(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の複数の排気ポートにそれぞれ接続される複数本の上流側メイン通路と、
該複数本の上流側メイン通路の下流側を１本の下流側メイン通路に集合させる合流部と、
前記下流側メイン通路に介装されるメイン触媒コンバータと、
前記複数本の各上流側メイン通路の上流側に設けた分岐点からそれぞれ分岐された複数本の各上流バイパス通路と、
該複数本の上流側バイパス通路の下流側を１本のバイパス通路に集合させた状態で接続されるバイパス触媒コンバータと、
該バイパス触媒コンバータの下流側を前記合流部とメイン触媒コンバータとの間に接続される下流側バイパス通路と、
前記分岐点より下流側において前記上流側メイン通路を開閉する開閉切換弁と、
を備え、
前記複数の開閉切換弁は、各ハウジングに前記各上流側メイン通路に連通するテーパ状の座面を有する弁開口部と、曲面状の座部を有する弁体と、該弁体の弁軸が連結された回動アームを備え、
前記弁体は曲面状の座部を有する弁部と、該弁部の軸心部に結合された前記弁軸を構成するボルトを備え、
前記ボルトは前記回動アームの先端に形成された該ボルトの直径より大径の装着孔に揺動可能に連結されていて、回動アームの変位により弁体の弁部と弁開口部の座面とを離間・密着させて開閉するようにした調芯機能を備え、
前記ボルトの頭部の先端外周縁部にテーパ部が形成される一方、前記ハウジングの内面側には開弁時に前記ボルト頭部の該テーパ部が当接するテーパ状内周壁を有する凹部が形成され、前記弁体の開弁時に前記ボルト頭部のテーパ部がテーパ状内周壁に当接することで弁体の揺動が阻止されるように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排気装置において、前記複数の開閉切換弁のハウジングに前記上流側バイパス通路に連通する連通孔が形成されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の排気装置において、前記複数の開閉切換弁の上流側がヘッドフランジに接続されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気装置において、前記複数の開閉切換弁の切換が一軸で行えるように該複数の開閉切換弁が横並び一列に配置されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒コンバータで排気浄化を行う内燃機関の排気装置で、特に、メイン触媒コンバータが活性化していない冷間始動直後に、別の触媒コンバータを備えたバイパス流路側に排気を案内する開閉切換弁を備えた内燃機関の排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関の排気装置としては、各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の上流側メイン通路と、複数の気筒の上流側メイン通路が合流してなる下流側メイン通路と、この下流側メイン通路もしくはこれよりも下流の流路に介装されたメイン触媒コンバータと、上記上流側メイン通路から分岐すると共にバイパス触媒コンバータが介装されたバイパス通路と、各気筒から排出された排気が上記バイパス通路へ流れるように上記上流側メイン通路を開閉すると共に、閉時に各上流側メイン通路相互の連通を遮断する流路開閉切換弁とを備え、上記流路開閉切換弁は各気筒の上流側メイン通路に対応する気筒毎の弁開口部が２列に並んで開口形成されたハウジングと、上記複数の弁開口部を挟むように上記ハウジングの両側に配置された一対の回転軸と、この回転軸に各々取り付けられ、かつ該回転軸と一体に揺動して上記弁開口部を各々開閉する複数の弁体と、を備えた構造としたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００７−４６５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来例の内燃機関の排気装置にあっては、バイパス触媒コンバータがメイン触媒コンバータよりは上流側位置に配置されるが、各気筒の排気ポートからの距離が大きいため、内燃機関の始動直後から直ちにバイパス触媒コンバータによる排気浄化を開始させることができないという問題があった。
【０００４】
本発明の解決しようとする課題は、内燃機関の始動直後から直ちにバイパス触媒コンバータによる排気浄化を開始させることができる内燃機関の排気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため請求項１記載の内燃機関の排気装置は、内燃機関の複数の排気ポートにそれぞれ接続される複数本の上流側メイン通路と、該複数本の上流側メイン通路の下流側を１本の下流側メイン通路に集合させる合流部と、上記下流側メイン通路に介装されるメイン触媒コンバータと、上記複数本の各上流側メイン通路の上流側に設けた分岐点からそれぞれ分岐された複数本の各上流側バイパス通路と、該複数本の上流側バイパス通路の下流側を１本のバイパス通路に集合させた状態で接続されるバイパス触媒コンバータと、該バイパス触媒コンバータの下流側を上記合流部とメイン触媒コンバータとの間に接続される下流側バイパス通路と、上記分岐点より下流側において上記上流側メイン通路を開閉する開閉切換弁と、を備え、前記複数の開閉切換弁は、各ハウジングに前記各上流側メイン通路に連通するテーパ状の座面を有する弁開口部と、曲面状の座部を有する弁体と、該弁体の弁軸が連結された回動アームを備え、前記弁体は曲面状の座部を有する弁部と、該弁部の軸心部に結合された前記弁軸を構成するボルトを備え、前記ボルトは前記回動アームの先端に形成された該ボルトの直径より大径の装着孔に揺動可能に連結されていて、回動アームの変位により弁体の弁部と弁開口部の座面とを離間・密着させて開閉するようにした調芯機能を備え、前記ボルトの頭部の先端外周縁部にテーパ部が形成される一方、前記ハウジングの内面側には開弁時には該テーパ部が当接するテーパ状内周壁を有する凹部が形成され、前記弁体の開弁時に前記ボルト頭部の前記テーパ部がテーパ状内周壁に当接することで弁体の揺動が阻止されるように構成されていることを特徴とする手段とした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の内燃機関の排気装置では、上述のように、複数本の各上流側メイン通路の上流側に設けた分岐点からそれぞれ分岐された複数本の各上流側バイパス通路と、該分岐点より下流側において上流側メイン通路を開閉する開閉切換弁とを備えた構成としたことで、各気筒の排気ポートからバイパス触媒コンバータまでの距離を小さくすることができる。
【０００７】
従って、メイン触媒コンバータが活性化していない内燃機関の始動直後から直ちにバイパス触媒コンバータによる排気浄化を開始させることができるようになるという効果が得られる。
また、ボルトの頭部の先端外周縁部にテーパ部が形成される一方、ハウジングの内面側には該テーパ部が当接するテーパ状内周壁を有する凹部が形成されている構成とすることで、テーパ状周壁同士の当接により開弁時における弁体の揺動を確実に阻止することができる。これにより、振動音や、振動による排気系への悪影響を確実に防止できるようになるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】
この実施例１の内燃機関の排気装置は、請求項１、２、４、５に記載の発明に対応する。
【００１０】
まず、この実施例１の内燃機関の排気装置を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１はこの実施例１の内燃機関の排気装置を示す全体構成図、図２は実施例１の内燃機関の排気装置を示す斜視図、図３は図２のＡ１矢視方向から見た開閉切換弁ユニットを示す図、図４は実施例１の内燃機関の排気装置における開閉切換弁単体を示す斜視図、図５は図４のＢ−Ｂ線における拡大縦断面図である。
【００１２】
この内燃機関の排気装置は、内燃機関のシリンダーヘッド１と、４つの上流側メイン通路２と、１つの下流側メイン通路３と、合流部４と、メイン触媒コンバータ５と、開閉切換弁６と、４つの上流側パイパス通路７と、１つのバイパス通路８と、バイパス触媒コンバータ９と、下流側バイパス通路１０と、を備えている。
【００１３】
さらに詳述すると、図１、２に示すように、上記内燃機関のシリンダーヘッド１に直列に配置された４つの各排気ポート＃１〜＃４には、シリンダーヘッド１に対し固定ボルト１２で固定されたヘッドフランジ１１に対し、それぞれ上流側メイン通路２が接続されている。
【００１４】
この４つの上流側メイン通路２の下流側にはこの下流側を１本の下流側メイン通路３に集合させる合流部４が接続されている。そして、この合流部４の下流側である下流側メイン通路３に上記メイン触媒コンバータ５が介装されている。
【００１５】
このメイン触媒コンバータ５は、車両の床下に配置される容量の大きなものであって、その触媒としては、三元触媒とＨＣトラップ触媒とを含んでいる。
【００１６】
上記４つの開閉切換弁６は各上流側メイン通路２を同時に開閉し、弁の閉時には上記各上流側バイパス通路７側に排気ガスの流れを切り換える役目をなすもので、各上流側メイン通路２の上流側に介装されている。
【００１７】
そして、この４つの開閉切換弁６は、その切り換え操作が一軸で行えるように横並び一列に配置された状態で介装されている。
【００１８】
この各開閉切換弁６は、図５に示すように、ハウジング６０の下流側に上流側メイン通路２に連通する内面が球面の一部から成るテーパ状の座面６１ａを有する弁開口部６１と、該弁開口部６１を開閉する弁体６２を備えている。
【００１９】
この弁体６２は、外面が球面の一部から成る曲面状の座部６２ａを有する弁部６２ｂと、該弁部６２ｂの軸心部にねじ結合されたボルト（弁軸）６２ｃを備えている。
そして、該ボルト６２ｃは回動アーム６３の先端に形成された該ボルト６２ｃの直径より少し大径の装着孔６３ａに揺動可能に連結されていて、該回動アーム６３が回動操作軸６４を中心として該回動操作軸６４の回動に伴って回動することにより、弁部６２ｂによる弁開口部６１の開閉操作が行われるようになっている。
【００２０】
即ち、弁体６２のボルト６２ｃが回動アーム６３に揺動可能に連結されることにより、弁体６２の閉弁時に、弁開口部６１に対する弁体６１の調芯機能が発揮されるようになっている。
【００２１】
また、上記回動操作軸６４は、４つの開閉切換弁６の切り換え操作が一軸で行えるように４つの開閉切換弁４に亘って配置され、その一端に連結されたアクチュエータ（図示せず）で回転駆動されることにより、４つの開閉切換弁６の切り換えが操作が一つのアクチュエータのみで同時に行えるようになっている。
【００２２】
一方、弁体６２の開弁時には、ボルト６２ｃの頭部６２ｄの先端面がハウジング６０の内面に当接することで、回動アーム６３に対する弁体６２の揺動が阻止されるようになっている。
即ち、この実施例１では、ボルト６２ｃの頭部６２ｄの先端外周縁部にテーパ部６２ｅが形成される一方、ハウジング６０の内面側には該テーパ部６２ｅが当接するテーパ状内周壁６ａを有する凹部６ｂが形成されている。
【００２３】
また、各開閉切換弁６のハウジング６０には、上流側バイパス通路７に連通する連通孔６５が形成されている。
【００２４】
そして、この各連通孔６５に接続される上流側バイパス通路７は、上流側メイン通路２よりも通路断面積が十分に小さなものであって、この４つの上流側バイパス通路７のうち互いに隣接した位置にある排気ポート♯１と♯２側の上流側バイパス通路７の下流側が、合流点Ｐ１において１本の中間バイパス通路８ａとして互いに合流している。同様に互いに隣接した位置にある排気ポート♯３と♯４側の上流側バイパス通路７とが合流点Ｐ２において１本の中間バイパス通路８ｂとして互いに合流している。
【００２５】
また、上記両中間バイパス通路８ａ、８ｂの下流側が、合流点Ｐ３において１本の中間バイパス通路８ｃとして互いに合流し、この中間バイパス通路８ｃの下流側に上記バイパス触媒コンバータ９が接続されている。
【００２６】
そして、このバイパス触媒コンバータ９の下流側が下流側バイパス通路１０を介して、合流部４とメイン触媒コンバータ５との間の下流側メイン通路３の途中に接続されている。
【００２７】
このバイパス触媒コンバータ９は、その内部に、前後に分割された２つのモノリス触媒担体である第１触媒９ａと第２触媒９ｂとから構成されている。
【００２８】
そして、これらの第１触媒９ａと第２触媒９ｂとの間の間隙９ｃに、排気還流通路９ｄの一端が接続されている。この排気還流通路９ｄの他端は、図示しない排気還流制御弁を介して機関吸気系へと延びている。
【００２９】
また、バイパス触媒コンバータ９は、メイン触媒コンバータ５に比べて容量が小さな小型のものであり、望ましくは、低温活性に優れた触媒が用いられる。
【００３０】
また、バイパス触媒コンバータ９は、バイパス通路の中で、可能な限り上流側に配置されている。
つまり、上流側バイパス通路７及び中間バイパス通路８ａ、８ｂ、８ｃもできるだけ短く形成されている。
【００３１】
そこで、上流側バイパス通路７に流れた排気ガスは、バイパス触媒コンバータ９で直ちに浄化された後、下流側メイン通路３に戻り、メイン触媒コンバータ５内を流れてメイン触媒コンバータ５を暖めながら流下する。
【００３２】
次に、この実施例１の作用を説明する。
【００３３】
まず、開閉切換弁６の切換について説明する。
このように構成された内燃機関の排気装置においては、内燃機関の冷間始動後のメイン触媒コンバータ５の温度または内燃機関温度ないしは排気温度が低い段階では、開閉切換弁６が閉じられる。なお、温度検出センサの図示は省略する。
そのため、各排気ポート＃１〜＃４から吐出された排気は、その全量が、上流側バイパス通路７および中間バイパス通路８ａ、８ｂを経由してバイパス触媒コンバータ９へと流れる。
【００３４】
バイパス触媒コンバータ９は、排気系の上流側つまり排気ポート＃１〜＃４に近い位置にあり、かつ小型のものであるので、速やかに活性化し、早期に排気浄化が開始される。
【００３５】
そして、浄化された排気は、メイン触媒コンバータ５の温度を上げながら流下する。また、この時、４つの各開閉切換弁６が閉弁することで、各排気ポート＃１〜＃４の上流側メイン通路２がその上流側において互いに非連通状態となる。
そのため、ある排気ポート＃１〜＃４から吐出された排気が他の排気ポート＃１〜＃４の上流側メイン通路２へと回り込む現象が防止され、この回り込みに伴う排気温度の低下が確実に回避される。
【００３６】
一方、内燃機関の暖機が進行して、バイパス触媒コンバータ９を流れた排気ガスにより、メイン触媒コンバータ５の温度が高くなり活性化した時、メイン触媒コンバータ５の温度の計測値に基づき図示しない制御回路を通じてアクチュエータが作動し、４つの開閉切換弁６が同時に開弁する。
または、内燃機関の冷却水温度または排気温度等の計測値が十分に高くなったときには、開閉切換弁６が開弁するようにしても良い。
【００３７】
この開閉切換弁６の開弁により、各排気ポート＃１〜＃４から吐出された排気は、主に、上流側メイン通路２を通り合流部４で下流側メイン通路３に集合された状態でメイン触媒コンバータ５を通過する。
【００３８】
この時バイパス流路側は特に遮断されていないが、バイパス流路側の方がメイン流路側よりも通路断面積が小さく、かつバイパス触媒コンバータ９が介在しているので、両者の通気抵抗の差により、排気流の大部分はメイン流路側を通り、バイパス流路側には殆ど流れない。
従って、バイパス触媒コンバータ９の熱劣化は十分に抑制される。
【００３９】
次に、実施例１の開閉切換弁６の作動について説明する。
開閉切換弁６の閉弁時には、回動操作軸６４を介して回動アーム６３が回転して所定角度になることにより、弁体６２の曲面状の座部６２ａがテーパ状の座面６１ａに着座して該弁開口部６１を塞ぐ。
【００４０】
ここで、弁体６２が弁開口部６１を塞ぐ時に、弁体６２の中心が弁開口部６１の中心から多少ずれている場合であっても、回動アーム６３に設けられた弁体６２の曲面状の座部６２ａがテーパ状の座面６１ａに摺動して調芯されることにより、弁体６２を良好な姿勢でテーパ状の座面６１ａに着座させて良好にシールすることができる。
あるいは、弁体６２が僅かに揺動した姿勢のままでも弁体６２をテーパ状の座面６１ａに確実に着座させてシールすることができる。
【００４１】
さらに、弁開口部６１の上流側と下流側との差圧によって弁体６２がテーパ状の座面６１ａに押しつけられて密着し、シール性を向上できる。
【００４２】
一方、開閉切換弁６の開弁時には、回動操作軸６４を介して回動アーム６３が回転して所定角度となることにより、弁開口部６１が開く。そして、ボルト６２ｃの頭部６２ｄの先端縁部に形成されたテーパ部６２ｅがハウジング６０の内面に形成された凹部６ｂのテーパ状内周壁６ａに当接するように回動アーム６３が頭部６２ｄをハウジング６０の内面側へ押し付けることにより、弁体６２の回動アーム６３に対する揺動を規制することができる。
【００４３】
次に、この実施例１の効果を説明する。
【００４４】
この実施例１の内燃機関の排気装置では、上述のように、４つの各上流側メイン通路の上流側に設けた分岐点からそれぞれ分岐された複数本の各上流側バイパス通路２と、該分岐点より下流側において上流側メイン通路２を開閉する開閉切換弁６とを備えた構成としたことで、各気筒の排気ポート＃１〜＃４からバイパス触媒コンバータ９までの距離を小さくすることができる。
【００４５】
従って、メイン触媒コンバータ５が活性化していない内燃機関の始動直後から直ちにバイパス触媒コンバータ９による排気浄化を開始させることができるようになるという効果が得られる。
【００４６】
また、４つの開閉切換弁６のハウジング６０に上流側バイパス通路７に連通する連通孔６５がそれぞれ形成されている構成としたことで、各上流側メイン通路２の途中に各上流側バイパス通路７をそれぞれ接続させる場合に比べ、接続作業を簡略化することができるようになる。
【００４７】
また、４つの開閉切換弁６を横並び一列に配置させたことで、一つの回動操作軸６４のみで４つの開閉切換弁６の切り換え操作が行えるようになる。これにより、部品点数の削減及び簡素化が可能で、配置位置の自由度が向上する。また、４つ以上の開閉切換弁でも一軸（一つの回動操作軸６４）で対応することができる。
【００４８】
また、開閉切換弁６の各ハウジング６０が別体で個別に設けられるため、一体で形成した場合に比べて気筒数に応じて容易に対応でき、設計自由度が高くなる。
【００４９】
また、弁体６２の弁軸を構成するボルト６２ｃが回動アーム６３に揺動可能に連結されることにより、弁体６２の閉弁時に、弁開口部６１に対する弁体６２の調芯機能を発揮することができる。これにより、弁開口部６１の良好なシール性を確保することができるようになる。
【００５０】
また、ボルト６２ｃの頭部６２ｄの先端外周縁部にテーパ部６２ｅが形成される一方、ハウジング６０の内面側には該テーパ部６２ｅが当接するテーパ状内周壁６ａを有する凹部６ｂが形成されている構成とすることで、開弁時における弁体６２の揺動を阻止することができる。これにより、振動音や、振動による排気系への悪影響を防止できるようになる。
【００５１】
次に、他の実施例について説明する。この他の実施例の説明にあたっては、前記実施例１と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【実施例２】
【００５２】
この実施例２の内燃機関の排気装置は、請求項３に記載の発明に対応する。
この実施例２は、図６に示すように、４つの開閉切換弁６の上流側に備えたフランジ６ｃを固定ボルト１２でヘッドフランジ１１と共に内燃機関のシリンダーヘッド１に対し接続固定するようにした点が、上記実施例１とは相違したものである。
【００５３】
即ち、製造精度が高く要求されるヘッドフランジ１１に各開閉切換弁６が直接接続され、さらに、このヘッドフランジ１１がシリンダーヘッド１に対して共締めされることになる。
【００５４】
従って、この実施例２では、実施例１と同様の効果が得られる他、複数の開閉切換弁６を横一列の状態に組み付ける際の精度を高めて一軸を精度良く配置でき、これにより、一軸（一つの回動操作軸６４）による開閉操作を良好に行わせることができるようになる。
【実施例３】
【００５５】
この実施例３の内燃機関の排気装置は、図７に示すように、回動操作軸６４を上流側バイパス通路７が接続される連通孔６５側にした点で、上記実施例１、２とは相違したものである。
【００５６】
従って、この実施例３では、実施例１と同様の効果が得られる他、開閉切換弁６の開弁時に、弁部６２ｂが連通孔６５を塞ぐように位置するため、バイパス流路側への排気ガスの流れをより少なくすることができるようになる。
【００５７】
さらに、この実施例３では、連通孔６５の開口縁部に形成されたテーパ状開口縁部６ｄにボルト６２ｃの頭部６２ｄの先端外周縁部に形成されたテーパ部６２ｅが当接した状態で連通孔６５を閉じた状態とすることで、バイパス流路側への排気ガスの流れを止めることができると共に、開弁時における弁体６２の揺動を阻止することができるため、振動音や、振動による排気系への悪影響を防止できるようになる。
【００５８】
また、この実施例３では、開閉切換弁６の弁開口部６１が下向きに傾斜しているため、開閉切換弁６の開弁時に弁体６２が上方へ向けて回動すると、開閉切換弁６内に流れ込む高温の排気ガスが直接弁体６２に向かうため、弁体６２の耐久性に問題があるが、この実施例３では、開閉切換弁６の開弁時に弁体が下方へ向けて回動することで、高温の排気ガスが部体６２に当たる量を少なくすることができ、これにより、弁体６の耐久性を向上できるようになる。
【００５９】
以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【００６０】
例えば、実施例では、４つの排気ポート＃１〜＃４を有する内燃機関に本発明を適用した例を示したが、排気ポートの数は任意である。
【００６１】
また、実施例では、開閉切換弁６の各ハウジング６０が別体で個別に設けられる例を示したが、複数の開閉切換部６のハウジングを一体に形成させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施例１の内燃機関の排気装置を示す全体構成図である。
【図２】実施例１の内燃機関の排気装置を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ１矢視方向から見た開閉切換弁ユニットを示す図である。
【図４】実施例１の内燃機関の排気装置における開閉切換弁単体を示す斜視図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線における拡大縦断面図である。
【図６】実施例２の内燃機関の排気装置における開閉切換弁の取付状態を示す断面説明図である。
【図７】実施例３の内燃機関の排気装置における開閉切換弁を示す断面説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  内燃機関のシリンダーヘッド
＃１〜＃４  排気ポート
１１  ヘッドフランジ
１２  固定ボルト
２  上流側メイン通路
３  下流側メイン通路
４  合流部
５  メイン触媒コンバータ
６  開閉切換弁
６ａ  テーパ状内周壁
６ｂ  凹部
６ｃ  フランジ
６ｄ  テーパ状開口縁部
６０  ハウジング
６１  弁開口部
６１ａ  テーパ状の座面
６２  弁体
６２ａ  曲面状の座部
６２ｂ  弁部
６２ｃ  ボルト（弁軸）
６２ｄ  頭部
６２ｅ  テーパ部
６３  回動アーム
６３ａ  装着孔
６４  回動操作軸
６５  連通孔
７  上流側バイパス通路
８ａ  中間バイパス通路
８ｂ  中間バイパス通路
８ｃ  中間バイパス通路
９  バイパス触媒コンバータ
９ａ  第１触媒
９ｂ  第２触媒
９ｃ  間隙
９ｄ  排気環流通路
１０  下流側バイパス通路
Ｐ１  合流点
Ｐ２  合流点
Ｐ３  合流点
【図１】
0004440960.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004440960.tif 000006
【図６】
0004440960.tif 000007
【図７】
0004440960.tif 000008