(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極と捕集電極との間でコロナ放電を発生させる間隙を介して前記放電電極から離れて配置された前記捕集電極を有する静電集塵器のためのコロナ放電電極組立体であって、
軸線方向に延在するドラムと導電性の帯状片とを含み、
前記ドラムは、前記ドラムに沿って軸線方向に離れて配置されて前記ドラムから半径方向外向きに広がる一対の環状フランジを有し、前記帯状片は、前記一対の環状フランジの間を繰返し往復させて張り渡された連続部材であるとともに、前記一対の環状フランジの間に前記環状フランジによって支持されて延在する複数のセグメントを有し、
前記セグメントは、前記一対の環状フランジの間で軸線方向に延びる長さと、前記ドラムに対して半径方向に延びる高さと、前記長さの方向および前記高さの方向に垂直に延びる幅とを有し、前記高さの寸法は、前記長さの寸法よりも十分に小さくかつ前記幅の寸法よりも十分に大きいことを特徴とするコロナ放電電極組立体。
【請求項２】
前記セグメントの前記幅および前記高さの方向に沿った断面積は、ワイヤセグメントの放電電極の５０倍程度の大きさを有することを特徴とする請求項１に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項３】
前記高さの寸法は、２．５４ｍｍから０．５ｍｍの範囲内にあり、前記幅の寸法は、０．０２５４ｍｍから０．５０８ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項２に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項４】
前記セグメントは、前記一対のフランジの間を螺旋の一部をなすように斜行させて軸線方向に張られていることを特徴とする請求項１に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項５】
前記帯状片は、前記間隙を介して前記捕集電極に対向するコロナ放電のためのエッジを有し、
前記エッジは、前記捕集電極へのコロナ放電のために、前記帯状片に沿って複数のコロナ放電位置を与える形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項６】
前記エッジは、鋭い突起が配列された形状であることを特徴とする請求項５に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項７】
前記エッジは、波形であることを特徴とする請求項５に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項８】
前記エッジは、正弦波形であることを特徴とする請求項７に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項９】
前記エッジは、鋸歯状であることを特徴とする請求項５に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項１０】
前記エッジは、前記エッジに沿って複数のデテントを有することを特徴とする請求項５に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項１１】
前記デテントは、周期的であることを特徴とする請求項１０に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項１２】
前記デテントは、前記エッジから前記捕集電極に向かって外向きに突出していることを特徴とする請求項１０に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項１３】
前記デテントは、前記エッジと前記デテントとの接合部分にコロナ放電端を残して前記エッジから前記捕集電極に対して離れる方向に内向きに窪んでいることを特徴とする請求項１０に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項１４】
前記デテントは、三角形状であることを特徴とする請求項１３に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項１５】
前記デテントは、四角形状であることを特徴とする請求項１３に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項１６】
前記デテントは、弓形状であることを特徴とする請求項１３に記載のコロナ放電電極組立体。
【請求項１７】
前記エッジは、前記長さの方向および前記幅の方向に沿って広がることを特徴とする請求項５に記載のコロナ放電電極組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電集塵器に関し、吹き抜けガスに対するディーゼルエンジン用静電式クランクケース換気システムの静電集塵器を含む。この静電集塵器は、吹き抜けガスからの油滴を含む浮遊粒子状物質を除去するために使用される。
【背景技術】
【０００２】
静電集塵器は先行技術において周知であり、この静電集塵器には、ディーゼルエンジン用静電式クランクケース換気システムのための静電集塵器が含まれる。その最も単純な態様では、環状のグランドプレーンを形成する接地された管またはキャニスタの中央に高電圧コロナ放電電極が配置され、管またはキャニスタは、放電電極の回りの捕集電極を形成する。中央の放電電極上の数千ボルト程度、例えば１５ｋＶの直流高電圧によって、放電電極と捕集電極をなす管の内面または内壁との間でコロナ放電が発生する。浮遊粒子を含むガスが放電電極と捕集電極との間を流れると、コロナイオンによって粒子が帯電する。帯電粒子は、次いで、捕集管の内面への電界によって静電的に沈降する。
【０００３】
ディーゼルエンジン用クランクケース換気システムにおいて、吹き抜けガスからの油滴を含む浮遊粒子状物質を除去するために、静電集塵器が使用されてきた。これによって、例えば、さらなる燃焼のために吹き抜けガスをディーゼルエンジンの吸気側に戻すことができ、吹き抜けガス再循環システムが形成される。
【０００４】
図１は、静電集塵器２２のためのコロナ放電電極組立体２０を示すものであり、この静電集塵器は、外側に破線２４で示された円筒形のハウジングまたは容器を有し、このハウジングまたは容器は、環状のグランドプレーンを形成する接地された管またはキャニスタであって、捕集電極と放電電極との間でコロナ放電を発生させる間隙２８を介して放電電極２６から離れて配置された捕集電極を形成する。このような構成は、例えば特許文献１によって周知であり、この特許は参考として本明細書に含まれる。コロナ放電電極組立体２０は、例えばプラスチック等の電気的に絶縁性のドラムまたはボビン３０を含み、このドラムまたはボビンは軸線３２に沿って延在し、ドラムに沿って軸線方向に離れて配置されてドラムから半径方向外向きに広がる一対の環状フランジ３４、３６を有している。放電電極２６は、環状フランジ３４、３６の間を繰返し往復させて張り渡された導電性のワイヤであり、環状フランジ３４、３６の間を螺旋の一部をなすように斜行させて軸線方向に張られた複数のセグメントを有している。ディーゼルエンジンの排気における吹き抜けガスからの油滴を含む粒子状物質は、環状の間隙２８を通じて軸線方向に流れ、油滴を含む浮遊粒子状物質は、前述しかつ周知のように、静電集塵によって除去される。
【特許文献１】米国特許第６，２２１，１３６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
先行技術において現在使用されているコロナ放電電極組立体は、直径０．１５２４ｍｍ（０．００６インチ）のワイヤが斜めに張られたホルダまたはボビンを有している。ボビンは、軸線方向に沿って延在する中央ドラムによって構成され、このドラムは、ドラムに沿って軸線方向に離れて配置されてドラムから半径方向外向きに広がる一対の環状フランジを有している。ワイヤは、環状フランジの間を繰返し往復させて張り渡された連続部材であり、環状フランジによって支持されてそれらの間に延在し、かつ、環状フランジの間を螺旋の一部をなして斜行するように軸線方向に張られた複数のセグメントを備えている。この形態の欠点は、１箇所または複数箇所でワイヤが早期に放電を開始することによって、静電集塵器の捕集部の性能が劣化し、効率が０に低減し、また、装置の寿命が制限されることである。さらに、製造に関する欠点として、比較的強度の低い細いワイヤを使用することで、上記フランジ上にワイヤを張り渡す作業が困難なものとなる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、放電電極組立体の機械的強度および寿命を増大させ、コスト効率の高い製造性を提供する。本発明は、電極の耐侵食性、振動に対する機械的強度、および耐疲労性を改善することによって、電極の長寿命化を達成するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、放電電極と捕集電極との間でコロナ放電を発生させる間隙を介して前記放電電極から離れて配置された前記捕集電極を有する静電集塵器のためのコロナ放電電極組立体であって、軸線方向に延在するドラムと導電性の帯状片とを含み、前記ドラムは、前記ドラムに沿って軸線方向に離れて配置されて前記ドラムから半径方向外向きに広がる一対の環状フランジを有し、前記帯状片は、前記一対の環状フランジの間を繰返し往復させて張り渡された連続部材であるとともに、前記一対の環状フランジの間に前記環状フランジによって支持されて延在する複数のセグメントを有し、前記セグメントは、前記一対の環状フランジの間で軸線方向に延びる長さと、前記ドラムに対して半径方向に延びる高さと、前記長さの方向および前記高さの方向に垂直に延びる幅とを有し、前記高さの寸法は、前記長さの寸法よりも十分に小さくかつ前記幅の寸法よりも十分に大きいことを特徴とする。
【００１０】
一態様において、本発明は、前記帯状片は、前記間隙を介して前記捕集電極に対向するコロナ放電のためのエッジを有し、前記エッジは、前記捕集電極へのコロナ放電のために、前記帯状片に沿って複数のコロナ放電位置を与える形状に形成されていることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図２は本発明を示す図であり、理解を容易にするために適切な場所では、図１と同様の符号を使用する。
【００１４】
図２は、静電集塵器２２のためのコロナ放電電極組立体４０を示しており、この静電集塵器は、捕集電極と放電電極との間でコロナ放電を発生させる間隙２８を介して放電電極４２から離れて配置された捕集電極２４を有している。コロナ放電電極組立体４０は、電気的に絶縁性のプラスチックからなる中央ドラム３０を含み、このドラムは、軸線３２方向に延在し、ドラムに沿って離れて配置されてドラムから半径方向外向きに広がる一対のフランジ３４、３６を有している。導電性の帯状片またはテープ４２は、環状フランジ３４、３６によって支持されてそれらの間に延在する複数のセグメント４４を有している。セグメント４４は、環状フランジ３４、３６の間で軸線方向に斜行して延びる長さと、ドラム３０に対して半径方向に伸びる高さと、これらの長さ方向および高さ方向に垂直に延びる幅とを有している。図２は、図１のワイヤ２６を平坦な金属製帯状片４２で置換したものである。帯状片４２のセグメント４４の高さ寸法は、その長さ寸法よりも十分に小さくかつ幅寸法よりも十分に大きい。高さ寸法は、好ましくは、０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）から１２．７ｍｍ（０．５インチ）の範囲内にあり、幅寸法は、０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）から０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）の範囲内にある。好適な一実施形態では、高さ寸法は６．３５ｍｍ（０．２５インチ）、幅寸法は０．１５２４ｍｍ（０．００６インチ）であり、セグメント４４の幅方向および高さ方向に沿った断面積は、図１の放電電極ワイヤ２６の断面積の５３倍である。有望であると考えられる別の実施形態では、高さ寸法は６．３５ｍｍ（０．２５インチ）であり、幅寸法は０．０５０８ｍｍ（０．００２インチ）である。開発が進展するにつれて、これらの寸法はより最適化されることが期待される。帯状片４２は、環状フランジ３４、３６の間を繰返し往復させて張り渡される連続部材であり、そのセグメント４４は、環状フランジの間を螺旋の一部をなすように斜行させて軸線方向に張られている。
【００１５】
図３は、静電集塵器２２のためのコロナ放電電極組立体５０を示しており、この静電集塵器は、捕集電極と放電電極との間でコロナ放電を発生させる間隙２８を介して放電電極５２から離れて配置された捕集電極２４を有している。コロナ放電電極組立体５０は、電気的に絶縁性のプラスチックからなる中央ドラム５４を含み、このドラムは、導電性の帯状片５２を複数有して軸線３２方向に延在している。それぞれの帯状片５２は、ドラムに沿って好ましくは斜行して軸線方向に延びる長さを有してドラムに取り付けられ、ドラムに対して半径方向に延びる高さと、長さ方向および幅方向に対して垂直に延びる幅とを有している。その高さ寸法は、長さ寸法よりも十分に小さくかつ幅寸法よりも十分に大きい。一実施形態では、ドラム５４は、例えばプラスチックのような電気的に絶縁性の部材であり、帯状片またはブレード５２は、ドラムに機械的に挿入されるかまたはインサート成形される。帯状片は、ドラム側にベース部５６を有し、そのベース部から先端部５８に向かって高さ方向に沿って半径方向外向きに延びている。帯状片は、ベース部５６における第１の幅と、先端部５８における第２の幅を有する。好ましくは、第１の幅は第２の幅よりも大きく、さらに好ましくは、先端部５８はナイフ刃状のエッジを有し、その第２の幅は、第１の幅よりも十分に小さい。ナイフ刃状のエッジによって、捕集電極２４を形成する外側の環状グランドプレーンへのコロナ放電が発生し易くなる。ベース部５６の幅を広くすることによって、より大きな断面積を使用することが可能となり、機械的強度および耐侵食性を改善することができる。ワイヤまたは帯状片の張り渡しは不要である。好適な実施形態では、帯状片５２は、ドラム５４に沿って螺旋の一部をなすように斜行させて軸線方向に延在する。
【００１６】
図４は、静電集塵器２２のためのコロナ放電電極組立体６０を示しており、この静電集塵器は、捕集電極と放電電極との間でコロナ放電を発生させる間隙２８を介して放電電極６２から離れて配置された捕集電極２４を有している。コロナ放電電極組立体６０は、軸線３２方向に延在する中央ドラム６４を有し、このドラムは、ドラムの回りに螺旋状に巻回された導電性の帯状片６２を有している。帯状片６２は、ドラムの回りに螺旋状に延びる長さと、ドラムに対して半径方向に延びる高さと、長さ方向および高さ方向に垂直に延びる幅とを有している。その高さ寸法は、長さ寸法よりも十分に小さくかつ幅寸法よりも十分に大きい。帯状片６２は、ドラム側にベース部６６を有してベース部から先端部６８に向かって高さ方向に沿って半径方向外向きに延び、ベース部６６における第１の幅と、先端部６８における第２の幅を有している。第１の幅は第２の幅よりも大きく、好ましくは、先端部６８はナイフ刃状のエッジを有して、第２の幅は第１の幅よりも十分に小さい。図４に示す螺旋は一定のピッチを有しており、帯状片の螺旋セグメントは、ドラムに沿って軸線方向に等間隔に配置されている。図５では、導電性の帯状片７２は、ドラム６４の回りに変動するピッチを有する螺旋状に巻回されており、帯状片７２の螺旋セグメントは、ドラムに沿って軸線方向に不等間隔７４、７６で配置されている。
【００１７】
帯状片４２、５２、６２、７２は、間隙２８を介して捕集電極２４に対向する先端部（５８、６８、等）において、コロナ放電を発生させるエッジを有している。さらなる実施形態では、このようなエッジは、捕集電極へのコロナ放電のために、帯状片に沿って複数のコロナ放電位置を与える形状に形成される。図６に示す放電エッジは、符号８２で示すように鋭い突起の配列として形成されている。図７に示す放電エッジは、符号８４で示すように波形であり、好ましくは正弦波形である。図８に示す放電エッジは、符号８６で示すように鋸歯状に形成されている。放電エッジは、このエッジに沿って複数のデテント（detent）を有し、デテントの配列は、周期的であってもまたは周期的でなくてもよい。デテントは、図９に符号８８で示すように、放電エッジから捕集電極に向かって外向きに突出するか、または図１０の符号９０および図１１の符号９２で示すように、エッジとデテントとの接合部分にコロナ放電端９４（図１０）、９６（図１１）を残して内向きに窪んでいるか、あるいはその両方の形状を有している。図９に示すデテントは、三角形状である。図１０に示すデテントは、四角形状である。図１１に示すデテントは、弓形状または円弧状である。上述したような先端部におけるナイフ刃状のエッジと、図６〜図１１に示すエッジ形状を使用して、コロナ放電の発生位置をエッジに沿って制御することによって、所望の場合には、コロナ放電の立ち上がり電圧を低減することができる。
【００１８】
図１２は、静電集塵器２２のためのコロナ放電電極組立体１００を示しており、この静電集塵器は、捕集電極と放電電極との間でコロナ放電を発生させる間隙２８を介して放電電極１０２から離れて配置された捕集電極２４を有している。コロナ放電電極組立体１００は、導電性のルーバー（louver）付きドラム１０２を有し、このドラムは、捕集電極２４へのコロナ放電のために、ドラムに沿って複数のコロナ放電位置を与えるルーバー１０４を有している。ドラム１０２は、ドラム壁１０６を有し、ルーバーはドラム壁を貫通する複数の貫通孔１０４によって形成されている。貫通孔１０４は、間隙２８を渡る捕集電極２４へのコロナ放電のために、その貫通孔とドラムとの接合部分に複数のコロナ放電端を形成する。貫通孔は、様々な形状をとることができる。ドラム１０２は、軸線３２方向に延在し、軸線方向に離れて配置された継手（１１２、１１４、等）によって接合された螺旋部分（１０８、１１０、等）を有する渦巻き状シートを備え、継手の間には貫通孔１０４が形成されて、継手（１１２、１１４、等）の間にルーバーが形成されている。
【００１９】
図１３は、静電集塵器２２のためのコロナ放電電極組立体１２０を示しており、この静電集塵器は、捕集電極と放電電極との間でコロナ放電を発生させる間隙２８を介して放電電極１２２から離れて配置された捕集電極２４を有している。コロナ放電電極組立体１２０は、導電性のルーバー付きドラム１２２を有し、このドラムは、捕集電極２４へのコロナ放電のために、ドラムに沿って複数のコロナ放電位置を与えるルーバー１２４を有している。ドラムは、ドラム壁１２６を有し、ルーバーはドラム壁を貫通する複数の貫通孔１２８によって形成され、ドラムから捕集電極２４に向かって延びる複数のフラップ１２４を備えている。それぞれのフラップは、ドラム壁１２６とそれぞれの貫通孔１２８との接合部分におけるベース部１３０と、間隙２８を介して捕集電極２４から離隔された先端部１３２とを有する。それぞれのフラップは、それぞれの貫通孔１２８から切り取られたドラム壁１２６の一部分を含み、この一部分は、ドラム壁１２６とそれぞれの貫通孔１２８との接合部分１３０における折り曲げ線に沿ってドラムから捕集電極２４に向かって折り曲げられている。先端部１３２は尖鋭であり、それぞれの貫通孔１２８は接合部分１３０における折り曲げ線とは反対側の末端に先端１３４を有し、貫通孔１２８の先端１３４は、フラップ１２４の尖鋭な先端部１３２と相補的である。図１３に示す実施形態では、フラップ１２４と貫通孔１２８は、同一の三角形状である。
【００２０】
図１４は、静電集塵器２２のためのコロナ放電電極組立体１４０を示しており、この静電集塵器は、捕集電極と放電電極との間でコロナ放電を発生させる間隙２８を介して放電電極１４２から離れて配置された捕集電極２４を有している。コロナ放電電極組立体１４０は、軸線３２方向に延在する中央ドラム１４４を含み、このドラムは、ドラムから半径方向に延びる複数の導電性スパイク１４２を有し、間隙２８を介して捕集電極２４から離隔された複数のコロナ放電端１４６を備えている。この実施形態では、複数の尖鋭な突出物を使用しているため、所望の場合には、コロナ放電の立ち上がり電圧を低く維持するために役立つ。
【実施例】
【００２１】
図１に示す従来の装置と図２に示す実施形態との比較試験を実施して、その効率を比較した。試験は、コロナ電流を０．７５ｍＡに調整して実施された。両方の装置において、典型的な１６ｋＶの限界電圧内で、０．７５ｍＡのコロナ電流を生成することができた。これは、両方の装置で同量の荷電イオンが発生することを示しているため、重要な発見である。図２に示す帯状片またはテープ４２としては、幅０．１５２４ｍｍ（０．００６インチ）、高さ６．３５ｍｍ（０．２５インチ）の３０１ステンレス鋼を使用した。図１に示すワイヤ２６としては、直径０．１５２４ｍｍ（０．００６インチ）の３０４ステンレス鋼を使用した。効率試験は、カミンズ（Ｃｕｍｍｉｎｓ）社のＩＳＬエンジンを全負荷状態、すなわち、１４９１．４Ｎｍ（１１００フィート・ポンド）／２０００ＲＰＭのトルクで２時間稼動させて実施され、その結果、平均の効率は、図２の実施形態で９８％、図１の従来の装置で９８％であった。この結果は、図２の実施形態は、図１の従来の装置と比較して性能が劣化することはないことを示している。
【００２２】
図１に示す標準的なコロナ放電ワイヤによる態様と図１２に示す参考例との効率比較試験を実施した。試験は、コロナ電流を１ｍＡに設定して実施され、この電流は１６ｋＶ内で達成された。ドラム１０２は、厚さ０．４０６４ｍｍ（０．０１６インチ）のドラム壁１０６を有し、軸線方向長さは１０１．６ｍｍ（４インチ）であり、間隙２８は１２．７ｍｍ（０．５インチ）であった。効率試験は、カミンズ社のＩＳＬエンジンを１４９１．４Ｎｍ／２０００ＲＰＭのトルクで２時間稼動させて実施され、その結果、９２％の効率が得られた。この効率は、図１の従来の装置よりも低いものであるが、ドラム壁の厚さを０．１５２４ｍｍ（０．００６インチ）以下にすることによって、コロナ放電の発生が改善されて効率が増大することが予想される。
【００２３】
図１４に示す参考例についても、カミンズ社のＩＳＬエンジンを１４９１．４Ｎｍ／２０００ＲＰＭのトルクで２時間稼動させて効率試験を実施した。その結果、１２ｋＶの低電圧における０．７５ｍＡのコロナ電流で、９７．７％の効率が得られた。この効率は、図１の標準的なコロナ放電ワイヤによる態様よりも低いものであるが、この実施形態は、低電圧要件を可能とするために望ましいと考えられる。
【００２４】
添付請求項の範囲内で様々な置換、変更、修正が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】先行技術において周知のコロナ放電電極組立体を示す図である。
【図２】本発明を示す図１と同様の図である
【図３】本発明の参考例を示す図２と同様の図である。
【図４】別の参考例を示す図２と同様の図である。
【図５】別の参考例を示す図２と同様の図である。
【図６】電極のエッジ構成を示す図である。
【図７】別の実施形態を示す図６と同様の図である。
【図８】別の実施形態を示す図６と同様の図である。
【図９】別の実施形態を示す図６と同様の図である。
【図１０】別の実施形態を示す図６と同様の図である。
【図１１】別の実施形態を示す図６と同様の図である。
【図１２】本発明の参考例による別の放電電極組立体を示す図である。
【図１３】別の参考例を示す図１２と同様の図である。
【図１４】別の参考例を示す図１２と同様の図である。
【符号の説明】
【００２６】
２０，４０，５０，６０，１００，１２０，１４０：放電電極組立体
２４：捕集電極
２８：間隙
３０，５４，６４，１４４：ドラム
３２：軸線
３４，３６：環状フランジ
４２，５２，６２，７２：帯状片（放電電極）
１０２，１２２：ドラム（放電電極）
１０４，１２４：ルーバー
１４２：スパイク（放電電極）
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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