(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力センサであって、
前記圧力センサにより測定される圧力を受け付ける開口部を有する先端部と、
前記先端部に固定されるポートと、を備え、
前記ポートは、
前記圧力センサを内燃エンジンのレールにより規定されるねじ搭載穴に搭載するねじ部であって、搭載されたときに、前記ねじ搭載穴及び前記ねじ部が、前記先端部及び前記ポートの密閉結合を維持するために圧縮力を生じる、ねじ部と、
階段状のキャビティと、
前記先端部の開口部によって受け付けられた圧力を前記キャビティに導く開口部と、を有し、
前記先端部は、前記ポートの開口部の内側に適合するガイドを含む、
圧力センサ。
【請求項２】
前記先端部は、穴を含み、前記先端部の前記開口部は、前記穴の一端に位置付けられる請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記先端部は、前記ガイドに隣接するプラットフォームを含み、
前記ガイドは、第１のエッジを含み、前記プラットフォームは、第２のエッジ及び第３のエッジを含み、
前記第２のエッジは、第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の端部は、第２の端部の反対にあり、前記第１の端部は、前記第１のエッジに隣接し、前記第２の端部は、前記第３のエッジに隣接し、
前記第２のエッジは、前記第１の端部から前記第２の端部に向かう角度で傾斜している
請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記ポート及び前記先端部は、前記ポートを前記先端部に固定するために共に圧入される請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記ポート及び前記先端部は、前記ポートを前記先端部に固定するために共に溶接される請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記ポート及び前記先端部は、前記ポートを前記先端部に固定するために共にはんだ付けされる請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記ポート及び前記先端部は、前記ポートを前記先端部に固定するために接着剤により共に結合される請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記ポート及び前記先端部は、前記ポートを前記先端部に固定するために共に圧縮される請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項９】
前記キャビティは、第１の部分と、第２の部分と、第３の部分と、を含み、
前記第１の部分は、前記第２の部分よりも狭い幅を有し、前記第２の部分は、前記第３の部分よりも狭い幅を有する
請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項１０】
圧力センサであって、
前記圧力センサにより測定される圧力を受け付ける開口部を有する先端部と、
前記先端部に固定されるポートと、を備え、
前記ポートは、
前記圧力センサを内燃エンジンのレールにより規定されるねじ搭載穴に搭載するねじ部であって、搭載されたときに、前記ねじ搭載穴及び前記ねじ部が、前記先端部及び前記ポートの密閉結合を維持するために圧縮力を生じる、ねじ部と、
階段状のキャビティと、
前記先端部の開口部によって受け付けられた圧力を前記キャビティに導く開口部と、を有し、
前記先端部は、ガイド及びプラットフォームを含み、前記ポートは、開口部を含み、
前記ガイドは、前記ポートの前記開口部に入り、
前記プラットフォームは、前記開口部への前記ガイドの入口を制限するために前記先端部のための止め具として機能するエッジを含む
圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの内燃エンジン（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｅｎｇｉｎｅｓ（ＩＣＥｓ））は、ＩＣＥに含まれるチャンバを燃焼させるために燃料を輸送するための燃料噴射システムを採用する。用いられている燃料噴射システムの１つの型は、ガソリン直噴（ｇａｓｏｌｉｎｅ  ｄｉｒｅｃｔ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ（ＧＤＩ））である。ＧＤＩは、高い圧力でＩＣＥの燃焼チャンバに直接的にガソリンを噴射することを含む燃焼噴射技術である。ＧＤＩは、従来の燃焼噴射システム及び気化器等のような他の種類の燃料輸送システムよりも正確に燃料を測定する。ＧＤＩは、より高い効率性及びパワーのために高い圧縮比を可能にするより完全な燃料及び冷却シリンダ温度をもたらす。
【発明の概要】
【０００３】
ＧＤＩを採用するＩＣＥは、ＩＣＥの燃焼チャンバに噴射される燃料の圧力を測定するために圧力センサを使用する。用いられる圧力センサの例示的な実施形態は、以下に説明される。実施形態では、圧力センサは、測定される圧力を受け付けるポートと、受け付けた圧力を測定するプロビジョンと、を含む。これらのプロビジョンは、例えば、圧力に基づいて曲がる（歪む）フレキシブル部と、フレキシブル部の曲げを測定する１以上のゲージ（例えば、マイクロ歪みゲージ（ｍｉｃｒｏ−ｓｔｒａｉｎ  ｇａｕｇｅｓ（ＭＳＧｓ）））と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本明細書の一部に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付の図面は、本明細書に記載される１以上の実施形態を示し、発明の詳細な説明と共に、これらの実施形態を説明する。図面の構成要素は、必ずしも寸法通りに描かれず、それに代えて、本開示の原理を示すために強調される。
【０００５】
【図１】図１は、ポート及び先端部を有する圧力センサの例示的な実施形態を示す。
【図２】図２は、圧力センサで用いられるポートの例示的な実施形態を示す。
【図３】図３は、ポートの断面図を示す。
【図４】図４は、圧力センサで用いられるポートの例示的な実施形態を示す。
【図５】図５は、先端部の断面図を示す。
【図６】図６は、圧力センサの断面図を示す。
【図７】図７は、レールに搭載される圧力センサの断面図を示す。
【図８】図８は、圧力センサがレールに搭載された後に、圧力センサ及びレールに加えられる力を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
多くの内燃エンジン（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｅｎｇｉｎｅｓ（ＩＣＥｓ））は、ＩＣＥに含まれるチャンバを燃焼させるために燃料を輸送するための燃料噴射システムを採用する。用いられている燃料噴射システムの１つの型は、ガソリン直噴（ｇａｓｏｌｉｎｅ  ｄｉｒｅｃｔ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ（ＧＤＩ））である。ＧＤＩは、高い圧力でＩＣＥの燃焼チャンバに直接的にガソリンを噴射することを含む燃焼噴射技術である。ＧＤＩは、従来の燃焼噴射システム及び気化器等のような他の種類の燃料輸送システムよりも正確に燃料を測定する。ＧＤＩは、より高い効率性及びパワーのために高い圧縮比を可能にするより完全な燃料及び冷却シリンダ温度をもたらす。
【０００７】
ＧＤＩを採用するＩＣＥは、ＩＣＥの燃焼チャンバに噴射される燃料の圧力を測定するために圧力センサを使用する。用いられる圧力センサの例示的な実施形態は、以下に説明される。実施形態では、圧力センサは、測定される圧力を受け付けるポートと、受け付けた圧力を測定するプロビジョンと、を含む。これらのプロビジョンは、例えば、圧力に基づいて曲がる（歪む）フレキシブル部と、フレキシブル部の曲げを測定する１以上のゲージ（例えば、マイクロ歪みゲージ（ｍｉｃｒｏ−ｓｔｒａｉｎ  ｇａｕｇｅｓ（ＭＳＧｓ）））と、を含む。
【０００８】
より具体的には、圧力センサは、また、ポートと、先端部と、を含む。ポートは、キャビティ、フレキシブル部及び１以上のゲージを含む。先端部は、開口部と、圧力センサが動作環境に適合された後に、圧力センサをシールするためのプロビジョンと、を含む。先端部は、圧力センサによって測定される圧力を受け付けるポートの端部で、ポートに固定（例えば、圧入）される。
【０００９】
動作上、先端部の開口部は、圧力を受け付ける。圧力は、先端部によって、ポートのキャビティに導入される。フレキシブル部は、（例えば、キャビティの端部で）キャビティに隣接し、キャビティに導入される圧力に基づいて曲がる。ゲージは、フレキシブル部の曲げを測定し、測定された曲げに基づく出力を生じる。出力は、圧力センサによる圧力の測定値を反映する。
【００１０】
図１は、圧力センサ１００の例示的な実施形態を示す。図１を参照すると、圧力センサ１００は、ポート２００と、先端部４００と、を含む。以下に更に説明されるように、ポート２００は、先端部４００に固定される。例えば、実施形態では、ポート２００は、先端部４００に圧入され、ポート２００を先端部４００に固定する。別の実施形態では、例えば、ポート２００は、圧縮により先端部４００に固定される。
【００１１】
また、以下に更に説明されるように、ポート２００は、キャビティと、フレキシブル部と、１以上のゲージ（例えば、ＭＳＧ）と、を含む。キャビティは、先端部４００の開口部から圧力を受け付ける。圧力は、キャビティを通じて、圧力に応じて曲がるフレキシブル部に導入される。ゲージは、フレキシブル部の曲がりを検出し、圧力の測定値を示す出力を生じる。
【００１２】
図２は、ポート２００の例示的な実施形態を示す。図２を参照すると、ポート２００は、ペデスタル部２２０と、搭載部２３０と、を含む。ペデスタル部２２０は、例えば、プラットフォーム２２２と、ネック２２４と、を含む。
【００１３】
プラットフォーム２２２は、ゲージ２２６を保持する（例えば、包含する）。ゲージ２２６は、ＭＳＧであってもよく、プラットフォーム２２２に固定（例えば、結合）されてもよい。実施形態では、ゲージ２２６は、プラットフォーム２２２の上部に結合されたガラスである。ゲージ２２６は、例えば、シリコーンベースのコンフォーマルな被覆によって保護される。被覆は、例えば、ゲージ２２６を腐食から保護する。実施形態では、プラットフォーム２２２は、搭載部２３０からプラットフォーム２２２に上昇するために機能するネック２２４に取り付けられる。実施形態では、ペデスタル部２２０及び搭載部２３０は、ジョイントのないシングルピースとして金属から機械加工される。
【００１４】
搭載部２３０は、ねじ部２３２と、受け付け部（例えば、スリーブ）２３４と、を含む。ねじ部２３２は、圧力センサ１００が固定具（例えば、レール）に搭載されるときに、圧力センサ１００を固定するために用いられる１以上のねじを含む。固定具への圧力センサ１００の搭載例は、以下に更に説明される。
【００１５】
受け付け部２３４は、先端部４００を受け付け、先端部４００をポート２００に固定するためのプロビジョンを含む。これらのプロビジョンは、例えば、開口部２３６及びエッジ２３８を含む。開口部２３６は、先端部４００を受け付けるために用いられ、エッジ２３８は、先端部４００の止め具として機能する。また、エッジ２３８は、先端部４００をポート２００に固定するための表面を提供する。
【００１６】
開口部２３６は、先端部４００をポート２００に組み立て、収容するために機能する。例えば、開口部２３６は、ポート２００と先端部４００とが結合されるときに、先端部４００を位置合わせするように成形される。ここで、例えば、開口部２３６は、圧力センサ１００の組み立て時に、先端部４００をポート２００に固定して収容することに代えて、ポート２００とのぴったりした適合を提供し、先端部４００を保持するように形成されてもよい。
【００１７】
図３は、ポート２００の断面図３００を示す。図３を参照すると、ポート２００は、キャビティ３４０及びフレキシブル部３６０を含む。キャビティ３４０は、円筒形状であり、ポート２００の長さ方向に延びる。実施形態では、ポート２００は、１６．８５ミリメートル（ｍｍ）の長さであり、キャビティ３４０は、１６．０３ｍｍ延びる。他の実施形態では、ポート２００及び／又はキャビティ３４０は、別の長さであってもよいことを留意すべきである。
【００１８】
キャビティ３４０は、複数の部分を含む。例えば、キャビティ３４０は、第１の部分３４２と、第２の部分３４４と、第３の部分３４６と、を含む。第１の部分３４２は、キャビティ３４０の閉じた端部に位置付けられ、第３の部分３４６は、キャビティ３４０の開いた端部に位置付けられる。第２の部分３４４は、第１の部分３４２と第３の部分３４６との間に位置付けられる。
【００１９】
キャビティ３４０は、第１の部分３４２、第２の部分３４４及び／又は第３の部分３４６が長さ及び／又は幅方向に変化するように階段状であってもよい。例えば、第１の部分３４２の幅は、第２の部分３４４の幅よりも狭くてもよく、第２の部分３４４の幅は、第３の部分３４６の幅よりも狭くてもよい。
【００２０】
ポート２００は、フレキシブル部３６０を含む。フレキシブル部３６０は、例えば、開口部２３６を介してキャビティ３４０に入る圧力に応じて曲がる（図２）。この曲げは、フレキシブル部３６０の一部（例えば、上部）に搭載される１以上のゲージ２２６によって検知される。ゲージ２２６は、この曲げを検出し、検出された曲げに応じて出力（例えば、電圧）を生じる。出力は、圧力によってフレキシブル部３６０の歪み量に反映する。
【００２１】
部分３４２、３４４及び／又は３４６は、様々な機能を行うように成形されてもよいことに留意する。例えば、部分３４６は、先端部４００及びポート２００が組み立てられるときに、ポート２００の先端部４００を正確に位置付けるように成形されてもよい。また、例えば、部分３４２及び／又は部分３４４は、キャビティ３４０に入る所定の圧力に対して特定の応答を実現するように成形されてもよい。例えば、部分３４２及び／又は部分３４４は、キャビティ３４０に入る予め定義された圧力の量に対してフレキシブル部３６０に予め定義された量の曲げを生じさせるように成形されてもよい。
【００２２】
キャビティ３４０は、図３に示されるものとは異なって成形されてもよいことが留意されるべきである。例えば、実施形態では、キャビティ３４０は、キャビティ３４０の閉じた端部に内側に向かって次第に細くなる。
【００２３】
第３の部分３４６は、開口部２３６を含む。エッジ３４８は、開口部２３６の一部であってもよい。以下に更に説明されるように、エッジ３４８は、例えば、ポート２００及び先端部４００が結合されるときに止め具として機能する。また、以下に更に説明されるように、エッジ３４８は、例えば、ポート２００及び先端部４００が結合されるときに、先端部４００をポート２００に固定するために表面を提供する。
【００２４】
図４は、先端部４００の例示的な実施形態を示す。図４を参照すると、先端部４００は、ガイド４２０と、プラットフォーム４３０と、シート４４０と、を含む。ガイド４２０は、先端部４００がポート２００と結合されるときに、先端部４００を開口部２３６にガイドするためにプロビジョンを含む。ガイド４２０は、円筒形状であってもよいが、他の実施形態では、ガイド４２０は、異なる形状であってもよい。例えば、ガイド４２０は、多角形形状である。開口部２３６は、ガイド４２０の形状を収容し、ガイド４２０を開口部２３６に適合することができるように成形されてもよいことを留意する。
【００２５】
プラットフォーム４３０は、先端部４００がポート２００に結合されるときに、先端部４００を停止するための表面を提供する。また、前記表面は、先端部４００及びポート２００が結合された後に、先端部４００をポート２００に固定するための表面を提供する。シート４４０は、圧力センサ１００が搭載されるときに、固定具に先端部４００を取り付けるための表面を提供する。圧力センサ１００を搭載する例は、以下に更に説明される。先端部４００は、開口部４４６及び穴４４８を含む。開口部４４６及び穴４４８についての詳細は、以下に更に説明される。
【００２６】
図５は、先端部４００の断面図５００を示す。図４及び５を参照すると、穴４４８は、円筒形状であり、先端部４００の長さを通じて延びる。開口部４４６は、穴４４８の一端に位置付けられる。開口部４４６は、測定される外部源からの圧力の受け付けを収容するように成形される。
【００２７】
穴４４８は、階段状であってもよい。階段は、例えば、第１の部分５４２及び第２の部分５４４を含む。第１の部分５４２は、円筒形状であり、ポート２００の部分３４４（図３）の幅よりも狭い幅を有する。第２の部分５４４は、同様に、円筒形状である。第２の部分５４４の幅は、第１の部分５４２の幅よりも狭い。また、第２の部分５４４の長さは、第１の部分５４２の長さよりも狭い。
【００２８】
他の実施形態では、第１の部分５４２及び／又は第２の部分５４４の長さ及び幅は、異なっていてもよいことを留意するべきである。例えば、実施形態では、第１の部分５４２の長さは、第２の部分５４４の長さよりも短い。
【００２９】
また、他の実施形態では、穴４４８及び／又は開口部４４６の形状は、図４及び５に示されるものとは異なる形状であってもよい。例えば、実施形態では、穴４４８は、開口部４４６からガイド４２０に内側に向かって次第に細くなる。
【００３０】
ガイド４２０は、エッジ５５２を含む。プラットフォーム４３０は、エッジ５５４及び５５６を含む。エッジ５５４は、エッジ５５６からエッジ５５２へ上向きに傾斜する。傾斜は、例えば、線５６０に対して０°から７０°の角度であってもよい。他の実施形態では、エッジ５５４は、エッジ５５６からエッジ５５２へ下向きに傾斜してもよいことを留意する。ここで、例えば、下向きの傾斜は、線５６０に対して０°から７０°の角度であってもよい。
【００３１】
線５６０及び５６２は、例示の目的のために用いられ、先端部４００の一部ではない基準線となることが意図されることを留意するべきである。また、線５６０及び５６２は、先端部４００のベースと平行となってもよいことを留意するべきである。
【００３２】
ガイド４２０は、エッジ５５８も含む。エッジ５５８は、線５６２に対して下向きに傾斜する。傾斜は、例えば、線５６２に対して０°から７０°であってもよい。以下に更に説明されるように、エッジ５５８は、圧力センサ１００が固定具に搭載されるときに、先端部４００を固定具（例えば、レール）に取り付けて、収容するように成形されてもよい。また、以下に更に説明されるように、エッジ５５８は、圧力センサ１００が固定具に搭載されるときに、ポート２００に結合される先端部４００を維持することを補助するために先端部４００に力を提供するように成形される。
【００３３】
図６は、圧力センサ１００の断面図６００を示す。図６を参照すると、圧力センサ１００は、先端部４００に結合されるポート２００を含む。ここで、図３−６を参照すると、ポート２００を先端部４００に結合することは、ガイド４２０を開口部２３６に向けることを含む。開口部２３６及び／又はガイド４２０は、ガイド４２０を開口部２３６に位置合わせして、収容するためのプロビジョンを含む。これらのプロビジョンは、例えば、開口部２３６及び／又はガイド４２０の形状を含む。
【００３４】
ガイド４２０が開口部２３６に入ると、ガイド４２０は、エッジ５５４がポイント６２０でエッジ３４８に接触するまでキャビティ３４０に入る。エッジ３４８は、ポイント６２０でエッジ５５４と密接に適合して収容するように成形されることを留意する。
【００３５】
エッジ５５４がエッジ３４８と接触した後、先端部４００は、ポート２００に固定される。例えば、先端部４００は、先端部４００をポート２００に固定するためにポイント６２０までポート２００に圧入されてもよい。先端部４００をポート２００に固定するための他の技術が用いられてもよいことを留意するべきである。
【００３６】
図７は、圧力センサ１００の搭載例の断面図を示す。図７を参照すると、圧力センサ１００は、レール７２０に搭載される。レール７２０は、圧力センサ１００がレール７２０に搭載されるとき、ポート２００のねじ部２３２（図２）を受け付ける１以上のねじ７２２を含む。
【００３７】
レール７２０は、圧力センサ１００がレール７２０に搭載されるときに、エッジ５５８（図５）と接触するエッジ７６０を含む。エッジ７６０及び５５８は、圧力センサ１００をレール７２０に取り付けて収容する。また、エッジ７６０及び５５８は、圧力センサ１００がレール７２０に搭載されるときに、圧力センサ１００に対する止め具として機能する。例えば、エッジ７６０がエッジ５５８と接触した後、レール７２０への圧力センサ１００の更なる移動は、エッジ５５８に接触するエッジ７６０によって停止されてもよい。
【００３８】
レール７２０は、開口部７２４を含む。開口部７２４は、外部源からの圧力を受け付ける。圧力は、圧力センサ１００によって測定される圧力を含む。開口部７２４により受け付けられる圧力は、開口部７２４によって開口部４４６（図４）に導入される。
【００３９】
ここで、図１−７を参照すると、操作上、圧力センサ１００によって測定される圧力は、開口部７２４に入る。開口部７２４は、開口部４４６及び穴４４８を通じてキャビティ３４０への圧力伝達を導入する。キャビティ３４０では、圧力は、圧力に応じて曲がるフレキシブル部３６０に加えられる。ゲージ２２６は、フレキシブル部３６０の曲げを測定し、出力を生じる。出力は、例えば、圧力の測定値を表す。実施形態では、ゲージ２２６によって生じられる出力は、電気信号（例えば、電圧）を含む。
【００４０】
図８は、圧力センサ１００がレール７２０に搭載され、外部源からの圧力を測定するための動作に入った後に、圧力センサ１００及びレール７２０に加えられる力を示す。図２−８を参照すると、外部源からの圧力８１０は、開口部７２４（図７）に入り、先端部４００を介してキャビティ３４０（図３）に導入される。圧力は、フレキシブル部３６０（図３）に力８２０を提供し、フレキシブル部３６０を曲げさせる。この曲げは、ゲージ２２６によって検知される曲げの量を表す出力を生じるゲージ２２６（図３）によって検出される。
【００４１】
レール７２のねじ７２２（図７）と組み合わせられるねじ部２３２（図２）は、力８２０に反する力８４０を提供する。圧力センサ１００がレール７２０に取り付けられた後、力８６０は、先端部４００に提供される。力８６０は、エッジ５５８（図５）がエッジ７６０に接触した後に、提供される。力８６０は、力８４０に反する。力８６０及び８４０は、ポート２００に固定される先端部４００を維持するために機能する。
【００４２】
例えば、ポート２００及び先端部４００が圧力センサ１００と共に圧入され、圧力センサ１００がレール７２０に搭載されるとする。圧力８１０は、開口部４４６（図４）、穴４４８（図４）及び開口部２３６（図２）を介してキャビティ３４０に圧力８１０を導入する開口部７２４に入る。圧力８１０は、力８２０をフレキシブル部３６０に加えさせる。フレキシブル部３６０は、力８２０に応じて曲がり、フレキシブル部３６０の曲げは、検知された曲げを表す信号を出力するゲージ２２６によって検知される。
【００４３】
フレキシブル部３６０に加えられる圧力８２０は、力８４０によって相殺される。また、力８４０は、力８６０によって相殺される。力８４０と力８６０との組み合わせは、例えば、力８２０によって、ポイント６２０で示される応力を緩和するために機能する。この圧力の緩和は、ポート２００及び先端部４００の圧入を保持させ、それにより、ポート２００及び先端部４００の結合を維持する。
【００４４】
実施形態の前述の説明は、実例及び説明を提供することを意図するが、包括的又は本発明を正確な形態の開示に限定することを意図するものではない。変更及び変形は、上記の教示の観点から取り得る、又は本発明の慣例から得られてもよい。
【００４５】
本明細書で用いられる要素、行動又は命令は、そのように明示的に記載されない限り、本発明に重大又は本質的なものと解釈されるべきではない。また、本明細書で用いられるように、項「ａ」は、１以上のアイテムを含むように意図される。あるアイテムのみが意図される場合、用語「ｏｎｅ」又は同様の言語が用いられる。更に、語句「基づいて（ｂａｓｅｄ  ｏｎ）」は、別途明示的に述べない限り、「少なくとも部分的に基づいて（ｂａｓｅｄ，  ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｉｎ  ｐａｒｔ，  ｏｎ）」を意味するように意図される。
【００４６】
本発明は、上記で開示される特定の実施形態に限定されないが、本発明は、いずれか及び全ての特定の実施形態、及び以下の添付の特許請求の範囲内の均等物を含むことが意図される。
【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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