(57)【要約】【課題】第１の経路と第２の経路とを連結する経路において超音波強度の減衰を生じにくくする。【解決手段】液面検出装置１００は、超音波発振素子１１と、ハウジング２と、を備える。超音波発振素子１１は、超音波を送受信可能である。ハウジング２は、超音波が伝搬する伝搬経路を内部に有する。伝搬経路は、第１の経路４と、第２の経路５と、連結経路６と、を有する。第１の経路４は、超音波発振素子１１が設けられる位置から水平に延びる。第２の経路５は、上方に延びる。連結経路６は、第１の経路４における超音波発振素子１１が設けられる位置とは反対側の端部と、第２の経路５における下方側の端部と、を滑らかに連結する湾曲した経路である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液面の位置を検出する液面検出装置（１００，１０１）であって、
超音波を送受信可能な超音波発振素子（１１）と、
超音波が伝搬する伝搬経路を内部に有するハウジング（２）と、
を備え、
前記伝搬経路は、
前記超音波発振素子が設けられる位置から水平に延びる第１の経路（４）と、
上方に延びる第２の経路（５）と、
前記第１の経路における前記超音波発振素子が設けられる位置とは反対側の端部と、前記第２の経路における下方側の端部と、を滑らかに連結する湾曲した経路である連結経路（６）と、を有する、液面検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液面検出装置であって、
前記ハウジングは、
前記第１の経路の少なくとも一部を形成するハウジング本体（２１，２２）と、
少なくとも前記連結経路及び前記第２の経路を形成する単一の部材である流路部材（２３，２５）と、
を備え、
前記流路部材における一方の端部は、前記ハウジング本体に連結する、液面検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の液面検出装置であって、
前記流路部材は、湾曲部（２３３）を有する円管形状のパイプである、液面検出装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の液面検出装置であって、
前記第１の経路は、ステップ状に断面積が縮小することにより前記超音波発振素子と対向する面である基準面（２２２）を形成する段部（４３）を有し、
前記流路部材における前記ハウジング本体に連結する端部の端面の少なくとも一部が、前記基準面として機能する、液面検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液面検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を貯蔵するタンクの内部の底面において、超音波発振素子によって超音波を送信し、液面で反射した反射波を受信することにより、液面の位置を検出する液面検出装置が知られている。一般に、この種の液面検出装置は、超音波の伝搬経路として機能する内部空間を有するハウジングを備える。伝搬経路は、超音波発振素子が設けられる位置から水平に延びる第１の経路と、第１の経路における超音波発振素子が設けられる位置とは反対側の端部から上方に延びる第２の経路とを有する構成が一般的である。特許文献１には、超音波発振素子により送信される超音波を、液面に向けて反射させるための平面である反射面を有する液面検出装置が開示されている。この液面検出装置において、反射面は、断面形状が円形状の第１の経路と断面形状が円形状の第２の経路とを連結する経路に、液面に対して４５°傾斜するように設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０６５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載の構成では、第１の経路を進む超音波を液面に向けて反射面で反射させるため、反射面が設けられる部分の伝搬経路の断面形状が半円形状となり、部分的に超音波の伝搬経路が狭くなる。このため、発明者の詳細な検討の結果、反射面が設けられる部分の伝搬経路において超音波の乱反射が発生し、超音波強度の減衰が生じやすいという課題が見出された。
【０００５】
本開示の一局面は、第１の経路と第２の経路とを連結する経路において超音波強度の減衰を生じにくくすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、液面の位置を検出する液面検出装置（１００，１０１）であって、超音波発振素子（１１）と、ハウジング（２）と、を備える。超音波発振素子は、超音波を送受信可能である。ハウジングは、超音波が伝搬する伝搬経路を内部に有する。伝搬経路は、第１の経路（４）と、第２の経路（５）と、連結経路（６）と、を有する。第１の経路は、超音波発振素子が設けられる位置から水平に延びる。第２の経路は、上方に延びる。連結経路は、第１の経路における超音波発振素子が設けられる位置とは反対側の端部と、第２の経路における下方側の端部と、を滑らかに連結する湾曲した経路である。
【０００７】
このような構成によれば、第１の経路と第２の経路とは断面形状が大きく変化することなく連結経路により滑らかに連結される。例えば、連結経路と連結する第１の経路の端部の内径と、連結経路と連結する第２の経路の端部の内径と、連結経路の内径と、をほぼ一定とすることが可能となる。これにより、伝搬経路が部分的に狭くなることにより発生する超音波の乱反射が生じにくくなる。したがって、第１の経路と第２の経路とを連結する連結経路において超音波強度の減衰を生じにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の液面検出装置の側断面図である。
【図２】ボディの側面図である。
【図３】ボディの平面図である。
【図４】第２実施形態の液面検出装置の側断面図である。
【図５】第２実施形態の基準面の近傍の拡大側断面図である。
【図６】４５°傾斜を有する基準面の近傍の拡大側断面図である。
【図７】１３５°傾斜を有する基準面の近傍の拡大側断面図である。
【図８】他の実施形態の液面検出装置の側断面図である。
【図９】他の実施形態の液面検出装置の正面図である。
【図１０】変曲点が１つある第２の管部の形状を示す模式図である。
【図１１】変曲点が複数ある第２の管部の形状を示す模式図である。
【図１２】断面形状がＵ字状の基準面の近傍の拡大側断面図である。
【図１３】断面形状がＶ字状の基準面の近傍の拡大側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。また、下記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、これは本開示の理解を容易にする目的で使用しており、特許請求の範囲の解釈を限定する意図ではない。
【００１０】
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示す液面検出装置１００は、車両に搭載され、液体の燃料を貯蔵するタンク２００内の底部において、超音波を送信し、液面で反射した反射波を受信することにより、液面の位置を検出する装置である。なお、図１に示す液面検出装置１００の一部については、内部構造を分かりやすく示すため、断面ではなく側面を示している。液面検出装置１００は、機能的な見地から見て、大きく２つの機能部、具体的には、センサ部１と、ハウジング部２と、を備える。
【００１１】
センサ部１は、全体として超音波の送受信部として機能するアセンブリである。センサ部１は、超音波発振素子１１、２つの内部端子１３、弾性体１４、ケース１５、蓋１６及び２つの外部端子１７を備える。
【００１２】
超音波発振素子１１は、超音波を送受信する素子である。超音波発振素子１１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸）などのピエゾ効果を有する物質によって、中心軸Ａが規定される形状である円盤状に構成されている。ピエゾ効果とは、電圧が印加されると体積が変化する一方、外部から力を受けると電圧を発生する特性のことである。超音波発振素子１１の両面にはそれぞれ、ほぼ全面に印刷された電極が設けられている。超音波発振素子１１は、両面の電極間に、リード線３を介して外部の電気回路から電圧が印加されると、上述したピエゾ効果により板厚方向である中心軸Ａ方向に振動することにより超音波を発振する。超音波発振素子１１は、絶縁部材と共にケース１５に収容されている。
【００１３】
内部端子１３は、超音波発振素子１１と外部端子１７とを電気的に接続する端子である。内部端子１３は、金属板で形成されている。超音波発振素子１１と内部端子１３とは、はんだ付けにより電気的に接続されている。本実施形態では、２つの内部端子１３が、超音波発振素子１１及び弾性体１４を挟んで両側に設けられている。
【００１４】
弾性体１４は、超音波発振素子１１の中心軸Ａと同軸に配置された概略円柱状の部材であって、軸方向両側の２つの端面のうち、第１の面が超音波発振素子１１に当接しており、第２の面が蓋１６に当接している。弾性体１４は、例えば柔軟な樹脂やゴムなどの弾性材料で形成されている。
【００１５】
ケース１５は、超音波発振素子１１、２つの内部端子１３及び弾性体１４を収容する収容室を有する有底円筒状のケースである。
蓋１６は、ケース１５の収容室を閉じる部材である。蓋１６がケース１５に係止された状態において、弾性体１４は、蓋１６により圧縮され、弾性変形した状態で収容室に収容されるように、中心軸Ａの方向における寸法が大きめに設計されている。このため、超音波発振素子１１は、弾性体１４の弾性力によりケース１５の底壁に押し付けられた状態で固定される。蓋１６に設けられた孔には内部端子１３が挿通されており、内部端子１３の先端部がケース１５の収容室の外側へ突出している。
【００１６】
外部端子１７は、内部端子１３とリード線３とを電気的に接続する端子である。外部端子１７は、金属板で形成されている。外部端子１７の一端は、内部端子１３の先端部と溶接により接合されている。外部端子１７の他端は、リード線３と、圧着等によりかしめられて接続されている。外部端子１７は、ケース１５の収容室の外側において蓋１６に固定されている。
【００１７】
次に、ハウジング部２について説明する。ハウジング部２は、内部に超音波を伝搬する伝搬経路を有することで、全体として超音波の伝搬経路として機能するアセンブリである。図１に示すように、伝搬経路は、第１の経路４、第２の経路５及び連結経路６を有する。第１の経路４は、超音波発振素子１１が設けられる位置から水平に延びている。第２の経路５は、上方、本実施形態では鉛直方向、に延びている。連結経路６は、第１の経路４における超音波発振素子１１が設けられる位置とは反対側の端部と、第２の経路５における下方側の端部と、を滑らかに連結する湾曲した経路である。ここで、滑らかに連結するとは、段差を有しないように連結することである。ここでいう段差とは、意図的に設計された段差であって、製造上の理由等で意図せず生じ得るものは含まれない。ハウジング部２は、ボディ２１、ガイドパイプ２２及びガイドパイプ２３を有する。
【００１８】
ボディ２１は、センサ部１、ガイドパイプ２２及びガイドパイプ２３を保持及び固定する樹脂製の部材である。ガイドパイプ２２及びガイドパイプ２３は、ボディ２１に装着されている。ボディ２１は、タンク２００の底面に固定されている。センサ部１は、超音波発振素子１１の中心軸Ａがガイドパイプ２２の中心軸と同軸となるように、ボディ２１に取り付けられている。
【００１９】
ガイドパイプ２２は、概略円錐台状の、例えば金属製の筒である。図１では右側にあたる、ガイドパイプ２２の一端側は、センサ部１の近傍に位置している。ガイドパイプ２２は、ガイドパイプ２２の中心軸Ａと直交する方向における断面が円形である。ガイドパイプ２２は、第１の経路４の一部を形成している。なお、ガイドパイプ２２は、第１の経路４の全部を形成していてもよい。本実施形態において、第１の経路４は、円錐部４１、直線部４２及び段部４３を有する。円錐部４１は、超音波発振素子１１から離れるにつれて断面積が徐々に縮小する円錐台状の部分である。換言すると、円錐部４１は、第１の経路４の中心軸Ａと直交する方向における断面の直径が、超音波発振素子１１から離れるにつれて縮小する。直線部４２は、断面積が一定の部分である。段部４３は、円錐部４１と直線部４２とを連結する部分であって、円錐部４１における超音波発振素子１１が設けられる端部とは反対側の端部においてステップ状に断面積が縮小する部分である。段部４３の存在により、ガイドパイプ２２には、中心軸Ａと同軸である円環状の基準面２２１が形成されている。基準面２２１は、超音波発振素子１１と対向する、中心軸Ａに対して垂直な面である。
【００２０】
ガイドパイプ２３は、Ｌ字状に湾曲した、例えば金属製の管である。本実施形態において、ガイドパイプ２３は単一の部材である。ガイドパイプ２３は、ガイドパイプ２３の中心軸と直交する方向における断面が円形である。
【００２１】
ガイドパイプ２３は、第１の管部２３１、第２の管部２３２及び第３の管部２３３を有する。第１の管部２３１は、中心軸Ａと同軸となるように水平に延びる、直管状の部分である。第１の管部２３１は、直線部４２におけるガイドパイプ２２により形成されない残りの部分を形成している。第２の管部２３２は、第２の管部２３２の中心軸Ｂが中心軸Ａと直交するように上方、本実施形態では鉛直方向に延びる、直管状の部分である。第２の管部２３２は、第２の経路５を形成している。第３の管部２３３は、第１の管部２３１と第２の管部２３２とを連結する、断面積がほぼ一定の湾曲した管状の部分である。第３の管部２３３は、連結経路６を形成している。本実施形態において、直線部４２の直径、連結経路６の直径及び第２の経路５の直径はほぼ等しい。つまり、直線部４２、連結経路６及び第２の経路５の断面積はほぼ等しい。
【００２２】
ガイドパイプ２３の下方側の端部は、ボディ２１に挿入された状態でボディ２１に連結している。そして、ガイドパイプ２３は、ガイドパイプ２３におけるボディ２１に連結する端部、本実施形態ではガイドパイプ２３における第１の管部２３１側の端部と、ガイドパイプ２２における直線部４２側の端部と、が段差なく滑らかに連続するように設けられている。ガイドパイプ２３の上方側の端部は、タンク２００の燃料の貯蔵量が最大時における液面よりも、所定長さだけ上方に突出するように位置する。
【００２３】
上述したように、本実施形態では、ガイドパイプ２２により、第１の経路４が有する円錐部４１、段部４３及び直線部４２の一部が形成されている。そして、ガイドパイプ２３により、直線部４２の残りの部分、第２の経路５及び連結経路６が形成されている。
【００２４】
図２及び図３に示すように、ボディ２１は、アーム２４を有する。アーム２４は、ガイドパイプ２３を保持及び固定する樹脂製の部材である。アーム２４は、頭部２４１及び連結部２４２を有する。頭部２４１は、鉛直方向から見てＣ字状に湾曲した部分であって、ガイドパイプ２３をガイドパイプ２３の外周面において保持する。連結部２４２は、ボディ２１の上部から斜め上方に延びる部分であって、頭部２４１とボディ２１とを連結する。このため、ガイドパイプ２３はアーム２４により固定される。
【００２５】
以上のような構成により、リード線３、外部端子１７及び内部端子１３を介して超音波発振素子１１にパルス状電圧が印加されると、超音波発振素子１１が振動し、ケース１５の底面を介して超音波が第１の経路４に送信される。連結経路６及び第２の経路５を経て液面で反射した反射波又は基準面２２１で反射した反射波をセンサ部１が受信すると、その圧力作用によりケース１５の底面が振動し、これに伴い超音波発振素子１１も振動する。これにより、超音波発振素子１１は電圧を発生し、当該電圧が内部端子１３、外部端子１７及びリード線３を介して外部の電気回路に出力信号として入力される。超音波発振素子１１から基準面２２１までの距離は既定されているため、超音波発振素子１１が超音波を送信してから基準面２２１で反射した反射波を受信するまでの時間に基づき、燃料中における超音波の伝搬速度が計測可能である。したがって、基準面２２１で反射した反射波を液面の位置を算出するための基準波として用いることで、液体の温度変化による超音波の伝搬速度の変化に関係なく、液面の位置を高い精度で検出することができる。
【００２６】
［１−２．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）第１実施形態では、伝搬経路は、第１の経路４と、第２の経路５と、連結経路６と、を有し、連結経路６は、第１の経路４における超音波発振素子１１が設けられる位置とは反対側の端部と、第２の経路５における下方側の端部と、を滑らかに連結する。つまり、第１実施形態の構成では、第１の経路４と第２の経路５とは断面形状が大きく変化することなく連結経路６により滑らかに連結される。これにより、伝搬経路が部分的に狭くなることにより発生する超音波の乱反射が生じにくくなる。したがって、第１の経路４と第２の経路５とを連結する連結経路６において超音波強度の減衰を生じにくくすることができる。
【００２７】
（１ｂ）第１実施形態では、第２の経路５及び連結経路６は、単一の部材であるガイドパイプ２３により形成されている。これにより、第２の経路５及び連結経路６が別々の部材により形成される構成とは異なり、第２の経路５と連結経路６との間に隙間等が生じない。特に第１実施形態では、直線部４２もガイドパイプ２３により形成されているので、直線部４２及び連結経路６が別々の部材により形成される構成と異なり、直線部４２と連結経路６との間に隙間等が生じない。したがって、隙間等により生じる乱反射やノイズによる超音波強度の減衰を生じにくくすることができる。
【００２８】
（１ｃ）第１実施形態では、ガイドパイプ２３は金属製の管である。これにより、超音波発振素子１１から送信された超音波を燃料の液面に向けて反射する反射板を有しない場合でも超音波強度の減衰を生じにくくすることができる。例えば、金属製の管と比較して樹脂製の管である場合、超音波強度は６０％程に減衰し得る。
【００２９】
なお、第１実施形態では、ハウジング部２がハウジングに相当し、ボディ２１及びガイドパイプ２２がハウジング本体に相当し、ガイドパイプ２３が流路部材に相当し、第３の管部２３３が湾曲部に相当する。
【００３０】
［２．第２実施形態］
［２−１．構成］
図４及び図５に示すように、第２実施形態では、ガイドパイプ２３により直線部４２の全部が形成される点が、第１実施形態においてガイドパイプ２２及びガイドパイプ２３により直線部４２が形成される点と異なる。また、第２実施形態では、ガイドパイプ２３により基準面２２２が形成される点が、第１実施形態においてガイドパイプ２２により基準面２２１が形成される点と異なる。その他、基本的な構成は第１実施形態と同様であり、第１実施形態と共通する構成については、同一符号を用いて説明を省略する。なお、図４に示す液面検出装置１０１の一部については、図１と同様、内部構造を分かりやすく示すため、断面ではなく側面を示している。
【００３１】
第２実施形態では、ハウジング部２は、ボディ２１、ガイドパイプ２５及びガイドパイプ２３を有する。
ガイドパイプ２５は、概略円錐台状の、例えば金属製の筒である。図４では右側にあたる、ガイドパイプ２５の一端側は、センサ部１の近傍に位置している。ガイドパイプ２５は、ガイドパイプ２５の中心軸Ａと直交する方向における断面が円形である。ガイドパイプ２５は、円錐部４１を形成している。
【００３２】
第２実施形態では、ガイドパイプ２３における第１の管部２３１は、直線部４２の全部を形成している。
図５に示すように、ガイドパイプ２５における超音波発振素子１１が設けられる端部とは反対側の端部の内径は、ガイドパイプ２３の内径よりも大きく、ガイドパイプ２３の外径よりも小さい。第２実施形態では、ガイドパイプ２３における第１の管部２３１側の端部と、ガイドパイプ２５における超音波発振素子１１が設けられる端部とは反対側の端部と、の端面同士が当接し、その当接する部分において段部４３が形成されている。そして、第２実施形態では、ガイドパイプ２３における第１の管部２３１側の端部の端面の一部が、基準面２２２として機能する。換言すると、基準面２２２は、ガイドパイプ２３における第１の管部２３１側の端面の一部において形成される。
【００３３】
基準面２２２は、超音波発振素子１１と対向する、中心軸Ａに対して垂直な面である。換言すると、基準面２２２は、中心軸Ａを含む断面において、中心軸Ａに対して９０°の傾斜を有する面である。なお、図６及び図７に示すように、基準面２２２は、中心軸Ａを含む断面において、中心軸Ａに対して例えば４５°〜１３５°の傾斜を有する面であってもよい。
【００３４】
［２−２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（２ａ）第２実施形態では、ガイドパイプ２３における第１の管部２３１側の端部の端面の一部が、基準面２２２として機能する。すなわち、ガイドパイプ２３における第１の管部２３１側の端部と、ガイドパイプ２５における超音波発振素子１１が設けられる端部とは反対側の端部と、の端面同士が当接する部分において段部４３が形成される。このため、第２実施形態では、ガイドパイプ２３における第１の管部２３１側の端部と、ガイドパイプ２２における直線部４２側の端部と、を段差なく滑らかに連続させる構成と異なり、各部材の寸法精度や部材同士の位置精度を緩和することができる。
【００３５】
［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００３６】
（３ａ）上記各実施形態では、ガイドパイプ２３における第２の管部２３２が鉛直方向に延びる直管状の構成を例示したが、第２の管部の形状はこれに限定されるものではない。例えば、図８及び図９において２点鎖線で示すように、ガイドパイプ２３における第２の管部は、第２の管部の中心軸Ｂが鉛直方向に対して前後及び左右の少なくとも一方に傾斜していてもよい。なお、第２の管部の傾斜に合わせて頭部２４１も傾斜している。また、例えば、図１０及び図１１に示すように、第２の管部は、変曲点を１つ又は複数有していてもよい。これにより、形状が異なるタンクにも対応することができる。
【００３７】
（３ｂ）上記第１実施形態では、基準面２２１は、中心軸Ａを含む断面において、中心軸Ａに対して９０°の傾斜を有する面である構成を例示したが、上記第２実施形態と同様に、基準面は、中心軸Ａを含む断面において、中心軸Ａに対して例えば４５°〜１３５°の傾斜を有する面であってもよい。
【００３８】
（３ｃ）上記第２実施形態では、基準面２２２は、ガイドパイプ２３における第１の管部２３１側の端面の一部において形成される構成を例示したが、基準面が形成される構成はこれに限定されるものではない。例えば、基準面は、第１の管部２３１側の端面の全部において形成されていてもよい。また、基準面は、第２の管部における端部の一部が第２の管部の全周において内側に突出することで形成されていてもよい。例えば、図１２に示すように、基準面２２３は、中心軸Ａを含む断面においてＵ字状に形成されていてもよい。また、図１３に示すように、基準面２２４は、中心軸Ａを含む断面においてＶ字状に形成されていてもよい。
【００３９】
（３ｄ）上記各実施形態では、タンク２００内の燃料の液面検出に用いられる液面検出装置１００，１０１を例示した。しかしながら、液面検出装置の用途は特に限定されるものではない。液面検出装置は、車両に搭載される他の液体、例えば、エンジンオイル、ブレーキフルード、ウィンドウォッシャ液等の液面検出に用いられてもよい。また例えば、液面検出装置は、液体輸送用車両に備えられた液体輸送用タンク内や車両以外の各種民生用機器の液体容器内などの液面検出に用いられてもよい。
【００４０】
（３ｅ）上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【００４１】
１…センサ部、２…ハウジング部、３…リード線、４…第１の経路、５…第２の経路、６…連結経路、１１…超音波発振素子、２１…ボディ、２２，２３，２５…ガイドパイプ、２４…アーム、４１…円錐部、４２…直線部、４３…段部、１００，１０１…液面検出装置、２００…タンク、２２１〜２２４…基準面、２３１…第１の管部、２３２…第２の管部、２３３…第３の管部、２４１…頭部、２４２…連結部。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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