JP2018207060A - Non-contact power feeding device, coil and manufacturing method for coil - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非接触給電装置、コイルおよびコイルの製造方法に関する。 The present invention relates to a non-contact power feeding device, a coil, and a method for manufacturing the coil.
近年、電気自動車の給電は、ケーブルを用いる接触式から無線電力伝送技術を利用した非接触式へ変更することが進められている。 In recent years, the power supply of electric vehicles has been changed from a contact type using a cable to a non-contact type using a wireless power transmission technology.
非接触給電の技術は、給電所の路面に埋め込むようにして設けた送電用(1次側)の平面コイルと電気自動車の底部に設けた受電用(2次側)の平面コイルとを数十cm程度の間隔で対向させることで電力を無線送電することで電気自動車に給電する技術である。 The non-contact power supply technology has several tens of power transmission (primary side) planar coils provided so as to be embedded in the road surface of the power supply station and power reception (secondary side) planar coils provided at the bottom of the electric vehicle. This is a technology for supplying electric power to an electric vehicle by wirelessly transmitting electric power by facing each other at intervals of about cm.
従来、無線電力伝送に用いる平面コイルは、主に、細い複数のエナメル線を撚り合わせて形成したリッツ線(通電線)を平面的に渦巻き状に巻回して形成する。 Conventionally, a planar coil used for wireless power transmission is mainly formed by winding a litz wire (conducting wire) formed by twisting a plurality of thin enamel wires into a spiral shape.
この種の平面コイルの発生電力は、通電線の断面積に比例するため、線径の太いものを用いるほど、大きな電力が得られるものの、電気自動車のボディ底面や路面などが設置場所となる関係で、コイルの収容厚(径または高さ)が制限されるケースがある。 Since the power generated by this type of planar coil is proportional to the cross-sectional area of the conducting wire, the larger the wire diameter, the greater the power that can be obtained, but the relationship between the electric vehicle body bottom and road surface is the installation location. In some cases, the housing thickness (diameter or height) of the coil is limited.
このため、近年では、細い通電線を複数本用いて太い通電線1本分の断面積を稼ぐように複数本の通電線を並べて平面的に巻回したコイルが発案されている(例えば特許文献1参照)。 For this reason, in recent years, a coil in which a plurality of thin conductive wires are used and a plurality of conductive wires are arranged and wound in a plane so as to obtain a cross-sectional area equivalent to one thick conductive wire has been devised (for example, Patent Documents). 1).
ところで、このようなコイルの場合、渦電流の誘起によるジュール熱の発生を抑える対策(発熱対策)を講じつつ既定の性能を得る上で、複数の通電線を1巻きする中で5〜6箇所に捻じり(線を交差させること)を実施する必要がある。 By the way, in the case of such a coil, in order to obtain a predetermined performance while taking measures for suppressing the generation of Joule heat due to induction of eddy currents (heat generation measures), 5 to 6 locations in one winding of a plurality of conducting wires. It is necessary to perform twisting (crossing lines).
このように複数の通電線を平面的に巻回する従来のコイル場合、発熱対策のため、複数の通電線を1周巻くうちの多数の箇所で、線どうしを交差させる必要があり、コイル製造時にボビンに回転を加えたり、撚り戻しを行うなどの作業が必要になるため、通電線を交差させる箇所が多いほど作業性が低下する。 In the case of a conventional coil in which a plurality of conductive wires are wound in a planar manner as described above, it is necessary to cross the wires at a large number of locations where the plurality of conductive wires are wound once to prevent heat generation. Since work such as rotating the bobbin or untwisting is sometimes required, the workability decreases as the number of places where the conductive wires intersect is increased.
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、規定の性能を得る上で厚みが薄くかつコイル製造の作業性のよい非接触給電装置、コイルおよびコイルの製造方法の提供を目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a non-contact power feeding apparatus, a coil, and a method for manufacturing the coil that are thin and have good workability in coil manufacture in order to obtain specified performance. With the goal.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るコイルは、端部同士が接続された互いに平行な一対の第1及び第2の通電線を、平面的に並べて渦巻き状に巻回して形成したコイルであって、並べて巻回される前記第1及び第2の通電線のうち、互いの線が交差する交差部を、1巻中に1箇所設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a coil according to an aspect of the present invention includes a pair of parallel first and second conductive wires whose ends are connected to each other and arranged in a plane so as to be spirally wound. The formed coil is characterized in that, among the first and second conducting wires wound side by side, one intersection portion where the wires intersect each other is provided in one winding.
本発明の一態様に係る非接触給電装置は、金属製の基板と、前記基板の上に配置した磁心コア板と、前記磁心コア板の上に配置した前記コイルとを具備する。 A non-contact power feeding device according to an aspect of the present invention includes a metal substrate, a magnetic core plate disposed on the substrate, and the coil disposed on the magnetic core plate.
本発明の一態様に係るコイルの製造方法は、端部同士が接続された互いに平行な一対の第1及び第2の通電線を、平面的に並べて渦巻き状に巻回して形成したコイルの製造方法であって、前記第1及び第2の通電線を並べて巻回する工程と、並べて巻回される前記第1及び第2の通電線のうち、互いの線が交差する交差部を、1巻中に1箇所設ける工程とを有することを特徴とする。 The coil manufacturing method according to one aspect of the present invention is a coil manufacturing method in which a pair of parallel first and second conducting wires whose ends are connected to each other are arranged in a plane and wound into a spiral shape. In the method, the step of winding the first and second conductive wires side by side and the intersecting portion where the lines intersect among the first and second conductive wires wound side by side are 1 And a step of providing one place in the winding.
本発明によれば、規定の性能を得る上で厚みが薄くかつ製造作業性のよい非接触給電装置、コイルおよびコイルの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a non-contact power feeding device, a coil, and a method for manufacturing a coil that are thin and have good workability in obtaining specified performance.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態)
非接触給電装置は、1次側の非接触送電装置と2次側の非接触受電装置とを対向配置して構成される。電力を供給する側である1次側の非接触送電装置と電力を受ける側の2次側の非接触受電装置は、コイルの部分の要素はほぼ同じ要素で構成されており、ここでは、一方の側について説明するが、他方の側も同様であることは言うまでもない。
(Embodiment)
The non-contact power feeding device is configured by disposing a primary-side non-contact power transmitting device and a secondary-side non-contact power receiving device so as to face each other. The primary-side non-contact power transmission device that supplies power and the secondary-side non-contact power reception device that receives power include substantially the same elements in the coil portion. Although the other side will be described, it goes without saying that the other side is the same.
図1に示すように、本実施形態に係るコイル20は、一対の圧着端子21、24により両端がそれぞれ接続された第1及び第2の通電線としてのリッツ線22、23を、平面的に並べて渦巻き状に巻回して製造(形成)したものである。コイル20の内径S1と外径S2の比S2:S1をほぼ2:1としている。
As shown in FIG. 1, the
このコイル20は、並べて巻回されるリッツ線22、23のうち、互いの線が交差する交差部A(図2参照)を、1巻おきに1巻中に1箇所設けている(部分P参照)。この巻き方のコイル20を「パラレル転位巻」と称す。また交差部Aを「転位箇所」と称す場合がある。
This
平面的に渦巻き状に巻回しただけのコイル20は、搬送時にばらけてしまうため、コイル20の巻幅に合わせて複数の箇所に粘着テープ(図示せず)などを巻き付けてテーピング固定し、形状の崩れを防止している。
Since the
つまりリッツ線22、23は、一対の圧着端子21、24により両端がそれぞれ接続されており、ほぼ平らに並べて渦巻状に巻回されている。
That is, both ends of the
リッツ線22、23は、複数のエナメル線を撚り合わせて束にして形成した線材群である。なお、この例では、リッツ線22、23を用いたが、リッツ線22、23以外の通電線としては、例えば絶縁被覆していない導体(銅やアルミニウムを材料とする線)や、最外層に自己融着層を設けた自己融着線などを用いてもよい。
The
圧着端子21は、リッツ線22、23の一端と電気接続されるものであって、概略的に圧着部と、固定用の孔が設けられた固定部とから構成されている。圧着部は、筒形状の金属部材によって構成されており、リッツ線22、23の導体部を挿入し加締め加工することで2つの線材を圧着一体化する。圧着端子24は、リッツ線22、23の他端と電気接続されるものであり、圧着端子21と同じものである。
The
コイル20の一部の部分P(図1参照)には、図2に示すように、リッツ線22、23が交差する交差部Aが、コイル20の巻回中心から半径方向に揃えて設けられている。
As shown in FIG. 2, a part P of the coil 20 (see FIG. 1) is provided with an intersection A where the
すなわち、このコイル20は、2本で一対としたリッツ線22、23の巻数15ターン中に、転位箇所としての交差部Aを8箇所設けたものである。なお、この例では、リッツ線22、23一対で1巻としたコイル全体の巻き数15に対して、そのうち半数を超える8箇所に交差部Aを設けたが、これ以外の巻き数や巻き方にも本願発明は適用可能である。この例では巻き数の総数を奇数としたが、偶数としてもよく、巻き数自体も増減してもよい。
That is, this
この例では、外形が多角形(この例のように外形がほぼ方形の場合は四隅の角部に丸みをつけている)になるようにリッツ線22、23を渦巻き状に巻回してコイル20を形成している。この他、外形をほぼ円形にしたものであってもよい。
In this example, the Litz
リッツ線22、23を2本一対で1巻とした場合、1巻毎の間隔を一定隙間空けて巻回してもよい。このように1巻毎の間隔を一定隙間空けて巻回したコイルを「ギャップ巻」と称す。
When the
コイル20の巻き幅で規定すると、コイル20全体の巻き幅(S2‐S1)/2のうち巻き幅の半分の幅(S2‐S1)/4を超える程度の範囲に交差部Aを設けている。
When defined by the winding width of the
この例の交差部Aは、1対のリッツ線22、23の交差方向を巻回毎に変えて複数設けている。つまり、この例では、1巻飛ばしの奇数番目(N1、N3、N5…N15)に交差部Aを設けているが、そのうちN1番目のリッツ線22、23とN3番目のリッツ線22、23の交差方向を異ならせ、N3番目のリッツ線22、23とN5番目のリッツ線22、23の交差方向を異ならせている。
In this example, a plurality of crossing portions A are provided by changing the crossing direction of the pair of
続いて、図3及び図4を参照してこの実施形態のコイル20(図2のパラレル転位巻)と比較例(パラレル巻とギャップ巻)とを対比して説明する。
ギャップ巻は、リッツ線1巻毎に所定間隔の隙間を空けた試料としてスタンダードなコイルであり、このギャップ巻のコイルの性能(特性)を規定値としてこれにできるだけ近付けることが望ましい。
Next, the coil 20 (parallel dislocation winding in FIG. 2) of this embodiment and a comparative example (parallel winding and gap winding) will be described with reference to FIGS.
The gap winding is a standard coil as a sample with a gap of a predetermined interval for each litz wire, and it is desirable that the performance (characteristics) of the gap winding coil be as close as possible to this value.
また、比較対象の試料(比較例)として作成したパラレル巻は、図3に示すように、2本で一対としたリッツ線22、23の総巻数15巻きのすべてを平行巻きにしたものである。
Moreover, the parallel winding produced as a sample for comparison (comparative example) is a parallel winding of the total number of windings 15 of the
試験条件としては、上記の3つの試料(パラレル転位巻、パラレル巻、ギャップ巻)それぞれについて、コイル両端を既存のLCRメータに接続して、周波数を0〜200kHzまで変化させて交流抵抗を測定したものである。図5において周波数が0の位置の値(およそ100mΩ)は直流抵抗である。 As test conditions, for each of the above three samples (parallel dislocation winding, parallel winding, gap winding), both ends of the coil were connected to an existing LCR meter, and the AC resistance was measured by changing the frequency from 0 to 200 kHz. Is. In FIG. 5, the value at the position where the frequency is 0 (approximately 100 mΩ) is a DC resistance.
計測結果の図4を参照すると、実用域である例えば85kHz〜100kHzの帯域において、本発明のパラレル転位巻はギャップ巻と近似した特性が得られていることがわかる。また比較例のパラレル巻は交流抵抗がギャップ巻の値からは乖離していることがわかる。 Referring to FIG. 4 showing the measurement results, it can be seen that the parallel dislocation winding of the present invention has characteristics approximating that of the gap winding in a practical range of, for example, 85 kHz to 100 kHz. It can also be seen that the parallel winding of the comparative example has an AC resistance that deviates from the value of the gap winding.
上記実施形態のコイル20(パラレル転位巻)を用いた非接触給電装置は、図5に示すように、アルミニウム板などの基板1と、この基板1の上面に配置された磁心コア板2と、磁心コア板2の上面に配置されたコイル20とを備える。これにより、例えば1次側の非接触送電装置または2次側の非接触受電装置とすることができる。さらに、磁心コア板2におけるコイル20の位置を固定するために、磁心コア板2の上面をモールド樹脂などにより皮膜してもよい。
As shown in FIG. 5, the non-contact power feeding device using the coil 20 (parallel dislocation winding) of the above embodiment includes a
以下、コイル20の製造方法を説明する。
(第1工程:巻回工程)
この第1工程では、リッツ線22、23を並べて巻回する。
Hereinafter, a method for manufacturing the
(First step: winding step)
In this first step, the
(第2工程:交差部形成工程)
この第2工程では、並べて巻回されるリッツ線22、23のうち、互いの線が交差する交差部Aを、1巻おきに1巻中に1箇所設ける。この際、交差部Aを、コイル20の巻回中心から半径方向に揃えて設けることが好ましい。
(Second process: intersection forming process)
In this second step, among the
(実施例)
上記の実施形態では、15巻のコイル20のうち、交差部Aを、1巻おきに1巻中に1箇所設けた例について説明したが、上記に示した巻き方の例は一例であり、以下、図6、図7を参照していくつかの巻き方の例とその効果について記載する。
(Example)
In the above embodiment, the example in which the intersecting portion A is provided in one place every other turn in the 15 turns of the
図6に示すように、総巻き数が15巻のコイル20について、実施例1は、巻順N1、N3、N5、N7、N9、N11、N13、N15の合計8箇所に交差部Aを設けた例であり、上記実施形態で説明した1巻おきに1巻中に1箇所交差部Aを設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Aを設けた部位の割合は8/15=53%であり、この割合での特性上の効果はギッャプ巻と同等以上の効果が得られたため効果有り(有)とした。
As shown in FIG. 6, with respect to the
実施例2は、巻順N4〜N11の合計8箇所に交差部Aを設けた例であり、巻き幅の中で中央部に交差部Aを纏めて設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Aを設けた部位の割合は8/15=53%であり、この割合での特性上の効果もギッャプ巻と同等以上のが得られたため効果有り(有)とした。 Example 2 is an example in which intersecting portions A are provided at a total of eight places in the winding order N4 to N11, and the intersecting portions A are collectively provided in the central portion in the winding width, and intersect with the entire number of turns. The ratio of the portion where the part A was provided was 8/15 = 53%, and the effect on the characteristic at this ratio was also equal to or better than that of the gap winding.
実施例3は、巻順N1、N3、N6、N9、N12、N14の合計6箇所に交差部Aを設けた例であり、ほぼ2巻おきに1巻中に1箇所交差部Aを設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Aを設けた部位の割合は6/15=43%であり、この割合での特性上の効果もギッャプ巻と同等以上の効果が得られたため効果有り(有)とした。 Example 3 is an example in which intersections A are provided at a total of six places in the winding order N1, N3, N6, N9, N12, and N14, and one intersection A is provided in one turn almost every two turns. The ratio of the portion provided with the crossing portion A to the total number of turns is 6/15 = 43%, and the effect on the characteristics at this ratio is also effective because the effect equivalent to or better than the gap winding is obtained ( Yes).
比較例1は、巻順N2、N5、N8、N11、N14の合計5箇所に交差部Aを設けた例であり、実施例3よりも1箇所少ない5箇所に交差部Aを設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Aを設けた部位の割合は5/15=33%であり、この割合での特性上の効果はギャップ巻の特性を下回ったため効果無し(無)とした。 Comparative Example 1 is an example in which intersections A are provided at a total of five locations in the winding order N2, N5, N8, N11, and N14, and intersections A are provided at five locations that are one less than Example 3. Yes, the ratio of the portion where the crossing portion A was provided with respect to the total number of turns was 5/15 = 33%, and the effect on the characteristics at this ratio was lower than the characteristics of the gap winding, so that the effect was not (no).
続いて、実施例1〜3に対して総巻き数を半数程度にしたコイル20の例について説明する。
図7に示すように、総巻き数が例えば7巻のコイル20について、実施例4は、巻順N1、N3、N5、N7の合計4箇所に交差部Aを設けた例であり、上記実施形態で説明した1巻おきに1巻中に1箇所交差部Aを設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Aを設けた部位の割合は4/7=57%であり、この割合での特性上の効果はギッャプ巻と同等以上の効果が得られたため効果有り(有)とした。
Next, an example of the
As shown in FIG. 7, for a
実施例5は、巻順N3〜N5の合計3箇所に交差部Aを設けた例であり、巻き幅の中で中央部に交差部Aを纏めて設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Aを設けた部位の割合は3/7=43%であり、この割合での特性上の効果もギッャプ巻と同等以上の効果が得られたため効果有り(有)とした。 Example 5 is an example in which intersecting portions A are provided at a total of three places in the winding order N3 to N5, and the intersecting portions A are collectively provided in the central portion in the winding width, and intersect with the entire number of turns. The ratio of the portion where the portion A was provided was 3/7 = 43%, and the effect on the characteristic at this ratio was also effective (present) because the same or better effect than the gap winding was obtained.
実施例6は、すべての巻順N1〜N7の合計7箇所に交差部Aを設けた例であり、1巻中に1箇所交差部Aを設けたものであり、全体の巻数に対する交差部Aを設けた部位の割合は7/7=100%であり、この割合での特性上の効果もギッャプ巻と同等以上効果が得られたため効果有り(有)とした。 Example 6 is an example in which crossing portions A are provided at a total of seven places in all winding orders N1 to N7. One crossing portion A is provided in one volume, and the crossing portion A with respect to the total number of turns. The ratio of the portion provided with 7 is 7/7 = 100%, and the effect on the characteristic at this ratio was also considered to be effective (present) because the effect equivalent to or better than the gap winding was obtained.
比較例2は、巻き初めの巻順N1と巻き終わりの巻順N7の合計2箇所に交差部Aを設けた例であり、全体の巻数に対する交差部Aを設けた部位の割合は2/7=33%であり、この割合での特性上の効果はギャップ巻の特性を下回ったため効果無し(無)とした。 Comparative Example 2 is an example in which crossing portions A are provided at a total of two locations of the winding order N1 at the beginning of winding and the winding order N7 at the end of winding, and the ratio of the portion where the crossing portion A is provided to the total number of turns is 2/7. = 33%, and the effect on the characteristics at this ratio was lower than that of the gap winding.
上記実施例1〜6、比較例1、2の結果から、全体の巻数に対する交差部Aを設けた部位の割合が40%を超える範囲で効果があることがわかった。すなわち、リッツ線22、23の一対で1巻としたコイル全体の巻き数の40%以上の箇所に交差部Aを設けることがよい。
From the results of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, it was found that the ratio of the portion where the intersection A was provided with respect to the total number of turns was effective in a range exceeding 40%. That is, it is preferable to provide the crossing portion A at a location where 40% or more of the total number of turns of the coil, which is a pair of
このように本実施形態の非接触給電装置によれば、両端が接続された一対のリッツ線22、23を並べて巻回する上で、リッツ線22、23が交差する交差部Aを1巻おきに1巻中に1箇所設けたことで、細いリッツ線22、23を用いてコイル自体の厚みを薄くしつつ最低限の転位箇所の数で規定の性能を得ることができる。
すなわち、規定の性能を得る上で厚みが薄くかつコイル製造の作業性のよい非接触給電装置、コイルおよびコイルの製造方法を提供することができる。
As described above, according to the non-contact power feeding device of the present embodiment, when winding a pair of
That is, it is possible to provide a non-contact power feeding device, a coil, and a method for manufacturing the coil that are thin in thickness and have good workability in coil manufacture in order to obtain specified performance.
また、本実施形態では、以下のような効果が得られる。
コイル20の巻回の途中で、リッツ線22、23を交差(転位)させる交差部A(転位箇所)を設けることで、低周波数での交流抵抗の上昇を抑えることができる。
In the present embodiment, the following effects can be obtained.
By providing the intersection A (dislocation location) that intersects (displaces) the
例えば奇数ターンは転位させ、偶数ターンは転位させないといったように、転位箇所を1巻おきに設けることで、コイル20の扁平さを維持し易くなる。また製造時にコイル20の巻回速度を上昇することができる、などの効果が期待できる。
For example, it is easy to maintain the flatness of the
転位箇所は1巻の間に1箇所設ければよい。1巻中にバラバラの位置に交差部Aを設けるのではなく、平面コイル20の中心から見て同一方向にある方が望ましい。つまり転位による凹凸が一方向に揃っていると、コイル20を設置する側の収容スペースにコイル20を収容しやすくなるという点で優れる。
One dislocation may be provided between one roll. It is desirable that the crossing portions A are not provided at different positions in one winding, but are in the same direction when viewed from the center of the
交差部A(転位箇所)の捻じり方としては、同一方向に捻じってもよいが、転位の度に交差方向を変える、つまり交差方向を反転させることで、コイル製造装置側で撚り戻しを行う必要がなくなり、パラレル巻きの一方のリッツ線22またはリッツ線23のみに捻回がかかることを防止できる。
As a method of twisting the intersection A (dislocation location), the twist may be twisted in the same direction. However, by changing the intersection direction each time the dislocation is performed, that is, by reversing the intersection direction, the coil manufacturing apparatus side performs twisting back. It is not necessary to perform this, and it is possible to prevent only one of the
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記の新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記した実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the above embodiment is presented as an example, and is not intended to limit the scope of the invention. The above novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. The above-described embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…アルミ板(基板)、2…磁心コア板、20…コイル、21、24…圧着端子、22、23…リッツ線。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
並べて巻回される前記第1及び第2の通電線のうち、互いの線が交差する交差部を、1巻中に1箇所設けたことを特徴とするコイル。 A coil formed by winding a pair of first and second conductive wires parallel to each other whose ends are connected to each other, arranged in a plane and spirally wound,
Of the first and second conductive wires wound side by side, one coil is provided with an intersecting portion where the wires intersect each other.
前記基板の上に配置した磁心コア板と、
前記磁心コア板の上に配置した請求項1乃至5いずれか1項に記載の前記コイルと
を具備する非接触給電装置。 A metal substrate;
A magnetic core plate disposed on the substrate;
The non-contact electric power feeder which comprises the said coil of any one of the Claims 1 thru | or 5 arrange | positioned on the said magnetic core board.
前記第1及び第2の通電線を並べて巻回する工程と、
並べて巻回される前記第1及び第2の通電線のうち、互いの線が交差する交差部を、1巻中に1箇所設ける工程と
を有することを特徴とするコイルの製造方法。 A manufacturing method of a coil formed by winding a pair of first and second conductive wires parallel to each other whose ends are connected to each other in a plane and wound in a spiral shape,
Winding the first and second conductive wires side by side;
A method of manufacturing a coil, comprising: providing a crossing portion where one of the first and second conducting wires wound side by side intersects each other in one winding.
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- 2017-06-09 JP JP2017114102A patent/JP6971062B2/en active Active
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