説明

ホールセンサ異常検出装置及びモータ駆動装置

【課題】ホールセンサのパルス信号が変化しなくとも、ホールセンサの断線やショートなどの異常を検出することができるホールセンサ異常検出装置およびモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動装置が備えているホールセンサ異常検出装置が、ホールセンサから出力される信号の電圧を、第1の電圧と第1の電圧よりも電圧が低い第2の電圧との間の電圧にする電圧制御回路と、ホールセンサから出力される信号の電圧を測定電圧として測定する測定回路と、測定回路により測定された測定電圧に基づいて、ホールセンサの異常を検出する判定回路と、を有している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ホールセンサ異常検出装置及びモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、モータを駆動し、ホールセンサのパルス信号の変化(図4参照)から、モータの断線やショートなどの異常を検知する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平8−331886号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に示すモータ駆動回路にあっては、モータを駆動し、ホールセンサのパルス信号の変化からモータの断線やショートなどの異常を検知している。よってモータに電圧を印加したとしてもすぐにモータの異常を判定できるのではなく、モータに印加した電圧によりモータが動いて、ホールセンサからパルス信号が出力されるまでの時間が経過した後からしか判定できない。このように特許文献1に示すモータ駆動回路にあっては、モータに電圧を印加して電流を流してから異常を判定するまでに時間がかかるという問題がある。
【0005】
またモータの負荷が高く、モータが動き難い場合は誤検知する可能性があるという問題がある。たとえばモータが動かない場合は、ホールセンサから出力されるパルス信号が変化しないために、たとえ異常があったとしても、その異常を検出することが出来ないという問題がある。
【0006】
そして電流を流してから異常を判定するまでに時間がかかるために、または、モータの負荷が高いために異常を検出できないために、異常な大電流または異常な大電圧のために、モータまたはモータをドライブするドライブ回路が破壊される可能性があるという問題があった。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ホールセンサのパルス信号が変化しなくとも、ホールセンサの断線やショートなどの異常を検出することができるホールセンサ異常検出装置およびモータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、ホールセンサから出力される信号の電圧を、第1の電圧と前記第1の電圧よりも電圧が低い第2の電圧との間の電圧にする電圧制御回路と、前記ホールセンサから出力される信号の電圧を測定電圧として測定する測定回路と、前記測定回路により測定された測定電圧に基づいて、前記ホールセンサの異常を検出する判定回路と、を有することを特徴とするホールセンサ異常検出装置である。
【0009】
請求項2に記載の発明は、前記ホールセンサと前記測定回路とは第1の抵抗を介して信号線により接続させており、前記電圧制御回路は、前記第1の電圧よりも電圧が高い第1の基準電源を第2の抵抗を介して前記信号線に接続させているとともに、前記第2の電圧よりも電圧が低い第2の基準電源を第3の抵抗を介して前記信号線に接続させている、ことを特徴とする請求項1に記載のホールセンサ異常検出装置である。
【0010】
請求項3に記載の発明は、前記電圧制御回路は、前記第2の基準電源を前記第3の抵抗を介して前記信号線に接続させるトランジスタ回路、を有していることを特徴とする請求項2に記載のホールセンサ異常検出装置である。
【0011】
請求項4に記載の発明は、前記トランジスタ回路が、前記ホールセンサを駆動させる駆動電源により駆動されている、ことを特徴とする請求項3に記載のホールセンサ異常検出装置である。
【0012】
請求項5に記載の発明は、前記判定回路が、前記測定回路により測定された測定電圧が前記第1の電圧よりも高い場合には、第1のエラー信号を出力する、ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のホールセンサ異常検出装置である。
【0013】
請求項6に記載の発明は、前記判定回路が、前記測定回路により測定された測定電圧が前記第2の電圧よりも低い場合には、第2のエラー信号を出力する、ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載のホールセンサ異常検出装置である。
【0014】
請求項7に記載の発明は、前記ホールセンサから出力される信号の立上りまたは立下りを検出する検出回路、を有し、前記判定回路が、前記検出回路が立上りまたは立下りを検出した場合に、前記測定回路により測定された測定電圧に基づいて前記ホールセンサの異常を検出する、ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のホールセンサ異常検出装置である。
【0015】
請求項8に記載の発明は、ホールセンサから出力される信号の電圧を、第1の電圧と前記第1の電圧よりも電圧が低い第2の電圧との間の電圧にする電圧制御回路と、前記ホールセンサから出力される信号の電圧を測定電圧として測定する測定回路と、前記測定回路により測定された測定電圧に基づいて、前記ホールセンサの異常を検出する判定回路と、を備えるホールセンサ異常検出装置、を有することを特徴とするモータ駆動装置である。
【発明の効果】
【0016】
この発明によれば、ホールセンサから信号が出力されない場合であっても、判定回路は、測定回路により測定された測定電圧に基づいて、ホールセンサの異常を検出することができる。そのために、ホールセンサからの信号が変化しなくとも、ホールセンサの断線やショートなどの異常を検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】この発明の一実施形態によるモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図2】図1のモータ駆動装置のホールセンサ異常検出装置において、ホールセンサから判定部に入力される信号の波形を例示する波形図である。
【図3】図1のモータ駆動装置ホールセンサ異常検出装置による判定動作を示すフローチャートである。
【図4】従来技術において判定されるホールセンサから出力される信号の波形を例示する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
<モータ駆動装置の構成>
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1は、この発明の一実施形態によるモータ駆動装置の構成を示す概略ブロック図である。ここではモータ駆動装置において、主に、モータの回転を検出するホールセンサの異常を検出するホールセンサ異常検出装置の構成について説明する。
【0019】
ECU(エンジンユニットコントローラ)1とアクチュエータ(ACTR)2とは、電源ライン10とGNDライン11とを共通接続されている。電源ライン10には電源電圧VBが印加されており、GNDライン11は接地されている。電源電圧VBの電圧値は、たとえば12Vである。またECU1とアクチュエータ2とは、信号ライン12により接続されている。
【0020】
ECU1はアクチュエータ2が有するモータの回転を制御している。そして、このECU1は上位制御装置により制御されている。アクチュエータ2は、後述するようにモータの回転を検出する後述するホールIC4(ホールセンサ)を有している。このホールIC4からのモータの回転を示す信号は、信号ライン12を介してアクチュエータ2からECU1に出力され、ECU1から上位制御装置に出力される。このようにして上位制御装置は、モータの回転を検出しつつ、ECU1を介してアクチュエータ2が有するモータの回転を制御している。
【0021】
<ECU1の構成>
次にECU1の構成について説明する。ECU1は、マイクロコンピュータ(マイコン)などの制御部3を有している。制御部3は、判定部31(判定回路)と、マイコンA/Dポート32(測定回路)と、マイコン割込みポート33(検出回路)とを有している。
【0022】
マイコンA/Dポート32は、アナログ信号である入力信号(電圧値)をアナログデジタル変換して、デジタル信号として判定部31に出力する。マイコン割込みポート33は、入力信号の立上りまたは立下りを検出し、当該立上りまたは立下りを検出した場合には、割り込み信号を判定部31に出力する。
【0023】
判定部31は、マイコンA/Dポート32を介して測定した電圧値に基づいて、後述するようにホールIC4が正常状態であるか異常状態であるかを判定する。また判定部31は、マイコン割込みポート33から割り込み信号が入力された場合に、マイコンA/Dポート32を介して電圧値を測定し、当該測定した電圧値に基づいて、ホールIC4が正常状態であるか異常状態であるかを判定する。
【0024】
なお判定部31は、一定期間毎に、マイコンA/Dポート32を介して電圧値を測定し、当該測定した電圧値に基づいて、正常状態であるか異常状態であるかを判定してもよい。たとえば、判定部31がタイマ部を内蔵しており有しており、この内蔵しているタイマ部からの出力に基づいて一定期間毎に、マイコンA/Dポート32を介して電圧値を測定し、当該測定した電圧値に基づいて、正常状態であるか異常状態であるかを判定してもよい。このタイマ部は、モータ駆動装置が有していてもよいし、上位制御装置が有していてもよい。
【0025】
この制御部3は、たとえば、マイクロコンピュータである。マイコンA/Dポート32とマイコン割込みポート33とは、たとえばそれぞれ、マイクロコンピュータである制御部3の入力端子である。また判定部31は、たとえば、マイクロコンピュータである制御部3の演算部である。
【0026】
マイコンA/Dポート32とマイコン割込みポート33とは、抵抗R6の第1の端子と、容量C1の第1の端子と、ダイオードD2のカソード端子と、ダイオードD1のアノード端子とに接続されている。抵抗R6の第2の端子は、抵抗R5の第1の端子と信号ライン12とに接続されている。
【0027】
容量C1の第2の端子は接地されている。ダイオードD2のアノード端子は接地されている。ダイオードD1のカソード端子は基準電圧VCC(第1の基準電源)に接続されている。抵抗R5の第2の端子は基準電圧VCCに接続されている。基準電圧VCCは、たとえば5Vである。
【0028】
<アクチュエータ2の構成>
次にアクチュエータ2の構成について説明する。ホールIC4は、電源電圧VBと接地電圧GNDとにより駆動されている。ホールIC4の出力端子は、抵抗R3の第1の端子に接続されている。抵抗R3の第2の端子は、抵抗R4の第1の端子と信号ライン12とに接続されている。すなわちホールIC4は、抵抗R3を介して信号ライン12に接続されている。
【0029】
このホールIC4は、検出する対象となるモータが回転することに応じて、オンまたはオフにされる。そしてホールIC4は、オンまたはオフされることに応じて、オンに対応する出力信号またはオフに対応する出力信号を出力端子から出力する。本実施形態においては、ホールIC4は、オンの場合には接地電圧GNDを出力し、オフの場合にはOPENを出力する。このOPENとは、たとえばハイインピーダンスのことである。
【0030】
このホールIC4から出力された出力信号は、抵抗R3と信号ライン12とを介してECU1に入力される。これによりECU1は、モータの回転を検出することができるようになっている。
【0031】
抵抗R4の第2の端子は、トランジスタTR1のコレクタ端子に接続されている。トランジスタTR1のエミッタ端子は接地(第2の基準電源に接続)されている。トランジスタTR1のベース端子は、抵抗R1の第1の端子と抵抗R2の第1の端子とに接続されている。抵抗R1の第2の端子は接地されている。抵抗R2の第2の端子は電源電圧VBに接続されている。
【0032】
上述した抵抗R3と抵抗R4と抵抗R5とは、ホールIC4から出力される信号の電圧を、接地電圧GNDと基準電圧VCCとの間の中間電位にする回路(電圧制御回路)として機能する。また上述したトランジスタTR1と抵抗R1と抵抗R2とは、電源ライン10が断線した場合に、信号ライン12の電圧を基準電圧VCCに固定する回路として機能する。
【0033】
<正常状態の場合>
たとえば正常な場合にはトランジスタTR1が導通状態となっている。そのために、ホールIC4がOFF(OPEN)の場合は、上述した中間電位の電圧は、接地電圧GNDと基準電圧VCCとを、抵抗R4と抵抗R5とで抵抗分圧された第1の電圧V1となる。またホールIC4がONの場合は、上述した中間電位の電圧は、抵抗R3と抵抗R4と抵抗R5とで抵抗分圧された第2の電圧V2となる。
【0034】
ここで第1の電圧V1は、具体的には次の式1により予め算出される。
【0035】
V1=(VCC−GND)×(R4/(R4+R5)) ・・・ (式1)
【0036】
すなわち第1の電圧V1は、抵抗R4と抵抗R5とを直列接続した場合において、接地電圧GNDと基準電圧VCCとを抵抗R4と抵抗R5とで抵抗分圧した電圧となる。
【0037】
また第2の電圧V2は、次の式2により予め算出される。
【0038】
V2=(VCC−GND)×(RM/(RM+R5)) ・・・ (式2)
【0039】
この式2におけるRMは、抵抗R3と抵抗R4とを並列接続した合成抵抗の値であり、次の式3により予め算出される。
【0040】
1/RM=1/R3+1/R4 ・・・ (式3)
【0041】
すなわち、第2の電圧V2は、抵抗R3と抵抗R4とを並列接続した合成抵抗RMと、抵抗R5とを直列接続した場合において、接地電圧GNDと基準電圧VCCとを、合成抵抗RMと抵抗R5とで抵抗分圧した電圧となる。
【0042】
なお上記式1から式3において、R3は抵抗R3の抵抗値であり、R4は抵抗R4の抵抗値であり、R5は抵抗R5の抵抗値であり、VCCは基準電圧VCCの電位であり、GNDは接地電位の電位である。またここでは抵抗R1などの抵抗値が、抵抗R3、抵抗R4または抵抗R5と対比して小さいものとして説明している。
【0043】
このようにしてホールIC4から出力される信号の電圧は、接地電圧GNDと基準電圧VCCとの間の中間電位(第1の電圧V1と第2の電圧V2)となっている(図2参照)。
【0044】
図2に示すように正常な場合には、マイコンA/Dポート32により測定される電圧は、第1の電圧V1、第2の電圧V2、または、第1の電圧V1と第2の電圧V2との間の電圧となる。第1の電圧V1と第2の電圧V2との間の電圧が測定されるのは、第1の電圧V1から第2の電圧V2への遷移期間、および、第2の電圧V2から第1の電圧V1への遷移期間において測定される。
【0045】
<第1から第5の異常状態の場合>
ここで、ホールIC4と電源電圧VBとの間の配線(たとえば電源ライン10)が断線した第1の異常状態の場合には、マイコンA/Dポート32により測定される電圧は基準電圧VCCとなる。これは、たとえば電源ライン10が断線したために、トランジスタTR1が非導通状態となるためである。
【0046】
また、ホールIC4と接地電圧GNDとの間の配線(たとえばGNDライン11)が断線した第2の異常状態の場合には、マイコンA/Dポート32により測定される電圧は基準電圧VCCとなる。これは、たとえばGNDライン11が断線したために、トランジスタTR1が非導通状態となるためである。
【0047】
また、ホールIC4の出力端子と信号ライン12との間の配線(たとえば信号ライン12)が断線した第3の異常状態の場合には、マイコンA/Dポート32により測定される電圧は基準電圧VCCとなる。これは、たとえば信号ライン12が断線したため、マイコンA/Dポート32は、抵抗R6と抵抗R5とを介して基準電圧VCCに接続されるためである。
【0048】
また、ホールIC4の出力端子が電源電圧VBとショートした第4の異常状態の場合には、マイコンA/Dポート32により測定される電圧は基準電圧VCCとなる。
【0049】
また、ホールIC4の出力端子が接地電圧GNDとショートした第5の異常状態の場合には、マイコンA/Dポート32により測定される電圧は接地電圧GNDとなる。ここでは、抵抗R3の抵抗値抵抗R4の抵抗値に対比して無視できるものとして説明している。
【0050】
上述した第1から第4の異常状態の場合にはマイコンA/Dポート32により測定される電圧は基準電圧VCCとして説明しているが、この異常状態の場合にマイコンA/Dポート32により測定される電圧は、少なくとも第1の電圧V1よりも高い電圧となる。
【0051】
また上述した第5の異常状態の場合にはマイコンA/Dポート32により測定される電圧は接地電圧GNDとして説明しているが、この異常状態の場合にマイコンA/Dポート32により測定される電圧は、少なくとも第2の電圧V2よりも低い電圧となる。
【0052】
<異常検出の原理>
すなわち上述した第1から第5の異常状態の場合には、マイコンA/Dポート32により測定される電圧は、基準電圧VCCと接地電圧GNDとの間の中間電位ではなく、中間電位よりも高い電圧または低い電圧となる。ここでいう中間電位とは、上述した正常な場合にマイコンA/Dポート32により測定される電圧であって、第1の電圧V1、第2の電圧V2、または、第1の電圧V1と第2の電圧V2との間の電圧である。
【0053】
よって、モータを駆動する前に、本実施形態によるモータ駆動装置のマイコンA/Dポート32により測定される電圧が中間電位である場合には、正常であると判定することができる。逆に、マイコンA/Dポート32により測定される電圧が中間電位でない場合には、異常であると判定することができる。
【0054】
更に、マイコンA/Dポート32により測定される電圧が、基準電圧VCCである場合(第1の電圧よりも高い場合)には、上述した第1の異常状態から第4の異常状態のうちのいずれかの異常状態であると判定することができる。また、マイコンA/Dポート32により測定される電圧が、接地電圧GNDである場合(第2の電圧よりも低い場合)には、上述した第5の異常状態であると判定することができる。
【0055】
<ホールセンサ異常検出装置の一例としての動作>
次に、図3を用いて、ホールセンサ異常検出装置が有する判定部31の一例としての動作について説明する。まず、マイコンA/Dポート32を介して信号ライン12の電圧を測定電圧として測定する(ステップS101)。
【0056】
次に、測定した測定電圧が、第1の電圧値V1よりも高いか否かを判定する(ステップS102)。このステップS102の判定結果が第1の電圧値V1よりも高い場合には、第1のエラー信号を上位制御装置に出力する(ステップS103)。この第1のエラー信号とは、上述した第1の異常状態から第4の異常状態のうちのいずれかの異常状態が発生していることを示す信号である。
【0057】
このステップS102の判定結果が第1の電圧値V1よりも高くない場合には、次に、測定した測定電圧が、第2の電圧値V2よりも低いか否かを判定する(ステップS104)。このステップS104の判定結果が第2の電圧値V2よりも低い場合には、第2のエラー信号を上位制御装置に出力する(ステップS105)。この第2のエラー信号とは、上述した第5の異常状態が発生していることを示す信号である。
【0058】
このステップS104の判定結果が第2の電圧値V2よりも低くない場合には、正常であり、処理を終了する。
【0059】
この図3の処理は、たとえばモータが駆動される前に、1度だけ実行されてもよい。1度だけ実行される場合でも、マイコンA/Dポート32により測定される電圧が、基準電圧VCCと接地電圧GNDとの間の中間電位であるか否かを判定することにより、ホールIC4が正常であるか異常であるかを判定することができる。
【0060】
上記に説明したように、本実施形態によるホールセンサ異常検出装置は、ホールセンサ(ホールIC4)から出力される信号の電圧を、第1の電圧V1とこの第1の電圧V1よりも電圧が低い第2の電圧V2との間の電圧にする電圧制御回路(基準電圧VCC、接地電圧GMD、抵抗R3、抵抗R4および抵抗R5)と、ホールセンサから出力される信号の電圧を測定電圧として測定する測定回路(マイコンA/Dポート32)と、測定回路により測定された測定電圧に基づいて、ホールセンサの異常を検出する判定回路(判定部31)と、を有している。
【0061】
これによりホールセンサ(ホールIC4)から信号が出力されない場合であっても、判定回路(判定部31)は、測定回路により測定された測定電圧に基づいて、ホールセンサの異常を検出することができる。そのために、ホールセンサからの信号が変化しなくとも、ホールセンサの断線やショートなどの異常を検出することができる。
【0062】
そして本実施形態によれば、モータを駆動する前に、モータに電圧を印加して電流を流してから異常を判定する必要がなくなるために、異常な大電流または異常な大電圧のために、モータまたはモータをドライブするドライブ回路が破壊される可能性を減じることができる。
【0063】
また本実施形態によれば、モータの負荷が高くモータが動き難い場合であって、モータに電圧を印加してもホールセンサから出力されるパルス信号が変化しないような場合であっても、モータを駆動する前に、ホールセンサの断線やショートなどの異常を検出することができる。よって、異常な大電流または異常な大電圧のために、モータまたはモータをドライブするドライブ回路が破壊される可能性を減じることができる。
【0064】
このように本実施形態によれば、異常な大電流または異常な大電圧のために、モータまたはモータをドライブするドライブ回路が破壊される可能性を減じることができる。
【0065】
なお、上述した図3の処理は、たとえばモータが駆動されている期間において、たとえばマイコン割込みポート33から割り込み信号が入力される毎に、または、一定期間毎に、図3の処理を最初から実行するようにしてもよい。これによりモータが駆動されている期間においても、ホールIC4が正常であるか異常であるかを判定することができる。
【0066】
また、アクチュエータ2がランジスタTR1と抵抗R1と抵抗R2とを有しないようにして、抵抗R4の第2の端子が接地されていてもよい。この場合でも、上述した中間電位は生成可能である。
【0067】
また、制御部3または判定部31は、上位制御装置が有するようにしてもよい。
【0068】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【0069】
1…ECU、2…アクチュエータ、3…制御部、4…ホールIC、10…電源ライン、11…GNDライン、12…信号ライン、31…判定部、32…マイコンA/Dポート、33…マイコン割込みポート

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ホールセンサから出力される信号の電圧を、第1の電圧と前記第1の電圧よりも電圧が低い第2の電圧との間の電圧にする電圧制御回路と、
前記ホールセンサから出力される信号の電圧を測定電圧として測定する測定回路と、
前記測定回路により測定された測定電圧に基づいて、前記ホールセンサの異常を検出する判定回路と、
を有することを特徴とするホールセンサ異常検出装置。
【請求項2】
前記ホールセンサと前記測定回路とは第1の抵抗を介して信号線により接続させており、
前記電圧制御回路は、
前記第1の電圧よりも電圧が高い第1の基準電源を第2の抵抗を介して前記信号線に接続させているとともに、
前記第2の電圧よりも電圧が低い第2の基準電源を第3の抵抗を介して前記信号線に接続させている、
ことを特徴とする請求項1に記載のホールセンサ異常検出装置。
【請求項3】
前記電圧制御回路は、
前記第2の基準電源を前記第3の抵抗を介して前記信号線に接続させるトランジスタ回路、
を有していることを特徴とする請求項2に記載のホールセンサ異常検出装置。
【請求項4】
前記トランジスタ回路が、
前記ホールセンサを駆動させる駆動電源により駆動されている、
ことを特徴とする請求項3に記載のホールセンサ異常検出装置。
【請求項5】
前記判定回路が、
前記測定回路により測定された測定電圧が前記第1の電圧よりも高い場合には、第1のエラー信号を出力する、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のホールセンサ異常検出装置。
【請求項6】
前記判定回路が、
前記測定回路により測定された測定電圧が前記第2の電圧よりも低い場合には、第2のエラー信号を出力する、
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載のホールセンサ異常検出装置。
【請求項7】
前記ホールセンサから出力される信号の立上りまたは立下りを検出する検出回路、
を有し、
前記判定回路が、
前記検出回路が立上りまたは立下りを検出した場合に、前記測定回路により測定された測定電圧に基づいて前記ホールセンサの異常を検出する、
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のホールセンサ異常検出装置。
【請求項8】
ホールセンサから出力される信号の電圧を、第1の電圧と前記第1の電圧よりも電圧が低い第2の電圧との間の電圧にする電圧制御回路と、
前記ホールセンサから出力される信号の電圧を測定電圧として測定する測定回路と、
前記測定回路により測定された測定電圧に基づいて、前記ホールセンサの異常を検出する判定回路と、
を備えるホールセンサ異常検出装置、
を有することを特徴とするモータ駆動装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−226844(P2010−226844A)
【公開日】平成22年10月7日(2010.10.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−70145(P2009−70145)
【出願日】平成21年3月23日(2009.3.23)
【出願人】(000144027)株式会社ミツバ (2,083)
【Fターム(参考)】