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JP2005098017A - 車両用ドアハンドル - Google Patents

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Shigeki Ueda
茂樹 植田
Hiroyuki Ogino
弘之 荻野
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract


【課題】 検出感度が高く、周囲環境へのノイズ放出の低減や、車載バッテリーへの負担軽減をすることができる車両用ドアハンドルを提供すること。
【解決手段】 車両のドアに組み付けられるハンドル本体14の変位を検出するハンドル操作検出センサ16を、前記ハンドル本体14と一体の可動部15の変位によって変形を受けるように、車両のドアに組み込まれる。
【選択図】 図2

Description

本発明は、自動車等の車両のドアの施錠/解錠をキー操作なしで可能にするキーレスエントリシステムに好適な車両用ドアハンドルに関するもので、特に、キーレスエントリシステムの動作信頼性の向上、消費電流の低減等を実現することのできる車両用ドアハンドルに関する。
近年、自動車等の車両では、利便性、セキュリティーの向上を目的として、キーレスエントリシステムを搭載したものが増えている。
キーレスエントリシステムは、ドアの施錠/解錠をキー操作なしで可能にするシステムで、運転者が携帯所持する無線通信端末と車載の無線通信端末との間における無線通信によって暗証データ等を照合することで、ドアの施錠/解錠を行う。
従来、このようなキーレスエントリシステム用として、図9に示す車両用ドアハンドルが提案されている。
この車両用ドアハンドル1は、車両のドアアウタパネル2の開口部3に組み付けられてドアの開閉操作時の把持部となるハンドル本体4を中空構造にし、このハンドル本体4内の中空部4aに、ハンドル操作検出センサ10を組み込んだものである。
ハンドル操作検出センサ10は、運転者等がハンドル本体4に手を触れると、その人体との接触でハンドル本体4周囲の静電容量が変動することに着眼して、静電容量の変動からドアの開閉操作の有無を検出するもので、静電容量の変動を検出するためのセンサ電極9と、このセンサ電極9によって静電容量の一定以上の変動を検出した時に運転者が携帯所持する無線通信端末との間で信号の送受を行うアンテナ8とを備えた構成である(例えば、特許文献1参照)。
なお、ハンドル本体4は、矢印(イ)方向に揺動変位可能に、前部から延出したアーム5がドア側に連結されている。また、ハンドル本体4の後側には、キーシリンダケース6と、ベルクランク体7が装備されている。ベルクランク体7は、図示しないリンク機構と協働してドアロック装置を構成する。
特開2003−194959号公報
ところが、上記の車両用ドアハンドル1は、ハンドル操作検出センサ10の組み込みのためにハンドル本体4内に一定以上の大きさの中空部4aを確保しなければならず、ハンドル本体4の形状や寸法が制限されてしまうという問題があった。
また、ハンドル本体4の周囲の静電容量は、例えば、人体以外の器物の接近や接触によっても微小変動する。
そこで、このような外乱による静電容量の微小変動を誤検出しないように、静電容量式のハンドル操作検出センサ10の検出感度を低めに設定しておくと、ドアの開閉操作時のハンドル本体4への手指の接触圧が弱い時には、ドアの開閉操作の有無が検出できず、ハンドル本体4への手指の接触のやり直しが必要になって、操作性の低下を招く虞があった。
一方、ハンドル操作検出センサ10の検出感度を高めれば、ドアの開閉操作時のハンドル本体4への手指の接触圧が弱い場合でも、確実にドアの開閉操作の有無を検出できるようになるが、その反面、外乱による静電容量の微小変動でも、ハンドル操作検出センサ10はドアの開閉操作が有ったと判定して、信号の発信を行うようになり、無為な信号発信が周囲環境へのノイズの放出となる虞があった。
そこで、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、ハンドル本体の形状や寸法に対する設計自由度が高く、しかも、検出感度が高く、ドアの開閉操作時のハンドル本体への手指の接触が弱い場合でも確実にドアの開閉操作の有無を検出することができ、更には、無為な信号発信による周囲環境へのノイズの放出を防止すると同時に、消費電流の低減によって車載バッテリーへの負担を軽減することができる車両用ドアハンドルを提供することである。
上記目的は下記構成により達成される。
(1) 車両のドアに組み付けられて前記ドアの開閉操作時の把持部となるハンドル本体と、前記ハンドル本体を把持して前記ドアを開閉する際に前記ハンドル本体と一体に所定の変位をする可動部と、この可動部の変位を検出して電気信号を出力するハンドル操作検出センサとを備え、
前記可動部の変位によって前記ハンドル操作検出センサが変形を受けるように、車両のドアに組み込んだことを特徴とする車両用ドアハンドル。
(2) 上記(1)において、前記ハンドル操作検出センサは、ケーブル状の圧電素子材を有し、前記可動部の変位によって前記圧電素子材の一部が変形することで前記ドアの開閉操作を検出することを特徴とする車両用ドアハンドル。
上記(1)に記載の車両用ドアハンドルでは、ハンドル操作検出センサはハンドル本体に連動する可動部の変位で変形すればドア開閉操作の有無を検出することができ、ハンドル操作検出センサ自体をハンドル本体内に組み込む必要がない。従って、ハンドル操作検出センサを組み込むための所定の大きさの中空部をハンドル本体に設ける必要がなく、ハンドル本体は操作時に把持性や外観デザイン等を重視して任意に形状や寸法を設計可能になり、ハンドル本体の形状や寸法に対する設計自由度が高くなる。
また、上記(2)に記載の車両用ドアハンドルでは、上記のハンドル操作検出センサは、ドアの開閉操作時にハンドル本体と一体に所定の変位をする可動部によって圧電素子材を形成するピエゾ素子材料が変形を受けることで、開閉操作の有無を検出するもので、静電容量式の従来のハンドル操作検出センサと比較して、ドアの開閉操作に無関係な器物の接近等を誤検出する虞がない。
従って、検出感度を高く設定して、ハンドル本体と一体に変位する可動部の僅かな変位によって、鋭敏に開閉操作の有無を検出させることが可能で、ドアの開閉操作時のハンドル本体への手指の接触が弱い場合でも確実にドアの開閉操作の有無を検出することができる。
また、上記のハンドル操作検出センサでは、ハンドル本体と一体に変位する可動部の変位挙動によってピエゾ素子材料が変形しない限り、検出信号を出力しないため、無為な信号発信による周囲環境へのノイズの放出を防止することもできる。
また、圧電素子材を使用した本発明のハンドル操作検出センサは、1mA以下の消費電流で安定動作させることができるため、静電容量式の従来のハンドル操作検出センサと比較すると、消費電流の低減によって車載バッテリーへの負担を軽減することができる。
以下、本発明に係る車両用ドアハンドルの好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係る車両用ドアハンドルを装備した車両のドアの一実施の形態の外観斜視図で、図2は図1に示した車両用ドアハンドルのA−A断面図である。
この一実施の形態の車両用ドアハンドル12は、車両のドア(ドアアウタパネル)13に組み付けられてドア13の開閉操作時の把持部となるハンドル本体14と、運転者等が手指でハンドル本体14を把持してドアを開閉する際にハンドル本体14と一体に所定の変位をする可動部15と、この可動部15の変位を検出して電気信号を出力するハンドル操作検出センサ16とから構成されている。
なお、ハンドル本体14は、図2の矢印(ロ)方向に揺動変位可能に、前部から延出したアーム14aがドア側に連結されている。また、ハンドル本体14の後側には、キーシリンダケース6が装備されている。
また、本実施の形態の場合、可動部15は、ハンドル本体14の後端側からドア13内に突出する棒状のリンク部品で、一端がハンドル本体14に連結されると共に、他端がドアロック装置に係脱可能で、ハンドル本体14が矢印(ロ)方向に引き出されると、それに伴って、矢印(ハ)方向にスライド変位する。
ハンドル操作検出センサ16は、図3に示すように、所定長のケーブル状の圧電素子材33と、この圧電素子材33の一端に接続された断線検出用抵抗体55と、圧電素子材33の他端に接続された判定手段19と、判定手段19に接続されたケーブル57と、このケーブル57の先端に接続されたコネクタ59とから構成されている。
判定手段19に接続されたケーブル57は、電源供給用と検出信号の出力用で、その先端に装備されたコネクタ59を介して、電源や、通信用端末に接続される。
ハンドル操作検出センサ16に使用されているケーブル状の圧電素子材33は、図4に示す構造のもので、軸方向中心に配した芯線(中心電極)45と、この中心電極45の周囲を被膜した圧電セラミックスであるピエゾ素子材料49と、ピエゾ素子材料49の周囲に配設した外側電極47と、最外周を被覆するPVC(塩化ビニル樹脂)51と、から構成される。
このケーブル状の圧電素子材33は、優れた可撓性を有し、変形時の変形加速度に応じた出力信号を発生する。
圧電セラミックスとしては、例えば、チタン酸鉛、又はチタン酸ジルコン酸鉛の燒結粉体やニオブ酸ナトリウム等の非鉛系圧電セラミック燒結粉体を用いる。
また、上記ケーブル状の圧電素子材33は、使用温度が120℃程度まで可能な出願人独自開発の耐熱性を有する樹脂系材料をピエゾ素子材料49を用いており、従来の代表的な高分子ピエゾ素子材料(一軸延伸ポリ弗化ビニリデン)やピエゾ素子材料(クロロプレンと圧電セラミックス粉末のピエゾ素子材料)の最高使用温度である90℃より高い温度域(120℃以下)で使用できる。そして、ピエゾ素子材料49が可撓性を有する樹脂と圧電セラミックスとから構成され、また、コイル状金属中心電極及びフィルム状外側電極からなる可撓性電極を用いて構成されることで、通常のビニールコード並みの可撓性を有している。
ピエゾ素子材料49は、樹脂系材料と、10μm以下の圧電性セラミック粉末の複合体とから構成され、振動検出特性はセラミックにより、また可撓性は樹脂によりそれぞれ実現している。本ピエゾ素子材料49は樹脂系材料として塩素系ポリエチレンを用い、高耐熱性(120℃)と容易に形成できる柔軟性を実現すると共に架橋する必要のない簡素な製造工程を可能とするものである。
このようにして得られたケーブル状の圧電素子材33は、ピエゾ素子材料49を成形したままでは、圧電性能を有しないので、ピエゾ素子材料49に数KV/mmの直流高電圧を印加することにより、ピエゾ素子材料49に圧電性能を付与する処理(分極処理)を行うことが必要となる。
ピエゾ素子材料49にクラックなどの微少な欠陥が内在する場合、その欠陥部で放電して両電極間が短絡し易くなるので、充分な分極電圧が印加できなくなるが、本発明では一定長さのピエゾ素子材料49に密着できる補助電極を用いた独自の分極工程を確立することにより、欠陥を検出・回避して分極を安定化でき、これにより、数10m以上の長尺化も可能になる。
また、圧電素子材33においては、中心電極45にコイル状金属中心電極を、外側電極47にフィルム状電極(アルミニウム−ポリエチレンテレフタレート−アルミニウムからなる三層ラミネートフィルム)を用い、これにより、ピエゾ素子材料49と電極の密着性を確保すると共に、外部リード線の接続が容易にでき、可撓なケーブル状実装構成が可能になる。
中心電極45は銅−銀合金コイル、外側電極47はアルミニウム−ポリエチレンテレフタレート−アルミニウムからなる三層ラミネートフィルム、ピエゾ素子材料49はポリエチレン系樹脂+圧電性セラミックス粉末、被覆層51は熱可塑性プラスチック、これにより、比誘電率は55、電荷発生量は10〜13C(クーロン)/gf、最高使用温度は120℃となる。
以上の圧電素子材33は、一例として以下の工程により製造される。最初に塩素系ポリエチレンシートと40〜70体積%の圧電セラミックス(ここでは、チタン酸ジルコン酸鉛)粉末がロール法によりシート状に均一に混合される。このシートを細かくペレット状に切断した後、これらのペレットは中心電極45と共に、連続的に押し出されてピエゾ素子材料49を形成する。そして、補助電極をピエゾ素子材料49の外周に接触させて前記補助電極と中心電極45との間に高電圧を印加させて分極処理を行う。それから、外側電極47がピエゾ素子材料49の周囲に巻き付けられる。外側電極47を取り巻いて被覆層51も連続的に押し出される。
上記塩素化ポリエチレンに圧電セラミックス粉体を添加するとき、前もって、圧電セラミックス粉体をチタン・カップリング剤の溶液に浸漬・乾燥することが好ましい。この処理により、圧電セラミックス粉体表面が、チタン・カップリング剤に含まれる親水基と疎水基で覆われる。
親水基は、圧電セラミックス粉体同士の凝集を防止し、また、疎水基は塩素化ポリエチレンと圧電セラミックス粉体との濡れ性を増加する。この結果、圧電セラミックス粉体は、塩素化ポリエチレン中に均一に、最大70体積%までに多量に添加することができる。上記チタン・カップリング剤溶液中の浸漬に代えて、塩素化ポリエチレンと圧電セラミックス粉体のロール時にチタン・カップリング剤を添加することにより、上記と同じ効果の得られることが見出された。この処理は、特別にチタン・カップリング剤溶液中の浸漬処理を必要としない点で優れている。このように、塩素化ポリエチレンは、圧電セラミックス粉体を混合する際のバインダー樹脂としての役割を担っている。
本実施の形態の場合、中心電極45には、銅系金属による単線導線を使用している。
また、外側電極47には、高分子層の上にアルミ金属膜の接着された帯状電極を用い、これをピエゾ素子材料49の周囲に巻き付けた構成としている。そして、高分子層としては、ポリエチレン・テレフタレート(PET)を用い、この上にアルミ薄膜を接着した電極は、商業的にも量産されて、安価であるので、外側電極47として好ましい。この電極を判定手段19に接続する際には、例えば、加締めや、ハトメにより接続することができる。
また、外側電極47のアルミ薄膜の周りに金属単線コイルや金属編線を判定手段19の接続用に半田付けする構成としてもよく、半田付けが可能となるので、作業の効率化が図れる。
なお、圧電素子材33を外部環境の電気的雑音からシールドするために、外側電極47は部分的に重なるようにしてピエゾ素子材料49の周囲に巻き付けることが好ましい。
被覆層51としては、前述の塩化ビニル樹脂よりも断熱性及び防水性に優れたゴム材料を使用することもできる。このゴム材料とは、接触する物品の押圧力でピエゾ素子材料49が変形し易いように、ピエゾ素子材料49よりも柔軟性及び可撓性の高いものが良い。車載部品として耐熱性、耐寒性を考慮して選定し、具体的には、−30℃〜85℃で可撓性の低下が少ないものを選定することが好ましい。このようなゴム材料として、例えば、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、ブチルゴム(IIR)、シリコンゴム(Si)、熱可塑性エストラマー等を用いればよい。以上のような構成により、圧電素子材33の最小曲率は、半径5mmまで可能になり、また、従来塩化ビニールと比較して、更に優れた断熱性及び防水性を確保することができる。
上記のように、圧電素子材33のピエゾ素子材料49が塩素化ポリエチレンの有する可撓性と圧電セラミックスの有する高温耐久性とを併せ持つので、圧電体としてポリフッ化ビニリデンを用いた従来の圧電センサのような高温での感度低下がなく、高温耐久性がよい上、EPDMのように成形時に加硫工程が不要なので生産効率がよいという利点が得られる。
本実施の形態のハンドル操作検出センサ16は、ハンドル本体14の操作に伴う可動部15の変位によって圧電素子材33のピエゾ素子材料49が変形を受けるように、車両のドアに圧電素子材33の組み込みがなされる。
具体的には、ケーブル状の圧電素子材33は、その一部が、図5にも示すように、棒状の可動部15の外周に巻き付けられると共に、可動部15の外周に突設された一対の突起15a,15bによって可動部15の外周面上に位置決めされていて、ハンドル本体14の操作に伴って可動部15が図5の矢印D方向に変位すると、一対の突起15a,15bが圧電素子材33の外周面を押圧して、ピエゾ素子材料49に変形を生じさせる。
圧電素子材33の一端に接続された断線検出用抵抗体55は、圧電素子材33の中心電極45と外側電極47との間に接続されていて、焦電効果によって圧電素子材33に発生する電荷を放電する放電部を兼用しており、部品の合理化となっている。
図6に示すように、圧電素子材33の出力信号からドアの開閉操作の有無を検出する判定手段19には、ドアのロック装置の施錠/解錠を行う開閉駆動手段21と、この開閉駆動手段21の動作を制御する開閉制御手段23が装備されて、従来キーレスエントリシステムを構成する。
判定手段19は、圧電素子材33の断線を検出する際に使用する分圧用抵抗体61、圧電素子材33からの出力信号から所定の周波数成分のみを通過させる瀘波部62、瀘波部62からの出力信号に基づき圧電素子材33への物体の接触を判定する判定部63、断線検出用抵抗体55と分圧用抵抗体61により形成される電圧値から圧電素子材33の中心電極45と外側電極47の断線異常を判定する異常判定部64を備えている。
また、中心電極45と外側電極47を判定手段19に接続し、圧電素子材33からの出力信号を判定手段19に入力する信号入力部65と、判定部63からの判定信号を出力する信号出力部66とは、隣接して判定手段19内に配設してある。信号出力部66には、判定手段19への電源ラインとグランドラインも接続されている。さらに、判定手段19は、信号入力部65と信号出力部66との間に設けられ高周波信号をバイパスするコンデンサ等のバイパス部67を有している。
また、開閉制御手段23には、判定手段19の判定結果を車室内のフロントパネルに設置された所定のライト等で報知する報知手段74、ドアを開閉するための開閉スイッチ75が接続されている。そして、判定手段19を通じて電力を供給する自動車のバッテリー等からなる電源76が設けられている。
瀘波部62は、圧電素子材33の出力信号から自動車の車体の振動等に起因する不要な信号を除去し、異物の接触による押圧により圧電素子材33が変形する際に圧電素子材33の出力信号に現れる特有な周波数成分のみを抽出するような濾波特性を有する。濾波特性の決定には、自動車の車体の振動特性や走行時の車体振動を解析して最適化すればよい。
外来の電気的ノイズを除去するため、判定手段19はシールド部材で全体を覆って電気的にシールドしてある。また、外側電極47は判定手段19のシールド部材と導通し、圧電素子材33も電気的にシールドされている。なお、上記回路の入出力部に貫通コンデンサやEMIフィルタ等を付加して強電界対策を行っても良い。
以上の車両用ドアハンドル12では、図7に示すように、ハンドル本体14に手指がかけられて、矢印(ニ)方向にハンドル本体14が引き出されると、ハンドル本体14と一体に変位する可動部15によって、可動部15に巻き着けられている圧電素子材33が一対の突起15a,15bによって押圧を受けて変形し、その時の圧電素子材33の出力信号に基づいて判定手段19が、ドアの開閉操作の有無を判定し、開閉駆動手段21の動作が制御される。
図8(a)はハンドル操作検出センサ16に加わる荷重とセンサ出力特性を示す線図である。出願人がハンドル操作検出センサ16の荷重とセンサ出力の関係を実験した結果、ハンドル操作検出センサ16に(a)のような曲げ荷重を印加したとき、センサ出力が(b)のような変動を呈するようになる。
(1)時刻t0でハンドル操作検出センサ16に荷重が加わっていないときは、センサ出力は電圧Vaを示している。
(2)時刻t1でハンドル操作検出センサ16に一定方向に曲げ荷重が加わると、加わった瞬間からセンサ出力はVbに増加した後、直ぐに反転して0(V)になり、その後再びVaに戻る。
(3)その後、曲げたままにしていてもセンサ出力はVaを示したままである。(4)時刻t3で、ハンドル操作検出センサ16をもとの状態に戻すと、その瞬間からセンサ出力はVcに減少したあと、直ぐに反転してVdになり、その後再びVaに戻る。
このように、このハンドル操作検出センサ16は加速度に反応した出力を高感度に検出できるため、微小な振動を精度良く検出して出力することができる。なお、荷重印加タイミングの検出には、例えば図示した電圧Vaを中心とした所定電圧幅ΔVの判定閾値を設け、この判定閾値を越えた場合に荷重変化があったと判定すれば良い。
以上に説明した一実施の形態の車両用ドアハンドル12では、ハンドル操作検出センサ16はその構成要素である圧電素子材33がハンドル本体14に連動する可動部15の変位で変形すればドア開閉操作の有無を検出することができ、ハンドル操作検出センサ16自体をハンドル本体14内に組み込む必要がない。従って、ハンドル操作検出センサ16を組み込むための所定の大きさの中空部をハンドル本体14に設ける必要がなく、ハンドル本体14は操作時に把持性や外観デザイン等を重視して任意に形状や寸法を設計可能になり、ハンドル本体14の形状や寸法に対する設計自由度が高くなる。
しかも、上記のハンドル操作検出センサ16は、ドアの開閉操作時にハンドル本体14と一体に所定の変位をする可動部15によって圧電素子材33のピエゾ素子材料49が変形を受けることで、開閉操作の有無を検出するもので、静電容量式の従来のハンドル操作検出センサと比較して、ドアの開閉操作に無関係な器物の接近等を誤検出する虞がない。
従って、検出感度を高く設定して、ハンドル本体14と一体に変位する可動部15の僅かな変位によって、鋭敏に開閉操作の有無を検出させることが可能で、ドアの開閉操作時のハンドル本体14への手指の接触が弱い場合でも確実にドアの開閉操作の有無を検出することができる。
また、上記のハンドル操作検出センサ16では、ハンドル本体14と一体に変位する可動部15の変位挙動によって圧電素子材33のピエゾ素子材料49が変形しない限り、検出信号を出力しないため、無為な信号発信による周囲環境へのノイズの放出を防止することもできる。
また、圧電素子材33を使用した本発明のハンドル操作検出センサ16は、1mA以下の消費電流で安定動作させることができるため、静電容量式の従来のハンドル操作検出センサ16と比較すると、消費電流の低減によって車載バッテリーへの負担を軽減することができる。
なお、ハンドル本体14の開閉操作時にハンドル本体14と一体となって変位する可動部15は上記実施の形態に限らない。例えば、ハンドル本体14と一体に変位するアーム14aや、その他の可動部を利用するようにしても良い。
また、圧電素子材33に変形を生じさせるための圧電素子材33と可動部15との係合形態も、上記実施の形態に限らない。
上記実施の形態では、ケーブル状の圧電素子材33を棒状の可動部15の外周に巻き付けていたが、例えば、巻き付けずに、可動部15の上を単純に横断するように圧電素子材33を配索する(図5の二点鎖線を参照)ことも可能である。
本発明に係る車両用ドアハンドルの一実施の形態の外観斜視図である。 図1の車両用ドアハンドルのA−A断面図である。 図2に示したハンドル操作検出センサの概略図である。 図2に示したハンドル操作検出センサの圧電素子材の構成図である。 図2のC矢視図である。 図5に示したハンドル操作検出センサのブロック図である。 図2に示した車両用ドアハンドルの動作説明図である。 図6に示したハンドル操作検出センサの出力特性図で、(a)はセンサに印加する曲げ荷重を、(b)はその曲げ荷重に応じて出力されるセンサ出力を示す。 従来の車両用ドアハンドルの構成説明図である。
符号の説明
12 車両用ドアハンドル
13 ドア
14 ハンドル本体
14a アーム
15 可動部
16 ハンドル操作検出センサ
19 判定手段
21 開閉駆動手段
23 開閉制御手段
33 圧電素子材
45 中心電極
47 外側電極
49 ピエゾ素子材料
51 被覆層

Claims (2)

  1. 車両のドアに組み付けられて前記ドアの開閉操作時の把持部となるハンドル本体と、前記ハンドル本体を把持して前記ドアを開閉する際に前記ハンドル本体と一体に所定の変位をする可動部と、この可動部の変位を検出して電気信号を出力するハンドル操作検出センサとを備え、
    前記可動部の変位によって前記ハンドル操作検出センサが変形を受けるように、車両のドアに組み込んだことを特徴とする車両用ドアハンドル。
  2. 前記ハンドル操作検出センサは、ケーブル状の圧電素子材を有し、前記可動部の変位によって前記圧電素子材の一部が変形することで前記ドアの開閉操作を検出することを特徴とする車両用ドアハンドル。
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