(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測流体が流れる配管外に配置され、外部との信号の授受を行うコネクタ部と、
前記コネクタ部から前記配管内に延出された本体部と、
前記本体部の内部に形成され、前記配管を流通する前記被計測流体の一部を流通させる内部流路と、
前記内部流路内に配設され、前記被計測流体の流量を検出する流量検出素子と、
を備えた流量測定装置であって、
前記内部流路は、前記配管を流通する前記被計測流体の一部を取り込む流入口から取り込んだ前記被計測流体の一部を再び前記配管に戻す流出口までの間を繋ぐ主流路と、前記主流路の途中をバイパスする副流路と、で構成され、
前記副流路は、計測用流体の流量から前記被計測流体の流量を検出する前記流量検出素子が配設された流量検出素子側流路と、前記主流路と前記流量検出素子側流路とを接続する接続流路と、で構成され、
前記主流路は、前記流入口から流入した前記被計測流体を前記本体部の内部に導く導入箇所と、前記導入箇所よりも流路断面積が狭められた狭い箇所と、前記狭い箇所から流路断面積が広げられて前記流出口に導く導出箇所と、を有し、
前記接続流路は、前記狭い箇所よりも前記流入口側にある前記主流路の途中に接続された上流側接続流路と、前記狭い箇所よりも前記流出口側にある前記主流路の途中に接続された下流側接続流路とを有し、前記上流側接続流路を介して前記主流路を流通する前記被計測流体の一部を計測用流体として取り込んで前記流量検出素子側流路に流通させ、前記下流側接続流路を介して前記計測用流体を前記主流路に戻し、
前記主流路および前記流量検出素子側流路は、前記配管に流れる前記被計測流体の流れ方向を法線とする面に対して、対称に構成され、
前記主流路は、前記対称を構成する前記面の箇所が、流路断面積の狭い箇所として構成された、
流量測定装置。
【請求項２】
前記上流側接続流路が前記主流路に接続される位置は、前記流入口よりも前記狭い箇所に近く、
前記下流側接続流路が前記主流路に接続される位置は、前記流出口よりも前記狭い箇所に近い、
請求項１に記載の流量測定装置。
【請求項３】
前記被計測流体の流れ方向において、
前記導入箇所は、前記流入口の流路断面積を維持する直線箇所を有し、
前記導出箇所は、前記流出口の流路断面積を維持する直線箇所を有している
請求項１または２に記載の流量測定装置。
【請求項４】
前記接続流路は、前記配管を流れる前記被計測流体の流れ方向に対して、９０度以上の角度で配設されている
請求項１から３のいずれか１項に記載の流量測定装置。
【請求項５】
前記接続流路の幅は、前記流量検出素子側流路の幅よりも小さい
請求項１から４のいずれか１項に記載の流量測定装置。
【請求項６】
前記主流路は、前記被計測流体の流れ方向と平行な直線として、前記主流路の前記流入口および前記主流路の前記流出口と交差し、前記主流路を形成する壁面に接触しない一部の直線を含む
請求項１から５のいずれか１項に記載の流量測定装置。
【請求項７】
前記上流側接続流路は、前記流入口の流路断面積を維持する第１直線箇所から前記流路断面積の狭い箇所に向けて流路が狭められる第１変移箇所の領域内に設けられ、
前記下流側接続流路は、前記流路断面積の狭い箇所から前記流出口の流路断面積を維持する第２直線箇所に向けて流路が広げられる第２変移箇所の領域内に設けられている
請求項１から６のいずれか１項に記載の流量測定装置。
【請求項８】
前記主流路と前記流量検出素子側流路は、前記配管を流れる前記被計測流体の流れ方向を法線とする面に投影したそれぞれの投影面が離れた位置関係を有するように構成されている
請求項１から７のいずれか１項に記載の流量測定装置。
【請求項９】
前記流量検出素子側流路は、前記配管を流れる前記被計測流体の流れ方向を法線とする面に投影した前記主流路の投影面の一辺の延長線上に、自身の投影面の少なくとも一部がラップするように設置され、前記流量検出素子の両面に前記計測用流体を流すスペースを確保する
請求項８に記載の流量測定装置。
【請求項１０】
前記流路断面積の狭い箇所と、前記上流側接続流路との間に、前記流入口の流路断面積を維持する第１直線箇所の一部が設置され、
前記流路断面積の狭い箇所と、前記上流側接続流路との間に、前記流出口の流路断面積を維持する第２直線箇所の一部が設置された
請求項１から６のいずれか１項に記載の流量測定装置。
【請求項１１】
前記流入口の流路断面積を維持する第１直線箇所の一部の流路壁面と、前記流路断面積の狭い箇所の壁面とで形成される角度は、前記第１直線箇所の一部の流路壁面と、接続流路の壁面とで形成される角度よりも大きく、
前記流出口の流路断面積を維持する第２直線箇所の一部の流路壁面と、前記流路断面積の狭い箇所の壁面とで形成される角度は、前記第２直線箇所の一部の流路壁面と、接続流路の壁面とで形成される角度よりも大きい、
請求項１から６、または請求項１０のいずれか１項に記載の流量測定装置。
【請求項１２】
前記流路断面積の狭い箇所は、流路断面積を維持する第３直線箇所を有しており、
前記第３直線箇所は、前記流入口の流路断面積を維持する第１直線箇所および前記流出口の流路断面積を維持する第２直線箇所と平行である、
請求項１から６、請求項１０、または請求項１１のいずれか１項に記載の流量測定装置。
【請求項１３】
前記流路断面積の狭い箇所と配管側流路とをつなぐ流路が設置され、
前記流路は、主流路に対して検出素子側流路と反対側に設置される
請求項１から６、または請求項１０から１２のいずれか１項に記載の流量測定装置。
【請求項１４】
前記流入口の流路断面積を維持する第１直線箇所と
前記流出口の流路断面積を維持する第２直線箇所と、
前記配管を流れる空気の流れに対して、検出素子側流路と反対側に傾斜している
請求項１から６のいずれか１項に記載の流量測定装置。
【請求項１５】
前記流入口から配管側流路につながる流路、および前記流出口１８ｂから前記配管側流路につながる流路が設置されている
請求項１から６、または請求項１４のいずれか１項に記載の流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、車両用の内燃機関の吸入空気量を測定するために適した流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流量測定装置では、同一面上に、配管を流れる被計測気体の一部を取り込む主流路に加えて、主流路を流れる被計測気体の一部を取り込む流量検出素子側流路を配設している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−６８７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
例えば、車両用の内燃機関に適用される流量測定装置においては、内燃機関であるエンジンのピストンの動作によって、空気の流れが変動（脈動）し、場合によっては逆流が生じることがある。【０００５】
このような流量測定装置にあっては、順流時に、高い汚損耐性や検出感度や検出精度が得られる設計となっている。そのため、流れ方向が異なると、風路構造が異なることになるため、上記の性能が低下する、という問題があった。【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、測定対象の流量が順流時だけでなく、逆流時にも、汚損物による検出素子の破壊や測定精度の低減を防ぐことのできる流量測定装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る流量測定装置は、被計測流体が流れる配管外に配置され、外部との信号の授受を行うコネクタ部と、コネクタ部から配管内に延出された本体部と、本体部の内部に形成され、配管を流通する被計測流体の一部を流通させる内部流路と、内部流路内に配設され、被計測流体の流量を検出する流量検出素子と、を備えた流量測定装置であって、内部流路は、配管を流通する被計測流体の一部を取り込む流入口から取り込んだ被計測流体の一部を再び配管に戻す流出口までの間を繋ぐ主流路と、主流路の途中をバイパスする副流路と、で構成され、副流路は、計測用流体の流量から被計測流体の流量を検出する流量検出素子が配設された流量検出素子側流路と、主流路と流量検出素子側流路とを接続する接続流路と、で構成され、主流路は、流入口から流入した被計測流体を本体部の内部に導く導入箇所と、導入箇所よりも流路断面積が狭められた狭い箇所と、狭い箇所から流路断面積が広げられて流出口に導く導出箇所と、を有し、接続流路は、狭い箇所よりも流入口側にある主流路の途中に接続された上流側接続流路と、狭い箇所よりも流出口側にある主流路の途中に接続された下流側接続流路とを有し、上流側接続流路を介して主流路を流通する被計測流体の一部を計測用流体として取り込んで流量検出素子側流路に流通させ、下流側接続流路を介して計測用流体を主流路に戻し、主流路および流量検出素子側流路は、配管に流れる被計測流体の流れ方向を法線とする面に対して、対称に構成され、主流路は、対称を構成する面の箇所が、流路断面積の狭い箇所として構成されたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、バイパス流路を、主流路、接続流路、および流量検出素子側流路で構成し、主流路および流量検出素子側流路を、被計測流体の流れ方向を法線とする面に対して概略対称にするとともに、主流路における対称面の箇所が、流路断面積の狭い箇所として構成され、計測用流体を流量検出素子側流路に取り出す接続流路は、主流路の流路断面積が変化する箇所で主流路に接続される構成を備えている。この結果、測定対象の流量が順流時だけでなく、逆流時にも、汚損物による検出素子の破壊や測定精度の低減を防ぐことのできる流量測定装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による流量測定装置を、内燃機関の配管に取り付けた状態を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における流量測定装置を、配管内の空気の流れ方向から見た図である。
【図３】本発明の実施の形態１における流量測定装置内の流路の斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１における図１の正面図において、流量測定装置内の流路をＡ視方向から見た側面図である。
【図５】本発明の実施の形態１による主流路、流量検出素子側流路、および接続流路の各流路の対称面の位置関係を示した説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１における主流路の流路形状を示した説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１における主流路の風速分布を示した説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１における主流路、接続流路、および流量検出素子側流路の投影面を示す説明図である。
【図９Ａ】本発明の実施の形態１による配管を流れる空気の流れと接続流路の傾き関係を示した図である。
【図９Ｂ】本発明の実施の形態１による配管を流れる空気の流れと接続流路の傾き関係を示した図である。
【図１０Ａ】本発明の実施の形態１による流量測定装置内の流路の形状を示す説明図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施の形態１による流量測定装置内の流路の形状を示す説明図である。
【図１１Ａ】本発明の実施の形態２による流量測定装置内の流路の形状を示す説明図である。
【図１１Ｂ】本発明の実施の形態２による流量測定装置内の流路の形状を示す説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態２において、流量検出素子の両面に流体を流す場合の模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における配管と流量測定装置との位置関係を示した図である。
【図１４】本発明の実施の形態４における流量測定装置内の流路の形状を示した図である。
【図１５】本発明の実施の形態４の図１４の構成において、汚損物が流入した際の挙動を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態４における流量測定装置内の流体の流れの一例を示す説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態４における流量測定装置内の接続流路と主流路の関係を示した図である。
【図１８】本発明の実施の形態４における流量測定装置内の流路の概観を示した図である。
【図１９】本発明の実施の形態４における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した斜視図である。
【図２０】本発明の実施の形態４における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した、図１９とは異なる構成を示した図である。
【図２１】本発明の実施の形態５における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した斜視図である。
【図２２】本発明の実施の形態５における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した正面図である。
【図２３】本発明の実施の形態５における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した正面図である。
【図２４】本発明の実施の形態５における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した、先の図２０とは別の斜視図である。
【図２５】本発明の実施の形態５における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した、先の図２１とは別の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の流量測定装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による流量測定装置を、内燃機関の配管に取り付けた状態を示す正面図である。流量測定装置１０の本体部１１が装置挿入孔２から配管１に挿入され、フランジ部１２により配管１に固定されている。本体部１１には、配管１への挿入方向に沿って、コネクタ部１３、回路収納部１４、流量測定装置内の流路１５がそれぞれ形成されている。
【００１２】
回路収納部１４内には、流量検出素子１６を駆動して、その信号を処理する制御回路が搭載された回路基板１４ａが収納されている。回路の駆動電源、および流量信号は、コネクタ部１３を介して外部と接続される。
【００１３】
本実施の形態１において、配管１内の被計測流体は、空気である。そして、配管１内を流れる空気４の大部分は、配管側流路１７に流れるが、空気４の一部は、流量測定装置１０内の流路１５に流れる。この流路１５は、被計測流体の流量を測定するために設けられたバイパス流路に相当し、このバイパス流路を流れる流体は、バイパス流体に相当する。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態１における流量測定装置１０を、配管１内の空気４の流れ方向から見た図である。流量測定装置１０は、圧力損失の増大を抑制するために、空気の流れと垂直方向の断面積が小さくなるように、図２の紙面の左右方向（配管１の径方向）に細い形状となっている。
【００１５】
流量測定装置１０内の流路１５は、図２の紙面の奥行き方向、従って、図１の紙面の左右方向（配管１の流れ方向）に長い流路となっている。
【００１６】
図２に示す流路１５は、空気流入口１８ａから空気を取り入れる。ここで、空気流入口１８ａは、通常、図２に示すように、概略、空気流入口１８ａの重心を、配管１の中心に設置する。
【００１７】
しかしながら、流量測定装置１０と配管１の間に流れる空気の対称性を重視する場合には、本体部１１の壁面と配管１の壁面間の距離が等しくなるように、空気流入口１８ａを設置する場合もある。
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態１における流量測定装置１０内の流路１５の斜視図である。流路１５は、主流路１８、接続流路１９、流量検出素子側流路２０で構成される。接続流路１９は、配管を流れる空気４に対して、上流側の接続流路１９１と、下流側の接続流路１９２の２箇所に設置される。
【００１９】
図４は、本発明の実施の形態１における図１の正面図において、流量測定装置内の流路１５をＡ視方向から見た側面図である。主流路１８は、流入口１８ａおよび流出口１８ｂを備えている。
【００２０】
接続流路１９１は、流入口１９１ａ（以下、接続部１９１ａとも称す）および流出口１９１ｂを備えている。同様に、接続流路１９２は、流入口１９２ａおよび流出口１９２ｂ（以下、接続部１９２ｂとも称す）を備えている。流量検出素子側流路２０の流入口は、接続流路１９１の流出口１９１ｂであり、流量検出素子側流路２０の流出口は、接続流路１９２の流入口１９２ａである。
【００２１】
図１〜図４から分かるように、主流路１８は、扁平な形状をしており、流入口１８ａ、流出口１８ｂは、配管中心と流量測定装置１０の取り付け面を結ぶ線の方向に沿って長い間口を有している。また、主流路１８の中心部は、くびれて細くなっている。
【００２２】
流量検出素子側流路２０は、その幅が、主流路１８の流入口１８ａ、流出口１８ｂの間口よりも細く、主流路１８と平行に配置されている。
【００２３】
本実施の形態１における図４では、接続流路１９は、主流路１８および流量検出素子側流路２０に対して垂直に接続されており、流量検出素子側流路２０より細い幅の流路で構成されている。
【００２４】
また、接続流路１９１，１９２は、主流路１８の中心部のくびれの前後に配置されており、本実施の形態１では、流量検出素子側流路２０より細い幅の流路で構成されている。
【００２５】
以上のような図３、図４に示した構成を整理すると、以下のようになる。
・主流路１８には、中心部のくびれに相当する、流路断面積の狭い箇所が設けられている。
・主流路１８の流路断面積が最も狭い箇所より上流側に、接続流路１９の流入口１９１ａが配置されている。
・一方、主流路１８の流路断面積が最も狭い箇所より下流側に、接続流路１９の流出口１９１ｂが配置されている。
【００２６】
このような流路１５が構成されることで、被計測流体の流れ方向と平行な直線は、主流路１８の流入口１８ａおよび主流路１８の流出口１８ｂのそれぞれと交差し、直線の少なくとも一部は、主流路１８を形成する壁面に接触しないこととなる。
【００２７】
従って、図４に示すように、流入口１８ａから流入した、流路１５に流れる空気５の大部分は、そのまま直進して、流量検出素子側流路２０を流れない空気５ａとなり、流出口１８ｂから流出する。そして、空気５ａは、その後、図１で示した配管側流路１７に流れた空気と合流する。
【００２８】
一方、流入口１８ａから流入した、流路１５に流れる空気５の一部は、接続流路１９１を介して、流量検出素子側流路２０に流れ、流量検出素子側流路２０を流れる空気５ｂとなる。流量検出素子側流路２０に流れ込むこの流体は、計測用流体に相当する。
【００２９】
そして、空気５ｂは、熱線式の流量検出素子１６の検出部１６ａで、その流量が計測された後、接続流路１９２を介して、流量検出素子側流路２０を流れない主流路１８の空気５ａと合流する。
【００３０】
本実施の形態１における流量検出素子１６は、熱線式流量計であり、あらかじめ流量検出素子１６の出力と配管１を流れる空気４の流量との関係を校正することで、高い測定精度が得られている。
【００３１】
上述した図１〜図４の基本構成に基づいて、本発明は、以下のような第１の構成〜第５の構成を備えることで、測定対象の流量が順流時だけでなく、逆流時にも、汚損物による検出素子の破壊や測定精度の低減を防ぐことを実現している。
【００３２】
第１の構成：流路１５が、配管１に流れる空気４の流れ方向を法線とする面に関して概略対称の構造を有している点。
第２の構成：主流路１８が、流量が狭められた領域を有している点。
第３の構成：配管１に流れる空気４の流れ方向を法線とする面上において、主流路１８と流量検出素子側流路２０の投影面が離れている点。
【００３３】
第４の構成：接続流路１９が、配管１に流れる空気４の流れに対して、９０度以上の角度を有して接続されている点。
第５の構成：流量検出素子側流路２０が、接続流路１９につながる部分に広い空間を有している点。
【００３４】
そこで、これら第１の構成〜第５の構成の詳細、および効果について、図５〜図１０を用いてさらに詳細に説明する。
【００３５】
まず、本実施の形態１における第１の構成に関して説明する。図５は、本発明の実施の形態１による主流路１８、流量検出素子側流路２０、および接続流路１９の各流路の対称面の位置関係を示した説明図である。本実施の形態１では、図５に示すように、主流路１８、流量検出素子側流路２０は、それぞれ配管に流れる空気４の流れ方向を法線とする面３５に対して、概略対称である。
【００３６】
次に、第１の構成の効果について説明する。エンジンは、ピストンの動作によって、空気の流れの変動（脈動）や逆流が生じることがある。このような場合でも、図５に示したように、流れ方向に対して概ね対称の流路構造を取ることにより、検出感度や検出精度の高い順方向の流れの風路設計と同一の風路が、逆方向にも形成されることとなる。このため、本実施の形態１に示す流量測定装置１０は、高い検出感度や検出精度を実現できる。
【００３７】
次に、本実施の形態１における第２の構成に関して説明する。図６は、本発明の実施の形態１における主流路１８の流路形状を示した説明図である。本実施の形態１では、図６に示すように、流路１８に流路断面積の狭い箇所１８ｃを設置し、流入口１８ａから、直線部１８１ａを経た後、滑らかに流路が狭められ、最も流路断面積が小さい箇所１８ｃを経て、滑らかに流路が広げられ、直線部１８１ｂを経た後、流出口１８ｂに至っている。
【００３８】
直線部１８１ａは、第１直線箇所に相当し、直線部１８１ｂは、第２直線箇所に相当する。また、直線部１８１ａを経た後の滑らかに流路が狭められる箇所は、第１変移箇所に相当し、最も流路断面積が小さい箇所１８ｃを経た後の滑らかに流路が広げられる箇所は、第２変移箇所に相当する。
【００３９】
そして、流入口１８ａ、主流路１８の流路断面積が最も狭い箇所１８ｃ、および流出口１８ｂは、概略直線上に設置されている。
【００４０】
また、接続流路１９の接続部１９１ａ、１９２ｂの少なくとも一部は、直線部１８１ａ，１８１ｂ以外の領域に設置されている。図６においては、接続部１９１ａは、直線部１８１ａと最も流路断面積が小さい箇所１８ｃとの間の流路が狭まりつつある領域に設置されている。一方、接続部１９２ｂは、最も流路断面積が小さい箇所１８ｃと直線部１８１ｂの間の流路が広がりつつある領域に設置されている。
【００４１】
従って、本構造では、主流路１８の流入口１８ａ、流出口１８ｂと交差し、空気４の流れ方向と平行な直線４０の少なくとも一部は、主流路１８を形成する壁面に接触しない構造となっている。
【００４２】
次に、第２の構成の効果について説明する。流入口１８ａ、最も流路断面積が小さい箇所１８ｃ、流出口１８ｂは、直線４０上に配置されている。このため、慣性の大きい汚損物は、流入口１８ａから流入後、曲げられず、そのまま流出口１８ｂに流れる。すなわち、汚損物は、減速しないため、流量検出素子側流路２０に流入しにくいこととなる。
【００４３】
また、流路断面積が小さい箇所１８ｃを設置することにより、縮流による圧力損失が発生する。そのため、接続部１９１ａ，１９２ｂの間には、大きな静圧差が発生する。この結果、接続部１９１ａ，１９２ｂに繋がっている流量検出素子側流路２０に流れる流量を増大させることができる。
【００４４】
なお、本実施の形態１では、流入口１８ａの長辺方向の長さを縮めることで、流路断面積の狭い箇所１８ｃを形成する場合について説明した。しかしながら、本発明の構成は、これに限定されず、流入口１８ａの短辺方向の長さを縮めることで流路断面積の狭い箇所１８ｃを形成してもよい。
【００４５】
なお、直線部１８１ａは、流入した流体の流れを安定化させる機能を有している。また、直線部１８１ｂは、流出する流体の流れを安定化させる機能を有している。本実施の形態１においては、対称構造であることから、直線部１８１ａ、１８１ｂは、概略平行であり、概略同一直線上にあり、概略同一断面積でもある。そして、接続流路１９の接続部１９１ａ，１９２ｂは、どちらも、直線部１８１ａ、１８１ｂより、最も流路断面積が小さい箇所１８ｃ側に設置され、流れが安定した流体を検出素子側流路に取り出している。
【００４６】
また、本実施の形態１では、接続流路１９の接続部１９１ａ，１９２ｂを、流入口１８ａ、主流路１８の流路断面積が最も狭い箇所１８ｃ、および流出口１８ｂを結ぶ直線４０上に設置している。
【００４７】
図７は、本発明の実施の形態１における主流路１８の風速分布を示した説明図である。この図７においては、濃淡の濃い部分ほど、流速が大きいことを意味している。接続部１９２ｂは、図７に示すように、流速が特に大きい箇所となる。このため、主流に流れる流体の澱みなどによって汚損物が溜まることが抑制される。
【００４８】
また、接続部１９２ｂは、澱んだ領域に設置されていないことで、順流から逆流に流れが変化する際に、澱み領域に溜まった汚損物が流量検出素子側流路２０に入り込むことを防止することができる。
【００４９】
次に、本実施の形態１における第３の構成に関して説明する。先の図３に示したように、主流路１８と流量検出素子側流路２０は、立体的に並走して配設され、接続流路１９１，１９２によって繋げられた構成となっている。
【００５０】
すなわち、配管を流れる空気４の流れ方向を法線とする面に対して、主流路１８と流量検出素子側流路２０を投影した場合、主流路１８と流量検出素子側流路２０が並走しているため、両者の投影面は、離れている。
【００５１】
図８は、本発明の実施の形態１における主流路１８、接続流路１９、および流量検出素子側流路２０の投影面を示す説明図である。主流路１８と流量検出素子側流路２０は、接続流路１９で繋がれている。
【００５２】
次に、第３の構成による効果について説明する。本実施の形態１によれば、流量検出素子側流路２０が、主流路１８に対して立体的に並走して設置される。このため、流量測定装置１０の本体部１１に対して流路１５が占める割合を小さくすることができる。
【００５３】
さらに、主流路１８と流量検出素子側流路２０を別体にして、接続流路１９で繋げる構成を採用している。これにより、主流路１８は、汚損物の分離と流量検出素子側流路２０に流れる空気流量を大きくするための機能に特化できる。
【００５４】
その一方で、流量検出素子側流路２０は、渦や流速分布等による流れの乱れを抑制して、精度を高める単純な構造にすることができる。従って、流路設計が容易になり、ニーズの変更等に応じた構造変更、流路設計の最適化が容易になる。
【００５５】
なお、本実施の形態１では、主流路１８と流量検出素子側流路２０を並行に設置している場合について説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されず、主流路１８と流量検出素子側流路２０は、必ずしも並行でなくてもよい。すなわち、上述したように、配管を流れる空気４の流れ方向を法線とする面上において、主流路１８と流量検出素子側流路２０の投影面が離れていればよい。
【００５６】
次に、本実施の形態１における第４の構成に関して説明する。図９は、本発明の実施の形態１による配管を流れる空気の流れ４と接続流路１９の傾き関係を示した図である。図９Ａは、空気４の流れ方向に沿った面での接続流路１９の傾き関係を示しており、図９Ｂは、空気４の流れ方向から見たときの接続流路１９の傾き関係を示している。
【００５７】
本実施の形態１では、配管に流れる空気４の流れ方向に対して、接続流路１９を先の図４に示したように、９０度の角度で配置するか、もしくは図９Ａ、図９Ｂに示したように、９０度以上の角度で配設している。
【００５８】
次に、第４の構成による効果について説明する。図９Ａでは、配管を流れる空気の流れ４に対して、接続流路１９の流入口１９１ａと流出口１９１ｂの面の法線は、９０度以上（９０度を含む）の角度となっている。
【００５９】
主流路１８に入る汚損物は、空気より重いため、直進性がある。従って、接続流路１９を、流体の流れに対して９０度以上の角度にすることで、汚損物が流量検出素子側流路２０に入ることをより一層防ぐことができる。
【００６０】
また、図９Ｂは、図９Ａとは別の傾き関係の一例を示している。接続流路１９の流入口１９１ａと流出口１９１ｂのそれぞれの面の法線は、配管を流れる空気の流れ４に対しては９０度であるが、配管を流れる空気の流れ４を法線とする面に投影した主流路の投影面に対しては垂直ではない。このような流路でも、同様に、汚損物が流量検出素子側流路２０に入ることを防ぐことができる。
【００６１】
次に、本実施の形態１における第５の構成に関して説明する。図１０は、本発明の実施の形態１による流量測定装置内の流路１５の形状を示す説明図である。図１０Ａは、斜視図であり、図１０Ｂは、正面図である。
【００６２】
この第５の構成では、図１０Ｂに示すように、接続流路１９１、接続流路１９２に繋げられた流量検出素子側流路２０において、接続流路１９の流路サイズよりも広い空間２０ａ、２０ｂが設置されている。
【００６３】
次に、このような広い空間２０ａ、２０ｂを持たせることによる効果について説明する。接続流路１９から流出した流れは、流量検出素子側流路２０の壁面に衝突後、広い空間２０ａ、２０ｂに広がった後、流路２０ｃに流れ込む。このため、広い空間２０ａ、２０ｂを持たせることで、接続流路１９から流出した流速分布の影響を緩和することができる。
【００６４】
なお、この第５の構成では、空間２０ａ、２０ｂに対して、滑らかな円弧状の流量検出素子側流路２０が形成されている。空間２０ａ、２０ｂを設置して、配管を流れる空気４の変動の影響を緩和すること、さらに、円弧状の流路２０で滑らかに流量検出素子１６に流体を移動させることで、空気４の渦等の流れの変動による出力変動を緩和することができる。
【００６５】
また、第５の構成では、流量検出素子側流路２０が円弧状になっていることから、流量検出素子側流路２０の接続流路１９周辺の流路の流れは、主流路１８の流れに対して、一端、垂直方向に配設された後、並走している。従って、このような構成でも、並走している構成を有するため、従来構造より、流路のコンパクト化は可能である。
【００６６】
以上のように、実施の形態１によれば、第１の構成〜第５の構成を必要に応じて組み合わせることで、測定対象の流量が順流時だけでなく、逆流時にも、汚損物による検出素子の破壊や測定精度の低減を防ぐことができるという、顕著な効果を得る流量測定装置を実現できる。
【００６７】
特に、第１の構成および第２の構成を備え、接続部１９１ａを、直線部１８１ａと最も流路断面積が小さい箇所１８ｃとの間の流路が狭まりつつある領域に設置し、接続部１９２ｂを、最も流路断面積が小さい箇所１８ｃと直線部１８１ｂの間の流路が広がりつつある領域に設置する構成を採用することで、上述した顕著な効果を実現できる。
【００６８】
実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２による流量測定装置内の流路１５の形状を示す説明図である。図１１Ａは、斜視図であり、図１１Ｂは、正面図である。
【００６９】
本実施の形態２では、図１１Ｂに示すように、配管を流れる空気の流れ４を法線とする面に投影した主流路の投影面の一辺の延長線４１ａ上に、流量検出素子側流路２０の投影面の少なくとも一部２０ｄがラップするように配置されている。
【００７０】
すなわち、図１１の構成においては、流量検出素子側流路２０の流量検出部１６ａ付近の流路２０ｄの流路高さを、先の実施の形態１の構成よりも増やしている。
【００７１】
次に、このような流路２０ｄを設けたことによる効果について説明する。図１２は、本発明の実施の形態２において、流量検出素子１６の両面に流体を流す場合の模式図である。図１２に示すように、流量検出素子１６の両面に空気を流すことで、流量検出素子１６の感度を向上させる場合がある。
【００７２】
このような構成においては、先の図４で示したように、流量検出素子１６の片面に空気を流す場合と比較して、流量検出素子１６の厚みの分だけ、流路高さを大きくする必要がある。
【００７３】
これに対して、本実施の形態２における図１１の構成では、配管を流れる空気の流れ４を法線とする面に投影した主流路１８の投影面の一辺の延長線４１ａ上に、流量検出素子側流路２０を設置することで、空間を有効利用できる。その結果、流量測定装置内の流路１５の小型化を図った上で、流量検出素子１６の感度を高めることが可能である。
【００７４】
以上のように、実施の形態２によれば、空間を有効利用できるように、流量検出素子側流路の形状を工夫することで、流量測定装置内の流路の小型化と、流量検出素子の感度向上との両立を図ることができる。
【００７５】
実施の形態３．
図１３は、本発明の実施の形態３における配管１と流量測定装置１０との位置関係を示した図である。本実施の形態３における構成は、図１３に示すように、流入口１８ａの幅広の方向が、配管１内の最も風速の早い領域と配管中心とを結ぶ線の方向と、概ね同一となるように設置されている。この方向は、図１３中の両矢印で示したＸ方向に相当する。
【００７６】
次に、このような配置による効果について説明する。図１３に示すように、流量測定装置１０が設置されている配管１の上流側には、一般にフィルタ３０が設置されており、大きな汚損物３３を除去している。
【００７７】
配管は、エンジンルーム内の狭い領域に設置される。このため、フィルタ３０が汚れていない初期状態の場合でも、最も風速の早い領域は、風の流れ３１のように、必ずしも配管中心にない場合がある。従って、フィルタ３０を通過した後でも、風速分布３１ａに示すように、配管中心が最も早い分布でない風速分布が発生する場合がある。
【００７８】
長時間使用すると、フィルタ３０の風を通過する部分に汚損物３３が堆積して目詰まりする。その結果、風の流れは、風の流れ３１から風の流れ３２に変わり、その結果、風速分布３１ａは、風速分布３２ａのように変化する。
【００７９】
通常、流量測定装置１０は、フィルタ３０が汚れていない初期状態で、所望の出力が得られるように校正されている。このため、配管１内の風速分布が変わると、平均流量が変わらないにも関わらず、出力値が変わり、誤差となる。
【００８０】
これに対して、本実施の形態３の構成では、一方向に幅の広い流入口１８ａより空気が集められ、滑らかに流路を狭めている。従って、幅広の方向に関しては、配管を流れる空気４の流れの分布が変わっても、流量測定装置１０内の流路１５に流れる流量がほとんど変化しない。
【００８１】
従って、流入口１８ａの幅広の方向を、フィルタ３０の汚れ等に起因して経時的に発生する風速分布の変化を補償する方向、すなわち、配管内の最も風速の早い領域と配管中心とを結ぶ線に沿った方向に設置することで、測定精度の低下を抑制することができる。
【００８２】
以上のように、実施の形態３によれば、主流路の流入口の幅広方向を、経時的に発生する風速分布の変化を補償する方向に設置することで、測定精度の低下を抑制することが可能となる。
【００８３】
実施の形態４．
本実施の形態４では、流量測定装置内の流路の形状に特徴を有する構成について、詳細に説明する。図１４は、本発明の実施の形態４における流量測定装置内の流路の形状を示した図である。また、図１５は、本発明の実施の形態４の図１４の構成において、汚損物が流入した際の挙動を説明するための図である。
【００８４】
図１５は、汚損物が検出素子側流路に流入する可能性の高い場合、すなわち、紙面に対して、左下から右上の方向に汚損物が流入した場合の挙動を示している。すでに説明したように、流入口より流入した大きな汚損物は、慣性により直進する。
【００８５】
本実施の形態４における接続流路は、以下のような構造を有している。
・接続流路は、流入口よりも狭い箇所に設置されている。
・接続流路は、被計測流体の流れ方向に対して、９０度以上の角度で設置されている。
・接続流路は、検出素子側流路よりも、細くなるように設けられている。
すなわち、本実施の形態４における流量測定装置は、汚損物が検出素子側流路に直接入らない接続流路構造となっている。
【００８６】
なお、図１５において点線で示したように、接続流路が検出素子側流路と同一の太さで、主流路１８に垂直に接続されている場合、すなわち、接続流路１９１、１９２がない場合を考える。この場合には、汚損物の流入する角度が、主流路１８に対して傾いていると、点線の矢印で示したように、検出素子側流路にその汚損物が流入することがある。
【００８７】
これに対して、本実施の形態４のような上流側の接続流路１９１の構成を採用することで、点線の矢印で示した汚損物の流入をブロックすることができる。さらに、図１５において実線の矢印で示したような流路で上流側の接続流路１９１内に侵入した汚損物は、領域６２内の壁面５２ａにぶつかって反射し、主流路１８側に向かうこととなる。従って、図１４、図１５に示したような接続流路構造を採用することで、汚損物の検出素子側流路への流入を抑制することができる。
【００８８】
次に、汚損物が主流路と並行に流入した場合に関して記載する。図１６は、本発明の実施の形態４における流量測定装置内の流体の流れの一例を示す説明図である。図１６に示した領域６０は、流入口１８ａ近傍で流れの乱れが発生している領域に相当する。図１６から明らかなように、第１直線箇所１８１ａの設置により、流入口１８ａ近傍で発生している流れの乱れが抑制されていることが分かる。
【００８９】
また、流体が流入口１８ａを通過する際に、縮流が発生している。そのため、流入口１８ａ付近の流体の流れは、矢印６１ａおよび矢印６１ｂで示した方向へ向いている。この結果、流入口１８ａを通過した流体は、接続流路１９の流入口１９１ａの方向へ向かわず、流路断面積の狭い箇所１８ｃに向かっていることがわかる。従って、流入した、重量の大きな慣性を有する汚損物は、流路断面積の狭い箇所１８ｃ、流出口１８ｂを経て、排出される。
【００９０】
なお、流体の流れの方向を示す矢印に関して、矢印６１ｂは、概略直進しており、矢印６１ａは、傾斜している。配管を流れる空気４は、図１６に示すように、装置挿入孔２に取り付けられている本体部１１の壁面１００に衝突し、流入口１８ａに流れ込む。このため、本体部１１の壁面１００に近い領域では、流体の流れが、矢印６１ａに示す方向に傾斜した状態となっている。
【００９１】
本実施の形態４では、図１４に示したように、流路断面積の狭い箇所１８ｃと、上流側接続流路１９１との間に、第１直線箇所１８１ａの一部である第１直線箇所１８１ａ１が設けられている。
【００９２】
図１６に示したように、主流路１８に流入した被計測流体の一部は、大きく転向して、検出素子側流路２０に流れる。ここで、図１６の領域６２においては、壁面５２ａ付近で転向が生じ、その結果、検出素子側流路２０の方向の流れが生じていることが分かる。
【００９３】
ところで、主流路１８に流入した汚損物の一部は、流路断面積の狭い箇所１８ｃの壁面５１ａに衝突して、反射することがある。本実施の形態４では、流路断面積の狭い箇所１８ｃと、上流側接続流路１９１との間に、第１直線箇所１８１ａの一部である第１直線箇所１８１ａ１を設置している。この結果、流路断面積の狭い箇所１８ｃと、上流側接続流路１９１との距離を離すことができ、反射した汚損物が検出素子側流路２０に流入することを抑制している。
【００９４】
同様の理由で、流路断面積の狭い箇所１８ｃと、下流側接続流路１９２との間にも、第２直線箇所１８１ｂの一部である第２直線箇所１８１ｂ１を設置している。
【００９５】
図１７は、本発明の実施の形態４における流量測定装置内の接続流路と主流路の関係を示した図である。本実施の形態４では、図１４〜図１６を用いてすでに説明したように、接続流路が、配管を流れる被計測流体の流れ方向に対して、９０度以上の角度で配設されている。
【００９６】
特に、本実施の形態４での接続流路は、以下のような構成を備えている。
・流路断面積の狭い箇所１８ｃと、上流側接続流路１９１との間に、第１直線箇所１８１ａの一部である第１直線箇所１８１ａ１が設置されている。
・流路断面積の狭い箇所１８ｃと、下流側接続流路１９２との間に、第２直線箇所１８１ｂの一部である第２直線箇所１８１ｂ１が設置されている。
【００９７】
・第１直線箇所１８１ａ１の流路壁面５０ａと、流路断面積の狭い箇所の壁面５１ａとで形成される角度５３ａは、第１直線箇所１８１ａ１の流路壁面５０ａと、接続流路１９１の壁面５２ａとで形成される角度５４ａより大きい構成となっている。
【００９８】
・同様に、第２直線箇所１８１ｂ１の流路壁面５０ｂと、流路断面積の狭い箇所の壁面５１ｂとで形成される角度５３ｂは、第２直線箇所１８１ｂ１の流路壁面５０ｂと、接続流路１９１の壁面５２ｂとで形成される角度５４ｂより大きい構成となっている。
【００９９】
本実施の形態４に係る流量測定装置は、以下のような構成および特徴を有する。すなわち、流路断面積の狭い箇所１８ｃは、検出素子側流路２０に流体を流す機能を有する。接続流路と主流路との角度増加は、汚損物の流入を抑制する機能を有する。
【０１００】
さらに、図１７に示したように、角度５３ａと角度５４ａを異なる値にすること、および角度５３ｂと角度５４ｂを異なる値にすることで、流路設計の自由度が増える。また、角度５３ａが角度５４ａより大きく、同様に、角度５３ｂが角度５４ｂより大きくなるように流路を設計することで、第１直線箇所１８１ａ１、第２直線箇所１８１ｂ２の長さを、より大きくとることができる。従って、検出素子側流路２０に汚損物が流入することを効果的に抑制することができる。
【０１０１】
本実施の形態４に係る流量測定装置は、以下のような構成および特徴をさらに有する。すなわち、流路断面積の狭い箇所１８ｃは、流路断面積を維持する第３の直線箇所を有している。本実施の形態４における第３の直線箇所は、第１直線箇所１８１ａおよび第２直線箇所１８１ｂと平行である。
【０１０２】
装置筐体は、樹脂成型で形成されるが、形状には公差がある。そこで、本実施の形態４では、流路断面積の狭い箇所１８ｃの先端を針状にせず、直線部を設ける構成としている。このような構成とすることで、流体の乱れを抑制するとともに、公差による形状の異なりで生じる流れの変化の影響を抑制することができる。その結果、計測精度の向上が可能となる。
【０１０３】
図１８は、本発明の実施の形態４における流量測定装置内の流路の概観を示した図である。また、図１９は、本発明の実施の形態４における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した斜視図である。
【０１０４】
図１８および図１９に示した構成では、流路断面積の狭い箇所１８ｃと配管側流路１７とつなぐ流路６６が設けられている。この流路６６は、主流路１８に対して、検出素子側流路２０と反対側に設置されている。
【０１０５】
主流路１８を流れる流体の一部は、流路６６より排出される。そのため、先の図１６において矢印６１ａとして示された、流入口１８ａ付近の流体の流れを、さらに接続流路１９１および検出素子側流路２０から離す方向へ向かわせることが可能となる。その結果、流入した汚損物が、検出素子側流路２０へ流入することを抑制することができる。
【０１０６】
なお、検出素子側流路２０に流す流量は、流路断面積の狭い箇所１８ｃを形成する突起６４の高さ方向の突出量を変更することで、調整可能である。また、図１９において、流路６６は、主流路１８の幅と同一のサイズとなっているが、本発明の流路６６は、このような構成に限定されない。図２０は、本発明の実施の形態４における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した、図１９とは異なる構成を示した図である。図２０に示すように、流路６６は、主流路１８の幅より小さい形状でもよく、図１９の構成と同等の効果を得ることができる。
【０１０７】
なお、図１９および図２０に示したように、本実施の形態４では、検出素子側流路の検出部１６ａの流路幅を狭くする構成としている。この構成は、検出部１６ａにおける流速を上昇させるためである。
【０１０８】
実施の形態５．
本実施の形態５では、流量測定装置内の流路の形状に特徴を有する構成であり、先の実施の形態４とは異なる構成について、詳細に説明する。図２１は、本発明の実施の形態５における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した斜視図である。また、図２２は、本発明の実施の形態５における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した正面図である。
【０１０９】
本実施の形態５における図２１および図２２に例示した構成において、接続流路１９は、主流路１８および検出素子側流路２０よりも幅の狭い直線部１９１および直線部１９２として定義される。
【０１１０】
本実施の形態５において、主流路１８の第１直線箇所１８２ａは、配管に流れる空気の方向４に対して、検出素子側流路２０と反対側に、傾斜して形成されている。同様に、主流路１８の第１直線箇所１８２ｂも、配管に流れる空気の方向４に対して、検出素子側流路２０と反対側に、傾斜して形成されている。
【０１１１】
先の実施の形態４において図１６を用いて説明したように、配管を流れる空気４は、壁面１００に衝突し、流入口１８ａに流れ込む。このため、本体部１１の壁面側に近い領域では、空気の流れは、矢印６１ｂに示す方向に傾斜する。
【０１１２】
そこで、本実施の形態５では、図２２に示すように、主流路１８を傾斜させておき、この傾斜に沿って、主流路１８内に空気を導入する構成としている。このような構成を採用することで、重量の大きい汚損物を、より直進させることができるとともに、主流路１８と接続流路１９との角度を、より急峻にすることができる。この結果、検出素子側流路２０に汚損物が流入することを、先の実施の形態４に示した構成と比較して、さらに抑制することができる。
【０１１３】
なお、主流路１８に傾斜を持たせることで、流路のサイズは、増大することとなる。
【０１１４】
図２３は、本発明の実施の形態５における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した正面図である。具体的には、この図２３は、空気の流れの傾斜に沿って、主流路１８を傾斜させた流路に関する、先の図２２とは異なる構成を示している。
【０１１５】
図２３の構成においては、先の図１４に示した第１直線箇所１８１ａの一部である第１直線箇所１８１ａ１、および第２直線箇所１８２ａの一部である第２直線箇所１８２ａ１が設けられていない。
【０１１６】
このような形状にすることで、汚損物を壁面に衝突・反射させず、より滑らかに流路断面積の狭い箇所１８ｃに汚損物を移動させることができる。
【０１１７】
図２４は、本発明の実施の形態５における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した、先の図２０とは別の斜視図である。また、図２５は、本発明の実施の形態５における流量測定装置内の検出素子側流路と接続流路と主流路の関係を示した、先の図２１とは別の正面図である。
【０１１８】
図２４および図２５に示した構成では、流路断面積の狭い箇所１８ｃに壁面１０２を設けることで、配管側流路１７と流入口１８ａ側の主流路とをつなぐ流路６６ａ、および配管側流路１７と流出口１８ｂ側の主流路とをつなぐ流路６６ｂ、が設けられている。
【０１１９】
このような構成によれば、検出素子側流路２０に必要な空気の流量以外は、すべて流路６６ａ、流路６６ｂから排出される。このため、流入口から流入する流体６１ａの流れは、流路６６ａに向かう。従って、重量の大きい汚損物は、流路６６ａより排出され易くなる。この結果、検出素子側流路２０に汚損物が流れにくい構造とすることができる。
【０１２０】
なお、図２５に示した構造において、流体は、流路６６ａ，流路６６ｂを経由して、本体１１の下部の配管領域に放出されている。当然の事ながら、流体１１は、本体１１の側面に放出させる構造としてもよい。
【符号の説明】
【０１２１】
１  配管、２  装置挿入孔、４  配管を流れる空気、４ａ  配管を流れる空気（逆流）、５  流路１５に流れる空気、５ａ  流量検出素子側流路２０を流れない空気、５ｂ  流量検出素子側流路２０を流れる空気、１０  流量測定装置、１１  本体部、１２  フランジ部、１４  回路収納部、１４ａ  回路基板、１５  流量測定装置内の流路、１６  流量検出素子、１６ａ  検出部、１７  配管側流路、１８  主流路、１８ａ  主流路の流入口、１８ｂ  主流路の流出口、１８ｃ  最も流路断面積の小さい箇所、１８１ａ  上流側の直線部、１８１ｂ  下流側の直線部、１９  接続流路、１９１  上流側の接続流路、１９１ａ  接続流路１９１の流入口、１９１ｂ  接続流路１９１の流出口、１９２  下流側の接続流路、１９２ａ  接続流路１９２の流入口、１９２ｂ  接続流路１９２の流出口、２０  流量検出素子側流路、２０ａ、２０ｂ  広い空間、２０ｃ  ２０ａ、２０ｂ以外の流量検出素子側流路、２０ｄ  流量検出部１６ａ付近の流路、３０  フィルタ、３１  フィルタ汚損前の空気の流れ、３１ａ  フィルタ汚損前の風速分布、３２  フィルタ汚損後の空気の流れ、３２ａ  フィルタ汚損後の風速分布、３３  フィルタ汚損部、３５  対称面、４０  直線、４１ａ、４１ｂ  配管を流れる空気の流れ４を法線とする面に投影した主流路の投影面の延長線。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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