(57)【要約】【課題】閉弁時にリーク流通路以外からの流体の流出を抑制することができ、しかも閉弁時における微小流量の変更を容易に行うことができるダイヤフラム弁を提供する。【解決手段】流入路１１ａと流出路１１ｂとを形成すると共にその経路中途部に弁室１１ｃを形成した弁箱１１と、弁室１１ｃの底壁に開口する流入路出口縁部を取り巻く厚肉筒体状の弁座補強部材としての弁座カラー１２と、弁座カラー１２から一部が突出するように嵌合保持された樹脂製の弁座１３と、弁座１３の突出部に接近・離反することで閉弁・開弁するダイヤフラム１５と、少なくとも弁座カラー１２を弁室１１ｃの底壁に向けて押圧する押圧部材としてのシートリング１４と、を備えると共に、弁座カラー１２に、流入路１１ａと流出路１１ｂとを連通するリーク流通路２０と、弁室１１ｃの底壁との接触面から突出する環状リブ１２ａと、が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入路と流出路とを形成すると共にその経路中途部に弁室を形成した弁箱と、前記弁室の底壁に開口する流入路出口縁部を取り巻く厚肉筒体状の弁座補強部材と、該弁座補強部材から一部が突出するように嵌合保持された樹脂製の弁座と、該弁座の突出部に接近・離反することで閉弁・開弁するダイヤフラムと、少なくとも前記弁座補強部材を前記弁室の底壁に向けて押圧する押圧部材と、を備えたダイヤフラム弁において、
前記弁座補強部材には、前記流入路と前記流出路とを連通するように内周壁面から外周壁面に貫通するリーク流通路と、前記弁室の底壁との接触面から突出する環状リブと、が形成されていることを特徴とするダイヤフラム弁。
【請求項２】
前記弁座補強部材は、前記弁座よりも機械的強度が強く且つ弾性を有する材質から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム弁。
【請求項３】
前記環状リブは、内外周方向に複数設けた多条リブ構造であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のダイヤフラム弁。
【請求項４】
前記環状リブは、前記押圧部材に形成されて前記弁座補強部材を押圧する押圧部位の押圧方向に対応して形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のダイヤフラム弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や液晶製造装置等の各種製造装置による製品製造時に用いられる各種流体の供給系又は排出系の経路中に配置され、その弁閉時に希望する微小流量の流体を流すリーク弁座構造を備えたダイヤフラム弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平０８−０１４４１５号公報
【特許文献２】特開平１０−０２６２４０号公報
【特許文献３】実開平０５−０５０２５４号公報
【特許文献４】特開平０７−０２７２５３号公報
【０００３】
従来から、半導体や液晶等の各種製品を製造する製造装置では、製造ラインで用いられる超高純度ガスのガス配管系において、パージ用のガス（例えば、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス）を流し続ける場合に、ブリード弁やブロック弁といったダイヤフラム弁が周知である。
【０００４】
図４は、このような半導体製造装置や液晶製造装置等による製造ラインの超高純度ガスのガス配管系の一例を示す（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図４に示したガス配管系において、ガスボンベ１００を交換する際には、ライン中に腐食性ガスが残存した状態でガスボンベ１００を取り外した場合には、その腐食性ガスが大気中の水分と反応し、これがラインやコンポーネント等を腐食させる原因となる。
【０００６】
従って、このような腐食を防止するため、ガスボンベ１００の取り外しの際には、パージ用のガスによる配管系のパージがなされる。
【０００７】
図示例においては、パージ用のガスとして窒素ガスが用いられている。ここで、窒素ガスは、バキュームジェネレータ１４０の真空発生（排気）用のガスとして用いられ、ラインへの封入には用いないものである。そして、上述したパージは、窒素ガスのラインへの封入並びに窒素ガスを用いた真空発生によるラインからの真空排気の繰り返しにより行われる。
【０００８】
尚、図４において、１１１〜１１７はストップ弁、１２１、１２２はニードル弁、１３１〜１３４は逆止弁、１５１、１５２はフィルター、１６１、１６２は圧力ゲージ、１７０は圧力調整器である。
【０００９】
ここで、真空排気時における真空発生源としてバキュームジェネレータ１４０が使用されている。
【００１０】
このバキュームジェネレータ１４０は、ノズルの内部で流体（窒素ガス）の流速が高められ、またノズル出口付近で負圧を発生させて流体を引き込む性質（エゼクター効果）を利用したものである。また、逆止弁１３１、１３２の存在により、窒素ガスを流さなくてもベントラインからライン中に腐食性ガスが逆流することがないものの、バキュームジェネレータ１４０の所までは腐食性ガスが届いてしまう。
【００１１】
このため、バキュームジェネレータ１４０のノズル等に腐食が生じてノズルの詰まりが発生する等のトラブルが発生する虞が生じていた。
【００１２】
そこで、真空排気を行わない場合、つまりストップ弁１１１を閉弁した場合には、ストップ弁１１２を開弁し、ニードル弁１２１を所定の開度で維持することで流量を絞り、バキュームジェネレータ１４０に窒素ガスを常時一定流量流すようにしている。
【００１３】
このように、ガス配管系に一定量の窒素ガスを流通させて、ベントラインからのガスの流入が防止される。
【００１４】
しかしながら、このような複数の弁を用いた構成では、部品点数が多くなってしまい、コストの高騰を招いてしまうという問題が生じていた。
【００１５】
そこで、図５乃至図８に示すように、このようなベントラインからのガス流入防止対策として、閉弁状態にある一次側と二次側とを定流量ガス流通孔で常時連通状態とする技術が知られている（例えば、特許文献１乃至特許文献４参照）。
【００１６】
図５は、このような定流量ガス流通孔を設けたダイヤフラム弁の一例を示し（特許文献１，２参照）、１は流入路１ａと流出路１ｂとを形成すると共にその経路中途部に弁室１ｃを形成した弁箱、２は弁室１ｃの底壁に開口する流入路１ａの出口縁部を取り巻く環状鍔２ａを有する筒状の弁座カラー、３は弁座カラー２の外周に嵌合保持されて弁座カラー２よりも高さを有する弁座、４は弁座３の外周段部に周方向で係合し且つ流出路１ｂと連通する複数の流通穴４ａを複数個等間隔に形成したシートリング、５は弁座３に押圧密着するダイヤフラム、６はダイヤフラム５の上面側外周縁部を支持してその下面外周縁部をシートリング４の外周寄り上面に押圧するダイヤフラム押え、７は弁室１ｃの上方空間を閉成すると共にダイヤフラム押え６を締め付け固定するボンネット、８はボンネット７の中央部を貫通して駆動部９の駆動によってダイヤフラム５の中央部分を弁座３に押圧密着させる押えピースである。
【００１７】
また、弁座カラー２と弁室１ｃとの間には、流入路１ａと流出路１ｂとを連通するためのリーク流通路１０が設けられている。このリーク流通路１０は、図６（Ａ）に示すように、弁座カラー２の下面に加工した溝によって形成されており、図６（Ｂ）に示すように、流入路１ａと流出路１ｂとの間を、リーク流量や加工性を考慮して非直線状に連通している。
【００１８】
また、リーク流通路１０は、例えば、図７に示すように、弁座カラー２を貫通する孔によって形成しても良い。
【００１９】
さらに、図７に示すように、弁座カラー２とシートリング４とを廃止すると共に弁座３を弁箱１に直接保持させて脱落を防止するようにした構成のダイヤフラム弁では、弁座３にリーク流通路１０を形成することが困難となる。
【００２０】
従って、リーク流通路１０は、例えば、流入路１ａと流出路１ｂとを隔絶する壁面に設けた貫通孔として構成される（例えば、特許文献３，４参照）。尚、このような貫通孔方式のリーク流通路１０は、例えば、流入路１ａと弁室１ｃとを隔絶する壁面に設けた貫通孔としても良い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところで、上記の如く構成されたダイヤフラム弁にあっては、リーク流通路１０を弁座カラー２に形成した溝又は貫通孔で構成すると、例えば、高圧流体用のダイヤフラム弁に適用した場合には、閉弁状態の高圧流体によって、弁室１ｃの底壁を構成する弁箱１と弁座カラー２との間に隙間が発生し易く、この隙間から流体が流出路１ｂへと流れ込んでしまい、弁閉時の微小流量が設計流量から逸脱してしまうという問題が生じていた。尚、この隙間の発生は、弁箱１と弁座カラー２との間の表面粗さ等の仕上がり状態によって流出量が変化するため、その漏れを考慮したリーク流通路１０の開口断面積や経路長とすることは困難である。
【００２２】
また、弁箱１に直接貫通孔を形成することでリーク流通路１０を構成した場合には、弁閉時に適正な微小流量を流すためには、リーク流通路１０の直径（開口断面積）を０．５ｍｍ以下にするのが好ましいが、弁箱１の奥まった部位にこのような微小直径の貫通孔を形成するのは困難で、加工性が悪いという問題が生じていた。
【００２３】
また、弁箱１に直接貫通孔を形成することでリーク流通路１０を構成した場合には、ダイヤフラム弁の組立後に閉弁時の微小流量を変更したい場合や、修理時等に閉弁時の微小流量を変更したい場合には、弁箱１自体を交換しなければならないため、部品コストや交換作業コストが大幅に高騰してしまうという問題が生じていた。
【００２４】
本発明は、上記問題を解決するため、閉弁時にリーク流通路以外からの流体の流出を抑制することができ、しかも閉弁時における微小流量の変更を容易に行うことができるダイヤフラム弁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】
【００２５】
その目的を達成するため、請求項１に記載のダイヤフラム弁は、流入路と流出路とを形成すると共にその経路中途部に弁室を形成した弁箱と、前記弁室の底壁に開口する流入路出口縁部を取り巻く厚肉筒体状の弁座補強部材と、該弁座補強部材から一部が突出するように嵌合保持された樹脂製の弁座と、該弁座の突出部に接近・離反することで閉弁・開弁するダイヤフラムと、少なくとも前記弁座補強部材を前記弁室の底壁に向けて押圧する押圧部材と、を備えたダイヤフラム弁において、前記弁座補強部材には、前記流入路と前記流出路とを連通するように内周壁面から外周壁面に貫通するリーク流通路と、前記弁室の底壁との接触面から突出する環状リブと、が形成されていることを特徴とする。
【００２６】
これにより、ダイヤフラム弁は、環状リブの存在により、リーク流通路以外からの流体の流出を抑制することができ、しかも閉弁時における微小流量の変更を容易に行うことができる。
【００２７】
また、請求項２に記載のダイヤフラム弁は、前記弁座補強部材は、前記弁座よりも機械的強度が強く且つ弾性を有する材質から構成されていることを特徴とする。
【００２８】
これにより、弁座の構成材料である樹脂よりも機械的強度の高い材質を用いて弁座補強部材を構成することができるため、高圧流体用で高出力駆動装置を使用した場合であっても弁座補強部材に設けられたリーク流通路が変形して開口面積が変化することを避けることができ、リーク流通路からの流体流出量を容易に安定させることができるばかりでなく、閉弁時の微小流量を設計流量に対して精密に設定することが可能となる。
【００２９】
さらに、請求項３に記載のダイヤフラム弁は、前記環状リブは、内外周方向に複数設けた多条リブ構造であることを特徴とする。
【００３０】
これにより、弁室の底壁と弁座補強部材との密閉性をより一層向上することができる。
【００３１】
しかも、請求項４に記載のダイヤフラム弁は、前記環状リブは、前記押圧部材に形成されて前記弁座補強部材を押圧する押圧部位の押圧方向に対応して形成されていることを特徴とする。
【００３２】
これにより、環状リブへの押圧力を効率良くすることができ、弁室の底壁との密着性をより一層確実なものとすることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明のダイヤフラム弁によれば、閉弁時にリーク流通路以外からの流体の流出を抑制することができ、しかも閉弁時における微小流量の変更を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明のダイヤフラム弁に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３５】
図１は本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁の断面図、図２は本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁の要部の拡大断面図である。
【００３６】
図１及び図２において、本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁は、流入路１１ａと流出路１１ｂとを形成すると共にその経路中途部に弁室１１ｃを形成した弁箱１１と、弁室１１ｃの底壁に開口する流入路出口縁部を取り巻く厚肉筒体状の弁座補強部材としての弁座カラー１２と、弁座カラー１２から一部が突出するように嵌合保持された樹脂製の弁座１３と、弁座１３の突出部に接近・離反することで閉弁・開弁するダイヤフラム１５と、少なくとも弁座カラー１２を弁室１１ｃの底壁に向けて押圧する押圧部材としてのシートリング１４と、を備えると共に、弁座カラー１２に、流入路１１ａと流出路１１ｂとを連通するように内周壁面から外周壁面に貫通するリーク流通路２０と、弁室１１ｃの底壁との接触面から突出する環状リブ１２ａと、が形成されている。
【００３７】
これにより、閉弁時にリーク流通路２０以外からの流体の流出を抑制することができ、しかも閉弁時における微小流量の変更を容易に行うことができる。
【００３８】
具体的には、本発明のダイヤフラム弁は、流入路１１ａと流出路１１ｂとを形成すると共にその経路中途部に弁室１１ｃを形成した弁箱１１と、弁室１１ｃの底壁に開口する流入路１１ａの出口縁部を取り巻く筒状の弁座カラー１２と、弁座カラー１２に嵌合保持されて弁座カラー１２よりも高さを有する弁座１３と、弁座１３の外周段部に周方向で係合し且つ流出路１１ｂと連通する複数の流通穴１４ａを複数個等間隔に形成したシートリング１４と、弁座１３に押圧密着するダイヤフラム１５と、ダイヤフラム１５の上面側外周縁部を支持してその下面外周縁部をシートリング１４の外周寄り上面に押圧するダイヤフラム押え１６と、弁室１１ｃの上方空間を閉成すると共にダイヤフラム押え１６を締め付け固定するボンネット１７と、ボンネット１７の中央部を貫通して駆動部１９の駆動によってダイヤフラム１５の中央部分を弁座１３に押圧密着させる押えピース１８と、を備えている。
【００３９】
弁箱１１は、略円柱形状の本体１１ｄと、本体１１ｄの外壁面から突出して流入路１１ａ及び流出路１１ｂを構成した管体部１１ｅ，１１ｆと、弁室１１ｃの底壁を包囲する外周壁１１ｇと、が一体に形成されている。尚、弁箱１１の材質や大きさ、或いは流入路１１ａ及び流出路１１ｂの開口断面積は、適用される弁本来の機能や流体種類・流体温度等に応じたものが適用される。
【００４０】
弁座カラー１２は、金属あるいは弁座１３よりも機械的強度の高い樹脂材料（例えば、ポリイミドやポリベンゾイミダゾールなど）により厚肉の略円筒体に構成されており、その周壁によって弁室１１ｃの底壁に開口する流入路１１ａの出口縁部を包囲している。また、弁座カラー１２には、ダイヤフラム１５と接触可能となるように図示上面から一部を突出させた状態で弁座１３が埋設されている。さらに、弁座カラー１２には、その下面から弁室１１ｃの底壁に向けて突出したガスケット構造を呈する環状リブ１２ａが一体に形成されている。また、弁座カラー１２には、その内周壁面から外周壁面に貫通するリーク流通路２０が形成されている。尚、環状リブ１２ａは、内周側と外周側といったように、複数設けて多条リブ構造とすることにより、弁室１１ｃの底壁への密閉性をより一層向上することができる。また、弁座カラー１２の材質や厚さ、環状リブ１２ａの突出量や条数、リーク流通路２０の開口断面積や経路長（例えば、Ｖ字型等の経路形状）等は、適用される弁本来の機能や流体種類・流体温度等に応じたものが適用される。
【００４１】
弁座１３は、本実施の形態においては、三フッ化塩化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）等の合成樹脂から構成されている。また、弁座１３は、弁座カラー１２よりも機械的強度に劣り且つ弾性を有する材質から構成されており、ダイヤフラム１５が接触した際の変形に伴う密着性、即ち、閉弁状態の維持が確保されている。尚、弁座１３は、その材質、厚さ、高さ（弁座カラー１２からの突出量）等は、適用される弁本来の機能や流体種類・流体温度等に応じたものが適用される。
【００４２】
シートリング１４はステンレススチールから構成されている。また、シートリング１４は、弁座カラー１２と弁座１３とを一体的に押さえつける環状舌部１４ｂが形成されている。尚、リーク流通路２０は、シートリング１４の下端よりも下方に形成され、且つダイヤフラム１５を弁座１３に接触させた閉弁状態のときに圧縮変形が発生したとしても、シートリング１４によって遮れられない位置に形成されている。この際、弁座カラー１２の圧縮変形は、リーク流通路２０の開口断面積が変わらない程度となるように、押えピース１８の変位量等が設定される。
【００４３】
ダイヤフラム１５は、ニッケル合金等の積層体から構成されており、開弁状態にあるときに抑えピース１８の先端中心側に向かって膨出するように、略ドーム形状に形成されている。尚、ダイヤフラム１５は、その材質や厚さに伴う剛性（変形容易性）や耐久性（腐食性等）等は、適用される弁本来の機能や流体種類・流体温度等に応じたものが適用される。
【００４４】
ダイヤフラム押え１６は、外方に環状の鍔が突出形成された略円筒形状のものが用いられ、その中心開口と同軸上で押さえピース１８が貫通している。また、ダイヤフラム押え１６は、その下端外周寄りに向かう程厚肉とされ、これにより、その下端外周寄りでダイヤフラム１５の外周上面を支持している。
【００４５】
ボンネット１７は、例えば、駆動部１９を固定（支持）しており、弁箱１１の外周壁１１ｇの内壁側に螺着されている。この際、ボンネット１７は、ダイヤフラム押え１６を弁室１１ｃの底壁側に押さえ付け、これにより、ダイヤフラム押え１６がダイヤフラム１５を介してシートリング１４を弁室１１ｃの底壁に押さえ付けている。
【００４６】
押えピース１８には、円柱体が用いられており、駆動部１９に連動又は連結されることによって駆動部１９の駆動を受けて軸線方向に沿って進退動（伸縮）し、その退避位置（収縮位置・上死点）から進出位置（伸張位置・下死点）までのストロークで弁開度を調節可能とすることもできる。
【００４７】
駆動部１９は、例えば、ソレノイド、ピストン、アクチュエータ等の直線運動機構或いは手動操作ダイヤル等を用いることにより、押さえピース１８を軸線方向に沿って進退動させるもので、上死点（図１の状態）にあってダイヤフラム１５と弁座１３とが離間しているときに開弁し、下死点（図２の状態）にあってダイヤフラム１５と弁座１３とが密着しているときに閉弁する。尚、この駆動部１９の機構等は特に限定されるものではない。
【００４８】
上記の構成において、ダイヤフラム１５は、その外周面がダイヤフラム押え１６の外周下面とシートリング１４の外周上面との間で挟持されており、これによりダイヤフラム１５の下面中央部付近が弁座１３に接触・離間して流入路１１ａと流出路１１ｂとの間の通路を開閉する弁体として機能する。
【００４９】
また、ダイヤフラム１５による開閉は、駆動部１９の駆動によって、押さえピース１８を上下移動させて、弁座１３に対するダイヤフラム１５との相対位置を調整することで行われる。
【００５０】
ここで、弁座カラー１２にリーク流通路２０が形成されていることにより、図２に示したダイヤフラム１５による閉弁状態にあっても、リーク流通路２０を介して弁箱１１の流入路１１ａと流出路１１ｂとの間の流路が微量開いた状態となり、流入路１１ａから流出路１１ｂへの流体の流通を確保することができる。
【００５１】
この際、弁室１１ｃの底壁と弁座カラー１２との間は、弁座カラー１２に形成された環状リブ１２ａの存在により、ダイヤフラム押え１６からの締め付け圧接力をシートリング１４を介して弁座カラー１２ａに伝達することによって環状リブ１２ａが弁室１１ｃの底壁に圧接し、隙間の発生を抑制することができる。尚、環状リブ１２ａは、図３に示すように、環状舌部１４ｂの直下に対応して形成すれば、環状リブ１２ａからの押圧を効率良く受けることができ、弁室１１ｃの底壁との密着性をより一層確実なものとすることができる。
【００５２】
また、リーク流通路２０の開口断面積や経路長等を変えることで、流体の流通量を微調整することができる。
【００５３】
この際、リーク流通路２０の開口断面積や経路長等を変えるには、弁座カラー１２そのものを所望の開口断面積や経路長等のリーク流通路２０が形成されたものに交換するだけで良い。
【００５４】
このように、本発明のダイヤフラム弁にあっては、流入路１１ａと流出路１１ｂとを形成すると共にその経路中途部に弁室１１ｃを形成した弁箱１１と、弁室１１ｃの底壁に開口する流入路出口縁部を取り巻く厚肉筒体状の弁座補強部材としての弁座カラー１２と、弁座カラー１２から一部が突出するように嵌合保持された樹脂製の弁座１３と、弁座１３の突出部に接近・離反することで閉弁・開弁するダイヤフラム１５と、少なくとも弁座カラー１２を弁室１１ｃの底壁に向けて押圧する押圧部材としてのシートリング１４と、を備えると共に、弁座カラー１２に、流入路１１ａと流出路１１ｂとを連通するように内周壁面から外周壁面に貫通するリーク流通路２０と、弁室１１ｃの底壁との接触面から突出する環状リブ１２ａと、が形成されていることにより、閉弁時にリーク流通路２０以外からの流体の流出を抑制することができ、しかも閉弁時における微小流量の変更を容易に行うことができる。
【００５５】
この際、弁座１３の構成材料である樹脂よりも機械的強度の高い材質を用いて弁座カラー１２を構成することにより、高圧流体用で高出力駆動装置を使用した場合であっても弁座カラー１２に設けられたリーク流通路２０が変形して開口面積が変化することを避けることができ、リーク流通路２０からの流体流出量を容易に安定させることができるばかりでなく、閉弁時の微小流量を設計流量に対して精密に設定することができる。
【００５６】
また、弁座カラー１２に設けた環状リブ１２ａにより、ダイヤフラム押え１６から伝達された組立時の押し付け力を押圧部材としてのシートリング１４を介して環状リブ１２ａに作用するため、弁室１１ｃの底壁と弁座カラー１２との間の隙間の発生を抑制することができる。
【００５７】
さらに、弁座カラー１２の外周壁面から内周壁面に向かって貫通孔を形成することによりリーク流通路２０を構成することができるため、弁箱１にリーク流通路１０を直接設ける場合に比べて容易に加工することができ、しかも、弁組立後や修理時等における弁閉時の微小流量の変更は弁座カラー１２の交換によって容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁の要部の拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁の変形例の要部の拡大断面図である。
【図４】半導体又は液晶製造ラインにおけるガス配管系の一例の説明図である。
【図５】従来例１のダイヤフラム弁の断面図である。
【図６】従来例１のダイヤフラム弁を示し、（Ａ）は弁座カラーの底面図、（Ｂ）はリーク流通路における流入路及び流出路との関係の説明図である。
【図７】従来例２のダイヤフラム弁の断面図である。
【図８】従来例３のダイヤフラム弁の断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１１…弁箱
１１ａ…流入路
１１ｂ…流出路
１１ｃ…弁室
１２…弁座カラー（弁座補強部材）
１３…弁座
１４…シートリング（押圧部材）
１４ａ…流通穴
１５…ダイヤフラム
１６…ダイヤフラム押え
１７…ボンネット
１８…押えピース
１９…駆動部
２０…リーク流通路
【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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