(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の伝熱管からなる管ブロックを有する熱交換器のための集合管ユニットであって、
集合管（１）を有し、この集合管に挿嵌されるべき伝熱管（５）の末端（５ａ）のための共通溝孔（２）が集合管の管壁に設けられているものにおいて、
集合管（１）が、正面側で嵌め合わされ又は継ぎ合わされる複数の単管から作製されており、これらの単管が、集合管の組立前又は組立後に設けられてそれぞれ少なくとも一方の単管正面（１ｂ）で開口した溝孔（２）を有し、
更に、集合管が、正面側底によって閉じられる複数の押出し加工単管（２５、２６、２７）を含み、これらの単管が底（２５ａ、２６ａ；２６ｂ、２７ａ）を突き合わせて接合されており、且つ一直線に並ぶ連続溝孔（２９、３０、３１）を備えていることを特徴とする、集合管ユニット。
【請求項２】
複数の伝熱管からなる管ブロックを有する熱交換器のための集合管ユニットであって、
集合管（１）を有し、この集合管に挿嵌されるべき伝熱管（５）の末端（５ａ）のための共通溝孔（２）が集合管の管壁に設けられているものにおいて、
集合管（１）が、正面側で嵌め合わされ又は継ぎ合わされる複数の単管から作製されており、これらの単管が、集合管の組立前又は組立後に設けられてそれぞれ少なくとも一方の単管正面（１ｂ）で開口した溝孔（２）を有し、
更に、集合管が複数の単管（２０、２１）から作製されており、両方の末端側管の少なくとも一方がその外側正面（２０ｂ、２１ｂ）を閉じられており、その内側正面（２０ａ、２１ａ）でのみ開口した溝孔を備えており、且つ隣接単管に嵌め合わせられていることを特徴とする、集合管ユニット。
【請求項３】
更に、両方の正面（３ａ、３ｂ）で開口した溝孔（４）を有する各単管が薄板材の曲げ加工によって作製されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の集合管ユニット。
【請求項４】
更に、各薄板材の溝孔を限定する両方の端面（１４ａ、１４ｂ）が、薄板材を単管へと曲げ加工後に互いに平行に向き合うように形成されていることを特徴とする、請求項３記載の集合管ユニット。
【請求項５】
更に、溝孔（９ａ）がバーリング加工部として形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の集合管ユニット。
【請求項６】
更に、集合管（８）を取り囲んで正面側で集合管に嵌着可能なスリーブ（１０）を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の集合管ユニット。
【請求項７】
更に、スリーブ（１０）が、嵌着方向において片側で開口した導入溝（１１）を有することを特徴とする、請求項６記載の集合管ユニット。
【請求項８】
更に、スリーブ（１０）が嵌着方向後方のその正面端に密閉底を有し又はそこが開口しており、後者の場合閉鎖蓋（１７）によって閉鎖可能であることを特徴とする、請求項６又は７記載の集合管ユニット。
【請求項９】
更に、スリーブ（１８）に取付心棒（１３）及び／又は保持要素（１９）が一体に形成されていることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項記載の集合管ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の伝熱管からなる管ブロックを有する熱交換器のための集合管ユニットであって、集合管ユニットが集合管を有し、この集合管に挿嵌されるべき伝熱管の末端のための共通溝孔が集合管の管壁に設けられているものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような集合管ユニットがＥＰ ０ ８４５ ６４７ Ａ１により公知である。その集合管には軸方向両側で限定された溝孔が設けられており、管／フィンブロックの直線状扁平管の９０°捩られた末端がこの溝孔に液密に挿嵌されている。特に扁平管の幅に関する寸法公差の故に、従ってそこに挿嵌されるべき捩り管端が集合管の溝孔に対して平行に延びているので、管端を溝孔に導入するときに問題が生じることがある。例えば管／フィンブロックの大抵の扁平管で扁平管の幅が公差上限にあり又は公差上限を超えさえする場合、溝孔の長手方向長さがこのために僅かに不足することがあり、管端はその全体として溝に挿嵌することが困難になることがある。その逆に、扁平管の幅が公差下限にあり又は公差下限を下まわるとき溝孔はむしろ過度に長くなり、これにより、挿嵌された管端の密封ろう付後に溝孔に漏れの危険が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
管ブロックの伝熱管の末端を寸法公差に左右されることなく確実に液密に集合管の共通溝孔に挿嵌することができる、発明の属する技術分野に指摘した種類の集合管ユニットを提供することが技術的課題として本発明の根底にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を本発明は請求項１の特徴を有する集合管ユニットを提供することによって解決する。この集合管ユニットでは集合管が、特徴的には、正面側で嵌め合わされ又は継ぎ合わされる単数又は複数の管から作製されており、これらの管が、集合管の組立前又は組立後にそれぞれ少なくとも一方の単管正面で開口した溝孔、即ち軸方向で注ぐ溝孔、を有する。こうして単数又は複数の一直線に並ぶ単管溝孔で形成される集合管溝孔のうち伝熱管の末端を挿嵌するのに実際に利用可能な長さは、これにより最初から確定されているのではなく、挿嵌されるべき管端の軸方向長さに場合によって現れる寸法公差を補償するのに十分な広い範囲内で変更可能である。すべての管端を溝孔に挿嵌後、次に、挿嵌された管端によって塞がれてはいないそれぞれ残りの溝孔部分を好適な仕方で処理することができる。
【０００５】
例えばこの空いた溝孔部分は追加的に、又は挿嵌された管端の密封ろう付と一緒に、密封することができ、又は集合管はこの溝孔部分を空けたまま接続管に密封挿嵌することができる。選択的に、複数の単管から作製された集合管は、内側正面に向かってのみ開口した溝孔を備えて外側正面を閉じられた単管を少なくとも一方の端側に含むことができ、この単管はその内側正面が可変長にわたって隣接単管に嵌め込むことができ、これにより溝孔の長さは可変調整可能である。こうして本発明によれば伝熱管の末端は、管端が顕著な製造不正確さを示す場合でも共通溝孔に問題なく挿入することができる。
【０００６】
請求項２に従って構成される集合管ユニットでは集合管が、正面側底によって閉じられる複数の押出し加工単管を含み、これらの単管が底を突き合わせて接合されており、集合管溝孔は好ましくは単管のこの接合後に挿入される。互いに結合される管底はこの場合集合管内の横隔壁を形成する。
【０００７】
請求項３に従って構成される集合管ユニットでは、この場合それまで主に平らな薄板材を曲げ加工して作製された各単管に、軸方向両側で開口した溝孔が設けられている。必要なら、薄板材の管への曲げ加工は伝熱管端の挿嵌と同時に行うことができ、集合管はその溝孔の横寸法においても、場合によって存在する伝熱管端の寸法公差に、この伸長方向で問題なく適合することができる。この措置の更なる構成において請求項４によれば、薄板材の溝孔を限定する両方の端面は薄板材を管へと曲げ加工後に互いに平行に向き合うように形成されており、挿嵌された伝熱管端の互いに平行な平らな外面に平面的に当接することができる。そのことが接合継手の安定性と気密性を促進する。
【０００８】
請求項５に従って構成される集合管ユニットでは、溝孔がバーリング加工部として形成されており、即ち溝孔の縁は内方又は外方に折り曲げられた勾配を有  し、こうして挿嵌時に伝熱管端を弾力的に撓み可能に受容することができる。
【０００９】
請求項６に従って構成される集合管ユニットは、開口して注ぐ溝孔によって溝付けされた集合管の各正面端領域に集合管を取り囲んで嵌着することのできるスリーブを有する。伝熱管端の挿嵌後に場合によって空いたままとなる末端側溝孔部分はこのスリーブによって密封することができる。更にスリーブは、運転時、内部を流れる伝熱媒体の運転圧力が高い場合に集合管が反り返るのに備えて集合管を安定させる。この措置の更なる構成において請求項７によれば、スリーブは嵌着方向前側の正面でのみ開口した溝孔を有し、この溝孔は当該末端領域で集合管溝孔に挿嵌される単数又は複数の伝熱管端用の導入溝として役立つ。スリーブはこの場合、集合管若しくは溝孔のうち挿嵌管端で覆われてはいない部分の領域に、例えば導入溝の端ストッパが伝熱管端に当接するまで嵌着しておくことができ、開口して注ぐ集合管溝孔の場合によって空いたままの部分は常に確実にスリーブによって覆うことができる。
【００１０】
請求項８に従って構成される集合管ユニットではスリーブが密閉底を有し、又はスリーブがそこで開口形成されており、別途取付けられるべき閉鎖蓋によって閉鎖することができる。いずれにしてもこれによって集合管は当該正面で液密に閉じることができる。
【００１１】
請求項９に従って構成される集合管ユニットではスリーブに取付心棒及び／又は保持要素、例えば保持フランジ、が一体に形成されている。こうしてスリーブを集合管に取付けたのち集合管ユニットは、そしてそれと共に付属の管ブロックは、取付心棒若しくは保持要素を介して他の部材に強固に希望する如くに結合することができる。
【００１２】
請求項１０に従って構成される集合管ユニットでは集合管が複数の単管から作製されており、両方の末端側管の少なくとも一方がその外側正面を閉じられており、且つその内側正面でのみ開口した溝孔を備えている。この末端側管は可変長にわたって隣接単管と嵌め合わせることができ、前記両方の単管を完全に嵌め合わせて固定する前に伝熱管を挿嵌することによって、両側を閉じられて長さを可変調整可能な溝孔を提供することができる。
【００１３】
【実施例】
本発明の有利な実施態様が図面に示してあり、以下に説明される。
【００１４】
図１に示された集合管１は円形管から作製されており、円形管の管壁には軸方向に延びる溝孔２が設けられている。この溝孔２は集合管１の正面端領域１ａで当該管正面端から前方に距離を置いて成端することによって閉じられており、他方の集合管正面端領域１ｂでは開口して注いでいる。
【００１５】
図２が示す集合管３は軸方向に延びる溝孔４を有し、この溝孔は集合管の全長にわたって連続して延び、それ故に集合管の両方の正面端領域３ａ、３ｂで開口して注いでいる。この集合管３は連続溝付き管として、又は選択的に適切に寸法設計された薄板帯材の円形曲げ加工によって、作製しておくことができる。
【００１６】
図１、図２に例示したように片側又は両側で開口した溝孔を有する集合管は、複数の伝熱管からなる管ブロックを有する熱交換器用、特に捩り管端を有する扁平管が伝熱管として使用される熱交換器用、の集合管ユニット内で使用することができる。自動車炭酸ガス空調装置のガス冷却器又は蒸発器用に使用可能な熱交換器の１例が図３に一部示してある。この熱交換器は、離間した扁平管５の積重ね体とその間に挿入された伝熱波状フィン６とからなる管／フィンブロックを含む。扁平管の末端５ａは扁平管中心領域に対して扁平管長手中心軸の周りを９０°捩られており、扁平管中心領域の積重ね体間隔は扁平管幅に等しく選定されており、捩られた管端５ａは１列で接触しており、又はいずれにしてもごく僅かな間隔で並設されている。９０°の捩りによって扁平管横断軸は捩り扁平管端５ａの外側部分では管／フィンブロックの積重ね方向に対して平行、従ってこの積重ね方向又はブロック垂直方向で管／フィンブロックの横に延びる集合管８の長手軸７に対して平行である。
【００１７】
集合管８はその管壁に扁平管５用の共通溝孔９を有し、このブロック側にあるすべての捩り扁平管端５ａがこの溝孔に液密に挿嵌されている。特に集合管８は図１、図２に示した構造様式のいずれかとすることができる。実施様式に応じて溝孔９が開口して注ぎ又は閉じている図３で下側の領域で集合管８を液密に密閉するために、杯状スリーブ１０が集合管８の当該正面端領域に嵌着して設けられている。杯状スリーブ１０は一方でその底で、軸方向で開口した集合管８を密閉し、他方で当該側壁領域によって、溝孔９のうち場合によってなお空いている、差し込まれた扁平管端５ａで塞がってはいない部分を密閉する。スリーブ１０と集合管８との液密結合は挿嵌された扁平管端５ａと集合管８との液密結合と一緒に密封ろう付によって行うことができ、このために集合管８はろうめっき(lotplattiert)材料から作製しておくことができる。
【００１８】
スリーブ１０は例えば深絞り加工法又は押出し加工法によって製造しておくことができる。図４の側面図に見られるように、スリーブはスリーブ１０を集合管８に嵌着する方向で片側で開口した導入溝、即ちスリーブ底とは反対の側で注ぐ導入溝１１を有する。スリーブ１０を集合管８に嵌着するとき、図３で最も下の扁平管５ｂの捩り端が少なくとも部分的にこの導入溝に係合する。このために導入溝１１の幅は扁平管５の厚さに実質的に一致する。スリーブ１０及びその導入溝１１の長さに応じてスリーブ１０は嵌着状態のときこうして、集合管８に注ぐ最も下の扁平管５ｂ末端の多かれ少なかれ大部分を取り囲み、又は選択的に最も下の扁平管５ｂの末端全体及び場合によっては付加的にその他の扁平管端を取り囲み、こうして、発生する寸法公差を補償することができ、即ち、寸法公差に左右されることなく密封ろう付後に所要の液密性を保証することができる。
【００１９】
図５は図４のものを変更したスリーブ１２を側面図で示しており、底に一体に形成された補助取付心棒１３は、集合管８にスリーブ１２を嵌着して組立完了した熱交換器に、取付心棒１３と協動する好適な取付手段によって他の部材を希望する如くに取付けるのに利用することができる。ちなみにこのスリーブ１２も、集合管８の溝孔９に挿嵌された捩り扁平管端５ａ列の当該部分を受容するための導入溝１１ａを有する。
【００２０】
スリーブ１０、１２は片側で開口した導入溝１１、１１ａの故にそれぞれ、集合管８に挿嵌された図３で最も下の扁平管端が導入溝１１、１１ａの軸方向境界に当接するまで、又は集合管８の下側正面がスリーブ底に当接するまで、集合管８に嵌着することができる。望ましくは導入溝１１、１１ａの幅が扁平管厚に実質的に一致する。スリーブがせいぜい最も外側の扁平管端に達するまで集合管８に嵌着されるだけの適用事例では導入溝を省くことができる。
【００２１】
集合管８が図３には示していないその正面も軸方向で閉じられている場合、及び／又は溝孔９がそこでも密封を必要とする場合、集合管８のこの正面端領域に第２スリーブを適宜嵌着しておくことができる。各正面端側スリーブは希望する気密性を保証するだけでなく、同時に、集合管８が例えば使用中に圧力の作用を受けて反り返り又は裂けて開くのを防止する。このことは、集合管溝孔９が開口して注ぐ集合管８の単数又は複数の正面端領域にとって特に重要である。
【００２２】
集合管溝孔９に挿嵌される扁平管端５ａと集合管８との結合部の十分な安定性と気密性とにとって、溝孔９の縁が挿嵌管端５ａに平面的に当接することによって管端用案内面を形成すれば十分である。この観点のもとで有利な諸構成が図６と図７に示してある。図６が示す変更態様は、集合管８が薄板帯材の円形曲げ加工によって作製されている場合にも特に適している。この変更態様では、溝孔９を限定する両方の端面が互いに平行に距離を置いて向き合っており、この距離は挿嵌された扁平管端５ａの厚さに等しいか又は僅かに大きい。これは、集合管８を平らな薄板帯材から作製する場合、溝孔を限定するその両方の端面が好ましくは薄板帯材の曲げ加工前に適宜な形状にされて、曲げ加工後に所要の距離で平行に向き合い、相互に傾いて向き合うのではないことを意味する。
【００２３】
図７が示す変更態様では、変更された集合管８ａはバーリング加工部として形成される溝孔９ａを備えており、即ち、集合管壁の溝孔を限定する縁１５ａ、１５ｂは半径方向で、図示事例では内方に、選択的に外方に、折り曲げられてお  り、これにより、挿嵌された扁平管端５ａ用の弾力的に撓み可能な保持部を形成する。このために、折り曲げられた縁１５ａ、１５ｂは扁平管５ａの厚さに等しいか又は僅かに小さい距離で向き合う。集合管８ａはこの場合ばねとして働き、このばねは扁平管端５ａの挿嵌時に多少拡開し、挿嵌された扁平管端５ａを引き続き弾力的に保持する。そのことから、特に管／フィンブロック全体と、集合管８及びスリーブ１０からなる単数又は複数の側部集合管ユニットがまず予め緩く組立てられ、次に共通のろう付操作でろう接されて強固な熱交換器構造体とされる場合に組立が容易となる。同時に、溝孔をこのようにバーリング加工部として形成することによって扁平管５ａの厚さの寸法公差はある程度補償することができる。
【００２４】
図８はスリーブ形状に関して他の変更態様を示しており、軸方向両側で開口したスリーブ輪１６が集合管８に嵌着されている。集合管８はこの実施例では、成端蓋として機能する円形素材１７によって正面側を閉じられており、この円形素材が鼻端１７ａを有し、この鼻端は本来開口して注ぐ溝孔９を液密に成端する。認めることができるように、他のスリーブ形状の場合と同様に、スリーブ輪１６の内径は集合管８の外径に実質的に一致する。
【００２５】
図９が示す他の実施態様のスリーブ１８は図５のスリーブ１２に一致しているが、但し、受容された扁平管端５ａ用の取付心棒１３及び導入溝１１ａを補足して半径方向外方に突出する取付フランジ１９が一体に形成されており、当該部材を取付心棒１３に取付けるのを補足して又はそうする代わりに、組立完了した熱交換器はこの取付フランジを介して希望する如くに付属の部材に固定することができる。
【００２６】
図１０は、嵌め合わされた２つの単管２０、２１で構成される集合管の実施例を示す。小径管２０の外径が大径管２１の内径に実質的に一致しており、小径管は大径管内に長手軸２２を一致させて希望する深さまで差し込み、次に液密に大径管に結合、例えばろう接、することができる。両方の単管２０、２１は嵌め合わされた正面端２０ａ、２１ａでのみ開口しており、外側正面端２０ｂ、２１ｂは底によって閉じられている。単管は例えば最初両側の開口した管として作製することができ、これらの管はそれぞれ一方の正面が回転加工(Rollieren)によっ て閉じられて前記底を形成する。
【００２７】
両方の管２０、２１に各１つ設けられている溝孔２３、２４は外側管正面端２０ｂ、２１ｂ側で閉じられており、即ちそこの管底から前方に距離を置いて成端しており、反対側の内側管正面２０ａ、２１ａでは開口して注いでいる。この集合管を形成するとき両方の管２０、２１は図示したように溝孔２３、２４を一直線に並べて嵌め合わせられ、両方の溝孔２３、２４は両側を閉じられた集合管溝孔を一緒に生じる。両方の単管２０、２１がそれ相応に嵌め合わされることによって、溝孔の長さは可変調整可能である。熱交換器を仕上げるためにまず両方の単管２０、２１がごく僅かに嵌め合わされ、次に伝熱管の末端はなお十分に長い集合管溝孔に緩く挿嵌される。この場合に溝孔の長さが十分となるように両方の単管２０、２１の長さは、望ましくは、垂直方向における管ブロックのブロック長のそれぞれ約０．６倍〜０．８倍に選定される。次にすべての伝熱管端が挿嵌されたなら、両方の単管２０、２１は完全に嵌め合わされて、挿嵌された伝熱管端に突接し、集合管溝孔が管端で塞がれることになる。こうしてやはり伝熱管端の寸法公差は問題なく補償することができる。緩く嵌め合わされた複合体が引き続き、例えば密封ろう付によって、固定される。
【００２８】
自明のことであるが、図１０の実施例の変更態様として、両方の図示単管２  ０、２１の間に、両方の管正面端で注ぐ連続した溝孔をそれぞれに備えた単数又は複数の他の単管を設けておくことができる。この場合にも、単管の溝孔で形成される集合管溝孔の長さは隣接単管内への少なくとも１つの外側端管の嵌合いを変更することによって可変調整することができる。
【００２９】
図１１は、複数の単管から集合管を実施する別の例を一部示す。この例では集合管全体に対して、又はいずれにしても図示集合管部分に対して、単管２５、２６、２７からなる形成体が設けられており、単管は両方の正面が各底２５ａ、２６ａ、２６ｂ、２７ａによって閉じられている。単管２５、２６、２７は連続した溝孔２９、３０、３１を備えており、底２５ａ、２６ａ；２６ｂ、２７ａを突き合わせ且つ長手軸２８を共通させて嵌め合わされており、それらの溝孔２９、３０、３１は一直線に並び、連続した集合管溝孔を生じる。単管２５、２６、２７は好ましくは、両側で開口した押出し加工素材から作製されており、次にこれらの素材に正面側で回転加工によって底２５ａ、２６ａ、２６ｂ、２７ａが形成される。相突接する底２５ａ、２６ａ；２６ｂ、２７で単管２５、２６、２７は互いに強固に結合されており、各対の接合された底２５ａ、２６ａ；２６ｂ、２７ａが集合管の横隔壁を形成し、こうして集合管の長手方向で相前後する分離された集合室が形成されている。底２５ａ、２６ａ、２６ｂ、２７ａに連続溝孔２９、３０、３１によって設けられる適宜な溝は挿嵌されるべき伝熱管端をこの領域内で受容することができる。単管２５、２６、２７の管外被の壁厚は正面側底２５ａ、２６ａ、２６ｂ、２７ａの厚さに対して好ましくは約２：１の割合である。この場合、隔壁厚が管壁厚に一致する。
【００３０】
図示例から明らかとなるように、集合管に少なくとも片側で開口し又は長さを可変調整可能な溝孔を有する本発明による集合管ユニットは、複数の伝熱管からなる管ブロックを有して高い運転圧力のもとでも確実に密封する熱交換器の実施態様を可能とし、これらの伝熱管は各末端領域で集合管の共通溝孔に注ぐ。自明のことであるが、本発明は図示実施態様だけでなくその他の実施態様も含み、例えば接続管が集合管の正面端に直接に液密に接続されている実施態様も含む。本発明は更に、末端が直角に捩られた直線状扁平管の図示事例に限定されているのではなく、複数の伝熱管が片側で集合管の共通溝孔に注ぐ場合にはどこでも応用することができる。更に、図示形式の円形管の代わりに別の横断面形状の集合  管、例えば長円形又は多角形横断面の集合管、が使用可能であることは自明である。更に、すべての実施例において、集合管内に複数の分離された集合室を用意するために単数又は複数の隔壁を集合管内に設けておくことができる。
【００３１】
いずれの場合にも本発明は、複数の付属伝熱管の被挿嵌端に共通する少なくとも片側で開口し又は可変調整可能な溝孔を用意することによって、挿嵌された管端の寸法公差、特にこの溝の長手方向における管端の長さに関する寸法公差、が問題なく補償されることを保証する。
【図面の簡単な説明】
【図１】片側で開口した溝孔を有する集合管の側面図である。
【図２】両側で開口した溝孔を有する集合管の側面図である。
【図３】側部集合管ユニットを有する熱交換器の管／フィンブロックの要部平面図である。
【図４】図３の集合管ユニット用に使用されるスリーブの側面図である。
【図５】図３の集合管ユニット用の変更スリーブの側面図である。
【図６】図３のＶＩ−ＶＩ線に沿った横断面図である。
【図７】図６と同様の、但しバーリング加工部として形成された溝孔を有する集合管の断面図である。
【図８】図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った、但し変形スリーブを有する横断面図である。
【図９】図３のＩＸ−ＩＸ線に沿った、但し他のスリーブ変更態様についての横断面図である。
【図１０】両側を閉じられた可変調整可能な溝孔を有する、２つの単管から作製された集合管の縦断面図である。
【図１１】閉鎖底で継ぎ合わされる複数の単管から構成される集合管の要部縦断面図である。
【符号の説明】
１  集合管
２  溝孔
３  集合管
５  扁平管
６  伝熱波状フィン
８  集合管
９  溝孔
１０  スリーブ
１１  導入溝
１２  スリーブ
１３  取付心棒
１６  スリーブ輪
１７  円形素材
１８  スリーブ
１９  取付フランジ
２０、２１  管
２３、２４  溝孔
２５、２６、２７  単管
２９、３０、３１  溝孔
【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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