(57)【要約】【課題】加熱炉の継続使用によってシール部分に隙間が生じても、炉内温度の低下を抑え、炉内をより均一な温度に維持できる加熱炉を提供する。【解決手段】加熱炉１００は、熱処理対象Ｈを収容して加熱する加熱室１９を備える炉体１０と、炉体１０の加熱室１９を進退移動する台車１３と、炉体１０に設けられ、台車１３が出入りする扉１７と、炉体１０と台車１３とを、または、扉１７と台車１３とを突き当てることにより形成される、路外からの空気の侵入を阻止するために設けられるシール部Ｓと、シール部Ｓを通過して加熱室１９に至る空気の侵入流路に設けられる、空気に対する圧力損失体と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理対象を収容して加熱する加熱室を備える炉体と、
前記炉体の前記加熱室を進退移動する台車と、
前記炉体に設けられ、前記台車が出入りする扉と、
前記炉体と前記台車とを突き当てることにより形成される、炉外からの空気の侵入を阻止するために設けられるシールと、
前記シールを通過して前記加熱室に至る前記空気の侵入流路に設けられる、前記空気に対する圧力損失体と、
を備えることを特徴とする加熱炉。
【請求項２】
前記圧力損失体は、
多孔質体からなり、
内部に形成される空孔を前記空気が通過する過程で、前記加熱室から受けた輻射熱を、前記空気を加熱するエネルギに変換する輻射変換機能を備える、
請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】
前記圧力損失体は、
前記侵入流路を塞ぐように設けられる、
請求項１又は２に記載の加熱炉。
【請求項４】
前記圧力損失体は、
前記侵入流路を空気が流れる向きの、複数個所に設けられる、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の加熱炉。
【請求項５】
前記台車と前記扉とを突き当てることによりシールが形成され、
前記シールを通過する前記空気に対する圧力損失体を、前記扉の内側に備える、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱炉に関し、特に台車式の加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
台車を用いて熱処理対象を炉内に搬入して熱処理を行う加熱炉は、台車が円滑に出入りできるように、台車の幅方向の両縁と炉体の側壁との間に所定の隙間が設けられている。このため、この隙間から熱気が炉外へ逃げてしまい、炉内温度の低下を招くとともに、燃焼効率をも低下させる。特に、炉内の温度が低下すると、目的の温度まで昇温しなければならないので、その分だけエネルギを浪費する。また、隙間から外気が侵入すると、隙間近傍の温度が局部的に低下するため、炉内の温度が不均一となり、熱処理対象の品質のバラツキの要因となる。このため、当該隙間を封止する提案が多くなされている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９３９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、台車の幅方向の両縁と炉体の側壁との間の隙間を封止しても、未だ十分とは言えない。台車式の加熱炉として、台車の先端と炉体の奥側に位置する炉壁とを、隙間なく突き当てることで、加熱炉の奥側にシールを形成するタイプのものがある。しかし、加熱炉を過酷な条件下で継続的に使用すると、台車、炉体を構成する耐火材の劣化により、シール部分に隙間が生じ得ることがある。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、加熱炉の継続使用によってシール部分に隙間が生じても、炉内温度の低下を抑え、炉内をより均一な温度に維持できる加熱炉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】
【０００５】
かかる目的のもとなされた、本発明の加熱炉は、熱処理対象を収容して加熱する加熱室を備える炉体と、炉体の加熱室を進退移動する台車と、炉体に設けられ、台車の進退に対応して開閉される扉と、
炉体と台車とを、または、扉と台車とを突き当てることにより形成される、炉外からの空気の侵入を阻止するために設けられるシールと、シールを通過して加熱室に至る空気の侵入流路に設けられる、空気に対する圧力損失体と、を備えることを特徴とする加熱炉。
本発明の加熱炉によれば、侵入してきた空気が圧力損失体を通過する過程で加熱される。したがって、本発明によれば、炉外からの空気がシールにできた隙間を通って加熱室に侵入しても、加熱室の温度低下を最小限に抑えることができる。よって、常温の空気が侵入する場合に必要な余分なエネルギの消費を抑制できる。また、加熱室の内部の温度を均一に保つことができるので、熱処理対象を目的とする温度に加熱することができる。
なお、圧力損失体は、加熱炉に用いられるものであるから、耐火物、セラミックス、その他の耐熱性を有する材料で構成されることは言うまでもない。
【０００６】
本発明の加熱炉において、圧力損失体を多孔質体から構成することができる。多孔質体からなる圧力損失体は、内部に形成される空孔を空気が通過する過程で、加熱室から受けた輻射熱を、空気を加熱するエネルギに変換する輻射変換機能を備える。
多孔質体からなる輻射変換体を圧力損失体として用いると、空孔を通過する空気の流れを遅くできるので、通過する空気を容易に加熱することができる。
なお、本発明は、圧力損失体として多孔質とはなっていない他の耐熱材料を用いることができることは言うまでもなく、多孔質体と他の耐熱材料とを組み合わせて使用することもできる。
【０００７】
本発明の加熱炉において、圧力損失体は、侵入流路を塞ぐように設けることが、圧力損失という趣旨に則るうえで好ましい。また、本発明の加熱炉において、圧力損失体は、侵入流路を空気が流れる向きの、複数個所に設けることも同様である。
【０００８】
また、本発明の加熱炉は、台車と扉とを突き当てることによりシールが形成され、シールを通過する空気に対する圧力損失体を、扉の内側に備えることが好ましい。
扉の内側に設けることにより、シールの隙間から侵入した空気は、圧力損失体を通過する過程で加熱室の内部の温度近傍まで加熱されてから加熱室に侵入するため、常温の空気が侵入する場合に必要な余分なエネルギの消費を抑制できる。また、加熱室の内部の温度を均一に保つことができるので、熱処理対象を目的とする温度に加熱することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、例えば台車と炉壁が突き当てて形成されるシールに隙間が生じ、炉外からの空気が隙間を通って加熱室に侵入しても、加熱室の温度低下を最小限に抑えることができる。よって、常温の空気が侵入する場合に必要な余分なエネルギの消費を抑制できる。また、加熱室の内部の温度を均一に保つことができるので、熱処理対象を目的とする温度に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る加熱炉を示す図であり、（ａ）は側面から視た断面図、（ｂ）は上面から視た透視図である。
【図２】シール部に隙間が生じる一例を説明するための図である。
【図３】第２実施形態に係る加熱炉を示す図であり、（ａ）は側面から視た断面図、（ｂ）および（ｃ）は、第１圧損体および第２圧損体の設ける位置により得られる効果を説明するための図である。
【図４】第２実施形態に係る変形例を示す図である。
【図５】第３実施形態に係る加熱炉を示す図である。
【図６】扉に輻射変換体を取り付けた加熱炉を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を添付図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
［第１実施形態］
加熱炉１００は、炉体１０と、炉体１０に搬入及び搬出が可能な台車１３と、を備える。加熱炉１００は、台車１３に熱処理の対象となる金属製の部材（以下、熱処理対象Ｈ）を載せて、炉体１０の加熱室１９内で加熱処理を行う。
【００１２】
［炉体１０］
炉体１０は、奥壁１１と、奥壁１１の幅方向の両側に連なる一対の側壁２２と、奥壁１１と対向して設けられる正面２３と、奥壁１１、側壁２２及び正面２３で取り囲まれる加熱室１９を覆う上壁２１と、上壁２１と対向する炉床１２と、から構成される。
炉体１０を構成する上記の各要素は、少なくとも加熱室１９に臨む面側が耐火材から構成される。後述する台車１３も同様である。また、奥壁１１、上壁２１、および、側壁２２には、熱処理対象Ｈを加熱するための熱源（不図示）が設置されている。
炉体１０は、正面２３に扉１７を備え、熱処理対象Ｈを載せた台車１３は、扉１７を開けた正面２３から進退される。
扉１７は、昇降することで開閉されるものであり、台車１３により熱処理対象Ｈを搬入・搬出する際は台車１３が通過できる高さまで昇り、熱処理する際は台車１３のベッド１４に下縁１７ａが接するまで降ろされる。下縁１７ａ及び当該ベッド１４は、当該接触面を介して外部から加熱室１９に空気が侵入するのを防止するのに必要な精度で形成される。
【００１３】
奥壁１１の内壁面１１ｂには、正面２３に向けて突出する階段状のシール面１１ａが形成されている。シール面１１ａは、炉体１０の幅方向の全域に亘って形成されている。
シール面１１ａは、台車１３のシール面１３ａと隙間なく付き合わされることでシール部Ｓを形成し、炉床１２側から外部の空気が加熱室１９に侵入するのを防止する。そのため、シール面１１ａとシール面１３ａは、隙間なく付き合わせられるように、精度よく形成される。
【００１４】
［台車１３］
台車１３は、炉体１０内に熱処理対象Ｈを搬入・搬出できるように、炉床１２の上を炉体１０の奥行方向に進退移動が可能に配置される。
台車１３は、熱処理対象Ｈを載せるベッド１４と、ベッド１４の先端側に設けられる輻射変換体１５と、を備えている。輻射変換体１５は、直方体状の外観を有し、ベッド１４の先端に設けられる衝立１４ａの上面に固定されている。輻射変換体１５は、少なくともその上面が加熱室１９に曝される。なお、台車１３において、炉体１０の奥壁１１に突き当てられる側を先端１３ｂという。
また、台車１３の先端１３ｂには、シール面１１ａに噛み合う階段状のシール面１３ａが形成されている。シール面１３ａは、台車１３が炉体１０の奥まで搬入されると、炉体１０のシール面１１ａと隙間なく突き合わされることでシール部Ｓを構成し、炉床１２側から外部の空気が加熱室１９に侵入するのを防止する。
【００１５】
［輻射変換体１５について］
輻射変換体１５は、熱源からの輻射により高温に加熱されると、輻射熱エネルギの一部を熱エネルギに変換して、内部を通過する空気を加熱する。輻射変換体１５は、典型的には、多孔質のセラミックスからなる。
輻射変換体１５は、一部が衝立１４ａの先端から奥壁１１に向けて突出するように設けられている。輻射変換体１５は、台車１３が炉体１０の奥まで搬入されると、その先端面が内壁面１１ｂと隙間なく突き当てられるように、衝立１４ａから突出している。したがって、台車１３が奥まで搬入されると、側壁２２、内壁面１１ｂ及び先端１３ｂによって形成される空気の侵入流路は輻射変換体１５により塞がれる。
また、輻射変換体１５により侵入流路が塞がれると、内壁面１１ｂ、先端１３ｂ、シール部Ｓ及び輻射変換体１５に囲まれる領域には、第１空気溜り１６が幅方向の全域に亘って形成される。
第１空気溜り１６の内部の空気が輻射熱を受けた輻射変換体１５の孔を通過すると、通過する間に空気は熱が付与され加熱される。空気は、輻射変換体１５を通過する時間が長い程、高温に温められる。輻射変換体１５は微細な空孔がランダムに形成されるため、空気は空孔を通過する過程で抵抗を受ける。つまり、輻射変換体１５は通過する空気に対して圧力損失を生じさせる圧損体として作用するので、空間が通過するのに要する時間は長くなる。
【００１６】
輻射変換体１５は衝立１４ａに固定されているため、衝立１４ａに追従して動く。そのため、図２に示したように、衝立１４ａが奥壁１１に向けて傾いたとすると、輻射変換体１５もそれと一緒に奥壁１１に向けて傾く。
なお、輻射変換体１５は、多孔質セラミックに限らず、ハニカム構造のセラミックス等の熱容量の大きい材料で構成するのが好ましい。
【００１７】
［作用・効果］
以下、本実施形態に係る加熱炉１００による作用、効果について説明する。
加熱炉１００は、シール面１１ａとシール面１３ａからなるシール部Ｓに隙間Ｇが生じても、炉外から常温の空気が加熱室１９に侵入することを防止できる。
加熱炉１００を継続して使用していると、炉体１０、および、台車１３は、高温環境下に長時間曝される。そのため、炉体１０などを構成する部材が劣化、損傷することがある。そうすると、シール面１３ａとシール面１１ａの噛合い状態を維持することができなくなり、両者間に隙間Ｇが生じてしまい、炉外から第１空気溜り１６に空気が侵入する。
【００１８】
しかし、加熱炉１００は、第１空気溜り１６と加熱室１９とを仕切るように輻射変換体１５を備えている。したがって、第１空気溜り１６に侵入した空気は、輻射変換体１５を通過してから加熱室１９に到ることになる。
ところが、輻射変換体１５は、加熱室１９に曝されているので、熱処理の過程で高温に加熱される。したがって、輻射変換体１５を通過する空気は、通過する過程で加熱される。しかも、空気は相当の時間を費やして輻射変換体１５を通過するので、この空気は輻射変換体１５を通過するころには、加熱室１９の内部の温度近傍まで加熱される。
したがって、加熱炉１００によれば、炉外からの空気がシール部Ｓにできた隙間Ｇを通って加熱室１９に侵入しても、加熱室１９の温度低下を最小限に抑えることができる。よって、常温の空気が侵入する場合に必要な余分なエネルギの消費を抑制できる。また、加熱室１９の内部の温度を均一に保つことができるので、熱処理対象Ｈを目的とする温度に加熱することができる。
【００１９】
隙間Ｇが生じたとしても、通常、それは狭いから、隙間Ｇから侵入した空気の第１空気溜まり１６における空塔速度は遅い。このことは、通過する空気の速度が遅い、という輻射変換体１５が備える性質と合う。そのため、既存の加熱炉の設計変更を行うことなく、輻射変換体１５を台車１３に設けることで、通過する空気を十分に加熱できるという上記効果を享受することができる。
また、輻射変換体１５は衝立１４ａと追従して動くため、接触の不具合で衝立１４ａが奥壁１１に向けて倒れたとしても、輻射変換体１５と奥壁１１の間隔が広くなることはないため、上記効果を継続して享受することができる。
【００２０】
［第２実施形態］
本実施形態では、第１実施形態とは異なる形態の圧損体を設ける例について、図３（ａ）を参照して説明する。なお、図３（ａ）において、第１実施形態と同様な構成部分は、図１と同じ符号を付するとともに、その説明を省略する。
【００２１】
第２実施形態に係る加熱炉１１０は、圧損体として、奥壁１１の内壁面１１ｂに設けられる第１圧損体３１と、台車１３の先端１３ｂに設けられる第２圧損体３３と、を備えている。第１圧損体３１及び第２圧損体３３はともに、空気が通過できない程度の緻密さを有する耐火材から構成されている。
【００２２】
第１圧損体３１は、第１空気溜まり１６における空気の流れの下流側に設けられ、通過する空気に対して抵抗となり、加熱室１９に侵入する空気の流れを抑制する。
第１圧損体３１は、内壁面１１ｂから台車１３の先端１３ｂに向けて突出する板状の部材である。第１圧損体３１は、シール面１１ａとシール面１３ａが噛合うとき、台車１３の先端１３ｂに隙間なく接するように、内壁面１１ｂからの突出量が定められるのが好ましい。
また、第１圧損体３１は、奥壁１１の幅方向の全長に亘って設けられている。
なお、第１圧損体３１は、第２圧損体３３よりも上に設けられている。
【００２３】
第２圧損体３３は、第１圧損体３１と同様に空気の流れを抑制するものである。
第２圧損体３３は、台車１３の先端１３ｂから内壁面１１ｂに向けて突出する板状の部材であり、第１圧損体３１と同じ寸法及び形状に形成されていることが好ましい。
ただし、第２圧損体３３は、第１圧損体３１より下に設けられている。つまり、第１圧損体３１と３３は、上下方向に交互に設けられている。
【００２４】
［作用・効果］
次に、加熱炉１１０の作用、効果について、説明する。
第１実施形態と同様に、シール面１１ａとシール面１３ａとの間に隙間Ｇが生じて、常温の空気が炉外から第１空気溜り１６に侵入したとする。
隙間Ｇから侵入した空気は、第２圧損体３３が障壁となるため、第２圧損体３３と第１圧損体３１の間の第２空気溜り１８に侵入することができないか、侵入できたとしても第２圧損体３３と奥壁１１の間の狭い隙間からになるから、相当の抵抗を受ける。また、第２空気溜り１８に達した空気は、今度は、第１圧損体３１が障壁となり、加熱室１９に侵入することができないか、侵入できたとしても第１圧損体３１と先端１３ｂの間の狭い隙間からになるから、やはり相当の抵抗を受ける。
しかも、第１圧損体３１は加熱室１９に曝されているとともに、第２空気溜まり１８の内部も熱処理の過程で高温に加熱される。したがって、第２圧損体３３及び第１圧損体３１を通過して加熱室１９に侵入する空気は、加熱室１９の内部の温度近傍まで加熱される。
したがって、第１実施形態と同様に、余分なエネルギの消費を抑制できるとともに、熱処理対象Ｈを目的とする温度に加熱することができる。
【００２５】
また、隙間Ｇから侵入した空気が加熱室１９に侵入する場合でも、加熱炉１１０は、炉体１０の側に設ける第１圧損体３１よりも、台車１３側に設ける第２圧損体３３を下に配置することにより、以下の効果が得られる。
図３（ｂ）に示すように、第１圧損体３１と第２圧損体３３の上下関係が上記の通りだとして、例えば、台車１３が奥壁１１に向けて傾いてしまい、シール部Ｓに隙間Ｇが形成されると、隙間Ｇから空気が侵入する。なお、図３（ｂ）の矢印は空気の主流を示している（図３（ｃ）も同様）。
第１空気溜り１６において、隙間Ｇから侵入した空気は、奥壁１１側に向きを変え、第２圧損体３３に沿って流れる。そして、第２圧損体３３と内壁面１１ｂとの間に生じる隙間を通過し、第２空気溜り１８に侵入する。
第２空気溜り１８において、侵入した空気は、衝立１４ａ側に向きを変え、第１圧損体３１に沿って流れる。そして、第１圧損体３１と衝立１４ａとの間に生じる隙間を通過し、加熱室１９に侵入する。
つまり、第２圧損体３３が第１圧損体３１よりも下の位置に配置されていることによって、隙間Ｇから侵入した空気は、２度向きを変えて加熱室１９に侵入するため、空気が加熱室１９まで移動する距離が長くなる。
一方、第１圧損体３１と第２圧損体３３の上下関係が上記とは逆だとすると、図３（ｃ）に示すように、第１空気溜り１６において、侵入してきた空気は、向きを変えず、先端１３ｂに沿って流れる。そして、第１圧損体３１と衝立１４ａとの間に生じる隙間を通過し、第２空気溜り１８に侵入する。
第２空気溜り１８において、侵入した空気は、奥壁１１側に向きを変え、第２圧損体３３に沿って流れる。そして、第２圧損体３３と内壁面１１ｂとの間に生じる隙間を通過し、加熱室１９に侵入する。
この場合、隙間Ｇから侵入した空気は、１度しか向きを変えず、加熱室１９に侵入するので、加熱室１９まで移動する距離が短くなる。そのため、隙間Ｇから侵入した空気が加熱室１９に侵入しやすくなる。
以上より、第１圧損体３１よりも、第２圧損体３３を下に配置することによって、隙間Ｇから加熱室１９に、空気が侵入することを抑制することができる。
【００２６】
図４に示すように、第２実施形態による加熱炉１２０は圧損体（第１圧損体３１，第２圧損体３３）に加えて、輻射変換体１５を第１実施形態と同様に設けることができる。そうすれば、第１圧損体３１と先端１３ｂとの間、および、第２圧損体３３と内壁面１１ｂとの間を通過した空気は、輻射変換体１５を通過してから加熱室１９に侵入する。第１圧損体３１と第２圧損体３３を通過する空気の量は少ないので、輻射変換体１５を通過する空気は加熱室１９の内部の温度近傍まで容易に加熱される。
したがって、圧損体に加えて、輻射変換体１５を設けることにより、余分なエネルギの消費をより一層抑制できるとともに、熱処理対象Ｈをより確実に目的とする温度に加熱することができる。
【００２７】
［第３実施形態］
本実施形態は、輻射変換体を設ける点で第１実施形態と一致するが、輻射変換体の配置が第１実施形態と相違する。
図５に示すように、第３実施形態による加熱炉１３０は、２つの第１輻射変換体３５と第２輻射変換体３７を備えている。
第１輻射変換体３５は、台車１３の衝立１４ａの上面に設けられ、奥壁１１に向けて突出する。第１輻射変換体３５は、第１実施形態の輻射変換体１５に比べて薄いことを除いて、同様の構成を有する。第２輻射変換体３７も同様である。
また、第２輻射変換体３７は、奥壁１１の内壁面１１ｂから炉体１０の正面２３に向けて突出する。第２輻射変換体３７は、第１輻射変換体３５の上方に隙間を空けて配置される。
第２輻射変換体３７は加熱室１９に曝されるため、輻射変換体１５と同様に、加熱される。また、第１輻射変換体３５も、第２輻射変換体３７に比べると劣るが、加熱室１９からの輻射熱を受けて加熱される。
【００２８】
加熱炉１３０は、隙間Ｇから第１空気溜り１６に侵入した空気が第１輻射変換体３５を通過する過程で加熱され、加熱室１９の中の第１輻射変換体３５と第２輻射変換体３７の間の第３空気溜まり２０に達する。この空気は第３空気溜まり２０で拡散しさらに第２輻射変換体３７を通過して加熱室１９に達する。この空気は第２輻射変換体３７を通過する過程で加熱室１９の内部の温度近傍まで加熱される。
したがって、第１実施形態と同様に、余分なエネルギの消費を抑制できるとともに、熱処理対象Ｈを目的とする温度に加熱することができる。
また、衝立１４ａが奥壁１１に向けて傾いた場合でも、第１輻射変換体３５は、衝立１４ａに追従して傾くため、空気を加熱する効果を維持することができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、本実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、加熱炉１４０は、扉１７の下縁１７ａと台車１３のベッド１４との間に生じた隙間Ｇから、炉外の空気が侵入するのに対応して、扉１７の内側に輻射変換体３９を設けることができる（図６）。そうすれば、隙間Ｇから侵入した空気は、輻射変換体３９を通過する過程で加熱室１９の内部の温度近傍まで加熱されてから、加熱室１９に侵入する。また、輻射変換体３９は扉１７の内側に設けられるため、台車１３の搬入、搬出に伴う損傷、劣化を受けない。したがって、輻射変換体３９による効果を安定して享受することができる。
【００３０】
また、炉体１０、台車１３の形態はあくまで例示であり、例えば、シール部Ｓを形成するシール面１１ａ，１３ａの形態は階段状に限らず、傾斜面どうしを突き合わせてシールを構成する、凹凸を組み合わせる、などの形態にすることもできる。
さらに、輻射変換体を含め、圧損体の形態も、炉外から侵入する空気に圧力損失を与えるという目的を達成する限り、任意である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    炉体
１１    奥壁
１１ａ  シール面
１１ｂ  内壁面
１２    炉床
１３    台車
１３ａ  シール面
１３ｂ  先端
１４    ベッド
１４ａ  衝立
１５    輻射変換体
１６    第１空気溜まり
１７    扉
１７ａ  下縁
１８    第２空気溜まり
１９    加熱室
２０    第３空気溜まり
２１    上壁
２２    側壁
２３    正面
３１    第１圧損体
３３    第２圧損体
３５    第１輻射変換体
３７    第２輻射変換体
３９    輻射変換体
１００，１１０，１２０，１３０，１４０  加熱炉
Ｇ      隙間
Ｈ      熱処理対象
Ｓ      シール部
【図１】
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【図２】
2014153045.tif 000004
【図３】
2014153045.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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