(57)【要約】【課題】ブローバイガスの流量条件が変化してもそれらの広い流量条件下で十分な性能が得られ、しかも圧力損失も低減できる構造を提供する。【解決手段】ノズルプレート１５または１７とその下流側の衝突板１６または１８との組み合わせからなる二つのオイル分離機構１３，１４を直列に設け、それぞれに独立したブローバイガス流入口１０，１１を設ける。上流側のノズル２０の径を下流側のノズル２１の径よりも小さく、且つ上流側のブローバイガス流入口１０の開口面積を下流側のブローバイガス流入口１１の開口面積よりも小さく設定する。下流側のブローバイガス流入口１１をブローバイガスの流量に応じ開閉バルブ１９にて開閉可能とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドカバー内のブローバイガス通路の一部に設けられて、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイルを分離するオイルセパレータであって、
ノズルプレートとその下流側の衝突板との組み合わせからなる少なくとも二つのオイル分離機構をブローバイガス流出口に向かう流れ方向に沿って直列に設けるととに、
オイル分離機構ごとに独立したブローバイガス流入口を設け、
上流側のオイル分離機構のノズルプレートに形成されたノズル径を下流側のオイル分離機構のノズルプレートに形成されたノズル径よりも小さく設定するとともに、
上流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口の開口面積を下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口の開口面積よりも小さく設定し、
下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口をブローバイガスの流量に応じて開閉可能としたことを特徴とする内燃機関のオイルセパレータ。
【請求項２】
下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口を開閉するバルブを備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のオイルセパレータ。
【請求項３】
シリンダヘッドカバー内のブローバイガス通路の一部に設けられて、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイルを分離するオイルセパレータであって、
オイル分離前のブローバイガスが流入するブローバイガス流入口とオイル分離後のブローバイガスが流出するブローバイガス流出口との間に、ノズルプレートとその下流側の衝突板との組み合わせからなる少なくとも二つのオイル分離機構を設け、
各オイル分離機構のノズルプレートに形成されたノズル径を相互に異ならせるとともに、
ブローバイガスの流量に応じてノズル径の大きなオイル分離機構を機能させるか否かが切換可能となっていることを特徴とする内燃機関のオイルセパレータ。
【請求項４】
ノズル径の大きなオイル分離機構を機能させるか否かを切り換えるバルブを備えていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のオイルセパレータ。
【請求項５】
各オイル分離機構においては、ノズルを通過したブローバイガスがその下流側の衝突板に衝突することで気液分離作用がなされるようになっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関のオイルセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特にシリンダヘッドカバーに設けられるブローバーガス通路のオイルセパレータに関し、特にブローバーガス通路を流れるブローバイガスに含まれるオイルミストを積極的に分離するためのオイルセパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より自動車に搭載される内燃機関では、ピストンリングとシリンダ壁との隙間等からクランクケース内へ漏れ出るブローバイガスを、シリンダヘッドやシリンダヘッドカバーを通して吸気系に戻し、混合気とともに燃焼室内に送り込む一方、代わって新気を導入するように構成されている。なお、このようなシステムをポジティブ・クランクケース・ベンチレーションという。
【０００３】
このようなシステムにおいて、ブローバイガスがオイルミストを含んだまま吸気系に戻されることのないように、自動車に搭載される内燃機関には、ブローバイガスに含まれるオイルミストを積極的にオイルとして分離・回収するためのオイルセパレータ（油分離装置またはオイルミストセパレータとも称される。）が設けられている。
【０００４】
かかるオイルセパレータとしては、例えば特許文献１に記載されているようにシリンダヘッドカバー内設置型のものがある。このタイプのものでは、ブローバイガス通路の一部にノズル（細孔）を設けることでブローバイガスの流速を高め、このブローバイガスをブローバイガス流路内の壁体に衝突させて、その衝突作用による気液分離作用をもってオイルミストを付着させて分離・捕捉するようにしたもので、いわゆる慣性衝突方式のものと称されている。
【０００５】
なお、分離したオイルは、オイルセパレータの底部に開口したオイルドレンポートをもって例えば動弁駆動系側に戻される。
【特許文献１】特開２００５−１２０８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来のオイルセパレータでは、ある特定のブローバイガス流量のもとで狙い通りの流速が得られるようにノズル径を設定してあるため、それ以外の低流量域では充分な性能が得られないだけでなく、逆に大流量域では圧力損失が大きくなる傾向にあり、なおも改善の余地を残している。
【０００７】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、ブローバイガスの流量条件が変化してもそれらの広い流量条件下で十分な性能が得られ、しかも圧力損失も低減できるようにした構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、シリンダヘッドカバー内のブローバイガス通路の一部に設けられて、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイルを分離するオイルセパレータであって、ノズルプレートとその下流側の衝突板との組み合わせからなる少なくとも二つのオイル分離機構をブローバイガス流出口に向かう流れ方向に沿って直列に設けるととに、オイル分離機構ごとに独立したブローバイガス流入口を設け、上流側のオイル分離機構のノズルプレートに形成されたノズル径を下流側のオイル分離機構のノズルプレートに形成されたノズル径よりも小さく設定するとともに、上流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口の開口面積を下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口の開口面積よりも小さく設定し、下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口をブローバイガスの流量に応じて開閉可能としたことを特徴とする。
【０００９】
この場合において、請求項２に記載のように、下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口を開閉するバルブを備えていることが望ましい。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、シリンダヘッドカバー内のブローバイガス通路の一部に設けられて、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイルを分離するオイルセパレータであって、オイル分離前のブローバイガスが流入するブローバイガス流入口とオイル分離後のブローバイガスが流出するブローバイガス流出口との間に、ノズルプレートとその下流側の衝突板との組み合わせからなる少なくとも二つのオイル分離機構を設け、各オイル分離機構のノズルプレートに形成されたノズル径を相互に異ならせるとともに、ブローバイガスの流量に応じてノズル径の大きなオイル分離機構を機能させるか否かが切換可能となっていることを特徴とする。
【００１１】
この場合において、請求項４に記載のように、ノズル径の大きなオイル分離機構を機能させるか否かを切り換えるバルブを備えていることが望ましい。
【００１２】
なお、各オイル分離機構においては、ノズルを通過したブローバイガスがその下流側の衝突板に衝突することで気液分離作用がなされるようになっているものとする。
【００１３】
したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、ブローバイガスの流量が少ない時には上流側のオイル分離機構における小径のノズルを積極的に機能させる一方、ブローバイガスの流量が多い時には下流側のオイル分離機構における大径のノズルを積極的に機能させ、結果としてブローバイガスの流量に応じて実質的にノズル径を使い分けることで、ブローバイガスの流量条件が変化して全体としては広い流量条件下で十分な性能が得られるようになる。しかも、特に大流量時における圧力損失も低減できるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１，３に記載の発明によれば、ブローバイガス流量に応じて大小二種類のノズル径を使い分けることで、広い流量域において十分な性能が得られるとともに、特に大流量時の圧力損失も低減できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口を開閉するバルブを備えていることで、ノズルの使い分け効果がより安定化して信頼性の高いものとなる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、ノズル径の大きなオイル分離機構を機能させるか否かを切り換えるバルブを備えていることで、上記と同様にノズルの使い分け効果がより安定化して信頼性の高いものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１〜３は本発明に係るオイルセパレータのより具体的な第１の実施の形態を示す図であり、特に図１は４気筒タイプのエンジンにおけるシリンダヘッドカバー１を内側から見た図を、図２，３は図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図であって且つそのシリンダヘッドカバー１に組み込まれたオイルセパレータ６の概略構造をそれぞれ示している。
【００１８】
シリンダヘッドカバー１は全体がポリアミド樹脂等の所定の樹脂材料にて形成され、図１のほか図２に示すように、図示しないシリンダヘッドとのボルト締結のために複数のフランジ部２やガスケット３、さらにはオイルフィラー４等を備えた周知の機能および形状を有するものであって、点火栓取付部として機能する複数のプラグホール５に隣接してオイルセパレータ６を設けてある。
【００１９】
このオイルセパレータ６は、シリンダヘッドカバー１の内下面にその長手方向に沿って細長いボックス状部７を一体に形成するとともに、そのボックス状部７に別体のインナカバー（バッフルプレート）８を装着することで、オイルセパレータ６の主要素となるセパレータ室９を隔離形成してある。ここでは、セパレータ室９がシリンダヘッドカバー１内でのブローバイガス通路の一部として機能するように、長手方向の一端部寄りの位置をブローバイガス流入口１０，１１とし、長手方向の他端をブローバイガス流出口１２とするセパレータ室９を隔離形成してある。なお、双方のブローバイガス流入口１０，１１はインナカバー８に開口形成してある。
【００２０】
セパレータ室９内には、ブローバイガスの通流方向に沿って二つのオイル分離機構１３，１４を直列に配置してある。より具体的には、セパレータ室９内のうちブローバイガス流入口１０の下流側には、ブローバイガス流量が比較的小さい時のためのオイル分離機構１３としてノズルプレート１５と衝突板（インパクター）１６とをセットにして対向配置してあるとともに、ブローバイガス流出口１２の上流側には、ブローバイガス流量が比較的大きい時のためのオイル分離機構１４として同じくノズルプレート１７と衝突板（インパクター）１８とをセットにして対向配置してある。そして、双方のオイル分離機構１３，１４同士の間には開閉バルブ１９を配置してある。
【００２１】
ここで、上流側に位置する小流量用のオイル分離機構１３は、開口面積がＳ１の上流側のブローバイガス流入口１０から流入したブローバイガスに含まれるオイルミストの分離を目的としたもので、ノズルプレート１５には孔径がＤ１の複数のノズル２０を並べて形成してある。そして、ノズルプレート１５と所定距離隔てて対向配置される衝突板１６は、各ノズル２０の軸線の延長線とほぼ面直角のかたちで交差するように設定してある。なお、ノズルプレート１５の上流側と下流側は複数のノズル２０でのみ連通している。これに対して、衝突板１６の下部は開放されている。
【００２２】
他方、下流側に位置する大流量用のオイル分離機構１４は、特に開口面積がＳ２の下流側のブローバイガス流入口１１から流入したブローバイガスに含まれるオイルミストの分離を目的としたもので、ノズルプレート１７には孔径がＤ２の複数のノズル２１を並べて形成してある。そして、ノズルプレート１７と所定距離隔てて対向配置される衝突板１８は、各ノズル２１の軸線の延長線とほぼ面直角のかたちで交差するように設定してある。なお、ノズルプレート１７の上流側と下流側は複数のノズル２１でのみ連通しているとともに、衝突板１８の下部は開放されている。
【００２３】
この場合において、双方のブローバイガス流入口１０，１１の開口面積（通路面積）Ｓ１，Ｓ２の関係は、上流側のブローバイガス流入口１０の開口面積Ｓ１よりも下流側のブローバイガス流入口１１の開口面積Ｓ２の方が大きく設定してある（Ｓ１＜Ｓ２）。同様に、双方のノズル２０，２１の通路面積Ｄ１，Ｄ２の関係は、小流量用のオイル分離機構１３側のノズル２０の通路面積Ｄ１よりも大流量用のオイル分離機構１４側のノズル２１の通路面積Ｄ２の方が大きく設定してある（Ｄ１＜Ｄ２）。なお、各ノズル２０，２１は、その機能よりして孔径よりも長さが大きいことが望ましい。
【００２４】
さらに、各衝突板１６，１８における衝突面は、ブローバイガスに含まれるオイルミストの気液分離を促進するために凹凸面としてあり、その凹溝部と凸条部とが交互に図２の上下方向を指向するように設定してある。
【００２５】
小流量用のオイル分離機構１３と大流量用のオイル分離機構１４との間に設けた開閉バルブ１９は、下流側のブローバイガス流入口１１を開閉するためのもので、そのブローバイガス流入口１１を閉弁する弁体２２を弾性手段である圧縮コイルスプリング２３によって閉弁方向に付勢してある。
【００２６】
したがって、このように構成されたオイルセパレータ６によれば、図２はブローバイガスが小流量時の流れを示しており、図示しないＰＣＶバルブ（ポジティブ・クランクケース・ベンチレーション・バルブ）の作用でセパレータ室９に負圧が作用することで同セパレータ室９内をブローバイガスが通流することになる。この状態では切換バルブ１９は下流側のブローバイガス流入口１１を閉止している。
【００２７】
そして、上流側のブローバイガス流入口１０からセパレータ室９内に流入したブローバイガスは、小流量用のオイル分離機構１３におけるノズルプレート１５のノズル２０を通過し、その通路が絞られることで流速が高められた上で、その下流側の衝突板１６に衝突して気液分離作用がなされることになる。すなわち、ブローバイガスが衝突板１６に衝突することで、そのブローバイガスに含まれるオイルミストが衝突板１６の凹凸の衝突面に付着して、オイルの分離・捕捉処理がなされることになる。
【００２８】
こうして小流量用のオイル分離機構１３によるオイルの分離・捕捉処理がなされたブローバイガスは、さらに下流側の大流量用のオイル分離機構１４を通過することで再度同様の処理がなされることになる。ただし、大流量用のオイル分離機構１４ではそのノズル２１の径Ｄ２を小流量用のオイル分離機構１３のものより大径に設定してあるため、小流量用のオイル分離機構１３ほどのオイルの分離・捕捉処理は期待できない。こうして、小流量用のオイル分離機構１３および大流量用のオイル分離機構１４を通過したブローバイガスはブローバイガス流出口１２から流出することになる。
【００２９】
他方、ブローバイガスの流量が大きくなった場合には、図３に示すように、小流量用のオイル分離機構１３のノズルプレート１５が抵抗となってその圧力損失が大きくなり、小流量用のオイル分離機構１３よりも下流側の負圧吸引力が開閉バルブ１９の圧縮コイルスプリング２３の付勢力に打ち勝つようになる。これにより、開閉バルブ１９が開弁し、上流側のブローバイガス流入口１０よりも開口面積Ｓ２の大きな下流側のブローバイガス流入口１１を開くことで、ブローバイガスがセパレータ室９内に流入することになる。そして、そのブローバイガスが大流量用のオイル分離機構１４を通過することで、先の小流量用のオイル分離機構１３の場合と同様の気液分離作用によって、ブローバイガスに含まれるオイル（オイルミスト）の分離・捕捉処理がなされることになる。
【００３０】
この場合において、一部のブローバイガスが上流側のブローバイガス流入口１０から流入して小流量用のオイル分離機構１３を通過することはあっても、大流量用のオイル分離機構１４を流れるブローバイガスは下流側のブローバイガス流入口１１から流入したものが大部分を占めるため、小流量用のオイル分離機構１３側でのオイルの分離・捕捉処理はあまり期待できない。
【００３１】
なお、気液分離作用によって分離・捕捉処理がなされたオイルはセパレータ室内に一時的に溜まった上で、例えば図示しないシリンダヘッドにおける動弁駆動系側に滴下方式にて戻されることになる。
【００３２】
このように本実施の形態によれば、ブローバイガスが小流量の時には主として上流側のオイル分離機構１３によって気液分離が行われ、他方、ブローバイガスが大流量の時には主として下流側のオイル分離機構１４によって気液分離が行われることから、ブローバイガス流量の大小にかかわらず、全体としては広い流量条件下で十分な性能が得られるようになる。しかも、特にブローバイガスの大流量時においては、主として開口面積の大きなブローバイガス流入口１１およびノズル径の大きなノズル２１が機能することから、その大流量時における圧力損失（通流抵抗）も低減できるようになる。
【００３３】
図４は本発明に係るオイルセパレータの第２の実施の形態を示す図であり、図２，３と共通する部分には同一符号を付してある。
【００３４】
この第２の実施の形態では、セパレータ室９内において、ブローバイガスの通流方向に沿って三つののオイル分離機構１３，１４，２４を直列に配置し、それに併せて各オイル分離機構１３，１４，２４ごとに独立したブローバイガス流入口１０，１１，２５を形成したものである。
【００３５】
三つのオイル分離機構１３，１４，２４のうち、上流側のオイル分離機構１３と中間のオイル分離機構１４との関係は、ノズル２０，２１の径やブローバイガス流入口１０，１１の開口面積の大小関係を含めて、図２，３に示した第１の実施の形態のものと同様であり、最も下流側のオイル分離機構２４として中間のオイル分離機構１４と同一のもの、すなわちノズルプレート２６と衝突板２８とを組み合わせたものを配置してある。
【００３６】
すなわち、最も上流側のオイル分離機構１３のノズルプレート１５に形成されたノズル２０の径は、中間位置のオイル分離機構１４のノズルプレート１７に形成されたノズル２１の径よりも小さく設定されていて、最も下流側のオイル分離機構２４のノズルプレート２６に形成されたノズル２７の径は中間位置のオイル分離機構１４のノズルプレート１７に形成されたノズル２１の径と同一寸法に設定してある。
【００３７】
同様に、最も上流側のブローバイガス流入口１０の開口面積は中間位置のブローバイガス流入口１１の開口面積よりも小さく設定してあるとともに、最も下流側のブローバイガス流入口２５の開口面積は中間位置のブローバイガス流入口１１のそれと同一寸法に設定してある。
【００３８】
もちろん、必要に応じて、最も下流側のオイル分離機構２４のノズルプレート２６に形成されたノズル２７の径を中間位置のオイル分離機構１４のノズルプレート１７に形成されたノズル２１の径よりも大きく設定したり、あるいは最も下流側のブローバイガス流入口２５の開口面積を中間位置のブローバイガス流入口１１のそれよりも大きく設定することもまた可能である。
【００３９】
そして、中間位置のブローバイガス流入口１１にはこれを開閉するためのボールバルブ２９を、最も下流側のブローバイガス流入口２５にはリードバルブ３０をそれぞれに配置してある。ボールバルブ２９は周知のように球状の弁体３１を圧縮コイルスプリング３２にて閉弁方向に付勢しているもので、図２，３に示した開閉バルブ１９と同様に機能するものである。また、リードバルブ３０は弾性のある舌片状の弁体３３にて最も上流側のブローバイガス流入口２５を閉止していて、ブローバイガス流入口２５の内外の圧力差にて仮想線で示すように開弁するものである。そして、リードバルブ３０の開弁に要する力はボールバルブ２９のそれよりもわずかに大きく設定してある。
【００４０】
したがって、この第２の実施の形態によれば、最も上流側のオイル分離機構１３および中間位置のオイル分離機構１４の作動および機能は図２，３に示した第１の実施の形態のものと同様であり、ブローバイガスの流量が小さい時には最も上流側のオイル分離機構１３が機能し、それよりもブローバイガスの流量が増大した時に中間位置のオイル分離機構１４が機能することになる。さらに、最も下流側のオイル分離機構２４は、中間位置のオイル分離機構１４が機能し始めた後にさらにブローバイガスの流量が増大した段階で初めてリードバルブ３０が開いて当該オイル分離機構２４が機能することになる。
【００４１】
この第２の実施の形態においても、ブローバイガス流量の大小にかかわらず、全体としては広い流量条件下で十分な性能が得られ、しかも大流量時における圧力損失（通流抵抗）も低減できるようになる。
【００４２】
図５は本発明に係るオイルセパレータの第３の実施の形態を示す図であり、同図（Ａ）はブローバイガス流量が小さい時の平面図を、同図（Ｂ）はブローバイガス流量が大きい時の平面図をそれぞれ示している。
【００４３】
図５に示すように、ブローバイガス流入口３５とブローバイガス流出口３６との間において、比較的小流量時のための上流側のオイル分離機構３７と比較的大流量時のための下流側のオイル分離機構３８とをオフセットさせて配置してある。
【００４４】
具体的には、上流側のオイル分離機構３７は、小径のノズル３９が形成されたクランク状のノズルプレート４０とその下流側に対向配置された同じくクランク状の衝突板４１とで構成されていている。衝突板４１は下流側のオイル分離機構３８のノズルプレート部４２を兼ねていて、そのノズルプレート部４２には大径のノズル４３が形成されている。そして、このノズル４３とその下流側の衝突板４４とで下流側のオイル分離機構３８が構成されている。
【００４５】
また、上流側のオイル分離機構３７のノズルプレート４０には、下流側のオイル分離機構３８のための二次流入口４５を形成してあるとともに、ノズルプレート４５とその下流側の衝突板４１との間の空間には図２，３と同様の開閉バルブ４６を配置してある。この開閉バルブ４６によって常時は二次流入口４５を閉止している。なお、衝突板４１のうちノズルプレート部４２以外の部分および衝突板４４は、図２，３の衝突板１６，１８と同様にその下部が開放されたものとなっている。
【００４６】
この第３の実施の形態では、同図（Ａ）に示すように、ブローバイガスが小流量の時には、開閉バルブ４６が閉弁状態にあり、下流側のオイル分離機構３８は機能しないことになり、上流側のオイル分離機構３７のみが機能することになる。そのため、ブローバイガス流入口３５から流入したブローバイガスは小径のノズル３９を主要素とする上流側のオイル分離機構３７によってその気液分離がなされて、ブローバイガス流出口３６から流出することになる。
【００４７】
他方、ブローバイガスの流量が増大すると、同図（Ｂ）に示すように、開閉バルブ４６が開き、ブローバイガス流入口３５から流入したブローバイガスの大部分は通路抵抗が小さな下流側のオイル分離機構３８を通過することになる。そのため、ブローバイガス流入口３５から流入したブローバイガスは大径のノズル４３を主要素とする下流側のオイル分離機構３８によってその気液分離がなされて、ブローバイガス流出口３６から流出することになる。
【００４８】
この第３の実施の形態においても、先の第１の実施の形態と同様の効果が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係るオイルセパレータの第１の実施の形態としてそのオイルセパレータを含むシリンダヘッドカバーを内側から見た説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図であって且つブローバイガスの小流量時の作動説明図。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図であって且つブローバイガスの大流量時の作動説明図。
【図４】本発明に係るオイルセパレータの第２の実施の形態を示す断面説明図。
【図５】本発明に係るオイルセパレータの第３の実施の形態を示す図であって、（Ａ）はブローバイガスの小流量時の平面説明図、同図（Ｂ）はブローバイガスの大流量時の平面説明図。
【符号の説明】
【００５０】
１…シリンダヘッドカバー
６…オイルセパレータ
９…セパレータ室
１０…ブローバイガス流入口
１１…ブローバイガス流入口
１２…ブローバイガス流出口
１３…オイル分離機構
１４…オイル分離機構
１５…ノズルプレート
１６…衝突板
１７…ノズルプレート
１８…衝突板
１９…開閉バルブ
２０…ノズル
２１…ノズル
２４…オイル分離機構
２５…ブローバイガス流入口
２６…ノズルプレート
２７…ノズル
２８…衝突板
２９…ボールバルブ
３０…リードバルブ
３５…ブローバイガス流入口
３６…ブローバイガス流出口
３７…オイル分離機構
３８…オイル分離機構
３９…ノズル
４０…ノズルプレート
４１…衝突板
４２…ノズルプレート部
４３…ノズル
４５…二次流入口
４６…開閉バルブ
【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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