(57)【要約】フランジ付きパイプ要素を非フランジ付きパイプ要素に接合するためのカップリングは、端端接続され、中心空間を包囲する区画を有する。フランジ部分は、区画の片側から延びている。各区画は、２つのチャネルを画定し、その一方は、非フランジ付きパイプを把持するための分割リングを受け取り、他方のチャネルは、シールを受け取る。フランジ付き管も、区間間に位置付けられる。管のフランジは、区画のフランジ部分に隣接して位置付けられる。シールは、管および非フランジ付きパイプ要素に係合する。区画のフランジ部分は、フランジ付きパイプ要素のフランジにボルト留めされ、管のフランジは、区画のフランジ付き部分とフランジ付きパイプ要素のフランジとの間に捕捉される。
2019500559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジ付きパイプ要素を普通端パイプ要素に接合するためのカップリングであって、前記カップリングは、
間隔を置かれた関係で端端で互いに取り付けられ、中心空間を包囲している複数の区画を備え、前記区画の各々は、
対向して配置されている第１および第２の側と、
前記第１の側に近接して位置付けられ、前記中心空間の周囲に円周方向に延び、前記中心空間に対面している第１のチャネルと、
前記第２の側に近接して位置付けられ、前記中心空間から外向きに延びている第１のフランジであって、前記第１のフランジは、前記第１のフランジを通した複数の孔を有する、第１のフランジと、
前記第１のチャネルと前記フランジとの間に位置付けられ、前記中心空間の周囲に円周方向に延び、前記中心空間に対面している第２のチャネルと
を備え、
前記カップリングは、
前記第１のチャネルの中に位置付けられている分割リングと、
前記第２のチャネルの中に位置付けられているシールと、
前記中心空間内に位置付けられ、前記区画の第２の側から外向きに延びている管であって、前記管は、前記シールに係合している、管と
をさらに備えている、カップリング。
【請求項２】
前記第１のチャネルは、
間隔を置かれた関係で配置されている２つの側面表面と、
前記側面表面間に延びている床表面と
を備え、
前記床表面は、前記区画の対向端にそれぞれ配置されている第１および第２の表面部分と、それらの間に位置付けられている第３の表面部分とを備え、前記第１および第２の表面部分の各々は、前記第３の表面部分の曲率半径より大きい曲率半径を有する、請求項１に記載のカップリング。
【請求項３】
前記区画のうちの少なくとも１つにおける前記第１および第２の表面部分の曲率半径は、前記分割リングの外側曲率半径に等しい、請求項２に記載のカップリング。
【請求項４】
前記第１および第２の表面部分のうちの少なくとも１つは、前記第１のチャネルの総円周方向長さの５％〜４５％延びている長さを有する、請求項２に記載のカップリング。
【請求項５】
前記シールは、可撓性の弾力性シールリングを備え、前記シールリングは、前記管および前記パイプ要素の外側表面にそれぞれ係合するように適合されている第１および第２のリング内側表面を有し、前記リング内側表面のうちの１つは、前記区画間への前記パイプ要素の挿入時、前記パイプ要素を受け取るようにサイズを決定されている直径を有する、請求項１に記載のカップリング。
【請求項６】
前記シールは、事前に組み立てられた状態において前記区画と係合され、前記区画を支持する外側表面を有し、前記事前に組み立てられた状態における前記区画は、前記パイプ要素が前記中心空間の中に挿入されることを可能にするために十分な間隔を置かれた関係にある、請求項５に記載のカップリング。
【請求項７】
前記分割リングは、外側曲率半径および内側曲率半径を有し、前記内側曲率半径は、前記パイプ要素の外側半径に等しいかまたはそれより大きい、請求項１に記載のカップリング。
【請求項８】
前記分割リングは、事前に組み立てられた状態において前記区画を支持し、前記事前に組み立てられた状態における前記区画は、前記パイプ要素が前記中心空間の中に挿入されることを可能にするために十分な間隔を置かれた関係にある、請求項１に記載のカップリング。
【請求項９】
前記分割リングは、前記パイプ要素の挿入中の前記カップリングの取り扱いを通して前記区画を前記事前に組み立てられた状態に維持するために十分な剛性を有する、請求項８に記載のカップリング。
【請求項１０】
前記分割リングは、互いに間隔を置かれた関係で配置され、前記分割リングの周囲に円周方向に延びている複数の歯を備え、前記歯は、前記中心空間に向かって突出している、請求項１に記載のカップリング。
【請求項１１】
前記複数の区画は、２つ以下の前記区画を備えている、請求項１に記載のカップリング。
【請求項１２】
前記区画の各々は、その対向端に位置している調節可能取り付け部材を備えている、請求項１１に記載のカップリング。
【請求項１３】
前記調節可能取り付け部材は、前記区画の各々の対向端から延びている突起を備え、前記突起の各々は、留め具を受け取るための開口部を画定する、請求項１２に記載のカップリング。
【請求項１４】
前記区画のうちの少なくとも１つは、前記少なくとも１つの区画の端部に隣接して前記２つの側面表面内に位置付けられている少なくとも１つの切り欠きを有する、請求項２に記載のカップリング。
【請求項１５】
前記管から外向きに延び、前記第１のフランジに隣接して位置付けられている第２のフランジをさらに備えている、請求項１に記載のカップリング。
【請求項１６】
前記管の一端に近接して前記管から外向きに延びている返しをさらに備えている、請求項１に記載のカップリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、米国仮出願第６２／２７１，３９５号（２０１５年１２月２８日出願）に基づき、上記出願に対する優先権の利益を主張し、上記出願は、参照により本明細書に引用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、パイプ要素を端端接合するための機械的カップリング、特に、フランジ付きパイプ要素を非フランジ付きパイプ要素に接合するための機械的カップリングに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来技術において教示されているように、非フランジ付きポリマーパイプ要素を、ポリマーまたは金属のいずれかのフランジ付きパイプ要素に接続することは、通常、金属から作製される裏当てリングと、ポリマー突合せフランジアダプタとの使用を要求する。接続をもたらすために、裏当てリングは、非フランジ付きポリマーパイプ要素の自由端の上を滑らされ、次いで、突合せフランジアダプタが、突合せ接合部で非フランジ付きパイプ要素の自由端と同軸整列させられ、融合される。これは、これまで非フランジ付きであったポリマーパイプ要素上にフランジの合わせ面を生成し、それは、次いで、フランジ対フランジで、フランジ付きパイプ要素と係合される。裏当てリングは、次いで、突合せフランジアダプタのフランジ上に位置するようにされ、ボルトが、裏当てリングをフランジ付きパイプ要素のフランジに取り付けるために使用され、突合せフランジアダプタのフランジを捕捉し、フランジ付きパイプ要素に保持する。低圧力適用下でのポリマー対金属フランジの係合に対して、突合せフランジアダプタの軟質ポリマーフランジは、フランジ付きパイプ要素の金属フランジとの接触時、変形し、液密シールを形成する。より高圧力の適用に対して、面シールが、界面フランジ間に使用され、液密を確実にし得る。
【０００４】
効果的であるが、この従来技術の実践は、種々の不利点に悩まされる。複数の部品、すなわち、突合せフランジアダプタおよび裏当てリングが、非フランジ付きポリマーパイプ要素上に供給され、組み立てられなければならない。融合動作が、突合せフランジアダプタを非フランジ付きポリマーパイプに接合するために必要である。これは、融合機械を要求し、これは、動作のための電力または熱源を要求する。融合動作自体も、時間がかかり、接合が現場で行われるべき場合、天候によって影響され得る。例えば、低温天候は、融合プロセスを減速させ、十分に深刻である場合、それを完全に停止させ得る。明らかに、非フランジ付きポリマーパイプ要素をフランジ付きパイプ要素に接合するための改良された構成要素および方法の必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、フランジ付きパイプ要素を普通端パイプ要素に接合するためのカップリングに関する。一例示的実施形態では、カップリングは、間隔を置かれた関係で端端で互いに取り付けられ、中心空間を包囲している複数の区画を備えている。一例として、区画の各々は、対向して配置されている第１および第２の側を備えている。第１のチャネルは、第１の側に近接して位置付けられ、中心空間の周囲に円周方向に延び、それに対面する。第１のフランジは、第２の側に近接して位置付けられ、中心空間から外向きに延びている。第１のフランジは、それを通した複数の孔を有する。第２のチャネルは、第１のチャネルとフランジとの間に位置付けられ、中心空間の周囲に円周方向に延び、それに対面する。カップリングは、第１のチャネルの中に位置付けられている分割リングをさらに備えている。シールは、第２のチャネル内に位置付けられる。管は、中心空間内に位置付けられ、区画の第２の側から外向きに延びている。管は、シールに係合する。第２のフランジが、管から外向きに延び、第１のフランジに隣接して位置付けられ得る。返しが、管の一端に近接して管から外向きに延び得る。
【０００６】
例示的実施形態では、第１のチャネルは、間隔を置かれた関係で配置されている２つの側面表面を備えている。区画のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの区画の端部に隣接して２つの側面表面内に位置付けられている少なくとも１つの切り欠きを有し得る。床表面は、側面表面間に延びている。床表面は、区画の対向端にそれぞれ配置されている第１および第２の表面部分を備えている。第３の表面部分が、第１および第２の表面部分間に位置付けられる。第１および第２の表面部分の各々は、第３の表面部分の曲率半径より大きい曲率半径を有する。具体的例示的実施形態では、区画のうちの少なくとも１つにおける第１および第２の表面部分の曲率半径は、分割リングの外側曲率半径に等しい。さらなる例として、第１および第２の表面部分のうちの少なくとも１つは、第１のチャネルの総円周方向長さの５％〜４５％延びている長さを有する。
【０００７】
例示的実施形態では、シールは、管およびパイプ要素の外側表面にそれぞれ係合するように適合されている第１および第２のリング内側表面を有する可撓性の弾力性シールリングを備えている。リング内側表面のうちの１つは、区画間へのパイプ要素の挿入時、パイプ要素を受け取るようにサイズを決定されている直径を有する。さらに一例として、シールは、パイプ要素が中心空間の中に挿入されることを可能にするために十分な間隔を置かれた関係で事前に組み立てられた状態において区画と係合され、それを支持する外側表面を有する。例示的実施形態では、分割リングは、外側曲率半径および内側曲率半径を有する。内側曲率半径は、パイプ要素の外側半径に等しいかまたはそれより大きい。
【０００８】
例示的実施形態では、分割リングは、パイプ要素が中心空間の中に挿入されることを可能にするために十分な間隔を置かれた関係で、事前に組み立てられた状態において区画を支持する。さらなる例として、分割リングは、パイプ要素の挿入中のカップリングの取り扱いを通して区画を事前に組み立てられた状態に維持するために十分な剛性を有する。さらなる例として、分割リングは、互いに間隔を置かれた関係で配置され、分割リングの周囲に円周方向に延びている複数の歯を備え、歯は、中心空間に向かって突出する。
【０００９】
例示的実施形態では、区画は、区画を中心空間に向かって引き寄せるための調節可能に締め付け可能な取り付け部材を備えている。具体的例では、調節可能に締め付け可能な取り付け部材は、各区画の対向端から延びている突起を備えている。各突起は、留め具を受け取るための開口部を画定する。留め具は、区画間に延び、事前に組み立てられた状態において、区画を一緒に保持する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明による、例示的カップリングの等角分解図である。
【図１Ａ】図１Ａは、事前に組み立てられた状態に示される、本発明による、例示的カップリングの等角分解図である。
【図２】図２は、図１Ａの線２−２において得られた縦方向断面図である。
【図３】図３は、図２の線３−３において得られた横方向断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２の線３Ａ−３Ａにおいて得られた横方向断面図である。
【図４】図４は、非フランジ付きパイプ要素に係合して示される、図１に示されるカップリングの等角図である。
【図５】図５は、フランジ付きパイプ要素を非フランジ付きパイプ要素に接続する図１のカップリングを示す、縦方向断面図である。
【図６】図６は、図１に示されるカップリングの軸方向図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明による、フランジ付きパイプ要素を非フランジ付きパイプ要素に接合するためのカップリング１０の例示的実施形態を示す。カップリング１０は、複数の区画を備え、この例では、２つの区画１２および１４が、互いに端端で取り付けられ、中心空間１６を包囲する。区画１２と１４とは、有利には、ダクタイル鋳鉄から形成されるが、他の材料も使用され得る。区画１２および１４の取り付けは、各区画の各端部に位置付けられた調節可能取り付け部材１８を介してもたらされる。この例では、取り付け部材１８は、区画の端部から延びている突起２０を備え、突起は、ボルト２４およびナット２６等の留め具を受け取る開口部２２を有する。留め具２４、２６の締め付け時、区画１２および１４は、互いに、および中心空間１６に向かって引き寄せられ、図４および５に図示され、以下に説明されるように、パイプ要素２８との接続をもたらす。
【００１２】
図２に示されるように、カップリング１０は、互いから反対に配置される第１および第２の側３０および３２を有する。第１のチャネル３４が、第１の側３０に近接して区画１２および１４内に位置付けられる。第１のチャネル３４は、中心空間１６の周囲に円周方向に延び、それに対面している第１のチャネル３４の各々は、互いに間隔を置かれた関係で配置されている２つの側面表面３６および３８によって画定される。床表面４０が、側面表面間に延びている。図３に示されるように、床表面４０は、区画１２および１４（区画１２が示される）の対向端４６および４８にそれぞれ配置された第１および第２の表面部分４２、４４を備えている。第３の表面部分５０が、第１および第２の表面部分４２と４４との間に位置付けられる。各表面部分４２、４４、および５０は、それぞれの曲率半径４２ａ、４４ａ、および５０ａを有する。半径４２ａおよび４４ａは、第３の表面部分５０の曲率半径５０ａより大きい。半径４２ａおよび４４ａの中心は、図３に描写されるように、半径５０ａの中心からオフセットされる。第１および第２の表面部分４２、４４の各々は、実践的カップリング設計のために、第１のチャネル３４の全長の約５％〜約４５％に延びている長さを有し得る。
【００１３】
図１および２に示されるように、カップリング１０は、各区画１２および１４の第２の側３２に近接して位置付けられる第１のフランジ５２をさらに備えている。フランジ５２は、それぞれの区画１２および１４上のフランジ部分５２ａ、５２ｂから形成され、中心空間１６から外向きに延びている。フランジ５２は、複数の貫通孔５４（図１Ａも参照）を有する。フランジ５２および貫通孔５４は、以下に説明されるように、フランジ付き端部パイプ要素のフランジと篏合するように設計される。第２のチャネル５６が、第１のチャネル３４と第１のフランジ５２との間で各区画１２、１４内に位置付けられる。第２のチャネル５６は、中心空間１６の周囲に円周方向に延び、それに対面している第１のチャネル３４と同様に、第２のチャネル５６の各々は、図２に示されるように、互いに間隔を置かれた関係で配置されている２つの側面表面５７と５９とによって画定される。床表面６１が、側面表面間に延びている。図３Ａに示されるように、床表面６１は、区画１２および１４（区画１２が示される）の対向端４６、４８にそれぞれ配置される、第１および第２の表面部分６３、６５を備えている。第３の表面部分６７が、第１および第２の表面部分６３と６５との間に位置付けられる。各表面部分６３、６５、および６７は、それぞれの曲率半径６３ａ、６５ａ、および６７ａを有する。半径６３ａおよび６５ａは、第３の表面部分６７の曲率半径６７ａより大きい。半径６３ａおよび６５ａの中心は、図３Ａに描写されるように、半径６７ａの中心からオフセットされる。第１および第２の表面部分６３、６５の各々は、実践的カップリング設計のために、第２のチャネル５６の全長の約５％〜約４５％まで延びている長さを有し得る。
【００１４】
図１および２に示されるように、分割リング５８が、区画１２および１４の第１のチャネル３４内に位置付けられる。分割リング５８は、この例では、互いに間隔を置かれた関係で配置される複数の歯６０を備えている。歯６０は、分割リング５８の周囲に円周方向に延び、中心空間１６に向かって突出する。そのような分割リングは、ばね鋼、ステンレス鋼、または銅−ベリリウム合金等の金属から作製され、ＨＤＰＥまたは他のポリマー樹脂から作製されるパイプ要素をカップリング１０に保持することにおいて効果的である。分割リング５８は、パイプ要素の外径に等しいかまたはそれより大きい内径６２を有する。歯６０は、さらに、中心空間１６の中へのパイプ要素の挿入を可能にするが、その引き抜きを防止するように角度を付けて向けられ得る。
【００１５】
分割リング５８は、図１Ａに図示される、いわゆる「事前に組み立てられた状態」において、区画１２および１４を間隔を置かれた関係で保持するために使用され得る。分割リング５８は、床表面４０の第１および第２の表面部分４２、４４に係合するようにサイズを決定された外径を有する（図３参照）。これらの表面部分は、第３の表面部分５０より大きい曲率半径４２ａおよび４４ａを有し、カップリング１０が事前に組み立てられた状態にあるとき、パイプ要素２８が中心空間１６の中に側面３０から挿入され得るように、区画１２および１４の支持のために、分割リング５８と協働するように設計される。留め具（ボルト２４およびナット２６）は、区画１２と１４とを一緒に、かつ分割リング５８に対して保持し、分割リングは、以下に説明されるように、据え付けのための取り扱いの間、区画を支持するために十分な剛性を有するが、割れたリングであるので、留め具が締め付けられると、より小さい直径に変形可能であり、区画が互いに向かって引き寄せられ、液密の機械的に制限された接合をもたらすことを可能にする。
【００１６】
接合の液密は、図２に示されるように、区画１２および１４の第２のチャネル５６内に位置付けられる、シール６６によってもたらされる。この例では、シール６６は、可撓性の弾力性シールリング６８を備えている。シールリング６８は、直径７１を有する外側表面７０を有する。例示的実施形態では、直径７１は、区画１２および１４を事前に組み立てられた状態で間隔を置かれた関係で支持すること、または分割リング５８が区画を支持することを補助することのいずれかのためにサイズを決定される。これを達成するために、外径７１は、第２のチャネル５６の床表面６１の第１および第２の表面部分６３、６５に係合するようにサイズを決定される（図３Ａ参照）。これらの表面部分は、第３の表面部分６７より大きい曲率半径６３ａおよび６５ａを有し、カップリング１０が図１Ａに示される事前に組み立てられた状態にあるとき、側面３０から中心空間１６の中へのパイプ要素２８の挿入を可能にするために、区画１２および１４の支持のためのシールリング６８と協働するように設計される。シールリング６８は、据え付けのための取り扱い中に区画を支持するために十分な剛性も有し得る。シールリング６８は、ＥＰＤＭ等のエラストマから形成され得、したがって、留め具２４、２６の締め付け時に変形可能であり、接合が以下に説明されるように形成されることを可能にする。
【００１７】
液密シールをもたらすために、シールリング６８は、シールリングの両側に位置付けられる第１および第２のリング内側表面７２、７４を有する。表面７２は、中心空間１６の中へのパイプ要素の挿入時（以下に説明される）、パイプ要素２８の外側表面に係合するように位置付けられ、適合される。図２に示されるように、表面７４は、中心空間１６内に位置付けられた管７６の外側表面に係合するように適合される。返し７７が、管７６の一端に近接して位置付けられ、内側表面７４が位置付けられるローブ７４ａに係合する。返し７７が、管７６の周囲に円周方向に、かつそれから外向きに延び、管をシールリング６８内に保持することに役立つ。管７６は、カップリング１０の一部であり、区画１２および１４の第２の側３２から外向きに延びている。第２のフランジ７８は、管７６から外向きに延び、返し７７から間隔を置かれた関係で位置付けられ、図２に図示されるように、管７６の対向端が、シールリング６８の内側表面７４によって係合されると、第１のフランジ５２に隣接して位置付けられる。管７６およびそのフランジ７８をＨＤＰＥ等のポリマー樹脂から一体型部品として形成することが有利である。この設計は、後述のように、接合の液密を確実にすることに役立つ。シールリング６８は、内向きに突出するリブ８０も有し得、リブ８０は、管７６およびパイプ要素２８の両方に係合し、停止部として作用し、これらの構成要素とカップリング１０との間の係合の適切な深度を確実にする。
【００１８】
カップリング１０の据え付けは、図１Ａ、４、５、および６を参照して図示される。パイプ要素２８は、フランジ付きパイプ要素８２に接続される（図５参照）。図１Ａおよび６に示されるように、パイプ要素２８は、区画１２および１４の第１の側３０からカップリング１０の中心空間１６の中に挿入される。挿入は、事前に組み立てられた状態にあるので可能であり、その状態において、カップリング１０は、区画１２および１４は、シール６６単独、分割リング５８単独、またはシールおよび分割リングの両方のいずれかで間隔を置かれた関係に支持されている。挿入は、各区画１２および１４の側面表面３６、３８内に位置付けられる切り欠き９４によってさらに補助される。切り欠き９４は、取り付け部材１８（突起２０）に隣接して位置付けられ、パイプ要素挿入のための隙間を提供し、隙間は、事前に組み立てられた状態において、区画１２および１４が切り欠きの不在下で可能となるであろうものより一緒に近づくことを可能にする。パイプ要素２８が、適切に置かれる（端部が停止リブ８０に係合し、シールリング内側表面７２がパイプ要素の外側表面に係合する）と、留め具２４、２６が締め付けられ、それによって、図４および５に示されるように、区画１２および１４を互いに向かって引き寄せる。区画１２および１４の運動は、分割リング５８およびシール６６の両方を変形させる。
【００１９】
分割リング５８は、第１のチャネル３４内に一致するように押し進められるにつれて、円周および直径が収縮する。分割リング５８の収縮は、分割リング上の歯６０をパイプ要素２８の外側表面の中に噛み込ませ、カップリング１０からのその引き抜きを防止する。第２のチャネル５６内に制約されるシール６６は、区画が一緒に引き合わせられるにつれて、区画１２と１４との間に圧縮される。図５に示されるように、シールリング内側表面７２は、パイプ要素２８の外側表面８４とシール係合するように押し進められ、シールリング内側表面７４は、管７６の外側表面８６とシール係合させられる。
【００２０】
区画１２および１４が、図４および５に描写されるように、一緒にされると、第１のフランジ５２は、したがって、その孔５４が、パイプ要素２８が接合されるべきフランジ付きパイプ要素８２のフランジ９０内の対応する孔８８と整列させられ得るように、配置される。図５に示されるように、カップリング１０は、フランジ付きパイプ要素８２と整列させられ、第１のフランジ５２内の孔５４は、フランジ９０内の孔８８と整列させられ、留め具９２が、孔５４および８８内に受け取られ、第１のフランジ５２をフランジ付きパイプ要素８２のフランジ９０に接続する。管７６の第２のフランジ７８は、フランジ９０と第１のフランジ５２との間に捕捉される。この構成は、第２のフランジ７８を構成するより軟質のポリマー材料が、鋳鉄、鋼鉄、または他の耐久性のある金属を備え得る金属フランジ９０と５２との間に圧縮されるので、接合部への剛性および安定性と、カップリング１０とフランジ付きパイプ要素８２との間の液密とを提供する。
【００２１】
本発明によるカップリングは、従来技術方法に優る利点および非フランジ付きポリマーパイプ要素をフランジ付きパイプ要素に接合するためのカップリングを提供する。事前に組み立てられた状態にあることは、本発明によるカップリングが、据え付け中に取り扱われなければならない部品の数を低減させる。さらに、突合せフランジアダプタを非フランジ付きポリマーパイプ要素に融合するステップは、融合機械の必要性とともに排除される。据え付け時間および複雑性は、それによって、実質的に低減される。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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