(57)【要約】【課題】  排気管の振動による破損を抑制可能であり、排気管からの排気熱による破損を抑制可能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】  排気管９２から突出するように取り付けられた基部２１の開口側から、有底筒状の導波管２３が間隙Ｃをあけて対向配置されている。すなわち、導波管２３の開口端部２３１の内径は、基部２１の開口端部２１２の外径よりも大きくなっている。これにより、導波管２３の開口端部２３１は、間隙Ｃをあけて、基部２１の開口端部２１２を外側から非接触で覆う構成となっている。また、基部２１が、導波管２３へ向かう基部２１の開口を閉塞する遮熱板２１３を備えている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管に取り付けられ、通過する排ガスを浄化可能な触媒ユニットと、
前記排気管の側方に開口を形成する基部、前記触媒ユニットに作用し触媒を活性化させるマイクロ波を発生するマイクロ波発生部、及び、当該マイクロ波発生部にて発生させられたマイクロ波を前記基部の開口へ導く導波部を有するマイクロ波ユニットと、
前記マイクロ波発生部におけるマイクロ波の発生タイミングを制御する制御ユニットと、を備えた排気浄化装置であって、
前記マイクロ波ユニットは、前記基部の開口端部と前記導波部の開口端部とが直接的に接触しない態様で対向配置されてなること
を特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排気浄化装置において、
前記マイクロ波ユニットは、前記基部及び前記導波部のうち一方の開口端部が他方の開口端部に内包されてなることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の排気浄化装置において、
前記マイクロ波ユニットは、前記基部及び前記導波部の開口端部同士が離間して配置されてなることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
前記マイクロ波ユニットは、前記開口端部同士の形成する間隙がマイクロ波の漏洩を抑制する程度に小さくなっていることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
前記マイクロ波ユニットは、
前記基部と前記導波部とが相対移動可能となるよう連結されてなり、
前記開口端部同士が形成する間隙を閉塞してマイクロ波の漏洩を抑制する連結閉塞部材を有していることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
前記マイクロ波ユニットは、前記基部の開口を閉塞し、前記導波管への熱の流入を抑制すると共に前記排気管へのマイクロ波の進入を許容する遮熱部材を有していることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項７】
エンジンの排気管に取り付けられ、通過する排ガスを浄化可能な触媒ユニットと、
前記触媒ユニットの上流側に取り付けられ前記排気管の側方に開口を形成する基部、前記触媒ユニットに作用し触媒を活性化させるマイクロ波を発生するマイクロ波発生部、及び、当該マイクロ波発生部にて発生させられたマイクロ波を前記基部の開口へ導く導波部を有するマイクロ波ユニットと、
前記マイクロ波発生部におけるマイクロ波の発生タイミングを制御する制御ユニットと、を備えた排気浄化装置であって、
前記マイクロ波ユニットは、前記基部の開口を閉塞し、前記導波管への熱の流入を抑制すると共に前記排気管へのマイクロ波の進入を許容する遮熱部材を有していること
を特徴とする排気浄化装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の排気浄化装置において、
前記遮熱部材は、セラミック、耐熱硝子、又は、マイカを用いて構成されていることを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（以下「エンジン」という）に適用される排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、触媒を利用して排ガスを浄化する排気浄化装置が知られている。これは、排ガス中に含まれる汚染物質を触媒によって後処理するものである。このような排気浄化装置においては、触媒を昇温して活性化する必要がある。
通常、排ガスの熱（以下「排気熱」という）によって触媒は昇温されることになるが、エンジン始動の直後や渋滞による低速運転時など特定の運転条件下では、排気熱による触媒の活性化が不十分となることがあった。
【０００３】
このような問題を解決するための方法として、マイクロ波を印加する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。つまり、特定の運転条件下においては、ＥＣＵからの指示により、マイクロ波を発生させて触媒を昇温するのである。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２０２７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示される技術では、マイクロ波発生装置が排気管に直接取り付けられている。そのため、排気管の振動がマイクロ波発生装置に直接伝達されてしまい、マイクロ波発生装置を破損する虞がある。また、排気管を通る排ガスは高温となるため、排気熱がマイクロ波発生装置に伝達されてしまうことになり、マイクロ波発生装置を破損する虞がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気管の振動による破損を抑制可能な排気浄化装置を提供することにある。また、別の目的は、排気管からの排気熱による破損を抑制可能な排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するためになされた請求項１に記載の排気浄化装置は、触媒ユニットと、マイクロ波ユニットと、制御ユニットとを備えている。
【０００８】
このとき、触媒ユニットは、エンジンの排気管に取り付けられる。この触媒ユニットによって、排気管を通過する排ガスが浄化される。また、マイクロ波ユニットは、基部、マイクロ波発生部、及び、導波部を有している。基部は、排気管の側方に開口を形成する構成である。マイクロ波発生部は、触媒ユニットに作用し触媒を活性化させるマイクロ波を発生する。そして、マイクロ波を基部の開口へ導くのが導波部である。これにより、マイクロ波は、導波管から基部へ導かれ、さらには、排気管を通して触媒ユニットの触媒を活性化する。ここで、マイクロ波発生部によるマイクロ波の発生タイミングは、制御ユニットによって制御される。
【０００９】
ここで特に本発明では、マイクロ波ユニットが、基部の開口端部と導波部の開口端部とが直接的に接触しない態様で対向配置されてなる。
例えば、請求項２に示すように、基部及び導波部のうち一方の開口端部が他方の開口端部に内包されてなることが例示される。また例えば、請求項３に示すように、基部及び導波部の開口端部同士が離間して配置されてなることが例示される。
【００１０】
このようにすれば、例えば排気管が車体下部に吊り下げられている場合等、エンジンの回転あるいは走行によって排気管が振動したとしても、導波部に、その振動が直接的に伝達されることがない。これによって、振動によるマイクロ波ユニットの破損を抑制することができる。
【００１１】
ところで、振動を伝達させないために基部と導波部との間に間隙を設ければ、マイクロ波が外部へ漏洩する虞が生じてくる。
そこで、請求項４では、開口端部同士の形成する間隙を、マイクロ波の漏洩が抑制される程度に小さくした。すなわち、マイクロ波の波長と間隙周囲の構造とから、マイクロ波が外部へ漏洩しない程度の間隙を形成するのである。このようにすれば、特に他の部品を使うことなくマイクロ波の漏洩をも防止できる。
【００１２】
また、請求項５では、連結閉塞部材によって、基部と導波部とが相対移動可能となるよう連結されている。ここでは、連結閉塞部材によって、開口端部同士が形成する間隙が閉塞されてマイクロ波の漏洩が抑制される。連結閉塞部材は、相対移動可能となることから、例えば板バネや蛇腹部材として具現化される。また、マイクロ波の漏洩を抑制することから、例えば金属製の部材として具現化される。このようにすれば、部品点数が増えるものの、間隙を大きくとることができ、振動の伝達を抑制するという観点から有利である。
【００１３】
なお、ここまでは、振動によるマイクロ波ユニットの破損という観点から説明してきたが、このような構成に加えあるいは代え、排気熱によるマイクロ波ユニットの破損を防止するという観点から、次に示す構成を採用することが例示される。
【００１４】
すなわち、請求項６に従属項として、又は、請求項７に独立項として示すように、マイクロ波ユニットが、基部の開口を閉塞し、導波管への熱の流入を抑制すると共に排気管へのマイクロ波の進入を許容する遮熱部材を有する構成である。このような遮熱部材としては、耐熱性が高く、誘電率の小さいものを採用する。具体的には、請求項８に示すように、セラミック、耐熱硝子、又は、マイカを用いて構成することが例示される。
【００１５】
このようにすれば、排気熱のマイクロ波ユニットへの伝達が抑制されるため、排気熱によるマイクロ波ユニットの破損を抑制することができる。
【００１６】
なお、以上は排気浄化装置の発明として説明してきたが、本発明の特徴がマイクロ波ユニットにあることから、マイクロ波ユニットの発明として実現することもできる。
すなわち、エンジンの排気管に配置される触媒ユニットの上流側に取り付けられ前記排気管の側方に開口を形成する基部、前記触媒ユニットに作用し触媒を活性化させるマイクロ波を発生するマイクロ波発生部、及び、当該マイクロ波発生部にて発生させられたマイクロ波を前記基部の開口へ導く導波部を有するマイクロ波ユニットであって、前記マイクロ波ユニットは、前記基部の開口端部と前記導波部の開口端部とが直接的に接触しない態様で対向配置されてなることを特徴とするマイクロ波ユニットである。
【００１７】
このようなマイクロ波ユニットにおいても、上述の排気浄化装置と同様の種々の構成を採用することができ、上述の排気浄化装置と同様の効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本形態の排気浄化装置１は、エンジン９１の排気管９２に取り付けられる。排気浄化装置１は、触媒ユニット１０と、マイクロ波ユニット２０と、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）３０と、温度センサ４１と、添加弁４２とを備えている。
【００１９】
触媒ユニット１０は、その内部に、ハニカム構造をなす炭化ケイ素（ＳｉＣ）担体を具備する、いわゆるＮＯｘ還元触媒である。
マイクロ波ユニット２０は、基部２１、マイクロ波発生部２２、及び、導波管２３を有している。大まかな構成を言えば、排気管９２から突出するように取り付けられた基部２１の開口側から、有底筒状の導波管２３が間隙をあけて対向配置されている。
【００２０】
詳しくは、図２に示すように、基部２１は、筒状を呈しており、ボルト２１１にて排気管９２の側壁開口部９３に固定されている。
マイクロ波発生部２２は、アンテナ２２１を有し、ＥＣＵ３０からの指示により、このアンテナ２２１からマイクロ波を発生する。このマイクロ波を基部２１側へ導くのが導波管２３である。したがって、導波管２３は、有底筒状であり、基部２１側へ開口している。導波管２３の開口端部２３１の内径は、基部２１の開口端部２１２の外径よりも大きくなっている。これにより、導波管２３の開口端部２３１は、間隙Ｃをあけて、基部２１の開口端部２１２を外側から覆う構成となっている。換言すれば、基部２１の開口端部２１２が導波管２３の開口端部２３１に内包されている。このとき、間隙Ｃは、マイクロ波の波長と間隙Ｃの周囲構造との関係から、マイクロ波が外部へ漏洩しない程度（本形態では、約５ｍｍ）のものとなっている。なお、基部２１が取り付けられる排気管９２は車体下部に吊り下げられるのに対し、導波管２３は、排気管９２とは別の部位にボルト等で固定される。
【００２１】
また、基部２１には、遮熱板２１３が導波管２３へ向かう基部２１の開口を閉塞するように配置されている。この遮熱板２１３は、その素材に、セラミック、耐熱硝子、マイカ等が用いられ、誘電率が小さいものとなっている。かかる構成により、導波管２３へ排ガスが流入することがなく、排気熱のマイクロ波発生部２２への伝達が抑制される。なお、この遮熱板２１３は、端縁部を緩衝材２１４で挟まれた形で固定されている。これにより、振動で遮熱板２１３が損傷することも防止される。
【００２２】
ここで図１の説明に戻る。
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらを接続するバスラインなどを具備した、いわゆるコンピュータである。ＥＣＵ３０には、排気管９２の上流側で排ガスの温度を取得するための温度センサ４１からの温度情報が入力される。この温度情報に基づき、ＥＣＵ３０は、上述したマイクロ波発生部２２を作動させる。
【００２３】
また、ＥＣＵ３０は、添加弁４２の作動も制御する。添加弁４２は、触媒ユニット１０の上流側に配設されている。添加弁４２は、既存のインジェクタとほぼ同様の構成を有する。すなわち、添加弁４２は、電磁ソレノイドと噴孔を開閉するためのニードルとを備えた電磁式開閉弁として構成されている。これにより、ＥＣＵ３０からの指示で、還元剤（本形態では尿素水）が排気管９２内に噴射可能となっている。
【００２４】
以上、本形態の構成について説明した。次に、本形態における還元作用について説明する。
排気管９２内に還元剤が噴射されると、排ガスの還元反応が、触媒ユニット１０において生じる。具体的に本形態では、排ガスと共に尿素水が触媒ユニット１０へ供給される。このとき、尿素水が加水分解されてアンモニアが生成され、このアンモニアが排ガス中のＮＯｘと反応することによって、ＮＯｘが窒素に還元される。
【００２５】
このとき、通常、尿素水は排気熱で加水分解される。しかしながら、エンジン始動の直後（例えば始動後１分程度）、又は、渋滞などによる低速走行持など特定の運転条件下では、排気熱だけでは十分な加水分解が得られないことがある。
そこで、本形態では、マイクロ波ユニット２０により、触媒ユニット１０に具備される炭化ケイ素（ＳｉＣ）担体を急速加熱する構成とした。
【００２６】
次に、ＥＣＵ３０によるマイクロ波発生処理について、図３を参照して説明する。この処理は、イグニッションキーがオンになっているときに、繰り返し実行される。
【００２７】
最初のステップ（以下「ステップ」を単に記号Ｓで示す）１００において、エンジン始動があったか否かを判断する。この処理は、イグニッションキーの操作によるスタータモータの駆動信号に基づくものである。ここでエンジン始動があったと判断された場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）、Ｓ１１０の処理を実行せず、Ｓ１２０へ移行する。一方、エンジン始動がないと判断された場合（Ｓ１００：ＮＯ）、Ｓ１１０へ移行する。
【００２８】
Ｓ１１０では、エンジン回転中か否かを判断する。この判断は、エンジン回転数センサ（不図示）からの入力信号によって行う。ここでエンジン回転中であると判断された場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｓ１２０へ移行する。一方、エンジン停止中であると判断された場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、以降の処理を実行せず、本マイクロ波発生処理を終了する。
【００２９】
Ｓ１２０では、所定温度以下であるか否かを判断する。この処理は、排ガスの温度が比較的冷たいか否かを判断するものであり、上述した温度センサ４１からの入力情報に基づいて行われる。ここで所定温度以下であると判断された場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、Ｓ１３０へ移行する。一方、所定温度以下でない、すなわち所定温度を上回っている場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、Ｓ１２０の判断処理を繰り返す。なお、この判断処理を繰り返すのは、渋滞などによる低速走行時には、排ガスの温度が低下することが想定されるためである。
【００３０】
Ｓ１３０では、マイクロ波を発生する。この処理は、マイクロ波ユニット２０のマイクロ波発生部２２へ駆動信号を出力するものである。これにより、マイクロ波発生部２２のアンテナ２２１からマイクロ波が発生する。
【００３１】
続くＳ１４０では、還元剤を噴射する。この処理は、添加弁４２への駆動信号を出力するものである。これにより、添加弁４２が開弁し、還元剤が排気管９２内へ噴射されることになる。
【００３２】
なお、本形態における触媒ユニット１０が「触媒ユニット」を構成し、マイクロ波ユニット２０が「マイクロ波ユニット」を構成し、ＥＣＵ３０が「制御ユニット」を構成する。また、マイクロ波ユニット２０の基部２１が「基部」を構成し、マイクロ波発生部２２が「マイクロ波発生部」を構成し、導波管２３が「導波部」を構成する。さらにまた、遮熱板２１３が「遮蔽部材」を構成する。
【００３３】
次に本形態の排気浄化装置１により奏される効果を説明する。
本形態の排気浄化装置１では、排気管９２から突出するように取り付けられた基部２１の開口側から、有底筒状の導波管２３が間隙をあけて配置されている。すなわち、図２に示したように、導波管２３の開口端部２３１の内径は、基部２１の開口端部２１２の外径よりも大きくなっている。これにより、導波管２３の開口端部２３１は、間隙Ｃをあけて、基部２１の開口端部２１２を外側から非接触で覆う構成となっている。したがって、車体下部に吊り下げられる排気管９２が、エンジンの回転あるいは走行によって振動したとしても、導波管２３に、その振動が伝達されない。これによって、振動によるマイクロ波発生部２２の破損を抑制することができる。
【００３４】
しかも、この間隙Ｃは、５ｍｍ程度となっており、マイクロ波の波長と間隙Ｃの周囲構造との関係から、マイクロ波が外部へ漏洩しない程度のものとなっている。したがって、たとえ間隙Ｃを設けたとしても、マイクロ波の外部への漏洩が抑制される。
【００３５】
また、本形態の排気浄化装置１では、導波管２３へ向かう基部２１の開口を密閉する遮熱板２１３を備えている（図２参照）。これによって、導波管２３へ排ガスが流入することがなく、排気熱のマイクロ波発生部２２への伝達が抑制されている。その結果、排気熱によるマイクロ波発生部２２の破損をも抑制することができる。
【００３６】
しかも、遮熱板２１３は、その端縁部を緩衝材２１４で挟まれて固定されている（図２参照）。これによって、振動で遮熱板２１３自体が損傷することが防止される。
【００３７】
このような構成の下、マイクロ波発生処理（図３参照）を実行することで、図４（ａ）に示すように、エンジン始動後において、早いタイミングで触媒温度を上昇させることができる。結果として、図４（ｂ）に示すように、エンジン始動直後におけるＮＯｘ濃度を大きく減少させることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
本形態は、上記形態のマイクロ波ユニット２０の構成が異なるものである。そこで、その相違部分のみを説明する。なお、上記形態と同様の構成についての説明は割愛し、同一構成部位には同一の符号を付す。
【００３９】
図５に示すように、本形態のマイクロ波ユニット５０は、基部５１、マイクロ波発生部２２、及び、導波管２３を有している。ここで、マイクロ波発生部２２及び導波管２３の構成は、上記形態と同様である。
【００４０】
基部５１が、筒状を呈し排気管９２に固定されるのは上記形態と同様であるが、本形態では、その開口端部５１１の外径が、より小さくなっている。すなわち、導波管２３との間隙Ｄが上記形態の間隙Ｃと比較して大きくなっている。そして、この間隙Ｄを基部５１側から閉塞するように、金属製でリング状の板バネ５４が配置されている。なお、板バネ５４は、導波管２３又は基部５１に溶接等で固定される。
【００４１】
なお、本形態における触媒ユニット１０が「触媒ユニット」を構成し、マイクロ波ユニット５０が「マイクロ波ユニット」を構成し、ＥＣＵ３０が「制御ユニット」を構成する。また、マイクロ波ユニット５０の基部５１が「基部」を構成し、マイクロ波発生部２２が「マイクロ波発生部」を構成し、導波管２３が「導波部」を構成する。さらにまた、遮熱板２１３が「遮蔽部材」を構成し、板バネ５４が「連結閉塞部材」を構成する。
【００４２】
本形態においても、上記形態と同様の効果が奏される。
そして、特に本形態では、導波管２３と基部５１との間隙Ｄを相対的に大きくすることで、例えば排気管９２の振動が大きくなったとしても、基部５１と導波管２３との直接的な接触を回避することができる。その結果、振動によるマイクロ波発生部２２の破損を抑制することができる。
【００４３】
また、間隙Ｄを基部５１側から閉塞する金属製の板バネ５４が配置されているため、たとえ間隙Ｄが相対的に大きくなったとしても、マイクロ波の外部への漏洩が抑制される。
【００４４】
（第３実施形態）
本形態は、上記形態のマイクロ波ユニット２０、５０の構成が異なるものである。そこで、その相違部分のみを説明する。なお、上記形態と同様の構成についての説明は割愛し、同一構成部位には同一の符号を付す。
【００４５】
図６に示すように、本形態のマイクロ波ユニット６０は、基部６１、マイクロ波発生部２２、及び、導波管６３を有している。ここで、マイクロ波発生部２２の構成は、上記形態と同様である。
【００４６】
本形態では、基部６１の開口端部６１１の外径及び内径、導波管６３の開口端部６３１の外径及び内径がそれぞれ等しくなっている。そして、基部６１の開口端部６１１と、導波管６３の開口端部６３１とが、金属製の蛇腹部材６４で接続されている。
【００４７】
なお、本形態における触媒ユニット１０が「触媒ユニット」を構成し、マイクロ波ユニット６０が「マイクロ波ユニット」を構成し、ＥＣＵ３０が「制御ユニット」を構成する。また、マイクロ波ユニット６０の基部６１が「基部」を構成し、マイクロ波発生部２２が「マイクロ波発生部」を構成し、導波管６３が「導波部」を構成する。また、遮熱板２１３が「遮蔽部材」を構成し、蛇腹部材６４が「連結閉塞部材」を構成する。
【００４８】
このような本形態においても、上記形態と同様の効果が奏される。
そして、特に本形態では、導波管６３と基部６１とが離間して配置され、重なり合う部分がない。したがって、例えば排気管９２の振動が大きくなったとしても、基部６１と導波管６３との直接的な接触を確実に回避することができる。その結果、振動によるマイクロ波発生部２２の破損を抑制することができる。
【００４９】
また、基部６１と導波管６３の離間部分には、金属製の蛇腹部材６４が配置されているため、マイクロ波の外部への漏洩が抑制される。
【００５０】
以上、本発明は、上記形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施できる。
上記形態では、還元剤として尿素水を添加するＮＯｘ浄化の構成としたが、例えば三元触媒によって未燃焼の炭化水素や一酸化炭素の排ガスを浄化するタイプの装置に適用することもできる。また、導波管部や開口部は円筒に限らず、箱形等で形成することをできる。なお、排気で温まりにくい触媒の後方部を暖めるため、触媒の下流に開口部を設けてマイクロ波を照射することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】第１実施形態の排気浄化装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】第１実施形態のマイクロ波ユニットの構成を示す概略断面図である。
【図３】マイクロ波発生処理を示すフローチャートである。
【図４】マイクロ波発生による触媒温度及びＮＯｘ濃度の推移を示す説明図である。
【図５】第２実施形態のマイクロ波ユニットの構成を示す概略断面図である。
【図６】第３実施形態のマイクロ波ユニットの構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…排気浄化装置、１０…触媒ユニット、２０、５０、６０…マイクロ波ユニット、２１、５１、６１…基部、２１２、５１１、６１１…開口端部、２１３…遮熱板（遮蔽部材）、２１４…緩衝材、２２…マイクロ波発生部、２２１…アンテナ、２３、６３…導波管（導波部）、２３１、６３１…開口端部、３０…ＥＣＵ（制御ユニット）、４１…温度センサ、４２…添加弁、５４…板バネ（連結閉塞部材）、６４…蛇腹部材（連結閉塞部材）、９１…エンジン、９２…排気管、９３…側壁開口部
【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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【図６】
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