JP2007124885A - Motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コイルを巻線されたロータと、ロータを同軸的に内蔵する筒状のヨークと、ヨークの内周面に配設されたマグネットとを有するモータに関するものである。 The present invention relates to a motor having a rotor wound with a coil, a cylindrical yoke that coaxially houses the rotor, and a magnet disposed on an inner peripheral surface of the yoke.
従来、例えばインナロータ形式のモータにあっては、円筒状のヨークの内周面に複数のマグネットを各磁極が交互になるように周方向に並べているものがある(例えば特許文献1参照)。
上記従来構造のモータにあっては、ロータ(アーマチュア)を外囲する全周に同一円弧状断面形状のマグネットを配設するようにしており、そのために上記したように円筒状のヨークを用いている。したがって、そのような構造のモータの外形は円筒状のヨークの外形に左右される。 In the motor having the above-described conventional structure, a magnet having the same arc-shaped cross-sectional shape is arranged on the entire circumference that surrounds the rotor (armature). For this purpose, a cylindrical yoke is used as described above. Yes. Therefore, the outer shape of the motor having such a structure depends on the outer shape of the cylindrical yoke.
一方、自動車搭載機器であるパワーウィンドウモータやワイパモータやスライドドアモータ等は、車体へのレイアウト性から小型化が要求される。また、例えばパワーウィンドウモータにあっては、ロータ軸をドア(ボディ)の面に沿わせるようにモータを配設し、ウィンドウの開閉用リンク機構に連結する出力軸をロータ軸に直交させる向きに設けるなどして、ドアの厚み方向に対するコンパクト化を実現するようにしている。なお、ロータ軸と出力軸との間にはギアボックスを設け、そのギアボックスはモータと一体化されている。 On the other hand, power window motors, wiper motors, slide door motors, and the like that are mounted on automobiles are required to be miniaturized due to the layout of the vehicle body. For example, in the case of a power window motor, the motor is arranged so that the rotor shaft is along the surface of the door (body), and the output shaft connected to the window opening / closing link mechanism is oriented perpendicular to the rotor shaft. By providing it, the door is made compact in the thickness direction. A gear box is provided between the rotor shaft and the output shaft, and the gear box is integrated with the motor.
上記構造によりロータの軸線方向に対するモータの全長(軸線方向長さ)を短くすることはできるが、モータの径に影響するヨークの形状が円筒状のため、上記パワーウィンドウの例にあってはドアの厚み方向である出力軸の延在方向にはコンパクト化されない。自動車搭載機器においてより一層のコンパクト化は重要なことであり、出力軸の延在方向に対してもモータの小型化が要求されてきた。 Although the overall length of the motor (axial length) with respect to the axial direction of the rotor can be reduced by the above structure, the shape of the yoke that affects the diameter of the motor is cylindrical. It is not made compact in the extending direction of the output shaft, which is the thickness direction. Further downsizing is important in automobile-mounted equipment, and downsizing of the motor has been required in the extending direction of the output shaft.
例えばマグネットを希土類磁石とすることにより、フェライト磁石などよりも高い磁気特性を有するため同じ磁力を得るようにした場合には薄型化が期待できる。しかしながら、マグネットの薄型化による径方向の小型化の効果はそれ程大きくなく、むしろ希土類化によるコスト高が大きくなるという問題があった。 For example, by using a rare-earth magnet as the magnet, it has higher magnetic characteristics than a ferrite magnet, so that it can be expected to be thin when the same magnetic force is obtained. However, the effect of downsizing in the radial direction by reducing the thickness of the magnet is not so great. Rather, there is a problem that the cost increases due to the rare earth element.
このような課題を解決して、安価でかつ小型化が可能なモータを実現するために本発明に於いては、コイルを巻線されたロータと、前記ロータを同軸的に内蔵する筒状のヨークと、前記ヨークの内周面に配設されたマグネットとを有するモータであって、前記マグネットが、互いに同極同士を対向させて配設された一対のマグネットからなり、前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分が、前記マグネットの磁極とは相反する磁極となるように前記マグネットの内周面と略同一径の面を有するように形成されているものとした。 In order to solve such a problem and realize a motor that is inexpensive and can be reduced in size, in the present invention, a rotor wound with a coil and a cylindrical shape that coaxially houses the rotor. A motor having a yoke and a magnet disposed on an inner peripheral surface of the yoke, wherein the magnet includes a pair of magnets disposed so that the same poles face each other, and the pair of the yokes The part between the magnets is formed so as to have a surface having substantially the same diameter as the inner peripheral surface of the magnet so as to be a magnetic pole opposite to the magnetic pole of the magnet.
特に、前記ヨークの外形が、前記一対のマグネットを配設された部分よりも前記一対のマグネット間となる部分が前記ヨークの軸線に近くなるように形成されていると良い。また、前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分の内周面には磁性体が配設されていると良い。 In particular, the outer shape of the yoke is preferably formed such that a portion between the pair of magnets is closer to the axis of the yoke than a portion where the pair of magnets are disposed. Further, it is preferable that a magnetic body is disposed on an inner peripheral surface of a portion between the pair of magnets of the yoke.
また、前記一対のマグネットと前記ロータとの空隙と、前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分と前記ロータとの空隙とが略同一であると良い。また、前記一対のマグネットと前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分との前記ロータの回転方向に対応する各周方向長が略同一であると良い。また、前記一対のマグネットが希土類磁石、あるいは前記一対のマグネットがLa−Co置換フェライトマグネットであると良い。また、前記一対のマグネットの固有保持力が300kA/m以上であり、または前記一対のマグネットは、固有保持力が300kA/m以上となり得るマグネット材料からなると良い。また、前記モータが4極モータであると良い。 The gap between the pair of magnets and the rotor, and the gap between the pair of magnets of the yoke and the rotor may be substantially the same. Further, the circumferential lengths corresponding to the rotation direction of the rotor of the pair of magnets and the portion of the yoke between the pair of magnets may be substantially the same. The pair of magnets may be a rare earth magnet, or the pair of magnets may be a La-Co substituted ferrite magnet. The pair of magnets may have a specific holding force of 300 kA / m or more, or the pair of magnets may be made of a magnet material that can have a specific holding force of 300 kA / m or more. The motor may be a 4-pole motor.
さらに、前記ロータの回転力を外部負荷に伝える出力軸が前記ロータの軸に交差する向きに設けられ、前記出力軸が、前記出力軸の延在方向を前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分に合わせるように配設されていると良い。 Further, an output shaft for transmitting the rotational force of the rotor to an external load is provided in a direction intersecting with the shaft of the rotor, and the output shaft extends between the pair of magnets of the yoke in the extending direction of the output shaft. It is good to arrange so as to match the part.
このように本発明によれば、ロータを内蔵する筒状ヨークの内周面に一対の互いに同極同士を対向させたマグネットを配設し、それらマグネットの間となる部分にはマグネットを配設せずに空けて、その部分をマグネットの内周面と略同一面を形成してマグネットによる磁極とは相反する磁極となるように構成することにより、マグネットの数を減らすことができる。磁気特性が悪化しないように例えばLa−Co置換フェライトマグネットや希土類磁石を用いることにより、単価が高くなっても全体としてコストを低廉化し得る。特に、マグネットの固有保持力が300kA/m以上であると良い。 As described above, according to the present invention, a pair of magnets with the same polarity facing each other is disposed on the inner peripheral surface of the cylindrical yoke incorporating the rotor, and the magnets are disposed between the magnets. It is possible to reduce the number of magnets by forming a portion that is substantially the same surface as the inner peripheral surface of the magnet and forming a magnetic pole opposite to the magnetic pole by the magnet. By using, for example, a La—Co substituted ferrite magnet or a rare earth magnet so as not to deteriorate the magnetic characteristics, the cost can be reduced as a whole even if the unit price is increased. In particular, the intrinsic holding force of the magnet is preferably 300 kA / m or more.
特に、ヨークのマグネットを配設しない部分(マグネットによる磁極とは相反する磁極となる部分)の外形をマグネットを配設した部分よりも薄型化(小径化)できるため、モータを薄型化し得る上に、その部分ではヨークとロータとが近接配置されることから、ロータで発生する熱をヨークから放熱させやすい構造とすることができる。また、ヨークの磁極を構成する部分となる一対のマグネット間となる部分の内周面には磁性体が配設されていることにより、ヨークの磁極となる部分に磁束を集中させることができる。また、ロータに対するマグネットとの空隙とヨークのマグネットを設けない部分との空隙とを略同一とすることにより、ロータと各ヨーク側との対向部位のエアギャップを均一化させることができるため、磁束斑を減少させて、ロータの回転の安定化を図ることができる。なお、従来のヨークとして一般的な材質のものを用いてもヨークを通る磁束が弱まることがなく、上記空隙の同一化に何ら支障がない。 In particular, since the outer shape of the portion of the yoke where the magnet is not disposed (the portion that is opposite to the magnetic pole of the magnet) can be made thinner (smaller diameter) than the portion where the magnet is disposed, the motor can be made thinner. Since the yoke and the rotor are disposed close to each other at that portion, it is possible to provide a structure that easily releases heat generated by the rotor from the yoke. Further, the magnetic material is disposed on the inner peripheral surface of the portion between the pair of magnets that constitute the magnetic pole of the yoke, so that the magnetic flux can be concentrated on the portion that becomes the magnetic pole of the yoke. In addition, since the air gap between the rotor and the magnet and the portion where the magnet of the yoke is not provided are substantially the same, the air gap at the facing portion between the rotor and each yoke side can be made uniform. It is possible to reduce the spots and stabilize the rotation of the rotor. Even if a conventional yoke made of a general material is used, the magnetic flux passing through the yoke is not weakened, and there is no problem in the identification of the gap.
また、マグネットのロータの回転方向に対する周方向幅(円弧長)及びヨークのマグネット間の磁極となる部分の同じく周方向幅(円弧長)とを略同一とすることにより、周方向に磁極が交互になる同一円弧長のマグネットを並べたのと同じになり、モータの駆動制御において何ら変わることがない。また、マグネットが希土類磁石からなることにより、小型で強力な磁力が得られるため、モータの小型化に有効である。また、4極モータとすることにより、一対のマグネットが180度対向する位置に配設され、両マグネットを通る線に直交する線上にヨークの一対のマグネット間となる部分が位置するため、ヨークのマグネット間となる部分を通る方向の長さを容易に短くすることができ、その方向の小型化が可能となる。 Moreover, the magnetic poles alternate in the circumferential direction by making the circumferential width (arc length) with respect to the rotation direction of the magnet rotor substantially the same as the circumferential width (arc length) of the magnetic pole portion between the magnets of the yoke. This is the same as arranging magnets with the same arc length, and there is no change in the drive control of the motor. Further, since the magnet is made of a rare earth magnet, a small and powerful magnetic force can be obtained, which is effective for miniaturization of the motor. In addition, by using a 4-pole motor, the pair of magnets are disposed at positions facing each other by 180 degrees, and the portion between the pair of magnets of the yoke is located on a line orthogonal to the line passing through both magnets. The length in the direction passing through the portion between the magnets can be easily shortened, and the direction can be reduced in size.
さらに、出力軸をロータ軸に交差させて設けたものにおいて、出力軸の延在方向をヨークの一対のマグネット間となる部分に合わせることにより、出力軸の延在方向に対するモータの薄型化が達成でき、出力軸の延在方向の先に被駆動機構が配設されるような装置において、モータとの干渉を容易に回避することができる。 Furthermore, in the case where the output shaft is provided so as to intersect the rotor shaft, the motor is made thinner with respect to the extending direction of the output shaft by matching the extending direction of the output shaft with the portion between the pair of magnets of the yoke. In an apparatus in which the driven mechanism is disposed ahead of the extending direction of the output shaft, interference with the motor can be easily avoided.
このように、本発明によるモータはヨークの一対のマグネット間となる部分の径方向長さを短くすることができるため、例えば4極モータの場合にヨークの一対のマグネット間となる部分同士が180度対向して位置することになり、その方向に薄い扁平型のモータを形成することができる。そのような扁平型モータにあっては、例えば自動車のエンジンルーム内のような設置スペースが狭い所に配設するワイパモータや、自動車のドアのような厚みの薄い設置スペースに配設するパワーウィンドウモータ適用することにより、その効果が大となる。 Thus, since the motor according to the present invention can shorten the radial length of the portion between the pair of magnets of the yoke, for example, in the case of a four-pole motor, the portions between the pair of magnets of the yoke are 180 to each other. Therefore, a thin flat motor can be formed in that direction. In such a flat motor, for example, a wiper motor disposed in a narrow installation space such as in an automobile engine room, or a power window motor disposed in a thin installation space such as an automobile door. By applying, the effect becomes large.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1は本発明が適用された自動車用ワイパモータを示す図である。図に示されるように、モータ1とギアボックス2とが互いのケーシング同士を結合させて一体化されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing an automotive wiper motor to which the present invention is applied. As shown in the figure, the
図示例のモータ1は、4極モータであり、ケーシングを構成する有底筒状のヨーク3と、ヨーク3内に回転自在に受容されたアーマチュアとしてのロータ4とを有する。ロータ4は、ロータ軸4aと、ロータ軸4aに同軸に固設された積層電磁鋼板からなるコア4bと、コア4bに巻線されたコイル4cとにより構成されている。ロータ軸4aの軸線方向一端部は、有底筒状のヨーク3の底部の中央部分に軸受部材を介して回転可能に支持され、他端部はヨーク3の開口端からギアボックス2内に延出しかつ適所で軸支されている。
The illustrated
なお、ロータ軸4aのギアボックス2側にはコンミテータ5が固設されており、コンミテータ5に摺接するブラシ6を支持するブラシホルダ7はギアボックス2のケーシングの一部により支持されている。
A commutator 5 is fixed on the side of the
また、ロータ軸4aのギアボックス2内に突入している端部にはウォーム8が一体的に設けられ、ギアボックス2内に設けられたホイール9とウォーム8とが噛み合わされている。ホイール9にはギアボックス2の外方に突出する出力軸10が同軸に一体的に設けられており、出力軸10の外方突出端部には図示されないワイパ装置のリンク機構11の一部を構成するリンクアームと連結するためのテーパ状のセレーション部10aとリンクアームを固定するためのナットが螺合するねじ部10bが形成されている。したがって、図示例ではロータ軸4aと出力軸10とは互いに直交している。
A
本発明に基づくモータ1にあっては、図2に示されるように、ヨーク3の内周面に設けられるマグネットが互いに同極同士(図示例ではN極)を対向させて配設された一対の弧状断面形状のマグネット12により構成されている。図示例では4極モータのため、一対のマグネット12は180度対向して配設されている。それら両マグネット12の周方向長(ロータ4bの回転方向に対する長さ)は1周(360度)の約1/4である。
In the
そして、一対のマグネット12の周方向に対して互いに距離を空けた部分にはマグネットは配設されていず、ヨーク3のその部分(一対のマグネット12間となる部分)がマグネット12の磁極とは相反する磁極となる他極構成部分3aとして設けられている。他極構成部分3aも、マグネット12と同様にロータ4bの回転外周面に沿う内周面を有しかつ周方向長が1周(360度)の約1/4の円弧状に形成されている。
The magnets are not disposed in the portions spaced apart from each other in the circumferential direction of the pair of
なお、ヨーク3の一対のマグネット12を取り付ける部分は外方に膨出した形状に形成されており、その膨出部分3b内にマグネット12を取り付けるようになるため、周方向に対するマグネット12の位置決めも容易である。従来の円形ヨークの場合には周方向にマグネットが自由に移動可能になるため、ブラシとの位置関係を決めるための何らかの工夫が必要となる。それに対して、本図示例のような形状とすることによりブラシに対する位置決めは微調整のみで済むようになり、組み付け性が良い。
The portion of the
また、図示例ではヨーク3の肉厚は全周に渡って均一であり、上記他極構成部分3aの内周面は両マグネット12の内周面と共に同一円周上に延在するように形成されている。したがって、図示例のものにあっては、両マグネット12及び他極構成部分3aの内周面とロータ4bの回転外周面との空隙dは同一である。
Further, in the illustrated example, the thickness of the
このようにして構成されたモータ1にあっては、一対のマグネット12が互いに同極同士を対向させて配設されていることから、両マグネット12の中間点となる他極構成部分3aの中間点(周方向に対して)に図示例ではS極が発生する。これにより、他極構成部分3aがマグネット12とは相反する磁極を構成するマグネットを設けたことと同じに作用し、4極のマグネットを配設したモータと同じ磁気回路を構成することができる。
In the
図3に本発明に基づくモータ3の巻線図を示す。図3にあっては、コイル4cの巻線と各マグネット12及び他極構成部分3aとの関係を分かり易く図示するために展開図としている。図において1〜12の数字は、説明用にコア4bの12個のティース及びコンミテータ5のセグメントを示すためのものである。なお、ティースの数(12個)についても、モータの仕様により適宜変更可能な数である。
FIG. 3 shows a winding diagram of the
このように、他極構成部分3aがマグネット12と同様の働きをするため、上記したようにマグネットの個数を半減できる。したがって、マグネット全体のコストを低廉化し得ると共に、マグネット12を設けていない部分の薄型化により全体の小型化及び軽量化が可能となる。
Thus, since the
4極全てにマグネットを設けたものと同等のモータ特性となりかつ不可逆減磁対策を行うためには、マグネット12の厚みbを全てに設けたものに対して約2倍にすることになる。そのため、マグネット使用数は半減するが、マグネット全体の重量としては変わらないことになり、マグネットのトータルコストの低減効果が薄いことが懸念される。しかしながら、La−Co置換フェライトマグネット14のように固有保持力の高いマグネットを用いれば、ストロンチウムフェライトマグネットより、マグネット14の厚みcを薄くすることができ、図7に示すように、モータ1の左右方向の幅D、モータ部の容積を低減することができ、さらに質量やコストの低減が可能となる。
In order to achieve motor characteristics equivalent to those provided with magnets on all four poles and to take measures against irreversible demagnetization, the thickness b of the
例えは、ワイパモータやウィンドレギュレータ用モータにおいては、ストロンチウムマグネットを用いた場合にマグネット厚(図2のb)が6〜10mmであったものが、La−Co置換フェライトマグネット14を用いることでマグネット厚(図7のc)を3〜7mmとすることができる。これにより、図7に示すようにモータ1の左右方向の幅Dも従来例とほぼ同じ寸法とすることが可能である。この際、La−Co置換フェライトマグネットの固有保持力は、300kA/m以上であれば、更に望ましい。また、マグネットにあっては、その固有保持力が300kA/m以上となるものであればLa−Co置換フェライトマグネットに限られるものではなく、固有保持力が300kA/m以上となり得るマグネット材料からなるものであって良い。
For example, in the case of a wiper motor or a window regulator motor, when the strontium magnet is used, the magnet thickness (b in FIG. 2) is 6 to 10 mm, but the La-Co substituted
また、希土類磁石として例えば焼結Nd磁石を用いた場合、乗用車のパワーウィンドウモータやワイパモータの標準的な大きさのものに適用する大きさに形成すると、マグネットの製造上の制約からマグネットの厚さ(b)を薄くするのに限度があり、従来の4極全てにマグネットを設けた構造では必要以上の厚みのマグネットを使用することになる。 In addition, when a sintered Nd magnet is used as the rare earth magnet, if it is formed to a size applicable to a standard size of a power window motor or a wiper motor of a passenger car, the thickness of the magnet due to restrictions in manufacturing the magnet. There is a limit to making (b) thin, and in a conventional structure in which magnets are provided for all four poles, a magnet having a thickness greater than necessary is used.
図示例では、ロータ軸4aに直交する出力軸10aの延在方向に対するモータ1の薄型化が可能になり、比較的余裕のある図2における左右方向に対しては長くなっても問題ないため、上記マグネット12の厚さbが厚くなっても問題が生じない。また、4極全てにマグネットを設けるものでは無駄となっていた厚さが、本発明では約2倍の厚さにするため、厚さについて無駄になることがない。したがって、同じ例えば焼結Nd磁石を用いた場合、4極全てにマグネットを設ける従来型のモータに対してマグネットの質量を低減し得るため、希土類磁石を用いた場合の効果は大である。
In the illustrated example, it is possible to reduce the thickness of the
なお、4極全てにマグネットを設けた従来型モータ21の外形を図2に二点鎖線で示す。図2の従来型モータ21はマグネット12の厚さが半分の場合を示したものであり、希土類磁石を用いる場合には上記したように倍半分の関係にはならず、図の二点鎖線よりも半径方向外側に大きくなる。いずれにしても、図2に示されるように、本発明による薄型化方向の長さLは、従来型のものよりも両側でMずつ短くなり、全体で2Mの短縮化が可能となった。
The outline of the
図1に同様に従来型モータ21を二点鎖線で示す。本発明のモータ1とワイパ装置のリンク機構11との関係のままの場合には図に示されるように従来型モータ21はワイパ装置のリンク機構11と干渉してしまう。本発明によればそのような干渉を回避でき、狭い場所への設置が可能となるため、本発明によるモータ1にあっては、機器の設置スペースをできるだけ狭く設定したい自動車などの搭載機器に好適である。
Similarly to FIG. 1, a
本発明によれば、上記図示例のようにヨーク3の肉厚を全周に渡って均一にしても何ら問題がないが、より高精度な磁束の管理を必要とするようなモータを形成する場合には、マグネット12とヨーク3の他極構成部分3aとにおけるロータ4bに対する磁気特性がより高精度に同一となるように、ヨーク3の他極構成部分3aの肉厚t1を他の部分の肉厚t2に対して相対的に厚くしても良い(図4参照)。
According to the present invention, there is no problem even if the thickness of the
また、ヨーク3の肉厚は変えずに、鉄片13などの磁性体を別途用意して貼り付けるようにしても良い(図5参照)。この場合には、モータの仕様違いに応じて厚さの異なる鉄片13を取り替えることにより微調整が容易になり、柔軟な対応が可能である。
Further, a magnetic material such as the
また、マグネット12の断面形状も厚さが均一とする必要もなく、ロータ4b側とは相反する側となる背面が平坦面となるように形成しても良い(図6参照)。この場合には、周方向両端部の厚さが厚く、中央部分が一番薄くなるが、磁力の低下は無視できる程度である。このようにすることにより、ヨーク3の図2における左右方向に対する突出量を低減できるため、レイアウト性がより一層向上し得る。
Further, the cross-sectional shape of the
また、4極モータに限定されず、6極や8極等、磁極数が偶数個のモータに採用してもコストの低減効果が期待できる。 Further, the present invention is not limited to a 4-pole motor, and a cost reduction effect can be expected even if it is applied to a motor having an even number of magnetic poles, such as 6-pole or 8-pole.
本発明にかかるモータは、一方向に対する薄型化が可能になり、自動車等のできるだけ幅の狭いスペースに収める要求がある場合に有用である。 The motor according to the present invention can be thinned in one direction, and is useful when there is a demand to fit in a space as narrow as possible, such as an automobile.
1 モータ
2 ギアボックス
3 ヨーク、3a 他極構成部分
4 ロータ、4a ロータ軸、4b コア、4c コイル
12 マグネット
14 La−Co置換フェライトマグネット
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記マグネットが、互いに同極同士を対向させて配設された一対のマグネットからなり、
前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分が、前記マグネットの磁極とは相反する磁極となるように前記マグネットの内周面と略同一径の面を有するように形成されていることを特徴とするモータ。 A motor having a rotor wound with a coil, a cylindrical yoke that coaxially houses the rotor, and a magnet disposed on an inner peripheral surface of the yoke,
The magnet comprises a pair of magnets arranged with the same polarity facing each other,
A portion between the pair of magnets of the yoke is formed to have a surface having substantially the same diameter as the inner peripheral surface of the magnet so as to be a magnetic pole opposite to the magnetic pole of the magnet. Motor.
前記出力軸が、前記出力軸の延在方向を前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分に合わせるように配設されていることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれかに記載のモータ。 An output shaft that transmits the rotational force of the rotor to an external load is provided in a direction crossing the axis of the rotor,
The said output shaft is arrange | positioned so that the extension direction of the said output shaft may be match | combined with the part which becomes between the said pair of magnets of the said yoke. Motor.
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- 2006-09-26 JP JP2006260163A patent/JP2007124885A/en active Pending
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