(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタと選択還元型触媒との近接配置を実現して従来以上のコンパクト化と保温性能の向上を図り得るようにした排気浄化装置を提供する。【解決手段】パティキュレートフィルタ３と、その下流側に備えられて酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応せしめる選択還元型触媒４とをケーシング５，６により抱持して夫々の入側同士が同じ方向を向くように並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側から排出された排気ガス１を逆向きに折り返して隣の選択還元型触媒４の入側に導入する連絡流路１１を備え、該連絡流路１１の上流側で尿素水（還元剤）を添加し得るように構成した排気浄化装置に関し、前記連絡流路１１を前記パティキュレートフィルタ３の出側から前記選択還元型触媒４の軸心を超える位置まで回り込ませてから該選択還元型触媒４の入側に接続するように形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パティキュレートフィルタと、その下流側に備えられて酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応せしめる選択還元型触媒とをケーシングにより抱持して夫々の入側同士が同じ方向を向くように並列に配置し、パティキュレートフィルタの出側から排出された排気ガスを逆向きに折り返して隣の選択還元型触媒の入側に導入する連絡流路を備え、該連絡流路の上流側で還元剤を添加し得るように構成した排気浄化装置であって、前記連絡流路を前記パティキュレートフィルタの出側から前記選択還元型触媒の軸心を超える位置まで回り込ませてから該選択還元型触媒の入側に接続するように形成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
連絡流路を還元剤の添加位置より下流で複数の屈曲部を介し隣の選択還元型触媒の入側に向けて段階的に折り返す一方、少なくとも最上流の屈曲部を前記パティキュレートフィルタの軸心方向から見て折れ曲がり角度を有するように形成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
連絡流路をパティキュレートフィルタの出側から選択還元型触媒の下方を潜らせて該選択還元型触媒の軸心を超える位置まで回り込ませ且つ前記選択還元型触媒の下側部分に沿うように該選択還元型触媒の入側へ向け延在させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えると共に、該パティキュレートフィルタの下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え、該選択還元型触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に還元剤として尿素水を添加してパティキュレートとＮＯxの同時低減を図ることが提案されている。
【０００３】
この場合、選択還元型触媒への尿素水の添加は、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間で行われることになるため、排気ガス中に添加された尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解されるまでの十分な反応時間を確保しようとすれば、尿素水の添加位置から選択還元型触媒までの距離を長くする必要があるが、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを十分な距離を隔てて離間配置させてしまうと、車両への搭載性が著しく損なわれてしまう。
【０００４】
このため、図４〜図６に示す如きコンパクトな排気浄化装置（下記の特許文献１を参照）が既に提案されており、ここに図示している排気浄化装置では、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ３と、該パティキュレートフィルタ３の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側と選択還元型触媒４の入側との間をＳ字構造の連絡流路７により接続し、パティキュレートフィルタ３の出側から排出された排気ガス１が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒４の入側に導入されるようになっている。
【０００５】
ここで、前記連絡流路７は、パティキュレートフィルタ３の出側の端面を包囲し且つ該端面から出た直後の排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室７Ａと、該ガス集合室７Ａで集められた排気ガス１をパティキュレートフィルタ３の排気流れと逆向きに抜き出す連通管７Ｂと、該連通管７Ｂにより導かれた排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス１を選択還元型触媒４の入側に導入し得るよう該入側を包囲するガス分散室７ＣとによりＳ字構造を成すように構成されており、前記連通管７Ｂの入側端部の中心位置には、該連通管７Ｂ内に尿素水を添加するためのインジェクタ８が前記連通管７Ｂの出側へ向けて装備されている。
【０００６】
尚、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒９が装備されており、また、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１０が装備されている。
【０００７】
そして、このような構成を採用すれば、パティキュレートフィルタ３により排気ガス１中のパティキュレートが捕集されると共に、その下流側の連通管７Ｂにおける入側端部でインジェクタ８から尿素水が排気ガス１中に添加されてアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒４上で排気ガス１中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化される結果、排気ガス１中のパティキュレートとＮＯxの同時低減が図られることになる。
【０００８】
この際、パティキュレートフィルタ３の出側から排出された排気ガス１が連絡流路７により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒４の入側に導入されるようになっているので、尿素水の添加位置から選択還元型触媒４までの距離が長くなり、尿素水からアンモニアが生成されるのに必要な反応時間が長く確保されることになる。
【０００９】
しかも、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との間に沿うように連絡流路７が配置されているので、その全体構成がコンパクトなものとなって車両への搭載性が大幅に向上されることになる。
【００１０】
尚、前記連通管７Ｂの入側端部には、ガス集合室７Ａからの排気ガス１が接線方向から導入されて旋回流（スワール）が形成されるようになっており、この旋回流の中心にインジェクタ８から尿素水の添加が成されるようにしてある。
【００１１】
即ち、尿素水からアンモニアへの転化を更に効率良く進めるにあたっては、尿素水の気化を積極的に促進してアンモニア生成の実質的な化学反応を進める必要があるので、排気ガス１に旋回流を与えて該旋回流の中心にインジェクタ８から尿素水の添加を行い、該尿素水と連通管７Ｂの内周面とを効率良く接触させて、該連通管７Ｂの内周面からの受熱により尿素水の気化を促すようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１５−４８７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、斯かる従来装置にあっては、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との間にＳ字構造の連絡流路７が介在することでパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との近接配置が妨げられ、これにより排気浄化装置全体の幅寸法が大きくなって更なるコンパクト化の余地が失われてしまっており、しかも、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とが離間して配置されていることで夫々の大気中への放熱量が増えて保温性能が損なわれているという事実が本発明者らにより見いだされた。
【００１４】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒との近接配置を実現して従来以上のコンパクト化と保温性能の向上を図り得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、パティキュレートフィルタと、その下流側に備えられて酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応せしめる選択還元型触媒とをケーシングにより抱持して夫々の入側同士が同じ方向を向くように並列に配置し、パティキュレートフィルタの出側から排出された排気ガスを逆向きに折り返して隣の選択還元型触媒の入側に導入する連絡流路を備え、該連絡流路の上流側で還元剤を添加し得るように構成した排気浄化装置であって、前記連絡流路を前記パティキュレートフィルタの出側から前記選択還元型触媒の軸心を超える位置まで回り込ませてから該選択還元型触媒の入側に接続するように形成したことを特徴とするものである。
【００１６】
而して、このようにすれば、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間に連絡流路が介在しなくなるので、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを近接配置することが可能となり、これにより排気浄化装置全体の幅寸法が縮小されて従来以上のコンパクト化が図られる一方、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とが互いに熱源となって加温し合うことで保温性能の向上も図られる。
【００１７】
しかも、パティキュレートフィルタの出側と選択還元型触媒の入側との間をＳ字構造の連絡流路により接続していた従来構造と比較して、連絡流路をパティキュレートフィルタの出側から選択還元型触媒の軸心を超える位置まで回り込ませるようにした分だけ長くすることが可能となり、これにより還元剤の気化反応時間が長く確保されて気化効率の向上が図られる。
【００１８】
更に、本発明においては、連絡流路を還元剤の添加位置より下流で複数の屈曲部を介し隣の選択還元型触媒の入側に向けて段階的に折り返す一方、少なくとも最上流の屈曲部を前記パティキュレートフィルタの軸心方向から見て折れ曲がり角度を有するように形成することが好ましい。
【００１９】
このようにすれば、還元剤を添加された排気ガスの流れが複数の屈曲部で連続的に曲げられて連絡流路の内周面に繰り返し衝突することになり、これにより前記連絡流路の内周面に対する還元剤の接触頻度が高められて受熱の機会が増える一方、少なくとも最上流の屈曲部で排気ガスの流れが斜流を成すように曲げられて旋回流が形成されることになる。
【００２０】
ここで、前記旋回流の形成につき補足説明しておくと、仮に全ての屈曲部がパティキュレートフィルタの軸心方向から見て折れ曲がり角度を持たずに同一平面上を隣の選択還元型触媒の入側に向けて段階的に折り返すようになっていたならば、排気ガスの流れが折り返しの曲がり方向外側に偏りながらも連絡流路の長手方向に沿って流れるだけである。
【００２１】
しかしながら、最上流の屈曲部が前記パティキュレートフィルタの軸心方向から見ても折れ曲がり角度を有するように形成されていると、前記同一平面に対し傾斜角を有して排気ガスの流れが案内されるので、前記折り返しの曲がり方向外側を流れる排気ガスの主流の向きが連絡流路の長手方向に対し斜流を成し、この斜流が連絡流路の内周面を螺旋状に流れて旋回流が形成されることになる。
【００２２】
また、最上流の屈曲部に続く下流側の二段目以降の屈曲部についても、最上流の屈曲部の如きパティキュレートフィルタの軸心方向から見て折れ曲がり角度を有するように形成することができるが、そのようにする場合には、各屈曲部の夫々がパティキュレートフィルタの軸心方向から見て同じ向きに折れ曲がるようにして旋回流の形成を互いに阻害し合わないようにする必要があることは勿論である。
【００２３】
尚、連絡流路を還元剤の添加位置より下流で屈曲部を介し隣の選択還元型触媒の入側に向けて段階的に折り返すにあたり、前記連絡流路がパティキュレートフィルタの出側から選択還元型触媒の軸心を超える位置まで回り込まされているので、各屈曲部における曲げが緩やかになって圧力損失の低減が図られる。
【００２４】
また、本発明においては、連絡流路をパティキュレートフィルタの出側から選択還元型触媒の下方を潜らせて該選択還元型触媒の軸心を超える位置まで回り込ませ且つ前記選択還元型触媒の下側部分に沿うように該選択還元型触媒の入側へ向け延在させることが好ましく、このようにすれば、連絡流路から立ち上る熱気により選択還元型触媒を加温して該選択還元型触媒の更なる保温性能の向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２６】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒との近接配置を実現して従来以上のコンパクト化と保温性能の向上を図ることができるので、排気浄化装置としての車両等への搭載性を向上することができると共に、選択還元型触媒の放熱による触媒活性の低下を防いで反応効率を良好に維持することができる。
【００２７】
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、連絡流路をパティキュレートフィルタの出側から選択還元型触媒の軸心を超える位置まで回り込ませるようにした分だけ長くすることができるので、還元剤の気化効率を向上することができて尿素水のアンモニアへの転化や燃料のＨＣガスへの転化を早期に実現することができ、選択還元型触媒の触媒性能を十分に引き出して高い排気浄化効果を得ることができる。
【００２８】
（ＩＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、還元剤を添加された排気ガスの流れを複数の屈曲部で連続的に曲げることで連絡流路の内周面に繰り返し衝突させて受熱の機会を増やし、少なくとも最上流の屈曲部で排気ガスの流れを斜流を成すように曲げて旋回流を形成させることができるので、還元剤の気化効率の更なる向上を図ることができる。
【００２９】
（ＩＶ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、連絡流路から立ち上る熱気により選択還元型触媒を加温して該選択還元型触媒の更なる保温性能の向上を図ることができ、選択還元型触媒の放熱による触媒活性の低下を更に確実に防いで反応効率を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の排気浄化装置の上面図である。
【図３】図１の排気浄化装置の後面図である。
【図４】従来例を示す斜視図である。
【図５】図４の排気浄化装置の上面図である。
【図６】図４の排気浄化装置の後面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３２】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、前述した図４〜図６のものと略同様に構成した排気浄化装置となっており、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ３と、該パティキュレートフィルタ３の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側から排出された排気ガス１を逆向きに折り返して隣の選択還元型触媒４の入側に導入する連絡流路１１を備えているが、この連絡流路１１が前記パティキュレートフィルタ３の出側から前記選択還元型触媒４の下方を潜って軸心Ｐ（図２及び図３参照）を超える位置まで回り込んでから前記選択還元型触媒４の入側に接続されるように形成されている。
【００３３】
ここで、前記連絡流路１１は、パティキュレートフィルタ３の出側の端面を包囲し且つ該端面から出た排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室１１Ａと、該ガス集合室１１Ａで集められた排気ガス１を排気出口１２から抜き出して前記選択還元型触媒４の入側へ導く連通管１１Ｂと、該連通管１１Ｂにより導かれた排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス１を選択還元型触媒４の入側に導入し得るよう該入側を包囲するガス分散室１１Ｃとにより構成されており、前記ガス集合室１１Ａの排気出口１２が、前記選択還元型触媒４側へ向け斜め下方に開口するようになっており、この排気出口１２と対峙する前記ガス集合室１１Ａの斜め上方位置に、前記排気出口１２に向けて尿素水（還元剤）を噴射し得るようインジェクタ８が傾斜配置されている。尚、ガス集合室１１Ａにおけるインジェクタ８の熱負荷が厳しい場合には、連通管１１Ｂの上流側にインジェクタ８を移設することも可能である。
【００３４】
そして、前記ガス集合室１１Ａの排気出口１２に繋がる連通管１１Ｂは、最上流に配置される一段目の屈曲部ｘと、一段目の屈曲部ｘより下流側に配置される二段目の屈曲部ｙとを介し隣の選択還元型触媒４の入側に向けて段階的に折り返されるようなっており、しかも、一段目の屈曲部ｘが前記パティキュレートフィルタ３の軸心方向から見て折れ曲がり角度を有するように形成されている（図３参照）。
【００３５】
より具体的には、一段目の屈曲部ｘが、排気出口１２の向けられた斜め下方へ僅かに下がってから選択還元型触媒４の入側へ向け鈍角を成して斜めに折り返され且つ緩やかな上り勾配で斜め上方へも延びており、二段目の屈曲部ｙは、一段目の屈曲部ｘを経て導かれた連通管１１Ｂをパティキュレートフィルタ３の軸心方向に沿う方向を向くように折り曲げられている。また、一段目の屈曲部ｘ以降の部分は、前記選択還元型触媒４の下側部分に沿うように該選択還元型触媒４の入側へ向け延在し、ガス分散室１１Ｃに接続されるようになっている。
【００３６】
尚、本形態例においても、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒９が装備されており、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１０が装備されている。
【００３７】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との間に連絡流路１１が介在しなくなるので、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とを近接配置することが可能となり、これにより排気浄化装置全体の幅寸法が縮小されて従来以上のコンパクト化が図られる一方、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とが互いに熱源となって加温し合うことで保温性能の向上も図られる。
【００３８】
しかも、パティキュレートフィルタ３の出側と選択還元型触媒４の入側との間をＳ字構造の連絡流路１１により接続していた従来構造と比較して、連絡流路１１をパティキュレートフィルタ３の出側から選択還元型触媒４の軸心を超える位置まで回り込ませるようにした分だけ長くすることが可能となり、これにより尿素水の気化反応時間が長く確保されて気化効率の向上が図られる。
【００３９】
更に、本形態例においては、連絡流路１１を尿素水の添加位置より下流で二つの屈曲部ｘ，ｙを介し隣の選択還元型触媒４の入側に向けて段階的に折り返す一方、一段目の屈曲部ｘを前記パティキュレートフィルタ３の軸心方向から見て折れ曲がり角度を有するように形成しているので、尿素水を添加された排気ガス１の流れが二つの屈曲部ｘ，ｙで連続的に曲げられて連絡流路１１の内周面に繰り返し衝突することになり、これにより前記連絡流路１１の内周面に対する尿素水の接触頻度が高められて受熱の機会が増える一方、一段目の屈曲部ｘで排気ガス１の流れが斜流を成すように曲げられて旋回流が形成されることになる。
【００４０】
ここで、前記旋回流の形成につき補足説明しておくと、仮に全ての屈曲部ｘ，ｙがパティキュレートフィルタ３の軸心方向から見て折れ曲がり角度を持たずに同一平面上を隣の選択還元型触媒４の入側に向けて段階的に折り返すようになっていたならば、排気ガス１の流れが折り返しの曲がり方向外側に偏りながらも連絡流路１１の長手方向に沿って流れるだけであるが、一段目の屈曲部ｘが前記パティキュレートフィルタ３の軸心方向から見ても折れ曲がり角度を有するように形成されていると、前記同一平面に対し傾斜角を有して排気ガス１の流れが案内されるので、前記折り返しの曲がり方向外側を流れる排気ガス１の主流の向きが連絡流路１１の長手方向に対し斜流を成し、この斜流が連絡流路１１の内周面を螺旋状に流れて旋回流が形成されることになる。
【００４１】
また、図１〜図３に示している例では、ガス集合室１１Ａの排気出口１２に繋がる連通管１１Ｂを二箇所の屈曲部ｘ，ｙを介し隣の選択還元型触媒４の入側に向けて段階的に折り返すようにしているが、三箇所以上の屈曲部を形成して折り返すようにしても良く、そのようにした場合には、二段目以降の屈曲部についても、一段目の如きパティキュレートフィルタ３の軸心方向から見て折れ曲がり角度を有するように形成することができるが、屈曲部の夫々がパティキュレートフィルタ３の軸心方向から見て同じ向きに折れ曲がるようにして旋回流の形成を互いに阻害し合わないようにする必要がある。
【００４２】
尚、連絡流路１１を尿素水の添加位置より下流で屈曲部ｘ，ｙを介し隣の選択還元型触媒４の入側に向けて段階的に折り返すにあたり、本形態例においては、前記連絡流路１１がパティキュレートフィルタ３の出側から選択還元型触媒４の軸心Ｐを超える位置まで回り込まされているので、各屈曲部ｘ，ｙにおける曲げが緩やかになって圧力損失の低減が図られることになる。
【００４３】
また、本形態例においては、連絡流路１１をパティキュレートフィルタ３の出側から選択還元型触媒４の下方を潜らせて該選択還元型触媒４の軸心Ｐを超える位置まで回り込ませ且つ前記選択還元型触媒４の下側部分に沿うように該選択還元型触媒４の入側へ向け延在させているので、連絡流路１１から立ち上る熱気により選択還元型触媒４を加温して該選択還元型触媒４の更なる保温性能の向上を図ることが可能となる。
【００４４】
従って、上記形態例によれば、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との近接配置を実現して従来以上のコンパクト化と保温性能の向上を図ることができるので、排気浄化装置としての車両等への搭載性を向上することができると共に、選択還元型触媒４の放熱による触媒活性の低下を防いで反応効率を良好に維持することができる。
【００４５】
また、連絡流路１１をパティキュレートフィルタ３の出側から選択還元型触媒４の軸心Ｐを超える位置まで回り込ませるようにした分だけ長くすることができるので、尿素水の気化効率を向上することができて尿素水のアンモニアへの転化を早期に実現することができ、選択還元型触媒４の触媒性能を十分に引き出して高い排気浄化効果を得ることができる。
【００４６】
更に、尿素水を添加された排気ガス１の流れを二つの屈曲部ｘ，ｙで連続的に曲げることで連絡流路１１の内周面に繰り返し衝突させて受熱の機会を増やし、一段目の屈曲部ｘで排気ガス１の流れを斜流を成すように曲げて旋回流を形成させることができるので、尿素水の気化効率の更なる向上を図ることができる。
【００４７】
また、連絡流路１１から立ち上る熱気により選択還元型触媒４を加温して該選択還元型触媒４の更なる保温性能の向上を図ることができ、選択還元型触媒４の放熱による触媒活性の低下を更に確実に防いで反応効率を良好に維持することができる。
【００４８】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図１〜図３を用いた形態例の説明では、還元剤が尿素水である場合について説明しているが、選択還元型触媒が、酸素共存下でも選択的にＮＯxをＨＣガスと反応せしめる性質を備えたものである場合には、還元剤が燃料であっても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４９】
１      排気ガス
３      パティキュレートフィルタ
４      選択還元型触媒
５      ケーシング
６      ケーシング
８      インジェクタ
１１    連絡流路
Ｐ      軸心
ｘ      屈曲部
ｙ      屈曲部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018184894.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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