(57)【要約】【課題】排気通路が途中で折り返された小型の排気浄化装置において、下流側の排気通路に配置されたＮＯX触媒に対して、還元剤を拡散させて流入させることができる排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置の筐体は、上流側の排気通路及び下流側の排気通路が収容された本体部と、上流側の排気通路の出口側開口及び下流側排気通路の入口側開口が設けられた本体部の第１の面に装着された蓋部と、を含み、折返部は本体部及び蓋部によって囲まれる空間からなっており、本体部の第１の面又は蓋部における第１の面に対向する第２の面の少なくともいずれか一方の面に、第１の面及び第２の面と交差する方向に沿って配置され排気ガスの流れを導くためのガイド部と、ガイド部によって導かれる排気ガスの流れの途中に配置され排気ガス中への還元剤の混合を促進させるための還元剤拡散部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
折返部を有する排気通路と、前記折返部又は前記折返部よりも上流側の排気通路に配置され前記排気通路中に還元剤を供給する還元剤供給部と、前記折返部よりも下流側の排気通路に配置され窒素酸化物を前記還元剤を用いて還元浄化する還元触媒と、を備えた排気浄化装置において、
前記排気浄化装置の筐体は、前記上流側の排気通路及び前記下流側の排気通路が収容された本体部と、前記上流側の排気通路の出口側開口及び前記下流側排気通路の入口側開口が設けられた前記本体部の第１の面に装着された蓋部と、を含み、前記折返部は前記本体部及び前記蓋部によって囲まれる空間からなっており、
前記本体部の前記第１の面又は前記蓋部における前記第１の面に対向する第２の面の少なくともいずれか一方の面に、前記第１の面及び前記第２の面と交差する方向に沿って配置され前記排気ガスの流れを導くためのガイド部と、前記ガイド部によって導かれる前記排気ガスの流れの途中に配置され前記排気ガス中への前記還元剤の混合を促進させるための還元剤拡散部と、を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記ガイド部は、前記第１の面及び前記第２の面それぞれに接する遮蔽板を含むことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記還元剤供給部は前記折返部内の前記還元剤拡散部の上流側に配置され、前記ガイド部は前記排気ガスの流れを前記還元剤拡散部に導くための第１のガイド板を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ガイド部は、前記還元剤拡散部を通過した前記排気ガスを前記下流側の排気通路の入口側開口に導くための第２のガイド板を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ガイド部は、前記排気ガスの流れの途中に配置され、前記排気ガスを前記還元剤拡散部に均一に導くための整流板を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、途中に折返部を有する排気通路を備え、還元剤を用いて排気ガス中のＮＯXを還元除去する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭと称する）や窒素酸化物（以下、ＮＯXと称する）を除去するための技術が知られている。
このうち、ＮＯXを除去するための技術として、排気通路中に配置されたＮＯX触媒の上流側で還元剤を噴射し、排気ガスとともにＮＯX触媒に流入させて、排気ガス中のＮＯX（ＮＯやＮＯ2）を窒素等に効率的に分解して放出する選択還元型（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）の排気浄化装置が知られている。
【０００３】
このような排気浄化装置の一態様として、排気中のＮＯX浄化機能を備え、内部で排気流れ方向を強制的に折り返す構造の消音装置が提案されている。より具体的には、図８に示すように、上流側排気通路４０９に、酸化触媒４１１と液体還元剤を噴射供給する噴射ノズル４１２を配置し、下流側排気通路４１０に、ＮＯX還元触媒４１３と還元剤酸化触媒４１４を配置し、折返部４０８に、孔４１５ａを周囲に設けたリング部材４１５を設け、孔４１５ａから排気を下流側に流して折返部壁面４０８ａに沿った排気流れを発生させて折返部４０８の鉛直面に渦を生成するようにした排気浄化機能付き消音装置４０１が開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２７３５８０号公報  （特許請求の範囲  図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載された消音装置の構成の場合、上流側の排気通路を通過した排気ガスが折返部に流入すると、急激に空間が広がるために折返部内での流速は遅くなってしまう。そのため、排気通路中に供給された還元剤と排気ガスとが十分に混合されにくくなるとともに下流側排気通路へ流入する排気ガスの分布にばらつきが生じる結果、ＮＯX触媒に供給される還元剤の分布にばらつきが生じてしまう。したがって、ＮＯX触媒でのＮＯXの浄化効率が低下するおそれがあった。
【０００６】
還元剤と排気ガスとを十分に混合するためには、折返部内に多孔板等の拡散手段を設けることが考えられるが、拡散手段の配置によっては拡散手段が排気ガスの流れを妨げる結果となり、大部分の排気ガスが拡散手段を通過することなく下流側の排気通路に流れ込むおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、排気通路に折返部を有する排気浄化装置において、折返部を形成する本体部及び蓋部の少なくとも一方に所定のガイド部及び還元剤拡散部を設けることにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明の目的は、排気通路の折返部を有しコンパクトにされた排気浄化装置において、下流側の排気通路に配置されたＮＯX触媒に対して、還元剤を拡散させて流入させることができる排気浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、折返部を有する排気通路と、折返部又は折返部よりも上流側の排気通路に配置され排気通路中に還元剤を供給する還元剤供給部と、折返部よりも下流側の排気通路に配置され窒素酸化物を前記還元剤を用いて還元浄化する還元触媒と、を備えた排気浄化装置であって、排気浄化装置の筐体は、上流側の排気通路及び下流側の排気通路が収容された本体部と、上流側の排気通路の出口側開口及び下流側排気通路の入口側開口が設けられた本体部の第１の面に装着された蓋部と、を含み、折返部は本体部及び蓋部によって囲まれる空間からなっており、本体部の第１の面又は蓋部における第１の面に対向する第２の面の少なくともいずれか一方の面に、第１の面及び第２の面と交差する方向に沿って配置され排気ガスの流れを導くためのガイド部と、ガイド部によって導かれる排気ガスの流れの途中に配置され排気ガス中への還元剤の混合を促進させるための還元剤拡散部と、を備えることを特徴とする排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【０００９】
また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、ガイド部は、第１の面及び第２の面それぞれに接する遮蔽板を含むことが好ましい。
【００１０】
また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、還元剤供給部は折返部内の還元剤拡散部の上流側に配置され、ガイド部は排気ガスの流れを還元剤拡散部に向けて整流するための第１のガイド板を含むことが好ましい。
【００１１】
また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、ガイド部は、還元剤拡散部を通過した排気ガスを下流側の排気通路の入口側開口に向けて整流するための第２のガイド板を含むことが好ましい。
【００１２】
また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、ガイド部は、排気ガスの流れの途中に配置され、排気ガスを還元剤拡散部に均一に導くための整流板を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、排気通路が途中で折り返されて装置全体の小型化が図られた排気浄化装置において、折返部を形成する本体部の第１の面又は蓋部の第２の面の少なくとも一方に備えられた所定のガイド部によって、折返部に流入した排気ガスの流速の低下を低減しつつ、下流側排気通路へと導くことができる。また、ガイド部によって導かれる排気ガスの流れの途中に還元剤拡散部が配置されていることによって、還元剤の混合を促進させることができる。したがって、下流側の排気通路に配置されたＮＯX触媒に対して、還元剤を拡散させて流入させやすくなり、ＮＯXの浄化効率を向上させることができる。
また、本体部及び蓋部によって囲まれる空間によって折返部が形成される構成であるために、ガイド部及び還元剤拡散部を折返部内に容易に配置することができる。
【００１４】
また、本発明の排気浄化装置において、ガイド部として所定の遮蔽板を備えることにより、折返部内での排気ガスの流路が規定されて流速の低下を低減できるとともに、排気ガスが淀みやすい領域へ入り込むことを防ぐことができる。
【００１５】
また、本発明の排気浄化装置において、ガイド部として、排気ガスを還元剤拡散部に導く第１のガイド板を備えることにより、排気ガスを還元剤拡散部を通過させて、還元剤の気化混合を促進させることができる。
【００１６】
また、本発明の排気浄化装置において、ガイド部として、還元剤拡散部を通過した排気ガスを下流側の排気通路に導く第２のガイド板を備えることにより、供給された還元剤がＮＯX触媒以外の領域に入り込んで付着しないように排気ガスを導くことができる。
【００１７】
また、本発明の排気浄化装置において、排気ガスの流れの途中に所定の整流板を備えることにより、排気ガスの流速が均一化され、還元剤拡散部に対して排気ガスを均一に流入させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の排気浄化装置に関する実施形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同一の符号が付されているものについては同一の部材を表しており、適宜説明が省略されている。
【００１９】
１．排気浄化装置（消音装置）
図１は、本発明の実施の形態にかかる排気浄化装置１０の内部構造の一例を示しており、排気浄化機能を持った消音装置として構成されたものとなっている。
この排気浄化装置１０は、本体部１２と蓋部１１とによって筐体が構成され、全体として角型の排気浄化装置１０となっている。筐体の外周囲には、排気浄化装置１０を車両に固定するためのフランジ部１５ａが複数設けられている。また、本体部１２及び蓋部１１にはそれぞれ取付フランジ部１５ｂ、１５ｃが設けられ、本体部１２と蓋部１１とが図示しないネジ等を用いて固定されている。
【００２０】
このうち、本体部１２の側面（図中右側の面）１２ａに排気流入部１３及び排気排出部１４（図中、２点鎖線で示す）が設けられている。また、本体部１２の内部には、排気流入部１３に形成した多数の孔１６を介して排気流入部１３と連通する拡張室１７と、当該拡張室１７が配置された側の側面１２ａと反対側の側面１２ｂで排気ガスの流れを折返す折返部１８と、拡張室１７と折返部１８とを連通する上流側排気通路１９と、折返部１８と排気排出部１４とを連通する下流側排気通路２０とが形成されている。折返部１８は、本体部１２の側面１２ｂと蓋部１１の内面１１ａとによって囲まれる空間からなり、上流側排気通路１９を介して流れ込む排気ガスの拡張室としての機能も有している。
このように排気通路が折り返されていることによって、排気浄化装置１０の全長が短くされ、装置全体の小型化が図られている。
【００２１】
上流側排気通路１９には、上流側酸化触媒２１及びパティキュレートフィルタ２６が配設されている。パティキュレートフィルタ２６は、排気ガス中に含まれる黒煙微粒子等のパティキュレートを捕集するためのものであり、上流側酸化触媒２１の下流側に配設されている。また、上流側酸化触媒２１は、排気ガス中の未燃燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）、ＮＯを酸化させたり、パティキュレートフィルタ２６の再生時に排気ガスを昇温させたりするために用いられるようになっている。また、下流側排気通路２０には、ＮＯX還元触媒２３及び下流側酸化触媒２４が配設されている。ＮＯX還元触媒２３は、排気ガス中に含まれるＮＯXを還元剤により還元浄化するために用いられる。また、下流側酸化触媒２４は、ＮＯX還元触媒２３を通過した還元剤を酸化浄化するために用いられ、ＮＯX還元触媒２３の下流側に配設されている。
これらの上流側酸化触媒２１、下流側酸化触媒２４、パティキュレートフィルタ２６及びＮＯX還元触媒２３については、それぞれ公知のものを使用することができる。
【００２２】
また、折返部１８には、図示しないガイド部及び拡散板が配置されるとともに、例えば尿素水溶液や未燃燃料等の液体還元剤を噴射供給する還元剤供給部２２が配設されている。この還元剤供給部２２は、エアアシスト式の還元剤供給装置に接続された噴射ノズルや圧送される還元剤を直接噴射する還元剤噴射弁からなり、拡散板の上流側で還元剤が噴射供給されるようになっている。還元剤供給部２２の配置位置については特に制限されるものではないが、排気ガス中への還元剤の拡散効率を考慮して配置することが好ましい。
【００２３】
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態の排気浄化装置１０の折返部１８の構成について詳細に説明する。図２は、図１に示す本実施形態の排気浄化装置１０のＸＸ断面を矢印方向に見た図を示しており、図３は、蓋部１１を本体部１２から外して展開した状態を示す斜視図である。
この図２及び図３に示すように、排気浄化装置１０の折返部１８には、上流側排気通路１９の出口側開口１９ａ及び下流側排気通路２０の入口側開口２０ａが臨み、それぞれ断面の矩形領域の対角に位置するようになっている。
【００２４】
上流側排気通路１９の出口側開口１９ａには、周方向に複数の開口部としての孔２５ａを有し、当該孔２５ａを介して上流側排気通路１９から折返部１８に流入する排気ガスの流れ方向を規定する第１のリング状部材２５が配設されている。
また、下流側排気通路２０の入口側開口２０ａには、周方向の一部が広く開口した開口部２７ａを有し、当該開口部２７ａを介して折返部１８から下流側排気通路２０に排気ガスを流入させる第２のリング状部材２７が配設されている。
これらのリング状部材は、本体部１２の側面１２ｂに対向する蓋部１１の内面１１ａに溶接等によって固定されるとともに、本体部１２の側面１２ｂにも接するようになっている。
【００２５】
また、図２に示す断面の外周部２８のうち、上流側排気通路１９の出口側開口１９ａに近接する角部２８ａには第３のガイド板２９が配置されている。この第３のガイド板２９についても蓋部１１の内面１１ａに溶接等で固定されるとともに、本体部１２の側面１２ｂに接するようになっている。この第３のガイド板２９を備えることによって、第１のリング状部材２５の複数の孔２５ａを介して折返部１８に流入した排気ガスの流れが、下流側排気通路２０の入口側開口２０ａに配設された第２のリング状部材２７の開口部２７ａが臨む領域に向けられるようになっている。
図２の例では、第１のリング状部材２５と外周部２８との間を塞ぐように三枚の第３のガイド板２９が配置されている。そのため、第３のガイド板２９と第１のリング状部材２５あるいは外周部２８との間に隙間ができたとしても、排気ガスが第３のガイド板２９を越えて回り込みにくいようになっている。
【００２６】
また、第１のリング状部材２５の複数の孔２５ａを介して折返部１８に流入した排気ガスが流れ込む、第２のリング状部材２７の開口部２７ａが臨む領域には、排気ガスを拡散板３０に導くための第１のガイド板３１が配置されるとともに、拡散板３０を通過した排気ガスを第２のリング状部材２７の開口部２７ａへと導く第２のガイド板３２が配置されている。これらの第１のガイド板３１及び第２のガイド板３２についても蓋部１１の内面１１ａに溶接等で固定されるとともに本体部１２の側面１２ｂに接するようになっており、第１のリング状部材２５と第２のリング状部材２７との間、及び第２のリング状部材２７と外周部２８との間を塞ぐように配置されている。
【００２７】
また、これらの第１のガイド板３１と第２のガイド板３２とによって規定される排気ガスの流路には、流路面積が狭められる絞り部３３が形成されており、当該絞り部３３に拡散板３０が配置されている。したがって、排気ガスは絞り部３３を通過する際に流速が早められるようになっており、この流速が早められる状態において拡散板３０を通過するために、拡散板３３の上流側で排気ガス中に噴射供給された還元剤が効率的に混合拡散されるようになっている。
【００２８】
さらに、拡散板３０の上流側の排気通路の途中の、外周部２８の角部２８ｂの近傍には、排気ガスの流れ方向に沿って配置された三枚の整流板３４配置されている。この整流板３４は、第１のリング状部材２５の複数の孔２５ａから折返部１８に流入した排気ガスが、角部２８ｂ側を通って第２のリング状部材２７の開口部２７ａに流れる際に、外側を通過する排気ガスの流速が内側を通過する排気ガスの流速に比べて相対的に早くなることを防ぐようになっている。したがって、排気ガスが拡散板３０に到達する際には排気ガスの流れが均一にされ、その後、下流側排気通路２０へと流入させられる。
【００２９】
この排気ガスの流速を均一にするための整流板については、本体部１２の側面１２ｂ又は蓋部１１の内面１１ａに溶接等で固定されている一方、固定されていない側の面には接していてもよく、あるいは接しないようになっていても構わない。
【００３０】
図４は、図２に示す本実施形態の排気浄化装置１０の折返部１８のように構成した場合の排気ガスの流路を図示したものである。図４中、領域Ａが排気ガスが流れる領域を示している。
上述のように、第１のリング状部材２５、第２のリング状部材２７、第３のガイド板２９、第１のガイド板３１及び第２のガイド板３２は、それぞれ蓋部１１の内面１１ａに固定されるとともに本体部１２の側面１２ｂに接した遮蔽板となっており、これらの遮蔽板によって排気ガスが流れる流路が規定されている。本実施形態の排気浄化装置１０の構成において、上流側排気通路１９の出口側開口１９ａから下流側排気通路２０の入口側開口２０ａへと直線的に流れ方向を規定していないのは、排気浄化装置の外形を大型化することなく拡散板等の還元剤拡散部やその上流側に配置される還元剤供給部の配置スペースを確保するとともに、還元剤が排気ガス中に混合拡散されやすくなるように十分な距離を稼ぐためである。
【００３１】
このように構成された本実施形態の排気浄化装置１０では、第１のリング状部材２５の複数の孔２５ａから折返部１８に流れ込んだ排気ガスは、途中、流速のばらつきが生じやすい角部２８ｂ付近に配置された整流板３４によって流速が均一にされて拡散板３０に向かって進行する。そして、拡散板３０の上流側で還元剤が還元剤供給部２２から排気ガス中に噴射供給され、この還元剤が混合された排気ガスが拡散板３０を通過することによって、還元剤が排気ガス中で気化され、混合が促進される。その後、排気ガスが第２のリング状部材２７の開口部２７ａを介して下流側排気通路２０に導かれる結果、下流側排気通路２０中に配設されたＮＯX還元触媒２３に対して還元剤を拡散させて流入させることができるようになっている。
【００３２】
また、本実施形態の排気浄化装置１０では、本体部１２に蓋部１１を取り付けることにより内部空間を折返部１８として形成した構成であるために、折返部１８内にリング状部材やガイド板、拡散板等を容易に配設することができるようになっている。
【００３３】
２．変形例
これまで説明した排気浄化装置の構成は、言うまでもなく構成例の一つに過ぎないものであり、これ以外にも種々の変形が可能である。
例えば、図５に示すように、第１のリング状部材２５、第２のリング状部材２７、第３のガイド板２９、第１のガイド板３１及び第２のガイド板３２を、蓋部１１側ではなく、本体部１２の側面１２ｂに溶接等で固定するようにしてもよい。
【００３４】
また、ガイド板等の配置位置についても排気ガスの流れに応じて適宜設計することができる。図６は、ガイド板の別の配置例を示したものであり、本体部１２の側面１２ｂ及び蓋部１１の内面１１ａにそれぞれに接するガイド板３６ａ、３６ｂを用いて排気ガスの流路を規定し、リング状部材を用いないで構成した例である。この例では、二枚の円弧状のガイド板３６ａ、３６ｂによって排気ガスが流れ込まない領域（図中の領域Ｂ）を形成する一方、上流側排気通路１９から流入してくる排気ガスを拡散板３０に導くとともに、拡散板３０を通過した排気ガスを下流側排気通路２０の入口側開口２０ａに導くように構成されている。
【００３５】
また、折返部内において下流側排気通路の入口側開口に配置するリング状部材の代わりに、図７に示すように、下流側排気通路２０の入口側開口２０ａを覆うようにして配置されるガイド蓋部材４０を備えた構成とすることもできる。
このガイド蓋部材４０は、下流側排気通路２０の入口側開口２０ａの流路面積よりも小さい排気ガスの導入口４０ａを有するとともに、当該導入口４０ａから連続する直線状の部分４１が、図２の例における第２のガイド板３２と同様の機能を果たすガイド部として構成されている。また、導入口４０ａには還元剤拡散部としての拡散板３０が配置されており、下流側排気通路２０の入口側開口２０ａに流入する排気ガスが、当該拡散板３０を通過するようになっている。
【００３６】
このようなガイド蓋部材４０を用いることにより、排気ガスの導入口４０ａが絞り部として機能し、当該絞り部で排気ガスの流速が高められると同時に拡散板３０を通過するため、排気ガス中への還元剤の混合が促進される。また、拡散板３０を通過した排気ガスは、下流側排気通路２０の入口側開口２０ａに分散して流れ込みやすくなる。
【００３７】
なお、下流側の排気通路に配置されるＮＯX還元触媒２３以外の、上流側酸化触媒、パティキュレートフィルタ、下流側酸化触媒については適宜省略することができる。この場合、上流側の排気通路にスペースが確保されるのであれば、上流側の排気通路に還元剤供給部としての噴射ノズルや還元剤噴射弁を備えることもできる。還元剤供給部が上流側の排気通路に配置される場合であっても、還元剤を含む排気ガスを、所定のガイド部及び還元剤拡散部が配置された折返部を通過させて下流側の排気通路に流入させることにより、還元剤の気化と混合が促進され、排気ガス中に還元剤を拡散させた状態で下流側の排気通路に配置されたＮＯX還元触媒に対して流入させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態の排気浄化装置の構成を説明するための図である。
【図２】本実施形態の排気浄化装置の折返部の構成を説明するための断面図である。
【図３】本実施形態の排気浄化装置の折返部の構成を説明するための斜視図である。
【図４】折返部内での排気ガスの流れを説明するための図である。
【図５】折返部の別の構成例を示す図である。
【図６】ガイド部の別の構成例を示す図である。
【図７】ガイド蓋部材を用いた構成例を示す図である。
【図８】従来の排気浄化装置の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０：排気浄化装置、１１：蓋部、１１ａ：蓋部の内面、１２：本体部、１２ａ・１２ｂ：本体部の側面、１３：排気流入部、１４：排気排出部、１５ａ：フランジ部、１５ｂ・１５ｃ：取付フランジ部、１６：孔、１７：拡張室、１８：折返部、１９：上流側排気通路、１９ａ：出口側開口、２０：下流側排気通路、２０ａ：入口側開口、２１：酸化触媒、２２：還元剤供給部、２３：ＮＯX還元触媒、２４：酸化触媒、２５：第１のリング状部材、２５ａ：孔、２６：パティキュレートフィルタ、２７：第２のリング状部材、２７ａ：開口部、２８：外周部、２８ａ・２８ｂ：角部、２９：第３のガイド板、３０：拡散板、３１：第１のガイド板、３２：第２のガイド板、３３：絞り部、３４：整流板、３６ａ・３６ｂ：ガイド板、４０：ガイド蓋部剤、４０ａ：導入口、４１：直線状部分
【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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