(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投入された金属材料（１０）を第１の加熱手段（１１１）により溶解して溶湯（２０）とする溶解室（１１０）と、
前記溶解室（１１０）に連通し、前記溶解室（１１０）から流入した前記溶湯（２０）を第２の加熱手段（１２１）によって所定温度に調整し保持する保持室（１２０）とを備える溶解保持炉であって、
前記溶解室（１１０）の床面（１１３）は、前記保持室（１２０）側に向けて下側に傾斜するように形成されており、
前記溶湯（２０）は、傾斜する前記床面（１１３）を介して前記溶解室（１１０）から前記保持室（１２０）に導入されるようになっており、
前記金属材料（１０）の溶解過程で生成されて内部にガス気泡を伴うドロス（１１）は、前記床面（１１３）に溜まるようになっており、
前記ドロス（１１）に対して、所定形態のエネルギーを付与して脱泡促進を図るエネルギー付与手段を備え、
前記所定形態のエネルギーは、熱エネルギーであり、
前記エネルギー付与手段は、前記溶解室（１１０）の床面（１１３）内部、あるいは前記床面（１１３）の外側に設けられて、溶解された前記溶湯（２０）よりも高い温度に加熱された作動流体を流通させる流体流路部（１６１）であることを特徴とする溶解保持炉。
【請求項２】
前記作動流体の加熱は、電気ヒータ（１６１ａ）によって行なわれることを特徴とする請求項１に記載の溶解保持炉。
【請求項３】
前記作動流体の加熱は、前記溶解室（１１０）の熱によって行なわれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶解保持炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造機へ供給するために、金属材料を溶解し、溶湯として保持する溶解保持炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、加熱手段によって金属材料を溶解して溶湯とする溶解室と、溶解室から流入した溶湯を所定温度に調整して保持する保持室と、保持室の溶湯を鋳造機へ汲み出す汲出室とを備え、汲出室の湯面高さに基づいて、加熱手段の出力が制御されるようにした溶解保持炉制御装置が知られている。
【特許文献１】特開２００５−７６９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような溶解保持炉制御装置においては、溶解室での金属材料の溶解過程でドロス（溶解金属と金属酸化物とガス気泡とが混濁した状態のもの）の生成を伴うことになるが、このドロスに対しては、広い炉内空間を確保してドロスを溜め、炉内空間の熱によって成り行きでドロスの脱泡を行なうようにしているので、炉の小型化を図るのが困難であった。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、積極的なドロスの脱泡を可能とする溶解保持炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００６】
請求項１に記載の発明では、投入された金属材料（１０）を第１の加熱手段（１１１）により溶解して溶湯（２０）とする溶解室（１１０）と、
溶解室（１１０）に連通し、溶解室（１１０）から流入した溶湯（２０）を第２の加熱手段（１２１）によって所定温度に調整し保持する保持室（１２０）とを備える溶解保持炉において、
溶解室（１１０）の床面（１１３）は、保持室（１２０）側に向けて下側に傾斜するように形成されており、
溶湯（２０）は、傾斜する床面（１１３）を介して溶解室（１１０）から保持室（１２０）に導入されるようになっており、
金属材料（１０）の溶解過程で生成されて内部にガス気泡を伴うドロス（１１）は、床面（１１３）に溜まるようになっており、
ドロス（１１）に対して、所定形態のエネルギーを付与して脱泡促進を図るエネルギー付与手段を備え、
所定形態のエネルギーは、熱エネルギーであり、
エネルギー付与手段は、溶解室（１１０）の床面（１１３）内部、あるいは床面（１１３）の外側に設けられて、溶解された溶湯（２０）よりも高い温度に加熱された作動流体を流通させる流体流路部（１６１）であることを特徴としている。
【０００７】
これにより、ドロス（１１）における金属材料（１０）の流動性を高めることができるので、内部のガス気泡同士を合体させて浮力を増加させ、ドロス（１１）に対して積極的に脱泡させることができる。そして、脱泡せることでドロス（１１）自体を縮小させることができるので、ドロス（１１）を溜めておく空間を小さくでき、溶解保持炉（１０１）の小型化を図ることができる。また、金属材料（１０）の流動性を高めることで、この金属材料（１０）をドロス（１１）から分離させて保持室（１２０）側に流入させることができるので、ドロス（１１）として廃却する分を減少させて材料ロスを低減することができる。
【００１０】
また、流体流路部（１６１）がドロス（１１）あるいは溶湯（２０）と直接触れないようにすることができるので、耐久性に優れ、容易にドロス（１１）の脱泡を可能とするエネルギー付与手段とすることができる。
【００１１】
請求項１に記載の発明における作動流体の加熱にあたっては、請求項２に記載の発明のように、電気ヒータ（１６１ａ）を用いることができる。あるいは、請求項３に記載の発明のように、溶解室（１１０）の熱を利用したものとしても良い。
【００２１】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１、図２は、第１実施形態における溶解保持炉制御装置１００の概略構造を示す断面図である。図１に示すように、溶解保持炉制御装置１００は、図示しない次工程の鋳造機に溶解された溶湯を供給する装置であり、溶解保持炉１０１、湯面高さ検出器１４０、バーナ制御部１５０、およびガス配管１６１等を備えている。
【００２４】
溶解保持炉１０１は、金属材料１０が投入され、当該金属材料１０を溶解して溶湯とする溶解室１１０と、この溶解室１１０から連通して、溶解された溶湯を所定温度に保温・保持する保持室１２０と、この保持室１２０から連通して、図示しない鋳造機に供給するために溶湯を汲み出す汲出室１３０とにより構成されている。溶解室１１０、保持室１２０、および汲出室１３０は、例えば、セラミック耐火材と、このセラミック耐火材の外側を覆う断熱材を用いて形成されている。
【００２５】
溶解室１１０は、上側で開口する材料投入口１１２を備え、下側となる床面１１３は、後述する保持室１２０側に向けて下側に傾斜するように形成されている。溶解室１１０は、第１の加熱手段としての直火式の溶解バーナ１１１を備えており、材料投入口１１２から定期的あるいは必要に応じて投入される金属材料１０を溶解バーナ１１１により溶解させると共に（溶解温度は例えば５８０℃）、溶湯２０として傾斜する床面１１３を介して当該溶解室１１０から保持室１２０に導入するようになっている。
【００２６】
上記第１の加熱手段は、直下式のガスバーナである溶解バーナ１１１に限定されるものではなく、電気式ヒータであっても良い。しかしながら、コストの点および応答性の点から直下式のガスバーナである溶解バーナ１１１を用いることが好ましい。
【００２７】
ここで、金属材料１０としては、特に限定されるものではないが、本実施形態においては、アルミダイカスト製品の製造に用いられるアルミニウム若しくはアルミニウム合金を用いるものとしている。それ以外にも、金属材料１０として亜鉛やマグネシウム等を用いることができる。尚、使用される金属材料１０は、新材としてのインゴットに加えて、鋳造機から回収されるリターン材（鋳造品におけるランナー等の余剰部分）を含んでいる。
【００２８】
保持室１２０は、上部に第２の加熱手段として直火式の保持バーナ１２１を備えており、当該保持室１２０内の下部に貯留された溶湯２０を、保持バーナ１２１により加熱して、所定温度に昇温調整し高温（例えば７５０℃）保持する。第２の加熱手段は、上記第１の加熱手段と同様に、直火式のガスバーナである保持バーナ１２１に限定されるものではなく、電気式ヒータであっても良い。しかしながら、コストの点及び応答性の点から直火式のガスバーナである保持バーナ１２１を用いることが好ましい。
【００２９】
保持室１２０と汲出室１３０との間には、隔壁１２２が設けられ、当該隔壁１２２に設けられた連通孔１２３を介して、保持室１２０内の溶湯２０が汲出室１３０に導入されるようになっている。
【００３０】
汲出室１３０は、溶湯２０を汲み出すために上側が開放された溶湯汲出口１３１を備えており、当該溶湯汲出口１３１から図示しないラドル等の溶湯汲出手段によって溶湯２０が汲出室１３０の外部に汲み出され、鋳造機に供給されて、金属鋳造品が製造される。
【００３１】
また、汲出室１３０には、溶湯２０の湯面高さを検出して、湯面高さ信号を後述するバーナ制御部１５０に出力する湯面高さ検出器１４０が所定位置に設置されている。湯面高さ検出器１４０は、例えばレーザ変位計と反射鏡とを備え、溶湯２０の湯面高さを非接触で検出するようになっている。
【００３２】
バーナ制御部１５０は、溶解バーナ１１１の制御手段であり、上記湯面高さ検出器１４０からの湯面高さ信号に基づいて、溶解バーナ１１１の燃焼出力を制御するようになっている。バーナ制御部１５０は、燃料（ガス）と混合する空気量を調整することで燃焼出力を制御するようにしている。
【００３３】
ガス配管（本発明の流体流路部に対応）１６１は、溶解室１１０で溶解される金属材料１０から生成されるドロス１１に熱エネルギーを付与するエネルギー付与手段を成すものであり、一端側が溶解室１１０の外周壁に螺旋状に巻かれると共に、他端側が床面１１３の内部（セラミック耐火材部）で蛇行（図２）するように配設されている。蛇行された先端側は、保持室１２０内に接続されている（図示省略）。そして、ガス配管１６１途中の床面１１３近傍には、ガス配管１６１の外表面に当接する電気ヒータ１６１ａが設けられている。尚、ドロス１１というのは、溶解する過程の金属材料１０（溶解金属）と、溶解時に生成される金属酸化物と、例えばリターン材の表面に付着していた有機物（鋳造工程における射出潤滑剤や離型剤等）が高温下でガス化したガス気泡とが混濁したものである。ドロス１１は、次工程における鋳造品の品質欠陥をもたらすものとなる。
【００３４】
ガス配管１６１の内部には作動流体としての空気が、一端側から他端側に向けて流通するようになっており、溶解室１１０における熱および、電気ヒータ１６１ａの熱によって、内部の空気が加熱されるようになっている。この空気の加熱温度は、溶解室１１０における金属材料１０の溶解温度（例えば５８０℃）よりも高い温度となるようになっている。
【００３５】
次に、溶解保持炉制御装置１００の作動について説明する。
【００３６】
材料投入口１１２から投入される金属材料１０は、溶解バーナ１１１によって溶解され、溶湯２０となって床面１１３の傾斜に沿って保持室１２０に流れ込む。保持室１２０では、保持バーナ１２１によって溶湯２０の温度が所定温度に保持される。そして、溶湯２０は、汲出室１３０から汲出されて、鋳造機へ供給される。
【００３７】
汲出室１３０では、湯面高さ検出器１４０によって溶湯２０の湯面が常時検出されており、バーナ制御部１５０は、湯面高さ検出器１４０からの湯面高さ信号に応じて、溶解バーナ１１１の燃焼出力を制御する。つまり、湯面高さが予め定めた設定湯面高さ（所定湯面高さ）よりも低くなると、バーナ制御部１５０は、溶解バーナ１１１の燃焼出力を高くして、積極的に金属材料１０を溶解して、保持室１２０における溶湯２０の量を設定湯面高さに近づくようにする。金属材料１０の投入量が少ない場合は、材料投入口１１２から金属材料１０が投入さる。逆に、湯面高さが設定湯面高さよりも高くなると、バーナ制御部１５０は、溶解バーナ１１１の燃焼出力を低くして、保持室１２０における溶湯２０の量を設定湯面高さに抑制する。
【００３８】
ここで、金属材料１０の溶解時に生成されるドロス１１は、ガス配管１６１を流通する高温空気によって脱泡されることになる。即ち、溶解保持炉１０１の運転中においては、ガス配管１６１に空気が流通するように作動されており、また、電気ヒータ１６１ａが作動されている。ガス配管１６１内の空気は、溶解室１１０から伝達される熱、および電気ヒータ１６１ａの熱によって溶解される金属材料１０よりも高温となるように加熱される。そして、金属材料１０の溶解と共に床面１１３に溜まり始めるドロス１１は、ガス配管１６１内の高温空気からの熱伝達によって積極的に加熱される。ドロス１１を加熱した空気は、ガス配管１６１の他端側から保持室１２０内に供給され、溶湯２０の温度保持のための熱源として使用される。
【００３９】
このように溶解保持炉１０１において、熱エネルギーを用いたエネルギー付与手段（ガス配管１６１、電気ヒータ１６１ａ）を設け、ドロス１１を積極的に加熱することにより、ドロス１１における金属材料１０の流動性を高めることができるので、内部のガス気泡同士を合体させて浮力を増加させ、ドロス１１に対して積極的に脱泡させることができる。そして、脱泡せることでドロス１１自体を縮小させることができるので、ドロス１１を溜めておく空間を小さくでき、ひいては溶解保持炉１０１（溶解保持炉制御装置１００）の小型化を図ることができる。尚、脱泡によって縮小されたドロス１１は、定期間隔ごとに作業員によって溶解保持炉１０１から排出除去（清掃）される。
【００４０】
また、金属材料１０の流動性を高めることで、この金属材料１０をドロス１１から分離させて保持室１２０側に流入させることができるので、ドロス１１として廃却する分を減少させて材料ロスを低減することができる。
【００４１】
尚、上記の第１実施形態においては、ガス配管１６１における空気の加熱は、電気ヒータ１６１ａの熱、あるいは溶解室１１０の熱のいずれか一方のみを用いるようにしたものとしても良い。
【００４２】
また、ガス配管１６１は、一端側と他端側とを接続して閉回路状にして、内部を空気が循環するようにしたものとしても良い。
【００４３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図３〜図５に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、熱エネルギーによるエネルギー付与手段の構成を変更したものである。尚、図３、図４中で第１実施形態と同一の構成に対しては同一の符号を付し、詳細説明は割愛する。
【００４４】
ここでは、溶解バーナ１１１の溶解室１１０側となる近傍に回動作動する板状の可動翼１６２を設けている。可動翼１６２は、床面１１３と対向する天井部に回動中心部を備え、板面がこの天井部に沿う通常設定位置（図３）と、溶解された金属材料１０が流れる床面１１３の上側の空間を塞ぐ制御位置（図４）との間を回動するように形成されている。
【００４５】
そして、可動翼１６２は、可動翼制御部１６２ａによって回動制御されるようにしている。可動翼制御部１６２ａには、湯面高さ検出器１４０からの湯面高さ信号が入力され、また、バーナ制御部１５０には、上記湯面高さ信号が可動翼制御部１６２ａを介して入力されるようにしている。
【００４６】
本第２実施形態においては、図５に示す制御フローに基づいて、湯面高さ信号に応じてバーナ制御部１５０によって溶解バーナ１１１の燃焼出力が制御される中で、燃焼出力が低い側に制御される時に、可動翼１６２が制御位置に制御されてドロス１１の脱泡がなされるようにしている。
【００４７】
即ち、図５の制御フローのステップＳ１００において、可動翼制御部１６２ａは、湯面高さ検出器１４０の湯面高さ信号から、湯面高さが設定湯面高さよりも高いか否かを判定し、高い（溶湯２０が充分保持されている）と判定すると、ステップＳ１１０で、溶解バーナ１１１の燃焼出力を調整する。具体的には、金属材料１０の溶解を不要とすると共に、可変翼１６２の耐熱温度以下となるように、燃焼空気比を上げて、燃焼出力を下げる。
【００４８】
そして、ステップＳ１２０で可動翼１６２を通常設定位置（図３）から制御位置（図４）へ回動させる。この時、溶解バーナ１１１の火炎は、可動翼１６２に遮られて金属材料１０側への到達（図４中の二点鎖線矢印）が阻止されると共に、可動翼１６２に直接当たることにより反転して（図４中の実践矢印）床面１１３に溜まるドロス１１に向けられる。よって、ドロス１１は、溶解バーナ１１１の火炎によって、積極的に加熱されることになり、上記第１実施形態と同様に脱泡される。
【００４９】
そして、ステップＳ１２０、Ｓ１３０で所定時間経過するまで、または設定湯面高さ以下になるまで、可動翼１６２の制御位置が保持され、所定時間を過ぎると、または設定湯面高さ以下になると、ステップＳ１４０で可動翼１６２が通常設定位置に戻されると共に、燃焼空気比が戻される。
【００５０】
このように、本第２実施形態では可動翼１６２を設けると共に、溶湯２０の湯面高さが設定湯面高さ以上に確保されている場合に溶解バーナ１１１を流用することでドロス１１の加熱が可能となり、加熱源の増設を不要としてドロス１１の脱泡が可能となる。また、可動翼１６２の耐熱性を考慮して、溶解バーナ１１１の燃焼出力を調整するようにしているので、可変翼１６２の耐久性を向上させることができる。
【００５１】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図６に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、熱エネルギーによるエネルギー付与手段の構成を変更したものである。尚、図６中で第１実施形態と同一の構成に対しては同一の符号を付し、詳細説明は割愛する。
【００５２】
ここでは、床面１１３と対向する天井部で、溶解バーナ１１１の保持室１２０側となる近傍に第３の加熱手段としてのサブバーナ１６３を設けている。サブバーナ１６３の火炎は、床面１１３に溜まるドロス１１に向けられるようにしている。
【００５３】
サブバーナ１６３の作動は、常時オン、あるいは溶解バーナ１１１の燃焼出力が上げられるタイミング（金属材料１０を溶解するタイミング）でのオン、あるいは予め定めた時間インターバルでのオン等とすることができる。
【００５４】
このようなサブバーナ１６３により、床面１１３に溜まるドロス１１を直接加熱することが可能となり、ドロス１１の脱泡が可能となる。
【００５５】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図７に示す。第４実施形態は、上記第１実施形態に対して、熱エネルギーによるエネルギー付与手段の構成を変更したものである。尚、図７中で第１実施形態と同一の構成に対しては同一の符号を付し、詳細説明は割愛する。
【００５６】
ここでは、床面１１３に敷設ヒータ１６４を設け、また床面１１３に対向する天井部に上部ヒータ１６４ａを設けたものとしている。敷設ヒータ１６４、および上部ヒータ１６４ａの作動タイミングは、上記第３実施形態のサブバーナ１６３と同様に設定することができる。
【００５７】
これにより、床面１１３に溜まるドロス１１を直接加熱することが可能となり、ドロス１１の脱泡が可能となる。
【００５８】
尚、上部ヒータ１６４ａは、敷設ヒータ１６４の加熱能力に応じて廃止するようにしても良い。
【００５９】
（参考例）
本発明の参考例を図８に示す。参考例は、上記第１実施形態に対して、熱エネルギーによるエネルギー付与手段の構成を変更したものである。尚、図８中で第１実施形態と同一の構成に対しては同一の符号を付し、詳細説明は割愛する。
【００６０】
ここでは、床面１１３に高床部１６５を設けたものとしている。高床部１６５は、床面１１３との間に空間を形成すると共に、自身の上側面に溶解した金属材料１０を受け止めて、保持室１２０側に流動させるものとしている。保持室１２０からの排熱は図８中の破線矢印のように、保持室１２０側から高床部１６５の下側および上側を通って溶解室１１０の材料投入口１１２から抜けるようにしている。
【００６１】
これにより、保持室１２０の排熱を活用して効果的にドロス１１を加熱することが可能となり、ドロス１１の脱泡が可能となる。
【００６２】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図９、図１０に示す。第５実施形態は、上記第１実施形態に対して、ドロス１１に対するエネルギー付与手段として運動エネルギーを用いたものとしている。尚、図９、図１０中で第１実施形態と同一の構成に対しては同一の符号を付し、詳細説明は割愛する。
【００６３】
ここでは、エネルギー付与手段はインナーバイブレータ（本発明の振動手段に対応）１７１を採用している。インナーバイブレータ１７１は、駆動部１７１ａと、この駆動部１７１ａに接続されて複数に分岐した棒状の振動部１７１ｂとを備えている。駆動部１７１ａは溶解保持炉１０１の外部に配設されており、また、振動部１７１ｂは溶解保持炉１０１の内部で床面１１３から所定距離離れて中空状態となって、複数の各振動部１７１ｂが溶解室１１０側から保持室１２０側に並ぶように配設されている。振動部１７１ｂは、駆動部１７１ａからの駆動力に伴い、棒状の径方向（図１０の矢印方向）に振動するようになっている。
【００６４】
本第５実施形態においては、駆動部１７１ａの作動により振動部１７１ｂが振動し、生成されるドロス１１に対して、振動を加える。ドロス１１は、振動部１７１ｂによって加振されることで、金属材料１０の流動性が高められて、内部のガス気泡同士が合体され、ガス気泡の浮力増加に伴い脱泡が促進される。
【００６５】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図１１に示す。第６実施形態は、上記第５実施形態に対して、運動エネルギーによるエネルギー付与手段の構成を変更したものである。尚、図１１中で第１実施形態と同一の構成に対しては同一の符号を付し、詳細説明は割愛する。
【００６６】
ここでは、エネルギー付与手段は敷設バイブレータ１７２を採用している。敷設バイブレータ１７２は、外観が板状に形成された振動手段であり、床面１１３の上側に沿うように配設されている。金属材料１０の溶解時に生成されるドロス１１は、この敷設バイブレータ１７２の上側面に乗り上げるようになっている。
【００６７】
これにより、敷設バイブレータ１７２によって、上記第５実施形態と同様にドロス１１を加振させることができ、ドロス１１の脱泡が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態における溶解保持炉制御装置の概略構造を示す断面図である。
【図２】図１におけるＡ方向から見た矢視図である。
【図３】本発明の第２実施形態における溶解保持炉制御装置の概略構造を示す断面図である（可動翼通常設定位置）。
【図４】本発明の第２実施形態における溶解保持炉制御装置の概略構造を示す断面図である（可動翼制御位置）。
【図５】本発明の第２実施形態における可動翼の制御内容を示す制御フローチャートである。
【図６】本発明の第３実施形態における溶解保持炉制御装置の概略構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態における溶解保持炉制御装置の概略構造を示す断面図である。
【図８】本発明の参考例における溶解保持炉制御装置の概略構造を示す断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態における溶解保持炉制御装置の概略構造を示す断面図である。
【図１０】図９におけるＢ方向から見た矢視図である。
【図１１】本発明の第６実施形態における溶解保持炉制御装置の概略構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０  金属材料
１１  ドロス
２０  溶湯
１００  溶解保持炉制御装置
１０１  溶解保持炉
１１０  溶解室
１１１  溶解バーナ
１１３  床面
１２０  保持室
１２１  保持バーナ
１６１  ガス配管（エネルギー付与手段、流体流路部）
１６１ａ  電気ヒータ
１６２  可変翼（エネルギー付与手段）
１６３  サブバーナ（エネルギー付与手段、第３の加熱手段）
１６４  敷設ヒータ（エネルギー付与手段）
１６５  高床部（エネルギー付与手段）
１７１  インナーバイブレータ（エネルギー付与手段、振動手段）
１７２  敷設バイブレータ（エネルギー付与手段、振動手段）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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