(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリから気体燃料用電磁式燃料噴射弁への電力供給路の途中に設けられ、前記燃料噴射弁を駆動する駆動回路と、該駆動回路に制御信号を出力する制御回路とを備え、
噴射期間の前半部分でピーク電流を前記燃料噴射弁に流して該燃料噴射弁を開弁動作させ、前記噴射期間の後半部分で保持電流を前記燃料噴射弁に流して該燃料噴射弁の開弁状態を保持する気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置において、
前記制御回路は、前記バッテリの電圧に応じて前記ピーク電流を流すピーク電流期間を可変制御し、前記バッテリ電圧が高いときには、前記ピーク電流期間を、バッテリ電圧が高いほどピーク電流期間の減少割合が低くなるように減少させることを特徴とする気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置。
【請求項２】
バッテリから気体燃料用電磁式燃料噴射弁への電力供給路の途中に設けられた第１スイッチング素子と、第２スイッチング素子と電流制限用抵抗との直列回路であって前記第１スイッチング素子に並列接続された直列回路と、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の各スイッチング動作を制御する制御回路とを備え、
噴射期間の前半部分で前記第１スイッチング素子をオン状態に維持して前記燃料噴射弁にピーク電流を流し、後半部分で前記第１スイッチング素子をオフ状態、前記第２スイッチング素子をオン状態にそれぞれ維持して前記燃料噴射弁に保持電流を流す気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置において、
前記制御回路は、前記バッテリの電圧に応じて前記第１スイッチング素子をオン状態に維持するピーク電流期間を可変制御し、前記バッテリ電圧が高いときには、前記ピーク電流期間を、バッテリ電圧が高いほどピーク電流期間の減少割合が低くなるように減少させることを特徴とする気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記バッテリ電圧が所定値以下に低下したとき、前記ピーク電流期間を、バッテリ電圧が低いほどピーク電流期間の増大割合が高くなるように増大させることを特徴とする請求項１又は２に記載の気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両等の内燃機関にＣＮＧ（圧縮天然ガス）又は水素等の気体燃料を噴射供給する気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置は、図９に示すように、バッテリＢＡＴから燃料噴射弁（正確には燃料噴射弁の電磁石のコイル）ＩＮＪへの電力供給路の途中にスイッチング素子Ｑ1 を設けると共にこのスイッチング素子Ｑ1 と並列に他のスイッチング素子Ｑ2 と電流制限用抵抗Ｒ1 の直列回路を設け、さらに、各スイッチング素子Ｑ1 、Ｑ2 のスイッチング動作を制御する電流制御回路等を有する電子制御回路ＥＣＵを備えて構成される。
【０００３】
ここで、電流制御回路は、燃料噴射弁ＩＮＪの開弁開始時には、電流制限用抵抗Ｒ1 に直列接続されていないスイッチング素子Ｑ1 をオンさせることでコイルＩＮＪに比較的大きな電流（ピーク電流）Ｉ1 を流し、これにより燃料噴射弁ＩＮＪを速やかに開弁させ、さらに、開弁後の一定時間、上記電流制限用抵抗Ｒ1 に直列接続されていないスイッチング素子Ｑ1 をオフにスイッチングさせると共に電流制限用抵抗Ｒ1 に直列接続されたスイッチング素子Ｑ2 をオンさせることでコイルＩＮＪに電流制限用抵抗Ｒ1 を介して開弁状態を保持できるに足る比較的小さな電流（保持電流）Ｉ2 を流し、これにより燃料噴射弁ＩＮＪの発熱を抑制すると共に消費電力の節約を図っている。すなわち、電流制御回路は、図１０に示すように、任意の噴射期間Ｔに対し、この噴射期間Ｔの前半部分即ち開始時点ｔ0 から一定時間（ピーク電流期間）Ｔ1 、スイッチング素子Ｑ1 にオン指令信号（Ｈｉレベル信号）Ｓ1 を出力すると共に、噴射期間Ｔの開始時点ｔ0 から噴射期間Ｔの終了時点ｔ3 までの期間Ｔ2a又はピーク電流期間Ｔ1 内の任意の時点ｔ1 から噴射期間Ｔの終了時点ｔ3 までの期間Ｔ2b又はピーク電流期間Ｔ1 の終了時点ｔ2 から噴射期間Ｔの終了時点ｔ3 までの期間Ｔ2c、他のスイッチング素子Ｑ2 にオン指令信号（Ｈｉレベル信号）Ｓ2 を出力する。なお、スイッチング素子Ｑ1 がオン状態にあるときにはスイッチング素子Ｑ2 がオン状態であっても電流制限用抵抗Ｒ1 には電流が流れないため、図１０に示すように、コイルＩＮＪに実際に保持電流Ｉ2 が流れている保持電流期間は、噴射期間Ｔの後半部分即ちスイッチング素子Ｑ1 がオフにスイッチングした時点（ピーク電流期間Ｔ1 の終了時点ｔ2 ）から噴射期間Ｔの終了時点ｔ3 までの期間Ｔ2 となる。このような電流制御回路の出力Ｓ1 、Ｓ2 により、ピーク電流期間Ｔ1 においてはスイッチング素子Ｑ1 がオン状態に維持されコイルＩＮＪに図１０に示す波形のピーク電流Ｉ1 が流れて燃料噴射弁ＩＮＪは開弁し、保持電流期間Ｔ2 においてはスイッチング素子Ｑ1 がオフ状態、他のスイッチング素子Ｑ2 がオン状態にそれぞれ維持されコイルＩＮＪに図１０に示す波形の保持電流Ｉ2 が流れて燃料噴射弁ＩＮＪは開弁状態を保持する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の駆動制御装置によると、ピーク電流期間Ｔ1 を一定時間に設定しているため、図１１に示すようにバッテリＢＡＴの電圧値１４Ｖ、１２Ｖ、１０Ｖ、８Ｖ、６Ｖに応じてピーク電流Ｉ1 の最大値が変動し、内燃機関の始動時例えば低温始動時等バッテリ電圧ＶB が６Ｖ程度に低下したときに、図１２に示すようにピーク電流Ｉ1 が減少し燃料噴射弁ＩＮＪを開弁動作させるに足る電流値ＩＬまで増大せず燃料噴射弁ＩＮＪが閉弁状態のままとなり内燃機関を始動できないという問題があった。
【０００５】
このような問題に対する対応策の一例として、内燃機関の低温始動時における低いバッテリ電圧ＶB でも燃料噴射弁ＩＮＪを開弁動作できるようにピーク電流期間Ｔ1 を増大させることが考えられるが、このようにピーク電流期間Ｔ1 を増大させると、通常運転時において燃料噴射弁ＩＮＪが開弁した時点から保持電流期間Ｔ2 が開始する時点までの期間が長くなり、この間コイルＩＮＪにピーク電流Ｉ1 が流れ続けるため燃料噴射弁ＩＮＪの発熱及び消費電力の増大を招くという新たな問題が生じる。特に、気体燃料用電磁式燃料噴射弁はガソリン等液体燃料用電磁式燃料噴射弁に比べ使用燃料圧が高くしかも弁部の開口面積が大きいことから燃料噴射弁ＩＮＪを開弁動作させるために必要とするピーク電流Ｉ1 を高めに設定しなければならず、上記のようなピーク電流期間Ｔ1 の増大は、燃料噴射弁ＩＮＪのより一層の発熱及び消費電力のより一層の増大を招くことになる。
【０００６】
なお、特開平４−１５３５４１号公報には、バッテリ電圧ＶB が変動してもピーク電流Ｉ1 を予め定めた目標値（バッテリＢＡＴが放電終期電圧のときのピーク電流値）に沿って変化させるようフィードバック制御をする駆動制御装置が開示されているが、内燃機関の低温始動時等バッテリ電圧ＶB が放電終期電圧以下まで低下した場合には燃料噴射弁ＩＮＪを開弁動作させることができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決し、気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置において、燃料噴射弁の発熱及び消費電力の増大を抑制すると共に、内燃機関の低温始動時等バッテリ電圧が低下した場合であっても内燃機関を始動させることができる気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置は、バッテリから気体燃料用電磁式燃料噴射弁への電力供給路の途中に設けられ、前記燃料噴射弁を駆動する駆動回路と、該駆動回路に制御信号を出力する制御回路とを備え、噴射期間の前半部分でピーク電流を前記燃料噴射弁に流して該燃料噴射弁を開弁動作させ、前記噴射期間の後半部分で保持電流を前記燃料噴射弁に流して該燃料噴射弁の開弁状態を保持する気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置において、前記制御回路は、前記バッテリの電圧に応じて前記ピーク電流を流すピーク電流期間を可変制御し、前記バッテリ電圧が高いときには、前記ピーク電流期間を、バッテリ電圧が高いほどピーク電流期間の減少割合が低くなるように減少させることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置は、バッテリから気体燃料用電磁式燃料噴射弁への電力供給路の途中に設けられた第１スイッチング素子と、第２スイッチング素子と電流制限用抵抗との直列回路であって前記第１スイッチング素子に並列接続された直列回路と、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の各スイッチング動作を制御する制御回路とを備え、噴射期間の前半部分で前記第１スイッチング素子をオン状態に維持して前記燃料噴射弁にピーク電流を流し、後半部分で前記第１スイッチング素子をオフ状態、前記第２スイッチング素子をオン状態にそれぞれ維持して前記燃料噴射弁に保持電流を流す気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置において、前記制御回路は、前記バッテリの電圧に応じて前記第１スイッチング素子をオン状態に維持するピーク電流期間を可変制御し、前記バッテリ電圧が高いときには、前記ピーク電流期間を、バッテリ電圧が高いほどピーク電流期間の減少割合が低くなるように減少させることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置は、請求項１又は２の気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置において、前記制御回路は、前記バッテリ電圧が所定値以下に低下したとき、前記ピーク電流期間を、バッテリ電圧が低いほどピーク電流期間の増大割合が高くなるように増大させることを特徴とする。
【００１１】
【発明の作用効果】
請求項１又は２の気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置によると、バッテリの電圧に応じて、燃料噴射弁にピーク電流を流すピーク電流期間を可変制御するようにしたため、バッテリ電圧が高いときにはピーク電流期間を減少させることにより燃料噴射弁の発熱及び消費電力の増大を抑制しつつ燃料噴射弁を開弁動作させることができ、また、バッテリ電圧が低下したときにはピーク電流期間を増大させることによりピーク電流の最大値を燃料噴射弁を開弁動作させるに足る電流値まで増大させ燃料噴射弁を開弁動作させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は一実施例による気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置の構成図を示す。
【００１４】
図１において、気体燃料用電磁式燃料噴射弁ＩＮＪは、車両等の内燃機関にＣＮＧ（圧縮天然ガス）又は水素等の気体燃料を噴射供給するものであり、弁部（図示せず）と電磁石（図示せず）とを備え、電磁石のコイルへの通電により弁部が開弁して気体燃料を内燃機関に噴射供給するものである。
【００１５】
燃料噴射弁（コイル）ＩＮＪは、イグニッションスイッチＩＧを介してバッテリＢＡＴに接続され、イグニッションスイッチＩＧがオンされるとバッテリＢＡＴから直接電力の供給を受けられるよう構成されている。
【００１６】
バッテリＢＡＴから燃料噴射弁ＩＮＪへの電力供給路の途中には燃料噴射弁ＩＮＪを駆動する駆動回路ＤＶが設けられている。駆動回路ＤＶは、バッテリＢＡＴから燃料噴射弁ＩＮＪへの電力供給路の途中に設けられた第１スイッチング素子Ｑ1 と、この第１スイッチング素子Ｑ1 に並列接続された直列回路であって第２スイッチング素子Ｑ2 と電流制限用抵抗Ｒ1 とからなる直列回路とから構成され、第１スイッチング素子Ｑ1 がオン状態のときには、燃料噴射弁ＩＮＪに比較的大きなピーク電流Ｉ1 を供給して燃料噴射弁ＩＮＪを開弁開始させ、第１スイッチング素子Ｑ1 がオフ状態にあり且つ第２スイッチング素子Ｑ2 がオン状態のときには、燃料噴射弁ＩＮＪに電流制限用抵抗Ｒ1 により制限された比較的小さな保持電流Ｉ2 を供給して燃料噴射弁ＩＮＪの開弁状態を保持させ、第１スイッチング素子Ｑ1 及び第２スイッチング素子Ｑ2 が共にオフ状態のときには、燃料噴射弁ＩＮＪに電流を供給せず燃料噴射弁ＩＮＪを瞬時に閉弁させ又は閉弁状態を保持させる。
【００１７】
駆動回路ＤＶの第１スイッチング素子Ｑ1 及び第２スイッチング素子Ｑ2 の各制御入力部には、バッテリ電圧ＶB を入力信号として所定の処理を行なう電子制御回路ＥＣＵの電流制御回路１が接続され、上記のような第１スイッチング素子Ｑ1 及び第２スイッチング素子Ｑ2 の各スイッチング動作は、電流制御回路１から第１スイッチング素子Ｑ1 及び第２スイッチング素子Ｑ2 に対してそれぞれ出力される制御信号Ｓ1 及び制御信号Ｓ2 によって制御される。
【００１８】
電流制御回路１は、マイクロコンピュータ（図示せず）を中枢部とする電子制御回路ＥＣＵの一部を構成しており、マイクロコンピュータが行なう各種処理の中で図２にフローチャートで示すようなＴ1 算出ルーチンを所定周期で繰り返し行なう。
【００１９】
図２において、電流制御回路１は、ステップ１０１でバッテリ電圧ＶB の読み込みを行なう。なお、バッテリ電圧ＶB は、バッテリ電圧検出手段（図示せず）からのアナログ信号がＡ／Ｄコンバータ（図示せず）によりＡ／Ｄ変換されたデジタル値である。次に、ステップ１０２で、予め設定されたピーク電流時間マップにより、更に必要に応じて行なわれる補間演算により、上記読み込まれたバッテリ電圧ＶB に応じたピーク電流時間Ｔ1 を算出する。ここで、ピーク電流時間マップは、ピーク電流時間Ｔ1 をバッテリ電圧ＶB に対応付けて作成したマップであり、図３のグラフで示すように、バッテリ電圧ＶB が６（Ｖ）、８（Ｖ）、１４（Ｖ）のときピーク電流時間Ｔ1 をそれぞれＴ0 （Ｔ0 は従来装置による一定値に決定されたピーク電流時間である）×１．３（ｍｓｅｃ）、Ｔ0 ×０．８（ｍｓｅｃ）、Ｔ0 ×０．６（ｍｓｅｃ）に設定する。なお、図３のグラフは、弁部の弁座径がφ４〜φ６である燃料噴射弁ＩＮＪに対する実験結果であり、横軸はバッテリ電圧ＶB 、縦軸はピーク電流Ｉ1 を少なくとも燃料噴射弁ＩＮＪを開弁動作させるに足る電流値ＩＬまで増大させることができるピーク電流時間Ｔ1 を表している。
【００２０】
さらに、電流制御回路１は、上記算出されたピーク電流時間Ｔ1 に基づいて、噴射期間Ｔの開始時点からピーク電流時間Ｔ1 が経過するまでのピーク電流期間Ｔ1 、第１スイッチング素子Ｑ1 にオン指令信号（Ｈｉレベルの制御信号Ｓ1 ）を出力し続ける。第１スイッチング素子Ｑ1 は、このピーク電流期間Ｔ1 オン状態に維持され、燃料噴射弁ＩＮＪには、比較的大きなピーク電流Ｉ1 が流れ、このピーク電流Ｉ1 は燃料噴射弁ＩＮＪを開弁動作させるに足る電流値ＩＬまで増大し、燃料噴射弁ＩＮＪは開弁動作をする。その後、ピーク電流期間Ｔ1 が終了した時点で、電流制御回路１は第１スイッチング素子Ｑ1 に今度はオフ指令信号（Ｌｏレベルの制御信号Ｓ1 ）を出力すると共に、遅くとも当該時点から噴射期間Ｔの終了時点までの保持電流期間Ｔ2 、第２スイッチング素子Ｑ2 にオン指令信号（Ｈｉレベルの制御信号Ｓ2 ）を出力し続ける。第１スイッチング素子Ｑ1 はこのオフ指令信号を入力するとオフにスイッチング動作し、また、第２スイッチング素子Ｑ2 は保持電流期間Ｔ2 オン状態に維持され、燃料噴射弁ＩＮＪには、比較的小さな保持電流Ｉ2 が流れ、開弁状態が保持される。
【００２１】
ここで、燃料噴射弁ＩＮＪに流れる電流波形は、バッテリ電圧ＶB の大きさによって図４〜図６に示すような変化を示す。すなわち、図４及び図５に示すように、内燃機関の始動時には、スタータモータ（図示せず）に駆動電流が供給されるためバッテリ電圧ＶB が一時的に低下し、ピーク電流期間Ｔ1 においてＩＮＪ電流（ピーク電流Ｉ1 ）は緩やかに立ち上がり開弁動作可能な電流値ＩＬに上昇するまでに比較的長時間を必要とするが、バッテリ電圧ＶB が小さいときには上記の説明から明らかなようにピーク電流時間Ｔ1 が大きな値に設定されるため、ピーク電流期間Ｔ1 の終了直前付近でＩＮＪ電流（ピーク電流Ｉ1 ）は電流値ＩＬまで上昇し、燃料噴射弁ＩＮＪは開弁動作することができる。一方、図４及び図６に示すように、内燃機関の通常運転時には、バッテリ電圧ＶB が比較的大きいため、ピーク電流期間Ｔ1 においてＩＮＪ電流（ピーク電流Ｉ1 ）は急速に立ち上がり短時間で電流値ＩＬまで上昇するが、バッテリ電圧ＶB が大きいときには上記の説明から明らかなようにピーク電流時間Ｔ1 が小さな値に設定されるため燃料噴射弁ＩＮＪの開弁直後に比較的小さな保持電流Ｉ2 に切り替わり、このため、燃料噴射弁ＩＮＪの電磁石のコイルの発熱を抑制できると共に消費電力を節約することができる。
【００２２】
図７は、上述した電流制御回路１が行なうＴ1 算出ルーチンの他の例を示している。
【００２３】
図７において、電流制御回路１は、ステップ２０１で、内燃機関が始動時であるか否かを判断する。この判断は、例えば内燃機関のスタータモータ（図示せず）を駆動する際にオンされるスタータスイッチ（図示せず）からの信号に基づいて行なわれる。ステップ２０１において「ＹＥＳ」の判断がされた場合、次にステップ２０２を実行し、一方「ＮＯ」の判断がされた場合、次にステップ２０３を実行する。ステップ２０２においては、バッテリ電圧ＶB が所定電圧（例えば、定格電圧が１２（Ｖ）のバッテリの場合、８（Ｖ））よりも小さいか否かを判断する。ステップ２０２において「ＹＥＳ」の判断がされた場合、次にステップ２０４を実行する。ステップ２０３においては、ピーク電流時間Ｔ1 としてＴ1bを設定する。ここで、Ｔ1bは内燃機関の通常運転時に適したピーク電流時間であり、例えば、Ｔ0 ×０．８（ｍｓｅｃ）に設定され、ＲＯＭに予め記憶されている。一方、ステップ２０４においては、ピーク電流時間Ｔ1 としてＴ1aを設定する。ここで、Ｔ1aは内燃機関の始動時に適したピーク電流時間であり、例えば、Ｔ0 ×１．３（ｍｓｅｃ）に設定され、Ｔ1bと同様、ＲＯＭに予め記憶されている。
【００２４】
そして、電流制御回路１は、上述した図２のＴ1 算出ルーチンの実行後と同様、上記のように設定したピーク電流時間Ｔ1 に基づいて第１スイッチング素子Ｑ1 及び第２スイッチング素子Ｑ2 にそれぞれ制御信号Ｓ1 及び制御信号Ｓ2 を出力する。
【００２５】
なお、図８は、図７のＴ1 算出ルーチンを実行した場合における燃料噴射弁ＩＮＪに流れる電流波形の例を示している。
【００２６】
以上説明したように、本実施例による気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置によると、バッテリＢＡＴの電圧ＶB に応じて、燃料噴射弁ＩＮＪにピーク電流Ｉ1 を流すピーク電流期間Ｔ1 を可変制御するようにしたため、バッテリ電圧ＶB が高いときにはピーク電流期間Ｔ1 を減少させることにより燃料噴射弁ＩＮＪの発熱及び消費電力の増大を抑制しつつ燃料噴射弁ＩＮＪを開弁動作させることができ、また、バッテリ電圧ＶB が低下したときにはピーク電流期間Ｔ1 を増大させることによりピーク電流Ｉ1 の最大値を燃料噴射弁ＩＮＪを開弁動作させるに足る電流値まで増大させ燃料噴射弁ＩＮＪを開弁動作させることができる。なお、本発明は、ガソリン燃料に対しても実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例による気体燃料用電磁式燃料噴射弁の駆動制御装置の構成図
【図２】本実施例によるＴ1 算出ルーチンの内容を示すフローチャート
【図３】本実施例によるバッテリ電圧とピーク電流時間との関係を示すグラフ
【図４】本実施例による始動時と通常時のＩＮＪ電流波形図
【図５】本実施例による始動時のＩＮＪ電流波形図
【図６】本実施例による通常時のＩＮＪ電流波形図
【図７】他の実施例によるＴ1 算出ルーチンの内容を示すフローチャート
【図８】他の実施例による始動時と通常時のＩＮＪ電流波形図
【図９】従来装置の構成図
【図１０】従来装置による始動時と通常時のＩＮＪ電流波形図
【図１１】従来装置によるバッテリ電圧とＩＮＪ電流との関係を示すＩＮＪ電流波形図
【図１２】従来装置による始動時と通常時のＩＮＪ電流波形図
【符号の説明】
ＢＡＴ    バッテリ
ＶB     バッテリ電圧
ＩＮＪ    燃料噴射弁
ＤＶ    駆動回路
ＥＣＵ    電子制御回路（制御回路）
Ｑ1     第１スイッチング素子
Ｑ2     第２スイッチング素子
Ｒ1     電流制限用抵抗
Ｔ    噴射期間
Ｔ1     ピーク電流期間
Ｔ2     保持電流期間
Ｉ1     ピーク電流
Ｉ2     保持電流
【図１】
0003706978.tif 000002
【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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【図１１】
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【図１２】
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