(57)【要約】      （修正有）【課題】液体を浄化するための濾過器について、高い液体浄化能力を確保しながらフィルタ交換頻度の少ないものとしてコストパフォーマンスに優れたものとする。【解決手段】フィルタをカートリッジ式に交換可能な状態で内蔵した液体を浄化して送出する濾過器１Ａにおいて、そのフィルタはシート状の濾材が周壁により略管状構造を形成して周壁を外周面側から内周面側に向かって液体が通過することで液体中に分散した汚れ粒子を捕捉するものであって、略管状構造の中心軸線に対し直角な面による断面形状が菊花状となるように濾材を外周面側と内周面側とで逆方向に折り返して周壁の厚さ方向に往復させてなるものであり、上流側の濾過ユニット６Ａが水溶液中で電荷を帯びないフィルタ５２０を内蔵し、下流側の濾過ユニット６Ｂが水溶液中で陽電荷を帯びる陽電荷フィルタであるフィルタ５３０を内蔵しているものとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタをカートリッジ式に交換可能な状態で内蔵した少なくとも２つの濾過ユニットが直列的に連結されてなり導入した液体を浄化して送出する濾過器において、
前記フィルタは、シート状の濾材が周壁により管状構造を形成して前記周壁を外周面側から内周面側に向かって液体が通過することで液体中に分散した汚れ粒子を捕捉するものであって、前記管状構造の中心軸線に対し直角な面による断面形状が菊花状となるように前記濾材を前記外周面側と前記内周面側とで逆方向に折り返して前記周壁の厚さ方向に往復させてなるものであり、最も上流側の前記濾過ユニットが水溶液中で電荷を帯びないフィルタを内蔵し、前記最も上流側の濾過ユニットよりも下流側の前記濾過ユニットが水溶液中で陽電荷を帯びる陽電荷フィルタを内蔵している、ことを特徴とする濾過器。
【請求項２】
前記陽電荷フィルタは、少なくとも汚れ粒子の捕捉部分が直径０．１μｍ以下の無機繊維状物質である無機ナノファイバーで構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載した濾過器。
【請求項３】
前記陽電荷フィルタは、前記無機ナノファイバーがアルミナを主成分とした直径０．０１μｍ以下のものであって、所定の骨格に前記無機ナノファイバーを三次元的な枝状に設けてなるものである、ことを特徴とする請求項２に記載した濾過器。
【請求項４】
少なくとも前記最も上流側の濾過ユニットに内蔵したフィルタは、複数枚の前記シート状の濾材が重ねられたもので構成されている、ことを特徴とする請求項１，２または３に記載した濾過器。
【請求項５】
前記複数枚のシート状の濾材が重ねられてなるフィルタは、平均ポア径が３．５μｍ以下の濾材の層を少なくとも有している、ことを特徴とする請求項４に記載した濾過器。
【請求項６】
前記複数枚のシート状の濾材が重ねられてなるフィルタは、前記濾材同士が重なる部分に複数のホットメルトが互いに間隔を有して設けられたことにより前記濾材間に隙間が形成されている、ことを特徴とする請求項４または５に記載した濾過器。
【請求項７】
前記直列的に連結された濾過ユニットに内蔵された各フィルタは、前記濾過ユニットが上流側から下流側になるのに従い前記濾材の目開きが段階的に小さくなっている、ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６に記載した濾過器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中の汚れ粒子をフィルタで捕捉して液体を浄化するための濾過器に関し、殊に、そのフィルタが水中に分散した油分を捕捉可能であるとともにカートリッジ式に交換可能な濾過器に関する。  
【背景技術】
【０００２】
プレス加工や切削加工などの機械加工で製作される金属部品には、切粉などの固形塵の他に加工に伴う油分が付着している場合が多く、次の工程や出荷の前に洗浄装置で洗浄して油分を中心とした汚れを除去することが行われている。そして、その洗浄装置では洗浄後の汚れた洗浄液を濾過器のフィルタで濾過することで浄化しながら繰り返し使用するのが一般的である。
【０００３】
このように洗浄液中に固形塵と油分を含む場合には、例えば目の細かい濾材からなるフィルタを用いることにより水中で微細なエマルジョン状に分散した油分を捕捉して、フィルタごと固形ゴミとして廃棄または焼却することが考えられる。しかし、目の細かいフィルタは短期間で目詰まりを起こして処理能力が低下することから、頻繁にフィルタの交換作業を要することになるため、メンテナンスに費やす手間とコストが過大なものとなってしまう。
【０００４】
一方、特開平１０−２３０２６０号公報や特開２００５−１５１９６８号公報に記載されているように、フィルタによる濾過層を複数段階設けて下流側になるに従ってフィルタを構成する濾材の目開き（ポア径）を小さくした濾過器も知られている。このように、複数段階の濾過層のうち上流側のもので大径の粒子を捕捉し、下流側のもので小径の粒子を捕捉することにより効率的な捕捉が可能となるため、フィルタの寿命をある程度長くすることができる。
【０００５】
しかしながら、孔径が段階的に異なるフィルタで汚れ粒子を捕捉する場合でも、フィルタの交換頻度を顕著に低減させるためには数多くの濾過層を段階的に設け全体として大きな濾過面積を確保することが必要となる。そのため、イニシャルコストが過大となりやすいことに加え、直列的に多くの濾過層を設けることにより濾過抵抗が大きくなって時間あたりの液体浄化能力が低下することになり、コストパフォーマンスの点で不充分なものとなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２３０２６０号公報
【特許文献２】特開２００５−１５１９６８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、上記のような問題を解決しようとするものであり、液体を浄化するための濾過器について、高い液体浄化能力を確保しながらフィルタ交換頻度の少ないものとして、コストパフォーマンスに優れたものとすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明は、フィルタをカートリッジ式に交換可能な状態で内蔵した少なくとも２つの濾過ユニットが直列的に連結されてなり導入した液体を浄化して送出する濾過器において、そのフィルタは、シート状の濾材が周壁により略管状構造を形成してその周壁を外周面側から内周面側に向かって液体が通過することで液体中に分散した汚れ粒子を捕捉するものであって、その略管状構造の中心軸線に対し直角な面による断面形状が菊花状となるように濾材を外周面側と内周面側とで逆方向に折り返して周壁の厚さ方向に往復させてなるものであり、最も上流側の濾過ユニットが水溶液中で電荷を帯びないフィルタを内蔵し、これよりも下流側の濾過ユニットが水溶液中で陽電荷を帯びる陽電荷フィルタを内蔵している、ことを特徴とする濾過器とした。
【０００９】
このように、濾過ユニットを直列的に複数設けるとともに、そのフィルタを濾材が横断面菊花状のプリーツフィルタとしたことにより、その濾過面積が格段に大きいものとなって濾過抵抗を過剰にすることなくフィルタ寿命の長いものとなり、且つ、上流側のフィルタにおいて通常の濾過作用で汚れ粒子を捕捉した後に、下流側の陽電荷フィルタが陽電荷による電位的な力で吸着しながら汚れ粒子を捕捉するため、通常のフィルタでは捕捉しにくい微細な汚れ粒子も確実に捕捉可能なものとなる。したがって、数多くの濾過層を要することなくメンテナンスの手間とコストを最小限としながら優れた液体浄化能力を発揮することができる。
【００１０】
また、この場合、その陽電荷フィルタは、少なくとも汚れ粒子の捕捉部分が直径０．１μｍ以下の無機繊維状物質である無機ナノファイバーで構成されたことを特徴としたものとすれば、水溶液中で陽電荷を帯びて確実に汚れ粒子の吸着力を発揮するものとなり、この場合、その陽電荷フィルタは、無機ナノファイバーがアルミナを主成分とした直径０．０１μｍ以下のものであって、所定の骨格にこの無機ナノファイバーを三次元的な枝状に設けてなるものとすれば、水溶液中での吸着力に優れることに加え、汚れ粒子の捕捉容量が一層大きいものとなって、詰まりにくく高濾過量を維持しやすいものとなる。
【００１１】
さらに、上述した濾過器において、少なくとも最も上流側の濾過ユニットのフィルタは、複数枚のシート状の濾材が重ねられたもので構成されていることを特徴とするものとすれば、より多量の汚れ粒子を捕捉可能になるとともに一層確実な液体浄化機能を発揮するものとなり、このフィルタが、平均ポア径が３．５μｍ以下の濾材の層を少なくとも有したものとすれば、液体中の微細な汚れ粒子を確実に捕捉しやすいものとなる。
【００１２】
さらにまた、上述した複数枚のシート状の濾材が重ねられてなるフィルタは、濾材同士が重なる部分に複数のホットメルトが互いに間隔を有して設けられたことにより濾材間に隙間を形成していることを特徴としたものとすれば、その隙間部分に汚れ粒子を溜めておくことできるため、汚れ粒子の捕捉容量が一層大きなものとなる。
【００１３】
加えて、上述した濾過器において、直列的に連結された濾過ユニットに内蔵された各フィルタは、濾過ユニットが上流側から下流側になるのに従い濾材の目開きが段階的に小さくなっているものとすれば、各フィルタカートリッジで効率的な濾過を実現しながら一層目詰まりしにくいものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
断面菊花状のフィルタを有した濾過ユニットを直列的に複数配置して、通常の濾過による捕捉を行うフィルタと、主として陽電荷による吸着力による捕捉を行うフィルタとを組み合わせた本発明によると、高い液体浄化能力を確保しながらフィルタ交換頻度の少ないものとして、コストパフォーマンスに優れたものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明における実施の形態である濾過器の簡略化した縦断面図。
【図２】（Ａ）は図１の上流側のフィルタカートリッジの正面図、（Ｂ）は（Ａ）のフィルタカートリッジの縦断面図。
【図３】図２（Ａ）のフィルタカートリッジのＸ−Ｘ線に沿う断面図。
【図４】図１の下流側のフィルタカートリッジの横断面図。
【図５】図１の上流側のフィルタカートリッジの応用例を示す横断面図。
【図６】本発明の実施例における試験用の部品洗浄装置の写真
【図７】右は本発明の実施例において浄化前の洗浄液の写真、左は浄化後の洗浄液の写真。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態である濾過器１Ａの簡略化した縦断面図を示している。この濾過器１Ａは、例えば部品洗浄装置において洗浄に使用して汚れた洗浄液を内部に導入して濾過することにより、洗浄液中に分散した固形塵やエマルジョン状の油分等の汚れ粒子を捕捉し、清浄な状態として送出することにより、洗浄液を繰り返し使用可能とさせる場合を想定したものである。
【００１８】
濾過器１Ａは、２種類の濾過ユニット６Ａ，６Ｂが連結管７で直列的に連結したものであり、各濾過ユニット６Ａ，６Ｂは、上部が開口し内部に空間を形成する円筒状のケーシング６ａ，６ａ内にフィルタカートリッジ５Ａ，５Ｂを各々挿設して、その開口側を蓋部材６ｂ，６ｂで各々塞いでなるものである。
【００１９】
各蓋部材６ｂは内部に空間が形成されており、その側面に導入口６３が開口し、導入口６３の対向側の側面には出口６６が開口しており、且つ、内部空間が隔壁６２で区画されており導入口６３側の空間が導入室６０、出口６６側の空間が出口室６１となっている。
【００２０】
また、濾過ユニット６Ａは、蓋部材６ｂの導入室６０下部側が、ケーシング６ａの内部空間のうちフィルタカートリッジ５Ａの外周空間５０に連通孔６４で連通しており、出口室６１の下部側で蓋部材６ｂの略中央位置に一致する部分が、ケーシング６ａの内部空間のうちフィルタカートリッジ５Ａの中心孔５１に連通孔６５で連通している。これにより、導入口６３から導入室６０に導入した洗浄液は、連通孔６４、外周空間５０、フィルタカートリッジ５Ａの周壁、中心孔５１、連通孔６５、出口室６１を経由して、出口６６から送出されるようになっている。    
【００２１】
また、濾過ユニット６Ａの出口６６から送出された洗浄液は、連結管７を通って下流側の濾過ユニット６Ｂの導入口６３から内部に導入されるが、濾過ユニット６Ｂにおいても濾過ユニット６Ａと同様に、導入口６３から導入室６０に導入した洗浄液が、連通孔６４、外周空間５０、フィルタカートリッジ５Ｂの周壁、中心孔５１、連通孔６５、出口室６１を経由して、出口６６から送出されるようになっている。  
【００２２】
図２（Ａ）は、濾過ユニット６Ａにおいてカートリッジ式に着脱されるフィルタカートリッジ５Ａの拡大した正面図を示しており、図２（Ｂ）はその縦断面図を示している。図に示すように、フィルタカートリッジ５Ａは、シート状の濾材５２１，５２２，５２３により全体として筒状に形成されたフィルタ５２０を備えて全体として筒状とされている。
【００２３】
このフィルタカートリッジ５Ａの外周側及び内周側には、所定の力学的強度を有して所定サイズ以下の個体及び液体が通過可能な網状部材からなる外部カバー５２７、内部カバー５２８が配設されて、その上下側をドーナツ状の蓋材５２５，５２６で封止されており、その筒状の周壁の中心軸線を中心孔５１が貫通してなるものである。
【００２４】
そして、この筒状のフィルタカートリッジ５Ａのうち、筒状のフィルタ５２０を形成するシート状の濾材５２１，５２２，５２３は、水溶液中で電荷を帯びない通常の濾材であるがその構成に特徴があり、図２（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う拡大した断面図及びその拡大部分図（円中）である図３に示すように、そのフィルタ５２０は、シート状の濾材５２１，５２２，５２３が重ねられて三層になっているとともにプリーツ状に形成されてなるものである。
【００２５】
即ち、フィルタ５２０は、所定の厚さを有する周壁の外周面側と内周面側とで逆向きに連続的に折り返されて、周壁の厚さ方向に往復しながら断面形状が全体として菊花状となるように形成されたものであり、シート状の濾材を単に筒状に形成した従来例のフィルタと比べて濾過面積が極めて大きくなっている点を特徴としている。
【００２６】
このように、大きな表面積を有して極めて広い濾過面積とされたフィルタ５２０は、洗浄液中に分散したエマルジョン状の油分や固形塵を、濾過抵抗を過剰にすることなく高効率で捕捉可能となって高い液体浄化能力を発揮するものとなり、且つ、濾材を３重にしたことにより汚れ粒子の捕捉容量（キャパシティ）が極めて大きくなったため、目詰まりしにくくフィルタとしての寿命が極めて長くなっている。
【００２７】
このフィルタ５２０を構成するシート状の濾材５２１，５２２，５２３としては、極細繊維を不織的に絡みあわせたり部分的に結合させたりして目の細かい濾材としてシート状に形成したものを使用することが好ましく、このように作成されて平均ポア径が３．５μｍ以下としたものを使用することにより、極めて微細なエマルジョン状の油分も確実に捕捉できるものとなる。従って、本実施の形態においても、３層の濾材のうち、少なくとも１層において、平均ポア径が３．５μｍ以下の濾材を使用することが推奨される。
【００２８】
図４は、下流側の濾過ユニット６Ｂに内蔵されたフィルタカートリッジ５Ｂを前述と同様にして拡大した横断面図を示している。図３のフィルタカートリッジ５Ａが、濾材の目開きのサイズよりも大きなサイズの汚れ粒子を通過させないことで物理的に捕捉するだけであるのに対し、このフィルタカートリッジ５Ｂは、濾材の目開きのサイズによる捕捉に加え、濾材の汚れ粒子捕捉部分が水溶液中で陽電荷を帯びる素材から構成されていることにより、水溶液中で陰電荷を帯びる汚れ粒子を電位的な力で吸着して捕捉する点を特徴としている。
【００２９】
このように、濾材を構成する素材が水溶液中で陽電荷を帯びる性質を利用したフィルタは、一般に陽電荷フィルタと呼ばれるものであるが、これを使用することで、濾材の目開きのサイズよりも微細な汚れ粒子であっても確実に捕捉できるとともに、その吸着力により捕捉した汚れ粒子が遊離しにくいものとなるため、濾過抵抗を過大にすることなく汚れ粒子が下流側に漏出することを確実に防止できるものとなる。
【００３０】
斯かるフィルタカートリッジ５Ｂにおいても、フィルタ５３０は横断面菊花状とされてその濾過面積を大きくしているが、前述した濾材５２１，５２２，５２３よりも厚手の１枚の濾材から構成されている。図４の拡大部分図である円中を参照して、その濾材は陽電荷を帯びる芯材５３２とその表側と裏側に設けた補強材５３１，５３３からなる点を特徴としている。
【００３１】
補強材５３１，５３３は、通常の濾材と同様に一般的な繊維を不織的に絡み合わせたものであるが、心材５３２はガラス繊維等からなる所定の骨格に直径０．１μｍ以下の無機繊維状物質である無機ナノファイバーを三次元的な枝状に設けてなるものであって、水溶液中で陽電荷を帯びて陰電荷の物質を吸着する性質を有したものを用いる。
【００３２】
尚、この心材５３２の目開きは、無機ナノファイバーで形成されている関係で、フィルタ５２０を構成する濾材５２１，５２２，５２３の目開きよりも小さくなっていることから、上流側のフィルタ５２０を通過した微細な汚れ粒子を目開きのサイズで物理的に捕捉する機能も備えているが、このフィルタ５２０の汚れ粒子捕捉の中心は陽電荷による吸着力によるものである。尚、補強材５３１，５３３の目開きのサイズも同様に濾材５２１，５２２，５２３よりも小さいものとして、段階的に縮小する目開きサイズによる段階的な濾過層を構成するようにして効率的な濾過を実現するようにしてもよい。
【００３３】
また、この陽電荷フィルタとしての機能を発揮するフィルタ５３０は、濾材内部で捕捉対象粒子を三次元的に捕捉するデプスフィルタであって、目が比較的詰まりにくいという特性があり、汚れ粒子の確実な捕捉能を長期間に亘って発揮するとともに濾過抵抗が増大しにくいという特徴を有している。
【００３４】
このように、本実施の形態の濾過器１Ａにおいて、三層に重ねた濾材を横断面形状菊花状にして濾過面積と捕捉容量を大きくしたフィルタ５２０を内蔵した濾過ユニット６Ａを上流に配置し、その下流側に前述した陽電荷フィルタとしての特性を有するフィルタ５３０を備えた濾過ユニット６Ｂを直列的に配置したことにより、上流側のフィルタ５２０で下流側の超高性能のフィルタ５３０の負荷を軽減しながら極めて高い液体浄化能力を確保することができ、濾過抵抗を過大にすることなくフィルタ交換頻度を極めて少ないものとして、メンテナンスに費やす手間と費用を大きく削減することができ、コストパフォーマンスに極めて優れたものとしている。
【００３５】
図５は、図３のフィルタカートリッジ５Ａの応用例としてのフィルタカートリッジ５Ｃを示すものであり、そのフィルタ５４０を構成する三層の濾材５２１，５２２，５２３の間に複数のホットメルト５４１，５４１，５４１，・・・を互いに間隔を有した状態で設けて濾材５２１，５２２，５２３間に隙間を形成させた点を特徴としている。
【００３６】
即ち、濾材５２２における濾材５２１側の表面と濾材５２１における濾材５２２側の表面に、各々、互いに間隔を有するようにホットメルト５４１，５４１，５４１，・・・をドット状にまんべんなく設けて、その突出分だけ濾材間に隙間が生じるようにしたものであり、濾材間に隙間があることで汚れ粒子の捕捉容量が格段に大きくなり、さらにフィルタ寿命を長くすることが可能となる。
【実施例】
【００３７】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。図６は、図１の濾過器１Ａと同様の構成のものを作成して実際に組み込んで作成した、バブル洗浄式の部品洗浄装置の正面写真を示しており、この部品洗浄装置を用いて洗浄に使用した洗浄液の濾過器による油分除去能を検証した。
【００３８】
この部品洗浄装置では、上流側の濾過ユニットに内蔵され横断面菊花状のフィルタを構成する３枚の濾材は、極細繊維を不織的に絡み合わせて各々平均ポア径が３．５μｍ以下としたものを使用しており、下流側の濾過ユニットに内蔵された横断面菊花状の陽電荷フィルタは、ガラスの骨格にアルミナを主成分とする直径約２ｎｍの無機ナノファイバーを三次元的に枝状に設けて水溶液中で電気的にプラスを帯びる特性を有した心材と、その表側と裏側に設けた補強材とからなるフィルタを用いた。
【００３９】
（試験１）図６の部品洗浄装置の洗浄部（最下段）に、Ａ社、Ｂ社、Ｃ社、Ｄ社、Ｅ社、Ｆ社の６種類の油を実験用の金属部品に刷毛で塗布したものを配置し、洗浄液をｐＨ１３．２の強アルカリ性電解水(温度４０℃)として、１０分間浸漬させてバブル洗浄を実施し、洗浄後の汚れた洗浄液を、濾過器（最上段）を通過させて濾過したものについて、ｎーヘキサン抽出量を検査した。
（試験２）プレス工作油（製品名：ＦＢ―４１０、日本工作油製）について上記同様の試験を行い、濾過前の洗浄液と濾過後の洗浄液の外観、及びｎ―ヘキサン抽出量を比較した。
【００４０】
表１は試験１の結果を纏めたものであり、ｎ―ヘキサン抽出量５ｍｇ／リットル以下の場合のみ濾過性ＯＫとした。（表中の粒径は各メーカーの資料を引用したものである）表１に示す通り、Ａ社、Ｂ社、Ｃ社の油をエマルジョン状に含む洗浄液を本発明の濾過器で濾過したことにより、ｎ―ヘキサン抽出量が５ｍｇ／リットル以下となっており、この３種類の油については濾過器として充分な浄化能を発揮していたことが分かった。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
試験２では、図７の写真に示すように、ビーカに入れた濾過前の洗浄液（左）は白濁していたのに対し、濾過後の洗浄液（右）は澄明な状態となっており、また、濾過前のｎーヘキサン抽出量が４３ｍｇ／リットルであったのに対し、濾過後は０．３０ｍｇ／リットルとなっていたことから、充分な液体浄化機能を発揮していたことが分かった。
【００４３】
尚、上述の説明においては、部品洗浄装置における洗浄液中の油分を含む汚れ粒子を除去して浄化する場合を説明したが、本発明の濾過器はこの使用目的に限定されるものではなく、例えば、コンプレッサーにおけるドレン廃液中から油分を含む汚れ粒子を除去する場合にも極めて有用である。
【００４４】
本発明の濾過器をドレン廃液浄化用に実際に導入した例では、ドレン廃液処理量：９６００リットル／年であったのが、導入後はフィルタ交換６回／年のみで済むものとなり、フィルタの寿命も比較的長くなっており、メンテナンスコストを試算したところ、３分の１〜４分の１に低減可能であることが分かった。
【００４５】
以上、述べたように、液体を浄化するための濾過器について、本発明により、高い液体浄化能力を確保しながらフィルタ交換頻度の少ないものとして、コストパフォーマンスに極めて優れたものとなった。
【符号の説明】
【００４６】
１Ａ  濾過器、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  フィルタカートリッジ、６Ａ，６Ｂ  濾過ユニット、６ａ  ケーシング、６ｂ  蓋部材、７  連結管、５１  中心孔、５２０，５３０，５４０  フィルタ、５２１，５２２，５２３  濾材、５４１  ホットメルト
【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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