(57)【要約】  【課題】リフロー装置において、はんだの接続不良を減少させると共に、リフロー部品の耐熱性を保護する。  【解決手段】リフロー装置は、高温液体を収容する槽体と、液体を循環させるポンプ装置と、ポンプ装置により高温液体を槽体内で噴流させる噴流口を有するノズル体と、ノズル体の噴流口に設けられ、複数の噴流孔を有する多孔板とを有する。リフロー装置は、多孔板の直上に位置する被加熱体の一面に対し、多孔板の噴流孔を介して高温液体を噴流させることにより被加熱体を加熱し、被加熱体の他面に予め設けられたはんだペーストを溶融させるので、被加熱体に気泡が付着して空気層が形成されるのを抑制することができ、被加熱体の温度を急速に上昇させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温液体を収容する槽体と、
上記高温液体を循環させるポンプ装置と、
上記ポンプ装置により上記高温液体を上記槽体内で噴流させる噴流口を有するノズル部と、
上記ノズル部の上記噴流口に設けられ、複数の噴流孔を有する多孔板とを有し、
上記多孔板の直上に位置する被加熱体の一面に対し、上記多孔板の上記噴流孔を介して上記高温液体を噴流させることにより上記被加熱体を加熱し、該被加熱体の他面に予め設けられたはんだペーストを溶融させることを特徴とするリフロー装置。
【請求項２】
上記被加熱体または上記多孔板のいずれか一方をほぼ水平方向で反復運動させることを特徴とする請求項１記載のリフロー装置。
【請求項３】
上記高温液体が溶融はんだであることを特徴とする請求項１記載のリフロー装置。
【請求項４】
上記被加熱体または上記多孔板のいずれか一方を反復運動させるときに、該被加熱体または該多孔板の移動方向に向かって該被加熱体を傾斜させることを特徴とする請求項２記載のリフロー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リフロー装置に関し、詳しくは、プリント配線基板にリフローはんだ付けを行うリフロー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線基板に電子部品等のはんだ付けを行うために、リフロー装置が使用されている。リフロー装置は、予めはんだの供給された被加熱体例えばプリント配線基板をリフロー炉の中に搬送コンベヤで搬送し、被加熱体に対して熱風を吹きつけたり、赤外線を照射したりすることによって被加熱体の加熱を行うものが一般的である。
【０００３】
被加熱体に供給されたはんだを溶融させて電子部品等を実装するためには、はんだの溶融温度を超える温度まで被加熱体を加熱する必要がある。しかしながら、被加熱体の加熱に伴い、実装される電子部品等もはんだの溶融温度以上の高温にさらされてしまうため、電子部品等の品質が低下してしまうおそれがある。特に近年では、環境面への配慮から、はんだの材料として従来の共晶はんだに代えて鉛フリーはんだが用いられる機会が増加している。鉛フリーはんだの融点は、共晶はんだの融点に比して高いため、鉛フリーはんだを用いた場合には被加熱体をより高温に加熱する必要がある。したがって、実装される電子部品等はさらなる高温環境下にさらされてしまうことから、弱耐熱性の部品を実装する場合は、部品の耐熱性が損なわれてしまうという問題がある。そこで、被加熱体を加熱してはんだを溶融させるリフロー工程において、実装される部品の熱的劣化を防止するように加熱を行う方法が検討されている。
【０００４】
例えば下記特許文献１および特許文献２には、プリント配線基板の両面にはんだ付けを行うときに、プリント配線基板の一方の面を溶融はんだに浸漬させることによってはんだ付けを行うと共に、この浸漬時の熱を利用して、プリント配線基板の他方の面に予め供給されたはんだを溶融させることにより、他方の面のはんだ付けを行う方法が記載されている。この方法によれば、はんだ付けの浸漬工程においてリフロー工程も同時に行うことができるので、はんだ付けの行程が省略され、リフロー部品が加熱される回数を減らすことができる。したがって、リフロー部品が熱により劣化する危険性を低下させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１５５５９１号公報
【０００６】
【特許文献２】特開平４−１６７４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１および特許文献２に記載のようにプリント配線基板を溶融はんだに浸漬させると、プリント配線基板の表面に気泡が発生し、プリント配線基板と溶融はんだとが直接的に接しない部分が生じる。気泡は種々の原因により発生するが、例えばプリント配線基板としてエポキシ樹脂を材料とする基板を用いた場合、この樹脂材料に含まれる有機物がはんだ付けの際の加熱により水蒸気などを含む気泡を生じさせると考えられる。
【０００８】
このような気泡がプリント配線基板と溶融はんだとの間に滞留することによって空気層が形成されると、溶融はんだからの熱が空気層によって断熱されてしまう。すなわち、プリント配線基板への熱伝導が悪くなり、プリント配線基板の温度上昇が不十分になってしまう。その結果、プリント配線基板に予め設けられたはんだが未溶融となり、はんだの接続不良を起こしやすくなるという問題がある。
【０００９】
一方、はんだの接続不良を防止するためには、プリント配線基板を加熱する時間を長くしてはんだを十分に溶融させることが考えられるが、加熱時間を長くすると、実装されるリフロー部品の耐熱性が損なわれてしまうという問題がある。
【００１０】
しかしながら、上述した特許文献１および特許文献２に記載のものは、このような気泡の発生によって生じる問題について考慮されたものではない。そのため、浸漬時の熱を利用して、リフロー部品の耐熱性を損なうことなくリフロー工程を実際に行うことは困難であった。
【００１１】
したがって、この発明の目的は、被加熱体に気泡が付着して空気層が形成されるのを抑制し、被加熱体の温度を効率的に上昇させることによって、はんだの接続不良を減少させると共に、リフロー部品の耐熱性を保護することができるリフロー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、この発明は、高温液体を収容する槽体と、
高温液体を槽体内で循環させるポンプ装置と、
ポンプ装置により高温液体を噴流させる噴流口を有するノズル部と、
ノズル部の噴流口に設けられ、複数の噴流孔を有する多孔板とを有し、
多孔板の直上に位置する被加熱体の一面に対し、多孔板の噴流孔を介して高温液体を噴流させることにより被加熱体を加熱し、被加熱体の他面に予め設けられたはんだペーストを溶融させることを特徴とするリフロー装置である。
【００１３】
この発明では、多孔板の直上に位置する被加熱体の一面に対して、多孔板の噴流孔を介して液体を噴流させるので、被加熱体に付着した気泡を取り除くことができる。
【００１４】
この発明では、被加熱体または多孔板のいずれか一方をほぼ水平方向で反復運動させることが好ましい。被加熱体の一面に付着した気泡をより効果的に取り除くことができるからである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、被加熱体のリフロー工程において、被加熱体に気泡が付着して空気層が形成されるのを抑制することができるので、被加熱体の温度を効率よく上昇させることができる。したがって、被加熱体に予め設けられたはんだに未溶融部分が生じることを抑制し、はんだの接続不良を減少させることができると共に、被加熱体に設けられたリフロー部品の耐熱性を保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１〜図３に、この発明の一実施の形態によるリフロー装置の一例を示す。図１はこの発明の一実施の形態によるリフロー装置の平面図であり、図２は図１のＩ−Ｉ線による断面図であり、図３は図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。高温液体として例えば溶融金属１４を収容した槽体１には、溶融金属１４を加熱する加熱部２と、溶融金属１４を槽体１内で循環させるポンプ装置５と、溶融金属１４を噴流させるノズル部６とが設けられる。プリント配線基板の一面にはんだペーストおよびリフロー部品１５が配された被加熱体Ｗは、図示しない搬送装置によって搬送され、ノズル部６から噴流される溶融金属１４の噴流波が吹きつけられる位置まで降下されることにより、加熱される。なお、以下では、被加熱体Ｗにおいてリフロー部品１５の設けられた面を被リフロー面と適宜称する。また、被加熱体Ｗにおいて溶融金属１４の噴流波が吹きつけられる面を被加熱面と適宜称する。
【００１７】
溶融金属１４は、例えばスズ（Ｓｎ）などを材料とする溶融はんだであり、加熱部２により高温に加熱されて液体の状態に保たれている。溶融金属１４は比熱が高いため、ノズル部６から噴流して被加熱体Ｗと接触することにより、被加熱体Ｗの温度を急速に上昇させることができる。溶融金属１４に用いられる材料は、被加熱体Ｗの被リフロー面に予め設けられるはんだの融点に応じて、適宜選択することができる。
【００１８】
ポンプ装置５は、モータ部３と、モータ部３の駆動により回転するプロペラ部４とを有する。このプロペラ部４の回転により溶融金属１４は加圧され、槽体１内を循環する。
【００１９】
ノズル部６は、槽体１内の取付基板７と、下部開口部８と、噴流口９とを有する。取付基板７には、プロペラ部４を下部開口部８に対向させるようにしてポンプ装置５が設けられる。プロペラ部４の回転により溶融金属１４が加圧されると、下部開口部８より溶融金属１４がノズル部６の内部に流入して、噴流口９の方向に進行する。
【００２０】
多孔板１０が噴流口９を閉塞するように設けられる。多孔板１０は例えばアルミニウムからなるパンチングメタルであり、多数の噴流孔１１が形成されている。溶融金属１４は、噴流孔１１を介して噴流し、被加熱体Ｗの被加熱面に対して吹きつけられる。噴流孔１１を介して溶融金属１４を噴流させることにより、溶融金属１４の噴流時の圧力を高くすることができる。
【００２１】
図４に、多孔板１０を拡大した平面図の一例を示す。図４に示すように、多孔板１０には複数の噴流孔１１が例えば千鳥状に形成されている。例えば、噴流孔１１が五の目格子状に形成されている。なお、簡単のため図示を省略しているが、噴流孔１１は多孔板１１の全面に均一に形成することができる。このように噴流孔１１を形成することにより、被加熱体Ｗに対して均一に溶融金属１４を吹きつけることができる。また、噴流孔１１は、後述するように多孔板１０をほぼ水平方向で反復運動させたときに、被加熱体Ｗの被加熱面に対して直上となる位置が重なり合うように配置されていることが好ましい。あるいは、被加熱体Ｗの被加熱面において噴流孔１１の直上となる位置が重なり合うように、多孔板１０をほぼ水平方向で反復運動させてもよい。これにより、被加熱体Ｗと溶融金属１４の噴流波との接触面に発生する気泡を効果的に取り除くことができる。
【００２２】
図４に示す噴流孔１１は均一に配置されている場合の一例であって、噴流孔１１の配置については特に限定されるものではない。例えば、被加熱体Ｗの被リフロー面にリフロー部品１５が実装される位置に対応して、噴流孔１１の配置を適宜設定することも可能である。この場合、噴流孔１１の配置の異なる多孔板１０を適宜選択して用いることにより、被加熱体Ｗに対応した噴流波を形成することができる。
【００２３】
また、図４に示す噴流孔１１の形状は一例であって、矩形や長孔等の他の形状であってもよい。
【００２４】
図１および図３に示すように、多孔板１０の両端部には、先端部がそれぞれ下方向に向かって傾斜した案内板１２ａ、１２ｂがそれぞれ突設されている。案内板１２ａ、１２ｂは、噴流孔１１から噴流した溶融金属１４を槽体１に案内する。
【００２５】
モータ部３の駆動によりプロペラ部４が回転すると、溶融金属１４は循環され、ノズル部６の噴流口９に設けられた多孔板１０の噴流孔１１から噴流波が噴流される。すなわち、加熱部２によって加熱された溶融金属１４は下部開口部８から流入し、ノズル部６内を噴流口９に向かって移動し、多孔板１０の噴流孔１１を介して噴流波を形成する。この噴流波は被加熱体Ｗの被加熱面に対して吹きつけられた後、案内板１２ａおよび１２ｂに案内されて、槽体１と案内板１２ａおよび１２ｂとの間の液体流入部１３ａおよび１３ｂから槽体１内に流入する。
【００２６】
被加熱体Ｗは、例えばロボットアームなどの操作装置によって保持され、図３中の矢印ａおよび矢印ｂに示すように多孔板１０の上方の位置で降下および上昇される。被加熱体Ｗは、降下された時に噴流孔１０から噴流される溶融金属１４の噴流波と接触する。これにより、被加熱体Ｗの温度が上昇し、被加熱体Ｗの被リフロー面に予め設けられたはんだが溶融されてはんだ付けを行うことができる。
【００２７】
被加熱体Ｗの被加熱面と溶融金属１４とが接触すると、被加熱体Ｗと溶融金属１４の噴流波との接触面に気泡が発生し、被加熱体Ｗの温度上昇の妨げになる。そこで、この発明の一実施の形態では、被加熱体Ｗを多孔板１０の直上の位置まで降下させて、噴流孔１１から噴流される噴流波に被加熱体Ｗを沈めるようにして溶融金属１４を吹きつける。被加熱体Ｗと多孔板１０との距離は、例えば１０ｍｍ程度とされる。このように被加熱体Ｗと多孔板１０との距離を短くすることにより、被加熱体Ｗに対してある程度強い圧力で溶融金属１４を吹きつけることができるため、被加熱体Ｗに発生した気泡を取り除くことができる。
【００２８】
また、この発明の一実施の形態では、被加熱体Ｗを多孔板１０の直上まで下降させたときに、図３中の矢印ｃに示すように被加熱体Ｗをほぼ水平方向で反復運動させる。この反復運動は、直線的な運動のみならず、円運動などを含むものである。被加熱体Ｗの反復運動は、被加熱体Ｗが多孔板１０の配置領域からはみでない範囲で例えば５往復ほど繰り返される。このように被加熱体Ｗを反復運動させることにより、被加熱体Ｗに付着した気泡をより効果的に取り除くことができる。
【００２９】
図５を参照して、被加熱体Ｗに発生した気泡が取り除かれる動作について説明する。図５Ａは、被加熱体Ｗの被加熱面を示した拡大平面図の一例である。図５Ａ中のｄ、ｅで示すような複数の実線の白丸は、被加熱体Ｗを多孔板１０の直上まで下降させたときの、噴流孔１１と対向する位置を示している。この白丸の部分には、噴流孔１１から噴流した溶融金属１４が直接的に吹きつけられるため、他の部分に比して圧力が高い部分となる。このように、被加熱体Ｗの被加熱面に圧力の高い部分と低い部分とを所定の間隔で混在させることにより、被加熱体Ｗと溶融金属１４の噴流波との接触面に発生した気泡を、圧力の高い部分と低い部分とを順次移動させていくようにして取り除くことができる。すなわち、被加熱体Ｗと噴流波との間に気泡が発生しても、発生した気泡が被加熱体Ｗに付着して停滞することを防止することができる。
【００３０】
さらに、図５Ａ中の矢印ｃに示すように被加熱体Ｗをほぼ水平方向で反復運動させると、噴流孔１１と対向する位置が被加熱体Ｗの移動に伴って変化する。例えば、被加熱体Ｗを図５Ａに向かって右から左方向に移動させると、ｄで示す実線の白丸はｄ’で示す点線の白丸の位置に移動する。また、被加熱体Ｗを図５Ａに向かって左から右方向に移動させると、ｅで示す実線の白丸はｅ’で示す点線の白丸の位置に移動する。すなわち、被加熱体Ｗの反復運動に伴い、被加熱体Ｗの被加熱面において圧力の高い部分と低い部分との位置関係が変化する。図５Ａに示すように、実線の白丸と点線の白丸とに重なり部分を生じさせるように反復運動させることで、被加熱体Ｗにおいて圧力の高い部分を隙間なく形成することができる。
【００３１】
図５Ｂに、被加熱体Ｗの被加熱面を示した拡大平面図の他の例を示す。図５Ｂに示す噴流孔１１は、図５Ａに示す噴流孔１１とは異なる配置である。図５Ｂ中の矢印ｃに示すように被加熱体Ｗをほぼ水平方向で反復運動させると、図５Ａと同様に、噴流孔１１と対向する位置が被加熱体Ｗの移動に伴って変化する。例えば、被加熱体Ｗを図５Ｂに向かって右から左方向に移動させると、ｆで示す実線の白丸はｆ’で示す点線の白丸の位置に移動する。これにより、ｇで示す実線の白丸と重なり部分が生じるため、被加熱体Ｗにおいて圧力の高い部分を隙間なく形成することができる。
【００３２】
被加熱体Ｗの反復運動を繰り返すことにより、被加熱体Ｗにおいて圧力の高い部分と低い部分との位置の変化が繰り返される。したがって、被加熱体Ｗに発生した気泡が停滞することなく、迅速に取り除かれる。
【００３３】
被加熱体Ｗに発生した気泡を取り除くことにより、被加熱体Ｗと溶融金属１４との間に気泡による空気層（断熱層）が形成されることを防止することができる。したがって、被加熱体Ｗの温度を効率的に上昇させることができ、被加熱体Ｗにおいてはんだの接続不良の発生を抑制してリフローはんだ付けを行うことができる。また、被加熱体Ｗの温度を急速に上昇させることができるため、加熱時間の短縮化を図ることができ、リフロー部品１５を熱的に保護することができる。
【００３４】
図５中の矢印ｃで示す被加熱体Ｗの移動方向は一例であって、他の方向に移動させてもよい。この場合、噴流孔１１のピッチ（間隔）を考慮して、被加熱体Ｗを移動させたときに、被加熱体Ｗにおいて圧力の高い部分を隙間なく形成することができる方向を選択して移動することが好ましい。
【００３５】
なお、上述のようにこの発明の一実施の形態では被加熱体Ｗと多孔板１０との距離が短いため、被加熱体Ｗをほぼ水平方向で反復運動させるときに、被加熱体Ｗ上に溶融金属１４が飛散し、被加熱体Ｗの被リフロー面に溶融金属１４が被着してしまう可能性がある。そこで、図６に示すように、被加熱体Ｗを移動させるときに被加熱体Ｗを傾斜させることにより、被加熱体Ｗを溶融金属１４の波頭面１６に沿うように移動させる。すなわち、図６中の矢印で示す移動方向に向かって被加熱体Ｗの端部を持ち上げ、被加熱体Ｗを傾斜させた状態で移動させることにより、溶融金属１４の飛散を防止することができる。被加熱体Ｗは図６Ａおよび図６Ｂに示す状態を交互に繰り返しながら移動される。
【００３６】
また、この発明の一実施の形態では、被加熱体Ｗに対して溶融金属１４をある程度の圧力で吹きつけているため、被加熱体Ｗの下部で溶融金属１４が停滞した状態になって温度が低下してしまうことを防止することができる。すなわち、加熱部２によって加熱された溶融金属１４がポンプ装置５により循環され、被加熱体Ｗに対して高温の溶融金属１４が常に吹きつけられる。したがって、被加熱体Ｗの温度を急速に上昇させることができ、被加熱体Ｗにおいてはんだの接続不良の発生を抑制することができる。
【００３７】
以下、この発明の一実施の形態によるリフロー装置を用いて被加熱体Ｗにリフローはんだ付けを行う動作の流れについて説明する。
【００３８】
槽体１内に収納された溶融金属１４は、加熱部２によって加熱されると共に、ポンプ装置５により上向きの圧力を与えられる。この溶融金属１４は、ノズル部６の下部開口部８から流入して多孔板１０の噴流孔１１から噴流されることにより、噴流波を形成する。噴流孔１１から噴流した溶融金属１４は、案内板１２ａおよび１２ｂに案内されて、液体流入部１３ａおよび１３ｂから槽体１内に入り、再び加熱部２によって加熱されて循環する。
【００３９】
被加熱体Ｗは、例えば槽体１の前段に配設されたプリヒート部（図示せず）によって所定の温度までプリヒートされた後、ロボットアームなどの操作装置によって、多孔板１０の上部に移送される。被加熱体Ｗは多孔板１０に向かって下降され、噴流孔１１から噴流される噴流波と被加熱体Ｗの被加熱面とを接触させる。
【００４０】
多孔板１０は、被加熱体Ｗと略１０ｍｍ程度の間隔となる位置まで下降され、例えば３秒程度保持される。このとき、被加熱体Ｗはほぼ水平方向に反復運動を繰り返す。このように、多孔板１０と被加熱体Ｗとの間隔を小さくして噴流孔１１からの噴流波をある程度強い圧力で被加熱体Ｗに対して吹きつけ、さらに、被加熱体Ｗを反復運動させることによって、被加熱体Ｗに付着する気泡を取り除くことができる。また、噴流孔１１から高温の溶融金属１４が噴流されるため、被加熱体Ｗの被加熱面と高温の溶融金属１４とを接触させた状態を保つことができる。したがって、被加熱体Ｗの温度が急速に上昇し、被加熱体Ｗの被リフロー面に予め設けられたはんだを溶融させることができる。
【００４１】
噴流波と被加熱体Ｗとを接触させた状態で所定の時間保持して被加熱体Ｗを加熱した後、被加熱体Ｗは搬送装置によって上昇される。その後、例えば槽体１の後段に配設された冷却部（図示せず）に移送されて冷却される。
【００４２】
このように、この発明によれば、溶融金属１４を噴流孔１１から噴流させて圧力の高低をつけて被加熱体Ｗと接触させることにより、被加熱体Ｗに付着する気泡を取り除くことができる。したがって、被加熱体Ｗの温度を効率的に上昇させることができるため、被加熱体Ｗの被リフロー面に予め設けられたはんだに未溶融部分が生じることを防止でき、はんだの接続不良を減少させることができる。また、被加熱体Ｗの温度上昇を急速に行うことができるため、被加熱体Ｗの加熱時間を短縮させることも可能になり、被加熱体Ｗに設けられたリフロー部品１５の耐熱性が損なわれることを防止することができる。
【００４３】
以上、この発明の一実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施の形態では、被加熱体Ｗに対して噴流孔１１から噴流した溶融金属１４を吹きつけているときに、被加熱体Ｗを反復運動させる構成としたが、多孔板１０、あるいは被加熱体Ｗおよび多孔板１０を反復運動させる構成としてもよい。
【００４４】
また、上述の一実施の形態では、ロボットアームなどの操作装置によって被加熱体Ｗを多孔板１０の上方の位置で降下および上昇させる構成としたが、例えばチェーンコンベヤなどの搬送装置を用い、チェーンコンベヤから突出された搬送ピンにより被加熱体Ｗを保持して多孔板１０の上方に搬送する構成としてもよい。この場合、例えばチェーンコンベヤにスロープを設けることにより、多孔板１０の噴流孔１１から噴流される噴流波に対して被加熱体Ｗの被加熱面を接近させることができる。
【００４５】
また、上述の一実施の形態では、高温液体として溶融金属１４を用いる構成としたが、高温液体の材料としては被加熱被加熱体Ｗを急速に加熱することができる比熱の高い液体であれば特に限定されるものではなく、例えばオイルを用いる構成としてもよい。また、例えば、ノズル部６を複数備える構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の一実施の形態によるリフロー装置の一例を示す平面図である。
【図２】図１に示すリフロー装置のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示すリフロー装置のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】この発明の一実施の形態によるリフロー装置の多孔板の一例を示す拡大平面図である。
【図５】この発明の一実施の形態において、被加熱体表面の圧力の高低について説明するための模式図である。
【図６】この発明の一実施の形態において、被加熱体を移動させるときの一例を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
Ｗ  被加熱体
１  槽体
２  加熱部
３  モータ部
４  プロペラ部
５  ポンプ装置
６  ノズル部
７  取付基板
８  下部開口部
９  噴流口
１０  多孔板
１１  噴流孔
１２ａ、１２ｂ  案内板
１３ａ、１３ｂ  液体流入部
１４  溶融金属
１５  リフロー部品
１６  波頭面
【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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