(57)【要約】【課題】抜止部材がバルブの軸の端部から脱落しないように、抜止部材に押圧力を加えることができると共に、バルブの動作にバルブスプリングの動作が追いつかないサージング現象が発生しても、抜止部材がバネ受部材から分離することを防止することができる内燃機関の動弁機構を提供する。【解決手段】内側でコッタ３と嵌合し、外側でスプリングシート５と嵌合する皿バネ６を備え、皿バネ６の弾性力によりコッタ３を内方に押圧して、バルブ２の軸の端部とコッタ３との係合を維持すると共に、皿バネ６の反りの変形により、バルブ２とコッタ３がスプリングシート５に対して予め定めた範囲内で移動可能に構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブの軸の端部と係合する抜止部材と、バルブスプリングにより付勢されるバネ受部材を備え、該バネ受部材と前記バルブが前記抜止部材を介して一体に動くように構成された内燃機関の動弁機構において、
内側で前記抜止部材と嵌合し、外側で前記バネ受部材と嵌合する皿バネを備え、
前記皿バネの弾性力により前記抜止部材を内方に押圧して、前記抜止部材と前記バルブの軸の端部との係合を維持すると共に、
前記皿バネの反りの変形により、前記バルブと前記抜止部材が前記バネ受部材に対して予め定めた範囲内で移動可能に構成されたことを特徴とする内燃機関の動弁機構。
【請求項２】
前記バネ受部材と前記皿バネが分離しないように、前記皿バネに分離防止部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁機構。
【請求項３】
前記抜止部材の外周面と前記皿バネの内周面を、前記抜止部材と前記皿バネが離間しないように固定する離間防止構造とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブの軸の端部と係合する抜止部材と、バルブスプリングにより付勢されるバネ受部材を備え、バネ受部材とバルブが抜止部材を介して一体に動くように構成された内燃機関の動弁機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンには、吸気バルブ及び排気バルブ（以下、総称してバルブという）が設けられており、このバルブを動弁機構により動かして、効率良く吸排気をコントロールしている。この動弁機構１Ｘは、図８に示すように、バルブ２の軸の端部と係合するコッタ（抜止部材）３と、バルブスプリング４により付勢されるスプリングシート（バネ受部材）５とを備え、バルブ２とスプリングシート５がコッタ３を介して一体に動くように構成されている。
【０００３】
図示しないカムやアクチュエータなどによりバルブ２の一端部を押すと、バルブ２が下がることにより、吸排気が行なわれる。そして、カムやアクチュエータなどの作用が無くなれば、バルブスプリング４の付勢力によって、スプリングシート５が押されて、バルブ２を元の位置へと戻す。
【０００４】
エンジンが稼働中には上記の動作が繰り返されることになるが、エンジンの高速回転などによって、そのバルブ２の動作にバルブスプリング４の動作が追いつけない、所謂サージング現象が発生する場合がある。
【０００５】
図８の（ａ）に示すように、サージング現象が発生すると、バルブ２が上方に動く速さよりも、バルブスプリング４に付勢されたスプリングシート５が上方に動く速さが遅く、結果としてコッタ３とスプリングシート５の嵌合が外れて、スプリングシート５がコッタ３の下方に位置してしまう。このとき、コッタ３に通常の分割型のコッタを使用した場合では、図８の（ｂ）に示すように、コッタ３とバルブ２の軸の端部との係合が外れて、コッタ３はバルブ２の軸の端部から脱落してしまう。
【０００６】
このように、コッタ３とスプリングシート５との嵌合が離れ、更にコッタ３がバルブ２から離れることで、バルブ２がシリンダの燃焼室内に脱落するので、最悪の場合は、ピストンを破壊する可能性がある。
【０００７】
上記の問題を解決する装置はいくつか提案されているが、その中の一つにコッタとスプリングシートとの間に、コッタを内方に、スプリングシートを外方にそれぞれ押圧する円錐台状の巻板バネを備えた装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
この装置は、巻板バネがコッタを内方に、スプリングシートを外方にそれぞれ押圧することで、コッタとスプリングシートが離れてしまうことを防止している。また、スプリングシートが多少下方にずれても巻板バネの下端縁がスプリングシートの円筒面に圧接している範囲内では、サージング現象が収まれば正常な状態に復帰し、コッタとスプリングシートが離れてしまうことを防止している。
【０００９】
しかし、巻板バネの性質を考慮すると巻板バネは、常にスプリングシートを外方に押圧するため、例えば、図８の（ｂ）に示すような状態になると、巻板バネの一部にスプリングシート５からの圧力が掛かってしまう。このような状態になると巻板バネが変形するか、あるいは破損する可能性がある。そうなると、巻板バネとスプリングシートが離れてしまったり、あるいはコッタと巻板バネが離れてしまったりして、コッタが脱落し、バルブがシリンダの燃焼室内に脱落する。
【００１０】
また、上記の装置は、そのような状態にならないまでも、スプリングシートが、図８の（ａ）に示すように、スプリングシートがコッタの下方に位置し、コッタとスプリングシートが離れてしまった場合に、巻板バネによりコッタがバルブの軸の端部から脱落することを防止することはできるが、バルブが開閉運動を行えなくなるため、本来の役割を果たすことができなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】実開昭５１−１０１４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、抜止部材がバルブの軸の端部から脱落しないように、抜止部材に押圧力を加えることができると共に、バルブの動作にバルブスプリングの動作が追いつかないサージング現象が発生しても、抜止部材がバネ受部材から分離することを防止することができる内燃機関の動弁機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するための本発明の内燃機関の動弁機構は、バルブの軸の端部と係合する抜止部材と、バルブスプリングにより付勢されるバネ受部材を備え、該バネ受部材と前記バルブが前記抜止部材を介して一体に動くように構成された内燃機関の動弁機構において、内側で前記抜止部材と嵌合し、外側で前記バネ受部材と嵌合する皿バネを備え、前記皿バネの弾性力により前記抜止部材を内方に押圧して、前記抜止部材と前記バルブの軸の端部との係合を維持すると共に、前記皿バネの反りの変形により前記抜止部材が前記バネ受部材に対して予め定めた範囲内で移動可能に構成される。
【００１４】
なお、ここでいう予め定めた範囲内とは、皿バネの弾性力が効果を及ぼす範囲内のことを示す。この皿バネの弾性力が効果を及ぼす範囲内とは、皿バネが反った状態から皿バネが平たくなった状態までの範囲であり、その範囲内では、抜止部材が内方に押圧され、バネ受部材は外方に押圧される。よって、抜止部材により皿バネと一体化されたバルブは、皿バネが反った状態のときの位置と、平たくなった状態の位置の間で移動可能な状態である。
【００１５】
この構成によれば、バネ受部材と抜止部材の間に皿バネを設けることで、皿バネの弾性力が効果を及ぼす範囲内では、抜止部材とバルブの軸段部の係合を維持して、抜止部材と皿バネとの分離と、抜止部材とバネ受部材との分離を防止することができる。
【００１６】
これにより、抜止部材とバルブの軸端部との係合が外れて、抜止部材がバルブの軸端部から脱落すると共に、バルブが脱落することを防止することができる。
【００１７】
例えば、通常は、バネ受部材はバルブスプリングから付勢されるため、皿バネに上向きの力が加わり、皿バネが平たくなるように変形し、バルブの開閉運動が行われる。しかし、バルブの開閉運動にバルブスプリングの動作が追いつかないサージング現象が発生した場合に、抜止部材がバネ受部材に対して離れる方向に移動しても、皿バネが反った状態に戻るまでは、抜止部材と皿バネは嵌合された状態を保つので、サージング現象が発生しても前述した範囲内であれば、抜止部材とバネ受部材との分離を防止することができる。
【００１８】
また、バルブが前述した範囲内で移動可能であるため、仮に、バネ受部材が正常な状態からずれたり、脱落したりしても、抜止部材と皿バネが嵌合している限りは、バルブとしての機能を果たすことができる。これは、皿バネの反りの高さ分のフェールセーフが働くということである。
【００１９】
また、上記の内燃機関の動弁機構において、前記バネ受部材と前記皿バネが分離しないように、前記皿バネに分離防止部材を備えて構成すると、分離防止部材によりバネ受部材と皿バネが分離することを防ぐことができる。
【００２０】
例えば、皿バネがバネ受部材と楔状に嵌合している場合は、皿バネに分離防止部材として舌形状の突起を設けることで、サージング現象が発生しても皿バネがバネ受部材から分離することを防止することができる。
【００２１】
加えて、上記の内燃機関の動弁機構において、前記抜止部材の外周面と前記皿バネの内周面を、前記抜止部材と前記皿バネが離間しないように固定する離間防止構造として構成すると、抜止部材の外周面と皿バネの内周面が固定されるので、抜止部材と皿バネが離間することを防ぐことができる。
【００２２】
例えば、この離間防止構造として、抜け止め部材の外周面と皿バネの内周面のそれぞれをねじ切りし、抜け止め部材と皿バネとを螺合する構造としてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、抜止部材とバネ受部材の間に皿バネを設けることで、皿バネの弾性力が効果を及ぼす範囲内では、抜止部材がバルブの軸の端部から脱落しないように、抜止部材に押圧力を加えることができると共に、バルブの動作にバルブスプリングの動作が追いつかないサージング現象が発生しても、皿バネの弾性力が効果を及ぼす範囲内では、バルブと抜止部材がその範囲内で移動可能に構成されているため、抜止部材がバネ受部材から分離することを防止することができる。
【００２４】
また、仮に、バネ受部材が正常な位置からずれたり、脱落したりしても、抜止部材と皿バネが嵌合している限りは、バルブが皿バネの弾性力が効果を及ぼす範囲内では移動可能なため、その分だけバルブが開閉することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る第一の実施の形態の内燃機関の動弁機構を示す断面図である。
【図２】図１に示す各部品を示す断面図であり、（ａ）は抜止部材を示し、（ｂ）は皿バネを示し、（ｃ）はバネ受部材を示す。
【図３】図１に示す皿バネの復元力を示す断面図であり、（ａ）はバルブスプリングの付勢力で皿バネが平たく変形する様子を示し、（ｂ）は平たくなった皿バネからコッタに加えられる押圧力を示す。
【図４】図１に示す動弁機構の動作を示す断面図であり、（ａ）は正常な開閉運動を示し、（ｂ）はサージング現象が発生した場合の開閉運動を示す。
【図５】図１に示す動弁機構のバネ受部材と抜止部材の動きが追従しない場合の動作を示す断面図である。
【図６】本発明に係る第二の実施の形態の内燃機関の動弁機構の一部を示す断面図であり、（ａ）はバネ受部材に皿バネと抜止部材を取り付けるときを示し、（ｂ）は正常な開閉運動の場合を示す。
【図７】本発明に係る第三の実施の形態の内燃機関の動弁機構の抜止部材と皿バネを示す断面図である。
【図８】従来技術の内燃機関の動弁機構を示す断面図であり、（ａ）はサージング現象が発生した場合を示し、（ｂ）はサージング現象が発生した後の場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の動弁機構について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態では、動弁機構として、エンジン（内燃機関）により駆動するカムシャフトに設けられたカムと、そのカムの作用で回動するロッカーアームを備え、そのロッカーアームがバルブの一端部を押すことで、バルブの開閉運動が行われているものを例に説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００２７】
また、図面に関しては、構成が分かり易いように寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。加えて、バルブの軸方向で、且つ図中の上下方向をｘ方向とする。
【００２８】
まず、本発明に係る第一の実施の形態の内燃機関の動弁機構について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１及び図２に示すように、この動弁機構１は、バルブ２、コッタ（抜止部材）３、バルブスプリング４、及びアッパースプリングシート（バネ受部材；以下の記載ではスプリングシートという）５を備える周知の技術の動弁機構の構成に加えて、内側でコッタ３と嵌合し、外側でスプリングシート５と嵌合する皿バネ６を備え、皿バネ６の弾性力によりコッタ３を内方に押圧して、バルブ２の軸の端部とコッタ３との係合を維持すると共に、皿バネ６の反りの変形により、バルブ２とコッタ３がスプリングシート５に対して予め定めた範囲内で移動可能に構成される。
【００２９】
バルブ２には、シリンダの燃焼室７内に空気を供給するときに開く吸気バルブ、又は燃焼室７内で生じた排ガスを燃焼室７から排出するときに開く排気バルブがある。このバルブ２は、シリンダヘッド８に設けられた吸気用又は排気用のポート９の開口部を塞ぐようにバルブシート１０に密接する弁部２ａと、ｘ方向に伸びる円柱状に形成され、シリンダヘッド８に固定されたバルブガイド１１に挿通される軸部２ｂと、軸部２ｂの端部に設けられ、コッタ３と係合される係合部２ｃを備える。この係合部２ｃの外周面には、略半円形断面の環状溝２ｄが周方向に形成されている。
【００３０】
コッタ３は、図２の（ａ）に示すように、一対のコッタ分割体１２から構成される。このコッタ３は、コッタ分割体１２を合わせた場合に、バルブ２の係合部２ｃの外周面に沿った内周面３ａと、ｘ方向に拡径するテーパー状の外周面３ｂを有する中空円筒形状に形成される。また、このコッタ３は、内周面３ａにバルブ２の環状溝２ｄと係合する略半円形断面の環状突起３ｃを備えて形成される。
【００３１】
バルブスプリング４は、図１に示すように、スプリングシート５とシリンダヘッド８に固定されたロアースプリングシート１３との間に付勢されて配置される。
【００３２】
スプリングシート５は、図２の（ｃ）に示すように、中央部にｘ方向に拡径する嵌合孔が設けられ、テーパー状の内周面５ａを備えて形成される。
【００３３】
皿バネ６は、図２の（ｂ）に示すように、中央部にｘ方向に拡径する嵌合孔が設けられた円形板を円錐状に形成して構成され、その嵌合孔によりコッタ３のテーパー状の外周面３ｂと嵌合するテーパー状の内周面６ａを有し、また、円錐状に形成されたことでスプリングシート５のテーパー状の内周面５ａと嵌合するテーパー状の外周面６ｂを有して構成される。つまり、周知の技術の、中央に孔を有する円形板を円錐状に加工し、底が全く無い皿型にした皿バネとは異なる。
【００３４】
周知の技術の皿バネは、平たくしたときに内径が広がってしまう。よって、その皿バネをそのまま使用するとコッタ３との嵌合が外れ易くなってしまう。そこで、本発明の皿バネ６は、コッタ３の外周面３ｂと嵌合するテーパー状の内周面６ａを有して構成することにより、コッタ３と皿バネ６との嵌合が外れないように工夫されている。
【００３５】
また、この皿バネ６は、ｘ方向に反って形成されており、その反りが変形することで、復元力（弾性力）が発生する。そして、その復元力によりコッタ３を内方に押圧して、バルブ２とコッタ３の係合を維持している。
【００３６】
ここで、その復元力について、図３を参照しながら説明する。図３の（ａ）に示すように、バルブスプリング４による付勢力Ｆ１がスプリングシート５に加わると、スプリングシート５のテーパー状の内周面５ａと皿バネ６のテーパー状の外周面６ｂが嵌合して、スプリングシート５から皿バネ６に上向きの力Ｆ２が加わる。そして、図３の（ｂ）に示すように、皿バネ６が平たくなるように変形する。
【００３７】
平たくなった皿バネ６には復元力（弾性力）Ｆ３が発生し、その復元力Ｆ３によって、皿バネ６のテーパー状の内周面６ａとコッタ３のテーパー状の外周面３ｂが嵌合して、コッタ３に押圧力Ｆ４が加わる。こうして、バルブ２、コッタ３、皿バネ６、及びスプリングシート５が一体に動くようになると共に、コッタ３に皿バネ６の復元力Ｆ３による押圧力Ｆ４を加えることができ、コッタ３とバルブ２の係合部２ｃの係合が外れることを防止することができる。
【００３８】
上記のように、押圧力Ｆ４は、皿バネ６の復元力Ｆ３が効果を及ぼす範囲内であれば、皿バネ６からコッタ３に加えられる。この範囲とは、皿バネ６のたわみ、つまり皿バネ６の反りの変形のことであり、以下、この復元力Ｆ３が効果を及ぼす範囲をたわみΔｄという。
【００３９】
つまり、たわみΔｄの範囲内では、コッタ３に押圧力Ｆ４が加えられるので、コッタ３がそのたわみΔｄ分だけスプリングシート５に対して動いても、バルブ２とコッタ３の係合は外れることがない。よって、サージング現象が発生し、スプリングシート５がコッタ３の下方に位置しても、その位置がたわみΔｄ内であれば、コッタ３には皿バネ６の復元力Ｆ３による押圧力Ｆ４が加えられることとなり、バルブ２とコッタ３の係合が外れることを防止することができる。
【００４０】
このたわみΔｄは、皿バネ６の材質や形状などから予め定めた範囲に設定することができる。このたわみΔｄが大きければ、サージング現象が発生した際にコッタ３とスプリングシート５が大きく離れても、コッタ３に皿バネ６の復元力Ｆ３による押圧力Ｆ４を加えることが可能となる。
【００４１】
加えて、この皿バネ６は、形状記憶合金などの特殊な部品を必要とせずに、現在のバルブの組立工具と同様の工具で組み立てることが可能である。さらに、コッタ３の周辺部の備品点数も皿バネ６が追加されるだけの最小構成である。よって、簡易な構造で、容易に組み立てることができ、製造に掛かるコストを低減することもできる。
【００４２】
次に、この内燃機関の動弁機構１の動作について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４の（ａ）は通常の開閉運動を示し、図４の（ｂ）はサージング現象が発生したときの開閉運動を示している。図５は、サージング現象が発生し、スプリングシート５と皿バネ６の嵌合が外れた後の開閉運動を示している。
【００４３】
前述した通り、バルブスプリング４からの付勢力Ｆ１により、バルブ２、コッタ３、皿
バネ６、及びスプリングシート５は一体化されており、バルブ２の一端部を図示しないカムが作用したロッカーアームにより押されると、図４の（ａ）に示すように、開閉運動を行う。
【００４４】
一方、図４の（ｂ）に示すように、エンジンの高速回転などにより、バルブ２の開閉運動に、バルブスプリング４の動作が追いつかないサージング現象が発生し、スプリングシート５がコッタ３の下方に位置しても、その位置が、皿バネ６のたわみΔｄの範囲内であれば、バルブ２、コッタ３、皿バネ６、及びスプリングシート５の一体化は解かれること無く、開閉運動を行うことができる。
【００４５】
また、図５に示すように、サージング現象が発生し、スプリングシート５がコッタ３の下方に大きく外れて位置し、スプリングシート５と皿バネ６の嵌合が外れた後に、スプリングシート５と皿バネ６が再度接触した場合で、スプリングシート５のテーパー状の内周面５ａと、皿バネ６のテーパー状の外周面６ｂが合わないときなどに、バルブ２は、皿バネ６のたわみΔｄ分で開閉運動を行うことができる。つまり、この動弁機構１は、図５のような予期せぬ事態に対する、たわみΔｄ分のフェールセーフが働く機構となっている。
【００４６】
次に、本発明に係る第二の実施の形態の内燃機関の動弁機構について、図６を参照しながら説明する。この動弁機構２０は、第一の実施の形態の構成に加えて、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、スプリングシート５と皿バネ６が分離しないように、皿バネ６に舌部（分離防止部材）２１を備えて構成される。
【００４７】
この舌部２１は、皿バネ６の底部に設けられ、皿バネ６が反った状態になった場合に、スプリングシート５から皿バネ６が分離しないように、スプリングシート５の内周面５ａよりも外側に突出するように構成される。また、この舌部２１は、皿バネ６の外周の全周に渡って配置されるように中央部に孔を有する円形状に形成される。
【００４８】
なお、この舌部２１は上記の構成に限定されずに、例えば、皿バネ６の外周に部分的に配置されるように、板状に形成され、皿バネ６の中心から放射状に配置されるものでもよい。
【００４９】
この舌部２１が取りつけられた皿バネ６は、図６の（ａ）に示すように、皿バネ６を縮ませることで、スプリングシート５に組み付けることができる。
【００５０】
この構成によれば、通常の開閉運動時は、図６の（ｂ）に示すように、皿バネ６が平たい状態になった場合に、舌部２１がスプリングシート５の底部と接触して、皿バネ６がスプリングシート５からｘ方向に離れてしまうことを防止することができる。なお、スプリングシート５のテーパー状の内周面５ａと皿バネ６のテーパー状の外周面６ｂとが嵌合しているため、ｘ方向の逆方向には離れることはない。
【００５１】
また、サージング現象が発生した場合に、皿バネ６がスプリングシート５からｘ方向に離れようとしても、舌部２１がスプリングシート５の底部に引っ掛かるので、皿バネ６がスプリングシート５からｘ方向に離れてしまうことを防止することができる。
【００５２】
次に、本発明に係る第三の実施の形態の内燃機関の動弁機構について、図７を参照しながら説明する。この動弁機構３０は、第一の実施の形態の構成に加えて、コッタ３の外周面３ｂと皿バネ６の内周面６ａを、コッタ３と皿バネ６が離間しないように固定する離間防止構造３１として構成される。
【００５３】
コッタ３の外周面３ｂと皿バネ６の内周面６ａを固定する構成は、特に限定されないが
、この実施の形態では、コッタ３の外周面３ｂに雄ねじ部３２を、皿バネ６の内周面６ａに雌ねじ部３３をそれぞれ備え、組み付け時に皿バネ６を回転させて、雄ねじ部３２と雌ねじ部３３を螺合することにより、コッタ３の外周面３ｂと皿バネ６の内周面６ａを固定した。
【００５４】
なお、コッタ３の外周面３ｂに雌ねじ部を、皿バネ６の内周面６ａに雄ねじ部を設けてもよい。
【００５５】
この構成によれば、コッタ３の外周面３ｂと皿バネ６の内周面６ａが固定されているので、コッタ３が皿バネ６から離れることが無くなる。これにより、バルブ２とコッタ３の係合が解かれることが無いため、コッタ３の脱落による、バルブ２の脱落を防止することができる。
【００５６】
なお、第二の実施の形態の動弁機構２０の構成に、第三の実施の形態の構成を加えて、コッタ３と皿バネ６との係合と、皿バネ６とスプリングシート５の嵌合をそれぞれ維持するように構成してもよい。
【００５７】
また、コッタ３に、例えば、特開２０１２−３１７４３号公報などで公知の技術となっている環状又はＣ状のリングを取り付ける構成としてもよい。加えて、本発明は、バルブスプリング４を複数備えた動弁機構にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の内燃機関の動弁機構は、抜止部材とバネ受部材の間に皿バネを設けることで、皿バネの弾性力が効果を及ぼす範囲内では、抜止部材がバルブの軸の端部から脱落しないように、抜止部材に押圧力を加えることができると共に、バルブの動作にバルブスプリングの動作が追いつかないサージング現象が発生しても、皿バネの弾性力が効果を及ぼす範囲内では、バルブと抜止部材がその範囲内で移動可能に構成されているため、抜止部材がバネ受部材から分離することを防止することができるので、特にトラックなどの大型車両のエンジンの動弁機構に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１、２０、３０、１Ｘ  内燃機関の動弁機構
２  バルブ
３  コッタ（抜止部材）
４  バルブスプリング
５  スプリングシート（バネ受部材）
６  皿バネ
２１  舌部（分離防止部材）
３１  離間防止構造
【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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