(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の進入を許す開口部を有すべく一体形成された容器状の第１担体の内部に、単一の前記第２担体が収納され、
前記第１担体の外形及び内面形状と前記第２担体の外形がいずれも概して立方体状を呈しており、
前記第１担体は、立方体を構成する６面の全てに液体の進入及び流出を許す複数の前記開口部が形成され、
前記第２担体は、前記開口部の開口寸法よりも大きく多孔質で圧縮性を有している水処理用濾材。
【請求項２】
前記複数の開口部のうち少なくとも１つは、前記第１担体を容器状の形に一体形成した後で前記第１担体の内部に前記第２担体を収納できる大きさに形成されている請求項１に記載の水処理用濾材。
【請求項３】
前記複数の開口部どうしを区切る区切り部の形状が、前記第１担体の上下の２面を除く４つの側面で十字状である請求項１又は２に記載の水処理用濾材。
【請求項４】
前記第１担体は、上面に設けられた区切り部と下面に設けられた区切り部とが、上下の軸芯に沿った投影面上で互いに補完し合うように配置されている請求項１から３のいずれか一項に記載の水処理用濾材。
【請求項５】
前記第１担体の８つの角部は丸みを帯びた形状を備えている請求項１から４のいずれか一項に記載の水処理用濾材。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の水処理用濾材を槽内に備えた浄化槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の進入を許す開口部を有する容器状の第１担体と、第１担体の内部に収納された第２担体とを有する水処理用濾材及び同水処理用濾材を槽内に備えた浄化槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の水処理用濾材に関連する先行技術文献情報として下記に示す特許文献１がある。この特許文献１に記された水処理用濾材は、通水穴を備えた保持体（容器状の第１担体）に繊維塊などの担体が充填された構成を有するので、担体を単独で使用する場合よりも全体形状が大きくなるため、例えば流動床式の浄化槽で用いる場合に粗いスクリーンでも流出を防止、担体の追加や回収も容易に行うことができるとされている。
【０００３】
また、別の先行技術文献情報として下記に示す特許文献２では、特許文献１による水処理用濾材における、保持体に設けられた個々の通水穴が小さいために固形有機物が内部に進入し難い、また、微生物によって液状に分解された有機物が目詰まりして外部に流出できないといった問題を改善するために、保持体の表面における空隙率が高められるように、保持体を多数の線状骨格で構成された球状体とすることが提案されている。
【０００４】
特許文献１及び特許文献２に記された水処理用濾材では、保持体（第１担体）へ担体（第２担体）を容易に収納できるように、卵形または球状の保持体は、互いに対称形状の上半体と下半体とを接合することで形成されており、そのために、上半体と下半体の一方に接合用突出部を設け、他方に接合用穴を設けられた構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−８８４９３号公報（０００９段落、図２）
【特許文献２】実用新案登録第３１４９１７３号公報（０００８段落、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１及び特許文献２に記された水処理用濾材では、水処理用濾材を完成させるために上半体と下半体とを所定の向きで対向させて接合するという面倒な工程が必要であった。しかも、その工程の途中で内部に担体を収納する工程を加える必要があるため、実際には、下半体を頂点が下になるように配置しておいて第２担体を入れ、そこに頂点が上とされた上半体を被せて、両半体の各環状端面どうしを接合用穴に対して接合用突出部を係入させることで接合するといった、一連の煩雑な操作が必要であった。また、上半体と下半体の接合時に、第２担体の一部を接合部に挟み込み、接合不良を起こす虞も生じていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上に例示した従来技術による水処理用濾材が与える課題に鑑み、第１担体の内部に第２担体が収納された状態の水処理用濾材をより簡単な操作で獲得可能とすること、及び、そのような水処理用濾材の製造方法や、同水処理用濾材を槽内に備えた浄化槽を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による水処理用濾材の特徴構成は、液体の進入を許す開口部を有すべく一体形成された容器状の第１担体の内部に、単一の前記第２担体が収納され、前記第１担体の外形及び内面形状と前記第２担体の外形がいずれも概して立方体状を呈しており、前記第１担体は、立方体を構成する６面の全てに液体の進入及び流出を許す複数の前記開口部が形成され、前記第２担体は、前記開口部の開口寸法よりも大きく多孔質で圧縮性を有している点にある。
【０００９】
上記の特徴構成を備えた水処理用濾材では、第１担体は既に完成した容器状の形に一体形成されているので、従来技術のように上半体と下半体とを所定の向きで対向させて接合するなどの面倒な工程が全く不要である。また、第２担体は開口部の開口寸法よりも大きいため浄化槽などで水処理用濾材として使用している際などに第２担体が開口部から抜け落ちる虞もない。尚、第２担体は一体形成された第１担体の内部へ同第１担体の開口部を介して任意の時期に収納することができる。
【００１１】
本構成であれば、第１担体の内部で第２担体の占める総体積を同じとした場合、複数の第２担体が収納されている構成に比べて、第２担体のサイズが大きくなるため、水処理用濾材として使用している際などに第２担体が開口部から抜け落ちる虞が更に少なくなる。
また、本構成であれば、複数の第２担体が収納されている構成に比べて、第２担体を第１担体の中に収納する作業に際して、第１担体の内部における第２担体どうしの角度姿勢などを制御する必要がなく、結果的に、収納作業が簡単になり、また、水処理用濾材の性能を均質化することができる。
【００１５】
本構成であれば、第１担体の外形を、空間充填立体すなわち一定の空間内に同じ形状の立体を間隙なく充填可能な立体の一つである立方体としているため、一定の内容積の箱や袋に充填可能な水処理用濾材の数量や質量を高めることができるため、搬送に要するコストを削減できる。また、第１担体の外形を空間充填立体の一つである立方体としているため、浄化槽の内部においても、一定容積の処理空間内に多量の水処理用濾材を適用できるため、高い処理能力を期待できる。さらに、切頂八面体や菱形十二面体などといった他の空間充填立体に比べて形状が単純で成形も容易なため製造コストを削減できる。
【００１６】
本発明の他の特徴構成は、前記複数の開口部のうち少なくとも１つは、前記第１担体を容器状の形に一体形成した後で前記第１担体の内部に前記第２担体を収納できる大きさに形成されている点にある。
【００１７】
本発明の他の特徴構成は、前記複数の開口部どうしを区切る区切り部の形状が、前記第１担体の上下の２面を除く４つの側面で十字状である点にある。
【００１８】
本発明の他の特徴構成は、前記第１担体は、上面に設けられた区切り部と下面に設けられた区切り部とが、上下の軸芯に沿った投影面上で互いに補完し合うように配置されている点にある。
【００１９】
本発明の他の特徴構成は、前記第１担体の８つの角部は丸みを帯びた形状を備えている点にある。
【００２０】
本発明による浄化槽の特徴構成は、請求項１から５のいずれか一項に記載の水処理用濾材を槽内に備えている点にある。
【００２１】
上記の特徴構成を備えた浄化槽では、容器状の第１担体が一体形成された担体からなるので外力に強く、また、内部空間に多孔質の第２担体を収納しているので微生物の繁殖・保持能力が高いため、同水処理用濾材を適用する浄化槽においては長期的に安定した処理が行える。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る水処理用濾材を示す斜視図である。
【図２】容器状担体にスポンジ状担体を収納する過程を示す斜視図である。
【図３】別の収納過程を示す斜視図である。
【図４】別の収納過程を示す斜視図である。
【図５】別の収納過程を示す斜視図である。
【図６】容器状担体のための金型セットを示す斜視図である。
【図７】金型セットによる容器状担体の成形過程を示す一部破断斜視図である。
【図８】別実施形態による容器状担体を示す斜視図である。
【図９】図８の容器状担体の変形例を示す斜視図である。
【図１０】図８の容器状担体の別の変形例を示す斜視図である。
【図１１】別実施形態による容器状担体を示す斜視図である。
【図１２】図１１の容器状担体の変形例を示す斜視図である。
【図１３】図１１の容器状担体の別の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示す水処理用濾材は、樹脂製の容器状担体１（第１担体の一例）と、容器状担体１の内部に収納された単一のスポンジ状担体２０Ａ（第２担体の一例）とからなる。
容器状担体１の外形は概して立方体状を呈し、容器状担体１の内面形状も概して立方体状である。
【００２４】
容器状担体１の立方体を構成する６面の全てに、液体の進入及び流出を許す複数の開口部５が形成されており、個々の面に設けられた複数の開口部５どうしを区切る区切り部６の形状は、図１における上下の２面を除く４つの側面では十字状であるが、上下の２面では単なる十字状とは異なる形状を呈している。
【００２５】
スポンジ状担体２０Ａは、例えば発泡ポリウレタンなどの多孔質で圧縮性の材料からなり、容器状担体１と同様に立方体状を呈するが、全ての開口部５はスポンジ状担体２０Ａの外形寸法よりも十分に小さいので、浄化槽で水処理用濾材として用いている際にスポンジ状担体２０が開口部５から抜け落ちる虞はない。
【００２６】
容器状担体１の角部が隣接した容器状担体１の開口部５に引っ掛かった状態になり難いように、容器状担体１の８つの角部は丸みを帯びた形状を備えている。
【００２７】
容器状担体１は後述する射出成形装置を用いて一体成形されており、その一体成形の工程よりも後で、スポンジ状担体２０Ａが容器状担体１の内部に収納される。
図２に示す例では、容器状担体１の容積と近似した見掛け体積を備えたスポンジ状担体２０が容器状担体１の内部に収納されている。
【００２８】
具体的には、容器状担体１の内部に収納される前の、外力の働かない状態でのスポンジ状担体２０Ａの体積は、容器状担体１の容積の５０〜２００％に相当する。ここで、見掛け体積とは、スポンジ状担体２０Ａの内部や表面付近に存在する気孔を無視した、スポンジ状担体２０Ａの外形の体積を指す。
【００２９】
スポンジ状担体２０Ａの見掛け体積が容器状担体１の内容積と同じで、スポンジ状担体２０Ａの表面と容器状担体１の内面が内接した状態が生物処理的に最も望ましいが、スポンジ状担体２０Ａの見掛け体積が容器状担体１の内容積の５０％以上（容器状担体１の内面形状とスポンジ状担体２０Ａの外形が相似形状の場合、容器状担体１の内面形状の内寸法とそれに対応するスポンジ状担体２０Ａの外辺の寸法の割合が８０％以上）であれば、浄化槽内などの水流によって水処理用濾材が移動する間も、スポンジ状担体２０Ａは容器状担体１に対して著しい相対移動や姿勢変更を起こしにくいので、微生物が効率的に繁殖し且つ保持しやすくなり水処理の性能を高めることができる。
【００３０】
また、スポンジ状担体２０Ａの体積の容器状担体１の内容積に対する割合が極端に大きいと、スポンジ状担体２０Ａが容器状担体１の内壁面から大きな応力を受けるために、スポンジ状担体２０Ａの内部の連続気孔が押し縮められ、微生物の繁殖に対して不利となる可能性があるが、スポンジ状担体２０Ａの見掛け体積が容器状担体１の内容積の２００％以下（容器状担体１の内面形状とスポンジ状担体２０Ａの外形が相似形状の場合、容器状担体１の内面形状の内寸法とそれに対応するスポンジ状担体２０Ａの外辺の寸法の割合が１２５％以下）であれば、スポンジ状担体２０Ａの表面が容器状担体１の内壁面からの圧力による内部気孔の縮みも少なく、微生物の繁殖も十分に行えるので、微生物の繁殖に対して有利となる。一方、スポンジ状担体２０Ａの膨張による容器状担体１への圧力も少ないので、容器状担体１の強度を過度に高める必要がなくなる。
【００３１】
通常、スポンジ状担体２０Ａの寸法誤差は±１０％程度であるので、スポンジの内部気孔を潰さずに外形を保ちたい場合は、スポンジ状担体２０Ａの寸法が容器状担体１の内寸法の１０％程度小さいようにスポンジ状担体２０Ａの外形寸法あるいは容器状担体１の内寸法を定めることが望ましい（この場合、スポンジ状担体２０Ａの外形寸法の最小ばらつき値は容器状担体１の内面形状の内寸法の約８０％となる）。逆に、スポンジ状担体２０Ａの容器状担体１内で動いてしまうことによる磨耗を押さえる意図でスポンジ状担体２０Ａを容器状担体１内で動かすことなく確実に固定したい場合は、スポンジ状担体２０Ａの寸法が容器状担体１の内寸法の１０％程度大きいようにスポンジ状担体２０Ａの外形寸法あるいは容器状担体１の内寸法を定めることが望ましい（この場合、スポンジ状担体２０Ａの外形寸法の最大ばらつき値は容器状担体１の内面形状の内寸法の約１２５％となる）。
【００３２】
図２に示す例では、スポンジ状担体２０Ａは、容器状担体１の一つの開口部を介して、容器状担体１の内部に収納される。収納の操作に際しては、スポンジ状担体２０Ａを開口部５の面積よりも小さく押し縮めたまま開口部５から容器状担体１の内部に挿入させる特殊な専用装置（不図示）を作製し、同装置を用いて収納することができるが、専用装置を用いずに、作業者が指先による操作でスポンジ状担体２０Ａを開口部５から容器状担体１の内部に押し込むことも可能である。
【００３３】
図３に示す例で用いられるスポンジ状担体２０Ｂは、乾燥状態では容器状担体１の側面に設けられた開口部５よりも若干大きい外形寸法を有し、水中に浸漬させることで膨潤する水膨張性スポンジを用いている。一つの乾燥状態のスポンジ状担体２０Ｂを開口部から容器状担体１の内部に挿入し、容器状担体１を水中に浸漬させると、スポンジ状担体２０Ｂは水を吸収して元の体積の２倍以上に膨潤し、容器状担体の容積の５０〜２００％を占めるようになる。
【００３４】
図３に示すスポンジ状担体２０Ｂは、容器状担体１に収納された状態で水中に入れられると、容器状担体１の開口部５から進入してきた水を少しずつ吸収して緩やかに膨張するので、スポンジ状担体２０Ｂはその比較的長い膨張期間の間に、容器状担体１の内面から過度な応力を受けない無理のない姿勢に調整されやすくなる。このため、スポンジ状担体２０Ｂの内部気孔を潰す虞が低くなり、微生物を効率的に繁殖させやすくなる。
【００３５】
図４に示す例で用いられるスポンジ状担体２０Ｃは、立方体ではなく、一定の向きに巻かれた螺旋状を呈している。このスポンジ状担体２０Ｃの両端を持って直線状に伸ばすと、その両端面の面積は開口部５の面積と同等または同面積を下回っている。したがって、この螺旋状のスポンジ状担体２０Ｃを螺旋の軸芯を中心として回転させながら一つの開口部５から容器状担体１の内部に比較的容易に収納することができる。スポンジ状担体２０Ｃは収納後に元の螺旋状に戻るため、開口部５から抜け落ち難く、その見掛け体積は容器状担体１の容積の７０〜９０％を占める。
【００３６】
図５に示す例では、開口部の面積と同等または開口部の面積を下回る大きさの多数のスポンジ状担体２０Ｄが開口部から容器状担体の内部に挿入され、容器状担体の内部で一つの塊状に一体化される。一体化のための方法としては、例えば、個々の小さなスポンジ状担体２０Ｄの表面に塗布された接着剤によって互いに接着させる方法を採用できる。他に、スポンジ状担体どうしを押付け合わせながら、スポンジ状担体２０Ｄどうしの境界部のみが融着する程度の温度で短時間の加熱を行う方法でもよい。一体化された後のスポンジ状担体２０Ｄの全体としての見掛け体積は容器状担体１の容積の７０〜９０％を占める。
【００３７】
（成形装置）
容器状担体１は、上面２に設けられた区切り部６Ａと下面３に設けられた区切り部６Ｂとが、上下の軸芯Ｘに沿った投影面上で互いに概して補完し合う形状を備えている。
すなわち、下面３に設けられた区切り部６Ｂと、上面２に設けられた４つの区切り部６Ａの間に形成された平面視で十字状の開口部とは、平面視で概して十字状の略一致した形状を備えている。
容器状担体１は、このような特殊な形状を備えるので、以下に示す金型セットを有する射出成形装置を用いて成形することが可能である。
【００３８】
図６に示す金型セットは、主に容器状担体１の下面３を成形するための下部固定型８と、主に容器状担体１の上面２を成形するための上部可動型９と、主に容器状担体１の４つの側面４を成形するための４つの側部可動型１０とを有する。４つの側部可動型１０は、互いに対向配置される一対の第１側部可動型１０Ａ，１０Ｂと、互いに対向配置される一対の第２側部可動型１０Ｃ，１０Ｄとからなる。
【００３９】
下部固定型８の上面には、容器状担体１の上面２に形成すべき４つの区切り部６Ａの形状に対応する断面形状の４つの第１形中子８Ａが上向きに立設されている。
上部可動型９の下面には、容器状担体１の下面３に形成すべき１つの区切り部６Ｂの形状に対応する断面形状の１つの第２形中子９Ａが下向きに立設されている。
【００４０】
４つの側部可動型１０の各側面には、容器状担体１の４つの側面に十字状の区切り部６Ｃによって区切られた状態で形成すべき４つの矩形の開口部５の形状に対応する断面形状の４つの第４形中子１１が横向きに立設されている。
【００４１】
そこで、上部可動型９の中子９Ａが下部固定型８の４つの中子８Ａの間に挿入されるように、下部固定型８の４つの中子８Ａの各上端面が上部可動型９の平坦な下面に当接するまで上部可動型９を下部固定型８に近接移動すると、上部可動型９の下面付近と下部固定型８の上面付近のみに区切り部６Ａ，６Ｂの厚さと対応する上下に薄い間隙空間が得られ、残りの領域には中央部も含めて実質的に間隙が全くない状態が得られる。
【００４２】
次に、このようにして全部で５個の中子８Ａ，９Ａ，９Ｂによって得られた立方体状の塊の互いに対向する２つの側面に対して合計８つの中子１１が押付けられるように、一対の第１側部可動型１０Ａ，１０Ｂを横移動し、さらに、同塊の別の２つの側面に対して合計８つの中子１１が押付けられるように、一対の第２側部可動型１０Ｃ，１０Ｄを横移動する。
【００４３】
このようにして図７に示す状態で、上部可動型９と第１側部可動型１０Ａ，１０Ｂと第２側部可動型１０Ｃ，１０Ｄとを下部固定型８に対して固定し、下部固定型８に設けられた注入路８Ｃを介して外部から溶融状態の樹脂を射出し、樹脂の固化後に各可動型を取り外せば、図２に示す形状の容器状担体１が得られる。
【００４４】
（浄化槽の構成）
上記の水処理用濾材を浄化槽に適用する場合、浄化槽内部の固定床あるいは流動床の槽内に水処理用濾材を備えた浄化槽の構成が挙げられる。水処理用濾材は固定床の槽内に静置させてあっても流動床の槽内で被処理水と共に流動させてあってもよい。この浄化槽に適用される水処理用濾材の容器状担体１は一体的に成形されているので外力に強く、水処理用濾材を槽内に投入する際や、水処理中の処理水流れによって、容器状担体１が槽内あるいは他の担体に衝突しても破損したり摩耗する虞を低減できる。また、スポンジ状担体２０Ａは容器状担体１の内部に収納されているので摩耗する虞を大幅に低減することができ、その微生物の繁殖・保持能力を損なうことがなくなる。よって、浄化槽内における生物処理を長期的に安定して行うことができる。
【００４５】
〔別実施形態〕
〈１〉容器状の第１担体は必ずしも上記実施形態に示した容器状担体１のように立方体である必要はなく、図８に例示するような平面視で六角形の外形を備えた筒状の容器状担体としてもよい。
図８に例示する容器状担体１では、上面２の中心から径方向外向きに３本の棒状の区切り部６Ａが放射状に延設され、下面３には上下の軸芯Ｘに沿った投影面上で区切り部６Ａと補完し合う３本の鈎型の区切り部６Ｂが延設されている。全ての側面には２つ以上の開口部５が形成されている。
【００４６】
また、必ずしも上下面と側面との全てに開口部が形成されている必要はなく、例えば、図９に例示するように、側面には開口部５がなく、上下面のみに開口部が形成されている形態で実施してもよい。ここでは平面視で六角形の筒状の容器状担体１は、軸芯方向の向きを一定に揃えるという条件の下で、空間充填立体すなわち一定の空間内に同じ形状の立体を間隙なく充填可能な立体の立方体以外の例として採用されている。
図８、図９に示す形状の容器状担体１は、中子部の形状を変更すれば、図６に示す金型セットを用いた射出成形によって一体成形することができる。
【００４７】
〈２〉図１０に例示するように、容器状担体１の内面に中心向きに突出したフィン状の突起３０を一体的に設けることが可能である。これらの突起３０は中に収納された第２担体の移動や抜け落ちを抑制する効果を有する。突起３０はフィン状に限らずピン状でもよい。当然ながらフィン状またはピン状の突起は図１〜図７に示した立方体状の容器状担体１に対しても適用可能である。
図１０に示す形状の容器状担体１も、中子部の形状を変更すれば、図６に示す金型セットを用いた射出成形によって一体成形することができる。
尚、図８〜１０に示す別実施形態においても、図１〜図７に示す実施形態と同様に、容器状担体１の角部は丸みを帯びた形状を備えているが、図を簡略化するために丸みを示す表現が省かれている。
【００４８】
〈３〉容器状担体１は必ずしも空間充填立体である必要はなく、図１１〜図１３に例示するような円筒状の容器状担体１としてもよい。図１１に示す例では、上面２に４本の棒状の区切り部６Ａが互いに平行に延設され、下面１３には上下の軸芯Ｘに沿った投影面上で区切り部６Ａと補完し合う４本の区切り部６Ｂがやはり互いに平行に延設されている。全ての側面には２つ以上の開口部５が形成されている。
【００４９】
図１１は上下面と側面との全てに開口部５が形成されている例、図１２は側面には開口部５がなく、上下面のみに開口部５が形成されている例、図１３は図１１に基づく容器状担体１の内面に中心向きに突出したフィン状の突起３０を一体的に設けた例である。
図１１〜図１３に示す形状の容器状担体１も、中子部の形状を変更すれば、図６に示す金型セットを用いた射出成形によって一体成形することができる。
【００５０】
〈４〉容器状担体１は、上記の実施形態に示した射出成形法に限らず、例えば消失法で一体形成することも可能である。消失法では、例えば、立方体の各面に容器状担体１の開口部の形状に対応する凸状部を設けた原型（不図示）をロストワックスなどで作製し、この原型を内部が立方体状の金型セット（不図示）の内部に閉じ込め、金型と原型の間に形成された空間に溶融状態の樹脂またはバインダーを含んだセラミック粉体のスラリーなどを注入し、固化した注入物を金型から取り出し、最後に原型に用いた材料と注入物との溶融温度の違いを利用して、加熱などによって原型のみを流し出す。消失法では、立方体以外の空間充填立体として、切頂八面体や菱形十二面体なども適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
液体の進入を許す開口部を有する容器状の第１担体と、第１担体の内部に収納された第２担体とを有する水処理用濾材に従来見られた課題を解決するための技術として利用可能な発明である。
【符号の説明】
【００５２】
１      容器状担体（第１担体）
５      開口部
２０Ａ  スポンジ状担体（第２担体）
２      上面
３      下面
４      側面
６Ａ    区切り部
６Ｂ    区切り部
【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】
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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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【図１２】
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【図１３】
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