(57)【要約】【課題】ナノサイズでかつ、摩擦係数の非常に小さいフッ素樹脂粒子を提供する。【解決手段】フッ素樹脂を溶媒に懸濁させた液を吐出しつつ、当該吐出流を過熱蒸気により破砕し、微細化することにより、平均粒径が、１０〜３００ｎｍであり、摩擦係数が０．０４未満であるフッ素樹脂粒子が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径が、１０〜３００ｎｍであり、摩擦係数が０．０４未満であることを特徴とする、フッ素樹脂粒子。
【請求項２】
フッ素樹脂を溶媒に懸濁させた液を吐出しつつ、当該吐出流を過熱蒸気により破砕し、微細化することにより製造される、請求項１に記載のフッ素樹脂粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦係数の低いフッ素樹脂粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
フッ素樹脂は、一般に、耐薬品性、非粘着性、低摩擦特性を有することから、さまざまな用途に使用されている。フッ素樹脂を微粒化できれば、さらなる用途開発が期待できる。
【０００３】
フッ素樹脂粒子として、例えば、モノマー混合液に電離性放射線を照射しモノマーを重合することにより得られたポリテトラフルオロエチレン微粉末（特許文献１）、コロイド状ポリテトラフルオロエチレン水性分散体を、凝析、乾燥することによって得られる未焼成ポリテトラフルオロエチレンを、フッ素ラジカル源と反応させることによって製造されたポリテトラフルオロエチレン（特許文献２）が知られている。
【０００４】
しかし、特許文献１では、電離性放射線を照射する必要があり、特許文献２では、複数の工程が必要であり、いずれも操作が煩雑である。また、特許文献１の方法で得られる微粉末は、平均粒径が０．５μｍ程度、特許文献２の方法で得られる微粉末は、１〜３０μｍの平均粒径であり、微粒化が不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０２６６１４号公報
【特許文献２】特開平１０−１４７６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、ナノサイズでかつ、摩擦係数の非常に小さいフッ素樹脂粒子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、鋭意研究を行った結果、ナノサイズでかつ、摩擦係数の非常に小さいフッ素系ポリマー微粒子を調製することができることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、請求項１の発明は、平均粒径が、１０〜３００ｎｍであり、摩擦係数が０．０４未満であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、フッ素樹脂を溶媒に懸濁させた液を吐出しつつ、当該吐出流を過熱蒸気により破砕し、微細化することにより製造されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る微粒子は、ナノサイズでかつ、摩擦係数が非常に小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明にかかる微粒子の製造方法を実施するための好適な製造装置１００を示すブロック図である。
【図２】図２は、製造装置１００におけるノズル１６０を説明する図であり、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）はその断面図である。
【図３】図３は、製造装置１００におけるノズル１６０を説明するための正面図である。
【図４】図４は、製造装置１００における制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施例で得られたポリテトラフルオロエチレン粒子のＳＥＭ画像である。
【図６】図６は、ミキサーで処理する前のポリテトラフルオロエチレンのＳＥＭ画像である。
【図７】図７は、実施例で得られたポリテトラフルオロエチレン粒子の摩擦係数の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を、実施形態に即して詳細に説明する。
【００１３】
本実施形態に係るフッ素樹脂粒子において、フッ素樹脂としては、特に制限されないが、具体的には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、エチレン・四フッ化エチレン共重合体等が挙げられる。好ましくは、ポリテトラフルオロエチレンである。これらのフッ素樹脂は通常公知の重合方法により製造できる。例えば、ポリテトラフルオロエチレンであれば、テトラフルオロエチレンの付加重合により製造できる。
【００１４】
本実施形態に係るフッ素樹脂粒子の平均粒径は、１０〜３００ｎｍ、好ましくは２０〜２００ｎｍ、より好ましくは５０〜１００ｎｍである。また、一次粒径は、１０〜２００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍである。また、本実施形態に係るフッ素樹脂粒子の摩擦係数は０．０４未満、好ましくは０．０１未満、より好ましくは０．００８未満である。
【００１５】
本実施形態に係るフッ素系樹脂粒子の融点は、特に制限されないが、３１０〜３４０℃、好ましくは３２０〜３３０℃である。なお、融点はＤＳＣで測定したものである。
【００１６】
本実施形態に係るフッ素系樹脂の数平均分子量は、特に制限されないが、５０万〜３０００万が好ましい。
【００１７】
本実施形態に係るフッ素樹脂粒子の製造方法は、フッ素樹脂を溶媒に懸濁させた液を吐出しつつ、当該吐出流を過熱蒸気により破砕し、微細化することを特徴とする。例えば、フッ素樹脂を溶媒に懸濁させた液を吐出させる液体吐出口と、液体吐出口からの吐出流を一括破砕し微細化すべく、過熱蒸気を噴射する気体噴射口を備えたノズルが使用される。液体吐出口及び気体噴射口の形状は、特に制限されないが、円形であるのが好ましい。また、気体噴射口は、液体吐出口の周囲に形成されているのがよい。
【００１８】
使用される溶媒は、有機溶媒、水またはそれらの混合溶媒が好ましい。具体的には、メタノール、エタノール、２-プロパノール等のアルコール類、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素類、塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化合物、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類、ハイドロフルオロエーテル等のフッ素系溶剤、水またはこれらの混合溶媒である。
【００１９】
また、使用される溶剤は、シリコーンオイル、炭化水素油、フッ素油、ワックス、及び動植物油等のオイル類でもよい。具体的には、炭化水素油として、イソパラフィン、流動パラフィン、スクワランが挙げられる。また、植物油として、オリーブ油、ゴマ油、大豆油が挙げられる。特に、食用植物油であれば、安全性が高く取り扱いやすい。
【００２０】
以下では、本実施形態に係る微粒子の製造方法を実施するための好適な製造装置の一例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る微粒子の製造方法を実施するための好適な製造装置の形態例を示すブロック図である。
【００２２】
製造装置１００は、原料供給系１１０とノズル１６０と流れ阻止体（バッフルボード）１９０を備えている。
【００２３】
原料供給系１１０は、原料槽１１１を備えている。原料槽１１１は、密閉可能な耐圧容器である。原料槽１１１は、原料液１１２を注入した後に密閉される。原料槽１１１内の底部には、原料液１１２を撹拌する回転翼を備えた撹拌装置１１３が設けられている。
【００２４】
原料槽１１１には、原料給送管１２１が接続されている。原料給送管１２１の入口１２１iは、原料槽１１１の内底面付近に配置されている。原料給送管１２１の入口１２１iには、ストレーナ１２２が取付けられている。原料給送管１２１の出口１２１ｏは、ノズル１６０の液体供給口１５１に接続されている。原料給送管１２１の中間部には、上流側から下流側に向って順に、送液ポンプ１２３、流量調節のための電磁弁１２４が介設されている。
【００２５】
過熱器１３１は過熱蒸気を発生させるためのものである。過熱器１３１から吐出された過熱蒸気は、気体供給管１３２に送られる。気体供給管１３２はノズル１６０に過熱蒸気を導入するための配管である。気体供給管１３２に供給された過熱蒸気は、過熱蒸気リザーバ１３５に蓄えられる。過熱蒸気リザーバ１３５に蓄えられた過熱蒸気は、所定の圧力に調整されてノズル１６０に導入される。なお、気体供給管１３２の周囲には、過熱蒸気の温度を保持するために、断熱材を設けてもよい。
【００２６】
ノズル１６０の気体供給口１５２には、気体供給管１３２が接続されている。気体供給管１３２の途中には、上流側から下流側に向って順に、電磁弁１３３、圧力センサ１３４、過熱蒸気リザーバ１３５および電磁弁１３６が設けられている。圧力センサ１３４は、過熱蒸気リザーバ１３５内の気圧を検出するためのセンサである。圧縮気体リザーバ１３５には、ヒーターＨ１が備えられ、過熱蒸気の温度を検出するための温度センサ１３７が設けられている。なお、圧縮気体リザーバ１３５の周囲には、過熱蒸気の温度を保持するために、断熱材を設けてもよい。
【００２７】
ノズル１６０の先端部分には、液体供給口１５１に連通している液体吐出口１６１と、気体供給口１５２に連通している気体噴射口１６２が設けられている。気体噴射口１６２は液体吐出口１６１の周囲に形成されている。
【００２８】
ノズル１６０の下方近傍には、ステンレス鋼製の流れ阻止体１９０が設けられている。流れ阻止体１９０は、上方に縮径した円錐形状の部材である。流れ阻止体１９０の先端（上端）は、ノズル１６０の液体吐出口１６１に対向している。ノズル１６０と流れ阻止体１９０は、直円筒体内のタンク１２５に共に収容され、タンク１２５の内壁に連結されて保持されている。タンク１２５には、ノズル先端の温度を検出するための温度センサが設けられている。
【００２９】
ノズル１６０の液体供給口１５１に供給された原料液１１２は、液体吐出口１６１から吐出される。ノズル１６０の前方（図においては下方）には、気体噴射口１６２から噴出された気体の高速渦流が形成されている。吐出された原料液１１２はこの高速渦流によって微粒子状（霧状）に破砕される。微粒子状に破砕された原料液１１２の直後の流れは、流れ阻止体１９０に衝突する。その結果、微粒子状に破砕された溶液が、流れ阻止体１９０上で再液化（霧状の液滴同士が再凝集）し、流動体が均一になった状態の処理液１２４が生成される。処理液１２４は、流れ阻止体１９０の表面を伝って流下し、流れ阻止体１９０の下端から流れ落ち、回収容器１２６内に溜まる。回収容器１２６は、タンク１２７に収容されている。タンク１２７の上端には、排出口１２８が設けられている。流れ阻止体１９０上で再液化せずに気化した溶剤は、排出口１２８から排出される。
【００３０】
次に、図２〜図４を参照してノズル１６０の構造について説明する。
【００３１】
ノズル１６０は、略円筒状の中空のケーシング１６０Ａと、ケーシング１６０Ａの内部に挿入されてねじ込まれた略円筒状の中子１６０Ｂとを備えている。
【００３２】
ケーシング１６０Ａは、ステンレス鋼や黄銅などの金属材料又は樹脂製材料を機械加工することにより作製された部材である。ケーシング１６０Ａの先端には、円形の開口部１６３が形成されている。開口部１６３の中心は、ノズル１６０の中心軸線Ａと中心が一致している。この開口部１６３の先端縁が気体噴射口１６２の外側輪郭を形成している。ケーシング１６０Ａの側面には、気体供給口１５２が穿設されている。気体供給口１５２の内周面には雌ネジ溝が切られていて、気体供給管１３６が螺入して結合されている。ケーシング１６０Ａの内面の基端側には雌ネジ溝１６６が形成されている。雌ネジ溝１６６よりさらに基端側にはやや内径の大きくなった段差部１６７が形成されている。また、ケーシング１６０Ａの先端近傍の外面には、雄ネジ溝１６８が形成されている。雄ネジ溝１６８は、ノズル１６０を取付けるためのナット１６９を螺着できるようになっている。
【００３３】
中子１６０Ｂは、前述のケーシング１６０Ａと同一の又は異なる金属材料を機械加工して作製されている。中子１６０Ｂは、ケーシング１６０Ａの中心軸線Ａに沿って内部がくり抜かれて中空になっている。また、中子１６０Ｂの直胴部分の外径寸法はケーシング１６０Ａの内径寸法よりもやや小さく選定されている。このため、中子１６０Ｂの外面とケーシング１６０Ａの内面との間において、円筒状の空間１７０が形成されている。この空間１７０は、ケーシング１６０Ａに設けられた気体供給口１５２に連通している。中子１６０Ｂの基端部よりもやや先端側の外周には、雄ネジ溝１７１が切られている。雄ネジ溝１７１は、前述の雌ネジ溝１６６に螺合される。螺合されることにより、中子１６０Ｂがケーシング１６０Ａの内部に固定される。また、雌ネジ溝１７１よりもさらに基端側の部分はやや大径になっていて、前述の段差部１６７との間にてＯ−リングシール１７２を挟持している。Ｏ−リングシール１７２を設けることにより、前述の空間１７０の気密性を確保している。
【００３４】
中子１６０Ｂの基端部には液体供給口１５１が形成されている。液体供給口１５１の内周部には雌ネジ溝が切られており、原料給送管１２１の先端部が螺入して結合されている。中子１６０Ｂの先端部には、液体供給口１５１から内部の中空空間を通って連通した液体吐出口１６１が開口している。中子１６０Ｂの先端部の略円錐形状の膨大部分は、スパイラル形成体１７６を成している。そして、スパイラル形成体１７６の先端面とケーシング１６０Ａの先端の内面との間には渦流室１７７が形成されている。渦流室１７７を構成している中子１６０Ｂの先端端面１７８は、前述のケーシング１６０Ａの開口部１６３との間に隙間を有している。この隙間が気体噴射口１６２を構成する。
【００３５】
図３に示すノズル１６０の正面図を参照すると、中心に円形の液体吐出口１６１が配置され、その周囲に環状の気体噴射口１６２が配置されている。この気体噴射口１６２は、複数本の旋回溝１７９に連通している。旋回溝１７９は、スパイラル形成体１７６の円錐面に形成され、渦巻状に延在している。
【００３６】
気体供給口１５２から供給された過熱蒸気は、空間１７０を通過して、断面積の小さい旋回溝１７９を通り抜ける際に圧縮されて高速気流となる。この高速気流は、渦流室１７７の内部で渦状の旋回気流となる。この旋回気流は、絞られた円環状の気体噴射口１６２から噴射されて、ノズル１６０の前方に気体の高速渦流を形成する。この渦流は、ケーシング１６０Ａの先端に近接した前方位置を焦点とするような先細りの円錐形に形成される。
【００３７】
第一の原料槽１１１から送出された原料液１１２は、原料給送管１２１を通して液体供給口１５１に供給される。液体供給口１５１に供給された原料液１１２は、液体吐出口１６１から吐出される。そして、気体噴射口１６２から噴射された気体の高速渦流によって、それらの吐出流が同時に微粒子に破砕され、渦流の回転に伴って強制的に混合される。そして、それらが均一に分散した霧状の微粒子群としてノズル１６０の前方へ向けて放出される。
【００３８】
製造装置１００は、図４に示す制御装置１８０により制御される。制御装置１８０は、ＭＰＵ１８１と、ＲＯＭ１８２と、ＲＡＭ１８３と、インタフェースユニット１８４と、Ａ／Ｄコンバータ１８５と、駆動ユニット１８６とを内蔵していて、これらはバスライン１８７を介して相互に接続されている。ＲＯＭ１８２には、ＭＰＵ１８１が実行するプログラムが格納されている。ＲＡＭ１８３は、ＭＰＵ１８１がプログラムを実行する際の作業領域等に使用される。インタフェースユニット１８４の出力ポートには、ＣＲＴなどの表示装置１８８が接続されている。インタフェースユニット１８４の入力ポートには、キーボードなどの入力装置１８９が接続されている。
【００３９】
Ａ／Ｄコンバータ１８５の入力には、製造装置１００の圧力センサ１３４が接続されている。これらのセンサにより検出された圧力のアナログ値をデジタル値に変換する。そして、デジタル値に変換された圧力の値はバスライン１８７を経由してＭＰＵ１８１によって読み取られる。
【００４０】
駆動ユニット１８６の出力は、製造装置１００の電磁弁１２４、１３６に接続されている。駆動ユニット１８６は、ＭＰＵ１８１からの指令に従ってこれらの電磁駆動のための電流を調節し、電磁弁のＯＮ／ＯＦＦ切替を行う。また、駆動ユニット１８６は、ＭＰＵ１８１からの指令に従ってヒーター加熱のための電流を調節する。
【００４１】
製造装置１００を作動させるに際して、オペレータは、原料槽１１１に原料液を入れて、原料槽１１１の蓋をしっかりと密閉する。その後、入力装置１８９から混合開始を指令する。この指令を受けると、ＭＰＵ１８１は駆動ユニット１８６に指令を発して、電磁弁１３３を開く。これにより、過熱蒸気リザーバ１３５内に過熱蒸気が供給される。次に、ＭＰＵ１８１はヒーターＨ１に電流を流す。温度センサ１３７によって、圧縮気体リザーバ１３５が所定の温度にまで昇温したことが確認されると、ＭＰＵ１８１はヒーターＨ１に電流を流すのを停止する。圧力センサ１３４によって、過熱蒸気リザーバ１３５が所定の気圧にまで昇圧したことが確認されると、ＭＰＵ１８１は、処理開始の条件が整ったと判断し、電磁弁１３６を開く。なお、圧力は、０．３〜０．６ＭＰａの範囲内で適宜調整される。また、過熱蒸気の温度は、１００〜２６０℃の範囲内で適宜調整される。
【００４２】
電磁弁１３６を開くと、過熱蒸気リザーバ１３５からノズル１６０の気体供給口１５２へ過熱蒸気が供給される。そして、ノズル１６０の先端の気体噴射口１６２から気体の高速渦流が噴射されるようになる。
【００４３】
次に、ＭＰＵ１８１は送液ポンプ１２３を駆動させる。すると、原料液１１２が、原料給送管１２１を通してノズル１６０の液体供給口１５１に供給される。そして、原料液１１２が、ノズル１６０の先端の液体吐出口１６１から吐出される。ノズル１６０から吐出された原料液１１２は、吐出方向に既に形成されている気体の高速渦流によって微粒子に破砕される。その渦流の流れに伴って、原料液１１２中の成分が均一になった状態となって回収容器１２６内に放出される。
【００４４】
本実施形態の製造装置１００において、原料液１１２としてフッ素樹脂粒子を懸濁させた液を使用すれば、上で説明した動作により、処理液１２４としてフッ素樹脂粒子を含む液が回収容器１２６内に収容されることになる。収容されたフッ素樹脂粒子を含む液は、乾燥させて粉末として使用してもよく、液状のまま使用することもできる。また、いったん乾燥させて粉末とした後に、溶媒に懸濁させて液状で使用することもできる。
【００４５】
本実施形態のフッ素樹脂粒子は、液状で使用する場合には濃度を適宜調整し、コーティング液として部材に塗布することによりさまざまな用途に利用することができる。例えば、本実施形態のフッ素樹脂粒子は、防汚コーティング剤として使用できる。携帯電話やカーナビゲーション、銀行ＡＴＭ、券売機、コピー機等のタッチパネル機器のタッチパネル表面に塗布することにより、タッチパネル表面への指紋付着を抑制することができる。また、タッチパネル上に汚れが付着しづらいため、滑らかな指タッチで快適に操作できるようになる。
【００４６】
また、本実施形態のフッ素樹脂粒子は、刃物用コーティング剤として使用できる。ハサミ、包丁、カミソリ、ナイフ等に塗布することにより、刃の切れ味が向上する。フッ素樹脂粒子の刃物への密着性が高いため、長期間持続した効果が得られる。
【００４７】
また、本実施形態のフッ素樹脂粒子は、船舶塗料として使用できる。船舶の船底の表面やプロペラに塗布することにより、海洋生物等の付着を防止できる。そのため、航行中における海洋生物等の付着による船体抵抗が軽減され、燃費を向上させることができる。さらに、本実施形態のフッ素樹脂粒子は、摩擦係数が非常に小さいため、船体表面と水との間に生じる摩擦抵抗を低下させることができ、燃費削減効果が高い。
【００４８】
また、本実施形態のフッ素樹脂粒子は、固体潤滑剤として使用できる。固体潤滑剤としてグリースに添加することにより、摺動部材の潤滑性を向上できる。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例において、平均粒径は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した２０個の粒子の平均値を算出したものである。また、摩擦係数はブロックオンリング摩擦試験機（ＬＦＷ−１)で測定したものである。
【００５０】
［フッ素樹脂粒子の作製］
液体吐出口と気体噴射口とを備えたノズルを有するミキサーを準備した。液体吐出口は円形であり、気体噴射口は液体吐出口の周囲に形成されている。次に、ポリテトラフルオロエチレンの１ｍｏｌ／Ｌエタノール溶液を調製した。エタノール溶液の流量を２．５ｍＬ／ｍiｎ、過熱蒸気の温度を１８０℃、噴射圧を０．５ＭＰａに設定し、ミキサーで１０分間処理した。処理後、フッ素樹脂粒子を含む溶液が回収容器に得られた。
[評価]
実施例で得られたポリテトラフルオロエチレン粒子を含む溶液の評価を行った。図５は、実施例で得られたポリテトラフルオロエチレン粒子のＳＥＭ画像である。図６は、ミキサーで処理する前のポリテトラフルオロエチレンのＳＥＭ画像である。フッ素樹脂粒子をミキサーで処理することにより、小粒径化していることが分かる。実施例で得られたポリテトラフルオロエチレン粒子の平均粒径は、５０ｎｍであった。また、摩擦係数は０．００７であった（図７）。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係るフッ素樹脂粒子は、防汚コーティング剤、刃物用コーティング剤、船舶塗料、固体潤滑剤等への適用が期待される。
【符号の説明】
【００５２】
１００  製造装置
１１０  原料供給系
１１１  原料槽
１１２  原料液
１２１  原料給送管
１２１ｉ  入口
１２１ｏ  出口
１２２ｉ  ストレーナ
１２３  送液ポンプ
１２４  処理液
１２５、１２７  タンク
１２６  回収容器
１２８  排出口
１３１  過熱器
１３２  気体供給管
１３３、１３６  電磁弁
１３４  圧力センサ
１３５  過熱蒸気リザーバ
１３７  温度センサ
１５１  液体供給口
１５２  気体供給口
１６０  ノズル
１６０Ａ  ケーシング
１６０Ｂ  中子
１６１  液体吐出口
１６２  気体噴射口
１６３  開口部
１６４  給送管接続孔
１６５  貫通孔
１６５ｅ  拡径部
１６５ｆ  係合部
１６６、１７３  雌ネジ溝
１６７、１６９  段差部
１６８  流路孔
１７０  空間
１７１、１７５、１７８、１９９  雄ネジ溝
１７２  Ｏ−リングシール
１７４  突起部
１７６  スパイラル形成体
１７７  渦流室
１７９  旋回溝
１８０  制御装置
１８１  ＭＰＵ
１８２  ＲＯＭ
１８３  ＲＡＭ
１８４  インタフェースユニット
１８５  Ａ／Ｄコンバータ
１８６  駆動ユニット
１８７  バスライン
１８８  表示装置
１８９  入力装置
１９０  流れ阻止体（バッフルボード）
Ｈ１  ヒータ
【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】
2014040539.tif 000007
【図６】
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【図７】
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