(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグであって、絶縁体と、前記絶縁体を取り囲むように配置されたツーピース・外側シェルと、前記絶縁体内の通路内に配置された中心電極とを含み、前記絶縁体が、第１の部分、第２の部分および第３の部分を有し、前記第１の部分が前記絶縁体の第１の端部に配置されており、前記第３の部分が前記絶縁体の第２の端部に配置されており、前記第２の端部が前記絶縁体の前記第１の端部の反対側に位置し、前記第２の部分が前記第１の部分と前記第３の部分との間に配置され、前記絶縁体が、更に、前記第２の部分と前記第３の部分との間に形成されたチャンネル、および前記第１の部分と前記第２の部分との間に形成された第１の肩部を含む、前記点火プラグを形成する方法であって、
前記方法が、
前記絶縁体を前記外側シェルに挿入するステップであって、
前記外側シェルの第１部品の第１端が前記絶縁体の前記第１の端部に隣接し、前記第１部品の第２端が前記絶縁体の前記第１の肩部に隣接して配置され、
前記外側シェルの第２部品が、第１端、その反対に位置する第２端、前記第１端と前記第２端との間に位置するねじ部、および前記ねじ部と前記第２端との間に位置する留めナット部分を含むように形成され、及び
前記外側シェルの前記第２部品の前記第１端が、前記外側シェルの前記第１部品の前記第２端に隣接し、前記外側シェルの前記第２部品の前記第２端が、前記絶縁体の第２の肩部および前記チャンネルに隣接して配置されるように、前記絶縁体を前記外側シェルに挿入するステップと、
前記外側シェルの前記第２部品の前記第１端を、前記第１の肩部の位置で前記外側シェルの前記第１部品の前記第２端に重ね合わせるステップと、
前記外側シェルの前記第２部品の前記第２端が前記絶縁体の前記チャンネル内に延びるように、前記外側シェルの前記第２部品の前記第２端を前記第２の肩部の周囲にかしめるステップと、を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記外側シェルの前記第２部品の前記第１端と前記第１部品の前記第２端とは、重ね合わせを容易にするために外側に広がった形状にされている、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記外側シェルの前記第１の部品は、外側に広がった部分と、直線部分とを含み、前記外側に広がった部分は第１の距離だけ延びており、前記外側シェルの前記第２の部品の前記第１端は、前記外側に広がった部分を完全に取り囲むとともに、前記直線部分を第２の距離だけ取り囲み、前記第２の距離が前記第１の距離よりも長い、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記ねじ部は、前記絶縁体の他の部分の直径より大きい直径を有する前記絶縁体の部分の周囲において、前記外側シェルの前記第１端と第２端との間で前記外側シェルの外側面上に位置する、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記第２の部分が前記第１の部分および前記第３の部分よりも大きな厚さを有する、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記第２の肩部が前記外側シェルの前記第２端に係合するように形成されている、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記絶縁体が非導電セラミック材料から形成され、前記外側シェルの前記第２部品の前記第２端の寸法が約１４ｍｍであり、前記絶縁体の第３の部分の直径が約１０ｍｍである、方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、前記中心電極が、前記絶縁体の一端から延び、前記端子が、前記絶縁体の反対側の一端から延びる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１０月２８日出願の米国特許仮出願第６１／４０７，７１６号の利益を主張するものであり、その内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、一般に内燃機関用の点火プラグに関し、より具体的には、点火プラグの絶縁体に対する負荷を低減する、留めナットから絶縁体への境界面に関する。
従来の点火プラグの構造は、一端の近くのねじ山と、ねじ切りされた終端から金属ケースを通り、反対端を越えて延在するセラミック絶縁体を有する環状の金属ケースを含む。中央の電極は、ねじ切りされた終端の近くに露出され、内部の絶縁体を通り、絶縁体の反対側の終端から延在する端子に対して電気的に接続され、同端子には点火プラグの点火コードが取り付けられている。
【０００３】
先端部の点火プラグを密閉するために加えられる力は、ねじ切りされた金属ケースによって伝達されるトルクによるものであり、したがって、金属ケースのねじ部は、頑丈なうえに相当のサイズでなければならない。金属ケースの一部分は、ねじ部にトルクを与えるためにソケットツールによって係合されるように形成される。ねじ部は、ソケットツールによって係合される部分から離れて配置される。
【０００４】
燃焼室からのガスの排気の効率的制御を助長するために、弁のサイズが増大されることがある。このことは、必然的に、点火プラグのサイズの縮小、ねじ切りされた金属ケース終端のサイズおよび頑丈さの低下、および、特に点火プラグの金属穴の内径および点火プラグをねじで受けるのに有効な燃焼室壁領域の縮小を伴うはずである。
【０００５】
その結果として、セラミック絶縁体の最大部直径は、外側シェルの６角ナットまたは留めナット部分のサイズによって決定される。したがってより小さな６角ナットについては、セラミック絶縁体のバレル径が縮小される。セラミック絶縁体の直径も、動作寿命を通じてセラミックを所定の位置に保つために必要とされる肩部に加えてシェルの６角ナットおよびひだに必要とされるクリアランスによって規定される。
【０００６】
これまで、１４ｍｍおよび１６ｍｍの６角ナットの点火プラグ（１２ｍｍの点火プラグ）については、セラミック絶縁体の直径が各用途に対して異なり、別々の点火ブートを必要とする。例えば、１４ｍｍの６角ナットは直径が９．０ｍｍのセラミックバレルを使用し、１６ｍｍの６角ナットは直径が１０．５ｍｍのセラミック円筒部を使用する。
【０００７】
したがって、１６ｍｍの６角ナットの点火プラグより大きな直径の絶縁体を使用することができる１４ｍｍの６角ナットの点火プラグを提供するのが望ましいであろう。
点火プラグの直径が縮小すると、取外しのときに点火プラグをその接地シールドに保持する能力も低下する可能性がある。この問題に取り組むためにより高強度の鋼の留めナットが提案されているが、より高強度の鋼の留めナットは、より低強度の鋼の留めナットより大きな荷重で絶縁体に組み付けられ、したがって、絶縁体の衝撃強度に悪影響が及ぶ可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，０９１，６７２号
【特許文献２】米国特許第５，６９７，３３４号
【特許文献３】米国特許第５，９１８，５７１号
【特許文献４】米国特許第６，１０４，１３０号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００８／０２７２６８３号
【特許文献６】米国特許出願公開第２００９／００７９３１９号
【特許文献７】米国特許出願公開第２００９／０１２１６０３号
【特許文献８】米国特許出願公開第２００９／０１８９５０３号
【特許文献９】米国特許出願公開第２００９／０１８９５０５号
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００９／０１８９５０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明者は、絶縁体に対する負荷を低減する、留めナットから絶縁体への境界面を設けることが望ましいことを認識した。また、本発明者は、一般的には、より大きな点火プラグの６角ナットの設計に関連したセラミック絶縁体の円筒部および点火コードを有するより小さな点火プラグの６角ナットの設計を用いるのも望ましいことを認識した。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の例示的実施形態は、内燃機関用の点火プラグに関する。この点火プラグは、一端に中心電極チップを有して他端に近接した端子を有する細長い中心電極と、中心電極を実質的に取り囲む絶縁体であって、絶縁体の外面に形成されたチャンネルを有する絶縁体と、絶縁体を取り囲む外側シェルとを有し、外側シェルが、留めナット部分および留めナット部分から延在する遠位末端を有し、外側シェルの遠位末端が、外側のシェルのチャンネルに収容されて、これと係合するように位置合わせされる。
【００１１】
本発明の例示的実施形態は、点火プラグを形成する方法にも関する。この方法は、点火プラグの外側シェルに絶縁体を挿入するステップであって、絶縁体が、第１の部分、第２の部分および第３の部分を有し、第１の部分が絶縁体の一端に配置され、第３の部分が絶縁体の反対端に配置され、第２の部分と第３の部分の間にチャンネルが配置され、第２の部分が、第１の部分および第３の部分より厚く、絶縁体が、チャンネルと第２の部分の間に配置された肩部をさらに備えるステップと、肩部を、外側シェルの遠位末端と接触させるステップであって、遠位末端が、外側シェルの留めナット部分から延在するステップと、絶縁体の第１の部分と第２の部分の間に配置されている絶縁体の別の肩部と外側シェルの反対側の遠位末端の間に接地シールドを固定するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の例示的実施形態による点火プラグの側面図である。
【図２】図１に示された例示的点火プラグの断面側面図である。
【図３】図１の線３−３に沿った視野を示す図である。
【図４】図２の一部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜図４は、本発明の例示的実施形態の全体構造を示す。点火プラグ１０が示されており、内燃機関用に設計されている。点火プラグ１０の内燃機関への設置は、点火プラグ１０が、エンジン先端部（図示せず）に設けられているねじ切りされた穴を通ってエンジンの燃焼室（図示せず）の中へ突出するように点火プラグ１０を嵌合することによって実現される。点火プラグ１０は、点火プラグの軸方向の長さに沿って延在する円筒状の中心電極１２と、中心電極１２を同心的に取り囲む、セラミックまたは類似のもので構成された絶縁体１４と、絶縁体１４を同心的に取り囲む外側シェル１６を含む。
【００１４】
図示の実施形態では、中心電極１２は、一端にチップ１８を有する円筒状の本体を有し、中心電極１２の、チップ１８に対して反対側の終端２０は、導電性ガラスシール２４を介して円筒状の端子スタッド２２に電気的に接続される。一実施形態では、導電性ガラスシールは、ファイヤド−イン（ｆｉｒｅｄ−ｉｎ）・シールであり得る。ガラスシールは、端子スタッドと中心電極の間の電気的接続として働く。端子スタッドには、プラグが設置されているときにプラグに電流を供給する点火ケーブル（図示せず）に取り付けるように構成されて絶縁体から突出する端子ナット２６がさらに備わっている。代替実施形態では、端子スタッドと中心電極の間に抵抗素子が配置されてよい。
【００１５】
中心電極は、例えばインコネル、別のニッケルベースの合金、または他の適切な金属もしくは合金などの高度に耐熱性かつ耐食性の金属材料で従来のものより長い被覆によって覆われた、例えば銅などの高度に熱伝導性の金属材料で作製されたコアを備えてよい。さらに、中心電極は、金、パラジウム、またはプラチナ合金から作製されたものなどの貴金属チップ２８を、適切な点火プラグの機能を可能にするために、熱伝達を改善し、かつ火花間隙を維持するように中心電極チップ１８に接合される、例えば平坦なものまたは細線などといった任意の適切な形態で有することになる。関連技術で知られているように、端子スタッドは、ニッケルめっき仕上げを伴う、鋼または鋼ベースの合金材料を含むことができる。
【００１６】
図示のように、絶縁体は、それぞれが別々の直径を有する第１の絶縁体区間３０、第２の絶縁体区間３２、および第３の絶縁体区間３４を有する、実質的に円筒状の細長い本体を有する。第１の絶縁体区間は、実質的に中心電極を取り囲み、先細りの、またはフレアーの構成３８を有する遠位末端３６で終結する。第２の絶縁体区間は、第１の絶縁体区間と第３の絶縁体区間の中間に配置されており、第２の絶縁体区間の直径は、他の２つの絶縁体区間の直径より大きい。第２の絶縁体区間と、より狭い第１の絶縁体区間は、肩部４０によって互いに分離されている。
【００１７】
点火プラグは、外側シェル１６および接地シールド４４をさらに備える。外側シェルは、一端の留めナット部分４６および反対端の内燃機関座面部分４８をさらに備える。内燃機関の燃焼室と連絡するほぼ円筒状の開口のねじ部とねじ係合するように構成された複数のねじ山５０が、留めナット部分と内燃機関座面部分の間に配置される。外側シェルのねじ部は、絶縁体の第２区間を取り囲むように構成される。ロックナット部分は、ロックナットのねじが弛められたとき点火プラグが螺旋形のパターンで取り出され得るように外側シェルと一体化して形成され、ごくわずかな傾きで簡単かつ直接的に取り出される。点火プラグをエンジン穴に対してねじで出し入れするために、適切なソケットツールが外側シェルのロックナットと係合することができる。
【００１８】
外側のシェルの内燃機関座面部分は、点火プラグの組立てが完了したとき、外側シェルのねじ切りされた区間の下に位置して絶縁体の肩部４０に対して並置して位置合わせされている接地シールドの相補形のフレアーの区間５２に重なるフレアー部分を含む。この接続点で、接地シールドと外側シールドが互いに固定され、その中に絶縁体が捕捉されている。
【００１９】
次に、特に図２および図４を参照して、絶縁体は、絶縁体の外面に形成されたチャンネル、溝または逃げ溝５４をさらに備え、チャンネルは、絶縁体の第２の部分と第３の部分の間に配置された絶縁体の区間５６をもたらす。区間５６は、第２区間および第３区間の隣接した部分より薄い、低減された厚さを有する。また、チャンネルは、留めナット部分から延在する遠位末端５８に位置合わせされるように配置される。
【００２０】
遠位末端５８は、絶縁体の相補形の肩部６４と係合するように構成された内側の肩部６２をさらに備える。図示のように、肩部６４は、絶縁体のチャンネル部分５４と第２の部分３２の間に配置される。
【００２１】
チャンネルの反対端では、絶縁体壁の厚さがポイント６８で増加し、第３の絶縁体区間が外側シェルの遠位末端から突出する。それ自体では、留めナットの６角部分が１４ｍｍであるとき、第３の絶縁体区間および対応する端子スタッドの絶縁体のサイズは、寸法が１６ｍｍの留めナットを有する点火プラグとともに使用されるものと同一サイズであり得る。例えば、６角ナットの寸法が１４ｍｍの点火プラグは、一般に９ｍｍの円筒部の寸法または第３区間の寸法を有することになり、６角ナットの寸法が１６ｍｍの点火プラグは、１０．５ｍｍの円筒部の寸法または第３区間の寸法を有することになる。さらに、結果としての端子スタッドのサイズは、円筒部の寸法に従って変化することになる。したがって、点火プラグの絶縁体に、ひだまたはチャンネル５４を設けることにより、円筒部の寸法が１０．５ｍｍの絶縁体および対応する端子スタッドを１４ｍｍの６角ナットサイズを有する点火プラグとともに使用することができる。もちろん、前述の範囲および寸法は、単に実例として提供されたものであり、本発明の例示的実施形態は、本明細書に開示された特定の範囲および寸法に限定されるようには意図されていない。
【００２２】
組立て中に、絶縁体が、軸方向に外側シェルの中へ矢印７２の方向に挿入され、次いで内燃機関座面部分４８が接地シールドの裾広がりの部分５２の上に押しつけられ、絶縁体が、絶縁体の肩部６４および４０ならびに遠位末端５８および外側シェルの内燃機関座面部分によって、外側シェルと接地シールドの組立体の中に捕捉されるように、遠位末端５８が、チャンネルまたは逃げ溝５６の中へ押し合わされる。
【００２３】
したがって、組み立てられた外側シェルと接地シールドがユニットとして機能する。代替構成では、接地シールドとリテーナを一緒に固定するために、外側シェルの内燃機関座面部分と接地シールドの部分５２も、ろう付け、レーザー溶接、抵抗溶接、またはプラズマ溶接などの接合技法を用いて互いに接合され得る。本発明の例示的実施形態では、外側シェルの内燃機関座面部分は、接地シールドのフレアー部分に対して「熱間圧縮される」。また、接地シールドは、中心電極チップの上に延在する、接地電極に対する接地用ストラップも備えてよい。そのうえ、点火プラグは、様々な他の構成を有してもよい。点火プラグと接地シールド／接地ストラップの構成の限定的でない実例は、米国特許第５，０９１，６７２号、米国特許第５，６９７，３３４号、米国特許第５，９１８，５７１号、および米国特許第６，１０４，１３０号、ならびに米国特許出願公開第２００８／０２７２６８３号、米国特許出願公開第２００９／００７９３１９号、米国特許出願公開第２００９／０１２１６０３号、米国特許出願公開第２００９／０１８９５０３号、米国特許出願公開第２００９／０１８９５０５号、および米国特許出願公開第２００９／０１８９５０６号に見いだされ、それぞれが参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２４】
外側シェルは、ニッケルめっきした炭素鋼ベースの合金などの導電性金属材料を含むことになり、ねじ切りされた区間は、約１２〜１６ｍｍ以下のねじ外径を有することができ、また、ねじ切りされていない区間は、前述のように、小さな直径の点火プラグを用意することによって大きなエンジン空間を与えるために、約６〜１０ｍｍの外径を有することができる。
【００２５】
外側シェルならびに絶縁体の形状、サイズ、および特定の構造は、もちろん設計ごとに大幅に変化する可能性があり、したがって、外側シェルおよび点火プラグの前述の寸法の属性は、単に限定的でない実例として提供されたものであり、本発明の例示的実施形態は、これらの値より大きなサイズまたはより小さなサイズを企図する。
【００２６】
さらに、ろう付け、レーザー溶接、抵抗溶接、またはプラズマ溶接などの任意の適切な接合技法により、中心電極チップおよび接地電極ストラップに貴金属チップを接合することができる。
【００２７】
絶縁体は、中心電極をしっかりと保持する一方で中心電極と接地シールドの間の電気的短絡を防止するように、例えばアルミナセラミックなどの非導電セラミック材料から形成される。もちろん、その他の適切な同等の材料が用いられてよい。
【００２８】
（１）本発明の一例に係る内燃機関用の点火プラグは、「内燃機関用の点火プラグであって、
一端に中心電極チップを有し、他端に近接した端子を有する細長い中心電極と、
前記中心電極を実質的に取り囲む絶縁体であって、前記絶縁体の外面に形成されたチャンネルを有する絶縁体と、
前記絶縁体を取り囲む外側シェルであって、前記外側シェルが、留めナット部分および前記留めナット部分から延在する遠位末端を有し、前記外側シェルの前記遠位末端が、前記外側シェルの前記チャンネルに収容されて、これと係合するように位置合わせされる外側シェルと
を備える内燃機関用の点火プラグ。」に関する。
（２）前記留めナット部分が、前記外側シェルと一体化して形成され、前記留めナット部分に近接した前記外側シェルの外面がねじ部を有してもよい。
（３）前記留めナット部分が、前記遠位末端と前記外側シェルのねじ部の間に配置され、前記外側シェルの反対側の遠位末端が、前記外側シェルの内燃機関座面部分を画定し、前記ねじ部が、前記留めナット部分と前記内燃機関座面部分の間に配置されてもよい。
（４）前記絶縁体が、第１の部分、第２の部分および第３の部分を有し、前記第１の部分が前記絶縁体の一端に配置されており、前記第３の部分が前記絶縁体の反対端に配置されており、前記チャンネルが、前記第２の部分と前記第３の部分の間に配置され、前記第２の部分が、前記第１の部分および前記第３の部分より厚い構成としてもよい。
（５）前記絶縁体が、前記チャンネルと前記第２の部分の間に配置された肩部をさらに備え、前記肩部が、前記外側シェルの前記遠位末端に近接した前記外側シェルの一部分と係合するように構成されてもよい。
（６）前記絶縁体が非導電セラミック材料から作製され、前記留めナット部分の直径がおおよそ１４ｍｍであり、前記絶縁体の前記区間の直径がおおよそ１０ｍｍであってもよい。
（７）前記中心電極が前記絶縁体の一端から延在し、前記絶縁体の反対端から端子が延在する構成としてもよい。
（８）前記絶縁体が、前記第１の部分と前記第２の部分の間に配置された別の肩部をさらに備え、前記別の肩部が、前記外側シェルの前記内燃機関座面部分と前記別の肩部の間に配置された接地シールドの遠位末端と係合するように構成されてもよい。
（９）本発明の一例に係る方法は、「前記点火プラグの外側シェルに絶縁体を挿入するステップであって、前記絶縁体が、第１の部分、第２の部分および第３の部分を有し、前記第１の部分が前記絶縁体の一端に配置されており、前記第３の部分が前記絶縁体の反対端に配置されており、前記第２の部分と前記第３の部分の間にチャンネルが配置され、前記第２の部分が、前記第１の部分および前記第３の部分より厚く、前記絶縁体が、前記チャンネルと前記第２の部分の間に配置された肩部をさらに備えるステップと、
前記肩部を、前記外側シェルの遠位末端に近接した前記外側シェルの一部分と接触させるステップであって、前記遠位末端が、前記外側シェルの留めナット部分から延在するステップと、
前記絶縁体の別の肩部と前記外側シェルの反対側の遠位末端の間に接地シールドを固定するステップであって、前記別の肩部が、前記絶縁体の前記第１の部分と前記第２の部分の間に配置されているステップとを含む方法。」に関する。
（１０）前記留めナット部分が、前記外側シェルと一体化して形成され、前記留めナットに近接した前記外側シェルの外面がねじ部を有する構成としてもよい。
（１１）前記留めナット部分が、前記遠位末端と前記外側シェルの前記ねじ部の間に配置され、前記外側シェルの反対側の遠位末端が、前記外側シェルの内燃機関座面部分を画定し、前記ねじ部が、前記留めナット部分と前記内燃機関座面部分の間に配置されてもよい。
（１２）前記絶縁体が、第１の部分、第２の部分および第３の部分を有し、前記第１の部分が前記絶縁体の一端に配置されており、前記第３の部分が前記絶縁体の反対端に配置されており、前記チャンネルが、前記第２の部分と前記第３の部分の間に配置され、前記第２の部分が、前記第１の部分および前記第３の部分より厚い構成としてもよい。
（１３）前記絶縁体が、前記チャンネルと前記第２の部分の間に配置された肩部をさらに備え、前記肩部が、前記外側シェルの前記遠位末端と係合するように構成されてもよい。
（１４）前記絶縁体が非導電セラミック材料から作製され、前記留めナット部分の寸法がおおよそ１４ｍｍであり、前記絶縁体の前記区間の直径がおおよそ１０ｍｍであってもよい。
（１５）前記中心電極が前記絶縁体の一端から延在し、端子が前記絶縁体の反対端から延在してもよい。
（１６）前記絶縁体が、前記第１の部分と前記第２の部分の間に配置された別の肩部をさらに備え、前記別の肩部が、前記外側シェルの前記内燃機関座面部分と前記別の肩部の間に配置された接地シールドの遠位末端と係合するように構成されてもよい。
本発明が、例示的実施形態を参照しながら説明されてきたが、当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が行なわれ得ること、また、等価物が、本発明の要素の代わりになり得ることが理解されよう。また、本発明の教示の基本的範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を同範囲に適合させるために、多くの修正が行なわれ得る。したがって、本発明は、本発明を実行するために企図された最善の様式として開示された特定の実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的に同等の範囲に入る実施形態をすべて含むように意図されている。
【符号の説明】
【００２９】
１０  点火プラグ
１２  中心電極
１４  絶縁体
１６  外側シェル
１８  チップ
２０  終端
２２  端子スタッド
２４  導電性ガラスシール
２６  端子ナット
２８  貴金属チップ
３０  第１の絶縁体区間
３２  第２の絶縁体区間
３４  第３の絶縁体区間
３６  遠位末端
３８  構成
４０  肩部
４４  接地シールド
４６  留めナット部分
４８  内燃機関座面部分
５０  ねじ山
５２  区間
５４  チャンネル
５６  区間
５８  遠位末端
６２  内側の肩部
６４  肩部
６８  ポイント
７２  矢印
【図１】
0005722846.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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