(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下細りの截頭円錐形の内周面、及びこの内周面の小径側に連通する第１の排出口を有する円錐ケーシングと、この円錐ケーシングの大径側に設けられ、該大径側の径以上の径を有し且つ側面に第２の排出口を有する排出ケーシングと、この排出ケーシングに設けられ、被分別物が投入される投入口と、前記円錐形の内周面に沿って気体を噴出する少なくとも一つあるいは複数のノズルとを備え、前記投入口の中心が前記円錐形の内周面の中心線上に実質的に配置され、前記投入口の径が前記排出ケーシングの径の約３分の２以下である渦気流分別装置において、
前記投入口から投入された被分別物を少なくとも３種類以上に分別できるように、前記排出ケーシング及び円錐ケーシングが複数段積み上げられることを特徴とする渦気流分別装置。
【請求項２】
下細りの截頭円錐形の内周面、及びこの内周面の小径側に連通する第１の排出口を有する円錐ケーシングと、この円錐ケーシングの大径側に設けられ、該大径側の径以上の径を有し且つ側面に第２の排出口を有する排出ケーシングと、この排出ケーシングに設けられ、被分別物が投入される投入口と、前記円錐形の内周面に沿って気体を噴出する少なくとも一つあるいは複数のノズルとを備え、前記円錐ケーシングの内側に蓋のある内筒が設けられることを特徴とする渦気流分別装置。
【請求項３】
前記蓋に衝突した被分別物が前記円錐ケーシングの、前記第２の排出口とは反対側に落下するように、前記蓋に傾斜面が形成されることを特徴とする請求項２に記載の渦気流分別装置。
【請求項４】
前記蓋と前記投入口との間の、前記第２の出口側には、前記投入口から投入された被分別物が前記第２の排出口から排出されるのを防止するための壁が設けられることを特徴とする請求項３に記載の渦気流分別装置。
【請求項５】
前記投入口から投入された被分別物を少なくとも３種類以上に分別できるように、前記排出ケーシング及び円錐ケーシングが複数段積み上げられることを特徴とする請求項２から４の何れか１つに記載の渦気流分別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各家庭等から収集された粗大ゴミあるいは建設廃棄物等の産業廃棄物の埋立てあるいは焼却の前処理として、可燃物と不燃物との分離、有価物の抽出等に利用される分別装置に関する。また本発明は、資源化再利用プロセスの前段工程として、有価物や有機物等の分離回収に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
分別装置の原理は、廃棄物の持つ物理的特性及び化学的特性などを利用して又はこれらを組み合わせて使用する例が多い。分別装置の種類としては篩い分け、風力選別、重力選別、静電分離などが挙げられる。
【０００３】
風力選別は空気中での各物質の落下速度、空気抵抗の差により分別する方法で、落下速度は比重のみでなく、廃棄物の形状、寸法により空気から受ける抵抗力がバランスして決まる。この方法は昔から農家の軒下で、稲の収穫時に脱穀作業としてもみがらと米の分離に用いられてきた。風力選別機はこの原理を密閉した容器内で行わせるようにしたもので、空気流としては図９に示すような上向き流の縦型ジグザグ通路式、及び図１０に示すような横向き流の横型などがある。
【０００４】
図９に示す縦型の風力選別機では、下から上に向かって空気流が流れ、空気流の途中から試料が入れられる。空気流の通路をジグザグに形成するのは、試料がまっすぐ下に落ちるのを防止するためである。
【０００５】
図１０に示す横型の風力選別機では、ノズルが落下している試料に横向き流の空気を吹き付け、試料の飛距離で分別する。
【０００６】
また本出願人は新しい風力選別機として、図１１に示すように渦気流を利用した渦気流分別装置３１を提案している（特願平１１−２１２６６０号参照）。この渦気流分別装置は廃棄物を重質分３２（例えば金属、土砂、ガラス等）と軽質分３３（例えば紙、プラスチック、繊維など）とに分離するのに適用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、風力選別機で比較的重い被分別物を分別する場合、例えば建設廃材等の廃棄物にプラスチック板状のチップあるいは木片等が混在し、これらを軽質分として風力選別機で仕分ける場合、次のような問題がある。
【０００８】
縦型の風力選別機にあっては、プラスチック板状のチップあるいは木片等を浮かす終末速度が大きくなり、大風量が必要となる。このため大きな送風機が必要となる他、除塵のための設備も大形となり、設備コスト及び運転コストが膨大となる。また縦型選別機の基本的問題として、被選別物の投入口から空気が流入するが、この流入量が被選別物による投入口のふさぎ方により変動するので、選別精度が悪いという問題がある。この問題を解決するためには、ロータリバルブ又はダブルダンパにてエアロックが必要になる。
【０００９】
横型の風力選別機は上述のように、水平気流により軽量物を遠くへ飛ばして選別する。このため袋状のものは水平気流に乗って遠くへ飛ばされるが、袋の近くにある重量物もこれに巻き込まれて軽量物側に仕分けられるおそれがある。また板状の軽量物は、ノズルにより飛ばされたときの向きによって飛び方がまちまちになり、選別精度が良くないという問題もある。
【００１０】
渦気流を利用した渦気流分別装置は上記２装置に比べてコンパクトである。この装置の主目的である袋、フィルムを缶、プラスチックボトルと分別するのに対しては、円錐ケーシング底部からフィルムを吸引することにより精度良く仕分けることができる（特開２００１−９６２３３）。しかしながら、プラスチック板状のチップあるいは木片等を軽量物として仕分けする場合、上部投入が風量的に有利であるが、投入口から渦気流の空気が噴出すことがある。
【００１１】
そこで本発明は、渦気流を用いた分別装置を基本にして、例えばプラスチック板状のチップあるいは木片等を軽量物として仕分けすることができる渦気流分別装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明者は投入口の径を所定値以下に設定することで、螺旋状の空気流が投入口から噴出しないことを知見した。具体的には請求項１の発明は、下細りの截頭円錐形の内周面、及びこの内周面の小径側に連通する第１の排出口を有する円錐ケーシングと、この円錐ケーシングの大径側に設けられ、該大径側の径以上の径を有し、且つ側面に第２の排出口を有する排出ケーシングと、この排出ケーシングに設けられ、被分別物が投入される投入口と、前記円錐形の内周面に沿って気体を噴出する少なくとも一つあるいは複数のノズルとを備え、前記投入口の中心が前記円錐形の内周面の中心線上に実質的に配置され、前記投入口の径が前記排出ケーシングの径の約３分の２以下である渦気流分別装置において、前記投入口から投入された被分別物を少なくとも３種類以上に分別できるように、前記排出ケーシング及び円錐ケーシングが複数段積み上げられることを特徴とする渦気流分別装置により、上述した課題を解決した。
【００１４】
ノズルに圧縮空気等の気体を吹き込むと、このノズルからチャンバーの内周面に沿って高速の空気が噴出される。この気体は上方へ開いた頂角の効果で上向きの速度成分をもち、結果として螺旋状の流を形成する。分別対象である被分別物は投入口から投入される。このとき投入口の径が排出ケーシングの径に近いと、螺旋状の空気流の一部が投入口から噴出し、投入された被分別物を飛散させることがある。本発明によればこの問題を解決できる。すなわち螺旋状の流れは排出ケーシングの投入口周囲の天面によって投入口から噴き出すのが遮られるので、被分別物中の軽量物が投入口から飛散するのが防止される。このとき流れは排出ケーシングの中心線を中心として旋回し、いいかえれば渦を形成している。このため排出ケーシングの中心線上は負圧になり、したがって排出ケーシングの中心線上に小孔を開けると、ここから外気を吸引する。この径を大きくしていくと、やがては気体が噴出するようになる。投入口の口径は被分別物を投入する目的から大きいほどよい。吸引実験の結果、本発明者は排出ケーシングの径の約３分の２程度までは気体が噴出しないことを確認した。
【００１５】
例えば廃棄物を軽質分の袋、フィルム系と、それ以外の重質分の缶、びん、プラスチックボトル系とに分離する場合、排出ケーシング内を落下する廃棄物のうち流れの影響を受け易い、袋、フィルム等は排出ケーシング内に生じている螺旋状の空気流により上方への浮力と回転による遠心力を受ける。一方嵩比重の大きい缶、びん、プラスチックボトルはこの流れの影響を受けずに自然落下する。また建設廃棄物を金属、土砂、ガラス等の重質分と、それ以外の例えば紙、フィルム、木片等の軽質分とに仕分ける場合は、ノズルから噴出される流れを強くすることにより仕分けることができる。ただしこのときは、プラスチックボトル等は軽質側に排出される。
【００１６】
前記投入口の径が前記排出ケーシングの径の約３分の１以上であり、且つ前記円錐ケーシング上部の径より小さくてもよい。
【００１７】
被分別物の投入し易さを考えると、投入口の径は大きければ大きいほどよい。外気を汚さないためにはやや外部の空気等を吸引する方がよく、このため投入口の径は排出ケーシングの径は約３分の２以下であれば特に問題ないが、排出ケーシングの径の約３分の１程度であるのが望ましい。また投入口の径は円錐ケーシングの大径側の径よりも小さいのが望ましい。
【００１８】
前記投入口の周縁には、被分別物を前記投入口に導くための投入フードが設けられてもよい。これにより投入口の径が小さくなっても被分別物を投入し難くなることがない。
【００２０】
この発明は例えば被分別物を軽質、中質、重質等３種以上に仕分けるためのものである。渦気流分別装置は一般的には軽質と重質の２種類の分別のみが可能である。排出ケーシング及び円錐ケーシングを上下に複数段積み上げ、上段のノズルの噴出し量を下段より少なくすることにより、例えば紙、フィルム等の軽質、木片等の中質、土砂等の重質の３種類の仕分けが可能になる。また上段のノズルの噴出し量を下段のノズルの噴出し量と等しくすると、上段で選別しきれずに落ちてしまった軽質分を下段で再度選別することができるので、例えば軽質、軽質、重質と純度を上げて分別することができる。
【００２１】
ところで渦気流分別装置は、終末速度が遅い（風に浮き易い）袋やフィルムのような軽質物とそれ以外の重質物とを仕分けるのに特に適している。しかしながら上述したように、建設廃棄物等、軽質分側に木片等も仕分ける場合には、大量の流量を必要とする。請求項２はこれを解決するための発明である。一般に建設廃材の残さは破砕、篩選別後であるため細かくなっていることが多い。このため投入口から残さを投入すると、木片等は重力落下にてそのまま重質分の排出口から排出されることがある。この問題を解決するために、請求項２の発明では排出ケーシング内の投入口下部に内筒を設けている。具体的には請求項２の発明は、下細りの截頭円錐形の内周面、及びこの内周面の小径側に連通する第１の排出口を有する円錐ケーシングと、この円錐ケーシングの大径側に設けられ、該大径側の径以上の径を有し、且つ側面に第２の排出口を有する排出ケーシングと、この排出ケーシングに設けられ、被分別物が投入される投入口と、前記円錐形の内周面に沿って気体を噴出する少なくとも一つあるいは複数のノズルとを備え、前記円錐ケーシングの内側に蓋のある内筒が設けられることを特徴とする。
【００２２】
投入された廃棄物は内筒の蓋に衝突し、円錐ケーシングの内周面へ向かって散乱される。軽質物は円錐ケーシングの内周面近傍でノズルから噴出される螺旋状の気体の流れに乗って第２の排出口へ搬送される。このとき円錐ケーシングの内周面と内筒外周面との間はこの螺旋状の気体の流れの通路になる。言い換えれば内筒は螺旋状の流れの通路幅を狭め、流れの速度を速めている。このため小風量で例えば木片、プラッスチック片を軽質側に仕分けることができる。
【００２３】
請求項３の発明は、請求項２に記載の渦気流分別装置において、前記蓋に衝突した被分別物が前記円錐ケーシングの、前記第２の排出口とは反対側に落下するように、前記蓋に傾斜面が形成されることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、蓋に衝突した被粉砕物が四方八方に飛び散り、被粉砕物が分別されることなくそのまま第２の排出口から排出されるのを防止することができ、円錐ケーシング内に一旦落下させることができる。これにより選別純度を向上させることができる。
【００２５】
請求項４の発明は、請求項３に記載の渦気流分別装置において、前記蓋と前記投入口との間の、前記第２の出口側には、前記投入口から投入された被分別物が前記第２の排出口から排出されるのを防止するための壁が設けられることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、投入口から落下途中の被分別物が排出ケーシング内で渦気流により、分別されることなく直接排出されるのを防ぐことができる。
【００２７】
請求項５の発明は、請求項２ないし４いずれかに記載の渦気流分別装置において、上記投入口から投入された被分別物を少なくとも３種類以上に分別できるように、前記排出ケーシング及び円錐ケーシングが複数段積み上げられることを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、例えば被分別物を軽質、中質、重質等３種以上に仕分けることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３は本発明の第１の実施形態における渦気流分別装置を示す。この渦気流分別装置は一般的に破砕装置と組み合わされ、例えば各家庭等から収集されたゴミを袋、フィルム系の軽質分と、缶、ビン、プラスチックボトル系の重質分とに分別したり、建設廃棄物等の産業廃棄物を木片、プラスチック片等の軽質分と、土砂等の重質分とに分別したり、家電廃棄物をプラスチックのかけら等の軽質分と、銅等の金属の塊の重質分とに分別したりするのに用いられる。建設廃材等の産業廃棄物を木片、プラスチック片等と土砂等に分別すると、土砂等のみを埋立て処分することが可能になり、また家電廃棄物をプラスチックと金属とに分別すると、それぞれ再利用することが可能になる。
【００３０】
投入コンベヤ１から渦気流分別装置２に被分別物としてのごみ、建設廃棄物、家電廃棄物等が投入される。袋、フィルム、木片等の軽質物３は軽質物排出ダクト４へ、金属、土砂等重量物５は渦気流分別装置２を通過して下部に配置された重量物搬送コンベヤ６へ分別される。
【００３１】
渦気流分別装置は図２及び図３にも示すように、円錐形の内周面を有する円錐ケーシング７を有する。この円錐ケーシング７は円錐の小径側が下方を向くように配置される。円錐ケーシング７の小径側端部は開放され、重量物排出口１８（請求項中の第１の排出口が対応）が形成される。円錐ケーシング７の内周面には、小径側端部付近の内周面に沿って例えば圧縮空気を噴出するエアーノズル８，８が、例えば２個円周上の対称の位置に設けられる。このエアーノズル８，８は図示しないコンプレサッサ等に接続されている。
【００３２】
円錐ケーシング７の上部（大径側）には排出ケーシング９が設けられる。この排出ケーシング９は、図２に示すように円錐ケーシング７の大径側の直径Ｄ´と等しいかあるいは直径Ｄ´よりも大きい曲率の直径Ｄ（以下単に径Ｄという）を有する。排出ケーシング９の側面には軽量物排出口１９（請求項中の第２の排出口が対応）が設けられる。この軽量物排出口１９は軽質物排出ダクト４に接続される。
【００３３】
排出ケーシング９の上蓋９ａには被分別物が投入される投入口２０が形成される。この投入口２０は略円形状をなし、その中心が円錐ケーシング７の中心線上に実質的に配置される。上蓋９ａの投入口２０の周縁には、被分別物を投入口２０に導くためのテーパ形状の投入フード１０が設けられる。
【００３４】
投入口２０の開口面積、すなわち投入口の直径ｄ（以下単に径ｄという）は極めて重要である。すなわち被分別物の流れからみると大きいほどよいが、大きすぎると投入口２０から空気が噴出し、投入される被分別物を散乱させる。このため一般的には投入フード１０の下部にハッチ（図示せず）を設け、間欠的に処理する所謂バッチ処理が普通である。しかしこの場合、処理量が減る他、複雑な機構が付加されるためコストがアップし、また複雑な機構が故障の原因になる。このため連続投入方式が理想である。本発明者はこの課題に取り組み、投入口２０が小さいとき、この投入口２０から空気が噴出さず逆に吸い込まれる現象を発見した。この現象が発生する投入口の径ｄは排出ケーシング９の上蓋９ａの径Ｄと関連があり、上蓋９ａの径Ｄの約２／３程度までは上方への噴出しが許容される程度に少ないことを実験により確認した。ただし外気を汚さないためにはやや外部空気を吸引する方が良く、上蓋９ａの径Ｄの約１／３程度が望ましい。また円錐ケーシング７内に被分別物を落下させることを考慮すると、投入口２０の径ｄは円錐ケーシング７の上部の径Ｄ´より小でなければならない。円錐ケーシング７上部の径Ｄ´と排出ケーシング９の径Ｄとの関係は、Ｄ´：Ｄが１：１から１：１．３程度が望ましい。
【００３５】
円錐ケーシング７の内側には、蓋１２のある略円筒状の内筒１３が設けられる。蓋１２は投入物が円錐ケーシング７の内壁方向へできるだけ均一に散乱されるように、例えば円錐状あるいはお椀状に形成される。蓋の形状は特に限定されるものではなく、後述するように傾斜面に形成されてもよい。またこの内筒１３は円錐ケーシング７の中心線上に設けられるのが望ましい。
【００３６】
次に本発明の渦気流分別装置２の使用方法を、分別対象として粗大ゴミ、建設廃棄物等を用いる場合について説明する。一般的に破砕装置にて破砕された粗大ゴミ、建設廃棄物等はトロンメル等によりサイズ分けされる。このうち細かい残さ（一般的には１０ｍｍアンダー）は土砂等が主のため埋め立てする場合が多い。しかしながらこの残さには木片、プラスチック片等の可燃物も混在する。埋め立てる場合、混入している可燃物の比率が規制されている。
【００３７】
これらの残さごみは、投入コンベヤ１により投入フード１０から渦気流分別装置２内に投入される。これらは蓋１２に衝突し、円錐ケーシング７の内壁方向へ散乱される。内筒１３と円錐ケーシング７の隙間には、ノズル８から噴出された空気により上方に向かって旋回流が生じている。投入された残さごみのうち軽質物３は、旋回流に乗って軽質物排出ダクト４から排出される。一方重質物はそのまま落下し、円錐ケーシング７と内筒１３の隙間を経由して重量物排出口から重量物搬送コンベヤ６上に排出される。
【００３８】
軽質物３と重質物５との仕分け純度は、ノズル８から噴出する空気の速度、量によって調整できる。例えば軽質物３の純度を上げることは、ノズル８からの空気量を減ずることにより達成される。なおこのとき、重質物５側の純度は低下する。
【００３９】
図４及び図５は、本発明の第２の実施形態における渦気流分別装置２を示す。この渦気流分別装置２では排出ケーシング９及び円錐ケーシング７が上下に２段に積み上げられている。上段側の排出ケーシング９は上記第１の実施形態の排出ケーシンングと同様に上蓋９ａに投入口２０及び投入フード１０を有する。この排出ケーシング９は円錐ケーシング７の大径側の径よりも大きい径を有し、側面に軽量物排出口１９を有する。投入口２０の径は排出ケーシング９の径の約２／３以下に設定される。
【００４０】
上段側の円錐ケーシング７も上記第１の実施形態における円錐ケーシングと同様な構成を有し、円錐形の内周面及びこの内周面の小径側端部近傍に沿って空気を噴出す複数のノズル８，８を有する。上段側の円錐ケーシング７の小径側の中間口２１は下段側の排出ケーシング９に連通する。
【００４１】
下段側の排出ケーシング９はその中間口２１が上段側の円錐ケーシング７のに連通していることを除いて、上段側の排出ケーシング９と同様な構成を有する。
【００４２】
また下段側の円錐ケーシング７は上記第１の実施形態における円錐ケーシングと同様な構成を有し、下部の重量物排出口１８が開放されている。
【００４３】
円錐ケーシング７の内側に設けられる略円筒状の内筒１３は上段側の円錐ケーシングから下段側のケーシングまで渡っている。
【００４４】
この実施形態の渦気流分別装置は、被分別物を軽質、中質、重質等３種以上に仕分けるために用いられる。排出ケーシング９及び円錐ケーシング７を上下に複数段積み上げ、上段のノズル８の噴出し量を下段より少なくすることにより、例えば紙、フィルム等の軽質、木片等の中質、土砂等の重質の３種類の仕分けが可能になる。また上段のノズル８の噴出し量を下段のノズル８の噴出し量と等しくすると、上段で選別しきれずに落ちてしまった軽質分を下段で再度選別することができる。このため例えば軽質、軽質、重質とを純度を上げて分別することもできる。
【００４５】
図６乃至図８は円錐ケーシング７内に設けられる内筒１３の他の例を示す。図６は内筒１３が設置された他の例の水平断面図、図７は図６のＣ−Ｃ断面図、図８は内筒１３の斜視図を示す。この例では、内筒１３の蓋１２に衝突した被分別物が円錐ケーシング７の、排出ケーシング９に形成された軽量物排出口１９とは反対側７ａに落下するように、蓋１２には傾斜面が形成される。この蓋の傾斜面は谷のように形成される。また蓋１２と排出ケーシングの上蓋９ａとの間の、排出ケーシング９に形成された軽量物排出口１９側には、投入口２０から投入された被分別物が軽量物排出口１９から排出されるのを防止するための壁１２ａが設けられる。この壁１２ａは蓋から排出ケーシング９の上蓋９ａに接続される。
【００４６】
蓋１２に傾斜面を形成することで、蓋１２に衝突した被粉砕物が四方八方に飛び散り、被粉砕物が分別されることなくそのまま軽量物排出口１９から排出されるのが防止され、被粉砕物が円錐ケーシング７内に一旦落下される。これにより選別純度を向上させることができる。また蓋１２に壁１２ａを形成することで、投入口２０から落下途中の被分別物が排出ケーシング９内で渦気流により直接排出されるのを防ぐことができる。
【００４７】
なお本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えばノズルから噴出される圧縮空気はコンプレッサから送られなくても、送風機から送られてもよい。このとき送風機は、中圧タイプあるいは高圧タイプの適用が望ましい。また適用する送風機によりノズルの形状を最適化する必要がある。さらにノズルの本数は１本でもよいが、複数本を円周上の対称の位置に配置したほうが望ましい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば渦気流の分別装置において連続投入を可能にし、処理量を大幅に向上することができると共に、渦気流の通路を制限し必要風量を従来に比べ半分以下にすることができた。また上下２段構成にすることにより３種選別を可能にできた。さらに最も普及している縦型風力選別装置に比べて大幅な小型化を実現したため、既存の破砕機の後の搬送プロセスに容易に組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における渦気流分別装置を示す斜視図。
【図２】上記渦気流分別装置の水平方向断面図。
【図３】上記図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態における渦気流分別装置の水平方向断面図。
【図５】上記図４のＥ−Ｅ線断面図。
【図６】内筒の他の例を示す水平方向断面図。
【図７】上記図６のＣ−Ｃ線断面図。
【図８】内筒の他の例を示す斜視図。
【図９】従来の縦型の風力選別機を示す概略図。
【図１０】従来の横型の風力選別機を示す概略図。
【図１１】従来の渦気流分別装置を示す概略図。
【符号の説明】
２…渦気流分別装置
７…円錐ケーシング
８…エアーノズル（ノズル）
９…排出ケーシング
１０…投入フード
２０…投入口
１２…蓋
１３…内筒
１８…重量物排出口（第１の排出口）
１９…軽量物排出口（第２の排出口）
【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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