WO2014126243A1 - 密封構造 - Google Patents

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WO2014126243A1
WO2014126243A1 PCT/JP2014/053658 JP2014053658W WO2014126243A1 WO 2014126243 A1 WO2014126243 A1 WO 2014126243A1 JP 2014053658 W JP2014053658 W JP 2014053658W WO 2014126243 A1 WO2014126243 A1 WO 2014126243A1
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seal ring
mounting hole
injector
peripheral surface
sealing structure
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English (en)
French (fr)
Inventor
洋介 近藤
光 ▲但▼野
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Nok株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/004Joints; Sealings
    • F02M55/005Joints; Sealings for high pressure conduits, e.g. connected to pump outlet or to injector inlet
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/14Arrangements of injectors with respect to engines; Mounting of injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/02Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/10Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/85Mounting of fuel injection apparatus
    • F02M2200/858Mounting of fuel injection apparatus sealing arrangements between injector and engine

Definitions

  • the present invention relates to a sealing structure that prevents high pressure gas from leaking.
  • a sealing device is provided to prevent high pressure combustion gas from leaking from the annular gap between the injector and the mounting hole formed in the cylinder head. It is done. Moreover, the sealing device is similarly provided also in the site
  • a sealing device there is known a technology employing a resin seal ring which has a small number of parts and can suppress noise due to vibration as compared to the case of using a washer made of metal. (See Patent Document 1).
  • An object of the present invention is to provide a sealing structure capable of exhibiting a sealing function even in a low temperature state with a reduction in the clearance of a seal ring.
  • the present invention adopts the following means in order to solve the above problems.
  • the sealing structure of the present invention is A member having a mounting hole and exposed to high pressure gas; A mounting part attached to the mounting hole; A seal ring made of resin which seals an annular gap between the mounting hole and the mounting part; A sealed structure comprising On the inner peripheral surface of the mounting hole, a step having a larger diameter is formed on the side where high pressure gas is present, The seal ring is mounted at a position in close contact with the step surface of the step.
  • the seal is formed on the step surface of the step formed on the inner peripheral surface of the mounting hole. Since the ring is kept in close contact, high pressure gas leakage can be suppressed. Therefore, the crush margin of the seal ring decreases with time, and the diameter of the seal ring decreases due to the low temperature, so that a gap is generated between the outer peripheral surface of the seal ring and the inner peripheral surface of the mounting hole. , Sealing function is exhibited.
  • the sealing function can be exhibited even in the low temperature state and in the state in which the crushing allowance of the seal ring is reduced.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing a mounting structure of an injector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an initial state in which the seal ring according to the embodiment of the present invention is mounted.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a mounting state of the seal ring according to the embodiment of the present invention, in which a crushing loss of the seal ring is reduced, and a low temperature state.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a mounted state of the seal ring according to the first modification of the present invention, in which a crushing loss of the seal ring is reduced, and a low temperature state.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a mounting state of a seal ring according to a second modification of the present invention, in which a crushing loss of the seal ring is reduced, and a low temperature state.
  • the sealing structure according to the present invention is a structure for preventing leakage of high pressure gas such as combustion gas. More specifically, the sealing structure according to the present invention is a structure for sealing an annular gap between a mounting hole formed in a member exposed to high pressure gas and a mounting part mounted in the mounting hole.
  • a sealing structure for sealing an annular gap between a mounting hole formed in a cylinder head as a member exposed to high pressure gas and an injector as a mounting part mounted in the mounting hole An example will be described.
  • the present invention is also applicable to a sealing structure that seals an annular gap between a mounting hole formed in a cylinder head and various sensors (for example, combustion pressure sensors) mounted in the mounting hole. Further, the present invention is not limited to a cylinder head, but is applied to a sealing structure for sealing an annular gap between a mounting hole formed in a member exposed to high pressure gas and various mounting parts mounted in the mounting hole. It is possible.
  • An injector mounting hole 310 is formed in a cylinder head 300 of the engine.
  • the injector 200 is attached to the injector attachment hole 310 so that its tip portion is inserted.
  • the lower side through the cylinder head 300 is the combustion chamber side (E)
  • the upper side is the atmosphere side (A).
  • an annular groove 210 is provided at the tip of the injector 200, and a seal ring (tip seal) is attached to the annular groove 210 to prevent the combustion gas from leaking to the atmosphere side (A) from the annular gap.
  • a collar 220 is provided in the vicinity of the tip of the injector 200.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view showing an initial state in which the seal ring 100 according to the embodiment of the present invention is mounted.
  • the cross-sectional view in FIG. 2 shows a part of the cross section cut along a plane including the central axis of the seal ring 100.
  • the sealing structure according to the present embodiment has a rotationally symmetrical shape, and the same cross-sectional shape is formed in any plane including the central axis of the seal ring 100.
  • the seal ring 100 is a cylindrical member made of a resin material (such as PTFE or a resin composition composed of PTFE and a filler) having heat resistance of at least 200 ° C. That is, the cross-sectional shape cut in the plane including the central axis in the seal ring 100 is rectangular. That is, the inner peripheral surface side of the seal ring 100 is formed by the cylindrical surface 110 in close contact with the groove bottom surface of the annular groove 210, and the outer peripheral surface side is by the cylindrical surface 120 in close contact with the inner peripheral surface of the injector mounting hole 310. It is configured. In addition, since the seal ring 100 is deformed according to the shape of the groove bottom surface of the annular groove 210 and the shape of the inner peripheral surface of the injector mounting hole 310 in the mounted state, as shown in FIG. It does not become.
  • a resin material such as PTFE or a resin composition composed of PTFE and a filler
  • seal ring 100 has a crushing margin at least in the initial state. Therefore, the cylindrical surface 110 on the inner peripheral surface side and the cylindrical surface 120 on the outer peripheral surface are in close contact with the groove bottom surface of the annular groove 210 and the inner peripheral surface of the injector mounting hole 310 in a state having sufficient surface pressure. ing.
  • the groove bottom of the annular groove 210 of the injector 200 is formed by a cylindrical surface 211 at the combustion chamber side (E), and by a tapered surface 212 whose diameter increases toward the atmosphere side (A) at the atmosphere side (A). .
  • the seal ring 100 is pressed toward the atmosphere side (A) by the pressure of the combustion gas and pressed against the tapered surface 212, so that the self-sealing function is exhibited.
  • the combustion chamber side (E) is the large diameter portion 310a
  • the atmosphere side (A) is the small diameter portion 310b
  • the combustion chamber side (E) where high pressure gas is present is A step is formed in which the diameter increases.
  • the stepped surface 310 c between the large diameter portion 310 a and the small diameter portion 310 b is perpendicular to the central axes of the seal ring 100 and the injector mounting hole 310 in design.
  • the seal ring 100 is mounted so as to enter the small diameter portion 310 b side of the injector mounting hole 310.
  • the outer peripheral surface side of the seal ring 100 is deformed so as to follow the inner peripheral surface of the injector mounting hole 310, so the outer peripheral surface of the seal ring 100 is also deformed so as to have a step.
  • the stepped surface 120 a formed by such deformation adheres closely to the stepped surface 310 c between the large diameter portion 310 a and the small diameter portion 310 b in the inner peripheral surface of the injector mounting hole 310.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a mounted state of the seal ring 100 according to the embodiment of the present invention, in which the crushing allowance of the seal ring 100 is reduced, and a low temperature state.
  • the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side are provided with a crushing allowance.
  • the crushing margin will decrease with time.
  • the diameter of the seal ring 100 is reduced, as shown in FIG. 3, between the outer peripheral surface of the seal ring 100 and the inner peripheral surface of the injector mounting hole 310. A gap S will occur between the two.
  • the stepped surface 120a on the outer peripheral surface of the seal ring 100 is the stepped surface 310c between the large diameter portion 310a and the small diameter portion 310b on the inner peripheral surface of the injector mounting hole 310. It is kept in close contact with the Therefore, the sealing function is exhibited even when the gap S as described above is generated.
  • the step surface 120a formed on the seal ring 100 is the inner peripheral surface of the injector mounting hole 310.
  • the distal end surface 130 of the seal ring 100 may be in close contact with the step surface 310 c on the inner peripheral surface of the injector mounting hole 310.
  • tip end surface 130 of seal ring 100 is the injector mounting hole.
  • the inner peripheral surface of the injector mounting hole 310 is configured such that the combustion chamber side (E) is the large diameter portion 310a and the atmosphere side (A) is the small diameter portion 310b.
  • the combustion chamber side (E) is the large diameter portion 310a and the atmosphere side (A) is the small diameter portion 310b.
  • the combustion chamber side (E) on which the high pressure gas is present forms a step having a larger diameter.
  • the surface on the combustion chamber side (E) of the projecting portion 320 is the stepped surface 320a.
  • the stepped surface 320a may also be made perpendicular to the central axes of the seal ring 100 and the injector mounting hole 310 in design.
  • the seal ring 100 is mounted so as to enter the projecting portion 320 side of the injector mounting hole 310, whereby the stepped surface 120a formed on the seal ring 100 is obtained.
  • the distal end surface 130 of the seal ring 100 may be configured to be in close contact with the stepped surface 320a.
  • the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.

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Abstract

 シールリングのつぶし代が減少した状態、かつ低温状態においても、密封機能を発揮させることを可能とする密封構造を提供する。 インジェクター取付孔(310)を有し、かつ高圧ガスに曝されるエンジンのシリンダーヘッド(300)と、インジェクター取付孔(310)に取り付けられるインジェクター(200)と、インジェクター取付孔(310)とインジェクター(200)との間の環状隙間を封止する樹脂製のシールリング(100)と、を備える密封構造であって、インジェクター取付孔(310)の内周面には、高圧ガスが存在する燃焼室側(E)の方が、径が大きくなる段差が形成されており、シールリング(100)は、前記段差の段差面(310c)に対して密着する位置に装着されていることを特徴とする。

Description

密封構造
 本発明は、高圧ガスの漏れを防止する密封構造に関する。
 エンジンのシリンダーヘッドに対してインジェクターが取り付けられる部位においては、シリンダーヘッドに形成された取付孔とインジェクターとの間の環状隙間から高圧の燃焼ガスが漏れてしまうことを防止するために密封装置が設けられている。また、シリンダーヘッドに対して、各種センサーなどの取付部品が取り付けられる部位においても、同様に密封装置が設けられている。このような密封装置において、金属製のワッシャ状のシールを用いる場合に比して、部品点数が少なく、振動による騒音を抑制することのできる樹脂製のシールリングを採用した技術が知られている(特許文献1参照)。
 しかしながら、樹脂製のシールリングの場合には、クリープ変形によって、経時的に外周面側でのつぶし代が減少していき、密封機能が低下していくといった課題を有している。
特開2002-81548号公報
 本発明の目的は、シールリングのつぶし代が減少した状態、かつ低温状態においても、密封機能を発揮させることを可能とする密封構造を提供することにある。
 本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
 すなわち、本発明の密封構造は、
 取付孔を有し、かつ高圧ガスに曝される部材と、
 前記取付孔に取り付けられる取付部品と、
 前記取付孔と前記取付部品との間の環状隙間を封止する樹脂製のシールリングと、
 を備える密封構造であって、
 前記取付孔の内周面には、高圧ガスが存在する側の方が、径が大きくなる段差が形成されており、
 前記シールリングは、前記段差の段差面に対して密着する位置に装着されていることを特徴とする。
 本発明によれば、シールリングの外周面と取付孔の内周面との間に隙間が生じた場合であっても、取付孔の内周面に形成された段差の段差面に対してシールリングが密着した状態が保たれるため、高圧ガスの漏れを抑制できる。従って、シールリングのつぶし代が経時的に減少してしまい、かつ低温状態によりシールリングが縮径することで、シールリングの外周面と取付孔の内周面との間に隙間が生じても、密封機能が発揮される。
 以上説明したように、本発明によれば、シールリングのつぶし代が減少した状態、かつ低温状態においても、密封機能を発揮させることができる。
図1は本発明の実施例に係るインジェクターの取り付け構造を示す模式的断面図である。 図2は本発明の実施例に係るシールリングの装着状態であって初期の状態を示す模式的断面図である。 図3は本発明の実施例に係るシールリングの装着状態であってシールリングのつぶし代が減少した状態、かつ低温状態を示す模式的断面図である。 図4は本発明の変形例1に係るシールリングの装着状態であってシールリングのつぶし代が減少した状態、かつ低温状態を示す模式的断面図である。 図5は本発明の変形例2に係るシールリングの装着状態であってシールリングのつぶし代が減少した状態、かつ低温状態を示す模式的断面図である。
 以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
 本発明に係る密封構造は、燃焼ガスなどの高圧ガスの漏れを防止するための構造である。より具体的には、本発明に係る密封構造は、高圧ガスに曝される部材に形成された取付孔と、該取付孔に取り付けられる取付部品との間の環状隙間を密封する構造である。以下の説明においては、高圧ガスに曝される部材としてのシリンダーヘッドに形成された取付孔と、この取付孔に取り付けられる取付部品としてのインジェクターとの間の環状隙間を密封する密封構造の場合を例にして説明する。なお、本発明は、シリンダーヘッドに形成された取付孔と、この取付孔に取り付けられる各種センサー(例えば、燃焼圧センサー)との間の環状隙間を密封する密封構造にも適用可能である。また、本発明は、シリンダーヘッドに限らず、高圧ガスに曝される部材に形成された取付孔と、該取付孔に取り付けられる各種取付部品との間の環状隙間を密封する密封構造にも適用可能である。
 (実施例)
 <インジェクターの取り付け構造>
 本実施例に係る密封構造が適用されるインジェクターの取り付け構造について、図1を参照して説明する。なお、図1においては、説明の便宜上、シールリングは省略している。
 エンジンのシリンダーヘッド300には、インジェクター取付孔310が形成されている。インジェクター200は、このインジェクター取付孔310に、その先端部分が挿入されるように取り付けられる。図中、シリンダーヘッド300を介して下側が燃焼室側(E)であり、上側が大気側(A)である。燃焼室側(E)においては、高圧の燃焼ガスが発生するため、インジェクター取付孔310とインジェクター200との間の環状隙間から、燃焼ガスが大気側(A)に漏れるのを防止する必要がある。そこで、インジェクター200の先端部分に環状溝210を設け、この環状溝210にシールリング(先端シール)を装着することによって、上記環状隙間から燃焼ガスが大気側(A)に漏れるのを防止している。なお、インジェクター200の先端付近には、つば220が設けられている。これにより、インジェクター200をシリンダーヘッド300から引き抜くと、シールリングも同時に抜き取ることができる。
 <密封構造>
 図2を参照して、本発明の実施例に係る密封構造について説明する。図2は本発明の実施例に係るシールリング100の装着状態であって初期の状態を示す模式的断面図である。なお、図2における断面図は、シールリング100の中心軸線を含む面で切断した断面の一部を示している。なお、本実施例に係る密封構造は、回転対称形状であり、シールリング100の中心軸線を含むいずれの面においても、同一の断面形状をなしている。
 シールリング100は、少なくとも200℃の耐熱性を有する樹脂材料(PTFEやPTFEと充填材からなる樹脂組成物など)により構成された円筒形状の部材である。すなわち、シールリング100における中心軸線を含む面で切断した断面形状は矩形である。つまり、このシールリング100の内周面側は、環状溝210の溝底面に密着する円柱面110によって構成され、その外周面側は、インジェクター取付孔310の内周面に密着する円柱面120によって構成されている。なお、シールリング100は、装着された状態では、環状溝210の溝底面の形状、及びインジェクター取付孔310の内周面の形状に倣って変形するため、図2に示すように断面形状は矩形にはならない。
 また、シールリング100は、少なくとも初期状態ではつぶし代を有している。そのため、内周面側の円柱面110及び外周面側の円柱面120は、それぞれ環状溝210の溝底面及びインジェクター取付孔310の内周面に対して、十分な面圧を有する状態で密着している。
 インジェクター200の環状溝210の溝底面は、燃焼室側(E)が円柱面211で構成され、大気側(A)が大気側(A)に向かうにつれて拡径するテーパ面212で構成されている。これにより、シールリング100は燃焼ガスの圧力によって大気側(A)に向かって押圧されてテーパ面212に押し付けられるため、セルフシール機能が発揮される。そして、インジェクター取付孔310の内周面は、燃焼室側(E)が大径部310a、大気側(A)が小径部310bとなり、高圧ガスが存在する燃焼室側(E)の方が、径が大きくなる段差が形成されている。ここで、大径部310aと小径部310bとの間の段差面310cは、設計上、シールリング100やインジェクター取付孔310の中心軸線に対して垂直となっている。
 本実施例においては、シールリング100は、インジェクター取付孔310のうち小径部310b側に入り込むように装着される。これにより、シールリング100の外周面側はインジェクター取付孔310の内周面に倣うように変形するため、シールリング100の外周面も段差ができるように変形する。このような変形によりできた段差面120aが、インジェクター取付孔310の内周面における大径部310aと小径部310bとの間の段差面310cに対して密着する。
 (本実施例に係る密封構造の優れた点)
 本実施例に係る密封構造によれば、シールリング100の外周面とインジェクター取付孔310の内周面との間に隙間が生じた場合であっても、インジェクター取付孔310の内周面に形成された段差の段差面310cに対してシールリング100が密着した状態が保たれるため、高圧ガスの漏れを抑制できる。この点について、図3を参照して、より詳細に説明する。
 図3は本発明の実施例に係るシールリング100の装着状態であってシールリング100のつぶし代が減少した状態、かつ低温状態を示す模式的断面図である。上記の通り、シールリング100は、初期状態においては、内周面側も外周面側もつぶし代が設けられている。しかしながら、つぶし代は経時的に減少してしまう。このようにつぶし代が減少した状態で、環境温度が低温になると、シールリング100が縮径し、図3に示すように、シールリング100の外周面とインジェクター取付孔310の内周面との間には隙間Sが生じてしまう。
 しかしながら、本実施例に係る密封構造の場合には、シールリング100の外周面における段差面120aが、インジェクター取付孔310の内周面における大径部310aと小径部310bとの間の段差面310cに対して密着した状態が維持される。したがって、上記のような隙間Sが生じた場合であっても、密封機能が発揮される。
 (変形例1)
 上記実施例においては、シールリング100がインジェクター取付孔310のうち小径部310b側に入り込むように装着されることで、シールリング100に形成された段差面120aが、インジェクター取付孔310の内周面における段差面310cに対して密着する場合を示した。しかしながら、図4に示すように、シールリング100の先端面130がインジェクター取付孔310の内周面における段差面310cに対して密着するように構成してもよい。この場合においても、図4に示すように、シールリング100の外周面とインジェクター取付孔310の内周面との間に隙間Sが生じても、シールリング100の先端面130が、インジェクター取付孔310の段差面310cに対して密着した状態が維持される。したがって、上記のような隙間Sが生じた場合であっても、密封機能が発揮される。なお、図4においては、上記実施例で示した構成と同一の構成部分については同一の符号を付している。
 (変形例2)
 上記実施例においては、インジェクター取付孔310の内周面は、燃焼室側(E)が大径部310a、大気側(A)が小径部310bとなるように構成されることで、高圧ガスが存在する燃焼室側(E)の方が、径が大きくなる段差が形成される場合を示した。しかしながら、図5に示すように、インジェクター取付孔310の内周面に環状の突出部320を設けることによって、高圧ガスが存在する燃焼室側(E)の方が、径が大きくなる段差を形成させることもできる。この場合においても、突出部320における燃焼室側(E)の面が段差面320aとなる。この段差面320aについても、設計上、シールリング100やインジェクター取付孔310の中心軸線に対して垂直となるようにすればよい。なお、図5においては、上記実施例の場合と同様に、シールリング100がインジェクター取付孔310のうち突出部320側に入り込むように装着されることで、シールリング100に形成された段差面120aが、突出部320における段差面320aに対して密着する場合を示している。しかしながら、上記変形例1の場合と同様に、シールリング100の先端面130が、この段差面320aに対して密着するように構成してもよい。なお、図5においては、上記実施例で示した構成と同一の構成部分については同一の符号を付している。
 100 シールリング
 110 円柱面
 120 円柱面
 120a 段差面
 130 先端面
 200 インジェクター
 210 環状溝
 211 円柱面
 212 テーパ面
 220 つば
 300 シリンダーヘッド
 310 インジェクター取付孔
 310a 大径部
 310b 小径部
 310c 段差面
 320 突出部
 320a 段差面

Claims (1)

  1.  取付孔を有し、かつ高圧ガスに曝される部材と、
     前記取付孔に取り付けられる取付部品と、
     前記取付孔と前記取付部品との間の環状隙間を封止する樹脂製のシールリングと、
     を備える密封構造であって、
     前記取付孔の内周面には、高圧ガスが存在する側の方が、径が大きくなる段差が形成されており、
     前記シールリングは、前記段差の段差面に対して密着する位置に装着されていることを特徴とする密封構造。
PCT/JP2014/053658 2013-02-18 2014-02-17 密封構造 WO2014126243A1 (ja)

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KR1020157021260A KR101718270B1 (ko) 2013-02-18 2014-02-17 밀봉구조
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Application Number Priority Date Filing Date Title
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JP2013028949 2013-02-18

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