(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクに連通する吸込み管と真空源に連通する真空下水管との間の連絡部を開閉可能とし、
上記連絡部を開閉する弁体と、弁体と連結されているプランジャを収容する弁作動室と、弁作動室に内蔵されて弁体に閉じ力を付与する閉じ力付与手段と、弁作動室に真空圧を付与して弁体に開き力を付与するコントローラ部とを有して構成される真空弁において、
前記コントローラ部が、
弁作動室に真空通路と大気通路とを切換接続可能とする３方弁と、
タンクの液位に応答して作動する液位検知ダイヤフラムと、
３方弁が真空通路を弁作動室に接続するように３方弁に真空力を付与せしめる圧力制御室と、
圧力制御室内に配設されて該圧力制御室に真空力を導入可能とする検知スイッチと、
液位検知ダイヤフラムにより直接駆動されるとともに、圧力制御室内に挿通されて検知スイッチをオン／オフするプランジャとを有してなり、
前記プランジャが前記検知スイッチをオフして前記圧力制御室への真空力の導入を停止した後、該プランジャが該圧力制御室内の真空力を解除する真空解除通路を開せしめることを特徴とする真空弁。
【請求項２】
前記プランジャが液位検知ダイヤフラム下部大気室と圧力制御室との間の真空解除通路にシールを介して挿通されており、
該プランジャによる検知スイッチのオン時には該プランジャを真空解除通路のシールに当接させて真空解除通路を閉じ、
該プランジャによる検知スイッチのオフ後、液位検知管からの加圧が大気圧になったとき、該プランジャを真空解除通路のシールから離して真空解除通路を開くように構成した請求項１記載の真空弁。
【請求項３】
前記タンクの液位を検知する液位検知管の管端を、前記吸込み管の管端と同レベル又は低めにセットしてなる請求項１又は２記載の真空弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空式下水道システム等に用いて好適な真空弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空式下水道は、特開平3-43527 号公報に記載される如く、家庭や工場等から排出される汚水を自然流下式の汚水流入管から真空弁ユニットの汚水タンクに流入せしめ、汚水タンクに溜った汚水を真空下水管によって集水タンクに集め、その後圧送ポンプによって下水処理場等に送る。
【０００３】
汚水タンクには真空弁が設置され、汚水タンクの底部から立ちあげられていいる吸込管と、真空源に連通している真空下水管との間の連絡部をこの真空弁によって開閉可能としている。そして、汚水タンクの水位が一定以上に上昇したときに、上記真空弁を開き、真空下水管の真空圧を吸込管に及ぼし、汚水タンクの水面に作用して汚水を加圧している大気圧と、吸込管に付与された真空圧との差圧により、汚水タンク内の汚水を真空下水管を介して集水タンクに送るのである。
【０００４】
このとき、真空弁のコントローラ部は、汚水タンクの所定の液位に応答して作動する液位検知ダイヤフラムと、真空弁の開閉を切替える３方弁を有し、液位検知ダイヤフラムの動きでプランジャを介して検知弁を作動させることにより真空下水管から圧力制御室に真空力を導き、この真空力により３方弁を作動させるものとしている。そして、この圧力制御室に導いた真空力はニードル弁により大気解放することとしている。
【０００５】
即ち、従来技術では、液位検知ダイヤフラム下部大気室と圧力制御室とを結ぶバイパス経路を設け、その途中に導通空気量を調整するニードル弁を設けたものが一般的であった。真空弁の作動は、真空圧と大気圧との圧力差をその起動力としており、このバイパス経路を導通する空気は、真空弁が閉作動に移るための必要条件となっており、ニードル弁によって空気量を調節することにより、真空弁の開放時間をコントロールすることを可能にしていた。従来の真空弁においては、吸込み管より吸引する水量が約40リットルとなるように液位検知管の位置を調整し、ニードル弁調整により真空下水管に吸引される汚水と空気の体積比である気液比が３：１となる設定を標準としていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、従来技術には、下記▲１▼、▲２▼の問題点がある。
▲１▼従来のコントロール方法は、真空弁に付与される真空圧が常に一定であると仮定した状態においてニードル弁を調整し、真空弁の開放時間を決定することによって気液比を調整していた。この状態では、真空弁と連通する真空下水管内部の真空圧が、設定時よりも大幅に下がった場合（汚水の吸引力が低下するため、汚水水位低下速度も落ちる）や、短時間に大流量の汚水が流入した場合等では、汚水吸引時にも流入汚水が大量に継続するため、汚水水位低下が遅く、設定時間の真空弁開放時間では空気の吸引が少なくなったり、全く吸わなかったりする場合がある。こうした気液比の低下はシステムを不安定にさせるとともに、ウォーターハンマー等の発生原因ともなる。また、ニードル弁導通孔は非常に小さいため、細かな埃の蓄積や、結露水等の液体付着又は閉塞により、真空弁の開放時間が変化してしまう可能性があるため、定期的なメンテナンスが必要となる。
【０００７】
▲２▼ニードル弁導通孔より流入する外部空気は、検知弁が閉じる前、即ち真空弁が開作動中においても流入するため、圧力制御室内部には常に流入していることとなる。そのため、真空弁に連通している真空下水管内部の真空圧が著しく低下した場合においては、この流入空気による圧力制御室内部の真空圧低下が影響し、真空弁の開作動に異常を来すこともある。
【０００８】
本発明は、真空下水管に吸引される汚水と空気の気液比を良好とするとともに、真空下水管の真空圧が低い状況でも真空弁を正常に開作動可能とすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、タンクに連通する吸込み管と真空源に連通する真空下水管との間の連絡部を開閉可能とし、上記連絡部を開閉する弁体と、弁体と連結されているプランジャを収容する弁作動室と、弁作動室に内蔵されて弁体に閉じ力を付与する閉じ力付与手段と、弁作動室に真空圧を付与して弁体に開き力を付与するコントローラ部とを有して構成される真空弁において、前記コントローラ部が、弁作動室に真空通路と大気通路とを切換接続可能とする３方弁と、タンクの液位に応答して作動する液位検知ダイヤフラムと、３方弁が真空通路を弁作動室に接続するように３方弁に真空力を付与せしめる圧力制御室と、圧力制御室内に配設されて該圧力制御室に真空力を導入可能とする検知スイッチと、液位検知ダイヤフラムにより直接駆動されるとともに、圧力制御室内に挿通されて検知スイッチをオン／オフするプランジャとを有してなり、前記プランジャが前記検知スイッチをオフして前記圧力制御室への真空力の導入を停止した後、該プランジャが該圧力制御室内の真空力を解除する真空解除通路を開せしめるようにしたものである。
【００１０】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において更に、前記プランジャが液位検知ダイヤフラム下部大気室と圧力制御室との間の真空解除通路にシールを介して挿通されており、該プランジャによる検知スイッチのオン時には該プランジャを真空解除通路のシールに当接させて真空解除通路を閉じ、該プランジャによる検知スイッチのオフ後、液位検知管からの加圧が大気圧になったとき、該プランジャを真空解除通路のシールから離して真空解除通路を開くように構成したものである。
【００１１】
請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の本発明において更に、前記タンクの液位を検知する液位検知管の管端を、前記吸込み管の管端と同レベル又は低めにセットしてなるものである。
【００１２】
即ち、本発明によれば下記▲１▼、▲２▼の作用効果がある。
▲１▼プランジャが真空解除通路を閉じている限り、真空弁は開放状態を維持する。液位検知ダイヤフラムに作用する圧力が大気圧になるとき、真空解除通路が開くようになっている。これは液位検知管に液圧がかからなくなったとき（汚水上昇中は液圧が液位検知管内圧力としてダイヤフラムにかかる）であるから、液位が液位検知管端部に達した時点でプランジャが開いた真空解除通路から空気が流入し、真空弁は閉作動する。ここで、液位検知管の管端を、吸込み管の管端と同レベル又は若干低めにセットすることにより、３方弁の切り替わりと真空弁本体の弁体閉作動にかかる時間（常にほぼ一定時間と考えてよい）、必ず空気を吸引することとなる。これにより、真空弁に連通する真空下水管の圧力が設定圧力のときは、汚水と空気の気液比が設定値になることはもちろんであるが、設定圧よりも著しく真空圧の低下があった場合（真空弁作動可能真空圧以上にて）においても、真空弁は必ず空気を吸うため、従来品と比較してウォーターブロックが発生しにくくなる。
【００１３】
▲２▼ニードル弁導通機能をなくすことにより、真空弁開作動中の圧力制御室への外部空気の流入がなくなるため、従来よりも低い真空圧の状況でも真空弁を全開することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は真空式汚水収集装置を示す模式図、図２は真空弁を示す模式図、図３は真空弁のコントローラ部を示す断面図、図４は図３の要部を示す拡大図、図５はプランジャを示す模式図、図６はプランジャによる検知弁オン状態を示す模式図、図７はプランジャによる検知弁オフ状態を示す模式図、図８は真空式汚水収集装置の作動を示す模式図、図９は真空弁の作動原理を示す模式図、図１０は真空弁の作動原理を示す模式図である。
【００１５】
（第１実施例）
真空式汚水収集装置１０は、図１に示す如く、汚水タンク１１に汚水流入管１２を接続しており、タンク１１に連通する吸込み管１３と、真空源に連通する真空下水管１４との間の連絡部を開閉可能とする真空弁１５を有している。
【００１６】
即ち、各家庭等から排出される汚水は、自然流下式の汚水流入管１２からタンク１１に流込む。そして汚水がタンクに溜まると、真空弁１５が開き、タンク１１内の汚水は吸込み管１３から吸込まれる。そして、この汚水は真空弁１５を通って真空下水管１４に吸込まれ、真空ポンプ上の集水タンクに集められ、その後圧送ポンプによって下水処理場等に送られる。
【００１７】
真空弁１５は、図１、図２に示す如く、第１と第２の各ハウジング２１、２２をバンドクランプ２３によって一体化して構成されており、弁体２４と弁作動室２５と、バネ２６と、コントローラ部２７を有して構成されている。
【００１８】
弁体２４は上述の吸込み管１３と真空下水管１４との連絡部を構成する連絡路２８を開閉する。
【００１９】
弁作動室２５はバルブ弁体２４と弁棒２９を介して連結されているカップ状のプランジャ３０をスライド可能に収容する。
【００２０】
バネ２６は弁作動室２５のプランジャ３０より上室に内蔵されて、プランジャ３０にバネ力を及ぼし、弁体２４に閉止力を付与する。尚、弁作動室２５のプランジャ３０より下室は、大気連通管４３がホース４６を介して接続され大気圧になっている。
【００２１】
コントローラ部２７は、タンク１１内の汚水レベルの上昇時に弁作動室２５の上室に真空圧を付与し、上下室の差圧（下室は大気圧）によってプランジャ３０を引上げることにてバルブ弁体２４に開力を付与し、真空弁１５を開状態として吸込み管１３に真空下水管１４を導通せしめる。
【００２２】
コントローラ部２７は以下の如く構成されている。
コントローラ部２７は、図３に示す如く、第１〜第５のシリンダ状のケース５１〜５５を通しボルトで一体化して構成されている。通常第４のケース５４を真空弁１５の第２ハウジング２２にバンドクランプ３６によって一体化される。
【００２３】
コントローラ部２７には、タンク１１に連通する液位検知管３７がホース３８を介して接続される液位検知管接続口５６を有している。液位検知管接続口５６は第１ケース５１に制振防止ダイヤフラム５９を介して接続されている。ダイヤフラム５９には微小な貫通孔が設けられており圧力が伝わるようになっているとともに、ダイヤフラム５９の外周部は固定されておらず、下側からの空気はダイヤフラム５９の周囲も通り抜けるようになっている。
【００２４】
また、コントローラ部２７は、真空下水管１４がホース４１を介して接続される真空圧接続口５７を第３ケース５３に設けている。
【００２５】
また、コントローラ部２７は、大気連通管４３がホース４４を介して接続される大気圧接続口５８を第３ケース５３に設けている。
【００２６】
第１ケース５１と第２ケース５２は液位検知ダイヤフラム６０を介して接続されている。第１ケース５１の上部には液位検知ダイヤフラム６０を手動で変位できるようプランジャ６１、バネ６３、弾性体カバー６２で構成されるプッシュボタンを有している。第２ケース５２にはダイヤフラム６０の下にプランジャ６５が、第３ケース５３に設置した検知弁６８（検知スイッチ）に届くよう設けている。第２ケース５２と第３ケース５３とが形成する圧力制御室としての上部部屋８３に空気の漏洩を生じないようにプランジャ６５の部屋８３への挿通部まわりにはＵパッキンもしくはＯリング等の軸シール６７が設けられている。
【００２７】
検知弁６８は、部屋８３内に配設されてプランジャ６５によりオン／オフせしめられ、該部屋８３内に真空力を導入可能とする。即ち、第３ケース５３は真空圧接続口５７に連通する通路５７Ａを備え、検知弁６８は通路５７Ａの部屋８３への開口（真空口）を開閉可能とするのである。尚、６６はプランジャ６５の戻しバネである。
【００２８】
第４ケース５４と第５ケース５５には弁座７２、７３が設けられ、第４ケース５４の上部部屋８５は大気に通路９２を通じて連通しており、第５ケース５５の下部部屋８７は真空下水管に通路９１を通じて連通している。第４ケース５４下部と第５ケース５５上部で作られる部屋８６は真空弁本体の作動室２５に通路９６を通じて連通している。両者の弁座７２、７３の間に設けた弁体７１は、上下スライドすることにより大気と真空のいずれかを部屋８６に導くよう３方弁としての役割を果たしている。弁体７１は第３ケース５３と第４ケース５４との間に設けた３方弁ダイヤフラム７０に連結され、ダイヤフラム７０の上部には圧縮バネ６９が設けられ第５ケース５５の弁座７３に押付けられている。第３ケース５３には隔壁が設けられているが一部に連通口８８があり、検知弁６８が作動して開になったとき上部部屋８３に付与される真空圧を下部部屋８４に通じるようになっている。
【００２９】
また、図４に示す如く、第３ケース５３の上部部屋８３（圧力制御室）と液位検知ダイヤフラム下部大気室８２との間の、プランジャ６５のための挿通路を真空解除通路６５Ａとしており、プランジャ６５は前述のシール６７を介して真空解除通路６５Ａに挿通されている。このとき、プランジャ６５は、図５に示す如く、先細状もしくは溝付状をなし、(a) プランジャ６５による検知弁６８のオン時にはプランジャ６５を真空解除通路６５Ａのシール６７に当接させて真空解除通路６５Ａを閉じ（図６）、(b) プランジャ６５による検知弁６８のオフ時にはプランジャ６５を真空解除通路６５Ａのシール６７から離して真空解除通路６５Ａを開く（図７）。プランジャ６５はシール６７との接点となる角部にＲ（丸み）をとり、シール６７の耐久性を向上せしめる。
【００３０】
尚、第３ケース５３の上部部屋８３（圧力制御室）の内外を連通する通路９３には真空力解除弁としてのダイヤフラム付きニードル弁７４が設けられており、ニードル弁７４を通って大気が徐々に入ってくるようになっている。但し、本発明では、ニードル弁７４は全閉としてその機能を凍結する。万一、プランジャ６５の真空解除通路６５Ａに異常を生じたとき、ニードル弁７４を開いて強制的にエア８３に空気を導入することを可能とする。
【００３１】
また、真空式汚水収集装置１０にあっては、液位検知管３７の管端位置を吸込み管１３の管端位置と同レベルか若干低めにセットするものとする。
【００３２】
真空式汚水収集装置１０は以下の如く動作する（図８〜図１０）。
▲１▼タンク１１内の汚水の液位が上昇すると、液位検知管３７、ホース３８、制振防止ダイヤフラム５９の微小孔を通じ、液位検知ダイヤフラム上部室８１の空気圧力が上昇し、液位検知ダイヤフラム下部室８２が大気に連通しているため、圧力差を生じた液位検知ダイヤフラム６０を下方に変位させる（図８（Ａ）、図９（Ａ）、（Ｂ））。
【００３３】
▲２▼液位検知ダイヤフラム６０の下部に設けたプランジャ６５がダイヤフラム６０の変位により押されて下方に変位し第３ケース５３の上部部屋８３に設けた検知弁６８を下方に押し下げる（図９（Ｂ））。
【００３４】
▲３▼プランジャ６５がある変位下がる（汚水の液位があるレベル上昇する）と、検知弁６８が反転（オン動作）し、通路５７Ａの真空口を開く（図９（Ｃ））。このとき、プランジャ６５は真空解除通路６５Ａを閉じる（図６）。
【００３５】
▲４▼検知弁６８の開作動により第３ケース室８３、８４が真空になり（図９（Ｄ））、３方弁ダイヤフラム７０の下方室８５が大気に連通していることから圧力差を生じたダイヤフラム７０が上方に引上げられ、これに伴って弁体７１も上昇して第５ケース５５の弁座７３から第４ケース５４の弁座７２に移動し、真空弁本体の作動室２５の上室に通じる部屋８６を真空状態にさせる（図９（Ｅ））。これにより真空弁１５は、作動室２５の上下室の差圧（下室は大気圧）により開状態となり（図９（Ｆ））、タンク内の汚水が真空下水管内１４に排出される（図８（Ｂ）、図１０（Ａ））。
【００３６】
▲５▼タンク内の液体が排出されると、液位の低下とともに液位検知ダイヤフラム６０の加圧が低下して液位検知ダイヤフラム６０が徐々に戻り（図１０（Ｂ）、（Ｃ））、まず反転していた検知弁６８が戻って（オフ動作）通路５７Ａの真空口を閉じ、部屋８３、８４に真空が導入されなくなる（図１０（Ｄ））。
【００３７】
▲６▼タンク内の液体が排出されると、更に液位が低下して汚水面が液位検知管３７の管端にまで下がったとき（図８（Ｃ））、液位検知ダイヤフラム６０の加圧が大気圧となり、プランジャ６５に設けたバネ６６により定常位置に押し戻され、制振防止ダイヤフラム５９の外周端部より空気が直ちに抜ける。
【００３８】
▲７▼プランジャ６５による検知弁６８のオフ動作と同時に、プランジャ６５が真空解除通路６５Ａを開く（図７）。これにより、第３ケース５３の部屋８３は大気状態になり、３方弁ダイヤフラム７０の両側の圧力差がなくなりバネ６９に押されて元の状態に戻り（図１０（Ｅ））、弁体７１も元の第５ケース５５の弁座７３を閉じ（図１０（Ｆ））、真空弁本体の作動室２５に通じる部屋を大気状態にさせる。このとき、通路９２を通じ大気を取り込むが、真空解除通路６５Ａを通じ液位検知ダイヤフラム６０の下部の部屋が減圧状態になり、液位検知ダイヤフラム６０を下方に引きつけようとするが、ダイヤフラム５９が弁座１０１に引きつけられ、弁座１０１の孔を塞ぎ液位検知ダイヤフラム６０の上部部屋８１を密封するため、液位検知ダイヤフラム６０は下方に変位しないため、この下方にあるプランジャ６５を押し下げ、再び検知弁６８を作動させることがなくなる。
【００３９】
▲８▼真空弁１５の作動室２５の上室にコントローラ部２７の大気圧接続口５８、大気弁通管４３を介して大気が流入し、作動室２５の上下室の差圧がなくなり真空弁１５を閉じる（図８（Ｄ）、図１０（Ｇ））。
【００４０】
尚、本発明にあっては、プランジャ６５のバネ６６のバネ定数を適正化する。これはまず、液位検知管位置を従来よりも下げるため、そのままではかなり少ない汚水量にて真空弁１５が作動してしまうことと、従来と異なり開時間を調整できなくなった分、空気吸引時の圧力による吸引空気量に見合う気液比となる汚水量が吸引できる水位にて作動させるようにするため、水位とスイッチとの圧力関係を変えるためにバネ定数を変化させるわけである。吸引汚水量を増やすためにはバネを強化し、少なくするためにはバネを弱くすればよい。このようにプランジャ６５のバネ定数の適正化により汚水量調整をしたユニットにおいては、従来のニードル弁導通孔の閉塞による異常発生が皆無となり、再調整のメンテナンスが不要となる。
【００４１】
以下、本実施例の作用効果について説明する。
▲１▼プランジャ６５が真空解除通路６５Ａを閉じている限り、真空弁１５は開放状態を維持する。液位検知ダイヤフラム６０に作用する圧力が大気圧になるとき、真空解除通路６５Ａが開くようになっている。これは液位検知管３７に液圧がかからなくなったとき（汚水上昇中は液圧が液位検知管３７内圧力としてダイヤフラム６０にかかる）であるから、液位が液位検知管３７端部に達した時点でプランジャ６５が開いた真空解除通路６５Ａから空気が流入し、真空弁１５は閉作動する。ここで、液位検知管３７の管端を、吸込み管１３の管端と同レベル又は若干低めにセットすることにより、３方弁の切り替わりと真空弁１５本体の弁体閉作動にかかる時間（常にほぼ一定時間と考えてよい）、必ず空気を吸引することとなる。これにより、真空弁１５に連通する真空下水管１４の圧力が設定圧力のときは、汚水と空気の気液比が設定値になることはもちろんであるが、設定圧よりも著しく真空圧の低下があった場合（真空弁作動可能真空圧以上にて）においても、真空弁１５は必ず空気を吸うため、従来品と比較してウォーターブロックが発生しにくくなる。
【００４２】
▲２▼ニードル弁導通機能をなくすことにより、真空弁開作動中の圧力制御室（部屋８３）への外部空気の流入がなくなるため、従来よりも低い真空圧の状況でも真空弁１５を全開することが可能となる。
【００４３】
（第２実施例）
前記第１実施例の真空式汚水収集装置１０において、真空弁１５のコントローラ部２７に設けた通路９３、ニードル弁７４を撤去する。前述のプランジャ６５による真空解除通路６５Ａの開閉構造だけで真空弁１５を安定的に開閉動作できるものであり、構造簡素となる。
【００４４】
（第３実施例）
前記第１実施例の真空式汚水収集装置１０において、真空弁１５のコントローラ部２７に真空下水管１４の真空圧を導くホース４１の中間部（逆止弁４１Ａよりコントローラ部２７側）に蓄圧タンクを介在させる点を付加する。これによれば、真空下水管の真空圧が低い場合には、蓄圧タンクの真空圧を真空弁１５の作動源として用いることができ、真空弁の開作動が非常に安定するため、ウォーターブロック等の防止という点では、前述のプランジャ６５による真空解除通路６５Ａの開閉構造との相乗効果でその発生及び回復を従来に比べ著しく改善できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、真空下水管に吸引される汚水と空気の気液比を良好とするとともに、真空下水管の真空圧が低い状況でも真空弁を正常に開作動可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は真空式汚水収集装置を示す模式図である。
【図２】図２は真空弁を示す模式図である。
【図３】図３は真空弁のコントローラ部を示す断面図である。
【図４】図４は図３の要部を示す拡大図である。
【図５】図５はプランジャを示す模式図である。
【図６】図６はプランジャによる検知弁オン状態を示す模式図である。
【図７】図７はプランジャによる検知弁オフ状態を示す模式図である。
【図８】図８は真空式汚水収集装置の作動を示す模式図である。
【図９】図９は真空弁の作動原理を示す模式図である。
【図１０】図１０は真空弁の作動原理を示す模式図である。
【符号の説明】
１１  タンク
１３  吸込み管
１４  真空下水管
１５  真空弁
２４  弁体
２５  弁作動室
２６  閉じ力付与バネ
２７  コントローラ部
６０  液位検知ダイヤフラム
６５  プランジャ
６５Ａ  真空解除通路
６７  シール
６８  検知弁（検知スイッチ）
７１  弁体（３方弁）
８３  部屋（圧力制御室）
【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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