(57)【要約】      （修正有）【課題】融雪屋根パネルに供給する水蒸気の流れを自動的に切り替えることができる圧力感知式切り替え弁を提供すること。【解決手段】水蒸気取り入れ口側には回動自在の方向制御部材２０を備えており、水蒸気排出口側には、水蒸気の一部を通過させながら上下方向に移動自在に設置した蒸気圧調整弁３０と、水蒸気の一部以外の水蒸気の蒸気圧により反転する、弾性体により反転を阻止する方向に付勢されたダイヤフラム部材４０と、ダイヤフラム部材４０の反転する動きに連動して動く連結部材５０を備えており、さらに、水蒸気取り入れ口側の連動部材５０と水蒸気排出口側の方向制御部材２０を連動させるワイヤー部材６０を備えることを特徴とするダイヤフラム式切り替え弁１０とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
融雪機能付き屋根パネルの水蒸気取り入れ口側、及び水蒸気排出口側に設置するダイヤフラム式切り替え弁であって、
前記水蒸気取り入れ口側には、回動自在の方向制御部材を備えており、
前記水蒸気排出口側には、弾性体により上方向に付勢され、上下方向に移動自在に設置した蒸気圧調整弁と、
弾性体により反転を阻止する方向に付勢されたダイヤフラム部材と、
前記ダイヤフラム部材の反転する動きに連動して動く連結部材を備えており、
さらに、前記水蒸気取り入れ口側の前記連動部材と前記水蒸気排出口側の前記方向制御部材を連動させるワイヤー部材を備えることを特徴とするダイヤフラム式切り替え弁。
【請求項２】
前記水蒸気排出口側の配管は、配管の径を絞り込んだ部分を備えており、
前記ダイヤフラム部材への水蒸気供給は、配管の径が絞り込まれた部分よりも上側に設置された屋根パネル側の水蒸気供給口からと、配管の径が絞り込まれた部分よりも下側に設置された水抜き配管側の水蒸気供給口からすることができるようになっており、
前記屋根パネル側の水蒸気取り入れ口には逆止弁が設置されていることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム式切り替え弁。
【請求項３】
前記蒸気圧調整弁は、複数の貫通孔を備えた、先端部付近がテーパー形状になっている中実体であり、前記蒸気圧調整弁の径は、配管の径よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のダイヤフラム式切り替え弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、融雪機能付き屋根パネルの水蒸気取り入れ口側、及び水蒸気排出口側に取り付けるためのダイヤフラム式切り替え弁に関する。さらに言えば、融雪機能付き屋根パネル集合体に供給する水蒸気の流れを複雑な配管を敷設することなく、ダイヤフラム部材が一定以上の圧力を受けることによる反転を起点に作動して、自動的に水蒸気の流路を切り替えることができるダイヤフラム式切り替え弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
冬場において雪国では、屋根に降り積もった雪の雪下ろし作業に多くの労働力（危険を伴う作業でもある）が費やされるという問題、さらに、雪下ろし作業に必要な労働力が不足しているという問題があった。上記問題を解決すべく、出願人らは、屋根内部に水蒸気を通過させることで、水蒸気の熱が屋根自体に伝導することにより、屋根に降り積もった雪を解かすことができる融雪機能付き屋根パネルを開発した（特許文献１）。
【０００３】
出願人らが開発した融雪機能付き屋根パネルにおいては、冬場の気温が零下（マイナス２０℃になることも度々ある）になる状況において、融雪屋根パネル内部、または、融雪屋根パネルを繋ぐ配管内部に水蒸気が冷えることにより生成する水分が残存すること、イコール凍結による融雪屋根パネル、及び配管の破壊ということなので、特に避けなければならなかった。そのための仕組みとして、即ち、融雪屋根パネル内部、及び配管内部に水が溜らない様にするための水抜きの仕組みとして、図７に記載した様なバイパス機能としての水抜き配管が設置されていた。この水抜き配管により、水蒸気が再液化した後、融雪屋根パネル内部に残存しないようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０４１８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
融雪機能付き屋根パネル集合体において融雪は、熱エネルギー効率等を考慮して、融雪屋根パネル集合体の上側から順に下側に設置した融雪屋根パネルに向かって行われるように配管されている（図８参照）。融雪は、融雪屋根パネル集合体の上側から順に下側に向かって完了することになる。そうすると、融雪屋根パネル集合体の上側では、既に融雪が完了したのにもかかわらず、さらに、水蒸気を供給し続けることになる。
【０００６】
かかる状況は、融雪機能付き屋根パネル集合体全体としての融雪速度を遅くするばかりでなく、上側に設置した融雪屋根パネルから放熱されてしまい、熱エネルギーの無駄になる。このような事態を回避するためには、水蒸気供給のための配管自体を見直して列ごとに配管する、水蒸気の通路切り替えのため三方弁（３方向に流体の出入口を有する弁のこと）を設置する等、複雑な配管をしなくてはならず（図８参照）、多くの配管用部材を要するため工費もかかるし、配管作業に手間もかかるし、さらにメンテナンスの点においても手間が掛かり不都合であった。
【０００７】
かかる現状を踏まえ、出願人は融雪が完了した融雪屋根パネルに、融雪パネル内部に水分を残存させないように設置されていた水抜き配管を、積極的に水蒸気の流路として活用することにより、融雪が完了した融雪屋根パネル内部に、自動的に水蒸気を通過させずに回避できるようにした。即ち、融雪機能付き屋根パネル集合体において、上側の融雪が完了した融雪屋根パネルには、水蒸気が供給されず、融雪が完了していない下側の融雪屋根パネルに水蒸気を供給させるような仕組みを発明した。要するに、融雪が完了した融雪パネルを通過する水蒸気の流路を変えて水抜き用の配管に水蒸気を通過させるようにするための切り替え弁を発明した。
【０００８】
本発明の目的は、融雪機能付き屋根パネル集合体に供給する水蒸気の流路を複雑な配管を敷設することなく、ダイヤフラム部材が一定以上の圧力を受けて反転する動きを起点に作動して、自動的に水蒸気の流路を切り替えることができるダイヤフラム式切り替え弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、融雪機能付き屋根パネルの水蒸気取り入れ口側、及び水蒸気排出口側に設置するダイヤフラム式切り替え弁であって、前記水蒸気取り入れ口側には、回動自在の方向制御部材を備えており、前記水蒸気排出口側には、弾性体により上方向に付勢され、上下方向に移動自在に設置した蒸気圧調整弁と、弾性体により反転を阻止する方向に付勢されたダイヤフラム部材と、前記ダイヤフラム部材の反転する動きに連動して動く連結部材を備えており、さらに、前記水蒸気取り入れ口側の前記連動部材と前記水蒸気排出口側の前記方向制御部材を連動させるワイヤー部材を備えることを特徴とするダイヤフラム式切り替え弁であることを特徴とするものである。尚、本明細書においてダイヤフラムとは、隔膜を意味し、空気圧（特に蒸気圧）で作動する調整弁のことである。ダイヤフラムを構成する素材としては、ゴム、樹脂、金属等が使用される。
【００１０】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記水蒸気排出口側の配管は、配管の径を絞り込んだ部分を備えており、前記ダイヤフラム部材への水蒸気供給は、配管の径が絞り込まれた部分よりも上側に設置された屋根パネル側の水蒸気供給口からと、配管の径が絞り込まれた部分よりも下側に設置された水抜き配管側の水蒸気供給口からすることができるようになっており、前記屋根パネル側の水蒸気取り入れ口には逆止弁が設置されているダイヤフラム式切り替え弁であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載された発明は、請求項１または請求項２に記載された発明において、前記蒸気圧調整弁は、複数の貫通孔を備えた、先端部付近がテーパー形状になっている中実体であり、前記蒸気圧調整弁の径は、配管の径よりも小さく形成されている（即ち、配管と蒸気圧調整弁との間に隙間が生じるようになっている）ダイヤフラム式切り替え弁であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明によれば、融雪が完了した融雪屋根パネルは、本来的には、凍結防止用として融雪パネル内部に水分を残存させないように設置されていた水抜き配管を、積極的に水蒸気の流路（バイパス的に）として活用することにより、自動的に水蒸気の流路を切り替えて融雪が完了した融雪屋根パネルには、水蒸気を通過させないようにすることができる。
【００１３】
即ち、融雪機能付き屋根パネル集合体において、屋根の上側の融雪が完了した融雪屋根パネルには、屋根パネルに供給した水蒸気を、水抜き配管を通過させることで水蒸気を供給させず、融雪が完了していない屋根の下側の融雪屋根パネルに水蒸気を供給させるような仕組みを発明した。要するに融雪が完了した融雪パネルを通過する水蒸気の流れを変えて水抜き用の配管に水蒸気を通過させるようにするための切り替え弁を提供することができるようになった。これにより融雪機能付き屋根パネル集合体において、屋根の上側の融雪が完了した融雪屋根パネルには、水蒸気を供給せず、融雪が完了していない屋根の下側の融雪屋根パネルに水蒸気を供給できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施例に係るダイヤフラム式切り替え弁の全体側面図である。
【図２】蒸気圧調整弁の側面図、及び下面図である。
【図３】蒸気圧調整弁の設置状態を説明するための図である。
【図４】ダイヤフラム式切り替え弁の融雪開始時から融雪完了直前までの状態を説明するための図である。
【図５】ダイヤフラム式切り替え弁の融雪完了時の状態を説明するための図である。
【図６】融雪状況に伴う水蒸気供給状態を説明するための概略図である。
【図７】融雪機能付き屋根パネルにおける水抜き配管を表す全体裏面斜視図である。（注：融雪屋根パネルは裏返しになっている）。
【図８】融雪機能付き屋根パネル集合体の配管を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜ダイヤフラム式切り替え弁の構造＞
以下、本発明に係るダイヤフラム式切り替え弁１０の一実施形態について、図１〜図５に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施例に係るダイヤフラム式切り替え弁１０の全体側面図（一部拡大図）である。融雪機能付き屋根パネル本体内部における水蒸気の流れを説明し易くするために、ａ〜ｆまでの矢印を記している。
【００１６】
本実施例に係るダイヤフラム式切り替え弁１０は、融雪機能付き屋根パネル集合体において、最上段（上側）の融雪が完了した融雪屋根パネルに水蒸気を供給せず、未だ融雪が完了していない２段目、３段目、・・・（下側）の融雪屋根パネルに水蒸気を供給させるための、融雪機能付き屋根パネルの水蒸気取り入れ口側、及び水蒸気排出口側に設置するダイヤフラム式切り替え弁１０である。
【００１７】
図１に記載したように、本発明に係るダイヤフラム式切り替え弁１０の水蒸気取り入れ口側には、回動自在の方向制御部材２０を備えており、水蒸気排出口側には、融雪機能付き屋根パネル本体から水蒸気排出口に設置した配管において、水蒸気を通過させながら、下方向から上方向に向かって、つるまきバネ等により付勢され、上下方向に移動自在に設置した蒸気圧調整弁３０と、つるまきバネにより反転を阻止する方向に付勢されており、矢印ｃ方向、及び矢印ｆ方向から供給された水蒸気による蒸気圧により反転（図５参照）するダイヤフラム部材４０と、ダイヤフラム部材４０の反転する動きに連動して動く連結部材５０を備えており、さらに、水蒸気取り入れ口側の連結部材５０と水蒸気取り入れ口側に設置した方向制御部材２０を連動させるためのワイヤー部材６０を備えている。
【００１８】
水蒸気排出口側の配管（ダイヤフラム部材４０に水蒸気を供給する直近部分の配管）は、配管の径を絞り込んだ部分７０を備えており、ダイヤフラム部材４０への水蒸気供給は、配管の径が絞り込まれた部分７０よりも上側に設置された融雪屋根パネル側の水蒸気供給口８０からと、配管の径が絞り込まれた部分７０よりも下側に設置された水抜き配管側の水蒸気供給口９０から行うことができるようになっており、融雪屋根パネル側の水蒸気取り入れ口には逆止弁１００が設置されている。
【００１９】
図２は、本実施例に係る蒸気圧調整弁３０の側面図、及び下面図である。図２に記載したように、蒸気圧調整弁３０は、先端部付近が円錐形状（配管の径を絞り込んだ部分７０に向かって配管が絞り込まれた部分に至るまでの傾斜角度（テーパー）にピッタリ合うような形状）になっている略円筒中実体であり、該略円筒中実体の下部の略中央から、弾性体からのバネ力を受けるためのロッドが突き出ており、さらに、軸方向（ロッドの延伸方向と平行な方向）に４つの貫通孔が穿設されている（図２下面図参照）。
【００２０】
図３は、本実施例に係る蒸気圧調整弁３０の設置状態を説明するための図である。水蒸気排出口側の配管（ダイヤフラム部材４０に水蒸気を供給する直近部分の配管）は、配管の径を絞り込んだ部分７０を備えており、図３に記載したように、蒸気圧調整弁３０は、配管の径が絞り込まれた部分７０よりも下側に上下移動可能に設置されている。蒸気圧調整弁３０の径（円錐形状（テーパー形状）になってない部分の径）は、配管の径よりも小さく形成されており、（即ち、配管と蒸気圧調整弁３０との間に隙間が生じるようになっており、）さらに、つるまきバネ等の弾性体により下方向から上方向に向かって付勢されている。
【００２１】
＜ダイヤフラム式切り替え弁の融雪状況に伴う作動状態＞
図４は、本実施例に係るダイヤフラム式切り替え弁１０の（一つの屋根パネルにおける）融雪開始時から融雪完了直前までの状態を説明するための図であり、図５は、ダイヤフラム式切り替え弁１０の（一つの屋根パネルにおける）融雪完了時の状態を説明するための図（及び一部拡大図）である。
【００２２】
融雪開始時から融雪完了直前までは、図４に記載したように、配管の径が絞り込まれた部分７０よりも上側に設置された融雪屋根パネル側の水蒸気供給口８０から供給される蒸気圧が弱いので、ダイヤフラム部材４０がつるまきバネの弾性力により、蒸気圧調整弁３０側（図４の左側）に押されている。融雪機能付き屋根パネルの水蒸気取り入れ口側に設置した、蒸気ボイラーから送られてきた水蒸気の流れる方向（流路）を制御する方向制御部材２０は、水抜き配管を閉じる位置にあり、水抜き配管への水蒸気の流入ができない状態になっている。蒸気ボイラーから送られてきた水蒸気は、図４の矢印ａのような流れになり、融雪屋根パネル内部に流れ込んで屋根パネル上の雪を融かす融雪作業に使われる。
【００２３】
そして、水蒸気排出口側に送られてきた水蒸気（矢印ｂ）は、水蒸気排出口側に上下方向に移動自在に設置した、蒸気圧調整弁３０に穿設した４つの貫通孔を通じて水蒸気を部分的に通過させる。水蒸気の一部（矢印ｃ）は、配管の径が絞り込まれた部分７０よりも上側に設置された屋根パネル側の水蒸気供給口８０を通過してダイヤフラム部材４０に供給されることになる。
【００２４】
蒸気圧調整弁３０は、水抜き用の配管側から付勢された、つるまきバネの弾性力で（下方向から上方向に向かって）押されている。融雪開始時から融雪完了直前までは、屋根パネル上の雪が残っている状態、即ち、融雪が完了していないため、水蒸気自体が融雪という仕事をしている。蒸気ボイラーから送られてきた水蒸気の一部が再液化するため、全体として蒸気圧はそれ程高くない。即ち、この時点でダイヤフラム部材４０に向かって流れ込んだ水蒸気の蒸気圧は、つるまきバネの弾性力よりも小さいため、結果としてダイヤフラム部材４０は反転することが無い。尚、屋根パネル側の水蒸気取り入れ口には逆止弁１００が設置されているため、ここから蒸気圧が逆流して漏れることが無い。
【００２５】
ところが、屋根パネル上の雪が残っていない状態、即ち、融雪が完了して水蒸気の蒸気圧が高くなってくる（融雪という仕事が完了しており、蒸気ボイラーから送られてきた水蒸気が再液化することが無いため、全体として蒸気圧は高い。）と、図５に記載したように、蒸気圧調整弁３０が下まで押し下げられるとともに、（高圧の）水蒸気が配管の径が絞り込まれた部分７０よりも上側に設置された屋根パネル側の水蒸気供給口８０から高圧の水蒸気が供給される。同時に蒸気圧調整弁３０が下まで押し下げられ、配管の径が絞り込まれた部分７０よりも下側に設置された水抜き配管側の水蒸気供給口９０を塞ぐため、配管の径が絞り込まれた部分７０よりも下側に設置された水抜き配管側の水蒸気供給口９０から水蒸気が排出され難くなり、蒸気圧が大きくなりやすい状態になる。
【００２６】
配管の径が絞り込まれた部分７０よりも上側に設置された屋根パネル側の水蒸気供給口８０からダイヤフラム部材４０に向かって流れ込んだ水蒸気の蒸気圧は、ダイヤフラム部材４０を付勢するつるまきバネの弾性力よりも大きくなるため、結果としてダイヤフラム部材４０が反転される。ダイヤフラム部材４０が反転されると、ダイヤフラム部材４０の反転する動きに連動して動く連結部材５０が回転し、水蒸気取り入れ口側の連動部材５０と水蒸気排出口側の方向制御部材２０を連動させるワイヤー部材６０が方向制御部材２０を回転させることにより、水抜き配管側が開き、水抜き配管への水蒸気の流入ができる状態になる。即ち、水蒸気は図５の矢印の方向に流れることになる。
【００２７】
ここで、蒸気圧調整弁３０について詳しく述べると、４つの貫通孔を備えており、しかも蒸気圧調整弁３０の径（円錐形状（テーパー形状）になってない部分）は、配管の径よりも小さく形成されており、即ち、配管と蒸気圧調整弁３０との間に隙間が生じるようになっており、さらに、弾性体により、水抜き用の配管側から上方向に向かって付勢されているという特徴がある。蒸気圧調整弁３０に設置された４つの貫通孔と、外径と配管との隙間から、一部の水蒸気を蒸気圧調整弁３０内部、及び周囲を通過させるようにして、ダイヤフラム部材４０に掛かる蒸気圧の調整を行っている。この微調整によって、確実に融雪が完了した時点でダイヤフラム部材４０に、つるまきバネの弾性力を上回る蒸気圧が掛かり、結果として、水蒸気の流路を変えるという仕事をする仕組みになっている。
【００２８】
水蒸気排出口側の方向制御部材２０が回動して水抜き配管側が開き、水抜き配管への水蒸気の流入ができる状態になった後、融雪屋根パネルの内部に水蒸気が供給されなくなって、水蒸気が配管の径が絞り込まれた部分７０よりも上側に設置された屋根パネル側の水蒸気供給口８０からの供給が続かなくなると、ダイヤフラム部材４０がつるまきバネの弾性力に負けて、元の位置（図４に記載した位置）に戻ってしまうので、かかる現象を防ぐために、本発明では、配管の径が絞り込まれた部分７０よりも下側に設置された水抜き配管側の水蒸気供給口９０から、（矢印ｆ）水蒸気を供給する（この時、蒸気圧調整弁３０は、下方向からの蒸気圧（矢印ｅ）、及びつるまきバネの弾性力に押されて、図５拡大図に記載した位置に戻ることがポイント、）ことで、ダイヤフラム部材４０周辺の蒸気圧を保持してダイヤフラム部材４０が元の位置（図４に記載した位置）に戻ってしまうのを防いでいるところに本発明の特徴がある。
【００２９】
＜ダイヤフラム式切り替え弁を設置したことによる融雪状況、及び水蒸気供給状況＞
図６は、融雪状況に伴う水蒸気供給状態を説明するための概略図である。図６（ａ）は、全ての融雪屋根パネルに積雪がある状態を表す図であり、図６（ｂ）は、最上段の融雪屋根パネルは融雪が完了しており、それより下側に敷設された融雪屋根パネルには雪が積もっている状態を表す図であり、図６（ｃ）は、最上段と二段目の融雪屋根パネルは融雪が完了しており、それより下側に敷設された融雪屋根パネルには雪が積もっている状態を表す図である。
【００３０】
図６（ａ）に記載したように、全ての融雪屋根パネルに積雪がある場合は、水蒸気は全ての融雪屋根パネルを通過する様になっている。そして融雪が進み、最上段の融雪屋根パネルの融雪が完了した場合は図６（ｂ）に記載したように、水蒸気の圧力が、ダイヤフラム部材に掛かった付勢された弾性力よりも大きくなった瞬間、ダイヤフラム式切り替え弁１０が作動して、屋根パネル側への水蒸気の流路が閉ざされ、水抜き配管へ水蒸気が流入する状態になる。そうすると、２段目以降の融雪屋根パネルに直接供給されることになる。即ち、最上段の融雪屋根パネルを通過すること無しに直接、２段目以降の融雪屋根パネルに水蒸気を供給する様になっている。最上段の融雪屋根パネルに続いて２段目の融雪屋根パネルの融雪が完了した場合は、同様に、ダイヤフラム式切り替え弁１０により最上段の融雪屋根パネル、及び２段目の融雪屋根パネルを通過することなしに直接、３段目以降の融雪屋根パネルに水蒸気を供給する様になっている。
【００３１】
＜ダイヤフラム式切り替え弁の効果＞
本実施例によれば、融雪が完了した融雪屋根パネルは、融雪屋根パネル内部に水分を残存させないように設置されていた水抜き配管（図７参照）を、積極的に水蒸気の通路（バイパス）として活用することにより、融雪が完了した融雪屋根パネルに、自動的に水蒸気を通過させないようにすることができるようになった。
【００３２】
即ち、融雪機能付き屋根パネル集合体において、最上段（上側）の融雪が完了した融雪屋根パネルには、水蒸気は供給されず、未だ融雪が完了していない２段目、３段目、・・・（下側）の融雪屋根パネルに水蒸気を供給させるような熱感知式切り替え弁１０による仕組みを開発した。要するに、融雪が完了した融雪屋根パネルを通過する水蒸気の流れを変え、水抜き配管（図７参照）に水蒸気を通過させるようにするためのダイヤフラム式切り替え弁１０を提供することができるようになった。これにより、融雪は、融雪屋根パネル集合体の最上段（上側）では、既に融雪が完了したのにもかかわらず、さらに、水蒸気を供給し続けることが無くなりエネルギーの無駄が無くなった。即ち、融雪機能付き屋根パネル集合体全体としての融雪速度を維持しつつ、最上段、２段目、３段目・・・に設置した融雪屋根パネルからの放熱をゼロにし、熱エネルギーを融雪のためにのみ有効に利用することができるようになった。
【００３３】
＜ダイヤフラム式切り替え弁の変更例＞
本発明に係るダイヤフラム式切り替え弁の構成は、上記した各実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、方向制御部材、蒸気圧調整弁、ダイヤフラム部材、連結部材、ワイヤー部材、配管の径を絞り込んだ部分、屋根パネル側の水蒸気供給口、水抜き配管側の水蒸気供給口、逆止弁等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係るダイヤフラム式切り替え弁は、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、融雪屋根パネルにおける融雪のための熱エネルギーを有効に利用することができる切り替え弁の分野で好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０・・ダイヤフラム式切り替え弁
２０・・方向制御部材
３０・・蒸気圧調整弁
４０・・ダイヤフラム部材
５０・・連結部材
６０・・ワイヤー部材
７０・・配管の径を絞り込んだ部分
８０・・屋根パネル側の水蒸気供給口
９０・・水抜き配管側の水蒸気供給口
１００・・逆止弁
【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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