が公知である(特許文献1参照)。
また、蒸発燃料吸着剤を複数に分割してフィルタ材で包み込み吸着剤カートリッジとして組み込んだ蒸発燃料処理装置が公知である(例えば特許文献2参照)。
特開平8−218922号公報(図1乃至図3) 特開2002−147297号公報(2頁、図1)
前記特許文献1の従来技術では、第1と第2の2つのキャニスタを要するばかりでなく、第2の蒸発燃料通路としての配管が別体であるため、構成が複雑で、部品点数が多く、コスト高になると共に車両搭載性に難点があり、また配管の外れによる燃料蒸発ガスの大気漏れ等の問題点があった。
さらにまた、前記特許文献2の従来技術では、活性炭が複数種類であると、識別が容易でなく、間違って混入することがあるという問題点がある。
そこで、本発明は、これらの問題点を解消できる内燃機関用蒸発燃料処理装置のキャニスタを提供することを目的とするものである。
本発明は、キャニスタのパージポートに近接して緩衝用の活性炭室を設け、機関運転時にはタンクポートに近接する空間室から前記緩衝用の活性炭室を通じて機関の吸気通路へのパージガスの流れを加えるようにしたことを最も主要な特徴とする。
請求項1の発明は、燃料タンクの上部気室に連通するタンクポートと、機関の吸気通路に連通するパージポートと、大気に開放される大気ポートと、タンクポートから大気ポートへ流れる蒸発燃料を吸着する活性炭を収納した主吸着剤室を有するキャニスタにおいて、
タンクポートとパージポートとの間に、これら両ポートの直接的な連通を阻止する仕切り板を設けて、前記主吸着剤室とタンクポートとの間に第1の部屋を、前記主吸着剤室とパージポートとの間に第2の部屋を形成し、前記主吸着剤室のタンクポートとパージポート側に前記第1と第2の部屋を連通する離脱緩衝板を配設し、前記第1の部屋は活性炭を収納しない気室となし、第2の部屋に活性炭を収納したことを特徴とするキャニスタである。
請求項2の発明は、請求項1のキャニスタにおいて、第1の部屋と主吸着剤室との間の通気抵抗を、離脱緩衝板における第1と第2の部屋の間の通気抵抗より大きく定めたことを特徴とするものである。
請求項3の発明は、請求項1又は2のキャニスタにおいて、活性炭を収納する第2の部屋の容積を燃料タンクの容量の1/1400乃至10/1400の範囲に定めたことを特徴とするものである。
請求項4の発明は、請求項1、2又は3のキャニスタにおいて、第2の部屋に収納する活性炭を破砕炭とし、他の吸着剤室に収納する活性炭を造粒炭としたことを特徴とするものである。
請求項5の発明は、請求項1、2、3又は4のキャニスタにおいて、第2の部屋に収納する活性炭をフィルタ材で包み込みパック詰めとし、他の吸着剤室の活性炭をパック詰めにしないことを特徴とするものである。
請求項6の発明は、請求項1乃至5のいずれかのキャニスタにおいて、離脱緩衝板のベーパ通路の位置を、車両へのキャニスタ搭載姿勢の天地方向において上側に定めたことを特徴とするものである。
請求項7の発明は、請求項1乃至6のいずれかのキャニスタにおいて、第2の部屋のパージポート側に設けたフィルタと、第2の部屋の主吸着剤室側に設けたフィルタの単位面積当たりの通気抵抗よりも、主吸着剤室におけるタンクポートとパージポートの側に設けたフィルタの単位面積当たりの通気抵抗を大きくしたことを特徴とするものである。
請求項8の発明は、請求項1乃至6のいずれかのキャニスタにおいて、主吸着剤室におけるタンクポートとパージポートの側に設けたフィルタの片側、特に主吸着剤側に押え板を重ね合せ、該押え板に絞り穴を設けると共に、重ね合わせたフィルタと押え板の合計の単位面積当たりの通気抵抗を、前記第2の部屋のパージポート側に設けたフィルタと、第2の部屋の主吸着剤室側に設けたフィルタの単位面積当たりの通気抵抗より大きくしたことを特徴とするものである。
本発明においては、特許文献1の従来技術のような第2の蒸発燃料通路を構成する配管が不要で、しかも、第2の部屋と主吸着剤室とはキャニスタのケース内で連通されて、構成が簡単である。また、密閉式燃料タンクからの燃料濃度変化の大きい蒸発ガス(ベーパ)は、第2の部屋に収納された活性炭の吸着・離脱作用により、エンジンへのパージガスの燃料濃度の時間的変化が緩やかとなる。即ち、燃料濃度変化がなまるため、エンジン空燃比の急激な変動が抑制され、エンジンの良好な運転が実現できる。更に又、主吸着剤室に蒸発ガスが流れにくいため、主吸着剤室の活性炭の劣化が抑制される。
請求項2の発明では、燃料タンクからの蒸発ガスは、通気抵抗の低い第2の部屋の方へ流れこみやすいため、主吸着剤室の吸着剤の劣化がより一層抑制される。
請求項3の発明では、第2の部屋の活性炭量を最適化することができ、安価で車両搭載が容易なキャニスタが実現できる。第2の部屋の活性炭が少ないとなまし効果が不足し、多すぎるとキャニスタが大型となり、高価で、かつ車両搭載性が悪くなる。
請求項4の発明では、第2の部屋の活性炭が粒径の小さい破砕炭であるので、燃料蒸気の吸着性能が高まり、パージガスの燃料濃度の時間的変化がさらに小さくなり、エンジンのさらなる良好な運転が実現する。また、第2の部屋以外の吸着剤室の活性炭を粒径の大きい造粒炭としたので、その通気抵抗が小さい。その結果キャニスタ全体の通気抵抗を殆ど増加させないで、給油時のタンクポートからキャニスタに流入する蒸発ガスの主吸着剤層を含む1、2層目の活性炭への吸着性能を向上できる。
請求項5の発明は、第2の部屋に収納する活性炭をパック詰めにしたので、組立時に奥まった位置へ容易に挿入でき、組み付け性が向上する。また、第2の部屋に収納する活性炭を他の主吸着剤室などの活性炭と間違ったり、混入するのをさけられる。このことは、第2の部屋の活性炭が他の主吸着剤室などの活性炭と種類が違う場合に効果的である。
請求項6の発明は、空気より重い燃料蒸発ガスが主吸着剤室へ流れにくくなり、第2の部屋へ流れやすくなるため、いわゆるキャニスタからの燃料蒸発ガスの吹き抜けを抑制できる。従って、主吸着剤層の活性炭の劣化がさらに抑制できる。
請求項7、8の発明は、車両走行中は、燃料蒸気(ベーパ)が確実に第2の部屋に流れ込み、給油用の主吸着剤室の活性炭に吸着されるのが抑制される。また、給油時に発生する大流量の燃料ベーパを含んだ空気(エア)がタンクポートから流入するが、流入圧が大きいため、フィルタの圧損は殆ど影響せず、問題なく大気ポートから排出される。従って給油時に所定の容量までオートストップが起きるおそれはない。
次に、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
図1と図2(a)、(b)は、この発明の実施例1で、図1は蒸発燃料処理装置全体の構成を示す略図で、キャニスタ1は縦断平面図で示す。図2(a)は図1のA−A線断面を示す側面図、同図(b)は同図(a)のB−B線断面視図である。
キャニスタ1のケース2のタンクポート3は、電磁弁4を介して密閉式の燃料タンク5の上部気室に連通している。ケース2のパージポート6は、パージ制御弁(VSV)7を介してエンジン8の吸気通路へ接続されている。電子制御ユニット(ECU)9は電磁弁4とパージ制御弁7を制御する。10は大気ポート(大気孔)である。
タンクポート3とパージポート6との間に、これら両ポートの直接的な連通を阻止する仕切り板11がケース2に一体的に形成されている。12は吸着剤としての活性炭13を充填した主吸着剤室、14と15は吸着剤保持用フィルタ、16は吸着剤保持用プレートである。17と18は、それぞれ吸着剤としての活性炭19、20を充填した第1副室と第2副室、21、22、23及び24は吸着剤保持用フィルタ、25は吸着剤保持用プレート、26、27はプレート16、25をフィルタ15、21に押し付けるスプリングである。フィルタ22と23の間には第1副室17と第2副室18間を仕切る大気バッファプレート23Aを設け、両副室17、18間を仕切ることでベーパの拡散を防いでいる。
28は前記主吸着剤室12とタンクポート3の間に形成した第1の部屋で、活性炭は収納されてなく気室となっている。29は主吸着剤室12とパージポート6の間に形成された第2の部屋で、吸着剤としての活性炭30が充填されている。31、32及び33はフィルタ、34は離脱緩衝板(パージ・バッファ・プレート)で、フィルタ14と33の間に配設されて、ケース2に固定され、フィルタ33を介して第1の部屋28と第2の部屋29を連通する通路34aを備えている。
燃料タンク5への給油時は、電磁弁4が開いていて、タンク5からの蒸発ガスは矢印Cで示すように、タンクポート3から流入し、フィルタ31、第1の部屋28、フィルタ33、緩衝板34、フィルタ14、主吸着剤室12へと流れ、吸着剤としての活性炭13に吸着される。残りの空気は第1の副室17と第2の副室18を通過して大気ポート10から大気に放出される。このとき、活性炭13に吸着しきれなかった蒸発ガスは活性炭19、20等にも吸着される。
車両運転中や燃料タンク高圧時の蒸発ガスは、矢印Dのように流れる。すなわち、第1の部屋28からフィルタ33、緩衝板34の通路34a、フィルタ33を通過して、第2の部屋29を通り、更に、フィルタ32を通過してパージポート6からパージ制御弁(VSV)7を介してエンジン8の吸気通路へ供給される。パージ制御弁7はECU9でデューティ制御される。また、いわゆるパージ時の蒸発ガスの流れは、活性炭20、19、13に吸着されていた蒸発ガスが、矢印Eに示すように大気ポートから流入する空気の流れによってパージ(離脱)されてエンジン8の吸気通路へ供給される。
密閉式燃料タンク5からの燃料濃度変化(燃料濃度の時間的変化)の大きい蒸発ガスは、第2の部屋29の活性炭30の吸着・離脱作用により、緩やかな時間的変化となる。すなわち、なまし効果が期待できるため、エンジンへのパージガスの燃料濃度変化が少なくなる。従って、エンジン空燃比の急激な変動が抑制され、エンジンの良好な運転を実現することが可能となる。なお、第1の部屋28と主吸着剤室12との間のフィルタ33、緩衝板34及びフィルタ14の総合的な通気抵抗を、離脱緩衝板34における第1と第2の部屋の間の通気抵抗、すなわちフィルタ33と通路34aの総合的な通気抵抗より大きく定めることで、タンクポート3から主吸着剤室12へ流入する蒸発ガス量を抑制して、主吸着剤室12内の活性炭の劣化を抑制することができる(請求項2)。
第2の部屋29の容積、即ち、パージ・バッファ活性炭30の容量は、燃料タンク5の容量70Lに対して約100mLが適当であるが、その半分の50mLが充分ななまし効果を得るための最低必要量である。この最低必要量は、燃料タンク容量70Lの1/1400に相当する。第2の部屋29の容積(容量)が大きいとなまし効果は良くなるが、キャニスタの形状が大きくなり車両搭載性が悪くなり、かつ、コスト高になるので、燃料タンク容量の10/1400程度までに抑えると良い(請求項3)。
吸着剤としての活性炭は、図3に示すように粒径が0.7mm乃至2.0mmの範囲に分布する破砕炭と、粒径が2.0mm乃至2.5mmの範囲に分布する造粒炭に分類される。第2の部屋29の活性炭30、主吸着剤室12の活性炭13、第1と第2の副室17、18の活性炭19、20に用いる活性炭を、全て粒径の大きい造粒炭にすれば、図4のようにキャニスタの通気抵抗が小さくなるが、図5のようにワーキングキャパシティが小さくなる。逆に、全て粒径の小さい破砕炭にすると、図4のようにキャニスタの通気抵抗は大きくなるが、図5のようにワーキングキャパシティが大きくなる(良好になる)。そこで、第2の部屋29の活性炭に粒径の小さい破砕炭を用い、他の室の活性炭13、19、20に粒径の大きい造粒炭を用いると、第2の部屋29の活性炭による吸着性能を高めて、パージガスの燃料濃度の時間的変化をより小さくして、エンジン空燃比の急激な変動を抑えることができ、エンジンのさらなる良好な運転が実現する。他の室の活性炭による通気抵抗は粒径の大きい造粒炭を用いることで小さくできるため、キャニスタ全体の通気抵抗をほとんど増加させることなく、給油時にタンクポートからキャニスタへ流入する蒸発ガスの主吸着剤室12や副室17、18の活性炭への吸着性能を向上させることができる(請求項4)。
図6は本発明の実施例2で、第2の部屋29に収納する活性炭30をフィルタ材35で包み込みパック詰めとし、他の吸着剤室の活性炭13、19、20をパック詰めにしないようにした点が前記実施例1と異なる。フィルタ材35で包みパック詰めとした活性炭30を図6に示すように組み付けるために、ケース2は、蓋2Aを最後にケース2の図示右端に熔接するなどして固着する構成にしてある(請求項5)。
この実施例2において、前記実施例1と同じ作用をする要素については前記と同一の符号を付し、その説明を省略する。また、蒸発ガスの流れを示す矢印等も、実施例1と同じであるため、図面を簡単にするために省略した。
図7、図8(a)(b)に示す実施例3は、離脱緩衝板(パージ・バッファ・プレート)34の形状、特に通路34aの形状だけが実施例1の場合と異なる。他の要素については、同じであるので、前記と同一符号を付し、その説明を省略する。この実施例3では、第1の部屋28と第2の部屋29を連通する通路34aを、車両にキャニスタ1を搭載した姿勢において、キャニスタの天地の天の側、すなわち、上部側に位置するようにすることで、タンクポート3から第1の部屋28へ流入した蒸発ガス(ベーパ)が、主吸着剤室12へ流入しにくく、第2の部屋29へ流入し易くしたものである(請求項6)。
図9〜図14は、前記実施例3のキャニスタの具体的な構造を示すもので、実施例1,2又は3と同じ作用をする要素については前記と同一の符号を付して、その説明を省略した。なお、この実施例4の各要素は、全体の構成の概略を示す実施例1〜3と比較すると、細部において、形状が異なるが、発明としての作用が同じである部分は同一符号を付している。
この実施例4においても、離脱緩衝板(パージ・バッファ・プレート)34は、フィルタ14と33の間に配設され、第1の部屋28と第2の部屋29とを連通する通路34aを備えている。この緩衝板(バッファ・プレート)34は、図10(b)と図11に示すように高さhの押さえピン34eを28本備えている。この押さえピン34eは、図9でフィルタ14を押さえる。また緩衝板34の通路34aには、第1の部屋28に開口する四角形の開口34bが15個形成され、第2の部屋29に開口する円形の穴34cが7個形成されている。また、緩衝板34の一面には、フィルタ33を保持するための4本の位置決めピン34dが突出形成されている。
なお、図9で、符号33Aで示す部材は、フィルタ33の一面(第2の部屋29の側)に重ねて配設したフィルタで、フィルタ33よりも通気抵抗が高く定められ、流れが生じたときに、ベーパをフィルタ33の中で拡散し易くするように作用する。
図12、13、14は、図9における蒸発ガス(ベーパ)の流れを示す矢印C,D及びEをそれぞれ示すもので図1における矢印C、D及びEにそれぞれ相当する。図13と14では、前記フィルタ33Aの作用で、フィルタ33内で広く拡散し、第2の部屋29内の活性炭30に、満遍無く行き届くようになる有様が理解できる。こうして、活性炭30へのベーパの吸着・離脱が効果的に行なわれる。なお、図12〜14は、ベーパの流れを矢印C,D,Eで説明するのに関連する構成要素の符号だけを記入し、関連の薄い構成要素については、図面が煩雑になるのを避けるために符号の記入を省略した。
この実施例5は請求項7に対応する。図7と図8(a)(b)において、第2の部屋29のパージポート6側に設けたフィルタ32と、第2の部屋29の主吸着剤室12側に設けたフィルタ33の単位面積当たりの通気抵抗よりも、主吸着剤室12におけるタンクポート3とパージポート6の側に設けたフィルタ14の単位面積当たりの通気抵抗を大きくしている。
給油時には、タンクで発生する大流量の燃料ベーパを含んだエアがタンクポートからキャニスタに流れ込むが、流量が多いため、フィルタ14の圧損の影響は少なく、問題なく大気ポートから排出される。従って給油時に所定の容量に給油されるまで給油ノズルのオートストップがおきることはない。
また走行中は電磁弁の開閉制御によって、大流量の燃料ベーパがキャニスタのタンクポート3に入ることはないが、フィルタ14の通気抵抗が高めに設定されている為、燃料ベーパは確実にフィルタ33からパージライン(即ち、エンジンの吸気通路)へ流入することになる。従って、主吸着剤室12の活性炭13に燃料ベーパが吸着されることはない。また、フィルタ14の通気抵抗をフィルタ33の通気抵抗より大きくすると効果が大きい。
図15、図16(a)(b)に示す実施例6は請求項8に対応する。この実施例6は、図9〜図15で説明した前記実施例4の構造と比較して、押え板14Aを追加して設けた点が異なる。図15において、フィルタ14に図示右側から押え板14Aを重ね合わせ、該押え板14Aに5個の丸い絞り穴14aを形成している。重ね合わせたフィルタ14と押え板14Aの合計の単位面積当たりの通気抵抗を第2の部屋29のパージポート6側に設けたフィルタ32と、第2の部屋29の主吸着剤室12側に設けたフィルタ33の単位面積当りの通気抵抗より大きく定めている。
なお、図15、図16(a)(b)に示す実施例6で、前記図9〜図14の実施例4と同じ作用をする要素については、同じ符号を付けてその説明を省略する。
本発明は密閉式燃料タンクを用いた内燃機関用の蒸発燃料処理装置に適用可能である。
本発明の実施例1に係る蒸発燃料処理装置の全体構成を示す図で、キャニスタは縦断平面図。 (a)は図1のA−A線断面図、(b)は同図(a)のB−B線断面視図。 破砕炭と造粒炭の粒径分布を説明する図。 使用する活性炭と通気抵抗との関係を説明する図。 使用する活性炭とワーキングキャパシティとの関係を説明する図。 本発明の実施例2に係わる蒸発燃料処理装置の全体構成の図で、図中、キャニスタは縦断平面図である。 本発明の実施例3に係わる蒸発燃料処理装置の全体構成の図で、図中、キャニスタは縦断平面図である。 (a)は図7のA−A線断面図、(b)は同図(a)のB−B線断面視図。 本発明の実施例4に係わるキャニスタの縦断平面図。 図9のキャニスタの離脱緩衝板を示す図で、(a)は図9で左方からみた図、(b)は同図(a)のA−A線断面図、(c)は同図(a)で右方からみた図、(d)は同図(c)で下方からみた図。 図9のキャニスタの離脱緩衝板の図で、図9で右方からみた図。 本発明の実施例4の蒸発ガス(ベーパ)の流れを説明する縦断平面図。 本発明の実施例4の蒸発ガス(ベーパ)の流れを説明する縦断平面図。 本発明の実施例4のパージ時の流れを説明する縦断平面図。 本発明の実施例6に係わるキャニスタの縦断平面図。 図15のキャニスタにおける離脱緩衝板と3枚のフィルタと押え板とのサブアセンブリの図で、(a)は該サブアセンブリを図15において右方から見た図、(b)は同図(a)のA−A線断面図。
符号の説明
1 キャニスタ
2 ケース
3 タンクポート
4 電磁弁
5 密閉式燃料タンク
6 パージポート
7 パージ制御弁
8 エンジン
10 大気ポート
11 仕切り板
12 主吸着剤室
13,19,20,30 活性炭
14,32,33 フィルタ
14A 押え板
14a 絞り穴
34 離脱緩衝板(パージ・バッファ・プレート)
34a 通路(ベーパ通路)
28 第1の部屋
29 第2の部屋

Claims (8)

  1. 燃料タンクの上部気室に連通するタンクポートと、機関の吸気通路に連通するパージポートと、大気に開放される大気ポートと、タンクポートから大気ポートへ流れる蒸発燃料を吸着する活性炭を収納した主吸着剤室を有するキャニスタにおいて、
    タンクポートとパージポートとの間に、これら両ポートの直接的な連通を阻止する仕切り板を設けて、前記主吸着剤室とタンクポートとの間に第1の部屋を、前記主吸着剤室とパージポートとの間に第2の部屋を形成し、前記主吸着剤室のタンクポートとパージポート側に前記第1と第2の部屋を連通する離脱緩衝板を配設し、前記第1の部屋は活性炭を収納しない気室となし、第2の部屋に活性炭を収納したことを特徴とするキャニスタ。
  2. 第1の部屋と主吸着剤室との間の通気抵抗を、離脱緩衝板における第1と第2の部屋の間の通気抵抗より大きく定めたことを特徴とする請求項1のキャニスタ。
  3. 活性炭を収納する第2の部屋の容積を燃料タンクの容量の1/1400乃至10/1400の範囲に定めたことを特徴とする請求項1又は2記載のキャニスタ。
  4. 第2の部屋に収納する活性炭を破砕炭とし、他の吸着剤室に収納する活性炭を造粒炭としたことを特徴とする請求項1、2又は3記載のキャニスタ。
  5. 第2の部屋に収納する活性炭をフィルタ材で包み込みパック詰めとし、他の吸着剤室の活性炭をパック詰めにしないことを特徴とする請求項1、2、3又は4記載のキャニスタ。
  6. 離脱緩衝板のベーパ通路の位置を、車両へのキャニスタ搭載姿勢の天地方向において上側に定めたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載のキャニスタ。
  7. 第2の部屋のパージポート側に設けたフィルタと、第2の部屋の主吸着剤室側に設けたフィルタの単位面積当たりの通気抵抗よりも、主吸着剤室におけるタンクポートとパージポートの側に設けたフィルタの単位面積当たりの通気抵抗を大きくしたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載のキャニスタ。
  8. 主吸着剤室におけるタンクポートとパージポートの側に設けたフィルタの片側、特に主吸着剤側に押え板を重ね合せ、該押え板に絞り穴を設けると共に、重ね合わせたフィルタと押え板の合計の単位面積当たりの通気抵抗を、前記第2の部屋のパージポート側に設けたフィルタと、第2の部屋の主吸着剤室側に設けたフィルタの単位面積当たりの通気抵抗より大きくしたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載のキャニスタ。
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