(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車における燃料搬送用の、吸い込み蓋（１０）を有する渦流式ポンプであって、吸い込み蓋が、上面（８）及び下面（９）と、渦流式ポンプの回転軸線（１４）の回りを円周方向に延びていて上面（８）に開いている先細りの側通路（１１）と、側通路（１１）の、下面（９）から上面（８）に延びている吸い込み通路（２７）のための、下面（９）の第１の開口（１３）と、少なくとも円周方向に延びる部分範囲における少なくとも上面（８）のコンスタントな側通路幅（BSK）とを有しており、その際回転軸線（１４）と側通路（１１）の始端部（１２）における接触点（１）とを通って基準線（LB）が延びている形式のものにおいて、上面（８）の側通路幅（BSK）が基準線（LB）に対して０°、有利には５°、最高で２０°の第１の角度（ψ）のところから、側通路の出口までの角度範囲内でコンスタントであり、側通路（１１）が付加的な内溝を溝通路（１６）として有しており、溝通路（１６）が半径方向で内方に回転軸線（１４）に向かって先細りになっていることを特徴とする、自動車における燃料搬送用の渦流式ポンプ。
【請求項２】
側通路（１１）が中心線（１５）を有しており、この中心線の回転軸線（１４）に対する中心線半径（RM）はほぼ１５°の第１の角度（ψ）以降は同じであることを特徴とする、請求項１記載の渦流式ポンプ。
【請求項３】
側通路（１１）が少なくとも５°の第１の角度（ψ）以降は上面（８）においてコンスタントな側通路幅（BSK）を有しており、上面（８）の下側では側通路（１１）の側通路幅（BSK）は更に大きいことを特徴とする、請求項１又は２記載の渦流式ポンプ。
【請求項４】
上面（８）の下側で側通路幅（BSK）が最大で３０°の第１の角度（ψ）内で上面（８）のコンスタントな側通路幅（BSK）に先細りになっていることを特徴とする、請求項３記載の渦流式ポンプ。
【請求項５】
側通路（１１）の始端部（１２）の外側範囲における始端部半径（RA）が側通路半径（RSK）の0.4〜1.1倍であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の渦流式ポンプ。
【請求項６】
第１の開口（１３）の第１の中心点（２）が、側通路（１１）の始端部（１２）から、回転軸線を中心として−５°〜＋１５°の第２の角度（ψ2）だけ、側通路（１１）に沿った方向とは逆方向にずらされていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の渦流式ポンプ。
【請求項７】
吸い込み通路（２７）が側通路（１１）内に斜めに開口していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の渦流式ポンプ。
【請求項８】
溝通路（１６）が回転軸線（１４）を中心とするほぼ１５°〜１２０°、有利には２５°〜１１０°の角度範囲（ψ＋）にわたって先細りになっていることを特徴とする、請求項１記載の渦流式ポンプ。
【請求項９】
側通路（１１）が、溝通路（１６）の外側に外側通路（１７）を有しており、該溝通路（１６）が外側通路（１７）の深さよりも大きな深さを有していることを特徴とする、請求項１または８記載の渦流式ポンプ。
【請求項１０】
溝通路（１６）の深さが連続的に減少していることを特徴とする、請求項１、８または９記載の渦流式ポンプ。
【請求項１１】
側通路（１１）が、溝通路（１６）の外側に外側通路（１７）を有しており、該溝通路（１６）の第１の溝底（２４）が外側通路（１７）の第２の溝底（２５）に移行して、両方の溝底が側通路（１１）の共通の一様な第３の溝底（２６）を形成していることを特徴とする、請求項１、８、９または１０記載の渦流式ポンプ。
【請求項１２】
側通路（１１）の半径方向で内側に位置する仕切壁（１８）が溝通路（１６）の壁であることを特徴とするとする、請求項１、８、９、１０または１１記載の渦流式ポンプ。
【請求項１３】
側通路（１１）内の溝通路（１６）の先細り端部（５）から回転軸線を中心にしてほぼ５°〜３０°の第３の角度（ψ＊）だけ先細り端部（５）を延長したところに脱ガス孔（２３）が配置されていることを特徴とする、請求項１、８、９、１０、１１または１２記載の渦流式ポンプ。
【請求項１４】
第１の開口（１３）の開口半径（RS）が側通路半径（RSK）のほぼ1.75〜3.5倍であることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１項記載の渦流式ポンプ。
【請求項１５】
羽根入口縁（３４）と吸い込み通路（２７）内への燃料（３１）の入口（２８）との間の間隔（HS）が側通路半径（RSK）の1.25〜2.5倍であることを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか１項記載の渦流式ポンプ。
【請求項１６】
２流の渦流式ポンプとして、吸い込み通路（２７）と向き合う搬送段に供給するために、第１の基準点（１）、該第１の基準点について、半径方向、回転方向及び回転軸線方向において予め設定された位置にある第３の基準点（３）及び第４の基準点（４）の間の範囲内に開いた側通路流入横断面を有していることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか１項記載の渦流式ポンプ。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれか１項記載の構成を有する渦流式ポンプのための吸い込み蓋（１０）。
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求項１の上位概念に記載した形式の、吸い込み蓋内に側通路を有している渦流式ポンプに関する。この渦流式ポンプは自動車において駆動媒体搬送のために使用されるものである。吸い込み蓋は、回転軸線の回りに半径方向で間隔をおいて延びる側通路と、上面及び下面と、側通路の吸い込み通路のために下面に形成されている第１の開口とを有している。渦流式ポンプを通る流体は吸い込み通路を経て側通路を通って、側路からの出口に流れる。
背景技術
吸い込み蓋並びに渦流式ポンプの構造はDE 195 04 079 A1に記載されている。軸方向に延びる吸い込み通路は、吸い込み蓋内で延びる側通路内に開口しており、側通路内では羽根車とのパルス交換によって、羽根車の回転軸線の回りに、出口短管のところまで圧力形成が行われる。羽根車の羽根は回転軸線に対して傾斜せしめられていて、羽根車の端面のところで回転方向に進ませられている。
DE 43 43 078 A1にも渦流式ポンプによって燃料を搬送する装置が記載されている。渦流式ポンプの吸い込み蓋内の側通路は、圧縮通路として作用するために、0.5倍の横断面減少部を有している。この横断面減少部は側通路の始点に関してほぼ９０°〜１３０°の角度範囲にわたって延びており、その際横断面が一次関数的に減少せしめられる場合には、残りのコンスタントな側通路横断面への移行は小さな段を介して行われる。この文献において提案されている累進的な横断面減少では、段なしに、側通路の深さ及び幅が連続的に減少せしめられる。横断面減少は、側通路深さの減少及び側通路幅の例えば累進的な減少によって、９０°〜１３０°の角度範囲にわたって行われる。
発明の利点
本発明による吸い込み蓋を有する渦流式ポンプは従来のものに対して、ポンプ効率及び対高熱ガソリン性が改善されるという利点を有している。このために側通路は、回転軸線と側通路の始端部における接触点とを通って延びる基準線に対して０°、有利には５°、最高で２０°の第１の角度ψのところから、側通路の出口までの角度範囲内で、上面にコンスタントな側通路幅を有している。従来は、損失を生ぜしめる渦形成及び側通路内での流れの剥離を回避するために、側通路幅は連続的に大きな角度範囲にわたってコンスタントな値まで先細りにされた。これに対し本発明による幾何形状は、可及的に側通路の始端部の直近で既に、側通路がコンスタントな幅を有していることによって、例えば大きな吸い込み高さを達成する。これによって吸い込み通路のための第１の開口の近くに存在しているコンスタントな側通路幅は、側通路内への燃料の流入流の範囲内で、流入流内に渦のつながりが形成されることを回避する。液力損失及び局所的な負圧領域は、効率を低下させ、若しくは夏季の高熱ガソリンの場合に上記圧力が高められることに基づいてキャビテーションひいては羽根横断面の遮断の危険を生ぜしめるが、これらの液力損失及び局所的な負圧領域は著しく減少せしめられる。
更に、側通路がコンスタントな幅を有しているので、吸い込み通路を通って燃料が流入する場合に、流入する燃料の外側範囲内で生ずる大きな吸い込み作用によって、２流の渦流式ポンプにおいて吸い込み通路と向かい合っている搬送段への解離気泡が形成されることが、行われなくなる。
有利な実施形態は請求項２以下に記載されている。
有利な１実施形態では、側通路は中心線を有しており、この中心線の回転軸線に対する半径は第１の角度ψ＝１５°以降は同じである。この中心線は、側通路の各箇所における幅を２等分して形成される線である。これによって側通路は既に吸い込み通路のところで円周方向に延びており、中心線半径がコンスタントでない場合におけるように、付加的な半径方向の流動方向が流れに加えられることはない。これによって吸い込み通路と側通路との間で半径方向で内方に回転軸線に向かう流入流が形成されることが回避される。したがって有利にはコンスタントな中心線半径はψ＝０°の場合に生ぜしめられる。
更に有利には、側通路は、遅くとも第１の角度ψ＝５°以降は上面において一定不変の幅を有している。側通路幅は、上方に向かって開いている側通路を有している吸い込み蓋の上面の平面内での幅である。１実施形態では側通路は、上面の下側では、要するに上面と下面との間では、より大きい側通路幅を有している。しかしながらこの大きな側通路幅は、有利には最大で第１の角度ψ＝２０°〜３０°内で再び上面のコンスタントな側通路幅に減少する。この形式で、一種のホッパ効果によって、圧力形成が可能になり、これは、２流の渦流式ポンプの向かい合っている搬送段の流入にも有利に作用する。このことは、１実施形態では、第１の開口から吸い込み通路を介しての側通路内への移行によって補助される。上面の平面の下方の吸い込み通路はほっそりとなって側通路に滑らかに続く移行部を有している。この移行部は既に第１の、有利には円形の開口のところで始まることができる。したがって上面の下方では側通路及び吸い込み通路の移行部はまだ上面におけるよりも大きな幅を有している。更にこの有利な流動案内は次のことによって、すなわち側通路の吸い込み通路のための第１の開口、吸い込み通路自体並びに側通路内への移行部が大体において円形に形成されていることによって、補助される。
別の利点は、側通路の可及的に既にコンスタントな幅を有している始端部の始端部半径RAが側通路半径RSKの0.4〜1.1倍であるようにすると、得られる。この場合側通路半径RSKは、コンスタントな側通路幅の角度範囲内における側通路の幾何形状を定める半径である。このことは後で図面から明らかになる。側通路の始端部の範囲内における流れの剥離はこのような始端部半径RAによって回避される。同時にこれによって側通路内への流入流の滑らかな流入が行われ、したがって循環流ひいては液力損失は生じない。このような始端部半径の別の利点は、逆流が生じないことである。この場合、渦流式ポンプの羽根室内への流入は衝撃なしに行われる。
更に、側通路への吸い込み通路を通る流入流内で渦のつながりが形成されることは、第１の開口の第１の中心点が側通路に沿った中心線よりも、半径方向で回転軸線の近くに配置されていることによって、回避される。前述の高熱ガソリンに関する有利な作用によって、単に液力損失だけでなしに、局所的な負圧領域も阻止される。第１の開口が半径方向で回転軸線の近くに配置されていることに関連する羽根室内への流入の際の衝撃損失の減少は、第１の開口の第１の中心点が、側通路の始端部を通る基準線から回転軸線を中心として−５°〜＋１５°の第２の角度ψ２だけ、側通路に沿う方向とは逆方向にずらされているようにすることによって、補助される。これによって、羽根車の羽根が前述のように有利には斜めに配置されている場合には、軸方向及び接線方向の有利な速度成分に基づいて、羽根室内への燃料の流入が一様になる。
吸い込み蓋の特に有利な実施形態では、側通路内に付加的な内溝が溝通路として設けられている。この溝通路は吸い込み通路と側通路との間の移行部において連続的に変化する流動横断面を生ぜしめる。これによって圧力が一様に形成される。また溝通路は場合により存在する気泡を下流側に配置されている脱ガス孔内に迅速かつ確実に排出することを可能にする。溝通路の別の実施形態では、溝通路は回転軸線を中心とする角度範囲ψ＋にわたって、半径方向で内方に回転軸線に向かって先細りになっている。有利には角度範囲ψ＋は１５°〜１２０°、有利には２５°〜１１０°である。これによって一面では、溝通路の滑らかなかつ一様な移行が保証される。他面では、圧力形成も、溝通路が一様に先細りにされていることによって、一様に行われる。したがって、側通路はこの範囲において幅方向で、溝通路の範囲と、他方の外側通路の範囲とに分割されている。
流動を均一化するために、溝通路は外側通路の深さよりも大きな深さを有している。連続的な移行並びに一様な圧力形成のために、溝通路の深さが連続的に減少しているのが有利である。半径方向、接線方向あるいは軸方向の流動速度が異なる流れの移行による渦形成は充分に回避される。特に回転する羽根入口縁との関連で、この連続的な移行の結果、場合により生ずる衝撃損失が減少せしめられる。燃料の流れのこのような均一化は特に、溝通路の第１の溝底が外側通路の第２の溝底に移行し、両方の溝底が側通路の共通の一様な第３の溝底を形成するようにすることによって、達成される。両方の溝底がこのように滑らかに移行し合うことによって、有害な渦が形成されることなしに圧縮を行うことが可能になる。むしろ、側通路内で意図的に形成される循環流がこの形式で支障のない状態にされるとともに、損失を生ぜしめる逆流が回避される。更に循環流の形成は、吸い込み通路を通る燃料の流入範囲内の溝通路の始点が、丸みをつけられた移行部を有しているようにすることによって、補助される。
側通路内の溝通路の有利な配置では、側通路の半径方向で内側に位置する仕切壁が溝通路の壁である。これによって、吸い込み通路から側通路内に流入する燃料流の種々の速度成分に関しての補償が達成される。同時にこの配置では、連行される気泡が溝通路内に集められる。側通路内の溝通路の先細り端部から回転軸線を中心にしてほぼ５°〜３０°の第３の角度ψ＊だけ先細り端部を延長したところに脱ガス孔を配置すると、気泡が脱ガス孔内に迅速かつ確実に排出される。
本発明の、独立した特徴とすることもできる有利な別の実施形態では、吸い込み通路は第１の開口及び側通路内に、斜めに開口している。このことは、燃料が羽根に向かって半径方向に流れることを可能にし、これによって、回転する羽根車の羽根に対して速度成分ベクトルが加わることに基づいて、純粋に軸方向の吸い込み通路の場合と比較して液力損失が著しく減少せしめられる。液力損失の減少は、第１の開口の開口半径RSが側通路半径RSKの1.75〜3.5倍であることによって、補助される。開口半径RSは、第１の開口がほぼ円形である場合に、第１の開口の輪郭から抽象される平均円の半径である。側通路半径RSKも同じようにして定められ、その際側通路は溝底において側通路半径RSKを有していることを考慮しなければならない。
前述の渦流式ポンプの利点は更に決定的に増強し得ることが判明した。羽根入口縁と吸い込み通路内へ駆動媒体が入るための下面の第１の開口との間隔HSは、側通路半径RSKの1.25〜2.5倍である。これによって流入流は吸い込み通路内で均一化され、その際羽根室内への移行は滑らかに、かつ渦形成を引き起こすような急激な衝撃なしに行われる。
特にこの吸い込み蓋は２流の渦流式ポンプに適している。このために吸い込み蓋は、吸い込み通路と向き合った搬送段のために、側通路の始めの範囲に、開いた側通路流入横断面を有している。有利にはこの開いた側通路流入横断面はほぼ５°〜＋４０°の第１の角度ψにわたって回転軸線の回りに配置されている。この範囲は図面に記載した第１，第３及び第４の基準点によって規定することができる。
図面
本発明の１実施例は図面に示されており、以下に説明する。その場合別の有利な実施形態及び特徴についても述べる。図１は吸い込み蓋内の、円形の第１の開口を有する側通路の概略的平面図である。図２は図１の側通路の幅に沿った３つの断面Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃを示す。図３は図１の第１の開口及び側通路のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
実施例
図１は吸い込み蓋１０の一部の上面８の平面図を示す。上面８とは逆の側において吸い込み蓋１０は図１には示されていない下面９を有している。
図１には側通路１１が示されている。側通路１１は始端部１２を有しており、この始端部は第１の開口１３の範囲に配置されている。始端部１２には第１の基準点１が接触点として配置されており、この基準点は出発点として回転点１４との間に、円筒座標系r-ψ-zのための規準線LBを形成している。図１において部分的に認めることのできない第１の開口１３の輪郭は破線で示されている。渦流式ポンプの運転中、燃料はこの第１の開口を通って、図１には詳細に認めることができない吸い込み通路内に流入する。この実施例では第１の開口１３は開口半径RSを有する円であり、その第１の中心点は第２の基準点２と合致している。吸い込み通路を介して第１の開口１３と接続している側通路１１は回転点１４を中心とする円弧状に配置されている。したがって回転点１４を通って、渦流式ポンプの図示していない羽根車の回転軸線も延びている。更に回転点１４を通って、円筒座標系のz座標軸も上面８に対して垂直に延びている。z座標軸はこの実施例では羽根車の回転軸線と合致している。側通路１１の中心線１５は回転点１４に対して中心線間隔RMを有している。この場合側通路１１の中心線１５は側通路１１の側通路幅BSKの半分のところに沿って延びている。吸い込み蓋１０のこの実施例では、側通路幅BSKの半分は側通路の側通路半径RSKと等しく、側通路半径RSKは吸い込み蓋１０内で側通路１１の終端横断面ASKを規定している。側通路幅BSKは第１の角度ψに沿って、溝通路１６の溝通路幅BNKと、外側通路１７の外側通路幅BAKとに分割されている。側通路幅BSKは第１の角度ψに沿ってコンスタントであるのに対し、溝通路幅BNKは変化していて、角度範囲ψ＋に沿って下流側に向かって連続的に先細りになっており、先細り端部は第５の基準点５として示されている。この基準点５のところでは、同時に溝通路１６の第１の仕切壁１９である側通路１１の第１の仕切壁１８が溝通路１６の第２の仕切壁２０と合わさっている。
吸い込み蓋１０内の側通路１１，第１の開口１３並びに溝通路１６の幾何形状のために、以下に基準点１〜７について規定する。これらの基準点の座標は、なかんずく、側通路半径RSK、側通路１１に沿った中心線半径RM及び第１の開口１３の開口半径RSの関数として表されている。個々の基準点１〜７のこのように規定された座標は有利にはこの使用例のためのものであるが、幾分か別の幾何形状の場合にはこれから異なることもできる。開口半径RSが側通路半径RSKの２〜３倍であると、有利であると分かった。
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基準点１〜７の座標は単に図１だけではなしに、図２及び図３の座標にも関するものである。
図１は、側通路１１の始端部１２の基準点１において、側通路１１がコンスタントな側通路幅BSKを有していることを示している。２流の渦流式ポンプに吸い込み蓋１０を有利に使用する場合、流入範囲２１は、両方の搬送段のその都度の搬送流が充分に遮断されているように、形成されている。第１の開口１３と向き合った、ここでは図示されていない搬送段への流入は基準点１，３及び４の間の範囲内で行われる。この場合絞り損失を回避するために、図１には示されていない羽根室への流入横断面は側通路１１の第２の仕切壁２２まで開いて構成されている。この場合この開いている流入横断面は第１の角度ψの第１の基準点１から第３の基準点３までの範囲にわたって延びている。これによって向き合っている搬送段への燃料の流入の際の絞り損失が回避される。絞り損失の回避は、側通路１１の始端部１２に側通路半径RSKの0.4〜1.1倍の始端部半径RAを設け、第１の開口１３の中心点としての第２の基準点２を第２の角度ψ2だけ後ろにずらすことによって、付加的に補助される。更に、第２の基準点２は側通路１１の始端部１２に相応する第１の基準点１よりも、回転軸線１４に著しく接近して位置している。この場合側通路幅BSKは開口半径RSよりも小さい。
圧力を増大させるために必要な循環流は、側通路半径RSKを有する側通路１１が、基準点３から基準点４まで連続的に、後述する側通路１１の溝底を形成するために成形されていることによって、形成される。既に述べた溝通路１６自体は、第１の開口１３から側通路１１の基準点５における終端横断面ASKまで燃料の供給横断面を連続的に変化させる。終端横断面ASKは側通路半径RSKを記入して、ハッチングで示されている。溝通路１６の幾何形状は一面では内部半径RINによって、かつ他面では角度範囲ψ+に沿って変化する溝通路幅BNKに沿った回転点１４からの先細り半径rVによって規定される。有利には先細り半径rVは溝通路中心線LNKに沿って、基準点７から基準点５まで、z投影平面上で、関数：
rV=（r5-r7）（φ-φ7）/（φ5-φ7）+r7
に従って一次関数的に変化する。
溝通路１６の内部半径RINは有利にはRIN=rV-（RM-RSK）に選ばれる。第１の開口１３と側通路１１との間の移行範囲において流入横断面を溝通路１６によって連続的に変化させることによって、圧力が一様に形成され、気泡が下流側の脱ガス孔２３内に迅速にかつ確実に排出される。脱ガス孔２３はほぼ５°〜３０°の第３の角度ψ＊だけ、先細り端部５から離れて配置されており、その際図示のように、脱ガス孔２３は溝通路１６の下流側で側通路１１の内部を延びている。
図２は図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線に沿った３つの断面を示す。内部半径RINは、第４の基準点４、第６の基準点６及び第７の基準点７を通る断面Ａ−Ａにおける溝通路横断面ANKと外側通路横断面AAKとから成る全側通路横断面AGSKが図１の側通路１１の終端横断面ASKのほぼ２倍になるように、定められる。断面Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃから分かるように、側通路横断面は第１の角度ψに沿って減少している。この減少は有利にはほとんど一次関数的に、若しくはわずかに累進的に、行われ、その際図１の第５の基準点５においてほぼ側通路１１の終端横断面ASKになっている。側通路をこのように形成することによって、一面では、外側通路１７が連続的に内側に向かって延び、したがって形成される循環流が著しく阻害されることはない。他面において、気泡が溝通路横断面ANKの減少によって迅速に除去され、若しくは迅速に脱ガス孔２３に運ばれる。更に、損失を生ぜしめる逆流が回避される。図２の３つの前後に配置された横断面に示されているように、溝通路１６の第１の溝底２４が外側通路１７の第２の溝底２５に連続的に移行して、側通路１１の共通の一様な第３の溝底２６を形成することによって、流動損失の回避が補助される。この移行は鎖線で示した溝通路中心線LNKによって明らかにされている。溝通路１６の内部半径RINはこの溝通路中心線LNKに沿って連続的に減少している。
図３は図１の断面平面Ｄ−Ｄに沿った断面を示す。吸い込み通路２７は第１の開口１３内に開口しており、その際吸い込み通路２７は回転羽根３０の軸方向に延びる回転軸線２９に対して斜めに向けられている。第１の開口１３は側通路１１内に流入する矢印３１で示した燃料のための入口２８を形成している。燃料は回転羽根３０に向かって斜めに流れ、衝撃がわずかで、損失が減少せしめられる。回転軸線２９に対する吸い込み通路２７の傾斜角度αは特に次のように、すなわち第２の基準点２が第１の基準点１によって表されている側通路始点に対して図１の第２の角度ψ2だけ後ろにずらされているように、定められている。この燃料３１の斜めの流入は有利には、やはり適合した角度βだけ回転軸線２９に対して傾斜している回転羽根３０を使用することによって、利用される。内部半径RINの変化する始点の、基準点７を通る溝通路中心線LNKに沿った経過線３２によって示されているように、流入する燃料のための幾何形状の連続的な移行は丸みのある移行部３３によっても達成される。更に吸い込み蓋１０のこの幾何形状は、向き合って配置されている羽根室の間の分離ウェブのところで絞られない流動が行われる詳細に説明しなかった２流の渦流式ポンプのために、特に適している。この場合、吸い込み通路２７内への入口２８と回転羽根入口縁３４との間の間隔HSが、第１の開口１３の開口半径RSのほぼ1.3倍〜2.8倍の大きさであると、有利である。このような寸法にすると、燃料３１の流入の際の衝撃損失が極めてわずかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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