(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２、第３チャンバに分けられ、一定の容積の密閉空間を有するケースと、前記第１チャンバと前記第３チャンバとを連通させるための第１バイパスパイプと、前記第２チャンバと前記第３チャンバとを連通させるための第２バイパスパイプと、前記第１、第２チャンバに排気ガスを流入させるためのインレットパイプと、前記流入された排気ガスを前記第１、第２チャンバからそれぞれ前記第１、第２バイパスパイプを通して前記第３チャンバを経由して排出するためのアウトレットパイプと、前記第２チャンバ内の圧力程度に応じて前記第２バイパスパイプの下流側端を選択的に開放するためのバルブと、  前記バルブが開閉される時の衝撃及び騒音を低減させるためのストッパーとを含み、前記ストッパーは前記バルブが完全に閉鎖された状態の時にも前記バルブが前記第２バイパスパイプの下流側端を完全に遮断しないように維持する間隔（gap）を含み、
前記バルブは、本体と、中央孔と、バルブ板装着部を形成する一対の第１ピン支持具と、前記第１ピン支持具の間の本体に形成されるキャビティとを含むバルブ支持部材と、一対の第２ピン支持具を有する延長部と、前記ピン支持具の反対方向に突出して前記バルブ支持部材のキャビティの内外に移動し得るストッパーとを含むバルブ板と、ピンが前記ピン支持具と共に長軸を貫通することによって前記第２ピン支持具の間に挿入されるコイルスプリングとからなることを特徴とする内燃機関用半能動消音器。
【請求項２】
前記第１、第２、第３チャンバは、第１チャンバの容積＜第３チャンバの容積＜第２チャンバの容積である容積の関係を有するように形成されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用半能動消音器。
【請求項３】
前記中央孔の反対側のキャビティの壁と前記ストッパーの対応する壁とが前記ピンの長軸と同一線上に形成されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用半能動消音器。
【請求項４】
前記バルブが閉鎖された時、前記中央孔の周縁の前記バルブ板と前記バルブ支持部材との間の間隔（Ｓ）が維持されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用半能動消音器。
【請求項５】
第１、第２、第３チャンバに分けられ、一定の容積の密閉空間を有するケースと、前記第１チャンバと前記第３チャンバとを連通させるための第１バイパスパイプと、前記第２チャンバと前記第３チャンバとを連通させるための第２バイパスパイプと、前記第１、第２チャンバに排気ガスを流入させるためのインレットパイプと、前記流入された排気ガスを前記第１、第２チャンバからそれぞれ前記第１、第２バイパスパイプを通して前記第３チャンバを経由して排出するためのアウトレットパイプと、前記第２チャンバ内の圧力程度に応じて前記第２バイパスパイプの下流側端を選択的に開放するためのバルブと、  前記バルブが開閉される時の衝撃及び騒音を低減させるためのストッパーとを含み、前記ストッパーは前記バルブが完全に閉鎖された状態の時にも前記バルブが前記第２バイパスパイプの下流側端を完全に遮断しないように維持する間隔（ｇａｐ）を含み、
前記バルブは、第１、第２バルブ部材からなり、前記第１、第２バルブ部材は、
第１，第２バルブ板と、
前記第１，第２バルブ板の支点としての役割をはたす第１，第２ピンと、
前記第１，第２バルブ板を一方向に押し付ける第１，第２コイルスプリングと、
前記第１，第２バルブ部材の閉鎖を制限する第１，第２ストッパーとを含み、
前記第１バルブ部材の前記第１バルブ板の前記第１コイルスプリングの弾性力は前記第２バルブ部材の第２バルブ板の第２コイルスプリングの弾性力より小さいことを特徴とする内燃機関用半能動消音器。
【請求項６】
前記第１、第２バルブ部材は排気ガスの圧力程度に応じて選択的に開放されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用半能動消音器。
【請求項７】
前記第１、第２バルブ部材の前記バルブ板の間に一定の間隔（Ｇ）が形成されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用半能動消音器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関用消音器に係り、より詳しくは、排気騒音を低減させると共に排気抵抗を増加させずに背圧（バックプレッシャー）を低減させることによってエンジン出力を向上させることができる内燃機関用半能動消音器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消音器は内燃機関の排気騒音を低減させる装置であって、この消音器の消音効果を増加させるためには消音器の排気抵抗を増加させなければならない。しかし、排気抵抗はエンジンの排気部で背圧を発生させるため、高い排気抵抗はエンジン出力を減少させる。これに反して、背圧を低減させるために排気抵抗を最小にすると、消音器の消音効果が減少する。このようなジレンマを解決するために、高い消音効果及び低い排気抵抗の両方を満たす消音器が開発されている。
【０００３】
その一例として、日本国特開平第９−１９５７４９号公報（１９９６年１月１６日出願）には排気ガスの圧力に応じて調節され得るバルブが設けられる消音器が提案されている。この消音器の内部はセパレータによって上流側チャンバと下流側チャンバとに分けられ、前記セパレータにはバルブが設けられる。この消音器において、内燃機関の回転数が低い時、前記上流側チャンバの圧力がコイルスプリングから供給される力と前記下流側チャンバの圧力との合力より小さいため、前記セパレータのバルブは閉鎖される。この場合、排気圧力が低いため、前記バルブが閉鎖されていてもエンジン出力には影響を及ぼさない。
【０００４】
これに反して、エンジンＲＰＭが増加して圧力が所定の圧力まで増加すると、前記セパレータのバルブが開放されて排気抵抗が低減される。
【０００５】
また、エンジンＲＰＭが高回転数から低ＲＰＭに変化すると、前記バルブは閉鎖される。前記バルブが閉鎖される時に発生する衝撃及び騒音を減少させるために、バルブ開口部の周縁に緩衝材が付着される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記緩衝材は高温排気ガスなどや時間の経過によって固く変形する。従って、固く変形した緩衝材は衝撃吸収能力を失うようになり、バルブが閉鎖される時に発生する騒音は増加する。
また、本発明は前記従来の技術の問題点を解決するためのものであって、その目的は、バルブに緩衝材を使用しなくても接触騒音を低減させることができ、時間の経過に拘らず常に一定の騒音低減効果を維持することができる内燃機関用半能動消音器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、  第１、第２、第３チャンバに分けられ、一定の容積の密閉空間を有するケースと、前記第１チャンバと前記第３チャンバとを連通させるための第１バイパスパイプと、前記第２チャンバと前記第３チャンバとを連通させるための第２バイパスパイプと、前記第１、第２チャンバに排気ガスを流入させるためのインレットパイプと、前記流入された排気ガスを前記第１、第２チャンバからそれぞれ前記第１、第２バイパスパイプを通して前記第３チャンバを経由して排出するためのアウトレットパイプと、前記第２チャンバ内の圧力程度に応じて前記第２バイパスパイプの下流側端を選択的に開放するためのバルブと、  前記バルブが開閉される時の衝撃及び騒音を低減させるためのストッパーとを含み、前記ストッパーは前記バルブが完全に閉鎖された状態の時にも前記バルブが前記第２バイパスパイプの下流側端を完全に遮断しないように維持する間隔（ｇａｐ）を含み、前記バルブは、本体と、中央孔と、バルブ板装着部を形成する一対の第１ピン支持具と、前記第１ピン支持具の間の本体に形成されるキャビティとを含むバルブ支持部材と、一対の第２ピン支持具を有する延長部と、前記ピン支持具の反対方向に突出して前記バルブ支持部材のキャビティの内外に移動し得るストッパーとを含むバルブ板と、ピンが前記ピン支持具と共に長軸を貫通することによって前記第２ピン支持具の間に挿入されるコイルスプリングとからなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、第１、第２、第３チャンバに分けられ、一定の容積の密閉空間を有するケースと、前記第１チャンバと前記第３チャンバとを連通させるための第１バイパスパイプと、前記第２チャンバと前記第３チャンバとを連通させるための第２バイパスパイプと、前記第１、第２チャンバに排気ガスを流入させるためのインレットパイプと、前記流入された排気ガスを前記第１、第２チャンバからそれぞれ前記第１、第２バイパスパイプを通して前記第３チャンバを経由して排出するためのアウトレットパイプと、前記第２チャンバ内の圧力程度に応じて前記第２バイパスパイプの下流側端を選択的に開放するためのバルブと、  前記バルブが開閉される時の衝撃及び騒音を低減させるためのストッパーとを含み、前記ストッパーは前記バルブが完全に閉鎖された状態の時にも前記バルブが前記第２バイパスパイプの下流側端を完全に遮断しないように維持する間隔（ｇａｐ）を含み、  前記バルブは、第１、第２バルブ部材からなり、前記第１、第２バルブ部材は、第１，第２バルブ板と、前記第１，第２バルブ板の支点としての役割をはたす第１，第２ピンと、
前記第１，第２バルブ板を一方向に押し付ける第１，第２コイルスプリングと、前記第１，第２バルブ部材の閉鎖を制限する第１，第２ストッパーとを含み、前記第１バルブ部材の前記第１バルブ板の前記第１コイルスプリングの弾性力は前記第２バルブ部材の第２バルブ板の第２コイルスプリングの弾性力より小さいことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施態様を図１乃至５に基いて詳しく説明する。
【００１０】
図１に、本発明の第１の実施形態による半能動消音器の前側断面図を示す。
図１に示されているように、本発明の半能動消音器は一定の容積の密閉空間を有するケース２を含む。前記ケース２は第１、第２セパレータ６、８によって分けられて第１、第２、第３チャンバ４、１０、１２を形成する。前記第１チャンバ４は前記第２、第３チャンバ１０、１２の間に配置される。前記第１、第２、第３チャンバ４、１０、１２の容積は設計要件に応じて変化する。
本発明の好ましい実施形態において、前記チャンバ４、１０、１２の容積は次のような関係を有する：第１チャンバ４の容積＜第３チャンバ１２の容積＜第２チャンバ１０の容積。前記チャンバ４、１０、１２は第１、第２バイパスパイプ１８、２０とインレットパイプ１４アウトレットパイプ１６とを通して互いに連通する。前記インレットパイプ１４はその上流側端が排気パイプ（図示しない）に連結され、下流側端が前記第２チャンバ１０と連通される。
【００１１】
前記第１チャンバ４の位置に対応する前記インレットパイプ１４の中央部には、前記インレットパイプ１４を通して流入されて前記第２チャンバ１０に供給される排気ガスを前記第１チャンバ４に分配するための多数の排気ホール２３が形成される。また、前記アウトレットパイプ１６はその上流側端が前記第３チャンバ１３と連通して下流側端がケース２の外側に突出するように形成されて、第２チャンバ１０に流入した排気ガスが消音器の外に排出され得るようにする。前記第１バイパスパイプ１８は第１チャンバ４と第３チャンバ１２とを連通させて前記第１チャンバ４に供給された排気ガスが第３チャンバ１２に供給されるようにする。前記第２バイパスパイプ２０は第２チャンバ１０と第３チャンバ１２とを連通させる。
【００１２】
これによって、前記インレットパイプ１４の排気ホール２３を通して第１チャンバ４に供給された排気ガスは第１バイパスパイプ１８を経て第３チャンバ１２に供給され、その後、アウトレットパイプ１６を通して消音器の外に排出される。また、前記インレットパイプ１４を通して第２チャンバ１０に供給された排気ガスは第２バイパスパイプ２０を経て第３チャンバ１２に供給され、その後、アウトレットパイプ１６を通して消音器の外に排出される。
【００１３】
前記第２バイパスパイプ２０の下流側端にはバルブ２２が軸回転可能に装着される。第２チャンバ１０に流入される排気ガスの圧力が一定の圧力以上であると、前記バルブ２２が開放されて排気ガスが第３チャンバ１２に供給され得るようにし、前記圧力が一定の圧力より低いと、前記バルブが閉鎖され状態を維持して排気ガスが第３チャンバ１２に供給されないようにする。
【００１４】
図２乃至４は前記バルブ２２の構造をより詳しく示すもので、図２は、図１に示した半能動消音器のバルブの分解斜視図、図３は、図２の半能動消音器のバルブの組立斜視図、図４は、図３のＡ−Ａ線の断面図である。
【００１５】
前記バルブ２２は、バルブ支持部材２４と、バルブ板２６と、前記バルブ支持部材２４と前記バルブ板２６とをピボット連結するためのピン２８と、前記バルブ板２６をバルブを閉鎖する方向に押し付けるコイルスプリング３０とからなる。
【００１６】
前記バルブ支持部材２４は、一定の形状を有する本体３２と、ほぼ円形に形成される中央孔３４と、前記中央孔３４の方に開いており壁４４によって所定の深さに形成されるキャビティ４２と、前記本体３２から所定の距離だけ延長されてバルブ板装着部３８を形成する一対の第１ピン支持具４０とを含む。前記それぞれの第１ピン支持具４０の末端部には第１ピンホール４６が設けられる。さらに、前記中央孔３４の上側周縁と前記壁４４の上側周縁とにはテーパ部３６が形成される。
【００１７】
前記バルブ板２６は、前記バルブ支持部材２４の中央孔３４の直径より多少大きな直径を有する円板部４８と、前記円板部４８の一側から延長される延長部５０と、前記延長部５０の両側から延長されて形成されそれぞれが第２ピンホール５９を有する一対の第２ピン支持具５２とを含む。前記第２ピン支持具５２は前記延長部５０が前記バルブ板装着部３８に置かれる時に前記第１ピン支持具４０の内側に隣接するように位置する。前記バルブ板２６のピン支持具５２の間の延長部５０には、ストッパー５６が前記バルブ支持部材２４のキャビティ４２内に位置するようにバルブ支持部材２４に向かって形成される。
【００１８】
図３に示されているように、バルブ板２６がバルブ支持部材２４の上に配置される状態で、ピン２８が前記ピンホール４６、５９を通過してバルブ板２６の第２ピン支持具５２の間に位置するコイルスプリング３０に挿入される。即ち、前記ピン２８が前記コイルスプリング３０の長軸を貫通する。
【００１９】
前記コイルスプリング３０はトーションコイルスプリングであって、一端はバルブ支持部材２４の本体３２に接触し他端はバルブ板２６の延長部５０の本体に接触して、所定の力でバルブ板２６をバルブ支持部材の方に押し付ける。
【００２０】
前記バルブ支持部材２４のキャビティ４２と前記バルブ板２６のストッパー５６とはバルブ板２６が中央孔３４を完全に閉鎖するのを防止するために設けられる。即ち、バルブ板２６が閉鎖位置にある時、ストッパー５６の壁５８（図４参照）がキャビティ４２の壁４４に接触することによって、バルブ板２６が中央孔３４を完全に覆うのを防止する。より詳しくは、バルブ支持部材２４のキャビティ４２の壁４４が前記ピン２８と同一線上に形成されるため、図４に示すピン２８と前記壁４４、５８の接触部との間の距離Ｌが最も短くなる。これによって、前記ストッパー５６の壁５８と前記キャビティ４２の壁４４との衝突によって発生する衝撃及び騒音を低減させることができる。
【００２１】
また、バルブは、バルブが閉鎖している時の衝撃及び騒音を低減させるために、図４に示すバルブ板２６の円板部４８の周縁とバルブ支持部材の中央孔３４の周縁端との間が所定の距離Ｓを維持するように設計される。これによって、緩衝材を使用しなくても衝突衝撃及び騒音が低減され、そのため、バルブが永続性を有するようになる。
【００２２】
次に本発明の第１実施例による半能動消音器の作動について説明する。
【００２３】
図５に示されているように、内燃機関からの排気ガスはインレットパイプ１４を経て第１、第２チャンバ４、１０に流入される。インレットパイプ１４の排気ホール２３を通して第１チャンバ４に供給された排気ガスは第１バイパスパイプ１８を経て第３チャンバ１２に流入される。一方、インレットパイプ１４を通して第２チャンバ１０に流入された排気ガスが所定の周波数に共鳴することによって、排気騒音が消音される。前記消音された排気ガスは第２バイパスパイプ２０を経て第３チャンバ１２に流入され、その後、アウトレットパイプ１６を経て消音器の外に排出される。従って、前記第２チャンバ１０は排気騒音を消音する共鳴器として作用する。内燃機関の低いＲＰＭによって前記第２チャンバ１０の内部の圧力が低下する時、第２バイパスパイプ２０を通過してバルブ板２６の左側方向に作用する第２チャンバ１０内部の圧力の作動力は、バルブ板２６の右側方向に作用するコイルスプリング３０から供給される押し付け力と第３チャンバ１２の内部の圧力との合力より小さい。従って、バルブ２２は図１に示されているように閉じた状態を維持し、消音効果が増加される。
【００２４】
内燃機関のＲＰＭの増加によって前記第２チャンバ１０の内部の圧力が増加されると、第２バイパスパイプ２０を通過してバルブ板２６に左側方向に作用する第２チャンバ１０の内部の圧力の作動力がバルブ板２６に右側方向に作用する第３チャンバ１２の圧力とコイルスプリング３０から供給される押し付け力との合力より大きくなり、これによってバルブ２２は開放される。そのため、排気抵抗が減少する。
【００２５】
第１、第２チャンバ４、１０から第３チャンバ１２に流入された排気ガスはアウトレットパイプ１６を経て消音器の外に排出される。
【００２６】
図６は本発明の第２の実施形態による半能動消音器の部分断面図、図７は図６のＢ−Ｂ線の断面図を示している。
【００２７】
バルブ１００が第２バイパスパイプ２０の下流側端に設置される。本実施形態のバルブ１００は第１、第２バルブ部材１０１、１０２からなる。前記第１、第２バルブ部材１０１、１０２はそれぞれ第２バイパスパイプ２０の下流側端の上部及び下部（図６において）に設置される。
【００２８】
前記第１バルブ部材１０１は、第１バルブ板１２２と、第１ピン１２１と、第１コイルスプリング１２４と、第１ストッパー１２３とを含む。また、第２バイパスパイプ２０の下流側端には一対のピン支持板１２９、１３０が形成されている。前記第１ピン１２１は前記ピン支持板１２９、１３０及び支持突起１２１ａによって支持され、バルブ板１２２の支点としての役割をはたす。前記第１コイルスプリング１２４は前記ピン支持板１２９、１３０の間に挿入され、この第１コイルスプリング１２４の長軸に沿って前記第１ピン１２１が貫通し、第１コイルスプリング１２４の一側アーム部１２４ａは第１ストッパー１２３の内壁に形成された固定突起１２３ａに固定され、他側アーム部１２４ｂはバルブ板１２２に接触する。前記第１ストッパー１２３は第１バルブ板１２２をふさぐことによって第１バルブ部材１０１が閉鎖し得る程度を制限するように形成され、第１バルブ板１２２の背面に形成される突起部１２２ｂのホールを通して第１ピン１２１が貫通することによって、第１ピン１２１に回転可能に連結される。
【００２９】
第２バルブ部材１０２は、第２バルブ板１３２と、第２コイルスプリング１３４と、第２ピン１３１と、第２ストッパー１３３とを含む。この第２バルブ部材１０２の構造は前記第１バルブ部材１０１の構造と類似しているので、第２バルブ部材１０２の詳しい説明は省略する。
【００３０】
第１、第２バルブ部材１０１、１０２の構造は上述したように類似しているが、第１、第２コイルスプリング１２４、１３４の弾性力は互いに異なる。第１コイルスプリング１２４の弾性力は、排気ガスの所定の中間レベルの圧力と同一に設定され、内燃機関からの排気ガスの圧力が前記所定の中間レベルの圧力より大きい時には第１バルブ板１２２が開放されるようにする。反面、第２コイルスプリング１３４の弾性力は排気ガスの所定の高レベルの圧力より小さく設定され、内燃機関からの排気ガスの圧力が前記所定の高レベルの圧力と同一であるか大きい時には第２バルブ板１３２が開放されるようにする。
【００３１】
前記第１、第２バルブ板１２２、１３２はその間に所定の間隔Ｇをおいて配置されるので衝突しない。
【００３２】
以下、本発明の第２の実施形態による半能動消音器の作動について説明する。
【００３３】
図５に示されているように、内燃機関からの排気ガスはインレットパイプ１４を経て第１、第２チャンバ４、１０に流入される。前記第１チャンバ４に供給された排気ガスは第１バイパスパイプ１８を経て第３チャンバ１２に供給される。また、第２チャンバ１０に流入された排気ガスが所定の周波数に共鳴することによって排気騒音が消音される。前記消音された排気ガスは第２バイパスパイプ２０を経て第３チャンバ１２に流入され、その後、アウトレットパイプ１６を経て消音器の外に排出される。従って、前記第２チャンバ１０は排気騒音を消音する共鳴器として作用する。
【００３４】
ここで、図６に示すように、内燃機関の低いＲＰＭによって第２チャンバ１０の内部の圧力が低下する時、第２バイパスパイプ２０を通過してバルブ板１２２、１３２の左側方向（図６参照、以下同じ）に作用する第２チャンバ１０の内部の圧力の作動力は、バルブ板１２２、１３２の右側方向（図６参照、以下同じ）に作用するコイルスプリング１２４、１３４から供給される押し付け力と第３チャンバ１２の内部の圧力との合力より小さい。従って、バルブ１００は閉じた状態に維持され、消音効果が増加する。
【００３５】
内燃機関のＲＰＭの増加によって前記第２チャンバ１０の内部の圧力が所定の中間レベルの圧力以上、所定の高レベルの圧力以下に増加する時、第２バイパスパイプ２０を通過してバルブ板１２２、１３２の左側方向に作用する第２チャンバ１０の内部の圧力の作動力は、第１バルブ板１２２の右側方向に作用するコイルスプリング１２４から供給される押し付け力より大きくなるので、前記第１コイルスプリング１２４によって加えられる弾性力が相対的に小さい第１バルブ板１２２だけが開放される。
【００３６】
内燃機関のＲＰＭの増加によって前記第２チャンバ１０の内部の圧力が前記所定の高レベルの圧力以上に増加する時、第２バイパスパイプ２０を通過してバルブ板１２２、１３２の左側方向に作用する第２チャンバ１０の内部の圧力の作動力は、バルブ板１２２、１３２の右側方向に作用する第３チャンバ１２の内部の圧力及び前記コイルスプリング１２４、１３４から第１、第２バルブ板１２２、１３２に加えられる押し付け力より大きいので、第１、第２バルブ板１２２、１３２は開放される。
【００３７】
前記排気ガスの圧力が増加しても、増加した排気ガスの圧力がバルブ部材１０１、１０２を選択的に開放するようにコイルスプリング１２４、１３４の弾性力より大きくなければならないので、背圧が急激には増加せず、エンジン出力が向上する。
【００３８】
【発明の効果】
上述のように、開閉可能なバルブを有する半能動消音器を開示した本発明によれば、バルブが閉じた時に、バルブ支持部材とバルブ板との間に所定の間隔Ｓが維持されるので衝突衝撃力及び騒音を減少させることができる。
【００３９】
また、バルブ支持部材の接触部とバルブ板とバルブ板の回転軸との間の距離を最小化することによって、衝突衝撃力及び騒音の低減だけでなくバルブの耐久性を向上させることができる。
【００４０】
さらに、本発明によれば、バルブが排気ガスの圧力レベルに応じて選択的に開閉される２つのバルブ板を有することによって、背圧が急激には増加せず、エンジン出力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による半能動消音器の前側断面図である。
【図２】図１に示した半能動消音器のバルブの分解斜視図である。
【図３】図２の半能動消音器のバルブの組立斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による半能動消音器の作動状態図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による消音器の部分断面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線の断面図である。
【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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