(57)【要約】【課題】流体を連続的に吐出することができるチューブポンプにおいて、逆流をなくして脈流を防止する。【解決手段】  チューブポンプ１は、チューブ２と、チューブ押さえ機構３と、チューブ押さえ機構３との間にチューブ２を挟み込む回転体４と、を備えている。回転体４は、その外周面４１に螺旋状の突起部６を有している。突起部６は、その一端に突起部６が延びる方向に沿って上り傾斜してチューブ２を解放状態から圧閉状態に移行させる圧閉開始部６１と、他端に突起部６が延びる方向に沿って下り傾斜してチューブ２を圧閉状態から解放状態に移行させる圧閉終了部６２と、を有している。チューブ２は、圧閉開始部６１から徐々に力を受けて緩やかに圧閉され、また、圧閉終了部６２から徐々に力が取り除かれて緩やかに解放される。従って、逆流をなくして脈流を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が流れるチューブと、前記チューブを押さえるチューブ押さえ機構と、前記チューブ押さえ機構との間に前記チューブを挟み込む回転可能な回転体と、前記回転体を駆動する駆動機構と、を備え、前記回転体は、前記チューブ押さえ機構との対向面に、該回転体の回転軸の周りに３６０度以上にわたって螺旋状の突起部を有し、該回転体が回転駆動されることにより、該突起部が該チューブを圧閉して該チューブ内の流体を吐出するチューブポンプにおいて、
前記突起部は、その一端において該突起部が延びる方向に沿って上り傾斜して前記チューブを解放状態から圧閉状態に移行させる圧閉開始部と、他端において該突起部が延びる方向に沿って下り傾斜して前記チューブを圧閉状態から解放状態に移行させる圧閉終了部と、を有し、さらに、前記圧閉開始部と前記圧閉終了部とを回転方向においてオーバーラップさせたことを特徴とするチューブポンプ。
【請求項２】
前記突起部が延びる方向に直交する該突起部の幅は、前記圧閉開始部による圧閉開始後の位置から前記圧閉終了部側に向かって漸次小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載のチューブポンプ。
【請求項３】
前記突起部は、前記回転体の回転駆動に伴って前記回転方向に前記チューブの表面上を圧閉しながら進行し、該突起部の該進行方向前面は、前記チューブに与えるストレスを低減するように緩やかな角度傾斜としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のチューブポンプ。
【請求項４】
前記回転体は、前記チューブ押さえ機構に対向する平面を有する円板状であり、
前記突起部は、前記平面に渦巻き状に設けられており、
前記チューブ押さえ機構は、流体の吐出方向を一方向とするように流体の吐出方向側の半分の平面を押さえることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のチューブポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューブを順次圧閉してポンプ作用を行うチューブポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チューブポンプは、その作動形式の違いから、ローラでチューブを順次圧閉するローラポンプや偏心したリング状加圧部材でチューブを順次圧閉するリングポンプ等に分類される。
【０００３】
図６（ａ），（ｂ）は、それぞれ従来のローラポンプ、及びリングポンプの例を示す。図６（ａ）に示すように、ローラポンプ１００は、ハウジング１０１の内周面１０２に沿って配置されたチューブ１０３を一対のローラ１０４で順次圧閉してチューブ１０３内の流体を時計回りに移動させ、チューブ１０３の流体流出口から流体を吐出させてポンプ作用を行う。また、図６（ｂ）に示すように、リングポンプ１０５は、リング状加圧部材１０６の中心を偏心させてチューブ１０３を順次圧閉してチューブ１０３内の流体を吐出させてポンプ作用を行う。これらローラポンプ１００及びリングポンプ１０５は、チューブ１０３の圧閉点Ｐを時計回りに移動させてポンプ作用を行う点においては共通するが、吐出された流体の流量波形については大きく相違する。
【０００４】
図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ従来のローラポンプ、及びリングポンプの流量波形の例を示す。図７（ａ）に示すように、ローラポンプは２つの圧閉点を有するので（図６（ａ）参照）、ローラが１回公転すると、１つの山を持った流量波形が２つ現れる。また、図７（ｂ）に示すように、リングポンプは１つの圧閉点を有するので（図６（ｂ）参照）、１つの山を持った流量波形が１つ現れる。
【０００５】
これらの流量波形に示されるように、上記ローラポンプ１００及びリングポンプ１０５においては、流量が略０ｍｌ〜略６２５ｍｌの範囲に至るまで変動しており、脈流が生じている。この原因として、以下に示すような第１及び第２の原因が考えられる。
【０００６】
第１の原因は、チューブ１０３がハウジング１０１の内周面１０２全周にわたって配置されておらず、一対のローラ１０４又は加圧部材１０６がチューブ１０３を圧閉することができない部分（以下、無効部分という）が生じている点である。
【０００７】
図８（ａ）は、リングポンプ１０５における無効部分を説明するための図である。図中において、チューブ１０３の圧閉が開始される内周面１０２の位置をＢ点とし、チューブ１０３の圧閉が終了される内周面１０２の位置をＣ点とし、チューブ１０３の出入り口側であって、Ｂ点とＣ点との中間に相当する内周面１０２の位置をＡ点としている。これらＣ点、Ａ点及びＢ点間の内周面１０２上の領域では、チューブ１０３は内周面１０２に沿って配置されていないので、加圧部材１０６がチューブ１０３を圧閉することはできず、この領域が上記無効部分Ｒに相当する。
【０００８】
図８（ｂ）は、リングポンプ１０５の流量波形を示す。加圧部材１０６がＢ点からＣ点までを圧閉するときは、所定の流量が得られているが、無効部分Ｒを圧閉するときはチューブ１０３が圧閉されないので流量が０になり、その結果脈流が生じている。
【０００９】
第２の原因は、一対のローラ１０４又は加圧部材１０６がチューブ１０３の圧閉を開始又は終了するときに、チューブ１０３内の流体が逆流する点である。
【００１０】
図９（ａ），（ｂ）はそれぞれ、リングポンプ１０５において、加圧部材１０６によって圧閉が開始されたとき、及び圧閉が終了されたときのチューブ１０３を示す。図中において、Ａ〜Ｃ点は図８と同様であり、また、簡略化のためチューブ１０３は直線状に描かれている。
【００１１】
図９（ａ）において、加圧部材１０６がＢ点においてチューブ１０３の圧閉を開始するとき、それまでチューブ１０３内に滞留していた流体が、加圧部材１０６の容積によって急激に排斥されることにより逆流方向（上流側）へ戻される。図９（ｂ）において、加圧部材１０６がＣ点においてチューブ１０３の圧閉を終了するとき、それまで加圧部材１０６の容積によって排斥されていた流体が、チューブ１０３が急激に解放されることにより逆流方向へ戻される。こうして逆流して脈流が生じている。
【００１２】
これらの原因のうち、上記第１の原因を解決可能な流体を連続的に吐出するチューブポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。このチューブポンプは、チューブが配置された本体と、この本体に対して回転可能に設けられた円筒状の回転体と、この回転体の外周面に沿って螺旋状に設けられる突起部と、この回転体を回転駆動させる駆動部と、を備えている。回転体は、その側面がチューブに沿うように配置され、突起部は、回転体の側面全周にわたって設けられている。そのため、回転体が回転しているとき、チューブは常に突起部によって圧閉されているので、上記のような無効部分が生じない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−４９７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記特許文献１に記載されたようなチューブポンプにおいては、チューブの圧閉が開始されるとき、チューブ内に滞留していた流体が、突起部の容積によって急激に排斥されて逆流方向へ戻され、また、チューブの圧閉が終了されるとき、突起部の容積によって排斥されていた流体が、チューブが急激に解放されて逆流方向へ戻される。そのため、依然として上記第２の原因は解決することができない。
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、流体を連続的に吐出することができるチューブポンプにおいて、逆流をなくして脈流を防止することができるチューブポンプ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】
【００１６】
本発明のチューブポンプは、内部に流体が流れるチューブと、前記チューブを押さえるチューブ押さえ機構と、前記チューブ押さえ機構との間に前記チューブを挟み込む回転可能な回転体と、前記回転体を駆動する駆動機構と、を備え、前記回転体は、前記チューブ押さえ機構との対向面に、該回転体の回転軸の周りに３６０度以上にわたって螺旋状の突起部を有し、該回転体が回転駆動されることにより、該突起部が該チューブを圧閉して該チューブ内の流体を吐出するチューブポンプにおいて、前記突起部は、その一端において該突起部が延びる方向に沿って上り傾斜して前記チューブを解放状態から圧閉状態に移行させる圧閉開始部と、他端において該突起部が延びる方向に沿って下り傾斜して前記チューブを圧閉状態から解放状態に移行させる圧閉終了部と、を有し、さらに、前記圧閉開始部と前記圧閉終了部とを回転方向においてオーバーラップさせたことを特徴とする。
【００１７】
このチューブポンプにおいて、前記突起部が延びる方向に直交する該突起部の幅は、前記圧閉開始部による圧閉開始後の位置から前記圧閉終了部側に向かって漸次小さくなっていることが好ましい。
【００１８】
このチューブポンプにおいて、前記突起部は、前記回転体の回転駆動に伴って前記回転方向に前記チューブの表面上を圧閉しながら進行し、該突起部の該進行方向前面は、前記チューブに与えるストレスを低減するように緩やかな角度傾斜としたことが好ましい。
【００１９】
このチューブポンプにおいて、前記回転体は、前記チューブ押さえ機構に対向する平面を有する円板状であり、前記突起部は、前記平面に渦巻き状に設けられており、前記チューブ押さえ機構は、流体の吐出方向を一方向とするように流体の吐出方向側の半分の平面を押さえることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のチューブポンプによれば、突起部がチューブの圧閉を開始するとき、解放状態のチューブが、上り傾斜した圧閉開始部から徐々に力を受けて緩やかに圧閉されるので、チューブ内の流体が急激に逆流方向へ戻されない。また、突起部がチューブの圧閉を終了するとき、圧閉状態のチューブが、下り傾斜した圧閉終了部から徐々に力が取り除かれて緩やかに解放されるので、チューブ内の流体が急激に逆流方向へ戻されない。従って、逆流をなくして脈流を防止することができる。また、圧閉開始部と圧閉終了部とをオーバーラップさせることにより、突起部によるチューブの圧閉を途切れさせることなく、確実にチューブ内の流体を連続的に吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るチューブポンプの全体構成図。
【図２】（ａ）は同チューブポンプが備える回転体の側面図、及び回転体が有する突起部と回転体の回転角度との関係を示した図、（ｂ）は突起部の一端においてチューブが圧閉されたときの断面図、（ｃ）は突起部の他端においてチューブが圧閉されたときの断面図。
【図３】（ａ）は回転体の側面図、及び突起部と回転体の回転角度との関係を示した図、（ｂ）はチューブが突起部によって圧閉されたときの断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るチューブポンプの斜視図及び断面図。
【図５】同チューブポンプの上面図、及び突起部と回転体の回転角度との関係を示した図。
【図６】（ａ）は従来のローラポンプの正面図、（ｂ）は従来のリングポンプの正面図。
【図７】（ａ）は従来のローラポンプの流量波形を示す図、（ｂ）は従来のリングポンプの流量波形を示す図。
【図８】（ａ）は従来のリングポンプの無効部分を説明するための正面図、（ｂ）は同リングポンプの流量波形を示す図。
【図９】（ａ）は従来のリングポンプの逆流現象を説明するための正面図、及び圧閉が開始されたときのチューブの断面図、（ｂ）は圧閉が終了されたときのチューブの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の第１の実施形態に係るチューブポンプについて、図１乃至図３を参照して説明する。図１に示すように、チューブポンプ１は、内部に流体が流れるチューブ２と、チューブ２を押さえるチューブ押さえ機構３と、チューブ押さえ機構３との間にチューブ２を挟み込む回転可能な回転体４と、回転体４を駆動する駆動機構５と、を備えている。回転体４は、その外周面（チューブ押さえ機構３との対向面）４１に、回転体４の回転軸４２の周りに３６０度以上にわたって螺旋状の突起部６を有している。回転体４が駆動機構５によって回転駆動されることにより、突起部６がチューブ２を圧閉してこのチューブ２内の流体を吐出する。
【００２３】
チューブ２は、突起部６により受ける圧力に耐え得るように、例えばゴム又は合成樹脂等の可撓性材料により形成される。このようなチューブ２は復元性を有し、突起部６により圧閉されてその内部が閉塞された状態（以下、圧閉状態という）となり、その圧閉状態が解放されると、元の状態（以下、解放状態という）に戻る。チューブ２と突起部６との間には、チューブ２のねじれや劣化を防止するためのシート状部材を配置したり、チューブ２の表面には、摩擦を低減するための潤滑剤を塗ってもよい。
【００２４】
チューブ押さえ機構３は、例えばチューブ２を案内するための直線状の溝を有しており、この溝に沿ってチューブ２を直線状に配置することによりチューブ２を支持している。チューブ押さえ機構３の構成は、チューブ２を押さえて支持することができれば、上記構成に限られない。
【００２５】
回転体４は、円筒状に形成されており、その中心に回転軸４２が取り付けられている。回転軸４２は、チューブ押さえ機構３によって支持されたチューブ２の長手方向に対して平行に位置している。回転体４は、チューブポンプ１の停止時に突起部６をチューブ２から逃げた位置に移動させ、また、チューブポンプ１の作動時に突起部６をチューブ２と接触する位置に移動させるように構成されてもよい。回転体４の形状は、突起部６が設けられれば、上記形状に限られない。
【００２６】
駆動機構５は、回転軸４２を回転させて回転体４を回転駆動する。駆動機構５として、例えばモータを用いることができる。チューブポンプ１の動作を精密に制御する必要がある場合、ステッピングモータ又はサーボモータを用いてもよい。また、駆動機構５によって回転軸４２の回転速度を調整することにより、チューブ２内の流速を調整してもよい。駆動機構５は、外部電源から給電されてもよいし、例えばチューブポンプ１に内蔵された電池から給電されてもよい。
【００２７】
突起部６は、回転体４の回転角度に対して３６０度以上でチューブ２の圧閉を可能とするものであり、これにより、回転体４の回転角度に関わらず、チューブ２は常に１箇所以上で突起部６により圧閉されてチューブポンプ１から連続的に流体を吐出することができる。以下、図２及び図３を参照して、突起部６の具体的な構成について説明する。なお、図２（ａ）の下側及び図３（ａ）の下側にはそれぞれ、直線状に展開され、回転体４の外周面４１に沿って視たときの突起部６、及びその外周面４１の法線に沿って視たときの突起部６が示されている。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、突起部６は、その一端において、突起部６が延びる方向に沿って上り傾斜してチューブ２を解放状態から圧閉状態に緩やかに移行させる圧閉開始部６１と、他端において、突起部６が延びる方向に沿って下り傾斜してチューブ２を圧閉状態から解放状態に緩やかに移行させる圧閉終了部６２と、を有している。すなわち、圧閉開始部６１においては、回転体４の外周面４１を基準とした突起部６の高さが、突起部６の延びる方向に沿って漸次高くなり、圧閉終了部６２においては、その突起部６の高さが、その方向に沿って漸次低くなっている。ここで、突起部６が延びる方向とは、圧閉開始部６１の先端から圧閉終了部６２の先端へ向かう方向をいう。
【００２９】
圧閉開始部６１は、チューブ２の圧閉を開始する部分であって、回転体４の０度点付近に対応している。圧閉終了部６２は、チューブ２の圧閉を終了する部分であって、回転体４の３６０度点付近に対応している。回転体４が回転して回転角度が０度から３６０度へと変化するに伴って、チューブ２を圧閉する突起部６の箇所が、圧閉開始部６１から圧閉終了部６２へと移っていく。このとき、突起部６は、圧閉点移動距離Ｌに相当する距離だけチューブ２の表面上を進行する。
【００３０】
突起部６は、さらに、これら圧閉開始部６１と圧閉終了部６２とを回転方向においてオーバーラップさせている。そのため、回転体４の０度点付近及び３６０度点付近においては、圧閉開始部６１及び圧閉終了部６２の２箇所でチューブ２を圧閉している。
【００３１】
次に、圧閉開始部６１又は圧閉終了部６２により圧閉されているときのチューブ２の変形の仕方について説明する。図２（ｂ）に示すように、回転体４が回転して突起部６がチューブ２の圧閉を開始するとき、解放状態のチューブ２は、圧閉開始部６１の上り傾斜した斜面６１ａから徐々に力を受けて緩やかに三日月状につぶれていくので、チューブ２内の流体は急激に逆流方向へ戻されない。従って、逆流をなくして脈流を防止することができる。
【００３２】
図２（ｃ）に示すように、突起部６がチューブ２の圧閉を終了するとき、圧閉状態のチューブ２は、圧閉終了部６２の下り傾斜した斜面６２ａから徐々に力が取り除かれて緩やかに三日月状に開いていくので、チューブ２内の流体は急激に逆流方向へ戻されない。従って、逆流をなくして脈流を防止することができる。
【００３３】
本実施形態のチューブポンプ１においては、脈流をさらに低減するために、図３（ａ）に示すように、突起部６が延びる方向に直交する突起部６の幅は、圧閉開始部６１による圧閉開始後の位置から圧閉終了部６２側に向かって漸次小さくなっている。この構成により、圧閉開始部６１による圧閉開始後の位置から下流側のチューブ２内の圧力を高めて、圧閉開始部６１の容積により排斥された流体を下流側へ速く移動させて、圧閉終了部６２の容積により無くなった流体の体積を補っている。その結果、流体の吐出量を一定に保つことができ、脈流を確実に防止することができる。なお、ここでは、上り斜面６１ａを有する圧閉開始部６１の容積により無くなった流体の体積は、チューブ２の入り口側から流れ込む流体により補われていると考えて無視している。
【００３４】
また、本実施形態のチューブポンプ１においては、チューブ２に与えるストレスを低減するために、図３（ｂ）に示すように、圧閉開始部６１及び圧閉終了部６２はそれぞれ、外周面４１の法線Ｎに対して、突起部６の進行方向とは逆方向に角度θ度だけ傾斜し、それらの進行方向前面６３は、緩やかな角度傾斜としている。この構成により、突起部６は、回転体４の回転駆動に伴って回転方向にチューブ２の表面上を圧閉しながら進行しても、突起部６からチューブ２の接触部分に加えられる圧力が低減されるので、チューブ２に与えるストレスを低減することができる。なお、図中において、チューブ２を圧閉する圧閉開始部６１及び圧閉終了部６２の幅は、それぞれＬＡ及びＬＢ（ＬＡ＞ＬＢ）となっている。
【００３５】
本実施形態のチューブポンプ１によれば、突起部６がチューブ２の圧閉を開始するとき、解放状態のチューブ２が圧閉開始部６１から徐々に力を受けて緩やかに圧閉されるので、チューブ２内の流体が急激に逆流方向へ戻されない。また、突起部６がチューブ２の圧閉を終了するとき、圧閉状態のチューブ２が圧閉終了部６２から徐々に力が取り除かれて緩やかに解放されるので、チューブ２内の流体が急激に逆流方向へ戻されない。従って、逆流をなくして脈流を防止することができる。また、圧閉開始部６１と圧閉終了部６２とをオーバーラップさせることにより、チューブポンプ１の作動時に突起部６によるチューブ２の圧閉を途切れさせることなく、確実にチューブ２内の流体を連続的に吐出することができる。
【００３６】
また、突起部６の幅は、圧閉開始部６１による圧閉開始後の位置から圧閉終了部６２側に向かって漸次小さくなっており、圧閉開始部６１による圧閉開始後の位置から下流側のチューブ２内の圧力を高めて、圧閉開始部６１の容積により排斥された流体を下流側へ速く移動させて、圧閉終了部６２の容積により無くなった流体の体積を補っている。その結果、流体の吐出量を一定に保ち、脈流を確実に防止することができる。
【００３７】
また、圧閉開始部６１及び圧閉終了部６２はそれぞれ、外周面４１の法線Ｎに対して、突起部６の進行方向とは逆方向に角度θ度だけゆるやかに傾斜しているので、圧閉開始部６１及び圧閉終了部６２からチューブ２に加えられる圧力が低減されて、チューブ２に与えるストレスを低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態のチューブポンプ１は、上述のように逆流をなくして脈流を防止することができるので、逆流や脈流を防止したチューブポンプを必要とするマイクロ流体デバイス、細胞増殖機器分野、及び医療機器分野等での使用に適している。また、チューブポンプ１は複雑な制御回路等を必要としないので、コストを抑えることができる。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施形態に係るチューブポンプについて、図４及び図５を参照して説明する。なお、図４の上側においては、見やすくするためにチューブ押さえ機構３の図示を省略している。図４に示すように、チューブポンプ１ａは、回転体４がチューブ押さえ機構３に対向する平面４３を有する円板状であり、突起部６が平面４３に渦巻き状に設けられている点で、上記第１の実施形態のチューブポンプ１とは異なっている。チューブ２は、回転体４の直径に沿って配置され、チューブ押さえ機構３と回転体４との間に挟まれている。チューブ押さえ機構３は、平面４３との対向面の右半分において平面４３側に突出した突出部３１を有している。突出部３１は、流体の吐出方向側の右半分の平面４３を押さえている。
【００４０】
図５に示すように、このチューブポンプ１ａにおいて、回転体４が回転して回転角度が０度から３６０度へと変化するに伴って、チューブ２を圧閉する突起部６の箇所が、圧閉開始部６１から圧閉終了部６２へと移っていく。このとき、突起部６は、回転体４の外側に向かって移動しており、チューブ２の表面上では圧閉点移動距離Ｌに相当する距離だけ進行している。但し、チューブ２は、吐出方向側の右半分の平面４３上においては、突出部３１に押されているので圧閉されているが、吐出方向側の反対である左半分の平面４３上においては、突出部３１に押されていないので圧閉されていない。
【００４１】
本実施形態のチューブポンプ１ａによれば、チューブ押さえ機構３は、突出部３１によって流体の吐出方向側の右半分の平面４３上にあるチューブ２だけを押さえ、突起部６は回転体４の回転に伴って回転体４の外側に向かって移動するので、流体の吐出方向を一方向とすることができる。
【００４２】
また、回転体４は、円板状に形成されているので回転軸４２に沿った方向の厚さが薄くなっており、チューブポンプ１ａの全体的な厚みが上記第１の実施形態のチューブポンプ１に比べて薄くなっている。そのため、チューブポンプ１ａは、小型化が必要とされる機器への使用に適する。
【００４３】
本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記第１の実施形態において、突起部６が、回転体４の外周面４１上において所定距離隔てて複数形成されていてもよい。また、上記第２の実施形態において、突出部３１を吐出方向側の左半分の平面４３を押さえて、上記とは逆方向に流体を吐出させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１      チューブポンプ
２      チューブ
３      チューブ押さえ機構
４      回転体
４１    外周面（チューブ押さえ機構との対向面）
４２    回転軸
５      駆動機構
６      突起部
６１    圧閉開始部
６２    圧閉終了部
【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】
2014058871.tif 000008
【図８】
2014058871.tif 000009
【図９】
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【図７】
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