(57)【要約】【課題】吐出バルブ及びそれを用いた吐出ポンプにおいて、液体中の細胞に損傷を与え難く、微細なゴミが混入を防止し、且つ簡易な構成で流出させる液体の脈流を生成する。【解決手段】吐出バルブ２は、２つの定量タンク５ａ、５ｂと、定量タンク５ａ、５ｂの双方の吐出口５２ａ、５２ｂに接続される吐出ユニット６と、を備える。２つの定量タンク５ａ、５ｂは、共通のエアポンプ３に接続される。エアポンプ３が正転するとき、一方の定量タンク５ａに液体が吸入され、他方の定量タンク５ｂから吐出ユニット６を介して液体が吐出され、エアポンプ３が逆転するとき、他方の定量タンク５ｂに液体が吸入され、一方の定量タンク５ａから吐出ユニット６を介して液体が吐出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定量的に吸入した液体を吐出させるために用いられる吐出バルブにおいて、
液体が注入される吸入口及び液体が吐出される吐出口を夫々有する２つの定量タンクと、
２つの前記定量タンクの双方の前記吐出口に接続される吐出ユニットと、を備え、
２つの前記定量タンクは、該定量タンク内の気圧を制御する共通のエアポンプに接続され、
エアポンプが正転するとき、一方の前記定量タンクに液体が吸入され、他方の前記定量タンクから前記吐出ユニットを介して液体が吐出され、
エアポンプが逆転するとき、他方の前記定量タンクに液体が吸入され、一方の前記定量タンクから前記吐出ユニットを介して液体が吐出されることを特徴とする吐出バルブ。
【請求項２】
前記吐出ユニットは、エアポンプが正転するとき、一方の前記定量タンクの前記吐出口を閉口させ、他方の前記定量タンクの前記吐出口を開口させ、エアポンプが逆転するとき、他方の前記定量タンクの前記吐出口を閉口させ、一方の前記定量タンクの前記吐出口を開口させる対方性逆止弁を有することを特徴とする請求項１に記載の吐出バルブ。
【請求項３】
前記対方性逆止弁は、前記定量タンクの双方の前記吐出口に接続される筒体と、前記筒体内を移動する封止玉と、を有し、前記封止玉が、２つの前記定量タンクの前記吐出口のいずれか一方を閉口させることを特徴とする請求項２に記載の吐出バルブ。
【請求項４】
前記定量タンクは、エアポンプに接続されるポンプ接続口と、前記ポンプ接続口に設けられ、空気を透過させ液体を透過させない液止フィルタと、を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の吐出バルブ。
【請求項５】
前記定量タンク内の容量が、前記ポンプ接続口における前記液止フィルタの設置位置によって設定されることを特徴とする請求項４に記載の吐出バルブ。
【請求項６】
前記ポンプ接続口における前記液止フィルタの設置位置を調整する容量調節機構を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の吐出バルブ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載された吐出バルブを用いたことを特徴とする吐出ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液や細胞懸濁液等の細胞関連の液体を吐出させるために用いられる吐出バルブ及びそれを用いた吐出ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、血液や細胞懸濁液といった細胞関連組織等を含む液体を流出させるときに用いられるポンプとして、チューブを回転ローラで押圧するチューブポンプが知られている。この種のチューブポンプとして、円筒形状の内周面を有するハウジングと、この円筒内周面の円周方向に沿って周回移動（公転）するローラを有するものがある（例えば、特許文献１参照）。このチューブポンプにおいて、チューブは、ハウジングの円筒内周に沿って配置されており、ローラを公転させると、ローラがチューブを押し潰しながらチューブの長さ方向に移動し、これによりチューブが蠕動してチューブ内の液体がチューブの入口側から出口側に送液される。
【０００３】
上記のようなチューブポンプは、ローラの回転に応じた所定の周期で液体が吐出されるので、血流をシミュレートした観測等にも使用される。例えば、肺機能チップは、血液用の流路と空気用の流路を細胞膜で仕切ることで、人工肺をチップ化したものであり、血液用の流路に、チューブポンプで血液を流出させることで、実際の肺の血管と類似した脈流をシミュレートした観測状態を得ることができると期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９６５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のようなチューブポンプでは、チューブがローラで押し潰されるときに、液体中の細胞まで機械的に強く刺激され、細胞に損傷を与える虞がある。また、チューブを押し潰す際に発生する極微細なゴミが混入する虞もある。一方で、エアポンプを用いて液体を吸引、吐出する場合には、液体の吸引時には吐出が停止するので、脈流を生成するためには、例えば、エアポンプやノズルを複数用いる等の必要があり、器具や装置が複雑化する虞もあって簡易には成し得ない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するものであり、液体中の細胞に損傷を与え難く、微細なゴミが混入を防止し、且つ簡易な構成で流出させる液体の脈流を生成することができる吐出バルブ及びそれを用いた吐出ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、定量的に吸入した液体を吐出させるために用いられる吐出バルブにおいて、液体が注入される吸入口及び液体が吐出される吐出口を夫々有する２つの定量タンクと、２つの前記定量タンクの双方の前記吐出口に接続される吐出ユニットと、を備え、２つの前記定量タンクは、該定量タンク内の気圧を制御する共通のエアポンプに接続され、エアポンプが正転するとき、一方の前記定量タンクに液体が吸入され、他方の前記定量タンクから前記吐出ユニットを介して液体が吐出され、エアポンプが逆転するとき、他方の前記定量タンクに液体が吸入され、一方の前記定量タンクから前記吐出ユニットを介して液体が吐出されることを特徴とする。
【０００８】
また、上記吐出バルブにおいて、前記吐出ユニットは、エアポンプが正転するとき、一方の前記定量タンクの前記吐出口を閉口させ、他方の前記定量タンクの前記吐出口を開口させ、エアポンプが逆転するとき、他方の前記定量タンクの前記吐出口を閉口させ、一方の前記定量タンクの前記吐出口を開口させる対方性逆止弁を有することが好ましい。
【０００９】
また、上記吐出バルブにおいて、前記対方性逆止弁は、前記定量タンクの双方の前記吐出口に接続される筒体と、前記筒体内を移動する封止玉と、を有し、前記封止玉が、２つの前記定量タンクの前記吐出口のいずれか一方を閉口させることが好ましい。
【００１０】
また、上記吐出バルブにおいて、前記定量タンクは、エアポンプに接続されるポンプ接続口と、前記ポンプ接続口に設けられ、空気を透過させ液体を透過させない液止フィルタと、を備えることが好ましい。
【００１１】
また、上記吐出バルブにおいて、前記定量タンク内の容量が、前記ポンプ接続口における前記液止フィルタの設置位置によって設定されることが好ましい。
【００１２】
また、上記吐出バルブにおいて、前記ポンプ接続口における前記液止フィルタの設置位置を調整する容量調節機構を更に備えることが好ましい。
【００１３】
上記吐出バルブは、吐出ポンプに用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、エアポンプでの気体の吸引及び放出により、液体を吸入及び吐出するので、例えば、チューブポンプのように、液体自体が押し潰されることがなく、液体中の細胞に損傷を与え難く、また、エアポンプの正転時にも逆転時にも液体を吐出することができるので、簡易な構成で流出させる液体の脈流を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る吐出バルブを用いた吐出ポンプの断面図。
【図２】（ａ）（ｂ）は上記吐出バルブを用いた吐出ポンプの正転時の動作を示す断面図。
【図３】（ａ）（ｂ）は上記吐出バルブを用いた吐出ポンプの逆転時の動作を示す断面図。
【図４】上記吐出バルブを用いた吐出ポンプを再び正転させた時の動作を示す断面図。
【図５】（ａ）はエアポンプに送信される制御信号の例を示す図、（ｂ）は脈流が生成された液体の吐出パターンを示す図。
【図６】（ａ）乃至（ｃ）は上記実施形態の一変形例に係る吐出バルブの断面図。
【図７】（ａ）は上記実施形態の別の変形例に係る吐出バルブの断面図であり、（ｂ）（ｃ）は（ａ）の一点鎖線円部分の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る吐出バルブ及びそれを用いた吐出ポンプについて図面を参照して説明する。図１に示すように、吐出ポンプ１は、定量的に吸入した液体を吐出させるために用いられる吐出バルブ２と、この吐出バルブ２に接続されるエアポンプ３と、エアポンプ３の駆動を制御する制御部４と、を備える。エアポンプ３は、制御部４からの制御信号を受けて気体を吸引又は放出できるように、正転及び逆転を切り替えることができるステッピングモータを備えた任意のポンプが適用され、例えば、チューブポンプが用いられる。
【００１７】
吐出バルブ２は、２つの定量タンク５ａ、５ｂと、これら２つの定量タンク５ａ、５ｂの双方の吐出口に接続される吐出ユニット６と、を備える。また、定量タンク５ａ、５ｂは、エアポンプ３に接続されるポンプ接続口７ａ、７ｂと、ポンプ接続口７ａ、７ｂに設けられ、気体を透過させ液体を透過させない液止フィルタ８ａ、８ｂと、を備える。２つの定量タンク５ａ、５ｂは、各々の定量タンク５ａ、５ｂ内の気圧を制御する共通のエアポンプ３にポンプ接続口７ａ、７ｂを介してして夫々接続されている。
【００１８】
定量タンク５ａ、５ｂは、いずれも同形状の筒状の部材であり、例えば、ポリプロピレン等の成形品により構成され、吸入された又は吐出される液体を目視確認し易いように、透明なプラスチックにより構成されることが好ましい。定量タンク５ａ、５ｂの一方の端部には、液体が注入される吸入口５１ａ、５１ｂが設けられている。また、定量タンク５ａ、５ｂの筒側部のうち、吸入口５１ａ、５１ｂに近い端部に、液体が吐出される吐出口５２ａ、５２ｂが夫々設けられている。吐出口５２ａ、５２ｂは、互いに向い合うよう配置され、吐出ユニット６と接続されている。また、筒状の定量タンク５ａ、５ｂのうち、吸入口５１ａ、５１ｂとは対向する端部に、ポンプ接続口７ａ、７ｂは、が設けられている。吸入口５１ａ、５１ｂは、所定のチューブ等を介して血液等の吐出させようとする液体の貯蔵タンク（不図示）といった吸入元に接続され、吐出ユニット６は、肺機能チップといった液体（血液）を吐出する対象の吐出先に接続される。
【００１９】
吸入口５１ａ、５１ｂは、定量タンク５ａ、５ｂの一方の端部に外嵌されるキャップ部材５３ａ、５３ｂと、キャップ部材５３ａ、５３ｂを貫通するように設けられて定量タンク５ａ、５ｂの内外を連通させる管状の吸入ノズル５４ａ、５４ｂと、を有する。吸入口５１ａ、５１ｂには、定量タンク５ａ、５ｂ内へと一方向に液体を吸入させる吸入逆止弁５５ａ、５５ｂが設けられている。なお、図例では、吸入逆止弁５５ａ、５５ｂは、吸入ノズル５４ａ、５４ｂの内部に設けられた構成を示すが、キャップ部材５３、５３ｂのうち、例えば、吸入ノズル５４ａ、５４ｂとの境界部に設けられてもよい。また、吸入逆止弁５５ａ、５５ｂは例示した構成に限られない。また、キャップ部材５３ａ、５３ｂは、例えば、ＡＢＳ樹脂等の成形品により構成されている。図例では、キャップ部材５３ａ、５３ｂが個別の構成であるが、一体的に連結されていてもよく、また、吐出ユニット６と連結されていてもよい。吸入ノズル５４ａ、５４ｂは、送出する流体に応じて選定された可撓性材料、例えば、ゴム又は合成樹脂から構成される。
【００２０】
吐出ユニット６は、定量タンク５ａ、５ｂの双方の吐出口５２ａ、５２ｂに接続される筒体６１と、筒体６１内を移動する封止玉６２と、を有する。筒体６１の内径は、封止玉６２の直径より僅かに大きく、筒体６１の長さは、封止玉６２の３倍以上である。筒体６１の中間位置には、筒体６１の内外を貫通するように、吐出ノズル６３が設けられている。また、筒体６１内の両端部には、封止玉６２の球面と隙間なく当接するＯリング６４ａ、６４ｂと、Ｏリング６４ａ、６４ｂを保持するＯリング蓋６５ａ、６５ｂが設けられている。筒体６１内の両端部のうち、Ｏリング６４ａ、６４ｂ等を含む部分は、吐出口５２ａ、５２ｂから定量タンク５ａ、５ｂ内に埋め込まれている。図例では、封止玉６２が、左側の定量タンク５ａ側にあり、その吐出口５２ａを閉口させているが、封止玉６２が、右側の定量タンク５ｂ側にあれば、吐出口５２ｂを閉口させることになる。すなわち、封止玉６２は、左右のいずれかに移動することで、対方性逆止弁として機能する。
【００２１】
ポンプ接続口７ａ、７ｂは、定量タンク５ａ、５ｂの他方の端部に外嵌されるキャップ部材７１ａ、７１ｂと、キャップ部材７１ａ、７１ｂを貫通するように設けられて定量タンク５ａ、５ｂの内外を連通させる管状の接続ノズル７２ａ、７２ｂと、を有する。液止フィルタ８ａ、８ｂは、キャップ部材７１ａ、７１ｂの内側部分によって定量タンク５ａ、５ｂの他方の端部に固定されている。ポンプ接続口７ａ、７ｂ側のキャップ部材７１ａ、７１ｂ及び接続ノズル７２ａ、７２ｂは、吸入口５１ａ、５１ｂ側のものと同様の成型品により構成される。
【００２２】
液止フィルタ８ａ、８ｂは、無数の微細孔が設けられた板状のフィルタであり、定量タンク５ａ、５ｂの端部の形状に対応するように円板形状に加工されている。この種のものとしては、例えば、３Ｍマイクロポーラスフィルムが挙げられる。液止フィルタ８ａ、８ｂは、気体を透過させ液体を透過させないので、液止フィルタ８ａ、８ｂの設置位置と吐出口５２ａ、５２ｂとの距離や、定量タンク５ａ、５ｂの筒径によって、定量タンク５ａ、５ｂの容量が決まることになる。上記構成では、特に、液止フィルタ７の設置位置が定められた限りは、定量タンク５に定量の液体が吸引されるので、高精度な液体の吐出をすることができる。
【００２３】
このように構成された吐出バルブ２を用いた吐出ポンプ１の動作について、図２（ａ）（ｂ）、図３（ａ）（ｂ）、図４を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、制御部４（図１参照）の制御信号を受けてエアポンプ３を正転させる。このとき、左側の定量タンク５ａ内の空気がエアポンプ３により吸引され、定量タンク５ａ内が負圧になり、吸入逆止弁５５ａが開口して、吸入元から吸入ノズル５４ａを介して液体Ｌが定量タンク５ａ内に吸入される。このとき、右側の定量タンク５ｂには、エアポンプ３により空気が供給され、この空気により、封止玉６２は、吐出口５２ａ側に押し当てられる。従って、液体Ｌの吸入時に、吐出口５２ａから空気が定量タンク５内に混じることを抑制することができる。また、仮に、吸入時に液体Ｌに空気が混じっても、液止フィルタ８ａで吸引することで、空気を除去することができる。従って、空気が混じることによる吐出量のバラツキを抑制することができる。
【００２４】
そして、図２（ｂ）に示すように、液体Ｌが液止フィルタ８ａに達すると、液体Ｌは液止フィルタ８ａを通過できず、定量タンク５ａの容量が満たされる。このとき、制御部４（図１参照）では、エアポンプ３の吸引力を負荷電流変化で感知し、エアポンプ３を逆転させる制御信号をエアポンプ３に送信する。
【００２５】
エアポンプ３が逆転すると、図３（ａ）に示すように、左側の定量タンク５ａには、空気が供給され、定量タンク５ａ内が正圧になり、吸入逆止弁５５ａが閉口し、定量タンク５ａ内の液体Ｌが封止玉６２を押し出して、吐出ユニット６の筒体６１に流入して、封止玉６２を左側の定量タンク５ｂの吐出口５２ｂに押し当てる。また、筒体６１に流出した液体Ｌは、吐出ノズル６３を介して、吐出先へ吐出される。このとき、右側の定量タンク５ｂ内の空気がエアポンプ３により吸引され、定量タンク５ｂ内が負圧になり、吸入逆止弁５５ｂが開口して、吸入元から吸入ノズル５４ｂを介して液体Ｌが定量タンク５ｂ内に吸入される。このとき、右側の定量タンク５ｂには、エアポンプ３により空気が供給され、この空気により、封止玉６２は、吐出口５２ａ側に押し当てられる。
【００２６】
そして、図３（ｂ）に示すように、液体Ｌが液止フィルタ８ｂに達すると、液体Ｌは液止フィルタ８ｂを通過できず、定量タンク５ｂの容量が満たされる。このとき、制御部４（図１参照）では、エアポンプ３の吸引力を負荷電流変化で感知し、エアポンプ３を再び正転させる制御信号をエアポンプ３に送信する。
【００２７】
エアポンプ３が正転すると、図４に示すように、右側の定量タンク５ｂには、空気が供給され、定量タンク５ｂ内が正圧になり、吸入逆止弁５５ｂが閉口し、定量タンク５ａ内の液体Ｌが封止玉６２を右側の吐出口５２ｂに押し当て、吐出ノズル６３を介して、吐出先へ吐出される。また、左側の定量タンク５ａ内の空気がエアポンプ３により吸引され、定量タンク５ａ内が負圧になり、吸入逆止弁５５ａが開口して、吸入元から吸入ノズル５４ａを介して液体Ｌが定量タンク５ａ内に吸入される。そして、図２（ｂ）で示したように、液体Ｌが液止フィルタ８ａに達して、定量タンク５ａの容量が満たされると、エアポンプ３は再び逆転される。
【００２８】
上記の動作を繰り返すことにより、エアポンプ３の正転時には、左側の定量タンク５ａに液体Ｌが吸入され、右側の定量タンク５ｂから吐出ユニット６を介して液体Ｌが吐出され、エアポンプ３の逆転時には、右の定量タンク５ｂに液体Ｌが吸入され、左側の定量タンク５ａから吐出ユニット６を介して液体Ｌが吐出される。
【００２９】
ここで、図５（ａ）に示すように、主としてエアポンプ３のモータを正転させるＴ１期と、逆転させるＴ２期とを、約１秒毎に交互に切り替えることで、図５（ｂ）に示すように、人の血管を流れる血液の脈流をシミュレートした脈流で液体Ｌを吐出することができる。
【００３０】
上記実施形態の吐出バルブ２及びそれを用いた吐出ポンプ１では、２つの定量タンクを用い、双方の吐出口５２ａ、５２ｂに吐出ユニット６を接続すると共に、これら２つの定量タンク５ａ、５ｂを共通のエアポンプ３に接続している。このように、エアポンプ３での気体の吸引及び放出により、液体Ｌを吸入及び吐出するので、例えば、チューブポンプのように、液体Ｌ自体が押し潰されることがなく、液体Ｌ中の細胞に損傷を与え難く、また、微細なゴミが混入を防止することができる。
【００３１】
また、エアポンプ３が正転するとき、一方の定量タンク５ａに液体Ｌが吸入され、他方の定量タンク５ｂから吐出ユニット６を介して液体Ｌが吐出され、エアポンプ３が逆転するとき、他方の定量タンク５ｂに液体Ｌが吸入され、一方の定量タンク５ａから液体Ｌが吐出される。すなわち、エアポンプ３の正転時にも逆転時にも液体Ｌを吐出することができるので、簡易な構成で流出させる液体の脈流を生成することができる。
【００３２】
また、吐出バルブ２は、吐出ユニット６において対方性逆止弁を設けたことで、エアポンプ３の動作に応じて、液体Ｌの吸入と吐出とを連続的に行うことができる。また、本実施形態では、対方性逆止弁を、筒体６１内を移動する封止玉６２といった簡易な構成により実現している。また、ポンプ接続口７ａ、７ｂに、空気を透過させ液体を透過させない液止フィルタ８ａ、８ｂを設けたことで、エアポンプ３に液体Ｌが流入することを防止し、定量タンク５ａ、５ｂに吸入される液体Ｌの容量を簡易な構成で設定することができる。
【００３３】
次に、上記実施形態の変形例に係る吐出バルブ２について、図６（ａ）（ｂ）を参照して説明する。上述したように、定量タンク５ａ、５ｂの容量は、液止フィルタ８ａ、８ｂの設置位置と、吐出口５２ａ、５２ｂとの距離や、定量タンク５ａ、５ｂの筒径によって決まる。この変形例における吐出バルブ２は、定量タンク５ａ、５ｂの容量を変更する手段を備える。本変形例では、定量タンク５ａ、５ｂの高さ（筒の長さ）が異なるものを予め複数種、用意したものである。本変形例では、吐出ユニット６や各キャップ部材５３ａ、５３ｂ、７１ａ、７１ｂ等には、上記実施形態と同じものを用い、定量タンク５ａ、５ｂを取り換えるだけで、適宜に容量を変更することができる。
【００３４】
次に、上記実施形態の別の変形例に係る吐出バルブ２について、図７（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。この変形例における吐出バルブ２は、液止フィルタ８ａ、８ｂの設置位置を調整する容量調節機構９を更に備えたものである。具体的には、図７（ｂ）（ｃ）に示すように、接続ノズル７２ａ、７２ｂの外側にネジ９１が形成されており、ポンプ接続口７ａ、７ｂのキャップ部材７１ａ、７１ｂのうち、接続ノズル７２ａ、７２ｂが差し込まれる箇所がネジ９１に対応する形状になっている。液止フィルタ８ａ、８ｂを支持するフィルタ押さえ部９２が、接続ノズル７２ａ、７２ｂと連結されている。そのため、接続ノズル７２ａ、７２ｂを回転させて、フィルタ押さえ部９２及び液止フィルタ８ａ、８ｂの位置を変えることで、定量タンク５ａ、５ｂの容量を変更することができる。この変形例によれば、図５（ａ）（ｂ）で示した変形例よりも、定量タンク５ａ、５ｂの容量を細かく微調整することができる。
【００３５】
なお、本発明は、２つの定量タンク５ａ、５ｂを共通のエアポンプ３に接続し、エアポンプ３の正転時に一方の定量タンク５ａから液体Ｌを吐出し、他方の定量タンク５ｂに液体Ｌに吸入させ、エアポンプ３の逆転時に他方の定量タンク５ｂから液体Ｌを吐出し、一方の定量タンク５ａに液体Ｌに吸入させるように構成されたものであれば、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、対方性逆止弁を、筒体６１内を移動する封止玉６２といった簡易な構成により実現したが、同様の動作を成す対方性逆止弁であれば、任意の構成が採用して得る。。
【符号の説明】
【００３６】
１    吐出ポンプ
２    吐出バルブ
３    エアポンプ
５ａ、５ｂ    定量タンク
５１ａ、５１ｂ    吸入口
５２ａ、５２ｂ    吐出口
５５ａ、５５ｂ    吸入逆止弁
６    吐出ユニット
６１    筒体
６２    封止玉（対方性逆止弁）
７ａ、７ｂ    ポンプ接続口
８ａ、８ｂ液止フィルタ
９    容量調節機構
【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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