(57)【要約】【課題】主管孔と分岐孔との境界である開口部の周縁の内圧疲労強度を簡易な方法によって高めることのできるコモンレール及びその製造方法を提供する。【解決手段】この製造方法では、主管１２の外周に分岐用筒部１４が設けられているコモンレール１０を製造する。主管１２の内部には、主管孔１２ａが形成されている。分岐用筒部１４の内部には、分岐孔１４ａが形成されている。主管孔１２ａは、分岐孔１４ａに連通している。分岐孔１４ａの一方の端部は、主管孔１２ａに向かって開口し、開口部１８となっている。この製造方法では、開口部１８の周縁に燃料の燃焼により荷重を加える荷重付与工程を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主管の外周に分岐用筒部が設けられており、前記主管の内部に形成されている主管孔が前記分岐用筒部の内部に形成されている分岐孔に連通しており、前記分岐孔の一方の端部が前記主管孔に向かって開口する開口部となっているコモンレールの製造方法であって、
前記開口部の周縁に燃料の燃焼により荷重を加える荷重付与工程を含むことを特徴とするコモンレールの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のコモンレールの製造方法であり、
前記荷重付与工程は、
前記主管孔と前記分岐孔の内部に前記燃料と酸素との混合ガスを注入する注入工程と、
前記主管孔と前記分岐孔の内部で前記混合ガスを点火する点火工程と、を含むコモンレールの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のコモンレールの製造方法であり、
前記点火工程では、前記主管孔の端部が前記主管の外部に向かって開放されている第１開放部と、前記分岐孔の他方の端部が前記分岐用筒部の外部に向かって開放されている第２開放部の少なくとも一方から前記主管孔と前記分岐孔の内部に点火器具を挿入し、
前記荷重付与工程は、前記注入工程に先立って、前記点火器具を挿入しない開放部を塞ぐ閉口工程をさらに備えているコモンレールの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のコモンレールの製造方法であり、
前記点火工程では、前記点火器具を挿入することで、前記点火器具が挿入される開放部が閉口されることを特徴とするコモンレールの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のコモンレールの製造方法であり、
前記注入工程では、注入器を用いて前記主管孔と前記分岐孔の内部に前記混合ガスを注入し、
前記注入器と前記点火器具は兼用した１つの装置で形成されているコモンレールの製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のコモンレールの製造方法であり、
前記荷重付与工程では、前記注入工程後から前記点火工程前までに、前記主管孔と前記分岐孔の内部に注入された前記混合ガスが前記主管孔と前記分岐孔の内部に拡散する時間に対応した待機時間が設定されているコモンレールの製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のコモンレールの製造方法であり、
前記荷重付与工程では、前記注入工程に先立って、前記主管孔と前記分岐孔の内容積を取得し、その取得結果に基づいて、前記主管孔と前記分岐孔の内部に注入する前記混合ガスの量を決定するコモンレールの製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のコモンレールの製造方法であり、
前記荷重付与工程では、前記注入工程に先立って、前記主管及び前記分岐用筒部の材質を取得し、その取得結果に基づいて、前記主管孔と前記分岐孔の内部に注入する前記混合ガスの量を決定するコモンレールの製造方法。
【請求項９】
主管の外周に分岐用筒部が設けられており、前記主管の内部に形成されている主管孔が前記分岐用筒部の内部に形成されている分岐孔に連通しているとともに、前記分岐孔の一方の端部が前記主管孔に向かって開口する開口部となっているコモンレールであって、
前記主管と前記分岐用筒部は一体に形成されており、
前記開口部の周縁に燃料の燃焼により圧縮残留応力が付与されているコモンレール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コモンレール及びコモンレールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンにおける蓄圧式燃料噴射システムに使用されるコモンレールとして、特許文献１に記載されたコモンレールが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９５１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図７は、従来のコモンレール１００の断面図である。図７に示すように、従来のコモンレール１００は、円筒状に形成された主管１０２と、その主管１０２の外周に一体に設けられた複数の円筒状の分岐用筒部１０４（なお図７では、１個の分岐用筒部１４のみ示している。）を備えている。主管１０２の内部には、その軸線方向に沿って主管孔１０２ａが形成されている。分岐用筒部１０４の内部には、その軸線方向に沿って分岐孔１０４ａが形成されている。分岐孔１０４ａには、他の部分よりも径が小さいオリフィス部１０６が形成されており、このオリフィス部１０６を介して主管孔１０２ａと分岐孔１０４ａが連通している。また、分岐孔１０４ａの一方の端部は、主管孔１０２ａに向かって開口する略円形の開口部１０８となっている。
【０００５】
コモンレール１００では、主管孔１０２ａの内部に高圧のディーゼル燃料が一時的に貯留される。この主管孔１０２ａの内部に貯留された高圧のディーゼル燃料は、オリフィス部１０６を通過した後に、各分岐孔１０４ａに分配される。各分岐孔１０４ａに分配されたディーゼル燃料は、図示しないインジェクタに供給され、このインジェクタによってエンジンの燃焼室内に噴射される。
【０００６】
従来のコモンレール１００では、主管孔１０２ａの内部に高圧のディーゼル燃料が貯留される際に、主管孔１０２ａの内壁に引張応力が作用した状態となる。特に、主管孔１０２ａとオリフィス部１０６が垂直に交差する開口部１０８の周縁には引張応力が集中する。その結果、開口部１０８の周縁では金属疲労を原因とするひび割れ等が発生しやすい。
【０００７】
そのため、従来、主管孔１０２ａの内壁に対して、例えば砥粒流動加工などの流体研磨によってエッジのバリ除去を施す対策がなされてきた。あるいは、主管１０２及び分岐用筒部１０４の材料として内圧疲労強度に優れる材料を用いる対策がなされてきた。しかし、これらの対策は、いずれも製造コストが増加してしまうという問題が生じる。
【０００８】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであって、様々な構造のコモンレールに対して、主管孔と分岐孔との境界である開口部の周縁の内圧疲労強度を簡易な方法によって高めることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、主管の外周に分岐用筒部が設けられており、主管の内部に形成されている主管孔が分岐用筒部の内部に形成されている分岐孔に連通しており、分岐孔の一方の端部が主管孔に向かって開口する開口部となっているコモンレールの製造方法に関する。
このコモンレールの製造方法では、開口部の周縁に燃料の燃焼により荷重を加える荷重付与工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明では、燃料の燃焼膨張により開口部の周辺に荷重を加え、残留圧縮応力を加えることができる。この製造方法では、燃料とそれを点火させる通常治具さえあれば実施することができ、押圧部材等の専用治具を必要としない。また、燃料の燃焼後には、二酸化炭素や水蒸気等の気体しか残らず、コモンレールを清掃する等、製造工程が追加されることがない。本発明によれば、開口部の周縁の内圧疲労強度を簡易な方法によって高めることができる。
【００１１】
荷重付与工程は、以下の２つの工程を備えていることが好ましい。
（１）主管孔と分岐孔の内部に燃料と酸素との混合ガスを注入する注入工程。
（２）主管孔と分岐孔の内部で混合ガスを点火する点火工程。
この製造方法では、主管孔と分岐孔の内部に混合ガスを注入し、主管孔と分岐孔の内部で燃焼させる。これによって、主管孔と分岐孔の境界部の内壁の一部を構成する開口部の周縁に、燃焼膨張による荷重を直接的に加えることができ、開口部の周縁の内圧疲労強度を効率的に高めることができる。
【００１２】
コモンレールには、主管孔の端部が主管の外部に向かって開放されている第１開放部と、分岐孔の他方の端部が分岐孔の外部に向かって開放されている第２開放部が設けられている。点火工程では、この第１開放部と第２開放部の少なくとも一方から主管孔と分岐孔の内部に点火器具を挿入し、混合ガスに点火する。この製造方法では、注入工程に先立って、点火器具を挿入しない開放部を塞ぐ閉口工程を備えていることが好ましい。注入工程に先立って開放部を塞いでおくことで、燃料がコモンレールの外部に漏れ出ることが抑制される。また、開放部を塞いだ状態で燃料を燃焼させることで、開口部の周縁に印加される燃焼膨張による荷重を増大させることができ、開口部の周縁の内圧疲労強度を効率的に高めることができる。
【００１３】
点火工程では、点火器具を挿入することで、点火器具を挿入する開放部が閉口されることが好ましい。点火器具が挿入される開放部が閉口されることで、燃焼膨張による圧力上昇が低く抑えられることが防止される。これによって、開口部の周縁の内圧疲労強度を効率的に高めることができる。
【００１４】
注入工程で、注入器を用いて主管孔と分岐孔の内部に混合ガスを注入している場合には、注入器と点火器具が兼用した１つの装置で形成されていることが好ましい。これによって、混合ガスの注入から点火に至る動作を１つの装置によって実施することができ、作業の効率化によって製造コストを下げることができる。
【００１５】
荷重付与工程では、注入工程後から点火工程前までに、主管孔と分岐孔の内部に注入された混合ガスが主管孔と分岐孔の内部に拡散する時間に対応した待機時間が設定されていることが好ましい。主管孔と分岐孔の内部に混合ガスが拡散した状態で混合ガスに点火をすることで、燃焼膨張による荷重を主管孔と分岐孔の内壁に均等に加えることができる。コモンレールに複数の分岐用筒部が設けられている場合でも、それらに対応する複数の開口部に均等に荷重を加えることができる。
【００１６】
荷重付与工程では、注入工程に先立って、主管孔と分岐孔の内容積を取得しておくことが好ましい。また、注入工程に先立って、主管孔及び分岐用筒部の材質を取得しておくことが好ましい。注入工程では、これらの取得結果に基づいて、主管孔と分岐孔の内部に注入する混合ガスの量を決定する。この製造方法によると、コモンレールにその内容積または／及び材質に適した混合ガスを注入することができる。これによって、燃料の燃焼膨張により開口部の周縁に印加される荷重が、内圧疲労強度を高める程度に抑えられ、過度の荷重が加わることにより開口部の周縁が損傷してしまうことを抑制することができる。
【００１７】
本発明は、上記製造方法によって形成されたコモンレールにも具現化される。このコモンレールは、主管の外周に分岐用筒部が設けられており、主管の内部に形成されている主管孔が分岐用筒部の内部に形成されている分岐孔に連通しているとともに、分岐孔の一方の端部が主管孔に向かって開口する開口部となっている。このコモンレールでは、主管と分岐用筒部が一体に形成されており、開口部の周縁に燃料の燃焼により圧縮残留応力が付与されていることを特徴とする。
本発明によれば、コモンレールの主管と分岐用筒部が一体に形成されている場合でも、開口部の周縁の内圧疲労強度が簡易な方法によって高められたコモンレールを実現することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、主管孔と分岐孔との境界である開口部の周縁の内圧疲労強度を簡易な方法によって高めることのできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】コモンレール１０の断面図。
【図２】コモンレール１０の拡大断面図。
【図３】コモンレール１０の製造工程を示すフローチャート。
【図４】コモンレール１０の製造工程を示す図。
【図５】コモンレール１０の製造工程を示す図。
【図６】コモンレール１１０の断面図。
【図７】従来のコモンレールの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のコモンレール１０は、円筒状に形成された主管１２と、その主管１２の外周に設けられた複数の円筒状の分岐用筒部１４を備えている。コモンレール１０では、主管１２と分岐用筒部１４が一体に形成されている。主管１２の内部には、その軸線方向に沿って主管孔１２ａが形成されている。主管孔１２ａの一端１２ｂ（第１開放部の一例）は外部に向かって開放されており、主管孔１２ａの他端１２ｃは主管１２の壁部１２ｄによって覆われている。分岐用筒部１４の内部には、その軸線方向に沿って分岐孔１４ａが形成されている。分岐孔１４ａの一端１４ｂ側には、他端１４ｃ側よりも径が小さいオリフィス部１６が形成されている。分岐孔１４ａの一端１４ｂは、このオリフィス部１６を介して主管孔１２ａと連通しており、分岐孔１４ａの主管孔１２ａに連通する開口部１８は、略円形状をしている。分岐孔１４ａの他端１４ｃ（第２開放部の一例）は外部に向かって開放されている。
【００２１】
主管孔１２ａの内部には、高圧のディーゼル燃料が一時的に貯留されるようになっている。この主管孔１２ａに貯留されている高圧のディーゼル燃料が、オリフィス部１６を通過した後に、各分岐孔１４ａに分配されるようになっている。
【００２２】
図２に示すように、分岐用筒部１４の他端１４ｃ側の外周には、雄ネジ部１４ｅが形成されている。この雄ネジ部１４ｃには、インジェクタへ燃料を供給するインジェクションパイプ（図示されていない）の一端が接続されるようになっている。すなわち、インジェクションパイプの一端にはアダプタ（図示されていない）が取り付けられており、このアダプタの内周に雌ネジ部が形成されている。コモンレール１０は、使用する際に、このアダプタの内周に形成された雌ネジ部を雄ネジ部１４ｃに螺合することによって、インジェクションパイプの一端を分岐用筒部１４に接続する。これによって、主管孔１２ａから各分岐孔１４ａに分配されたディーゼル燃料がインジェクタに供給され、インジェクタによってエンジンの燃焼室内に噴射される。
【００２３】
主管１２及び分岐用筒部１４の材料としては、例えば、炭素鋼（Ｓ４５Ｃなど）や、クロム鋼（ＳＣｒ４３０など）、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４３５など）を用いることが可能である。主管１２及び分岐用筒部１４は、鋳造や切削加工などの公知の方法を用いて製造することが可能である。
【００２４】
次に、図３を参照して、コモンレール１０の製造方法について説明する。
この製造方法の実施者は、図１に示す形状にコモンレール１０を加工した（ステップＳ２）後に、そのコモンレール１０の内容積及び材質に関する情報を取得する（ステップＳ４）。ここで、「内容積」とは、主管孔１２ａと分岐孔１４ａの内容積を合計した内容積を意味しており、「取得」とは、主管孔１２ａと分岐孔１４ａの内容積を計測等することが含まれる。製造者は、設計値等によりコモンレール１０の内容積及び材質が予め解かっている場合には、ステップＳ４を実施する必要がない。
【００２５】
次に実施者は、図４に示すように、分岐用筒部１４の他端１４ｃをキャップ２０で閉口する（ステップＳ６）。ステップＳ６では、キャップ２０が分岐用筒部１４の他端１４ｃに仮止めされた状態に留める。次に実施者は、図５に示すように、主管孔１２ａ及び分岐孔１４ａに混合ガスを注入する（ステップＳ８）。
【００２６】
ステップＳ８において、実施者は主管１２の一端１２ｂに注入器２２の一端２２ｂを挿入する。注入器２２の一端２２ｂの外周は主管１２の一端１２ｂの内周と同径に形成されているとともに、注入器２２の外周には大径部２２ｃが形成されている。実施者は、主管１２の一端１２ｂが注入器２２の大径部２２ｃに近接するように、注入器２２の一端２２ｂを主管１２の一端１２ｂに挿入することで、注入器２２の一端２２ｂが一定の長さだけ挿入され、主管１２の一端１２ｂが閉口される。
【００２７】
注入器２２には、その軸線方向に沿って注入孔２２ａが形成されている。実施者は、矢印２４に示すように、この注入孔２２ａを通して、主管孔１２ａ及び分岐孔１４ａに混合ガスを注入する。ここで、「混合ガス」とは、燃料と酸素が一定の割合で混合された気体である。具体的には、燃料はガソリンであり、燃料と酸素の割合は１６：１の割合に混合されている。また、注入される混合ガスの量は製造されるコモンレール１０によって決定されており、具体的には、ステップＳ４で取得されたコモンレール１０の内容積及び材質に基づいて決定されている。
【００２８】
混合ガスの注入により、主管孔１２ａ及び分岐孔１４ａに内在していた空気は、キャップ２０と分岐用筒部１４の他端１４ｃの間の隙間から外部へと押し出される。実施者は、主管孔１２ａ及び分岐孔１４ａに混合ガスを注入した後に、キャップ２０と分岐用筒部１４の他端１４ｃの間を完全に封止する。これによって、主管孔１２ａ及び分岐孔１４ａが封止され、主管孔１２ａ及び分岐孔１４ａに注入された混合ガスが外部に漏れ出ることが防止される。
【００２９】
次に実施者は、混合ガスの注入から一定時間待機し（ステップＳ１０）、注入された混合ガスを主管孔１２ａ及び分岐孔１４ａに均一に拡散させる。次に実施者は、点火プラグ２６を主管孔１２ａ内部で点火し（ステップＳ１２）、主管孔１２ａ及び分岐孔１４ａの内部で混合ガスを燃焼させる。混合ガスが燃焼して燃焼ガスに変化するとともに、燃焼膨張する。そのため、閉口されたコモンレール１０内で主管孔１２ａ及び分岐孔１４ａの内壁に荷重が加わり、その一部を構成する開口部１８の周辺にも荷重が加わる。これによって、開口部１８の周縁に残留圧縮応力を加えることができる。開口部１８の周縁に圧縮残留応力を付与することによって、主管孔１２ａに貯留されたディーゼル燃料の内圧による引張応力を相殺することが可能であり、この結果、開口部１８の周縁の内圧疲労強度を高めることができる。
【００３０】
本実施形態では、点火プラグ２６が注入器２２と一体に構成されており、実施者は注入器２２で混合ガスを注入した後、混合ガスに点火する際に注入器２２に代えて別の点火用の治具を注入器２２の一端２２ｂに挿入する必要がない。
【００３１】
また、本実施形態では、混合ガスの点火に先立ってキャップ２０及び注入器２２によってコモンレール１０を閉口しておく。そのため、混合ガスの燃焼膨張による圧力の増大による効果を、コモンレール１０内に留めることができ、開口部１８の周辺に効率的に荷重を加えることが可能である。
【００３２】
また、本実施形態では、主管孔１２ａ及び分岐孔１４ａに注入される混合ガスの量が製造されるコモンレール１０に基づいて決定されている。そのため、混合ガスの点火時にコモンレール１０が閉口されている場合でも、注入される混合ガスがコモンレール１０の内容積に対して過度に多くなり、コモンレール１０の内壁が損傷することがない。また、コモンレール１０の材質によって注入される混合ガスの量を変化させることで、それぞれの材質に適した荷重を加えることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、混合ガスの注入から混合ガスに点火するまでに一定時間だけ待機し、主管孔１２ａ及び分岐孔１４ａに注入された混合ガスを主管孔１２ａ及び分岐孔１４ａに均一に拡散させる。これにより、混合ガスに点火した際に、主管孔１２ａ及び分岐孔１４ａの内部で不均一な燃焼膨張が起こることが抑制される。つまり、一部の開口部１８の周辺では、過度の荷重により損傷が発生しており、他の開口部１８の周辺では、十分な荷重が印加されておらず、所望の圧縮残留応力が付与されていない、という現象の発生が抑制される。
【００３４】
実施者は、混合ガスの燃焼後、所定時間後に注入器２２を引き抜くとともに、キャップ２０を外す（ステップＳ１４）。これによって、燃焼ガスがコモンレール１０の外部へと放出される。本実施形態では、ステップＳ４ないしステップＳ１４までの工程によって荷重付与工程が具現化されている。
【００３５】
本実施形態のコモンレール１０及びその製造方法によれば、主管孔１２ａと分岐孔１４ａとの境界である開口部１８の周縁に燃料の燃焼により荷重を加えることが可能である。したがって、開口部１８の周縁の内圧疲労強度をより簡易な方法によって高めることが可能となる。
【００３６】
また、本実施形態のコモンレール１０及びその製造方法によれば、引張応力が集中する部位である開口部１８の周縁に残留圧縮応力を加え、内圧疲労強度を高めることができるので、主管１２及び分岐用筒部１４の材料として耐圧疲労強度のあまり高くない安価な材料（例えばＳ４５Ｃなどの炭素鋼）を用いることが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態のコモンレール１０及びその製造方法によれば、引張応力が集中する部位である開口部１８の周縁の内圧疲労強度を高めることができるので、自緊法（オートフレッテージ法）や熱処理を廃止することが可能である。
【００３８】
本実施形態によれば、主管１２と分岐用筒部１４が一体に形成されているコモンレール１０でも、開口部１８の周縁の内圧疲労強度を簡易な方法によって高めることができる。
【００３９】
本発明者は、簡易な方法によってコモンレールの内圧疲労強度を高める技術として、機械的手法を用いて開口部の周縁に圧縮残留応力を付与する技術を提案している。この技術が特願２００９−２５６１８９の明細書等（以下、技術文献１と呼ぶ）に開示されている。但し、本出願の時点において技術文献１はまだ公開されていない。技術文献１の技術では、例えば、分岐用筒部と別体に設けられた主管に分岐用筒部を固定するに先立って、主管孔に連通する分岐用筒部の開口部の周縁に対して押圧部材を用いて荷重を加えておく。つまり、圧縮残留応力を加えておく。これによって、ディーゼル燃料による引張応力を相殺することが可能であり、開口部の周縁の内圧疲労強度を高めることができる。
【００４０】
技術文献１の技術は、内圧疲労強度を高める技術として大変有効である。しかし、技術文献１の技術では、主管と分岐用筒部が一体で設けられるようなコモンレールでは、コモンレールの形状にあわせて押圧部材を形成する必要があり、適用することが困難な場合もある。本実施形態では、上記のように、主管１２と分岐用筒部１４が一体に形成されているコモンレール１０でも、開口部１８の周縁の内圧疲労強度を簡易な方法によって高めることができる。
【００４１】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、主管１２と分岐用筒部１４が一体で構成されたコモンレール１０を用いて説明を行ったが、図６に示すように、分岐用筒部１１４は、主管１１２の外周から取り外し可能に構成されていてもよい。図６に示すコモンレール１１０では、主管１１２の外周には雌ネジ孔１１２ｆが形成されており、分岐用筒部１１４の外周には雄ネジ部１１４ｆが形成されている。コモンレール１１０では、雄ネジ部１１４ｆを雌ネジ孔１１２ｆに螺合することによって、主管１１２の外周に分岐用筒部１１４が取り付けられる。主管１１２に分岐用筒部１１４を取り付けた状態で、上記の実施形態のように本発明を実施することができる。
【００４２】
（２）上記実施形態では、主管孔１２ａの一端１２ｂから注入器２２を挿入する例を示したが、分岐孔１４ａの他端１４ｃから注入器２２を挿入してもよい。この場合、注入器２２の外周は、分岐孔１４ａの内周と同径に形成される。
【００４３】
（３）また、混合ガスに使用される燃料は特に限定されない。燃料としては、例えばＬＰＧやアルゴンガス等を使用することができる。また、燃料と酸素の割合も特に限定されるものでなく、選出した燃料に適した酸素の割合のうち、製造するコモンレールに応じて決定できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０：コモンレール
１２：主管
１２ａ：主管孔
１４：分岐用筒部
１４ａ：分岐孔
１６：オリフィス部
１８：開口部
２２：注入器
２６：点火プラグ
【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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