(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅の狭い電流集中部を備えた２個のコイルの間あるいは幅の狭い電流集中部を備えたコイルと押さえ板との間に被溶接物である金属薄板を重ねて置き、コンデンサに蓄積した電荷を放電ギャップスイッチを通して放電することによりコイルに大電流を流して金属薄板を溶接する放電ギャップスイッチ組み込み電磁溶接機において、放電ギャップスイッチの一方の端子をコンデンサの一方の端子に直接結合させて取り付け、該放電ギャップスイッチを一対の放電電極を収容する密閉された円筒形の電極室と該電極室の外側に気密を保ちつつ回動自在に嵌合させた減圧室とから構成し、電極室の外周面には少なくとも１個の連通孔を設け、減圧室は電極室より容積が大きく真空ポンプにより減圧されるものとしてその内周面には少なくとも２個の連通孔を設け、減圧室内周面の連通孔の一方は減圧室内の通路を通って外気に開口させ、他方は減圧室内に開口させ、減圧室を回動させて前記電極室に設けた連通孔に減圧室内周面の連通孔のいずれかを選択的に連通させる機構を設けたことを特徴とする放電ギャップスイッチ組み込み電磁溶接機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属薄板を電磁力によって溶接する電磁溶接機であって、放電ギャップスイッチを組み込んだ放電ギャップスイッチ組み込み電磁溶接機に関するものでる。
【０００２】
【従来の技術】
製品の軽量化、高機能化の要請に対してアルミニウム等の軽金属が多用されるようになり、アルミニウム等の軽金属同士、あるいはアルミニウムと鉄のような異種金属の溶接が求められるようになってきている。本願発明者の１名はこのような溶接ができる特開平１１−１９２５６２のような金属薄板の電磁溶接法を考え、実用化を進めているところである。この特開平１１−１９２５６２の金属薄板の電磁溶接法は、溶接しようとする金属薄板を重ねて平板状コイルの間におき、平板状コイルに大電流を流して溶接するものである。平板状コイルの少なくとも上下のいずれかには電流が集中して流れる電流集中部が設けられており、上下の平板状コイル間に重ねて挟まれた被溶接物である金属薄板は電流集中部に対向する位置で溶接される。平板状コイルに大電流を流すためには直流高圧電源装置によってコンデンサを充電し、コンデンサに蓄えられた電荷をスイッチを通して瞬間的に平板状コイルに放電するようにしている。
【０００３】
ここで要する直流高圧電源装置の電圧は例えば５〜１５ｋＶ、コンデンサの容量は５０〜２００μＦであり、これによる放電電流の波高値は１００ｋＡ以上に達し、その放電時間は１００μ秒以下である。従来、このような高電圧、大電流のスイッチとしては放電ギャップスイッチを使用するのが現実的であった。ところが、放電ギャップスイッチは動作時に大きな衝撃音を発生し、防音壁を設置しても効果が充分でなく、作業環境を悪化させて作業者は耳栓を装着しても耐えがたいものであり、近隣に対しても騒音による多大な迷惑をかけるという問題があった。また、空気の湿度によって放電電圧が変動することから空気の状態に応じて電極間の距離を調整をする必要があり、これを怠ると極端な場合にはコンデンサの充電の途中に放電ギャップスイッチが通電して不充分な電流により溶接不良を生ずるという問題があった。さらに、放電によりトリガー電極が汚損することから、トリガー電極の頻繁な点検、清浄化とともにトリガー電極駆動装置の点検を要するという問題があった。
【０００４】
本願出願人は、動作時に大きな衝撃音を発生することがなく、トリガー電極を使用しないことにより保守点検を少なくすることができる、上記の問題点を解決した放電ギャップスイッチを特許出願中である。ところがこうした改良されたものを含む放電ギャップスイッチは、コンデンサとコイルを結ぶ配線の途中に設置されるものであるため、コイルとコンデンサの間の距離が長くなり、配線が長くなって抵抗及びインダクタンスが大きくなって損失が大きくなるという問題があった。また、コンデンサと放電ギャップスイッチの間の配線に感電防止のための保護カバーを設ける必要があり、電磁溶接機全体が大きくなるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決し、コイルとコンデンサの間の距離を短縮して配線の抵抗及びインダクタンスを小さくすることができ、保護カバーを減らして電磁溶接機全体を小型化できる放電ギャップスイッチ組み込み電磁溶接機を提供するためになされたものである。
【０００６】
上記の問題を解決するためになされた本発明の放電ギャップスイッチ組み込み電磁溶接機は、幅の狭い電流集中部を備えた２個のコイルの間あるいは幅の狭い電流集中部を備えたコイルと押さえ板との間に被溶接物である金属薄板を重ねて置き、コンデンサに蓄積した電荷を放電ギャップスイッチを通して放電することによりコイルに大電流を流して金属薄板を溶接する放電ギャップスイッチ組み込み電磁溶接機において、放電ギャップスイッチの一方の端子をコンデンサの一方の端子に直接結合させて取り付け、該放電ギャップスイッチを一対の放電電極を収容する密閉された円筒形の電極室と該電極室の外側に気密を保ちつつ回動自在に嵌合させた減圧室とから構成し、電極室の外周面には少なくとも１個の連通孔を設け、減圧室は電極室より容積が大きく真空ポンプにより減圧されるものとしてその内周面には少なくとも２個の連通孔を設け、減圧室内周面の連通孔の一方は減圧室内の通路を通って外気に開口させ、他方は減圧室内に開口させ、減圧室を回動させて前記電極室に設けた連通孔に減圧室内周面の連通孔のいずれかを選択的に連通させる機構を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
ここにおいて、放電ギャップスイッチは電極室と電極室より大きな容積を持ち真空ポンプにより減圧される減圧室とから構成し、電極室を円筒形として該電極室の外側に気密を保ちつつ回動自在に減圧室を嵌合させ、電極室の外周面には少なくとも１個の連通孔を設け、減圧室の内周面には少なくとも２個の連通孔を設け、減圧室を回動させることにより電極室外周面の連通孔が減圧室内周面の連通孔の何れかと連通するようにし、減圧室内周面の連通孔の一方は減圧室内の通路を通って外気に開口させ、他方は減圧室内に開口させ、減圧室を回動させる機構を設けたものとすることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の放電ギャップスイッチ組み込み電磁溶接機の実施形態について、図を参照しながら具体的に説明する。
図１及び図２は第１の実施の形態を示すもので、機台１上面の前後に絶縁材２を介して固定したコイル取り付け部材３、３に下側平板状コイル４が取り付けてある。下側平板状コイル４の上面には上側平板状コイル５が対向させてあり、該上側平板状コイル５は機台１の上方に設けた昇降装置６により昇降動される昇降桿７の下端に取り付けた昇降板８下面の前後に絶縁材９を介して固定したコイル取り付け部材１０、１０に取り付け、昇降動自在としてある。図２は下側平板状コイル４より下方を見た状態を示す平面図であって、下側平板状コイル４には図２に示されるように幅の狭い電流集中部４Ａが設けてあり、これと対向する上側平板状コイル５にも電流集中部５Ａが設けてある。４Ｂは電流集中部４Ａを機械的に補強、支持する絶縁支持材であり、上側平板状コイル５にも同様に絶縁支持材５Ｂが設けてある。
【０００９】
機台１の後側にはコンデンサ１１が設置してあるが、こうした電磁溶接機に使用するコンデンサは中央に非接地側極の端子、その周囲に接地極の端子が配置されたものであり、コンデンサ１１の接地側極端子は接続板１２により下側平板状コイル４の後端に接続してある。また、コンデンサ１１の上部にはコンデンサ１１の非接地側極端子に放電ギャップスイッチ１３の一方の端子を螺合して取り付けてある。放電ギャップスイッチ１３はコンデンサ１１と端子同士を螺合することで保持されるが、さらにその筐体を機台１に固定することが好ましい。放電ギャップスイッチ１３の他方の端子は接続板１４により後側のコイル取り付け部材３の上側にコイル取り付け部材３と絶縁して設けた接続端子１５に接続してある。コイル取り付け部材１０、１０の端部は下方に膨出させてあり、上側平板状コイル５を降下させたときコイル取り付け部材１０、１０がコイル取り付け部材３及び接続端子１５とそれぞれ接触するようにしてある。
【００１０】
放電ギャップスイッチ１３は図３乃至図６に示すような構成のもので、両端が閉じられた円筒状の電極室１６の両端面中央にそれぞれ放電電極１７、１７が対向して取り付けてある。電極室１６の外周面には連通孔１８が設けてあり、さらに円環状の減圧室１９が気密を保つように嵌合させて回動自在に設けてある。電極室１６の外周面に接する減圧室１９の内周面には連通孔２０、２１が設けてあり、一方の連通孔２０は導管２２を通して減圧室１９の外部に、他方の連通孔２１は減圧室１９内にそれぞれ開口させてある。減圧室１９外周には真空ポンプ接続用の接続口２３と減圧室１９を回動操作するための操作桿２４が設けてあり、操作桿２４にはエアシリンダ２５を連結してエアシリンダ２５により減圧室１９を回動させ、図５に示す連通孔２０が電極室１６の連通孔１８と連通した状態、あるいは、図６に示す連通孔２１が連通孔１８と連通した状態のいずれかの状態とすることができるようにしてある。
【００１１】
放電電極１７、１７の軸にはねじを切ってそのねじを電極室１６の端部に螺合してあり、放電電極１７、１７の軸を回転させることにより放電電極２、２を前後に移動させ、放電電極１７、１７のギャップを調整することができる。２６、２７は電極室１６と減圧室１９を上側と下側から挟み、一体として組み立てる端板であって、下側の端板２７は絶縁材で構成することが好ましく、上側の端板２６は導電材で構成することが好ましい。上側の端板２６を導電材で構成することにより、接続板１４の放電ギャップスイッチ１３への取り付け位置の自由度が増すことになる。
【００１２】
前記のように構成した放電ギャップスイッチ組み込み電磁溶接機の昇降装置６を作動させて上側平板状コイル５を上昇させ、下側平板状コイル４の電流集中部４Ａ上に被溶接物の溶接すべき部分を載せる。上側平板状コイル５を降下させると、被溶接物の溶接すべき部分は電流集中部４Ａと５Ａとに挟まれることになる。被溶接物を電流集中部４Ａと５Ａで挟む際には、従来の電磁溶接を行なう場合と同様被溶接物の両面を絶縁シートで挟んでおくことが好ましい。このとき、前側のコイル取り付け部材１０は前側のコイル取り付け部材３と、後側のコイル取り付け部材１０は接続端子１５とそれぞれ接触し、コンデンサ１１の非接地側極端子から放電ギャップスイッチ１３、接続板１４、接続端子１５、後側のコイル取り付け部材１０、上側平板状コイル５、前側のコイル取り付け部材１０、前側のコイル取り付け部材３、下側平板状コイル４、後側のコイル取り付け部材３、接続板１２を通り、コンデンサ１１の接地側極端子に至る回路が形成される。
【００１３】
一方、放電ギャップスイッチ１３は図５に示す減圧室１９を電極室１６が大気に接続された状態として図示しない直流高圧電源装置によりコンデンサ１１を充電する。放電電極１７、１７のギャップを適正なものとしておけば、放電電極１７、１７が大気圧に置かれていることから通常の放電ギャップスイッチの場合と同様に放電が開始することなくコンデンサ１１の充電が行なわれる。また、減圧室１９は接続口２３にホースで接続した図示しない真空ポンプを運転することにより減圧しておく。
【００１４】
コンデンサ１１が所定の電圧まで充電され、減圧室１９が減圧された状態でエアシリンダ２５を動作させると減圧室１９が回動されて図６に示す電極室１６が減圧室１９に接続された状態となり、電極室１６は急速に減圧される。電極室１６の圧力が低下すると放電電極１７、１７間で放電が開始して放電ギャップスイッチ１３が閉じることとなり、コンデンサ１１の電荷は上側平板状コイル５及び下側平板状コイル４を通して放電され、セットされた被溶接物が溶接されることとなる。この第１の実施の形態のものはコイルの構成が簡単であるという利点がある。
【００１５】
図７及び図８は第２の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態のものとはコイルの構成が異なり、機台１上面にコイル２８が絶縁材２９により絶縁して固定してある。コイル２８は図９乃至図１３に示すように上部平板状コイル３０と下部平板状コイル３１から構成してあり、上部平板状コイル３０と下部平板状コイル３１の間には絶縁材３２を挿入して前端で接続してある。上部平板状コイル３０には図１３に示すように幅の狭い電流集中部３０Ａが、下部平板状コイル３１の電流集中部３０Ａに対向する部分には図１４に示すように透孔３１Ａがそれぞれ設けてある。透孔３１Ａの長さは電流集中部３０Ａの長さより１０乃至２０ｍｍ長く、幅は電流集中部３０Ａの中心線からそれぞれ２０ｍｍ以上広くするのが好ましい。３０Ｂ、３０Ｂは電流集中部３０Ａを機械的に補強、支持する絶縁支持材であり、３１Ｂは透孔３１Ａを充填し補強する絶縁支持材である。絶縁支持材３０Ｂ、３１Ｂとしては、ガラス繊維で強化したエポキシ樹脂を使用することができる。
【００１６】
コイル２８の上面には押さえ板３３が対向して設けてあり、該押さえ板３３は機台１の上方に設けた昇降装置６により昇降される昇降桿７の下端に取り付けた昇降板８に固定して昇降動自在としてある。押さえ板３３は強度と耐熱性のある絶縁物で構成し、押さえ面はコイル２８と同等の面積とすることが好ましい。機台１の後側には第１の実施の形態のものと同様にコンデンサ１１が設けてあり、該コンデンサ１１の接地側極端子は接続板１２により下部平板状コイル３１の後端に接続してある。また、コンデンサ１１の非接地側極端子には放電ギャップスイッチ１３の一方の端子を螺合して取り付けてある。放電ギャップスイッチ１３の他方の端子は接続板１４により上部平板状コイル３０に接続してある。
【００１７】
このように構成した第２の実施の形態の放電ギャップスイッチ組み込み電磁溶接機の昇降装置６を作動させて押さえ板３３を上昇させ、上部平板状コイル３０の電流集中部３０Ａ上に被溶接物の溶接すべき部分を載せる。押さえ板３３を降下させると、被溶接物の溶接すべき部分は電流集中部３０Ａと押さえ板３３に挟まれることになる。被溶接物を電流集中部３０Ａと押さえ板３３で挟む際に、被溶接物の両面を絶縁シートで挟んでおくことは従来の電磁溶接を行なう場合と同様である。
【００１８】
放電ギャップスイッチ１３を図５に示す電極室１６が大気に接続された状態としてコンデンサ１１を充電し、減圧室１９を減圧する。コンデンサ１１が所定の電圧まで充電された状態でエアシリンダ２５を動作させると減圧室１９が回動されて図６に示す電極室１６が減圧室１９に接続された状態となり、電極室１６が急速に減圧されて放電電極１７、１７間で放電が開始し、コンデンサ１１の電荷が上部平板状コイル３０及び下部平板状コイル３１を通して放電され、セットされた被溶接物が溶接されることとなる。この第２の実施の形態のものは移動するコイルがなく、これに給電する必要もないことから大電流の接点を設ける必要がない利点がある。
【００１９】
図１４は第３の実施の形態を示すもので、第１、第２の実施の形態のものとはコイルの構成が異なり、機台１上面に下側コイル３４が絶縁材３５により絶縁して固定してある。下側コイル３４は図１５乃至図１７に示すように上部平板状コイル３６と下部平板状コイル３７から構成してあり、上部平板状コイル３６と下部平板状コイル３７の間には絶縁材３８を挿入して前端で接続してある。上部平板状コイル３６の前側には電流集中部３６Ａが、後側には透孔３９、３９が設けてある。下部平板状コイル３７の電流集中部３６Ａに対向する部分には透孔３７Ａが設けてあり、絶縁材３８には透孔３９、３９に連通させて透孔４０、４０が設けてある。透孔３７Ａの長さは電流集中部３６Ａの長さより１０乃至２０ｍｍ長く、幅は電流集中部３６Ａの中心線からそれぞれ２０ｍｍ以上より広くするのが好ましい。電流集中部３６Ａは絶縁支持材３６Ｂ、３６Ｂにより機械的に補強、支持してあり、透孔３７Ａは絶縁支持材３７Ｂを充填して補強してある。
【００２０】
下側コイル３４の上面には上側コイル４１が対向して設けてあり、該上側コイル４１は機台１の上方に設けた昇降装置６により昇降動される昇降桿７の下端に取り付けた昇降板８下面に絶縁材９を介して固定し、昇降動自在としてある。上側コイル４１は図１８乃至図２０に示すように上部平板状コイル４２と下部平板状コイル４３から構成してあり、上部平板状コイル４２と下部平板状コイル４３の間には絶縁材４４を挿入して前端で接続してある。下部平板状コイル４３には下側コイル３４の電流集中部３６Ａに対向する位置に電流集中部４３Ａが設けてあり、透孔３９、３９に対向する位置に導電桿４５、４５が下方に向けて突設してある。上部平板状コイル４２の電流集中部４３Ａに対向する部分には透孔４２Ａが設けてあり、後端部は下方に延長して導電部４６が設けてある。電流集中部４３Ａの両側には電流集中部４３Ａを機械的に補強、支持する絶縁支持材４３Ｂ、４３Ｂが設けてあり、透孔４２Ａは絶縁支持材４２Ｂを充填して補強してある。
【００２１】
機台１の後側には第１の実施の形態のものと同様にコンデンサ１１が設けてあり、該コンデンサ１１の接地側極端子は接続板１２により下側コイル３４の下部平板状コイル３７の後端に接続してある。また、コンデンサ１１の非接地側極端子には放電ギャップスイッチ１３の一方の端子を螺合して取り付けてある。放電ギャップスイッチ１３の他方の端子は接続板１４により下側コイル３４の上部平板状コイル３６の後端に接続してある。
【００２２】
このように構成した第３の実施の形態の放電ギャップスイッチ組み込み電磁溶接機の昇降装置６を作動させて上側コイル４１を上昇させ、下側コイル３４の電流集中部３６Ａ上に被溶接物の溶接すべき部分を載せる。上側コイル４１を降下させると、被溶接物の溶接すべき部分は電流集中部３６Ａと電流集中部４３Ａに挟まれることになる。このとき、図２１及び図２２に示すように導電桿４５、４５は透孔３９、３９を通して下側コイル３４の下部平板状コイル３７に接触し、導電部４６は下側コイル３４の上部平板状コイル３６に接触する。これにより、下側コイル３４と上側コイル４１とは電気的に並列に接続されることとなる。このとき、従来の電磁溶接を行なう場合と同様被溶接物の両面を絶縁シートで挟んでおくことが好ましい。
【００２３】
放電ギャップスイッチ１３を図５に示す電極室１６が大気に接続された状態としてコンデンサ１１を充電し、減圧室１９を減圧する。コンデンサ１１が所定の電圧まで充電された状態でエアシリンダ２５を動作させると減圧室１９が回動されて図６に示す電極室１６が減圧室１９に接続された状態となり、電極室１６が急速に減圧されて放電電極１７、１７間で放電が開始し、コンデンサ１１の電荷が下側コイル３４の上部平板状コイル３６から下部平板状コイル３７へと流れる。同時に導電部４６から上側コイル４１の上部平板状コイル４２、下部平板状コイル４３を通って導電桿４５へと流れ、電流集中部３６Ａと電流集中部４３Ａとの間に挟まれた被溶接物が溶接される。この第３の実施の形態のものはふところ寸法を大きくしても、近接した導体を折り返す形となることからインダクタンスが顕著に増大することがなく、ふところ寸法を大きくすることによって大きなワークを挟んで溶接することができる利点がある。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、放電ギャップスイッチは放電電極間の放電が密閉された電極室内で減圧された状態で行なわれるものとしたため、衝撃音が発生することは殆どない利点がある。また、トリガー電極を使用しないので、トリガー電極の頻繁な点検、清浄化、トリガー電極駆動装置の点検も必要なく、減圧することにより放電が確実に開始することから放電電極の間隔は大気圧下で放電しない程度に大まかに調整すればよいので調整が容易になり、コンデンサの充電の途中で放電することもない利点がある。さらに、放電ギャップスイッチの一方の端子をコンデンサの一方の端子に直接結合させて取り付けたので、コンデンサと放電ギャップスイッチとの間の配線を極限まで短縮することができる。しかもコンデンサと放電ギャップスイッチを一体として電磁溶接機に組み込むことができることから電磁溶接機全体を小型化でき、コイルと放電ギャップスイッチとの間の配線を短縮することができて放電ギャップスイッチ及び放電ギャップスイッチとコイルとの間の配線を覆う保護カバーも小さなものとすることができる利点がある。したがって、従来の問題点を解決し実用性を増した放電ギャップスイッチ組み込み電磁溶接機を提供するものとして業界に寄与するところ極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す側面図である。
【図２】第１の実施の形態を示す要部の平面図である。
【図３】放電ギャップスイッチの平面図である。
【図４】放電ギャップスイッチの縦断側面図である。
【図５】放電ギャップスイッチの横断平面図である。
【図６】放電ギャップスイッチの横断平面図である。
【図７】第２の実施の形態を示す側面図である。
【図８】第２の実施の形態を示す要部の平面図である。
【図９】コイルの平面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ部における縦断面図である。
【図１１】図９のＢ−Ｂ部における縦断面図である。
【図１２】上部平板状コイルの平面図である。
【図１３】下部平板状コイルの平面図である。
【図１４】第３の実施の形態を示す側面図である。
【図１５】下側コイルの平面図である。
【図１６】図１４のＡ−Ａ部における縦断面図である。
【図１７】図１４のＢ−Ｂ部における縦断面図である。
【図１８】上側コイルの底面図である。
【図１９】図１８のＡ−Ａ部における縦断面図である。
【図２０】図１８のＢ−Ｂ部における縦断面図である。
【図２１】溶接時の図１４及び図１８のＡ−Ａ部における縦断面図である。
【図２２】溶接時の図１４及び図１８のＢ−Ｂ部における縦断面図である。
【符号の説明】
１  機台
２  絶縁材
３  コイル取り付け部材
４  下側平板状コイル
５  上側平板状コイル
６  昇降装置
７  昇降桿
８  昇降板
９  絶縁材
１０  コイル取り付け部材
１１  コンデンサ
１２  接続板
１３  放電ギャップスイッチ
１４  接続板
１５  接続端子
１６  電極室
１７  放電電極
１８  連通孔
１９  減圧室
２０、２１  連通孔
２２  導管
２３  接続口
２４  操作桿
２５  エアシリンダ
２６、２７  端板
２８  コイル
２９  絶縁材
３０  上部平板状コイル
３１  下部平板状コイル
３２  絶縁材
３３  押さえ板
３４  下側コイル
３５  絶縁材
３６  上部平板状コイル
３７  下部平板状コイル
３８  絶縁材
３９、４０  透孔
４１  上側コイル
４２  上部平板状コイル
４３  下部平板状コイル
４４  絶縁材
４５  導電桿
４６  導電部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003966502.tif 000017
【図１７】
0003966502.tif 000018
【図１８】
0003966502.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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