(57)【要約】【課題】水分排出の性能向上と、ベントアップの抑制効果の向上と、を両立させる押出機の関連技術を提供する。【解決手段】押出機のベント装置において、回転して上流から下流に向けて混練物を押し出すスクリュー２２と、内包する前記スクリュー２２の側面に連通するベント孔３２が開口するシリンダ２１と、前記混練物に含まれる水分を透過させる第１透過層４１及びこの第１透過層４１を支持する支持層４３を少なくとも含むフィルタ部４０と、前記フィルタ部４０の周縁部を前記ベント孔３２の内周面３６からの段差面３５に押し付けて固定する押え部５０と、を備えることを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転して上流から下流に向けて混練物を押し出すスクリューと、
内包する前記スクリューの側面に連通するベント孔が開口するシリンダと、
前記混練物に含まれる水分を透過させる第１透過層及びこの第１透過層を支持する支持層を少なくとも含むフィルタ部と、
前記フィルタ部の周縁部を、前記ベント孔の内周面からの段差面に押し付けて固定する押え部と、を備えることを特徴とする押出機のベント装置。
【請求項２】
前記フィルタ部は、
前記第１透過層の外側に隣接しこの第１透過層よりも大きな平均細孔直径を有する第２透過層を備えることを特徴とする請求項１に記載の押出機のベント装置。
【請求項３】
前記押え部は、
前記フィルタ部の片面に当接する当接板と、
前記ベント孔の開口を覆うように前記シリンダに固定されるカバー面と、
前記当接板及び前記カバー面の間隔を規定する突張棒と、を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の押出機のベント装置。
【請求項４】
複数の前記フィルタ部を保持するとともにスライド動作によりいずれか一つの前記フィルタ部を前記ベント孔に位置させる保持板を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の押出機のベント装置。
【請求項５】
前記押え部は、
密閉された前記ベント孔の内部と外部とを連通する連通孔と、
前記連通孔の流路を絞るバルブと、を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の押出機のベント装置。
【請求項６】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のベント装置を備えた押出機に前記混練物の原料を投入する工程と、
前記スクリューを回転させて前記混練物を上流から下流に向けて押し出す工程と、
前記ベント孔から前記混練物に含まれる水分を透過させる工程と、
脱水された前記混練物を吐出部から取り出す工程と、を含むことを特徴とする押出機による混練方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出機による混練物から水分を除去するベント装置、及び係る押出機による混練物の混練方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、混練物中の揮発成分（主に水分）を排出するために、混練中の混練物から大気に通じるベント孔を押出機の側面に設ける技術が採用されている。
しかし、このベント孔から混練物が盛り上がってくるベントアップ現象が生じると、製品歩留まりの低下、水分排出の効果低減の問題が生じる。
そこで、このベントアップ現象を防止するために、ベント孔の周辺温度を管理する技術（例えば、特許文献１）、及びベント孔の周辺における混練物の流れを修正する案内板を設ける技術（例えば、特許文献２）が公然と知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２４４０９７号公報
【特許文献２】特開平８−９０６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ベント装置において、水分排出の性能を向上（又は維持）させつつ、ベントアップを抑制する為に、対象となる混練物の性状、含有水分量及び操業条件等に応じ、設計又は条件設定の最適化が求められる。
しかし、従来のベント装置においては、設計や条件設定の変更の自由度は小さく、対象となる混練物に最適化した調整を実行することが困難であった。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、混練物の水分排出の性能向上と、ベントアップの抑制効果の向上と、を両立させる押出機の関連技術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】
【０００６】
本発明に係る押出機のベント装置は、回転して上流から下流に向にむけて混練物を押し出すスクリューと、内包する前記スクリューの側面に連通するベント孔が開口するシリンダと、前記混練物に含まれる水分を透過させる第１透過層及びこの第１透過層を支持する支持層を少なくとも含むフィルタ部と、前記フィルタ部の周縁部を、前記ベント孔の内周面からの段差面に押し付けて固定する押え部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、フィルタ部を交換容易な構成にすることにより、対象となる混練物の性状等に最適化したフィルタ部を採用し、水分排出の性能向上と、ベントアップの抑制効果の向上と、を両立させる押出機の関連技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る押出機のベント装置の第１実施形態を示す上面透視図。
【図２】第１実施形態に係る押出機のベント装置のＹ−Ｚ断面図。
【図３】（ａ）第１実施形態に係る押出機のベント装置のＸ−Ｙ断面図、（ｂ）フィルタ部の部分断面図。
【図４】（ａ）第２実施形態に係る押出機のベント装置のＸ−Ｙ断面図、（ｂ）押え部の分解斜視図。
【図５】（ａ）第３実施形態に係る押出機のベント装置のＸ−Ｙ断面図、（ｂ）第３実施形態の変形例。
【図６】（ａ）第４実施形態に係る押出機のベント装置のＹ−Ｚ断面図、（ｂ）Ｘ−Ｙ断面図。
【図７】本発明に係る押出機による混練方法の実施形態を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１のＸ−Ｚ上面図及び図２のＹ−Ｚ断面図に示すように、押出機１０は、最上流から原料を投入するホッパ１２と、複数段の混練部２０と、ベント孔３２が開口するベント装置３０と、最下流で混練体を取り出す吐出部１３と、が連結して構成されている。
混練部２０は、駆動手段１１により軸回転するスクリュー２２と、このスクリュー２２を内包するシリンダ２１とから構成されている。
【００１０】
スクリュー２２は、軸回転するシャフト２３に螺旋状のフライト２４が設けられ、回転して上流から下流に向けて混練物を押し出すものである。
そして、混練物は、この回転するフライト２４の面と、図示略の加熱手段により所定温度に設定されたシリンダ２１の内接面と、からせん断応力を受けて撹拌・混練されることになる。
また、スクリュー２２におけるフライト２４のピッチを変更することにより、混練物に付与される圧力及びせん断応力を変化させることができる。このために、混練条件に応じ、各混練部２０においてそれぞれ最適化したピッチが設定される。
なお、スクリュー２２は、二軸のものが例示されているが、これに限定されるものではなく、一軸のものや、三軸以上のものも取り得る。
【００１１】
ベント装置３０Ａ（３０）は、図３（ａ）のＸ−Ｙ断面図（図１のＡ−Ａ断面）に示されるように、スクリュー２２の配置されるバレル孔３１が、このスクリュー２２の長手方向（Ｚ軸方向）に沿って貫通している。
そして、ベント孔３２が、バレル孔３１の長手方向に直交する方向に貫通し、外側の開口から、シリンダ２１に内包されるスクリュー２２の側面を臨めるように連通した構成となっている。
【００１２】
ベント孔３２を構成するためにシリンダ２１側に設けられた穿孔の内周面３６は、押え部５０Ａが外接するように形成されている。そしてこのベント孔３２には、その内周面３６から内側にせり出した段差面３５が形成されている。
【００１３】
押え部５０は、筒状の本体部分の外周がベント孔３２の内周面３６に外接し、この筒状の上側の一端から延出するフランジが、締結部３４によりシリンダ２１に固定されている。
そして、押え部５０の筒状の下側の先端は、フィルタ部４０の周縁部に当接し、さらに段差面３５に押し付けてこのフィルタ部４０を固定している。
このフィルタ部４０により、ベント孔３２は、大気側に連続する第１空間Ｂ１及びバレル孔３１に連続する第２空間Ｂ２に仕切られることになる。
【００１４】
このように押出機１０が構成されることにより、混練物の原料が所定温度に調整されたシリンダ２１の上流に投入されると、この原料は所定温度で撹拌され、下流に行くにつれて均一化が進行する。
そして、混練物がベント孔３２の開口する位置に到達すると、混練物に付加する圧力が低下するので、混練物中の水分が一気に気化・膨張する。
この気化・膨張した水分は、他の混練物の液体成分及び固形成分も巻き込んで、ベント孔３２の外に飛び出そうとする。
【００１５】
しかし、この液体成分及び固形成分は、フィルタ部４０を透過することができず、さらにフィルタ部４０の剛性に押し返されてシリンダ２１の下流に向かって押し出されることになる。
一方、気化・膨張した水分は、フィルタ部４０を透過して、ベント孔３２から外部に排出されることになる。
これにより、ベントアップを生じさせることなく、混練物中の水分を除去することができる。
【００１６】
フィルタ部４０は、図３（ｂ）の部分断面図に示されるように、水分を透過させる細孔を有する第１透過層４１と、この第１透過層４１よりも平均細孔直径の大きな細孔を有する第２透過層４２と、これら透過層４１，４２を機械的に支持する支持層４３と、これら透過層４１，４２をバレル孔３１から巻き上がる混練物に対して保護する保護層４４と、から構成されている。
【００１７】
このようにフィルタ部４０が構成されることにより、スクリュー２２が回転しているバレル孔３１の近傍にフィルタ部４０を配置することができる。
このために、フィルタ部４０は、加熱された雰囲気にあるために、ベント孔３２の第２空間Ｂ２で気化した水分の大部分は、フィルタ部４０において液体凝集することなくそのまま通過することができる。
【００１８】
そして、フィルタ部４０の下面において、部分的に液体凝集してしまった水分の一部は、毛細管現象により第１透過層４１を厚み方向に移動する。そして、この液体水分が第２透過層４２に到達すると、その細孔の壁面を這い上がって、さらに厚み方向を外側に向かって移動することになる。
これにより、第２透過層４２において、気−液界面が増加して、液体水分の再気化が促進されると、ベント装置３０の内側から外側に向かう水流がフィルタ部４０に形成され、脱水が促進されることになる。
【００１９】
第１透過層４１は、厚みが０．１ｍｍ〜３０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に含まれるものであって、片面から裏面に抜ける多数の貫通細孔の平均細孔直径Ｄは、１μｍ〜１ｍｍ、好ましくは１０μｍ〜１００μｍの範囲に含まれるものである。
【００２０】
このような、多孔性シートの材質としては、繊維を熱・機械的または化学的な作用によって接着または絡み合わせた不織布や、セラミック粉末又は金属粉末の焼結体、金属繊維を編みこんだもの等が挙げられる。
しかし、特にこのような材質に限定されるものではなく、貫通細孔の比表面積Ａ及び全細孔容積Ｖが大きく、かつその表面が親水性を有するものであれば、適宜採用することができる。
【００２１】
そのような、親水性を持たせるためには、細孔の表面官能基として、水酸基（-OH），アミノ基（−NH2）,カルボキシル基（-COOH）,シラノール基（Si-OH）を有するものが挙げられる。
これにより、混練物に含まれる水分は、第１空間Ｂ１から第２空間Ｂ２の方向に向かって、気化したものは第１透過層４１をそのまま通過して、凝集液化したものも毛細管現象により移動する。
【００２２】
ここで、第１透過層４１の厚みが０．１ｍｍ以下であると破損して穴が空きやすくなり耐久性に問題が生じ、また厚みが３０ｍｍ以上であると水分の通過抵抗が大きくなり脱水能力が低下する。
一方、平均細孔直径Ｄは１μｍよりも小さいと水分の通過抵抗が大きくなり、１ｍｍを超えると毛細管現象による吸い上げ力が弱まり脱水能力が低下する。
ここで、平均細孔直径Ｄとは、比表面積Ａ，全細孔容積Ｖとした場合、Ｄ＝４Ｖ／Ａで表される。これは、連続した１本の仮想細孔の高さ（長さ）をＨとすると、Ａ＝１／４・πＤ2Ｈ、Ｖ＝πＤＨの関係から導かれる。
【００２３】
第２透過層４２は、第１透過層４１の外側に隣接している。この第２透過層４２の基本構成は、前記した第１透過層４１と変わらないが、平均細孔直径Ｄが第１透過層４１のものよりも大きく構成されている。
【００２４】
これにより、第１透過層４１に部分的に付着して毛細管現象により厚み方向に移動した液体水は、第２透過層４２との界面の近傍において、界面方向に拡散する。さらに、この界面方向に拡散した液体水は、第２透過層４２の毛細管の壁面を厚み方向に向かって這い上がっていく。
この這い上がった液体水は、第２透過層４２の内部で、第１空間Ｂ１に繋がる空気と微細に混在し、この第１空間Ｂ１に向かって気化していくことになる。なお、気化した状態で、第１透過層４１を通過した水分は、何の障害もなく、第２透過層４２を通過する。このように、第１透過層４１及び第２透過層４２の二層構造を有することにより、第１空間Ｂ１から第２空間Ｂ２の方向に向かう水分の流れが促進される。
【００２５】
支持層４３は、第１透過層４１及び第２透過層４２を支持し、自重及び混練体のベントアップ圧力により変形しないように、これらを補強するものである。さらに、この支持層４３は、気体及び液体の厚み方向への移動を妨げることがないよう、第１空間Ｂ１の側から第２透過層４２（又は第１透過層４１）を臨む開口面積を充分に大きくする。
そのような、支持層４３としては、金属メッシュ、多穴パンチされた金属板等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２６】
保護層４４は、スクリュー２２側のフィルタ部４０の表面を形成するものである。この保護層４４は、気体及び液体の厚み方向への移動を妨げることがないよう、第２空間Ｂ２の側から第１透過層４１を臨む開口面積を充分大きくする。さらに、ベントアップする混練物、及び高速で衝突する水分（蒸気及び液体）に対して変形、磨耗しない程度の強度を有する必要がある。
また、下側に配置される保護層４４が、前記した支持層４３の役割も兼ねて、上側に支持層４３を配置しない場合もある。
【００２７】
また、フィルタ部４０は、このような単純な積層構造であるために、製造コストを低く抑えることができ、ディスポーザブルにすることができる。
さらに、フィルタ部４０は、交換が容易であるために、一回使用したものを洗浄してから再利用することも可能である。
【００２８】
（第２実施形態）
第２実施形態のベント装置３０Ｂ（３０）は、図４（ａ）のＸ−Ｙ断面図に示されるように、第１実施形態のベント装置３０Ａと対比して、フィルタ部４０を固定するための押え部５０Ｂの構成が相違する。
なお、図４に記載されている機能部のうち、図３（ａ）に記載されているものと共通するものについては、同一の符号を付し前記した説明を引用して記載を省略する。
【００２９】
押え部５０Ｂ（５０）は、図４（ｂ）の分解斜視図に示されるように、当接板５１と、突張棒５２と、カバー面５３と、から構成される。
このように構成されることにより、フィルタ部４０は、当接板５１により、その周縁部のみでなく中央部分も押さえられるために、混練物からのベントアップ圧力に対する対抗力が増強される。
【００３０】
当接板５１は、フィルタ部４０の外周に略一致する枠体５１ａと、この枠体５１ａの内側でクロスして突張棒５２の下側の一端に接続する橋絡体５１ｂと、から構成される。
そして、当接板５１は、フィルタ部４０の片面に当接し、枠体５１ａの一部と、ベント孔３２の段差面３５（図４（ａ））と、がフィルタ部４０の周縁部分を狭持する構成となっている。
さらに、枠体５１ａ及び橋絡体５１ｂにより形成される開口からフィルタ部４０が広く臨めるように構成され、水分の通過を妨げないように構成されている。
【００３１】
カバー面５３は、枠体５３ａと橋絡体５３ｂとから構成され、ベント孔３２（図４（ａ））の開口を覆うようにシリンダ２１に固定されている。
枠体５３ａは、締結部３４により、このカバー面５３を、ベント孔３２周縁のシリンダ２１に固定するものである。
そして、橋絡体５３ｂは、この枠体５３ａの内側でクロスして突張棒５２の上側の他端に接続するものである。
【００３２】
ここで、カバー面５３と突張棒５２との接続は、一対の固定ナット５４（図４（ｂ）において一方は図示略）で、カバー面５３を挟持してなされているが、これに限定されるものではない。
さらに、枠体５３ａ及び橋絡体５３ｂにより形成される開口は、外部から第１空間Ｂ１が広く臨めるように構成され、水分及び空気の通過を妨げないように構成されている。
【００３３】
突張棒５２は、当接板５１及びカバー面５３の間隔を規定し、フィルタ部４０の下面に付与する圧力に対して、このフィルタ部４０が動かないように固定するものである。
この突張棒５２は、下側の一端が当接板５１上の固定端となり、上側の他端が自由端となりカバー面５３に貫通して固定ナット５４により固定されている。
なお、突張棒５２の当接板５１及びカバー面５３に対する接続方法は、限定されるものでなく、外力によって当接板５１が動かないような力をカバー面５３から伝達する形態をとっていればよい。
【００３４】
（第３実施形態）
第３実施形態のベント装置３０Ｃは、図５（ａ）のＸ−Ｙ断面図に示されるように、第１実施形態のベント装置３０Ａと対比して、複数のフィルタ部４０Ａ，４０Ｂ（図では二つ）を保持する保持板５５を有し、フィルタ部４０Ａ，４０Ｂを適宜入れ替えてベント孔３２に配置させる構成を有する点が相違する。
なお、図５に記載されている機能部のうち、図３（ａ）に記載されているものと共通するものについては、同一の符号を付し前記した説明を引用して記載を省略する。
【００３５】
保持板５５Ａ（５５）は、押え部５０Ｃ（５０）により固定された複数のフィルタ部４０（４０Ａ，４０Ｂ）を保持するとともに、シリンダ２１に設けられたスライド溝３７Ａに摺接しながら、スクリュー２２の長手方向（Ｚ軸方向）と直交方向に変位する。
これにより保持板５５は、保持する複数のフィルタ部４０（４０Ａ，４０Ｂ）のうちいずれか一つをスライド動作によりベント孔３２に位置させる。
【００３６】
これにより、混練動作が進行中に、保持板５５をスライドさせて、ベント孔３２に対するセッティングを、一方のフィルタ部４０Ａから他方のフィルタ部４０Ｂに変換することができる。
これにより、混練の途中でフィルタ部４０Ａが目詰まりを起こして脱水性能が低下しても、フィルタ部４０Ｂに交換して脱水性能を回復させることができる。さらに、ベント孔３２から外れたフィルタ部４０Ａは、スプレーガン等で圧縮空気を噴出する等して、目詰まりを解消し、短時間で機能回復させることができる。
【００３７】
図５（ｂ）は、第３実施形態の変形例であって、ベント孔３２Ｂが横方向に開口する構成をとり、保持板５５Ｂが天地方向（Ｙ軸方向）に変位する構成となっている。
【００３８】
（第４実施形態）
図６（ａ）のＹ−Ｚ断面図に示されるように、第４実施形態のベント装置３０Ｄは、バルブ５７が設けられるとともに、押出機１０に複数設けられる（単数の場合も取り得る）。
このベント装置３０Ｄ（３０）は、図６（ｂ）のＸ−Ｙ断面図に示されるように、第１実施形態のベント装置３０Ａと対比して、押え部５０Ｄ（５０）の構造が相違している。
なお、図６に記載されている機能部のうち、図２及び図３（ａ）に記載されているものと共通するものについては、同一の符号を付し前記した説明を引用して記載を省略する。
【００３９】
押え部５０Ｄは、ベント孔３２の内部を密閉する構造を有し、この内部と外部とを連通する連通孔５６の流路を絞るバルブ５７、及びベント孔３２の圧力を計測する圧力計５８を有している。
このように構成されることにより、バルブ５７の絞り量を調整することにより、大気圧Ｐ０よりも高圧で脱水処理を行ったり、減圧ポンプ１５を接続して大気圧Ｐ０よりも低圧で脱水処理を行ったりすることができる。
つまり、バレル孔３１の内部は、温度が１００℃以上に設定される場合が通常であるところ、密閉状態においてベント孔３２の内圧Ｐは、設定温度における水の飽和蒸気圧ＰＴ（＞Ｐ０）に等しくなる。
そこで、バルブ５７の絞り量を調整することにより、ベント孔３２の内圧ＰをＰ０からＰＴの間の任意の値に設定することができる。
【００４０】
図６（ａ）における押出機１０は、このベント装置３０Ｄを三段に設置し、最下流のものには、減圧ポンプ１５及びトラップ１４が設けられている。
そして、それぞれに設けられているバルブ５７を調整して、ベント孔３２の内圧（圧力計５８の値）が、上流からＰ１＞Ｐ２＝Ｐ０＞Ｐ３と傾斜するように設定する。この場合、内圧Ｐ２及びＰ３を設定するためのバルブ５７の設定は全開となる。
この内圧Ｐ１のように、大気圧Ｐ０よりも高圧で脱水することが有効なのは、混練体に含有する水分量が多い場合など、混練体内で過激な膨張を防止したい場合等が挙げられる。
【００４１】
図７のフローチャートを参照し、押出機による混練方法の実施形態を説明する。
ます、駆動手段１１を動作させてスクリュー２２を回転させるとともに、図示略の温度制御手段を動作させてシリンダ２１を所定温度に設定する（Ｓ１１）。
次にホッパ１２に原料を投入し（Ｓ１２）、シリンダ２１の内部を上流から下流に向けて押し出しながら加熱混練する（Ｓ１３）。
【００４２】
混練物は加熱により溶融し流動化して原料に含まれる水分も加熱され１００℃を超えるが、混練部２０の内部は密閉されているのでベント装置３０に到達するまで水分は液体状態を維持している（Ｓ１４）。
そして、水分がベント装置３０に到達して（Ｓ１５）、大気圧Ｐ０（図６の場合は、設定された内圧Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）にさらされると一気に気化して膨張し（Ｓ１６）、フィルタ部４０を通過してシリンダ２１の外に排出される（Ｓ１７）。
【００４３】
このときに、加熱されて流動状態にある混練物も、噴出する水蒸気に巻き込まれてベント孔３２から飛び出そうとするが、フィルタ部４０を通過することができず、元のバレル孔３１に押し戻される。これにより、混練物の内部から含有水分のみを有効に除去することができる。
ベント装置３０を通過した混練物は、最下流の吐出部１３から出力されて所定の加工装置（ペレタイザ、金型等）に送られて成型される（Ｓ１８）。
【符号の説明】
【００４４】
１０…押出機，１１…駆動手段，１２…ホッパ，１３…吐出部，１４…トラップ，１５…減圧ポンプ，２０…混練部，２１…シリンダ，２２…スクリュー，２３…シャフト，２４…フライト，３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ…ベント装置，３１…バレル孔，３２，３２Ａ，３２Ｂ…ベント孔，３４…締結部，３５…段差面，３６…内周面，３７Ａ…スライド溝，４０，４０Ａ，４０Ｂ…フィルタ部，４１…第１透過層，４２…第２透過層，４３…支持層，４４…保護層，５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ…押え部，５１…当接板，５１ａ…枠体，５１ｂ…橋絡体，５２…突張棒，５２ｂ…橋絡体，５３…カバー面，５３ａ…枠体，５３ｂ…橋絡体，５４…固定ナット，５５，５５Ａ，５５Ｂ…保持板，５６…連通孔，５７…バルブ，５８…圧力計，Ｂ１…第１空間，Ｂ２…第２空間，Ｐ０…大気圧，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…内圧，ＰＴ…飽和蒸気圧，Ａ…比表面積，Ｄ…平均細孔直径，Ｖ…全細孔容積
【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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