(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムからなるチューブと、アルミニウムからなるフィンとをろう付け接合して熱交換器を製造するために用いられるフラックス液であって、
フッ化物系フラックスと、コロイダルシリカと、上記フッ化物系フラックス及び上記コロイダルシリカを分散させる分散媒とを含有し、
上記フッ化物系フラックスに対する上記コロイダルシリカの質量比が１／２００〜１／１５である、フラックス液。
【請求項２】
上記コロイダルシリカの１次粒子の平均粒子径が１〜５００ｎｍである、請求項１に記載のフラックス液。
【請求項３】
上記フィンは、表面にろう材がクラッドされたクラッドフィンである、請求項１又は２に記載のフラックス液。
【請求項４】
上記チューブは、表面にろう材がクラッドされたクラッドチューブである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフラックス液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムからなるチューブと、アルミニウムからなるフィンとをろう付け接合して熱交換器を製造するために用いられるフラックス液に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、オールアルミニウム製の熱交換器は、冷媒が流れるアルミニウムチューブと、チューブの外側の空気との間で熱交換を行うためのアルミニウムフィンとを有しており、チューブとフィンとは互いに接合されている。熱交換器の熱交換性能にはフィンの親水性が大きく影響するため、表面に親水性の塗膜が形成されたフィンがよく用いられている。このような親水性の塗膜を有するフィンとチューブとの接合には、例えばろう付け接合が利用される。
【０００３】
しかし、一般的な樹脂系又は無機系の塗膜は、ろう付け時の加熱温度で変質又は分解してしまうため、ろう付け後に十分な親水性を発揮できない。また、フラックスを用いてろう付けを行う場合には、塗膜が存在するとフラックス作用が阻害され、ろう付け接合が不十分になるおそれがある。したがって、ろう付けによって熱交換器を製造する場合には、例えば特許文献１に示されるように、ろう付けの後に塗膜の形成が行われていた。しかし、この場合には、専用の塗膜形成設備が必要となるため製造コストが増大したり、熱交換器の大型化への対応が困難になったりするという問題がある。
【０００４】
そこで、親水性の向上を目的として、例えば特許文献２には、ろう付け前に塗膜がプレコートされたフィン材として、ケイ酸塩を主成分とする塗膜を有するフィン材が提案されている。また、特許文献３には、ろう付け前に、キシレン等の支持体やシリコーンオイル等の珪素系結合剤等を含む被膜を予め形成したフィンを用いて熱交換器を作製する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４７３１４号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３７１５３号公報
【特許文献３】特表２００８−５０８１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の塗膜や被膜がプレコートされたフィンを用いて製造される熱交換器においても、フラックスを用いたろう付け後の親水性に改良の余地があり、初期の親水性やその持続性に更なる向上が望まれている。また、プレコートされた塗膜や被膜の存在によって、フラックスを用いたフィンとチューブとのろう付け接合が不十分になるおそれがある。
【０００７】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、チューブとフィンとをろう付け接合してなる熱交換器の親水性及びその持続性を向上させることができると共に、ろう付け性を向上させることができるフラックス液を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、アルミニウムからなるチューブと、アルミニウムからなるフィンとをろう付け接合して熱交換器を製造するために用いられるフラックス液であって、
フッ化物系フラックスと、コロイダルシリカと、上記フッ化物系フラックス及び上記コロイダルシリカを分散させる分散媒とを含有し、
上記フッ化物系フラックスに対する上記コロイダルシリカの質量比が１／２００〜１／１５である、フラックス液にある。
【発明の効果】
【０００９】
上記フラックス液は、フッ化物系フラックスと、コロイダルシリカと、これらを分散する分散媒とを含有し、コロイダルシリカの含有量がフッ化物系フラックスに対する質量比で上記所定の範囲に調製されている。そのため、ろう付け接合におけるろう付け性を向上させることができる共に、フィン等に親水性を付与することができる。すなわち、ろう付け性の向上効果と親水性の向上効果とを兼ね備える。そのため、フラックス液は、アルミニウムからなるフィンの表面に親水性の塗膜を有するプレコートタイプのフィン（以下、適宜「プレコートフィン」という）だけでなく、塗膜を有していないベアタイプのフィン（以下、適宜「ベアフィン」という）に対しても用いることが可能であり、いずれの場合においてもろう付け性の向上効果と共に、フィンの親水性の向上効果を発揮することができる。また、フラックス液をベアフィンに用いた場合には、塗膜の存在によりろう付け性が損なわれることも防止できる。また、フラックス液により親水性が付与されるため、ろう付け後に必ずしも親水性を付与するための塗膜を形成する必要もなくなる。そのため、専用の塗膜形成設備も必要とせず、製造コストの増大を防止し、熱交換器の大型化への対応も可能になる。なお、フラックス液による上述の親水性の向上効果には、使用初期の親水性の向上効果だけでなく、初期の親水性の持続効果も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における、熱交換器のコア部（ミニコア）の斜視図。
【図２】実施例１における、熱交換器のコア部（ミニコア）の断面図。
【図３】実施例１における、熱交換器のフィンの拡大断面図。
【図４】実施例１における、ろう付け接合前のフィンとチューブとの断面構造を示す説明図（ａ）、ろう付け接合後のフィンとチューブとの断面構造を示す説明図（ｂ）。
【図５】実施例２における、熱交換器の正面図。
【図６】変形例１における、熱交換器のコア部（ミニコア）の斜視図。
【図７】変形例１における、熱交換器のコア部（ミニコア）の断面図。
【図８】変形例１における、熱交換器のフィンの拡大断面図。
【図９】変形例１における、ろう付け接合前のフィンとチューブとの断面構造を示す説明図（ａ）、ろう付け接合後のフィンとチューブとの断面構造を示す説明図（ｂ）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書において、「アルミニウム」は、純アルミニウムだけでなく、アルミニウム合金を含む概念である。即ち、チューブの材質は、純アルミニウムだけでなく、アルミニウム合金を含み、フィンの材質も、純アルミニウムだけでなく、アルミニウム合金を含む。具体的には、Ａ１０００系の純アルミニウム、Ａ３０００系のアルミニウム合金等を用いることができる。
【００１２】
チューブとしては、丸管あるいは扁平管等の形状を採用することができる。チューブ内には、内部を複数の通路に区画する内柱が形成されていてもよい。より具体的には、チューブとしては、例えば扁平多穴管を採用することができる。
【００１３】
チューブとしては、例えばブレージングシートを丸管形状又は扁平管形状に加工してなるチューブを用いることができる。ブレージングシートは、アルミニウムからなる心材に、ろう材をクラッドしてなり、片面クラッドでも両面クラッドでもよい。このようなブレージングシートを加工してなるチューブを用いる場合には、接合時に別途ろう材を使用する必要がなくなる。したがって、チューブは表面にろう材がクラッドされたクラッドチューブであることが好ましい。心材にクラッドされるろう材としては、例えばＡｌ−Ｓｉ系合金粉末、Ｓｉ粉末、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金粉末等が用いられる。なお、ろう材の粉末のうち、Ｓｉ粉末は、ろう付け加熱時に、チューブ及び／又はフィン中に含まれるＡｌとＡｌ−Ｓｉ系合金を形成することによりろう材としての機能を発揮することができる。また、上述のろう材には、フラックスやバインダ樹脂を混合することもできる。フラックスとしては、例えばフルオロアルミン酸カリウム、フルオロ亜鉛酸カリウム等のフッ化物系フラックス粉末等が用いられる。バインダ樹脂としては、例えばアクリル系樹脂等が用いられる。また、チューブとしては、ろう材等がクラッドされていないベアチューブを用いることもできる。
【００１４】
フィンとしては、コルゲートフィン、プレートフィン、ピンフィン等の形状を採用することができる。熱交換性能の向上のため、フィンはスリットを有していてもよい。また、フィンとしては、表面にろう材がクラッドされたクラッドフィンを用いることもできるし、表面に親水性塗膜が形成されたプレコートフィンを用いることもできるし、ろう材や塗膜等が形成されていないベアフィンを用いることもできる。クラッドフィンを用いる場合には、ろう材としては、上述の粉末と同様の材料を用いることができ、また、ろう材には上述のフラックス、バインダ樹脂を混合することもできる。クラッドフィンは片面クラッドでも両面クラッドでもよい。プレコートフィンを用いる場合には、親水性塗膜は、コロイダルシリカを含む塗料を塗布し乾燥させることにより形成することができる。親水性塗膜形成用の塗料は、さらに水ガラス及び／又は有機樹脂を含有していてもよい。プレコートフィンにおける親水性塗膜は片面に形成されていても、両面に形成されていてもよい。
【００１５】
好ましくは、フィンは、クラッドフィン又はベアフィンであることがよい。この場合には、フラックス液の親水性付与効果が十分に生かされ、親水性塗膜を有さないフィンに対しても親水性を付与できるという効果を奏する。また、クラッドフィンの場合には、接合時に別途ろう材を使用する必要がなくなる。
【００１６】
チューブとフィンとをろう付け接合することにより、熱交換器を得ることができる。ろう付け接合は、チューブとフィンとの接合部にろう材を供給し、接合部やフィン等にフラックス液を供給し、接合部を加熱することにより行うことができる。ろう材がクラッドされたチューブ又はフィンを用いる場合には、ろう材が接合部に既に供給されるため、別途ろう材を使用する必要がなくなる。
【００１７】
フラックス液は、フッ化物系フラックスと、コロイダルシリカと、これらを分散させるための分散媒とを含有する。分散媒としては、例えば水を用いることができる。フッ化物系フラックスとしては、例えばＫＡｌＦ4、Ｋ2ＡｌＦ5、Ｋ3ＡｌＦ6等のフルオロアルミン酸カリウムを用いることができる。また、フッ化物系フラックスとしては、ＫＺｎＦ3等のフルオロ亜鉛酸カリウムを用いることもできる。フッ化物系フラックスとしては、上述の化合物を単独で用いることもできるし、併用してもよい。フッ化物系フラックスとしては、例えば平均一次粒子径１〜５０ｎｍのものを用いることができる。フッ化物系フラックスの平均１次粒子径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における体積積算値５０％での粒径を意味する。
【００１８】
フラックス液においては、フッ化物系フラックスに対するコロイダルシリカの質量比が１／２００〜１／１５であることが好ましい。すなわち、フッ化物系フラックスの含有量ＣF（質量部）とコロイダルシリカの含有量ＣS（質量部）とが、１／２００≦ＣS／ＣF≦１／１５という関係を満足することが好ましい。ＣS／ＣF＜１／２００の場合には、コロイダルシリカの含有量が少なすぎるため、フラックス液を用いて作製した熱交換器の親水持続性が不十分になるおそれがある。親水持続性をより向上させるという観点からは、ＣS／ＣF≧１／１５０であることがより好ましく、ＣS／ＣF≧１／１００であることがさらに好ましい。一方、ＣS／ＣF＞１／１５の場合には、コロイダルシリカに対するフッ化物系フラックスの量が少なすぎて、ろう付け性が不十分になるおそれがある。ろう付け性をより向上させるという観点からは、ＣS／ＣF≦１／２０であることがより好ましい。なお、本明細書における好ましい数値範囲については、上限及び下限の全ての組み合わせから決定することができる。
【００１９】
コロイダルシリカの１次粒子の平均粒子径（すなわち、平均１次粒子径）は１〜８００ｎｍであることが好ましい。この場合には、ろう付け性と親水性とをより高いレベルで向上させることができる。ろう付け性と親水性とをより確実かつさらに高いレベルで向上させるという観点から、コロイダルシリカの平均１次粒子径は１〜５００ｎｍであることがより好ましい。コロイダルシリカの平均１次粒子径は、コロイダルシリカを乾燥し、ＢＥＴ法を用いてその比表面積を求め、重量と密度から逆算することにより求められる。コロイダルシリカは、例えば粒子単体又は粒子の凝集体としてフラックス液中に分散されている。
【００２０】
ろう付け時の加熱は、例えば不活性ガス雰囲気中で、５７０℃〜６１０℃の最高到達温度で行われる。この加熱により、フィンとチューブとの当接部においてろう材を溶融させ、その後の冷却により、溶融したろう材を硬化させる。これにより、フィンとチューブとのろう付け接合が可能になる。
【００２１】
熱交換器は、フィンと、このフィンにろう付け接合されたチューブとからなるコア部を有する。熱交換器の具体例は、後述の実施例において図面を用いて説明するが、熱交換器は、コア部に、ヘッダ、サイドサポート、出入り口管等を組み付けることにより製造される。
【００２２】
熱交換器は、例えば、空調機、冷蔵庫に用いることができる。また、自動車のコンデンサ、エバポレータ、ラジエータ、ヒータ、インタークーラ、オイルクーラ等に用いることもできる。さらに、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータを制御するインバータユニットに備えられたＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）等の発熱体を冷却するための冷却装置に用いることもできる。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
本例は、実施例及び比較例にかかる複数のフラックス液を作製し、その性能を比較評価する例である。具体的には、これらのフラックス液をそれぞれ用いて、熱交換器用のコア部を作製し、ろう付け性、及び親水性（すなわち、初期親水性及び親水持続性）の評価を行う。本例においては、コア部として試験用のミニコアを作製する。
【００２４】
図１及び図２に示すごとく、ミニコア１は、フィン２とチューブ３とを有し、コルゲート形状のフィン２がチューブ３に挟まれている。なお、図１においては、フィン２のコルゲート形状を明示するために、フィン２を挟む２つのチューブ３の一方を破線にて示してある。図１〜図３に示すごとく、フィン２は、コルゲート状に成形されたアルミニウム板よりなるフィン材２１と、フィン材２１の両面にクラッドされたろう材層２２とを有する。
【００２５】
図１及び図２に示すごとく、チューブ３は、アルミニウム合金製の扁平多穴管からなる。チューブ３は、冷媒を流通させるための多数の冷媒流路３１１を有している。ミニコア１においては、図４（ｂ）に示すごとく、フィン２とチューブ３とはろう付け接合されており、両者の間には接合部１００が形成されている。
【００２６】
以下、本例のミニコア１の製造方法について説明する。具体的には、まず、フィン材として、アルミニウム合金からなる板状の心材の両面に、Ａｌ−Ｓｉ合金からなるろう材をクラッドしたブレージングシートを準備し、次いで、このブレージングシートをコルゲート状に加工した。このようにして、ろう材層２２がアルミニウム板からなるフィン材２１の両面にクラッドされたフィン２を得た（図１〜図３参照）。次いで、押出加工により、３０００系アルミニウム合金製の扁平多穴管からなるチューブ３を作製した（図１及び図２参照）。
【００２７】
次に、２つのチューブ３の間に、コルゲート状のフィン２を挟み込んで組立品を作製した（図１及び図２参照）。これにより、コルゲート状のフィン２の各頂点２０におけるろう材層２２と、チューブ３の表面とを当接させた。
【００２８】
次に、後述の表１に示す組成の各フラックス液を調製し、図４（ａ）に示すごとく、フラックス液１０１をそれぞれフィン２とチューブ３とからなる組立品の全体に噴霧した。その後、窒素ガス雰囲気で温度６００℃の炉内に、組立品を３分間保持した後、室温（２５℃）まで冷却した。この炉内での加熱時にフィン２のろう材層２２が少なくとも部分的に溶融し、冷却時に溶融したろう材層２２が硬化する。このろう材層２２の溶融と硬化により、フィン２とチューブ３とが当接部において接合し、接合部１００が形成される（図４（ｂ）参照）。このようにして、図１及び図２に示すごとく、ミニコア１を得た。本例においては、表１に示すように組成が異なる複数のフラックス液をそれぞれ用いて複数のミニコア１を作製した。なお、後述の表１においてフッ化物系フラックスとして用いたＮＯＣＯＬＯＫは、ソルベイ（ＳＯＬＶＡＹ）社製の商品であり、ＦＬ７は森田化学工業（株）製の商品である。コロイダルシリカとしては、日揮触媒化成（株）製の非晶質コロイダルシリカであるＣａｔａｌｏｉｄ  ＳＩ−５５０を用いた。フラックス液は、コロイダルシリカと、フッ化物系フラックスとを、表１に示す配合で分散媒である水に分散させることにより作製した。分散媒の量は、塗布に適した粘度となるように適宜調製することができる。
【００２９】
次に、上記のようにして得られた各ミニコアについて、ろう付け性、初期親水性、親水持続性の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００３０】
＜ろう付け性＞
各ミニコアにおけるろう付け接合部をカッターナイフにより切断し、フィンの接合長さＬ1をフィンの山部の長さＬ2の総和で割算して１００分率で表した値（Ｌ1／Ｌ2×１００）を接合率（％）とした。接合率が９０％以上の場合を「Ａ+」と評価し、接合率が７０％以上かつ９０％未満の場合を「Ａ」と評価し、接合率が７０％未満の場合を「Ｂ」と評価した。
【００３１】
＜初期親水性＞
初期親水性の評価は、フィンと同じ構成の平板状の試験板を用いて行った。すなわち、試験板に対して各試料のフラックス液を噴霧し、ろう付けを想定した加熱を行った。具体的には、フラックス液が噴霧された試験板を窒素ガス雰囲気で温度６００℃の炉内で３分間加熱した。次いで、各試験板上における水滴の接触角を測定することにより、親水性の評価を行った。接触角の測定は、協和界面化学株式会社製のＦＡＣＥ自動接触角計「ＣＡ−Ｚ」を用いて行った。具体的には、室温で、試験板上に水滴を滴下し、３０秒後の水滴の接触角を測定した。接触角が２０°以下の場合を「Ａ」と評価し、２０°を超え３０°以下の場合を「Ｂ」と評価し、３０°を超える場合を「Ｃ」と評価した。
【００３２】
＜親水持続性＞
上述の試験板を純水に２分間浸漬した後、６分間風乾した。この純水への浸漬と風乾というサイクルを３００回繰り返し実施した。その後、上述の親水性の評価と同様にして水滴との接触角を測定した。３００サイクル後の接触角が２５°以下の場合を「Ａ」と評価し、２５°を超え４０°以下の場合を「Ｂ」と評価し、４０°を超える場合を「Ｃ」と評価した。
【００３３】
【表１】
0006460598.tif 000002
【００３４】
表１より知られるように、試料１〜試料１６のフラックス液を用いた場合には、ろう付け性、初期親水性、親水持続性のいずれもが優れていた。これに対し、コロイダルシリカを含有していない試料１７〜１９は、親水持続性が劣っていた。また、フッ化物系フラックス量に対するコロイダルシリカ量の少ない試料２０〜２７は、試料１７〜１９に比べると親水持続性が向上するものの、持続性が未だ不十分であった。また、フッ化物系フラックス量に対するコロイダルシリカ量の多い試料２８〜試料３５は、ろう付け性が劣っていた。
【００３５】
したがって、試料１〜試料１６のように、フッ化物系フラックスと、コロイダルシリカと、分散媒とを含有し、フッ化物系フラックスに対するコロイダルシリカの質量比が１／２００〜１／１５であるフラックス液を用いることが好ましいことがわかる。このようなフラックス液を用いて、アルミニウムからなるチューブと、アルミニウムからなるフィンとをろう付け接合することにより熱交換器を製造すると、ろう付け性、初期親水性、親水持続性に優れた熱交換器の製造が可能になる。また、本例においては、フィン２がろう材層２２を有しており、フィン２としてクラッドフィンが用いられている。そのため、ろう材を別途供給することなくろう付け接合が可能である。
【００３６】
（実施例２）
次に、熱交換器の例について説明する。図５に示すごとく、熱交換器４は、実施例１における上述のミニコアと同様の構成を多数備えるコア部１０を有する。具体的には、コア部１０は、コルゲート状のフィン２と、チューブ３とを交互に多数積層してなり、フィン２とチューブ３とが実施例１のミニコアと同様にろう付け接合されている。
【００３７】
チューブ３の両端には、ヘッダ５が組み付けられており、コア部１０の積層方向における両端（最外側）には、サイドプレート６が組み付けられている。また、ヘッダ５には、タンク７が組み付けられている。これらのヘッダ５、サイドプレート６、及びタンク７は、上述のフィン２とチューブ３との接合と同様に、例えばろう付けにより接合を行うことができる。
【００３８】
熱交換器４においては、実施例１における試料１〜試料１６と同様のフラックス液を用いてろう付け接合を行うことができる。これにより、ろう付け後に得られる熱交換器４は、フィン２とチューブ３とのろう付け性に優れ、初期親水性及び親水持続性にも優れる。
【００３９】
（変形例１）
実施例１においては、ベアチューブとクラッドフィンとを接合させたミニコアについて説明したが、本例は、クラッドチューブとベアフィンとを接合させたミニコアについて説明する。図６及び図７に示すごとく、ミニコア１は、実施例１と同様にフィン２とチューブ３とを有し、コルゲート形状のフィン２がチューブ３に挟まれている。図６〜図８に示すごとく、フィン２の表面には、ろう材層等が形成されておらず、フィン２は、ベアフィンである。
【００４０】
図６及び図７に示すごとく、チューブ３は、アルミニウム合金製の扁平多穴管からなる心材３１と、この心材３１の表面に形成されたろう材層３２とを有する。心材３１は、冷媒を流通させるための多数の冷媒流路３１１を有している。図９（ｂ）に示すごとく、フィン２とチューブ３とはろう付け接合されており、両者の間には接合部１００が形成されている。
【００４１】
以下、本例のミニコア１の製造方法について説明する。具体的には、まず、ＪＩＳ規格のＡ１０５０組成の板状のアルミニウム板をコルゲート状に加工した。このようにして、コルゲート状のフィン２を得た（図６〜図８参照）。
【００４２】
次いで、押出加工により、３０００系アルミニウム合金製の扁平多穴管からなる心材３１を作製した（図６及び図７参照）。そして、心材３１の表面にＳｉ粉末からなるろう材を塗布することにより、ろう材層３２を形成した。このようにして、チューブ３を得た。
【００４３】
次に、２つのチューブ３の間に、コルゲート状のフィン２を挟み込んで組立品を作製した（図１及び図２参照）。このとき、各チューブ３のろう材層３２を互いに対向させた状態で両者の間にフィン２を挟み込むことにより、コルゲート状のフィン２の各頂点２０とろう材層３２とを当接させた。次いで、図９（ａ）に示すごとく、フラックス液１０１を、チューブ３とフィン２とからなる組立品の全体に噴霧した。その後、窒素ガス雰囲気で温度６００℃の炉内に、組立品を３分間保持した後、室温（２５℃）まで冷却した。この炉内での加熱時にろう材層３２が溶融し、冷却時に溶融したろう材層３２が硬化する。このろう材層３２の溶融と硬化により、フィン２とチューブ３とが接合し、接合部１００が形成される（図９（ｂ）参照）。このようにして、図６及び図７に示すごとく、ミニコア１を得た。本例においても、実施例１と同様のフラックス液を用いてろう付け接合を行ったところ、実施例１と同様の結果が得られた。すなわち、試料１〜１６のフラックス液を用いることにより、試料１７〜３５を用いた場合に比べて、ろう付け性、初期親水性、親水持続性が向上していた。
【００４４】
以上のように、本発明の実施例及び変形例について詳細に説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ミニコア
１０  コア部
１０１  フラックス液
２  フィン
３  チューブ
４  熱交換器
【図１】
0006460598.tif 000003
【図２】
0006460598.tif 000004
【図３】
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【図４】
0006460598.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
0006460598.tif 000009
【図８】
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【図９】
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