(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内において所定の軸線を中心として回転自在に支持されたタービンと、前記ハウジング内において前記タービンのノズル部に配設された複数のノズルベーンと、複数のレバープレートを介して前記複数のノズルベーンに連結され該ノズルベーンを開位置と閉位置との間で連続的に同期させて動作させるために前記ハウジング内において前記タービンの回転軸線を中心として回動自在に設けられたリンクプレートと、前記ハウジングの外部に設けられ伝達機構を介して前記リンクプレートに連結されたアクチュエータとを具備し前記ノズルベーンの開度を調節可能にした可変ターボチャージャにおいて、前記ノズル部が前記タービンの回転軸方向に互いに離間配置されたマウントプレートと、環状のサイドプレートとにより形成されており、前記マウントプレートは前記ハウジングに対して固定され、前記サイドプレートは前記ハウジング内に形成されたサイドプレート受承凹部内で軸方向に移動可能に配設されており、前記可変ターボチャージャは、前記サイドプレートを前記マウントプレート側に押圧する押圧手段と、前記サイドプレートの前記マウントプレートへ向かう軸方向の動作を限定する限定手段とを具備し、前記サイドプレート受承凹部は、断面が前記タービンの回転軸線を中心とする概ね円形を呈していると共に、その内周部に前記サイドプレートの背面へ向けて軸方向に突出する環状突起部を有しており、前記押圧手段が、前記サイドプレートの背面と前記環状突起部との間に配設され、前記環状突起部に嵌合、固定されたスプリングプレートであることを特徴とする可変ターボチャージャ。
【請求項２】
ハウジング内において所定の軸線を中心として回転自在に支持されたタービンと、前記ハウジング内において前記タービンのノズル部に配設された複数のノズルベーンと、複数のレバープレートを介して前記複数のノズルベーンに連結され該ノズルベーンを開位置と閉位置との間で連続的に同期させて動作させるために前記ハウジング内において前記タービンの回転軸線を中心として回動自在に設けられたリンクプレートと、前記ハウジングの外部に設けられ伝達機構を介して前記リンクプレートに連結されたアクチュエータとを具備し前記ノズルベーンの開度を調節可能にした可変ターボチャージャにおいて、前記ノズル部が前記タービンの回転軸方向に互いに離間配置されたマウントプレートと、環状のサイドプレートとにより形成されており、前記マウントプレートは前記ハウジングに対して固定され、前記サイドプレートは前記ハウジング内に形成されたサイドプレート受承凹部内で軸方向に移動可能に配設されており、前記可変ターボチャージャは、前記サイドプレートを前記マウントプレート側に押圧する押圧手段と、前記サイドプレートの前記マウントプレートへ向かう軸方向の動作を限定する限定手段とを具備し、前記押圧手段が、前記サイドプレートの背面と前記サイドプレート受承凹部との間に形成される圧力室であり、前記サイドプレート受承凹部は、その内周部に前記サイドプレートの背面へ向けて軸方向に突出して、前記サイドプレートの背面に接している環状突起部を有していると共に、前記環状突起部外周の、前記サイドプレートの背面位置に、環状のシール部材を配設していることを特徴とする可変ターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変ターボチャージャに関し、特に、可変ターボチャージャのノズルベーンを動作させるアクチュエータの変位をノズルベーンに伝達する伝達機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の出力増強を図る手段として、内燃機関からの排気ガスでタービンを回転し、タービンと同軸上に設けられたコンプレッサで内燃機関に供給する空気を加圧するターボチャージャは有効であり、既に様々の内燃機関に装着されている。ところが、内燃機関の機関回転数により排気ガスの流量が異なるので、実際に内燃機関から供給される排ガス流量と、ターボチャージャの最適な作動条件に合致した排ガス流量との間で不一致を生ずる。この不一致を補償し、ターボチャージャの性能を充分に発揮するために、内燃機関の作動状態に応じて、ターボチャージャのタービン車室内の排ガスの流れを調整きるようにした可変ターボチャージャが開発されている。
【０００３】
こうした可変ターボチャージャでは、ハウジング内のタービンのノズル部に複数のノズルベーンが配設される。図８に従来技術による可変ターボチャージャのタービンノズル部の部分拡大断面図を示す。
【０００４】
図７において、タービン２２８は、その回転軸２３２が該可変ターボチャージャの主ハウジング内の軸受に回転自在に支持されている。内燃機関からの排気ガスは、該可変ターボチャージャの吸気ポートからハウジング２２０内に導入され、ハウジング２２０内に画成されているスクロール通路２２６、および、タービン２２８への入口を形成するノズル部２１０を経てタービン２２８に供給される。タービン２２８に供給された排気ガスは、該タービン２２８を駆動した後に排気ポートから排出される。
【０００５】
ノズル部２１０は、ハウジング２２０に固定されたマウントプレート２０２と、マウントプレート２０２に対設されたサイドプレート２０６とにより画成され、両者間に複数のノズルベーン２０４が周方向に等間隔に配設されている。サイドプレート２０６は、該サイドプレート２０６を貫通する支持ボルト２０８によりマウントプレート２０２に固定されている。一方、ノズルベーン２０４は、その軸部２０４ａを有しており、該軸部２０４ａにより開位置と閉位置との間で回動自在にマウントプレート２０２に取り付けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、サイドプレート２０６は、支持ボルト２０８で固定された状況下で供給される排ガスの熱により加熱され熱変形するので、図８においてノズルベーン２０４とサイドプレート２０６との間に隙間を設けることで、ノズルベーン２０４の回動時の固着、スティックを防止し、円滑に動作できるようにしている。このため、従来技術による可変ターボチャージャでは、スクロール通路２２６へ供給された排ガスの一部が、ノズルベーン２０４とサイドプレート２０６との間の隙間から、ノズルベーン２０４の間の流路を迂回してタービン２２８へ供給されている。このように、従来技術ではノズルベーン２０４の間の流路を通過しないでタービン２２８へ供給される排ガスのために、可変ターボチャージャの効率が低下する問題がある。
【０００７】
本発明は、こうした従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、ノズルベーンの間の流路を迂回してタービンへ供給される排ガスを可及的に低減または除去することを目的としている。また本発明は、ノズル部を迂回してサイドプレートの背面からタービンへ供給される排ガスを可及的に低減することにも有効である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、ハウジング内において所定の軸線を中心として回転自在に支持されたタービンと、前記ハウジング内において前記タービンのノズル部に配設された複数のノズルベーンと、複数のレバープレートを介して前記複数のノズルベーンに連結され該ノズルベーンを開位置と閉位置との間で連続的に同期させて動作させるために前記ハウジング内において前記タービンの回転軸線を中心として回動自在に設けられたリンクプレートと、前記ハウジングの外部に設けられ伝達機構を介して前記リンクプレートに連結されたアクチュエータとを具備し前記ノズルベーンの開度を調節可能にした可変ターボチャージャにおいて、前記ノズル部が前記タービンの回転軸方向に互いに離間配置されたマウントプレートと、環状のサイドプレートとにより形成されており、前記マウントプレートは前記ハウジングに対して固定され、前記サイドプレートは前記ハウジング内に形成されたサイドプレート受承凹部内で軸方向に移動可能に配設されており、前記可変ターボチャージャは、前記サイドプレートを前記マウントプレート側に押圧する押圧手段と、前記サイドプレートの前記マウントプレートへ向かう軸方向の動作を限定する限定手段とを具備し、前記サイドプレート受承凹部は、断面が前記タービンの回転軸線を中心とする概ね円形を呈していると共に、その内周部に前記サイドプレートの背面へ向けて軸方向に突出する環状突起部を有しており、前記押圧手段が、前記サイドプレートの背面と前記環状突起部との間に配設され、前記環状突起部に嵌合、固定されたスプリングプレートであることを要旨とする。
請求項２に記載の本発明は、ハウジング内において所定の軸線を中心として回転自在に支持されたタービンと、前記ハウジング内において前記タービンのノズル部に配設された複数のノズルベーンと、複数のレバープレートを介して前記複数のノズルベーンに連結され該ノズルベーンを開位置と閉位置との間で連続的に同期させて動作させるために前記ハウジング内において前記タービンの回転軸線を中心として回動自在に設けられたリンクプレートと、前記ハウジングの外部に設けられ伝達機構を介して前記リンクプレートに連結されたアクチュエータとを具備し前記ノズルベーンの開度を調節可能にした可変ターボチャージャにおいて、前記ノズル部が前記タービンの回転軸方向に互いに離間配置されたマウントプレートと、環状のサイドプレートとにより形成されており、前記マウントプレートは前記ハウジングに対して固定され、前記サイドプレートは前記ハウジング内に形成されたサイドプレート受承凹部内で軸方向に移動可能に配設されており、前記可変ターボチャージャは、前記サイドプレートを前記マウントプレート側に押圧する押圧手段と、前記サイドプレートの前記マウントプレートへ向かう軸方向の動作を限定する限定手段とを具備し、前記押圧手段が、前記サイドプレートの背面と前記サイドプレート受承凹部との間に形成される圧力室であり、前記サイドプレート受承凹部は、その内周部に前記サイドプレートの背面へ向けて軸方向に突出して、前記サイドプレートの背面に接している環状突起部を有していると共に、前記環状突起部外周の、前記サイドプレートの背面位置に、環状のシール部材を配設していることを要旨とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
先ず、図１を参照すると、本発明を適用する可変ターボチャージャ１０の外観が図示されている。可変ターボチャージャ１０は、タービンハウジング２０と、コンプレッサハウジング４０と、タービンハウジング２０およびコンプレッサハウジング４０の間の主ハウジング３０とから成るハウジングを含んでいる。タービンハウジング２０は吸気ポート２２と排気ポート２４とを含み、コンプレッサハウジング４０は吸込ポート４４と吐出ポート４２とを含む。
【００１０】
前記ハウジング２０、３０、４０の外部には、後述するノズルベーンを駆動するためのアクチュエータ５０が配設されている。アクチュエータ５０は、空圧、特に、該可変ターボチャージャ１０が取り付けられる内燃機関（図示せず）の吸気負圧を利用してロッド５２を前後に往復動作させるアクチュエータである。
【００１１】
次に、図２を参照すると、回転軸３２が主ハウジング３０に回転自在に支持されており、タービンハウジング２０内には、回転軸３２の一端に取り付けられたタービン２８が配設されている。回転軸３２の他端には、コンプレッサハウジング４０内に配設されたコンプレッサインペラ（図示せず）が取り付けられていることは言うまでもない。前記内燃機関からの排気ガスは、吸気ポート２２からタービンハウジング２０内に導入され、タービンハウジング２０内に画成されているスクロール通路２６、および、タービン２８への入口を形成するノズル部１００を経てタービン２８に供給される。タービン２８に供給された排気ガスは、該タービン２８を駆動した後に排気ポート２４から排出される。
【００１２】
ノズル部１００は、タービンハウジング２０に固定されたマウントプレート１０２と、マウントプレート１０２に対して軸方向に対設されたサイドプレート１０６とにより画成され、両者間に複数のノズルベーン１０４が周方向に等間隔に配設されている。サイドプレート１０６は、タービン２８の中心軸線に垂直な平面内で半径方向に拡がる環状の部材であり、タービンハウジング２０内に形成されたサイドプレート受承凹部２０ａ内において軸方向に移動可能に配設されている。ノズル部１００には、マウントプレート１０２へ向かうサイドプレート１０６の軸方向の動作を限定するための限定手段として、複数の支持ボルト１０８が周方向に等間隔で配設されている。
【００１３】
既述したように従来技術では、サイドプレート１０６の熱変形を考慮して、サイドプレート１０６とノズルベーン１０４の間には隙間が設けられている。本実施形態では、以下に詳細に後述するように、サイドプレート１０６の外径とサイドプレート受承凹部２０ａの内径の寸法差は、サイドプレート１０６の軸方向への移動を許容する限度で可及的に小さくなっており、かつ、サイドプレート１０６をノズルベーン１０４の間の隙間が実質的に０（零）となっている。
【００１４】
また、サイドプレート１０６とタービンハウジング２０の間には押圧手段としてのスプリングプレート１１６が配設されている。スプリングプレート１１６は、タービン２８の中心軸線に概ね垂直な平面内にある環状部１１６ａと、該フランジ部１１６ａの内縁部から軸方向にタービン２８側に延びる円筒状の取付部１１６ｂとを有している。スプリングプレート１１６は、環状部１１６ａをサイドプレート１０６の背面、つまり、サイドプレート１０６においてノズル部１００の反対側の側面に当接している。取付部１１６ｂは、サイドプレート受承凹部２０ａの内周部においてサイドプレート１０６へ向けて軸方向に突き出した環状の突起部２０ｂに嵌合、取り付けられる。
【００１５】
ノズルベーン１０４は、その基端部に軸部１０４ａを有しており、該軸部１０４ａにより開位置と閉位置との間で回動自在にマウントプレート１０２に取り付けられている。ノズルベーン１０４の各々の軸部１４ａの先端１０４ｂは、マウントプレート１０２を軸方向に貫通して、複数のレバープレート１１４（図３、４参照）の各々に連結されている。レバープレート１１４の各々は、前記軸部１０４ａの先端部１０４ｂを受承する通孔１１４ｂと、該通孔１１４ｂの反対側に形成されたボスまたは軸部１１４ａとを有している。
【００１６】
マウントプレート１０２においてノズル部１００の反対側には円筒形状のボス部１０２ａが形成されており、該ボス部１０２ａに環状のリンクプレート１１２（図５参照）が、タービン２８の回転軸線を中心として回動自在に取り付けられる。リンクプレート１１２は、レバープレート１１４の軸部１１４ａを受承するために、リンクプレート１１２の周縁部には周方向に等間隔で配置された長穴１１２ｄを有している。更に、リンクプレート１１２は、同一平面内で一方の側部に台形状に突き出した延長部１１２ａを有しており、該延長部１１２ａは、その先端に二股に分岐した一対の係合腕部１１２ｃを有しており、一対の係合腕部１１２ｃの間に矩形の受承凹部１１２ｂが形成される。
【００１７】
本実施形態による可変ターボチャージャ１０は、更に、前記アクチュエータ５０の動作をリンクプレート１１２に伝達するための伝達機構を具備している。該伝達機構は、アクチュエータ５０のロッド５２、ピン５０ａを介してロッド５２の先端部に連結されたリンク部材５４（図１参照）、該リンク部材５４に連結された揺動部材１２０（図２、６参照）、揺動部材１２０とリンクプレート１１２の間に配設され、該伝達機構とリンクプレート１１２との間の係合部を形成するローラ部材１４０および駒１３０を含んでいる。
【００１８】
図６を参照すると、揺動部材１２０は、揺動腕１２２と、揺動腕１２２の一方の端面から所定の軸線Ｏに沿って延設されタービンハウジング２０にスリーブ１１８を介して回転自在に支持される軸部１２４と、軸部１２４の先端に同軸に設けられリンク部材５４に対して相対動作しないように連結される連結部１２８と、揺動腕１２２において軸部１２４の反対側の端面から軸部１２４と平行に延設されたピン部１２６とを含んで成る。揺動部材１２０は、金属材料、例えばステンレス鋼、好ましくはオーステナイト系ステンレス鋼から一体的に形成することができる。また、揺動部材１２０は、揺動腕１２２、軸部１２４と、連結部１２８と、ピン部１２６を個別に形成して互いに溶接しても良い。
【００１９】
駒１３０は、互いに平行に離間配置された一対の平板部１３２と、一対の平板１３２の間に設けられ平板部１３２を連結する中央部１３４とを有している。一対の平板部１３２の間にはリンクプレート１１２の係合腕部１１２ｃを受承する周溝１３６が形成される。また、駒１３０は、その一側から半径方向内側に中央部１３４を含んで切り欠かれた欠切部１３８を有しており、その対向する両側面が互いに平行な摺動面を形成している。欠切部１３８は、図８に示すように、伝達機構を組み立てたときに、揺動部材１２０のピン部１２６に取り付けられるローラ部材１４０を受承し、前記係合部を形成する。駒１３０は、金属材料、例えばオーステナイト系ステンレス鋼から形成することができる。
【００２０】
ローラ部材１４０は、ピン部１２６の外径よりも僅かに大きな内径の中心孔１４２を有する概ね円筒形状に形成されており、駒１３０の摺動面１３８ａの間隔よりも僅かに小さな外径を有している。ローラ部材１４０は、金属材料、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼から形成することができる。
【００２１】
以下、本実施形態の作用を説明する。
内燃機関が作動すると、その回転数やアクセル開度に応じて吸気負圧が生じアクチュエータ５０が作動する。ロッド５２は、前記吸気負圧の大きさに対応して、その軸方向に前進後退（図１において右左に移動）する。ロッド５２が動作すると、リンク部材５４は、それに応じて揺動部材１２０の軸部１２４を中心として回動する。図１を参照すると、実線で示すリンク部材５４は、停止部材５６の上側のボルト５６ａに当接しており、このときノズルベーン１０４は最も大きなノズル開度を与える開位置にある。内燃機関の回転数が低く、また、アクセル開度も小さいときには、アクチュエータ５０はロッド５２を後退させる。ロッド５２が最も後退すると、リンク部材５４は一点鎖線で示すように停止部材５６の下側のボルト５６ｂに当接する位置に移動し、このとき、ノズルベーン１０４は最も小さなノズル開度を与える位置にある。
【００２２】
こうして、ロッド５２の直線動作はリンク部材５４を介して、揺動部材１２０の揺動動作に変換され、揺動部材１２０のピン部１２６が軸部１２２の軸線Ｏを中心とする円弧上を移動する。このとき、ピン部１２６およびローラ部材１４０は、駒１３０の欠切部１３８内において、ローラ部材１４０と摺動面１３８ａとの間で駒１３０に対して相対的に図６の位置関係で上下方向、つまり、タービン２８の回転軸線方向に摺動しながら、リンクプレート１１２をタービン２８の回転軸線を中心としてマウントプレート１０２のボス部１０２ａの外周面に沿って回動させる。リンクプレート１１２が回動すると、リンクプレート１１２に連結されているレバープレート１１４が、ノズルベーン１０４の軸部１０４ａを中心としてノズルベーン１０４と共に回動し、ノズルベーン１０４が、その開位置と閉位置との間で動作する。
【００２３】
既述したように、従来技術ではサイドプレート１０６の熱変形を考慮して、サイドプレート１０６とノズルベーン１０４の間には隙間が設けられている。そのために、従来技術では、本来スクロール通路２６からノズルベーン１０４の間の流路へ全量流れるべき排ガスの一部が、サイドプレート１０６とノズルベーン１０４の間から、つまりノズルベーン１０４が形成する流路を迂回してタービン２８へ供給されており、これが、可変ターボチャージャ１０の効率を低下させる１つの原因となっている。
従来技術では、サイドプレート２０６がマウントプレート２０２に対して支持ボルト２０８により固定されているので、サイドプレート２０６の温度が上昇したときの熱変形を逃がすために、サイドプレート２０６とノズルベーン２０４との間に隙間を設けなければならないのである。一方、排ガスの一部はサイドプレートの外周面とサイドプレート受承凹部の内周面の間から、サイドプレートの外側または背面、つまりサイドプレートの主ハウジング３０側の側面に沿って流通しノズル部１００を迂回してタービン２８へ供給されており、これも、可変ターボチャージャ１０の効率を低下させる原因のひとつとなっている。従来技術では、この迂回する排ガスを少なくすることは困難な状況にあった。
【００２４】
これに対して本実施形態では、サイドプレート１０６は、タービンハウジング２０のサイドプレート受承凹部２０ａ内において軸方向に移動可能に配設されると共に、スプリングプレート１１６により支持ボルト１０８へ向けて押圧することにより、サイドプレート１０６を位置決めしている。従って、サイドプレート１０６は、サイドプレート受承凹部２０ａにより半径方向に拘束されていても軸方向へは移動することができる。そのために、サイドプレート１０６の熱変形はサイドプレート１０６の軸方向の移動として吸収されるので、サイドプレート１０６とノズルベーン１０４との間の隙間を実質的に除去することが可能となる。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、その精神と範囲から逸脱することなく種々の変更、変形が可能であることは当業者の当然とするとことろである。
【００２６】
既述の実施形態では、従来技術のように、サイドプレート２０６を支持ボルト２０８によりマウントプレート２０２に対して固定するのではなく（図８参照）、サイドプレート１０６を軸方向に移動可能な状態でマウントプレート１０２に対して位置決めすることにより、サイドプレート１０６の熱変形を軸方向の移動により吸収するようになっている。そのために、サイドプレート１０６は、サイドプレート受承凹部２０ａに嵌合させることにより半径方向に拘束すると共に、スプリングプレート１１６により支持ボルト１０８へ押圧することにより軸方向に拘束することにより、サイドプレート１０６をマウントプレート１０２に対して位置決めしている。サイドプレート１０６は、軸方向へは単にスプリングプレート１１６により支持ボルト１０８へ押圧しているだけであるので、サイドプレート１０６の熱変形はサイドプレート１０６の軸方向の移動により吸収される。
【００２７】
このサイドプレート１０６を支持ボルト１０８へ押圧するための押圧手段としては、図２に示すスプリングプレート１１６に限定されない。要は、サイドプレート１０６の軸方向への移動を許容しながら支持ボルト１０８へ押圧できる手段であればよい。
【００２８】
図７を参照すると、本発明の第２の実施形態が図示されている。図７の実施形態では、押圧手段以外の構成は既述の実施形態と同様であるので、その構成に関する説明は省略し相違点のみを説明する。また、図７において、既述の実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【００２９】
図７において、タービンハウジング２０のサイドプレート受承凹部２０ａは、サイドプレート１０６と共に押圧手段としての圧力室１５０を形成している。すなわち、図７の実施形態では、環状突起部１５０ａが図２の実施形態による環状突起部２０ｂと比較して軸方向に実質的に長く形成されており、サイドプレート１０６の背面に接している。既述した図２の実施形態と同様に、図７の実施形態においても、サイドプレート受承凹部２０の内径と、サイドプレート１０６外径との寸法差は、サイドプレート１０６の軸方向への移動を許容する限度で可及的に小さくなっているが、この隙間からの排ガスのリークは完全には防止されずに、圧力室内の圧力がノズル部１００の圧力よりも高くなる。従って、サイドプレート１０６は、図２の実施形態と同様に支持ボルト１０８へ押圧される。圧力室１５０内の圧力を更に高めるために環状突起部１５０ａとサイドプレート１０６の背面との間に環状のシール部材１５２を配設してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する可変ターボチャージャの外観側面図である。
【図２】第１の実施形態のタービン車室部分の断面図である。
【図３】図１の可変ターボチャージャの一部を破断して示す正面図である。
【図４】図３の部分拡大図であり、アクチュエータの動作をリンクプレートに伝達する伝達機構と、リンクプレートとの間の係合部を示す図である。
【図５】リンクプレートの平面図である。
【図６】アクチュエータの動作をリンクプレートに伝達する伝達機構の分解図である。
【図７】第２の実施形態におけるタービン車室部分の断面図である。
【図８】従来技術によるノズル部の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１０…可変ターボチャージャ
５０…アクチュエータ
５２…ロッド
５４…リンク部材
１０４…ノズルベーン
１０６…サイドプレート
１１２…リンクプレート
１１６…スプリングプレート
１１４…レバープレート
１２０…揺動部材
１３０…駒
１４０…ローラ部材
１５０…圧力室
【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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