WO2023140204A1 - 熱交換器 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to heat exchangers.
- heat exchangers made of aluminum are known as heat exchangers used in vehicle air conditioners.
- a pair of hollow headers are connected in a communicating state to both ends of a plurality of tubes arranged in parallel at predetermined intervals, corrugated fins are arranged between the tubes and outside the outermost tubes, side plates for protecting the fins are arranged outside the outermost corrugated fins, and connecting pipes serving as inlets and outlets for a heat medium (including refrigerant) are appropriately connected to the hollow headers in a communicating state.
- the tubes, headers, corrugated fins, side plates, etc. mentioned above are all made of aluminum, and the entire assembly is placed in an electric furnace with these assembled and brazed together to join the parts together.
- This heat exchanger needs to be attached and fixed to the vehicle body as a whole with each part joined by brazing. For this reason, mounting brackets are fixed to the side plates of the heat exchanger. At that time, the bracket is temporarily fixed by brazing to the side plate or the like during the collective brazing described above, and then a fastener (bolt) is inserted into the screw hole provided in the side plate and the long hole provided in the bracket to fasten and fix (see Patent Document 1 below).
- a constraining jig made of a metal material (for example, stainless steel) that is not brazed to the aluminum material is brought into contact with the outside of both side plates, and the constraining jig sandwiches both side plates, a large number of tubes and a large number of corrugated fins arranged between them, and brazes them collectively while maintaining their arrangement relationship. According to this, it is possible to put the entire tube into the electric furnace while maintaining the positional relationship between the tubes and the corrugated fins arranged in parallel, thereby increasing the yield of non-defective products.
- a metal material for example, stainless steel
- the object of the present invention is to deal with such problems. That is, it is an object of the present invention to be able to properly attach a heat exchanger to a location where it is attached to a vehicle body or the like, even when a constraining jig is brought into contact with the outer side of the side plate to maintain the positional relationship of a large number of tubes, etc., when the aluminum heat exchangers are collectively brazed.
- the heat exchanger of the present invention has the following configuration.
- a heat exchanger comprising: a plurality of tubes through which a heat medium flows; a pair of headers extending along a stacking direction of the plurality of tubes and respectively connected to both ends of the tubes; and side plates provided at both ends of the plurality of tubes in the stacking direction, the ends of which are connected to the headers.
- a heat exchanger comprising a hole and a second insertion hole, wherein the second insertion hole has a longer diameter than the first insertion hole.
- a heat exchanger with such characteristics allows the heat exchanger to be properly attached to the vehicle body, etc., even when the positional relationship of a large number of parallel tubes is maintained by placing a restraining jig in contact with the outside of the side plate when the aluminum heat exchanger is collectively brazed.
- FIG. 4 is an explanatory diagram showing a heat exchanger before collective brazing, which is restrained by restraints.
- FIG. 4 is an explanatory view showing the side plate deformed by collective brazing; Explanatory drawing which showed an example of the fastening part in a side plate. Explanatory drawing which showed an example of the fastening part in a side plate.
- FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which a member to be fastened (bracket) is fastened to the fastening portion of the side plate;
- Fig. 1 shows the assembled state of each part of the heat exchanger before collective brazing.
- the heat exchanger 1 comprises tubes 10 , headers 11 and side plates 12 . Further, corrugated fins 13 are arranged between the tubes 10 laminated in plurality and between the tubes 10 at both ends and the side plates 12 . All of these parts constituting the heat exchanger 1 are made of aluminum.
- the heat exchanger 1 is, for example, an outdoor heat exchanger used in a heat pump of a vehicle air conditioner, through which a refrigerant as a heat medium passes, functions as a heat absorber during heating of the vehicle air conditioner, and functions as a radiator during cooling.
- a refrigerant as a heat medium passes, functions as a heat absorber during heating of the vehicle air conditioner, and functions as a radiator during cooling.
- this is only an example, and the heat exchanger 1 according to the embodiment of the present invention can be used for various purposes in a vehicle air conditioner.
- the tubes 10 of the heat exchanger 1 extend along the illustrated Y direction and are stacked in multiple layers along the illustrated X direction, each having one end connected to one of the pair of headers 11 and the other end connected to the other of the pair of headers 11.
- the tube 10 is, for example, a flat tube, and the inside is divided into a plurality of chambers.
- the header 11 of the heat exchanger 1 extends along the stacking direction (X direction in the drawing) of the plurality of tubes 10 . Portions for connecting a plurality of tubes 10 are provided along the longitudinal direction of the header 11 .
- the heat medium distributed to the plurality of tubes 10 via one header 11 flows inside the tubes 10 and is collected in the other header 11 .
- the side plates 12 of the heat exchanger 1 are provided at both ends of the plurality of tubes 10 in the stacking direction (X direction in the drawing) and arranged along the extension direction of the tubes 10 (Y direction in the drawing). One end of the side plate 12 is connected to one of the pair of headers 11 and the other end is connected to the other of the pair of headers 11 .
- the vertical member H1 of the constraining jig H made of stainless steel is brought into contact with the outer side of the pair of side plates 12, and the horizontal member H2 is provided in a direction orthogonal to the pair of vertical members H1, so that the side plates 12 and the many tubes 10 and the many corrugated fins 13 arranged between the side plates 12 are sandwiched and brazed together while maintaining their arrangement relationship. According to this, it becomes possible to put the whole in an electric furnace while maintaining the positional relationship between the tubes 10 and the corrugated fins 13 arranged in parallel, and the yield of non-defective products in the manufacture of the heat exchanger 1 can be increased.
- FIG. 2 shows the relationship between the header 11 and the side plate 12, and the illustration of the tube 10 and the corrugated fins 13 is omitted.
- 3 to 5 described below also show the relationship between the header 11 and the side plate 12, omitting the illustration of the tubes 10 and the corrugated fins 13. As shown in FIG.
- the side plate 12 has a fastening portion 20 that is fastened to a member to be fastened (for example, a mounting bracket or a part of the vehicle body to which it is mounted) J at a set distance from the connection point P with the header 11 .
- the fastening portion 20 has a first insertion hole 21 corresponding to the mounting hole J1 of the member to be fastened J and a second insertion hole 22 corresponding to the mounting hole J2 of the member to be fastened J along the longitudinal direction of the side plate 12.
- the first insertion hole 21 and the second insertion hole 22 provided in the fastening portion 20 should be made as small as possible within the range in which the fastener can be inserted, so that the fastening state is stable.
- the arrangement relationship between the first insertion hole 21 and the second insertion hole 22 is inclined as shown by the line L1 with respect to the reference line L0 along the Y direction in the drawing, making it impossible to fasten the member J to be fastened in an appropriate direction (the X direction in the drawing).
- the diameter of the second insertion hole 22 is made longer than that of the first insertion hole 21 within the minimum necessary range, thereby absorbing the bending deformation of the side plate 12 while ensuring a stable fastening state, so that the member J to be fastened can be fastened in an appropriate direction.
- the connection point P between the side plate 12 and the header 11 becomes the center of deformation
- the portion of the side plate 12 that is not constrained by the constraining device H that is, the fastening portion 20
- the first insertion hole 21 is used as a reference hole so that the angle can be adjusted according to the inclination of the fastening portion 20.
- the direction of the second insertion hole 22 is defined by using the second insertion hole 22 as an adjustment long hole.
- the dimension in the stacking direction (X direction in the figure) of the plurality of tubes 10 in the second insertion hole 22, which is farther from the connection point P than the first insertion hole 21, is made larger than the diameter of the first insertion hole 21.
- the second insertion hole 22 is inclined in the circumferential direction of an arc centered on the connection point P with a distance R1 from the connection point P as the radius.
- the second insertion hole 22 is tilted in the circumferential direction of an arc having a radius of the distance R1 by calculating back the amount of deformation of the fastening part 20 so that the hole direction after the inclined deformation of the fastening part 20 faces the X direction in the figure.
- the second insertion hole 22 is an elongated hole along an arc centered on the connection point P with the distance R1 from the connection point P as the radius.
- the first insertion hole 21 closer to the connection point P is a round hole as a reference hole. This is because the first insertion hole 21, which is closer to the connection point P, is less likely to be affected by the inclination of the fastening portion 20.
- the first insertion hole 21 By making the first insertion hole 21 a circular hole, the dimensional accuracy after attachment to the attachment point can be maintained within an appropriate range, and the stability of the fastening state can be enhanced.
- the heat exchanger 1 As described above, in the heat exchanger 1 according to the embodiment of the present invention, a plurality of tubes and a plurality of corrugated fins are sandwiched between both side plates 12 and brazed together using the restraint H, thereby reducing connection failures and increasing the yield of non-defective products.
- the second insertion hole 22 of the fastening portion 20 is elongated in a direction to absorb the deformation angle. Therefore, dimensional defects due to deformation are less likely to occur, and the heat exchanger 1 can be properly attached to the vehicle body.
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Abstract
【課題】アルミ材の熱交換器を一括ろう付けする際に、サイドプレートの外側に拘束治具を当接させて、多数並列されているチューブなどの位置関係を維持する場合であっても、車体等の被取り付け箇所に対して適正に熱交換器を取り付けることができるようにする。 【解決手段】熱交換器は、内部を熱媒体が流れる複数のチューブと、複数のチューブの積層方向に沿って延設され、チューブの両端にそれぞれ接続される一対のヘッダーと、複数のチューブの積層方向両端に設けられ、端部がヘッダーに接続されるサイドプレートとを備えた熱交換器であって、サイドプレートは、ヘッダーとの接続箇所から設定距離離れたところに被締結部材に締結する締結部を有し、締結部は、サイドプレートの長手方向に沿って、締結具を挿入する第1挿入孔と第2挿入孔を備え、第2挿入孔は、第1挿入孔より長径である。
Description
本発明は、熱交換器に関するものである。
従来、車両の空調装置に用いられる熱交換器として、アルミ(アルミ合金を含む)製の熱交換器が知られている。この熱交換器は、所定間隔を置いて並列状に配置された複数のチューブの両端に一対の中空ヘッダーが連通状態で接続され、チューブ間及び最外側のチューブの外側にコルゲートフィンが配置され、最外側のコルゲートフィンの外側には、フィン保護用のサイドプレートが配置され、更に、適宜中空ヘッダーには熱媒体(冷媒を含む)の出入り口となる接続管が連通状態で接続されている。
このような熱交換器は、前述したチューブ、ヘッダー、コルゲートフィン、サイドプレートなどが、いずれもアルミ材で形成されており、これらを組付けた状態で全体を電気炉に入れ、一括ろう付けすることで、各部間の接合を行っている。
この熱交換器は、ろう付けで各部が接合された状態で全体を車体等に取り付け固定する必要があり、そのために、熱交換器のサイドプレートなどに取り付け用のブラッケットを固定している。その際、ブラケットを前述した一括ろう付け時にサイドプレートなどにろう付けで仮固定し、その後、サイドプレートに設けているねじ孔とブラケットに設けている長孔に締結具(ボルト)を挿入して締結固定することが行われている(下記特許文献1参照)。
熱交換器の各部を組付けて一括ろう付けする際に、組付けた状態にずれが生じると良品を製造することができない。特に、複数の偏平状のチューブの間にコルゲートフィンを配置した状態は、チューブとコルゲートフィンが多数並列されていることから、全てのチューブとコルゲートフィンの位置関係を維持した状態で全体を電気炉に入れることが難しい。
このため、両方のサイドプレートの外側にアルミ材にろう付けされない金属材(例えば、ステンレス材)からなる拘束治具を当接させ、拘束治具で両方のサイドプレートとその間に配置される多数のチューブと多数のコルゲートフィンを挟み込み、これらの配置関係を保持した状態で、一括ろう付けすることが行われている。これによると、多数並列されているチューブとコルゲートフィンの位置関係を維持したまま全体を電気炉に入れることが可能になり、良品の歩留まりを高めることができる。
しかしながら、このような拘束治具を用いると、拘束治具の金属材と熱交換器のアルミ材とでは線膨張係数に違いが有ることから、サイドプレートの拘束治具で拘束されている部分と拘束されていない部分との境目で、サイドプレートに曲がりが生じることが確認された。サイドプレートにこのような曲がりが生じると、サイドプレートに仮固定されているブラケットの向きに傾きが生じることになり、車体等の被取り付け箇所に対して熱交換器を適正に取り付けることができなくなる問題が生じる。
本発明は、このような問題に対処することを課題としている。すなわち、アルミ材の熱交換器を一括ろう付けする際に、サイドプレートの外側に拘束治具を当接させて、多数並列されているチューブなどの位置関係を維持する場合であっても、車体等の被取り付け箇所に対して適正に熱交換器を取り付けることができるようにすること、が本発明の課題である。
このような課題を解決するために、本発明の熱交換器は、以下の構成を具備するものである。
内部を熱媒体が流れる複数のチューブと、前記複数のチューブの積層方向に沿って延設され、前記チューブの両端にそれぞれ接続される一対のヘッダーと、前記複数のチューブの積層方向両端に設けられ、端部が前記ヘッダーに接続されるサイドプレートとを備えた熱交換器であって、前記サイドプレートは、前記ヘッダーとの接続箇所から設定距離離れたところに被締結部材に締結する締結部を有し、前記締結部は、前記サイドプレートの長手方向に沿って、締結具を挿入する第1挿入孔と第2挿入孔を備え、前記第2挿入孔は、前記第1挿入孔より長径であることを特徴とする熱交換器。
内部を熱媒体が流れる複数のチューブと、前記複数のチューブの積層方向に沿って延設され、前記チューブの両端にそれぞれ接続される一対のヘッダーと、前記複数のチューブの積層方向両端に設けられ、端部が前記ヘッダーに接続されるサイドプレートとを備えた熱交換器であって、前記サイドプレートは、前記ヘッダーとの接続箇所から設定距離離れたところに被締結部材に締結する締結部を有し、前記締結部は、前記サイドプレートの長手方向に沿って、締結具を挿入する第1挿入孔と第2挿入孔を備え、前記第2挿入孔は、前記第1挿入孔より長径であることを特徴とする熱交換器。
このような特徴を有する熱交換器は、アルミ材の熱交換器を一括ろう付けする際に、サイドプレートの外側に拘束治具を当接させて、多数並列されているチューブなどの位置関係を維持する場合であっても、車体等の被取り付け箇所に対して適正に熱交換器を取り付けることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。図中のX方向とY方向は平面上の互いに直交する方向を示す。
図1は、一括ろう付け前の熱交換器の各部を組付けた状態を示している。熱交換器1は、チューブ10とヘッダー11とサイドプレート12を備えている。また、複数積層されるチューブ10の間と両端のチューブ10とサイドプレート12の間にはコルゲートフィン13が配置されている。熱交換器1を構成するこれらの各部は、すべてアルミ材で構成される。
熱交換器1は、一例としては、車両空調装置のヒートポンプに用いられる室外熱交換器であり、熱媒体としての冷媒が通過して、車両空調装置の暖房時には吸熱器として機能し、冷房時には放熱器として機能する。但し、これは一例であり、本発明の実施形態に係る熱交換器1は、車両用空調装置において各種の用途に用いることができる。
熱交換器1のチューブ10は、図示Y方向に沿って延設され、図示X方向に沿って複数積層されており、それぞれの一端が一対のヘッダー11の一方に接続され、他端が一対のヘッダー11の他方に接続されている。チューブ10は、例えば偏平チューブであって内部が複数個の室に区画されている。
熱交換器1のヘッダー11は、複数のチューブ10の積層方向(図示X方向)に沿って延設されている。ヘッダー11の長手方向に沿っては、複数のチューブ10との接続部が設けられている。一方のヘッダー11を介して複数のチューブ10に分配される熱媒体は、チューブ10の内部を流れて他方のヘッダー11に集められる。
熱交換器1のサイドプレート12は、複数のチューブ10の積層方向(図示X方向)の両端に設けられ、チューブ10の延設方向(図示Y方向)に沿って配置される。サイドプレート12の一方の端部は一対のヘッダー11の一方に接続され、他方の端部は一対のヘッダー11の他方に接続される。
このような熱交換器1は、一対のサイドプレート12の外側にステンレス材からなる拘束治具Hの縦材H1を当接させ、一対の縦材H1に対して直交する方向に横材H2を設けることで、サイドプレート12とその間に配置される多数のチューブ10と多数のコルゲートフィン13を挟み込み、これらの配置関係を保持した状態で、一括ろう付けを行う。これによると、多数並列されているチューブ10とコルゲートフィン13の位置関係を維持したままで全体を電気炉に入れることが可能になり、熱交換器1の製造において良品の歩留まりを高めることができる。
熱交換器1を図1に示すように拘束具Hで拘束した状態で一括ろう付けを行うと、ステンレス材の拘束具Hとアルミ材の熱交換器1との線膨張係数の違いによって、図2に示すように、サイドプレート12に曲がり変形が生じることが確認されている。この曲がり変形は、サイドプレート12の拘束治具Hで拘束されている部分と拘束されていない部分との境目Tが屈曲部になり、サイドプレート12とヘッダー11との接続箇所Pが変形中心になって、サイドプレート12の拘束具Hで拘束されていない部分が図示Y方向に対して傾斜する。
なお、図2は、ヘッダー11とサイドプレート12の関係を示すもので、チューブ10やコルゲートフィン13の記載を省略している。また、以下に説明する図3~図5においても、同様にチューブ10やコルゲートフィン13の記載を省略して、ヘッダー11とサイドプレート12の関係を示している。
これに対して、サイドプレート12は、ヘッダー11との接続箇所Pから設定距離離れたところに被締結部材(例えば、取り付け用のブラケットや取り付けられる車体の一部)Jに締結する締結部20を有している。この締結部20は、サイドプレート12の長手方向に沿って、被締結部材Jの取り付け孔J1に対応する第1挿入孔21と被締結部材Jの取り付け孔J2に対応する第2挿入孔22を備えており、取り付け孔J1に第1挿入孔21を合わせ、取り付け孔J2に第2取り付け孔22を合わせて、これらにボルトなどの締結具を挿入することで、熱交換器1を車体の被取り付け箇所に締結固定している。
ここで、締結部20に設けられる第1挿入孔21と第2挿入孔22は、締結具を挿入可能な範囲でできる限り小径にした方が安定した締結状態になる。しかしながら、前述したサイドプレート12の曲がり変形を考慮していない場合は、図示Y方向に沿った基準線L0に対して第1挿入孔21と第2挿入孔22の配置関係が線L1に示すように傾斜することになり、被締結部材Jを適正な方向(図示X方向)に締結することができなくなる。
そこで、本発明の実施形態では、第2挿入孔22を必要最小限の範囲で第1挿入孔21より長径にすることで、安定した締結状態を確保しながら、サイドプレート12の曲がり変形を吸収して、被締結部材Jを適正な方向に締結できるようにしている。
即ち、一括ろう付け後の曲がり変形が、サイドプレート12の拘束治具Hで拘束されている部分と拘束されていない部分との境目Tが屈曲部になり、サイドプレート12とヘッダー11との接続箇所Pが変形中心になって、サイドプレート12の拘束具Hで拘束されていない部分(即ち締結部20)が図示Y方向に対して傾斜することを考慮して、その締結部20の傾斜に合わせた角度調整ができるように、第1挿入孔21を基準孔とし、第2挿入孔22を調整長孔として、第2挿入孔22の方向を規定している。
より具体的には、接続箇所Pからの距離が第1挿入孔21より離れている第2挿入孔22における複数のチューブ10の積層方向(図示X方向)の寸法を、第1挿入孔21の径より大きくしている。
一例としては、図3に示すように、第2挿入孔22は、接続箇所Pからの距離R1を半径とし接続箇所Pを中心とした円弧の周方向に傾斜している。具体的には、図示一点鎖線で示した第2挿入孔22’のように、締結部20の傾斜変形後の孔方向が図示X方向に向くように、締結部20の変形量を逆算して距離R1を半径とする円弧の周方向に第2挿入孔22を傾ける。また、他の例としては、図4に示すように、第2挿入孔22を、接続箇所Pからの距離R1を半径とし接続箇所Pを中心とした円弧に沿った長孔にする。
各例において、締結部20に設けられる第1挿入孔21と第2挿入孔22のうち、より接続箇所Pに近い第1挿入孔21は、基準孔として丸穴にしている。これは、より接続箇所Pに近い第1挿入孔21は、締結部20の傾斜による影響を受け難いからであり、第1挿入孔21を丸穴にすることで、被取り付け箇所に対する取り付け後の寸法精度を適正な範囲に保つことできると共に、締結状態の安定性を高めることができる。
このように、調整長孔となる第2挿入孔22の方向を一括ろう付けによる締結部20の傾斜に応じて規定することで、第2挿入孔22の孔径を安定した締結状態が得られる範囲に止めた場合であっても、図5に示すように、ろう付け後の締結部20の傾斜に対して、第1挿入孔21と第2挿入孔22に締結具Nを挿入して、被締結部材Jを適正な方向(図示X方向)に締結することができる。
以上説明したように、本発明の実施形態に係る熱交換器1は、拘束具Hを用いて両サイドプレート12の間に複数のチューブと複数のコルゲートフィンを挟み込んだ状態で一括ろう付けすることで、接続不良が少なくなり良品歩留まりが高くなる。また、一括ろう付けする際に、サイドプレート12の締結部20が傾斜する変形が生じた場合であっても、その変形角度を吸収する方向に向けて、締結部20の第2挿入孔22を長孔にしているので、変形による寸法不良が生じ難くなり、熱交換器1を車体に対して適正に取り付けることができる。この際、サイドプレート12とヘッダー11との接続箇所Pに近い第1挿入孔21は丸穴にし、接続箇所Pからの距離が遠い第2挿入孔22を長孔にすることで、寸法精度を維持しつつ、安定した締結状態を得ることができる。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
1:熱交換器,10:チューブ,11:ヘッダー,
12:サイドプレート,13:コルゲートフィン,
20:締結部,第1挿入孔21,第2挿入孔22,
H:拘束具,H1:縦材,H2:横材,
J:被締結部材(ブラケット),J1,J2:取り付け孔,
P:接続箇所,T:境目,N:締結具
12:サイドプレート,13:コルゲートフィン,
20:締結部,第1挿入孔21,第2挿入孔22,
H:拘束具,H1:縦材,H2:横材,
J:被締結部材(ブラケット),J1,J2:取り付け孔,
P:接続箇所,T:境目,N:締結具
Claims (5)
- 内部を熱媒体が流れる複数のチューブと、前記複数のチューブの積層方向に沿って延設され、前記チューブの両端にそれぞれ接続される一対のヘッダーと、前記複数のチューブの積層方向両端に設けられ、端部が前記ヘッダーに接続されるサイドプレートとを備えた熱交換器であって、
前記サイドプレートは、前記ヘッダーとの接続箇所から設定距離離れたところに被締結部材に締結する締結部を有し、
前記締結部は、前記サイドプレートの長手方向に沿って、締結具を挿入する第1挿入孔と第2挿入孔を備え、
前記第2挿入孔は、前記第1挿入孔より長径であることを特徴とする熱交換器。 - 前記第2挿入孔は、前記接続箇所からの距離が前記第1挿入孔より離れており、前記複数のチューブの積層方向の寸法が前記第1挿入孔の径より大きいことを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
- 前記第2挿入孔は、前記接続箇所からの距離を半径とし前記接続箇所を中心とした円弧の周方向に傾斜していることを特徴とする請求項1又は2記載の熱交換器。
- 前記第2挿入孔は、前記接続箇所からの距離を半径とし前記接続箇所を中心とした円弧に沿った長孔であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項記載の熱交換器。
- アルミ材から成る前記チューブと前記ヘッダーと前記サイドプレートとを、一対の前記サイドプレートを拘束具で拘束した状態で一括ろう付けして形成したことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項記載の熱交換器。
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WO (1) | WO2023140204A1 (ja) |
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- 2022-01-24 JP JP2022008930A patent/JP2023107642A/ja active Pending
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2023
- 2023-01-16 WO PCT/JP2023/000931 patent/WO2023140204A1/ja unknown
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