(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状電気ヒーターの複数条が面方向に配列してなる面状ヒーターであって、
１本の線状電気ヒーターが複数箇所で折り曲げられ、当該折り曲げ部を除いた部分では前記線状電気ヒーターの前記複数条が互いに平行に面状に配列している面状加熱部と、
該面状加熱部における前記線状電気ヒーターの前記複数条が互いに平行に配列している領域を被覆する熱融着フィルムによる被覆層と、
前記面状加熱部の両側に配置される前記折り曲げ部を挟持する一対の端部挟持金具と、
を少なくとも備え、
前記線状電気ヒーターは、前記線状電気ヒーターの幅方向に互いに所定間隔をおいて配置される一対の給電線と、前記一対の給電線の間で前記給電線の長手方向に互いに所定間隔をおいて配置される複数の発熱体と、前記一対の給電線および前記複数の発熱体を覆う絶縁性樹脂からなる絶縁外皮と、を含む線状ＰＴＣヒーターであり、
前記線状電気ヒーターは、前記面状加熱部において前記幅方向が前記面方向に沿うように配置されているとともに、前記折り曲げ部においていずれか一方の面が他方の面に反転するように、厚み方向に折り返された折り返し部分を複数有しており、
前記端部挟持金具の各々は、前記折り曲げ部において前記線状電気ヒーターの反転した部分と反転していない部分とを前記面方向に対して垂直な方向から挟み込むように、前記複数の折り返し部分に亘って設けられていることを特徴とする面状ヒーター。
【請求項２】
前記線状電気ヒーターの前記複数条が互いに平行に配列している領域には樹脂の吹き付け層が形成されており、該樹脂の吹き付け層を包み込むようにして前記被覆層が存在することを特徴とする請求項１に記載の面状ヒーター。
【請求項３】
前記線状電気ヒーターの前記複数条が互いに平行に配列している領域の一部を前記面方向に対して垂直な方向から挟み込む中央部挟持金具をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の面状ヒーター。
【請求項４】
箱型のケーシングと前記箱型のケーシング内に収容された１または２以上の請求項１ないし３のいずれか一項に記載の面状ヒーターとからなる面状加熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面状ヒーターと、該面状ヒーターを備えた面状加熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
融雪のために線状電気ヒーターを備えた面状加熱体が降雪地帯において広く用いられている。特許文献１にはその一例が記載されており、その面状加熱体は、融雪用の熱を供給する線状電気ヒーターと、この線状電気ヒーターを内部に収容した箱型ケーシングとを備えている。線状電気ヒーターは、箱型ケーシングの主たる加熱面である表面部分の裏面側に、折り返しながら連続した多数条として面方向に配列されており、配列された線状電気ヒーターの各条は抑えカバーによって、自由には移動できないように位置決めされている。このような形態の面状加熱体は、駐車場、アプローチなどの路面や、屋根などの融雪を行うのに好適に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４２９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されるような面状加熱体には、それが使用される場所に応じた平面視形状や大きさが求められる。また、通常、箱型ケーシングと線状電気ヒーターとは製造元が相違しており、例えば、箱型ケーシングの製造元が他社から線状電気ヒーターを取り寄せて、箱型ケーシング内にそれを折り曲げながら適切に配列する作業は、大きな負担となっている。このことは、ユーザーが箱型ケーシングと線状電気ヒーターとを取り寄せて、面状加熱体として組み立てる場合にも同様である。また、組み立て時に、十分注意を払わないと、折り曲げて配列した多数条の線状電気ヒーターの面方向での分布が不均一となり、加熱面での熱量分布に偏りが生じる恐れがあるので、組み付けには、慎重な作業が求められている。
【０００５】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、箱型のケーシング内に線状電気ヒーターが多数条に連続して配列された面状加熱体の組み立て作業を容易に行い得るようにした面状ヒーターと、その面状ヒーターを備えた面状加熱体を開示することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による面状ヒーターは、基本的に、線状電気ヒーターの多数条が面方向に配列してなる面状ヒーターであって、１本の線状電気ヒーターが交互に所要回数だけ１８０度で折り曲げられ当該折り曲げ部を除いた部分では多数条の線状電気ヒーターが互いにほぼ平行に面状に配列している面状加熱部と、該面状加熱部における少なくとも前記線状電気ヒーターが互いにほぼ平行に配列している領域を被覆する熱融着フィルムによる被覆層と、を少なくとも備えることを特徴とする。
【０００７】
上記の面状ヒーターでは、前記面状加熱部における少なくとも前記線状電気ヒーターが互いにほぼ平行に配列している領域は熱融着フィルムによる被覆層によって被覆されている。そのために、面状ヒーターはその平板状の姿勢をそのまま維持することができ、折り曲げられて多数条に配列している線状電気ヒーターがバラバラにばらけることはない。また、多数条にほぼ平行に配列している線状電気ヒーターはその姿勢がそのまま維持されるので、面方向でほぼ均一な加熱量を持つことのできる面状のヒーターとなる。
【０００８】
この面状ヒーターを用いて面状加熱体を製造する場合には、別途製造された箱型のケーシング内に当該面状ヒーターを収容した後、両者を固定するだけでよく、その組み立て作業はきわめて容易である。また、前記のように面状ヒーターは面方向で均一な加熱量を保持しており、製造された面状加熱体においても、熱量に偏りのない加熱面が得られる。
【０００９】
本発明による面状ヒーターの一態様では、少なくとも前記線状電気ヒーターが互いにほぼ平行に配列している領域には樹脂の吹き付け層が形成されており、該樹脂の吹き付け層を包み込むようにして前記熱融着フィルムによる被覆層が存在することを特徴とする。この態様では、樹脂の吹き付け層が接着層として機能することで、折り曲げられて多数条に配列している線状電気ヒーターがバラバラにばらけることを一層確実に阻止することが可能となり、より姿勢が安定した形状の面状ヒーターが得られる。
【００１０】
本発明による面状ヒーターの一態様では、前記折り曲げ部を上下から挟み込む端部挟持金具をさらに備えることを特徴とする。また、前記線状電気ヒーターが互いにほぼ平行に配列している領域の一部を上下から挟み込む中央部挟持金具をさらに備えることを特徴とする。この種の挟持金具を用いることにより、例えば、面状ヒーターを箱型ケーシング内に収容して面状加熱体とする場合などにおいて、組み付け時に面状ヒーターが不用意に変形するのを阻止することができ、面方向において加熱量に偏りのない面状加熱体を確実に組み立てることが可能となる。
【００１１】
本発明による面状ヒーターにおいて、前記線状電気ヒーターは、従来知られた任意の線状電気ヒーターであってよいが、好ましくは、線状ＰＴＣヒーターが用いられる。線状ＰＴＣヒーターを用いることで温度管理が一層容易となる。
【００１２】
本発明は、上記の面状ヒーターに加えて、箱型のケーシングと前記箱型のケーシング内に収容された１または２以上の上記の面状ヒーターとからなる面状加熱体をも開示する。前記したように、この面状加熱体は、製造時の組み立てが容易であるばかりでなく、発熱量に偏りのない発熱面を備えた面状加熱体となる。もちろん、本発明による面状ヒーターは、箱型のケーシングと組み合わせることなく、それ単独で、適宜の発熱体として使用することも当然に可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、箱型のケーシング内に線状電気ヒーターの多数条が連続した状態で面方向に配列された形状の面状加熱体を組み立てる作業を容易に行い得るようにした面状ヒーターが得られる。また、面方向での発熱量分布に偏りのない面状ヒーターが得られる。本発明による面状加熱体は、豪雪強風地域での融雪処理や車両での融雪処理などのように、過酷な環境下で用いる場合であっても、ヒーター面の全面においてほぼ等しい融雪処理効率を上げることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の面状ヒーターで用いる線状電気ヒーターの一例である線状ＰＴＣヒーターにおける発熱体の一例を説明するための図。
【図２】線状ＰＴＣヒーターの全体を示す図。
【図３】本発明の面状ヒーターの一例を説明する図。
【図４】本発明の面状ヒーターの他の例を説明する平面図（ａ）と側面図（ｂ）。
【図５】図４に示した面状ヒーターで用いる押え金具を説明する２つの図。
【図６】図４に示す面状ヒーターを収容した面状加熱体を説明する第１の図。
【図７】図４に示す面状ヒーターを収容した面状加熱体を説明する第２の図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による面状ヒーターおよびそれを収容した面状加熱体の実施の形態を、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下では、面状ヒーターで用いる線状電気ヒーターとして、正温度係数（ＰＴＣ）特性を備えた発熱体を備えた線状ＰＴＣヒーターを例として説明するが、線状電気ヒーターはこれに限らない。線状をなす電気ヒーターであれば、適宜用いることができる。
【００１６】
最初に、図１および図２を用いて、線状ＰＴＣヒーター２０の一例について説明する。図１は、図２に示す線状ＰＴＣヒーター２０の発熱部１０を説明するための斜視図であり、好ましくは銅単線のより線または編組線である第１の給電線１１と第２の給電線１２とを給電線として備え、第１の給電線１１と第２の給電線１２の間には複数の正温度係数特性を備えたチップ状の発熱体１３の複数個が並列に接続されている。
【００１７】
チップ状の発熱体１３は、チタン酸バリウムに添加物を加えたセラミックスからなるものであってもよく、カーボンブラックのような導電体粉末を含む樹脂組成物からなるものであってもよい。後者の場合、導電体粉末としては、カーボンブラック、ニッケルなどの導電体粉末が挙げられる。カーボンブラックとしては、アセチレンブラックおよびファーネスブラックで表面積が大きいもの、例えば、バルカンＸＣ−７２（キャポット社製品）、コンチネックスＮ３３０（カポット社製品）などが挙げられる。導電体粉末の平均粒径は４０〜７０μｍであるか、それより大きな平均粒径のものあるいはそれより小さい平均粒径のものと混合したものでもよい。樹脂組成物とは、ポリマーとして一般に使用されている高分子材料であってよく、ポリエチレン、ポリエチレン共重合体、ポリエステル、フッ素樹脂、フッ素系ゴム、アクリルゴム、ポリ塩化ビニルなどを挙げることができる。
【００１８】
導電体粉末の樹脂組成物に対する添加量は、樹脂組成物１００質量部に対して、１５〜３０質量部であることが好ましい。導電体粉末の添加量が少なすぎると抵抗値が大きくなりすぎて発熱しなくなる。逆に多くなりすぎると抵抗が低くなると同時に、抵抗値の温度依存性がなくなりＰＴＣ特性を示さなくなる。
【００１９】
第１の給電線１１および第２の給電線１２とチップ状の発熱体１３とは、両者を機械的および電気的に接続するための金属端子１４によってかしめられて一体化している。チップ状の発熱体１３の形状に制限はないが、この例では、幅がＤ、長さがＬ、厚みがＨの直方体をなしており、一例として、幅Ｄ：８ｍｍ、長さＬ：６ｍｍ、厚みＨ：１．６ｍｍの寸法である。可撓性を向上させるために、発熱体１３での幅Ｄ／長さＬの値Ｐが１または１以上であることが望ましい。金属端子１４の素材としては、銅、リン青銅、鉄、鉄ニッケル合金、金、銀、アルミニウムなどを用いることができる。また、好ましくは、発熱体１３と金属端子１４との間には、導電ペースト１５が塗布される。
【００２０】
なお、隣接するチップ状の発熱体１３、１３間の距離は、所要の加熱環境が得られることを条件に任意であってよいが、通常は、３０〜１００ｍｍ程度の範囲である。また、隣接するチップ状の発熱体１３、１３の距離はすべて同じであってもよく、異なった間隔で配置されていてもよい。
【００２１】
図１に示す発熱部１０の全体を絶縁性樹脂からなる絶縁外皮１６で覆うことにより、図２に示す線状ＰＴＣヒーター２０とされる。絶縁性樹脂としては、例として、電気絶縁性および可撓性を有する軟質塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、架橋ポリエチレン系樹脂などの熱可塑性樹脂を挙げることができる。前記絶縁外皮は折曲の容易性の観点から１層構造が好ましいが、２層構造であってもよい。２層構造の場合、同じ絶縁性樹脂であることが好ましく、また、アース線として機能するシールドが巻き込まれてもよい。
【００２２】
図３（ａ）（ｂ）は、本発明による面状ヒーター３０の一例を示している。面状ヒーター３０は、線状電気ヒーターである上記した１本の線状ＰＴＣヒーター２０が、所要の長さａで、交互に所要回数だけ１８０度に折り曲げて形成されており、該両端の折り曲げ部３１、３１の近傍を除いた部分３２では多数条の線状電気ヒーターは互いにほぼ平行な姿勢で面状に配列している。このように面状に多数条に配列することで、１本の線状ＰＴＣヒーター２０による面状の加熱部が形成されている。
【００２３】
そのようにして多数条にかつほぼ平行に配列した線状ＰＴＣヒーター２０が、バラバラにならないように、すなわち、そのほぼ平行に配列した姿勢をそのまま維持できるように、少なくとも線状電気ヒーターが互いにほぼ平行に配列している領域、図３（ａ）で領域３２の部分には、樹脂の吹き付けによる吹き付け層３３が、表裏の面および両側面に形成されている。吹き付け用の樹脂にはポリウレタン系樹脂が好適に用いられるが、他にＰＶＣ樹脂のような材料も使用することができる。樹脂の吹き付けはメルトガンによって行うことが好ましく、それにより、所要面積に樹脂を噴霧状に均一に吹き付けることが容易となる。吹き付け樹脂は接着剤として機能し、多数条に配列した線状ＰＴＣヒーター２０の相互間の固定が確実となる。
【００２４】
その後に、該面状加熱部における少なくとも前記線状電気ヒーター２０が互いにほぼ平行に配列している領域３２、この例では、前記吹き付け層３３が形成されている領域のほぼ全域を、図３（ｂ）に示すように、熱融着フィルムによって包み込み、熱融着フィルムによる被覆層３４を形成する。熱融着フィルムにはホットメルト系樹脂からなるフィルムが好適に用いられるが、他にＰＶＣ樹脂からなる樹脂フィルムも使用することができる。
【００２５】
なお、熱融着フィルムによる被覆層３４のみで、多数条に配列した線状ＰＴＣヒーター２０の相互間の固定が確実に行える場合には、樹脂の吹き付けによる吹き付け層３３の形成を省略することも可能である。
【００２６】
上記の面状ヒーター３０は、そのままの状態で、所望の加熱手段として使用することもできる。また、適宜の箱型のケーシング内に上記の面状ヒーター３０を収容して面状加熱体とすることもできる。後者の使用態様の場合、箱型のケーシングの形状と大きさに合うように、面状ヒーター３０の形状と大きさを設定することで、面状加熱体の組み立てが極めて容易となる。
【００２７】
図４と図５を参照して、面状ヒーター３０を適宜の箱型のケーシング内に収容して用いる場合に好適に用いられる挟持金具４０について説明する。挟持金具４０は、面状ヒーター３０の長手方向の両端部である折り曲げ部３１を挟持するのに用いられる端部挟持金具４０ａと、線状電気ヒーターが互いにほぼ平行に配列している領域３２のほぼ中央部を上下から挟み込むのに用いられる中央部挟持金具４０ｂとから構成される。
【００２８】
端部挟持金具４０ａは、上板４１ａと下板４２ａとを備え、上板４１ａと下板４２ａの長さｘは、面状ヒーター３０の幅ｂ（図３（ａ）参照）に等しいかわずかに大きい。また、下板４２ａの幅ｙ２は好ましくは上板４１ａの幅ｙ１よりも広く、かつ下板４２ａの上板４１ａよりも広くされた領域は、先端に向けて傾斜する斜面となっている。上板４１ａと下板４２ａの４隅にはねじ穴４３、４４が形成されており、両者は、該ねじ穴４３、４４に止めネジ４５をねじ込むことで、位置固定される。
【００２９】
中央部挟持金具４０ｂも同様であり、上板４１ｂと下板４２ｂを備え、上板４１ｂと下板４２ｂの長さｘは、面状ヒーター３０の幅ｂに等しいかわずかに大きい。また、下板４２ｂの幅ｙ２は好ましくは上板４１ｂの幅ｙ１よりも広く、かつ下板４２ｂの上板４１ｂよりも広くされた両側の領域は、ともに先端に向けて傾斜する斜面となっている。上板４１ｂと下板４２ｂにはねじ穴４６、４７が形成されており、両者は、該ねじ穴４６、４７に止めネジ４５をねじ込むことで、位置固定される。
【００３０】
図４に示すように、面状ヒーター３０の長手方向の両端部である折り曲げ部３１を挟持するようにして端部挟持金具４０ａの上板４１ａと下板４２ａを位置させて、両者を止めネジ４５で締め付け固定し、さらに、面状ヒーター３０の中央部を挟持するようにして中央部挟持金具４０ｂの上板４１ｂと下板４２ｂを位置させて、両者を止めネジ４５で締め付け固定することで、面状ヒーター３０の両端部と中央部は一層しっかりと固定される。面状ヒーター３０の大きさによっては、端部挟持金具４０ａと中央部挟持金具４０ｂのいずれか一方のみを用いるようにしてもよい。また、端部挟持金具４０ａと中央部挟持金具４０ｂの双方を用いることなく、面状ヒーター３０として使用することも可能である。
【００３１】
次に、図６と図７を参照して、上記の図４に示した面状ヒーター３０を用いて組み立てられる面状加熱体の一例を説明する。この例において、面状加熱体５０は、面状ヒーター３０を収容するための全体が直方体状である箱型ケーシング５１と、該箱型ケーシング５１を閉鎖する底板６０（図７）を備える。箱型ケーシング５１と底板６０は、ともにステンレス鋼板であることが望ましい。箱型ケーシング５１は、長方形の天板５２と該天板５２の４辺から下方に向けて折曲する周側壁５３を備え、該周側壁５３の下端は内側に折曲してフランジ５４となっている。フランジ５４には、一定の間隔をおいて、適数個のねじ穴５５が形成されている。また、周側壁５３の４つの偶部は隙間の無いように溶着処理が施されている。なお、フランジ５４は外側に向けて折曲していてもよい。
【００３２】
箱型ケーシング５１の天板５２の大きさは、前記した端部挟持金具４０ａと中央部挟持金具４０ｂを備えた状態の面状ヒーター３０を、周囲に隙間の無い状態で収容することができる大きさであることが好ましい。また、図示されないが、天板５２には収容した面状ヒーター３０を固定するための適宜の留め具が設けられていることが望ましい。面状加熱体５０の製造に当たっては、最初に、線状ＰＴＣヒーター２０の一端部に、好ましくは水密性が確保された接続具を介して、電源線２１を電気的に接続する。そのようにして製造された面状ヒーター３０を、組み立て現場に持ち込み、当該面状ヒーター３０を箱型ケーシング５１の天板５２側に固定する。端部挟持金具４０ａあるいは中央部挟持金具４０ｂを用いる場合には、その面状ヒーター３０への取り付けは、組み立て現場において行うようにしてもよい。これらの組み付け作業は、作業現場で線状ＰＴＣヒーター２０を箱型ケーシング５１の天板５２側に折り曲げながら固定していく作業と比較して、極めて容易であり、組み立て現場での作業時間を大幅に短縮することができる。
【００３３】
面状ヒーター３０を組み付けた後、前記した電源線２１を周側壁５３に取り付けた、好ましくは水密性の高いケーブルグランド（不図示）を通して、箱型ケーシング５１の外側に引き出しておく。次に、必要に応じて、面状ヒーター３０の上から、天板５２の裏面のほぼ全面を覆うことのできる大きさの均熱シートであって、好ましくは一方の面に粘着剤が塗布された均熱シート５６を、押し付けるようにして配置する。均熱シート５６の材料はアルミシートが好ましい。
【００３４】
次に、必要に応じて、所要厚みの板状の断熱材５７をその上から充填配置する。断熱材５７の材料は、断熱性および軽量性の観点から、発泡樹脂材料が好ましい。断熱材５７の大きさは、箱型ケーシング５１の裏面全体を覆うことのできる大きさであってもよく、図示のもののように、長辺側に隙間が生じるような大きさのものであってもよい。面状加熱体５０に必要とされる断熱性に応じて選択すればよい。
【００３５】
次に、前記フランジ５４の上に、必要に応じて、フランジ５４の全面を覆うことのできる形状の弾性パッキン５８（図７）を、必要に応じて配置し、さらにその上に、箱型ケーシング５１を閉鎖することのできる形状の底板６０を置き、ねじ６１により底板６０をフランジ５４に対して締め付け固定する。弾性パッキン５８の素材は、耐熱性と耐寒性の双方を備える材料であることが好ましく、例として、主成分がエチレンプロピレン重合体あるいはクロロプレン重合体であるゴムシートが挙げられる。厚みは０．４〜１．０ｍｍ程度であればよい。また、弾性パッキン５８を配置するときに、接着剤を用いることは作業性の点から好ましく、接着剤としては、アクリル変性シリコン系樹脂や液状シリコンゴム等が好ましい。
【００３６】
図示の例において、底板６０の短手方向の幅は箱型ケーシング５１の短手方向の幅と同じであり、長手方向の幅は箱型ケーシング５１の長手方向の幅よりも大きくされている。すなわち、前記底板６０は前記箱型ケーシング５１の一方の対向する２辺側（この例では短辺側）から外側に延出する領域６２、６２を備えた大きさとされている。また、箱型ケーシング５１のフランジ５４の上に底板６０を置いたときに、フランジ５４に形成したねじ穴５５に対向することとなる底板６０の部位には、ねじ穴６３が形成されている。締め付けに当たっては、双方のねじ穴６３、５５の双方にねじ込まれるようにして、ねじ６１をねじ込んでいく。
【００３７】
そのようにすることにより、箱型ケーシング５１の天板５２の裏面側に図４に示した面状ヒーター３０の加熱面が密着するようにして配置され、その上に均熱シート５６と断熱材５７が配置された発熱部が、箱型ケーシング５１のフランジ５４上に配置した弾性パッキン５８を挟んで、底板６０によってねじ止め閉鎖された面状加熱体５０が完成する。この例において、面状加熱体５０の両短辺側からは、底板６０の一部が側方に延出しており、面状加熱体５０を所定場所に取り付けるときに、その部分を取り付け片として有効に利用することができる。また、均熱シート５６と断熱材５７が配置されることで、底板６０側からの無用な放熱が抑制される。
【００３８】
また、端部挟持金具４０ａの下板４２ａおよび中央部挟持金具４０ｂの下板４２ｂは、先端に向けた傾斜面を有しており、線状ＰＴＣヒーター２０は該傾斜面を通って箱型ケーシング５１の天板５２の裏面に配設されるようになる。そのために、端部挟持金具４０ａおよび中央部挟持金具４０ｂの近くにおいて、線状ＰＴＣヒーター２０が箱型ケーシング５１の天板５２の裏面から浮き上がる、すなわち非接触状態となるのを回避することができ、箱型ケーシング５１の天板５２への熱伝達効率が低下するのを防止できる。
【００３９】
なお、上記の説明では、面状加熱体５０とする場合に、箱型ケーシング５１内に１つの面状ヒーター３０を収容するようにしたが、２つあるいは２つ以上の面状ヒーター３０を組み合わせて箱型ケーシング５１内に収容するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
２０…線状ＰＴＣヒーター、
３０…面状ヒーター、
３３…樹脂の吹き付け層、
３４…熱融着フィルムによる被覆層
４０…挟持金具
４０ａ…端部挟持金具、
４０ｂ…中央部挟持金具、
５０…面状加熱体、
５１…箱型ケーシング。
【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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