(57)【要約】【課題】  加熱効率を向上させるとともに、加熱コイルの巻き工程を簡略化し、仕上がり強度を確保した誘導加熱調理器用加熱コイルを得ることを目標とする。【解決手段】  コイル巻き線を巻き中心軸を中心にベース面に円盤状に複数段巻いてなる誘導加熱調理器用加熱コイルにおいて、前記コイル巻き線は、ベース面に対して０度を超え９０度未満の角度を有する第１の傾斜軸と、巻き中心軸に対して第１の傾斜軸と対称な第２の傾斜軸を有し、前記第１および第２の傾斜軸上のそれぞれの一辺を等辺とし、かつ、巻き平面と平行な面上に１辺を有する略二等辺三角形の各頂点、およびその平行移動した前記三角形の各頂点にコイル巻き線が配置されるように巻いた。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻き中心軸を中心にベース面に円盤状にコイル巻き線を複数段巻いた加熱コイルを備えた誘導加熱調理において、前記加熱コイルは、ベース面に対して０度を超え９０度未満の角度を有する第１の傾斜軸と、巻き中心軸に対して前記第１の傾斜軸と対称な第２の傾斜軸を有し、前記第１および第２の傾斜軸上のそれぞれの一辺を等辺とし、かつ、巻き平面と平行な面上に１辺を有する略二等辺三角形の各頂点、およびその平行移動した前記三角形の各頂点にコイル巻き線が配置された誘導加熱調理器。
【請求項２】
請求項１記載の誘導加熱調理器において、前記加熱コイルは、コイル巻き線の配置移動部前後をのぞいてｎ回目の巻きにおける断面ではｎ−１回目と、少なくともｎ−４回目以内のいずれか一つの巻きのコイル巻き線と接する誘導加熱調理器。
【請求項３】
請求項１または２記載の誘導加熱調理器において、前記円盤状に巻いた加熱コイルの最底面あるいは最上面に配置されるコイル巻き線は、巻き線の配置移動部前後をのぞいて、コイル巻き線に隣接する同じ巻き平面のコイル巻き線と接している部分を有する誘導加熱調理器。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の誘導加熱調理器において、前記コイル巻き線は熱による自己融着被覆部を有する誘導加熱調理器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱調理器に関し、特に加熱コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の誘導加熱調理器に用いられる加熱コイルは、エナメル等で絶縁被覆された導線を複数本を撚り合わせて１束のリッツ線とし、このリッツ線を略同一円周上に巻き、円盤状の加熱コイルとして使用している。このようにすることにより、加熱コイルに高周波電流を流したとき、いわゆる表皮効果により導線の断面積中の電流密度が導線外周にだけ流れるようになり、実効的な抵抗値が上昇することを導線の表面積を増やして低減させることができる。
【０００３】
しかし、導線を多数本用いると、隣り合う導線の電流によって近接効果と呼ばれる現象が現れ、表皮効果と同様に電流密度の偏りが生じ、実効的な抵抗値を低減することが難しかった。
【０００４】
そして、加熱コイルの実効的な抵抗値が上昇すると、加熱コイル自体が発熱することとなり、加熱コイルを冷却する冷却手段の大型化や、耐熱性の向上などの対策が必要とされる。
【０００５】
これらの問題点を改善するために、加熱コイルのコイル巻き線をｎ段で縦に巻回する部分と、ｎ＋１段で縦に巻回する部分を交互に重ね、従来の誘導加熱コイルと同様の外径で巻数を増加させることにより高出力化と、加熱コイルの空間体積に対するコイル導線の割合を高くすることで加熱効率の向上を図る提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７１９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の従来技術において、加熱コイルの巻き数を増加させ、加熱コイルと被加熱物負荷との間の電磁気的結合を良くして加熱効率を向上させているとはいえ、加熱コイル自体の素線の長さが長くなってしまうため、加熱コイルの抵抗値の増大により、損失が大きくなり、冷却が困難になるという問題点がある。
【０００８】
また、巻数の増加が加熱コイルの積み段数を増やす方向に反映されると、相対的に加熱コイルと負荷の間の磁路長が長くなるため、電磁気的結合が悪くなり、加熱効率が悪くなるという問題点がある。
【０００９】
また、加熱コイルの積み段数が多くなると、厚み方向の加熱コイルのコイル巻き線の配置が困難になってくる。具体的には、コイル巻き線を巻くとき、コイル巻き線のテンションと巻方向に対するコイル巻き線の引っ張り角度を細かく制御しないと、コイル巻き線が整列に巻き回されず、コイル巻線の乗り上げや隙間の発生が起こりやすくなり、形状が不均一となり品質が安定しないという問題点がある。
【００１０】
本発明は、上記の課題のうち少なくとも１つを解決するために為されてものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、請求項１では巻き中心軸を中心にベース面に円盤状にコイル巻き線を複数段巻いてなる過熱コイルを備えた誘導加熱調理器において、前記加熱コイルは、ベース面に対して０度を超え９０度未満の角度を有する第１の傾斜軸と、巻き中心軸に対して第１の傾斜軸と対称な第２の傾斜軸を有し、前記第１および第２の傾斜軸上のそれぞれの一辺を等辺とし、かつ、巻き平面と平行な面上に１辺を有する略二等辺三角形の各頂点、およびその平行移動した前記三角形の各頂点にコイル巻き線が配置されたものである。
【００１２】
また、請求項２では前記加熱コイルは、コイル巻き線の配置移動部前後をのぞいてｎ回目の巻きにおける断面ではｎ−１回目と、少なくともｎ−４回目以内のいずれか一つの巻きのコイル巻き線と接するようにしたものである。
【００１３】
また、請求項３では前記円盤状に巻いた加熱コイルの最底面あるいは最上面に配置されるコイル巻き線は、巻き線の配置移動部前後をのぞいて、コイル巻き線に隣接する同じ巻き平面のコイル巻き線と接している部分を有するものである。
【００１４】
また、請求項４では前記コイル巻き線は熱による自己融着被覆部を有するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の誘導加熱調理器用加熱コイルは、上記のように構成したことにより、請求項１によれば、コイル巻き線の巻き作業時における巻きテンションの強さを必要以上に強くする必要がなく、コイル巻き線の延びやコイル巻き治具との接触によるコイル巻き線の被覆や素線の損傷を低減することが可能であり、コイル巻き治具自体の簡略化を図ることもできるので、製造設備の低コスト化や歩留まり向上に寄与する。
【００１６】
また、第1の傾斜軸とベース面との角度を例えば６０度にすると、積み重ね方向についてはコイル巻き線の径の１／２だけずれた状態で重なるので、各段の凹部にその上下段のコイル巻き線が配置され、加熱コイルとしての仕上がり高さが単純な段重ねに比べて低くなる。これにより加熱コイルと負荷(鍋)との間の磁路長が短くなり、その結果、磁気抵抗が減少し、加熱コイルから発生した磁力線が効率よく負荷に到達して加熱効率が上昇する。
【００１７】
また、請求項２および請求項３によれば、コイル巻き線が接触するように配置し、この接触部分により、加熱コイルとしての強度を向上させることができ、変形や脱落を防止することができ、形状の安定性向上につながる。
【００１８】
また、請求項４によれば、コイル巻き線自体に熱による自己融着性を有する被覆を用いることで、多段重ねのリッツ線間の熱による接着が可能となり、接着剤や硬化剤を用いて加熱コイルの形状を保持する必要がなく、中間段部分の非露出部に接着剤や硬化剤が行き渡らなくても他の段との接着が確保できるので、加工作業性が大幅に改善されるだけでなく、加熱コイルの強度も確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。図１は誘導加熱調理器の加熱コイルと負荷(鍋)との関係を示す縦断面図である。図において、被加熱物である鍋１０は天板１１の上に載置され、天板１１の下には加熱コイル１が設けられ、加熱コイル１に高周波電流を流すことにより鍋１０を誘導加熱する。
【００２０】
図２は本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器用加熱コイルの縦断面図である。図において、加熱コイル１は、エナメル等で絶縁被覆された導線を複数本撚り合わせた１束のリッツ線で構成したコイル巻き線２を円盤状に巻いたものの一断面である。また、コイル巻き線２は、熱による自己融着性を持たせた自己融着被覆部を有し、多段に重ね巻したコイル巻き線２間を熱により接着して、加熱コイル１の形状を保持する。
【００２１】
コイルベース３は、加熱コイル１を保持するためのものであり、絶縁物で構成されている。リブ４は、コイルベース３の中心部分および最外周部分に設けられており、加熱コイル１の位置決めを行うためのものである。
【００２２】
また、加熱コイル１は中心部分および最外周部分のリブ４の内側にはめ込むように実装される。フェライトなどの磁性体５は、コイルベース３の下方に配置してあり、加熱コイル１の下方に磁束が広がって、近傍にある金属に対する誤加熱を防止し、磁力線に起因するノイズを防止するためのものである。
【００２３】
図３は加熱コイル１の巻き線部の詳細縦断面図であり、加熱コイル１の積み段数が２段の加熱コイル１における断面の一部を示している。
【００２４】
図において、ｘはコイルを保持するためベース３のベース面、ｘ１、ｘ２はベース面ｘを上方に平行移動したもの、ｙはコイル巻き線２の巻き中心軸である。
【００２５】
ａはベース面ｘに対する第１の傾斜軸であり、ベース面ｘに対してθ１の角度、すなわち図３の実施例では６０度の角度を有している。なお、ベース面ｘに対する第1の傾斜軸ａの角度θ１は０度を超え９０度未満の角度であれば良い。
【００２６】
ｂは巻き中心軸ｙに対して第１の傾斜軸ａと対称な第２の傾斜軸ｂであり、図３の実施例ではベース面ｘに対する角度θ２は１２０度である。
【００２７】
ａ１、ａ２・・は第１の傾斜軸ａを平行移動したものであり、ｂ１、ｂ２・・は第２の傾斜軸ｂを平行移動したものである。
【００２８】
ｒはリッツ線で構成されるコイル巻き線２の半径を示し、コイル巻き線２の断面を円とみなしその中心からの距離を表している。
【００２９】
そして、コイル巻き線２は巻き中心軸ｙからの距離ｐから巻き始め、１周巻く毎にコイル巻き線２の位置を外周方向にコイル巻き線２の半径ｒ分ずらしながら図３のようにｘ１の面の次はｘ２の面、その次はｘ１の面と巻いて構成されるものである。
【００３０】
すなわち、第１および第２の傾斜軸ａ、ｂ上のそれぞれの一辺を等辺とし、かつ、巻き平面と平行な面上に１辺を有する略二等辺三角形の各頂点、および外周方向に平行移動した前記三角形の各頂点にコイル巻き線２の中心が配置されるように円盤状に巻いたものである。このように巻くことにより、コイル巻き線２のリッツ線の素線自体の位置が順次変更されていくので、近接効果による損失を低下させる効果もある。
【００３１】
このとき、加熱コイル１の仕上がり高さｈ１はおよそ次のようになる。
【００３２】
【数１】
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【００３３】
この仕上がり高さｈ１は、図５に示す単純に半径ｒのコイル巻き線２を２段重ねした従来の加熱コイルの仕上がり高さｈ２の、ｈ２＝４ｒの高さと比較すると、ｈ１＜ｈ２であることは明らかであり、加熱コイル１の厚み方向の中心と加熱コイル１の上方に載置する鍋等の被加熱物である負荷との間の距離や、コイルベース３の下方に設けたフェライト５との間の距離が減ることを表しており、したがって磁路長が短くなり、その結果、磁気抵抗が減少し、鍋等の被加熱物である負荷の加熱効率の向上が見込める。
【００３４】
図４は本発明の積み段数が２段の加熱コイルの巻き線部の詳細縦断面図であり、図５は従来の積み段が２段の加熱コイルの巻き線部の詳細縦断面図である。図に示すように巻き冶具は加熱コイル１の仕上がり高さを規定するものであり、コイル巻き線２を巻くための円盤状の巻き治具の上側壁と下側壁により加熱コイル１の仕上がり高さを規定する。巻き冶具は、円盤状の巻き治具の間隙を確保して加熱コイル１の積み段数を重ねる方法と、コイルベース３を巻き治具の一部として巻き治具を重ねる方法などがある。
【００３５】
いずれの方法にしても、コイル巻き線２を巻き治具の中心部近く（加熱コイル１の中心部近く）から巻き始め、外周に向かって巻くことには変わりない。
【００３６】
そして、図４は巻き段数２の加熱コイル１を巻いている途中の構造を示したものであり、巻いているコイル巻き線２のｎ回目は一巻き前のコイル巻き線２のｎ−１回目、および二巻き前のコイル巻き線２のｎ−２回目と接触しながら巻かれる。また、巻き治具の上側壁や下側壁のいずれか一方とも接触している。そして、すでに巻かれているコイル巻き線２の半径ｒ分の凹み部分に巻いていく形になるので、上下方向のずれは生じるおそれがない。
【００３７】
つまり、上下方向に対する巻きテンションを強制的に付加する必要はなく、巻き方向の接線方向にのみ必要なテンションを加えて巻けばよいので、巻き治具に関しては、上下方向のテンション発生手段を省略でき、コイル巻き線２を巻く装置の簡略化が図れるものである。
【００３８】
それに対し、図５に示す従来のものは、各コイル巻き線２が格子状に並ぶため、巻いているコイル巻き線２のｎ回目は、一巻き前のコイル巻き線２のｎ−１回目と巻き治具の上側壁または下側壁の２カ所と接するが、巻き治具の上側壁面または下側壁面と接触している部分の反対側は保持する力がかからず、矢印Ａ方向に落ち込みやすい。それを回避するためには、矢印Ｂ方向の巻き冶具の下側壁方向にテンションｂ１を加えればよいが、巻き始め付近では、巻き治具の巻き終わり端面までの距離が長いため、必要なテンションｂ１を得るためには大きな力で引っ張らなければならず、巻き治具の巻き終わり端面の上側壁または下側壁のエッジ部分との接触でコイル巻き線２の被覆が傷ついたり、強いテンションｂ１によるコイル巻き線２の伸びが発生するおそれがある。
【００３９】
図６は本発明による積み段数が３段の加熱コイルの巻き線部の詳細縦断面図である。巻いている途中のコイル巻き線２は、コイル巻き線２の配置移動部前後をのぞいたｎ回目の巻きにおける断面において、常に一巻き前のコイル巻き線２のｎ−１回目と、少なくとも４巻き前までのコイル巻き線２のｎ−２回目またはｎ−３回目またはｎ−４回目のいずれかと接触するように巻くものである。また、積み段数の１段目および３段目のコイル巻き線２は巻き治具の上側壁または下側壁のいずれか一方に接触している。
【００４０】
積み段数の２段目に巻かれるコイル巻き線２は、巻き治具の上側壁と下側壁には接触していないが、巻き中心方向の１点(Ｃ)と傾斜角θ１またはθ２で接触する点(Ｄ)ですでに巻かれているコイル巻き線２と接触する。次の巻き回（ｎ＋１）に配置するコイル巻き線２の部分に落ち込む可能性はあるが、反対方向に弱いテンションｂ２を加えることで回避することができる。
【００４１】
このことは図５に示す従来の場合と異なり、コイル巻き線２同士の接触する角度が鋭角になるために配置の安定性が向上しているからである。また、２段目に巻かれるコイル巻き線２は巻き治具の下側壁からの距離が離れているために巻き始め部分に対してテンションｂ２を加える場合においても、巻き治具の端面とコイル巻き線２の接触を起こしにくくなり、仮に接触しても上下方向のテンションｂ２は弱くてすむために、コイル巻き線２の傷や伸びの発生を著しく減少させることができる。
【００４２】
また、図６のコイルの仕上がり高さｈ３は、次式のように表される。
【００４３】
【数２】
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【００４４】
この仕上がり高さｈ３は、図５に示すように単純にコイル巻き線２を２段重ねしたものにさらにコイル巻き線２を１段追加して３段重ねした従来の場合の仕上がり高さｈ４は、ｈ４＝６ｒであることから、ｈ３＜ｈ４であることは明らかであり、２段重ねの場合と同様に磁路長の短縮効果があり、その結果、磁気抵抗が減少し、鍋等の被加熱物である負荷の加熱効率の向上が見込める。
【００４５】
図７は本発明における積み段数が２段の加熱コイルの強度確保の説明図であり、図７（ａ）は、ベース面ｘに対する第１の傾斜軸ａの角度が４５度で、加熱コイル１の巻き段数２のものである。このように、加熱コイル１の外径に対する必要な加熱コイル１の巻き数によりベース面ｘに対する傾斜角を変えたり、コイル巻き線２の積み段数を変えるようにして必要な巻き数を確保すれば良い。
【００４６】
図において、巻き治具によってコイル巻き線２を巻いている途中では、コイル巻き線２は点ｆ、ｈ、ｉ、ｇでコイル巻き線２同士および巻き冶具の上側壁と下側壁の部分に接触する。この状態でコイル巻き線２を熱により自己融着させると、コイルの形状は保持されたまま仕上がるが、巻き治具を外した時点で点ｈ、ｉでのみコイル巻き線２同士が融着していることになる。したがって、加熱コイル１に力が加わると変形しやすいという弱点がある。ただし、コイルベース３が巻き治具を兼用している場合は点ｆでも保持しているために変形しにくくなる。
【００４７】
これに対し図７（ｂ）に示すように、ベース面ｘに対する第１の傾斜軸ａの角度が６０度で正三角形配置とした場合は、図７（ａ）に比べコイル巻き線２は点ｊ、ｋの接触点が加わるため、コイル巻き線２を自己融着させれば変形に対する強度は強いものとすることができる。このことは巻き段数を３段にした場合でも同様である。
【００４８】
図８は積み段数が３段の加熱コイルの強度確保の説明図であり、図８（ａ）は従来の積み段数が３段と２段を交互に配置したもの、図８（ｂ）は本発明による第１の傾斜軸ａの角度が６０度で、積み段数が３段のものである。図８（ａ）と図８（ｂ）を比較すると、図８（ａ）のｓおよびｔの部分のコイル巻き線２は他のコイル巻き線２との接触部が３箇所しかなく、いずれもコイル巻き線２の半面側に集中しており、結果として強度的に弱い箇所となる。ところが本発明の図８（ｂ）のものでは、最底面あるいは最上面に配置されるコイル巻き線は、巻き線の配置移動部前後をのぞいて、コイル巻き線に隣接する同じ巻き平面の巻き線と接している。すなわち、上下面に配置されたｕおよびｖ部分のコイル巻き線２は、いずれも４カ所で他のコイル巻き線２と接触し、しかも２カ所は当該コイル巻き線２を挟み込む同じ巻き平面のコイル巻き線２と接触しているため、強度が強いものである。
【００４９】
図９は本発明における仕上がり形状の変形操作後の説明図であり、図９（ａ）は、コイル巻き線２にテンションをかけてコイル巻き線２の断面を変形させながら巻いた場合であり、図９（ｂ）は巻いた後に巻き治具に力を加えてコイル巻き線２の断面を変形させた場合である。
【００５０】
いずれの場合においても、ベース面ｘに対する第１の傾斜軸ａと、巻き中心軸ｙに対して第１の傾斜軸ａと対称な第２の傾斜軸ｂのなす角度θ１、θ２の関係は保たれており、隣接するコイル巻き線の位置関係は略二等辺三角形を平行移動した位置にあり、すでに述べた効果は変わりなく表れる。
【００５１】
したがって、あらかじめテンションをかけて巻いたり、後から巻き治具に力を加えるなどの方法で断面の電線充填率を上げて空間効率を上昇させる場合においても、本発明による方法は有効である。
【００５２】
なお、コイル巻き線２の積み段数が３段以上になる場合、上下面以外で内部に隠れるコイル巻き線２が存在するため、熱による自己融着性を有する被覆部を有したコイル巻き線２を用いることが必要である。
【００５３】
また、積み段数が３段に限らず、コイル巻き線２自体に熱による自己融着性を有する被覆を用いることで、多段積みのコイル巻き線２間を熱により接着することが可能となり、接着剤や硬化剤を用いて加熱コイル１の形状を保持する必要がなく、段積みの中間部分の非露出部に接着剤や硬化剤が行き渡らなくても他の段との接着が確保できるので、加工作業性が大幅に改善されるだけでなく、強度も確保できる。
【００５４】
このように、コイル巻き線２の巻き作業時における巻きテンションの強さを必要以上に強くする必要がなく、コイル巻き線２の延びやコイル巻き治具との接触によるコイル巻き線２の被覆や素線の損傷を低減することが可能であり、コイル巻き治具自体の簡略化を図ることもできるので、製造設備の低コスト化や歩留まり向上に寄与するものである。
【００５５】
また、第1の傾斜軸ａとベース面ｘとの角度を例えば６０度にすると、積み重ね方向についてはコイル巻き線２の径の１／２だけずれた状態で重なるので、各段の凹部にその上下段のコイル巻き線２が配置され、加熱コイル１としての仕上がり高さが単純な段重ねに比べて低くなる。これにより加熱コイル１と負荷(鍋)との間の磁路長が短くなり、その結果、磁気抵抗が減少し、加熱コイル１から発生した磁力線が効率よく負荷に到達して加熱効率が上昇する。
【００５６】
また、コイル巻き線２が接触するように配置し、この接触部分により、加熱コイル１としての強度を向上させることができ、変形や脱落を防止することができ、形状の安定性向上につながる。
【００５７】
また、コイル巻き線２自体に熱による自己融着性を有する被覆を用いることで、多段重ねのリッツ線間の熱による接着が可能となり、接着剤や硬化剤を用いて加熱コイル１の形状を保持する必要がなく、中間段部分の非露出部に接着剤や硬化剤が行き渡らなくても他の段との接着が確保できるので、加工作業性が大幅に改善されるだけでなく、加熱コイル１の強度も確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】誘導加熱調理器の加熱コイルと負荷との関係を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施例を示す誘導加熱調理器用加熱コイルの縦断面図である。
【図３】図２における加熱コイル巻き線部の詳細縦断面図である。
【図４】図２における積み段数が２段の加熱コイルの巻き線部の詳細縦断面図である。
【図５】従来の巻き方による積み段数が２段の加熱コイルの巻き線部の詳細縦断面図である。
【図６】本発明の他の実施例にかかる積み段数が３段の加熱コイルの巻き線部の詳細縦断面図である。
【図７】本発明の一実施例における積み段数が２段の加熱コイルの強度確保の説明図であり、（ａ）は第1の傾斜角の角度が４５度の場合、（ｂ）は第1の傾斜角の角度が６０度の場合である。
【図８】積み段数が３段の加熱コイルの強度確保の説明図であり、（ａ）は従来の積み段数が３段と２段を交互に配置したもの、（ｂ）は本発明の一実施例における第１の傾斜軸ａの角度が６０度で、積み段数が３段のものである。
【図９】本発明の他の実施例における仕上がり形状の変形操作後の説明図であり、（ａ）は、コイル巻き線２にテンションをかけて巻いた場合であり、（ｂ）は巻いた後に巻き治具に力を加えてコイル巻き線の断面を変形させた場合である。
【符号の説明】
【００５９】
１  加熱コイル
２  コイル巻き線
３  コイルベース
ａ  第１の傾斜軸
ｂ  第２の傾斜軸
ｘ  ベース面
ｙ  巻き中心軸
【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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