(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造における押湯の構造であって、押湯のキャビティー部を成型後、該押湯のキャビティー部より小さい押湯スリーブを挿入し、押湯のキャビティー部の下部に押湯スリーブの下端外周のみを嵌合係止するとともに、その他の押湯のキャビティー部と押湯スリーブの外面の間に空気層を形成したことを特徴とする押湯の構造。
【請求項２】
請求項１記載の押湯の構造において、押湯のキャビティー部の下部に嵌合係止する押湯スリーブの下端外周に凹凸又は凸の突起を設けたことを特徴とする押湯の構造。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】  本発明は、鋳造において用いる押湯の構造に関するものである。目的とするところは、簡単な押湯の構造で従来技術よりも高い保温性能を有する押湯効果の大きい押湯の構造を提供することである。
【背景技術】
【０００２】  鋳造においては、製品部の健全性を高めるため製品部の適宜の個所に押湯を設け、押湯から製品部の凝固収縮を補給することが行われており、一般的には製品部の上部に設ける揚り押湯や側面に設けるサイド押湯が用いられている。しかし、これらはいずれの場合も押湯のキャビティー部に充填された溶湯の押湯と鋳型が直接接触するため、冷却が速く押湯効果の時間が短い。すなわち押湯効果が小さい。そのため、押湯が大きくならざるをえず、鋳造歩留りが低くなる。【０００３】  これらの押湯で効果が不十分な場合には、溶湯の保温性を確保するために発熱性又は保温性の高い特殊材料を使用した押湯スリーブが用いられている。これらは高価であるばかりでなく、その特殊材料の残留物が鋳型砂に混入することで、砂特性が劣化したり、鋳物製品の欠陥を誘発するなどの問題になっている。押湯スリーブは、造型時に模型に設置されて鋳型に埋設されて用いられる場合と、造型後に押湯のキャビティー部に挿入して用いられる場合があるが、いずれの場合も問題は同じである。【０００４】  従来技術の事例を図９及び図１０に示す。図９は、製品部２の上部に揚り押湯６を設けた鋳型の状態を示す。本事例では、溶湯が押湯のキャビティー部１に充填されると、押湯６と鋳型が直接接触するため、伝熱作用で押湯の外面は速やかに冷却されて押湯全体の冷却が促進される。そのため押湯効果が小さく、大きな押湯が必要である。本事例では押湯を製品部の上部に設ける揚り押湯について示したが、サイド押湯の場合も状況は全く同じである。【０００５】  図１０は、押湯効果を高めるために発熱性又は保温性の高い特殊材料を使用した押湯スリーブが用いられている事例である。この場合には、押湯のキャビティー部１に押湯スリーブ３が挿入されており、押湯６の保温性は高めることはできるが、押湯スリーブ３の外面は押湯のキャビティー部１に接しているので、その熱は鋳型へ伝達され易い。また、特殊材料なので高価であるとともに、残留物が鋳型砂に混入して砂特性の劣化や製品欠陥の原因ともなる。【０００６】  これらの問題点を解決するために、本発明者は先に実用新案第３１７２６０１号として、従来の押湯スリーブの外面に凹部を設けることで押湯のキャビティーと押湯スリーブの接触面積を減らした保温性の高い押湯スリーブを考案登録している。しかしこれでも押湯スリーブの外面の形状は基本的に押湯のキャビティー部と同じであるので、接触面が多く保温性が不十分であった。そこでこの考案を発展させたさらに保温性の高い押湯の構造を発明した。【０００７】
【特許文献１】特開昭５４−１６０５１７
【特許文献２】特開平０６−２９７０８１
【特許文献３】特開昭６３−２０２４６０
【特許文献４】特開昭６３−２０２４５９
【特許文献４】実用新案第３１７２６０１号
【発明がが解決しようとする課題】
【０００８】  上記のような従来技術の問題点を整理すると次のようになる。一つは、押湯と鋳型が直接接するので冷却が速く押湯の保温性が低い。そのため、押湯効果が小さく大きな押湯が必要である。もうひとつは、溶湯の保温性を確保するために発熱性又は保温性の高い特殊材料を使用した押湯スリーブを用いる場合は、高価であるとともに、残留物が鋳型砂に混入して砂特性の劣化や製品欠陥の原因となる。
【０００９】  上記のような問題点に鑑み、本発明では、簡単な押湯の構造で従来技術よりも高い保温性能を有する押湯効果の大きい押湯の構造を提供することを目的とするものである。これには押湯スリーブを用いるが、基本的には従来のような特殊材料は用いず、鋳型砂に残留して混入しても問題がない材料を用いた押湯の構造を提供する。あるいは、特殊材料を用いる場合でも、従来やり格段に少ない量で従来と同等以上の効果が得られる押湯の構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】（手段１）
鋳造における押湯の構造であって、押湯のキャビティー部を成型後、該押湯のキャビティー部より小さい押湯スリーブを挿入し、押湯のキャビティー部の下部に押湯スリーブの下部の外周を嵌合係止するとともに、その他の押湯のキャビティー部と押湯スリーブの外面の間に断熱層を形成したことを特徴とする押湯の構造である。
【００１１】  本手段に用いる鋳型は主として砂型について説明するが、金型でも同じように可能である。また、押湯の種類は揚り押湯でもサイド押湯でも適用できる。押湯スリーブの材質については手段７に記載したような材質で押湯の形状を保てるものであればいずれも可能である。嵌合係止とは、挿入した押湯スリーブが押湯のキャビティー部にしっかりと固定されて緩まない状態を意味する。断熱層とは、押湯の熱が鋳型へ伝導するのを阻止する効果の高い、鋳型あるいは押湯スリーブよりも熱伝導率が小さい物質の層を意味する。その最も簡便なものとして本発明では、特に空気層と発泡樹脂を用いた。また、木、布、珪藻土などもその中に気泡を含んでおり、熱伝導率が小さく断熱層とみなすことができる。
【００１２】（手段２）
手段１記載の押湯の構造において、断熱層が空気層であることを特徴とする押湯の構造である。ここで空気層とは、押湯のキャビティー部に最初から存在する空気のみを意味するのではなく、溶湯が押湯のキャビティー部に充填された後に鋳型や押湯スリーブから発生するガスも含むものとする。
【００１３】（手段３）
手段１記載の押湯の構造において、断熱層が発泡樹脂であることを特徴とする押湯の構造である。発泡樹脂は中に多量の気泡を含んでおり、その気泡量は発泡度で表示されるが、いずれの発泡度でも可能である。適宜の強度を有し、できるだけ発泡度の高いものが気泡量が多いので断熱性が高くかつ安価である。
【００１４】（手段４）
手段１乃至３記載の押湯の構造において、押湯スリーブの内面あるいは内外面に、押湯スリーブの材質よりも熱伝導率が小さい物質又は発熱性の物質を、塗型するあるいは成型して装填したことを特徴とする押湯の構造である。
【００１５】（手段５）
手段１乃至４記載の押湯の構造において、押湯のキャビティー部の下部に嵌合係止する押湯スリーブの下部の外周に凹凸又は凸の突起を設けて嵌合の緊密度を高めたことを特徴とする押湯の構造である。凹凸又は凸の突起形状については実施例において詳細に説明する。
【００１６】（手段６）
手段１乃至５記載の押湯の構造において、押湯スリーブの外面に補強リブを設けたことを特徴とする押湯の構造である。
【００１７】（手段７）
手段１乃至６記載の押湯の構造において、押湯スリーブの材質として、砂、紙、パルプ材、発熱材、保温材の１つ以上を用いたことを特徴とする押湯の構造である。各材質の適用方法については、次の作用の項で詳細に説明する。
【作用】
【００１８】  手段１では、押湯のキャビティー部の下部に押湯スリーブの下部の外周を嵌合係止するとともに、その他の押湯のキャビティー部と押湯スリーブの外面の間に断熱層を形成した。これによって、押湯と押湯スリーブの内面は直接接触するが、押湯スリーブと押湯のキャビティー部の鋳型は直接接触することがなくなり、冷却速度は大幅に遅くなり、押湯スリーブの保温性が高まり押湯効果の時間が延びる。この結果、押湯を小さくすることができ、鋳造歩留りが向上する。
【００１９】  手段２では、その断熱層として空気層を用いた。押湯のキャビティー部を成型後、該押湯のキャビティー部より小さい押湯スリーブを挿入しているので、押湯のキャビティー部と押湯スリーブの外面の間に隙間ができ、この部分の空気層を断熱に用いる。つまり、従来技術では押湯又は押湯スリーブと鋳型が直接接触していたが、本手段では空気層が存在することで、断熱性が高まり、その結果押湯の冷却が大幅に遅くなり、押湯スリーブの保温性が高まり押湯効果が大きくなる。ちなみに、湿潤した鋳型砂と空気の熱伝導率は、それぞれ２．７ｗ／ｍｋ及び０．０２５ｗ／ｍｋで、空気の熱伝導率は鋳型砂に比べて格段に小さく、断熱効果が極めて大きいことがわかる。
【００２０】  手段３では、断熱層として発泡樹脂を用いた。周知のように発泡樹脂は断熱材として住宅の断熱材他で広く用いられており、安価でかつその中に含まれている気泡によって断熱効果の大きな材料である。また押湯スリーブの外形状に合せて簡単に成型が可能である。本手段では、発泡樹脂を押湯スリーブの外面に被せて用いた。なお、発泡樹脂の外面を押湯のキャビティー部よりも小さくすることで、その隙間に空気層を形成させることもできる。
【００２１】  手段４では、押湯スリーブの内面あるいは内外面に、押湯スリーブの材質よりも熱伝導率の小さい物質又は発熱性の物質を、塗型するあるいは成型して装填したことで、押湯スリーブ内面は押湯と直接接触せずその冷却速度を遅くすることができる。また、外面も断熱性が高まって冷却速度が遅くなり、押湯スリーブの保温効果が向上する。また、発熱性の物質は、これが溶湯による熱で発熱して押湯スリーブの保温効果がさらに向上する。発熱材は鋳型に混入しても影響が少ないものを使用する。
【００２２】  手段５では、押湯のキャビティー部の下部に嵌合係止する押湯スリーブの下部の外周に凹凸又は凸の突起を設けて嵌合の緊密度を高めた。挿入式の押湯スリーブを用いる場合、押湯スリーブは上型に挿入されるので、鋳型の搬送中の衝撃などによって緩んだり落下したりすることが起こる。その改善策として、押湯スリーブの下部の外周に凹凸又は凸の突起を設けて嵌合の緊密度を高めた。これによって、挿入式の押湯スリーブを安定して用いることができる。
【００２３】  手段６では、押湯スリーブの外面に補強リブを設けたので、押湯スリーブの肉厚を溶湯の熱及び圧力に耐えうる最小限の厚さにすることができる。すなわち、肉厚が減少することで押湯スリーブの熱容量が小さくなり、押湯と押湯スリーブ内面の直接接触による押湯の冷却作用を低減することができる。これによって、押湯スリーブの保温性が高まる。
【００２４】  手段７として、押湯スリーブの材質として、砂、紙、パルプ材、発熱材、保温材の１つ以上を用いた。一般的には、鋳型砂と同じ砂を用いたシェル鋳型、自硬性鋳型などが最も安価でかつ、残留して混入しても問題がなく好ましい。また、一般的な紙も適宜の厚さで充填された溶湯の押湯の形状を保てるものであれば適用可能である。さらに、パルプ材に合成樹脂などを含浸させたものも押湯の形状を保てるものであれば同様に適用可能である。これらを複数組合せると、その間にまた空気層が形成され断熱効果を高める作用が生れる。
【００２５】  また、手段７では従来から押湯スリーブによく用いられてきた発熱材、保温材なども適用することができる。この場合には、高価であり、かつ残留して混入すると鋳型特性が劣化するあるいは製品欠陥が生じるなどの問題点があるので、本発明による保温効果によって押湯スリーブの厚さを極力薄くして最小限の少量使用とすることができる。これは押湯のキャビティー部と押湯スリーブの外面の間に断熱層を形成させたことによる効果である。
【実施例１】
【００２６】  手段１、２及び７を用いた実施例１において本発明を詳細に説明する。図１は本発明の実施例１を示す押湯の構造の断面図である。押湯のキャビティー部１は製品部２の上部に造型されており、これに押湯のキャビティー部１より小さな押湯スリーブ３が挿入されている。押湯スリーブの下部１１の外周４は押湯のキャビティー部１の下部に嵌合係止されている。【００２７】  押湯スリーブは、押湯スリーブの下部の外周４以外は押湯のキャビティー部１より小さいので、当然その間に隙間が生じ、そこに空気層５ができる。本発明では、この空気層５を断熱層として利用するのである。これが従来の押湯の構造と全く異なる点である。すなわち、従来技術の押湯の構造では、例えば前述の図９のように、押湯６と押湯のキャビティー部１の鋳型が直接接触しているので、熱伝導性が高く押湯６の冷却が促進されて押湯効果が小さかった。また、押湯スリーブを利用した図１０の場合も、押湯スリーブの外面８と押湯キャビティー１が接触しているので熱伝導性が高く、押湯６の冷却が促進されて押湯効果が小さかった。【００２８】  これに対し本発明では、押湯６と押湯スリーブの内面７は接しているが、押湯スリーブの外面８と押湯のキャビティー部１の間には隙間が存在し、空気層５があるので断熱効果が極めて大きい。その結果、押湯スリーブの保温性が高まることで押湯６の冷却は大幅に遅くなり、押湯６の効果時間が延びる。すなわち、押湯効果が格段に高まり、押湯６を小さくすることができる。なお、押湯６と押湯スリーブの内面７の接触による押湯６の冷却を防ぐために、押湯スリーブ３の厚さを強度が許す限り極力薄くして、すなわち熱容量を小さくして押湯６の熱が押湯スリーブ３によって奪われることを防ぐようにする。【００２９】  ちなみに、湿潤した鋳型砂と空気の熱伝導率は、それぞれ２．７ｗ／ｍｋ及び０．０２５ｗ／ｍｋで、空気の熱伝導率は鋳型砂に比べて格段に小さく、断熱効果が大きいことがわかる。この空気層５を押湯６の断熱層として有効に利用するものである。空気層５の厚みは大きいほど断熱効果は大きいが、押湯６の大きさに応じて適宜な厚さとする。なお、本発明の効果が得られる最小の空気層の厚さはほぼ０．５ｍｍ以上である。【００３０】  押湯スリーブ３の材質は、砂、紙、パルプ材、発熱材、保温材などを用いることができる。通常は鋳型砂と同じ砂を用いたシェル鋳型、自硬性鋳型などが鋳型砂と同材質で安価であり、かつ残留して混入しても問題がなく最も好ましい。また、一般的な紙も熱伝導率は０．０６Ｗ／ｍｋで断熱性が高く、押湯スリーブとして、適宜の厚さであれば押湯の熱に対しでも押湯形状を保てて適用可能である。さらに、パルプ材に合成樹脂などを含浸させたものも同様に適用可能である。紙、パルプ材などは複数枚を積層して用いると、各層の間に空気層ができて断熱効果が高くなり、高機能の押湯スリーブとなる。この簡便な材料として段ボール材なども有効である。【００３１】  上記の押湯スリーブの材質は、１つあるいは複数で用いる。複数の場合は、コストは上がるが、各押湯スリーブの間に空気層が形成され、さらに断熱性が高められる。【００３２】  また、従来から押湯スリーブによく用いられてきたア���ミ粉末とニッケル粉末などの発熱材、熱伝導性の低い材料、例えば珪藻土、シラスバルーンなどを用いた保温材なども本発明に適用することができる。この場合には、高価であり、かつ残留して混入すると鋳型特性が劣化する場合には、本発明の効果を利用して、押湯スリーブの厚さを極力薄くして最小限の少量使用とすることができる。
【実施例２】
【００３３】  図２に同じく手段１、２及び６を用いた実施例２を示す。図２（ａ）は押湯スリーブ３の外観図であって、図２（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。押湯スリーブ３の外面８に軸方向の突起９が数本設けられている。これは押湯スリーブ３の肉厚を薄くしたときに、溶湯の熱と圧力で破損することがないように設けた補強リブである。これによって、押湯スリーブ３の肉厚を極力薄くして押湯６の温度低下を防ぐことができる。この軸方向の突起９は押湯のキャビティー部１に接触しても、接触しなくてもよい。また、突起形状はこれに限定されるものではなく、適宜の形状、位置、範囲に設けることができる。
【実施例３】
【００３４】  図３は同じく手段１、２、５及び６を用いた実施例３を示す押湯の構造の断面図である。押湯キャビティー部１、製品部２、押湯スリーブ３の構成はほぼ実施例１と同じである。本実施例では、押湯のキャビティー部１の下部が少し広げられ、押湯スリーブの下部の外周４がそれに嵌合係止するようになっている。これによって、押湯スリーブ３の挿入深さが決まり安定した挿入が可能になった。また、押湯スリーブの外面８にいくつかの外面突起１０を設けている。これも実施例２と同じように、押湯スリーブ３を薄くしたときの補強リブである。この突起形状もこれに限定されるものではなく、適宜の形状、位置、範囲に設けることができる。【００３５】  図４は実施例３の押湯スリーブの下部１１のＢ−Ｂ断面を示す図である。図４では手段５を用いて、押湯スリーブの下部１１の外周４にはノコ刃状の凹凸突起１２が設けられている。この凹凸突起１２によって、押湯スリーブの下部の外周４は押湯のキャビティー部１の下部に食い込み、高い緊密度で嵌合係止することができる。【００３６】  また、図５は同じく実施例３の押湯スリーブの下部１１のＢ−Ｂ断面を示す別の一例図である。図５では同じく手段５を用いて、押湯スリーブの下部の外周４には半球状の突起１３が設けられている。この凸突起１３によって、押湯スリーブの下部の外周４は押湯のキャビティー部１の下部に食い込み、高い緊密度で嵌合係止することができる。図３、４、５のような改良によって、押湯スリーブの強度向上及び嵌合係止の緊密度の向上がなされ、本発明の実施がさらに安定して行えるようになった。図４及び図５に示したノコ刃状の凹凸突起１２及び半球状の凸突起１３は押湯スリーブ３の嵌合係止の緊密度を高めるための一例として示したもので、その形状には限定されない。
【実施例４】
【００３７】  図６は手段３を用いた本発明の実施例４を示す押湯の構造の断面図である。押湯のキャビティー部１、製品部２、押湯スリーブ３の構成はほぼ実施例１と同じである。本実施例では、押湯スリーブの外面８に発泡樹脂１４を被せている。つまり、断熱層として発泡樹脂１４を用いたものである。発泡樹脂１４は空気層に比べて断熱性は劣るが、押湯スリーブ３を薄くしたときの補強材としても有効である。なお、発泡樹脂１４の外面を押湯のキャビティー部１よりも小さくすることで、その隙間に手段２の断熱性の空気層を形成させることもできる。【００３８】  また、ある程度の強度を有する発泡樹脂１４を用いたことで、押湯スリーブ３を挿入式だけでなく、押湯スリーブ３を造型前に模型にセットして用いる設置型の押湯スリーブとしても使用可能になり、本発明の適用範囲が広がることでもその効果は大きい。なお、発泡樹脂１４は押湯の大きさによってはその熱によってガス化し易いが、ガス化した場合は、それ自体がガス層、すなわち本発明でいうところの空気層として作用して実施例１と同様な効果を発生する。
【実施例５】
【００３９】  図７は手段４を用いた本発明の実施例５を示す押湯の構造の断面図である。押湯キャビティー部１、製品部２、押湯スリーブ３の構成はほぼ実施例１と同じである。本実施例では、押湯スリーブの内面７に押湯スリーブ３よりも熱伝導率が小さく断熱性が高い物質、例えば珪藻土などの断熱性の塗型１５を施している。これによって、押湯スリーブの内面７は押湯６と直接接触することがなくなり、押湯６の冷却は遅くなり、押湯スリーブ３の保温性が高くなる。断熱性の塗型１５は押湯スリーブの内面７のみでなく、押湯スリーブの外面８に実施するとさらに断熱性が高められる。断熱性の高い塗型としては、シラスバルーンやグラスウール、ロックウォールなども用いることができるが、できるだけ鋳型材と同種類のものが好ましい。【００４０】  また、上記断熱性の高い物質の代わりに、発熱性の物質を塗型することで、溶湯の熱によって発熱しさらに押湯スリーブ３の保温性が向上する。発熱材としては、Ａｌ粉末とＮｉ粉末などの混合金属粉末、あるいは酸化し易い金属粉末と酸化物粉末、酸化促進剤の混合粉末などが有効である。【００４１】  また、上記熱伝導率が小さい物質又は発熱性の物質を砂、粘結材などと混合して成型し、これを押湯スリーブ３の内面又は外面に装填することも塗型するのと同様な効果を得ることができる。
【実施例６】
【００４２】  図８は手段１及び２を用いた本発明の実施例６を示す押湯の構造の断面図である。本実施例では、本発明をサイド押湯に用いた例を説明する。サイド押湯１６は製品部２の側面に設けられており、押湯スリーブ３はそのサイド押湯１６の上部に挿入されて嵌合係止されている。これによって、サイド押湯１６の上部は実施例１と同様に断熱保温されて前記と同様な効果を得ることができる。また、本図のような押湯の上部のみでなく、押湯の下部及び堰部もその形状に合せて成型した本発明を用いた押湯スリーブを同様な方法で設置することができる。あるいは、サイド押湯全体を本発明の押湯スリーブとすることもできる。
【発明の効果】
【００４３】  以上説明した通り、本発明は、押湯のキャビティー部と押湯スリーブの外面の間に空気層や発泡樹脂などの断熱層を形成させることによって、保温効果が大幅に高められて次のような効果が得られた。
１．押湯の保温効果が向上したことで、押湯を小さくすることができた。すなわち、押湯が削減されて鋳造歩留りが向上した。その結果、大幅な省エネルギー効果が得られた。
２．従来の押湯スリーブに使用されていた発熱剤や保温材に比べると保温性は低いが安価な材質、例えば鋳型砂と同じ砂を用いたシェル鋳型、あるいは紙やパルプ材などを、本発明の保温性の高い押湯の構造のスリーブとして用いるもことができるようになった。
３．本発明で押湯スリーブに砂、紙、パルプ材などを用いた場合には、従来の押湯スリーブのような特殊な材料を使用しないので、残留物による鋳型砂の特性劣化や製品欠陥などの問題がなくなった。
４．発熱剤や保温材を用いる場合も、本発明の押湯の構造による高い保温効果によってその使用量を大幅に減らすことができ、原価低減が達成され、また混入する残留物も減少させることができた。
５．押湯スリーブの下部の外周に凹凸又は凸の突起を設けたので、嵌合係止の安定性が向上し、挿入式の押湯スリーブの使用が容易になった。
６．安価な押湯スリーブを提供できたので、多くの鋳物に押湯スリーブを簡便に適用でき、鋳物の健全性確保が容易になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１を示す図である。
【図２】  本発明の実施例２を示す図である。
【図３】  本発明の実施例３を示す図である。
【図４】  本発明の実施例３のＢ−Ｂ断面図の一例である。
【図５】  本発明の実施例３のＢ−Ｂ断面図の別の一例である。
【図６】  本発明の実施例４を示す図である。
【図７】  本発明の実施例５を示す図である。
【図８】  本発明の実施例６を示す図である。
【図９】  従来技術の押湯の構造の一例を示す図である。
【図１０】  従来技術の押湯の構造の別の一例を示す図である。
【符号の説明】  １  押湯のキャビティー部
２  製品部
３  押湯スリーブ
４  押湯スリーブの下部の外周
５  空気層
６  押湯
７  押湯スリーブの内面
８  押湯スリーブの外面
９  軸方向の突起
１０  外面突起
１１  押湯スリーブの下部
１２  ノコ刃状の凹凸突起
１３  半球状の凸突起
１４  発泡樹脂
１５  断熱性の塗型
１６  サイド押湯
【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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