(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するための噴射弁であって、燃料インレット（２１）から噴射開口（４１）に通じる、燃料のための流過経路を有しており、弁座（４１′）を備えた弁体（２７，２９，５７，６０）が設けられていて、また弁座（４１′）と協働する可動な閉鎖体（３９）が設けられており、前記流過経路内の弁座（４１′）の上流側で噴射開口の手前に多数の燃料通路が配置されていて、これらの燃料通路の横断面が、所定の燃料圧において、それぞれ時間単位毎に噴射された燃料量を規定するようになっており、燃料通路（３４，３４′）の想定延長中心軸線が互いに接しないように噴射開口（４１）を通って延びており、それによって、燃料通路（３４，３４′）の第１グループは、これらの燃料通路から吐出される燃料流が、弁の開放時に噴射開口（４１）によって直接噴射されるように、配向されている形式のものにおいて、
前記第１のグループの燃料通路（３４，３４）の配向とは異なる配向を有する第２のグループの燃料通路（３４，３４′）が設けられており、この第２のグループの燃料通路（３４，３４′）は、これらの燃料通路から吐出される燃料流が、噴射開口（４１）の手前で、噴射開口（４１）を取り囲む面（４１′）に衝突するように配向されているか、又は閉鎖体（３９）の衝突領域に衝突するように配向されているか、又は噴射開口（４１）を取り囲む壁部に衝突するように配向されていることを特徴とする、特に内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するための噴射弁。
【請求項２】
燃料通路（３４，３４′）は、これらの燃料通路から吐出される燃料流が、噴射開口（４１）の平面に対して直角に位置する中心軸線（Ａ）に対して傾斜され、ずらされて延びるように、配置されている、請求項１記載の噴射弁。
【請求項３】
同じ配向を有する一方のグループの燃料通路（３４，３４′）が、噴射開口（４１）の中心軸線（Ａ）に対して傾斜され、ずらされている、請求項１又は２記載の噴射弁。
【請求項４】
すべての燃料通路（３４，３４′）が、噴射開口（４１）の中心軸線（Ａ）に関連して同じ傾斜を有していて、異なる配向を有するグループに属する燃料通路（３４，３４′）が、噴射開口（４１）の中心軸線（Ａ）に対してそれぞれ異なった寸法でずらされている、請求項３記載の噴射弁。
【請求項５】
すべての燃料通路（３４，３４′）が、噴射開口（４１）の中心軸線（Ａ）に対して同じ形式でずらされていて、異なる配向を有するグループに属する燃料通路（３４，３４′）が、噴射開口（４１）の中心軸線（Ａ）に対してそれぞれ異なった角度で傾斜されている、請求項３記載の噴射弁。
【請求項６】
燃料通路（３４，３４′）が、噴射開口（４１）に関連して周方向で互いに種々異なる間隔を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の噴射弁。
【請求項７】
燃料通路（３４，３４′）の少なくとも一部は、これらの燃料通路から吐出される燃料流が互いに手前を通過し合って燃焼室内に噴射されるように、傾斜されてずらされている、請求項１から６までのいずれか１項記載の噴射弁。
【請求項８】
燃料通路（３４，３４′）の一部は、これらの燃料通路から吐出される燃料流が互いに衝突し、この際に衝突した燃料流が有利には噴射開口（４１）の後ろで互いに衝突するように、傾斜されてずらされている、請求項１から７までのいずれか１項記載の噴射弁。
【請求項９】
燃料通路（３４，３４′）は、この燃料通路によって形成された雲状の燃料の中心軸線が噴射開口（４１）の中心軸線（Ａ）に対して傾斜されるように、配向されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の噴射弁。
【請求項１０】
燃料通路（３４，３４′）が、弁の閉鎖時に噴射開口（４１）を閉鎖する閉鎖体（３９）をガイドする弁体（２９，５７）内に設けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載の噴射弁。
【請求項１１】
鉢状の弁体（６０）内に、弁の閉鎖時に噴射開口（４１）を閉鎖する閉鎖体（３９）のためのガイド挿入体（６１）が設けられており、該ガイド挿入体の外周面は、弁体（６０）の周壁とガイド挿入体（６１）との間に１つ又は多数の燃料供給領域（３３′）が設けられていて、この燃料供給領域（３３′）が、ガイド挿入体（６１）に形成された燃料通路（３４′，３４）に接続するように、構成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の噴射弁。
【請求項１２】
ガイド挿入体（６１）が、その弁体（６０）と協働する端面（６２）で、燃料通路（３４′）を形成する多数の溝（６４）を有している、請求項１１記載の噴射弁。
【請求項１３】
燃料通路（３４）の少なくとも一部が、ガイド挿入体（６１）内の孔として構成されている、請求項１１又は１２記載の噴射弁。
【発明の詳細な説明】
本発明は、特に内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するための、請求項１の上位概念に記載した噴射弁に関する。
従来の技術
公知の噴射弁（ＵＳ５３５０１１９）においては、弁座部分内にアウトレット開口が設けられており、このアウトレット開口は、閉鎖体として用いられる弁ニードルによって閉鎖される。燃料の流過方向で見て、アウトレット開口の後ろに、噴射開口を備えた噴射孔付き円板が配置されており、この噴射孔付き円板は、燃料の流過経路での最も狭い流過横断面を弁によって形成し、これによって、所定の燃料圧及び所定の開放時間において、噴射された燃料量を規定する。
別の公知の噴射弁（ヨーロッパ特許第０３２８５５０号明細書）は、鉢状の弁体を有しており、この弁体の底部内に、弁ニードルのためのガイド孔が設けられている。アウトレット側には、弁体の底部に円錐形の突起が設けられており、この突起は、次のような形式で、弁座部分の相応の円錐形の切欠内に延びている。つまり、弁体と弁座部分との間に円錐形周面状の渦流室又はねじり室（Drallkammer）が形成されており、その先端は、測定開口として使用される噴射開口内に開口しており、この噴射開口は、弁体内でガイドされた弁ニードルによって閉鎖可能であるように、延びている。
弁体の底部には、ガイド孔を巡って分配された燃料通路が配置されており、これらの燃料通路は、渦流室内に流入する燃料が周方向で速度の分力を有するように、渦流室の回転軸線に対して傾斜されずらされている。このような形式で、燃料はほぼ、閉鎖した円錐形周壁の形状で噴射され、内燃機関の燃焼室内に噴霧される。
さらに別の公知の噴射弁（ＵＳ５３０７９９７）においては、噴射開口を有する弁座体内に円錐形の凹部が設けられており、この凹部内に、弁ニードルをガイドする弁体の相応の円錐形の突起が突入する。このような形式で、弁体と弁座部分との間に、流過方向で噴射開口の手前に位置する渦流室が得られる。
渦流室内に燃料を供給することは、燃料通路によって行われる。この燃料通路は、渦流室内に達する燃料が周方向で速度分力を有するように、渦流室の回転軸線に対して傾斜されずらして配置されている。
燃料通路は、比較的大きい直径及び比較的長い長さを有する第１の孔区分を有しており、この第１の孔区分に、アウトレット側で、比較的小さい直径及び比較的短い長さを有する孔区分が続いている。比較的小さい直径を有する孔区分は、一緒に、燃料測定のために必要な、噴射弁を通る流過経路内の最小横断面を形成する。
この公知の噴射弁においても、燃料は、均一で閉じた円錐形周壁状の燃料薄層の形状に噴射される。
本発明の利点
これに対して、請求項１の特徴部に記載した本発明による噴射弁は、噴射された雲状の燃料（Kraftstoff wolke）が所期の直進性を有するという利点を有している。何故ならば、少なくともいくつかの燃料通路が、この燃料通路から噴射された燃料噴射流が、燃料流をさらに著しく絞ることなしに、噴射開口を通って直接噴射されるように、配向（ausrichten）されているからである。本発明による噴射弁の付加的な利点は、燃料を噴霧する部材、特に燃料通路が、噴射弁の閉鎖時に、汚れた燃焼室雰囲気から分離されている、という点にある。したがって、燃料を噴霧する部材に汚れが溜まって、噴霧が変化することはない。
噴射開口の中心軸線に関連して燃料通路を適当に周方向で分配し、相応に配向することによって、並びに内燃機関の燃焼室内に突入する点火プラグに対する噴射弁の相応の組み込み位置によって、点火プラグ電極における理論混合気若しくは理論燃料空気混合気が得られる。この場合、有利には、点火プラグに対する本発明による噴射弁の配向は、点火プラグが２つの燃料流間の間隙内に位置するように選定されている。これによって、点火プラグ電極には燃料が直接噴射される。これによって、強い冷却、及びそれが原因となる、点火プラグのコークス化は避けられる。
本発明の噴射弁によれば、燃料は、液状の燃料がシリンダ壁又はピストン底部に達することなしに、内燃機関の燃焼室内でこの燃焼室に合わされた、燃料と空気との燃焼可能な混合比で混合された雲状の燃料空気混合気が形成されるように、噴射される。この場合、燃焼室内への燃料噴射は、特に、燃料が燃焼の直前にほぼ完全に気化されるように、行われる。
請求項２以下に記載した手段によって、請求項１に記載した噴射弁のさらに有利な構成及び改良が可能である。
燃料通路を噴射開口の中心軸線に対して異なる角度で傾斜させることによって、燃料は燃焼室内にこの燃焼室を満たすように噴射される。噴射弁の主軸線に相当する噴射開口の中心軸線に対する燃料通路の傾斜を相応に選択することによって、主軸線が噴射開口の中心軸線に対して傾斜された雲状の燃料が得られる。本発明の噴射弁によれば、雲状の燃料は斜めに噴射されるか若しくは燃焼室内に噴射される。これは特に内燃機関のシリンダヘッド内の狭い組み込みスペースにおいて、例えば噴射弁を横に配置して燃焼室を満たすように燃料を確実に噴射するために、必要である。
さらに、燃料噴霧を改良するために、燃料通路から吐出される燃料流の一部を、噴射開口を取り囲む弁座として使用される面又は弁座に隣接する面又は噴射開口の面、又は弁ニードルの面にぶつけ、これによって、燃料の変向、扇状の拡散及び／又は衝突噴霧を確実に行うことができる。これによって、渦流ノズル（Drallduese）によって生ぜしめられるような、円錐形周壁において燃料部分と、例えば多孔ノズルによって生ぜしめられるような、束状の燃料部分を有する、雲状の燃料空気混合気が得られる。
燃焼室内での燃料噴霧の改良及び所期の影響は、各燃料流を衝突させることによっても得られる。
噴射開口を取り囲む壁部における燃料の堆積を避けるために、噴射開口が、噴射方向で広がる円錐形の壁部によって取り囲まれていれば、特に有利である。
図面
本発明の実施例が図面に示されていて、以下に詳しく説明されている。
第１図は、本発明による噴射弁の一部破断した概略図、
第２図は、本発明による噴射弁のための電磁石式に操作される可動子の一部破断した概略図、
第３図は、本発明の別の構成による噴射弁のアウトレット領域の概略的な断面図、
第４図は、第１図のIV−IV線に沿った断面図、
第５ａ図、第５ｂ図、第５ｃ図は、それぞれ第４図のＶ−Ｖ線に沿った断面図、
第６図は、第１図のIV−IV線に沿った断面図、
第７図は、第６図のVII−VII線に沿った断面図、
第８図は、本発明の別の構成による噴射弁のための弁体のアウトレット領域の概略的な断面図、
第９図は、第８図のIX−IX線に沿った断面図、
第１０図は、第９図のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
種々異なる図面において互いに対応する構成部材には同じ符号が付けられている。
図１に示されているように、本発明による噴射弁は、ケーシング体１１を備えたケーシング１０を有しており、ケーシング体１１内に、電磁石式の操作装置の可動子１３のための中央のガイド孔１２が設けられている。燃料供給側に向かってつまり第１図で上方に向かって、ガイド孔１２には、拡大された直径を有するコイル受容区分１４が続いている。
半径方向のフランジ１５′とスリーブ区分１５″とを備えた非磁性の中間リング１５は、そのフランジ１５′が半径方向の段付き面１６上に位置していて、例えばろう付けによってケーシング体１１に堅固に結合されている。接続管１７は、中間リング１５のスリーブ区分１５″内に挿入されていて、このスリーブ区分１５″に例えばろう付けによって結合されている。これによってコイル受容区分１４は、半径方向で中間リング１５及び接続管１７によって半径方向で内方に制限されている。
半径方向で内方に制限されたコイル受容区分１４内には、コイル体１８内に受容された磁石コイル１９が配置されており、この磁石コイル１９は、プラスチック周壁１８′によってコイル体１８内に収容されている。これによって、噴射弁を貫流する燃料は、接続管１７とケーシング体１１との間に中間リング１５が配置されているために、コイル受容区分１４内に侵入しないので、磁石コイル１９は噴射弁内に乾燥して取り付けられている。
燃料供給導管のための接続スリーブ２１は、詳しく図示していない形式で接続管１７に結合されている。閉鎖ばね２３は接続管１７内に配置されていて、可動子１３と、接続管１７内に堅固に又は調節可能に挿入された対抗受けスリーブ２４との間で緊定されている。
ケーシング１１のアウトレット側の受容区分２５内に設けられた受容孔２６内には、ピストン状に拡大された端部２８を備えた弁体２７が挿入されており、この端部２８の溝２８″内にはシールリング２８′が設けられている。弁体２７のアウトレット側の管区分２９は、その外周面で周方向に延びる切欠３０が設けられており、この切欠３０は、管区分２８のアウトレット側の端部付近で周方向溝３１に移行している。切欠３０及び周方向溝３１上にはスリーブ３２が被せはめられており、このスリーブ３２は、切欠３０の手前及び周方向溝３１の後ろで弁体２７の管区分２９に溶接されているので、燃料通路３４のための燃料供給領域３３（第４図、第５ａ図〜第５ｃ図）が形成されている。
弁体２７は、段付けされた貫通孔３５を有しており、この貫通孔３５は、ピストン状に拡張された端部２８内に設けられた第１のガイド区分３６と、管区分２９のアウトレット側の端部領域に設けられた第２のガイド区分３７と、２つのガイド区分間に配置された燃料流過領域３８とを有している。弁体２７の貫通孔３５内には、噴射弁の閉鎖体として使用される弁ニードル３９がガイドされており、この弁ニードル３９は、そのアウトレット側の端部でシール面４０を有しており、このシール面４０は、噴射開口４１を取り囲む弁座４１′と協働する。このシール面４０と反対側の、弁ニードル３９の端部は、可動子１３に設けられた貫通孔４４の拡張された区分４３内の固定区分４２に固定されている。
接続スリーブ２１から対抗受けスリーブ２４、接続管１７及び可動子１３を通って、燃料流域領域３８に通じる、燃料のための流過経路を得るために、固定区分４２と、ガイド区分３６内に通じる、弁ニードル３９の区分４５とは、扁平部又は切欠を備えている。燃料流過領域３８から、燃料通路３４の燃料供給領域３３への燃料供給は、横方向孔４６を通じて可能である。
噴射弁を開放するために、磁石コイル１６は給電又は励磁され、この時に可動子１３は弁ニードル３９と一緒に閉鎖ばね２３のばね力に抗して引き寄せられる。これは、可動子１３の端面４７が、ストッパとして働く、接続管１７の端面４８にぶつかるまで、又は弁ニードル３９の面７０が支持円板７２のストッパとして働く端面７１にぶつかるまで、行われる。磁石コイル１６への電流供給が中断されると直ちに、閉鎖ばね２３は可動子１３を介して弁ニードル３９を再びその閉鎖位置に押しやり、この閉鎖位置において、シール面４０が弁座４１′に当接し、噴射開口４１をシールする。
可動子１３によってストローク制限を行う場合には、第２図に示されているように、可動子１３が有利な形式でガイドつば４９を有している。このガイドつば４９は、その、非磁性の中間リング１５の領域に存在する端部に設けられているので、可動子１３は非磁性の中間リング１５内でガイドされている。接続管１７に向けられた、可動子１３の端面４７は、半径方向で外側に位置するストッパ面５０を有しており、このストッパ面５０には、内側で、段部５１を介して引っ込められた環状面５２が続いており、この環状面５２は、別の段部５３によって、閉鎖ばね２３のための支持面５４から分離されている。この場合、ストッパ面５０は半径方向で、約１ｍｍ〜２ｍｍの幅を有していて、楔状つまり円錐面状に形成されており、この場合ストッパ面５０の、内側に位置する縁部は、外側に位置する縁部に対して引っ込んでいる。ストッパ面５０と引っ込んだ環状面５２との間の段部５３の段高さは、約５０μｍである。耐摩耗性を高めるために、可動子１３は、少なくともそのストッパ面として使用される端面４７の領域が、及び場合によってはそのガイドつば４９の領域がクロームめっきされている。
第３図に示されているように、本発明の別の構成によれば、ケーシング体１１の受容区分２５はアウトレット側で管付加部５５を有しており、この管付加部５５のアウトレット側の端部には、スリーブ状の弁体５７のための受容孔５６が設けられている。弁体５７は、弁ニードル３９のためのガイド区分３７を備えた貫通孔を有しており、このガイド区分３７は、噴射開口４１内に開口しており、この噴射開口４１は、弁座４１′によって取り囲まれている。噴射開口４１側に配属された、弁体５７の端部には、固定フランジ５８が設けられており、この固定フランジ５８は、受容孔５６を取り囲む第１図に示した実施例においてはスリーブ３２と作用的に比較可能な、管付加部５５のスリーブ区分３２′と密に接続例えば溶接又はろう付けされている。弁体５７の、アウトレット側の端面とは反対側の、固定フランジ５８の側では、弁体５７と管付加部５５のスリーブ区分３２′との間に、弁体５７に形成された燃料通路３４のための燃料供給領域３３（第４図、第５ａ図〜第５ｂ図）が設けられている。
第４図及び第５ａ図に示されているように、弁体２９若しくは５７内には燃料通路３４が設けられており、これらの燃料通路３４は孔として構成されていて、燃料供給領域３３を噴射開口４１の領域に接続する。この場合、燃料通路３４は、第５ａ図に示されているように、噴射開口４１の中心軸線Ａに対して傾斜されていて、第４図に示されているように、燃料通路３４は中心軸線Ａから間隔ｄを保つように、中心軸線Ａに対してずらされている。
第５ａ図に示されているように、噴射弁が開放されている場合には、燃料通路３４から供給される燃料流は噴射開口４１を通って、噴射弁の手前に存在する噴射領域特に内燃機関の燃焼室内に直接噴射される。このときに、各噴射流は互いに手前を通過するので、噴射領域内に形成される雲状の燃料は燃料噴射流に相当する直進性若しくは直流性を有する。
雲状の燃料の所望の直流性に応じて、各燃料通路３４は、周方向で互いに同じ間隔を保って配置されているが、これらの燃料通路３４は、種々異なる周方向間隔を有していてもよい。特に噴射弁の定置の組み込み位置においては、点火プラグの領域内で理論燃料空気混合気が得られるようにするために、点火プラグに向き合う、燃料通路３４間の間隙は、燃料通路３４間に通常の間隔よりも大きいか又は小さく選定されている。
各燃料通路３４は一緒に、噴射弁を通って燃料を貫流させるための狭い流過横断面を形成している。これによって、各燃料通路３４の流過横断面の合計は、噴射弁の開放時間及び燃料圧と協働して、それぞれの噴射される燃料流を規定する。
この際に、シール面４０と弁座４１′との間の流過横断面及び、噴射開口４１の流過横断面は、燃料通路３４の全流過横断面よりも明らかに大きい。しかしながら、燃料通路３４の後ろの流過横断面を、シール面４０と弁座４１′との間で又は噴射開口４１内で、噴射弁を通過する燃料流の部分絞りが得られるように狭くすることも可能である。
本発明の別の構成においては、第５ｂ図に示されているように、各燃料通路３４は、噴射開口４１の中心軸線Ａに対して同じ形式でずらされてはいるが、噴射開口４１の中心軸線Ａに対して種々異なる傾斜角度α、βで傾斜されている。中心軸線Ａに対する燃料通路３４の種々異なる傾斜によって、次のような雲状の燃料噴射が得られる。つまり、噴射開口付近で既に比較的大きい直径を有する第１の部分と、噴射領域つまり燃焼室内に深く侵入し、これによって一様な燃料分布を行う第２の部分とを有する、雲状の燃料噴射が得られる。この際に、点火プラグの領域内で理論燃料空気混合気を形成するために、燃料通路３４（この燃料通路３４によって燃料が点火プラグ付近に噴射される）を、噴射開口４１の中心軸線に対して相応の傾斜角度で傾斜させて配置することも可能である。
特に、燃料通路３４のための大きい傾斜角度α、βが必要な場合には、第５ｃ図に示されているように、噴射開口４１が円錐面状の壁部５９によって取り囲まれていれば、有利である。
本発明の別の構成によれば、燃料通路３４は、噴射開口４１の中心軸線Ａに対して同じ形式で傾斜されているが、軸線Ａに対して種々異なる形式でずらして配置されている。この場合、第７図の右側に示された燃料通路３４は、軸線Ａに対して間隔ｄ1を保っており、これに対して左側に示された燃料通路３４は、噴射開口４１の軸線に対して大きい間隔ｄ2を保って配置されているので、この燃料通路３４を通って噴射されて燃料が、噴射開口４１の領域内で弁座４１′の面にぶつかって跳ね返され、ここで噴霧される。
各燃料通路３４は、相応の燃料流が、噴射開口４１を取り囲む壁部に又は弁ニードル３９の先端にぶつかるように配置されている。
さらにまた、燃料通路３４によって生ぜしめられた燃料流は、互いに衝突し合い、これによって噴射弁の比較的近くに配置された噴射領域のための燃料噴霧が改善される。
図８から図１０に示した本発明の別の実施例においては、鉢状の弁体６０が設けられており、この弁体６０内に、弁ニードル３９のためのガイド孔３７′を備えたスリーブ状のガイド挿入体６１が挿入されている。図９に示されているように、ガイド挿入体６１は、弁体６０の内径に相応して丸味の付けられた縁部を備えたほぼ４角形の外側横断面を有しているので、ガイド挿入体６１の、噴射開口４１側に向けられた端面６２は円錐形に面取りされていて、弁体６０の相応に円錐形の底面６３に当接している。
図１０の左側に示されているように、ガイド挿入体６１の円錐形の端面６２には溝６４が設けられており、この溝６４は、燃料通路３４′を形成している。しかしながら、燃料通路３４を、図１０の右側に示されているように、孔として構成してもよい。この場合は、ガイド挿入体６１が、その噴射開口４１に向けられた側の端部で、ガイド孔３７′を取り囲む切欠６５を有していれば、有利である。
本発明のこの構成においても、各燃料通路３４，３４′は、噴射開口４１の中心軸線Ａに対して種々異なる角度及び間隔で配置することができる。各燃料通路３４，３４′が、噴射開口４１の中心軸線Ａに対して角度は同じで間隔だけが異なっていれば、すべての燃料通路３４は、相応の溝６４によって実現される。しかしながら、種々異なる傾斜が望まれている場合も、燃料通路３４′の一部を溝によって形成し、一方、別の傾斜を有する燃料通路３４のその他の部分を孔として構成することも可能である。この場合、噴射開口４１の中心軸線Ａに対して大きい傾斜角度を有する燃料通路４１を、孔によって形成された燃料通路３４として構成すれば、有利である。
各燃料通路３４のために燃料供給領域３３′が弁体内に構成されている、鉢状の弁体６０を使用すれば、弁ケーシングに対する弁体６０のシールを、弁体６０の噴射側の端面に対して比較的大きい間隔で行うことができるという、利点がある。
所望の燃料分配を得るために、燃料通路３４，３４′は、詳しく図示していない形式で種々異なる流過横断面を有していてよい。この場合、燃料通路３４，３４′は、交互に小さい横断面及び大きい横断面を有することができる。また、１つ又は２つだけの燃料通路３４，３４′が大きい流過横断面又は小さい流過横断面を有していてもよい。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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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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