(57)【要約】【課題】無線タグを利用して、構成が簡単で低コストの凍結防止装置を提供する。【解決手段】  無線タグＴを、給湯機に接続される戸外配管や外部に面した窓など外気温度の変化を受けやすい箇所に配置し、無線タグＴと交信する検出装置１０を、給湯機の動作を制御する動作制御装置に接続する。無線タグＴと検出装置１０とは電波信号により常時交信を行っている。外気温度が所定温度以下に低下すると、温度スイッチ３の動作によりアンテナ回路がＯＦＦになり無線タグＴからの応答信号が途絶する。検出装置１０が、無線タグＴからの応答信号途絶を検知したならば検知信号を動作制御装置へ出力し、動作制御装置が給湯機に貯留水の循環流動や凍結防止ヒータの運転等所定の凍結防止動作を実行させる。無線タグを環境温度の変化が早期に現れる箇所へ配置できるから、機器に温度変化が生じる前に温度低下を予測して、凍結防止措置を確実に講じることができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凍結防止措置が必要な機器に取り付けられる動作制御装置と、電波の送受信機能を備え前記動作制御装置に検知信号を出力する検出装置と、前記検出装置から送信される質問信号に応答して当該検出装置へ応答信号を返信する機能を備える無線タグとから構成され、前記無線タグは、設定温度を検知して信号送信機能を有効又は無効にする温度スイッチを有し、前記検出装置が無線タグからの応答信号の有無を検出して検知信号を前記動作制御装置へ出力し、前記動作制御装置が検知信号に基づき前記機器に凍結防止動作を実行させるように設定されていることを特徴とする凍結防止装置。
【請求項２】
前記温度スイッチは、無線タグの回路途中に設けた開閉器をバイメタルにより動作させるように構成されている請求項１に記載の凍結防止装置。
【請求項３】
前記温度スイッチは、コイル状に形成されたタグアンテナに対し挿入・離脱し得るリアクタンス制御部材を、バイメタルにより移動させるように構成されている請求項１に記載の凍結防止装置。
【請求項４】
前記温度スイッチは、無線タグの回路途中に挿入した感圧導電体と、当該感圧導電体に押圧力を作用させる感温素子とからなり、設定温度以上になると前記感温素子の体積変化により前記感圧導電体の押圧力を作用させて前記感圧導電体の電気抵抗を変化させることによりタグアンテナを導電可能状態にするよう構成されている請求項１に記載の凍結防止装置。
【請求項５】
凍結防止措置が必要な機器に取り付けられる動作制御装置と、電波の送受信機能を備え前記動作制御装置に検知信号を出力する検出装置と、前記機器の設置箇所よりも先に環境温度の変化が現れる箇所に配置され前記検出装置から送信される質問信号に応答して当該検出装置へ応答信号を返信する機能を備える無線タグとから構成され、前記無線タグは、質問信号を受けたときにタグアンテナに生起する起電力の電圧を測定する手段と、温度データを保持する記憶部とを備え、前記電圧値測定手段で測定した測定電圧値が所定値以上の時に応答信号を返信又は停止させるように設定され、前記検出装置が無線タグからの応答信号の返信開始又は応答信号の停止を検出して検知信号を前記動作制御装置へ出力し、前記動作制御装置が検知信号に基づき前記機器に凍結防止動作を実行させるように設定されていることを特徴とする凍結防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、寒冷地で使用される給湯機、水封部を備える水洗便器，便器用洗浄タンク、温水洗浄装置など、凍結防止措置を要する機器における凍結防止装置を、無線タグを利用して構築したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
給湯機，便器洗浄装置，温水洗浄装置などは、水を貯留するタンクなどを備えているため、これを寒冷地で使用する場合、水の連続流動やヒータ運転等の凍結防止措置を講じることが必要とされる。この凍結防止措置は、使用者が気温の低下を予測して、手動により動作せてもよいが、温度センサを用いて、所定温度以下になると自動的に動作を開始するようなされた凍結防止装置も提案されている（特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１７１１００公報
【特許文献２】特開２００３−３２２３９９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の凍結防止装置は、温度センサを凍結防止装置自体に配置するため、急激な温度低下があった場合、凍結防止措置の必要な機器における温度と温度センサの検知温度との間に誤差が生じ、凍結防止装置の運転開始が遅れて、貯留水の凍結による機器の破損を招くおそれがあった。そこで、温度センサを別途配置することが考えられるが、この場合は、凍結防止装置の動作制御装置とを配線接続する必要があるため、温度センサの配置に制限が大きく、またコストアップをもたらす欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記従来の問題を解決するために本発明が採用した凍結防止装置の特徴は、凍結防止動作が必要な機器に取り付けられる動作制御装置と、電波の送受信機能を備え前記動作制御装置に検知信号を出力する検出装置と、前記検出装置から送信される質問信号に応答して当該検出装置へ応答信号を返信する機能を備える無線タグとから構成され、前記無線タグは、設定温度を検知して信号送信機能を有効又は無効にする温度スイッチを有し、前記検出装置が無線タグからの応答信号の有無を検出して検知信号を前記動作制御装置へ出力し、前記動作制御装置が検知信号に基づき前記機器に凍結防止動作を実行させるように設定されていることである。
【０００５】
前記無線タグは、例えば検出装置から送信される電波を利用して電力を生起させ、記憶部に保持した情報に基づき受信電波を変調し、応答信号を生成して送信するものである。通常、応答信号には、無線タグを取り付けた対象を識別するための個体情報や位置情報などが含まれ、本発明では温度情報を含ませてもよい。また、無線タグの設置場所は、機器よりも先に環境温度の変化が現れる箇所とすることが考えられる。
【０００６】
本発明に係る凍結防止装置は例えば次のように動作する。検出装置は質問信号を常時送信し、無線タグは、質問信号により動作電力を生成すると共に、応答信号を返信する機能を有している。環境温度が設定値よりも低下すると、無線タグの温度スイッチが、同無線タグの信号送信機能を有効（又は無効）にし、応答信号の返信を開始（又は終了）する。検出装置は、この応答信号の開始（又は終了）を検知することにより、検知信号を動作制御装置へ出力し、所定の凍結防止動作を機器に実行させる。
【０００７】
本発明に係る凍結防止装置の温度スイッチについては、無線タグの回路途中に設けた開閉器をバイメタルにより動作させるように構成することが考えられる。あるいは、コイル状に形成されたタグアンテナに対し挿入し又は取り出されるリアクタンス制御部材を、バイメタルにより移動させるように構成することも考えられる。さらには、無線タグの回路途中に挿入した感圧導電体と、当該感圧導電体に押圧力を作用させる感温膨張体とからなり、設定温度以上になると前記感温膨張体が押圧力を作用させて前記感圧導電体の電気抵抗を変化させることによりタグアンテナを導電可能状態にするよう構成することが考えられる。なお上記において無線タグの回路途中とは、タグアンテナの回路途中のほか、ＩＣチップの回路内の場合も考えられる。
【０００８】
ところで本発明に係る凍結防止装置は、温度スイッチを用いずに次の如く構成することも可能である。すなわち、凍結防止動作が必要な機器に取り付けられる動作制御装置と、電波の送受信機能を備え前記動作制御装置に検知信号を出力する検出装置と、前記機器の設置箇所よりも先に環境温度の変化が現れる箇所に配置され前記検出装置から送信される質問信号に応答して当該検出装置へ応答信号を返信する機能を備える無線タグとから構成され、前記無線タグは、質問信号を受けたときにタグアンテナに生起する電気の電圧を測定する手段と、温度データを保持する記憶部とを備え、前記電圧値測定手段で測定した測定電圧値が所定値以上の時に応答信号を返信又は停止させるように設定され、前記検出装置が無線タグからの応答信号の返信又は停止を検出して検知信号を前記動作制御装置へ出力し、前記動作制御装置が検知信号に基づき前記機器に凍結防止動作を実行させるように設定されていることを特徴とする。
【０００９】
かかる構成の凍結防止装置では、質問信号を受けたとき電磁誘導により無線タグのタグアンテナに発生する誘導起電力の電圧値を測定する。一定の電波エネルギーに対する電圧値の大きさは、タグアンテナの電気抵抗に依存して増減し、電気抵抗は温度と相関する。すなわち、測定電圧値から一定の計算式により温度を求めることができる。従って、測定電圧値に基づき、無線タグが応答信号の返信開始又は停止を実行するよう設定しておくことにより、検出装置及び動作制御装置を介し、機器に所要の凍結防止動作を行わせることが可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る凍結防止装置は、無線タグの配置箇所に対する制限が少ないので、凍結防止措置の必要な機器自体ではなく、環境温度の変化が早期に現れる箇所へ無線タグを配置することができる。従って本発明によれば、機器の設置箇所における温度変化が生じる前に環境温度の低下を予測検知して、凍結防止措置を確実に講じることができる。また、従来のように温度センサーを別途設けたり、配線接続したりする必要がないから、装置の小型化及びコストダウンを図るのが容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る凍結防止装置を、浴槽や洗面所・台所等へ湯を供給するための給湯機に適用した実施形態について説明する。図１及び図２に示す如く、本発明に係る凍結防止装置Ｓは、所要箇所に配置した一個又は複数個の無線タグＴ、この無線タグＴと電波信号を介して交信する検出装置１０、給湯機の動作を制御する動作制御装置を主要な構成要素とする。本例では温度検知用の無線タグＴを、給湯機に接続される配管の戸外部分や、外部に面した窓など、外気温度の変化を受けやすい箇所に配置してある。また所望により、浴槽内の水の有無を検知する水位スイッチを備える無線タグＴｓを、浴槽の適所に配置してもよい。無線タグＴは、検出装置１０との交信が可能な範囲内であれば、上記以外への配置も可能であり、無線タグＴの耐久性を超える環境でなければ、任意箇所の雰囲気温度を検知可能である。検出装置１０が接続される動作制御装置は、給湯機を制御して、貯留水の循環流動、貯留水の排出、ヒータ運転による貯留水の加熱など、所定の凍結防止動作を実行させる。
【００１２】
無線タグＴ及び検出装置１０はそれぞれ、電波交信用のタグアンテナ２，リーダーアンテナ１１を備えている。タグアンテナ２及びリーダーアンテナ１１は、電波を効率よく受信するため、平面内においてコイル状に巻回した面ループ状形態を採用している。しかし各アンテナ２，１１の形態は、交信に使用する電波の周波数や強度等に基づき変更することが可能であり、例えば棒状・パッチ状（素子状）・複合パッチ状・面状・スロット状・螺旋状・パターン状等、状況に応じ適宜採用することが可能である。また無線タグＴの全体形状は、板状・棒状・円盤状・直方体状などの形態が可能である。
【００１３】
無線タグＴは、図３に示すように、ＩＣチップ１、タグアンテナ２、及び、温度スイッチ３から成る。ＩＣチップ１の内部構造は例えば同図に示す如く、無線通信インターフェースを介してアンテナ回路２と接続される受信部及び送信部、受信電波により電力を発生させる電源生成部、電波の復調・変調を制御するＭＰＵ等から成る制御部、当該無線タグの識別情報その他の情報を保持する不揮発性メモリ等から成る記憶部などより構成されている。上記無線通信インターフェース・受信部・送信部は一体に構成される場合もある。また、記憶部を読み取り専用のメモリで構成してもよいが、所望により保持情報の更新又は変更等の書換を可能とする場合は、基板に外部通信インターフェースを備えることが望ましい。
【００１４】
タグアンテナ２の途中には、温度条件に基づき動作して回路をＯＮ／ＯＦＦする温度スイッチ３が設けられる。温度スイッチ３の例としては、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、バイメタル部３ａに連結したレバー３ｂの先端に作用部３ｃを設け、タグアンテナ２の途中に形成した切欠部分にバネ等の復帰手段３ｅを備えた可動の導通部材３ｄを配設した構成の開閉器が考えられる。当該温度スイッチ３は、雰囲気温度が所定温度以下になると、バイメタル部３ａが変形し、レバー３ｂを通じて作用部３ｃが移動し、その結果、導通部材３ｄがタグアンテナ２の切欠部分に押しつてタグアンテナ２の回路を閉じ、無線タグＴと検出装置１０との間で交信可能となる。
【００１５】
さらに温度スイッチ３の異なる例として、図５に示すように、タグアンテナ２にコイル部分２ａを設け、バイメタル部３ａに連結したレバー３ｂに取り付けたフェライト等のリアクタンス制御部材３０を、上記コイル部分２ａに対し挿入・離脱動作するように構成したものが挙げられる。この温度スイッチ３は、雰囲気温度が所定温度以下になってバイメタル部３ａが変形すると、レバー３ｂに取り付けたリアクタンス制御部材３０がタグアンテナ２のコイル部分２ａ内へ挿入されることにより、タグアンテナ２のリアクタンスを変化させ、その結果、無線タグＴと検出装置１０との間の交信を可能にする。
【００１６】
また図６（Ａ）（Ｂ）に示すような温度スイッチ３も考えられる。本例の温度スイッチ３は、温度により体積変化を生じる感温素子３２を内蔵した動作部３１と、タグアンテナ２の途中に挿入され、タグアンテナの端部に接合した電極３７，３８で感圧導電体３６を挟持した構造のスイッチ部３４とから成る。この温度スイッチ３は、雰囲気温度が所定温度以上（又は以下）になると、動作部３１の感温素子３２に体積変化が生じて、感温素子３２に接続した加圧端子３３が、スイッチ部３４の受圧端子３５に押圧力を作用させる。受圧端子３５から押圧力を受けた感圧導電体３６は電気抵抗値を変化させ、導電可能となる。その結果、感圧導電体３６の両面に配置した電極３７，３８間で電気が導通可能となるので、タグアンテナ２の回路が閉じられ、無線タグＴと検出装置１０との間で交信可能となる。
【００１７】
なお、温度スイッチ３の動作は、平常時はタグアンテナ回路をＯＦＦにし、設定温度以下になると回路をＯＮにする場合と、反対に、平常時はタグアンテナ回路２をＯＮにし、所定温度以下で回路２をＯＦＦにする場合とが考えられる。また温度スイッチ３の配置については、タグアンテナ２の途中とするのが製作上好適と考えられるが、ＩＣチップ１内に組み込むことも妨げない。
【００１８】
前記凍結防止装置Ｓの動作を説明すると次の如くである。なお温度スイッチ３は、平常時はアンテナ回路をＯＮにして検出装置１０との交信が可能に維持し、温度低下を検知すると、アンテナ回路をＯＦＦにして検出装置１０との交信を切断するよう動作するものとする。検出装置１０は、適所に配置した無線タグＴへ向かって、常時又は間歇的に質問信号を発信する。質問信号をタグアンテナ２で受信した無線タグＴは、そのエネルギーを利用して動作用電力を発生させ、記憶部に保持されている情報を、受信電波を変調させた応答信号として検出装置１０へ返信する。すなわち、無線タグＴと検出装置１０との間で、電波信号による交信が常時行われている状態となっている。外気温度が所定温度以下に低下すると、温度スイッチ３が動作してアンテナ回路をＯＦＦにするので、当該無線タグＴからの応答信号が途絶する。検出装置１０が、無線タグＴからの応答信号途絶を検知したならば、検出装置１０が検知信号を動作制御装置へ出力し、検知信号を受けた動作制御装置が給湯機に、貯留水の循環流動や凍結防止ヒータの運転等、所定の凍結防止動作を実行させる。
【００１９】
なお、浴槽に水位スイッチを有する無線タグＴｓを配置した場合（図１参照）は、浴槽水の有無を検知して、温度低下時、給湯機に凍結防止動作を行わせるのと同時に、浴槽水の循環流動や排水を行うように設定してもよい。
【００２０】
ところで前記凍結防止装置Ｓは、温度スイッチ３が温度低下により動作したときにアンテナ回路をＯＦＦにするように設定したものであるが、反対に、通常時はアンテナ回路をＯＦＦに維持し、温度低下を感知するとアンテナ回路をＯＮにして、無線タグＴが応答信号の返信を開始するよう設定することも可能である。
【００２１】
また、無線タグＴを複数箇所に配置することも可能であり、この場合、それぞれに異なる識別情報を保持させて複数の応答信号を選別し、検出結果をコンピュータ等で集約・解析して、適切な凍結防止動作を行わせることも考えられる。あるいは図７に例示するように、一つの無線タグＴ内に、複数のＩＣチップ１と、各ＩＣチップ１ごとに接続した動作温度の設定（例えば１０，５，０，−５°Ｃ，…）が異なる複数の温度スイッチ３との組み合わせを並列に設け、どの温度スイッチ３が動作したか、また各温度スイッチ３の動作間隔などを検出装置１０で検知することにより、温度低下の速度を予測して、より適切な凍結防止動作を実行させることも可能である。
【００２２】
本発明に係る凍結防止装置に用いる無線タグＴのＩＣチップ１は、図８に示す如く構成することも可能である。このＩＣチップ１は、タグアンテナ２が接続される無線通信インターフェース、電波の変調を制御する変調コントローラ、不揮発性メモリ等から成る記憶部とを備えている。さらに本例では、タグアンテナ２に生起した電気に基づき発生する整流回路の出力電圧を測定する電圧測定回路と、この電圧測定回路で得られた測定電圧値に基づき回路のＯＮ・ＯＦＦを切り替えるスイッチング回路とを備えている。前記無線通信インターフェースは、変調回路・クロックジェネレータ・整流回路より成り、電波の送受信機能と、受信電波により電力を発生させる機能とを有する。記憶部は、カウンタ・行デコーダ・列デコーダ・メモリより構成される。なお記憶部のメモリは、読み取り専用の不揮発性メモリで構成され、所望により、実施対象に応じデータを適宜変更し得るＥＥＰＲＯＭ等の書換可能メモリとしてもよい。
【００２３】
前記無線タグＴの動作を説明すると次の如くである。無線タグＴのタグアンテナ２は、検出装置１０からの質問信号を受けたときに、電磁誘導による誘導起電力を発生させる。このとき無線タグＴに内蔵される電圧測定回路は、整流回路の電圧値を測定する。ところで、タグアンテナが質問信号から与えられるエネルギーがほぼ一定ならば、電磁誘導による起電力もほぼ一定となるから、発生する電圧値はタグアンテナの電気抵抗によって決まると考えられる。しかるに、タグアンテナの電気抵抗は温度条件と相関するから、電圧値を測定することで、温度を知ることが出来る。このような原理により、無線タグＴの環境温度が設定温度になると、測定電圧値に基づいて、スイッチング回路がＩＣチップ１の内部回路をＯＮに切り替え、応答信号の返信を開始する。無線タグＴからの応答信号を受けた検出装置１０は、動作制御装置へ検知信号を出力し、機器に所定の凍結防止動作を開始させる。また場合によっては反対に、設定温度になると、スイッチング回路がＩＣチップ１の内部回路をＯＦＦに切り替えて応答信号を停止させ、検出装置１０が無線タグＴからの応答信号の途絶を検出することによって動作制御装置へ検知信号を出力し、機器に所定の凍結防止動作を開始させるものとしてもよい。
【００２４】
ＩＣチップ１の内部構造は、さらに図９に示す如く構成することも可能である。同ＩＣチップ１は、タグアンテナ２が接続される無線通信インターフェース、電波の変調を制御する変調コントローラ、不揮発性メモリ等から成る記憶部を有する点は、前記実施形態と共通である。本例では、タグアンテナ２の両端電圧を測定する電圧測定回路Ｅ１と、タグアンテナ２に発生した誘導起電力に基づいて整流回路に接続した固定抵抗Ｒを流れる電気の両端電圧を測定する電圧測定回路Ｅ２とが設けられ、前者の電圧測定回路Ｅ１により測定されたタグアンテナの両端電圧値Ｖ１と、後者の電圧測定回路Ｅ２により測定された固定抵抗Ｒの両端電圧値Ｖ２とを、記憶部の例えば行・列デコーダへ入力して、温度データを算出するように構成されている。
【００２５】
かかる構成のＩＣチップ１は、次のような原理により、温度を検知する。タグアンテナ２の電気抵抗値が温度と相関を持つことは、先に述べたとおりである。電磁誘導による誘導起電力が生じたときのタグアンテナ２の両端電圧と、整流回路に接続した固定抵抗Ｒの両端電圧との比は、タグアンテナ２の電気抵抗が変化した場合変動する。すなわち、タグアンテナの両端電圧値と固定抵抗の両端電圧値との比較データから、一定の関係式に基づきタグアンテナの電気抵抗を知ることができ、ここから温度データが得られる。すなわち電圧測定回路Ｅ１で測定したタグアンテナの両端電圧値Ｖ１を記憶部の行デコーダに入力させると共に、電圧測定回路Ｅ２で測定した固定抵抗Ｒの両端電圧値Ｖ２を記憶部の列デコーダに入力させ、前記電圧値Ｖ１，Ｖ２の比Ｖ２／Ｖ１の値と温度との相関式を、メモリに予め記憶させておくことにより、行列デコーダから出力される通常の行列デコード信号と、測定電圧値Ｖ１，Ｖ２に基づくデコーダ信号とにより、メモリから温度データを読み出すことができる。
【００２６】
前記ＩＣチップ１で構成した無線タグＴを用いる凍結防止装置は、タグアンテナの両端電圧値Ｖ１と固定抵抗Ｒの両端電圧値Ｖ２の比に基づいて温度データを読み出すように構成したので、出力結果は、無線タグが受ける質問信号の強さに依存しない。それ故、本実施形態は、無線タグが検出装置から受ける質問信号の受信エネルギーが変動する場合であっても、正確な温度データを得られるという利点を有している。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明に係る凍結防止装置Ｓは、風呂窯付き浴槽、給湯機、水洗便器、便器洗浄用タンク、給水タンク、給水配管など、寒冷期に凍結防止措置を講じる必要のあるものに適用することにより、優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る凍結防止装置を給湯機に適用した実施形態の概略構成を示す図面である。
【図２】本発明に係る凍結防止装置を給湯機に適用した実施形態を概略的に示すブロック図である。
【図３】本発明に係る凍結防止装置に利用する無線タグの一例を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る凍結防止装置に利用する温度スイッチの一例を示す概略図であって、図（Ａ）はアンテナ回路をＯＦＦにしている状態、図（Ｂ）はアンテナ回路をＯＮにしている状態の図面である。
【図５】本発明に係る凍結防止装置に利用する温度スイッチの異なる例を示す概略図である。
【図６】本発明に係る凍結防止装置に利用する温度スイッチのさらに異なる例を示すものであって、図（Ａ）は温度スイッチ全体の概略正面図、図（Ｂ）はスイッチ部の拡大断面図である。
【図７】本発明に係る凍結防止装置に利用する無線タグの異なる例を概略的に示すブロック図である。
【図８】本発明に係る凍結防止装置に利用する無線タグ内のＩＣチップの内部構造を概略的に示すブロック図である。
【図９】本発明に係る凍結防止装置に利用する無線タグ内のＩＣチップの異なる例の内部構造を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
Ｓ…凍結防止装置
Ｔ…無線タグ
１…ＩＣチップ
２…タグアンテナ
３…温度スイッチ
３ａ…バイメタル部
１０…検出装置
１１…リーダーアンテナ
２０…動作制御装置
３０…リアクタンス制御部材
３１…動作部
３２…感温素子
３４…スイッチ部
３６…感圧導電体
【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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