(57)【要約】【課題】大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間の気密性の低下を防ぐことができるガスセンサを提供すること。【解決手段】被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子２と、該センサ素子２を挿通保持する素子側絶縁碍子３と、素子側絶縁碍子３を内側に保持するハウジング４とを有するガスセンサ１。ハウジング４は、ガスセンサ１を測定箇所に取り付けるための取り付け工具を嵌合させる工具嵌合部４１を外周に有するとともに、素子側絶縁碍子３の外周部３０に設けた段状当接部３００を受ける碍子受け面４００を内側面４０に形成してなる。ハウジング４の碍子受け面４００と素子側絶縁碍子３の段状当接部３００とは、パッキン５を介して係合されている。該パッキン５は、工具嵌合部４１よりも基端側に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する素子側絶縁碍子と、上記素子側絶縁碍子を内側に保持するハウジングとを有するガスセンサであって、
上記ハウジングは、上記ガスセンサを測定箇所に取り付けるための取り付け工具を嵌合させる工具嵌合部を外周に有すると共に、上記素子側絶縁碍子の外周部に設けた段状当接部を受ける碍子受け面を内側面に形成してなり、
上記ハウジングの上記碍子受け面と上記素子側絶縁碍子の上記段状当接部とは、パッキンを介して係合されており、
かつ、該パッキンは、上記工具嵌合部よりも基端側に配置されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、該センサ素子を内側に保持するハウジングとを有するガスセンサであって、
上記ハウジングは、上記ガスセンサを測定箇所に取り付けるための取り付け工具を嵌合させる工具嵌合部を外周に有すると共に、上記センサ素子の外周部に設けた段状当接部を受ける素子受け面を内側面に形成してなり、
上記ハウジングの上記素子受け面と上記センサ素子の上記段状当接部とは、パッキンを介して係合されており、
かつ、該パッキンは、上記工具嵌合部よりも基端側に配置されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記パッキンは、上記工具嵌合部の基端面よりも基端側に０．５ｍｍ以上離隔して配置されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記パッキンは、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼のいずれか一種類以上からなることを特徴とするガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用エンジン等の内燃機関の燃焼制御等に用いることができるガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車エンジンの内燃機関等の排気系に設置され、排気ガス中の酸素濃度等を検出するガスセンサがある（例えば、特許文献１参照）。
該ガスセンサ９は、図１４に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子９２と、該センサ素子９２を挿通保持する素子側絶縁碍子９３と、該素子側絶縁碍子９３を挿通保持するハウジング９４とを有する。
上記素子側絶縁碍子９３は、同図に示すごとく、外周部に段状当接部９３０を有し、上記ハウジング９４の内側面には、上記段状当接部９３０を受ける碍子受け面９４０が形成されている。
【０００３】
そして、図１４に示すごとく、上記ハウジング９４の上記碍子受け面９４０と上記素子側絶縁碍子９３の上記段状当接部９３０とは、パッキン９５を介して係合されており、該パッキン９５により、上記ガスセンサ９の基端側の大気側雰囲気９１１と、先端側の被測定ガス側雰囲気９１２とが気密的に分離されている。
【０００４】
また、上記ハウジング９４には、図１４に示すごとく、外周に略正六角形の外形を有する工具嵌合部９４１が設けられている。そして、ガスセンサ９の先端側を排気管内に差し込んだ状態で、ガスセンサ９は排気管に締め付け固定されている。
ガスセンサ９を排気管に締め付け固定するに当たっては、取り付け工具によって工具嵌合部９４１を廻すことにより、取り付けネジ部９４４を排気管に設けたネジ孔に螺合させる（図示略）。
【０００５】
ところが、ガスセンサ９を排気管に締め付け固定する際に、特にインパクトレンチ等の取り付け工具によって工具嵌合部９４１を廻すことにより該工具嵌合部９４１にねじりのせん断力が作用する。これにより、工具嵌合部９４１に微妙な歪みが生じ、その影響でパッキン９５までもが歪んで変形してしまうおそれがある。そして、その結果、段状当接部９３０とパッキン９５、又は碍子受け面９４０とパッキン９５とを充分に密着させることが困難となり、大気側雰囲気９１１と被測定ガス側雰囲気９１２との気密性を充分に保つことが困難となるおそれがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−８２０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間の気密性の低下を防ぐことができるガスセンサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する素子側絶縁碍子と、上記素子側絶縁碍子を内側に保持するハウジングとを有するガスセンサであって、
上記ハウジングは、上記ガスセンサを測定箇所に取り付けるための取り付け工具を嵌合させる工具嵌合部を外周に有すると共に、上記素子側絶縁碍子の外周部に設けた段状当接部を受ける碍子受け面を内側面に形成してなり、
上記ハウジングの上記碍子受け面と上記素子側絶縁碍子の上記段状当接部とは、パッキンを介して係合されており、
かつ、該パッキンは、上記工具嵌合部よりも基端側に配置されていることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。
【０００９】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記パッキンは、上記工具嵌合部よりも基端側に配置されている。即ち、上記パッキンと上記工具嵌合部とは離隔して配置されているため、取り付け工具により工具嵌合部を廻すことによって該工具嵌合部に微妙な歪みが生じても、その影響で上記パッキンが歪んで変形してしまうことを防ぐことができる。これにより、上記段状当接部と上記パッキン、又は上記碍子受け面と上記パッキンとを充分に密着させた状態を保つことができ、その結果、大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間の気密性が低下することを防ぐことができる。
【００１０】
また、上記パッキンを上記の位置に配設することにより、上記パッキンの耐熱性を確保することができる。即ち、仮にパッキンが工具嵌合部よりも先端側に配置された場合には、パッキンが排気管等の内部に位置することとなる。これにより、パッキンは、高温の排ガスに熱せられたガスセンサの先端部から伝熱し易くなってしまうため、ガスセンサの使用を重ねることにより、パッキンが熱劣化してしまうおそれがある。これに対して、本発明のように、上記パッキンを上記工具嵌合部よりも基端側に配置することにより、高温に熱せられたガスセンサの先端部と上記パッキンとを離隔して配置することができるため、ガスセンサの先端部から上記パッキンへの熱伝導を低減することができる。その結果、上記パッキンの耐久劣化を抑制して、耐熱性に優れたガスセンサを得ることができる。
【００１１】
以上のごとく、本発明によれば、大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間の気密性の低下を防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【００１２】
第２の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、該センサ素子を内側に保持するハウジングとを有するガスセンサであって、
上記ハウジングは、上記ガスセンサを測定箇所に取り付けるための取り付け工具を嵌合させる工具嵌合部を外周に有すると共に、上記センサ素子の外周部に設けた段状当接部を受ける素子受け面を内側面に形成してなり、
上記ハウジングの上記素子受け面と上記センサ素子の上記段状当接部とは、パッキンを介して係合されており、
かつ、該パッキンは、上記工具嵌合部よりも基端側に配置されていることを特徴とするガスセンサにある（請求項２）。
【００１３】
本発明の場合にも、上記第１の発明（請求項１）と同様に、大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間の気密性の低下を防ぐことができるガスセンサを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上記第１の発明（請求項１）及び上記第２の発明（請求項２）において、上記ガスセンサとして、例えば、Ｏ2センサ、Ａ／Ｆセンサ、ＮＯｘセンサ等がある。
また、本明細書においては、内燃機関の排気管内に設置する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
【００１５】
また、上記パッキンは、上記工具嵌合部の基端面よりも基端側に０．５ｍｍ以上離隔して配置されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記パッキンと上記工具嵌合部とを充分に離隔して配置することができる。そのため、上記工具嵌合部に微妙な歪みが生じても、上記パッキンが歪んで変形してしまうことを充分に防ぐことができ、大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間の気密性が低下することを充分に防ぐことができる。また、上記のごとく、高温に熱せられたガスセンサの先端部と上記パッキンとを充分に離隔して配置することができるため、上記パッキンの耐久劣化を充分に抑制することができる。
【００１６】
また、上記パッキンは、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼のいずれか一種類以上からなることが好ましい（請求項４）。
この場合には、ガスセンサの実使用環境下においても上記パッキンの酸化、腐食及び耐久劣化を抑制することができ、大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間の気密性の低下をより一層防ぐことができる。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサにつき、図１、図２を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１、図２に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子２と、該センサ素子２を挿通保持する素子側絶縁碍子３と、該素子側絶縁碍子３を内側に保持するハウジング４とを有する。
【００１８】
該ハウジング４は、図１、図２に示すごとく、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）からなると共に、素子側絶縁碍子３の外周部３０に設けた段状当接部３００を受ける碍子受け面４００を内側面４０に形成してなる。
また、ハウジング４は、同図に示すごとく、ガスセンサ１を測定箇所に取り付けるための取り付け工具を嵌合させる工具嵌合部４１を外周に有する。本例の工具嵌合部４１は、略正六角形の外形を有しており、その六面のうち、対向する二面の間の距離は２２ｍｍである。
【００１９】
そして、図１、図２に示すごとく、ハウジング４の碍子受け面４００と素子側絶縁碍子３の段状当接部３００とは、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）からなるパッキン５を介して係合されている。
また、該パッキン５は、工具嵌合部４１よりも基端側に配置されており、パッキン５と工具嵌合部４１の基端面４１１との軸方向距離（図２に示す符号Ｔ参照）は０．５ｍｍ以上である。また、本例のパッキン５は、内径がφ１３、外径がφ１５．５、厚さが０．４ｍｍである。
【００２０】
本例のガスセンサ１につき、詳細に説明する。
本例のガスセンサ１は、自動車等の内燃機関の排気管に取り付けて内燃機関の燃焼制御等に利用するものであって、例えば、Ｏ2センサ、Ａ／Ｆセンサ、ＮＯｘセンサ等である。
【００２１】
ガスセンサ１は、上記センサ素子２、素子側絶縁碍子３、及びハウジング４の他、図１、図２に示すごとく、該ハウジング４の先端側に配設された被測定ガス側カバー８１と、ハウジング４の基端側に配設された大気側カバー８２とを有する。そして、ガスセンサ１の使用時において、大気側カバー８２の内側に、大気が導入されて大気側雰囲気１１０が形成される。一方、被測定ガス側カバー８１の内側には、被測定ガスが導入されて被測定ガス側雰囲気１２０が形成される。
【００２２】
素子側絶縁碍子３をハウジング４に組み付ける際には、センサ素子２を挿通保持した素子側絶縁碍子３の先端側をリング状のパッキン５へと挿通する。その後、上記素子側絶縁碍子３をハウジング４へと挿通して、パッキン５の基端面と素子側絶縁碍子３の段状当接部３００、及びパッキン５の先端面とハウジング４の碍子受け面４００とをそれぞれ当接させる。
【００２３】
そして、図１、図２に示すごとく、素子側絶縁碍子３の基端面にスプリング６１を当接させつつハウジング４の加締め部４２によって素子側絶縁碍子３を先端側に押圧することにより、素子側絶縁碍子３とハウジング４とを、パッキン５を介して密着させることができる。即ち、該パッキン５によってガスセンサ１の基端側の大気側雰囲気１１０と、先端側の被測定ガス側雰囲気１２０とを気密的に分離することができる。
【００２４】
また、図１、図２に示すごとく、素子側絶縁碍子３とセンサ素子２との間はガラス封止材７により気密封止してあり、該ガラス封止材７は、パッキン５と共に、ガスセンサ１内部の大気側雰囲気１１０と被測定ガス側雰囲気１２０とを気密的に分離している。
そして、ガスセンサ１は、大気側雰囲気１１０と被測定ガス側雰囲気１２０とを気密的に充分に分離することにより、センサ素子２によって被測定ガス中の特定ガスの濃度を正確に検出することができるよう構成されている。
【００２５】
ガスセンサ１を自動車の内燃機関等の排気管に配置するに当たっては、ガスセンサ１の先端側を上記排気管内に差し込んだ状態で、インパクトレンチ等により工具嵌合部４１を嵌合しつつ廻す。これにより、ハウジング４の先端側の外周に形成されたネジ部４４が排気管に設けられたネジ孔に螺合されてガスセンサ１が排気管に締め付け固定される。
【００２６】
次に、本例の作用効果につき説明する。
パッキン５は、図１、図２に示すごとく、工具嵌合部４１よりも基端側に配置されている。即ち、パッキン５と工具嵌合部４１とは離隔して配置されているため、取り付け工具により工具嵌合部４１を廻すことによって該工具嵌合部４１に微妙な歪みが生じても、その影響でパッキン５が歪んで変形してしまうことを防ぐことができる。これにより、段状当接部３００とパッキン５、又は碍子受け面４００とパッキン５とを充分に密着させた状態を保つことができ、その結果、大気側雰囲気１１０と被測定ガス側雰囲気１２０との間の気密性が低下することを防ぐことができる。
【００２７】
また、図１、図２に示すごとく、パッキン５を上記位置に配設することにより、パッキン５の耐熱性を確保することができる。即ち、仮にパッキン５が工具嵌合部４１よりも先端側に配置された場合には、パッキン５が排気管等の内部に位置することとなる。これにより、パッキン５は、高温の排ガスに熱せられたガスセンサ１の先端部から伝熱し易くなってしまうため、ガスセンサ１の使用を重ねることにより、パッキン５が熱劣化してしまうおそれがある。これに対して、本発明のように、パッキン５を工具嵌合部４１よりも基端側に配置することにより、高温に熱せられたガスセンサ１の先端部とパッキン５とを離隔して配置することができるため、ガスセンサ１の先端部からパッキン５への熱伝導を低減することができる。その結果、パッキン５の耐久劣化を抑制して、耐熱性に優れたガスセンサ１を得ることができる。
【００２８】
また、パッキン５は、図１、図２に示すごとく、工具嵌合部４１の基端面４１１よりも基端側に０．５ｍｍ以上離隔して配置されている。そのため、工具嵌合部４１に微妙な歪みが生じても、パッキン５が変形してしまうことを充分に防ぐことができ、大気側雰囲気１１０と被測定ガス側雰囲気１２０との間の気密性が低下することを充分に防ぐことができる。また、これにより、耐熱性に優れたガスセンサ１を得ることができる。
【００２９】
また、パッキン５は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）からなる。そのため、ガスセンサ１の実使用環境下においてもパッキン５の酸化や腐食を抑制することができ、大気側雰囲気１１０と被測定ガス側雰囲気１２０との間の気密性の低下をより一層防ぐことができる。また、より一層耐熱性に優れたパッキン５を有するガスセンサ１を得ることができる。
【００３０】
以上のごとく、本例によれば、大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間の気密性の低下を防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【００３１】
（実施例２）
本例は、図３、図４に示すごとく、有底筒状のコップ型素子２を有するガスセンサ１の例である。
本例のガスセンサ１は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子２と、該センサ素子２を内側に保持するハウジング４とを有する。
該ハウジング４は、図３、図４に示すごとく、センサ素子２の外周部２０に設けた段状当接部２０１を受ける素子受け面４０１を内側面４０に形成してなる。
【００３２】
また、ハウジング４の素子受け面４０１とセンサ素子２の段状当接部２０１とは、パッキン５を介して係合されている。
また、センサ素子２とハウジング４との間には、図３、図４に示すごとく、無機粉末を充填した後押圧することにより形成されるタルク７１と、該タルク７１を基端側から押圧する絶縁碍子７２と、該絶縁碍子７２を先端側へ押圧する加締め用リング６２とが、加締め部４２によって先端側に向かって押圧された状態で配設されている。
そして、本例のガスセンサ１は、パッキン５とタルク７１とにより大気側雰囲気１１０と被測定ガス側雰囲気１２０とが気密的に分離されている。また、パッキン５とタルク７１とは、工具嵌合部４１よりも基端側に配置されている。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。
【００３３】
（実験例１）
本例は、図５〜図１１に示すごとく、工具嵌合部に対するパッキンの位置と、パッキンの気密性能との関係を調べた例である。
即ち、上記測定をするに当たっては、図５に示すごとく、パッキン５を工具嵌合部４１の基端面４１１よりも２．５ｍｍ基端側に配置したもの、図７に示すごとく、パッキン５を工具嵌合部４１の先端面４１２よりも１．５ｍｍ先端側に配置したもの、図９に示すごとく、パッキン９５を工具嵌合部９４１の基端面９４２と先端面９４３との間に配置したものをそれぞれ試料１〜試料３として作製した。また、各試料について４個ずつサンプルを作製した。
【００３４】
そして、上記試料１〜試料３における大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間の気密性について調べた。本例では、それぞれの試料につき、取り付け工具（インパクトレンチ）により工具嵌合部を廻す前（以下、インパクト前という）、取り付け工具により工具嵌合部を廻した後（以下、インパクト後という）の状態において上記気密性を評価した。
【００３５】
上記気密性の評価は、チャンバ内を実車使用環境と略同等の圧力（０．４ＭＰａ）の被測定ガス側雰囲気に設定した気密評価試験機に上記試料を配設し、被測定ガス側雰囲気から大気側雰囲気の方へと漏れるガスの単位時間当たりの漏れ量を測定することにより行った。
【００３６】
本例では、まず、上記気密評価試験機を用いて上記サンプルのインパクト前の状態における漏れ量を測定した（図示略）。その後、インパクトレンチにより工具嵌合部を廻して各サンプルをダミーの治具に締め付けて固定した後、該治具からサンプルを取り外して、再度上記気密評価試験機にてインパクト後の状態における漏れ量を測定した（図示略）。
【００３７】
測定結果を図６、図８、図１０に示す。
図６、図８より、上記試料１と上記試料２とは共に、インパクト前、インパクト後のいずれの場合においても、漏れ量は１ｃｃ／分以下と、充分に小さいことがわかる。即ち、工具嵌合部４１よりも基端側又は先端側にパッキン５を配設することにより、インパクト後もパッキン５の変形を抑制して、被測定ガス側雰囲気１２０から大気側雰囲気１１０へのガスの漏れを防ぐことができることがわかる。
【００３８】
一方、上記試料３については、図１０より、インパクト前の漏れ量は１ｃｃ／分以下と、充分に小さいが、インパクト後においては、漏れ量が３ｃｃ／分を上回り大きくなっていることがわかる。
以上により、インパクトによる気密性低下を防ぐ観点から、パッキン５は、工具嵌合部４１よりも基端側又は先端側に配置することが好ましいといえる。
【００３９】
（実験例２）
本例は、上記実験例１において用いた試料１と試料２とについて、電気炉に各試料の先端部を挿入して、ハウジング４の座面が６５０℃となるように実車使用環境と略同等の環境下で耐久試験を行い、その後の各試料における漏れ量を測定した例である。そして、２００時間の耐久試験後において、上記試料１と上記試料２との漏れ量を測定した。尚、上記各試料は、サンプルを４個ずつ作製した。
【００４０】
測定結果を図１１に示す。同図からわかるように、試料１においては、いずれのサンプルも耐久試験後の漏れ量は、１ｃｃ／分以下と、充分に小さいことがわかる。これに対して、試料２においては、耐久試験後の漏れ量が３ｃｃ／分を上回り、漏れ量が大きくなっていることがわかる。
以上により、耐熱性の観点から、パッキン５は、工具嵌合部４１よりも基端側に配置することが好ましいといえる。
【００４１】
（実験例３）
本例は、図１２、図１３に示すごとく、工具嵌合部４１の基端面４１１からパッキン５までの軸方向距離Ｔを種々変更して作製したガスセンサ１を試料として、インパクト後の漏れ量を調べた例である。
尚、各試料のインパクト前の漏れ量は、０．０１ｃｃ／分以下であり、実質的に殆ど漏れがなかった。
【００４２】
本例では、図１２に示すごとく、上記軸方向距離Ｔを０、上記軸方向距離Ｔを０．５ｍｍ、上記軸方向距離Ｔを１ｍｍ、上記軸方向距離Ｔを２．５ｍｍとしたガスセンサをそれぞれ試料１〜試料４として作製した。そして、各試料について、４個ずつサンプルを作製した。
その他は、実験例１と同様である。
【００４３】
測定結果を図１３に示す。同図からわかるように、上記軸方向距離Ｔが０ｍｍである場合には、漏れ量は１ｃｃ／分を上回るものもある。また、上記軸方向距離Ｔが０．５ｍｍ以上であれば、漏れ量は１ｃｃ／分以下と、充分に小さい。
また、同図からわかるように、上記軸方向距離Ｔが１ｍｍ以上であれば、漏れ量は０．２５ｃｃ／分以下であり、漏れ量をより一層小さくすることができる。
以上より、上記軸方向距離Ｔは、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以上であることがより一層好ましいといえる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施例１における、ガスセンサの断面説明図。
【図２】実施例１における、素子側絶縁碍子とハウジングとの間にパッキンが介設してある状態を示す断面説明図。
【図３】実施例２における、ガスセンサの断面説明図。
【図４】実施例２における、センサ素子とハウジングとの間にパッキンが介設してある状態を示す断面説明図。
【図５】実験例１における、試料１の断面説明図。
【図６】実験例１における、試料１のインパクト前後の漏れ量を示す線図。
【図７】実験例１における、試料２の断面説明図。
【図８】実験例１における、試料２のインパクト前後の漏れ量を示す線図。
【図９】実験例１における、試料３の断面説明図。
【図１０】実験例１における、試料３のインパクト前後の漏れ量を示す線図。
【図１１】実験例２における、試料１及び試料２の耐久試験後における漏れ量を示すプロット図。
【図１２】実験例３における、試料の断面説明図。
【図１３】実験例３における、試料の漏れ量を示すプロット図。
【図１４】従来例における、ガスセンサの先端側の断面説明図。
【符号の説明】
【００４５】
１  ガスセンサ
２  センサ素子
３  素子側絶縁碍子
３０  外周部
３００  段状当接部
４  ハウジング
４０  内側面
４１  工具嵌合部
４００  碍子受け面
５  パッキン
【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】
2007205985.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007205985.tif 000011
【図１０】
2007205985.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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