(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス状の媒体と空気との混合、並びに、吸引流における、吹込みによって生じる乱流の除去がなされるように、注入する空気量またはガス量が、流入流路の周面に亘って、コンプレッサに均等に分配される構造を提供する。【解決手段】シリンダ状の消音器は、ターボチャージャのコンプレッサの流入流路に接続するための空気出口開口部５４と、空気出口開口部に延び、且つ径方向から軸方向への少なくとも一つの転向を実現する流路と、を有している。コンプレッサ・ハウジング用補助的手段４０は、環状のキャビティ４３と、ガス状の媒体のための、キャビティに通じる外部供給管４４と、を有している。消音器の、端面側のハウジング壁５１の領域には、複数の吹込み開口部５５が設けられていて、これらの吹込み開口部は、軸方向に向けられていて、環状のキャビティ４３を、消音器の流路に接続する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
消音器と排気ガス・ターボチャージャのコンプレッサ・ハウジングとの間に設けられるコンプレッサ・ハウジング用補助的手段（４０）であって、
排気ガス・ターボチャージャのコンプレッサの流入流路が通る中心孔（４２）と、
この中心孔を囲繞する環状のキャビティ（４３）と、
ガス状の媒体を前記キャビティ（４３）に供給するための、前記キャビティに通じる少なくとも一つの外部供給管（４４）と、
前記ガス状の媒体を前記キャビティ（４３）から排出するための少なくとも一つの排出開口部（４１）と、
を備えたコンプレッサ・ハウジング用補助的手段において、
前記少なくとも一つの排出開口部（４１）が、軸方向に向けられていて、且つ、前記コンプレッサ・ハウジング用補助的手段（４０）の、前記消音器が取り付けられる側に設けられていること、を特徴とするコンプレッサ・ハウジング用補助的手段。
【請求項２】
前記環状のキャビティ（４３）の周面に沿って設けられ、且つこの環状のキャビティ（４３）に通ずる、種々のガス状の媒体を前記環状のキャビティ（４３）に供給するための複数の外側供給管（４４）を有する、請求項１に記載のコンプレッサ・ハウジング用補助的手段。
【請求項３】
前記環状のキャビティ（４３）には、前記少なくとも一つの外部供給管（４４）と前記少なくとも一つの排出開口部（４１）との間に、ダイアフラム（４５）が設けられていて、このダイアフラムは、前記環状のキャビティを二つの環状の部分キャビティ（４３’，４３’’）に区分し、これらの二つの部分キャビティ（４３’，４３’’）は、少なくとも一つの貫流開口部（４６）によって互いに接続されている、請求項１に記載のコンプレッサ・ハウジング用補助的手段。
【請求項４】
前記ダイアフラム（４５）は、円板状に形成されている、請求項３に記載のコンプレッサ・ハウジング用補助的手段。
【請求項５】
前記円板状のダイアフラム（４５）は、このダイアフラムが、組立の際に、軸方向に、前記吹込み開口部（４１）を通って前記キャビティ（４３）に挿入されることが可能である程度の寸法を有する、請求項４に記載のコンプレッサ・ハウジング用補助的手段。
【請求項６】
少なくとも一つの貫流開口部（４６）が前記ダイアフラム（４５）によって区画されていて、この貫流開口部は、環状にまたは部分的に環状に形成されている、請求項３に記載のコンプレッサ・ハウジング用補助的手段。
【請求項７】
複数の貫流開口部（４６）が、前記ダイアフラムに形成されていて、前記周面に沿って、前記二つの環状の部分キャビティ（４３’，４３’’）の間に設けられている、請求項３に記載のコンプレッサ・ハウジング用補助的手段。
【請求項８】
排気ガス・ターボチャージャのコンプレッサ・ハウジングに取り付けるために設けられている消音装置であって、
この消音装置は、シリンダ状の消音器（５０）と、請求項１から７の何れか１項に記載のコンプレッサ・ハウジング用補助的手段（４０）と、を有し、
前記消音器は、排気ガス・ターボチャージャの前記コンプレッサの流入流路に接続するための、中心の、軸方向に向いた空気出口開口部（５４）と、前記中心の空気出口開口部に延び、且つ前記径方向から軸方向への少なくとも一つの転向を実現する流路と、を有し、
端面側のハウジング壁（５１）の領域には、少なくとも一つの吹込み開口部（５５）が設けられていて、この吹込み開口部は、前記環状のキャビティ（４３）を前記消音器の前記流路に接続し、前記ガス状の媒体を前記キャビティ（４３）から前記消音器の前記流路へ吹き込むために設けられていること、
を特徴とする消音装置。
【請求項９】
前記消音器の、前記端面側のハウジング壁（５１）には、複数の緩衝要素（５２）を保持するための複数の溝（５６）が形成されていて、前記ガス状の媒体を前記キャビティ（４３）から前記消音器の前記流路に吹き込むための各々の吹込み開口部（５５）が、二つの溝（５６）の間で、前記消音器の前記端面側のハウジング壁（５１）に形成されている、請求項８に記載の消音装置。
【請求項１０】
コンプレッサ・ハウジング（１２）を備えたコンプレッサ（１０）と、タービン（２０）と、前記コンプレッサの前記コンプレッサ・ハウジング（１２）に取り付けられている請求項８に記載の消音装置とを有する排気ガス・ターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給される内燃機関のための排気ガス・ターボチャージャの分野に関する。
【０００２】
本発明は、消音器と、排気ガス・ターボチャージャのコンプレッサ・ハウジングとの間に設けられたコンプレッサ・ハウジング用補助的手段（以下、ハウジング用補助的手段とも呼ぶ）に関する。このコンプレッサ・ハウジング用補助的手段によって、ガス状の媒体を、排気ガス・ターボチャージャのコンプレッサの流入流路（Anstroemkanal）に吹き込むことが可能である。本発明は、更に、このようなコンプレッサ・ハウジング用補助的手段を有する消音装置、及び、このようなコンプレッサ・ハウジング用補助的手段を有する消音装置を備えた排気ガス・ターボチャージャに係る。
【背景技術】
【０００３】
内燃機関の出力を増大させるために、今日では、標準的に、内燃機関の燃焼室に燃焼工程のための空気を供給するコンプレッサと、内燃機関の排気ガス流（Abgastrakt）に設けられた排気ガスタービンとからなる排気ガス・ターボチャージャが用いられている。内燃機関の過給によって、燃焼室（シリンダ）における空気量及び燃料量が増大され、このことから、内燃機関のための著しい出力増大が得られる。この目的のために用いられる排気ガス・ターボチャージャは、標準的に、コンプレッサ・ホイール、タービン・ホイール及び軸受からなるロータと、流れを送るハウジング部分（コンプレッサ・ハウジング、タービン・ハウジング）と、軸受ハウジングとから構成されている。
【０００４】
エンジンの型または用途に応じて、圧縮される空気には、追加的に、ガス状の媒体、例えば、既に圧縮された空気、いわゆるコンプレッサ・バイパス空気または空気・燃料混合物またはガス状の燃料、あるいは、例えばガスエンジンのクランク室のガス抜きから生じるガスを供給することが可能である。
【０００５】
コンプレッサの運転が、局所的に変化する流速、またはコンプレッサ・ホイールの回転ブレードの望ましくない作動を引き起こすことがある乱流によって、あるいは、熱層（thermische Schichtungen）によって、流れの中で妨害されることがないように、ガス状の媒体の供給は、環状の吹込み開口部を介して、及びコンプレッサ・ホイールの入口から大きな間隔をあけて、行われなければならない。注入する空気量またはガス量が、流入流路の周面に亘って、コンプレッサに均等に分配されるように、環状の吹込み開口部の後方に、空気またはガスを収集し且つ分配するための環状のキャビティを有する環状室が設けられることは、好ましい。
【０００６】
図１は、ガス状の媒体を、圧縮される空気の流路に供給するための、追加のハウジングに設けられた吹込み開口部を有する、排気ガス・ターボチャージャのコンプレッサを略示している。吹込み開口部と、コンプレッサ・ホイール入口との必要な間隔を維持するために、コンプレッサ・ハウジング用補助的手段と、コンプレッサ・ハウジングとの間には、補正要素および／またはスペーサが設けられている。補正要素および／またはスペーサによって、コンプレッサ・ハウジング用補助的手段が、コンプレッサ・ハウジングに取り付けられている。圧縮される空気の供給は、空気取入口を介して、あるいは、図示されていないが、コンプレッサ・ハウジング用補助的手段に直接接続された消音器を介してなされる。ガス状の媒体のこのような供給は、ＴＰＳ４４−６１型のＡＢＢ社製ターボチャージャから知られている。
【０００７】
排気ガス・ターボチャージャのための消音器は、例えば、特許文献１から公知である。複数の緩衝要素は、互いに間隔をあけて、消音器に設けられている。それ故に、圧縮される空気は、複数の緩衝要素の間を通って吸引されることが可能である。これらの緩衝要素は、例えば、吸収要素に形および／または支持を与える緩衝プレートからなる。消音器の周面には、粗目フィルタとして用いられる環状の多孔プレートが設けられている。このような消音器は、排気ガス・ターボチャージャのコンプレッサ・ハウジングに直接取り付けられていても良い。それ故に、空気は、消音器からの流出後に、コンプレッサの吸引領域へ直接送られる。この場合、排気ガス・ターボチャージャ及び消音器からなるユニットの振動挙動にとっては、消音器が、コンプレッサ・ハウジングに可能な限りコンパクトに接触していて、且つ、コンプレッサハウジンが軸方向に可能な限り余り突き出ていないことが重要である。
【０００８】
消音器が、直接排気ガス・ターボチャージャに装着されている際に、コンプレッサの手前に、追加的に、ガス状の媒体が吹き込まれることが意図されるとき、空気ガス・ターボチャージャ及び消音器からなるユニットの振動挙動、及びコンプレッサの流れ特性から来る複数の要求が、互いに相反的に対立している。
【特許文献１】独国特許第ＤＥ  １９５１４９９０号公報
【発明の概要】
【０００９】
従って、本発明の課題は、消音器と、排気ガス・ターボチャージャのコンプレッサ・ハウジングとの間に設けられることが可能であり、且つ、コンパクトな構造にも拘わらず、コンプレッサの手前で、コンプレッサの流れ特性を損なうことなく、追加の、ガス状の媒体の、流路への供給を可能にするコンプレッサ・ハウジング用補助的手段を提供することである。
【００１０】
本発明では、上記課題は、コンプレッサの吸引領域に設けられた消音器と、コンプレッサ・ハウジングとの間に設けられたコンプレッサ・ハウジング用補助的手段が、当該ハウジング用補助用手段が、吸引領域における流れの、径方向から軸方向への転向の前に、流路への吹込むことを可能にするように、形成されていることによって、解決される。この場合、吹込みは、シリンダ状の消音器の、コンプレッサ側の端面の領域でなされる。消音器の、端面側のハウジング壁には、複数の吹込み開口部が形成されている。これらの吹込み開口部は、ハウジング用補助的手段の内部に形成された環状のキャビティを、消音器の内部に形成された流路に接続する。
【００１１】
消音器の中心孔から流出する際の流れの転向の前に、ガス状の媒体を圧縮される空気に吹き込むことによって、正しくこの転向の際に、ガス状の媒体と空気との混合、並びに、吸引流における、吹込みによって生じる乱流の除去が、なされる
ハウジング用補助的手段は、排気ガス・ターボチャージャのシャフトに対して同軸に設けられた環状のキャビティに追加して、ガス状の媒体をキャビティに供給するための少なくとも一つの供給管を有している。キャビティは、消音器に向いた側に、排出開口部を有している。この排出開口部を通って、ガス状の媒体を、消音器のハウジング壁に形成された複数の吹込み開口部へ、及び消音器に形成された流路へ送ることが可能である。
【００１２】
オプションとして、キャビティには、ダイアフラム（Blende）が設けられている。このダイアフラムは、キャビティを、二つの部分キャビティに区分する。これらの部分キャビティは、貫流開口部を介して、互いに接続されている。この区分は、キャビティの周面に沿った、ガス状の媒体の、改善された分配を引き起こす。それ故に、ガス状の媒体を、複数の吹き込み開口部によって、均等に分配された状態で、消音器における流れに供給することが可能である。オプションとして、ダイアフラムは、ディスク状であり、このダイアフラムが、軸方向に、複数の吹込み開口部を通ってキャビティに挿入されることが可能である程度の寸法を有している。
【００１３】
他の利点は、独立請求項から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の技術に基づく排気ガス・ターボチャージャを示す。この排気ガス・ターボチャージャは、ガス状の媒体を、コンプレッサの吸引領域の上流で、ガス状の媒体を流路へ吹き込むための装置を有している。この装置は、補正要素によって、コンプレッサ・ハウジングから間隔をあけて設けられている。
【図２】消音器ハウジング及びコンプレッサ・ハウジング、並びに両者の間に設けられた、本発明に係るコンプレッサ・ハウジング用補助的手段を示す。
【図３】組み込まれていない状態にある、図２に示したコンプレッサ・ハウジング用補助的手段を示す。
【図４】図２に示した装置の等角投影図を示す。消音器及びコンプレッサ・ハウジング用補助的手段は、内部を見ることを可能にするために、部分的に切り開かれている。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、ガス状の媒体を排気ガス・ターボチャージャのコンプレッサの流入流路へ吹き込むための、本発明に係る吹込み装置の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は、ラジアル・コンプレッサ及びラジアル・タービンを有する、従来の技術に基づく排気ガス・ターボチャージャを示す。タービン・ホイール２１は、シャフト３１に取り付けられていて、あるいはシャフトと一体的に設計されている。タービン・ハウジング２２は、タービン・ホイールを囲繞し、複数の流路を区画する。これらの流路は、高温ガスを、内燃機関からタービン・ホイールを通って排出システムへ送る。コンプレッサ・ホイール１１も、同様にシャフト３１に取り付けられている。コンプレッサ・ハウジング１２は、コンプレッサ・ホイールを囲繞し、複数の流路を区画する。これらの流路は、内燃機関用の空気を、コンプレッサ・ホイールを介して、燃焼室へ送る。圧縮される空気は、消音器および／または空気取入口を介して、コンプレッサに供給される。消音器は、通常、コンプレッサ・ハウジングに直接装着されていて、且つコンプレッサ・ハウジングに動かないようにネジで接続されている。
【００１７】
図示された実施の形態では、コンプレッサの吸引流域の上流には、ハウジング用補助的手段４０が設けられている。ハウジング用補助的手段によって、圧縮される空気の主流（図では、白い矢で示されている）に、追加のガス状の媒体（図では、黒く塗りつぶされた矢で示されている）を供給することが可能である。この目的のために、ハウジング用補助的手段４０は、環状のキャビティ４３を有している。キャビティは、中心孔内で流路を囲繞する。キャビティ４３からは、ノズル状に形成された供給用開口部４１が、流路へ延びている。ガス状の媒体は、外部供給管４４を介して、キャビティに送られる。キャビティ４３の内部には、ダイアフラム（Blende）４５が設けられている。このダイアフラムは、キャビティを、二つの環状の部分即ち部分キャビティ４３’及び４３’’に区分している。ダイアフラムには、少なくとも一つの貫流開口部４６が形成されている。貫流開口部は、ガス状の媒体を一方の部分キャビティから他方の部分キャビティへ貫流させることが可能である。
【００１８】
ハウジング用補助的手段４０は、補正要素（スペーサ）を介して、コンプレッサ・ハウジング１２に接続されている。スペーサは、明細書の最初の部分に記載したように、コンプレッサ・ホイールの回転ブレードに当たるまでに、注入されたガス状の媒体と、主流の、吸引された空気との完全な混合を保証するために、必要である。従って、流れの中で、局所的に変化する流速、または、コンプレッサ・ホイールの回転ブレードの望ましくない作動を引き起こす乱流、及び熱層（thermische Schichtungen）を著しく回避することが意図されている。
【００１９】
図２は、消音器５０及びコンプレッサ１２、並びに両者の間に設けられたハウジング用補助的手段４０を示す。消音器は、シリンダ状の形状を有し、端面側で、各々の円形のハウジング壁を有している。コンプレッサ側のハウジング壁５１には、中心の空気出口開口部５４が形成されている。この空気出口開口部を通って、圧縮される空気が、コンプレッサ・ホイールへ通じている流路へ送られる。消音器の構造に従って、空気入口は、シリンダジャケット面の領域に、または複数の端面の内の一つの端面の径方向外側の領域に設けられている。
【００２０】
図示された実施の形態では、シリンダジャケット面における吸引領域は、フィルタ５３によって囲繞されている。このフィルタは、通気性のメッシュ網目または多孔プレートの形態で、かなり大きな異物及び汚染粒子の吸引を防止することが意図されている。吸入された空気は、軸方向外側から内側へ延びている流路の中で、複数の緩衝要素５２に沿って中心の空気出口開口部５４へ流れる。図２の断面図では、複数の緩衝要素５２の間に、厳密には径方向に延びていない複数の流路が見て取れる。これらの緩衝要素は、通常、少なくとも一つの吸収要素と、プレートからなる。このプレートは、吸収要素に形および／または支持を与える。緩衝要素５２は、溝５６の中で支持されている。これらの溝は、端面側のハウジング壁５１に形成されている。消音器の取り付けの際には、これらの緩衝要素は、径方向外側から、これらの溝の中に挿入される。その代わりに、緩衝要素は、ハウジング壁の端面に形成されたスロットに挿入されても良い。この場合、緩衝要素は、軸線に対し平行に延びているホルダで支持される。
【００２１】
ハウジング用補助的手段４０は、消音器５０と、コンプレッサ・ハウジング１２との間に設けられている。ハウジング用補助的手段は、同様に、シリンダ状の形状を有し、中心孔４２を有している。中心孔は、流路として、消音器に形成された空気出口開口部５４を、コンプレッサ・ハウジング１２に形成された空気入口開口部に接続する。ハウジング用補助的手段には、中心孔４２の中で流路を囲繞する環状のキャビティ４３が設けられている。このキャビティ４３は、外部供給管４４を有している。この外部供給管を通って、ガス状の媒体を供給することが可能である。
【００２２】
図示された実施の形態では、ハウジング用補助的手段４０は、消音器に向いた端面で、環状の排出開口部を有している。この排出開口部は、消音器の、端面側のハウジング壁５１によって覆われている。従って、消音器のハウジング壁５１は、排出開口部の領域で、キャビティ４３を有している。本発明によれば、ハウジング壁５１に、複数の吹込み開口部５５が形成されている。これらの吹込み開口部は、コンプレッサ・ハウジング用補助的手段４０に形成されたキャビティ４３を、消音器に形成された流路に接続し、ガス状の媒体の、消音器に形成された正しくこの流路への吹込みを可能にする。これらの吹込み開口部５５は、典型的には、周面に沿って設けられていて、オプションとして、ノズルの形状を有している。
【００２３】
キャビティ４３の内部では、吹込み開口部５５を介しての流出の前に、周面に沿って分配して、ガス状の媒体の最適な分配を達成するために、キャビティは、円環板状のダイアフラム４５によって、二つの部分キャビティ４３’及び４３’’に区分されている。二つの部分キャビティの間のダイアフラム４５の領域に貫流開口部４６が設けられている。この貫流開口部は、ダイアフラムに形成され且つ周面に沿って分配された複数の個々の孔の形態、あるいは、ハウジング用補助的手段のダイアフラム及びハウジングを区画する環状のまたは円弧状のギャップの形態を取る。オプションとして、ダイアフラムは、多孔プレートまたは格子状織物として形成されていても良い。
【００２４】
ガス状の媒体は、運転中に、外部供給管４４を通って、あるいはオプションとして、複数の外部供給管を通って、キャビティの第一の部分４３’へ送られ、ダイアフラムによって引き起こされるキャビティ内部における流れ抵抗の故に、周面全体に亘って分配される。続いて、ガス状の媒体は、貫流開口部４６を通って、キャビティの第二の部分４３’’に流れる。この部分では、媒体が拡がる。最後に、ガス状の媒体は、吹込み開口部５５を通って、消音器の流路に流れる。そこでは、媒体は、圧縮される空気の主流によって捉えられ、この空気と混合される。
【００２５】
ハウジング用補助的手段の、本発明に係る実施の形態、及び、圧縮される空気の主流が径方向から軸方向へ転向する前の、ガス状の媒体の供給の故に、圧縮される空気の、今やガス状の媒体が混入された主流の、正にこの転向の際に、望ましい均等な混合が生じる。従って、流れは、コンプレッサの安全な運転のために必要な、流体力学的な及び熱的な均一性を有している。
【００２６】
図３は、組み込まれていない状態のハウジング用補助的手段を示す。図２に示す実施の形態に比較して、消音器との接続の領域で、軸方向に突出している、外側の、ハウジング用フランジ４７が取り付けられている。排出開口部４１がより良く見えるように、組み込まれていない状態が示されている。排出開口部を通って、ガス状の媒体は、キャビティの第二の部分４３’’から、消音器の流路へ送られる。
【００２７】
ダイアフラム４５が排出開口部４１を通ってキャビティに挿入される必要がないか、あるいは、ダイアフラムが全く省略される場合、キャビティは、消音器側に対して、ハウジング用補助的手段のハウジング壁によって区画されていても良い。このハウジング壁には、複数の排出開口部が形成されている。これらの排出開口部は、消音器の流路に形成された複数の吹込み開口部の機能を、直接に担うことが可能である。
【００２８】
図４は、既述の装置の、部分的に切り開かれた等角投影図において、吹込み開口部５５が、消音器の、端面側のハウジング壁５１で、正にこのハウジング壁５１に形成された複数の溝５６の間に設けられている様を、追加的に明らかにしている。複数の溝５６は、上記のように、この図には示されていない緩衝要素の保持のために用いられる。これらの吹込み開口部５５を、複数の緩衝要素の間の狭い複数の流路に設けることによって、圧縮される空気へのガス状の媒体の吹き込みの際に、横方向の流れの中の噴流と同様に、激しい乱流及び相応に良好な混合がなされる。液流横断面の減少は、径方向から軸方向への転向における流れの加速をもたらす。このことによって、乱流が弱まり続け、コンプレッサ・ホイールの入口に達するまでに、実際に徐々に弱まる。
【００２９】
図４に示すハウジング用補助的手段の実施の形態は、二つの外部供給管４４’及び４４’’を有している。外部供給管を通って、オプションとして、二つの異なったガス状の媒体を、キャビティに送ることが可能である。オプションとして、キャビティの第一の部分は、追加的に、二つの、別個の、完全に環状の、リング状の部分に区分されていても良いであろう。二つの部分は、それぞれ別個に、自らの外部供給管を有し、それぞれ別個に、キャビティの共通の第二の部分に通じている自らの貫流開口部を有している。その目的は、必要な場合には第一のキャビティの各々の環状の部分へ異なった圧力で入れられた媒体の均等な分配を達成するためである。オプションとして、二つのまたはそれより多い外部供給管の場合には、消音器における流路への吹込みも、分離した吹込み開口部を介してなされることが可能である。
【００３０】
その代わりに、同様に、複数の外部供給管４４’及び４４’’が、ハウジング用補助的手段の周面に沿って、設けられている場合には、キャビティ４３、あるいはキャビティの少なくとも第一の部分４３’が、オプションとして、周面に沿って、二つのまたはそれより多い円弧に区分されても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１０…コンプレッサ、１１…コンプレッサ・ホイール、１２…コンプレッサ・ハウジング、１３…空気出口、２０…排気ガスタービン、２１…タービン・ホイール、２２…タービン・ハウジング、３０…軸受ハウジング、３１…シャフト、４０…コンプレッサ・ハウジング用補助的手段、またはハウジング用補助的手段、４１…排出開口部、４２…中心孔、４３…環状のキャビティ（４３’と４３’’とに区分される）、４４…ガス状の媒体のための外部供給管、４５…ダイアフラム、４６…貫流開口部、４７…ハウジング用フランジ、５０…消音器、５１…ハウジング壁、５２…緩衝要素、５３…フィルタ、５４…中心の空気出口開口部、５５…吹込み開口部、５６…溝、６０…補正要素、スペーサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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