(57)【要約】【課題】安定した品質の燃料電池用改質器を、作業性よく経済的に製造可能な燃料電池用改質器の製造方法を提供する。【解決手段】それぞれ正面視して長方形状の第１、第２の扁平皿形容器１１、１２の周縁に設けられた鍔部１５、１６を仕切り板１７を介して重ね合わせたケーシング１０が複数並べられ、ケーシング１０内には改質材が配置され、しかも第１、第２の扁平皿形容器１１、１２の傾斜部１８〜２１に設けられた接続用配管２２〜２５に連結用配管４４〜４７を接続した燃料電池用改質器の製造方法において、接続用配管２２〜２５の一端部と連結用配管４４〜４７の一端部には、それぞれフランジ２８、４８が設けられ、各フランジ２８、４８を当接させてその各側端の位置を合わせ、位置合わせしたフランジ２８、４８の側端を溶加金属無しで溶接する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ正面視して長方形状の第１、第２の扁平皿形容器の周縁に設けられた鍔部を仕切り板を介して重ね合わせたケーシングが複数並べられ、該ケーシング内には改質材が配置され、しかも前記第１、第２の扁平皿形容器の傾斜部に設けられた接続用配管に連結用配管を接続した燃料電池用改質器の製造方法において、
前記接続用配管の一端部と前記連結用配管の一端部には、それぞれフランジが設けられ、該各フランジを当接させてその各側端の位置を合わせ、該位置合わせしたフランジの側端を溶加金属無しで溶接することを特徴とする燃料電池用改質器の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用改質器の製造方法において、前記第１、第２の扁平皿形容器への前記接続用配管の取付けは、前記第１、第２の扁平皿形容器の傾斜部にバーリング加工を行って、該傾斜部の内面側に前記接続用配管の他端部が嵌入する大きさの筒状部を立設するＡ工程と、
前記筒状部の傾斜に応じて曲げられた前記接続用配管の他端部を前記筒状部に入れて、前記接続用配管の他端部と前記筒状部の先端部の位置を合わせ、該位置合わせした接続用配管の他端部と筒状部の先端部を、溶加金属無しで溶接するＢ工程とを有することを特徴とする燃料電池用改質器の製造方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の燃料電池用改質器の製造方法において、前記溶接は、ＴＩＧ溶接、レーザー溶接、又はプラズマ溶接であることを特徴とする燃料電池用改質器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の改質器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、都市ガス又はＬＰガスの原料ガスから生成させた水素を空気と反応させることにより発電する燃料電池が使用されている。ここで、原料ガスから水素を生成させる装置としては、原料ガスと水を触媒の存在下で反応させて水素を生成させる燃料電池用改質器（以下、単に改質器ともいう）が使用されている。
この燃料電池用改質器には、例えば、特許文献１、２のように、水素を生成させる触媒等を収納する円筒型のケーシングを使用した改質器と、特許文献３、４のように、触媒等を収納した平板型のケーシングを複数並べて配置した改質器がある。なお、本願発明は、後者に関するものであるため、以下、平板型のケーシングを使用した燃料電池用改質器について説明する。
【０００３】
図３（Ａ）に示すように、燃料電池用改質器５０は、改質触媒や酸化触媒が充填された複数のケーシング５１〜６０と、図示しない断熱材、排熱回収用熱交換器、及びヒータとを有している。この複数のケーシング５１〜６０は、隣り合うケーシング５１〜６０の側壁の広面を当接させて一体としており、しかもケーシング５１〜６０は、原料ガス、空気、水、又は変成処理ガスが流れる連結用配管６１〜６９等により、それぞれ接続されている。
このように構成することで、原料ガスを水と触媒下で反応させ、原料ガスを改質して、水素リッチな変成処理ガスを生成できる。なお、変成処理ガスの生成の詳細内容については、前記した特許文献３、４に開示されているため、ここでは省略する。
【０００４】
図３（Ｂ）、図４、図５に示すように、燃料電池用改質器５０を構成する１つのケーシング、例えば、ケーシング５８は、仕切り板７０を中心としてその両側に、周囲に鍔部７１、７２がそれぞれ形成された２つの扁平皿形容器７３、７４が、それぞれの開口部７５、７６を仕切り板７０の表面に向け、鍔部７１、７２を仕切り板７０に当接させた状態で取付けられたものである。この仕切り板７０と各扁平皿形容器７３、７４とで形成される第１、第２の空間部７７、７８の原料ガスの入側と出側には、触媒７９を保持すると共に、この触媒７９を通過する原料ガスの流れを整流化する通気用保持板８０〜８３が設けられている。また、２つの扁平皿形容器７３、７４の上部と下部の傾斜部には、それぞれ連結用配管６５等を接続するための接続用配管８４〜８７が取付けられている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１５１６０７号公報
【特許文献２】特開平９−３０９７０２号公報
【特許文献３】特開２００４−５９３５９号公報
【特許文献４】特開２００７−３２６７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の燃料電池用改質器５０には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
燃料電池用改質器５０の扁平皿形容器７３（扁平皿形容器７４も同様）に取付けられた接続用配管８４と連結用配管６５は、同一の内径と外径を有するものである。このため、接続用配管８４と連結用配管６５を接続する場合、図６（Ａ）に示すように、接続用配管８４としてその端部の内径が拡幅したものを使用し、この部分に連結用配管６５を嵌入させ、更にその接続部分８８にフィラー（溶加金属：ｆｉｌｌｅｒ  ｍｅｔａｌ）を供給しながらＴＩＧ溶接していた。
このようにして、接続部分８８を溶接する場合、溶接箇所は、連結用配管６５の側面と接続用配管８４の先端とで直角状態となり、三次元的な形状となるため、溶接時の作業性が悪く、またフィラーを使用する必要もあり経済的でなかった。
【０００７】
また、上記したように、溶接時にフィラーを使用する場合、溶接箇所が高入熱となるため、例えば、溶接箇所の組織変化に伴って溶接箇所とその周辺部との間に硬度差が発生すると共に、連結用配管６５の内面側が酸化する。このため、接続用配管８４又は連結用配管６５にクラックが発生する恐れがあり、これに伴う手直しも必要となって、安定した品質の燃料電池用改質器５０を製造できない問題もある。
更に、図６（Ｂ）に示すように、扁平皿形容器７３（扁平皿形容器７４についても同様）と接続用配管８４、８５の接続についても、扁平皿形容器７３の傾斜部に貫通孔８９を形成した後、この貫通孔８９に接続用配管８４を挿通し、その接続部分９０を、扁平皿形容器７３の内側からフィラーを供給しながらＴＩＧ溶接していた。このため、上記した場合と同様の問題が生じていた。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、安定した品質の燃料電池用改質器を、作業性よく経済的に製造可能な燃料電池用改質器の製造方法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】
【０００９】
前記目的に沿う本発明に係る燃料電池用改質器の製造方法は、それぞれ正面視して長方形状の第１、第２の扁平皿形容器（偏平皿形容器）の周縁に設けられた鍔部を仕切り板を介して重ね合わせたケーシングが複数並べられ、該ケーシング内には改質材が配置され、しかも前記第１、第２の扁平皿形容器の傾斜部に設けられた接続用配管に連結用配管を接続した燃料電池用改質器の製造方法において、
前記接続用配管の一端部と前記連結用配管の一端部には、それぞれフランジが設けられ、該各フランジを当接させてその各側端の位置を合わせ、該位置合わせしたフランジの側端を溶加金属無しで溶接する。
【００１０】
本発明に係る燃料電池用改質器の製造方法において、前記第１、第２の扁平皿形容器への前記接続用配管の取付けは、前記第１、第２の扁平皿形容器の傾斜部にバーリング加工を行って、該傾斜部の内面側に前記接続用配管の他端部が嵌入する大きさの筒状部を立設するＡ工程と、
前記筒状部の傾斜に応じて曲げられた前記接続用配管の他端部を前記筒状部に入れて、前記接続用配管の他端部と前記筒状部の先端部の位置を合わせ、該位置合わせした接続用配管の他端部と筒状部の先端部を、溶加金属無しで溶接するＢ工程とを有することが好ましい。
【００１１】
本発明に係る燃料電池用改質器の製造方法において、前記溶接は、ＴＩＧ溶接、レーザー溶接、又はプラズマ溶接であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１〜３記載の燃料電池用改質器の製造方法は、接続用配管と連結用配管の各一端部に設けられたフランジを当接させ、位置合わせしたフランジの側端を溶加金属無しで溶接するので、従来のように、三次元的に溶接することなく、二次元的に溶接できる。このため、溶接時の作業性が良好になると共に、フィラーを使用することなく溶接できるため経済的である。なお、溶接は、フランジの側端から行うので、溶接時の溶け込みが、接続用配管と連結用配管の配管自体に及ぼす影響を低減できる。
また、上記したように、溶接時にはフィラーを使用する必要がないので、溶接時に高入熱とならず、溶接箇所とその周辺部との間の硬度差の発生や、酸化の発生を抑制できる。これにより、接続用配管又は連結用配管でのクラックの発生を防止できるので、これに伴う手直しも不要となり、安定した品質の燃料電池用改質器を製造できる。
【００１３】
特に、請求項２記載の燃料電池用改質器の製造方法は、扁平皿形容器の傾斜部にバーリング加工を行って、傾斜部の内面側に接続用配管の他端部が嵌入する大きさの筒状部を立設するＡ工程を有するので、筒状部の先端部（先端面）を同一平面上に配置し、しかも接続用配管の外径に対応した内径を有する円形状に形成できる。
また、筒状部の傾斜に応じて曲げられた接続用配管の他端部を筒状部に入れて、位置合わせした接続用配管の他端部と筒状部の先端部を、溶加金属無しで溶接するＢ工程とを有するので、二次元的に溶接できる。
従って、上記したように、安定した品質の燃料電池用改質器を、作業性よく経済的に製造できる。
【００１４】
請求項３記載の燃料電池用改質器の製造方法は、溶接が、ＴＩＧ溶接、レーザー溶接、又はプラズマ溶接であるので、特別な方法を使用することなく、容易かつ簡易的に溶接できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る燃料電池用改質器の製造方法で製造した燃料電池用改質器のケーシングの正面図、部分側断面図、背面図、図２（Ａ）は同ケーシングの接続用配管と連結用配管の接続部分の側断面図、（Ｂ）は同ケーシングの扁平皿形容器と接続用配管の接続部分の側断面図である。
【００１６】
まず、本発明の一実施の形態に係る燃料電池用改質器の製造方法により製造した燃料電池用改質器について説明した後、本発明の一実施の形態に係る燃料電池用改質器の製造方法について説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る燃料電池用改質器の製造方法により製造する燃料電池用改質器（以下、単に改質器ともいう）は、改質材の一例である触媒（改質触媒又は酸化触媒）が充填されたケーシング１０が複数（例えば、２〜２０個程度）並べられて構成され、原料ガスと水を触媒の存在下で反応させて水素を生成するものである。なお、図１（Ｂ）においては、上記した触媒の図示を省略している。
【００１７】
各ケーシング１０は、それぞれ正面視して角部が丸くなった長方形状の第１、第２の扁平皿形容器１１、１２を有している。
第１、第２の扁平皿形容器１１、１２は、それぞれ容器底部が広面となって上部に開口部１３、１４を有するものであり、開口側周縁には、鍔部１５、１６が設けられている。第１、第２の扁平皿形容器１１、１２に設けられた鍔部１５、１６は、それぞれ扁平皿形容器１１、１２の広面（底面）と平行となるように形成されている。
【００１８】
図１（Ａ）〜（Ｃ）、図２（Ｂ）に示すように、各ケーシング１０は、仕切り板１７を介して、第１、第２の扁平皿形容器１１、１２の鍔部１５、１６を重ね合わせて形成されており、立設した状態の第１の扁平皿形容器１１の上部及び下部には、それぞれ広面から鍔部１５に渡って傾斜部１８、１９が形成され、また、第２の扁平皿形容器１２の上部及び下部にも、それぞれ広面から鍔部１６に渡って傾斜部２０、２１が形成されている。
傾斜部１８〜２１には、それぞれ接続用配管２２〜２５が取付けられている。この接続用配管２２（他の接続用配管２３〜２５も同様）は、その一方側に設けられた第１の扁平皿形容器１１への取付け部（基端部又は他端部）２６が、傾斜部１８の表面に対して直交するように、側面視して「く」字状に屈曲されている。
【００１９】
接続用配管２２の取付け部２６の軸心と、取付け部２６以外の接続部２７の軸心とのなす角θは、各傾斜部１８〜２１の各扁平皿形容器１１、１２の広面（底面）に対する傾斜角度に応じて、例えば、１３０〜１７０度の範囲に曲げられている。
これにより、接続用配管２２の接続部２７を、第１の扁平皿形容器１１の広面と平行に配置できるので、例えば、複数のケーシング１０を隣り合せて配置した場合でも、隣り合うケーシング１０に取付けられた接続用配管同士を、互いに接触させることなく配置でき、燃料電池用改質器をコンパクトにできる。なお、接続用配管２２（他の接続用配管２３〜２５も同様）の先端部（一端部）には、図１（Ａ）〜（Ｃ）、図２（Ａ）に示すように、フランジ２８が設けられている。なお、改質器全体の大きさによっても変わるが、１ｋＷ程度用の改質器の場合、接続用配管２２の外径は８〜１２ｍｍ程度となり、この場合、フランジ２８の外径は、接続用配管２２の接続部２７の外径よりも、例えば、２〜５ｍｍ程度大きくなっており、厚みは、例えば、０．６〜２ｍｍ程度である。
【００２０】
接続用配管２２の取付け部２６は、第１の扁平皿形容器１１の傾斜部１８にバーリング加工を行って取付け部２６が嵌入する大きさに形成した筒状部２９に嵌入されている。この筒状部２９は、傾斜部１８の内面側に、傾斜部１８の表面に対して直交状態で立設されている。なお、筒状部２９の傾斜部１８の内面側への突出高さＨは、例えば、１．５〜３ｍｍ程度である（この突出高さＨの数値は、バーリング径が８〜１２ｍｍの場合の値であり、突出高さＨはバーリング径の大きさによって変わるものである。）。
これにより、筒状部２９に嵌入させた接続用配管２２の取付け部２６の端面３０と、筒状部２９の先端部の端面３１とが、同一平面上に配置されるように位置合わせできる。従って、各端面３０、３１側から平面的（二次元的）にＴＩＧ溶接を行うことで、第１の扁平皿形容器１１に接続用配管２２が取付けられる。なお、他の接続用配管２３〜２５についても同様である。
【００２１】
上記した傾斜部に形成される筒状部は、接続用配管の取付け部の端面と、筒状部の先端部の端面とを位置合わせできるのであれば、傾斜部の表面に対して直交状態とする必要はなく、例えば、直交状態を基準として、−１０度以上＋１０度以下の範囲内で立設させてもよい。
第１、第２の扁平皿形容器１１、１２の広面中央部には、改質触媒や酸化触媒の触媒を装入するための触媒充填口３２、３３が形成されている。
なお、第１の扁平皿形容器１１と第２の扁平皿形容器１２は、後述する細かい形状を除いては、同一形状となっている。
【００２２】
第１、第２の扁平皿形容器１１、１２の鍔部１５、１６の間に、その周縁部３４が挟持されている仕切り板１７は、外周が、第１、第２の扁平皿形容器１１、１２の鍔部１５、１６の外周と同じ、又はそれより僅かに大きくなっており、各扁平皿形容器１１、１２の鍔部１５、１６と仕切り板１７の周縁部３４とが、例えば、溶接により溶着されている。なお、仕切り板１７には、複数の補強用リブ３５〜３７が形成されている。
このように、第１、第２の扁平皿形容器１１、１２の鍔部１５、１６を、仕切り板１７を介して重ね合わせることで、第１の扁平皿形容器１１と仕切り板１７で囲まれる第１の空間部３８と、第２の扁平皿形容器１２と仕切り板１７で囲まれる第２の空間部３９とが形成される。なお、仕切り板１７は、第１、第２の空間部３８、３９間で、伝熱を行う機能も有している。
【００２３】
この第１、第２の空間部３８、３９の上部と下部には、それぞれ第１、第２の空間部３８、３９の幅方向に渡って通気用保持板４０〜４３が配置されている。
この各通気用保持板４０〜４３は、多数の小孔が形成された１枚の金属板、即ちパンチングメタルを折り曲げ成形したものであり、通常４ｍｍ程度の直径を有する球状又は円柱状の触媒を保持すると共に、原料ガスの流れを整流化するものである。
これにより、第１の空間部３８内の仕切り板１７、上下の通気用保持板４０、４１、及び第１の扁平皿形容器１１の底部で囲まれる領域と、第２の空間部３９内の仕切り板１７、上下の通気用保持板４２、４３、及び第２の扁平皿形容器１２の底部で囲まれる領域に、触媒を充填できると共に、接続用配管２２〜２５への触媒の流出を防ぐことができる。更に、通気用保持板４０〜４３の上下の外側部分は、ヘッダーとして働くので、原料ガスを触媒間に均等に流すことができる。
【００２４】
燃料電池用改質器は、以上に示したケーシング１０を複数有し、隣り合うケーシング１０の側壁の広面を当接させて一体としており、しかも各ケーシング１０間は、各ケーシング１０に取付けられた接続用配管２２〜２５に連結用配管４４〜４７を取付けることにより、それぞれ接続されている。なお、各連結用配管４４〜４７の一端部には、接続用配管２２〜２５に設けられたフランジ２８と同一外径のフランジ４８が設けられているので、フランジ２８とフランジ４８の端面を当接させることで、その各側端の位置合わせができる。
従って、各フランジ２８、４８の側端側から平面的にＴＩＧ溶接を行うことで、各接続用配管２２〜２５にそれぞれ連結用配管４４〜４７を取付けることができる。
【００２５】
このように構成することで、水素を生成させるに際しては、連結用配管４４から接続用配管２２を介して第１の空間部３８の上流側に原料ガスを流入させ、第１の空間部３８内の触媒を通過させた後に、接続用配管２３を介して連結用配管４５へ流す。また、連結用配管４７から接続用配管２５を介して第２の空間部３９の上流側に原料ガスを流入させ、第２の空間部３９内の触媒を通過させた後に、接続用配管２４を介して連結用配管４６へ流す。
これにより、原料ガスから燃料電池に使用する水素を生成できる。
【００２６】
続いて、本発明の一実施の形態に係る燃料電池用改質器の製造方法について説明する。
まず、第１、第２の扁平皿形容器１１、１２、仕切り板１７、接続用配管２２〜２５、４つの通気用保持板４０〜４３、及び連結用配管４４〜４７を準備する。
次に、第１の扁平皿形容器１１の傾斜部１８、１９には接続用配管２２、２３を、第２の扁平皿形容器１２の傾斜部２０、２１には接続用配管２４、２５を、それぞれ取付ける。
ここで、各扁平皿形容器１１、１２への接続用配管２２〜２５の取付け方法を、図２（Ｂ）を参照しながら説明する。
【００２７】
第１の扁平皿形容器１１（第２の扁平皿形容器１２も同様）の傾斜部１８（傾斜部１９も同様）にバーリング加工を行って、傾斜部１８の内面側に接続用配管２２の取付け部２６が嵌入する大きさの筒状部２９を形成する。このとき、筒状部２９を、傾斜部１８の表面に対して直交状態に立設する（以上、Ａ工程）。
次に、接続用配管２２の取付け部２６を、筒状部２９の傾斜に応じて屈曲させ、この取付け部２６を筒状部２９に入れて、接続用配管２６の取付け部２６の端面３０と、筒状部２９の先端部の端面３１の位置を、同一平面上に合わせる。そして、フィラー（溶加金属）を使用することなく、各端面３０、３１側から平面的にＴＩＧ溶接を行うことで、第１の扁平皿形容器１１に接続用配管２２を取付ける（以上、Ｂ工程）。
上記した方法で、各接続用配管２２〜２５が取付けられた第１、第２の扁平皿形容器１１、１２の広面の上部及び下部に、各通気用保持板４０〜４３を溶接によりそれぞれ取付ける。
【００２８】
次に、仕切り板１７の両側から、第１、第２の扁平皿形容器１１、１２の開口部１３、１４を向かい合わせた（対向させた）状態で、鍔部１５、１６の表面を仕切り板３７の周縁部３４の表面に当接させる。
このように当接させた各扁平皿形容器１１、１２の鍔部１５、１６と仕切り板１７の周縁部３４とを、例えば、溶接により溶着した後、触媒充填口３２、３３を介して、第１、第２の空間部３８、３９内に、それぞれ触媒を充填し、この触媒充填口３８、３９を塞ぐ。
以上の方法で製造した複数のケーシング１０を、その側壁の広面どうしを合わせて積み重ね、各ケーシング１０間を連結用配管４４〜４７により接続する。
【００２９】
前記したように、各接続用配管２２〜２５の先端部にはフランジ２８が設けられ、各連結用配管４４〜４７の一端部にはフランジ４８が設けられているので、各フランジ２８、４８を当接させてその各側端の位置を合わせる。そして、フィラー（溶加金属）を使用することなく、位置合わせしたフランジ２８、４８の側端側から平面的にＴＩＧ溶接を行う。
これにより、各接続用配管２２〜２５に連結用配管４４〜４７を取付けることができるので、燃料電池用改質器として使用できる。
【００３０】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の燃料電池用改質器の製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、接続用配管と連結用配管との溶接、及び扁平皿形容器と接続用配管との溶接を、ＴＩＧ溶接で行った場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、プラズマ溶接やレーザー溶接で行ってもよい。
そして、前記実施の形態においては、第１、第２の扁平皿形容器に補強用リブを形成しなかったが、勿論形成してもよく、また、仕切り板に形成した補強用リブは、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る燃料電池用改質器の製造方法で製造した燃料電池用改質器のケーシングの正面図、部分側断面図、背面図である。
【図２】（Ａ）は同ケーシングの接続用配管と連結用配管の接続部分の側断面図、（Ｂ）は同ケーシングの扁平皿形容器と接続用配管の接続部分の側断面図である。
【図３】（Ａ）は従来例に係る燃料電池用改質器の斜視図、（Ｂ）は燃料電池用改質器を構成する１つのケーシングの斜視図である。
【図４】同ケーシングの分解斜視図である。
【図５】同ケーシングの使用状態の説明図である。
【図６】（Ａ）は同ケーシングの接続用配管と連結用配管の接続部分の側断面図、（Ｂ）は同ケーシングの扁平皿形容器と接続用配管の接続部分の側断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０：：ケーシング、１１：第１の扁平皿形部材、１２：第２の扁平皿形部材、１３、１４：開口部、１５、１６：鍔部、１７：仕切り板、１８〜２１：傾斜部、２２〜２５：接続用配管、２６：取付け部、２７：接続部、２８：フランジ、２９：筒状部、３０、３１：端面、３２、３３：触媒充填口、３４：周縁部、３５〜３７：補強用リブ、３８：第１の空間部、３９：第２の空間部、４０〜４３：通気用保持板、４４〜４７：連結用配管、４８：フランジ
【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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