(57)【要約】【課題】従来の近赤外線照射式ろう付装置は、複数の接合部の各々に対向する反射鏡と該反射鏡内に配置された近赤外線照射源を有するが、近赤外線を集光し照射する反射鏡がプロセス中にろう付部から飛散したフラックスや近傍の汚染物質等により汚染され、反射率の低下による未ろう付部の発生や、反射鏡のメンテナンスに伴う装置維持費の増大といった問題があった。【解決手段】本発明に係るろう付装置は、近赤外光を発生するランプ１１、このランプ１１から発生する近赤外線が入射する反射鏡内面に反射率の高い物質を備えた金属の薄板からなる反射板１０を備え、前記反射板１０は近赤外線を集光しやすい形状の内面を有する反射鏡ブロック１内面に固定するようにしたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外光を発生するランプ、このランプからの近赤外線が入射する反射鏡ブロック内面に設けられ前記近赤外線を集光して被ろう付部材に照射する反射板を備え、前記反射鏡ブロックは前記近赤外線を集光するための内面形状を有し、前記反射板は前記反射鏡ブロック内面に沿って着脱自在に固定されることを特徴とするろう付装置。
【請求項２】
前記反射鏡ブロック内面に前記反射板が真空吸着で固定されることを特徴とする請求項１に記載のろう付装置。
【請求項３】
前記反射鏡ブロック内面に複数の吸着穴を形成するとともに、前記吸着穴は真空吸着装置の真空引き口に連通していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のろう付装置。
【請求項４】
前記反射鏡ブロック内面に前記反射板が留め具にて固定されることを特徴とする請求項１に記載のろう付装置。
【請求項５】
前記反射鏡ブロックに電圧が印加され前記反射板が静電吸引力で固定されることを特徴とする請求項１に記載のろう付装置。
【請求項６】
前記反射鏡ブロックは冷却水給排水口を通して冷却水を循環するための水路を備えており、前記近赤外線の照射により蓄熱されて上昇した前記反射鏡ブロックの温度を水冷して低下させるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載のろう付装置。
【請求項７】
前記反射板が異なる反射率を示す箇所を複数持つことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載のろう付装置。
【請求項８】
前記ランプ、前記反射板、前記反射鏡ブロックは、各々複数設けられ、前記複数の反射板内面が被ろう付部を覆うように配置されたことを特徴とする請求項１に記載のろう付装置。
【請求項９】
前記反射鏡ブロックおよび前記反射板には切欠き部が設けられ、この切欠き部により被ろう付部が挿入される空間が形成されるようにしたことを特徴とする請求項８に記載のろう付装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エアコン、ラジエーター、オイルクーラー等の熱交換器及びそれらの部品等のパイプや種々の部品等をろう付する装置、特に、近赤外線照射式ろう付装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコン、ラジエーター、オイルクーラー等の熱交換器等の種々の部品の接合は、従来トーチバーナ、高周波加熱装置、連続炉、半連続炉、バッチ炉等のろう付炉を使用して行われていた。しかしながら、トーチバーナは正確な温度制御が難しく、熟練したろう付技能者が必要となり、数多くの処理や品質の保証が困難である。また、高周波加熱装置によれば正確な温度制御が可能であるが、多数の接合部分を有する熱交換器のろう付を効率よく行うためには不適当である。ろう付炉を用いれば炉内の雰囲気による加熱のため多数の接合部分を有する熱交換器の正確な温度制御が可能になるが、装置自体が大きくて高価であるばかりでなく、炉内で一定時間保持する必要があるため、部品の接合にかなりの時間を要して、部品の素材粒子が粗大化し組織が脆弱化してしまうという問題があった。
【０００３】
また、最近では熱交換器等の金属製部品の接合部にろう材を装着した状態で局所的に近赤外光を照射させることにより、接合部分を近赤外光で加熱してろう付を行うようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７９４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の近赤外線照射式ろう付方法は、複数の接合部の各々に対向する反射鏡と該反射鏡内に配置された近赤外線照射源を有するが、近赤外線を集光し照射する反射鏡がプロセス中にろう付部から飛散したフラックスや近傍の汚染物質等により汚染され、反射率の低下による未ろう付部の発生や、反射鏡のメンテナンスに伴う装置維持費の増大といった問題があった。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、より低コストで簡便に反射鏡の反射率を維持することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るろう付装置は、近赤外光を発生するランプ、このランプからの近赤外線が入射する反射鏡ブロック内面に設けられ前記近赤外線を集光して被ろう付部材に照射する反射板を備え、前記反射鏡ブロックは前記近赤外線を集光するための内面形状を有し、前記反射板は前記反射鏡ブロック内面に沿って着脱自在に固定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、従来の反射鏡内面が汚染されたときの反射鏡交換時間の減少や反射鏡のメンテナンスの一貫である再研磨、及び反射率の高い物質の付着作業といった作業費を低減することができる。また、メンテナンスの簡易化及び費用低減により金やアルミニウム等の反射物質を備えた反射板の定期的な交換を実施することで未ろう付部の発生を未然に防ぐといった品質の高いろう付が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る実施の形態１による近赤外線照射式ろう付装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１による近赤外線照射式ろう付装置によりろう付されるフィンコアの概略断面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態１による近赤外線照射式ろう付装置によりろう付されるフィンコアの平面図である。
【図４】本発明に係る実施の形態２による近赤外線照射式ろう付装置を示す概略断面図である。
【図５】本発明に係る実施の形態３による近赤外線照射式ろう付装置を示す概略断面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態４による近赤外線照射式ろう付装置を示す概略断面図である。
【図７】本発明に係る実施の形態５による近赤外線照射式ろう付装置の反射板の斜視図である。
【図８】本発明に係る実施の形態５による近赤外線照射式ろう付装置を構成する反射鏡ブロックの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１を図１から図３までについて説明する。図１は、本発明の実施の形態１による近赤外線照射式ろう付装置を示す概略断面図である。なお、図中の矢印は、空気の流れ、及び冷却水の流れを示すものである。
図１に示すように、本実施の形態１に係る近赤外線照射式ろう付装置１００は、近赤外光を放射する近赤外線ランプ１１を備え、前記ランプ１１から照射した近赤外線を反射するための反射板１０と、反射板１０の形状を定める反射鏡ブロック１によって形成されている。反射鏡ブロック１はアルミニウムからなる金属ブロックの直方体で構成されており、周面の一つに向けて開口する凹部が形成されている。この凹部は図１に示す通りランプ１１からの近赤外線を反射し対象物へ照射するのに適した形状の開口内面を形成しており、この内面に反射板１０が固定される。
反射鏡ブロック１は背面の冷却水給排水口１２を通して冷却水を循環するための水路を備え、前記反射板１０を吸着するための複数の吸着穴１６が反射鏡ブロック内面に備えられた構造を持つ。反射鏡ブロック１の焦点位置に近赤外線ランプ１１が設置されたとき、近赤外光は光路１４のような経路を取って被ろう付部材としてのろう付ワーク２００の所定個所に照射され、ろう付温度まで加熱される。
なお、ろう付ワーク２００は図２に示すように熱交換器及びそれらの部品等のパイプや種々の部品からなる。
【００１０】
以下、ろう付される熱交換器及びそれらの部品等のパイプや種々の部品について説明する。図２は熱交換器及びそれらの部品等のパイプで構成されたフィンコアの概略断面図であり、図３は平面図である。図２に示すように、直線状金属パイプ２５がフィン２３に形成した孔３に挿入された構造になっており、フィン２３はサイドプレート２２によって挟まれることで固定されている。前記金属パイプ２５の端部２１はＵベンド状金属パイプ２が挿入できるように拡管されている。複数の直線状金属パイプ２５はＵベンド状金属パイプ２によってろう付されることで端部が接続されている。ろう付箇所にはリング状ろう材２０があらかじめ備えられている。図３に示すように、Ｕベンド状金属パイプ２は熱交換器の長手方向に規則正しく並んでおり、反射鏡ブロックと反射板が必要な長さだけあれば複数箇所同時にろう付をすることが可能である。
【００１１】
次に、本実施の形態１に係る近赤外線照射式ろう付装置の原理について説明する。ろう付とは金属を接合する方法である溶着の一種であり、エアコン、ラジエーター、オイルクーラー等の汎用の熱交換器を製造する際に直線状パイプとＵベンド状パイプとを接合する手法としてよく用いられてきた。直線状パイプとＵベンド状パイプとの接合部分をろう付するには、リング状ろう材を使用し、接合部分にはあらかじめフラックスを塗布しておくか、フラックスを内部に備えたろう材を用いるのが普通である。加熱によりまずフラックスが溶解し、次いでろう材が溶解するので、接合部分の金属面にろう材が密着する。アルミニウムろう材用には一般にフッ化アルミン酸カリウム、塩化物系フラックス等が使用されている。
【００１２】
フラックス及びろう材を加熱する手段としては、従来からトーチバーナ、高周波加熱装置、連続炉、半連続炉、バッチ炉等のろう付炉が使用されてきた。熱交換器用パイプはほとんど銅製であるが、銅パイプ同士のろう付の場合には加熱温度の制御はそれ程厳密ではなく、従来の加熱手段を用いることに何の問題もなかった。ところが最近、製品の軽量化や原価低減、及びリサイクルの容易化といった面から熱交換器のすべての部品をアルミニウム製とすることが提案され、エアコンやオイルクーラー等の熱交機器に対して実現化が試みられている。
【００１３】
ところがアルミニウム製パイプ同士をろう付する場合には、アルミニウムの融点が６６０℃であり、アルミニウムろう材の融点との差が余りないため、正確な温度制御が難しいトーチバーナ法ではアルミニウム製パイプ同士のろう付は難しい。
一方、高周波加熱装置によれば正確な温度制御が可能であるが、多数の接合部分を有する熱交換器のろう付を効率よく行うためには不適当である。ろう付炉を用いれば炉内の雰囲気による加熱のため多数の接合部分を有する熱交換器の正確な温度制御が可能になるが、装置自体が大きくて高価であるばかりでなく、炉内で一定時間保持する必要があるため、部品の接合にかなりの時間を要して、部品の素材粒子が粗大化し組織が脆弱化してしまうという問題があった。
【００１４】
本発明の近赤外線照射式ろう付は、熱交換器等の金属製部品の接合部にろう材を装着した状態で局所的に近赤外光を照射させることにより、接合部分を近赤外光で加熱する方法で、かつ反射鏡が反射板と、この反射板を支える反射鏡ブロックとから構成されている。このような構成を取ると、大気中でろう材箇所を局所的に輻射加熱するため、正確な温度制御が可能である。
なお、従来から使用されている反射鏡は、先に説明した特許文献１に示したように反射鏡ブロックと反射板に分かれておらず一体物であるため、汚染された反射鏡を再研磨し、再蒸着することは時間とコストがかかる作業であった。
【００１５】
次に、本実施の形態１に係る近赤外線照射式ろう付装置の組付け方法について説明する。反射板１０は板厚０．０１〜０．５ｍｍ程度のステンレスやアルミニウムや銅といった金属薄板であり、反射鏡ブロック１の内面に備えられた複数の吸着穴によって吸着され、反射鏡ブロック１の内面に固着して設けられる。その板厚は、材質の硬度と反射鏡ブロック１の内面形状、及び吸着力によって選択される。吸着穴１６は真空引き口１３までつながっており、真空ポンプや真空発生器などを用いて真空引きされる。
【００１６】
反射板１０の表面には金やアルミニウムといった反射率の高い物質が付着されており、一般には蒸着やエッチングという手法が用いられる。反射板１０を反射鏡として用いるためには反射率が重要になってくるため、反射板１０の表面には鏡面処理加工により表面粗さを低減させておくのが望ましい。前記反射板１０を反射鏡ブロック１の内面形状に押し付けて吸着させることで、反射板１０を備えた反射鏡を得ることが出来る。反射鏡ブロック１は熱伝導の良い銅やアルミニウムなどで製作される。
反射鏡ブロック１に入射する近赤外線は内面の反射板１０の表面に金蒸着してあれば９９．７％以上反射されるが、連続して動作させれば反射鏡ブロックに蓄熱されてしまう。それを防ぐために冷却水給排水口１２を通して、反射鏡ブロック１を水冷して温度を管理することで安定的なろう付が可能になる。
【００１７】
反射鏡ブロック１の内面形状は、図１のように楕円形状で焦点の位置に近赤外線ランプ１１を設置することで他方の焦点位置に集光させてろう付ワークを加熱してもいいし、反射面に放物線形状を用いることで、近赤外線を１点集光させず、ある一定の面積を均一に加熱しても良い。ろう付を実施するワークによって適切に選択すればよい。
もし内面の反射板１０がフラックスや周辺の付着物により汚染されてしまっても交換用として別途反射板１０を用意しておくことで、容易に反射率の高い内面を取り戻すことができる。反射板１０は吸着により反射鏡ブロック１の内面に留まっているだけであるので容易に交換することが出来る。
【００１８】
次に、本実施の形態１に係る近赤外線照射式ろう付装置の動作について説明する。
まず図２において、フィン２３とサイドプレート２２を積層した後、直線状金属パイプ２５を挿入する。その後プレス装置を用いて直線状金属パイプ２５を拡管することでフィン２３と直線状金属パイプ２５を接触させる。その後、直線状金属パイプの端部２１をさらに拡管して、リング状ろう材２０とＵベンド状金属パイプ２を取り付け、ろう付前の準備は完了である。
次に図１において、あらかじめ反射板１０を備えた反射鏡ブロック１の焦点位置に熱交換器のろう付部を搬送する。その搬送手段はベルトコンベアやシリンダー等である。そこで所定の時間で近赤外線照射加熱をすることでろう付が完了する。
【００１９】
以上、本発明の実施の形態１によるろう付装置においては、近赤外光が入射する反射鏡内面に金やアルミニウム等の反射率の高い物質を備えた反射板を反射鏡内面に固定することで形成され、フラックスや周辺付着物により汚染された際には金やアルミニウム等の反射物質を備えた反射板を交換することで低コストかつ容易に反射鏡の反射率を維持することができる。また、定期的に反射板を交換することでフラックスや近傍の汚染物質等で汚染され、近赤外線の反射率の低下による未ろう付部の発生も抑制することができる。
なお、ろう付部の個数や長手方向の配列数は本実施の形態で示した数に限定されることなくいかなる数でも良い。
【００２０】
この発明に係る実施の形態１におけるろう付装置では、近赤外光を発生するランプ１１、このランプ１１からの近赤外線が入射する反射鏡ブロック１内面に設けられ前記近赤外線を集光して被ろう付部材としてのワーク２００の所要個所に照射する金属薄板からなる反射板１０を備え、前記反射鏡ブロック１は前記近赤外線を集光するための内面形状を有し、前記反射板１０は前記反射鏡ブロック１内面に沿って真空吸着等により着脱自在に固定されることを特徴とする。
この構成により、反射板をその汚染程度に応じて適宜交換することができ、汚染による交換作業を容易にすることができて、従来の反射鏡内面が汚染されたときの反射鏡交換時間の減少や反射鏡のメンテナンスの一貫である再研磨、及び反射率の高い物質の付着作業といった作業費を低減することができる。また、メンテナンスの簡易化及び費用低減により金やアルミニウム等の反射物質を備えた反射板の定期的な交換を実施することでろう付が不十分な未ろう付部の発生を未然に防ぐといった品質の高いろう付が提供できる。
【００２１】
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２を図４について説明する。本実施の形態２では、実施の形態１において、複数の反射鏡ブロックを使用する構成であり、本実施の形態２で特に記述しない項目に関しては実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態２による近赤外線照射式ろう付装置を示す概略断面図である。
図４に示すように、本実施の形態２に係る近赤外線照射式ろう付装置４０は複数の反射鏡ブロックを使用し、より急速に加熱を行うことでろう付を実施する装置である。この装置で使用される反射鏡ブロック４は可能な限りろう付ワークと近づけるために片側の形状を変更し、ろう付ワークを覆うような構造とする。すなわち、左右の反射鏡ブロック４１、４２は、上部と下部が突出して中央内面に略楕円形状の空間部を形成しており、上部の突出部４１ａ、４２ａは各々が近接して配置されるが、下部の突出部４１ｂ、４２ｂは先端が切り欠かれた形状で、その空間にワークが挿入できるよう構成されている。
【００２２】
前記構造を取ることで近赤外光は２つの反射鏡内に閉じ込められて、効率よくろう付ワークを加熱することができる。その際、ろう付部と反射鏡内面が近づくことで主にフラックスや周辺物質による反射板１０の汚染が懸念されるが、反射板１０と反射鏡ブロック４１、４２が分割されているためブロック内面形状に合わせて反射板を変更したり、容易に交換したりすることが可能である。
本実施の形態２におけるろう付装置では、ランプ１１、反射板１０、反射鏡ブロック１は、左右一対設けられ、反射鏡ブロック１は上下に突出部を備えるとともに、いずれか片方は先端部が切り欠かれた形状として、この切り欠かれた空間に被ろう付部が配置されるようにしたものである。すなわち、反射鏡ブロック１および反射鏡ブロック１の内面に固定される反射板１０には切欠き部が設けられ、この切欠き部によりろう材２０を付着した金属パイプ端部２１を有するろう付ワーク２００からなる被ろう付部が挿入される空間が形成されるように構成されている。
本実施の形態２のように構成されたろう付装置においては、片側の形状が異なった複数の反射鏡ブロックで構成され、反射鏡内面で近赤外光が閉じ込められることで効率よくろう付ワークを加熱することができる。この片側の形状が異なった反射鏡ブロックは反射板が分割されているため、メンテナンスが容易でより高品質なろう付を提供することができる。
【００２３】
実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３を図５について説明する。本実施の形態３では、実施の形態１において、反射板１０を真空引きによる吸着を使わずに、留め具５が備えられた構成であり、本実施の形態３で特に記述しない項目に関しては実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態３による近赤外線照射式ろう付装置を示す概略断面図である。
図５に示すように、ネジ穴を備えた反射鏡ブロック内面に留め具５によって反射板１０は挟み込む構成を備えている。留め具５は反射鏡ブロック１内面のネジ穴に合致するネジであることが望ましいが、反射板１０を留められ、かつ簡単に取り外せる構造であれば留め具５の形状に指定はない。留め具５は少なくとも４隅に必要であると考えられるが、反射板１０が固定されれば良いので数を増減させてもよい。また、実施の形態１の真空吸着と留め具による固定を併用しても問題ない。
【００２４】
以上、本実施の形態３のように構成されたろう付装置においては、反射鏡ブロックの内面に反射板が留め具で留められることで反射板がフラックスや周辺付着物により汚染された際には反射板１０を交換することで低コストかつ容易に反射鏡の反射率を維持することができる。また、定期的に反射板を交換することでフラックスや近傍の汚染物質等で汚染され、近赤外線の反射率の低下による未ろう付部の発生も抑制することができる。
【００２５】
実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４を図６について説明する。本実施の形態４では、実施の形態１において、反射板１０を真空引きによる吸着を使わずに、電圧印加装置６が備えられた構成であり、本実施の形態４で特に記述しない項目に関しては実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態４による近赤外線照射式ろう付装置を示す概略断面図である。
図６に示すように、反射鏡ブロック１に電圧印加装置６が接続された構成を備えている。反射板１０は静電チャックという仕組みにより反射鏡ブロック１に固定される。反射鏡ブロック１には直流電圧が印加され、反射板１０は静電吸引力により反射鏡ブロック１に着脱自在に固定される。印加電圧は反射板１０の保持力に影響するため、反射鏡ブロック１と反射板１０の板厚により、適切な電圧値を選択する必要がある。このとき、反射鏡ブロック１は表面に絶縁層を持つアルミニウムを用いることが望ましい。
反射板１０であるが、この仕組みを利用すれば反射板自身のバネ性が必要ないため、プラスチックのような樹脂膜にアルミニウムを蒸着したような非常に安価な材料の使用も可能となる。
【００２６】
本実施の形態４のように構成されたろう付装置においては、反射鏡ブロック１の内面に静電チャックの仕組みで反射板１０が固定されることで、反射板がフラックスや周辺付着物により汚染された際には反射板１０を交換することで非常に低コストかつ容易に反射鏡の反射率を維持することができる。特にアルミを蒸着させた樹脂膜を反射板として使用できるためコストが安い。また、定期的に反射板を交換することでフラックスや近傍の汚染物質等で汚染され、近赤外線の反射率の低下による未ろう付部の発生も抑制することができる。
【００２７】
実施の形態５．
本発明に係る実施の形態５を図７および図８について説明する。本実施の形態５では、実施の形態１において一部だけ反射率の異なる部分７０を備えた反射板７が備えられた構成であり、本実施の形態５で特に記述しない項目に関しては実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態５による近赤外線照射式ろう付装置の反射板の斜視図であり、図８は本発明の実施の形態５による近赤外線照射式ろう付装置を構成する反射鏡ブロックの斜視図である。
【００２８】
図７に示すように、反射率の異なる反射板の一部７０を備えた反射板７が備えられた反射鏡ブロック８によって構成されている。これはろう付ワークの形状が不連続で一部の温度上昇を緩和させる時に用いる反射板の構造である。このような反射板７は例えば真空蒸着などで異なる金属を蒸着するなどで容易に作成することができる。図では反射率の異なる箇所が１か所であるが反射率の異なる箇所が複数箇所あっても良い。または複数の反射板を複数の真空吸着可能な吸着穴で同時に固定してもよい。
以上、本実施の形態５のように構成されたろう付装置の反射鏡ブロックにおいては、ろう付ワークの形状によって相対する反射板の反射率を変化させることで不連続な形状のろう付ワークであっても均一に温度を上昇させて安定した品質のろう付を実施することが出来る。
【００２９】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  反射鏡ブロック、２ Ｕベンド状金属パイプ、３  金属フィンの孔、４  反射鏡ブロック、５  留め具、６  電圧印加装置、７  反射板、８  一部反射率の異なる反射板を備えた反射鏡ブロック、１０  反射板、１１  近赤外線ランプ、１２ 冷却水給排水口、１３ 真空引き口、１４  光路、１６  吸着穴、２０ リング状ろう材、２１ 拡管された直線状金属パイプ端部、２２  サイドプレート 、２３  金属フィン、２５  直線状金属パイプ、４０  複数の反射鏡ブロックを用いた近赤外線照射式ろう付装置、４１  左側反射鏡ブロック、４１ａ  突出部、４１ｂ  先端を切り欠いた突出部、４２  右側反射鏡ブロック、４２ａ  突出部、４２ｂ  先端を切り欠いた突出部、７０  反射率の異なる反射板の一部、１００  反射鏡、２００  ワーク（被ろう付部材）。
【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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