JP2013019358A - Variable valve device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、エンジンの吸気バルブ等を開閉駆動するための可変動弁装置に関する。 The present invention relates to a variable valve operating apparatus for opening and closing an intake valve or the like of an engine.
吸気バルブあるいは排気バルブの開閉時期をエンジンの運転状況等に応じて変化させることが可能な可変動弁装置が知られている。例えば特許文献1,2に開示されているように、クランクシャフトと同期して回転するスプロケットに対して、カムシャフトの回転の位相を変化させることができるように構成された可変動弁装置が公知である。この種の可変動弁装置では、アクチュエータによってカムシャフトの位相を変化させることにより、吸気バルブの開閉時期を進角側あるいは遅角側に変化させることができるようになっている。アクチュエータとしては、油圧式あるいは電動式のものが知られている。
2. Description of the Related Art A variable valve gear that can change the opening / closing timing of an intake valve or an exhaust valve in accordance with the operating state of an engine is known. For example, as disclosed in
また、各気筒(シリンダ)ごとに複数の吸気バルブを有するエンジンにおいて、各気筒ごとに吸気バルブどうしの位相を互いに変化させることが可能な可変動弁装置も提案されている。この種の可変動弁装置では、カムシャフトに対して複数の吸気バルブ用のカムの位相を互いに独立して変化させることができるように構成されている。このため一方のカムの位相を変化させるための第1のアクチュエータと、他方のカムの位相を変化させるための第2のアクチュエータが使われるのが通例である。 In addition, in an engine having a plurality of intake valves for each cylinder (cylinder), there has also been proposed a variable valve apparatus capable of changing the phases of the intake valves for each cylinder. This type of variable valve operating apparatus is configured such that the phases of the plurality of intake valve cams can be changed independently of each other with respect to the camshaft. For this reason, a first actuator for changing the phase of one cam and a second actuator for changing the phase of the other cam are usually used.
前記したように1つの気筒あたりに複数の吸気バルブを備えた可変動弁装置において、一方の吸気バルブ用のカムと他方の吸気バルブ用のカムがそれぞれ別々のアクチュエータによって独立して駆動される構造であると、動弁装置が大形化する原因となり、また、各バルブの位相を同時に変化させるときに大きな駆動エネルギーを必要とすることがある。特に、進角側と遅角側とで位相変化に差をもたせたい場合に、必ずしも全てのカムの位相を変える必要がないこともありえる。そのような場合に、従来の可変動弁装置では各カムの動きを必要最小限に抑える上で改善の余地があった。 As described above, in the variable valve operating apparatus having a plurality of intake valves per cylinder, a structure in which one intake valve cam and the other intake valve cam are independently driven by separate actuators. If this is the case, the valve operating apparatus will be increased in size, and a large drive energy may be required when the phases of the valves are changed simultaneously. In particular, when it is desired to make a difference in phase change between the advance side and the retard side, it is not always necessary to change the phase of all the cams. In such a case, the conventional variable valve operating apparatus has room for improvement in minimizing the movement of each cam.
従ってこの発明は、1気筒あたりに少なくとも2つの吸気バルブを有するエンジンにおいて、各バルブの開閉時期をエンジンの運転状況に応じて好ましい状態にすることができる可変動弁装置を提供することにある。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a variable valve operating apparatus capable of setting the opening / closing timing of each valve in a preferable state in accordance with the operating state of the engine in an engine having at least two intake valves per cylinder.
本発明の可変動弁装置は、エンジンのクランクシャフトと同期して回転する駆動側回転体と、第1のバルブを駆動するための第1のカムを含む第1の被動側回転体と、第2のバルブを駆動するための第2のカムを含む第2の被動側回転体と、前記駆動側回転体に対して前記第1および第2の被動側回転体を進角側または遅角側に所定の位相可変範囲内で変化させるアクチュエータ部と、制御手段とを有している。この制御手段は、前記位相可変範囲のうち中間位置を境として一方側の位相可変領域では前記第1のカムと第2のカムの位相を同時に変化させるよう前記アクチュエータ部を駆動し、他方側の位相可変領域では前記第1のカムと第2のカムのうちの一方の位相のみを変化させるよう前記アクチュエータ部を駆動し、かつ、前記一方側の位相可変領域と他方側の位相可変領域の大きさを互いに異ならせるものである。 A variable valve operating apparatus according to the present invention includes a driving side rotating body that rotates in synchronization with a crankshaft of an engine, a first driven side rotating body that includes a first cam for driving the first valve, A second driven rotary body including a second cam for driving the two valves, and the first and second driven rotary bodies are advanced or retarded with respect to the drive rotary body And an actuator section that changes within a predetermined phase variable range, and a control means. The control means drives the actuator unit so as to simultaneously change the phase of the first cam and the second cam in the phase variable region on one side with respect to the intermediate position in the phase variable range, In the phase variable region, the actuator unit is driven to change only one phase of the first cam and the second cam, and the size of the phase variable region on the one side and the phase variable region on the other side is increased. It makes things different from each other.
前記第1および第2のカムの一例は、1つの気筒に設けられた第1および第2の吸気バルブを駆動するためのものであり、前記制御手段は、前記位相可変範囲のうち進角側の位相可変領域では前記第1のカムと第2のカムの位相を同時に変化させ、前記位相可変範囲のうち遅角側の位相可変領域では前記第1のカムと第2のカムのうち一方の位相を変化させるようにしている。さらに、前記進角側の位相可変領域よりも前記遅角側の位相可変領域の方が大きくしてもよい。 An example of the first and second cams is for driving the first and second intake valves provided in one cylinder, and the control means is an advance side of the phase variable range. In the phase variable region, the phases of the first cam and the second cam are simultaneously changed. In the phase variable region on the retard side of the phase variable range, one of the first cam and the second cam is changed. The phase is changed. Further, the phase variable region on the retard angle side may be made larger than the phase variable region on the advance angle side.
本発明によれば、各気筒ごとに少なくとも2つの吸気バルブのためのカムを有する可変動弁装置において、1つのアクチュエータ部によって、各カムを進角側に移動させる場合と遅角側に移動させる場合とで位相変化に差をもたせることができ、エンジンの運転状況等に応じた進角あるいは遅角操作を行なうことができる。 According to the present invention, in the variable valve operating apparatus having at least two cams for the intake valves for each cylinder, each actuator is moved to the advance side and the retard side by one actuator unit. It is possible to make a difference in the phase change depending on the case, and advance or retard operation can be performed according to the operating condition of the engine.
以下に本発明の1つの実施形態に係る可変動弁装置について、図1から図10を参照して説明する。
図1は、エンジンのシリンダヘッド10に設けられた可変動弁装置11を模式的に示している。この可変動弁装置11は、後に説明する組立カムシャフト12と、油圧式のアクチュエータ部13とを有している。このエンジンは、各気筒(シリンダ)ごとに少なくとも2つの吸気バルブ15,16と排気バルブ(図示せず)とを有している。例えば吸気バルブ15,16は、図1に示す可変動弁装置11によって開閉駆動される。
Hereinafter, a variable valve operating apparatus according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 schematically shows a
組立カムシャフト12は、アウタシャフト21およびインナシャフト22からなる二重構造のシャフト部材20と、シャフト部材20に組付けられた第1および第2のカム25,26とを含んでいる。アウタシャフト21はパイプ状をなし、このアウタシャフト21内にインナシャフト22が回転可能に設けられている。
The assembly cam shaft 12 includes a double-structured
シャフト部材20は長手方向に延びる軸線X1を有している。インナシャフト22は、アウタシャフト21に対して軸線X1まわりに回動(相対回転)可能である。アウタシャフト21は、シリンダヘッド10に設けられた軸受部30,31,32等によって、回転自在に支持されている。アウタシャフト21の一方の端部(アクチュエータ部13側)にフランジ部21aが設けられている。
The
第1のカム25はアウタシャフト21に固定され、第1のカム25とアウタシャフト21とが一体に回転するようになっている。第1のカム25の外周には、第1の吸気バルブ15を開閉駆動するためのカムプロフィルを有するカム面25aが形成されている。
The
第2のカム26は、アウタシャフト21に対して軸線X1まわりに回動可能である。第2のカム26は連結部材35によってインナシャフト22に固定され、第2のカム26とインナシャフト22とが一体に回転するようになっている。連結部材35はインナシャフト22に固定され、アウタシャフト21に形成された開口部36からアウタシャフト21の径方向に突出している。第2のカム26の外周には、第2の吸気バルブ16を開閉駆動するためのカムプロフィルを有するカム面26aが形成されている。第2のカム26は軸線X1方向に延びる筒部26bを有し、筒部26bの端部にカムローブ26cが形成されている。
The second cam 26 can rotate around the axis X <b> 1 with respect to the
図2は、アクチュエータ部13をシャフト部材20の軸線X1と直角な方向に切断して模式的に示した断面図である。このアクチュエータ部13は、エンジンのクランクシャフト39(図1に示す)によって回転駆動されるスプロケット40と、スプロケット40に設けられたハウジング41と、ハウジング41の内部に収容されたロータ42などを備えている。スプロケット40は、チェーンあるいはタイミングベルト等の動力伝達部材45(図1に示す)によって、クランクシャフト39と同期して回転する。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the
ハウジング41の内部には、ロータ42によって、複数の進角ベーン室50と、複数の遅角ベーン室51とが形成されている。進角ベーン室50と遅角ベーン室51とは、それぞれ、遅角油路52と進角油路53を介して、油圧ユニット60に接続されている。油圧ユニット60はECU(electronic control unit)等の制御部61によって制御され、エンジンの運転状況等に応じて遅角油路52と進角油路53に油圧を供給することができるようになっている。
Inside the
例えば、油圧ユニット60によって発生させた油圧が遅角油路52から遅角ベーン室51に供給されると、ロータ42がハウジング41に対して遅角側に回動する。また、油圧が進角油路53から進角ベーン室50に供給されると、ロータ42がハウジング41に対して進角側に回動する。
For example, when the hydraulic pressure generated by the
ハウジング41はスプロケット40に固定されている。このためハウジング41はスプロケット40と一体に回転する。ロータ42は、インナシャフト22にボルト55によって固定されている。このためロータ42はインナシャフト22と一体に回転する。ロータ42がハウジング41に対して遅角側あるいは進角側に回動すると、アウタシャフト21とインナシャフト22の位相(軸線X1まわりの相対位置)が変化し、その結果、カム25,26の位相が変化することになる。
The
ロータ42に組込まれたロックピン56は、例えばエンジンの始動時あるいは低回転時等のようにロータ42が最遅角と最進角との間となる中間位置、すなわち初期位置にあるときに、スプロケット40側のピン嵌合孔57に嵌合することにより、ロックピン56を介してスプロケット40とロータ42とが互いに固定されるようになっている。
When the
前記スプロケット40とハウジング41などによって、クランクシャフト39によって駆動される駆動側回転体70が構成されている。駆動側回転体70の構成要素であるスプロケット40は、動力伝達部材45を介してクランクシャフト39と同期して回転する。よって、駆動側回転体70の位相はクランクシャフト39の位相と対応している。
The
一方、アウタシャフト21と、第1のカム25などによって、第1の被動側回転体71が構成されている。第1のカム25はアウタシャフト21に固定されているため、第1のカム25とアウタシャフト21は軸線X1まわりに一体に回転する。アウタシャフト21の端部に設けられたフランジ部21aは、スプロケット40に対して軸線X1まわりに相対回転可能である。
On the other hand, the outer driven
インナシャフト22と、第2のカム26と、連結部材35と、ロータ42などによって、第2の被動側回転体72が構成されている。すなわち、第2の被動側回転体72の構成要素であるインナシャフト22と第2のカム26とロータ42とは、互いに軸線X1まわりに一体に回転する。
The
これら第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72とは、油圧ユニット60から供給される油圧によって、駆動側回転体70に対して軸線X1まわりの位相(進角あるいは遅角)を変化させることが可能である。すなわち油圧ユニット60と制御部61とは、駆動側回転体70に対して第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72の位相を変化させるための制御手段の一例を構成している。
The first driven-
この可変動弁装置11は、第1の位相可変モードと第2の位相可変モードとを切換えるための切換機構80を備えている。ここで第1の位相可変モードとは、駆動側回転体70に対して第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72とが同時に位相が変化するモードである。第2の位相可変モードとは、駆動側回転体70に対して第2の被動側回転体72のみの位相が変化するモードである。
The
切換機構80は切換部材81を有している。切換部材81の一例は、シャフト部材20の軸線X1方向に移動可能な円柱形のピンである。この切換部材81は、スプロケット40に形成された第1の孔82と、アウタシャフト21のフランジ部21aに形成された第2の孔83と、第2のカム26のカムローブ26cに形成された第3の孔84とにわたって軸線X1と平行な方向に移動可能に挿入され、油圧ユニット60から遅角油路52または進角油路53に供給される油圧に応じて、軸線X1方向に移動するようになっている。
The
図3は、切換部材81が第1の位置に移動した状態(第1の位相可変モード)を示している。切換部材81が第1の位置(第1の位相可変モード)にあるとき、切換部材81がアウタシャフト21の孔83と第2のカム26の孔84に嵌合するとともに、スプロケット40の孔82から抜け出る。これにより、アウタシャフト21と第2のカム26とが互いに結合されるとともに、アウタシャフト21と第2のカム26がスプロケット40から切離された状態となる。このため、アウタシャフト21に固定されている第1のカム25と、第2のカム26とが、互いに一体となって軸線X1まわりに回動可能となる。
FIG. 3 shows a state where the switching
図4は、切換部材81が第2の位置に移動した状態(第2の位相可変モード)を示している。切換部材81が第2の位置(第2の位相可変モード)にあるとき、切換部材81がスプロケット40の孔82とアウタシャフト21の孔83に嵌合するとともに、第2のカム26の孔84から抜け出る。これにより、スプロケット40とアウタシャフト21とが互いに結合されるとともに、アウタシャフト21に対して第2のカム26が切離されるため、第2のカム26が軸線X1まわりに回動可能となる。
FIG. 4 shows a state where the switching
図5から図9は、第1および第2の被動側回転体71,72の動作を説明するための模式図である。これらの図はアクチュエータ部13の動作をわかりやすく説明するために便宜的に表した模式図であるから、図1から図4に示したアクチュエータ部13とは形状やレイアウトが異なっている。
FIGS. 5 to 9 are schematic views for explaining the operation of the first and second driven-side
図5は、図1に対応する模式図であって、アクチュエータ部13の初期モード、すなわち最遅角と最進角との間の中間位置となる初期位置を示している。初期モードでは、切換部材81がスプロケット40の孔82とアウタシャフト21の孔83に嵌合している。初期モードの一例はエンジンの始動時あるいは低回転時(アイドリング時)であり、油圧が上昇していないため、ロックピン56がスプロケット40のピン嵌合孔57に嵌合している。このため初期モードでは、駆動側回転体70に対して第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72がロックされた状態となり、第1のカム25と第2のカム26の位相変化は生じることなく前記初期位置(イニシャル)のままである。
FIG. 5 is a schematic diagram corresponding to FIG. 1 and shows an initial mode of the
図6と図7は、それぞれ図3に対応する模式図であって、アクチュエータ部13の第1の位相可変モードを示している。第1の位相可変モードでは、図6に示すように進角油路53から供給される油圧によって切換部材81がスプロケット40の孔82から抜け出るとともに、切換部材81がアウタシャフト21の孔83と第2のカム26の孔84に嵌合する。これにより、第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72とが互いに結合されるとともに、駆動側回転体70に対して第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72が切離された状態となる。このため第1のカム25と第2のカム26とが一体となって回動できるようになる。
FIGS. 6 and 7 are schematic views corresponding to FIG. 3, respectively, and show the first phase variable mode of the
この第1の位相可変モードでは、図7に示すように進角油路53に油圧が供給されると、第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72とが、同時に、駆動側回転体70に対して位相可変領域T1内で進角側に回動することにより、第1のカム25と第2のカム26とが進角側に移動する。
In this first phase variable mode, when hydraulic pressure is supplied to the
図8と図9は、それぞれ図4に対応する模式図であって、アクチュエータ部13の第2の位相可変モードを示している。第2の位相可変モードでは、図8に示すように遅角油路52から供給される油圧によって切換部材81がロータ42の孔84から抜け出るとともに、切換部材81がスプロケット40の孔82に嵌合する。これにより、駆動側回転体70と第1の被動側回転体71とが互いに結合されるとともに、第2の被動側回転体72が、第1の被動側回転体71から切離された状態となる。このため第2の被動側回転体72のみが、駆動側回転体70に対して回動可能となる。
FIGS. 8 and 9 are schematic diagrams corresponding to FIG. 4, respectively, and show the second phase variable mode of the
この第2の位相可変モードでは、図9に示すように遅角油路52に油圧が供給されると、第1の被動側回転体71が初期位置(最遅角と最進角との間となる中間位置)に止まったまま、第2の被動側回転体72のみが、駆動側回転体70に対して位相可変領域T2内で遅角側に回動することにより、第2のカム26のみが遅角側に移動する。
In this second variable phase mode, as shown in FIG. 9, when hydraulic pressure is supplied to the
図10は、前記実施形態の可変動弁装置11の第1および第2のバルブ15,16のリフト量(開閉時期)とクランク角との関係を示している。前記したようにスプロケット40とハウジングに41とを含む駆動側回転体70に対して、第1のカム25と第2のカム26が進角側の位相可変領域T1で移動する。また遅角側には、第2のカム26のみが遅角側の位相可変領域T2で移動する。よって、トータルとしての位相可変範囲Sは、進角側の位相可変領域T1と遅角側の位相可変領域T2とを合わせた量となる。進角側の位相可変領域T1と前記遅角側の位相可変領域T2とは、前記初期位置を境に互いに隣接して設定されている。
FIG. 10 shows the relationship between the lift amount (opening / closing timing) of the first and
遅角側の位相可変領域T2は、進角側の位相可変領域T1よりも大きい。一例として、進角側の位相可変領域T1はクランク角35°相当であるのに対し、遅角側の位相可変領域T2がクランク角45°相当となるように、位相可変範囲S(クランク角80°相当)で、前記初期位置を境として進角側と遅角側とで可変範囲の配分比率が設定されている。 The retarded phase variable region T2 is larger than the advanced phase variable region T1. As an example, the phase variable region T1 (crank angle 80) is set so that the phase variable region T1 on the advance side corresponds to a crank angle of 35 °, whereas the phase variable region T2 on the retard side corresponds to 45 ° of the crank angle. The distribution ratio of the variable range is set between the advance side and the retard side with the initial position as a boundary.
こうすることにより、限られた位相可変範囲S内で、遅角側の位相可変領域T2をなるべく大きくとることが可能となり、第2のカム26によって駆動される第2の吸気バルブ16の閉弁時期の遅延を大きくとることができる。この場合、例えばポンプロスを小さくすることができるとともに燃費向上を図ることが可能である。この例では遅角側の位相可変領域T2が進角側の位相可変領域T1よりも大きくなるため、遅角駆動時には進角駆動時よりも多くの油圧が必要となるが、遅角駆動時にアクチュエータ部13は第2の被動側回転体72(第2のカム26)のみを移動させればよいため、油圧の低下を抑制でき応答性を確保することができる。
By doing so, it is possible to make the retarded phase variable region T2 as large as possible within the limited phase variable range S, and the second intake valve 16 driven by the second cam 26 is closed. The time delay can be greatly increased. In this case, for example, it is possible to reduce pump loss and improve fuel efficiency. In this example, the retarded phase variable region T2 is larger than the advanced phase variable region T1, so that more hydraulic pressure is required during retarded driving than during advanced drive. Since the
また、例えばエンジンの性能を重視する時などには、第1の位相可変モードによって、第1のカム25と第2のカム26とを同時に進角側に移動させることにより、エンジン出力に対応することができる。一方、燃費を重視する時には、第2の位相可変モードによって、第2のカム26のみを遅角側に位相変化させるといった制御を制御部61によって行なうことができる。
For example, when emphasizing engine performance, the
なお、図10に2点鎖線Zで示すように、第1のカム25と第2のカム26の閉弁時期をずらすように各カム25,26のカムプロフィルを互いに異ならせてもよい。こうすることにより、内部EGR(internal exhaust gas recirculation)の取込み時に吸気管へのEGR逆流が均一化するとともに、閉弁時には気筒内で均一化されたガスが片方の吸気バルブから押出されるため、気筒内に排気によるスワールを生成することができ、混合が良くなって燃焼を良化することが可能である。
As indicated by a two-dot chain line Z in FIG. 10, the cam profiles of the
また、他の実施形態として、第1および第2のカム25,26のカムプロフィルの位相を初期位置からずらしてあってもよい。ずらす方向は進角側あるいは遅角側のいずれかである。この場合も前記実施形態と同様に、進角側の位相可変領域T1内で第1のカム25と第2のカム26が同時に同一位相量だけ移動する。遅角側の位相可変領域T2内では、第2のカム26のみが移動する。遅角側の位相可変領域T2は進角側の位相可変領域T1よりも大きくしている。この実施形態によれば、第1および第2の吸気バルブの開閉のための各カムの位相を最初からずらしておくことにより、例えば排気の再吸入による内部EGR取込み時に、一方の吸気バルブによって気筒内に吸気によるスワールを生じさせることができ、燃焼を良化することが可能であるとともに、内部EGRによってポンプロスを減らすことも可能である。
As another embodiment, the phase of the cam profiles of the first and
なお本発明を実施するに当たり、アクチュエータ部やカム等の具体的な形状、構成をはじめとして、駆動側回転体や第1の被動側回転体、第2の被動側回転体など可変動弁装置を構成する要素の形状や配置等の具体的な態様、あるいは進角側の位相可変領域と遅角側の位相可変領域との配分割合等を種々に変更して実施できることは言うまでもない。 In carrying out the present invention, a variable valve operating device such as a driving-side rotating body, a first driven-side rotating body, a second driven-side rotating body, as well as a specific shape and configuration of an actuator unit, a cam, etc. Needless to say, the present invention can be implemented by variously changing the specific form such as the shape and arrangement of the constituent elements, or the distribution ratio between the phase variable region on the advance side and the phase variable region on the retard side.
11…可変動弁装置、13…アクチュエータ部、20…シャフト部材、21…アウタシャフト、22…インナシャフト、25…第1のカム、26…第2のカム、40…スプロケット、42…ロータ、56…ロックピン、61…制御部、70…駆動側回転体、71…第1の被動側回転体、72…第2の被動側回転体、80…切換機構、81…切換部材。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
第1のバルブを駆動するための第1のカムを含む第1の被動側回転体と、
第2のバルブを駆動するための第2のカムを含む第2の被動側回転体と、
前記駆動側回転体に対して前記第1および第2の被動側回転体を進角側または遅角側に所定の位相可変範囲内で変化させるアクチュエータ部と、
前記位相可変範囲のうち中間位置を境として一方側の位相可変領域では前記第1のカムと第2のカムの位相を同時に変化させるよう前記アクチュエータ部を駆動し、他方側の位相可変領域では前記第1のカムと第2のカムのうちの一方の位相のみを変化させるよう前記アクチュエータ部を駆動し、かつ、前記一方側の位相可変領域と他方側の位相可変領域の大きさを互いに異ならせる制御手段を有したことを特徴とする可変動弁装置。 A driving side rotating body that rotates in synchronization with the crankshaft of the engine;
A first driven rotary body including a first cam for driving the first valve;
A second driven rotary body including a second cam for driving the second valve;
An actuator unit that changes the first and second driven rotating bodies to the advance side or the retard side within a predetermined phase variable range with respect to the driving side rotating body;
The actuator unit is driven to simultaneously change the phase of the first cam and the second cam in the phase variable region on one side with respect to the intermediate position in the phase variable range, and the phase variable region on the other side The actuator unit is driven so as to change only one phase of the first cam and the second cam, and the phase variable region on the one side and the phase variable region on the other side are made different from each other. A variable valve operating apparatus comprising a control means.
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JP2011154225A Withdrawn JP2013019358A (en) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | Variable valve device |
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2011
- 2011-07-12 JP JP2011154225A patent/JP2013019358A/en not_active Withdrawn
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