(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造型組立体と、該型組立体の上端に配置された誘導コイル（１０）とを具備し、前記型組立体が、少なくとも２つの型部分に分割される型と、これら型部分を分離する隔壁と、前記型を機械的に支持する型バックアップ構造部分とを具備し、前記各隔壁が、電気的に絶縁性のバリアを具備し、かつ、ほぼ鋳造方向に沿って配置された、金属の連続または半連続鋳造装置であって、
前記型組立体が、前記隔壁によって相互に分離され電気的に絶縁された少なくとも２つの型組立部分に分割され、
各型組立部分が、対応する機械的支持型バックアップ構造部分（２１，２２，２３，２４）に取り付けられた型部分（１１，１２，１３，１４）と、前記型から離れる方向に面する前記型バックアップ構造部分の側面、すなわち、外面において、前記型バックアップ構造部分に取り付けられ、該型バックアップ構造部分の導電性よりも高い導電性を有する導電体（３１，３２２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，４３，４４，４５，４６）とを具備することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記型組立体が、ほぼ正方形または矩形断面を有する素線を鋳造するように設けられ、かつ、前記隔壁によって相互に分離され、かつ、電気的に絶縁された４つの型組立プレートを具備し、
各型組立プレートが、
−  型板（１１，１２，１３，１４）と、
−  該型板のほぼ全幅を覆うバックアッププレートまたは梁（２１，２２，２３，２４）と、
−  導電体（３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，４３，４４，４５，４６）とを具備し、
該導電体が、前記バックアッププレートまたは梁の外面において、該バックアッププレートまたは梁に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記導電体（３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，４３，４４）が前記型バックアップ構造部分（２１，２２，２３，２４）の外面のほぼ全体を覆うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記導電体が、前記鋳造方向にほぼ直交し、かつ、ほぼ磁界により誘導される電流の方向に配される帯状導電体（３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，４５，４６）であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記帯状導電体（３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，４５，４６）が、前記型バックアップ構造部分（２１，２２，２３，２４）の外面のほぼ全幅を覆う長さを有していることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記帯状導電体（３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，４５，４６）が、前記コイル（１０）のほぼ全高を覆う帯幅を有していることを特徴とする請求項４または請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記導電体（３５，３６，３７，３８，４３，４４，４５，４６）が、前記型バックアップ構造部分（２１，２２，２３，２４）の側面の周りに折り曲げられ、前記導電体および型部分が、型バックアップ構造部分を取り囲む閉じた電気回路を提供するように、前記型部分（１１，１２，１３，１４）と電気的に直接接触していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記型部分（１１，１２，１３，１４）が銅からなり、前記導電体が銅からなることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記導電体（３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，４３，４４，４５，４６）が、磁界の貫通深さ以上の厚さに相当する厚さを有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記誘導コイル（１０）に、５０Ｈｚ以上のベース周波数を有する交流電流が供給されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記誘導コイル（１０）に１５０〜１０００Ｈｚのベース周波数を有する交流電流が供給されることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記導電体（３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，４３，４４，４５，４６）の内部に、冷却材を流動させる溝が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記冷却材を流動させるための溝が、前記導電体（３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，４３，４４，４５，４６）と前記バックアップ構造またはプレート（２１，２２，２３，２４）との間の境界面に設けられていることを特徴とする請求項１２記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
この発明は、金属または合金を細長い素線に連続又は半連続鋳造する装置であって、冷却した連続鋳造型と該型の上端に配置された誘導コイルとを具備する装置に関するものである。前記コイルには、高周波数の交流電流が電源から供給される。この発明の装置によれば、電力損失を低減することができる。
【０００２】
（背景技術）
金属および合金の連続または半連続鋳造中には、高温溶融金属が、冷却された連続鋳造型、すなわち、鋳造方向の両端において開口した型に供給される。型は、通常、水冷され、支持用のバックアップ構造によって取り囲まれ、支持されている。一般にバックアップ構造は、水等の冷却材のための内部空洞または溝を有する複数の支持梁またはバックアッププレートを具備している。溶融金属は、型内に供給され、そこで、硬化され、型を通過する間に鋳造素線が形成される。型を離れるときの鋳造素線は、硬化した自己支持表面層または外殻を有し、その内側の残りの金属は溶融状態である。一般には、初期硬化の状態が、品質および生産性の両方にとって重要であるということが言える。
【０００３】
一般に、潤滑材は型内の溶融金属の上面に供給される。潤滑材は、最初に形成された鋳造素線の表皮が型の壁面に固着することを防止する等の種々の機能を果たす。振動の間の通常の固着により、いわゆる振動マークが形成される。硬化した表皮が、より頑固に型に固着または付着した場合には、深刻な表面欠陥を生じ、一定の場合には、最初に硬化した表皮が引き裂かれてしまうことになる。
【０００４】
鋼製の大径の素線に対しては、潤滑材は、特に、ガラス、または、メニスカスにおいて熱により溶融されるガラス形成化合物からなる、いわゆる成形粉である。成形粉は、多くの場合、ほぼ固体の自由流動微粒粉として、鋳造中に型内の溶融金属の上面に連続して添加される。成形粉の組成はカスタマイズされている。それによって、成形粉は、所望の速度で溶融し、潤滑を確実にする所望の速度で、潤滑を行うことになる。
【０００５】
型と鋳造素線との間の潤滑材の層が厚すぎることは、硬化条件および表面の品質に望ましくない影響を与えるので、メニスカスにおける熱情況を調節する必要がある。
【０００６】
より小径の素線および非鉄金属に対しては、植物油のような油またはグリースが、潤滑材として使用される。潤滑材が使用される型の形式にかかわらず、潤滑材は、型と素線との間の固着から生ずる表面欠陥を回避するために、鋳造素線／型間の境界面に薄く均一な膜を形成するのに十分な一定の速度で、境界面に供給されることが好ましい。薄膜が厚すぎる場合には表面に凹凸を生じ、熱情況を乱すことになる。
【０００７】
メニスカスにおける熱損失および全体的熱条件は、特に、型内に生ずる二次的な流れによって制御される。上端における熱情況に影響を与える誘導ＨＦヒータを使用することは、例えば、米国特許第５３７５６４８号明細書、および、公開されていないスウェーデン国特許出願第９７０３８９２−１号に開示されている。高い熱損失は、高温溶融金属の調節された上向き流れ、または、ヒータのいずれかによって、上面に熱を供給することにより補償され、さもなければ、メニスカスが硬化し始めることになる。そのような硬化は、鋳造プロセスを著しく阻害し、鋳造製品の品質を多くの側面において低下させることになる。
【０００８】
連続鋳造型の上端に配置された高周波誘導ヒータは、溶融金属の上面、すなわち、メニスカスにおける温度制御を改善し、同時に、溶融金属と型とを分離するように作用する圧縮力を生じさせ、それによって、固着の可能性を低減し、振動マークを低減し、かつ、一般に、改善された型の潤滑条件を提供する。今日、改良した潤滑および改善された表面に対して、電磁鋳造ＥＭＣとしてしばしば言及されるこの技術は、主として、溶融金属を型から離すように作用する圧縮力によるものである。
【０００９】
誘導ヒータまたはコイルは、単相または多相のものでよい。高周波交番磁界が供給されることが好ましい。一般に、誘導コイルには、５０Ｈｚ以上のベース周波数を有する交流電流が供給され、少なくとも、４枚の型板から組み立てられた型が使用されるときには、１５０〜１０００Ｈｚのベース周波数を有する交流電流が供給されることが好ましい。
【００１０】
大型のスラブモールドに最も適しているのは、約２００Ｈｚのベース周波数を有する交流電流である。高周波磁界により生起される圧縮力は、型の壁面と溶融金属との間の圧力を低減し、それによって、潤滑条件を大幅に改善する。これにより、鋳造素線の表面の品質が改善され、表面の品質を低下させることなく鋳造速度を向上することができる。振動は主として、鋳造素線を型から確実に放出するために適用される。圧縮力が溶融金属を型から離すように作用すると、表皮の初期硬化中における溶融金属と型との接触が最小化され、潤滑材の供給が改善され、それによって、鋳造素線の表面品質がさらに改善される。
【００１１】
したがって、高周波数交流電流が供給され、かつ、メニスカスの位置に配置された誘導コイルを使用することにより、表面の品質、内部構造、清浄度、および生産性をも実質的に改善するための手段が提供されると考えられる。しかしながら、誘導された電力損失が大きいことを特筆しておく。大きなサイズのスラブを鋳造するための一般的な型は、銅または銅合金からなる４つの型板を有する型からなっている。これらの型板は、板および／または梁からなる支持バックアップ構造によって背後から支持されている。
【００１２】
梁は、水等の冷却材用の内部溝または空洞を具備し、誘導電力損失を低減するために、このバックアップ構造にステンレス鋼を使用することが知られているが、それでもなお誘導電力損失はかなり大きい。例えば、２０００×２５０ｍｍの寸法を有する大型スラブを鋳造するための連続鋳造型用のＥＭＣ装置を有し、動作時に約２００Ｈｚの周波数を使用することにより、全有効電力の約２０〜３０％のみが溶融金属内に誘導される一方、約３〜１０％が銅製型内に誘導され、約１５〜２５％がコイルにおいて損失し、約５０％が、通常バックアッププレートと呼ばれる型支持梁または型支持システムの部分において誘導される。
【００１３】
この例においてバックアッププレートはステンレス鋼からなり、水または他の好適な冷却材を流動させる内部冷却溝を具備している。溶融金属を型から分離するように作用する所望の圧縮力を得るために必要な全有効電力は、この例では、２００Ｈｚの交流電流が使用される場合には、約３４００ｋＷになると計算され、電力分布は以下のように算出される。
−  溶融金属において、約８００ｋＷが誘導され、
−  銅製の型において、約２５０ｋＷが誘導され、
−  ステンレス鋼製バックアッププレートにおいて、約１７００ｋＷが誘導され、
−  コイルにおいて、約６５０ｋＷが発生する。
【００１４】
（発明の概要）
この発明の目的は、金属素線の連続鋳造装置を提供することであり、型内の鋳造金属の初期硬化のための条件を改善し、特に、型の潤滑条件を、低誘導電力損失を示すＥＭＣの使用によって改善することである。特に、この発明の目的は、型支持梁、バックアッププレートにおいて誘導される電力を実質的に低減する装置を提供することである。
【００１５】
この発明に係る連続鋳造装置は、良好かつ制御された熱、流れ、潤滑および型の上端における全体的条件を保証し、したがって、品質および生産性に対してかなりの改善を達成することができる。このことは、一側面において、請求項１の前提部分に記載された金属の連続または半連続鋳造方法であって、該請求項の特徴部分によって特徴付けられる方法を提供するこの発明により達成される。この装置をさらに発展させたものは、他の請求項２〜請求項１３によって特徴付けられている。
【００１６】
（発明の説明）
この発明に係る金属の連続または半連続鋳造装置は、
−  冷却された連続鋳造型組立体と、
−  前記型に高温溶融金属を供給する手段と、
−  前記型から、該型内において形成された鋳造素線を引き出し、かつ／または受け取るための手段と、
−  前記型の上端に配置された誘導コイルとを具備している。
【００１７】
前記連続鋳造型組立体は、機械的に支持する型バックアップ構造によって結合され、かつ、機械的に支持された型を具備している。この型は、バックアップ構造の導電性よりも高い導電性を有し、通常は、ほぼ鋳造方向に沿って配される隔壁によって少なくとも２つのセグメントに分割される。前記コイルは、高周波数交流電流が供給されたときに、型内の溶融金属に作用するように採用される高周波磁界を生起し、それによって、熱を溶融金属内に生起し、該溶融金属を型の壁面から離すように作用する圧縮力を発生する。
【００１８】
前記隔壁は、電気的に絶縁性のバリアからなっている。これらのバリアは、磁界によって型内に誘導された電流の経路を切断し、それによって、磁界が型内の溶融金属まで良好に貫通することを容易にし、型の組立体内に誘導される電力損失を最小化する。そのような金属の連続鋳造装置は、この発明に従って、上述した目的を達成するために、ほぼ鋳造方向に沿う隔壁によって相互に分離され、かつ、電気的に絶縁された少なくとも２つの型組立セグメントに分割される連続鋳造型組立体を具備している。
【００１９】
各型組立セグメントは、対応する機械的支持型バックアップ構造に結合された型セグメントを具備し、電気的に絶縁性のバリアからなる隔壁により、他の全ての型組立セグメントから分離されている。バックアップ構造の導電性より高い導電性を有する導電体が、型から離れる方向に面する型バックアップ構造の側面、すなわち、外面において、型バックアップ構造セグメントに取り付けられている。この導電体は、誘導された電力損失がバックアップ構造において最小化されるように、高周波磁界によって誘導された全ての電流に対して好適な戻り経路を提供する。
【００２０】
通常、ブルームおよびスラブの鋳造用の型、および、しばしば、ビレットの鋳造用の型は、ほぼ正方形または矩形の断面を鋳造方向に有し、４枚の型組立プレートから組み立てられている。この型組立プレートは、電気的に絶縁されたバリアによって相互に分離されており、各型組立プレートは、高い伝熱性と導電性とを示す材料からなる型板と、バックアッププレートとを具備している。この発明によれば、各バックアッププレートには、その外面に良好な導電体が取り付けられている。この導電体は、一般的な概念では、バックアッププレートにおいて誘導された電力損失が最小化されるように、型組立プレート内に高周波磁界により誘導される全ての電流の好適な戻り経路を提供する。大型スラブを鋳造するための通常の型は、４つの型組立プレートを有する型組立体、すなわち、相互に対面する２つの狭い側部組立プレートと、相互に対面する２つの広い側部プレートとを具備している。これら型組立プレートは、相互に電気的に絶縁され、その外面に、この発明に従って好適な戻り経路を提供するために導電体を具備している。
【００２１】
前記導電体は、この発明の一態様によれば、バックアップセグメントまたはプレートの外面をほぼ完全に覆っている。これに代えて、前記導電体は、型バックアップセグメントまたはプレートの外面のほぼ全幅を覆う帯状体であってもよい。この帯状導電体は、鋳造方向をほぼ横切る方向で、しかも、実質的に磁界により誘導される全ての電流の方向に配されている。この帯状導電体は、少なくとも、前記コイルの全高を覆う幅を有していることが好ましい。
【００２２】
他の態様によれば、前記導電体は、バックアッププレートの側部の周りに曲げられ、該導電体と各型組立プレートの型プレートとが、バックアップセグメントを取り囲む閉じた電気回路を提供するように、型プレートと電気的に直接接触している。この態様により、より安価な磁性鋼である炭素鋼をバックアッププレートとして容易に使用することができる。バックアッププレートにおける誘導電力損失を最小化するために、該バックアッププレートはステンレス鋼から構成されていてもよい。型プレートおよび導電体は、通常は銅からなっている。
【００２３】
この発明により、型内に誘導された電流は、型プレートおよび導電体の導電性がバックアッププレートの導電性よりも実質的に高いので、主として、型の内側の銅製の型プレートによって提供される回路内および型の外側の導電体内を流れることになる。
【００２４】
好ましい一態様によれば、型および導電体は、両方とも、銅または好適な導電性および伝熱性を有する他の金属または合金からなっている。導電体は、誘導電力損失の望ましい実質的な削減を達成するために、貫通深さ以上に相当する厚さを有していることが好ましい。技術的な見地からは、この厚さには上限がないが、導電体の厚さが増大するにつれて、損失の削減が特定の値に漸近的に近づき、経済的および実際的な理由により、この特定の値に対応する厚さよりも実質的に厚い導電体が使用される可能性はない。
【００２５】
型およびバックアップ構造または型組立体に含まれる任意の他の部品の寸法を最小化することは、コストの側面から常に望ましい。導電体の冷却に対する要求のような他の理由からは、冷却材が流れるための溝の必要な容積を提供するために厚さを増加させることもできる。これらの溝は、導電体の内部または導電体とバックアップ構造またはプレートとの間の境界面に配置することができる。もちろん、十分な流量の冷却ガスが冷却フィンの周囲に供給されるならば、型から離れた方向に面する導体の表面に、冷却フィンまたはその他の冷却手段を設けてもよい。
【００２６】
通常、誘導コイルには、５０Ｈｚ以上のベース周波数を有する交流電流が供給され、少なくとも、４枚の型板から組み立てられた型が使用される場合には、１５０〜１０００Ｈｚのベース周波数を有する交流電流が供給される。大型スラブ用の型には、約２００Ｈｚのベース周波数を有する交流電流が使用されることが最も好ましい。
【００２７】
２０００×２５０ｍｍの寸法を有するスラブ用型に対して、従来技術において説明した例と同じ例を繰り返すと、溶融金属を型から離すように作用する所望の圧縮力を得るために必要な全有効電力は、この例では、２００Ｈｚの周波数を有する交流電流を使用した場合には、約２１５０ｋＷであり、電力分布は以下のように計算された。
−  約８００ｋＷが溶融金属内に誘導され、
−  約２００ｋＷが銅製型内に誘導され、
−  約１５０ｋＷがステンレス鋼製バックアッププレート内に誘導され、
−  約３５０ｋＷが銅を主成分とする導電体内に誘導され、そして、
−  約６５０ｋＷがコイル内で生起された。
【００２８】
（図面の簡単な説明）
以下、この発明について、添付図面を参照した好ましい実施形態によって、さらに詳細に例示して説明することにする。
図１は、この発明の一実施形態に係る装置の、鋳造方向に直交する方向に切断した横断面を示しており、型の周りに配置された磁界発生装置を有する金属の連続鋳造型の上端部分において切断したものである。
図２は、この発明の他の実施形態に係る装置の、鋳造方向に直交する方向に切断した横断面を示している。
図３は、図１および図２に示された装置に使用される導電体の一実施形態を例示する、鋳造方向に沿って切断した縦断面を示している。
図４は、図１および図２に示された装置に使用される導電体の他の実施形態を例示する、鋳造方向に沿って切断した縦断面を示している。
【００２９】
（好ましい実施形態の説明）
図１から図４に示された金属の連続鋳造のための型組立体は、全て、誘導コイル１０により取り囲まれた４つの型組立プレートを具備している。２つのプレートは狭い側面において相互に対面し、他の２つのプレートは広い側面において相互に対面している。４つのプレート全てが、複合構造を有し、それぞれ、型板１１，１２，１３，１４、型バックアッププレート２１，２２，２３，２４、および、導電体３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８を有している。型板１１，１２，１３，１４は、通常、銅または銅系合金からなり、運転中に溶融金属に面する内側に、摩耗ライナまたはコーティングが設けられていることが好ましい。さらに、型板１１，１２，１３，１４は、高い熱伝導性および導電性を示す。型バックアッププレート２１，２２，２３，２４は、通常、鋼製の梁から構成され、水等の冷却材を流すための内部溝または空洞を具備している。
【００３０】
電気的に絶縁性のバリア（図示略）を具備する隔壁１５，１６，１７，１８が、複合型組立プレートを相互に分離し、かつ、絶縁するために設けられている。誘導コイル１０とともにＥＭＣに対して使用される場合には、誘導される電力損失を最小化するために、バックアッププレートにはステンレス鋼が使用されることが好ましい。しかしながら、図２に示されるように、周囲に配される曲がった導電体３５，３６，３７，３８を使用する場合には、該導電体３５，３６，３７，３８がバックアッププレート２１，２２，２３，２４の側面を取り囲んで配され、該導電体および各型組立プレートの型板が、バックアッププレートまたは梁を取り囲む閉じた電気回路を提供するように、型板１１，１２，１３，１４と電気的に直接接触するので、より安価な構造材料を使用することができる。
【００３１】
図１に示される型組立体は、この発明による好ましい戻り経路を提供するために、導電体３１，３２，３３，３４がその関連するバックアッププレート２１，２２，２３，２４の外面とのみ結合されている実施形態を示している。コイル１０は、鋳造中に型の上端において溶融金属１に作用するように高周波磁界を発生し印加するために、図３および図４に示されるように型の上端に配置されていることが好ましい。
【００３２】
連続鋳造型組立体は、鋳造方向の両端において開口しており、冷却手段と、形成された鋳造素線を型から連続的に放出するための手段とを具備している。冷却された型には、高温溶融金属の一次流れが連続的に供給され、該高温金属は冷却されて、型内に鋳造素線が形成される。型は、通常、水冷式の銅製の型である。型および支持梁は、鋳造中に水が流れる図示しない内部空洞または溝を具備している。鋳造中に、高温溶融金属の一次流れが型に供給される。金属は型内を通過させられるにつれて、冷却され、少なくとも部分的に硬化し、それによって、鋳造素線１が形成される。
【００３３】
鋳造素線が型から離れるときには、該鋳造素線は、溶融金属の周りに硬化した自己支持表面外殻を具備している。一般に、表面状態、および、もちろん鋳造構造は、初期の硬化条件に深く依存していると言うことができる。しかしながら、金属の清浄度は、型の上端、すなわち、金属が硬化し始める位置における状態、および、メニスカスにおける型／素線間の境界面における状態に依存することになる。型の上端における熱情況および潤滑状態を調節するために、高周波磁界の発生装置、例えば、誘導コイル１０が、型内の溶融金属の上面、すなわち、メニスカスと同等の高さに設けられている。
【００３４】
図１〜図４に示されるように、コイル１０は、型組立体の外部に配置され、発生した高周波磁界は、型組立体および溶融金属１内に貫通しなければならない。誘導コイル１０は、単相または多相の装置でよい。高周波交番磁界が溶融金属１に作用するように印加されたときには、溶融金属内に熱が発生し、メニスカス１９に隣接する溶融金属の温度を調節することができる。同時に、あるいは、より重要な、溶融金属に作用する圧縮力が、高周波交番磁界によって発生する。この圧縮力は、型板１１，１２，１３，１４と溶融金属１との間の圧力を低減し、それによって、潤滑状態を大幅に改善する。この発明に係る鋳造によれば、以下の多くの品質および生産性の側面に関連する改善が得られる。
−  熱効率；
−  より機械的に安定な型；
−  清浄度；
−  表面の品質；
−  調節された鋳造構造；
−  低減された故障時間；
−  鋳造速度を増加し、かつ／または、振動を低減する設備。
【００３５】
他の導電体の形態が、図３および図４に示されている。型組立プレート内に誘導された電流の戻り経路の構成を容易にするためには、通常、コイル１０の位置に、図４に示されたようにコイル１０の高さとほぼ同等以上の高さで、導体４５，４６を設けることで十分であるが、他の理由から、図３に示されるように型組立体の全長にわたって導体４３，４４を配置することが望ましい場合もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態に係る装置を、型の周りに配置された磁界発生装置を有する金属の連続鋳造型の上端部分において、鋳造方向に直交する方向に切断した断面を示す横断面図である。
【図２】  この発明の他の実施形態に係る装置の、鋳造方向に直交する方向に切断した断面を示す横断面図である。
【図３】  図１および図２に示された装置に使用される導電体の一実施形態を例示する、鋳造方向に沿って切断した断面を示す縦断面図である。
【図４】  図１および図２に示された装置に使用される導電体の他の実施形態を例示する、鋳造方向に沿って切断した断面を示す縦断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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