JP2008256939A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は,定着ローラを電磁誘導加熱方式で加熱する定着装置に関し,特に,その定着ローラの端部近傍の過熱防止を図る技術に関するものである。 The present invention relates to a fixing device that heats a fixing roller by an electromagnetic induction heating method, and more particularly to a technique for preventing overheating near the end of the fixing roller.
プリンタ装置や複写機,ファクシミリ装置,これらの複合機などの画像形成装置に,定着ローラを電磁誘導によって加熱する電磁誘導加熱方式の定着装置が用いられることがある。
具体的には,磁性材料からなる中空の定着ローラの内部に電磁コイルを配置しておき,その電磁コイルに交流電流を流すことによって磁束を発生させる。これにより,定着ローラでは,電磁コイルの磁束(磁界)による電磁誘導によって渦電流(誘導電流)が発生して発熱することになる。一般に,このように構成された画像形成装置では,定着ローラの温度を検出する温度センサによる検出結果に基づいて,電磁コイルに印加する交流電流を制御することによって,定着ローラの温度制御が行われる。
An image forming apparatus such as a printer, a copying machine, a facsimile machine, or a complex machine of these may use an electromagnetic induction heating type fixing device that heats a fixing roller by electromagnetic induction.
Specifically, an electromagnetic coil is arranged inside a hollow fixing roller made of a magnetic material, and a magnetic flux is generated by passing an alternating current through the electromagnetic coil. As a result, in the fixing roller, eddy current (inductive current) is generated by electromagnetic induction due to magnetic flux (magnetic field) of the electromagnetic coil, and heat is generated. In general, in the image forming apparatus configured as described above, the temperature of the fixing roller is controlled by controlling the alternating current applied to the electromagnetic coil based on the detection result of the temperature sensor that detects the temperature of the fixing roller. .
ところで,従来から,小さいサイズの用紙を用いて印字出力を行っている場合に,用紙が通過しない定着ローラの端部近傍の非通紙領域で過熱が生じるという問題があった。そこで,例えば特許文献1では,定着ローラに整磁合金を用いることにより,その定着ローラにおける非通紙領域の過熱防止を図る構成が開示されている。ここに,整磁合金は,キュリー点に達したときに磁性が急激に低くなるという特性を有するものである。
このような構成では,定着ローラにおける非通紙領域の温度がその整磁合金のキュリー点を超えると,その非通紙領域における磁性が急激に低くなり,電磁誘導により発生する渦電流が急激に減少することになる。したがって,温度センサやサーモスタット等を用いることなく,定着ローラの非通紙領域の過熱を防止することができる。
一方,例えば特許文献2には,磁性材料からなる定着ローラの外周に,銅などの反磁性を有する金属を設ける構成が開示されている。ここに,反磁性は磁束の向きと対抗する方向に磁化される性質である。したがって,このような構成では,電磁コイルから定着ローラを通過して磁束が漏れた場合に,その漏れ磁束が反磁性の金属で打ち消されるため外部への漏れが防止される。
In such a configuration, when the temperature of the non-sheet-passing region of the fixing roller exceeds the Curie point of the magnetic shunt alloy, the magnetism in the non-sheet-passing region rapidly decreases, and the eddy current generated by electromagnetic induction rapidly increases. Will be reduced. Therefore, overheating of the non-sheet passing area of the fixing roller can be prevented without using a temperature sensor or a thermostat.
On the other hand, for example,
しかしながら,前記特許文献1,2では,定着ローラの非通紙領域の温度が上昇して該定着ローラから漏れた磁束は,そのまま外部に放出され或いは打ち消されており,その磁束のエネルギーが無駄に消費されているという問題がある。
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,定着ローラの端部近傍からの漏れ磁束のエネルギーを,該定着ローラの中央部近傍の加熱に利用することのできる定着装置又は画像形成装置を提供することにある。
However, in
Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to use the energy of leakage magnetic flux from the vicinity of the end portion of the fixing roller for heating near the center portion of the fixing roller. It is an object of the present invention to provide a fixing device or an image forming apparatus capable of performing the above.
上記目的を達成するために本発明は,キュリー点を有する磁性材料からなる被加熱部を有する定着ローラと,前記被加熱部を電磁誘導により加熱する電磁誘導加熱手段と,を備えてなる定着装置に適用されるものであって,前記定着ローラの一端部近傍又は両端部近傍において前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過した磁束により誘導起電力を発生させる一又は複数の誘導起電力発生手段と,前記誘導起電力発生手段で発生した誘導起電力により前記定着ローラの中央部近傍を加熱する一又は複数の誘導起電力加熱手段と,を備えてなることを特徴とする定着装置として構成される。
本発明の構成では,例えば前記定着ローラの端部近傍の用紙が通過しない非通紙領域の温度が前記キュリー点を超えて,該非通紙領域における前記被加熱部の磁性が急激に低くなり,前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過して磁束が漏れると,その磁束により前記誘導起電力発生手段で誘導起電力が発生し,前記誘導起電力加熱手段によって前記定着ローラの中央部近傍が加熱される。即ち,本発明によれば,前記定着ローラの端部近傍から漏れた磁束のエネルギーを,該定着ローラの中央部近傍の加熱に利用することで,エネルギー消費効率を高めることができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a fixing device comprising a fixing roller having a heated portion made of a magnetic material having a Curie point, and electromagnetic induction heating means for heating the heated portion by electromagnetic induction. One or a plurality of induced electromotive force generations that generate an induced electromotive force by a magnetic flux that has passed through the heated portion from the electromagnetic induction heating means in the vicinity of one end portion or both end portions of the fixing roller And a one or a plurality of induced electromotive force heating means for heating the vicinity of the center portion of the fixing roller by the induced electromotive force generated by the induced electromotive force generating means. Is done.
In the configuration of the present invention, for example, the temperature of the non-sheet passing region where the sheet in the vicinity of the end of the fixing roller does not pass exceeds the Curie point, and the magnetism of the heated portion in the non-sheet passing region is drastically reduced. When magnetic flux leaks from the electromagnetic induction heating means through the heated portion, an induced electromotive force is generated by the induced electromotive force generating means due to the magnetic flux, and the induction electromotive force heating means causes the vicinity of the center portion of the fixing roller. Is heated. That is, according to the present invention, the energy consumption efficiency can be improved by utilizing the energy of the magnetic flux leaking from the vicinity of the end portion of the fixing roller for heating the central portion of the fixing roller.
ここで,前記被加熱部は,キュリー点を有する磁性材料であればよいが,該磁性材料には,前記キュリー点を超えたときに磁性が急激に低くなるという特性を有する整磁合金を用いることが望ましい。
また,前記誘導起電力発生手段には,例えば電磁コイルを用いればよい。前記電磁コイルでは,前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過した磁束によって誘導起電力(誘導電流)が発生する。
一方,前記誘導起電力加熱手段は,例えば抵抗発熱体或いはハロゲンヒータ等であることが考えられる。この抵抗発熱体やハロゲンヒータ等では,前記誘導起電力によって,前記定着ローラの中央部近傍が加熱される。
Here, the heated portion may be a magnetic material having a Curie point, and a magnetic shunt alloy having a characteristic that magnetism rapidly decreases when the Curie point is exceeded is used for the magnetic material. It is desirable.
For example, an electromagnetic coil may be used as the induced electromotive force generating means. In the electromagnetic coil, an induced electromotive force (inductive current) is generated by the magnetic flux that has passed through the heated portion from the electromagnetic induction heating means.
On the other hand, the induction electromotive force heating means may be, for example, a resistance heating element or a halogen heater. In this resistance heating element, halogen heater, or the like, the vicinity of the center portion of the fixing roller is heated by the induced electromotive force.
また,本発明は,画像形成装置の発明として捉えてもよい。即ち,キュリー点を有する磁性材料からなる被加熱部を有する定着ローラと,前記被加熱部を電磁誘導により加熱する電磁誘導加熱手段とを有する定着装置を備えてなる画像形成装置であって,前記定着ローラの一端部近傍又は両端部近傍において前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過した磁束により誘導起電力を発生させる一又は複数の誘導起電力発生手段と,前記誘導起電力発生手段で発生した誘導起電力により前記定着ローラの中央部近傍を加熱する一又は複数の誘導起電力加熱手段と,を備えてなることを特徴とする画像形成装置として構成される。 Further, the present invention may be understood as an invention of an image forming apparatus. An image forming apparatus comprising a fixing roller having a heated portion made of a magnetic material having a Curie point and an electromagnetic induction heating means for heating the heated portion by electromagnetic induction, One or a plurality of induced electromotive force generating means for generating an induced electromotive force by magnetic flux that has passed through the heated portion from the electromagnetic induction heating means in the vicinity of one end or both ends of the fixing roller, and the induced electromotive force generating means One or a plurality of induced electromotive force heating means for heating the vicinity of the central portion of the fixing roller by the generated induced electromotive force is configured as an image forming apparatus.
本発明によれば,例えば前記定着ローラの端部近傍の用紙が通過しない非通紙領域の温度が前記キュリー点を超えて,該非通紙領域における前記被加熱部の磁性が急激に低くなり,前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過して磁束が漏れると,その磁束により前記誘導起電力発生手段で誘導起電力が発生し,前記誘導起電力加熱手段によって前記定着ローラの中央部近傍が加熱される。即ち,本発明によれば,前記定着ローラの端部近傍から漏れた磁束のエネルギーを,該定着ローラの中央部近傍の加熱に利用することで,エネルギー消費効率を高めることができる。 According to the present invention, for example, the temperature of the non-sheet passing region where the sheet in the vicinity of the end of the fixing roller does not pass exceeds the Curie point, and the magnetism of the heated portion in the non-sheet-passing region is rapidly reduced. When magnetic flux leaks from the electromagnetic induction heating means through the heated portion, an induced electromotive force is generated by the induced electromotive force generating means due to the magnetic flux, and the induction electromotive force heating means causes the vicinity of the center portion of the fixing roller. Is heated. That is, according to the present invention, the energy consumption efficiency can be improved by utilizing the energy of the magnetic flux leaking from the vicinity of the end portion of the fixing roller for heating the central portion of the fixing roller.
以下添付図面を参照しながら,本発明の実施の形態について説明し,本発明の理解に供する。尚,以下の実施の形態は,本発明を具体化した一例であって,本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに,図1は本発明の実施の形態に係る複写機Xの概略構成を示すブロック図,図2は本発明の実施の形態に係る定着装置5の概略構成を示す模式図,図3は本発明の実施の形態に係る定着装置5の内部構成を示す模式図,図4は本発明の実施の形態に係る定着装置5における磁束の状態を説明するための概念模式図である。
図1に示すように,本発明の実施の形態に係る複写機Xは,当該複写機Xにおいて各種の情報の表示や入力操作を行う液晶ディスプレイ,タッチパネルなどの操作表示部1と,原稿台やADF(自動搬送装置)にセットされた原稿の画像を読み取る画像読取部2と,前記画像読取部2で読み取られた原稿の画像データや,LAN等の通信網を介して接続された図外の情報処理装置から入力された原稿の画像データに対して各種の画像処理を施す画像処理部3と,感光体ドラムや帯電器,現像装置,LSUなどを有してなり,前記画像処理部3から入力された原稿の画像データに基づいて用紙にトナー像(現像剤)を形成する画像形成部4と,前記画像形成部4によって用紙に形成されたトナー像をその用紙に溶融定着させる定着装置5と,CPU及びROM,RAM等の周辺装置からなり前記ROMに格納された所定のプログラムに従った処理を実行することにより当該複写機Xを統括的に制御する制御部6と,を備えて概略構成されている。
また,前記複写機Xは,一般的な電子写真方式の複写機が有する各種の構成要素を有しているが,ここでは説明を省略する。なお,前記複写機Xは,本発明に係る画像形成装置の一例に過ぎず,例えばプリンタ装置やファクシミリ装置,複合機なども本発明に係る画像形成装置に該当する。本発明の実施の形態に係る前記複写機Xは,前記定着装置5に関する構成に特徴を有しており,以下,この点について詳説する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that the present invention can be understood. The following embodiment is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a copying machine X according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
As shown in FIG. 1, a copying machine X according to an embodiment of the present invention includes an
Further, the copying machine X has various components that a general electrophotographic copying machine has, but the description thereof is omitted here. The copying machine X is merely an example of an image forming apparatus according to the present invention. For example, a printer apparatus, a facsimile apparatus, a multifunction peripheral, and the like correspond to the image forming apparatus according to the present invention. The copying machine X according to the embodiment of the present invention is characterized by the configuration relating to the
まず,図2の模式図を用いて,前記定着装置5の概略構成について説明する。ここに,図2(a)は前記定着装置5を側方から見た図,図2(b)は前記定着装置5を上方から見た図である。
図2に示すように,前記定着装置5は,図外の前記画像形成部4においてトナー像が付着されたA3〜A5などの各種のサイズの用紙にそのトナー像を溶融定着させる定着ローラ51と,前記定着ローラ51と共に用紙を圧接しながら回転駆動する加圧ローラ51aと,前記定着ローラ51の内部に設けられて該定着ローラ51を電磁誘導によって加熱する電磁誘導加熱方式の加熱ヒータ52(電磁誘導加熱手段の一例)と,前記定着ローラ51の中央部近傍に配置されたサーミスタ等の中央部温度センサ53と,後述する電磁コイル71,72(誘導起電力発生手段の一例)と,を備えて概略構成されている。
前記中央部温度センサ53は,前記定着ローラ51の中央部近傍の温度を検出し,その検出結果を前記制御部6に入力するものである。前記制御部6では,前記中央部温度センサ53から入力された検出温度に基づいて,前記定着ローラ51の温度が予め設定された定着温度(例えば,200℃程度)となるように前記加熱ヒータ52の駆動制御が行われる。なお,このような前記定着ローラ51の温度制御については従来装置と異なるところがないためここでは説明を省略する。
First, the schematic configuration of the
As shown in FIG. 2, the
The
次に,図3を用いて,前記定着装置5の詳細について説明する。ここに,図3(a)は前記加熱ヒータ52の縦断面図,図3(b)は図3(a)におけるA−A断面矢視図である。
図3に示すように,前記定着ローラ51は,中空円筒状に形成されており,キュリー点(例えば220℃程度)を有する整磁合金(磁性材料の一例)で形成された被加熱部511を有している。前記整磁合金は,例えば鉄,ニッケル,クロムなどの合金であることが考えられる。前述したように,整磁合金は,温度がキュリー点に達すると急激に磁性が低下する特性を有している。なお,整磁合金に限られず,キュリー点を有する他の磁性材料を用いてもかまわない。
前記定着装置5では,例えば前記定着ローラ51の最大通紙幅よりもサイズが小さい用紙を用いて印字出力が行われ,前記定着ローラ51の端部近傍の非通紙領域の温度が上昇してキュリー点を超えると,その非通紙領域における磁性が急激に低くなり,電磁誘導により発生する渦電流が急激に減少することになる。これにより,前記定着ローラ51の端部近傍の温度を検出する温度センサ等を用いることなく,その端部近傍の過熱を防止して安全性を確保することができる。
Next, the details of the
As shown in FIG. 3, the fixing
In the
一方,前記加熱ヒータ52は,複数の鉄心81に順に巻き付けられた電磁コイル82や,該電磁コイル82に交流電流を印加する駆動回路83(図4参照)などを備えている。
前記加熱ヒータ52は,前記駆動回路83(図4参照)から前記電磁コイル82に交流電流を印加することにより,前記電磁コイル82で磁束(磁界)を発生させ,前記定着ローラ51の被加熱部511に対して,電磁誘導による渦電流(誘導電流)を発生させることにより該被加熱部511を加熱するものである。なお,前記定着ローラ51は,不図示の駆動手段によって回転駆動されることにより,前記加熱ヒータ52によって全周が均一に加熱される。
On the other hand, the
The
また,前記定着装置5には,図3に示すように,前記定着ローラ51の外周に,前記定着ローラ51の両端部近傍において前記電磁コイル82から前記被加熱部511を通過した磁束により誘導起電力を発生させる電磁コイル71,72と,前記電磁コイル71,72と直列に接続された抵抗発熱体73とが設けられている。ここで,前記電磁コイル71,72は直列及び並列のいずれの接続方法であってもよい。また,前記電磁コイル71,72を,別々の抵抗発熱体73に接続することも他の実施例として考えられる。なお,図3では,前記電磁コイル71,72が空芯で巻かれた状態を示しているが,鉄心などの磁性体に巻かれていても良い。
前記抵抗発熱体73は,前記定着ローラ51の中央部近傍に配置されており,前記電磁コイル71,72で発生した誘導起電力によって発熱することにより該定着ローラ51の中央部近傍を加熱する誘導起電力加熱手段の一例である。前記抵抗発熱体73に換えて,ハロゲンヒータなどの加熱手段を用いてもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the fixing
The
前記電磁コイル71,72は,前記加熱ヒータ52内の鉄心81の位置に対応して設けられている。なお,図3では,三組の前記電磁コイル71,72が設けられた構成を例に示しているが,該電磁コイル71,72は,少なくとも一組以上であればよい。また,前記定着ローラ51を通過する用紙が,該定着ローラ51のいずれか一方の端部に沿って通過する方式の画像形成装置では,その一端部近傍に電磁コイルを設ければよい。
このように構成された前記定着装置5では,前記定着ローラ51の端部近傍から磁束が漏れた場合,前記電磁コイル71,72では,その漏れ磁束によって誘導起電力(誘導電流)が発生する。
The electromagnetic coils 71 and 72 are provided corresponding to the position of the
In the
以下,図4を用いて,前記定着装置5における磁束の状態について説明する。ここに,図4(a)は前記定着ローラ51の両端部近傍の温度がキュリー点よりも低い場合,図4(b)は前記定着ローラ51の両端部近傍の温度がキュリー点に達した場合における磁束を示す概念模式図である。
まず,前記定着ローラ51の端部近傍の温度がキュリー点よりも低い状態では,図4(a)に示すように,前記電磁コイル82で発生した磁束(図示の矢印参照)によって前記定着ローラ51の被加熱部511全体において電磁誘導による渦電流(誘導電流)が流れることになり,該被加熱部511全体が加熱される。
しかし,前記定着ローラ51の長手方向の幅,即ち最大通紙サイズよりも小さい用紙を用いて印字処理が繰り返し実行されると,その用紙が通過しない前記定着ローラ51の両端部近傍の非通紙領域Rの温度が中央部近傍の温度よりも上昇することになる。
ここで,前記複写機Xでは,前記中央部温度センサ53によって検出される前記定着ローラ51の中央部近傍の温度が予め設定された定着温度(例えば200℃程度)になるように前記加熱ヒータ52の駆動が制御されるため,前記定着ローラ51の端部近傍の非通紙領域Rの温度だけが上昇し続けることになる。
Hereinafter, the state of magnetic flux in the
First, when the temperature near the end of the fixing
However, when the printing process is repeatedly performed using a sheet having a width smaller than the maximum sheet passing size of the fixing
Here, in the copying machine X, the
その後,前記定着ローラ51の両端部近傍の非通紙領域Rの温度が上昇して,該非通紙領域Rにおける前記被加熱部511の温度がキュリー点(例えば220℃程度)に達すると,前記非通紙領域Rにおける前記被加熱部511の磁性が急激に低下することになる。
そして,図4(b)に示すように,前記電磁コイル82からの磁束(図示する矢印参照)は外部に漏れる。したがって,前記非通紙領域Rにおける前記被加熱部511で電磁誘導により発生する渦電流が急激に減少することになり,前記非通紙領域Rのそれ以上の温度上昇は防止される。このように,前記定着装置5では,前記被加熱部511にキュリー点を有する磁性材料として整磁合金を用いることにより,該被加熱部511のキュリー点以上の過熱を防止している。
Thereafter, when the temperature of the non-sheet passing region R in the vicinity of both ends of the fixing
And as shown in FIG.4 (b), the magnetic flux (refer arrow to illustrate) from the said
一方,図4(b)に示すように,前記定着ローラ51の両端部近傍の非通紙領域Rにおいて,前記加熱ヒータ52の電磁コイル82から前記被加熱部511を通過して外部に漏れた磁束は,前記電磁コイル71,72に作用する。
これにより,前記電磁コイル71,72では,前記被加熱部511から漏れた磁束によって誘導起電力(誘導電流)が発生する。そして,前記電磁コイル71,72で発生した誘導起電力は,前記抵抗発熱体73に流れる。
したがって,前記抵抗発熱体73は,前記電磁コイル71,72で発生した誘導起電力によって発熱し,前記定着ローラ51の中央部近傍の前記被加熱部511が加熱される。
On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the non-sheet passing region R in the vicinity of both end portions of the fixing
Thereby, in the
Therefore, the
以上,説明したように,前記定着装置5では,従来無駄に消費されていた前記定着ローラ51の端部近傍からの漏れ磁束のエネルギーを,前記定着ローラ51の中央部近傍を補助加熱する抵抗発熱体73に利用することにより,前記定着ローラ51の中央部近傍の温度を予め設定された定着温度に制御するために必要なエネルギーを省減することができる。具体的には,前記加熱ヒータ52の動作負荷を軽減することができる。
なお,本実施の形態では,前記電磁コイル82が,前記定着ローラ51の円周方向と同じ方向に巻かれたものである場合を例に挙げて説明したが,前記電磁コイル82が,前記定着ローラ51の長手方向に巻かれた構成にも同様に適用することが可能である。
As described above, in the
In the present embodiment, the case where the
1…操作表示部
2…画像読取部
3…画像処理部
4…画像形成部
5…定着装置
6…制御部
50…用紙搬送路
51…定着ローラ
511…被加熱部
52…加熱ヒータ
53…中央部温度センサ
71,72…電磁コイル(誘導起電力発生手段の一例)
73…抵抗発熱体(誘導起電力加熱手段の一例)
81…鉄心
82…電磁コイル
83…駆動回路
DESCRIPTION OF
73 ... Resistance heating element (an example of induction electromotive force heating means)
81 ...
Claims (5)
前記定着ローラの一端部近傍又は両端部近傍において前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過した磁束により誘導起電力を発生させる一又は複数の誘導起電力発生手段と,
前記誘導起電力発生手段で発生した誘導起電力により前記定着ローラの中央部近傍を加熱する一又は複数の誘導起電力加熱手段と,
を備えてなることを特徴とする定着装置。 A fixing device comprising: a fixing roller having a heated portion made of a magnetic material having a Curie point; and electromagnetic induction heating means for heating the heated portion by electromagnetic induction,
One or a plurality of induced electromotive force generating means for generating an induced electromotive force by magnetic flux that has passed through the heated portion from the electromagnetic induction heating means in the vicinity of one end portion or both end portions of the fixing roller;
One or more induced electromotive force heating means for heating the vicinity of the center portion of the fixing roller by the induced electromotive force generated by the induced electromotive force generating means;
A fixing device comprising:
前記定着ローラの一端部近傍又は両端部近傍において前記電磁誘導加熱手段から前記被加熱部を通過した磁束により誘導起電力を発生させる一又は複数の誘導起電力発生手段と,
前記誘導起電力発生手段で発生した誘導起電力により前記定着ローラの中央部近傍を加熱する一又は複数の誘導起電力加熱手段と,
を備えてなることを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus comprising: a fixing roller having a heated portion made of a magnetic material having a Curie point; and a fixing device having electromagnetic induction heating means for heating the heated portion by electromagnetic induction,
One or a plurality of induced electromotive force generating means for generating an induced electromotive force by magnetic flux that has passed through the heated portion from the electromagnetic induction heating means in the vicinity of one end portion or both end portions of the fixing roller;
One or more induced electromotive force heating means for heating the vicinity of the center portion of the fixing roller by the induced electromotive force generated by the induced electromotive force generating means;
An image forming apparatus comprising:
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JP4369495B2 (en) | 2009-11-18 |
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