JP5448104B2 - 調節可能なドーザバルブ - Google Patents

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Description

本出願は、2008年10月29日に出願された、仮特許出願第61/109,231号(発明の名称「ADJUSTABLE DOSER VALVE」)で開示された1以上の発明を主張するものである。米国仮特許出願の米国特許法(35USC)第119条(e)項での利益は、本明細書によって主張され、上記出願は参照することによって本明細書に組み込まれる。
本発明は、バルブの分野に関する。より具体的には、本発明は、調節可能なドーザバルブ(doser valve)に関する。
ドーザバルブは、排気フィルタ内で蓄積し増大する沈殿物を焼却するために、少量の噴霧燃料を排気流に運ぶディーゼルエンジンに使用されてきた。該量の噴霧燃料、フィルタが適切に機能するように該フィルタを洗浄するのに役立つ。
図5、図6A、および、図6Bは、従来技術のドーザバルブを示す。図5を参照すると、従来技術のドーザバルブは、燃料注入口接続ポイント(21)を通って、供給源から加圧燃料を受け取り、該接続ポイントは、電機子(6)の通路(18)へ燃料を運ぶ。電機子(6)の通路(18)から、燃料は、カートリッジ本体(3)内に収容されるポペット(14)の通路(14e)へと流れる。通路(14e)から、燃料は、軸方向に掘られた通路(25)とシート(15)中の穴部(15a)を通って流れ、ポペットの頭部(14)がシート(15)に密閉するように係合されていない場合は、従来のドーザバルブから出る。ポペット(14)は、電機子(6)によって持ち上げられる。ソレノイド組立体(2)が励起されると、磁力が電機子(6)を止め具(12)に引きつけ、バネ(16)の力に勝って、シート(15)からそれを持ち上げる。ポペット(14)は、電機子(6)によって持ち上げられるため、電機子(6)が作動すると、ポペット(14)の円錐状端部はシート(15)から離昇し、その結果、定量の燃料がポペット(14)の円錐状端部から送られる。
従来のドーザバルブにおいて、止め具(12)は、プリセットしたスロトーク距離に対して設定され、バルブの寿命の限り、動かないままである。
シートを備えるドーザバルブは、シートの外側表面から軸方向に配された1以上のスロットと、軸方向に配された1以上のスロットおよびシートからの出口通路と流体連通する少なくとも1つの放射状に/接線方向に延出する通路とを含む。
本発明のドーザバルブを示す。 本発明のドーザバルブの横断面図を示す。 本発明のドーザバルブのシートの拡大図を示す。 本発明のドーザバルブのシートの代替図を示す。 従来技術のドーザバルブの横断面図を示す。 従来技術のドーザバルブシートの断面図を示す。 図6Aの従来技術のドーザバルブシートの横断面図を示す。 本発明のドーザバルブシートの断面図を示す。 図7Aのドーザバルブのシートの横断面図を示す。 代替的なシート及びポペット設計の横断面図を示す。 代替的なシート及びポペット設計の別の横断面図を示す。 本発明の別の代替的なシートの断面図を示す。 本発明の代替的なシートの横断面図を示す。 図9Aおよび図9Bに示す本発明のドーザバルブのシートの代替的な図を示す。
図1乃至4は、本発明のドーザバルブの実施形態を例示する。図6A、6B、7A、および、7Bは、従来技術のドーザバルブの特徴を本発明のドーザバルブと比較している。
図1乃至4、7Aおよび7Bを参照すると、本発明のドーザバルブ(100)は、電源に接続された少なくとも1つのコイルとボビンと電機子(112)とを含むソレノイド組立体(102)、ポペットとシート(115)とを含むバルブ組立体(104)、および、ドーザバルブハウジング(101)内に収容される止め具(106)を含む。
ドーザバルブハウジング(101)は、ソレノイド組立体(102)を収容するための第1の穴部(101a)を規定し、該ソレノイド組立体は、バルブ組立体(104)を収容するための第2の穴部(101b)になる小型開口部を備えた内壁(101c)によって規定される、第1の開口端部と第2の端部とを備える。ドーザバルブハウジングは、同様に、冷却液注入口(122)と冷却液排出口(123)(非特異的な方向性)によって通路を規定し、該冷却液注入口と冷却液排出口は、冷却液の一定の流れがバルブと第2の穴部(101b)から継続的に熱を除去することを可能にし、ソレノイド組立体への熱の経路を遮断して、外部の熱シールドの必要性を排除する。
ドーザバルブハウジング(101)の第1の穴部(101a)は、導電性材料(108)の少なくとも1つのコイルを囲むチューブ状ケーシングを収容し、該導電性材料は、チューブ状のボビンの周りで巻かれ、電源または動力源(110)に電気的に結合されるか、または、電源または動力源(110)によって励起される。コアのチューブは貫通孔(111)を規定し、この貫通孔内で電機子(112)が収容され、電磁的に作動される。
同様に、貫通孔(111)内部には、バネ(116)を介して電機子(112)と機械的に結合した止め具(106)が存在する。フランジ止め(106)は、燃料注入口接続ポイントである第1端部(106a)と、ドーザバルブハウジング(101)の第1の穴部(101a)によって、および、貫通孔(111)を介して収容される第2の端部(106b)とを有し、フランジ止め(106)の一部は、ボビン(109)と隣接し、フランジ止め(106)の別の部分は電機子(112)と隣接してバネ(116)を収容する。フランジ止め(106)は、貫通路(118)をさらに備え、該通路は、端部(106a)(図示されず)で加圧供給源から燃料を受け取る。
電機子(112)は、通路(118)と流体連通している開口穴部(112a)を規定するように、および、ポペット(114)の端部とバネ(116)を収容可能なように形成される。電機子(112)は、好ましくは強磁性材料で形成され、ソレノイド組立体(102)の可動部分として機能する。電機子(112)は、チューブ状ボビン(109)の周りに巻かれるとともに電気エネルギー源(110)に電気的に結合された導電性材料の少なくとも1つのコイル(108)によって作られた磁束にさらされる。1以上のコイル(108)が電気エネルギー源(110)によって励起される際に、電機子(112)は作動する。電機子(112)の移動は、貫通孔(111)内部に方向づけられる。電機子(112)の直線運動は、ドーザバルブハウジング(101)の止め具(106)と第1の穴部(101a)の内壁(101c)の配置によって制限される。電機子(112)がドーザバルブハウジング(101)の止め具(106)と第1の穴部(101a)の内壁(101c)との間を動くことができる距離が、ポペットのストローク距離である。止め具(106)の配置は、製造時間で調節することができ、ポペットのストローク距離はその後、所望の流れを満たすために設定される。
ポペット(114)は電機子(112)に取り付けられ、該電機子は、ソレノイド組立体(102)のボビン(109)の周りに巻かれたコイル(108)を電気的に励起することによって作動する。ポペット(114)は、ハウジング(101)の第1の穴部(101a)からハウジング(101)の第2の穴部(101b)まで燃料を伝えるための幹通路(a stem passageway)(114e)を有し、ハウジングの第1の穴部(101a)における電機子(112)の開口穴部(112a)内に収容される肩部を備える第1の端部(114a)と、ハウジングの第2の穴部(101b)内に配された円錐状形状(114c)を備える第2の端部(114b)と、第1の端部(114a)及び第2の端部(114b)を分離する幹部(114d)を備える。ポペットの幹部(114d)に沿って、排出口通路(117)は、止め具(106)内の通路(118)を通って流体連通する電機子(112)のポペットと開口穴部(112a)の内部で、第2の端部(101b)と幹通路(114e)との間で流体連通を行うことができる。ポペット内の幹通路(114e)は、ポペットの注入口(図示されず)からドーザバルブハウジング(101)の第2の穴部(101b)内に配された排出口(117)まで延出する。ポペットの第2の端部の円錐状形状(114c)は、ソレノイド組立体(102)の少なくとも1つのコイルとチューブ状ボビンが励起されない場合に、好ましくは円錐形または球形であり、シート(115)に隣接する。
ポペット(114)が電機子(112)上に肩部を有するため、電機子(112)がソレノイド組立体(102)のボビンの周りに巻かれたコイルによって作動すると、ポペット(114)は、電機子(112)とともに移動する。電機子(112)がソレノイド組立体(102)によって作動すると、ポペット(114)は、円錐状端部(114c)がシート(115)から離昇するように、電機子(112)とともに移動する。円錐状端部(114c)がシート(115)から離昇すると、円錐状端部(114c)とシート(115)との間の密封は破られ、燃料が出口通路(126)を通ってドーザバルブ(100)から出る。
シート(115)は、ドーザバルブハウジング(101)の第2の穴部(101b)内で支持される。シート(115)は好ましくは三角形状で、シート(115)の外側表面から配されるかまたは外側表面から形成される、スロット(125a)、(125b)、(125c)を軸方向に有する。シート(115)は、図4、7A、および、7Bに示す軸方向スロット(125a)、(125b)、(125c)と流体連通するとともに該軸方向スロットから延出する出口通路(126)を介して、中心軸C−Cに対して放射状に/接線方向に延出する少なくとも1つの通路(115a)、(115b)、(115c)を有することによって、流体が、軸方向スロット(125a)、(125b)、(125c)を通って、次いで、放射状の/接線方向の通路(115a)、(115b)、(115c)を通って、ドーザバルブ(100)の出口通路(126)から流れ出る。従来技術のドーザバルブシートと本発明のドーザバルブのシートの流体の流れは、図6Aおよび7Aの点線によって示される。シート(115)内部で、軸方向スロット(125a)、(125b)、(125c)ごとに放射状の/接線方向の通路(115a)、(115b)、(115c)を有することによって、流体の流れは回転運動を達成するか、または、適切な流体の噴霧を提供する「回転」を達成する。回転運動は、ねじれ溝、翼、またはシート(115)に類似する通路を加えることによって、達成可能である。
従来技術のドーザバルブにおいて、図6Aおよび6Bに示すように、従来技術のシート(15)構造体を通る流路は、掘られた穴(25a)、(25b)、(25c)、(15a)(15b)、(15c)のみを含む。本発明の放射状に/接線方向に掘られた通路(115a)、(115b)、(115c)と流体連通する、軸方向に圧延されたスロット(125a)、(125b)、(125c)を提供することによって、シート(115)を介した圧力損失は従来技術のシートと比較して最小化される。
燃料注入口接続ポイント(106a)は、加圧源(図示されず)から燃料を受け取る。燃料注入口接続ポイント(106a)から、燃料はフランジ止め(106)の通路(118)と、電機子(112)の開口穴部(112a)に入る。電機子(112)の穴部(112a)から、流体は、ポペット(114)の幹通路(114e)内に流れ込み、ポペット(114)の排出口通路(117)から流れ出て、ドーザバルブハウジング(101)の第2の穴部(101b)に流れ込む。
ソレノイド組立体(102)が励起されると、電機子(112)はバネ(116)の力に勝って、電機子(112)が止め具(106)と接触するまで、止め具(106)の方に移動する。電機子(112)の移動によってポペットが動き、その結果、ポペット(114)の円錐状端部(114c)はシート(115)から離昇する。円錐状端部(114c)がシート(115)から離昇すると、円錐状端部(114c)とシート(115)との間の密閉は破られ、燃料が、軸方向スロット(125a)、(125b)、(125c)を介して放射状の/接線方向の通路(115a)、(115b)、(115c)を通って、および、シート(115)を通って外に、ハウジングの第2の穴部(101b)から出る。シートから出る流体は、定量の燃料がエンジンに届けられるように、円錐状端部(114c)を超えてドーザバルブ(100)から押し出される。さらに、本発明のシート(115)に大型の軸方向スロット(125a)、(125b)、(125c)を提供することによって、従来技術のシート中に存在する圧力損失と流体の変化は最小化される。
ソレノイド組立体(102)が電源を断たれると、バネ(116)の付勢力は電機子(112)をその元の位置に戻す。ポペット(114)が電機子(112)とバネ(116)の1つの端部とに近接する肩部(114f)を有するため、ポペット(114)の頭部(114c)は、シート(115)に戻るとともに密閉して、燃料がドーザバルブ(100)から出るのを防ぐ。
代替的に、図8Aおよび8Bに示すように、ポペット(114)とシート(115)は、ポペット(214)とシート(215)によって置き換えられる。ポペット(214)は、ポペット(214)から出る端部(214c)に1以上の角を有するように掘られた通路(214d)を有し、すべての燃料はポペットバルブ(214)の円錐状端部(214c)を通って流れるとともに該円錐状端部(114c)から流れ出て、シート(215)の空洞部に入り、シート(215)内の通路から出る。ポペット(214)は、円錐状端部を通ってポペットの全長に延出する幹通路(214a)を有する。
ソレノイド組立体(102)が電源を断たれると、ポペットバルブ(214)の円錐状端部(214c)はシート(215)を密閉し、流体はバルブから出るのを妨げられる。
ソレノイド組立体(102)が電源を断たれると、電機子(112)はバネ(116)の力に勝って、電機子(112)が止め具(106)に接触するまで、止め具(106)の方に移動する。電機子(112)の移動によって、ポペットが動き、その結果、ポペットの円錐状端部(14c)はシート(115)から離昇し、燃料が、ポペットの円錐状端部の角を有するように掘られた通路を介して幹通路(214a)を通って、シート通路(215)の外に出て、その結果、定量の燃料がエンジンに届けられる。
図9A、9B、および、10に示す別の実施形態において、シート(115)は、シート(315)に置き換えられる。シート(315)の外径(317)は、ハウジングの第2の穴部(101b)の内径未満であり、その結果、流体は、ポペット内の幹通路(114e)から流れ、ドーザバルブハウジング(101)の第2の穴部(101b)内に配された排出口(図示されず)から流れ、第2の穴部(101b)の外径(317)と内径(318)との間で規定される通路(321)に流れ込む。通路(321)から、流体は、中心軸C−Cに対して放射状に/接線方向に延出する少なくとも1つの通路(315a)、(315b)、(315c)に流れ込み、出口通路(126)を通る。さらなる同軸スロットまたは軸方向スロットは、ハウジング(100)の第2の穴部(101b)から、放射状の/接線方向の通路(315a)、(315b)、(315c)に流体を移動させるために必要である。シート(315)内部に放射状の/接線方向の通路(315a)、(315b)、(315c)を有することによって、流体の流れは、回転運動量を達成するか、または、適切な流体の噴霧を提供する「回転」を達成する。回転運動量は、ねじれ溝、翼、またはシート(315)に類似する他の通路を加えることによって、達成可能である。
ソレノイド組立体(102)が電源を断たれると、ポペットバルブ(114)の円錐状端部(114c)は密閉部(315)とともに密閉し、流体はバルブから出るのを妨げられる。
ソレノイド組立体(102)が励起されると、電機子(112)はバネの力に勝って、電機子が止め具(106)と接触するまで、止め具(106)の方に移動する。電機子(112)の移動によってポペットが移動し、その結果、ポペットの円錐状端部(114c)はシート(315)から離昇し、燃料が、放射状の/接線方向の通路(315a)、(315b)、(315c)を介して通路(321)を通って、および、シートの外に出て、その結果、定量の燃料がエンジンに届けられる。
上記実施形態のドーザバルブ(100)が製造された後、ただし、止め具(106)がソレノイド組立体(102)に対して適所で永久的に固定される前に、ドーザバルブ(101)は流圧にさらされ、流速がモニタされる。止め具(106)は電機子(112)の方に押圧され、ひとたび適切な流速に到達すると、止め具(106)は、圧着、溶接、または、他の手段によって、ドーザバルブハウジング(101)に対して適所に固定される。ドーザバルブ(100)はその後、流速が所望のものであることを確認するために再検査される。溶接、圧着、または、他の固定手段は、好ましくは、チューブ状ケーシング(113)、ドーザバルブハウジング(101)、チューブ状ケーシング(113)、止め具(106)との間に存在する。
従来技術と比較して、この製造方法は、さもなければ事前に定められたスロトークを有するバルブのための流速を変化しかねない様々な製造上のばらつきを補うものである。したがって、ストロークを理論的に承認された範囲に設定する代わりに、ストロークはモニタされた流れを得るために、実際の試験条件下で設定される。
さらに、ポペットバルブ(114)のシート(115)、(215)、(315)は、図6Aおよび6Bに示すような従来のドーザバルブ内にろう付けされるよりもむしろ、図7Aおよび7Bで示すようなハウジングの第2の穴部(101b)に圧入される。シートを従来技術のドーザバルブ内にろう付けすることに関連する問題の1つは、ハウジングの小さな流路にろう付け材料を移動させること、ドーザバルブからの燃料の流れを妨げること、および、燃料の適切な噴霧化を妨げることである。ドーザバルブハウジングにシート(115)、(215)、(315)を圧入することによって、それに関連するろう付けの材料および諸問題は取り除かれる。
このように、本明細書に記載の本発明の実施形態は、本発明の原理の出願を単に例示しているものにすぎないことを理解されたい。例示された実施形態の詳細に関する本明細書の言及は、本発明の本質としてみなされているこれらの特徴を列挙する特許請求の範囲の範囲を制限することを意図したものではない。

Claims (12)

  1. ドーザバルブであって、
    前記ドーザバルブは、
    第2の穴部になる第1の穴部を規定するバルブハウジングと、注入口と排出口とを有する前記第2の穴部を囲む前記ハウジングを通る通路とを備え、
    前記第2の穴部は内径を規定し、
    前記ドーザバルブは、さらに、
    前記第1の穴部内に収容される電機子と、
    バネを介して前記電機子に結合された前記第1の穴部内に収容される流路を規定する止め具と、
    前記第1の穴部内に収容されるとともに、前記電機子と、少なくとも1つのボビンを含む止め具とを囲むソレノイド組立体とを備え、
    少なくとも1つのコイルが、前記少なくとも1つのボビンの周りに巻かれるとともに、エネルギー源に結合され、
    前記ドーザバルブは、さらに、
    第1の端部と第2の端部とを備えた幹部と、前記第1の端部から前記第2の端部まで延出する幹通路とを含むポペットバルブを備え、
    前記幹部の前記第1の端部は注入口を有するとともに前記ハウジングの前記第1の穴部内で前記電機子によって収容され、前記幹部の前記第2の端部は前記ハウジングの前記第2の穴部によって収容されるとともに排出口を有し、
    前記ドーザバルブは、さらに、
    前記第2の穴部内で前記ポペットバルブの前記第2の端部を収容するとともに、外径を有するシートを備え、
    前記シートは、前記シートからの出口通路の中心軸に対して放射状に/接線方向に延出するとともに前記幹通路の前記排出口と前記シートからの前記出口通路と流体連通している少なくとも1つの通路を備え、および、
    前記ドーザバルブは、さらに、
    前記ハウジングの第2の穴部と前記放射状に/接線方向に延出する少なくとも1つの前記シートの通路と流体連通する前記シートの外側表面から軸方向に配された少なくとも1つのスロットを備え、
    前記少なくとも1つのコイルが励起されると、前記電機子は前記止め具の方に移動し、バネを圧縮し、前記ポペットを移動させ、その結果、前記幹部の前記第2の端部が前記シートから離昇し、前記止め具における前記流路からの流体は、前記幹通路を通って前記ハウジングの前記第2の穴部へ流れ込み、前記放射状に/接線方向に延出する少なくとも1つの通路を通って、前記シートの前記出口通路から流れ出ることを特徴とするドーザバルブ。
  2. 前記シートが三角形状であることを特徴とする請求項1に記載のドーザバルブ。
  3. 前記幹部の前記第2の端部が円錐形状であることを特徴とする請求項1に記載のドーザバルブ。
  4. 冷却液が前記第2の穴部を囲む前記ハウジング内の前記通路を通って継続的に流れることを特徴とする請求項1に記載のドーザバルブ。
  5. 前記第2の穴部の内径と前記シートの前記外径との間で規定される放射状の通路をさらに備え、
    前記放射状の通路は、前記ハウジングの前記第2の穴部と、前記放射状に/接線方向に延出する少なくとも1つの通路と流体連通することを特徴とする請求項1に記載のドーザバルブ。
  6. ドーザバルブであって、
    前記ドーザバルブは、
    第2の穴部になる第1の穴部を規定するバルブハウジングと、注入口と排出口とを有する前記ハウジングを通る通路と、
    前記第1の穴部内に収容される電機子と、
    バネを介して前記電機子に結合された前記第1の穴部内に収容される流路を規定する止め具と、
    前記第1の穴部内に収容されるとともに、前記電機子と、少なくとも1つのボビンを含む止め具とを囲むソレノイド組立体とを備え、
    少なくとも1つのコイルが、前記少なくとも1つのボビンの周りに巻かれるとともに、エネルギー源に結合され、
    前記ドーザバルブは、さらに、
    第1の端部と第2の端部とを備えた幹部と、前記第1の端部から前記第2の端部まで延出する幹通路とを含むポペットバルブを備え、
    前記第1の端部は、前記ハウジングの前記第1の穴部内で前記電機子によって収容され、前記幹部の前記第2の端部は、前記ハウジングの前記第2の穴部によって収容され、前記幹部の前記第2の端部は円錐形であり、且つ角を有する少なくとも1つの通路を有し
    前記ドーザバルブは、さらに、
    記ハウジングの前記第2の穴部内で前記ポペットバルブの前記第2の端部を収容するシートを備え、
    前記少なくとも1つのコイルが励起されると、前記電機子は前記止め具の方に移動し、バネを圧縮し、前記ポペットを移動させ、その結果、前記第2の端部が前記シートから離昇し、流体は、前記幹通路から前記ポペットバルブを通って、および、前記シートの前記少なくとも1つの角を有する通路を通って出ることを特徴とするドーザバルブ。
  7. 冷却液が前記第2の穴部を囲む前記ハウジング内の前記通路を通って継続的に流れることを特徴とする請求項6に記載のドーザバルブ。
  8. ドーザバルブの流速を設定するための方法であって、
    前記方法は、
    a)ドーザバルブを通る流圧と流速をモニタする工程を備え、
    前記ドーザバルブは、
    第2の穴部になる第1の穴部を規定するバルブハウジングと、注入口と排出口とを有する前記第2の穴部を囲む前記ハウジングを通る通路と、
    前記第1の穴部内に収容される電機子と、
    バネを介して前記電機子に結合された前記第1の穴部内に収容される流路を規定する止め具と、
    前記第1の穴部内に収容されるとともに、前記電機子と、少なくとも1つのボビンを含む止め具とを囲むソレノイド組立体とを備え、
    少なくとも1つのコイルが、前記少なくとも1つのボビンの周りに巻かれるとともに、エネルギー源に結合され、
    前記ドーザバルブは、さらに、
    第1の端部と第2の端部とを備えた幹部と、前記第1の端部から前記第2の端部まで延出する幹通路とを含むポペットバルブを備え、
    前記幹部の前記第1の端部は注入口を有し、前記ハウジングの前記第1の穴部内で前記電機子によって収容され、前記幹部の前記第2の端部は前記ハウジングの前記第2の穴部によって収容され、排出口を有し、および、
    前記ドーザバルブは、さらに、
    前記ハウジングの前記第2の穴部内で前記ポペットバルブの前記第2の端部を収容するシートを備え、
    前記方法は、さらに、
    b)前記モニタされた流圧と流速を、事前に定められた流圧と流速と比較する工程と、
    c)前記バルブハウジング内の前記電機子に対する前記止め具の位置を変える工程と、
    d)前記電機子とバルブハウジングに対して前記止め具を適所に固定する工程を備え、
    前記モニタされた流圧と流速が、工程b)における事前に定められた流圧と流速と等しくない場合、工程a)に進み、
    前記モニタされた流圧と流速が、工程b)における事前に定められた流圧と流速と等しい場合、工程d)に進むことを特徴とする方法。
  9. 前記止め具が適所に固定された後に、前記ドーザバルブを通る流圧と流速をモニタする工程をさらに含むことを特徴とする請求項に記載の方法。
  10. 前記シートが、前記シートからの出口通路の中心軸に対して前記放射状に/接線方向に延出する少なくとも1つの通路と、前記ハウジングの前記第2の穴部と前記シートからの前記出口通路と流体連通する前記放射状に/接線方向に延出する少なくとも1つの通路とをさらに備えること特徴とする請求項に記載の方法。
  11. 前記シートが、前記放射状に/接線方向に延出する少なくとも1つの通路と前記ハウジングの前記第2の穴部との間の、および、前記放射状に/接線方向に延出する少なくとも1つの通路と前記ハウジングの前記第2の穴部と流体連通する、前記シートの外側表面から軸方向に配された少なくとも1つのスロットをさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の方法。
  12. 前記第2の穴部の内径と前記シートの前記外径との間で規定される放射状の通路をさらに備え、
    前記放射状の通路は、前記ハウジングの前記第2の穴部と、前記放射状に/接線方向に延出する少なくとも1つの通路と流体連通することを特徴とする請求項10に記載の方法。
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