(57)【要約】【課題】係止部材が堆積物に塗れた場合でも係止部材に切片を保持させる。【解決手段】穿孔機３０は、配管２のうち弁箱１０内に位置する部分を切断するように構成された円筒状を呈する穿孔刃３５と、穿孔刃３５の延在方向に延び且つ穿孔刃３５の内側に配置されたセンタードリル３４と、延在方向に交差する回転軸周りに回転するようセンタードリル３４に対して取り付けられた係止部材４１と、付勢部材４４とを備える。係止部材４１は、回転軸周りに回転することにより、延在方向から見て係止部材４１の先端部４１ａがセンタードリル３４の外周面Ｓよりも外方に突出した伏臥状態と、先端部が上方に向かう起立状態との間で姿勢を変更可能に構成されている。付勢部材４４は、係止部材４１の姿勢を伏臥状態にさせようとする付勢力を係止部材４１に付与する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉ガス用の配管の周りに取り付けられるように構成された弁箱に対して着脱可能に構成された穿孔機であって、
前記配管のうち前記弁箱内に位置する部分を切断するように構成された円筒状を呈する穿孔刃と、
前記穿孔刃の延在方向に延び且つ前記穿孔刃の内側に配置されたセンタードリルと、
前記延在方向に交差する回転軸周りに回転するよう前記センタードリルに対して取り付けられた少なくとも一つの係止部材と、
少なくとも一つの付勢部材とを備え、
前記係止部材は、前記回転軸周りに回転することにより、前記延在方向から見て前記係止部材の先端部が前記センタードリルの外周面よりも外方に突出した伏臥状態と、前記先端部が上方に向かう起立状態との間で姿勢を変更可能に構成されており、
前記付勢部材は、前記係止部材の姿勢を前記伏臥状態にさせようとする付勢力を前記係止部材に付与する、穿孔機。
【請求項２】
前記センタードリルには、前記伏臥状態にある前記係止部材を支持する支持部が設けられている、請求項１に記載の穿孔機。
【請求項３】
前記付勢部材は、１．１Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ以上のばね定数を有するねじりバネである、請求項１又は２に記載の穿孔機。
【請求項４】
少なくとも一つの前記係止部材は、前記延在方向に交差する方向において隣り合う第１及び第２の係止部材を含み、
少なくとも一つの前記付勢部材は第１及び第２の付勢部材を含み、
前記第１の付勢部材は前記第１の係止部材に付勢力を付与し、前記第２の付勢部材は前記第２の係止部材に付勢力を付与しており、
前記第１及び第２の付勢部材は共に、前記第１及び第２の係止部材の間に位置し且つ前記センタードリルに設けられた取付部材に取り付けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の穿孔機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、コークス炉ガス（ＣＯＧ：CokeOven Gas）用の配管を切断するために用いられる穿孔機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、高密度ポリエチレン等の樹脂製の配管内に流体を流したままの状態で当該配管を切断し、切断箇所に切替弁を設置する、配管の切断方法を開示している。当該方法は、底壁に支持台が着脱自在に配置された弁箱を、流体が流通状態の配管に対して取り付ける第１の工程と、弁箱に穿孔機を取り付けて、支持台とは反対側から円筒状の穿孔刃によって配管を切断し、切断された切片を穿孔刃と共に回収した後、穿孔機を弁箱から取り外す第２の工程と、弁箱に回収装置を取り付けて、回収装置によって支持台を回収する第３の工程と、弁箱内に切替弁を取り付けた後に、弁箱に対して蓋体を水密に固定する第４の工程とを含む。
【０００３】
当該方法によれば、第２に工程において、支持台とは反対側から穿孔刃によって配管を切断しているので、配管が穿孔刃から押圧力を受けてもその押圧力に抗して配管が支持台によって支持される。そのため、配管の変形が抑制された状態で、配管の切断を行うことができる。加えて、当該方法によれば、弁箱の底壁に着脱自在に取り付けられている支持台が、第３工程において、回収装置によって弁箱内から回収される。そのため、支持台の再利用を可能としつつ、弁箱内への切替弁の取り付けを支持台に阻害されることなく行うことができる。
【０００４】
特許文献２，３は、円筒状の穿孔刃内にセンタードリルが設けられたカッタ部材を開示している。センタードリルは、穿孔刃の中心軸に沿って延びており、穿孔刃による配管の切断時に配管に貫入される。このとき、センタードリルの基端部及び先端部はそれぞれ、配管の壁部を貫通している。センタードリルの先端部には、係止部材が設けられている。先端部が配管の壁部を通過した後に、係止部材が外方に突出して配管に係止することにより、穿孔刃によって切断された切片がセンタードリルに保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−００２４７２号公報
【特許文献２】特開２００９−２１００６５号公報
【特許文献３】特開平８−１９２３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コークス炉の更新工事にあたり、コークス炉ガスが流通しているＣＯＧ用の金属製配管を切断して、切断箇所に閉止弁を設けることがある。当該配管内には、コークス炉の運転に伴いＣＯＧが流通することによって、タールスラッジ等の堆積物が堆積している。また、ＣＯＧに含まれる石炭粉等の粉末が当該配管内を流通することで、当該配管が全体的に減肉していることがある。そのため、ＣＯＧ用の配管を切断する場合には、次の特有の課題が存する。
【０００７】
すなわち、センタードリルが配管に貫入される際、センタードリルの先端部はタールスラッジ等の堆積物内を通過せざるを得ない。そのため、係止部材が堆積物に塗れてしまい、係止部材の動作が堆積物によって阻害され、係止部材が適切に外方に突出しない懸念がある。この場合、切片がセンタードリルから脱落し、弁箱の底壁に落下してしまうことがある。切片が底壁に落下すると、配管の壁部のうち下側部分をセンタードリルの先端部が貫通できないので、センタードリルによる切片の回収が極めて困難となり得る。
【０００８】
そこで、センタードリルの上部（基端部）にも係止部材を設けることも考えられる。しかしながら、配管が減肉していると、センタードリルが配管に貫入したときに配管が変形してしまい、基端部の係止部材が配管内に位置していない懸念がある。この場合、係止部材が正常に動作しても、係止部材は配管の壁部のうち上側部分に係止されない。そのため、やはり切片がセンタードリルから脱落してしまうことがあり得る。
【０００９】
そこで、本開示は、係止部材が堆積物に塗れた場合でも係止部材に切片を保持させることが可能な穿孔機を説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
［１］本開示の一つの観点に係る穿孔機は、コークス炉ガス用の配管の周りに取り付けられるように構成された弁箱に対して着脱可能に構成されている。当該穿孔機は、配管のうち弁箱内に位置する部分を切断するように構成された円筒状を呈する穿孔刃と、穿孔刃の延在方向に延び且つ穿孔刃の内側に配置されたセンタードリルと、延在方向に交差する回転軸周りに回転するようセンタードリルに対して取り付けられた少なくとも一つの係止部材と、少なくとも一つの付勢部材とを備える。係止部材は、回転軸周りに回転することにより、延在方向から見て係止部材の先端部がセンタードリルの外周面よりも外方に突出した伏臥状態と、先端部が上方に向かう起立状態との間で姿勢を変更可能に構成されている。付勢部材は、係止部材の姿勢を伏臥状態にさせようとする付勢力を係止部材に付与する。
【００１１】
本開示の一つの観点に係る穿孔機では、係止部材の姿勢を伏臥状態にさせようとする付勢力を付勢部材が係止部材に付与している。そのため、係止部材が堆積物に塗れ、係止部材の動作が堆積物によって阻害されたとしても、係止部材は、付勢部材によって強制的に伏臥状態とさせられる。係止部材が伏臥状態にあるときは、係止部材の先端部がセンタードリルの外周面よりも外方に突出しているので、配管にセンタードリルが貫通した状態において当該先端部が配管に対して係止可能である。以上より、係止部材が堆積物に塗れた場合でも、付勢部材が係止部材を強制的に伏臥状態とするので、係止部材に切片を保持させることが可能となる。
【００１２】
［２］上記第１項に記載の穿孔機において、センタードリルには、伏臥状態にある係止部材を支持する支持部が設けられていてもよい。この場合、伏臥状態にある係止部材が付勢部材によって付勢されても、支持部が係止部材を支持しているので、係止部材が伏臥状態からさらに回転して倒れてしまうことを防止できる。
【００１３】
［３］上記第１項又は第２項に記載の穿孔機において、付勢部材は、１．１Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ以上のばね定数を有するねじりバネであってもよい。この場合、切片を極めて高い成功率で回収することが可能となる。
【００１４】
［４］上記第１項〜第３項のいずれか一項に記載の穿孔機において、少なくとも一つの係止部材は、延在方向に交差する方向において隣り合う第１及び第２の係止部材を含み、少なくとも一つの付勢部材は第１及び第２の付勢部材を含み、第１の付勢部材は第１の係止部材に付勢力を付与し、第２の付勢部材は第２の係止部材に付勢力を付与しており、第１及び第２の付勢部材は共に、第１及び第２の係止部材の間に位置し且つセンタードリルに設けられた取付部材に取り付けられていてもよい。この場合、２つの付勢部材が共通の取付部材に取り付けられるので、全体としてコンパクト化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本開示に係る穿孔機によれば、係止部材が堆積物に塗れた場合でも係止部材に切片を保持させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施形態に係る配管切断装置の一例を、配管の延在方向から見て示す断面図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る配管切断装置の一例を、配管の交差方向から見て示す断面図である。
【図３】図３は、センタードリルの基端近傍を拡大して示す斜視図である。
【図４】図４は、センタードリルの基端近傍を拡大して示す側面図である。
【図５】図５は、係止部材の動作の様子を説明するための図である。
【図６】図６は、ばね定数と切片の回収の成功率との試験結果を示すグラフである。
【図７】図７は、他の例に係るセンタードリルの基端近傍を拡大して示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に説明される本開示に係る実施形態は本発明を説明するための例示であるので、本発明は以下の内容に限定されるべきではない。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
［配管切断装置］
図１〜図５を参照して、配管切断装置１の構成について説明する。配管切断装置１は、コークス炉ガス（ＣＯＧ）用の配管２を切断するために用いられる装置である。配管切断装置１は、図１及び図２に示されるように、弁箱１０と、作業弁２０と、穿孔機３０とを備える。
【００１８】
弁箱１０は、筐体１１と、一対のフランジ管１２とを有する。筐体１１は、上方に開放された有底円筒形状を呈している。すなわち、筐体１１は、円板状を呈する底壁１１ａと、円筒状を呈する側壁１１ｂとで構成されている。底壁１１ａは、側壁１１ｂの下端を閉塞している。側壁１１ｂは、底壁１１ａから上方に向けて鉛直方向に沿って延びている。図示していないが、側壁１１ｂは、上下に分割されており、互いに着脱可能に構成されている。
【００１９】
一対のフランジ管１２は、図２に示されるように、側壁１１ｂの外周面に設けられている。一対のフランジ管１２は、水平方向に沿って延びており、側壁１１ｂを間において対向している。一対のフランジ管１２内には、配管２が挿通可能である。一対のフランジ管１２は、内部に挿通された配管２に対して気密に固定可能である。すなわち、筐体１１（弁箱１０）は、配管２の周りに取り付け可能に構成されている。
【００２０】
作業弁２０は、筐体２１と、弁本体２２とを有する。筐体２１は、筐体１１の開口部（側壁１１ｂの上端）に対して取り付けられている。弁本体２２は、水平方向に沿ってスライド可能に、筐体２１内に収容されている。弁本体２２が筐体１１の開口部の上方に至るまで（閉塞位置まで）スライドすると、当該開口部が弁本体２２によって閉塞され、筐体１１内が気密状態に保たれる。一方、弁本体２２が筐体１１の開口部から退避するまで（開放位置まで）スライドすると、当該開口部が開放され、筐体１１と後述する穿孔機３０の筐体３１とが連通する。
【００２１】
穿孔機３０は、筐体３１と、駆動機構３２と、シャフト部材３３と、センタードリル３４（カッタ部材）と、穿孔刃３５（カッタ部材）と、切片保持部４０とを有する。筐体３１は、下方に開放された有底円筒形状を呈している。筐体３１は、作業弁２０の筐体２１に対して着脱可能に取り付けられている。すなわち、筐体３１は、作業弁２０を介して弁箱１０に対し着脱可能に構成されている。
【００２２】
駆動機構３２は、筐体３１の天壁に取り付けられている。駆動機構３２は、自身に接続されているシャフト部材３３を鉛直方向に沿って延びる回転軸周りに回転させる機能と、自身に接続されているシャフト部材３３を鉛直方向に沿って移動させる機能とを有する。駆動機構３２は、例えば、回転モータ及び直動アクチュエータの組み合わせであってもよい。
【００２３】
シャフト部材３３は、円柱状を呈しており、鉛直方向に沿って延びるように筐体３１に対して取り付けられている。シャフト部材３３の上端は、駆動機構３２に接続されている。
【００２４】
センタードリル３４は、配管２を穿刺するように構成されている。そのため、センタードリル３４の下端は尖鋭とされている。センタードリル３４の上端は、シャフト部材３３の下端に接続されている。図１〜図４に示されるように、センタードリル３４の上端近傍及び下端近傍にはそれぞれ、一対の凹溝３４ａが設けられている。
【００２５】
一対の凹溝３４ａは、センタードリル３４の中心方向に向けて窪んでいる。一対の凹溝３４ａは、センタードリル３４の延在方向に交差する方向に略平行に延びている。そのため、一対の凹溝３４ａのうち下方に位置する側壁面３４ｂ（支持部）は、センタードリル３４の外周面Ｓに対して交差しており、外周面Ｓと共に階段状の段差部３４ｃ（支持部）を構成している。
【００２６】
本実施形態において、一対の凹溝３４ａにはそれぞれ、図３及び図４に示されるように、２つの貫通孔３４ｄが設けられている。２つの貫通孔３４ｄは、凹溝３４ａの延在方向において隣り合うように並んでいる。貫通孔３４ｄは、一対の凹溝３４ａの対向方向に延びており、当該一対の凹溝３４ａを貫通している。
【００２７】
穿孔刃３５は、図１及び図２に示されるように、円筒状を呈する刃本体３５ａと、円板状を呈する天壁３５ｂとを含む。刃本体３５ａは、鉛直方向に沿って延びており、センタードリル３４の周囲を取り囲むように配置されている。換言すれば、センタードリル３４は、刃本体３５ａの延在方向に延び且つ刃本体３５ａ内に設けられている。刃本体３５ａの筒壁には、複数の貫通孔が設けられている。当該貫通孔は、穿孔刃３５（刃本体３５ａ）による配管２の切断の際に、配管２を流通している気体（ＣＯＧ）が刃本体３５ａの筒壁によって堰き止められてしまうのを防ぐ機能を有する。
【００２８】
天壁３５ｂは、刃本体３５ａの上端を閉塞すると共に、シャフト部材３３の下端部に固定されている。すなわち、天壁３５ｂは、刃本体３５ａとシャフト部材３３とを接続している。そのため、穿孔刃３５は、駆動機構３２により、シャフト部材３３を介して、底壁１１ａに対して鉛直方向に沿って近接及び離間するように移動する。
【００２９】
切片保持部４０は、図１〜図４に示されるように、２つの係止部材４１と、取付部材４２，４３と、２つの付勢部材４４とを含む。係止部材４１は、略Ｃ字形状を呈する棒状体である。係止部材４１の中央部は、センタードリル３４の貫通孔３４ｄ内に挿通されている。そのため、係止部材４１は、水平方向に沿って延びる回転軸周りに回転可能に、センタードリル３４に対して取り付けられている。
【００３０】
係止部材４１の各先端部４１ａは、係止部材４１の回転に応じて、先端部４１ａが水平方向に沿って延びる伏臥状態（図４参照）と、先端部４１ａが上方に向くように起立した起立状態との間で、中心軸周りに上下方向に揺動する。先端部４１ａは、伏臥状態において、センタードリル３４の延在方向（略鉛直方向）から見てセンタードリル３４の外周面Ｓよりも外方に突出している。なお、以下において、必要に応じて、図４の右側に位置する係止部材４１を「係止部材４１Ｒ」といい、図４の左側に位置する係止部材４１を「係止部材４１Ｌ」ということがある。
【００３１】
取付部材４２，４３は、例えば円柱状を呈する棒状体である。取付部材４２，４３は、凹溝３４ａに固定されており、凹溝３４ａから外方に向けて突出している。取付部材４２，４３は、凹溝３４ａの底壁面に対して略直交しており、水平方向に沿って延びている。取付部材４２，４３は、２つの貫通孔３４ｄの間で且つ貫通孔３４ｄの上方に位置しており、凹溝３４ａにおいて上下に並んでいる。取付部材４２は、取付部材４３の上方に位置している。
【００３２】
付勢部材４４は、本実施形態においてねじりバネである。ねじりバネの線径、巻数、内径、外径、材料、縦弾性係数等は、切断対象の配管２の状況、係止部材４１の大きさ等に応じて適宜設定しうる。ねじりバネのばね定数は、例えば、０．９Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ以上であってもよいし、１．１Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ以上であってもよい。なお、以下において、必要に応じて、図４の右側に位置するねじりバネを「ねじりバネ４４Ｒ」といい、図４の左側に位置するねじりバネを「ねじりバネ４４Ｌ」ということがある。
【００３３】
ねじりバネ４４Ｒ，４４Ｌの円筒部分は、図３及び図４に示されるように、取付部材４２に挿通されている。ねじりバネ４４Ｒの一端部は、取付部材４３に対して右側から当接している。ねじりバネ４４Ｒの他端部は、係止部材４１Ｒの先端部４１ａに対して上方から当接している。ねじりバネ４４Ｌの一端部は、取付部材４３に対して左側から当接している。ねじりバネ４４Ｌの他端部は、係止部材４１Ｌの先端部４１ａに対して上方から当接している。
【００３４】
ここで、取付部材４３は凹溝３４ａに固定されて動かない一方で、係止部材４１はセンタードリル３４に対して回転可能である。そのため、ねじりバネＲの付勢力は、係止部材４１Ｒの先端部４１ａに対して時計回りの方向に付与される。係止部材４１Ｒは、ねじりバネ４４Ｒ以外の外力を受けていない場合において、ねじりバネ４４Ｒによる付勢力により側壁面３４ｂ（段差部３４ｃ）に対して押し付けられ、伏臥状態が保たれる。ねじりバネＬの付勢力は、係止部材４１Ｌの先端部４１ａに対して反時計回りの方向に付与される。係止部材４１Ｌは、ねじりバネ４４Ｌ以外の外力を受けていない場合において、ねじりバネ４４Ｌによる付勢力により側壁面３４ｂ（段差部３４ｃ）に対して押し付けられ、伏臥状態が保たれる。
【００３５】
一方、図５に示されるように、駆動機構３２によってセンタードリル３４が降下され（矢印Ａｒ１参照）、センタードリル３４が配管２に貫入すると、配管２から係止部材４１の先端部４１ａに対して、付勢部材４４の付勢力に抗する上向きの力が付与される。そのため、配管２によって係止部材４１の先端部４１ａが押し上げられ、先端部４１ａが起立状態となる。その後、センタードリル３４がさらに降下して、配管２によって先端部４１ａがさらに押し上げられると、センタードリル３４の延在方向（略鉛直方向）から見て先端部４１ａがセンタードリル３４の外周面Ｓよりも内側に位置する。このとき、先端部４１ａは、センタードリル３４によって配管２に設けられた貫通孔２ａよりも内側を通過して、配管２の周壁面を通り抜ける。そうすると、付勢部材４４によって先端部４１ａに付与されている付勢力（矢印Ａｒ２参照）により、先端部４１ａが再び伏臥状態とされる。そのため、先端部４１ａが配管２の周壁面に対して係止可能となる。
【００３６】
［作用］
以上のような本実施形態では、係止部材４１の姿勢を伏臥状態にさせようとする付勢力を付勢部材４４が係止部材に付与している。そのため、係止部材４１が堆積物に塗れ、係止部材４１の動作が堆積物によって阻害されたとしても、係止部材４１は、付勢部材４４によって強制的に伏臥状態とさせられる。係止部材４１が伏臥状態にあるときは、係止部材４１の先端部４１ａがセンタードリル３４の外周面Ｓよりも外方に突出しているので、配管２にセンタードリル３４が貫通した状態において先端部４１ａが配管２に対して係止可能である。以上より、係止部材４１が堆積物に塗れた場合でも、付勢部材４４が係止部材４１を強制的に伏臥状態とするので、係止部材４１に切片を保持させることが可能となる。
【００３７】
本実施形態では、センタードリル３４には、伏臥状態にある係止部材４１を支持する側壁面３４ｂ（段差部３４ｃ）が設けられている。そのため、伏臥状態にある係止部材４１が付勢部材４４によって付勢されても、側壁面３４ｂ（段差部３４ｃ）が係止部材４１を支持しているので、係止部材４１が伏臥状態からさらに回転して倒れてしまうことを防止できる。
【００３８】
［試験結果］
上記の実施形態に係る構成を有する穿孔機３０により試験を行った。具体的には、付勢部材４４として、ばね定数が０．９Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ（実施例１）、１．１Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ（実施例２）、１．４Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ（実施例３）、２．４Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ（実施例４）のねじりバネをそれぞれ用いて、配管２を５回ずつ穿孔機３０により穿孔し、係止部材４１によって切片を保持できた回数（切片がセンタードリル３４から脱落しなかった回数）を計測することで、切片回収の成功率を算出した。また、比較例として、センタードリル３４に付勢部材４４を設けずに、配管２を５回穿孔機３０により穿孔することにより、同様に切片回収の成功率を算出した。その結果を図６に示す。図６に示されるように、実施例１では成功率が６０％であり、実施例２〜４では成功率が１００％であり、比較例では成功率が２０％であった。従って、付勢部材４４がねじりバネである場合に、ばね定数が１．１Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ以上に設定されていると、切片を極めて高い成功率で回収することが可能となることが確認された。
【００３９】
［他の実施形態］
以上、本開示に係る実施形態について詳細に説明したが、本発明の要旨の範囲内で種々の変形を上記の実施形態に加えてもよい。例えば、上記の実施形態では、付勢部材４４としてねじりバネを用いたが、係止部材４１の先端部４１ａを下方に付勢できるのであれば他の付勢部材４４であってもよい。例えば、付勢部材４４は、圧縮コイルばねであってもよいし、引張りコイルばねであってもよいし、ゴム等の弾性部材であってもよい。
【００４０】
上記の実施形態では、センタードリル３４の一対の凹溝３４ａに２つの係止部材４１及び２つの付勢部材４４が取り付けられていたが、図７に示されるように、センタードリル３４の一対の凹溝３４ａに１つの係止部材４１及び１つの付勢部材４４が取り付けられていてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…配管切断装置、２…配管、１０…弁箱、１１…筐体、３０…穿孔機、３２…駆動機構、３４…センタードリル、３４ａ…凹溝、３４ｂ…側壁面（支持部）、３４ｃ…段差部（支持部）、３５…穿孔刃、４０…切片保持部、４１…係止部材、４１ａ…先端部、４２，４３…取付部材、４４…付勢部材、Ｓ…外周面。
【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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