(57)【要約】【課題】吸気を吸気ポートの壁面から断熱する断熱部材の振動の抑制を図る。【解決手段】吸気ポート３０は、その壁面の一部が、シリンダヘッド１６に取着された断熱部材４４で構成されている。断熱部材４４は、シリンダヘッド１６の凹部４６に嵌め込まれ凹部４６の壁面に接触する外面４４０２と、吸気ポート３０の壁面の一部を形成する内面４４０４とを有している。断熱部材４４の外面４４０２に複数の爪体５０が設けられている。凹部４６に断熱部材４４が嵌め込まれた状態で、爪体５０は、長さ方向において吸気の上流側の箇所が下流側の箇所よりも外面４４０２から突出するように設けられているため、断熱部材４４の端面に向かう方向への移動を阻止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに組み込まれ前記シリンダヘッドに接触する外面と、吸気ポートの壁面の一部を形成する内面とを有する断熱部材を備える内燃機関の吸気ポート断熱構造であって、
前記断熱部材の前記外面に、吸気が前記内面を流れる方向に延在する長さを有し、前記長さ方向において吸気の上流側の箇所が下流側の箇所よりも前記外面から突出する爪体が設けられる、
ことを特徴とする内燃機関の吸気ポート断熱構造。
【請求項２】
前記爪体は、前記爪体が接触する前記シリンダヘッドの壁面から前記外面を離す方向に付勢する付勢力を発揮する、
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気ポート断熱構造。
【請求項３】
前記爪体は、燃焼室側に位置する前記外面の箇所に設けられている、
ことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の吸気ポート断熱構造。
【請求項４】
前記吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタを備えるとともに、
前記断熱部材は、前記内面が前記インジェクタの噴口より前記吸気ポートの上流側の壁面を形成する上流側壁部と、前記内面が前記噴口より前記吸気ポートの下流側に延在して前記吸気ポートの下流側の壁面を形成する下流側壁部とを備え、
前記下流側壁部で前記インジェクタが配置される側の箇所に、前記インジェクタの噴口を前記吸気ポート内に露出させると共に吸気が流れる方向に延在し前記上流側壁部から離れた前記下流側壁部の端部に開放状の切欠が設けられ、
前記下流側壁部は前記噴口に対向する側の前記吸気ポートの壁面の前記噴霧された燃料が付着される箇所の手前まで延設されている、
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の内燃機関の吸気ポート断熱構造。
【請求項５】
前記爪体は、前記外面から突出する方向に常時付勢され、
前記爪体は、前記外面側に位置する爪内面と、前記爪内面と反対側に位置する爪外面とを有し、
前記外面には、前記爪体の収容を可能とし前記爪体が収容された状態で前記爪外面と前記外面とを同一面上に位置させる収容凹部が設けられている、
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の内燃機関の吸気ポート断熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸気ポート構造に関し、より詳細にはポート噴射式の内燃機関の吸気ポート断熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費向上の観点から熱効率を高めた高圧縮比の内燃機関が求められている。
高圧縮比の内燃機関は、低圧縮比の機関に比べて圧縮後の混合気の温度が高くなるため、ノッキングしやすくなり、点火時期をリタード（遅角）する必要がある。
その結果、燃費の向上効果が低減してしまうことから、吸気温度ひいては混合気温度の上昇を抑制することが必要となる。
ところで、吸気は、インテークマニホールドの吸気通路と、シリンダヘッドに設けられる吸気ポートを介して燃焼室に吸引される。
インテークマニホールドおよびシリンダヘッドは、燃焼室から伝わる熱によって加熱されているため、吸気は、インテークマニホールドの吸気通路やシリンダヘッドの吸気ポートの壁面から受熱することで温度上昇することが避けられない。
そこで、インテークマニホールドを断熱性を有する樹脂材料で構成し、インテークマニホールドの樹脂製の挿入部を吸気ポートに挿入した吸気管の取付構造が提案されている（特許文献１参照）。
この構造では、樹脂製の挿入部を吸気ポートに挿入し、吸気ポートの壁面のうちシリンダヘッドの壁面で構成される部分の面積を減らして、吸気の温度上昇の抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８５１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記構造では、樹脂製の挿入部を吸気ポートに形成した凹部に嵌め込んで固定することから、経年劣化や公差に起因して樹脂製の挿入部と凹部との間に隙間が生じる。このような隙間が大きな寸法となると、吸気脈動によって樹脂製の挿入部が隙間内で動いて振動することが懸念される。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、吸気を吸気ポートの壁面から断熱する断熱部材の振動の抑制を図れ、かつ、吸気温度の上昇を抑制しつつ、燃料の気化を促進することにより燃費の向上を図る上で有利な内燃機関の吸気ポート断熱構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、シリンダヘッドに組み込まれ前記シリンダヘッドに接触する外面と、吸気ポートの壁面の一部を形成する内面とを有する断熱部材を備える内燃機関の吸気ポート断熱構造であって、前記断熱部材の前記外面に、吸気が前記内面を流れる方向に延在する長さを有し、前記長さ方向において吸気の上流側の箇所が下流側の箇所よりも前記外面から突出する爪体が設けられることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記爪体は、前記爪体が接触する前記シリンダヘッドの壁面から前記外面を離す方向に付勢する付勢力を発揮することを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記爪体は、燃焼室側に位置する前記外面の箇所に設けられていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタを備えるとともに、前記断熱部材は、前記内面が前記インジェクタの噴口より前記吸気ポートの上流側の壁面を形成する上流側壁部と、前記内面が前記噴口より前記吸気ポートの下流側に延在して前記吸気ポートの下流側の壁面を形成する下流側壁部とを備え、前記下流側壁部で前記インジェクタが配置される側の箇所に、前記インジェクタの噴口を前記吸気ポート内に露出させると共に吸気が流れる方向に延在し前記上流側壁部から離れた前記下流側壁部の端部に開放状の切欠が設けられ、前記下流側壁部は前記噴口に対向する側の前記吸気ポートの壁面の前記噴霧された燃料が付着される箇所の手前まで延設されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記爪体は、前記外面から突出する方向に常時付勢され、前記爪体は、前記外面側に位置する爪内面と、前記爪内面と反対側に位置する爪外面とを有し、前記外面には、前記爪体の収容を可能とし前記爪体が収容された状態で前記爪外面と前記外面とを同一面上に位置させる収容凹部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、シリンダヘッドに断熱部材が配置された状態で、爪体は、断熱部材のシリンダヘッド外に向かう方向への移動を阻止する。したがって、断熱部材をシリンダヘッドに組み込むことから、経年劣化や公差に起因して断熱部材とシリンダヘッドとの間に隙間が生じたとしても、断熱部材の長手方向への移動は、爪体により阻止されるため、吸気脈動によって断熱部材が隙間内で動いて振動することが抑制される。
請求項２記載の発明によれば、爪体の付勢力によって断熱部材の外面とシリンダヘッドの壁面と間に空気層が形成され、熱の吸気への伝達が抑制され、吸気の温度上昇を抑制する上で有利となり、燃費の向上を図る上で有利となる。
請求項３記載の発明によれば、爪体の付勢力によって断熱部材の外面と、高温となる燃焼室側のシリンダヘッドの壁面と間に空気層が形成され、熱の吸気への伝達が抑制され、吸気の温度上昇を抑制する上で有利となり、燃費の向上を図る上で有利となる。また、燃焼室側に位置する断熱部材の外面の箇所のみに設けられた爪体の付勢力により、燃焼室側と反対方向に向かって断熱部材の外面がシリンダヘッドの壁面に押し付けられる。
請求項４記載の発明によれば、インジェクタの噴口より吸気ポートの上流側において、断熱部材の上流側壁部によって吸気通路を形成するとともに、インジェクタの噴口より吸気ポートの下流側において、断熱部材の下流側壁部が吸気ポート下流側に延在して吸気通路の一部壁面を形成することにより吸気ポートに流入する吸入空気がシリンダヘッドから受熱することを防ぐことができるため、吸気の充填効率が上昇し燃焼効率の向上を図る上で有利となる。また、下流側側壁部の端部に開放上の切欠が設けられることで、インジェクタの噴口より下流側の吸気通路の一部壁面を吸気ポートの内壁つまりシリンダヘッドで形成することにより、インジェクタの噴口から噴射された燃料の気化が高温なシリンダヘッドの壁面で効率よくなされ、燃焼効率の向上を図る上で有利となる。
請求項５記載の発明によれば、刃物を用いて合成樹脂で成形された断熱部材の表面に対して斜めに切込みを入れて爪体を簡単に製造する上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態に係る内燃機関の吸気ポート構造を示す断面図である。
【図２】図１のＡＡ線断面図を示す。
【図３】断熱部材の断面図である。
【図４】断熱部材の爪体周辺の拡大断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る内燃機関の吸気ポート構造における断熱部材の構成を示す斜視図である。
【図６】第２の実施の形態に係る内燃機関の吸気ポート構造における断熱部材の図２に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、内燃機関の全体構成について説明する。
図１に示すように、内燃機関（以下エンジンという）１０は、シリンダ１２が形成されたシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４の上部に配置されたシリンダヘッド１６と、シリンダ１２に配設されたピストン１８とを含んで構成されている。
シリンダヘッド１６の両側には吸気管２０（インテークマニホールド）と排気管２２（エキゾーストマニホールド）が連結されている。
燃焼室２４は、シリンダ１２の内面とシリンダヘッド１６の下面とピストン１８の頂面とによって構成され、シリンダヘッド１６には燃焼室２４に位置するように点火プラグ２６が設けられている。
ピストン１８はコネクティングロッド２８を介して不図示のクランクシャフトに連結され、図中符号１８０２、１８０４は圧力リング、符号１８０６はオイルリングを示している。
【０００９】
シリンダヘッド１６には、燃焼室２４に吸気を供給する吸気ポート３０と、燃焼室２４内の排気を排出する排気ポート３２とが設けられている。
なお、本発明において、吸気ポート３０とは、外部に開口する吸気口と燃焼室２４とを接続する吸気通路のうちシリンダヘッド１６の内部に位置する部分をいう。
吸気ポート３０には、吸気管２０が接続され、排気ポート３２には、排気管２２が接続されている。
そして、吸気通路２００２は、吸気管２０、吸気ポート３０を含んで構成され、排気通路２２０２は、排気ポート３２、排気管２２を含んで構成されている。
また、吸気ポート３０に吸気バルブ３４が設けられ、排気ポート３２に排気バルブ３６が設けられ、それら吸気バルブ３４、排気バルブ３６はバルブスプリング３８、４０により閉止方向に付勢されている。吸気バルブ３４、排気バルブ３６は不図示の吸排気カムにより駆動され、吸気ポート３０、排気ポート３２を開閉する。
なお、図中符号３７はバルブシートを示す。
【００１０】
本実施の形態では、エンジン１０は、インジェクタ４２から吸気ポート３０内に燃料を噴射（噴霧）するポート噴射式エンジンである。
インジェクタ４２は、不図示のポンプから供給された燃料を噴射するものであり、吸気ポート３０内に噴口４２０２を向けた燃料噴射ノズル４２０４と、燃料噴射ノズル４２０４に設けられアクチュエータにより噴口４２０２を開閉する不図示のニードル弁とを含んで構成されている。
ポート噴射式エンジンでは、吸気管２０の吸気通路２００２から吸気ポート３０内に吸入された吸入空気とインジェクタ４２の噴口４２０２から噴射された燃料とが吸気ポート３０内で混合されて混合気となり、燃焼室２４に供給される。
そして、クランクシャフトが回転することにより、吸気カム、排気カムを介して吸気バルブ３４、排気バルブ３６が開閉され、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が実行され、主として、排気・吸気行程中に、噴口４２０２から燃料が吸気ポート３０内に噴射される。
【００１１】
図１に示すように、吸気ポート３０は、その壁面の一部が、シリンダヘッド１６に取着された断熱部材４４で構成されている。
すなわち、吸気ポート３０の上流端が位置するシリンダヘッド１６の端面に開口する凹部４６が設けられている。
断熱部材４４は、シリンダヘッド１６に組み込まれシリンダヘッド１６に接触する、言い換えると、凹部４６に嵌め込まれ凹部４６の壁面に接触する外面４４０２と、吸気ポート３０の壁面の一部を形成する内面４４０４とを有している。
断熱部材４４は、端部側に位置する上流側壁部４４Ａと、上流側壁部４４Ａの端部から吸気が流れる方向に延在する下流側壁部４４Ｂとを備えている。
言い換えると、断熱部材４４は、内面４４０４がインジェクタ４２の噴口４２０２より吸気ポート３０の上流側の壁面を形成する上流側壁部４４Ａと、内面４４０４が噴口４２０２より吸気ポート３０の下流側に延在して吸気ポート３０の下流側の壁面を形成する下流側壁部４４Ｂとを備えている。
下流側壁部４４Ｂでインジェクタ４２が配置される側の箇所に、インジェクタ４２の噴口４２０２を吸気ポート３０内に露出させると共に吸気が流れる方向に延在し上流側壁部４４Ｂから離れた下流側壁部４４Ｂの端部に開放状の切欠４８が設けられている。
噴口４２０２に対向する側の吸気ポート３０の壁面３００４の箇所で燃料噴霧が付着される壁面３００８の範囲はシリンダヘッド１６で構成されている。
【００１２】
したがって、エンジン１０の高速回転域において、吸気ポート３０を流れる吸気速度が速くなるため、噴口４２０２から噴射された燃料の大半は、噴口４２０２が位置する側で吸気ポート３０の延在方向に沿って延在するシリンダヘッド１６の壁面３００６の箇所に付着する。
本実施の形態では、噴口４２０２よりも下流側に位置する吸気ポート３０の壁面のうち噴口４２０２が位置する側で吸気ポート３０の延在方向に沿って延在する壁面３００６の箇所はシリンダヘッド１６で構成されている。
噴口４２０２から噴射された燃料の気化が高温なシリンダヘッド１６の壁面３００６で効率よくなされ、燃焼効率の向上を図る上で有利となる。特に、エンジン１０が低・中回転域かつ高負荷域で運転している場合は、吸気ポート３０に流入する吸気の流速が遅くなるとともにインジェクタ４２から噴射される燃料量が多くなるため、噴口４２０２から噴射された燃料の一部は吸気とともに吸気ポート３０の下流へ流れず、吸気ポート３０の壁面３００６に付着する。この場合は、付着した燃料は高温のシリンダヘッド１６の壁面３００６によって効率よく気化が促進されるため、燃焼効率の向上を図る上で更に有利となる。
また、噴口４２０２よりも上流側に位置する吸気ポート３０の壁面３００２の全域と噴口４２０２よりも下流側に位置する吸気ポート３０の壁面のうち噴口４２０２に対向する側の壁面３００４の箇所は、上流側壁部４４Ａと下流側壁部４４Ｂとからなる断熱部材４４で構成されているので、シリンダヘッド１６の熱の吸気への伝達が抑制され、吸気の温度上昇を抑制する上で有利となり、エンジン１０の燃費の向上を図る上で有利となる。
したがって、吸気の温度上昇を抑制しつつ燃焼効率を向上できるので、エンジン１０の燃費の向上を図る上で有利となる。
【００１３】
特に、エンジン１０の低中速回転域で高負荷の運転状態では吸気ポート３０に流入する吸気の流速が遅くなるとともにインジェクタ４２から噴射される燃料量が多くなるため、噴口４２０２から噴射された燃料は、その大半が噴口４２０２に対向する側の吸気ポート３０のシリンダヘッド１６の壁面３００８および吸気バルブ３４に付着する場合がある。
本実施の形態では、噴口４２０２に対向する側の壁面３００４の箇所で燃料噴霧が付着される壁面３００８の範囲はシリンダヘッド１６で構成されている。
そして、下流側壁部４４Ｂは、噴口４２０２に対向する壁面３００４の箇所から壁面３００８の範囲の手前まで延在している。
そのため、吸気ポート３０の壁面３００８に付着した燃料の気化は高温のシリンダヘッド１６によって効率よくなされ、燃料の燃焼効率の向上を図る上で有利となる。
また、下流側壁部４４Ｂが噴口４２０２に対向する壁面３００４の箇所から壁面３００８の範囲の手前まで延在しているので、シリンダヘッド１６の熱の吸気への伝達が抑制され、吸気の温度上昇を抑制する上でより有利となる。
したがって、吸気の温度上昇をより抑制しつつ燃焼効率をより向上できるので、エンジン１０の燃費の向上を図る上でより一層有利となる。
【００１４】
断熱部材４４は、中空あるいは中実の合成樹脂材料で構成してもよい。
あるいは、断熱部材４４を、中空の部材と、中空の部材の内部に挿入された断熱材料５０とで構成してもよく、この場合は、最適な断熱性能を確保する上で有利となる。
また、断熱部材４４の上流側部分４４Ａと下流側部分４４Ｂとを別体で構成してもよい。この場合、上流側部分４４Ａと下流側部分４４Ｂとに用いる断熱材料の種類を変えることで、断熱性能を変えることができる。
例えば、上流側部分４４Ａが配置されたシリンダヘッド１６部分に冷却水通路（高温）が配置され、下流側部分４４Ｂが配置されたシリンダヘッド１６部分がそれより低温である場合は、下流側部分４４Ｂよりも上流側部分４４Ａの断熱性能を高めるように、断熱部材４４を構成する断熱材料を選択し、あるいは、断熱材料の密度を設定できる。
そのため、シリンダヘッド１６の温度分布に対応させて最適な断熱性能を確保する上で有利となる。
【００１５】
図１、図３に示すように、断熱部材４４の外面４４０２に複数の爪体５０が設けられている。
爪体５０は、吸気が内面４４０４を流れる方向に延在する長さを有し、長さ方向において吸気の上流側の箇所が下流側の箇所よりも外面４４０２から突出するように設けられている。
本実施の形態では、凹部４６に断熱部材４４が嵌め込まれた状態で、爪体５０は、燃焼室２４側に位置する外面４４０２の箇所のみに設けられている。
また、爪体５０は、下流側壁部４４Ｂの外面４４０２の幅方向の中央で下流側壁部４４Ｂの長手方向に沿って間隔をおいて設けられている。
【００１６】
図４に示すように、爪体５０は、外面４４０２から突出する方向に常時付勢されている。
爪体５０は、外面４４０２側に位置する爪内面５００２と、爪内面５００２と反対側に位置する爪外面５００４とを有している。
外面４４０２には、爪体５０の収容を可能とし爪体５０が収容された状態で爪外面５００４と外面４４０２とを同一面上に位置させる収容凹部４４１０が設けられている。
【００１７】
図１、図２（Ｂ）に示すように、凹部４６に断熱部材４４が嵌め込まれた状態で、爪体５０は、長さ方向において吸気の上流側の箇所が下流側の箇所よりも外面４４０２から突出するように設けられているため、断熱部材４４の端面に向かう方向への移動を阻止する。
また、凹部４６に断熱部材４４が嵌め込まれた状態で、爪体５０は、爪体５０が接触する凹部４６の壁面から外面４４０２を離す方向に付勢する付勢力を発揮する。
【００１８】
なお、爪体５０は、刃物を用いて合成樹脂で成形された断熱部材４４の表面に対して斜めに切込みを入れることで、断熱部材４４の一部によって形成してもよいし、あるいは、断熱部材４４とは別体に合成樹脂製の爪体５０を形成しておき、接着剤や溶着により爪体５０を断熱部材４４の表面に接合してもよい。
【００１９】
本実施の形態によれば、断熱部材４４の外面４４０２に、長さ方向において吸気の上流側の箇所が下流側の箇所よりも外面４４０２から突出する爪体５０が設けられ、凹部４６に断熱部材４４が嵌め込まれた状態で、爪体５０は、断熱部材４４の端面に向かう方向への移動を阻止する。
したがって、断熱部材４４を凹部４６に嵌め込んで固定することから、経年劣化や公差に起因して断熱部材４４と凹部４６との間に隙間が生じたとしても、断熱部材４４の長手方向への移動は、爪体５０により阻止されるため、吸気脈動によって断熱部材４４が隙間内で動いて振動することが抑制される。
【００２０】
また、本実施の形態によれば、凹部４６に断熱部材４４が嵌め込まれた状態で、爪体５０は、爪体５０が接触する凹部４６の壁面から外面４４０２を離す方向に付勢する付勢力を発揮するので、爪体５０の付勢力によって断熱部材４４の外面４４０２と凹部４６の壁面と間に空気層が形成され、熱の吸気への伝達が抑制され、吸気の温度上昇を抑制する上で有利となり、エンジン１０の燃費の向上を図る上で有利となる。
【００２１】
また、本実施の形態によれば、凹部４６に断熱部材４４が嵌め込まれた状態で、爪体５０は、燃焼室２４側に位置する外面４４０２の箇所のみに設けられているので、爪体５０の付勢力によって断熱部材４４の外面４４０２と、高温となる燃焼室２４側の凹部４６の壁面と間に空気層が形成され、熱の吸気への伝達が抑制され、吸気の温度上昇を抑制する上で有利となり、エンジン１０の燃費の向上を図る上で有利となる。
また、燃焼室２４側に位置する外面４４０２の箇所のみに設けられた爪体５０の付勢力により、燃焼室２４側と反対方向に向かって断熱部材４４の外面４４０２が凹部４６の壁面に押し付けられるため、断熱部材４４の径方向への振動を抑制する上でも有利となる。
【００２２】
また、本実施の形態によれば、爪体５０は、外面４４０２から突出する方向に常時付勢され、爪体５０は、外面４４０２側に位置する爪内面５００２と、爪内面５００２と反対側に位置する爪外面５００４とを有し、外面４４０２には、爪体５０の収容を可能とし爪体５０が収容された状態で爪外面５００４と外面４４０２とを同一面上に位置させる収容凹部４４１０が設けられている。
そのため、刃物を用いて合成樹脂で成形された断熱部材４４の表面に対して斜めに切込みを入れて爪体５０を簡単に製造する上で有利となる。
【００２３】
（第２の実施の形態）
次に、図５、図６を参照して第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態では、爪体５０の配置構造が第１の実施の形態と異なっている。
第２の実施の形態では、図５、図６に示すように、複数の爪体５０は、下流側壁部４４Ｂの外面４４０２の長手方向の中間箇所で下流側壁部４４Ｂの幅方向に沿って間隔をおいて設けられていてもよい。
このような第２の実施の形態によっても第１の実施の形態と同様の効果が奏される。
【符号の説明】
【００２４】
１０  エンジン（内燃機関）
１６  シリンダヘッド
２４  燃焼室
３０  吸気ポート
３００２  壁面
３００４  壁面
３００６  壁面
３００８  壁面
４２  インジェクタ
４２０２  噴口
４４  断熱部材
４４０２  外面
４４０４  内面
４４Ａ  上流側壁部
４４Ｂ  下流側壁部
４４１０  収容凹部
４６  凹部
４８  切欠
５０  爪体
５００２  爪内面
５００４  爪外面
【図１】
2016079954.tif 000003
【図２】
2016079954.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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