(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管と、前記金属管に所定のピッチで螺旋状に巻き付けられる金属フィンを具備したスパイラルフィンチューブ型熱交換器において、前記金属フィンの金属管における所定箇所の巻き付けピッチを、他の箇所よりも密となるように小さくし、前記金属管における所定箇所を、断面形状を異形に加工した固定部とし、前記断面形状は楕円形もしくは角丸四角形とし、前記金属フィンは、巻き付けによる単位面積当りの摩擦接触力と、前記金属管の異形に沿った巻き付きの塑性変形維持により、前記金属管に強固に密着固定されたスパイラルフィンチューブ型熱交換器。
【請求項２】
前記金属管における所定箇所を、表面が粗く加工された固定部とした請求項１に記載のスパイラルフィンチューブ型熱交換器。
【請求項３】
前記固定部を、前記金属フィンの巻き終わり部に設けた請求項１または２に記載のスパイラルフィンチューブ型熱交換器。
【請求項４】
前記固定部を、前記金属フィンの巻き始め部に設けた請求項２から３のいずれか一項に記載のスパイラルフィンチューブ型熱交換器。
【請求項５】
前記固定部を、前記金属フィンの巻き始めと巻き終わりの中間部に設けた請求項２から４のいずれか一項に記載のスパイラルフィンチューブ型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵庫、ショーケース、自動車等の伝熱部品として使用されるスパイラルフィンチューブ型熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、そのコストパフォーマンスの高さにより、冷蔵庫、ショーケース、自動車等において、直線状の金属管に螺旋状に巻付けた金属フィンよりなるスパイラルフィンチューブ型熱交換器が多用されてきている。
【０００３】
一般的に、スパイラルフィンチューブ型熱交換器は、金属フィンを螺旋状に成形した時の残留応力によりスプリングバックが発生し、巻付部が緩み、金属管と金属フィンを固定できないため、金属フィンの両端を強固に固定する必要がある。
【０００４】
金属フィンを固定する方法としては、冷蔵庫等の小型のものでは連続した金属フィンを直線状の金属管に垂直方向で直接巻付けて両端を金属管に固定する方法と、あらかじめコイル上に成形した金属フィンに金属管を挿入し、所定ピッチに広げて両端を固定する方法、さらには金属管を変形させて金属フィンを密着させる方法が知られている。
【０００５】
特に、後者の金属管を変形させる方法は、組立作業性に優れ、コスト的にも有利な構成である（特許文献１参照）。
【０００６】
以下、図面を参照しながら従来のスパイラルフィンチューブ型熱交換器について説明する。
【０００７】
図１１は、従来例のスパイラルフィンチューブ型熱交換器の平面図、図１２は、図１１のＸ−Ｘ線による断面を示し、同熱交換器における金属フィン固定部の断面図である。図１３は、同熱交換器における異なる構成を示す金属フィン固定部の断面図（図１２相当図）である。
【０００８】
図１１に示す如く、スパイラルフィンチューブ型熱交換器１０１は、金属管１０２に金属フィン１０３を一定ピッチで螺旋状に巻き付けた構造を有している。
【０００９】
そして、金属フィン１０３の巻き始め部１０４あるいは巻き終わり部１０５は、図１２、あるいは図１３に示す如く金属管１０２の外形を楕円形、あるいは矩形に変形加工され、ここに金属フィン１０３を巻き付けた構成となっている。
【００１０】
したがって、金属フィン１０３は、螺旋状に成形した時の残留応力によるスプリングバック作用の力と、金属フィン１０３の塑性変形による巻き始め部１０４あるいは巻き終わり部１０５表面への巻き付き作用によって固定される。
【００１１】
かかる構造による固定は、新たな部品を必要とせず、金属管１０２に金属フィン１０３を巻き付け固定することができるため、生産効率を向上させることができ、また安価で製作可能となる。
【特許文献１】特許第３８８６５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の構成は、金属フィン１０３が薄板であり、強度も不十分であることから、塑性変形とスプリングバック作用による金属管１０２への巻き付きの固定では、熱交換器の搬送時における振動あるいは衝撃等によってその巻き付が緩み、金属管１０２から金属フィン１０３が部分的に外れてしまい、再度金属フィン１０３を固定する等の作業を要し、何らかの改善が求められるものであった。
【００１３】
本発明は、上記金属フィンの巻き付け強度をさらに向上させ、熱交換器の取扱いを容易にし、安定した品質と性能を保ち、さらに生産効率を向上させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明は、金属管の所定箇所に、断面形状を異形に加工した、あるいは表面を粗く加工した固定部を設け、前記固定部における金属フィンの巻き付けピッチを、他の箇所よりも密となるように小さくしたものである。
【００１５】
かかることにより、前記金属フィンは、単位面積当りにおける金属管との摩擦接触面積が大きくなり、塑性変形とスプリングバック作用による固定力を一層高めることができ、緩み難い金属フィンの固定を行うことができるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、新たに部品を必要とすることなく金属フィンをその巻き付け強度を向上させて固定することができる。その結果、金属フィンが緩むことなく、巻き強度を保つことができるため、熱交換器の取扱いが容易となり、また、金属フィンの金属管への密着も確実性が増し、安定した品質と性能を保ち、生産性の高い安価なスパイラルフィンチューブ型熱交換器を得ることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
請求項１に記載の発明は、金属管と、前記金属管に所定のピッチで螺旋状に巻き付けられる金属フィンを具備したスパイラルフィンチューブ型熱交換器において、前記金属フィンの金属管における所定箇所の巻き付けピッチを、他の箇所よりも密となるように小さくし、前記金属管における所定箇所を、断面形状を異形に加工した固定部とし、前記断面形
状は楕円形もしくは角丸四角形とし、前記金属フィンは、巻き付けによる単位面積当りの摩擦接触力と、前記金属管の異形に沿った巻き付きの塑性変形維持により、前記金属管に強固に密着固定されたものである。
【００１８】
かかることにより、巻き付けピッチが小さな箇所においては、金属管と金属フィンの単位面積当りの接触面積が大きくなり、その結果、金属フィンの金属管への摩擦接触による巻き付き密着力が向上し、金属フィンの螺旋巻きに起因したスプリング作用によって、金属フィンの巻き付きの緩み、あるいは外れを抑制することができる。
【００１９】
その結果、金属管と金属フィンの密着性が増し、熱交換器の品質と性能の安定化がはかれ、さらに新たな部品を必要としないため、生産性の向上とコストの低減化をはかることができるものである。
また、かかる構成によれば、巻き付けピッチを密としたことによる単位面積あたりの摩擦接触面積の増加と、異形状に形成された固定部への巻き付きによる金属フィンの塑性変形により、金属管と金属フィンの密着が強固となり、金属フィンの緩み、あるいは外れが抑制できる。
その結果、熱交換器の取扱いが容易となり、また金属管と金属フィンの密着性が増し、熱交換器の品質と性能の安定化がはかれ、さらに新たな部品を必要としないため、生産性の向上とコストの低減化をはかることができるものである。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記金属管における所定箇所を、表面が粗く加工された固定部としたものである。
【００２４】
かかる構成によれば、巻き付けピッチを密としたことによる単位面積あたりの摩擦接触面積の増加と、固定部の表面粗さによる摩擦接触が強化され、その結果、金属フィンの固定部での摩擦固定力が強化され、前記金属フィンの固定部への巻き付きが強固となり、金属フィンの緩み、あるいは外れが抑制できる。
【００２５】
その結果、熱交換器の取扱いが容易となり、また金属管と金属フィンの密着性が増し、熱交換器の品質と性能の安定化がはかれ、さらに新たな部品を必要としないため、生産性の向上とコストの低減化をはかることができるものである。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記固定部を、前記金属フィンの巻き終わり部に設けたものである。
【００２７】
かかることにより、前記金属フィンの巻き終わり部からの緩みが抑制でき、金属管との密着性の維持を強固なものとすることができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、請求項２から３のいずれか一項に記載の発明において、前記固定部を、前記金属フィンの巻き始め部に設けたものである。
【００２９】
かかることにより、前記金属フィンの巻き始め部からの緩みが抑制でき、金属管との密着性を強固なものとすることができる。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、請求項２から４のいずれか一項に記載の発明において、前記固定部を、前記金属フィンの巻き始めと巻き終わりの中間部に設けたものである。
【００３１】
かかることにより、前記金属フィンにおける中間部の金属管との密着性を強固なものとすることができる。その結果、金属フィンの巻き始めから巻き終わり全体にわたって金属管との密着性を維持することができ、熱交換器の性能維持、向上が期待できるものである。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるスパイラルフィンチューブ型熱交換器の平面図、図２は、同スパイラルフィンチューブ型熱交換器における金属フィンの巻き始め部の拡大図、図３は、同スパイラルフィンチューブ型熱交換器における金属フィンの巻き終わり部の拡大図、図４は、図２のＡ−Ａ線による断面図で、同スパイラルフィンチューブ型熱交換器における金属フィンの巻き始め部と巻き終わり部における金属管の断面図、図５は、金属管の異なる断面形状を示す図４相当図である。
【００３４】
スパイラルフィンチューブ型熱交換器（以下、熱交換器と称す）１は、銅あるいはアルミニウム等の金属を材料とする真直ぐな所定の長さの金属管（冷媒管）２に、銅あるいはアルミニウム等の金属を材料とする帯状の金属フィン３を、所定のピッチＰ（間隔寸法）で螺旋状に巻き付け、かかる後に、直管部４と曲管部５が交互に連続するように蛇行状に曲げ加工された構成である。
【００３５】
金属フィン３におけるピッチＰ（間隔寸法）は、回転する金属管２の送り出し速度によって設定されるもので、金属フィン３の固定部である巻き始め部６と巻き終わり部７は、送り出し速度が遅くなるように制御される。
【００３６】
すなわち、金属フィン３を、金属管２の表面へ略直角になるように約３６０°巻き付け、その後、金属管２を回転させながらやや遅い速度で所定時間送り出し、所定時間経過後回転速度は一定の状態で一気に所定の速度で送り出し、そして終端に近づくと再度その送り出し速度を遅くし、金属フィン３が所定の長さに巻き付いた時点で金属フィン３を切断し、金属管２の送りを停止する。
【００３７】
なお、上記制御において、金属管２の回転速度、および送り出し速度は、任意に設定できるもので、金属フィン３の巻き始めと巻き終わりを除く工程での金属管２の回転速度を、巻き始め、巻き終わりの回転速度から変更するように制御することもできる。
【００３８】
したがって、金属フィン３における巻き始め部６と巻き終わり部７のピッチＰ１（間隔寸法）は、前述のピッチＰよりも小さく（Ｐ＞Ｐ１）形成されている。
【００３９】
なお、巻き始め部６における金属フィン３の金属管２への固定は、周知の如く、金属フィン３を金属管３の表面へ略直角になるように約３６０°巻き付け、ピッチＰ１で数回巻きつけることによって、金属フィン３の塑性変形に伴う金属管２との摩擦接触にて金属フィン３を金属管２に密着させることができる。
【００４０】
また、巻き終わり部７も同様に、ピッチＰ１を維持しながら数回金属フィン３を金属管２に巻き付けることによって、金属管２と金属フィン３の摩擦接触による密着固定が行われる。
【００４１】
さらに、金属管２における巻き始め部６と巻き終わり部７は、金属フィン３を巻き付ける前に、その径方向から適当な圧力を加えることによって、図４に示す如く断面が楕円形等の長円形８に加工されている。換言すると、巻き始め部６と巻き終わり部７は、金属管２の形状（断面円形）に対して異形（断面長円形）に形成されている。
【００４２】
したがって、金属フィン３は、その巻き始め部６と巻き終わり部７において、塑性変形作用によってその楕円形表面に密着し、螺旋状の巻き付けに伴うスプリングバック作用によって緩もうと作用するが、そのスプリングバック作用の力が楕円形の長径と短径への密着巻き付け力に及ばないため、金属フィン３は、塑性変形を維持し、その結果、金属フィン３は、金属管２に密着固定した状態となる。
【００４３】
換言すると、金属フィン３は、その巻き始め部６と巻き終わり部７において、ピッチＰ１での巻き付けによる単位面積当りの摩擦接触力と、金属管２の異形に沿った巻き付きの塑性変形維持により、螺旋状の巻き付けに伴うスプリングバック作用の付勢力に抗して金属管２に強固に密着固定されている。
【００４４】
上記構成からなる熱交換器１は、金属管２と金属フィン３との密着が強固であるため、金属フィン３が外れ難く、また、密着の緩みに起因した金属フィン３の倒れも抑制できる。その結果、熱交換器１の取扱いが容易となり、また金属管２と金属フィン３の密着性が増し、熱交換器１の品質と熱交換性能の安定化がはかれ、さらに金属フィン３の取付けに新たな部品を必要としないため、生産性の向上とコストの低減化をはかることができるものである。
【００４５】
なお、金属フィン３の巻き始め部６と巻き終わり部７における金属管２の異形加工として、断面形状を長円形８とした例で説明したが、図５に示す如く、金属管２の四方から適当な力を加えて四辺を有する角丸四角形９等の矩形としても同様の作用効果が期待できる。
【００４６】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２におけるスパイラルフィンチューブ型熱交換器の平面図、図７は、同スパイラルフィンチューブ型熱交換器における金属フィンの巻き始め部と巻き終わり部の間に位置する中間固定部の拡大図である。
【００４７】
本実施の形態２においては、先の実施の形態１と同じ構成要件については同一の符号を付し、相違する構成を主体に説明する。
【００４８】
図６において、スパイラルフィンチューブ型熱交換器（以下、熱交換器と称す）１１は、金属フィン３における巻き始め部１２と巻き終わり部１３の中間部にピッチＰ１を小さくして金属フィン３を巻き付けた中間固定部１４を設け、巻き始め部１２と巻き終わり部１３のピッチＰは、中間固定部１４を除く箇所のピッチＰと同様に、ピッチＰ１より大きく設定されている点で実施の形態１と相違している。
【００４９】
したがって、金属フィン３の巻き始め部１２と巻き終わり部１３および中間固定部１４における金属管２の断面形状は、実施の形態１と同様に異形となるように加工されている。
【００５０】
そして、熱交換器１は、実施の形態１と同様の工程で製作されるもので、巻き始めにおける金属フィン３の巻き付け（金属管２の異形に沿った塑性変形と金属管２との摩擦による固定）が終わると、金属フィン３は所定のピッチＰで金属管２に巻き付けられ、所定寸法の巻き付けに達すると、金属管２の送り速度を遅くする等して、金属フィン３の巻き付けるピッチＰ１を小さくし、中間固定部１４での巻きを数回行い、その後再びピッチＰで金属フィン３の巻き付けを行う。
【００５１】
上記ピッチＰ、Ｐ１による巻き付けを適宜回数行い、巻き終わり部１３では、巻き始め部１２と同様に金属管２の異形に沿って巻き付き、塑性変形と金属管２との摩擦によって固定される。
【００５２】
かかる構成によれば、金属フィン３の巻き始め部１２から巻き終わり部１３に亘って作用する金属フィン３のスプリングバック作用を、回り止めとなる中間固定部１４において阻止、あるいは抑制するため、巻き始め部１２、あるいは巻き終わり部１３に作用する応力が緩和され、巻き始め部１２、あるいは巻き終わり部１３での巻き付きの緩みも抑制される。
【００５３】
したがって、金属フィン３の金属管２への巻き付き、密着が維持され、上記実施の形態１と同様に、金属フィン３が外れ難く、また、密着の緩みに起因した金属フィン３の倒れも抑制することができ、その結果、取扱いが容易で、安定した品質と熱交換性能が期待できる熱交換器１１を得ることができるものである。また、金属フィン３の取付けに新たな部品を必要としないため、生産性の向上とコストの低減化をはかることができるものである。
【００５４】
さらに、本実施の形態２においては、巻き始め部１２から巻き終わり部１３に亘るスプリングバック作用の応力を、中間固定部１４にて抑止するため、特に長尺の熱交換器の場合に、中間固定部１４を複数設けることにより、金属フィン３の金属管２からの巻き付きの緩み防止構造として効果が期待できる。
【００５５】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３におけるスパイラルフィンチューブ型熱交換器の平面図である。
【００５６】
本実施の形態３において、先の実施の形態１、２と同じ構成要件については同一の符号を付して説明する。
【００５７】
本実施の形態３におけるスパイラルフィンチューブ型熱交換器（以下、熱交換器と称す）２１は、金属管２に金属フィン３を螺旋状に巻き付け、蛇行状に曲げ加工した構成を基本とするもので、金属フィン３の巻き始め部６、巻き終わり部７の構成を、実施の形態１の構成とし、また、巻き始め部６と巻き終わり部７の中間固定部１４の構成を、実施の形態２の構成としたものである。
【００５８】
したがって、金属フィン３の巻き始め部６と巻き終わり部７と中間固定部１４の複数箇所においてピッチＰ１とする金属フィン３の巻き付けを行っているため、金属フィン３の巻き始め部６と巻き終わり部７のみの巻き付けをピッチＰ１とした構成、あるいは金属フィン３の巻き始め部６と巻き終わり部７の中間固定部１４のみの巻き付けをピッチＰ１とした構成と比較して、金属フィン３の巻き付き緩みがさらに抑制できる。
【００５９】
換言すると、金属フィン３は、その巻き始め部６と巻き終わり部７および中間固定部１４において、ピッチＰ１での巻き付けによる単位面積当りの摩擦接触力と、金属管２の異形に沿った巻き付きの塑性変形維持により、巻き始め部６から巻き終わり部７に亘って作用する、螺旋状の巻き付けに伴うスプリングバック作用の応力を、中間固定部１４で阻止した取付け構造となっている。その結果、巻き始め部６、および巻き終わり部７に作用する付勢力が小さくなり、金属フィン３をさらに強固な状態で金属管２に密着固定することができる。
【００６０】
上記構成からなる熱交換器２１は、金属管２と金属フィン３との密着が強固であるため、金属フィン３が外れ難く、また、密着の緩みに起因した金属フィン３の倒れも抑制できる。その結果、熱交換器２１の取扱いがさらに容易となり、また金属管２と金属フィン３の密着性がさらに増し、熱交換器１の品質と熱交換性能の安定化を一層はかることができる。さらに金属フィン３の取付けに新たな部品を必要としないため、生産性の向上とコストの低減化をはかることができるものである。
【００６１】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４におけるスパイラルフィンチューブ型熱交換器の平面図、図１０は、同実施の形態４におけるスパイラルフィンチューブ型熱交換器の要部断面図である。
【００６２】
本実施の形態４において、先の実施の形態１、２、３と同じ構成要件については同一の符号を付して説明する。
【００６３】
本実施の形態４におけるスパイラルフィンチューブ型熱交換器（以下、熱交換器と称す）３１は、金属フィン３における巻き始め部６、巻き終わり部７および中間固定部１４に形成した金属管２の異形加工を除き、同じ構成であり、また金属フィン３の巻き付けに係るピッチＰ、Ｐ１の関係も同じとなっている。
【００６４】
すなわち、金属フィン３の固定部である巻き始め部６、巻き終わり部７および中間固定部１４に対応する金属管２の表面は、図１０に示す如く他の部分と比較して粗くなるように粗面部３２が形成され、金属フィン３はピッチＰ１で数回巻き付いている。
【００６５】
粗面部３２は、鑢、刃物治具等による切削加工、あるいは放電によって滑らかな表面を凹凸状に変化させる放電加工等の周知の表面加工処理によって形成することができる。
【００６６】
したがって、熱交換器３１の製作工程において、金属管２に異形加工を行う代わりに、表面加工処理を行うことによって先の実施の形態１、２、３と同様に金属フィン３を巻き付け固定することができる。
【００６７】
しかも、粗面部３２における金属フィン３の金属管２との密着は、粗面部３２の微細な凹凸との密着および、ピッチＰ１による単位面積当りの摩擦接触力の増加により、一層摩擦固定作用が強化され、加えて、表面の凹凸に金属フィン３が噛み合うこともあって、強固な状態で密着が維持できる。また、螺旋巻きに伴うスプリングバック作用に起因した緩みも、金属管２の粗面部３２に巻き付いた金属フィン３の摩擦作用および塑性変形の維持によって抑制される。
【００６８】
そして、巻き付けるピッチをＰ１とする金属フィン３の固定箇所は複数であるため、巻き始め部６あるいは巻き終わり部７に加わるスプリングバック作用も、中間固定部１４の密着作用によって緩和される。
【００６９】
以上のように、かかる構成によれば、金属フィンを巻き付けるピッチＰ１を密としたことによる単位面積あたりの摩擦接触面積の増加と粗面部３２の表面粗さによる摩擦接触の強化により、金属フィンの粗面部での摩擦固定力が強化され、金属フィン３の金属管２への巻き付きが強固となり、金属フィン３の緩み、あるいは外れが抑制できる。
【００７０】
したがって、本実施の形態４における熱交換器３１は、金属管２と金属フィン３との密着が強固であるため、金属フィン３が外れ難く、また、密着の緩みに起因した金属フィン３の倒れも抑制できる。その結果、熱交換器３１の取扱いが容易であり、また金属管２と金属フィン３の密着性がさらに増し、熱交換器１の品質と熱交換性能の安定化を一層はかることができる。さらに金属フィン３の取付けに新たな部品を必要としないため、生産性の向上とコストの低減化をはかることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、構成が簡素なスパイラルフィンチューブ型熱交換器の信頼性を高めるもので、冷凍サイクルの熱交換器として、さらには自動車の伝熱部品として広い用途に利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスパイラルフィンチューブ型熱交換器の平面図
【図２】同スパイラルフィンチューブ型熱交換器における金属フィンの巻き始め部の拡大図
【図３】同スパイラルフィンチューブ型熱交換器における金属フィンの巻き終わり部の拡大図
【図４】図２のＡ−Ａ線による金属管の断面図
【図５】同金属管の異なる断面形状を示す図４に相当する断面図
【図６】本発明の実施の形態２におけるスパイラルフィンチューブ型熱交換器の平面図
【図７】同スパイラルフィンチューブ型熱交換器における金属フィンの巻き始め部と巻き終わり部の間に位置する中間固定部の拡大図
【図８】本発明の実施の形態３におけるスパイラルフィンチューブ型熱交換器の平面図
【図９】本発明の実施の形態４におけるスパイラルフィンチューブ型熱交換器の平面図
【図１０】同スパイラルフィンチューブ型熱交換器の要部断面図
【図１１】従来例を示すスパイラルフィンチューブ型熱交換器の平面図
【図１２】図１１のＸ−Ｘ線による金属管の断面図
【図１３】同金属管の異なる断面形状を示す図１２に相当する断面図
【符号の説明】
【００７３】
１    スパイラルフィンチューブ型熱交換器
２    金属管
３    金属フィン
６    巻き始め部
７    巻き終わり部
８    長円形
９    角丸四角形
１１  スパイラルフィンチューブ型熱交換器
１２  巻き始め部
１３  巻き終わり部
１４  中間固定部
２１  スパイラルフィンチューブ型熱交換器
３１  スパイラルフィンチューブ型熱交換器
３２  粗面部
Ｐ    ピッチ（巻き付けピッチ）
Ｐ１  ピッチ（巻き付けピッチ）
【図１】
0005023911.tif 000002
【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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