(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次々に供給される被加熱物を保持して所定の経路を通って走行させるためのターンテーブルと、該ターンテーブルに保持され、走行中の被加熱物の一つひとつに装着してこれらを誘導加熱するための加熱コイルの群と、前記ターンテーブルに保持され、加熱コイルの一つひとつに接続した給電用のトランス二次コイルの群と、前記ターンテーブルに保持されて循環走行する前記トランス二次コイルの群に対向させて固定配備したトランス一次コイルとを有し、循環走行中の前記トランス二次コイルの群に前記トランス一次コイルから一括的に電磁誘導給電することにより、前記被加熱物を走行させながら次々に誘導加熱できるように構成し、更に、前記トランス一次コイルが、前記ターンテーブルの下側に且つ前記ターンテーブルと同心状に配置された環状の固定コアに、前記ターンテーブルに平行な面内に位置するように装備された導電体で構成されると共に、その導電体が、前記環状の固定コアの内径側にほぼ全周に亘って配置された内環部と前記固定コアの外径側にほぼ全周に亘って配置された外環部とを備えた往復電路対を構成しており、前記トランス二次コイルの群が、該コイルにそれぞれ装備されて前記ターンテーブルの下側に前記固定コアに対向するように環状に分散配置された移動コアの群とともに、ターンテーブルに保持されており、更に各トランス二次コイルが前記ターンテーブルに平行な面内に位置するように配置された導電体で構成されると共にその各導電体が前記トランス一次コイルから電磁誘導を受ける方位に配向されており、更に、前記トランス一次コイルを形成する導電体を、前記被加熱物走行経路上の、被加熱物への入熱を強化すべき区間において、前記往復電路対が複数回現れる多重ターン構成としたことを特徴とする連続式誘導加熱装置。
【請求項２】
前記加熱コイルと前記トランス二次コイルを可撓性ケーブルで接続して、加熱コイルの被加熱物への着脱を自在にしたことを特徴とする請求項１記載の連続式誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、次々と供給される被加熱物を、所定の経路を通って走行させながらそれぞれの被加熱物と共に走行する誘導加熱用のコイル（加熱コイルという）によって誘導加熱するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、導電性材料を備えた被加熱物を加熱するための一手段として誘導加熱が用いられている。この誘導加熱は高速加熱や局部加熱が容易で且つ温度制御が容易である等の利点を有している。一般に誘導加熱を行うには、所定位置に停止させている被加熱物の周囲に加熱コイルを配置し、その状態で誘導加熱する方法、所定位置に停止させている被加熱物に沿って加熱コイルを移動させながら誘導加熱する方法、或いは加熱コイルを所定位置に配置し、その加熱コイル内に被加熱物を通して誘導加熱する方法等が用いられており、いずれにしても、被加熱物と加熱コイルのいずれか一方は停止した状態で用いられることが多い。また、加熱コイルを移動させる場合には、その加熱コイルを比較的短い範囲で往復動させる構成としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近、被加熱物を誘導加熱でゆっくりと時間をかけて加熱する用途が生じてきた。この場合、多数の被加熱物を加熱しようとすると、１個の被加熱物を加熱し終わった後、次の被加熱物の加熱を開始するといった方法では生産性が悪い。そこで、複数の被加熱物を生産性良く誘導加熱するため、複数の被加熱物を次々と走行手段に供給すると共にそれぞれに加熱コイルを装着し、その走行手段によって被加熱物と加熱コイルとを所定の経路を通って走行させ、その走行中に被加熱物を連続的に誘導加熱し続けることが考えられる。この方法では複数の被加熱物を同時に誘導加熱するので生産性を上げることができる。
【０００４】
ところが、この方法を採用する場合、被加熱物と一緒に走行した加熱コイルを元の位置に戻す必要があるため、加熱コイルをループ状の経路に沿って循環走行させる必要があり、そのため、その加熱コイルに対する給電設備が複雑となって高価となるとか、面倒なメンテナンスを要するという問題が生じた。すなわち、ループ状の経路を循環する複数の加熱コイルに対する給電設備には、その途中にスリップリング等を用いたスリップ接続機構を配置する必要があるが、そのスリップ接続機構は加熱コイルに供給する大電流が流れる出力部に配置することは適切でないので、複数の加熱コイルのそれぞれに高周波電源を直接或いはトランスを介して接続し、これらの高周波電源（及びトランス）を加熱コイルと共にループ状の経路を循環走行するようにすると共に、その高周波電源と商用電源との間にスリップ接続機構を配置する構成とする必要がある。このため、複数の加熱コイルと共に走行する複数の高周波電源（及びトランス）とそれに通電するためのスリップ接続機構を必要とし、コスト高となるばかりでなく、スリップ接続機構には摩耗や故障が生じる恐れがあり、面倒なメンテナンスを要するという問題がある。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、複数の被加熱物を所定の経路を通って走行させながら、それぞれに装着した加熱コイルで誘導加熱する装置において、複数の加熱コイルに対する給電設備を簡素化し且つメンテナンスを簡単とした誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被加熱物と共に所定の経路を通って走行する複数の加熱コイルに対する通電設備を簡素化するため、複数の加熱コイルのそれぞれに給電用のトランス二次コイルを接続すると共にそのトランス二次コイルの群を加熱コイルの群と共に、被加熱物の走行経路に沿った区間を含むループ状の経路を通って循環走行させる構成とし、循環走行中のトランス二次コイルの群に対向させて、高周波電源に接続されたトランス一次コイルを固定配備し、循環走行中のトランス二次コイルの群にトランス一次コイルから一括的に電磁誘導給電する構成としたものである。この構成により、固定配備したトランス一次コイルに高周波電源から通電することで、走行中の複数のトランス二次コイルに非接触の状態で電磁誘導給電することができ、従って、走行中の複数の加熱コイルに対して通電することができ、複数の高周波電源（及びトランス）を用いることなく、また、スリップ接続機構を用いることなく、簡単な給電設備で複数の加熱コイルに対して通電することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る誘導加熱装置は、次々に供給される被加熱物を保持して所定の経路を通って走行させるためのターンテーブルと、該ターンテーブルに保持され、走行中の被加熱物の一つひとつに装着してこれらを誘導加熱するための加熱コイルの群と、前記ターンテーブルに保持され、加熱コイルの一つひとつに接続した給電用のトランス二次コイルの群と、前記ターンテーブルに保持されて循環走行する前記トランス二次コイルの群に対向させて固定配備したトランス一次コイルとを有し、循環走行中の前記トランス二次コイルの群に前記トランス一次コイルから一括的に電磁誘導給電することにより、前記被加熱物を走行させながら次々に誘導加熱できるように構成したことを特徴とする。この構成により、被加熱物を次々とターンテーブルに供給すると共に各被加熱物に加熱コイルを装着すると、その被加熱物が所定の経路を走行する間にトランス一次コイルからトランス二次コイルを介して各加熱コイルに通電され、被加熱物が誘導加熱される。そして、被加熱物が所定の位置に到達した時点で加熱コイルを外し、経路外に排出させることで、多数の被加熱物を連続的に誘導加熱することができ、被加熱物を生産性良く加熱することができる。
【０００８】
ここで、被加熱物を走行させる経路への被加熱物の供給位置並びにその経路からの排出位置は任意であり、隣接した位置としてもよいし、遠く離れた位置としてもよいが、被加熱物の供給位置と排出位置とを近接させ、被加熱物の走行経路をＣ字形の開口ループ状とすることが好ましい。この構成とすると、加熱コイルの群及びトランス二次コイルの群の走行経路を、被加熱物の走行経路の全長に沿わせた形とすることができ、加熱コイルの群内のほとんどの加熱コイルを常に被加熱物に装着して有効に使用することができる。
【０００９】
【００１０】
本発明では更に、前記トランス一次コイルを、前記ターンテーブルの下側に且つ前記ターンテーブルと同心状に配置された環状の固定コアに、前記ターンテーブルに平行な面内に位置するように装備された導電体で構成すると共に、その導電体が、前記環状の固定コアの内径側にほぼ全周に亘って配置された内環部と前記固定コアの外径側にほぼ全周に亘って配置された外環部とを備えた往復電路対を構成する構造とし、前記トランス二次コイルの群を、該コイルにそれぞれ装備されて前記ターンテーブルの下側に前記固定コアに対向するように環状に分散配置された移動コアの群とともに、ターンテーブルに保持させ、更に各トランス二次コイルを前記ターンテーブルに平行な面内に位置するように配置された導電体で構成すると共にその各導電体が前記トランス一次コイルから電磁誘導を受ける方位に配向した構成とする。この構成とすると、ターンテーブルの回転中、常に、トランス二次コイル及び移動コアが、トランス一次コイル及び固定コアに対向した状態となるので、トランス二次コイルにきわめて効率良く二次電流を発生させ、加熱コイルに給電することができる。
【００１１】
また、前記トランス一次コイルを形成する導電体を、前記被加熱物走行経路上の、被加熱物への入熱を強化すべき区間において、前記往復電路対が複数回現れる多重ターン構成とする。この構成とすると、多重ターン構成とした領域では電磁密度が他の領域に比べて大きくなっており、このため、その領域を通過するトランス二次コイルに発生させる二次電流の大きさ及び電圧を大きくして加熱コイルへの出力を高くすることができる。
【００１２】
本発明に使用する加熱コイルの構造は、ターンテーブルに供給される被加熱物を誘導加熱可能なものであれば任意であり、また、その加熱コイルは、予めターンテーブルの定位置に固定して設けておいてもよいが、前記加熱コイルと前記トランス二次コイルを可撓性ケーブルで接続して、加熱コイルの被加熱物への着脱を自在にすることが好ましい。この構成とすると、被加熱物をターンテーブル上の適当な位置に供給した後、その被加熱物に加熱コイルを手動操作等で装着することができ、このため、被加熱物のターンテーブルに対する正確な位置決めが不要となり、被加熱物の走行手段に対する供給機構を簡単とすることができる。
【００１３】
【実施例】
以下、図面に示す本発明の好適な実施例を説明する。図１は本発明の一実施例による連続式誘導加熱装置の概略平面図、図２はその概略断面図である。図１、図２において、１は被加熱物、例えば、凍結したジュース等を入れたドラム缶である。２はその被加熱物１を送り込むための供給コンベア、３は排出するための排出コンベア、５は、中心軸線Ｏを中心として回転するターンテーブルであり、その上面に供給コンベア２から供給される被加熱物１を乗せることができる構成となっている。６はそのターンテーブル５を軸受７を介して回転自在に保持した架台、８はターンテーブル５を回転させるための回転駆動装置であり、モータ９と、そのモータ９で回転駆動されるギア１０と、ターンテーブル５の下面に取り付けられ、ギア１０にかみ合う内ギア１１等を備えている。これらのターンテーブル５、架台６、回転駆動装置８等は、ターンテーブル５上に乗せた被加熱物１の群を所定の円形の経路に沿って走行させる被加熱物走行手段を構成し、また、後述する加熱コイルとトランス二次コイルとを有する出力装置の群を、前記被加熱物の走行経路に沿った区間を含むループ状の経路を通って循環走行させるための出力装置走行手段も兼ねている。前記した供給コンベア２及び排出コンベア３は互いに近接して配置されており、これにより、供給コンベア２から被加熱物１をターンテーブル５上に供給すると、その被加熱物１がターンテーブル５の回転によってほぼ１周した後、排出コンベア３に排出されるようになっている。なお、図示は省略しているが、供給コンベア２からターンテーブル５上に被加熱物１を移載するための装置並びにターンテーブル５から排出コンベア３に被加熱物１を移載するための装置が設けられている。なお、これらの移載装置を設ける代わりに手作業で被加熱物１の移載を行うようにしてもよい。
【００１４】
１５は、被加熱物１を誘導加熱するための加熱コイルであり、後述するトランス二次コイルに可撓性ケーブルで接続して、手作業で被加熱物１に着脱可能としている。この加熱コイル１５は、ターンテーブル５上に適当な間隔を開けて乗せる複数の被加熱物１にそれぞれ装着できるように複数個がターンテーブル５上に置かれている。
【００１５】
１７は複数の加熱コイル１５に対して高周波電力を供給するための高周波電源であり、ターンテーブル５とは別に、回転しないように設けられている。１８は、高周波電源１７から高周波電力を各加熱コイル１５に伝達するためのトランス装置である。このトランス装置１８は、架台６に、ターンテーブル５の下側に且つターンテーブル５と同心状に配置された環状の固定コア１９と、その固定コア１９に装備されたトランス一次コイル２０と、ターンテーブル５に、固定コア１９に対向するように環状に分散配置された移動コア２２の群と、それに装備されたトランス二次コイル２３の群とを備えている。
【００１６】
図３（ａ）はトランス一次コイル２０及び固定コア１９の配列を示す概略平面図、図３（ｂ）はターンテーブル５に設けたトランス二次コイル２３の群及び移動コア２２の群の配列を示す概略下面図であり、図面を分かり易くするため、一部部品の縮尺を図１とは変えて示している。図４はトランス装置１８の概略断面図である。図３、図４において、トランス一次コイル２０は、環状の固定コア１９に、ターンテーブルに平行な面内に位置するように保持された導電体で構成されており、その導電体が、ターンテーブルの中心Ｏを中心とし、固定コア１９の内径側にほぼ全周に亘って配置された内環部２０ａと固定コア１９の外径側にほぼ全周に亘って配置された外環部２０ｂとを備えた往復電路対を構成しており、更に、被加熱物走行経路上の、被加熱物への入熱を強化すべき区間においては、内環部２０ａと外環部２０ｂにそれぞれ沿って追加ターン部２０ｅ、２０ｆを配置し往復電路対が複数回現れる多重ターン構成としている。内環部２０ａと外環部２０ｂは、一端を連結部２０ｃで互いに連結され、他端は多重ターン構成の部分を経て接続配線２０ｄ、２０ｄで高周波電源１７に接続されている。トランス一次コイル２０の内環部２０ａ及び外環部２０ｂはそれぞれ、固定コア１９の上面に形成された環状の溝１９ａに収容されている。なお、図４では、内環部２０ａ、外環部２０ｂを構成する導電体として円形断面の１個の線材を示しているが、これに限らず、扁平断面の線材を用いるとか、並列に配置された複数本の線材を用いる等の変更を加えても良い。
【００１７】
ターンテーブル５に設けられた複数のトランス二次コイル２３はターンテーブル５上に配置している複数の加熱コイル１５と同数が設けられ、加熱コイル１５の一つひとつに接続されている。このトランス二次コイル２３は、図３（ｂ）から良く分かるように、ターンテーブル５の下面に設けられた複数の移動コア２２のそれぞれに装備されている。それぞれのトランス二次コイル２３は、ターンテーブルに平行な面内に配置された導電体で構成されており、その導電体はトランス一次コイル２０の内環部２０ａの半径とほぼ等しい半径の内側円弧部２３ａと外環部２０ｂの半径とほぼ等しい半径の外側円弧部２３ｂを備えており、その内側円弧部２３ａ、外側円弧部２３ｂは一端の連結部２３ｃで互いに連結され、他端は接続配線２３ｄ、２３ｄで加熱コイル１５に接続されている。加熱コイル１５に接続された接続配線２３ｄ、２３ｄは、少なくとも一部が可撓性ケーブルで作成されており、これによって加熱コイル１５を被加熱物１に対して着脱させるために動かすことができる。図４に示すように、トランス二次コイル２３の内側円弧部２３ａ及び外側円弧部２３ｂはそれぞれ、移動コア２２の下面に形成された円弧状の溝２２ａに収容されている。なお、この内側円弧部２３ａ、外側円弧部２３ｂを構成する導電体として円形断面の１個の線材を示しているが、これに限らず、扁平断面の線材を用いるとか、並列に配置された複数本の線材を用いる等の変更を加えても良い。
【００１８】
かくして、ターンテーブル５の回転中、トランス一次コイル２０とトランス二次コイル２３とは常に、図４に示すように、内側円弧部２３ａ及び外側円弧部２３ｂがそれぞれ内環部２０ａ及び外環部２０ｂに向かい合った状態となり、且つ周囲を固定コア１９及び移動コア２２で取り囲まれた状態となっている。固定コア１９及び移動コア２２は、トランス一次コイル２０及びトランス二次コイル２３に直角な面内を磁束が良好に通過し、周囲への磁束漏れを防止するために設けたものであり、フェライト成形体や珪素鋼板の積層体が使用されている。この構成により、トランス一次コイル２０に高周波電流を流すと、トランス二次コイル２３にきわめて効率良く二次電流を発生させることができ、加熱コイル１５に給電できる。
【００１９】
次に、トランス一次コイル２０によるトランス二次コイル２３への供給電力を説明する。理解を容易にするため、図５に示す参考例のトランス一次コイル２０Ａを用いた場合をまず説明する。トランス一次コイル２０Ａは、全域を、内環部２０ａと外環部２０ｂのみによって構成される往復電路対としたものである。図６はトランス装置１８のトランス一次コイルとして図５に示すトランス一次コイル２０Ａを用いた場合の等価回路図である。図６より明らかなように、高周波電源１７からトランス一次コイル２０Ａに電力ＶＡ（電圧Ｖ、電流Ａ）を投入すると、ターンテーブル５に設けているトランス二次コイル２３の個数をｎ個とし、且つトランス装置１８における損失を無視すると、各トランス二次コイルには電力ＶＡ／ｎ（電圧Ｖ／ｎ、電流Ａ）を発生させることができ、この電力ＶＡ／ｎを各加熱コイル１５に供給することができる。図７は、図３（ａ）に示すトランス一次コイル２０を用いた本発明の実施例におけるトランス装置１８の等価回路図である。ただし、図７では、分かりやすくするため、追加ターン部２０ｅ、２０ｆを配置した区間を全円周の１／４とし、且つトランス二次コイル２３は、全円周上に４個配置したもの（各トランス二次コイル２３の中心角は９０°）としている。図７より明らかなように、追加ターン部２０ｅ、２０ｆを配置した区間では、そこを通過するトランス二次コイル２３に、他の領域に比べて２倍の電圧で２倍の電流が生じ、従って、４倍の電力を伝達することができる。一般に、加熱コイルには低電圧、高電流を加えることが必要であり、高周波電源から適当なトランスによって電圧を降下させて加熱コイルに電力供給しているが、参考例や実施例では、複数のトランス二次コイル２３を用いた結果、各加熱コイル１５への供給電圧が１／ｎ（図６参照）或いは１／７又は２／７（図７参照）に低下しているため、トランスを別途用いる必要はない。このため、複数の加熱コイル１５に対する給電設備を簡素化できると共に、固定配備したトランス一次コイル２０とターンテーブル５と共に回転するトランス二次コイル２３を備えたトランス装置１８を用いたことにより、スリップ接続機構を用いる必要がなく、この点からも簡素化でき、メンテナンスも容易となる。
【００２０】
次に、上記構成の誘導加熱装置による動作を説明する。図１、図２において、供給コンベア２から被加熱物１が次々と適当なタイミングでターンテーブル５上に供給される。この時、ターンテーブル５はゆっくりと連続的に回転しているか、或いはターンテーブル５に対する被加熱物の出し入れ時には停止するように間欠回転している。ターンテーブル５上に被加熱物１が供給されると、作業者がその被加熱物１に加熱コイル１５を装着する。その後、その被加熱物１はターンテーブル５の回転に伴って回転移動してゆき、その間、加熱コイル１５によって誘導加熱される。そして、加熱された被加熱物１が排出コンベア３に面する位置に到達すると、作業者が加熱コイル１５を取り外し、その後、被加熱物１が排出コンベア３上に移載され、排出される。以上のようにして、多数の被加熱物１を次々とターンテーブル５上に送って連続的に誘導加熱することができ、被加熱物１を生産性良く加熱できる。
【００２１】
なお、上記実施例では、ターンテーブル５に設けている複数のトランス二次コイル２３を均一な形状、サイズとしており、これにより、各加熱コイル１５に対して同一の電力を供給する構成としているが、必要に応じ、内側円弧部２３ａと外側円弧部２３ｂとを備えたトランス二次コイルの長さを各トランス二次コイル毎に変えることにより、各トランス二次コイル２３に伝達する電力を変えるように構成してもよい。この構成とすると、異なる加熱熱量を要求される被加熱物をターンテーブル５に送り込む場合に対して良好に対処できる。
【００２２】
また、上記実施例では、図３（ａ）に示すように、トランス一次コイル２０の一部区間を、追加ターン部２０ｅ、２０ｆを備えた多重ターン構成としている。この構成により、トランス二次コイル２３はターンテーブル５の回転中、多重ターン構成の区間を通過する際には大きい電力を出力し、その他の領域では小さい電力を出力することができる。被加熱物１によっては、ターンテーブル５によって円形の経路を走行する際に、或る領域では供給熱量を大きくすることが望ましい場合がある。例えば、被加熱物１の加熱開始時には加熱コイル１５による投入熱量を大きくし、ある程度加熱された後は、投入熱量を小さくすることが好ましい場合がある。上記実施例は、被加熱物走行経路上の、被加熱物への入熱を強化すべき区間を、多重ターン構成とすることで、このような要求に対処できる。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、被加熱物をターンテーブルによって次々と所定の経路を通って走行させながら、各被加熱物に加熱コイルを装着して誘導加熱する構成としたことにより、被加熱物を生産性良く加熱することができ、しかも、その加熱コイルに対する通電設備として、複数の加熱コイルのそれぞれに給電用のトランス二次コイルを接続すると共にそのトランス二次コイル群をターンテーブルに保持させて循環走行する構成とし、そのトランス二次コイルの群の走行経路に対向させて、高周波電源に接続されたトランス一次コイルを固定配備し、トランス一次コイルから走行中のトランス二次コイルに一括的に電磁誘導給電する構成としたものを用いたことにより、固定配備したトランス一次コイルから走行中の複数のトランス二次コイルに非接触の状態で電磁誘導給電して走行中の複数の加熱コイルに通電することができ、複数の高周波電源（及びトランス）を用いることなく、また、スリップ接続機構を用いることなく、簡単な給電設備で複数の加熱コイルに対して通電することができ、設備費を低減できると共にメンテナンスを簡素化できる等の効果を有している。また、トランス一次コイルを構成する導電体を、往復電路対とすると共に、前記被加熱物走行経路上の、被加熱物への入熱を強化すべき区間を、前記往復電路対が複数回現れる多重ターン構成としたことにより、多重ターン構成とした区間を通過するトランス二次コイルに発生させる二次電流の大きさ及び電圧を大きくして加熱コイルへの出力を高くすることができるという効果も有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例による連続式誘導加熱装置の概略平面図
【図２】  図１に示す誘導加熱装置の概略断面図
【図３】  （ａ）はトランス一次コイル２０及び固定コア１９の配列を示す概略平面図
（ｂ）はトランス二次コイル２３の群及び移動コア２２の群の配列を示す概略下面図
【図４】  トランス装置１８の概略断面図
【図５】  参考例におけるトランス一次コイル２０Ａの配列を示す概略平面図
【図６】  図５に示すトランス一次コイル２０Ａを用いたトランス装置の等価回路図
【図７】  図１〜図４に示す実施例のトランス装置の等価回路図
【符号の説明】
１  被加熱物
２  供給コンベア
３  排出コンベア
５  ターンテーブル
６  架台
７  軸受
８  回転駆動装置
１５  加熱コイル
１７  高周波電源
１８  トランス装置
１９  固定コア
２０  トランス一次コイル
２０ａ  内環部
２０ｂ  外環部
２０ｅ  内側円弧部
２０ｆ  外側円弧部
２２  移動コア
２３  トランス二次コイル
２３ａ、２３ｂ  追加ターン部
【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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