(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンとモータジェネレータとの間に電磁クラッチを配設しアイドリングストップ中にモータジェネレータを駆動できるクラッチすべり抑制制御装置であって、該電磁クラッチの磁路内に永久磁石を持ち、その磁束により結合力を発生させ、電磁クラッチソレノイドにはその磁束を打ち消すように電流を印加して消滅させることで電磁クラッチを解放動作させ、
さらに、
Ｈブリッジ型の電気回路により電磁クラッチに対して結合及び解放のいずれの方向にも電流を印加可能な電流印加手段と、
前記エンジンとエアコンプレッサとのトルク差から前記電磁クラッチの滑りを予測する予測手段と、
前記エンジンと前記エアコンプレッサとの回転数差から必要な前記電磁クラッチの結合力を推定する結合力推定手段と、
該結合力推定手段により推定された結合力から前記電磁クラッチの結合に最適な電流値を算出する電流値算出手段と、
該電流値算出手段で算出された最適な電流値でデューティ比を変化させる変化手段とを有し、
前記予測手段が電磁クラッチの滑りを予測した場合に、前記変化手段はデューティ比を前記エンジンとモータジェネレータとの間の結合力を強めるように変更する、ことを特徴とするクラッチすべり抑制制御装置。
【請求項２】
エンジンとモータジェネレータとの間に電磁クラッチを配設し、該電磁クラッチが解放されるとエンジンの駆動と分離してモータジェネレータ単独で車両を駆動させることが可能なハイブリッド車におけるクラッチすべり抑制制御装置であって、該電磁クラッチの磁路内に永久磁石を持ち、その磁束により結合力を発生させ、電磁クラッチソレノイドにはその磁束を打ち消すように電流を印加して消滅させることで電磁クラッチを解放動作させ、
さらに、
Ｈブリッジ型の電気回路により電磁クラッチに対して結合及び解放のいずれの方向にも電流を印加可能な電流印加手段と、
前記エンジンと前記モータジェネレータとのトルク差から前記電磁クラッチの滑りを予測する予測手段と、
前記エンジンと前記モータジェネレータとの回転数差から必要な前記電磁クラッチの結合力を推定する結合力推定手段と、
該結合力推定手段により推定された結合力から前記電磁クラッチの結合に最適な電流値を算出する電流値算出手段と、
該電流値算出手段で算出された最適な電流値でデューティ比を変化させる変化手段とを有し、
前記予測手段が電磁クラッチの滑りを予測した場合に、前記変化手段はデューティ比を前記エンジンとモータジェネレータとの間の結合力を強めるように変更する、ことを特徴とするクラッチすべり抑制制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のエンジンとモータジェネレータとの間に設けられた電磁クラッチの結合時のすべりを解消し、結合力を高めるクラッチすべり抑制制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される空調設備のコンプレッサは、エンジンに連結されて得られる駆動力と、モータによる駆動力とを利用するものが存在する（例えば、実開平６−８７６７８号公報（特許文献１））。例えば、アイドルストップ車等に搭載される空調装置のコンプレッサ等である。
【０００３】
このようなコンプレッサでは、エンジンと連結されて駆動力を得る場合と、バッテリによって駆動されるモータによって駆動力を得る場合とがあり、これらの両駆動源を選択的に使用する。具体的には、エンジンとモータジェネレータ（モータとその発電機及びスタータとしての機能を有する）との間に電磁クラッチを設け、エンジンとモータとの両駆動源を選択的に連結することでコンプレッサを駆動する。具体的には、エンジンが駆動している場合には電磁クラッチの摩擦プレートを結合させることで回転軸とエンジンとを連結して駆動力を得、一方、エンジンが停止している場合には電磁クラッチの摩擦プレートを解放することでモータの回転による駆動力を得るようになっている。
【０００４】
また、ハイブリッド車では車両の動力源としてエンジンとモータとを併有し、いずれか一方または双方の駆動力により走行するようにしたハイブリッド自動車が知られている（例えば、特開平１１−２８５１０７号公報参照（特許文献２））。このハイブリッド車でも、エンジンとモータジェネレータとの間に電磁クラッチを設け、エンジンとモータとの両駆動源を選択的に連結することで車両を走行させている。
【０００５】
上記２つの場合ともに電磁クラッチはしっかりと結合・解放する必要があり、結合時において結合力（結合力）が低下し、摩擦プレート間に所謂「すべり」が発生すると駆動力の伝達が不十分になり、エネルギー損失を招く。従来、この問題を解決すべく、電磁クラッチの結合時に「すべり」が発生したことを検知して、クラッチの結合力を強める方向に電流を印加する技術が開示されている（例えば、特開平１−１５８２３０号公報（特許文献３）、特開２００１−３４９３４９号公報（特許文献４）、特開２００２−２５０２９３号公報（特許文献５））。
【０００６】
しかしながら、このような結合力を強める方法を採用すると電磁石の大型化や消費電力の増大が懸念されるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平６−８７６７８号公報
【特許文献２】特開平１１−２８５１０７号公報
【特許文献３】特開平１−１５８２３０号公報
【特許文献４】特開２００１−３４９３４９号公報
【特許文献５】特開２００２−２５０２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上の事情に鑑みて創作されたものであり、車両のエンジンとモータジェネレータとの間に設けられた電磁クラッチについて、小型で省消費電力でありながらその結合時のすべりを解消し、結合力を高めるクラッチすべり抑制制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明では、
エンジンとモータジェネレータとの間に電磁クラッチを配設しアイドリングストップ中にモータを駆動できるクラッチすべり抑制制御装置を提供する。このクラッチすべり抑制制御装置は、永久磁石の磁束により結合力を発生させ、その磁束を打ち消すように電磁クラッチソレノイドに電流を印加することで電磁クラッチの解放動作をする。また、本クラッチすべり抑制制御装置は、Ｈブリッジ型の電気回路により電磁クラッチに対して結合及び解放のいずれの方向にも電流を印加可能な電流印加手段と、前記エンジンとエアコンプレッサとのトルク差から前記電磁クラッチの滑りを予測する予測手段と、前記エンジンと前記エアコンプレッサとの回転数差から必要な前記電磁クラッチの結合力を推定する結合力推定手段と、該結合力推定手段により推定された結合力から前記電磁クラッチの結合に最適な電流値を算出する電流値算出手段と、該電流値算出手段で算出された最適な電流値でデューティ比を変化させる変化手段とを有し、前記予測手段が電磁クラッチの滑りを予測した場合に、前記変化手段はデューティ比を前記エンジンとモータジェネレータとの間の結合力を強めるように変更する。
【００１０】
本発明のクラッチすべり抑制制御装置によれば、電磁クラッチの「すべり」を予測し、モータとエンジンを解放する方向と逆の方向に電磁クラッチの結合に必要な分だけ電流を印加することができる。したがって、無駄なく電磁クラッチ内の磁束密度を増加させ、クラッチの「すべり」を容易に抑制することができる。従来のように結合力を強めるために永久磁石を強力なものにすることなく印加する電流量を制御することで必要な結合力を得ることができる。また、永久磁石を強力なものにしなくても良いためにクラッチ解放動作時の電流量も増やす必要がなく消費電力の軽減が可能である。その結果、装置全体としての低コスト化も可能である。
【００１１】
また、他の本発明は、エンジンとモータジェネレータとの間に電磁クラッチを配設し、該電磁クラッチが解放されるとエンジンの駆動と分離してモータ単独で車両を駆動させることが可能なハイブリッド車におけるクラッチすべり抑制制御装置を提供する。このクラッチすべり抑制制御装置は、Ｈブリッジ型の電気回路により電磁クラッチに対して結合及び解放のいずれの方向にも電流を印加可能な電流印加手段と、前記エンジンと前記モータとのトルク差から前記電磁クラッチの滑りを予測する予測手段と、前記エンジンと前記モータとの回転数差から必要な前記電磁クラッチの結合力を推定する結合力推定手段と、該結合力推定手段により推定された結合力から前記電磁クラッチの結合に最適な電流値を算出する電流値算出手段と、該電流値算出手段で算出された最適な電流値でデューティ比を変化させる変化手段とを有し、前記予測手段が電磁クラッチの滑りを予測した場合に、前記変化手段はデューティ比を前記エンジンとモータとの間の結合力を強めるように変更する。
【００１２】
本クラッチすべり抑制制御装置も電磁クラッチの「すべり」を解消する基本制御構成としては同じであるが、上述するクラッチすべり抑制制御装置と違いハイブリッド車におけるエンジンとモータとの間の電磁クラッチの「すべり」の解消を目的としている
【発明の効果】
【００１３】
本発明のクラッチすべり抑制制御装置によれば、車両のエンジンとモータジェネレータとの間に設けられた電磁クラッチについて、小型で省消費電力でありながらその結合時のすべりを解消し、結合力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のクラッチすべり抑制制御装置で「すべり」防止の対象となる電磁クラッチ及びその周辺装置を示した概略図である。
【図２】従来型および本発明のクラッチすべり抑制制御装置で電磁クラッチに印加するための電気回路をそれぞれ（ａ）、（ｂ）に示している。
【図３】本発明のクラッチすべり抑制制御装置において回転数差で「すべり」予測する制御構成の一例を示すフロー図である。
【図４】図３の制御構成におけるタイミングチャートである。
【図５】本発明のクラッチすべり抑制制御装置においてトルク変動等から「すべり」予測する制御構成の他の例を示すフロー図である。
【図６】図５の制御構成におけるタイミングチャートである。
【図７】本発明のクラッチすべり抑制制御装置においてコンプレッサ負荷から「すべり」予測する制御構成のさらに他の例を示すフロー図である。
【図８】図７の制御構成におけるタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
続いて、本発明の一実施形態に係るクラッチすべり抑制制御装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、クラッチすべり抑制制御装置で「すべり」防止の対象となる電磁クラッチ及びその周辺装置についての概略を説明する。
【００１６】
図１は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジン）１と、バッテリによって駆動されるモータジェネレータ２の少なくとも２つの駆動源を有する車両におけるコンプレッサ５や空調設備３の駆動を示す概略図である。なお、モータジェネレータ２は、走行駆動源であるモータとしての機能と発電機及びスタータとしての機能とを有するように構成されるものである。
【００１７】
コンプレッサ５や空調装置３を制御するためには、エンジン制御装置７（以下、「エンジンＥＣＵ」と称する）が設けられる。このエンジンECU７には、エンジン１、モータジェネレータ２や空調装置３から、図示しないがマルチプレクサ（ＭＰＸ）やアナログ−デジタル変換器（ＡDＣ）等を介して道路の勾配情報やアクセル情報（スロットル情報）、車速情報等の各種信号が入力される。入力された信号は、エンジンＥＣＵ７内において実行されるプログラムに従って処理され、所定の制御信号として出力され、空調装置３や電磁クラッチ４等を制御する。
【００１８】
空調装置３のコンプレッサ５は、いわゆるエンジン１及びモータジェネレータ２の２つの駆動源で駆動できるコンプレッサである。電磁クラッチ４は、エンジン１とモータジェネレータ２との間の連結遮断を行う。電磁クラッチ４は、対向する摩擦プレート４ａ、４ｂを有し、さらに、内蔵した永久磁石により摩擦プレート４ａ、４ｂ同士が結合してエンジン１の回転を回転軸６に伝達する。回転軸６に伝達されたエンジン１の回転はプーリ１２からプーリ１３に伝達し、コンプレッサ５を駆動させる。なお、プーリ１２とプーリ１３とはベルト１４で連結されている。なお、蓄電装置９は後述するように電磁クラッチ４が結合するとエンジン１の回転がモータジェネレータ２に伝達され、モータジェネレータ２が発電機として機能すると蓄電する。
【００１９】
また、１２Ｖ電池１１は蓄電装置９の電圧を降圧コンバータ１０によって電圧を下げて充電する。また、電磁クラッチ４はエンジンECU７の指令により電磁クラッチソレノイド（図示せず）を励磁すると、永久磁石の磁束を打ち消すことで結合力を消滅させ、図１の矢印（電磁プレート４の直下参照）に示すよう方向に摩擦プレート４ｂが回転軸６上をスライドし摩擦プレート４ａ、４ｂを互いに解放する。電磁クラッチ４が解放されるとエンジン１の回転の伝達は電磁クラッチ４で遮断され、モータジェネレータ２のモータ駆動によりその回転がプーリ１２、１３、ベルト１４を介してコンプレッサ５を作動させる。
【００２０】
ここでエンジン１の稼働と電磁クラッチ４の作動との関係について説明する。エンジン１の始動時は、電磁クラッチをONすなわち結合させる場合には、永久磁石の磁束により摩擦プレート４ａ、ｂを結合させてモータジェネレータ２でエンジン１を始動させる。エンジン１の始動後、モータジェネレータ又はコンプレッサ作動不要時は、エンジンＥＣＵ７の指令により電磁クラッチ４の摩擦プレート４ａ、ｂを解放させ、モータジェネレータ２を引きずらないようにする。また、モータジェネレータ又はコンプレッサ作動必要時は、電磁クラッチ４の摩擦プレート４ａ、ｂを結合させる。なお、アイドルストップ中にモータジェネレータ又はコンプレッサ作動必要時は、電磁クラッチ４を断切（ＯＦＦ）し摩擦プレート４ａ、ｂを解放させる。
【００２１】
ここで電磁クラッチ４の「すべり」、すなわち摩擦プレート４ａ、４ｂが互いにしっかりと結合せずエンジン１の回転が十分に伝達されていない状態について考える。この電磁クラッチ４の「すべり」はモータ２とエンジン１との回転数の差が大きいと発生するものである。
【００２２】
この「すべり」を解決するために本実施形態では、図２に示すように電磁クラッチ４に印加する電流回路をＨブリッジ回路としている。まず、図２（ａ）は従来の電流制御回路を示している。電磁クラッチソレノイド２０は電流を印加すると電磁クラッチ４を解放させる機能を有する。図２（ａ）の従来型の電流制御回路では、トランジスタＱ０をＯＮ／ＯＦＦすることで電磁クラッチソレノイド２０への電流印加をＯＮ／ＯＦＦしている。この電流制御装置Ａでは矢印にも示すように電流を一方向に流すことができないため電磁クラッチ４を解放してエンジン１とモータジェネレータ２とを解放することしかできない。したがって、電磁クラッチ４の結合時にその結合力が弱い場合には「すべり」が発生する。
【００２３】
これに対して図２（ｂ）では本発明のクラッチすべり抑制制御装置における電流制御回路Ｂが示されている。この電流制御回路ＢはＨブリッジ回路構成であり、トランジスタＱ１及びＱ４をＯＮするときと（矢印実線）、トランジスタＱ２及びＱ３をＯＮするときと（矢印点線）、で電磁クラッチソレノイド２０への電流印加方向を逆転することができる。したがって、電磁クラッチ４を解放するだけでなく、永久磁石の磁束をさらに強めることによりエンジン１とモータジェネレータ２との結合力を強めることができる。
【００２４】
次に具体的に本クラッチすべり抑制制御装置の制御構成の概要を説明する。本クラッチすべり抑制制御装置では、電磁クラッチ４の「すべり」を予測したうえで必要締結力を推定し、そこから最適な電流値を算出してデューティ比を変化させている（具体的な「すべり」の予測については後述する）。デューティ比は周期的なパルス波を出したときの周期とパルス幅の比をいい、印加電流の強度すなわちここでは電磁クラッチ４の結合力の強度に対応する。
【００２５】
ここで本クラッチすべり抑制制御装置で制御を想定する電磁クラッチ４の「すべり」について考える。本クラッチすべり抑制制御装置では、（１）アシスト及び回生時、（２）ロックアップ時、を想定している。これらはエンジン１とモータジェネレータ２との回転数差（以下、単に「回転数差」と称するときはこの意味で使用する）が大きいときである。詳細には
（１）アシスト及び回生時とは、エンジン１に急激な負荷変動が発生したとき、すなわちアシストから回生に移ったとき又は回生からアシストに移ったときである。又、
（２）ロックアップＯＮする直前、もしくはロックアップＯＮした直後である。
このようなときに大きな「すべり」は発生するので、これを予測し、制御する。
【００２６】
図３を参照すれば、「すべり」の予測をエンジン１とエアコンプレッサ５との回転数差から必要締結力を推定する方法がフロー図で示されている。
まず、電磁クラッチ４がＯＮ指令か否かすなわちクラッチ結合指令か否かを判断する（ＳＴＥＰ１０）。このクラッチON指令は車両の状態、例えばエンジン始動時や空調設備３の動作状況などにより決まる。クラッチON指令である場合にはエンジン１とコンプレッサ５との回転数差を判定する（ＳＴＥＰ１１）。また、ＳＴＥＰ１０でクラッチOFF指令である場合、電磁クラッチ４を解放すべく永久磁石の磁束を打ち消すために電流指令値＝所定の負の値、に設定しておく（ＳＴＥＰ１４）。ここで電流指令値が正の場合は、クラッチ４の結合力を強める向きに電流を流すことに対応し、負の場合にはクラッチ４を解放する向きに電流を流すことに対応する。
【００２７】
ＳＴＥＰ１１で、回転数差が大きい（回転数差＞閾値）と判定された場合には、電流指令値を回転数差に応じた正の値に設定する（ＳＴＥＰ１２）。図３におけるＳＴＥＰ１２に示したグラフでは回転数ｒに応じた電流値ａが設定される。また、ＳＴＥＰ１１で回転数差が小さい（回転数差≦閾値）と判定された場合には、電流指令値＝０、に設定し、電磁クラッチ４に電流の印加をせずにそのまま結合させておく（ＳＴＥＰ１３）。
ＳＴＥＰ１２〜１４で電流指令値が設定されると、この電流指令値に基づいてデューティ比を算出し（ＳＴＥＰ１５）、電磁クラッチ４の結合に要する所望の印加電流に変調して出力する（ＳＴＥＰ１６）。
【００２８】
図４は、図３のフロー図に示す制御例におけるタイミングチャートを示している。まず、最初（ｔ＝ｔ０）にクラッチはON、電流指令値＝０であるが、時間ｔ１のときに回転数差が所定の閾値を超えて電磁クラッチにかかるトルクが上昇すると、電流指令値が正の値となり電磁クラッチ４に「すべり」防止の電流が印加され、クラッチ４の「すべり」状態を解消することができる。その後、時間ｔ２でクラッチＯＮ指令がOFFになり電磁クラッチが解放されると、電流指令値が負の値に設定されクラッチが解放方向に向かうことが理解されよう。
【００２９】
図５を参照すれば、「すべり」の予測する制御構成についてのフロー図で示されている。
まず、電磁クラッチ４がON指令か否かを判断する（ＳＴＥＰ２０）。クラッチON指令である場合には、エンジン１のトルクの変動を検知し、その検知結果から電磁クラッチ４の締結力（結合力）を強めるための電流指令値を算出する（ＳＴＥＰ２１）。次に、モータジェネレータ２のトルク変動を検知し、その検知結果から電磁クラッチ４の締結力（結合力）を強めるための電流指令値を算出する（ＳＴＥＰ２２）。さらに、ロックアップが行われる場合にはその前後の回転数差を検知し、その検知結果から電磁クラッチ４の締結力（結合力）を強めるための電流指令値を算出する（ＳＴＥＰ２３）。そして、ＳＴＥＰ２０で電磁クラッチ４がON指令であると判定された場合はＳＴＥＰ２１，ＳＴＥＰ２３、ＳＴＥＰ２４で算出された電流指令値を全部加算してその和を電流指令確定値として設定し（ＳＴＥＰ２５）、この電流指令値に基づいてデューティ比を算出し（ＳＴＥＰ２６）、電磁クラッチ４の結合に要する所望の印加電流に変調して出力する（ＳＴＥＰ２７）。また、ＳＴＥＰ２０で電磁クラッチ４がOFF指令であると判定された場合はこれを維持すべく電流指令値＝所定の負の値、に設定しておき（ＳＴＥＰ２２）、この電流指令値に基づいてデューティ比を算出し（ＳＴＥＰ２６）、電磁クラッチ４の結合に要する所望の印加電流に変調して出力する（ＳＴＥＰ２７）。
【００３０】
図６は、図５のフロー図に示す制御例におけるタイミングチャートを示している。まず、最初（ｔ＝ｔ０）にクラッチはON、電流指令値＝０であるが、時間ｔ３、ｔ４、ｔ５ときにそれぞれ、Ａ．エンジン１のトルクの変動、Ｂ．モータジェネレータ２のトルク変動、Ｃ．ロックアップが行われる場合にはその前後の回転数差、の検知結果から算出された電流指令値が示されており、その加算合計値（ＳＴＥＰ２５参照）がＤ．最大電流指令値として示されている。これは時間ｔ３、ｔ４、ｔ５ではＡ〜Ｃのそれぞれの電流指令値のみ現れているためＤ．最大電流指令値でもその大きさに変化が見られないが、ｔ７ではＡ及びＣの電流指令値が同時に現れているためＤがその加算値として現れていることからも理解される。また、時間ｔ７でクラッチがOFFになり電磁クラッチが解放されると、電流指令値が負の値に設定されクラッチが解放方向に向かうことも理解されよう。
【００３１】
また、図３、図５以外にも他の「すべり」の予測する制御構成が考えられる。
例えば、Ａ／Ｃコンプレッサの負荷から判断する制御構成が考えられ、図７にフロー図が示されている。まず、図３，図５と同様に電磁クラッチ４がON指令か否か判断する（ＳＴＥＰ３０）。クラッチON指令である場合には、コンプレッサにかけられていると検出される圧力に応じた負荷トルクを算出し（ＳＴＥＰ３１）、算出された負荷トルクをモータジェネレータ２の回転軸へのトルクに換算する（ＳＴＥＰ３３）。具体的には、換算値（換算トルク）＝負荷トルク×プーリ比、として換算する。次に、この換算値からモータ側のトルクを算出する（ＳＴＥＰ３４）。具体的には、検出されるモータトルクからＳＴＥＰ３３の換算トルクを減算する。
【００３２】
そして、算出されたトルクの変動に対応する電流指令値が算出され、図３、図５と同様にこの電流指令値に基づいてデューティ比を算出し（ＳＴＥＰ３６）、電磁クラッチ４の結合に要する所望の印加電流に変調して出力する（ＳＴＥＰ３７）。また、ＳＴＥＰ３０で電磁クラッチ４がOFF指令であると判定された場合はこれを維持すべく電流指令値＝所定の負の値、に設定しておき（ＳＴＥＰ３２）、この電流指令値に基づいてデューティ比を算出し（ＳＴＥＰ３６）、電磁クラッチ４の結合に要する所望の印加電流に変調して出力する（ＳＴＥＰ３７）。
【００３３】
図８は、図７のフロー図に示す制御例におけるタイミングチャートを示している。このフロー図からＳＴＥＰ３１の負荷トルク、ＳＴＥＰ３２のモータトルク、両者減算の合計であるＳＴＥＰ３４のトルク(合計トルク)、合計トルクの変動に基づいて電流指令値が現れていることが理解されよう。
【００３４】
また、上記本クラッチすべり抑制制御装置の実施形態では、エンジンとコンプレッサ用モータジェネレータとの間の電磁クラッチの「すべり」防止を目的としているが、同様の制御構成でハイブリッド車におけるエンジンとモータジェネレータとの間の電磁クラッチにも適用可能である。上述の実施形態における「コンプレッサ用モータ」を「走行用モータ」に置き換えると理解できよう。
【００３５】
以上、本発明のクラッチすべり抑制制御装置についての実施形態およびその概念について説明してきたが本発明はこれに限定されるものではなく特許請求の範囲および明細書等に記載の精神や教示を逸脱しない範囲で、さらなる他の変形例、改良例が得られることは当業者は理解できるであろう。
【符号の説明】
【００３６】
１  エンジン
２  モータジェネレータ
３  空調設備
４  電磁クラッチ
５  コンプレッサ
【図１】
0005789843.tif 000002
【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】
0005789843.tif 000009