説明

回転軸保持構造およびそれを用いたポンプ

【課題】クラウニング化した場合の問題点を解消する。
【解決手段】回転軸14は、外径が一定の回転軸ストレート部141と、この回転軸ストレート部141から軸方向に沿って砲弾状に外径が小さくなる回転軸縮径部142とを有し、回転軸ストレート部141と回転軸縮径部142は滑らかに繋がれている。回転軸ストレート部141は、ブッシュ15のストレート部151よりも軸方向長さが短く、且つブッシュストレート部151の内周側に配置されている。そして、破線で示すように、荷重により回転軸14が曲がった状態(すなわち、ブッシュ15に対して傾いた状態)では、回転軸縮径部142がブッシュストレート部151に当接して当接部が面当たりになるため、当接部の作用面圧を低減することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転軸をブッシュにより回転自在に保持する回転軸保持構造、およびそれを用いたポンプに関するものである。
【背景技術】
【0002】
圧縮着火式内燃機関用燃料噴射装置に用いられるサプライポンプは、内燃機関により回転軸を駆動し、この回転軸によりフィードポンプとしてのギアポンプまたはベーンポンプを駆動して、燃料タンクから吸入した燃料を高圧ポンプに供給する。また、高圧ポンプの構成部品であるプランジャを回転軸により駆動して燃料を加圧し、高圧になった燃料をコモンレールに圧送するようになっている。
【0003】
サプライポンプのハウジングにブッシュが固定され、このブッシュに回転軸が回転自在に保持されている。そして、ハウジング内に燃料が蓄えられており、潤滑液としての燃料が、ブッシュにおける軸方向端部から回転軸とブッシュとの間に供給されるようになっている(特許文献1参照)。
【0004】
図5(a)に示すように、ブッシュ15は、内径が一定のブッシュストレート部151と、軸方向両端部に形成された面取り部152とを有し、ブッシュストレート部151と面取り部152との境界はエッジになっている。回転軸14には、内燃機関からの入力による荷重(以下、入力側荷重という)が作用するとともに、プランジャを駆動する際の荷重(以下、負荷側荷重という)が作用する。
【0005】
そして、入力側荷重および負荷側荷重により回転軸14が曲がる(すなわち、ブッシュ15に対して傾く)ため、図5(a)に破線で示すようなクラウニング化されていない回転軸14を用いた場合は、図5(b)に示すように回転軸14はブッシュ15のエッジ状部位と当接する。このように、回転軸14とブッシュ15との当接部がエッジ当たり(線当たり)することによりその当接部に過大面圧が作用し、ブッシュ15の摩耗が促進される。ブッシュ15が摩耗すると摺動性が低下し、摺動部が焼付きに至る虞がある。
【0006】
そこで、図5(a)に実線で示すようなクラウニング化された回転軸14を用いることにより、換言すると、回転軸14におけるブッシュ15の内周部に位置する部位をたる形にした回転軸14を用いることにより、図5(c)に示すように回転軸14をブッシュストレート部151に当接させて当接部が面当たりになるようにし、当接部の作用面圧を低減するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2000−240531号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上記したクラウニング形状では、回転軸14をクラウニング化しない場合と比較して、以下に示すような問題点が発生する。
【0009】
まず、回転軸14とブッシュ15との当接部がブッシュ内側(すなわち、ブッシュ15における軸方向中央部側)へ移り、入力側荷重作用点から当接部までの距離が長くなるとともに、負荷側荷重作用点から当接部までの距離が長くなるため、入力側荷重および負荷側荷重により発生する曲げモーメントが増加する。
【0010】
また、回転軸14とブッシュ15との当接部がブッシュ内側へ移り、ブッシュ15における軸方向端部から当接部までの距離が長くなるため、当接部に対する潤滑油の浸透性が悪化する。
【0011】
また、図5(a)から明らかなように回転軸14の傾き量が増加する。これにより、例えばフィードポンプの端面がハウジングに押し付けられて摺動抵抗が増加する。
【0012】
また、回転軸14におけるブッシュ15の内周側に位置する部位の最大外径が同一の場合、回転軸14におけるブッシュ15の内周側に位置する部位の断面係数が小さくなるため剛性が低下する。
【0013】
さらに、回転軸14におけるブッシュ15の内周側に位置する部位の最大外径の管理が困難なため、回転軸14とブッシュ15との間のクリアランスのバラツキが大きくなる。そして、例えばクリアランスが大きい場合は回転軸14の傾き量が増加する。
【0014】
本発明は上記点に鑑みて、クラウニング化した場合の問題点を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、回転軸(14)をブッシュ(15)により回転自在に保持する回転軸保持構造において、ブッシュ(15)は、内径が一定のブッシュストレート部(151)を有し、回転軸(14)は、外径が一定の回転軸ストレート部(141)と、この回転軸ストレート部(141)から軸方向に沿って砲弾状に外径が小さくなる回転軸縮径部(142)とを有し、回転軸ストレート部(141)と回転軸縮径部(142)は滑らかに繋がれており、回転軸ストレート部(141)は、ブッシュストレート部(151)よりも軸方向長さが短く、且つブッシュストレート部(151)の内周側に配置されていることを特徴とする。
【0016】
これによると、回転軸(14)がブッシュ(15)に対して傾いた状態では、回転軸縮径部(142)がブッシュストレート部(151)に当接して当接部が面当たりになるため、当接部の作用面圧を低減することができる。そして、従来のように回転軸(14)におけるブッシュ(15)の内周部に位置する部位をたる形にした回転軸保持構造と比較して、以下の効果が得られる。
【0017】
まず、回転軸(14)とブッシュ(15)との当接部がブッシュ端部側へ移り、荷重作用点から当接部までの距離が短くなるため、荷重により発生する曲げモーメントが減少する。また、回転軸(14)とブッシュ(15)との当接部がブッシュ端部側へ移るため、回転軸(14)の傾き量が減少する。また、回転軸(14)におけるブッシュ(15)の内周側に位置する部位の最大外径が同一の場合、回転軸(14)におけるブッシュ(15)の内周側に位置する部位の断面係数が大きくなるため剛性が上がる。さらに、回転軸ストレート部(141)は外径が一定であるためその管理が容易であり、回転軸(14)とブッシュ(15)との間のクリアランスのバラツキが小さくなる。
【0018】
請求項2に記載の発明では、回転軸(14)をブッシュ(15)により回転自在に保持する回転軸保持構造において、回転軸(14)は、外径が一定の回転軸ストレート部(141)を有し、ブッシュ(15)は、内径が一定のブッシュストレート部(151)と、このブッシュストレート部(151)から軸方向に沿ってラッパ状に内径が大きくなるブッシュ拡径部(153)とを有し、ブッシュストレート部(151)とブッシュ拡径部(153)は滑らかに繋がれており、ブッシュストレート部(151)は、回転軸ストレート部(141)よりも軸方向長さが短く、且つ回転軸ストレート部(141)の外周側に配置されていることを特徴とする。
【0019】
これによると、回転軸(14)がブッシュ(15)に対して傾いた状態では、ブッシュ拡径部(153)が回転軸ストレート部(141)に当接して当接部が面当たりになるため、当接部の作用面圧を低減することができる。そして、従来のように回転軸(14)におけるブッシュ(15)の内周部に位置する部位をたる形にした回転軸保持構造と比較して、以下の効果が得られる。
【0020】
まず、回転軸(14)とブッシュ(15)との当接部がブッシュ端部側へ移り、荷重作用点から当接部までの距離が短くなるため、荷重により発生する曲げモーメントが減少する。また、回転軸(14)とブッシュ(15)との当接部がブッシュ端部側へ移るため、回転軸(14)の傾き量が減少する。また、回転軸(14)におけるブッシュ(15)の内周側に位置する部位の最大外径が同一の場合、回転軸(14)におけるブッシュ(15)の内周側に位置する部位の断面係数が大きくなるため剛性が上がる。さらに、ブッシュストレート部(151)は内径が一定であるためその管理が容易であり、回転軸(14)とブッシュ(15)との間のクリアランスのバラツキが小さくなる。
【0021】
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の回転軸保持構造において、回転軸(14)とブッシュ(15)との摺動部に、ブッシュ(15)における軸方向一端側から潤滑液が供給される構成であることを特徴とする。
【0022】
これによると、回転軸(14)とブッシュ(15)との当接部がブッシュ端部側へ移り、ブッシュ(15)における軸方向端部から当接部までの距離が短くなっているため、当接部に対する潤滑油の浸透性が向上する。
【0023】
請求項4に記載の発明のように、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の回転軸保持構造は、回転軸(14)により駆動されて流体を吸入し吐出するポンプ部(20、23、24、25)を備えるポンプに適用することができる。
【0024】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の第1実施形態に係る回転軸保持構造を採用したポンプの断面図である。
【図2】図1のA−A線に沿う断面図である。
【図3】図1の回転軸およびブッシュの拡大断面図である。
【図4】本発明の第2実施形態に係る回転軸保持構造を示す断面図である。
【図5】(a)は従来の2つの回転軸保持構造を示す断面図である。(b)は一方の従来例を示すもので、(a)におけるB部の拡大断面図である。(c)は他方の従来例を示すもので、(a)におけるB部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【0027】
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は本発明の第1実施形態に係る回転軸保持構造を採用したポンプの断面図、図2は図1のA−A線に沿う断面図、図3は図1の回転軸およびブッシュの拡大断面図である。
【0028】
本実施形態のポンプは、内燃機関(より詳細には圧縮着火式内燃機関)用の蓄圧式燃料噴射装置に用いられ、高圧燃料を蓄えるコモンレールに燃料を加圧して供給するものである。
【0029】
図1および図2に示すように、ポンプのハウジング11は、アルミニウム合金製のハウジング本体11aとアルミニウム合金製のベアリングカバー11bとをボルトにて結合して構成されている。ハウジング11内には、後述するフィードポンプから燃料が供給されるカム室13が形成されており、このカム室13の両端は鉄系金属製の一対のシリンダヘッド12によって閉塞されている。また、カム室13は図示しない燃料タンクに接続されている。
【0030】
回転軸14は、鉄系金属製で、図示しない内燃機関に駆動されて回転する。具体的には、回転軸14の一端側(図1の紙面において左側)に図示しないギアが結合され、そのギアに内燃機関側のギヤが噛み合わされることにより、回転軸14が内燃機関により駆動されるようになっている。
【0031】
回転軸14は、円筒状の2つのブッシュ15により回転自在に保持されている。一方のブッシュ15はハウジング本体11aに圧入して固定され、他方のブッシュ15はベアリングカバー11bに圧入して固定されている。回転軸14とベアリングカバー11bとの間はオイルシール16によりシールされている。回転軸14における軸方向中間部には、断面円形状のカム17が回転軸14に対して偏心して一体に形成されている。
【0032】
カム17の外周には、回転軸14の周りを公転するカムリング18が嵌合されている。このカムリング18は、カムリング本体18aと、このカムリング本体18aに一体化されたブッシュ18bとからなる。より詳細には、カムリング本体18aは、鉄系金属よりなり、外形が四角柱形状で、円形状の貫通穴が形成されている。また、ブッシュ18bは、円筒状に形成され、カムリング本体18aの貫通穴に圧入されており、カム17と摺動自在になっている。なお、カム17およびカムリング18は、カム室13に収容されている。
【0033】
カムリング18の両側には、カムリング18の公転に追従して往復移動する鉄系金属製のプランジャ20が配置されている。このプランジャ20は、シリンダヘッド12内に往復移動自在に挿入された円柱部20aと、カム室13に配置されてカムリング18と対向配置された鍔状のプランジャヘッド20bとを備えている。
【0034】
カム室13に配置されたスプリング21により、プランジャ20がカムリング18側に付勢されて、プランジャヘッド20bがカムリング18に押し付けられている。カムリング18とプランジャヘッド20bの当接面は平面状に形成されており、これによりカムリング18の自転が阻止されるため、カム17の回転に伴いカムリング18はプランジャヘッド20bと摺動しながら自転することなく公転する。
【0035】
シリンダヘッド12内には、プランジャ20の円柱部20aの一端側(反プランジャヘッド20b側)に、フィードポンプ25から燃料が供給される燃料加圧室22が形成されている。また、シリンダヘッド12内には、フィードポンプ25から燃料加圧室22への燃料の流れのみを許容する入口側逆止弁23、および、燃料加圧室22から図示しないコモンレールへの燃料の流れのみを許容する出口側逆止弁24が設けられている。なお、プランジャ20、入口側逆止弁23、および、出口側逆止弁24は、本発明のポンプ部を構成している。
【0036】
回転軸14の他端側(図1の紙面において右側)には、ポンプ部としてのインナギア式のフィードポンプ25が結合されている。このフィードポンプ25は、ポンプカバー26内に回転自在に収納されている。フィードポンプ25は、回転軸14に回転駆動されることにより、燃料タンクから吸入した燃料を加圧して吐出する。
【0037】
フィードポンプ25から吐出された燃料は、図示しない燃料通路および入口側逆止弁23を介して燃料加圧室22に供給されるようになっている。なお、その燃料通路の途中には、燃料加圧室22に供給される燃料量を内燃機関の運転状態に応じて調量する調量弁(図示せず)が設けられている。
【0038】
図3に示すように、円筒状のブッシュ15の内周側には、軸方向中央部に内径が一定のブッシュストレート部151が形成され、軸方向両端部に面取り部152が形成されている。
【0039】
回転軸14は、外径が一定の回転軸ストレート部141と、この回転軸ストレート部141の軸方向両側に位置し、且つ回転軸ストレート部141の軸方向端部を基点として軸方向に沿って砲弾状に外径が小さくなる回転軸縮径部142とを有している。なお、本明細書でいう「砲弾状」は、軸方向断面において円弧形状であり、且つ基点からの軸方向距離が長くなるのに伴って外径の減少度合いが大きくなる形状である。或いは、軸方向断面において円弧形状であり、その円弧の曲率中心が軸線側に位置する形状を、「砲弾状」ということもできる。
【0040】
回転軸ストレート部141と回転軸縮径部142は滑らかに繋がれており、より詳細には、軸方向断面において回転軸ストレート部141は回転軸縮径部142の接線になっている。
【0041】
回転軸ストレート部141は、ブッシュストレート部151よりも軸方向長さが短く、且つブッシュストレート部151の内周側に配置されている。また、回転軸縮径部142のうち回転軸ストレート部141に近い側の部位はブッシュストレート部151の内周側に配置されている。さらに、回転軸縮径部142のうち回転軸ストレート部141から遠い側の部位は、少なくともブッシュストレート部151と面取り部152の境界まで延びており、望ましくは、ブッシュストレート部151と面取り部152の境界よりも面取り部152側まで延びている。
【0042】
次に、ポンプの作動について説明する。回転軸14が内燃機関に駆動されて回転すると、回転軸14の回転動作によってフィードポンプ25が駆動され、フィードポンプ25は燃料タンクから燃料を吸入し加圧して吐出する。
【0043】
また、回転軸14の回転に伴いカム17が回転し、カム17の回転に伴いカムリング18が自転することなく公転し、カムリング18の公転に伴いプランジャ20が往復移動する。
【0044】
カムリング18の公転に伴い上死点にあるプランジャ20が下死点に向けて移動すると、フィードポンプ25から吐出された燃料が入口側逆止弁23を介して燃料加圧室22に流入する。
【0045】
下死点に達したプランジャ20が再び上死点に向けて移動すると、入口側逆止弁23が閉じ、燃料加圧室22の燃料圧力が上昇する。燃料加圧室22の燃料圧力が上昇すると、出口側逆止弁24が開弁して、高圧の燃料がコモンレールに供給される。
【0046】
本実施形態では、図3に破線で示すように、入力側荷重および負荷側荷重により回転軸14が曲がった状態(すなわち、ブッシュ15に対して傾いた状態)では、回転軸縮径部142がブッシュストレート部151に当接して当接部が面当たりになるため、当接部の作用面圧を低減することができる。
【0047】
そして、従来のように回転軸14におけるブッシュ15の内周部に位置する部位をたる形にした場合と比較して、以下の効果が得られる。
【0048】
まず、回転軸14とブッシュ15との当接部がブッシュ端部側へ移り、荷重作用点から当接部までの距離が短くなるため、荷重により発生する曲げモーメントが減少する。また、回転軸14とブッシュ15との当接部がブッシュ端部側へ移るため、回転軸14の傾き量が減少する。
【0049】
また、回転軸14におけるブッシュ15の内周側に位置する部位の最大外径が同一の場合(本実施形態では、回転軸ストレート部141が最大外径となる)、回転軸14におけるブッシュ15の内周側に位置する部位の断面係数が大きくなるため剛性が上がる。また、回転軸ストレート部141は外径が一定であるためその管理が容易であり、回転軸14とブッシュ15との間のクリアランスのバラツキが小さくなる。
【0050】
さらに、回転軸14とブッシュ15との間には、ブッシュ15における軸方向端部から潤滑液として機能する燃料が供給されるが、回転軸14とブッシュ15との当接部がブッシュ端部側へ移り、ブッシュ15における軸方向端部から当接部までの距離が短くなるため、当接部に対する潤滑油の浸透性が向上する。
【0051】
なお、回転軸14の傾きが最大になったときでも回転軸14とブッシュ15との当接部がエッジ当たりしないように、回転軸縮径部142の曲率半径、回転軸縮径部142の高さH1(図3参照)、さらには回転軸縮径部142の長さL2(図3参照)を設定することはいうまでもない。
【0052】
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。図4は本発明の第2実施形態に係る回転軸保持構造を示す断面図である。第1実施形態では回転軸14をクラウニング化したのに対し、本実施形態はブッシュ15をクラウニング化したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【0053】
図4に示すように、回転軸14は、外径が一定の回転軸ストレート部141を有し、回転軸縮径部142は廃止されている。また、回転軸ストレート部141は、ブッシュ15の全長よりも長く設定されている。
【0054】
円筒状のブッシュ15の内周側には、ブッシュストレート部151と面取り部152との間に、ブッシュ拡径部153が形成されている。このブッシュ拡径部153は、ブッシュストレート部151の軸方向両側に位置し、且つブッシュストレート部151の軸方向端部を基点として軸方向に沿ってラッパ状に内径が大きくなっている。なお、本明細書でいう「ラッパ状」は、軸方向断面において円弧形状であり、且つ基点からの軸方向距離が長くなるのに伴って内径の増加度合いが大きくなる形状である。或いは、軸方向断面において円弧形状であり、その円弧の曲率中心が反軸線側に位置する形状を、「ラッパ状」ということもできる。
【0055】
ブッシュストレート部151とブッシュ拡径部153は滑らかに繋がれており、より詳細には、軸方向断面においてブッシュストレート部151はブッシュ拡径部153の接線になっている。
【0056】
ブッシュストレート部151は、回転軸ストレート部141よりも軸方向長さが短く、且つ回転軸ストレート部141の外周側に配置されている。また、ブッシュ拡径部153も回転軸ストレート部141の外周側に配置されている。
【0057】
本実施形態では、図4に破線で示すように、入力側荷重および負荷側荷重により回転軸14が曲がった状態(すなわち、ブッシュ15に対して傾いた状態)では、ブッシュ拡径部153が回転軸ストレート部141に当接して当接部が面当たりになるため、当接部の作用面圧を低減することができる。
【0058】
そして、従来のように回転軸14におけるブッシュ15の内周部に位置する部位をたる形にした場合と比較して、以下の効果が得られる。
【0059】
まず、回転軸14とブッシュ15との当接部がブッシュ端部側へ移り、荷重作用点から当接部までの距離が短くなるため、荷重により発生する曲げモーメントが減少する。また、回転軸14とブッシュ15との当接部がブッシュ端部側へ移るため、回転軸14の傾き量が減少する。
【0060】
また、回転軸14におけるブッシュ15の内周側に位置する部位の最大外径が同一の場合(本実施形態では、回転軸ストレート部141が最大外径となる)、回転軸14におけるブッシュ15の内周側に位置する部位の断面係数が大きくなるため剛性が上がる。また、ブッシュストレート部151は内径が一定であるためその管理が容易であり、回転軸14とブッシュ15との間のクリアランスのバラツキが小さくなる。
【0061】
さらに、回転軸14とブッシュ15との間には、ブッシュ15における軸方向端部から潤滑液として機能する燃料が供給されるが、回転軸14とブッシュ15との当接部がブッシュ端部側へ移り、ブッシュ15における軸方向端部から当接部までの距離が短くなるため、当接部に対する潤滑油の浸透性が向上する。
【0062】
なお、回転軸14の傾きが最大になったときでも回転軸14とブッシュ15との当接部がエッジ当たりしないように、ブッシュ拡径部153の曲率半径、ブッシュ拡径部153の高さH2(図4参照)、さらにはブッシュ拡径部153の長さL2(図4参照)を設定することはいうまでもない。
【0063】
(他の実施形態)
上記各実施形態では、本発明の回転軸保持構造を、圧縮着火式内燃機関用燃料噴射装置に用いられるサプライポンプに適用する例を示したが、本発明の回転軸保持構造は、他の用途のポンプにも適用することができる。
【0064】
また、上記各実施形態は、実施可能な範囲で任意に組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【0065】
14 回転軸
15 ブッシュ
141 回転軸ストレート部
142 回転軸縮径部
151 ブッシュストレート部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸(14)をブッシュ(15)により回転自在に保持する回転軸保持構造において、
前記ブッシュ(15)は、内径が一定のブッシュストレート部(151)を有し、
前記回転軸(14)は、外径が一定の回転軸ストレート部(141)と、この回転軸ストレート部(141)から軸方向に沿って砲弾状に外径が小さくなる回転軸縮径部(142)とを有し、
前記回転軸ストレート部(141)と前記回転軸縮径部(142)は滑らかに繋がれており、
前記回転軸ストレート部(141)は、前記ブッシュストレート部(151)よりも軸方向長さが短く、且つ前記ブッシュストレート部(151)の内周側に配置されていることを特徴とする回転軸保持構造。
【請求項2】
回転軸(14)をブッシュ(15)により回転自在に保持する回転軸保持構造において、
前記回転軸(14)は、外径が一定の回転軸ストレート部(141)を有し、
前記ブッシュ(15)は、内径が一定のブッシュストレート部(151)と、このブッシュストレート部(151)から軸方向に沿ってラッパ状に内径が大きくなるブッシュ拡径部(153)とを有し、
前記ブッシュストレート部(151)と前記ブッシュ拡径部(153)は滑らかに繋がれており、
前記ブッシュストレート部(151)は、前記回転軸ストレート部(141)よりも軸方向長さが短く、且つ前記回転軸ストレート部(141)の外周側に配置されていることを特徴とする回転軸保持構造。
【請求項3】
前記回転軸(14)と前記ブッシュ(15)との摺動部に、前記ブッシュ(15)における軸方向一端側から潤滑液が供給される構成であることを特徴とする請求項1または2に記載の回転軸保持構造。
【請求項4】
請求項1ないし3のいずれか1つに記載の回転軸保持構造と、
前記回転軸(14)により駆動されて流体を吸入し吐出するポンプ部(20、23、24、25)とを備えることを特徴とするポンプ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2011−133065(P2011−133065A)
【公開日】平成23年7月7日(2011.7.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−294336(P2009−294336)
【出願日】平成21年12月25日(2009.12.25)
【出願人】(000004260)株式会社デンソー (27,639)
【Fターム(参考)】