JP2022086869A - 作業車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】エアクリーナの詰まり検出を容易に可能とすることを課題とする。【解決手段】排気ガスの一部を吸気側へ還元するEGR回路44を有するディーゼルエンジンEを搭載した作業車両において、EGR回路44に排気ガスの還元量を調整するEGRバルブ43を設け、所定時間以上にわたりEGRバルブ43開度の所定値以上の状態が続く場合には、エアクリーナの点検を促す警告を発するように構成したことを特徴とする作業車両の構成とする。また、エアクリーナ35を覆うカバーの開閉を検出するカバー開閉センサ35aを設け、警告にもかかわらずカバー開閉センサ35aがカバーの開きを所定時間以上検出しない場合は、エンジン回転をアイドリング状態に落とすように構成したことを特徴とする請求項1に記載の作業車両とする。【選択図】図6
Description
この発明は、作業車に関し、特にEGR回路のEGRバルブ開度からエアクリーナの状況を判断してエアクリーナの損傷を防止する作業車両に関する。
エアクリーナの目詰まりを検出するセンサを設ける技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
前述のような技術では、エアクリーナの目詰まり防止のためにセンサを設けることで高価になるという問題がある。
本発明の課題は、前述のような不具合を解消する作業車両を提供することである。
本発明の上記課題は次の構成によって達成される。
すなわち、請求項1記載の発明では、排気ガスの一部を吸気側へ還元するEGR回路(44)を有するディーゼルエンジン(E)を搭載した作業車両において、EGR回路(44)に排気ガスの還元量を調整するEGRバルブ(43)を設け、所定時間以上にわたり前記EGRバルブ(43)開度の所定値以上の状態が続く場合には、エアクリーナの点検を促す警告を発するように構成したことを特徴とする作業車両としたものである。
請求項2記載の発明では、前記エアクリーナ(35)を覆うカバーの開閉を検出するカバー開閉センサ(35a)を設け、前記警告にもかかわらずカバー開閉センサ(35a)がカバーの開きを所定時間以上検出しない場合は、エンジン回転をアイドリング状態に落とすように構成したことを特徴とする請求項1に記載の作業車両としたものである。
請求項3記載の発明では、前記EGR回路(44)を開閉するEGRバルブ(43)をエンジン停止後に所定回数(Z1)強制作動させる構成としたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の作業車両としたものである。
本発明は上述のごとく構成したので、請求項1においては、廉価な構成でエアクリーナの詰まりを検出できる。
請求項2においては、請求項1の効果に加え、エンジン回転数をアイドリング回転数にすることで作業を中断し、エアクリーナの点検作業の措置を行うことができる。
請求項3においては、請求項1または請求項3の効果に加え、エンジンの再始動時におけるEGRバルブの固着を防止できる。
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図1は、蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図である。蓄圧式燃料噴射装置は、例えば、多気筒ディーゼル機関に適用されるものであるが、ガソリン機関でもよい。そして、蓄圧式燃料噴射装置は、噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール1と、このコモンレール1に取り付けられる圧力センサ2と、燃料タンク3より汲み上げた燃料を加圧してコモンレール1に圧送する高圧ポンプ4と、コモンレール1に蓄圧された高圧燃料をエンジンEのシリンダー5内に噴射する燃料噴射ノズル6と、前記高圧ポンプ4と燃料噴射ノズル6等の動作を制御する制御装置(ECU)等から構成される。ECUとは、エンジンコントロールユニットの略称である。
このように、コモンレール1は、エンジンEの各シリンダー5へ燃料を噴射するものであり、燃料供給を要求された圧力とするものである。
前記燃料タンク3内の燃料は吸入通路により燃料フィルタ7を介してエンジンEで駆動される高圧ポンプ4に吸入され、この高圧ポンプ4によって加圧された高圧燃料は吐出通路8によりコモンレール1に導かれて蓄えられる。
コモンレール1内の高圧燃料は各高圧燃料供給通路9により気筒数分の燃料噴射ノズル6に供給され、ECU100からの指令に基づき、各シリンダーに燃料噴射ノズル6が作動して、高圧燃料がエンジンEの各シルンダー5室内に噴射供給され、各燃料噴射ノズル6での余剰燃料(リターン燃料)は各リターン通路10により共通のリターン通路10へ導かれ、このリターン通路10によって燃料タンク3へ戻される。
また、コモンレール1内の燃料圧力(コモンレール圧)を制御するため高圧ポンプ4に圧力制御弁11が設けられており、この圧力制御弁11はECU100からのデューティ信号によって、高圧ポンプ4から燃料タンク3への余剰燃料のリターン通路10の流路面積を調整するものであり、これによりコモンレール1側への燃料吐出量を調整してコモンレール圧を制御することができる。
具体的には、エンジン運転条件に応じて目標コモンレール圧を設定し、レール圧力センサ2により検出されるコモンレール圧が目標コモンレール圧と一致するよう、圧力制御弁11を介してコモンレール圧をフィードバック制御する構成としている。
作業車(農作業機)におけるコモンレール1を有するディーゼルエンジンEのECU100は、図2に示すように、回転数と出力トルクの関係において走行モードAと通常作業モードB及び重作業モードCの三種類の制御モードを有する構成としている。
走行モードAは、エンジン回転数の変動で出力も変動するドループ制御である。農作業を行わず移動走行する場合に使用するものである。例えば、ブレーキを掛けて走行速度を減速したり停止したりすると、この走行負荷の増大に伴ってエンジン回転数が低下するため走行速度の減速や停止を安全に行うことができるものである。
通常作業モードBは、負荷が変動してもエンジン回転数が一定で出力を負荷に応じて変更するアイソクロナス制御である。通常の農作業を行う場合に使用するものである。例えば、トラクターであれば耕耘作業時に耕地が固く耕耘刃に抵抗が掛かるときであり、コンバインであれば収穫作業時に収穫物が多く負荷が増大したときでも、出力が変動して回転数を維持するときである。
重作業モードCは、通常作業モードBと同様に負荷が変動してもエンジン回転数一定で出力を負荷に応じて変更するアイソクロナス制御に加え、負荷限界近くになると回転数を上昇させて出力を上げる重負荷制御を加えた制御である。特に、負荷限界近くで農作業を行う場合に使用するものである。例えば、トラクターで耕耘作業を行っている際に、特に、固い耕地に遭遇してもエンジン出力が通常の限界を越えて増大するので作業を中断することがなく、効率の良い作業が可能となる。
これらの作業モードA,B,Cは、各作業モードA,B,Cを切り替え可能な作業モード切替スイッチの操作、又は農作業車(トラクター、コンバイン、田植機等)の走行変速レバーの変速操作、又は作業クラッチ(トラクターであればロータリであり、コンバインであれば刈取部、脱穀部である)の入り切り操作等によって切り替わるように構成する。
ディーゼルエンジンEでは、メイン噴射に先立って少量の燃料をパルス的に噴射するパイロット噴射を行うことにより、着火遅れを短縮してディーゼルエンジンE特有のノック音を低減し、騒音を低減することが可能な構成としている。
このパイロット噴射は、メイン噴射の前に1回又は2回に限定して行われるものであったが、前記コモンレール1の蓄圧式燃料噴射装置を用いることで、エンジンEの状況に応じてパイロット噴射の状態を変化させ、騒音の低減や不完全燃焼による白煙又は黒煙の発生を抑制できるようになる。また、メイン噴射に先立って少量の燃料をパルス的に噴射するパイロット噴射を行うことにより、排ガス中の窒素酸化物の量が減少するようになる。
図3は、前述のようなコモンレール1を有するディーゼルエンジンを搭載したトラクターの側面図を示し、図4はその平面図を示している。平面図においては、図3に示すキャビン14を省いた状態を示している。
トラクターは、機体の前後部に前輪12、12と後輪13、13を備え、機体の前部に搭載したエンジンEの回転動力をトランスミッションケースT内の変速装置によって適宜減速して、これら前輪12、12と後輪13、13に伝えるように構成している。
機体中央であってキャビン14内のハンドルポスト15にはステアリングハンドル16が支持され、その後方にはシート17が設けられている。ステアリングハンドル16の下方には、機体の進行方向を前後方向に切り換える前後進レバー18が設けられている。この前後進レバー18を前側に移動させると機体は前進し、後方へ移動させると後進する構成である。
また、ハンドルポスト15を挟んで前後進レバー18の反対側にはエンジン回転数を調節するアクセルレバー25が設けられ、またステップフロア19の右コーナー部には、同様にエンジン回転数を調節するアクセルペダル23と、左右の後輪13、13にブレーキを作動させる左右のブレーキペダル24L、24Rが設けられている。ステップフロア19の左コーナー部にはクラッチペダル20が設けられている構成である。
また、主変速レバー26はシート17の左前方部にあり、低速、中速、高速及び中立のいずれかの位置を選択できる副変速レバー27はその後方にあり、さらにその右側にPTO変速レバー28を設けている。さらに、シート17の右側には作業機21(ロータリ等)の高さを設定するポジションレバー29と圃場の耕耘深さを自動的に設定する自動耕深レバー30、これらのレバーの後に作業機21の右上げスイッチ31と右下げスイッチ32が配置され、さらにその後に作業機21の自動水平スイッチ33とバックアップスイッチ34が配置されている。バックアップスイッチ34は、機体が後進時において、作業機21を自動的に上昇させるものである。作業機21は、機体の後方にリンク22で連結されている構成である。トラクターは作業機21を駆動させて機体を走行させることで、圃場内の耕耘等の作業を行なうものである。21aは作業機21を昇降する油圧シリンダーである。
図5はエンジンのシリンダー5内への吸気と排気の模式図であり、4サイクルのディーゼルエンジンの実施例である。過給器TBの吸気タービン36により過給された空気は、エアクリーナ35から吸気タービン36、インタークーラー37を通過して吸気マニホールド38からシリンダー5内へ送られる構成である。39は吸気バルブであり、40はピストンである。48はカムでありロッカーアーム49を介して吸排気バルブ39、41を開閉させるものである。
シリンダー5内で燃焼した排ガスは、排気バルブ41から排気マニホールド42を通過した後、過給器TBの排気タービン45で過給器TBを駆動して排出される構成である。
このディーゼルエンジンは、排気ガスの一部を吸気側に混入させるためのEGR(排気再循環装置)回路44を有している。EGR回路で排気ガスの一部を吸気側に混入させることで酸素量(O2)を減らして、窒素酸化物Noxの発生を低減させるように構成している。ただし、EGR率が上昇しすぎると、逆に酸素量が少なくなって不完全燃焼になるので、燃焼状態によりEGR率を調節する必要がある。この調節は、EGRバルブ43にて行う。EGR回路44は、後述する後処理装置46下流側の排気管55と過給器TBの吸気タービン36上流側の吸入管56との間を接続している。また、EGR回路44の途中にはEGRクーラ57を設ける構成としている。このEGRバルブ43の開閉具合でシリンダー5内への排気ガスの還元量が変化する。
排気タービン45を通過後の排気ガスは、後処理装置46を通過してマフラー50から大気中に排出される。後処理装置46は、酸化触媒(DOC)46aとディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)46bとから構成されている。
酸化触媒(DOC)は不燃物室を燃焼させるものであり、ディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)は粒状化物質(PM)を捕集するためのものである。前記EGRバルブ43と絞り弁47については、ECU100により制御される構成である。後処理装置46はディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)46bのみで構成してもよい、酸化触媒(DOC)を設けると不燃物質が燃焼するので、よりクリーンな排気ガスとなる。
DPF46bは、排気ガスの温度が低い状態(低負荷)が長時間続くと、PMが溜まってきて能力の低下が懸念される。そこで、後処理装置46の下手側に絞り弁47を設け、この絞り弁47を絞るとDPF46b内の圧力が高く保持されるので温度も高くなる。これにより、高い温度の影響により、DPF46bの再生が可能となる。即ち、高い温度の排気ガスがDPF46bを通過すると、DPF46b内に存在しているPMが焼き飛ばされることでDPF46bが再生される。
DPF46bを再生させるためのDPF再生運転としては、EGRバルブ43と絞り弁47の両方を絞る。そして、燃料噴射タイミングのリタード(遅角)と合わせてDPF46b内のガス温度を上昇させ、DPF46bが再生に入るようにする。これにより、燃料のアフター噴射(排気ガス温度を上昇させるため)が不要となったり、アフター噴射の回数を減らすことができるようになるので、燃料消費量を抑制できて環境にもよい。
このようなDPF再生運転を行うための条件としては、後処理装置46の上手側に圧力センサ52を設け、後処理装置46の下手側にも圧力センサ53を設け、この圧力差が所定値以上になるとDPF46b内にPMが蓄積して抵抗となっている状態なので、DPF再生運転を行うようにする。また、圧力センサ52の替わりにDOC46aとDPF46bとの間に圧力センサ58を設ける構成としてもよい。
また、DPF再生運転に入った状態が長時間続くと、過熱状態となってしまいDPF46bが損傷してしまう。そこで、後処理装置46の下手側に温度センサ59を設け、この温度センサ59の値が所定値を超えるとDPF再生運転を止めて通常運転に戻るようにする。
通常の運転は、EGRバルブ43と絞り弁47を同時に制御してEGR量を適宜コントロールするようにする。特に、絞り弁47を有することで、DPF46b内のガス温度を高く保持することができるようになる。
前述のような構成としたことで、吸気スロットルが不要となる。即ち、過給器付き機関では吸気側圧力が高いので、EGRガス量を確保するために排気絞り弁または吸気スロットルを設け、EGRバルブと連動した制御が必要となるが、このようなシステムが不要となる。
また、DPF46b下流の排気ガスを取り出すために、過給器TBの汚れに伴う性能劣化を生じることを防止できるようになる。そして、EGRガスはEGRクーラ57で冷却されるため、NOx低減に対して効果が大きくなる。
前述したように、DPFの再生運転を行なうDPF強制再生モードにおいては、排気絞り弁47を絞り、ON-OFF制御によってEGRバルブ43を全閉とするように構成する。したがって、排気ガスの還元が行なわれないのでNOが増加し、このNOが酸化触媒(DOC)46aによってNO2に転換され、DPF46bの再生が促進されるようになる。
また、DPF46bの強制再生中において、エンジン回転がローアイドルに移行した場合は、前記EGRバルブ43を全開とする。DPF46bの下流側には温度センサ59を設けているので、この温度センサ59による検出値が所定値以上に上昇したことも条件に加えるようにしてもよい。
前記絞り弁47を絞ってDPF46bの強制再生を行なう場合において、エンジン回転数を低い回転数にして供給酸素量を増加させるとともに、排気ガス流速が減少することで温度を上昇しやすくしていた。ところが、再生中にエンジン回転数がローアイドルまたはその近傍に変更された場合、供給酸素量の増加と流速の減少により、煤が急速に燃焼してしまう。その結果、温度が急速に上昇してDPF46bが損傷してしまう可能性がある。そこで、最高温度が許容温度を超えないようにする煤を管理する必要がある。
このために、温度センサ59が所定値を超えると、エンジン回転数を中速域まで上昇させるように構成する。これにより、排気ガスの流速が速くなるので最高温度が下がり、DPF46bの損傷を防止できるようになる。また、前記温度センサ59の所定値の値を限界値近傍で制御すると、DPF46bの再生を効率よく行なうことができるようになる。
前記エンジン回転数を中速域まで上昇させるにあたり、一旦最高回転数まで上昇させ、その後中速域まで減速させるように構成してもよい、これにより、一旦排気ガスが最高速度で流れるので、予熱などでDPF46bが加熱されてしまって閾値の温度を超えてしまうことを防止できるようになる。
また、DPF46bの強制再生中において、前述のようにエンジン回転数をローアイドルに移行するときにおいて、ポスト噴射を中断し、その後エンジン回転数を最高回転数まで上昇させ、中速域に移行する段階でポスト噴射を再開する構成とする。これにより、排気ガス温度の急激な上昇が抑制できるので、DPF46bの損傷を防止できるようになる。
DPF46b前後の差圧が所定値以上になった場合、作業後に運転者がDPF46bの再生モードを選択スイッチ67で選択することで、自動でDPF46bの再生を行い、DPF46b再生後は自動でエンジンを停止するように構成する。DPF46b前後の差圧を圧力センサ58、53で監視する。エンジン停止直前のDPF46b前後差圧が所定値以上であると、警告ランプやアラームで報知し、運転者は自らDPF46bの再生を行なうスイッチ(図示せず)を操作する。
そして、エンジンキーが切りの位置になっても、前記再生モードを選択していることで、エンジンはアイドリング状態で回転を維持し、DPF46bの再生を実行する。DPF46b前後の差圧が所定値以下になると、エンジンを自動で停止する。
これにより、作業終了後であっても自動でDPF46bの再生、エンジン停止が可能となるために、運転者は本機から離れて他の作業ができるようになる。
DPF46bの再生を行なうときには、図5に示すように、吸気側の空気を管路61からDPF46bの上流側に送るように構成してもよい。即ち、DPF46bの再生を行なうときには、バルブ60を開いて酸素量の多い過給器TB上流側の吸気側の空気をDPF46bの上流側に送るように構成してもよい。これにより、再生効率が向上するようになる。
また、DPF46bの温度を温度センサ62、59で監視し、3段階のステップで再生時の昇温を確認するようにしてもよい。まず、吸気の絞り(図示せず)を行い、この吸気の絞り状態での昇温確認を行う。次に、第一ポスト噴射を行って昇温を確認する。この時点で、DPF46bの前後温度が250度に達していなければ第二ポスト噴射を行っても更なる温度上昇は見込めないので、一旦再生を中断するようにする。もちろん、250度以上であれば第二ポスト噴射を行ってDPF46bの再生を行なうようにする。
図5に示しているように、DPF46bの下流側には空燃比センサ63を設けている。ポスト噴射を行なってDPF46bの再生を行なう場合、燃料噴射量が多くなりすぎると燃費が悪化し、少ないと温度が上昇しなくて再生ができなくなる。そこで、空燃比センサ63の値をECU100にフィードバックして噴射量を決める構成とする。これにより、適切な燃費となるとともに、DPF46bの再生の可能となる。また、前記空燃比センサ63の替わりに吸気マニホールド内の圧力値をフィードバックするように構成してもよい。
前述のようなDPF46bの再生を行なうにあたり、複数気筒の場合、一部の気筒の燃焼を停止するように構成してもよい。このように、一部気筒の燃焼を停止することで、エンジンのフリクションは同一でもシリンダーあたりの負荷を増やして排気温度を上昇させるようにしてもよい。
前記EGRバルブ43においては、煤、HCが付着するとともに結露などの水分と一体化して粘性状の液体となる。このような状態ではEGRバルブ43は作動するが、エンジンを停止させてエンジンが冷えると前記粘性状の液体が固着してしまい、エンジンを再始動させるとEGRバルブ43が動かなくなることがある。このような問題を解決するためにEGRバルブ43にクリーニング機能を設けている。即ち、エンジン停止後のアフターラン中にEGRバルブ43を強制作動させて粘性状の液体を除去することで、エンジンが冷えてもEGRバルブ43は固着しなくなる。
図6はEGR開度補正量によるエアクリーナ35の詰まり検知のフローチャートを示している。空気量変化からフィードバック制御を行っているEGRシステムでのEGRバルブ43の開度補正量を監視し、EGRバルブ43の開度補正量が大きい状態(EGRバルブ43を閉じる側へ補正して空気量を増加させる補正)が所定時間以上継続しているときは、エアクリーナ35の詰まりあるいはその他の問題が発生していると判断し、オペレータに点検を促す警告表示を行う構成とする。これにより、エンジントラブルを未然に回避できる。
また、前記エアクリーナ35を覆うカバーの開閉を検出するカバー開閉センサ35aを設けており、前記警告にもかかわらずカバー開閉センサ35aがカバーのオープンを所定時間(30分程度)検出しない場合は、エンジン回転を強制的にアイドリング状態に落とす構成とする。これにより、エアクリーナ35の問題を早期に解消可能となる。
また、EGR回路44を開閉するEGRバルブ43をエンジン停止後に所定回数(Z1)強制作動させる構成とすることで、EGRバルブ43の固着を防止できる。
図5に示すように、過給器TBが装着されているエンジンにおいて、DPF46bの自動再生中においては、燃料噴射量を増やす構成とする。ECU100内の燃料噴射量マップを一定以上に引き上げることで、容易に燃料噴射量を増やすことが可能となる。
図7は有人トラクタ(他の作業車でもよい)と有人トラクタに追従する無人トラクタを示している。有人トラクタと無人トラクタが隣接して作業走行する場合、両車両で運転条件が大きく異なることはない。しかしながら、一定値以上の差が生じる項目については、関連する部品の故障診断、メンテナンス実施を促す警告を発する構成とする。前記運転条件については、エンジン回転数、燃料噴射量、DPF差圧、水温、排気温度等が考えられるが、その他の項目でもよい。
また、有人トラクタで検出した作業走行時の負荷情報を無人トラクタ側に送信する構成とする。無人トラクタは有人トラクタに追従しているので、有人トラクタが検出した負荷を略同じような負荷がかかることが予想される。
そこで、DPFの再生に適した負荷が予測される場所に無人トラクタが来ると、DPFの前後差圧が一定値以上(DPF内はPMが堆積している)であれば、DPFの自動再生を行う構成とする。
これにより、高負荷のときの高い温度でDPFが再生されるので、DPFの再生が効率良くできて、PM堆積を未然に防ぐことが可能となる。
図8は地図であり、GPSによる自車位置、作業完了圃場、現在作業中圃場、未作業の圃場等を表示している。この地図はトラクタ(作業車両)のモニターに表示される構成としている。
作業前にあらかじめDPFの自動再生を行いたくない圃場(エリア)設定しておく構成とする。農作業の場合、時期や時間帯によって特定の作業を行なうことが多く、圃場の位置、日付、時間帯などを登録してDPFの再生禁止を設定する。
自動再生を行いたくない場所としては、畜舎、農業用ハウス、車庫、倉庫などもある。
DPFの再生時には排気ガス温度が上昇するので、再生に伴う火災や悪臭などを防止できる。
例えば、図8の圃場H1においては、夏野菜の収穫作業として、H1の範囲を位置情報で登録し、日付情報として7月1日~7月31日を登録し、作業速度は極低速のためエンジン回転数を上げない作業なので、DPF自動再生禁止を設定するようにする。自動再生禁止を意図的に設定することで、作業前に事前に手動再生を行うなどの措置を行なえるようになる。
前述した自動再生を行いたくない場所においては、自車位置が設定場所に入ると、自動的に自動再生の実施を禁止する構成であるが、自車位置が設定場所に入ったときに警告を発するように構成してもよい。このような警告があると、再生禁止スイッチを入り操作することで、確実にDPFの再生が行われなくなる。
トラクターやコンバイン等の農作業機を始めその他の作業車両にも利用可能である。
E ディーゼルエンジン
35 エアクリーナ
35a カバー開閉センサ
43 EGRバルブ
44 EGR回路
35 エアクリーナ
35a カバー開閉センサ
43 EGRバルブ
44 EGR回路
Claims (3)
- 排気ガスの一部を吸気側へ還元するEGR回路(44)を有するディーゼルエンジン(E)を搭載した作業車両において、EGR回路(44)に排気ガスの還元量を調整するEGRバルブ(43)を設け、所定時間以上にわたり前記EGRバルブ(43)開度の所定値以上の状態が続く場合には、エアクリーナの点検を促す警告を発するように構成したことを特徴とする作業車両。
- 前記エアクリーナ(35)を覆うカバーの開閉を検出するカバー開閉センサ(35a)を設け、前記警告にもかかわらずカバー開閉センサ(35a)がカバーの開きを所定時間以上検出しない場合は、エンジン回転をアイドリング状態に落とすように構成したことを特徴とする請求項1に記載の作業車両。
- 前記EGR回路(44)を開閉するEGRバルブ(43)をエンジン停止後に所定回数(Z1)強制作動させる構成としたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の作業車両。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP4282496A2 (en) | 2022-05-27 | 2023-11-29 | Sumitomo Rubber Industries, Ltd. | Golf ball |
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2020
- 2020-11-30 JP JP2020199135A patent/JP2022086869A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP4282496A2 (en) | 2022-05-27 | 2023-11-29 | Sumitomo Rubber Industries, Ltd. | Golf ball |
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