(57)【要約】【課題】低騒音空調機用電動制御弁を提供する。【解決手段】ステッピングモーター３の磁石２、弁座9a、弁体4が筐体10内に収容され、筐体10内を冷媒が流動し、弁体4の所定部位には磁石2を保持し磁石2と一緒に回転する磁石ホルダー2cと一体化したキャップ11が被せられ、螺旋状固定バネ6と移動ばね7からなる共通ばね5が同軸状に配され、固定バネ６は弁体4および磁石2とかい離しており、固定バネ6の両端と移動バネ7の一端には延出部6a,6b,7aが設けられ、移動バネ7は固定バネ6の溝6cに回転自在に嵌め込まれ、移動バネ7は、その一端の延出部7aがキャップ11壁部の係止部11aに係止して磁石の回転に伴って固定バネ6の溝6c上を回転しつつ軸方向に移動し、移動バネ7の一端延出部7a或いは他端部7bが固定バネ両端の延出部6a,6bのいずれかに当接するとキャップ11（磁石）の回転が停止し、同時に弁体4の移動が停止する電動制御弁。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアと磁石からなるステッピングモーターの前記磁石の回転に伴い弁体が軸方向に移動して前記弁体端部の針状部が弁座の開度を調整する電動制御弁において、前記磁石、弁座および弁体が筐体内に収容され、前記筐体内を冷媒が流動し、前記弁体の所定部位には前記磁石を保持し磁石と一緒に回転する磁石ホルダーと一体化したキャップが被せられ、さらに開閉両側のストッパー用の共通バネが同軸状に配され、前記共通バネは螺旋状の固定バネと移動バネからなり、前記固定バネは弁体および磁石とかい離しており、前記固定バネの両端および移動バネの一端にはそれぞれ延出部が設けられ、前記移動バネは前記固定バネの溝に回転自在に嵌め込まれ、前記移動バネは、その一端の延出部がキャップ壁部に設けられた係止部に係止して磁石（キャップ）の回転に伴って固定バネの溝上を回転しつつ固定バネに沿って軸方向に移動し、前記移動バネの一端の延出部或いは他端部が固定バネ両端の延出部のいずれかに当接するとキャップおよび磁石の回転が停止し、同時に弁体の移動が停止することを特徴とする電動制御弁。
【請求項２】
前記筐体の一端に冷媒流入（出）部が設けられ、前記筐体の内面と磁石外面との間隙に冷媒流路が設けられ、前記筐体の他端に冷媒流出（入）部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動制御弁。
【請求項３】
前記筐体の一端の冷媒流入（出）部、前記筐体の他端の冷媒流出（入）部の少なくとも一つが筐体端部を絞り加工して形成されていることを特徴とする請求項２記載の電動制御弁。
【請求項４】
前記冷媒流入（出）部内面または冷媒流出（入）部内面の少なくとも一つに冷媒の流動方向と平行な溝が設けられていることを特徴とする請求項２または３記載の電動制御弁。
【請求項５】
前記筐体内面が、最大高さＲｙが５μｍ以上、算術平均粗さＲａが２μｍ以上の粗度に粗面化されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動制御弁。
【請求項６】
前記筐体内面にサンドブラスト処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動制御弁。
【請求項７】
前記筐体の弁座が配された部分（弁座部）の先端の内径は前記冷媒流出（入）部の内径より大きく、かつその差は２ｍｍ以下であり、さらに前記弁座部と前記冷媒流出（入）部の境界部分の内面がテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電動制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調機や冷蔵庫に用いられる、冷媒流量を制御するための電動制御弁の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動制御弁は、図５に示すように、ステータコア１と磁石２からなるステッピングモーター３の前記磁石２に弁体４の上部４ａが一体に取り付けられ、弁体４の中央部４ｂはバルブ本体８の雌ネジに螺合されており、弁体４の針状部４ｃは、バルブ本体８の冷媒流路に設けられた弁座９内に位置しており、ステータコア１に通電すると磁石２および弁体４が回転し、弁体４がネジ回転して軸方向に移動し、弁体４の針状部４ｃが弁座９の開度を調整して冷媒流量が制御される。図５で白抜き矢印は冷媒の流動方向を示す。
【０００３】
しかし、前記従来の電動制御弁は、冷媒の流動音が大きく、就寝の妨げになったりすることがあった。前記流動音は、特に、冷媒が、気相を不均一に分散させて或いは乱流状態で絞り部を通過する際に発生し易い。
消音対策として、絞り部の冷媒出口側の流路面積を段階的に縮小する方法（特許文献１）、或いは絞り部に多孔質透過材を配置する方法（特許文献２）が提案されている。
【０００４】
しかし、特許文献１の方法は流動音が十分に低減されなかった。また特許文献２の方法は多孔質透過材を用いるためコスト高になり、また異物が多孔質透過材の孔を閉塞する恐れがあった。前記閉塞に備えてバイパスを設けておいても冷媒がバイパスを通過するとき流動音が発生するという問題があった。
【０００５】
また、電動制御弁の構造を簡素化するため開閉両側のストッパーを１つにした共通ストッパーが提案されているが（特許文献３、４）、これは移動バネの一端を係止するための垂下状ストッパー（係止部）が筐体に溶接されており、また筐体内を気密にするため蓋部が溶接されており、このように溶接部が多いため信頼性に問題があった。
【０００６】
この他、異物が絞り部に付着して冷媒流量が経時的に変化したり、運転中に弁体の針状部が弁座に噛み込んで固着し運転が停止することがあった。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８７５３６号公報
【特許文献２】特開２００１−３１１５７０号公報
【特許文献３】特開平１０−１６９８２１号公報
【特許文献４】特開２００１−２４１５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、冷媒の流動音が低く、絞り部が異物で閉塞され難く、弁体が弁座に噛み込まれて固着したりせず、気密性を要する部位に溶接部がないため信頼性が高く、しかも安価な、電動制御弁の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載発明は、ステータコアと磁石からなるステッピングモーターの前記磁石の回転に伴い弁体が軸方向に移動して前記弁体端部の針状部が弁座の開度を調整する電動制御弁において、前記磁石、弁座および弁体が筐体内に収容され、前記筐体内を冷媒が流動し、前記弁体の所定部位には前記磁石を保持し磁石と一緒に回転する磁石ホルダーと一体化したキャップが被せられ、さらに開閉両側のストッパー用の共通バネが同軸状に配され、前記共通バネは螺旋状の固定バネと移動バネからなり、前記固定バネは弁体および磁石とかい離しており、前記固定バネの両端および移動バネの一端にはそれぞれ延出部が設けられ、前記移動バネは前記固定バネの溝に回転自在に嵌め込まれ、前記移動バネは、その一端の延出部がキャップ壁部に設けられた係止部に係止して磁石（キャップ）の回転に伴って固定バネの溝上を回転しつつ固定バネに沿って軸方向に移動し、前記移動バネの一端の延出部或いは他端部が固定バネ両端の延出部のいずれかに当接するとキャップおよび磁石の回転が停止し、同時に弁体の移動が停止することを特徴とする電動制御弁である。
【００１０】
請求項２記載発明は、前記筐体の一端に冷媒流入（出）部が設けられ、前記筐体の内面と磁石外面との間隙に冷媒流路が設けられ、前記筐体の他端に冷媒流出（入）部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動制御弁である。
【００１１】
請求項３記載発明は、前記筐体の一端の冷媒流入（出）部、前記筐体の他端の冷媒流出（入）部の少なくとも一つが筐体端部を絞り加工して形成されていることを特徴とする請求項２記載の電動制御弁である。
【００１２】
請求項４記載発明は、前記冷媒流入（出）部内面または冷媒流出（入）部内面の少なくとも一つに冷媒の流動方向と平行な溝が設けられていることを特徴とする請求項２または３記載の電動制御弁である。
【００１３】
請求項５記載発明は、前記筐体内面が、最大高さＲｙが５μｍ以上、算術平均粗さＲａが２μｍ以上の粗度に粗面化されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動制御弁である。
【００１４】
請求項６記載発明は、前記筐体内面にサンドブラスト処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動制御弁である。
【００１５】
請求項７記載発明は、前記筐体の弁座が配された部分（弁座部）の先端の内径は前記冷媒流出（入）部の内径より大きく、かつその差は２ｍｍ以下であり、さらに前記弁座部と前記冷媒流出（入）部の境界部分の内面がテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電動制御弁である。
【００１６】
前記冷媒流入（出）部或いは冷媒流出（入）部のカッコ付き表記は、冷房と暖房が切り換わるときに流入部が流出部に或いは流出部が流入部に変わることを意味する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載発明は、冷媒流路の全開と全閉の両側に設けられていたストッパーを、螺旋状固定バネと螺旋状移動バネを組み合わせた共通バネに代替したので、構造の簡素化、部品点数の減少および組立ての簡略化が図れ、コストが低減される。
【００１８】
前記螺旋状移動バネは、その一端の延出部を、磁石と一緒に回転する磁石ホルダーと一体化したキャップ壁部の係止部に係止させ、キャップの回転に伴って回転しつつ、螺旋状固定バネに沿って軸方向に移動し、その移動は移動バネの一端の延出部或いは他端部が固定バネ両端の延出部のいずれかに当接して停止するので、垂下状ストッパーが不要である。また磁石、弁座、弁体などを収容する筐体は蓋部を要さない。従って気密性を有する部位には溶接部がなく、信頼性に優れる。
さらに固定バネ両端の延出部の間隔を適正に設定することにより、弁座の開閉が過不足なく行われ、弁体の針状部が弁座に噛み込まれるなどのトラブルが防止される。
【００１９】
冷媒は筐体内を流動する間に整流化し、かつ気相が均一に分散するので、冷媒が絞り部を通過するときの流動音が低減する。また冷媒中の磁性体異物は筐体内を流動する間に磁石に吸着されるので、絞り部の詰まりが軽減され、冷媒流量の経時的変化が防止される。
【００２０】
請求項２記載発明では、冷媒は、筐体内面と磁石間の幅狭の隙間を流動するので十分整流化され、絞り部での冷媒の流動音がより良好に低減する。当該電子膨張弁の配管方向によっては、例えば、暖房時に、冷媒が前記隙間を通過した直後に絞り部を通過するように配管すれば整流状態が良好で冷媒の流動音が著しく低減される。
【００２１】
前記隙間の一方の側は磁石なので、冷媒に混入した磁性体異物は磁石に効率よく吸着され除去される。従って絞り部の詰まりがより軽減され、冷媒流量の経時的変化がより良好に防止される。
【００２２】
請求項３記載発明では、前記筐体一端の冷媒流入（出）部、筐体他端の冷媒流出（入）部の少なくとも一つが筐体端部を絞り加工して形成されているので加工費が安い。また気密性を要する部位に溶接箇所がないので信頼性に優れる。さらに筐体本体と冷媒流出（入）部の境界の冷媒流路をテーパー状とするので、冷媒圧力の急激な変化による乱流の発生が抑えられ、冷媒の流動音がより低減される。
【００２３】
請求項４記載発明では、前記冷媒流入（出）部内面または冷媒流出（入）部内面の少なくとも一つに、冷媒の流動方向と平行な溝を設けたので、冷媒の整流化が促進され流動音が一層低減する。
【００２４】
請求項５記載発明では、前記筐体内面を粗面化したので、冷媒が筐体内を通過する際に、冷媒中の気相（気泡）が均一に分散し、絞り部での流動音がより低減する。
【００２５】
請求項６記載発明では、前記筐体内面をサンドブラスト処理したので、筐体内面の粗面化が容易にかつ低コストで行える。
【００２６】
請求項７記載発明では、前記筐体弁座部先端の内径が、前記冷媒流出（入）部の内径より大きく、かつその差が２ｍｍ以下に抑えられ、さらに前記筐体弁座部と前記冷媒流出（入）部の境界部分の内面をテーパー状に形成したので、冷媒圧の急激な変化による流動音が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明の実施形態を、図を参照して具体的に説明する。
図１（イ）は本発明の電動制御弁の実施形態を示す側面説明図、図１（ロ）は固定バネの側面説明図である。
本発明の電動制御弁は、ステータコア１と磁石２からなるステッピングモーター３の前記磁石２の回転に伴い弁体４が軸方向に移動して弁体４端部の針状部４ｃが弁座９ａの開度を調整する電動制御弁において、ステータコア１と磁石２からなるステッピングモーター３の前記磁石２、弁座９aおよび弁体４が筐体１０内に収容され、筐体１０内を冷媒が流動し、弁体４の所定部位には磁石２を保持し磁石２と一緒に回転する磁石ホルダー２ｃと一体化したキャップ１１が被せられ、さらに開閉両側のストッパー用の共通バネ５が同軸状に配され、共通バネ５は螺旋状の固定バネ６と移動バネ７からなり、固定バネ６は弁体４および磁石２とかい離しており、固定バネ６の両端および移動バネ７の一端にはそれぞれ延出部６a、６b、７aが設けられ、移動バネ７は固定バネ６の溝６ｃに回転自在に嵌め込まれ、移動バネ７は、その一端の延出部７aがキャップ１１壁部内面に設けられた係止部１１aに係止して磁石（キャップ）の回転に伴って固定バネ6の溝６ｃ上を回転しつつ固定バネ６に沿って軸方向に移動し、移動バネ７の一端の延出部７a或いは他端部７ｂが固定バネ両端の延出部６a、６bのいずれかに当接するとキャップ１１および磁石２の回転が停止し、同時に弁体４の移動が停止するように構成されたものである。
【００２８】
弁体４の針状先端部４ｃは弁座部９の冷媒流路に設けられた弁座９ａ内に位置しており、ステータコア１に通電すると磁石２が回転し、磁石２に取り付けられた磁石ホルダー２ｃと一体化した弁体４はバルブ本体８の雄ネジと磁石ホルダー２ｃの雌ネジによって軸方向に移動し、それにより弁体４の針状部が弁座９ａ内を軸方向に移動して弁座９ａの開度が調整され、冷媒流量が制御される。磁石２、弁体４、バルブ本体８および弁座部９は筐体１０内に収容され、ステータコア１は筐体１０の外周に配されている。
【００２９】
固定バネ６の両端には延出部（ストッパー）６ａ、６ｂが設けられ、移動バネ７の一端には延出部７ａが設けられ、前記移動バネ７は固定バネ６の溝に回転自在に嵌め込まれている。弁体４の所定部位（上部）には磁石ホルダーと一体化したキャップ１１が被せられている。弁体４はキャップ１１の天板穴部１１ｂを貫通し、弁体端部（貫通部）に設けられた溝にスプリングワッシャ１１ｃで固定されている。前記キャップ１１壁部には、図２（イ）、（ロ）に示すように、移動バネ７の一方の延出部７ａを係止するための係止部１１ａ、１１ａ’が設けられている。
図２（イ）に示した係止部１１ａはキャップ１１壁部内面に設けた凸状のもの、図２（ロ）に示した係止部１１ａ’はキャップ１１壁部に設けた切欠き状のもので、いずれも軸方向に連続して設けられている。
【００３０】
固定バネ６は、その他端延出部６ｂの曲がった部分を、バルブ本体８に設けた溝に挿入して、軸方向および周方向に動かないようにしてある。キャップ１１は磁石２を固定している磁石ホルダー（雌ネジ部材）２ｃにスポット溶接してある。これによりキャップ１１は磁石２と一緒に回転する。
【００３１】
以下に、本発明の電動制御弁の暖房時における動作を図１を参照して具体的に説明する。図１（イ）で白抜き矢印は冷媒の流動方向を示す。
冷媒が筐体１０の冷媒流入部１０ａから流入し、冷媒流出部１０ｂから流出する。ステーターコア１に通電して磁石２を順回転させると、磁石２、磁石ホルダー、キャップ１１と組み立てられた弁体４が、磁石ホルダー（雌ネジ部材）２ｃとバルブ本体（雄ネジ部材）８のネジ回転により下方に移動し、弁座９の開度が減少する。この間、移動バネ７の一端延出部７ａがキャップ１１壁部内面の係止部１１ａに当接し（図２参照）、移動バネ７はキャップ１１の回転に伴って、固定バネ６に沿って上方に移動し、移動バネ７の一端延出部７ａが固定バネ６の一端延出部６ａに当接すると移動バネ７が停止し、それに伴いキャップ１１および磁石ホルダーの回転が止まり、同時に弁体４が停止する。
【００３２】
磁石ホルダーを逆回転させると弁体４は上方に移動し、弁座９の開度が増大する。この間、移動バネ７は固定バネ６に沿って下方に移動し、移動バネ７の他端部７ｂが固定バネ６の他端延出部６ｂに当接すると移動バネ７が停止し、それに伴いキャップ１１および磁石ホルダーの回転が止まり、同時に弁体４が停止する。
【００３３】
このように、本発明では、１本の固定バネ６が弁体４の全閉側と全開側のストッパーを兼ねる。また弁座９の開度はステッピングモーター３のステップ数を調節することにより微調整が可能であり、さらに固定バネ６の延出部６ａ、６ｂの設置位置により、弁座部９ａ内に位置している弁体４の針状部４ｃの上限と下限の停止位置が設定される。特に、全閉側では、針状部４ｃの下限の停止位置を全閉状態としないことで、弁体４（針状部４ｃ）が弁座９に固着するトラブルが確実に回避される。
【００３４】
本発明において、固定バネ６の両端の延出部６ａ、６ｂのどちらを開側のストッパーとし、どちらを閉側のストッパーとするかは、固定バネ６の螺旋巻き方向を変えることにより任意に選択できる。
【００３５】
図１（イ）に示した本発明の電動制御弁の組み立ては、例えば、筐体１０となる銅管の下部を上下２段に絞り加工したのち、磁石２、磁石ホルダー２ｃ、弁体４、バルブ本体８、キャップ１１、弁座部９などからなる組み込み部材を銅管上部から挿入し、前記銅管下部上段に弁座部９を位置させ、両者をかしめて合体させる。次いで、前記銅管上部を絞り加工して冷媒流入部１０ａを形成し、その後、銅管外周にステータコア１を設置して行われる。銅管下部下段は冷媒流出部１０ｂとなる。このように、本発明の電動制御弁では、気密性を要する部位には溶接箇所がなく、信頼性に優れる。
【００３６】
本発明において、キャップ１１は、削り出しで作製したキャップ状物の内面に係止部を設ける方法、金属板をプレス打ち抜きして作製した三足状板を金型でキャップ状に成形する方法などにより作製できる。
【００３７】
本発明において、キャップ１１の壁部に設ける係止部の形状は、壁部内面を凸状に形成したもの（図２（イ）参照）、凹状（溝）に形成したもの、壁部を切欠いたもの（図２（ロ）参照）など、移動バネ一端の延出部を係止し得る形状であれば任意である。
【００３８】
移動バネ７の一端延出部７ａの形状は、図２（イ）に示す接線方向に延長する形状だと、一端延出部７ａがキャップ１１壁部の係止部１１ａに係止した際、力が移動バネ７が拡がる方向に作用するため移動バネ７には高い剛性が必要となるが、図２（ロ）に示す接線方向に対しほぼ直角に曲げられた形状なら力が円周方向に作用するため移動バネ７は拡がり難い。従って移動バネ７の一端延出部７ａの形状は図２（ロ）に示す形状が推奨される。
【００３９】
筐体上部の冷媒流入部から流入した冷媒は、図１に示すように、筐体内面と磁石の隙間を通過する。冷媒は前記隙間を通過することで整流化し、乱流による騒音が低減する。
【００４０】
以上、暖房時の冷媒の流れについて説明したが、本発明によれば、冷媒の流動方向が逆になる冷房時にも、冷媒の整流化が図れ、また液相中の気相は均一に分散して、暖房時と同様に流動音が低減する。
【００４１】
本発明において、冷媒が筐体内面と磁石の隙間を通る際、冷媒中の磁性体異物は磁石に付着し、絞り部の詰まりが防止される。冷房と暖房とで冷媒の流動方向が逆転しても、磁石による異物除去は同様に発現される。
【００４２】
図１では、本発明の電動制御弁を縦置きした場合について説明したが、横置きした場合も同様の作用効果が得られる。
【００４３】
図３（イ）、（ロ）は本発明で用いる磁石の実施形態を示す横断面図である。
この磁石２は磁極（N極またはS極）に溝部２ａを形成してそこに冷媒を流し、冷媒中の磁性体異物が溝部２ａの底部に付着するようにしたもので、冷媒は溝部２ａが異物で充満するまで溝内を良好に流動する。図３（イ）、（ロ）で２ｂは山部である。
【００４４】
請求項５記載発明において、筐体内面を、最大高さＲｙ５μｍ以上、算術平均粗さＲａ２μｍ以上の粗度に規定する理由は、前記規定値を外れると気液２相冷媒において気相が均一に分散せず、冷媒の流動音を十分に低減できないためである。
なお、前記最大高さＲｙおよび算術平均粗さＲａはＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に準じる。
【００４５】
請求項６記載発明において、筐体内面をサンドブラスト処理により粗面化する理由は、サンドブラスト処理によれば、均一な粗面が容易に得られるためである。サンドブラスト処理には、市販のサンドブラスト機が適用できる。
【００４６】
請求項７記載発明において、図４（イ）に示すように、弁座部９と冷媒流出（入）部１０ｂの境界部分の段差ｄを１ｍｍ以下（内径差２ｍｍ以下）に規定する理由は、段差ｄが１ｍｍを超えると冷媒圧が急激に変化して、冷媒が乱流状態となり、また気泡（気相）が多量に発生して、流動音が大きくなるためである。図４（ロ）に示すように、冷媒流出部１０ｂを絞り加工しておくと流動音は減少する。図４（イ）で９ｂはテーパー部である。
【００４７】
本発明において、筐体には非磁性体の純銅、銅合金などの金属材料が好適に用いられ、特に純銅は絞り加工性に優れ推奨される。この他、冷媒配管には純銅、弁座には黄銅、ステッピングモーターの磁石ホルダーにはステンレスがそれぞれ好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（イ）は本発明の電動制御弁の実施形態を示す縦断面説明図、（ロ）は固定バネの側面説明図である。
【図２】（イ）および（ロ）はキャップ壁部の係止部と移動バネ一端延出部との係止状態を示す横断面説明図である。
【図３】（イ）および（ロ）は本発明の電動制御弁における磁石の実施形態を示す横断面説明図である。
【図４】（イ）および（ロ）は本発明の弁座部と冷媒流出部の境界部分の実施形態を示す縦断面説明図である。
【図５】従来の電動制御弁の縦断面説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    ステータコア
２    磁石
２ａ  磁石に形成された溝部
２ｂ  磁石に形成された山部
２ｃ  磁石ホルダー
３    ステッピングモーター
４    弁体
４ｃ  弁体の針状部
５    共通バネ
６    固定バネ
６ａ  固定バネの一端延出部（ストッパー）
６ｂ  固定バネの他端延出部（ストッパー）
６ｃ  固定バネの溝
７    移動バネ
７ａ  移動バネの一端延出部
７ｂ  移動バネの他端部
８    バルブ本体
９    弁座部
９ａ  弁座
９ｂ  テーパー部
１０  筐体
１０ａ冷媒流入部
１０ｂ冷媒流出部
１１  キャップ
１１ａキャップ壁部の内面に設けられた凸状係止部
１１ａ’キャップ壁部に設けられた切欠き状係止部
１１ｂキャップの天板穴部
１１ｃスプリングワッシャ
【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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