(57)【要約】【課題】積層フィン取出時にフィン相互のかみ込みによるフィン形状の変形を抑えることができるようにする。【解決手段】一定間隔で積層された平板状のフィン１７と、積層された平板状のフィン１７に挿通された伝熱管３とを備え、積層された平板状のフィン１７のそれぞれの両側部の少なくとも一方のエッジに、製造時に積層された平板状のフィン１７間の隙間に隣接積層フィン２が侵入するのを阻止するフィン侵入抑制手段１５，１６を複数箇所に形成する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定間隔で積層された平板状のフィンと、
前記積層された平板状のフィンに挿通された伝熱管とを備え、
前記積層された平板状のフィンのそれぞれの両側部の少なくとも一方のエッジには、製造時に前記積層された平板状のフィン間の隙間に隣接積層フィンが侵入するのを阻止するフィン侵入抑制手段が複数箇所に形成されていることを特徴とするフィンアンドチューブ型熱交換器。
【請求項２】
前記フィン侵入抑制手段は、積層方向の凹部、凸部、又は凹凸部状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
【請求項３】
前記凹部、凸部、又は凹凸部の形状は、フィン側方から見て半円形または山形の形状であることを特徴とする請求項２記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
【請求項４】
前記凹部、凸部、又は凹凸部の前記フィンの平板面からの高さをＨ、フィンピッチをＰｆとしたとき、前記凹部、凸部、又は凹凸部の前記フィンの前記平板面からの高さＨとフィンピッチＰｆを、
１＞（Ｈ/Ｐｆ）＞（１/２）
の関係が成り立つ範囲に設定したことを特徴とする請求項２又は請求項３記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
【請求項５】
前記積層された平板状のフィンは、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
【請求項６】
少なくとも圧縮機、室外熱交換器、減圧器、及び室内熱交換器を有し、これらが冷媒配管によって閉ループ状に接続された空気調和機であって、
前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器として請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のフィンアンドチューブ型熱交換器を用いたことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造が容易なフィンアンドチューブ型熱交換器とこの熱交換器を備えた空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィンアンドチューブ型熱交換器は、積層された複数のフィンに対して、複数の伝熱管をフィン垂直方向に差し込み、それらの伝熱管を拡管することによって、フィンと伝熱管とを接合させた構造となっている。そして、水や冷媒を伝熱管内に流通させる一方、伝熱管に対して垂直方向に、フィンに沿って空気が流れるようにすることによって、水や冷媒と空気との間で熱交換が行われるようになっている。
【０００３】
このようなものにおいて、フィンの両側側面近傍に、フィンの一方の面から突出する複数の凸部を形成し、これら凸部は、その高さをｈ（ｍｍ）、フィンの厚さをｔ（ｍｍ）としたとき、ｈ／ｔが４以上９以下となるように設定して補強し、積層フィンをＬ曲げする際の座屈の問題を解消したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、熱交換器の曲げ部を構成するフィンの送風方向下流側端部が、熱交換器の直線部を構成するフィンの送風方向下流側端部よりも、送風方向上流側にへこませた凹部を有するように構成して、熱交換器の曲げ部の風量低下に伴う熱交換効率の低下を抑制できるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
ところで、フィンアンドチューブ型熱交換器は、以下の手順により製造される。
まず、リボン式フィンプレスによって所定のフィン形状に加工される。次いで、冷媒配管貫通用のフィン孔の円周部を垂直に立ち上げたフィンカラーを上向きとした状態で、複数列のフィンがリボン式フィンプレスから排出される。
【０００６】
リボン式フィンプレスから排出されたフィンは、排出直後に上向きに吸着するための吸着板によって吸い上げられながら、落下することなくフィン積層台車の上まで送られ、所定の長さまで排出された時点でリボン式フィンプレスによりフィン短辺側端を切断される。
【０００７】
リボン式フィンプレスにより排出され切断されたフィンは、切断後に吸着板の吸着が解除されるので、落下する。フィン積層台車には、１列につき、フィン排出方向に例えば２本の積層ピンが列ごとにそれぞれ立設されており、フィンはプレス加工が施されたフィン孔に積層ピンが差し込まれながら落下する。これにより、フィンは、平面方向の位置が積層ピンによって拘束されながら真下へと落下し、下から１枚ずつ順に積まれていく。
【０００８】
前記のように積層されたフィンは、所定の枚数まで積まれた後、フィン積層台車によりフィン取出位置まで移動される。
【０００９】
フィン積層台車がフィン取出位置まで移動した後、フィン積層台車よりフィンが１列または２列同時に取り出されるが、そのとき最下部のフィン底面を支持治具によって支えながら、真上に垂直に持ち上げるようにしてフィンが取り出される。その後、伝熱管の差し込み工程や、伝熱管が差し込まれた積層フィンの曲げ工程等の後工程へと供給されていく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−１７９７０号公報（図１、図３、図５）
【特許文献２】特開２０１０−１５１４０３号公報（図１、図２、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述したように、リボン式フィンプレスから排出されたフィンは、フィン孔に積層ピンが差し込まれながら落下し、フィン積層台車に積層されるが、積層ピン外径はフィン孔内径よりも小さく作られているため、積層ピンとフィン孔との間に隙間が発生する。そのため、フィン積層時やフィン積層台車がフィン取出位置まで移動する際に、フィンが列方向にずれてしまい、列方向で隣合ったフィンがお互いにかみ込むことがあった。
【００１２】
フィン取出位置まで移動した後に、フィンは真上へと取り出される。しかし、この時、フィン相互がかみ込んだフィンは、取り出される列のフィンが待機フィンを真上方向へ引っ張り、お互いのフィン形状を変形させてしまう。
【００１３】
フィンが変形してしまうことで熱交換効率が低下し、熱交換器の品質が悪化する。
【００１４】
特許文献１に記載の技術は、フィン積層台車からフィンを取り出した後の曲げ工程に配慮されたものであり、フィンの両側側面近傍に、複数の凸部を形成しているものの、これら凸部は、フィンの一方の面からのみ突出し、その高さｈ（ｍｍ）が、フィンの厚さをｔ（ｍｍ）としたとき、ｈ／ｔが４以上９以下となるように設定されたものである。つまり、積層フィン間の隙間（フィンピッチ）を考慮したものではないため、凸部の頂面とこれに積層方向で対向する隣接フィンとの間に隙間が発生する。そして、その隙間への隣接フィンの侵入を阻止する手段がないため、フィン積層時やフィン積層台車がフィン取出位置まで移動する際に、フィンが列方向にずれてしまい、列方向で隣合ったフィンがお互いにかみ込むのを防ぐことができなかった。
【００１５】
また、特許文献２に記載の技術においても、フィン積層台車からフィンを取り出した後の曲げ工程に配慮されたものであり、フィンの送風方向下流側端部を切り欠いて凹部を形成している分、フィン積層時やフィン積層台車がフィン取出位置まで移動する際に、フィンが列方向にずれた場合、列方向で隣り合ったフィンがお互いにかみ込む箇所（かみ込む方向）が増えるという問題があった。
【００１６】
すなわち、これまでは積層フィン取出時のフィン相互のかみ込みに着目して配慮されたフィンは存在しないのが実状であった。
【００１７】
本発明は、このような背景のもとに成されたものであり、積層フィン取出時にフィン相互のかみ込みによるフィン形状の変形を抑えることが可能なフィンアンドチューブ型熱交換器及びこれを備えた空気調和機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】
【００１８】
本発明に係るフィンアンドチューブ型熱交換器は、一定間隔で積層された平板状のフィンと、積層された平板状のフィンに挿通された伝熱管とを備え、積層された平板状のフィンのそれぞれの両側部の少なくとも一方のエッジには、製造時に前記積層された平板状のフィン間の隙間に隣接積層フィンが侵入するのを阻止するフィン侵入抑制手段が複数箇所に形成されているものである。
【００１９】
また、本発明に係る空気調和機は、少なくとも圧縮機、室外熱交換器、減圧器、及び室内熱交換器を有し、これらが冷媒配管によって閉ループ状に接続された空気調和機であって、室外熱交換器又は室内熱交換器として前記のフィンアンドチューブ型熱交換器を用いたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るフィンアンドチューブ型熱交換器においては、積層された平板状のフィンのそれぞれの両側部の少なくとも一方のエッジに、製造時に前記積層された平板状のフィン間の隙間に隣接積層フィンが侵入するのを阻止するフィン侵入抑制手段が複数箇所に形成されているので、フィン積層時に、隣り合った列の相互のフィンがかみ合うのを防ぐことができる。そのため、積層フィン取出時にフィン相互が干渉し変形する問題を効果的に解消することが可能となり、品質の安定したフィンアンドチューブ型熱交換器を得ることができ、また製造工程での生産性を向上させることが可能となる。
【００２１】
また、本発明に係る空気調和機は、室外熱交換器又は室内熱交換器として前記のフィンアンドチューブ型熱交換器を用いたので、製造工程での生産性を向上させることが可能となり、製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器の外観図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器の製造時におけるフィン積層工程の説明図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器の製造時におけるフィン積層工程の説明図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器の製造時における積層フィン取出工程の説明図である。
【図５】比較例における積層フィン取出時のフィン相互のかみ込み有りの場合とかみ込み無しの場合の説明図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器のプレス成形されたフィンの斜視図である。
【図７】本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器のフィン長辺側の正面図である。
【図８】本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器のフィンのフィン取出工程でのフィン積層状態の説明図である。
【図９】本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器のフィンに設けられたフィン侵入抑制手段である積層方向の凹凸部を拡大して示す正面図である。
【図１０】本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器のフィンに設けられたフィン侵入抑制手段である積層方向の凹凸部の変形例を拡大して示す正面図である。
【図１１】本発明の実施形態２に係るフィンアンドチューブ型熱交換器のプレス成形されたフィンの斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態３に係る空気調和機の冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器の外観図である。
本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器（以下、単に「熱交換器」という）１は、図１のようにフィン２と伝熱管３とを備えている。すなわち、熱交換器１は、一定間隔で複数平行に積層された平板状のフィン２からなるフィン群１１と、円管曲げ部Ｂを有しフィン群１１に一定の間隔で配置されているフィン孔１４に順次挿入されて内部に流体が流動する伝熱管（円管）３と、を備えている。
【００２４】
これを更に詳述すると、フィン２は純アルミニウムもしくはアルミニウム合金で形成され、円管３はアルミニウムもしくは銅またはそれらの合金等の金属材料を用いて形成されている。一般的には、板厚０．０９〜０．１２ｍｍ、フィン幅Ｗｆ１０ｍｍ〜２５ｍｍ、円管外径Ｄは４〜１０ｍｍである。また、フィン２に形成されたフィン孔１４は、一枚当たり２４個、円管ピッチＰｄ２１ｍｍとしているが、その数、配列、円管ピッチＰｄはこれに限るものではない。
【００２５】
図２及び図３はいずれも本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器の製造時におけるフィン積層工程の説明図である。図４は本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器の製造時における積層フィン取出工程の説明図である。図５は比較例における積層フィン取出時のフィン相互のかみ込み有りの場合とかみ込み無しの場合の説明図である。図６は本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器のプレス成形されたフィンの斜視図である。
本実施形態１の熱交換器１のフィン群１１は、図２〜図４の工程を経て製作される。まず、図２及び図３に示すように、リボン式フィンプレス４に取り付けられた金型５によって、複数配列された長方形平板状のフィン２の内、１列おきにフィンにはフィン孔１４とフィンカラー１３が成型され、またこれと隣接する１列おきのフィンにはフィン孔１４とフィンカラー１３に加えて両側エッジにフィン侵入抑制手段となる積層方向の凹凸部１５，１６が成型される。両側エッジの凹凸部１５，１６は、積層フィン間の隙間に隣接積層フィンが侵入するのを阻止する機能を有する。そして、これら複数列のフィンは、フィン孔１４とフィンカラー１３、さらには１列おきのフィンに凹凸部１５，１６が成型されながらフィン積層位置へ向けてフィン送り方向（フィン長手方向と同一方向）に順次送られる。この時、フィン積層位置へ送られる複数列のフィンは、中が空洞となっている吸着箱７と、フィン送り方向にフィンカラー１３を逃がすための溝を有しかつ吸着用の貫通孔が複数形成された吸着板８とを介して、チャンバー６によって真上へ吸い上げられ、吸着板８と接しつつ真上へ吸着されながら、フィン積層位置まで送られる。なお、これ以降、フィン孔１４、フィンカラー１３、及び両側エッジの凹凸部１５，１６が成型されたフィンについては、符号１７を付して区別する。
【００２６】
金型５からフィン積層位置までフィン長辺長さＬｆ（図１）送られた複数列のフィン２，１７は、リボン式フィンプレス４側のフィン短辺端が切断され、同時に吸着板８からの吸着が解除され、真下へ落下する。その際、複数列のフィン２，１７のそれぞれに一定の間隔で配列されたフィン孔１４に積層ピン９が差し込まれながらフィン１７が落下することにより、フィン２，１７は位置決めされる。積層ピン９は、積層台車１０に垂直に立設されており、１列あたり２本の積層ピン９が配置されている。積層ピン外径Ｄｐ（図３）はフィン孔内径Ｄｆ（図７参照）に対し、０．２〜０．６ｍｍ小さくなっており、積層ピン９とフィン孔１４との間には片側０．１〜０．３ｍｍの隙間があいている。
【００２７】
そのため、フィン２，１７は積層ピン９で位置決めされていても、フィン２，１７と積層ピン９との間には隙間があるため、隙間分だけはどのフィン２，１７も列方向に動く尤度がある。全ての列のフィンが両側エッジに凹凸部１５，１６を有していないフィン２で構成されている場合、積層ピン９による位置決めが正確になされていれば、図５（ａ）のようにフィン積層時に隣り合った列相互のフィン２がかみ合うことがなく、問題は発生しない。しかし、フィン２が列方向にずれた場合、図５（ｂ）のように列方向で隣合ったフィン２がお互いにかみ込み、フィン重なり部Ａが発生してしまう。
【００２８】
そのようにして所定の枚数まで積層されたフィン２，１７を載せた積層台車１０は、次工程である取出工程の取出位置まで移動する。フィン積層台車１０がフィン取出位置まで移動した後、フィン積層台車１０よりフィン２，１７が１列、２列または４列同時に取り出される。その時、図４のように最下部のフィン２，１７の下面が支持治具１２によって支えられながら、真上に垂直に持ち上げるようにしてフィン２，１７は取り出される。
【００２９】
この時、もし図５（ｂ）のように隣りあったフィン相互が重なりあっていると、取り出されるフィン群１１と積層台車１０上の待機フィン群１１Ａとが干渉し、フィンが変形する。
【００３０】
本実施形態１の熱交換器１は、フィン積層工程時に、複数列あるフィンのなかで、偶数または奇数列のように１列おきに、図６に示すような両側エッジに積層フィン間の隙間に隣接積層フィンが侵入するのを阻止する機能を有する凹凸部１５，１６が成型されたフィン１７が配置されているので、隣りあったフィン相互が重なりあうのを防ぐことができる。
【００３１】
図７は本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器のフィン長辺側の正面図である。図８は本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器のフィンのフィン取出工程でのフィン積層状態の説明図である。図９は本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器のフィンに設けられたフィン侵入抑制手段である積層方向の凹凸部を拡大して示す正面図である。図１０は本発明の実施形態１に係るフィンアンドチューブ型熱交換器のフィンに設けられたフィン侵入抑制手段である積層方向の凹凸部の変形例を拡大して示す正面図である。
本実施形態１の熱交換器１は、図７（及び図６）のようにフィン１７の両側エッジにフィン侵入抑制手段となる積層方向の凹部１５と凸部１６を各２つ以上設けている。その凹凸部１５，１６の形状は、図９のような半円形、又は図１０のような山形とすれば、成型が容易である。いずれにせよ、凹凸部１５，１６の高さＨ（ｍｍ）は、図７のようにフィンピッチＰｆ（ｍｍ）に対し、Ｈ/Ｐｆが１/２以上１以下、つまり凹凸部１５，１６のフィン平板面からの高さＨとフィンピッチＰｆを、１＞（Ｈ/Ｐｆ）＞（１/２）の関係が成り立つ範囲に設定されている。ここで、凹凸部１５，１６のフィン平板面からの高さＨとは、凸部１６のフィン上面からの突出高さや、凹部１５のフィン下面からの突出高さをいう。
【００３２】
このように凹凸部１５，１６のフィン平板面からの高さＨを設定することで、図８のように隣接するフィン２がフィンピッチＰｆの隙間に侵入しようとしても、これを積層する方向で隣接するフィン相互の凹凸部１５，１６によって確実に阻止することができる。このため、積層フィン取出時にフィン相互が干渉し変形することがなくなり、品質の安定した熱交換器１を得ることができ、また製造工程での生産性を向上させることができる。
【００３３】
実施形態２.
図１１は本発明の実施形態２に係るフィンアンドチューブ型熱交換器のプレス成形されたフィンの斜視図であり、前述の実施形態１と同一機能には同一符号を付してある。なお、説明にあたっては、前述の図１、図７を参照するものとする。
本実施形態２の熱交換器１は、隣接するフィンがフィンピッチＰｆの隙間に侵入するのを阻止するフィン侵入抑制手段すなわち積層方向の凹凸部１５，１６を、積層される平板状のフィン１７Ａのそれぞれの両側部のうちの一方のエッジに設けたものである。なお、凹凸部１５，１６の諸元は前述の実施形態１と同様である。
【００３４】
本実施形態２の熱交換器１のフィン１７Ａは、製造時のフィン積層工程において、複数列あるフィン１７Ａが互いに凹凸部１５，１６があるエッジと凹凸部がないエッジが対向するように配置される。これにより、隣接するフィン１７Ａの凹凸部がないエッジがフィンピッチＰｆの隙間に侵入しようとしても、これを積層する方向で隣接するフィン相互の凹凸部１５，１６によって確実に阻止することができる。このため、積層フィン取出時にフィン相互が干渉し変形することがなくなり、品質の安定した熱交換器１を得ることができ、また製造工程での生産性を向上させることができる。
【００３５】
また、フィンは、両側部のうちの一方のエッジに凹凸部１５，１６を有する１種類のフィン１７Ａに統一できるため、フィンの共通化が図れ、生産および部品管理が容易となる。
【００３６】
なお、前述の実施形態１，２においては、凹凸部状のフィン侵入抑制手段を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば凹部１５又は凸部１６の高さＨ（ｍｍ）を、フィンピッチＰｆ（ｍｍ）とほぼ同じ寸法に設定して、フィン侵入抑制手段を凹部１５又は凸部１６のみで構成してもよい。
【００３７】
実施形態３.
図１２は本発明の実施形態３に係る空気調和機の冷媒回路図を示すもので、前述の実施形態１又は実施形態２で説明したフィンアンドチューブ型熱交換器を室外熱交換器又は室内熱交換器として用いたものである。
本実施形態３の空気調和機は、圧縮機６１、四方弁６２、室外熱交換器６３、減圧器６４、及び室内熱交換器６５が、冷媒配管７０によって閉ループ状に接続され、室内機５０と室外機６０との間にガスバルブ６８と液バルブ６９が配置されている。また、室外熱交換器６３には室外送風機６６が併設され、室内熱交換器６５には室内送風機６７が併設されている。
【００３８】
本実施形態３の空気調和機において、冷房運転時には低圧低温のガス冷媒は室外機６０の圧縮機６１により高温高圧のガス冷媒に圧縮され、四方弁６２に送られる。そして、四方弁６２から冷媒配管７０により室外熱交換器６３に導かれてガス冷媒が液化し、凝縮熱を室外に放出する（室外熱交換器６３が凝縮器として作用する）。室外熱交換器６３から出た高圧の液冷媒は、減圧器６４により低圧低温の気液二相冷媒となり、液バルブ６９を介して室内機５０の室内熱交換器６５に導かれる。ここで、室内の空気中の熱を吸収して冷媒が蒸発し、低圧低温のガス冷媒となり、冷房運転を行う（室内熱交換器６５が蒸発器として作用する）。そして、低圧低温のガス冷媒は、ガスバルブ６８、四方弁６２を経て圧縮機６１に導かれ、冷媒サイクル運転を行う。
【００３９】
暖房運転を行う場合は、四方弁６２を切り換えて冷媒の流れを冷房運転の場合と逆方向にすることにより、室内熱交換器６５が凝縮機、室外熱交換器６０が蒸発器として作用する。それ以外は冷房運転の場合と同様である。
【００４０】
本実施形態３によれば、室外熱交換器６３又は室内熱交換器６５として前述の実施形態１又は実施形態２の熱交換器１を用いているので、製造が容易となり空気調和機の製造コストを削減することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  熱交換器（フィンアンドチューブ型熱交換器）、２，１７，１７Ａ  フィン、３  伝熱管（円管）、４  リボン式フィンプレス、５  金型、６  チャンバー、７  吸着箱、８  吸着板、９  積層ピン、１０  積層台車、１１  フィン群、１１Ａ  待機フィン群、１２  支持治具、１３  フィンカラー、１４  フィン孔、１５  凹部（フィン侵入抑制手段）、１６  凸部（フィン侵入抑制手段）、５０  室内機、６０  室外機、６１  圧縮機、６２  四方弁、６３  室外熱交換器、６４  減圧器、６５  室内熱交換器、６６  室外送風機、６７  室内送風機、６８  ガスバルブ、６９  液バルブ、７０  冷媒配管、Ａ  フィン重なり部、Ｂ  円管曲げ部、Ｄ  円管外径、Ｄｆ  フィン孔内径、Ｄｐ  積層ピン外径、Ｈ  凹凸部高さ、Ｐｆ  フィンピッチ、Ｐｄ  円管ピッチ、Ｌｆ  フィン長辺長さ、Ｗｆ  フィン幅。
【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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【図１２】
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