(57)【要約】      （修正有）【課題】通気抵抗や気流の乱れを抑えつつ、流路形成体の簡素化・コンパクト化を図り、かつ、流路からの負圧により回転軸に作用するモーメントを小さく抑えて、シール性の向上や異音発生の防止を図る。【解決手段】流路切替弁２０の回転軸を第１流路１３と第２流路１５との交差部分に設ける。弁体２２は回転軸２１から両側へ延在する第１，第２翼部２３，２４を有する。弁体２２が第１の姿勢のときに、弁体２２により第２流路１５が閉じられるとともに、弁体２２の第１弁体側面２５が第１流路１３の内壁面の一部を構成する。弁体２２が第２の姿勢のときに、弁体２２により第１流路１３が閉じられるとともに、弁体２２の第２弁体側面２７が第２流路１５の内壁面の一部を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流路に沿う第１壁面と、第２流路に沿う第２壁面と、を有する流路形成体と、
上記第１流路と第２流路とを切り替える流路切替弁と、を有し、
この流路切替弁が、
上記第１流路と第２流路との交差部分に設けられた回転軸と、
この回転軸を含む面内に沿って上記回転軸から両側へ延在する第１翼部及び第２翼部を有し、上記回転軸とともに回転するプレート状の弁体と、を有し、
この弁体が第１の姿勢のときに、上記第２翼部の先端縁部が上記第２壁面に接することによって上記第２流路が閉じられるとともに、上記弁体の第１弁体側面が上記第１流路の内壁面の一部を構成し、
上記弁体が第２の姿勢のときに、上記第２翼部の先端縁部が第１壁面に接することによって上記第１流路が閉じられるとともに、上記弁体の第２弁体側面が第２流路の内壁面の一部を構成することを特徴とする流路切替構造。
【請求項２】
上記第１流路及び第２流路が断面四角形状をなし、
上記弁体が四角形状をなすことを特徴とする請求項１に記載の流路切替構造。
【請求項３】
上記回転軸が、上記弁体の流路長手方向の中央に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路切替構造。
【請求項４】
流路長の長い上記第１流路が外周側で、流路長の短い上記第２流路が内周側となるように、上記第１壁面及び第２壁面が湾曲しており、この湾曲部分に上記回転軸が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流路切替構造。
【請求項５】
上記第１翼部の先端部が、上記第１流路と第２流路の少なくとも一方の開口端の一部を構成し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流路切替構造。
【請求項６】
上記第１弁体側面と第２弁体側面の少なくとも一方に、上記第１流路又は第２流路の開口端へ向けて広がるファンネル部が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の流路切替構造。
【請求項７】
上記第１弁体側面に、上記第１流路の第１開口端へ向けて広がる第１ファンネル部が形成されるとともに、上記第２弁体側面に、第２流路の第２開口端へ向けて広がる第２ファンネル部が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の流路切替構造。
【請求項８】
上記流路形成体が内燃機関の吸気マニホールドであり、上記第１流路及び第２流路が吸気通路であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の流路切替構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気通路の切替に好適な流路切替構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び特許文献２等に記載されているように、内燃機関の吸気系では、機関運転状態に応じて適切な吸気脈動効果を得るために、機関運転状態に応じて流路長（流路面積）の異なる２本の流路すなわち吸気通路を切り替える流路切替構造が従来より提案されている。
【特許文献１】特開平５−１２５９４４号公報
【特許文献２】特開平１１−３７３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図９は、このような流路切替構造の第１参考例を示している。吸気流路形成体７０には、流路長の長い第１流路７２と短い第２流路７３が設けられ、かつ、第２流路７３のみを開閉する流路切替弁７５が設けられている。流路切替弁７５の回転軸７６は、開弁時に弁体７７の一部が第１流路７２側へ張り出すことのないように、第１流路７２から外れた位置に設けられている。このため、閉弁時には弁体７７の裏側に第１流路７２から外れた領域７８が、吸気の流れないデッドボリュームとなり、気流の乱れが生じて所期の動的脈動効果が得られず、吸入空気量の低下や機関出力の低下等を招くおそれがある。
【０００４】
また、開弁時には図の矢印Ｙ１，Ｙ２で示すように第２流路７３と第１流路７２の双方から空気が流入するために、その合流部分で気流の乱れが生じ、やはり動的脈動効果を損ねてしまう。加えて、第２流路７３の途中に回転軸７６や弁体７７が存在するために、これらが通気抵抗となって流入空気量の低下や気流の乱れを招いてしまう。
【０００５】
図１０は、流路切替構造の第２参考例を示している。この第２参考例では、流路形成体８０に形成された流路長の長い第１流路８２と短い第２流路８３との交差部分に、流路切替弁８５の回転軸８６を設けている。弁体８７は、この回転軸８６から一側へ延びるプレート状をなしている。弁体８７が図１０（Ａ）に示す第１の姿勢のときには、弁体８７により第２流路８３が閉じられるとともに弁体８７の上側の側面８７Ａが第１流路８２の内壁面の一部を構成し、弁体８７が図１０（Ｂ）に示す第２の姿勢のときには、弁体８７により第１流路８２が閉じられるとともに、弁体８７の下側の側面８７Ｂが第２流路８３の内壁面の一部を構成する。
【０００６】
このような構造によれば、上述した第１参考例のようなデッドボリュームを生じることがなく、弁体や回転軸が通気抵抗となることもなく、更に、双方の流路から空気が流入することもないので、気流の乱れや通気抵抗を小さく抑えることができる。加えて、弁体８７が流路８２，８３の内壁面の一部を構成する構造となるために、第１参考例のように流路形成体７０に第１流路の入口部７０Ａや第２流路の入口部７０Ｂを個別に形成しているものに比して、流路形成体８０の簡素化・コンパクト化を図ることができる。
【０００７】
しかしながら、この第２参考例のように、弁体８７の一端に回転軸８６が設けられた、いわゆる片持ち支持の構造では、下記のような問題が生じる。すなわち、図１０（Ａ）に示すように、第１の姿勢のときには、第１流路８２を流れる空気によって、弁体８７を第１流路８２側（つまり第２の姿勢側）へ引き込もうとする負圧Ｆ１が発生し、この負圧Ｆ１により回転軸８６には第２の姿勢側への回転モーメントＦ１’が作用する。従って、回転軸８６を駆動・保持するモータ等のアクチュエータには、このモーメントＦ１’に抗して回転軸８６を駆動・保持するための比較的大きな保持トルクが要求され、消費エネルギーの増加による燃費の悪化やアクチュエータの大型化等を招いてしまう。また、弁駆動開始時の初期トルクが高くなり、その応答性が低下する。加えて、流速や流量に応じて変化するモーメントＦ１’に抗して弁体８７を保持することから、弁体８７がばたつき易く、流路の内壁面に接する弁体８７の先端縁部８７Ｃにおけるシール性の低下や異音の発生を招き易い。
【０００８】
図１０（Ｂ）に示す第２の姿勢のときにも、第２流路８３を流れる空気によって弁体８７を第２流路８３側へ引き込もうとする負圧Ｆ２が発生し、この負圧Ｆ２により回転軸８６には第１の姿勢側への回転モーメントＦ２’が作用して、上記第１の姿勢のときと同様の問題を生じる。
【０００９】
更に、第２参考例のような片持ち支持の構造では、流路８２，８３の交差部分に配置された回転軸８６と流路形成体８０との間に微少な隙間が不可避的に生じるために、この隙間に異物が噛み込んで回転軸８６の作動不良や固着を招き易い。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の流路切替構造は、第１流路に沿う第１壁面と、第２流路に沿う第２壁面と、を有する流路形成体と、上記第１流路と第２流路とを切り替える流路切替弁と、を有する。この流路切替弁は、上記第１流路と第２流路との交差部分に設けられた回転軸と、この回転軸を含む面内に沿って上記回転軸から両側へ延在する第１翼部及び第２翼部を有し、上記回転軸とともに回転するプレート状の弁体と、を有する。そして、この弁体が第１の姿勢のときに、上記第２翼部の先端縁部が上記第２壁面に接することによって上記第２流路が閉じられるとともに、上記弁体の第１弁体側面が上記第１流路の内壁面の一部を構成し、上記弁体が第２の姿勢のときに、上記第２翼部の先端縁部が第１壁面に接することによって上記第１流路が閉じられるとともに、上記弁体の第２弁体側面が第２流路の内壁面の一部を構成する。
【００１１】
この流路切替構造を例えば内燃機関の吸気系に適用した場合には、吸気脈動効果を利用して機関出力を効率良く得るために、例えば、機関回転数の高い高回転側では第１の姿勢として流路長の長い第１流路を介して燃焼室へ吸気を供給し、機関回転数の低い低回転側では第２の姿勢として流路長の短い第２流路を介して燃焼室へ吸気を供給すれば良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上述した第１参考例のような閉弁時にデッドボリュームが生じることもなく、弁体や回転軸が通気抵抗となることもなく、双方の流路から流体が流入することもないので、気流の乱れや通気抵抗を小さく抑えることができる。加えて、弁体が流路の内壁面の一部を構成する構造となるために、流路形成体の簡素化・コンパクト化を図ることができる。
【００１３】
しかも本発明では、弁体が回転軸を含む面内に沿って回転軸から両側へ延在する第１翼部及び第２翼部を有する構造となっており、流路を流れる流体による負圧が回転軸の左右の第１翼部と第２翼部の双方に生じることから、これらの負圧により回転軸に作用するモーメントが互いに相殺され、このモーメントを十分に小さく抑制することができる。従って、このモーメントに抗して回転軸を保持するための保持トルクを抑制することができ、回転軸を駆動するモータ等のアクチュエータの消費エネルギーの低減化・小型化及び軽量化等を図ることができるとともに、弁駆動開始時の初期トルクが小さくてすみ、その応答性が向上する。更に、上記モーメントが小さいことから第１の姿勢や第２の姿勢での弁体のばたつきを抑制することが容易で、これによりシール性が向上するとともに異音の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を内燃機関の吸気系に適用した好ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１〜図６は本発明の第１実施例に係る流路切替構造を示しており、図１は第１の姿勢における図５のＡ−Ａ線に沿う断面図、図２は第１の姿勢における図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図３は第２の姿勢における図５のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は第２の姿勢における図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図５は流路形成体１０の上面図、図６は第２の姿勢における流路形成体１０の側面図である。
【００１６】
流路形成体１０は、内燃機関の吸気マニホールドにおける吸気ブランチの入口部分を構成する合成樹脂製の管状をなし、図中右側の入口端（開口端）１１が吸気コレクタ（図示省略）内に開口しており、図中左側の出口端１２が吸気ブランチ（図示省略）を介して内燃機関の各気筒の燃焼室へ連なる吸気ポートへと接続している。
【００１７】
この流路形成体１０には、流路長の長い上側の第１流路１３に沿う上側の第１壁面１４と、この第１流路１３よりも流路長の短い下側の第２流路１５に沿う下側の第２壁面１６と、これら第１壁面１４と第２壁面１６の両端を繋ぐ一対の側壁面１７と、を有する断面四角形状の簡素な管状をなし、第１流路１３が外周側で第２流路１５が内周側となるように、適宜湾曲形成されている。具体的には、内周側の第２壁面１６は全長にわたって円弧状に湾曲している一方、外周側の第１壁面１４は、入口端１１及び出口端１２へ向かって下方へ湾曲する両側の湾曲部の間に、入口端１１側へ大きく延長する直線部分が設けられており、これによって、内部の管路は入口端１１へ向かうに従って流路断面積が大きくなっている。流路長の長い外周側の第１流路１３が流路長の短い内周側の第２流路１５よりも上流へ延長形成されており、このため、入口端１１は第１流路１３の第１入口端１１Ａと第２流路１５の第２入口端１１Ｂとに段付形成されている。第１流路１３と第２流路１５とは下流側で一本の集合流路１８へと合流・連なっている。
【００１８】
流路形成体１０の内部には、第１流路１３と第２流路１５とを切り替える流路切替弁２０が設けられている。この流路切替弁２０は、第１流路１３と第２流路１５との交差部分に設けられた回転軸２１と、この回転軸２１を含む面内に沿って回転軸２１から両側へ延在する上流側の第１翼部２３及び下流側の第２翼部２４を有し、回転軸２１とともに回転するプレート状の弁体２２と、を有している。回転軸２１は図示せぬモータ等のアクチュエータにより駆動・保持される。
【００１９】
弁体２２は、全体としては概ね流路上流側から下流側へ向けて先細りする翼型形状をなしており、中央の回転軸２１の部分で最も厚肉化されている。上面側・外周側の第１弁体側面２５は、図１に示す第１の姿勢のときに、対向する第１壁面１４に沿うように、この第１壁面１４と同様、上流側が湾曲するとともに、下流側が直線状に延びており、かつ、第１流路１３の第１入口端１１Ａの一部を構成する上流側端部には、流路形成体１０とともに第１入口端１１Ａへ向けて徐々に広がる第１ファンネル部２６が形成されている。
【００２０】
下面側・内周面側の第２弁体側面２７は、図３に示す第２の姿勢のときに、対向する第２壁面１６に沿うように、この第２壁面１６と同様、下流部分が湾曲するとともに、回転軸２１の周囲の円筒部分の形状を利用して、第２入口端１１Ｂへ向けて徐々に広がる第２ファンネル部２８が流路形成体１０とともに形成されている。このように第１，第２流路１３，１５の入口端１１Ａ，１１Ｂへ向けて徐々に広がるファンネル部２６，２８を形成することで、第１，第２流路１３，１５へ空気を良好に取り込むことができる。
【００２１】
流路切替弁２０の動作は機関運転状態に応じて動的脈動効果が効率良く得られるように図示せぬ制御部によって制御され、具体的には、機関回転数の高い高回転側では、流路長の長い第１流路１３を経由して空気を燃焼室へ供給するように、図１及び図２に示すように、弁体２２が第１の姿勢とされる。この第１の姿勢では、下流側の第２翼部２４の先端縁部２４Ａが第２壁面１６に接するとともに、弁体２２の両側の側面が流路形成体１０の両側壁面１７と実質的に隙間なく近接又は接することによって、第２流路１５全体がほぼ完全に閉じられるとともに、弁体２２の第１弁体側面２５が第２壁面１６と実質的に同一面をなすように滑らかに連なることで、第１流路１３の内壁面の一部を構成する。従って、段差のない滑らかな第１流路１３が形成され、上述した第１参考例のようにデッドボリュームを生じたり弁体や回転軸が通気抵抗となることがなく、かつ、第２流路１５全体が弁体２２によって閉塞されるために、この第２流路１５から空気が流入することもなく、通気の乱れや通気抵抗が十分に小さく抑えられ、所期の動的脈動効果を良好に得ることができ、ひいては吸入空気量や機関出力の増加を図ることができる。
【００２２】
一方、機関回転数の低い低回転側では、流路長の長い第１流路１３を経由して空気を燃焼室へ供給するように、図３及び図４に示すように、弁体２２が第２の姿勢とされる。この第２の姿勢では、第２翼部２４の先端縁部２４Ａが第１壁面１４に接するとともに、弁体２２の両側の側面が流路形成体１０の両側壁面１７と実質的に隙間なく近接又は接することによって、第１流路１３が完全に閉じられるとともに、弁体２２の第２弁体側面２７が第１壁面１４とほぼ同一面をなし、第２流路１５の内壁面の一部を構成する。このため、第１の姿勢の場合と同様、通気の乱れや通気抵抗が十分に小さく抑えられ、所期の動的脈動効果を良好に得ることができ、ひいては吸入空気量や機関出力の増加を図ることができる。
【００２３】
また、弁体２２が流路１３，１５の内壁面の一部を構成する構造となっているために、流路形成体１０の簡素化・コンパクト化を図ることができる。
【００２４】
そして、弁体２２が回転軸２１を含む面内に沿って回転軸２１から両側へ延在する第１翼部２３及び第２翼部２４を有する構造となっており、負圧が第１翼部２３と第２翼部２４の双方に作用することから、負圧により回転軸２１に作用するモーメントＭ１，Ｍ２が互いに相殺される。このため、回転軸２１の保持トルクを十分に小さく抑えることができる。この結果、回転軸２１を駆動するモータ等のアクチュエータの消費エネルギーの低減化・小型化及び軽量化を図れるとともに、弁駆動開始時の初期トルクを大幅に抑制できるために、流路切替弁の応答性を著しく向上することができる。加えて、保持トルクが小さくなることから、アクチュエータにより弁体２２のばたつきを十分に抑制・回避することで、シール性に優れるとともに、異音発生を防止することができる。更に、上記第２参考例のように回転軸と流路形成体との間に微少な隙間が生じることもないので、この隙間に起因する固着等を招くこともなく、信頼性や耐久性に優れている。
【００２５】
次に、本実施例の他の特徴的な構成及びその作用効果について列記する。
【００２６】
［１］第１流路１３及び第２流路１５が断面四角形状をなし、弁体２２が四角形状をなしている。このために、弁体２２の周縁部によって流路１３，１５の四方を良好に閉塞することができ、シール性に優れている。また、流路形成体１０の管部が断面四角形状となることから、本実施例のように吸気コレクタの内部に並設される複数の吸気ブランチ入口部に適用されるような場合に、断面円形状のもの等に比して、スペース効率に優れ、吸気系のコンパクト化を図ることができる。
【００２７】
なお、本明細書において、『（断面）四角形状』とは、厳密な四角形を意味するものではなく、図２や図４に示すようにコーナー部が適宜湾曲するものなどを含んでいる。
【００２８】
［２］回転軸２１が、弁体２２の流路長手方向の中央に配置されている。つまり、第１翼部２３と第２翼部２４とが流路長に沿う方向で同じ長さに設定されている。言い換えると、第１の姿勢や第２の姿勢のときに、流路１３，１５を流れる空気による負圧により回転軸２１に作用するモーメントＭ１，Ｍ２が等しくなるように、左右の第１翼部２３と第２翼部２４の寸法や形状が設定されている。このようにモーメントＭ１，Ｍ２を等しくすることで、両者Ｍ１，Ｍ２が相殺されて、回転軸２１に作用するモーメントを可及的にゼロ（０）に近づけることができる。
【００２９】
［３］図１，図３に示すように、第１流路１３が外周側で第２流路１５が内周側となるように、第１壁面１４及び第２壁面１６が湾曲している。そして、入口側の湾曲部分に回転軸２１を設けることで、流路形成体１０を管状のシンプルでコンパクトな形状としつつ、外周側の第１流路１３の流路長を長く、内周側の第２流路１５の流路長を短くすることができる。また、回転軸２１の回転角度を十分に小さい角度（９０度未満）に設定することができ、アクチュエータの応答性の向上や駆動エネルギーの軽減化を図ることができる。
【００３０】
このような流路形成体１０の湾曲部分に対応して、弁体２２では、第１弁体側面２５に、第１の姿勢で第１壁面１４に沿うように湾曲する部分が設けられるとともに、第２弁体側面２７にも、第２の姿勢で第２壁面１６に沿うように湾曲する部分が設けられている。これによって、各流路１３，１５がほぼ均一断面で滑らかに湾曲しつつ延在するものとなり、空気流れをスムースなものとすることができる。
【００３１】
［４］また、第１翼部２３の先端部が、第１の姿勢のときには第１流路１３の第１入口端１１Ａの一部を構成し、第２の姿勢のときには第２流路１５の第２入口端１１Ｂ一部を構成している。このために、流路形成体１０に各流路１３，１５の管状の入口部分を別途形成する必要がなく、流路形成体１０を簡素でコンパクトな一本の管状の形状とすることができる。
【００３２】
［５］第１弁体側面２５に、第１流路１３の第１入口端１１Ａへ向けて広がる第１ファンネル部２６が形成されるとともに、第２弁体側面２７に、第２流路１５の第２入口端１１Ｂへ向けて広がる第２ファンネル部２８が形成されている。このように、第１，第２流路１３，１５の入口端１１Ａ，１１Ｂへ向けて徐々に広がるファンネル部２６，２８を形成することで、第１，第２流路１３，１５へ空気を良好に取り込むことができる。特に本実施例では、回転軸２１の周囲の円筒面を利用して第２ファンネル部２８を形成しているために、弁体２２の両側面２５，２７にファンネル部２６，２８を形成しつつ、弁体２２の薄肉化，軽量化を図ることができる。
【００３３】
以下の実施例では、上述した実施例と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００３４】
図７に示す第２実施例では、第１実施例に比して第１流路１３を延長したものであり、流路形成体１０には、第１流路１３の第１入口端１１Ａを形成する管状の第１入口形成部３１が形成されている。これに伴い、第１流路１３では、流路形成体１０の第１入口形成部３１が第１入口端１１Ａへ向けて徐々に広がる第１ファンネル部を構成しており、弁体２２には、第２流路１５に面した第２弁体側面２７にのみ、第２入口端１１Ｂへ向けて広がるファンネル部２８が設けられている。
【００３５】
図８に示す第３実施例では、第２実施例に対して更に第２流路１５を延長したものであり、流路形成体１０には、第２流路１５の第２入口端１１Ｂを形成する管状の第２入口形成部３２が形成されている。これに伴い、第２流路１５でも、第２入口形成部３２が第２入口端１１Ｂへ向けて徐々に広がる第２ファンネル部を構成しており、弁体２２にはファンネル部が形成されていない。
【００３６】
このような第２，第３実施例では、入口形成部３１，３２を設ける分、流路形成体１０の構造が複雑化・大型化するものの、弁体２２の形状の自由度が高くなり、薄肉化・軽量化を図ることができるとともに、弁体２２の長さに制限されることなく流路１３，１５の長さを設定することができ、設定の自由度が高くなる。
【００３７】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では二本の流路が一本の流路へ合流するものであるが、これとは逆に、一本の流路が二本の流路へ分岐するもの（つまり、図１や図３で流体が左側から右側に流れるもの）に本発明を適用することもできる。また、上記実施例では本発明を内燃機関の吸気系に適用しているが、２本の流路を切り替える他の流路切替構造に本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施例に係る流路切替構造を示す第１の姿勢における図５のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図２】上記流路切替構造を示す第１の姿勢における図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図３】上記流路切替構造を示す第２の姿勢における図５のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図４】上記流路切替構造を示す第２の姿勢における図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図５】流路形成体を示す上面図。
【図６】流路形成体を示す側面図。
【図７】本発明の第２実施例に係る流路切替構造を示す断面図。
【図８】本発明の第３実施例に係る流路切替構造を示す断面図。
【図９】第１参考例に係る流路切替構造を示す断面図。
【図１０】第２参考例に係る流路切替構造を示す第１の姿勢（Ａ）及び第２の姿勢（Ｂ）における断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１０…流路形成体
１１…入口端（開口端）
１３…第１流路
１５…第２流路
２０…流路切替弁
２１…回転軸
２２…弁体
２３…第１翼部
２４…第２翼部
２５…第１弁体側面
２６…第１ファンネル部
２７…第２弁体側面
２８…第２ファンネル部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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