(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属湯面検出装置に使用する検出コイルにおいて、ボビン及び該ボビンの外周に巻回されたコイル素線とからなる発信コイルと、ボビン及び該ボビンの外周に巻回されたコイル素線とからなり、前記発信コイルに並置された受信コイルと、前記発信コイルと前記受信コイルとを支持する非磁性金属材料製のコイル支持金具と、前記発信コイルと受信コイルとを覆い、前記支持金具に固定されるセラミック製の外ケースとを含んでなり、前記発信コイルと前記受信コイルの上端部と下端部は、それぞれ、セラミック製の固定部材で相互間の距離が不変に固定され、前記発信コイルと前記受信コイルの前記上端部が固定されたセラミック部材を介して前記発信コイルと前記受信コイルとが前記コイル支持金具に支持されることを特徴とする、検出コイル。
【請求項２】
請求項１記載の検出コイルにおいて、前記発信コイルと前記受信コイルの上端部は上部固定部材により結合されており、前記発信コイルと前記受信コイルの下端部は前記上部固定部材とは別個の下部固定部材により結合されていることを特徴とする、検出コイル。
【請求項３】
請求項２記載の検出コイルにおいて、前記発信コイルと前記受信コイルとは同一形状のボビンを使用して構成され、前記発信コイルと前記受信コイルとは対向して配置され、前記発信コイルと前記受信コイルの上端部及び下端部はそれぞれ断面円形の上部及び下部固定部を構成し、前記上部固定部材及び前記下部固定部材は、該円形の上部固定部及び下部固定部にそれぞれ嵌合する円筒状の部材であることを特徴とする、検出コイル。
【請求項４】
請求項１記載の検出コイルにおいて、前記発信コイルと前記受信コイルの前記上端部及び前記下端部は同一の固定部材により結合されていることを特徴とする、検出コイル。
【請求項５】
請求項４記載の検出コイルにおいて、前記発信コイルと前記受信コイルとは同一形状のボビンを使用して構成され、前記発信コイルは前記受信コイルとは対向して配置され、前記発信コイルと前記受信コイルの上端部及び下端部はそれぞれ断面円形の上部固定部及び下部固定部を構成し、前記固定部材は、前記上部固定部及び下部固定部にそれぞれ嵌合する部位を備えた筒状の部材であることを特徴とする、検出コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶融金属の湯面を検出する装置に使用する検出コイルに関し、より詳細には、一組の発信コイルと受信コイルからなる検出コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一組の発信コイルと受信コイルからなる検出コイルを用いて、電磁気的に物体の有無及びその位置を検出する装置は公知であり、例えば、鋳型内に注入される溶融金属の湯面位置を検知する技術に具体化されている。そのような溶融金属湯面検出装置の一例が、特公平３−４８４４８号に示されている。この装置で使用されている検出コイルの一例を図８及び９に示す。図８は縦断面図、図９は図８のＡ−Ａ線による断面矢視図である。
【０００３】
符号１は発信コイルであり、例えばセラミック等の耐熱性の高い、高絶縁性材料かるなるボビン２に、非磁性耐熱性のコイル素線３を巻回してある。ボビン２は、横断面が長方形をしており、内部は軸方向に貫通孔４が形成されて中空となっている。そして、その上端部或いは基端部には、外方へ拡がる所定幅のフランジ５が形成され、適宜位置においてネジ６を用いて、非磁性金属製の支持金具７に固定されている。図８に示されるようにコイル素線３は、そのコイル巻軸線がボビン２の軸線に対して一定の角度をなして傾くように巻かれている。そしてその両端３ａ、３ｂは、ボビン２に形成された、貫通孔４に通じる横穴８、９を通ってボビン２の貫通孔４に入り、上方へ延びて、支持金具７に形成された孔１０を通って外部へ引き出されている。
【０００４】
受信コイル１’は発信コイル１と同様の構成となっており、各部材には図中でそれぞれ符号にダッシを付けて示し、説明は省略する。符号１１は、セラミック製の外ケースで、基部の外方へ拡がるフランジ１２において、ネジ或いは耐火セメント等により支持金具７に取り付けられ、内部の発信及び受信コイル１、１’を保護し、かつ外部熱源からの輻射熱等による発信及び受信コイルの温度上昇を抑制している。
【０００５】
このように発信、受信コイル１、１’、支持金具７、外ケース１１等から構成された検出コイル１５は、溶融金属湯面検出装置の構成部材として、例えば連続鋳造する場合の鋳型の上部に取り付けられ、鋳型内へ注入される溶融金属の上昇してくる湯面を検出するようになっている。使用中は、冷却ガスが支持金具７の孔１０から発信及び受信コイル１、１’の貫通孔４内へ送り込まれ、貫通孔４の下部開口を通って外ケース１１内を流れて、外ケース１１に形成された排気口１３から排出されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来使用されているこの種類の検出コイル１５は、発（受）信コイル１の横断面積が１０ミリ×３０ミリと比較的に大きく、発信コイルと受信コイルの間隔も１０ミリ以上の間隔を設けており、検出コイル１５全体としてかなり大型のものとなっている。これは、受信コイルに受信される信号のうち、発信コイルから直接受信する分と、溶融金属から送信されてくる分の割合等、測定精度に影響を持つ諸要因を勘案して決定されるものである。一方、鋳型内中央部には上方から溶湯を注入するノズルが配置され、また、鋳型上方には潤滑用パウダー供給装置が設置されている等、鋳型の上方空間の空きスペースには限りがある。特に鋳型そのものが小型である場合には、検出コイルを取り付けるスペースを確保できない場合もある。
【０００７】
ところで、従来の検出コイルを小型化する場合、ボビンそのものの寸法（断面積）を小さし、発信及び受信コイル間の距離を小さくする必要がある。（ただし、ボビンの断面寸法を小さくする代わりに、コイル素線の巻き数を増やす必要がある。）しかし、従来の構成を基本としたまま、このような変更をした場合、以下のような問題が生じる。
【０００８】
すなわち、従来の構造では支持金具７の下面に外ケース１１が取り付けられ、その内部に発信、受信コイル１、１’が同じく支持金具７の下面に直接取り付けられている。この状態で冷却ガスを内部へ送り込みながら高温環境下に置かれるのであるが、支持金具７は外面側が高温に晒され、一方内面側は冷却され、これにより変形が生じる。このため、支持金具７に取り付けられた発信コイル１と受信コイル１’は傾いた状態となり、それらの、支持金具７へ固定されている基部における相互間の間隔と、下側端部における相互間の間隔とに差が生じてしまう。
【０００９】
この場合、コイル間の距離が大きい場合には、このコイル両端での間隔の差は余り測定精度に大きな影響を与えない。しかし、検出コイル全体を小さくするために、コイル間隔を狭めた場合、支持金具７の熱変形でコイル間隔が変化すると、湯面検知信号の誤差が大きくなり、正確な測定が出来ない。また、コイル素線の巻数を増やせば、受信コイルが通常受ける信号が増加して、やはりコイル両端の間隔に差が生じることによる誤差は大きなものとなる。
【００１０】
また、上述のように支持金具７の発信コイル、受信コイルの取り付けられている部分が加熱、冷却による変形を繰り返される間に、発信コイル、受信コイルを支持金具７に取り付けているネジが緩み、冷却ガスの流れによって止めの緩んだ発信コイル、受信コイルが振動を起こし、これによっても検出誤差や乱れが生じる場合がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明はなされたものであり、本発明に係る溶融金属湯面検出装置に使用する検出コイルにおいては、発信コイルと受信コイルの上端部と下端部は、それぞれ、セラミック製の固定部材を介して相互間の距離が不変に固定され、支持金具は、発信コイルと受信コイルの上端部が固定されたセラミック部材を介して発信コイルと受信コイルとを支持するように構成したものである。
【００１２】
ある実施の形態においては、発信コイルと受信コイルの上端部は上部固定部材により結合されており、発信コイルと受信コイルの下端部は上部固定部材とは別個の下部固定部材により結合されている。
【００１３】
さらに他の実施の形態では、発信コイルと受信コイルとは同一のボビンを使用して構成され、発信コイルと受信コイルとを対向して配置され、これにより発信コイルと受信コイルの上端部及び下端部はそれぞれ断面円形の上部及び下部固定部を構成し、上部固定部材及び下部固定部材は、該円形の上部固定部及び下部固定部にそれぞれ嵌合する円筒状の部材である。
【００１４】
さらに他の実施の形態では、発信コイルと受信コイルの上端部及び下端部は同一の固定部材により結合されている。
【００１５】
さらに他の実施の形態では、発信コイルと受信コイルとは同一のボビンを使用して構成され、発信コイルと受信コイルとは対向して配置され、発信コイルと受信コイルの上端部及び下端部は同じ直径の断面円形の上部及び下部固定部を構成し、固定部材は、固定部の直径に対応する内径を備えた筒状の部材である。
【００１６】
【実施の形態】
以下、図面に基づき本願発明の具体的実施の形態を説明するが、本願発明の範囲は以下に説明される実施の形態に限定されるのではない。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る検出コイル２１の縦断面図である。この検出コイル２１は、発信コイル２２、受信コイル２３、発信コイル２２と受信コイル２３の上端部が固定される上部固定部材２４、発信コイル２２と受信コイル２３の下端部が固定される下部固定部材２５、上部固定部材２４を介して発信コイル２２と受信コイル２３とを支持する支持金具２６、この支持金具２６に開口端部において取り付けられ、内部に発信コイル２２と受信コイル２３とを収納する外ケース２７とからなっている。実際の使用状態においては、図示のように支持部材２６より発信コイル２２、受信コイル２３、外ケース２７が垂下した状態で鋳型の所定箇所に取り付けられる。
【００１８】
図２は、発信コイル２２の詳細を示す４面図で、（イ）は正面図、（ロ）はその右側面図、（ハ）及び（ニ）はそれぞれ平面図及び下面図である。発信コイル２２は、ボビン３１とボビン３１に巻回されたコイル素線からなる。なお、コイル素線は図面が不明瞭となるのを避けるために図示しないが、ボビンの長手方向所定の間隔で巻かれ、その巻き方自体は従来と同じでよく、先に説明した従来例のように、コイル素線の巻軸線がボビン３１の長手方向軸線と所定の傾きをなすようにされてもよいし、平行となるように巻かれてもよい。
【００１９】
ボビン３１は、長手方向中央部のコイル巻回部３３と、その上下に一体に形成された、上部固定部３５、下部固定部３７とを備えている。コイル巻回部３３は横断面が略２等辺三角形の形状をしているが、それぞれその頂部３９、４１、４３は図に示されるように平面状にカットされている。そして２等辺三角形の長辺となる面４５の左右方向中央部には、コイル巻回部３３の全長に渡って延びる、断面が略三角形となる隆起部４７が形成され、その頂部４９は平らにカットされている。コイル巻回部３３の３箇所の頂部３９、４１、４３、及び隆起部４７の頂部４９には、所定の間隔で鋸歯状の溝４０、４２、４４及び５０が形成され、この溝を利用してコイル素線がその巻き軸線が所定の角度となるようにして巻き付けられる。なお、隆起部４７が形成されているので、コイル素線は弛みが無く、張りが均一な状態で巻き回すことができる。ピッチ、傾き等は所望の仕様となるよう決定される。
【００２０】
上部固定部３５は、外形が略半円の形をしており、その円の中心が、コイル巻回部３３の長辺となる面４５から外側へずれて位置した状態で、コイル巻回部３３と一体に形成されている。半円の弦を構成する面５１はコイル巻回部３３の長辺の面４５と平行になっており、その中央部に半円状の溝５３が形成されている。この半円の溝５３は、後述のとおり、受信コイル２３と組み合わされたとき、対応する半円の溝と共に断面円形の、冷却ガスを通すための貫通孔６５を構成する。なお、この溝は半円形に限られるものではない。例えば、形成される貫通孔が断面楕円形となるようにしてもよい。更には、入口側（上端）は楕円で、出口側（下端）が二つの円形孔に分岐するようにすることも可能である。
【００２１】
下部固定部３７も上部固定部３５と似た形状をしており、断面は半円形であり、その円の中心は、コイル巻回部３３の長辺となる面４５から外側へずれて位置し、半円の弦を構成する面５５はコイル巻回部３３の長辺の面４５と平行になっており、その中央部に半円状の溝５７が形成されている。この半円の溝５７も、後述のとおり、受信コイル２３と組み合わされたとき、対応する半円の溝と共に断面円形の、冷却ガスを通すための貫通孔６７を構成する。図示のとおり、下部固定部３７の高さ寸法は上部固定部３５のそれより短くなっている。
【００２２】
ボビン３１は、その上方或いは下方から見た場合に、上部固定部３５、コイル巻回部３３、下部固定部３７の３つの部分が重なり合う領域があり、その領域で上部固定部３５、コイル巻回部３３、下部固定部３７の３つの部分を貫通する、後述するコイル素線を通すための貫通孔５９が形成されている。そして、コイル巻回部３３の上下端部近くで、隆起部４７の斜面部にこの貫通孔５９に通じる横穴６１、６３が開けられており、コイル素線の両端はこの横穴６１、６３からコイル素線通し孔５９を通って、図（イ）において上方へと引き出される。このようにして、コイル素線がボビン３１の巻回部３３に巻かれ、その両端部が横穴６１、６３、貫通孔５９を通して引き出した後、巻回部３３の周囲に耐熱性接着剤が塗られ、この接着剤は、貫通孔５９、横穴６１、６３の中にも充填される。これにより、使用中におけるコイル素線の状態が変化するのが防止される。このコイル素線は、非磁性耐熱性のものである。なお、図からも判るとおり、ボビン３１は、横穴６１、６３を除いて、図（イ）の左右方向中央で紙面に垂直な面に関して対称となっている。
【００２３】
受信コイル２３は、本実施の形態においては発信コイル２２と同一形状のものが使用されている。そして発信コイル２２と受信コイル２３とは、コイル巻回部３３の長辺となる面４５、上部固定部３５の面５１、下部固定部３７の面５５が互いに向き合うようにして組み合わされる。上部固定部３５の面５１同志、下部固定部３７の面５５同志は接触して、それぞれの半円状の溝５３、５７が対向して、貫通孔６５、６７を形成する（図１参照）。コイル巻回部３３の面４５は接触せず、両者の間に隙間６９が形成される。
【００２４】
図３は上部固定部材２４の斜視図であり、この上部固定部材２４はセラミック製の中空円筒形をした部材であり、その内径寸法は、発信（受信）コイル２２（２３）のボビン３１の上部固定部の直径に対応し、対向して配置された発信コイル２２と受信コイル２３の、面５１が対向して位置している二つの上部固定部で形成される円柱部の外周に嵌まり、その下端７１が、ボビン３１のコイル巻回部３３の上端面３４に載るようになっている。そして図示してないネジ或いは耐熱性接着剤等の適宜手段により、この上部固定部材２４は、発信コイル２２及び受信コイル２３のボビン３１の上部固定部３５に固定される。従って、発信コイル２２と受信コイル２３のボビン３１の上部固定部３５は、上部固定部材２４を介して互いに結合され、相互間の距離が変化しないようになっている。なお、上部固定部材２４の長さは、ボビン３１の上部固定部３５の長さより長くなっている。
【００２５】
図４は、下部固定部材２５の平面図である。下部固定部材２５もセラミック製で中空の略円筒形の形をしており、その内径は、ボビン３１の下部固定部３７の直径に対応しており、図１に示すように対向して配置された発信コイル２２と受信コイル２３の下部固定部３７で構成される円柱部の外周に嵌まり、ネジ或いは接着剤等適宜手段で、発信コイル２２と受信コイル２３の下部固定部にそれぞれ固定される。従って、発信コイル２２と受信コイル２３のボビン３１の下部固定部３７は、下部固定部材２５を介して互いに結合され、相互間の距離が変化しないようになっている。なお、下部固定部材２５の長さは、ボビン３１の下部固定部３７の長さと略同じである。下部固定部材２５の外周には、断面円弧状で、軸方向全長に渡って延びる溝７３が、本実施の形態では円周方向で９０度間隔で４つ形成されている。この溝７３は後述のとおり、冷却ガスの通路となる。
【００２６】
図５は、支持金具２６を示す２面図であり、（イ）は平面図、（ロ）は縦断面図である。この支持金具２６は、非磁性金属で作られており、上部の本体部７５と、その下方に垂下する外形円形の栓部７６と、さらに下方に垂下する嵌合部７７とからなる。嵌合部７７の外径は、前述の上部固定部材２４の内径に対応し、図１に示すように、この嵌合部７７は上部固定部材２４の上部側に嵌まり、その下端部７８は、ボビン３１の上部固定部３５の上側面に載り、栓部７６と嵌合部７７との間の肩部７９は上部固定部材２４の上側端面に載っている。上部固定部材２４と支持金具２６とは、嵌合部７７の部分で、ネジ等の適宜手段で結合されている。そして、栓部７６の略中心位置を通って、先きに説明した発信コイル２２と受信コイル２３の上部固定部３５に形成された半円状の溝５３により構成される貫通孔６５に通じる貫通孔８０が、この貫通孔８０を挟んで直径方向反対側にそれぞれ、発信コイル２２と受信コイル２３のそれぞれのコイル素線を通すための貫通孔５９に通じる貫通孔８１、８２が形成されている。コイル素線はこの貫通孔８１、８２を通って引き出され、所定の測定装置に繋がれる。支持金具２６はさらに、約９０度の円弧状に延びる貫通孔８３が形成されている。貫通孔８３の内側の径は上部固定部材２４の内径と略同じであり、外側の径は、栓部７６の径より小さく、上部固定部材２４の外径より大きい。従って、この貫通孔８３の下部は、上部固定部材２４の外側に通じており、冷却ガスの排出口となる。
【００２７】
外ケース２７は、上部が開口し、下部が閉じた円筒状の部材であり、セラミック製である。その上端開口部で支持金具２６の栓部７６に嵌まり、ネジ或いは耐熱接着剤等適宜手段で結合される。また、下部固定部材２５の外径は外ケース２７の内周に嵌合状態で嵌まっている。
【００２８】
使用中には、冷却ガスが、支持金具２６の貫通孔８０から供給され、発信コイル２２と受信コイル２３の上部固定部３５の半円の溝により構成される貫通孔６５を通り、隙間６９へ流れる。その一部は下側の貫通孔６９を通って外ケース２７の底部と下部固定部材２５との間のスペースにながれ、半円溝７３を通って外ケース２７と各コイルとの間を上方へ流れ、排出口８３から流れ出る。また一部は、隙間６９から各コイルの周囲を流れて排出口８３から流れ出る。
【００２９】
以上のように構成された検出コイルでは、発信コイルと受信コイルとの上端部同志と下端部同志がともに相互間の距離が変化しないように、固定部材により固定されているので、従来例の様に、支持金具の熱変形によってコイル間の距離が上部と下部とで変わってしまうことはない。また、発信コイルと受信コイルは従来と異なり、直接支持金具に取り付けられるのではなく、セラミック製の上部固定部材を介して支持金具に取り付けられ、さらに支持金具２６の栓部７６及び嵌合部７７が外ケース内に充分深く収納され、さらに冷却ガスの流れる孔が内部を通って形成されているので、これらの部分は冷却ガスにより充分に冷却され、支持金具の発信コイルと受信コイルとが取り付けられる部分が従来のように変形すること自体が防止され、従来のような熱による変形が生じない。従って、発信コイルと受信コイルの断面形状を小さくし、両者の間の距離を小さくして、検出コイル全体の小型化を図ることが可能となる。また、先述のごとく、コイル素線の通される孔と冷却ガスの流れる孔が別個のものとなっているので、冷却ガスの流れが測定精度に影響を与えることが防止される。
【００３０】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る検出コイル１０１を示す縦断面図である。この実施の形態の基本的構成は第１の実施の形態と同じであるので、共通する部分についての詳細な説明は省略する。
【００３１】
第１の実施の形態においては、発信コイルと受信コイルの上部固定部と下部固定部とを別体の上部固定部材と下部固定部材とで固定していたが、本実施の形態においては単一の部材で上下の固定部を結合している。すなわち、本実施の形態に使用する発信コイル１０３のボビン１０４も、コイル素線が巻回される巻回部１０５の上下に、上部固定部１０６と下部固定部１０７が一体に形成されている。巻回部１０５の横断面は第１の実施の形態と同様に略２等辺三角形であり、その長辺を構成する面に断面三角形状の隆起部が形成されていること、各頂部は平面状にカットされ、そこに所定間隔で鋸歯が形成され、これを利用してコイル素線が巻回されることも同様である。上部固定部１０６はやはり横断面略半円で、その平面部に、受信コイルと組み合わされたときに、断面円形の冷却ガスの通路を形成する半円状の溝１０８が形成されている。下部固定部１０７も同様に断面略半円で、半円状の溝１０９が形成されている。そして、巻回部１０５と上下固定部１０６、１０７を貫いて、コイル素線を通すための貫通孔１１０が形成されている。なお、図７の発信コイル１０３のボビン１０４の横断面図に示すように、本実施の態様では、上下の固定部１０６、１０７の断面形状は巻回部１０５より大きくなっている。そして上下の固定部１０６と１０７は、同一半径で同一軸心に配置され、例えば図６で上方から見た場合、その外形形状が重なるようになっている。
【００３２】
符号１１２は、セラミック製の円筒状の固定部材である。すなわち、固定部材１１２はボビン１０４の上下固定部１０６、１０７の径と同じ寸法の内径を有し、発信コイル１０３と受信コイル１１０とを内部に収納し、上下の固定部１０６、１０７に嵌合し、ネジ、接着剤等の適宜手段により結合され、発信コイル１０３と受信コイル１１１の上下固定部１０６、１０７を互いに結合し、相互間の距離が変化するのを阻止する。
【００３３】
支持金具１１５の構成も第１の実施の形態でのそれと同じであり、冷却ガス用の貫通孔１１６、コイル素線を通すための貫通孔１１７、１１８及び冷却ガスの排出口１１９を備えている。また、外ケース１２１も第１の実施の形態の場合と同じ構成でよい。
【００３４】
使用中には、冷却ガスが貫通孔１１６から導入され、貫通孔１２２を通って隙間１２３へ流れ、貫通孔１２４から固定部材１１２と外ケース１２１との間を流れ、排出口１１９から排出される。
【００３５】
なお、上部固定部１０６と下部固定部１０７とは必ずしも同じ直径である必要はなく、直径が異なる場合には、固定部材１１２の直径を、上部固定部１０６と下部固定部１０７とに嵌合する部位で異なるようにすればよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなとおり、本発明によれば、発信コイルと受信コイルの上端と下端での相互距離が使用中に変化することが確実に防止でき、これにより、発信コイル、受信コイルの断面積を小さくし、発信コイルと受信コイルとの間の距離を小さくし、検出コイル全体の大きさを小型化できる。また、支持金具の各コイルを支持している部分の熱変形自体を防止でき、発信コイル、受信コイルを変形させようとするする力の発生が阻止され、耐久性向上に寄与する。また、コイルを固定したネジの緩み等も発生しない。コイル素線は耐熱性接着剤で固定するので、使用中に緩むことが防止できる。また、冷却ガスを通す孔がコイル素線の通る孔と別になっているので、冷却ガスの流れが測定精度の悪影響を及ぼすこともない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る検出コイルの縦断面図である。
【図２】ボビンの詳細を示す４面図である。
【図３】上部固定部材の斜視図である。
【図４】下部固定部材の平面図である。
【図５】支持金具を示す２面図である。
【図６】第２の実施の形態を示す縦断面図である。
【図７】ボビンの形状を示す平面図である。
【図８】従来例を示す断面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線に沿っての断面矢視図である。
【符号の説明】
２１  検出コイル
２２  発信コイル
２３  受信コイル
２４  上部固定部材
２５  下部固定部材
２６  支持金具
２７  外ケース
３１  ボビン
３５  上部固定部
３７  下部固定部
【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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