具有印刷图形的车辆轮圈和制造方法 |
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| 申请号 | CN201410091591.8 | 申请日 | 2014-03-13 | 公开(公告)号 | CN104070924A | 公开(公告)日 | 2014-10-01 |
| 申请人 | 什拉姆有限责任公司; | 发明人 | P·布雷迪; 凯文·韦斯林; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种具有印刷图形的车辆轮圈和制造方法。一种 自行车 车轮 的轮圈具有供车轮绕其旋转的轴线和 正交 于该轴线的中心平面，该轮圈包括位于轮圈的外周处的轮胎接合部。内周部从轮胎接合部沿径向向内地 定位 。轮圈包括第一 侧壁 和与该第一侧壁间隔开的第二侧壁。第一侧壁和第二侧壁在轮胎接合部和内周部之间延伸。图像接收区位于第一侧壁和第二侧壁的每一者上并且非 接触 印刷图形设置在图像接收区的至少一些区域上。本发明还提供一种在轮圈上形成表面特征部的方法以及向轮圈施涂图形的方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有中心平面的自行车车轮的轮圈，该轮圈包括： |
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| 说明书全文 | 具有印刷图形的车辆轮圈和制造方法技术领域背景技术[0002] 当前可用于自行车的双动控制使用线缆作为操作部件。该线缆难以装配并且易受污染，这导致性能随时间而降低。当前可用的液压控制仅限于每个控制输入具有单个阻尼单元。 [0003] 利用各种标记、图像、文字和其他图形来标记自行车轮圈已变得常见。随着在专业赛车手和业余爱好者中普遍地接受的宽截面轮圈，制造商已意识到由巨大量的轮圈面积提供的“广告牌”机会。这样的轮圈的显著示例在涉及自行车的“圆盘”车轮的美国专利No.7,114,785中被举例说明。该专利例示了碳纤维增强塑料结构和表面特征两者。 [0004] 自行车轮圈，例如碳纤维增强塑料（CFRP）自行车轮圈已利用常规的材料以多种常规的方法被贴上标签、标记或涂覆。关于以图形的方式标记轮圈，常规的方法通常包括接触印刷的形式，其中墨水被施涂在例如由聚氯乙烯、聚酯、聚烯烃、聚碳酸酯和/或纤维素（日历用木纤维纸）制成的软片贴花基板上。基板上的图形的印刷通过例如丝网印刷、胶版印刷、热敏式印刷、或喷墨印刷来进行。印刷基板典型地具有施加至相反表面（即，非印刷表面）的压敏、接触粘合剂并且被冲切以形成适当的形状和尺寸以根据需要装配到轮圈上。 [0005] 贴花结构的类似方法包括由固化的印刷油墨树脂制成的基板，其具有印刷的粘合层，该印刷的粘合层被施涂至涂料纸或树脂载体膜并且然后通过将载体/贴花膜浸没在水或烃溶剂溶液中而稍后被去除以从载体去除墨膜。然后固态墨膜被仔细施涂到接收部或物体，随后施加光压以去除大部分溶剂，然后典型地在炉中利用热进行固化，以激活粘合剂从而将墨树脂粘合至接收基板。 [0006] 在没有中间基板的情况下，用于以图形方式标记轮圈的另一常规的印刷方法被称为移印或压印。移印采用硅橡胶印章或印台，该印章或印台从如下的板转印墨形状或图像，即，该板被蚀刻或雕刻有图形形状，并且然后被填充墨且通过与橡胶垫接触被运送到接收部。 [0007] 已知自行车轮圈采用非光滑表面或表面特征部，以得到明显的空气动力学益处。在一个示例中，CFRP轮圈被制造成具有呈“凹坑”形式的多个表面特征部，这些表面特征部已被证实在使用中在减少自行车的轮圈的阻力特征方面惊人地有效。此外，形成用于制造具有表面特征部的CFRP轮圈的工具的过程是昂贵的。不幸地，实践中常用的印刷技术倾于掩盖先存着的表面特征部，这使特征部的有效性不明显并且可能显著降低该有效性。 [0008] 如上简要描述的用于工业上标记轮圈的当前方法存在技术缺点，其中一些缺点描述如下： [0009] ·具有压敏粘合剂，即，自粘粘着剂的印刷贴花法，大概是最常见的标记方法，图形图像尺寸由于基板的粘合性而受到限制；图形形状受冲切基板的复杂性限制；贴花基板不能充分符合非光滑表面特征部；基板具有很大的质量；基板的相对硬度不足以提供耐久性；粘结结合不是永久的。 [0011] ·水施涂的贴花膜-所需的涂色外涂层；不符合非光滑几何形状；轮圈缺陷在固化过程期间损坏基板；必须用手施涂。 [0012] ·直接丝网印刷-在轮圈不足够平坦或光滑时，轮圈接收表面不允许该方法。 [0013] ·直接压印-大图形表面面积抑制施涂过程。 [0014] ·激光蚀刻-不可能着色；低反差；大图形的成本高昂。 [0016] 从上述可见，如果期望低成本、高质量的不会消极地影响轮圈的功能的永久图形，则向自行车轮圈，尤其是碳纤维轮圈提供图形和/或表面特征部是有挑战性的。因此，需要提供一种用于印刷自行车轮圈的高质量的印刷方法和系统。本发明满足该需要。 发明内容[0017] 根据对改进的印刷的自行车轮圈及用于其的方法的当前需要，提出了本发明的示例性实施方式的简单概要。在下列概要中可以进行一些简化和省略，该概要旨在突出并且介绍各种示例性实施方式的一些方面，而不限制本发明的范围。优选的示例性实施方式的详细描述足以使本领域技术人员形成和利用将在稍后部分中遵循的发明构思，但是应该理解的是，这些概念的微小变化也是本发明所能想到的，特别是那些在本领域普通技术人员力所能及的范围的那些变化。 [0018] 喷墨印刷是相对新的印刷方法并且由于油墨技术的进步和用于沉积且固化油墨的方法的改进而在近年来在很大程度上显现出来。通常，本发明涉及使用喷墨印刷机构以将非接触印刷图形和/或表面特征部沉积到自行车轮圈的图像接收区域上。 [0019] 通常，本发明构想在沿水平面中的X和Y坐标的扫描（来回）运动中借助机电“喷墨”印刷头将呈非常细小的墨滴的形式的有组织的颜料沉积到自行车轮圈上。所沉积的墨滴可以聚结以形成线，并且多条线可以聚结以形成薄膜层。此外，层能被添加到先前沉积和固化的层以形成三维特征部和/或图案。 [0020] 另外，本发明构想在沿着X、Y和Z坐标的运动中借助机电“喷墨”印刷头将呈非常细小墨滴形式的有组织的颜料沉积到自行车轮圈上。该方法倾向于使在油墨通过喷墨印刷头沉积并且接收基板间隔开超过大约6mm时出现的精确度和分辨率损失最小化。 [0021] 油墨的沉积伴随有和/或后面是通过暴露于强紫外（UV）光而初始化的沉积的油墨的光聚合固化。沉积且固化的油墨形成薄的、均匀的、耐久图形薄膜，该薄膜经受住在产品的整个使用寿命期间遭遇的不利的环境条件，即，刮擦、磨损、腐蚀、洗涤和阳光。固化油墨的手段不限于UV固化。 [0022] 已发现的是，这种沉积和固化油墨的方法是将单层和多层树脂油墨沉积到自行车轮圈上，并且特别是例如 轮圈上的有效手段，该轮圈具有相对平坦且平行的侧壁的相当的跨度。另外，因为这种用于沉积油 墨的方法不会包括与接收表面接触（如由前述沉积方法所要求的），因此其证明是将涂料、图形或其他施涂到非光滑特征的表面同时沉积期望厚度的均匀层的精确方法，并且具有以其他已知的技术不容易获得的精确度保留表面上的任何先存在特征部的形状和尺寸的惊人的结果。 [0023] 虽然喷墨印刷很好地适于施涂薄且均匀的薄膜厚度，它还可以适于选择性地通过数字控制将多层油墨沉积和粘合到轮圈上，从而在轮圈表面上形成期望的三维几何图案或形状。这为优化沉积在轮圈表面上的多个表面特征部的尺寸和形状以及数量提供了有效手段，其用来降低轮圈上的表面阻力。喷墨印刷也可以提供其他类型的所期望的轮圈元件和优点。 [0024] 将理解的是，为了本公开的目的，表面特征部构想为轮圈的先存着特征部的任何三维元素和/或经由喷墨沉积而沉积到轮圈上的三维元素。沉积特征部将被理解为意味着通过喷墨沉积而添加到轮圈上的任何元素，所述沉积包括但不限于可以呈表面特征部形式的图形、三维元素，以及均匀的材料层。 [0025] 该沉积方法的另一益处和其固有效率允许消除常规方法中所使用的涂满粘合剂的基板。通过消除基板并且仅将油墨施涂到轮圈，能适当地获得大于30克的重量节省。消除基板和遵循常规的印刷过程的工艺步骤（例如冲切、清除和组装），允许节省成本超过 90%。 [0026] 此外，该相同的印刷方法能被用作以通过常规的方法不能实现的精度、选择性地使自行车轮圈涂覆有保护层（油漆）的手段。该方法的一个示例是对用作轮圈制动器轨迹上的磨损指示器的凹进孔或特征部进行上漆。现有的实践包括多步骤和特别的操作顺序，这为制造过程增加了相当大的成本和时间。 [0027] 此外，非接触印刷固有地避免了在平面之外将负荷横向地施加到大致平坦的FRP表面，该表面被设计成承载平面负荷。 [0028] 本发明的一个方面提供一种用于具有中心平面的自行车轮的轮圈，包括位于轮圈的外周处的轮胎接合部。内周部从轮胎接合部径向向内定位。第一侧壁和与该第一侧壁间隔开的第二侧壁在轮胎接合部和内周部之间延伸。多个表面特征部形成在第一侧壁和第二侧壁中，并且非接触印刷图形设置在第一侧壁和第二侧壁的一者或两者上，其中非接触印刷的图形基本上保持多个表面特征部的尺寸和形状。 [0029] 本发明的其他方面提供，其中表面特征部的尺寸和形状确定成在车轮穿过空气时形成湍流表面层以减小气动阻力。非接触印刷图形可以利用喷墨印刷机来沉积。轮圈包括位于第一侧壁和第二侧壁上的图像接收区，该图像接收区在平行于轮圈的中心平面的30度内；并且非接触印刷的图形设置在图像接收区的至少一些区域上。图像接收区可以通常平行于中心平面。图像接收区可以位于小于大约6.5mm的非接触沉积距离处。 [0030] 本发明的另一方面提供一种自行车车轮的轮圈，其具有车轮绕其旋转的轴线以及正交于该轴线的中心平面，包括位于所述轮圈的外周处的轮胎接合部。内周部从轮胎接合部径向向内定位。第一侧壁和与该第一侧壁间隔开的第二侧壁在所述轮胎接合部和所述内周部之间延伸。所述图像接合区位于所述第一侧壁和所述第二侧壁中的每一者上，每个图像接收区均在平行于所述轮圈的所述中心平面的30度内，并且非接触印刷的沉积特征部设置在所述图像接收区中的至少一些区域上。 [0031] 本发明的其他方面提供所主张的轮圈，其中，非接触印刷的沉积特征部包括图形。该非接触印刷的沉积特征部可以包括表面特征部和/或均匀膜。图像接收区可以大致平行于中心平面。该图像接收区可以位于小于大约6.5mm的非接触沉积距离处。轮圈可以由FRP制成。 [0032] 本发明还构想一种在轮圈上形成表面特征部的方法，包括以下步骤，即，提供轮圈，该轮圈包括位于其外周处的轮胎接合部，从该轮胎接合部径向向内定位的内周部，第一侧壁，以及与该第一侧壁间隔开的第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁在所述轮胎接合部和所述内周部之间延伸，并且利用非接触印刷机将一层或多层材料以所选择的图案沉积到所述轮圈以在所述第一侧壁和所述第二侧壁上形成多个沉积特征部。而且，本发明还构想了一种向轮圈施涂图形的方法，包括提供轮圈，该轮圈包括中心平面、位于该轮圈的外周处的轮胎接合部、从该轮胎接合部径向向内定位的内周部，第一侧壁，以及与该第一侧壁间隔开的第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁在所述轮胎接合部和所述内周部之间延伸，并且利用非接触印刷机以在平行于所述轮圈中心平面的大约30度内的沉积角度处将油墨沉积在所述第一侧壁和所述第二侧壁上。 附图说明[0034] 图1是包括表面特征部的自行车车轮的轮圈； [0035] 图2是用于对自行车车轮的轮圈进行非接触印刷的系统； [0036] 图3是示出轮圈的图像接收区的图1的自行车车轮； [0038] 图5是示出不同形式的沉积的示意图；以及 [0039] 图6示出了轮圈的非接触印刷的几个方法。 具体实施方式[0040] 本文将参照附图描述本发明的实施方式。将理解的是，附图和本文陈述的说明仅为了例示目的而提供并且不会限制如所附的权利要求以及任何和所有其等同要求所限定的本发明。例如，术语“第一”和“第二”、“前”和“后”、或者“左”和“右”为清楚起见而使用并且不用作限制术语。而且，术语是指常规地安装至自行车的自行车机构，其中自行车以标准方式取向和使用，除非另外指出。 [0041] 图1和图3示出了自行车的供施涂非接触印刷图形的轮圈20的一个实施方式。轮圈20包括位于其外周处的轮胎接合部24，从该轮胎接合部径向向内定位的内周部26，以及在内周部和轮胎接合部之间沿径向方向延伸以形成轮圈的侧面的一对侧壁28、30。在所示实施方式中，侧壁28、30的主要部分平行或大体上平行（即在较小的平行度内）于轮圈的中心线或中心平面CP。在一个实施方式中，侧壁28、30的主要部分形成轮圈的图像接收区。 [0042] 侧壁28、30可以包含多个表面特征部32，所述多个表面特征部例如设计成在包括所示的轮圈的车轮行驶穿过空气时形成湍流边界层以降低车轮上的气动阻力。另选地，侧壁28、30可以没有表面特征部。表面特征部32可以具有相对于轮圈20的侧壁28、30的平面偏移的水平高度的正或负的特征部（即，突起或凹部）。表面特征部32可以被设计成在轮圈20行驶穿过空气时形成湍流边界层以降低气动阻力。表面特征部32还可以包括如上所述的磨损指示器。 [0043] 图3示出了轮圈20的图像接收区22，还以21表示。图像接收区21可以被认为是轮圈的供喷墨印刷机能以期望的方式将油墨定位在其上的区域。在其中喷墨印刷机头（参见图4）仅沿着X-Y坐标移动的实施方式中，图像接收区22可以被认为是轮圈20的距喷墨印刷头不超过大约6.5mm的区域。实际上，喷墨印刷头可以定位成距轮圈的最靠近印刷头的部分大约1.5mm（参见图4）。在附图中，CP限定轮圈的中心平面。图3中轮圈的最靠近印刷头的部分以34表示，其代表侧壁28、30相对于中心平面CP的横向最外范围。当轮圈的曲率远离最外范围34并且朝着轮圈的中心平面CP向内倾斜时，轮圈的被印刷的区域变得距印刷头更远，即，大于1.5mm。当印刷头和被印刷的轮圈部分之间的距离超过大约6.5mm时，在一个示例中，印刷的精确度可能降低，并且因此，轮圈的超过以22表示的距离的部分不被认为是图像接收区21。为了本公开的目的，以22表示的距离将被称为非接触沉积距离。在一个实施方式中，非接触沉积距离应该小于大约6.5mm。 [0044] 当然，将理解的是，如果印刷头能竖直移动，则轮圈的供油墨可以精确地定位在其上的图像接收区将被最大化，并且，不同的喷墨装置可以显示出更大或更小的沉积精确度范围。 [0045] 轮圈20的接收沉积油墨的表面的角度也能影响沉积的图形的质量。在轮圈处，油墨被沿沉积方向DD引导，该沉积方向在轮圈20被保持在工具40中时通常正交于中心平面CP。油墨以可以被称为沉积角度的角度冲击轮圈20。当油墨以正交于轮圈20的表面的角度沉积时，为了施涂的目的，沉积角度将被认为是零（0）。以零的沉积角度沉积在轮圈20上的图形将不会扭曲。呈以大于零的沉积角度沉积在轮圈20上的图形的形式的材料将被扭曲与沉积角度成比例的量。因此，在一个实施方式中，图形接收区21可以被认为是轮圈的沉积角度小于大约30度的区域。其中轮圈20的沉积角度大于大约30度的区域由于轮圈相对于中心平面CP的倾斜而具有取决于图形的特性致使图形不可接受地扭曲的可能性。 [0046] 图2示出了用于车轮的轮圈的非接触印刷的印刷机系统36。印刷机系统36包括形成用于轮圈20的接收区的大致平坦的水平床38以及定位在该床上方的印刷头壳体44。 [0047] 还参看图4，印刷机系统36包括印刷头壳体44，其包含多个可以为压电机电装置的喷墨印刷头45。喷墨印刷头45在由电脉冲触发时根据需要沉积预定体积的油墨。每种油墨颜色具有的1到8个数量的喷墨印刷头45例如可以通过门架46而横跨床移动，该门架使喷墨印刷头在来回扫描运动中在床上方沿着受控的X和Y坐标移动。在替代方案中，喷墨印刷头沿着受控的X、Y和Z坐标移动。 [0048] 喷墨印刷头45通过系统将1至300皮升范围内的一系列非常精确的滴体积的油墨滴到轮圈20上并且典型地由光栅软件（raster software）驱动，以将滴的聚集物沉积在一层或多层有组织的颜色中。油墨的沉积构成例如图像、形状或条带（swath），其反映或再造原始电子原图图像文件（artwork image file）的外观。 [0049] 印刷机系统36包括设置在印刷头壳体44上或中的一个或多个光源48。光源48通常是具有350nm至450nm的光谱输出的汞-铁弧光灯以固化所沉积的油墨。快门装置50也可以作为系统36的一部分设置并且定位成调节每个光源48。 [0050] 喷墨印刷头45可以以任何合适的方式布置在壳体44中。一个这样的实施方式定位喷墨印刷头，该喷墨印刷头按顺序包括底漆45P、白墨45W和黑墨45B。另外，包括各种颜色45C的喷墨印刷头可以定位成在黑墨印刷头45B之后沉积油墨。此外，喷墨印刷头可以在先前沉积的墨层上方或者作为基板本身上方的单独的保护层来印刷例如呈光泽或无光泽形式的透明涂层45OC。 [0051] 床38可以包括保持工具40，该保持工具是床的附加夹具或其一部分，其尺寸和形状确定成接收并保持轮圈20。保持工具40可以包括圆形凹陷部。保持工具40可以包括真空夹子，或者以可释放的方式将轮圈20在床36上固定就位的其它装置。床沿竖直方向和水平方向定位轮圈20，使得轮圈在印刷头44的期望的竖直非接触距离内并且使得油墨在轮圈上沉积在期望的位置中。从印刷头44到轮圈20的最外范围34的期望的优选距离可以是大约1.5mm。将理解的是，从印刷头到侧壁表面的优选的沉积距离取决于所采用的具体的喷墨系统。 [0052] 印刷机系统36包括常规的控制电路52以控制系统的机械和电气部件并且还可以将发送给系统的电子图像数据文件转变成一形式，使得系统能印刷图像或多个图像。 [0054] 在操作期间，印刷机系统36沉积可以为可UV固化的油墨基体的油墨树脂。油墨可以主要是具有固化（即，催化或聚合）引发剂成分的丙烯酸单体。在沉积之后，油墨通过暴露于来自光源48的强UV光而被固化。可UV固化的油墨的优点在于，油墨只要被固化就是“干”的，因此，可UV固化的油墨能被施涂到宽范围的无涂层的基板并且导致非常牢固的图像和涂层。油墨被配制成具有适合基板的表面张力，这被认为是油墨配方的技术中众所周知的技术。 [0055] 一旦油墨被沉积到基板上（轮圈20），它就必须被固化，即，从液态转变成固态，其化学地粘合到轮圈上的目标位置并且产生粘合和粘结强度，该强度对于使用中所经历的条件提供有用的耐久性。 [0056] 油墨包含从光源48吸收UV能量的光敏引发剂。在暴露时，发生将液体油墨转变成固态膜的化学反应。油墨包含用作溶剂的单体，这是因为单体具有降低粘性并且与其他油墨成分结合的能力。因此，油墨复合物是100%的固体并且不会释放挥发性有机物（VOC）。单体还增加了改进的膜硬度和阻力特性。油墨还包含低聚物，该低聚物确定固化的墨膜的最终特性，包括其弹性、户外性能特性和耐化学性。油墨着色剂可以是染料基的或颜料基的。通常，着色剂是颜料基的，这是因为与染料相比颜料的更好的耐光性和耐久性。户外广告和显示应用中使用的颜料具有与汽车油漆中所使用的那些类似的要求。因此，存在一些使用交叉。虽然基于所要求的应用、尺寸控制和减小，连同分散技术一起来选择颜料，但其是油墨配方的主要成分。 [0057] 油墨暴露于UV辐射，因此发生化学反应。光敏引发剂导致油墨成分交联成固体。典型地，带快门的汞汽灯48定位在印刷头的任一侧上，并且产生大量热，尽管热不被认为是固化过程中的作用机理。带快门的汞汽灯48用于自由基UV油墨，其是大部分平床喷墨系统所使用的油墨。 [0058] UV固化的油墨不会蒸发，而是由于该化学反应而固化或凝固。没有材料被蒸发或去除，这意味着100%的输送体积用来提供着色。该反应非常快速地发生，这导致几乎瞬间的干燥并且导致几秒内完全固化的图形。这使得能够进行快速印刷处理。由于这种几乎瞬间的化学反应，一旦油墨沉积在基板上，就没有溶剂渗透基板，这允许锐利、高度不透明且饱和的印刷。 [0059] 图5示出了轮圈20和能沉积油墨60的喷墨印刷头45的简化的型式。取决于每个油墨沉积相对于其他沉积的定位，油墨能在基板上呈现多种形式，并且能布置为图形（例如，图形和文字）和/或非图形沉积。例如，油墨60的单个圆点或点62将形成油墨的离散圆点或点。如果多个油墨60点以互连线或系列密集的点沉积，则油墨形成离散线64。如果多个油墨60线平行地并且充分接近聚合地沉积，则形成2维层或带66。带66的厚度取决于沉积多少条线。如果油墨60竖直分层，则能形成三维沉积特征部68。将理解的是，任何油墨沉积均将被认为是沉积特征部，而与特征部是否是薄图形或相对的三维特征部无关。以这样的方式，喷墨印刷机系统能用来将光滑的轮圈基板转变成具有表面特征部的轮圈，该表面特征部在制造轮圈之后由喷墨印刷形成，或者，在替代方案中，沉积特征部能形成轮圈上的附加的表面特征部，该轮圈具有例如在制造轮圈期间形成的先存在的表面特征部。沉积特征部68的复杂性和尺寸仅由喷墨印刷机系统68沉积油墨的能力限制。沉积特征部68将因此被理解为意味着由非接触沉积方法形成的任何特征部和/或表面特征部。 [0060] 图6是非接触印刷自行车轮圈的三个方法的流程图。将理解的是，其中一些步骤能以不同于所示的顺序执行。原图如众所周知的被传输到印刷机系统36并且转变成在步骤102中能由系统使用的形式。原图的形式可以是图形和/或非图形。在步骤104中轮圈20定位在印刷机系统床38上和保持工具40中。在步骤106中轮圈20由保持工具40固定。 [0061] 在步骤108，进行确定轮圈是否具有表面特征部。如果轮圈20具有现有的表面特征部，则在步骤110中油墨可以被沉积以形成图形。如果轮圈20不具有表面特征部，则在步骤112中进行确定表面特征部是否通过非接触沉积而形成。在步骤114中，系统36可以用来形成呈表面特征部形式的沉积特征部68并且还可以用来在形成表面特征部期间或之后形成图形。如果表面特征部是非期望的，则在步骤116中，系统可以例如印刷图形和/或沉积保护膜。 [0062] 在沉积图形和/或表面特征部之后或同时，在步骤118中油墨通过暴露于UV光而被固化。当所有油墨被固化时，在步骤120中轮圈由保持工具40释放并且从印刷机床38被移除。 [0063] 虽然已经通过参考具体实施方式描述了本发明，但是应该理解的是，在所述的发明概念的精神和范围内进行各种改变。因此，本发明并不旨在限制于所公开的实施方式，而是其具有由下列权利要求的语言允许的全部范围。 |
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