(57)【要約】【課題】小型化が可能なオゾン発生装置を提案することである。【解決手段】オゾン発生装置は、円筒状の気密密閉容器３、当該容器３の内部に設けられた前記第一電極の一例としての筒状の接地電極４、接地電極４の内側で当該電極４と同軸状に設けられた誘電体管５、誘電体管５の内壁上に設けられた第二電極６、給電装置７、高圧碍子９、および高圧電源１０とから構成されている。高圧電極１３は、誘電体管５と第二電極６とからなる。酸素や大気などのオゾン製造用の原料ガスは、気密密閉容器３の原料ガス入口１から供給され、誘電体管５と接地電極管４との間の通路を通過する間に無声放電によりオゾン化され、オゾン化ガス出口２からオゾン処理装置に供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の第一電極、上記第一電極の内側において原料ガスの通路となる空間を介して設けられた筒状の誘電体、上記誘電体の内壁に接して設けられた筒状の第二電極、上記第二電極と電気的に接触する板体、上記板体を上記第二電極に押圧するように作用するバネ体を備えたことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
上記バネ体は、内角が９０度以上である屈曲部を有することを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
【請求項３】
上記板体は、高圧電源に接続される給電子に電気的に結合され、上記板体と上記バネ体と上記給電子とは給電装置として一体的に取り扱いが可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のオゾン発生装置。
【請求項４】
上記給電装置は、複数の上記板体と複数の上記バネ体とを有し、上記給電子は、上記複数のバネ体の一端を固定するバネ体固定部を有することを特徴とする請求項３に記載のオゾン発生装置。
【請求項５】
上記給電装置は、上記第二電極の内面に接触する複数の短冊状の板体と、上記複数の板体のそれぞれと給電子とを接続する複数のバネ体とを含むことを特徴とする請求項３に記載のオゾン発生装置。
【請求項６】
上記バネ体は、棒状または上記板体より細幅の板状であることを特徴とする請求項４に記載のオゾン発生装置。
【請求項７】
上記板体は、母材の表面にメッキ処理を施したものであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のオゾン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオゾン発生装置に関し、特にオゾンにより浄水処理、下水処理、排水処理などを行う上で好適なオゾン発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オゾン発生装置として後記の特許文献１では、誘電体からなる筒状の誘電体電極と、上記誘電体電極の内面に設けられた金属膜と、上記金属膜にその外周面が接触するように設けられると共に、電源に接続された螺旋状の給電子と、上記誘電体電極と所定のギャップ長を保つと共に上記誘電体電極を包囲するように設けられた接地電位の金属電極を備えたものが提案されている。当該オゾン発生装置は、給電子の形状を螺旋状とすることにより、その外周面を誘電体電極の内面に設けられた導電膜に接触させるようにして、給電子と導電膜の接触面積を増やしてオゾン発生効率を向上させるようにしている。
【０００３】
また、後記の特許文献２では、外部電極管と、該外部電極管の内部に複数の内部電極管を空間を形成して配設し、前記空間に酸素を含むガスを供給して、前記外部電極管と前記内部電極管との間の前記空間に放電を生じせしめてオゾンを発生するオゾン発生装置において、直列に複数配設されて外周面が前記外部電極管の内周面と対抗して放電空間を形成する前記内部電極管と、該複数の内部電極管の中心部を軸方向に貫通して設けられた連結棒と、内周部が前記連結棒の外周に固定されると共に外周部が前記複数の内部電極管の内周面にそれぞれ当接され、且つ半径方向に変形可能な弾性材からなる給電用部材と前記連結棒に嵌挿され前記連結棒の軸方向に移動させることによって前記給電用部材を前記各内部電極管の内周面に押し付ける押圧部材とを備えたことを特徴とするオゾン発生装置が提案されている。
【０００４】
さらに、後記の特許文献３では、高電圧ＡＣ電源の第一の端子に接続するようになった管状の外部電極と、該管状の外部電極の内にそれとは間を隔てて位置して放電間隙を形成し閉じた第一の端と開いた第二の端を持つ誘電体管と、該誘電体管の内表面の大部分を被覆する導電性層と、前記誘電体管の開いた第二の端の近くで前記導電性層と接触するように位置し部分的球面部分とそれより延びた円錐部分とを持ち該部分的球面部分が前記誘電体管の内面に対面した凹んだ表面を持つ導電性キャップと、前記部分的球面部分を高電圧ＡＣ電源の第二の端子に接続する手段とを持ち、前記キャップと前記導電性層が内部電極を構成し、前記外部電極と前記内部電極間に電圧が印加されたとき前記放電間隙を通って循環する含酸素気体が無声放電によりオゾンに転化されることを特徴とするオゾン発生装置が提案されている。
【０００５】
ところで、特許文献１のオゾン発生装置では、給電子と導電膜の接触面積を増やすために給電子を螺旋状にしているが、両者間の接触面積を増やすためには螺旋体すなわち給電子と誘電体電極との長さを大きくする必要があり、そのために誘電体電極を誘電体管に挿入する際に長くなる分、挿入が困難という問題点がある。一方、特許文献２および特許文献３の技術では、給電子が給電機能とバネ機能とを併有するものであるので、当該給電子の形成材料として上記両機能に優れた材料を選択使用する必要がある。ところで、オゾン発生装置の需要者が所望する要求事項は区々であって、かかる状況下で上記した両要求事項を満たす材料の選択には限界があるので、上記機能の何れか一方を満足させるために他方の性能の低下をある程度認めざるを得ないのが斯界の実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２４８８４４号公報
【特許文献２】特開２００８−１００８９７号公報
【特許文献３】特開昭５４−６５１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来技術における上述の問題点を解決するためになされたものであって、第二電極との接触面積を大きく且つ良好に接触させることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るオゾン発生装置は、筒状の第一電極、上記第一電極の内側において原料ガスの通路となる空間を介して設けられた筒状の誘電体、上記誘電体の内壁に接して設けられた筒状の第二電極、上記第二電極と電気的に接触する板体、上記板体を上記第二電極に押圧するように作用するバネ体を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るオゾン発生装置は、筒状の第一電極、上記第一電極の内側において原料ガスの通路となる空間を介して設けられた筒状の誘電体、上記誘電体の内壁に接して設けられた筒状の第二電極、上記第二電極と電気的に接触する板体、上記板体を上記第二電極に押圧するように作用するバネ体を備えたものなので、第二電極との接触面積を大きく且つ良好に接触させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、オゾン発生装置の側面構成図である。（実施の形態１）
【図２】図２は、図１の一部拡大図である。
【図３】図３は、給電装置の内部構造図である。
【図４】図４は、給電装置の第二電極内に挿着される前における斜視図である。
【図５】図５は、給電装置の拡大図である。（実施の形態２）
【図６】図６は、給電装置の内部構造図である。
【図７】図７は、給電装置の一部拡大図である。（実施の形態３）
【図８】図８は、給電装置の内部構造図である。
【図９】図９は、バネ体の変形を説明する変形説明図である。
【図１０】図１０は、給電装置の斜視図である。
【図１１】図１１は、給電装置の一部拡大図である。（実施の形態４）
【図１２】図１２は、実施の形態５の説明図である。（実施の形態５）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下において、互いに同一部分は同一符号を付して、説明を省略することがある。
【００１２】
実施の形態１．
図１〜図４は、本発明の実施の形態１を説明するものであって、図１は本発明におけるオゾン発生装置の一例の側面構成図であり、図２は図１の一部拡大図であり、図３は図２を矢印Ａの方向から見た後記する給電装置の内部構造図であり、図４は当該給電装置の後記第二電極６内に挿着される前における斜視図である。
【００１３】
図１において、オゾン発生装置は、円筒状の気密密閉容器３、当該容器３の内部に設けられた前記第一電極の一例としての筒状の接地電極４、接地電極４の内側で当該電極４と同軸状に設けられた誘電体管５、誘電体管５の内壁上に設けられた第二電極６、給電装置７、高圧碍子９、および高圧電源１０とから構成されている。高圧電極１３は、誘電体管５と第二電極６とからなる。酸素や大気などのオゾン製造用の原料ガスは、気密密閉容器３の原料ガス入口１から供給され、誘電体管５と接地電極管４との間の通路を通過する間に無声放電によりオゾン化され、オゾン化ガス出口２からオゾン処理装置（図示せず）に供給される。
【００１４】
誘電体管５は、一端が開口し他端が封鎖された円筒体であって、その内壁上に第二電極６が形成されている。誘電体管５を形成する誘電体としては、斯界で周知されているように高比誘電率を有する材料、例えばガラス、セラミックス、石英、ホーローなどが例示される。第二電極６も斯界で周知されているように、それは例えばニッケル、タングステン、アルミニウム、金、ステンレス・スチールなどの導電性金属材料を蒸着や溶射などの周知の方法で上記誘電体管５の内面上に形成される。第二電極６の厚みは、本発明のオゾン発生装置や給電装置７の規模や稼動電力量により異なるが、一般的には０．１μｍ〜１ｍｍ、好ましくは０．５μｍ〜５０μｍである。
【００１５】
給電装置７は、第二電極６内に挿着される前は、図４に示すように、後記するバネ体１４によるバネ作用により傘を半開きにしたような形状を有しており、第二電極６内に挿着されて図１〜図３に示す状態となる。この給電装置７は、また第二電極６と電気的に接触する板体８、バネ体１４、交流高圧電源１０に接続される給電子１１、およびバネ体固定部１５とから構成されている。板体８は、図４に示すように短冊状の６枚の板体部からなり、当該板体部のそれぞれはバネ体１４の端部と、図４に示すように、上記板体部の略中央裏面で溶接固定されており、各バネ体１４の他端はバネ体固定部１５に固定されている。なお図４では、図の煩雑さを回避するために、一部のバネ体１４の図示を省略している。上記板体部のそれぞれは、第二電極６との接触面積が可及的に大きくなるように、第二電極６の円弧形状に合致する、またはそれに近い円弧を描く形状を有する。第二電極６は、誘電体管５の内面に、金属材料を蒸着や溶射などの方法で厚さ０.１μｍ〜１ｍｍ程度の薄膜状に形成されている。また板体８は、高圧電源に接続される給電子１１に電気的に結合され、板体８とバネ体１４と給電子１１とは給電装置７として一体的に取り扱いが可能となっている。なお板体８としては、上記した機能を奏し得る金属材、あるいは当該金属材を母材とし、その表面にメッキ処理を施したものである。
【００１６】
給電装置７は、第二電極６の内側に挿入設置されて板体８の上記６枚の板体部の外側面が第二電極６の内面と電気的に接触する。給電子１１は、気密容器３内に設置された高圧碍子９を介して交流高圧電源１０に接続されている。給電子１１は、例えばＳＵＳ製の丸棒からなり、バネ体固定部１５には予めバネ体１４の数だけ穴（図示せず）が開けられており、各バネ体１４は各穴内で一端が溶接などによりバネ体固定部１５と接続固定されている。各バネ体１４は、凹状の屈曲部１６を有し、屈曲部１６の図上での左側の部分は、給電子１１の軸とほぼ平行に延在しており、屈曲部１６の図上での右側の部分は板体８の裏面に溶接されている。つまり、屈曲部１６は上記板体に面した側の屈曲部１６の角度（内角）が９０度以上になるように設けられている。
【００１７】
本発明において、バネ体１４は屈曲部１６を有することは必須ではないが、以下に説明する理由からバネ体１４は屈曲部１６を有することが好ましい。即ち、給電装置７が第二電極６の内面に挿入設置されて、板体８に当該板体８と給電子１１の軸との間隔が狭まる方向の押圧が加えられた状態において、いま仮にバネ体１４が屈曲部１６を有しない場合を考えると、板体８とバネ体１４との接続個所において当該両者間の接続角度を減少させる力が働き、この力が板体８を変形させたり、当該両者間の接続を破る方向に作用する。
【００１８】
板体８に当該板体８と給電子１１の軸との間隔が広がる方向の力が加えられた状態においても、負荷の方向は上記とは逆とはなるが、板体８を変形させたり、当該両者間の接続を破る方向に作用することは同様である。かかる状態において屈曲部１６が存在すると、屈曲部１６がクッション作用をなして上記の忌むべき力を少なくとも軽減する機能をなす。なお本発明において、屈曲部１６における屈曲の程度は、上記した機能を奏し得る限り特に制限はないが、屈曲部１６における屈曲角度は、内角が９０度以上、好ましくは１００度〜１７０度であり、また屈曲部１６を設ける個所は、バネ体１４のバネ機能を為す全長をＬ＝２ｃｍとすると、板体８とバネ体１４との接続点から屈曲部１６迄の距離がＬ／１０〜Ｌ／２程度である。
【００１９】
上記した板体８の具体例としては、厚みが０．０５ｍｍ〜１ｍｍ程度であって、例えばＳＵＳなどの金属またはかかる母材金属の上に金属をメッキしたもので形成されたものであって、その長手方向は直線状であるが、長手方向と直交する方向では、第二電極６の内面に沿うように腕曲している。上記のメッキとしては錫などの比較的柔らかい金属が例示される。また板体８は、第二電極６の内部に挿入設置する際に、第二電極６に損傷を与え難いように端面はＲ加工が施されている。すなわち、板体８は第二電極６の内面にフィットすると共に、上記したように、ある程度の板厚を有しているため、バネ体１４から一点で力を受けても面内のほぼ全域に力を伝えることができる。バネ体１４は、棒状や板状などの形状のものであって、板状の場合は例えば板体８より細幅のものであってよく、例えばＳＵＳ、炭素鋼、りん青銅などで形成されており、弾性を有する。
【００２０】
本発明において、板体８とバネ体１４との組み合わせ物に対する要求事項は、電気的導電性と電気的接触度を高めるためのバネ性とであるが、両者を互いに別物として電気的に接続することにより、板体８とバネ体１４の要求事項を区別することが可能となって、各構成材料の選択幅が広くなる工業的利点がある。即ち、板体８への要求事項は主として通常程度の機械的強度と電気的導電性であり、バネ体１４への要求事項は主として通常程度の電気的導電性とバネ性である。また、板体８とバネ体１４を別物とすることにより、複数の板体８間においてもそれらは互いに個別にバネ体１４の圧接力を調整でき、適度な圧接力を与え易い。また、バネ体１４が給電子１１の軸に対して略平行に構成されているので、各板体８が高圧電極１３内面に圧接するような動き、即ち６枚の板体８で構成する仮想円の径を伸縮するような動き、をしたとき、板体８が角度を変えずに平行移動する、即ち図３において、６枚の板体８で構成する仮想円の中心に対して対抗する２枚の板体８が平行のまま上下に動くことができる。
【００２１】
以上のように給電装置７を構成することによって、更に、従来と比較し局所的な給電に起因する第二電極６の劣化を防ぐことが可能となるため、長期間運転時のオゾン発生効率の安定性を確保できる。それに加えて、分割した板体８はそれぞれがバネ体１４によって支持されており、板体８とバネ体１４とは互いに別の材質を選べる構造としたので、高圧電極管内部の第二電極６と接触する板体８は、それぞれ独立にバネ体１４により圧接力を調整でき、適度な圧接力を与え易い。
【００２２】
また板体８は、バネ体固定部１５に固定されているバネ体１４により水平度を調節できる構造となっているので、即ちかさ型に開いている板体８の端部を上から押さえつけることによって、バネ体１４が圧接され、水平度が調節できるので、板体８の角度を平行に保ったまま板体８の開き具合を調節することが可能である。さらに、バネ体固定部１５によってバネ体１４が固定されているので、板体８を給電子１１に直接固定する構造に比べて、個々のバネ体１４における屈曲部１６の設置位置、屈曲の程度、屈接の向き方向などを独立に調整することが可能である。なお図１において、給電装置７および高圧電極１３の片端部は、接地電極管４の図上での左端面より外側に配置されているが、かく配置することにより、接地電極管４の両端間距離を短くし得て、給電装置７および高圧電極１３の建設材料費削減が可能となる。
【００２３】
さらに板体８の表面に錫メッキが施されている場合は、錫はＳＵＳに比べて比較的柔らかい金属であるため、第二電極６の表面とのコンタクト性が向上する。また上記においては、板体８の表面のメッキとして錫メッキを用いた例を示したが、板体８と錫メッキの間の中間層としてニッケルメッキを施した構造も良い。この場合は、ＳＵＳ表面へのメッキが困難なため、中間層を挟むことでメインのメッキである錫メッキを施しやすくする効果がある。さらに給電子１１の材質をりん青銅や鉄、銅などの金属にし、その表面に上記のニッケルメッキを中間層として行い、その上にメインの錫メッキを施す方法でもよい。この場合は給電子１１の材質を良導電性のものとすることで給電子１１自身の導電性を向上させ、第二電極６への給電性能をよりよくする。さらに給電子１１の金属表面に例えば亜鉛やインジウムのような金属をメッキしてもよい。この場合は、メッキを行う金属が酸化されても導電性を示す金属であるので、酸化しても導電性が低下せず、第二電極６への給電を長時間継続させる。
【００２４】
実施の形態２．
図５および図６は、本発明の実施の形態２を説明するものであって、図５は前記実施の形態１における前記図２に対応する給電装置７の拡大図であり、図６は図５を矢印Ａの方向から見た給電装置７の内部構造図である。
【００２５】
前記実施の形態１では、板体８を支持するバネ体１４として棒状物を用いたが、実施の形態２ではバネ体１４として断面が図５、図６に示すように、板体８の幅より狭いが板状部材により構成し、且当該板状のバネ体１４を、実施の形態１で採用されたバネ体固定部１５を用いることなく、給電子１１の一端に直接固定している。バネ体１４として板状のバネ体１４を使用したため、それらを給電子１１に固定するとき、バネ体１４の屈曲方向が特定し易くなって給電子１１にバネ体１４を結合する作業が容易となる。さらに、給電子１１として中空のパイプを採用すると、バネ体１４と給電子１１との接合は、スポット溶接により行うことが可能となる。以上のような構成とすることにより、バネ体固定部１５省略できるという効果がある。また、安価なスポット溶接が可能となる。
【００２６】
実施の形態３．
図７〜図１０は、本発明の実施の形態３を説明するものであって、図７は前記図２や図５に対応して、前記図１の給電装置７と類似する他の給電装置７の一部拡大図であり、図８は図７を矢印Ｃの方向から見た給電装置の内部構造図であり、図９はバネ体１４の変形を説明する変形説明図であり、図１０は給電装置７の斜視図である。
【００２７】
実施の形態３における給電装置７は、断面が６角形の６角形部分１１ａを有する給電子１１、６本のバネ体１４、および６枚の板体８から構成されている。６本のバネ体１４は、図９および図１０に示すように６角形部分１１ａの６面上に分散して設置固定されている。６枚の板体８は、上記６角形部分１１ａを囲むように６本のバネ体１４を介して６角形部分１１ａに結合されている。なお、６枚の板体８は実施の形態１におけるそれらと異なって、第二電極６内に装着される前でも図１０に示すように給電子１１の軸に対して平行または平行に近い状態で６角形部分１１ａの６面上にバネ体１４を介して結合されている。なお図１０では、図の煩雑さを回避するために、一部のバネ体１４の図示を省略している。
【００２８】
いま、６本のバネ体１４のうちで図１０では１４ａとして示すバネ体１４に着目して、その形状、６角形部分１１ａの表面での取り付け構造、およびバネ機構に就き図９および図１０により説明する。バネ体１４ａは、実施の形態２におけるそれらと同様に細幅のベルト状物であって、図９に示すように、その両端部Ｆ１、Ｆ２（図１０では片端部のみが見えている。）、中央部Ｇ、および傾斜部Ｈ１、Ｈ２の３部分からなっている。両端部Ｆ１、Ｆ２は、６角形部分１１ａの６表面中の１表面上に各３個の小ビスにより固定されており、中央部Ｇは、図７および図８に示す状態で板体８の内面を押し圧する状態で当該内面に溶接されており、傾斜部Ｈ１、Ｈ２は両端部Ｆ１、Ｆ２と中央部Ｇとの間にあって、図９に示すように傾斜している。バネ体１４ａの中央部Ｇは、バネ体１４ａのバネ特性と傾斜部Ｈ１、Ｈ２の存在とにより、外力により矢印Ｅの方向に伸縮可能であって、上記したように板体８の内面を押し圧する機能をなす。１４ａ以外の残る５本のバネ体１４も同様である。
【００２９】
実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４を説明するものであって、前記図１の給電装置７と類似するさらに他の給電装置７の一部拡大図である。実施の形態４における６枚の板体８のそれぞれは、常態において、図１１に示すように、板体８の両端に向かって給電子１１の軸との間隔が漸次大きくなるように全体が僅かに反っていることにおいて前記実施の形態３における板体８と異なる。常態においてかかる反りがあると、軸と平行な面を有する第二電極６内に実施の形態４の給電装置７を装着した状態では、板体８の外面が軸と平行と成るように変形するので、板体８と前記第二電極６との密着性が向上する効果がある。上記の反りの程度は特に制限はないが、要は第二電極６内に無理なく装着可能であって密着性の向上が得られればよく、例えば板体８の全長が５ｃｍである場合で板体８の中間と端部との高低差にして０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【００３０】
実施の形態５．
図１２は、本発明の実施の形態５の説明図である。実施の形態５では、気密密閉容器３の両側面から２体の高圧電極１３が、各高圧電極１３の誘電体管５の閉じられた先端同士が突き合う状態で設置されている点において前記実施の形態１〜４と異なる。この様な構造では、ガス下流側（図１２では右側）の給電装置は常にオゾンにさらされる。そのため通常の第二電極６の劣化にオゾンの影響が加わり、第二電極６の劣化は更に加速する。そのため、板体８の存在により第二電極６に点接触による負担がないため、即ち点接触した場所に集中して電流が流れるため、安定的に給電が続けることが可能となる。なお実施の形態５で用いる板体８を有する給電子１１の材質としては、延性と展性に富んで且つ耐オゾン性を有する金属若しくは合金、例えばＳＵＳなどの金属を用いるか，あるいはＳＵＳなどの金属の上に錫などの比較的柔らかい金属をメッキしたものを用い、給電子１１の材質は前記の如く高い弾性体で且つ耐オゾン性のある金属若しくは合金類を用いることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、オゾン製造の分野において利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００３２】
１：原料ガス入口
２：オゾン化ガス出口
３：気密密閉容器
４：接地電極管
５：誘電体管
６：第二電極
７：給電装置
８：板体
９：高圧碍子
１０：交流高圧電源
１１：給電子
１３：高圧電極
１４：バネ体
１５：バネ体固定部
１６：屈曲部
【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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【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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