(57)【要約】　　　（修正有）【課題】低い風量で、より大きい熱量の熱交換ができる熱交換機を提供する。【解決手段】媒体を移動させて熱交換をする熱交換器であって、媒体を移動させる第１の経路２と、第１の経路と接続して、媒体を局部的に移動させる第２の経路３とを備えた熱交換機１である。更に、媒体を移動させる１個の媒体移動手段４を備え、媒体移動手段が第２の経路内で媒体を還流させ、且つ、第１の経路内で媒体を移動させる。媒体を移動させる２個以上の媒体移動手段を備えていてもよく、第２の経路内で媒体を移動させる媒体移動手段５と、第１の経路内で媒体を移動させる媒体移動手段とがそれぞれ別の媒体移動手段からなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体を移動させて熱交換をする熱交換器であって、媒体を移動させる第１の経路と、前記第１の経路と接続して、媒体を局部的に移動させる第２の経路とを備えた熱交換機。
【請求項２】
前記媒体を移動させる１個の媒体移動手段を備え、前記媒体移動手段が前記第２の経路内に前記媒体を還流させ、且つ、前記第１の経路内で前記媒体を移動させる、請求項１に記載の熱交換機。
【請求項３】
前記媒体を移動させる２個以上の媒体移動手段を備え、前記第２の経路内に前記媒体を移動させる媒体移動手段と、前記第１の経路内で前記媒体を移動させる媒体移動手段とがそれぞれ別の媒体移動手段からなっている、請求項１に記載の熱交換機。
【請求項４】
前記第１経路内を移動する媒体の少なくとも一部を前記第２経路内に取入れて、前記第２経路内を還流させ、前記第２経路内を還流させた前記媒体を、前記第１経路内において移動させる、請求項２または３に記載の熱交換機。
【請求項５】
前記第２経路内の前記媒体の流量が前記第１経路内の前記媒体の流量よりも多い、請求項１から４に記載の熱交換機。
【請求項６】
前記第２の経路に沿って遮蔽板が備えられている、請求項２または３に記載の熱交換機。
【請求項７】
前記熱交換器がヒートシンクからなっている、請求項１から６に記載の熱交換機。
【請求項８】
前記熱交換機がエアコンからなっている、請求項１から６に記載の熱交換機。
【請求項９】
前記熱交換機が冷蔵庫からなっている、請求項１から６に記載の熱交換機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換機、特に低い風量でより大きな熱量の熱交換ができる熱交換機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、種々の熱交換機に応用できるが一例として電子部品の冷却について述べる。
パソコンのＣＰＵ、レーザ発光ダイオード、パワートランジスター等の電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、その使用によってある程度の発熱が避け難く、近年、発熱量が高くなり、その冷却が重要な技術課題となっている。
【０００３】
上述した電気・電子機器は通常筐体内に収容され、筐体の空気取り入れ口から取り入れた冷たい空気を、上述した電気・電子機器の間を通過させて、昇温した空気を筐体の空気排出口から排出して、筐体内を冷却している。
【０００４】
例えば、特開２００１−５７４９２号公報に、発熱素子を収納する筐体の冷却装置および方法が開示されている。即ち、図４に示すように、筐体１２１には、外気取り入れ口１２９が設けられ、筐体の外気取り入れ口と対向する側に、排気用ファン１２２が設けられ、排気用ファンの近傍に放熱フィンを備えたヒートシンク１２６が配置されている。筐体内部には、発熱素子１２８が設けられ、発熱素子の熱がヒートパイプ１２７によってヒートシンクに移動される。
【０００５】
排気用ファンが稼動することによって、外気取り入れ口から取り入れられた外気が筐体内を通過し、排気用ファンの近傍に配置されたヒートシンクに当って、放熱フィンを冷却する。このようにして、発熱素子をヒートシンクに移動し、ヒートシンクを冷却する。
特開２００１−５７４９２号公報には、更に、外気取り入れ口の近傍に放熱フィンを備えたヒートシンクを配置し、発熱素子の熱をヒートパイプによって、ヒートシンクの位置に移動し、最も冷たい外気を放熱フィンに吹き付け、昇温した空気を、筐体の外気取り入れ口と対向する側に設けられた排気口からファンによって筐体外に排出して、発熱素子を冷却する冷却装置が開示されている。
【０００６】
図５は、上述した従来の冷却装置の冷却原理を説明する図である。図５（ａ）は、くし型ヒートシンクを示す図である。図５（ｂ）は、筐体内の冷却状態を示す図である。図５（ｂ）に示すように、例えば、くし型ヒートシンク１０１の放熱フィン１０２間を、入口１０３から取り入れられた外気が出口１０４に向かって移動して、放熱フィンを冷却する。
上述した従来の冷却装置によると、発熱素子の発熱量が大きくなると、空気取り入れ口から取り入れ、排気口から排出される空気の量が多くなる。即ち、出きるだけ多くの外気を放熱フィンに吹き付けて、発熱素子の熱を放出する。それに伴って、排気用ファンの騒音が増大するという懸念がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−５７４９２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、より大きい熱量の熱交換を行う場合には、風量を増大させる手法が必要であり、それにともなって、騒音が増大する。従って、上述した冷却装置は、静寂を要求されるような静かな環境においては使用することが出来ないと言う問題点がある。
従って、この発明の目的は、低い風量で、より大きい熱量の熱交換ができる熱交換機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上述した従来の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、熱交換機に、その内部全体にわたって媒体を還流させる第１の経路と、第１の経路と接続して、媒体を局部的に還流させる第２の経路とを備えると、低い風量で、より大きい熱量の熱交換が可能になることが判明した。即ち、従来の冷却装置においては、空気取り入れ口から取り入れられた空気は、熱交換機内を１度だけ通過（即ち、ワンパス）するだけで排出口から排出されていた。
【００１０】
従って、一定排気量当たりの熱交換の効率が悪く、あまり昇温していない空気が排出口から排出されている状態であった。熱交換の効率を高めるためには、筐体内に取り入れられた外気を所定の位置で局部的に還流させた後、筐体内全体に還流させることによって、風量を低下させ、より大きい熱の熱交換ができることが判明した。
【００１１】
この発明は、上述した研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の熱交換機の第１の態様は、媒体を移動させて熱交換をする熱交換器であって、媒体を移動させる第１の経路と、前記第１の経路と接続して、媒体を局部的に移動させる第２の経路とを備えた熱交換機である。
【００１２】
この発明の熱交換機の第２の態様は、前記媒体を移動させる１個の媒体移動手段を備え、前記媒体移動手段が前記第２の経路内に前記媒体を還流させ、且つ、前記第１の経路内で前記媒体を移動させる、熱交換機である。
【００１３】
この発明の熱交換機の第３の態様は、前記媒体を移動させる２個以上の媒体移動手段を備え、前記第２の経路内に前記媒体を移動させる媒体移動手段と、前記第１の経路内で前記媒体を移動させる媒体移動手段とがそれぞれ別の媒体移動手段からなっている、熱交換機である。
【００１４】
この発明の熱交換機の第４の態様は、前記第１経路内を移動する媒体の少なくとも一部を前記第２経路内に取入れて、前記第２経路内を還流させ、前記第２経路内を還流させた前記媒体を、前記第１経路内において移動させる、熱交換機である。
【００１５】
この発明の熱交換機の第５の態様は、前記第２経路内の前記媒体の流量が前記第１経路内の前記媒体の流量よりも多い、熱交換機である。
【００１６】
この発明の熱交換機の第６の態様は、前記第２の経路に沿って遮蔽板が備えられている、熱交換機である。
【００１７】
この発明の熱交換機の第７の態様は、前記熱交換器がヒートシンクからなっている、熱交換機である。
【００１８】
この発明の熱交換機の第８の態様は、前記熱交換機がエアコンからなっている、熱交換機である。
【００１９】
この発明の熱交換機の第９の態様は、前記熱交換機が冷蔵庫からなっている、熱交換機である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明の熱交換機を図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明の熱交換機の１つの態様は、媒体を移動させて熱交換をする熱交換器であって、媒体を移動させる第１の経路と、第１の経路と接続して、媒体を局部的に移動させる第２の経路とを備えた熱交換機である。即ち、媒体を筐体内を通過させて熱交換するに際して、媒体の主要な一部を局部的に還流させる第２の経路を設けて、第２経路内の温度を所定の温度に高め、または、低めて、第１の経路に移動させる。即ち、媒体を低い風量で移動させ、効率的に熱交換を行う。
【００２１】
この発明の熱交換機においては、媒体を移動させる１個の媒体移動手段を備え、媒体移動手段が第２の経路内で媒体を移動させ、且つ、第１の経路内で媒体を移動させる。更に、媒体を移動させる２個以上の媒体移動手段を備え、第２の経路内で媒体を移動させる媒体移動手段と、第１の経路内で媒体を移動させる媒体移動手段とがそれぞれ別の媒体移動手段からなっていてもよい。
【００２２】
図１は、この発明の熱交換機の１つの態様を説明する図である。図１に示すように、この発明の熱交換機１は、その内部全体にわたって媒体を移動させる第１の経路２と、第１の経路と接続して、媒体を局部的に還流させる第２の経路３とを備え、更に、媒体を移動させる２個の媒体移動手段を備え、第２の経路３内で媒体を移動させる媒体移動手段４と、第１の経路２内で媒体を移動させる媒体移動手段５とがそれぞれ別の媒体移動手段からなっている。
【００２３】
この態様の熱交換機においては、例えば外気を、媒体移動手段５によって、矢印６に示すように熱交換機内に取り込み、その主要な一部が矢印８に示すように第２経路内に取り込まれ、残りが第１経路内を移動する。第２経路内に取り込まれた外気は、媒体移動手段４によって、第２経路内を還流した後、矢印９に示すように媒体移動手段５によって、熱交換機外に排出される。
【００２４】
この発明の熱交換機においては、従来の熱交換機のように外気を媒体移動手段によって熱交換機内に取り入れ、熱交換機内で移動させて、熱交換機外に排出するのではなく、熱交換機内に取り入れた外気の主要な一部を局部的に還流させる第２経路内に取り込み、第２経路内で還流させて、昇温した外気（媒体）を第１経路に排出して移動させる。従って、熱交換機内に取り込まれる外気の風量が少なくてよい。その結果、所定の冷却効果を満たしつつ、静音化が可能になる。
【００２５】
即ち、外気を媒体移動手段によって熱交換機内に取り入れ、熱交換機内で移動させて、熱交換機外に排出する所謂ワンパス方式の従来の熱交換機においては、例えば、２５℃の外気を熱交換機内に取り入れ、発熱部品の位置する場所における温度は、４０℃程度に設定されているので、４０℃程度に昇温し、昇温した４０℃程度の空気が熱交換機外に排出される。この場合には、発熱部品の位置する場所における温度を４０℃程度に抑えるために多量の外気を取り入れ、排出する。従って、風量が極めて多く、騒音が大きくなる。更に、４０℃程度に抑えるので、必要以上の冷却を行っており、所謂過冷却の状態であり、冷却効率が劣っている。
【００２６】
しかしながら、この発明の熱交換機においては、例えば、局部の昇温を６０℃程度に設定し、２５℃の外気を熱交換機内に取り入れ、取り入れた外気の主要な一部を第２経路内において局部的に還流させて６０℃の温度に昇温し、６０℃に昇温した空気を第１経路を通って熱交換機外に排出する。従って、少ない風量を効率よく使用して冷却を行うので、静音化が可能になる。しかも、局部の昇温が６０℃程度であるので、過度に冷却することなく、冷却効率に優れている。
【００２７】
上述したように、この発明の熱交換機においては、第１経路内を移動する媒体（外気）の少なくとも一部を第２経路内に取入れて、第２経路内で還流させ、第２経路内で還流させた媒体を、第１経路内において移動させる。上述した第２経路内の媒体の流量が第１経路内の媒体の流量よりも多いと、より効率的に熱交換をすることができる。
【００２８】
第１経路は、筐体全体を流れるように形成され、第２経路は、筐体内の所定領域を所定の材料で区分して形成してもよい。区分する材料は、熱伝導性に優れた材料を使用すると好ましい。更に、第２経路が全体としてヒートシンクからなっていてもよい。例えば、空気を取り入れる空気取入れ口および空気を排出する空気排出口を備えた、閉空間を形成し、その内部に放熱フィン付ヒートシンクを備えてもよい。この場合には、空気取入れ口から取り入れられた空気が放熱フィンの間を還流して、所定の温度まで昇温後、空気排出口から第１経路に排出されて、昇温した空気が第１経路を移動し、筐体外に排出される。
【００２９】
図１に示した態様の熱交換機においては、第２の経路内で媒体を還流させる媒体移動手段と、第１の経路内に媒体を移動させる媒体移動手段とがそれぞれ別の媒体移動手段からなっているけれども、１つの媒体移動手段によって、第１の経路内で媒体を移動させ、第２の経路内で媒体を還流させてもよい。媒体移動手段として、例えば、ファンを使用することができる。１つの媒体移動手段によって、第１の経路内に媒体を移動させ、第２の経路内で媒体を還流させる場合には、例えば、取り入れられた外気の約８割が第２経路内に取り入れられ、残りの２割が第１経路を移動するように設定してもよい。即ち、取り入れられた外気の約８割が第２経路内に取り入れられて第２経路内を還流して、所定の温度に昇温し、残りの２割が第１経路をそのまま移動する。
【００３０】
図１に示す態様は、上述した他に、例えば、クーラとしても、使用することができる。この場合には、室内に配置した熱交換機において、空気を還流させる経路を有しているので、室内側を低風速にしても十分に熱交換させることができる。そのため、騒音を下げるだけでなく、冷房、暖房とも強い風による不快感を感じることがなく、十分な冷房能力または暖房能力を発揮することができる。更に、この技術は室外機としても用いることができる。
【００３１】
図２は、この発明の熱交換機の他の１つの態様を説明する図である。図２に示すように、この発明の熱交換機１０は、その内部全体にわたって媒体を移動させる第１の経路１２と、第１の経路と接続して、媒体を局部的に移動させる第２の経路１３とを備え、更に、媒体を移動させる２個の媒体移動手段を備え、第２の経路１３内で媒体を移動させる媒体移動手段１４と、第１の経路１２内で媒体を移動させる媒体移動手段１５とがそれぞれ別の媒体移動手段からなっている。
【００３２】
この態様の熱交換機においては、例えば筐体内の空気の主要な一部が矢印１９に示すように第２経路内に取り込まれ、残りが第１経路内を移動する。第２経路内に取り込まれた空気は、媒体移動手段１４によって、第２経路内を還流した後、矢印１２に示すように媒体移動手段１５によって、第２経路外に排出される。
【００３３】
この発明の熱交換機においては、従来の熱交換機のように空気を媒体移動手段によって熱交換機内で移動させるのではなく、熱交換機内の空気の主要な一部を局部的に移動させる第２経路内に取り込み、第２経路内で還流させて、温度が低下した空気を第１経路に排出して移動させる。従って、熱交換機内を移動する空気の風量が少なくてよい。その結果、所定の冷却効果を満たしつつ、静音化が可能になる。
【００３４】
即ち、空気を媒体移動手段によって熱交換機内で移動させる所謂ワンパス方式の従来の熱交換機においては、例えば、熱交換機内の温度を所定の温度に低下させるためには、風量を高める必要があり、従って、風速が高くなり、騒音が大きくなる。更に、全体をワンパス方式で移動させるだけであるので、冷却効率が低下する。しかしながら、この発明の熱交換機においては、例えば、空気の主要な一部を第２経路内において局部的に移動させるので、局部の温度低下が可能になる。従って、第２経路内において局部的に温度の低下した空気を、第１経路に移動させることができるので、少ない風量を効率よく使用して冷却を行うので、静音化が可能になる。しかも、局部の温度低下が効率的に行なわれるので、冷却効率に優れている。
【００３５】
図２に示す態様の熱交換機は、冷蔵庫として利用することができる。冷蔵庫は庫内の圧損が高いという特徴があり、図２に示す態様の熱交換機を用いることによって、低風速にすることができ、十分な冷却能力を保ったまま庫内の風速を低下させることができる。
図２に示した態様の熱交換機においても、第２の経路内で媒体を移動させる媒体移動手段と、第１の経路内で媒体を移動させる媒体移動手段とがそれぞれ別の媒体移動手段からなっているけれども、１つの媒体移動手段によって、第１の経路内で媒体を移動させ、第２の経路内で媒体を移動させてもよい。媒体移動手段として、例えば、ファンを使用することができる。
【００３６】
１つの媒体移動手段によって、第１の経路内で媒体を移動させ、第２の経路内で媒体を還流させる場合には、例えば、空気の約８割が第２経路内に取り入れられ、残りの２割が第１経路を移動するように設定してもよい。即ち、所定の温度の空気の約８割が第２経路内に取り入れられて第２経路内を還流して、所定の温度に低下し、残りの２割が第１経路をそのまま移動する。
第１経路は、筐体全体を流れるように形成され、第２経路は、筐体内の所定領域を所定の材料で区分して形成してもよい。区分する材料は、熱伝導性に優れた材料を使用すると好ましい。
【００３７】
図３は、この発明の熱交換機の他の１つの態様を説明する図である。図３に示すように、この発明の熱交換機３０は、その内部全体にわたって媒体を移動させる第１の経路３２と、第１の経路と接続して、媒体を局部的に移動させる第２の経路３３とを備え、更に、媒体を移動させる２個の媒体移動手段を備え、第２の経路３３内で媒体を移動させる媒体移動手段３４と、第１の経路３２内で媒体を移動させる媒体移動手段３５とがそれぞれ別の媒体移動手段からなっている。
【００３８】
この態様の熱交換機においては、例えば外気を、媒体移動手段３５によって、矢印３６に示すように熱交換機内に取り込み、その主要な一部が矢印３８に示すように第２経路３３内に取り込まれ、残りが第１経路３２内を移動する。第２経路３３内に取り込まれた外気は、媒体移動手段３４によって、第２経路３３内を還流した後、矢印３９に示すように媒体移動手段３５によって、熱交換機外に排出される。
【００３９】
この態様の熱交換機においては、従来の熱交換機のように外気を媒体移動手段によって熱交換機内に取り入れ、所謂ワンパス方式で、熱交換機内で移動させて、熱交換機外に排出するのではなく、熱交換機内に取り入れた外気の主要な一部を局部的に移動させる第２経路内に取り込み、第２経路内で還流させて、昇温した外気（媒体）を第１経路に排出して移動させる。従って、熱交換機内に取り込まれる外気の風量が少なくてよい。その結果、所定の冷却効果を満たしつつ、静音化が可能になる。
【００４０】
即ち、外気を媒体移動手段によって熱交換機内に取り入れ、熱交換機内で移動させて、熱交換機外に排出する所謂ワンパス方式の従来の熱交換機においては、例えば、２５℃の外気を熱交換機内に取り入れ、発熱部品の位置する場所における温度は、４０℃程度に設定されているので、４０℃程度に昇温し、昇温した４０℃程度の空気が熱交換機外に排出される。この場合には、発熱部品の位置する場所における温度を４０℃程度に抑えるために多量の外気を取り入れ、排出する。従って、風量が極めて多く、騒音が大きくなる。更に、４０℃程度に抑えるので、必要以上の冷却を行っており、所謂過冷却の状態であり、冷却効率が劣っている。
【００４１】
しかしながら、この発明の熱交換機においては、例えば、局部の昇温を６０℃程度に設定し、２５℃の外気を熱交換機内に取り入れ、取り入れた外気の主要な一部を第２経路内において局部的に還流させて６０℃の温度に昇温し、６０℃に昇温した空気を第１経路を通って熱交換機外に排出する。従って、少ない風量を効率よく使用して冷却を行うので、静音化が可能になる。しかも、局部の昇温が６０℃程度であるので、過度に冷却することなく、冷却効率に優れている。
【００４２】
上述したように、この発明の熱交換機においては、第１経路内を移動する媒体（外気）の少なくとも一部を第２経路内に取入れて、第２経路内を還流させ、第２経路内を還流させた媒体を、第１経路内において移動させる。上述した第２経路内の媒体の流量が第１経路内の媒体の流量よりも多いと、より効率的に熱交換をすることができる。
【００４３】
第１経路は、筐体全体を流れるように形成され、第２経路は、筐体内の所定領域を所定の材料で区分して形成してもよい。区分する材料は、熱伝導性に優れた材料を使用すると好ましい。更に、図３に示すように、第１経路と直交する方向に第２経路を設けてもよい。更に、第２経路が全体としてヒートシンクからなっていてもよい。例えば、空気を取り入れる空気取入れ口および空気を排出する空気排出口を備えた、閉空間を形成し、その内部に放熱フィン付ヒートシンクを備えてもよい。この場合には、空気取入れ口から取り入れられた空気が放熱フィンの間を還流して、所定の温度まで昇温後、空気排出口から第１経路に排出されて、昇温した空気が第１経路を移動し、筐体外に排出される。
【００４４】
図３に示した態様の熱交換機においては、第２の経路内で媒体を移動させる媒体移動手段と、第１の経路内で媒体を移動させる媒体移動手段とがそれぞれ別の媒体移動手段からなっているけれども、１つの媒体移動手段によって、第１の経路内で媒体を移動させ、第２の経路内で媒体を移動させてもよい。媒体移動手段として、例えば、ファンを使用することができる。１つの媒体移動手段によって、第１の経路内で媒体を移動させ、第２の経路内で媒体を移動させる場合には、例えば、取り入れられた外気の約８割が第２経路内に取り入れられ、残りの２割が第１経路を移動するように設定してもよい。即ち、取り入れられた外気の約８割が第２経路内に取り入れられて第２経路内を還流して、所定の温度に昇温し、残りの２割が第１経路をそのまま移動する。
【００４５】
図１に示す態様は、例えば、電子機器用筐体として使用することができる。この発明の熱交換機によると、従来と同じ冷却能力で、風速を従来の１／３に減少させることができ、騒音を３８ｄＢから２６ｄＢへ下げて静音化することができた。なお、媒体移動手段としてのファンは、シャフト、または、ベルトなどの機構部品を介して外部のモータによって駆動してもよい。
上述したこの発明の熱交換機は、上述したように、第１経路内を移動する媒体の少なくとも一部を第２経路内に取入れて、第２経路内を還流させ、第２経路内を還流させた媒体を、第１経路内において移動させるものであり、パソコンだけでなく、プリンター、プロジェクター、サーバー、ＰＤＰテレビ、複写機、家庭用ゲーム機、工業用コンピュータ、医療用コンピュータ、クリーンルーム用循環機、産業用熱交換機などの分野に幅広く用いることができる。
【００４６】
【発明の効果】
この発明によると、取り入れた媒体を所謂ワンパス方式で筐体内を移動させるのではなく、その内部全体にわたって媒体を移動させる第１の経路と、第１の経路と接続して、媒体を局部的に移動させる第２の経路とを備えているので、媒体を低速度で移動させて効率的に熱交換を行うので、従来の発想とは異なり、低い風量で、より大きい熱量の熱交換ができる熱交換機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の熱交換機の１つの態様を説明する図である。
【図２】図２は、この発明の熱交換機の他の１つの態様を説明する図である。
【図３】図３は、この発明の熱交換機の他の１つの態様を説明する図である。
【図４】図４は、従来の発熱素子を収納する筐体の冷却装置を示す図である。
【図５】図５は、上述した従来の冷却装置の冷却原理を説明する図である。
【符号の説明】
１．熱交換機
２．第１経路
３．第２経路
４．媒体移動手段
５．媒体移動手段
６．媒体の流れ
７．媒体の流れ
８．媒体の流れ
９．媒体の流れ
１０．熱交換機
１２．第１経路
１３．第２経路
１４．媒体移動手段
１５．媒体移動手段
１７．媒体の流れ
１９．媒体の流れ
３０．熱交換機
３２．第１経路
３３．第２経路
３４．媒体移動手段
３５．媒体移動手段
３６．媒体の流れ
３７．媒体の流れ
３８．媒体の流れ
３９．媒体の流れ
【図１】
2004128013.tif 000003
【図２】
2004128013.tif 000004
【図３】
2004128013.tif 000005
【図４】
2004128013.tif 000006
【図５】
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