(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ以上の気筒を有し正転方向および逆転方向に回転可能な内燃機関に用いられる点火システムの制御方法において、
前記点火システムは、
内燃機関と同期して回転する回転体であって、正転方向および逆転方向における各気筒の固定点火位置を決定する位置検出部、ならびに前記位置検出部の正転方向前方および逆転方向前方に設けられており、演算点火の開始位置となる演算開始部を外周側に配置している回転体と、
前記位置検出部および前記演算開始部を検出する一つのセンサと、
前記センサが出力する前記位置検出部および前記演算開始部の検出信号により前記回転体の回転方向を判定し、点火装置の点火時期を制御する制御手段とを備え、
前記位置検出部は、
各気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点の角度位置を挟み回転方向の前後に離れて配置されている気筒段部を３個以上有し、いずれか一つの前記位置検出部において隣接する前記気筒段部の間隔が異なっており、
前記制御手段は、
前記センサが検出する前記気筒段部の検出信号の間隔比を演算することにより前記回転体の回転方向を判定し、かつ、前記センサが各気筒に対応する前記演算開始部を検出したときに演算を開始し、演算を終了すると前記演算開始部に対応する気筒を点火させることを特徴とする点火システムの制御方法。
【請求項２】
前記内燃機関が複数気筒を有する場合、着目気筒の回転方向前方に位置する前記位置検出部は、前記着目気筒の前記演算開始部を兼ねていることを特徴とする請求項１記載の点火システムの制御方法。
【請求項３】
正転時における各気筒の演算開始位置と逆転時における各気筒の演算開始位置とは、各気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点の角度位置からほぼ等角度位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の点火システムの制御方法。
【請求項４】
前記位置検出部および前記演算開始部は、対応する気筒および回転方向に応じて別に設定されていることを特徴とする請求項１記載の点火システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正転方向および逆転方向に回転可能な内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）の点火システムの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型の車両、例えばスクータやスノーモービル等においては、小型化および軽量化を実現するため、後進するためのギアを備えていないことがある。このように、ギアの切り替えにより後進を選択できない車両において、エンジンを逆回転させることにより後進を実現するエンジンの点火システムとして、特開平１１−８２２７０号公報に開示されているものが知られている。
【０００３】
この公報に開示されている点火システムでは、気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点の角度位置を含む歯を回転体の外周側に設け、アイドル運転時には、歯の基準信号を検出すると対応する気筒の点火プラグに点火する。また、定常運転時には、歯の基準信号を検出するとカウンタ等に計数値を設定し、計数値のカウントダウンが終了すると点火プラグに点火している。点火プラグを点火させる時期は、各気筒の上死点より僅かに進角した位置である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−８２２７０号公報に開示される点火システムでは回転体に歯が一つしかないので、各気筒に対応する歯の基準信号を検出してから、カウントダウンを終了し点火を行うまで回転体がほぼ一周する。つまり、カウントダウンの時間が長い。カウントダウン中にエンジンの回転数が変動したりすると、点火時期がずれる恐れがある。歯の回転方向長さを長くすれば、歯の基準信号を検出してから基準信号に対応する点火を行うまでの時間を短縮できる。しかし、基準信号はアイドル運転時における点火信号としても使用するので、歯の回転方向長さを長くするには限度がある。また、歯の回転方向長さを長く加工することは困難である。
本発明の目的は、エンジンの正転および逆転において高精度に点火制御を行う点火システムの制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の点火システムの制御方法によると、位置検出部の正転方向前方および逆転方向前方に演算開始部を配置し、センサが各気筒に対応する演算開始部を検出したときに演算、例えばカウントダウンを開始し、カウントダウンを終了すると演算開始部に対応する気筒を点火させる。演算開始部と演算開始部に対応する気筒との回転角度範囲が小さくなるので、演算時間が短くなる。エンジンの回転数が変動しても点火時期のずれが少なくなるので、各気筒の点火時期を高精度に制御できる。
【０００６】
また、位置検出部は、各気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点の角度位置を挟み回転方向の前後に離れて配置されている気筒段部を３個以上有し、いずれか一つの位置検出部において隣接する気筒段部の間隔が異なっている。隣接する気筒段部の間隔が異なっている気筒において検出される位置検出部の検出信号のタイミングと、他の気筒において検出される位置検出部の検出信号のタイミングとをエンジンの回転方向によってずらすことができる。検出信号のタイミングを比較することにより、１つのセンサでエンジンの正転方向または逆転方向の判別ができるので、部品点数が減少する。さらに、センサの組み付け工数が減少するとともに電気的接続箇所が減少するので、製造コストが低下する。
【０００７】
本発明の請求項２記載の点火システムの制御方法によると、エンジンが複数気筒を有する場合、着目気筒の回転方向前方に位置する気筒の位置検出部が着目気筒の演算開始部を兼ねているので、位置検出部と別に演算開始部を形成する必要がない。したがって、加工が容易になる。
【０００８】
本発明の請求項３記載の点火システムの制御方法によると、各気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点の角度位置から正転方向前方および逆転方向前方に等角度位置に演算開始位置が設けられている。正転および逆転において、同じ演算方法、例えばカウンタ設定値を同じにしてカウントダウンを行なえるので、演算処理時間を短縮できる。
【０００９】
本発明の請求項４記載の点火システムの制御方法によると、対応する気筒および回転方向に合わせてより精度の高い所望のタイミングで点火を行うことができる。また、正転時および逆転時において同様な走行フィーリングを得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による点火システムを図１に示す。
点火システム１は、図示しないシリンダに収容されたピストンが往復移動することによりクランクシャフトを回転する３気筒２サイクルエンジンの点火時期を制御するものである。点火システム１は、回転体１０、タイミングセンサ３０および制御ユニット３１を有する。
【００１１】
回転体１０は、図示しないクランクシャフトとともに回転し、クランクシャフトが１回転すると同様に１回転する。回転体１０は、円板状の回転本体１１と、回転本体１１の外周に設けられ、径方向外側に突出する位置検出部としての歯２０、２１、２２、２３、２４、２５とを有する。歯２０は歯２０を除く他の歯よりも回転方向に長い。エンジンの正転時において、歯２５の回転前方側と歯２１の回転前方側とのほぼ中間に歯２０の回転前方側が位置するように歯２０の長さは設定されている。歯２０、２１は第１気筒、歯２２、２３は第２気筒、歯２４、２５は第３気筒のそれぞれの圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点（以下、「上死点」をＴＤＣという）を挟み、回転方向の前後にＴＤＣから同じＸ°、例えば５°離れて配置されている。第１気筒の＃１ＴＤＣ１２、第２気筒の＃２ＴＤＣ１３、第３気筒の＃３ＴＤＣ１４は回転本体１１に１２０°の等角度間隔に配置されている。また、図４に示すように、歯２０、２１、２２、２３、２４、２５の正転方向側の気筒段部を２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、逆転方向側の気筒段部を２０１、２１１、２２１、２３１、２４１、２５１とする。
【００１２】
タイミングセンサ３０はマグネットピックアップを用いており、図２および図３に示すように、各歯の回転前方側または回転後方側に位置する気筒段部を検出し検出信号としてのセンサ信号を出力する。タイミングセンサ３０として、ホール素子、ＭＲＥ素子等を用いてもよい。
【００１３】
制御手段としての制御ユニット３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、制御回路等を有し、電源３２から電力を供給されている。点火装置３５は各気筒毎に合計３個存在し、イグニションコイル３６および点火プラグ３７を有している。制御ユニット３１から各気筒の点火時期にイグニションコイル３６にスイッチング信号が送出され、イグニションコイル３６で発生する起電力により点火プラグ３７で火花が発生する。
【００１４】
次に、エンジンの回転方向の検出および回転方向の切り替え制御について説明する。図２は正転時のタイムチャートを示し、図３は逆転時のタイムチャートを示している。図２および図３において、左方向が進角方向、つまり回転前方側であり、右方向が遅角方向、つまり回転後方側である。
【００１５】
タイミングセンサ３０は各歯の回転後方側および回転前方側において図２および図３に示すように正負の信号を出力する。制御ユニット３１の制御回路では、タイミングセンサ３０の出力した信号からパルス信号として、回転前方信号Ｇ１、回転後方信号Ｇ２を生成する。
【００１６】
エンジン運転中に前進から後進、あるいは後進から前進にエンジンの回転方向を反転する場合、例えば反転スイッチを押す。しかし、エンジンの回転方向は、エンジンが低回転になるまで反転できない。図６に示すスイッチ判定ルーチンでは、ステップ１００において反転スイッチが押されているか否かが判定され、スイッチが押されているとステップ１０１において反転フラグがオンされる。図６に示すスイッチ判定ルーチンは、メインルーチンの中で周期的に実行される。
【００１７】
図７に示すルーチンは、Ｇ１信号およびＧ２信号が発生する毎に起動する割り込みルーチンである。
ステップ１１０においてエンジンの回転方向が判定済みかが判定され、未判定なら、ステップ１１１においてエンジンの回転方向が判定される。エンジンの回転方向の判定方法を以下に説明する。
【００１８】
Ｇ１信号およびＧ２信号において、それぞれ２回前と１回前との発生間隔をＴn-1、１回前と今回との発生間隔をＴnとし、(1) Ｔn-1＜Ｔnなら｛（Ｔn-1＋Ｔn）／Ｔn-1｝≧Ｋを判定し、(2) Ｔn-1＞Ｔnなら｛（Ｔn-1＋Ｔn）／Ｔn｝≧Ｋを判定する。Ｋの値は各歯の長さによって決まる。機械強度を保持し、タイミングセンサ３０で検出可能な程度に歯２０を除く他の歯の回転方向の長さを短くすれば、Ｇ１信号およびＧ２信号においてＴn-1とＴnの差が大きくなるので、Ｋの値を大きくできる。Ｋの値が大きくなれば、回転変動によりＧ１信号およびＧ２信号の発生間隔が変動しても、前述した条件(1) または(2) のいずれかによりエンジンの回転方向を判定できる確率が高くなる。
【００１９】
Ｇ２信号で４回連続して条件(1) または条件(2) のいずれかが成立したら回転方向が正転方向であると判断し、ステップ１１２において正転フラグをオンする。Ｇ１信号で４回連続して条件(1) または条件(2) のいずれかが成立したら回転方向が逆転方向であると判断し、ステップ１１３において逆転フラグをオンする。４回連続して成立しておらず回転方向が判定できないときは、ステップ１１４においてＧ２信号が発生する毎に、ＴＤＣの前後で５°のタイミングで制御回路により固定的に点火プラグ３７を点火させ、このルーチンを終了する。
【００２０】
正転フラグまたは逆転フラグがオンされたら、ステップ１１５においてエンジンの回転数を判定する。回転数が設定値１以上であれば、Ｇ２信号が発生する毎に点火プラグ３７が固定的に点火することを禁止するために、Ｇ２信号をキャンセルするマスク信号を生成する。次にステップ１１７において正転フラグおよび逆転フラグのオンまたはオフを判定し、エンジン運転状態に応じて点火時期を規定するカウンタ値をステップ１１８または１１９で設定する。
【００２１】
図５に示すように、設定したカウンタ値のカウントダウンの演算開始位置は、正転時において第１気筒、第２気筒、第３気筒の回転方向前方に位置する歯２５、２１、２３の正転方向側の気筒段部２５０、２１０、２３０であり、逆転時において第１気筒、第２気筒、第３気筒の回転方向前方に位置する歯２２、２４、２０の逆転方向側の気筒段部２２１、２４１、２０１である。図２および図３において、演算点火信号がオフになる、つまりカウンタが０になったところで別の割り込みルーチンが起動し、点火プラグ３７に点火する。各気筒において、回転方向前方に位置する気筒の歯が演算点火の演算開始位置を決定している。つまり、歯２０、２１、２２、２３、２４、２５は位置検出部および演算開始部を兼ねている。また、各気筒のＴＤＣと、各気筒に対応する正転側の演算開始位置および逆転側の演算開始位置との角度はほぼ等しい。
【００２２】
ステップ１１５において回転数が設定値１よりも低いと判定した場合、ステップ１２０において反転スイッチが押されているか否かを判定する。反転スイッチが押されていなければステップ１１４において固定点火を行う。反転スイッチが押されていれば、ステップ１２１においてエンジン回転数と設定値２との比較を行う。回転数が設定値２以上であれば、エンジン回転数が高すぎると判断する。そして、エンジンの回転数を低下するためにステップ１２２において該当する気筒の点火プラグを点火させない。
【００２３】
回転数が設定値２よりも低い場合エンジンを反転可能と判断し、正転中ならば正転用、逆転中ならば逆転用の過進角点火をステップ１２４または１２５において行う。設定値２は設定値１よりも低い値である。過進角点火は、正転中および逆転中ともに、前述した演算点火と同じ演算開始位置からカウントダウンを開始し、カウントダウンが終了したら点火プラグを点火させる。通常の演算点火よりもカウンタの設定値を小さくすることにより、通常の演算点火時期よりも進角した位置で点火プラグ３７を点火する。これにより、ＴＤＣにピストンが達する前にピストンを押し戻し、エンジンの回転を反転させる。そして、ステップ１２６において反転フラグをクリアし、ステップ１２７において、正転フラグ、逆転フラグ、エンジン回転数等をクリアする。
【００２４】
エンジン始動時において制御ユニット３１のプログラムが作動していないときは、Ｇ２信号毎に固定的に点火プラグ３７を点火させる。図２および図３の始動時固定点火信号に示すように、各気筒のＴＤＣの前後で点火プラグ３７を点火させているが、ＴＤＣよりも遅角側で点火させても燃料はすでに燃焼しているので、エンジンの回転を妨げない。
【００２５】
第１実施例では、各気筒毎に一対の歯を設け、第１気筒の一方の歯２０だけ、他方の歯２１よりも回転方向に長くしている。したがって、Ｇ１信号およびＧ２信号において、発生間隔を比で比較することにより、１つのタイミングセンサ３０でエンジンの回転方向が検出できる。したがって、部品点数が減少する。また、センサの組み付け工数が低減するので、製造コストを低下できる。
【００２６】
また、各気筒のＴＤＣから回転方向の前後に等しい角度離れて歯を配置しているので、正転方向および逆転方向の固定点火において同じ条件で点火プラグに点火できる。これにより、正転時および逆転時ともに同様な走行フィーリングを得ることができる。第１実施例では、正転時と逆転時の固定点火位置を同じ５°としたが、同じ角度である必要はなく、例えば７°と４°等、必要に応じて設定すればよい。
【００２７】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図８から図１１に示す。図１０は正転時のタイムチャートを示し、図１１は逆転時のタイムチャートを示している。
図８に示す回転体４０は第１実施例と同様に３気筒２サイクルエンジンに用いられ、図示しないクランクシャフトとともに回転し、クランクシャフトが１回転すると同様に１回転する。回転体４０は、円板状の回転本体４１と、回転本体４１の外周に設けられ、径方向外側に突出する位置検出部としての歯４２、４３、４４とを有する。歯４２、４３、４４は、正転方向側から気筒段部４２０、４２１、４２２、４３０、４３１、４３２、４４０、４４１、４４２を有している。タイミングセンサは、各気筒段部を検出しセンサ信号を出力する。歯４２において、気筒段部４２０と気筒段部４２１との回転方向の間隔は、気筒段部４２１と気筒段部４２２との回転方向の間隔よりも長い。歯４３、４４のそれぞれにおいて、隣接する気筒段部の回転方向の間隔はほぼ等しい。
【００２８】
エンジンの正転時において、気筒段部４４１と気筒段部４２１とのほぼ中間に歯４２の気筒段部４２０が位置するように気筒段部４２０と気筒段部４２１との間隔は設定されている。気筒段部４２１と気筒段部４２２は第１気筒、気筒段部４３１と気筒段部４３２は第２気筒、気筒段部４４１と気筒段部４４２は第３気筒のそれぞれの圧縮行程と爆発行程との間に位置するＴＤＣを挟み、回転方向の前後にＴＤＣから同じ角度離れて配置されている。第１気筒の＃１ＴＤＣ、第２気筒の＃２ＴＤＣ、第３気筒の＃３ＴＤＣは回転本体４１に１２０°の等角度間隔に配置されている。
【００２９】
回転方向の検出は、図１０および図１１に示すＧ１、Ｇ２信号においてＴn-1／Ｔnを演算し、Ｇ２信号においてＴn-1／Ｔnがほぼ１の演算結果が３回連続して続くと正転であり、Ｇ１信号においてＴn-1／Ｔnがほぼ１の演算結果が３回連続して続くと逆転であると判断する。
【００３０】
演算点火および過進角点火を行う場合、設定したカウンタ値のカウントダウンの演算開始位置は、図９に示すように、正転時において第１気筒、第２気筒、第３気筒の回転方向前方に位置する歯４４、４２、４３の気筒段部４４２、４２２、４３２であり、逆転時において第１気筒、第２気筒、第３気筒の回転方向前方に位置する歯４３、４４、４２の気筒段部４３１、４４１、４２１である。図１０および図１１において、カウンタが０になったところで別の割り込みルーチンが起動し、点火プラグに点火する。過進角点火の場合、通常の演算点火よりもカウンタ設定値を小さくする。各気筒において、回転方向前方に位置する気筒の歯が演算点火および過進角点火のカウントダウン開始位置を決定している。つまり、歯４２、４３、４４は位置検出部および演算開始部を兼ねている。
【００３１】
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図１２から図１５に示す。図１４は正転時のタイムチャートを示し、図１５は逆転時のタイムチャートを示している。
図１２に示す回転体５０は１気筒２サイクルエンジンに用いられ、図示しないクランクシャフトとともに回転し、クランクシャフトが１回転すると同様に１回転する。回転体５０は、円板状の回転本体５１と、回転本体５１の外周に設けられ、径方向外側に突出する位置検出部としての歯５２、５３と、演算開始部としての歯５４、５５とを有する。歯５２、５３、５４、５５は、正転方向側から段部５２０、５２１、５３０、５３１、５４０、５４１、５５０、５５１を有している。段部５２０、５２１、５３０、５３１は気筒段部である。第１気筒において、歯５２の回転方向長さは歯５３の回転方向長さよりも長くなっている。つまり、段部５２０と段部５２１との回転方向の間隔は、段部５３０と段部５３１との回転方向の間隔よりも長い。
【００３２】
エンジンの正転時において、段部５５０と段部５３０とのほぼ中間に歯５２の段部５２０が位置するように歯５２の回転方向長さは設定されている。段部５２１と段部５３０は第１気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する＃１ＴＤＣを挟み、回転方向の前後に＃１ＴＤＣから同じ角度離れて配置されている。＃１ＴＤＣと歯５４と歯５５とは、回転本体５１にほぼ１２０°間隔に配置されている。
【００３３】
回転方向の検出は、図１４および図１５に示すＧ１、Ｇ２信号においてＴn-1／Ｔnを演算し、Ｇ１信号において（Ｔn-1／Ｔn）≦Ｋが３回連続して続くと正転であり、Ｇ２信号において（Ｔn-1／Ｔn）≦Ｋが３回連続して続くと逆転であると判断する。Ｋの値は各歯の長さによって設定される。
【００３４】
演算点火および過進角点火を行う場合、設定したカウンタ値のカウントダウンの演算開始位置は、図１３に示すように、正転時において第１気筒の回転方向前方に位置する演算開始部としての歯５５の段部５５１であり、逆転時において第１気筒の回転方向前方に位置する歯５４の段部５４０である。図１４および図１５において、カウンタが０になったところで別の割り込みルーチンが起動し、点火プラグに点火する。過進角点火の場合、通常の演算点火よりもカウンタ設定値を小さくする。
【００３５】
以上説明した上記複数の実施例では、各気筒の位置検出部である歯とは別に演算開始部としての歯を各気筒の位置検出部から所定角度離れた位置に設け、しかも回転方向や対応する各気筒に応じて位置検出部や演算開始部が予め決められている。したがって、演算開始位置から点火位置までの回転角度が小さくなり、カウントダウンに要する時間が短くなる。カウントダウン中にエンジンの回転変動が生じても点火時期のずれが少なくなるので、点火時期を高精度に制御できる。
【００３６】
上記複数の実施例では、３気筒２サイクルまたは１気筒２サイクルのエンジンに本発明を適用したが、歯の設置が可能であるなら何気筒のエンジンに本発明を適用することも可能である。また、２サイクルエンジンに限らず、４サイクルエンジンにも本発明を適用できる。その場合、エンジンが２回転する間に１回転する回転軸に回転体を取り付ければよい。
【００３７】
本実施例では、位置検出部および演算開始部として回転本体の径方向外側に突出する歯を形成したが、回転本体に凹部を形成して位置検出部および演算開始部としてもよい。また、エンジンの回転変動が小さいのであれば、Ｇ１信号またはＧ２信号のいずれか一方だけでエンジンの回転方向を判定できる。
また、車両等に限らず、正転方向および逆転方向の安定したエンジン回転を要求される装置、例えばベルトコンベア等に用いるエンジンの点火システムに本発明を適用することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による点火システムを示す模式的構成図である。
【図２】第１実施例による正転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【図３】第１実施例による逆転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【図４】第１実施例における回転体の歯の位置を示す説明図である。
【図５】第１実施例における固定点火位置およびカウントダウン開始位置を示す説明図である。
【図６】第１実施例のスイッチ判定ルーチンである。
【図７】第１実施例の点火システムを制御する制御ルーチンである。
【図８】本発明の第２実施例における回転体の歯の位置を示す説明図である。
【図９】第２実施例における固定点火位置およびカウントダウン開始位置を示す説明図である。
【図１０】第２実施例による正転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【図１１】第２実施例による逆転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【図１２】本発明の第３実施例における回転体の歯の位置を示す説明図である。
【図１３】第３実施例における固定点火位置およびカウントダウン開始位置を示す説明図である。
【図１４】第３実施例による正転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【図１５】第３実施例による逆転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０、４０、５０      回転体
１１、４１、５１      回転本体
１２、１３、１４          ＴＤＣ（上死点）
２０、２１、２２、２３、２４、２５、４２、４３、４４      歯（位置検出部、演算開始部）
３０      タイミングセンサ
３１      制御ユニット
３３      点火装置
３６      イグニションコイル（点火装置）
３７      点火プラグ（点火装置）
５２、５３    歯（位置検出部）
５４、５５    歯（演算開始部）
２００、２０１、２１０、２１１、２２０、２２１、２３０、２３１、２４０、２４１、２５０、２５１、４２０、４２１、４２２、４３０、４３１、４３２、４４０、４４１、４４２                気筒段部
５２０、５２１、５３０、５３１        段部（気筒段部）
【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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【図１５】
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