JP5846977B2 - Reciprocating compressor - Google Patents
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Description
本発明は、往復動圧縮機に関する。 The present invention relates to a reciprocating compressor.
本技術分野の背景技術として、特許文献1、2がある。
As background arts in this technical field, there are
特許文献1には、吸込み口からの空気をクランク室に導入することにより、ピストンの往復運動による脈動の発生を防止させるために、吸込み口に接続され、シリンダ室(シリンダヘッドの吸入室)に加圧空気を供給する圧力管(吸入管)からのびる分岐管(連通管)をクランク室に接続させた空気増圧装置が記載されている。
In
特許文献2には、吸込みサイレンサ(吸込み口)とクランクケース(クランク室)とを接続する油戻し管(連通管)の途中に冷却タンクを設けた往復動圧縮機が記載されている。
特許文献1の空気増圧装置は、クランク室において加熱された空気が十分に冷却される前に連通管、吸入管を介して、シリンダヘッドの吸入室に吸込まれ、圧縮される。従って、高温となり密度の低下した空気が圧縮されるため、圧縮効率が向上を図ることができなかった。
The air pressure booster disclosed in
特許文献2の往復動圧縮機は、冷却タンクによってクランクケース内の潤滑油を冷却して、クランクケース内の温度の上昇を防止することを目的としたものであり、冷却タンクを十分な大きさにしていない。そのためクランクケース内の空気をシリンダヘッドを介して吸込み口から吸込んでしまうため、圧縮される空気が高温となり、圧縮効率の向上を図ることができなかった。
The reciprocating compressor of
本発明は上記問題点に鑑み、圧縮効率を向上させつつピストンの往復運動による脈動を抑制することができる往復動圧縮機を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a reciprocating compressor capable of suppressing the pulsation caused by the reciprocating motion of a piston while improving the compression efficiency.
本発明は、シリンダ内を往復動することにより空気を圧縮するピストンと、前記シリンダに接続され、前記ピストンを収納するクランク室と、外部から空気を吸込む吸込口と前記シリンダ内の吸込室とを接続する吸入管と、前記吸入管と前記クランク室とを連通させる連通管とを備え、前記連通管には、前記クランク室からの空気を一時的に貯留し、前記シリンダ内に吸込まれるのを抑制する空洞部を設け、前記吸込口から前記シリンダに空気を吸込む吸入工程時に前記クランク室からの空気は前記吸入管まで達しないことを特徴とする往復動圧縮機を提供する。 The present invention includes a piston that compresses air by reciprocating in a cylinder, a crank chamber that is connected to the cylinder and houses the piston, a suction port for sucking air from the outside, and a suction chamber in the cylinder. A suction pipe to be connected; and a communication pipe for communicating the suction pipe with the crank chamber. The communication pipe temporarily stores air from the crank chamber and is sucked into the cylinder. A reciprocating compressor is provided in which a hollow portion is provided to suppress air, and air from the crank chamber does not reach the suction pipe during a suction process in which air is sucked into the cylinder from the suction port .
本発明によれば、圧縮効率を向上させつつピストンの往復運動による脈動を抑制することができる往復動圧縮機を提供することをができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reciprocating compressor which can suppress the pulsation by the reciprocating motion of a piston can be provided, improving a compression efficiency.
圧縮機を例に採り、本発明の実施例1を図1乃至図3により説明する。 A compressor will be taken as an example, and a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は実施例1の全体構造を示している。シリンダ1内にピストン2が内接して配置される。ピストン2の後端部には大端部3が形成されている。大端部3に軸受4が装着される。シリンダ1はクランク室5に接続され、ピストン2を収納する。クランク室5の内部の2箇所に軸受(図示せず)が装着され、クランク軸6が回転自由に支持される。クランク軸6は偏心軸7を有する。偏心軸7に軸受4が嵌合される。
FIG. 1 shows the overall structure of the first embodiment. A
ヘッドプレート8がシリンダ1の先端に設置される。ヘッドプレート8は吸入孔9を有し、吸入孔9のピストン2に近い側を塞ぐように吸入弁10が装着される。また、ヘッドプレート8は吐出孔11を有し、吐出孔11のシピストン2に遠い側を塞ぐように吐出弁12が装着される。ヘッドプレート8を挟み込んでシリンダヘッド13がボルトなどでシリンダ1に固着される。シリンダヘッド13はシリンダ1を覆い、シリンダ1内を吸入室14と吐出室18とに区画する。吸入室14は外部に通じる吸入ポート15が設けられている。外部から空気を吸込む吸込口17は吸入室14と吸入管16を介して接続される。吐出室18には外部に通じる吐出ポート19が設けられている。吐出管20が吐出ポート19に接続される。
A
吸入管16とクランク室5とを接続する連通管21が吸入管16から分岐する。連通管21は、吸入管16に接続される吸入側連通管21aと、クランク室5に連通するクランク室側連通管21bと、吸入側連通管21aとクランク室側連通管21bの間にある空洞部22とから構成される。本実施例における空洞部22は、クランク室5からの空気を一時的に貯留し、吸入管16に流入するのを抑制するものである。
A
次に本実施例の動作を説明する。クランク軸6が電動機(モータ)などの駆動部により回転駆動される。すると偏心軸7が旋回しながら回転する。この運動により偏心軸7に接続されたピストン2の大端部3は旋回運動する。この旋回運動によりピストン2はクランク軸6の回転と同期してシリンダ1内を往復運動する。ピストン2の外周面にはシール部材が装着されており、シリンダ1の内周面と摺動しながらシリンダ1内とクランク室5内の間で空気が漏れないようにシールする。
Next, the operation of this embodiment will be described. The crankshaft 6 is rotationally driven by a drive unit such as an electric motor (motor). Then, the
シリンダ1内でのピストン2の往復運動により、クランク軸6が1回転する間、半周期は吸入弁10が開いて、吸込口17、吸入管16、吸入室14、吸入孔9を経由してシリンダ1へ空気が吸い込まれる。後の半周期はシリンダ1内で空気が圧縮され、吐出弁12が開いて吐出孔11、吐出室18、吐出ポート19、吐出管20を通じて、圧縮機外へ空気が吐出される。
The reciprocating motion of the
仮に連通管21がない場合、ピストン2の往復運動によって、クランク室5内の圧力が変動し、脈動を生じる。本実施例のように連通管21を設けた場合、クランク室5内の空気を連通管21内を通じて逃がすことにより、クランク室5内の圧力の変動を防止し、脈動による騒音を防止することができる。
If there is no
本実施例における圧縮機は、外部から空気をシリンダ1に吸入する吸入工程と、吸入した空気をピストン2によって圧縮する圧縮工程によって圧縮動作を行う。吸入工程、圧縮工程についてそれぞれ図2、3を用いて説明する。
The compressor in the present embodiment performs a compression operation by an intake process in which air is sucked into the
図2は本実施例の圧縮機の吸入工程完了時の状態を示す。図1と同じ部品には同じ記号を付し、説明を省略する。ピストン2がヘッドプレート8に接近した位置から下降し、シリンダ1内の圧力が外気よりも低くなると、吸入弁10が開いて、吸込口17、吸入管16、吸入室14、吸入孔9を経由して、空気がシリンダ1内に吸入される。このとき、ピストン2はクランク室5の方へ移動するので、クランク室5の体積は減少する。したがって、クランク室5内の空気24がクランク室側連通管21bを通じてクランク室5内からクランク室5の外へ押し出される。
FIG. 2 shows a state when the suction process of the compressor of this embodiment is completed. The same parts as those in FIG. When the
ここで、空気を圧縮すると圧縮熱が発生するので温度が上昇する。また、運転時にはシリンダ1とピストン2の摺動部や軸受4には摩擦熱が発生する。シリンダ1、ピストン2、クランク軸6およびクランク室5は高温になった空気の熱や摩擦熱を受けて温度が上昇する。したがって、クランク室5内の空気の温度も上昇する。そのため、クランク室5内の空気24は高温になっている。
Here, when air is compressed, heat of compression is generated, so the temperature rises. Further, during operation, frictional heat is generated in the sliding portion of the
クランク室5から押し出される空気の体積は、ピストン2がシリンダ1内を端から端まで移動して押しのける体積(ピストン2が上端(シリンダヘッド13側)にあるときと下端(大端部3側)にあるときにおけるシリンダ1とピストン2で形成される空間の体積の差分)、即ち、ピストン2がシリンダ1内で一度の圧縮動作で圧縮する空気の体積(吸入工程においてシリンダ1内に流入する空気の体積)に等しい。この体積をピストン押しのけ体積と呼ぶ。本実施例では、吸入側連通管21aとクランク室側連通管21bおよび空洞部22の内部の合計体積(空洞部22を含めた連通管21の内部の合計体積)はピストン押しのけよりも大きく設定してある。これにより、吸入空気23とクランク室空気24の境界面25は空洞部22または吸入側連通管21aの途中までは移動してくるかもしれないが、吸入管16内まで移動することはない。したがって、シリンダ1へ吸入される空気は、吸込口17から流入した吸入空気23のみであるから、低温のままである。
The volume of air pushed out from the
仮に、シリンダ1に高温のクランク室5内の空気24が混入して吸入されると、密度が低い空気を吸入することになる。この場合、モータの回転速度あたりのピストンが押しのけ体積は一定なので、空気の密度が高い場合に比べて、圧縮する空気の質量が減少し、体積効率(ピストン押しのけ体積あたりの実際に吐出した空気の大気圧状態における体積)が低下する。一方、流体損失や機械損失は空気の密度によってはほとんど変化しないので、同じ量だけ発生する。圧縮する空気の量が減って損失が変わらないということは、質量効率(圧縮空気量あたりの理論動力/実際の動力)も低下することになる。しかし、本実施例によれば、シリンダ1へ吸入される空気に高温のクランク室空気24が混入せず、吸入空気を混入空気で加熱することがないので、体積効率も圧縮効率も低下しないので、圧縮機の性能が低下しない。
If the
図3は本実施例の圧縮機の圧縮工程完了時の状態を示す。図1と同じ部品には同じ記号を付し、説明を省略する。ピストン2は図2の状態からヘッドプレート8に最接近する位置まで移動し、クランク室5の体積はピストン押しのけ体積の分だけ増加する。したがって、一旦押し出されていたクランク室5内の空気24は再びクランク室5へ吸入され、吸入管23から空気が吸入側連通管21aへ流入する。そして境界面25はほぼクランク室5とクランク室側連通管21bの接続部まで後退する。圧縮機運転中は境界面25は図2の位置と図3の位置の間を往復する。
FIG. 3 shows a state when the compression process of the compressor of this embodiment is completed. The same parts as those in FIG. The
このとき、圧縮熱や摩擦熱により加熱され、高温になったクランク室5内の空気24がクランク室側連通管21bや空洞部22へ流入すると、これらの部材に熱が伝達され、さらには外気へ放熱されるので、クランク室5内の空気24は冷却される。冷却され、温度の低下したクランク室5内の空気24は再びクランク室5へ戻るので、クランク室5の温度も低下する。この繰り返しにより、クランク室5およびこれに連結するシリンダ1の他、圧縮機は全体的に冷却される。圧縮機が全体的に冷却されると、吸入空気が圧縮機部材から受ける加熱量も低減する。したがって、シリンダ1に吸入される空気の温度が低減し、圧縮機の体積効率および圧縮効率が向上するので、圧縮機の性能が向上する。
At this time, when the
以上より、本実施例によれば、吸入管21によってピストン2の往復運動による脈動を抑制しつつ、高温になったクランク室5内の空気が吸入管21内の空洞部22で一時的に貯留され冷却されるため、シリンダ1内に高温の空気が吸入されるのを抑制し、圧縮効率を高めることができる。
As described above, according to the present embodiment, the air in the
本発明の実施例2を図4に示す。実施例1と同じ部品には同じ記号を付し、説明を省略する。本実施例の特徴は空洞部22を複数本の並列管31で構成したことである。並列管31は一端が吸入側マニホールド30aに連通し、他端がクランク室側マニホールド30bに連通している。吸入側マニホールド30aは吸入側連通管21aに接続され、クランク室側マニホールド30bはクランク室側連通管21bに接続される。個々の並列管31の内径は細いが、複数本の内部の体積を合わせると大きな体積になる。したがって実施例1と同様に空洞部22として機能する。
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The feature of this embodiment is that the
実施例1のように空洞部22がひとつの大きな体積である場合は、流入したクランク室5内の空気24と吸入空気23はある程度攪拌され、境界面25がはっきり形成されず、高温の空気の一部は吸入管16まで到達するおそれがある。そこで、実施例1の場合は、余裕を見て、空洞部22をピストン2の押しのけ体積よりも十分に大きく形成する必要がある。一方、本実施例にように、空洞部22の体積が細い管の中では攪拌が防止されるので境界面25がはっきり形成され、空洞部22の体積がピストン2の押しのけ体積よりも大きければ、それ以上余裕を見て体積を大きくしなくても高温の空気が吸入管16まで到達しない。
When the
以上より、本実施例によれば、実施例1の空洞部22よりも小さい体積で実施例1と同様の効果を得ることができる。さらに、クランク室5内を含め、圧縮機全体をより効率よく冷却できるとともに圧縮機全体の大型化を防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained with a smaller volume than the
本発明の実施例3を図5および図6に示す。実施例1と同じ部品には同じ記号を付し、説明を省略する。図6は図5のA−A断面図である。本実施例の特徴は、空洞部22を容器32と内部に設けた隔壁33で形成したことである。容器32は一端が吸入側連通管21aに接続され、他端がクランク室側連通管21bに接続される。容器32の内部は、図6に示すようにハニカム状の隔壁33で仕切られている。図5に示すように、隔壁33の両端は開放状態であり、流体は双方に出入りできる。隔壁33で仕切られた個々の通路34の断面積は小さいが、全通路の体積を合わせると大きな体積になる。したがって空洞部22として機能する。
A third embodiment of the present invention is shown in FIGS. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. The feature of this embodiment is that the
空洞部22がひとつの大きな体積である場合は、流入したクランク室空気24と吸入空気23はある程度攪拌され、境界面25がはっきり形成されず、高温の空気の一部は吸入管16まで到達するおそれがある。そこで、実施例1の場合は、余裕を見て、空洞部22をピストン2の押しのけ体積よりも十分に大きく形成する必要がある。一方、本実施例にように、断面積の小さな一つの通路34の中では攪拌が防止されるので境界面25がはっきり形成され、空洞部22の体積がピストン2の押しのけ体積よりも大きければ、それ以上余裕を見て体積を大きくしなくても高温の空気が吸入管16まで到達しない。
When the
以上より、本実施例によれば、実施例1の空洞部22よりも小さい体積で実施例1と同様の効果を得ることができる。さらに、クランク室5内を含め、圧縮機全体をより効率よく冷却できるとともに圧縮機全体の大型化を防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained with a smaller volume than the
本発明の実施例4を図7に示す。実施例1と同じ部品には同じ記号を付し、説明を省略する。クランク室側連通管21bの表面には円盤フィン40が設けられている。空洞部22の表面にはストレートフィン41が設けられている。これらの放熱フィンは内部の流体の熱を外気により効果的に放熱する。したがって内部に流入したクランク室空気24は放熱が促進され、より効果的に冷却される。したがって圧縮機がより効果的に冷却され、圧縮機の体積効率および圧縮効率が向上するので、圧縮機の性能が向上する。なお、ここに示した放熱フィンの形状は一例を示したものであり、この形状に限定されるものではない。また、吸入側連通管21aの表面にも放熱フィンを設けてもよい。
A fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
以上より、本実施例によれば、実施例1よりもさらに往復動圧縮機全体を効果的に冷却でき、圧縮効率をさらに向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the entire reciprocating compressor can be more effectively cooled than in the first embodiment, and the compression efficiency can be further improved.
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。また、実施例1乃至4を組み合わせることにより本発明を実施してもよい。 The embodiments described so far are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention is not limitedly interpreted by these. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof. Further, the present invention may be implemented by combining the first to fourth embodiments.
1 シリンダ
2 ピストン
3 大端部
4 軸受
5 クランク室
6 クランク軸
7 偏心軸
8 ヘッドプレート
9 吸入孔
10 吸入弁
11 吐出孔
12 吐出弁
13 シリンダヘッド
14 吸入室
15 吸入ポート
16 吸入管
17 吸込口
18 吐出室
19 吐出ポート
20 吐出管
21a 吸入側連通管
21b クランク室側連通管
22 空洞部
23 吸入空気
24 クランク室空気
25 境界面
30a 吸入側マニホールド
30b クランク室側マニホールド
31 並列管
32 容器
33 隔壁
34 通路
40 円盤フィン
41 ストレートフィン
1
Claims (9)
前記シリンダに接続され、前記ピストンを収納するクランク室と、
外部から空気を吸込む吸込口と前記シリンダ内の吸込室とを接続する吸入管と、
前記吸入管と前記クランク室とを連通させる連通管とを備え、
前記連通管には、前記クランク室からの空気を一時的に貯留し、前記シリンダ内に吸込まれるのを抑制する空洞部を設け、
前記吸込口から前記シリンダに空気を吸込む吸入工程時に前記クランク室からの空気は前記吸入管まで達しないことを特徴とする往復動圧縮機。 A piston that compresses air by reciprocating in the cylinder;
A crank chamber connected to the cylinder and containing the piston;
A suction pipe connecting the suction port for sucking air from the outside and the suction chamber in the cylinder;
A communication pipe for communicating the suction pipe and the crank chamber;
The communication pipe is provided with a cavity that temporarily stores air from the crank chamber and suppresses the air from being sucked into the cylinder .
A reciprocating compressor characterized in that air from the crank chamber does not reach the suction pipe during a suction process for sucking air into the cylinder from the suction port .
前記シリンダに接続され、前記ピストンを収納するクランク室と、
外部からの空気を前記シリンダ内に吸込む吸入管と、
前記吸入管と前記クランク室とを連通させる連通管とを備え、
前記連通管には空洞部を設け、前記空洞部を含めた前記連通管の内部の体積の合計が、前記ピストンが上端にあるときと下端にあるときにおける前記ピストンと前記シリンダとで形成される空間の体積の差分よりも大きいことを特徴とする往復動圧縮機。 A piston that compresses air by reciprocating in the cylinder;
A crank chamber connected to the cylinder and containing the piston;
A suction pipe for sucking air from outside into the cylinder;
A communication pipe for communicating the suction pipe and the crank chamber;
A hollow portion is provided in the communication pipe, and the total volume inside the communication pipe including the hollow portion is formed by the piston and the cylinder when the piston is at the upper end and the lower end. A reciprocating compressor characterized by being larger than the difference in volume of space .
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