(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側溶融性材料で包囲した糸を有してなる複合体電気絶縁物品の製造方法であって、
該方法が、
（ｉ）高強度繊維および溶融性ブロック材料からなる糸を用いて、ループにおける張力を維持するようになっている２つの間隔を空けて離れている支持部材の周囲に少なくとも一回巻いたループにするように糸を張力状態にし、
（ii）糸および支持部材を型中に配置し、
（iii）外側溶融性材料を溶融状態で型に入れ、外側溶融性材料の温度はブロック材料が溶融する温度と少なくとも等しく、それにより、強度繊維をブロック材料内に完全に包囲するように糸の強度繊維の間及び周囲にブロック材料を溶融および流動させて、ブロックした糸を製造し、ブロックした糸を外側溶融性材料内で完全に包囲するようにする
ことからなる製造方法。
【請求項２】
外側溶融性材料および／またはブロック材料が熱可塑性または硬化性材料、好ましくはポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、シリコーン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、エチレン−酢酸ビニル共重合体または低強度ガラスからなる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
糸がガラス、カーボンまたはアラミドの高強度繊維からなる請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
外側溶融性材料が、ASTM  D2303に従って、電気的絶縁性であり、実質上非トラッキング性である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ブロック材料が繊維からなり、該繊維が、糸の高強度繊維のまわりに巻いたまたは高強度繊維に織り込んだ繊維である請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
ブロック材料が、外側溶融性材料の温度にさらされた時に型中で硬化する材料を含んでなる請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
ロッドまたはチューブを形成するように一方向または多方向に糸を配置する請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
長尺電気絶縁体として物品を形成し、糸は実質的に非導電性であり、支持部材は前記絶縁体を電気回路に連結するための負荷支持部材として働く請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
絶縁体が一つまたはそれ以上のバリスターブロックを包含し、それにより避雷器としても機能する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
糸の配置後および外側溶融性材料の導入前に型を排気する請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
ブロックした糸が、２つの間隔を空けて離れている支持部材の周囲に張力下で延在するループの形態であり、ループおよび支持部材は、外側溶融性材料内で全体的に包囲されている請求項１〜10のいずれかに記載の方法によって製造した長い電気絶縁物品。
【請求項１２】
外側溶融性材料を通過して延在する長さに沿って間隔を空けて離れている穴を有する請求項11に記載の絶縁物品。
【請求項１３】
バリスター材料のブロックが、２つの支持部材の間に延在し、糸のループの中に包囲され、かつ外側溶融性材料内で包囲されている請求項11に記載の絶縁物品。
【請求項１４】
セラミックロッドが、２つの支持部材の間に延在し、糸のループの中に包囲され、かつ外側溶融性材料内で包囲されている請求項11に記載の絶縁物品。
【請求項１５】
外側溶融性材料が、その長さに沿って間隔を空けて離れており、物品の横断方向に延在する複数のシェッドを有して形成されている請求項11〜14のいずれかに記載の絶縁物品。
【発明の詳細な説明】
本発明は、複合体、例えば、電気的絶縁体自体を含む電気絶縁性の物品、特に強化ポリマー製絶縁体に関する。
本発明は、好ましくは単独で絶縁性機能を示す物品に関し、本明細書は、便宜上、主に該物品に関して記載するが、一般に複合体、例えば電気的な絶縁性物品は、他の機能もまたは代わりに示してよいと解される。従って、前記物品は、大部分の時間を絶縁体として作動するが、例えば関連する電気装置に雷が落ちたために過電圧がかかったときにはアースとして電力の流れを転換する為に導電性となる避雷器であってよい。しかしながら、概して本発明は電気絶縁性または導電性のいずれかである複合体物品に関する。
約1kVを超え、典型的に24kVの電圧で使用する電気絶縁体は、（ｉ）優れた電気特性を示すが、重厚で壊れやすく、そのため破壊行為に対する耐性が乏しい磁器；（ii）軽量ではあるが、一般的に屋外での使用において磁器に比べて電気的性能が劣るかまたは周囲を密封しなければならないエポキシ樹脂で含浸したガラス繊維ロッド；または（iii）軽量および優れた電気的性能を合わせ持つが、耐荷重特性に乏しい固体ポリマー材料から形成され得る。さらに、磁器またはガラス繊維ロッドに、ポリマーチューブおよび／またはシェッド（環状に張り出した部分）を加えるかまたは性能向上のためにポリマー絶縁体内へ取り込まれてよい。ここで、そのような絶縁体および構成要素として、英国特許出願公開第1 292 276号、米国特許第4 045 604号、英国特許出願公開第1 530 994号、第1 530 995号および欧州特許出願公開第0 253 622号［ここまですべてレイケム（Raychem）］および英国特許出願公開第1 313 609号［ビー・アイ・シー・シー（BICC）］を参照することができる。
絶縁体の構造中でのガラス（または別の）繊維の使用の不利益の一つは、繊維に沿って水分が伝わるため、電気的に接続している絶縁体の端子（通常各末端に一か所）間で短絡させる可能性がある。しかしながら、そのような材料は、機械的強度に優れている。
一般に、本発明の目的は、湿分が繊維を伝って流れる危険を回避するかまたは少なくとも減少させるような方法で、繊維を包含する高強度の複合体物品を作製する方法を提供することである。
本発明の目的は、絶縁体の一方の端からもう一方の端へ湿分が伝うという問題を予防するかまたは少なくとも減少させると同時に、ガラス（または他の高強度）繊維およびポリマー材料の有用性を備える電気絶縁体を提供することおよび比較的安価な方法でそれを行うことを提供するものである。
したがって、一要旨において、本発明は、外側溶融性材料で包囲した糸を有してなる複合体物品の製造方法を提供するものであり、この方法では、
（ｉ）高強度繊維および溶融性ブロック材料からなる糸を型に配置し、
（ii）溶融性材料を溶融状態で型に入れ、該溶融性材料の温度を少なくともブロック材料が融解する温度と等しく、好ましくはそれより高くして、それにより、前記繊維をブロック材料内に完全に包囲するように糸の強度繊維の間及び周囲にブロック材料を融解および流動させ、ブロックした糸を外側溶融性材料内に完全に包囲する。
糸とは、モノまたは多重フィラメント繊維であってよい複数の繊維を意味するものとして使用され、ストランド（strand）、網（tow）、撚り糸（thread）またはテープと同義であると考えられる。
「溶融性」とは、加熱すると流れ出し、熱の影響で硬化するかまたは冷却時に凝固する材料を意味し、熱可塑性および熱硬化性材料を包含する。
本発明の方法は、絶縁性および非絶縁性複合体の両方の製造に適用できるが、便宜上、絶縁性物品の製造するための本発明の利用について言及する。
すなわち本発明の方法は、包囲した絶縁性体をも形成する単一工程で高強度の繊維のブロックキング（湿分の伝達に対して）を提供するものである。絶縁性材料を型に入れる圧力は、特に真空時には、繊維間の隙間から空気を押し出すのを助け、その際の温度はブロック材料を溶融させて繊維の周囲を徹底的に流れるようにする。外側の絶縁性材料が型で流動する温度で前記のブロック材料を溶融することが望まれるが、外側の絶縁性材料による完全な包囲は、例えばチューブ、ロッドまたはループを形成する高強度繊維の周囲にブロック材料が完全に残ることを確実にするものと認識されるであろう。電気的な絶縁用途に使用する際、そのようなブロック用材料を製品を通過する湿分の流れを防ぎ、さらに製品の内側構造芯と外側被覆材料との間で生じる電気的トラッキングも防止する。
そのような製造方法により、比較的安価で単一封止工程を利用して物品を製造することができる。
一つの態様において、本発明の方法により、繊維に沿った湿分の伝達を封鎖する繊維の高強度、好ましくは絶縁性の糸からなる実質上閉塞した好ましくは長尺状のループであって、絶縁体への電気的および機械的な接続用に配置された手段の周囲に延びており、好ましくは絶縁体の外側表面を形成する絶縁性ポリマー、好ましくは実質上電気的に非トラッキング性（ASTM  D2303による）材料内に包囲され、好ましくは埋め込まれたループを有してなる電気絶縁体、好ましくは、長尺状物を提供する。
多重フィラメントガラス繊維は、糸の強度部材として好ましいが、カーボンまたは例えばケブラー（KEVLAR）という商標で販売されているアラミド繊維のような他の高強度繊維も使用されてよい。複数のガラスフィラメントを包含するのと同様に、各多重フィラメント繊維は、好ましくはステープル状または連続状または他の繊維形状で、または粉末状でまたは強度繊維上または内部の被膜としてのブロック材料も含む。本発明の一部を形成するそのような繊維の構造およびブロッキングは、欧州特許出願公開第0 324 630号（レイケム）および相当する他国の特許公報中に開示されており、本明細書中に参照により全開示内容を取り入れる。あるいは、繊維はモノフィラメントであってよい。いずれの場合にも、ブロッキングは糸のフィラメントと絶縁体の外側被覆材料のような周囲のポリマー材料との間の隙間を無くすかまたは減少させ得る。フィラメントまたは各フィラメントの周囲へのブロック材料の供給により、糸のフィラメントまたは各フィラメントのブロッキングを強化してよい。
外側溶融性および／またはブロック材料は、熱可塑性または硬化性材料、好ましくはポリプロピレン、ポリエチレン、シリコーン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステル、アクリル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレートまたは低強度ガラスから有利に構成される。
モノフィラメントまたは多重フィラメントの繊維状ブロック材料は、実質上高強度繊維の軸方向に並べてよく、その周囲に螺旋状に巻き付けるか、またはそれと共に織り混ぜて、２次元または３次元状マットを形成してよい。前者、例えばそのように製造された長尺状絶縁体は、優れた引張り強度を有し、後者の場合、片持ち梁用途に利用できる絶縁体が製造され得る。
あるいは、ブロック材料は、高強度繊維のフィラメント上もしくはフィラメント内に施された被膜または粉末であってよい。
外側の電気絶縁性材料は、ポリマー材料、好ましくはポリエチレンまたはシリコーンポリマーから有利に構成される。
欧州特許出願公開第0 265 265号および相当する他国の特許公報は、繊維を取り込んだ物品に関し、該繊維に沿った湿分（例えば、水または他の液）の伝達に対する前記繊維のブロッキングを開示しており、該公報の全開示内容を参照により本明細書中に取り入れる。
例えば絶縁体を作製する好ましい態様において、糸は、絶縁体の両端子間の所望の距離で巻き方向に対して横に間隔を空けて置いた２本のマンドレルの周囲に、例えば200および300回程度繰り返し巻き付けて、実質上閉塞された丸みのある長方形状の長尺状ループを形成する。すなわち、ループはそれ自体は多数のフィラメントからなってよい一本の糸から形成され、糸の端が２つのみ露出している。その後、マンドレル間で引っ張られている糸をその周囲にポリマー絶縁性材料を形成するために型に移し、適当な形の絶縁体外側表面−−典型的に側方延伸したポリマーシェッド１個またはそれ以上からなる−−を与える。成形操作の高温高圧下で、ループに沿って、少なくともループ沿線上の一点で、好ましくは全ループ長を通してブロッキングを形成するためにガラスフィラメント間およびその周囲に押しやられるように、ブロック材料を融解または少なくとも軟化する。芯になるブロックした繊維を冷却および／または硬化して、ポリマー絶縁性要素を型から外す。ここで、マンドレルを除去し得る。冷却および／または硬化中、間隔を保つためにマンドレルをしっかりと固定することが考えられる。しかしながら、特に絶縁体をテンション絶縁体として使用する場合、ブロックした絶縁体が硬質である必要はない。電気的および機械的な接続末端取付部品を導電性でもまたは導電性でなくてもよいマンドレルの一部として供給してもよく、そうすると、その後、該部品は所定の位置に残るものと考えられる。したがって、好ましい態様において、繊維のブロッキングおよび絶縁体の絶縁性体の成形を行う単一操作で所定の位置に末端取付部品を固定し得る。
適宜、ロッド状またはチューブ状または他の適する形状として形成してよいマンドレルまたは末端取付部品は、糸を受け止める外側表面上に、巻き付け操作中に横方向の糸の保持を助けるための有利な窪みがある。末端取付部品は金属製であってよいが、他の適する導電性材料、例えば高強度導電性ポリマーが使用されてよい。あるいは、これらの要素は電気的に絶縁性であってよい。
ポリマー材料は、用途に則して選ばれ得るが、典型的に高密度ポリエチレンまたは同様の材料、好ましくは作動中に絶縁体の外側表面に沿ったリーク電流の流れによって形成される、炭素質の経路の形成傾向を減少させるためにアルミナ３水和物のようなトラッキング低減性充填剤を包含するものであってよい。適する材料としては、例えば英国特許出願公開第1 337 951号、第1 337 952号および第1 590 723号（レイケム）中に開示されている。他の材料、例えば熱硬化性樹脂等も使用してよい。さらに、ポリマー材料および／または糸を架橋してもよい。
したがって、繊維のループは、外側ポリマー材料に完全に包囲されかつ結合され、好ましくは絶縁体は実質上隙間のないものとなる。
ループ（長尺の主軸方向）に対して横断方向に広がった短い金属チューブであってよい末端取付部品は、優れた機械的強度−−典型的には絶縁体は24kVのテンション絶縁体としての使用に対し、最小要求値である70kNの軸荷重に耐え得る−−を与えるようにループ内に設置される。
末端取付部品上への電気的または機械的応力を散らすように、例えばその周囲に巻かれたループを破壊する可能性を最小限にするように、末端付属部品を有利に形成する。この目的には、円形の断面よりも楕円形または洋梨型の断面の方が好ましく、ループに対する摩擦係数が低いことが好ましい。損傷を生じる電気的作用が生じ得る点を避けるように末端取付部品の表面も丸くすることが好ましい。
ここで使用する「絶縁体」とは、絶縁機能を果たす物品を意味すると解される。そのような物品は全使用寿命中、絶縁機能を果たさなくてもよく、および／または単なる絶縁性ではない機能を果たしてよいものと考えられる。この点で、該物品は、他の機能性要素と組み合わされてよく、例えば絶縁性ポリマー材料内に包み込んでよいと考えられる。例えば、前記要素は、雷または関連する装置に与えられた他の過電圧から防護するために、特定の条件下で避雷器として物品を作動させる金属酸化物成分のようなバリスターであってよい。
本発明に従った各絶縁性製品の製造方法の態様およびそれによって製造される製品を、添付図を参照して、例として説明する。ここで、
図１は、第一の絶縁体の断面平面図である；
図２は、図１の絶縁体の断面側面図である；
図３は、図１の絶縁体の末端部の断面図である；
図４は、絶縁体の製造法を図式的に示す；
図5aおよび5bは、末端取付部品への固定の２つの取り得る態様を模式的に示す；
図６から図８は、避雷器の３態様の部分図を示す；
図９から図11は、絶縁体の別の態様の模式的な断面を示す。
図１から図３において、一対の金属ボビン２を、外側表面が少なくとも一方の面で凹面になっている短い金属チューブから形成する。図示されていない手段によって、完成された絶縁体の末端取付部品の所望の距離にボビン２を離して保持する。丸みのある長方形状の長尺状ループ４を形成するために、ポリプロピレン製ブロック材料を含む一本の多重フィラメントガラス繊維混成糸を、ボビン２の凹面に係合するように、張力下でボビンの周囲に約200回巻く。得られる形状は、二つの滑車の周囲に延在するファンベルトと類似である。ループ４は、ポリプロピレンのブロッキングフィラメントと共に、ガラスの強度フィラメントからなる。典型的に、ループは長さ200mm、幅17mm（すなわち、チューブ状の金属ボビン２の凹部の長さ）で厚さ3mmである。
その後、なおも張力下で、ループ４を射出型に移す（図示せず）。糸の中に含まれた空気を除去するために型を脱気、加熱し、200℃の型に、非トラッキング性絶縁性ポリマー材料６を約2000psiの圧力、約125℃の温度で射出する。型の高温高圧の影響下で、ループ２を形成する繊維のブロッキングフィラメントが融解し、ガラス成分を完全に包囲してその間の隙間を埋めるように流れ出し、固い、湿分ブロック性ループを形成する。その際、該ポリマー材料を冷却および／または硬化する。
図示したように、絶縁体の外側表面を形成するようにポリマー材料６を設計する。そのため、複数の異なる半径方向寸法のシェッド８を与えるように、型を設計する。図２より、ポリマー材料はループ４の外側の面の周囲および内部表面上にも完全に及んでいることが分かる。重量削減および絶縁体のコスト削減（使用する材料６をより少なくする）のため、さらに絶縁体に沿った表面リーク電流に対するインピーダンスを向上するためにも切り抜き部10を設ける。
金属ボビン２は、完成した絶縁体内の所定の位置に残り、適する電気的装置に対して張力下で絶縁体を電気的に接続するのに役立つ。
本発明の絶縁体の芯となる強度繊維を、直線的なループを形成するものとして示しかつ述べているが、フィラメントを巻く工程中にループが交差することが考えられる。さらに、ループは一回または複数回ひねられ、例えば型にいれる前にきつく捻られた形状になり得る。
本発明の絶縁体における簡易な末端取付部品、例えば圧縮した鋼製環状ボビン２の利用は、従来必要とされていた機械加工または鍛造取付部品を必要とせずに済む。例えば、汎用クリンプ取付部品では、一方では十分に強いグリップ力を提供し、また他方では繊維ロッド状絶縁体のガラス繊維を強さないために、狭い誤差しか許されない。
図４には、少なくとも絶縁体の部分の比較的安価な製造を可能にする、連続操作工程を示す。
組み込まれたブロック材料を有する連続状の単ガラス繊維混成糸24が周囲に螺旋状に巻き付けられて、間隔を空けた１対の長尺金属ロッドマンドレル20および22を、熱した外側絶縁性ポリマー材料26を送出するホッパー（図示せず）に供給する。冷却すると、糸24は、該糸に沿った水分伝達をブロックするようになり、糸24並びにロッド20および22はポリマー材料26によって完全に包み込まれる。冷却の際、別々のブロックされた絶縁体をＡ方向に対して横断方向に所定長さで切断することができ、実質上一様の横断寸法ｘからなる絶縁体を得る。
その後、シェッドを別々にまたは所定の位置に成形することによりまたは周囲に取り付けたチューブ状の部分を回復させることにより加えてよく、それによって図１に示したような外側形状を与える。
本発明の絶縁体のための別の配置では、繊維を巻いた末端取付部品の絶縁性は２種の材料によって供給されてよいものと考えられる。内側の比較的安価な材料が、糸のフィラメントのブロッキングを促進する特定を有するように選ばれてよく、適合する外側材料は、表面に沿った導電性トラックの形成を著しく阻害するように優れた電気的表面特性を有するように選ばれてよい。
別法では、絶縁体に使用する繊維ループは、所望の横方向寸法を持つ２本またはそれ以上のループを提供するために裂かれてよい帯を供給する編組、織物または編物として形成されてよい。本態様では、例えば、テンション絶縁体としての利用において、張力を絶縁体に加える方向に延びるように連続状の糸を配置する。
図には一つの絶縁体のみを示すが、末端取付部品の適する設計および／または相互接続によって、２個またはそれ以上の絶縁体が鎖を形成するように互いに組み合わされ得るものと考えられる。例えば、末端取付部品は互いに直接結合するように設計され、もしくは接続用環または他のデバイスが供給され得る。そのように延長された絶縁体は、その後、高電圧で作動するのに適している。
図5aおよび5bには、最後には絶縁体の末端取付部品を形成することになる２つの金属アイレット32のうちの１つの周囲に延在する単一糸ループ30を示す。図5aでは、糸30が２つのアイレットの間にひねった形状で延在しており、同様に、図5bにおいては繊維30の一方の自由端を隣接する糸の部分にクリンプ34で固定している。その後、上述の如く、絶縁性を与えるためおよび糸のブロッキングを形成するおよび／または増強するために外側ポリマー材料を供給する。
図６において、２つの金属端子42の間に挟まれた５つの酸化亜鉛バリスターブロック40の積み重ねを示している。単一糸ループ44は、軸方向の圧縮状態を保持するために、ブロック40と端子42の周囲に延在している。外側のポリマー絶縁性材料46は、糸44、端子42およびブロック40を完全に包囲しており、それによりブロックした単一糸強度部材44を有する、避雷器として作動するシェッドを取り付けた絶縁体配置を与える。所望により、ブロックされたループ44の完全な包囲を維持すると共に、避雷器として作動する間に発生するガスをバリスターブロック40から排気するようにポリマー材料を配置してよい。
図７には、究極的にポリマーを突き抜ける中央の接続用スタッド52を有する半円筒形の金属端子50からなる、ポリマー包囲前の避雷器の端部を示す。糸の２つの閉鎖ループ54は、端子50のそれぞれの肩のまわりに巻きつけられており、避雷器の反対の端に対応する端子（図示せず）に係合するように延在している。バリスターブロック56を一つ示す。ループ54は、積み重ねたブロック56を２つの端子50の間で圧縮状態に保つための強化部材として役立つ。
図８には、図６に示した単ループ配置と同様の方法で、避雷器内の末端取付部品（図示せず）に延在し、２本の糸の単一ループ60および62が互いに十字形に重なり合った改造した避雷器の断面図を示す。ブロックしたループ60および62が、絶縁性ポリマー材料64中に包囲されていることを示す。
本発明の絶縁体は、電力および通信用導体のような付加的な電線用または他の配線用の支持および／またはガイド部材として使用されてもよいと考えられる。
図９に示すように、閉塞した糸ループ70を２つの末端マンドレル72および74の周囲に配置して、上述の方法でブロックし、ポリマー絶縁性材料76内で埋め込む。しかしながら、この態様では、中間マンドレル78によってさらにもう一つの孔を形成している。マンドレル72、74および78は、必須ではないが導電性であってよい。その後、マンドレルそれぞれを通過して、供給配線を配置してよい。図１〜３の態様におけるポリマー絶縁性材料６中の穴10は、この目的のために使用されてもよいことが分かる。したがって、マンドレル72、74および78または穴10は、それらを通して延在する供給配線を支持し、間隔を維持して、相互に（必要なら）絶縁していると考えられる。
図10は、図９の単一糸ループ代わりに、３つのマンドレル84、86および88のそれぞれの対の周囲に２つの糸閉鎖ループ80および82を備えた図９の絶縁体の変形を示す。ループは実質上、互いに同じ平面内で延在している。
図９の態様のさらなる変形として、単一ループ70をマンドレル72および74の間に八の字に形成してよく、すなわち、中間のマンドレル78のまわりにより接近して巻いて、図10と同様のものが得られる。
図11は、絶縁体を、張力下および圧縮下で使用するために、剛直な軸状部材を含むように変形された絶縁体配置を示す。セラミックロッド90は、両端でマンドレル92に固定されている。その後、閉塞した単一の糸ループ94をマンドレル92の周囲に設け、外側絶縁性材料96を上述と同様の方法でその周囲に設ける。したがって、この絶縁体はループ94によって与えられる引張強度およびロッド90より与えられる圧縮強度を有するため、例えば、電力ケーブルシステム上での空中絶縁体としての利用のような多目的要素を提供する。
過電圧中にどのような場合の遮蔽においても、所定の位置でバリスターブロックを保持および／または抑制するために、避雷器としても機能する絶縁体アレンジメント中の閉塞したブロック糸ループを他の構成要素の代わりにまたはそれらに補足して使用してよい。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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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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