(57)【要約】      （修正有）【課題】弁箱内における弁空洞部の容積を利用して、配管共鳴が発生した場合においても簡単に配管共鳴を回避することができる配管共鳴方法並びに装置、及び弁装置を提供する。【解決手段】一対の開口を有する弁箱４と、弁体８が取り付けられ前記弁箱４内に位置する弁棒６と、前記弁箱内４に空洞部とを有するゲート弁２と、前記ゲート弁を取り付けた弁取付配管と、を備え、前記空洞部１０内の容積を変化可能な弁空洞内容積調整部材１４が、前記空洞部１０内に挿入若しくは収納されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の開口を有する弁箱と、弁体が取り付けられ前記弁箱内に位置する弁棒とを有し、前記弁箱内に空洞部を有する弁を取り付けた弁取付配管の共鳴回避方法であって、
前記空洞部の内容積を変化させて前記弁取付配管の共鳴を回避することを特徴とする弁取付配管の共鳴回避方法。
【請求項２】
一対の開口を有する弁箱と、弁体が取り付けられ前記弁箱内に位置する弁棒と、前記弁箱内に空洞部とを有する弁と、
前記弁を取り付けた弁取付配管と、を備え
前記空洞部内の容積を変化可能な弁空洞内容積調整部材が、前記空洞部内に挿入若しくは収納されていることを特徴とする弁取付配管の共鳴回避装置。
【請求項３】
一対の開口を有する弁箱と、弁体が取り付けられ前記弁箱内に位置する弁棒と、前記弁箱内に空洞部とを有する弁装置において、
前記空洞部は露出可能であり、
該空洞部内と対面する面に、前記空洞部内の容積を調整する容積調整部材を取付可能な取付部を有することを特徴とする弁装置。
【請求項４】
一対の開口を有する弁箱と、弁体が取り付けられ前記弁箱内に位置する弁棒と、前記弁箱内に空洞部とを有する弁装置において、
前記空洞部の容積を調整する容積調整部材が、前記空洞部内に収納されていることを特徴とする弁装置。
【請求項５】
一対の開口を有する弁箱と、弁体が取り付けられ前記弁箱内に位置する弁棒と、前記弁箱内に空洞部とを有する弁装置において、
前記空洞部の容積を変化させることが可能な仕切部を、前記空洞部内に取り付けたことを特徴とする弁装置。
【請求項６】
前記仕切部は、前記空洞部の容積の変化に伴い前記空洞部内の境界形状を変化させる形状であることを特徴とする請求項５記載の弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁取付配管の共鳴回避方法並びに装置、及び弁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラントなどにおいては、例えば水、油、蒸気、空気などの流体が流通する配管が多用されている。このような流体が流通する配管（以下、流体配管と称する）には、流体配管内の流体の流通を停止したり、流通量を調整するための弁が設けられている。
【０００３】
前記弁の一例として、ゲート弁が挙げられる。図５を用いて従来のゲート弁について説明する。
図５は、従来のゲート弁の構成を示す構成図である。
図５において、ゲート弁２は、主に弁箱４と、弁棒６と、弁体８とから構成されている。
【０００４】
弁箱４は、全体形状が箱型をなし、２つの開口（第１の開口４２及び第２の開口４４）を有している。第１の開口４２及び第２の開口４４はそれぞれ流体が流通する流体配管に接続される。
弁棒６は、弁箱４内に昇降自在に設けられており、弁棒６に取り付けられたハンドル（不図示）を操作することで昇降するように構成されている。
弁体８は、弁棒６の先端に取り付けられており、弁棒６の昇降に伴って昇降する。弁体８は、上部から下部に向けて先細り状となるテーパ形状で構成されることが多く、図でもそれを示している。
【０００５】
図５に示したゲート弁において、図５の状態は弁棒６及び弁体８が上昇されており、弁体８は第１の開口４２及び第２の開口４４から離れた位置にあり、第１の開口４２及び第２の開口４４は開放され、開弁状態にある。
【０００６】
図５の状態から弁棒６及び弁体８を下降させると、弁体８は第１の開口４２及び第２の開口４４に対応した位置に移動する。弁体８が第１の開口４２及び第２の開口４４に対応した位置に移動することにより、第１の開口４２及び第２の開口４４は弁体８によって塞がれて閉弁状態となる。
即ち、弁棒６の昇降により、弁体８を第１の開口４２及び第２の開口４４に対応する位置と第１の開口４２及び第２の開口４４から離れた位置とを移動させることができ、該移動によりゲート弁２の開閉を行うものである。
【０００７】
図５に示したようなゲート弁２を流体配管に取り付けたとき、流体配管内を流通する流体の脈動などによる振動数と、ゲート弁２の固有振動数が一致したときに共鳴が発生し、共鳴の発生により騒音や振動による流体配管接続部のボルトの緩みなどが発生するという問題がある。
【０００８】
配管共鳴に対処する技術として、例えば特許文献１には、主配管配の枝管に主配管の枝管に仕切りをつけて枝管の断面積を変化させ、枝管に発生するキャビティノイズの周波数を変化させて共鳴を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開平７−１４２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、主配管に設けられた枝管で発生する共鳴を防止する技術であって、当該技術を弁に適用することは難しい。
【００１１】
そこで、事前に流体の流れを考慮して共鳴が起こり難いように配管構造や弁の規格を決定することが考えられるが、特に流体の脈動が激しい流体配管では事前の検討にも関わらず共鳴が発生することもあり、配管共鳴の未然回避が難しい状態にある。
また、事前の検討にも関わらず、配管共鳴が発生することが分かる頃には、既に配管やその周辺設備が完成しており、脈動の発生源と成りやすい配管の曲がり部や分岐部を弁から遠ざけるなどの対応を取ることが難しい場合が多く、事後的な対応も難しい状態にある。
【００１２】
また、流体の脈動が激しいと予測される部分には弁などの共鳴の可能性がある構造物を配置しない設計を行うことで共鳴の抑止が可能と考えられるが、このような対策は配管設計の自由度を著しく低減させるとともに、配管が長大化するなど配管設置にかかるコスト面、占有面積面などでの問題が生じる。
【００１３】
そこで、発明者は、図５において示した弁箱４内において、弁箱４と弁棒６及び弁体８との間に生じる弁空洞部１０に着目した。
弁空洞部１０の容積は、ゲート弁２の固有振動数に影響すると考えられるが、従来ゲート弁２を取り付ける流体配管によって、流体配管が気体であるか液体であるか、流体の流速、ゲート弁２上流側の絞りなどによってゲート弁を通過する流体の状態は大きく異なるため、前述の通り事前に流体の流れを考慮して共鳴が起こり難いように弁空洞部１０の容積を含めた配管構造や弁の規格を決定することが難しかったため、従来は注目されていなかった。
さらには、通常、弁を作成する弁作成者と、弁を使用する使用者とは別であり、弁作成の段階で弁空洞部１０の容積を使用形態に合わせて作成することが現実的に難しいという実態もあり、弁空洞部１０の容積は注目されていなかった。
【００１４】
従って、従来技術の問題に鑑み、弁箱内における弁空洞部の容積を利用して、配管共鳴が発生した場合においても簡単に配管共鳴を回避することができる配管共鳴方法並びに装置、及び弁装置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】
【００１５】
上記課題を解決するため本発明においては、一対の開口を有する弁箱と、弁体が取り付けられ前記弁箱内に位置する弁棒とを有し、前記弁箱内に空洞部を有する弁を取り付けた弁取付配管の共鳴回避方法であって、前記空洞部の内容積を変化させて弁取付配管の共鳴を回避することを特徴とする。
【００１６】
前記空洞部の内容積を変化させることで前記弁の固有振動数が変化する。そのため、共鳴発生時に前記空洞部の内容積を変化させると、弁の固有振動数が変化して共鳴を回避することができる。
【００１７】
また、課題を実現する装置発明として、一対の開口を有する弁箱と、弁体が取り付けられ前記弁箱内に位置する弁棒と、前記弁箱内に空洞部とを有する弁と、前記弁を取り付けた弁取付配管と、を備え、前記空洞部内の容積を変化可能な弁空洞内容積調整部材が、前記空洞部内に挿入若しくは収納されていることを特徴とする。
【００１８】
前記空洞部の内容積を変化させることで前記弁の固有振動数が変化する。そのため、共鳴発生時に前記空洞部の内容積を変化させると、弁の固有振動数が変化して共鳴を回避することができる。また空洞部内の容積を変化可能な弁空洞内容積調整部材を、前記空洞内に挿入若しくは収納することで共鳴の回避が可能であるので、本発明の装置を新設する場合のみならず、既設の弁においても簡単な改造で本発明を実施することが可能である。
【００１９】
また、課題を実現するための弁装置の発明として、一対の開口を有する弁箱と、弁体が取り付けられ前記弁箱内に位置する弁棒と、前記弁箱内に空洞部とを有する弁装置において、前記空洞部は露出可能であり、該空洞部内の対面する面に、前記空洞部内の容積を調整する容積調整部材を取付可能な取付部を有することを特徴とする。
【００２０】
これにより、前記弁装置を配管に取り付けて使用したときに共鳴が発生した場合には、前記空洞部を露出し、空洞部内の前記取付部に容積調整部材を取り付けることで、前記空洞部の内容積が変化して弁の固有振動数が変化し、共鳴を回避することが可能である。
【００２１】
また、一対の開口を有する弁箱と、弁体が取り付けられ前記弁箱内に位置する弁棒と、前記弁箱内に空洞部とを有する弁装置において、前記空洞部の容積を調整する容積調整部材が、前記空洞部内に収納されていることを特徴とする。
【００２２】
これにより、前記弁装置を配管に取り付けて使用したときに共鳴が発生した場合には、前記容積調整部材を調整して前記空洞部の内容積を変化させて弁の固有振動数を変化させ、共鳴を回避することが可能である。
なお、前記容積調整部材は、一部を前記弁箱外に到達させ、弁箱外から前記容積調整部材を調整できるように構成しておくとよい。
【００２３】
また、一対の開口を有する弁箱と、弁体が取り付けられ前記弁箱内に位置する弁棒と、前記弁箱内に空洞部とを有する弁装置において、前記空洞部の容積を変化させることが可能な仕切部を、前記空洞部内に取り付けたことを特徴とする。
さらに、前記仕切部は、前記空洞部の容積の変化に伴い前記空洞部内の境界形状を変化させる形状であるとよい。
【００２４】
前記空洞部内の境界形状が変化することで、前記空洞部内の共鳴にかかる有効体積が変化するため、共鳴発生時に前記境界形状を変化させることで共鳴を回避することが可能である。
【発明の効果】
【００２５】
以上記載のごとく本発明によれば、弁箱内における弁空洞部の容積を利用して、配管共鳴が発生した場合においても簡単に配管共鳴を回避することができる配管共鳴方法並びに装置、及び弁装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１に係るゲート弁の弁空洞部周辺を示した構成図である。
【図２】実施例２に係るゲート弁の弁空洞部周辺を示した構成図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ方向平面図である。
【図４】実施例３に係るゲート弁の弁空洞部周辺を示した構成図である。
【図５】従来のゲート弁の構成を示す構成図である。
【図６】ヘルムホルツ共鳴器の概念図である。
【図７】ゲート弁をヘルムホルツ共鳴器とみなすためにデフォルメした図であり、図７（Ａ）は弁箱をデフォルメした図、図７（Ｂ）は弁体をデフォルメした図である。
【図８】図７における弁箱変形体と弁体変形体とを組み合わせ、開口部を下から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
発明者は、前述の通り、図５における弁空洞部１０に着目し、配管共鳴が発生した場合においても簡単に配管共鳴を回避することができる技術を検討した。図５を用いて前記検討について説明する。
まず、弁空洞部１０の固有振動数の計算について、ヘルムホルツ共鳴器を利用して計算することを検討した。
【００２８】
まずヘルムホルツ共鳴器の概要について説明する。
図６はヘルムホルツ共鳴器の概念図である。
ヘルムホルツ共鳴器は、内容量Ｖの容器５２に、長さＬ、断面積Ａのパイプ（ダクト）が開口しているものである。
ヘルムホルツ共鳴器の固有振動数ｆは、（１）式によって求まることが知られている。
【００２９】
【数１】
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但し、ｃは音速である。
【００３０】
次に、ヘルムホルツ共鳴器を利用した弁空洞部１０の固有振動数の計算について説明する。
まず、ゲート弁２を弁箱４と、弁体８とにわけて、計算の簡単化のため図７に示した形態とみなした。図７はゲート弁をヘルムホルツ共鳴器とみなすためにデフォルメした図であり、図７（Ａ）は弁箱４をデフォルメした図、図７（Ｂ）は弁体８をデフォルメした図である。なお、図中数字は寸法を表しており、単位はｍｍである。
【００３１】
図７（Ａ）において、弁箱４をデフォルメした弁箱変形体４´は、図６における容器５２に相当し図５における弁空洞部１０を含む部分がデフォルメされた弁空洞４６´と、図６における第１の開口部４２及び第２の開口部４４を含む開口部４８´とから構成される。
【００３２】
次に、図７（Ａ）、図７（Ｂ）を用い、前述の（１）式によって弁空洞部１０の固有振動数ｆを求める。そのためには、ｃ、Ｖ、Ａが必要である。
ｃについては、ゲート弁２が蒸気の流体配管に使用されるものとし、蒸気中の音速７００ｍ／ｓを用いた。
【００３３】
Ｖについては、弁空洞４６´の容積から弁体８´の容積を引いたものとなる。
ここで弁空洞４６´の容積Ｖ１は、
Ｖ１＝π／４×２６０（ｍｍ）２×２６０（ｍｍ）＝０．０１３８（ｍ３）
また、弁体８´の容積Ｖ２は、
Ｖ２＝π／４×２２０（ｍｍ）２×１３０（ｍｍ）＋９８（ｍｍ）×８０（ｍｍ）×１９０（ｍｍ）＝０．００６４３（ｍ３）
よって、求める容積Ｖは、
Ｖ＝Ｖ１−Ｖ２＝０．０１３８−０．００６４３＝０．００７３７（ｍ２）
【００３４】
Ａについては、２通り考えた。
図８は図７における弁箱変形体４´と弁体変形体８´とを組み合わせ、開口部４８´を下から見た図である。
Ａについての１つ目の考え方として、弁体変形体８´が開口部４８´を塞ぐ面積を考慮せずにＡを求めた。
このときのＡをＡ１とすると、Ａ１＝１４０（ｍｍ）×２４０（ｍｍ）＝０．０３３６（ｍ２）となる。
Ａについての２つ目の考え方として、弁体変形体８´が開口部４８´を塞ぐ面積を考慮してＡを求めた。
このときのＡをＡ２とすると、Ａ２＝１４０（ｍｍ）×２４０（ｍｍ）−１１５（ｍｍ）×２４０（ｍｍ）＝０．００６（ｍ２）
Ａ１及びＡ２は、Ａの取り得る最大及び最小の値となる。
【００３５】
従って、（１）式を用いて弁空洞部１０の固有振動数ｆを求めると、
（ｉ）Ａ＝Ａ１＝０．０３３６（ｍ２）であるとき、
【数２】
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（ｉｉ）Ａ＝Ａ２＝０．００６（ｍ２）であるとき、
【数３】
2011052816.tif 000005
となる。従って、弁空洞部１０の固有振動数ｆは、３８０〜５９０Ｈｚの範囲内であると計算できる。
【００３６】
以上の計算の妥当性を確認するため、図７に示した図にデフォルメしたゲート弁を流体が蒸気である流体配管に適用したとき、弁空洞部１０の固有振動数ｆを実測すると４２０Ｈｚであった。
よって、ゲート弁２をデフォルメしてヘルムホルツ共鳴器とみなして固有振動数を求める計算は妥当なものであるといえる。
【００３７】
以上の検討から、ゲート弁２をヘルムホルツ共鳴器とみなす場合、（１）式において、弁が適用される配管を流れる流体によってｃは一定、弁の規格によってＡは一定となるので、固有振動数ｆは１／√Ｖに比例して変化するといえる。
即ち、ゲート弁２においては、空洞部の容積を変化させると固有振動数が変化することが確認できた。
そこで、本発明においては、弁空洞部１０の容積を変化させて固有振動数を変化させ、共鳴を防止することとした。
【００３８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００３９】
図１は、実施例１に係るゲート弁の弁空洞部周辺を示した構成図である。
図１において、既に説明した図５と同一符号は同一物を表し、その説明を省略する。
図１においては、図５に示した従来の構造のゲート弁に加えて、取付部１２と、取付部１２に取り付けられる容積調整部材１４が設けられている。容積調整部材１４はブロック状の形状である。
【００４０】
弁空洞部１０は開放して露出可能なものである。
また、取付部１２は、弁箱４内の弁空洞部１０と対面する面に固定して設けられるものである。取付部１２は、弁箱４内の弁空洞部１０と対面する面に固定して設けられ、弁棒６及び弁体８の移動に伴って移動することなく、さらに後述する容積調整部材１４を弁空洞部１０内に位置するように取り付けることができれば、その他の形状、大きさ、位置等は特に限定されるものではない。取付部１２は弁箱４内のスペース及び配置上可能であればいくつ設けてもよい。但し、取付部１２の個数が多すぎると後述する容積調整部材１４の着脱作業にかかる工数が大きくなるため、１〜３個程度とするのが好ましい。
【００４１】
また、容積調整部材１４は取付部１２に、弁空洞部１０内に位置するように取り付け可能に構成されるものである。なお、容積調整部材１４は取付部１２へ着脱自在とする。
さらに、大きさが異なる複数種類の容積調整部材１４を用意しておき、そのうち１又は複数個を選択して取付部に取り付けるようにする。
【００４２】
このような構成のゲート弁２における共鳴を回避する手順について説明する。
まず、容積調整部材１４を取り外した状態でゲート弁２を必要な流体配管に取り付け、ゲート弁２の使用を開始する。
前記流体配管に流体を流通させることにより、共鳴が発生しなかった場合にはそのまま運転を継続する。
【００４３】
前記流体配管に流体を流通させることにより、共鳴が発生した場合には、一端流体配管の流体の流通を停止し、弁空洞部１０を開放し、取付部１２に容積調整部材１４を取り付ける。容積調整部材１４を取り付けることで、弁空洞部１０の容積が変化し、固有振動数ｆも変化する。
取り付ける容積調整部材１４の大きさは、まず共鳴が発生している時点で固有振動数を実測し、ゲート弁２を図７に示したようにデフォルメ化して（１）式を用いて固有振動数を計算した結果が、前記実測値の固有振動数と異なるように容積調整部材１４を選定する。
【００４４】
実施例１によれば、弁箱４内に取付部１２を設けておけば、弁空洞部１０を開放し、容積調整部材１４を取り付けるだけで弁空洞部１０の容積を変化することが可能となる。弁空洞部１０の容積を変化させることで弁空洞部１０の固有振動数も変化するため、共鳴が発生したときに容積調整部材１４を取り付けることによって弁空洞部１０の固有振動数が変化して共鳴を抑止することができる。
しかも、弁空洞部１０の固有振動数は前述のようにゲート弁をヘルムホルツ共鳴器とみなして計算することが可能であるため、該計算を用いて適切な大きさの容積調整部材１４を選択して取り付けることが可能である。
【００４５】
なお、本実施例においては、容積調整部材１４を取り外した状態で運転開始し、共鳴が発生した場合に容積調整部材１４を取り付けるようにしたが、容積調整部材１４を取り付けた状態で運転開始し、共鳴が発生した場合に容積調整部材１４を取り外したり異なる大きさの容積調剤部材１４に付け替えるという形態も可能である。
【実施例２】
【００４６】
図２は、実施例２に係るゲート弁の弁空洞部周辺を示した構成図である。また、図３は図２におけるＡ−Ａ方向平面図である。
図２、図３において、既に説明した図１、図５と同一符号は同一物を表し、その説明を省略する。
図２、図３においては、図５に示した従来の構造のゲート弁に加えて、容積調整器具１６が設けられている。
【００４７】
容積調整器具１６は、その先端が弁空洞部１０内に位置し、弁空洞部１０内に位置する部分はブロック状の形状である。容積調整器具１６の他端は弁箱４の上端を貫通して外部まで到達している。また、容積調整器具１６は上下に移動可能に構成されており、さらに上下に移動させた任意の位置で固定可能に構成されている。
【００４８】
このような構成のゲート弁２における共鳴を回避する手順について説明する。
まず、容積調整器具１６を任意の高さ位置で固定した状態でゲート弁２を必要な流体配管に取り付け、ゲート弁２の使用を開始する。
前記流体配管に流体を流通させることにより、共鳴が発生しなかった場合にはそのまま運転を継続する。
【００４９】
前記流体配管に流体を流通させることにより、共鳴が発生した場合には、流体配管の流体の流通を継続したまま容積調整器具１６を上下に移動させる。容積調整器具１６を上下させることで、弁空洞部１０の容積が変化し、固有振動数ｆも変化する。
そして、容積調整器具１６を上下させて弁空洞部１０の容積を変化させ、前記共鳴が収まる位置で容積調整器具１６を固定する。
【００５０】
実施例２によれば、弁箱４を開放しなくても弁空洞部１０の容積を変化させることができるため、ゲート弁２の使用を停止しなくても共鳴の抑止が可能であり、ゲート弁２を使用するプラント等の稼働時間を短縮することなく共鳴を抑止することができる。しかも、共鳴の抑止のためには、容積調整器具１６を上下に移動させるだけなので、共鳴の抑止に係る作業は非常に簡便なものである。
【実施例３】
【００５１】
図４は、実施例３に係るゲート弁の弁空洞部周辺を示した構成図である。
図４において、既に説明した図５と同一符号は同一物を表し、その説明を省略する。
図４においては、図５に示した従来の構造のゲート弁に加えて、仕切部１８が設けられている。
【００５２】
仕切部１８は、その先端が弁空洞部１０内に位置し、弁空洞部１０内に位置する部分は板状の形状である。仕切部１８の他端は弁箱４の上端を貫通して外部まで到達している。また、仕切部１８は上下に移動可能に構成されており、上下に移動させた任意の位置で固定可能に構成されている。
【００５３】
このような構成のゲート弁２においては、仕切部１８を用いることで、弁空洞部１０内が仕切られて壁面の位置が変化して弁空洞部１０内の境界形状が複雑に変化し、共鳴を抑止することが可能である。
【００５４】
さらに、実施例２において図２、図３を用いて説明したゲート弁と同様に、仕切部１８を上下させることで弁空洞部１０内の実容積も変化する。
【００５５】
以上、実施例１、実施例２、実施例３においては、ゲート弁について説明したが、弁空洞部を有する弁であればゲート弁に限らず適用することができ、例えばグローブ弁、アングル弁などについても適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
弁箱内における弁空洞部の容積を利用して、配管共鳴が発生した場合においても簡単に配管共鳴を回避することができる配管共鳴方法並びに装置、及び弁装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
２  ゲート弁
４  弁箱
６  弁棒
８  弁体
１０  弁空洞部
１２  取付部
１４  容積調整部材
１６  容積調整器具
１８  仕切部
【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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