(57)【要約】  流動体、特にＵＶインクのように、摩擦に晒されると凝固する傾向にある流動体を、圧送する往復ポンプである。ポンプは、チャンバー内に、注入口と、放出口と、往復運動可能なプランジャーとを備えた、内部移送型チャンバーを有している。プランジャーは、チャンバーの末端において、ハウジング内の軸通路を通って往復運動する。通路は、プランジャーをクリアランスフィットで受け入れる大きさである。第１及び第２シールは、軸通路内に配置されている。シールは、環状形であり、それぞれと密閉接触しているプランジャーとハウジングの間に伸びている。ポンプハウジングは、プランジャーと接触し又はその動作をガイドしているベアリングから、離れており、プランジャーとシール間の密閉接触が、ハウジング内のプランジャーの唯一の接触である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動体を圧送する往復ポンプであって、
注入口及び放出口を備えた内部移送型チャンバーと、長手方向軸と、対向端と、を有するポンプハウジングと、
チャンバー内を上記軸に沿って往復運動可能なプランジャーと、
ハウジング内のチャンバーの一端にあり、それを通ってプランジャーが軸方向に往復運動する、軸通路と、
軸通路と概ね同軸であり且つ軸通路の長手方向他方から離れた、軸通路内の第１及び第２環状シールを備えており、各シールがプランジャーと密閉接触する大きさであり、
ポンプハウジングが、プランジャーと接触し又はその動作をガイドするベアリングから、離れており、プランジャーが、ハウジングと直接係合されておらず、プランジャーと第１及び第２シールとの上記密閉接触が、ハウジング内のプランジャーの唯一の接触である、ことを特徴とする往復ポンプ。
【請求項２】
軸通路が、上記シールの間の中間区分を備えており、該中間区分が、クリアランスフィットでそこを通るプランジャーを受け入れる大きさである、請求項１記載の往復ポンプ。
【請求項３】
軸通路の上記中間区分が、ハウジング内のプランジャーに対する最小クリアランス領域を画定している、請求項２記載の往復ポンプ。
【請求項４】
プランジャーが外径Ｄ１を有しており、軸通路の中間区分が内径Ｄ２を有しており、Ｄ２のＤ１に対する比が１．０１より大きい、請求項２記載の往復ポンプ。
【請求項５】
プランジャーが外径Ｄ１を有しており、軸通路の中間区分が軸長さＬ１を有しており、Ｌ１のＤ１に対する比が０．５と１．０の間の範囲内である、請求項２記載の往復ポンプ。
【請求項６】
軸通路が、上記中間区分の長手方向の対向端に、内部ショルダーを有しており、上記シールの各々が、軸通路内のそれぞれのショルダーに近接して配置されている、請求項２記載の往復ポンプ。
【請求項７】
ハウジング内に受け入れられたねじナットを更に備えており、軸通路がその中に内部ショルダーを有しており、上記シールの１つが、ねじナットによって上記内部ショルダーに近接した位置に保持されている、請求項１記載の往復ポンプ。
【請求項８】
各シールが、プランジャー及びハウジングとそれぞれ密閉接触している２つの対向する脚を備えた、概ねＵ形断面を有している、請求項１記載の往復ポンプ。
【請求項９】
各シールの２つの上記脚が、非対称である、請求項８記載の往復ポンプ。
【請求項１０】
ハウジングが、ポンプヘッドと、ヘッドに取り付けられたシリンダーと、シリンダーの概ね反対側のヘッドに取り付けられたグランドと、を有しており、上記軸通路がグランド内に配置されている、請求項１記載の往復ポンプ。
【請求項１１】
ポンプが、単動式ポンプであり、上方ストロークの間は、放出口から同時に放出することなく、注入口を通してチャンバー内へ流動体を受け入れ、
下方ストロークの間は、放出口を通って、チャンバーから流動体を放出するものである、請求項１記載の往復ポンプ。
【請求項１２】
ドレーンを更に備えており、ドレーンは、流動体を排出するために軸通路内に環状溝を備えており、環状溝は、第１及び第２シール間に位置している、請求項１記載の往復ポンプ。
【請求項１３】
チャンバーの注入口へ流動体を供給するコンテナと、チャンバーの放出口から流動体を必要とする装置へ流動体を供給する管との、連結において、管が、放出口と装置との間にバルブを有していない、請求項１記載の往復ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動体を圧送する往復ポンプであって、更に詳しくは、圧送される流動体にかかる摩擦力を減少させることにより、ポンプの稼働寿命を延ばすポンプ、に関するものである。摩擦力に晒されるとき、凝固する傾向にある流動体を圧送する用途として、ポンプを、ここに初めて記載する。しかしながら、ポンプ及び密閉アッセンブリーは、いかなる種類の流動体をも、効果的に圧送するのに適用できる。
【背景技術】
【０００２】
紫外線（ＵＶ）エネルギーによって硬化したインクは、印刷業界及びグラフィックディスプレー業界において、広く使用されている。その種のインクは、高粘性であり、特別な扱い及び圧送を必要とする固有の化学的性質を有している。インクの材料組成は、照射されたときにインクが凝固するように、モノマーを含んでいる。それは、従来のインクにあるような、溶剤の代わりである。残念なことに、熱を発生し、インクの凝固を引き起こす、機械的剪断応力（すなわち、摩擦力）に対して、ＵＶインクもまた、敏感に反応する。従来の移送型ポンプは、圧送する際、ＵＶインクを実質的な摩擦力の下に晒す。その結果、凝固したポリマーは、ポンプ内に形成し、蓄積する。それにより、ポンプは拘束され、最終的には、機能しなくなる。特に懸念されるのは、相対動作を有する、クロースフィットしている部品間の、ギャップである。例えば、従来のポンプは、往復プランジャーを有している。その往復プランジャーは、往復動作の際、動作をガイドし、プランジャーのふらつきを防止する、固定されたベアリング又はスリーブ内に受け入れられる。クロースフィットスライド動作は、プランジャーと、ベアリング又はスリーブとの間の小さなギャップにおいて、高い摩擦の局部的領域を発生させる。このギャップに達するＵＶインクは、凝固する傾向にある。漏れを防止するために、プランジャーアッセンブリーを密閉しなくてはならないことが、この問題を悪化させている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的及び特徴として、圧送される流動体に対して、より少ない摩擦力を働かせる流動体ポンプの提供と、ＵＶインクを含む高粘性流動体を効果的に圧送する流動体ポンプの提供と、流動体の漏れを防止するために密閉された流動体ポンプの提供と、使用時においては効率的で耐久性があり、組み立てるのに費用効率の高い流動体ポンプの提供と、が挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概ね、本発明の往復ポンプは、流動体を圧送するためのものである。ポンプは、注入口及び放出口を備えた内部移送型チャンバーを有しているポンプハウジングと、長手方向軸と、対向端と、を備えている。プランジャーは、チャンバー内を、軸方向に往復動作可能である。プランジャーがそこを通って軸方向に往復運動している、ハウジング内のチャンバーの末端部に、軸通路がある。軸通路内の第１及び第２環状シールは、通路と概ね同軸であり且つ通路の長手方向他方から離れている。各シールは、プランジャーと密閉接触する大きさである。ポンプハウジングは、プランジャーに接触し又はその動作をガイドするベアリングから、離れている。プランジャーは、ハウジングとの直接係合されておらず、プランジャーと第１及び第２シールとの密閉接触が、ハウジング内のプランジャーの唯一の接触である。
【０００５】
他の態様において、本発明の往復ポンプは、流動体を圧送するためのものである。ポンプは、注入口及び放出口を備えた内部移送型チャンバーを有しているポンプハウジングと、長手方向軸と、対向端と、を備えている。プランジャーは、チャンバー内を、軸方向に往復動作可能である。プランジャーがそこを通って軸方向に往復運動している、ハウジング内のチャンバーの末端部に、軸通路がある。軸通路は、ハウジング内のプランジャーに対する最小クリアランス領域を画定している部分を、少なくとも有している。最小クリアランス領域は、クリアランスフィットでそこを通るプランジャーを受け入れる大きさである。プランジャーは外径Ｄ１を有し、最小クリアランス領域は内径Ｄ２を有し、Ｄ２は、Ｄ１より、少なくとも約０．０１５インチ以上大きい。
【０００６】
他の態様において、本発明の往復ポンプは、流動体を圧送するためのものである。ポンプは、注入口及び放出口を備えた内部移送型チャンバーを有しているポンプハウジングと、長手方向軸と、対向端と、を備えている。プランジャーは、チャンバー内を、軸方向に往復動作可能である。プランジャーがそこを通って軸方向に往復運動している、ハウジング内のチャンバーの末端部に、軸通路がある。軸通路は、ハウジング内のプランジャーに対する最小クリアランス領域を画定している部分を、少なくとも有している。軸通路の最小クリアランス領域は、１．０インチ以下の軸長さＬ１を有している。
【０００７】
更に別の態様において、本発明の往復ポンプは、流動体を圧送するためのものである。ポンプは、注入口及び放出口を備えた内部移送型チャンバーを有しているポンプハウジングと、長手方向軸と、対向端と、を備えている。ハウジングは、ポンプヘッドと、ヘッドに取り付けられたシリンダーと、シリンダーの概ね反対側のヘッドに取り付けられたグランドと、を備えている。プランジャーは、チャンバー内を、軸方向に往復動作可能である。プランジャーがそこを通って軸方向に往復運動している、グランド内に軸通路がある。軸通路内の第１及び第２環状シールは、通路と概ね同軸であり且つ通路の長手方向他方から離れている。各シールは、プランジャーと密閉接触する大きさであり、プランジャー及びハウジングとそれぞれ密閉接触している２つの対向する脚を備えた、概ねＵ形断面を有している。各シールの２つの脚は、非対称である。軸通路は、シールの間の中間区分を備えており、該中間区分は、クリアランスフィットでそこを通る、プランジャーを受け入れる大きさである。内部ショルダーは、中間区分の長手方向の対向端にある。各シールは、軸通路のそれぞれのショルダーに近接して配置されており、少なくとも１つのシールは、ねじナットによって保持されている。ポンプハウジングは、プランジャーに接触し又はその動作をガイドするベアリングから、離れている。プランジャーは、ハウジングとの直接係合されておらず、プランジャーと第１及び第２シールとの密閉接触が、ハウジング内のプランジャーの唯一の接触である。
【０００８】
本発明の他の目的及び特徴は、部分的に以下に指摘し、部分的に明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面を通して、対応する関連の符号は、対応の部分を示している。
【００１０】
図面、特に図１に示すように、流動体を必要とする装置へ流動体を供給する、本発明のポンプは、概ね、符号１０で示される。ポンプ１０は、例えば、供給コンテナ１２（例えば、ドラム）から、印刷機１４の注入管へ、インクを圧送するのに使用される。一実施形態では、ポンプ１０は、コンテナ１２内の流動体の上面に近接した伴板１６上に、保持されている。流動体が移動するとき、板１６及びポンプ１０は、コンテナ１２内を下方へ動き、流動体の上面の高度は下がる。ポンプ１０は、シリンダー２０を有している。シリンダー２０は、一実施形態では、コンテナ１２の流動体の中に沈んでいる下端と共に、垂直に方向付けられている。シリンダーの下端は、流動体を受け入れる注入口２２を備えた、開口を、有している。モーター２４は、ポンプを駆動させるために、ポンプの上に位置しており、横向きの放出管２６が、印刷機１４へ流動体を供給するために、ポンプから伸びている。なお、ポンプ１０は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の配置及び方向性を有することができる。
【００１１】
図２に示すように、ポンプ１０は、概ね符号３０で示されるハウジングを備えている。ハウジングは、概ね円筒形であり且つ取付フランジ３４を有するヘッド３２を、備えている。シリンダー２０は、ヘッドと長手方向に一直線になって、ヘッド３２から伸びている。フランジ３４は、ヘッド３２をモーター２４へ固定するために、タイロッド（図示せず）を受け入れる孔３６を有している。コネクタ３８及び連結ナット３９が、モーター２４の電動ドライブシャフト（図示せず）へ、ポンプ１０を作動連結するために、設けられている。放出口４０は、放出管２６への連結のために、ヘッド３２から伸びている。
【００１２】
図３に示すように、ヘッド３２及びシリンダー２０は、概ね符号４２で示される内部移送型チャンバーを、長手方向軸Ｃに沿って、画定している。プランジャー４４は、チャンバー４２内を、軸方向に往復運動可能である。一実施形態では、プランジャー４４は、外径（半径）Ｄ１の円筒である。一実施形態では、プランジャー４４の外表面は、滑らかであり且つ流動体が通り過ぎるときに流動体との摩擦を抑制する物質を、含んでいる。典型的な表面材料は、ＭＡＧＮＡＰＬＡＴＥ  ＨＭＦ（登録商標）によって付着された、一連のニッケル基合金コーティングであり、それは、ニュージャージ州リンデンに本社がある、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｍａｇｎａｐｌａｔｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが特許所有している方法である。ポンプ１０は、チャンバー４２内への流動体の一方向流れを可能とするために、注入口２２に、第１チェックバルブ（逆止弁）４６を有している。放出口４０における第２チェックバルブ４８は、チャンバー４２から外への流動体の一方向流れを可能としている。一実施形態では、第１及び第２チェックバルブ４６、４８は、従来の丸いボールと対応する台座とを有している。その種のバルブは、素早く閉じて、小さな開口又はギャップが生じる可能性を減らしている。小さな開口又はギャップは、流動体が部分的に閉じたバルブを通過するときに、流動体を剪断応力の下に晒す。
【００１３】
ポンプ１０は、プランジャー４４の一方向におけるストロークの間に限って、流動体を放出するポンプサイクルを有している、「単動」型ポンプとして、当業者に知られている。上方ストロークの間、プランジャー４４は外側へ（図３の上側に）動き、第１チェックバルブ４６は開き、流動体は、注入口２２を通ってチャンバー４２内へ吸い込まれる。第２チェックバルブ４８は、閉じて、あらゆる放出を遮断する。下方ストロークの間、プランジャー４４は内側に動き、第１チェックバルブ４６は閉じ、プランジャーは、流動体が第２バルブ４８を開くように、チャンバー４２内の流動体を移送する。そして、流動体は、第１チェックバルブ４６が閉じている間に、放出口４０を通って放出される。ポンプ１０の他の形態は、本発明の範囲から逸脱していない。特に、ポンプは、「複動」ポンプとしてもよい。「複動」ポンプでは、流動体は、ポンプ内の２つの離れたチャンバーの間を押され、上方ストローク及び下方ストロークの両方のポンプサイクルの間、放出される。
【００１４】
ポンプハウジング３０は、シリンダー２０の概ね反対側のヘッド３２内に固定された（例えば、ねじ締結された）グランド５０を備えている。グランド５０は、チャンバー４２の一端（例えば上端）に、概ね符号５２で示される軸通路を画定しており、プランジャー４４は、その軸通路を軸方向に往復運動する。グランド５０は、図５及び図６に、単独で、詳細に、示されている。グランドは、その上方部分にねじ山５４を備えた、概ね円筒形の外表面を、有している。上方部分は、六角グリップフランジ５６を備えている。グランドとヘッド３２との間の漏れを防ぐために、図４に示すように、Ｏリングシール６０を受け入れるため、環状溝５８が、グランド５０の外表面の下方部分の周りに伸びている。
【００１５】
図５に示される実施形態では、軸通路５２は、概ね円筒形の第１表面によって画定された外側（上）区分６２と、概ね円筒形の第２表面によって画定された外側区分の内側（下）にある中間区分６４と、概ね円筒形の第３表面によって画定された内側（下）区分６６と、を備えている。示されているように、中間区分６４は内径Ｄ２を有し、上区分６２はＤ２よりも大きい内径Ｄ３を有し、下区分６６はＤ２より大きい内径Ｄ４を有し、図示された実施形態では、Ｄ３とＤ４は同じである。図５に示し且つ以下に十分に記述するように、軸通路５２の中間区分６４は、Ｌ１で示される軸長さを有し、上及び下区分６２、６６は、それぞれＬ２及びＬ３で示される軸長さを有している。通路の上、中間、及び下区分の内径の相対的な大きさによって、グランド５０内に受け入れられるプランジャー４４は、上及び下区分６２、６６の表面よりも、中間区分６４の概ね円筒形の表面に対して、半径方向に比較的近接して離れている。軸通路５２の内径の変化は、軸通路の上及び中間区分６２、６４の連結部において、外側（上）フラット環状ショルダー６８を形成している。同様に、軸通路の下及び中間区分６６、６４の連結部において、内側（下）フラット環状ショルダー７０が形成されている。グランド５０は、直径が連続して漸次変化してもよく、区分の配置が異なってもよく、（同一直径の一区分のみを含む）区分の数が多くても少なくてもよく、及び／又は、本発明の範囲から逸脱することなく、ヘッドと一体に形成されてもよい。
【００１６】
環状溝７２は、軸通路５２の中間区分６４の周りに伸びており、軸通路に達するかもしれない流動体を排出するために、横向きドレーン孔７４に連通している。孔７４は、次には、ポンプ１０のヘッド３２内の孔７６（図４）に連通している。プラグ７８は、排出を止めるために、ヘッドの孔７６内にねじ受けされている。
【００１７】
図４に示すように、第１及び第２環状シール８０、８２は、軸通路に対して概ね同軸に、軸通路５２内に配置されており、軸通路の長手方向他方から離れている。第１（上方）シール８０は、上方ショルダー６８に近接する軸通路の、上区分６２内に、配置されており、第２（下方）シール８２は、下方ショルダー７０に近接する軸通路の、下区分６６内に、配置されている。シールは、それぞれ、プランジャー４４を囲み、それと密閉接触する大きさである。上方シール８０は、グランド５０内にねじ込まれた締め付けナット８４によって、上方ショルダーに近接する軸通路の、上区分６２内に、取り外し可能に保持されている。下方シール８２は、グランドの内部ドレーン内に受け入れられた保持リング８５によって、軸通路の下区分６６内に、取り外し可能に保持されている。平ワッシャー８６は、シールへのダメージを防止するために、リング８５と下方シール８２との間に配置されている。一実施形態では、上方及び下方シール８０、８２の各々は、カップシールであり、それは、矩形ベースを備えた概ねＵ型断面形状と、ベースから伸びて脚の間に凹部を画定する、２つの対向する脚と、を有している。対向する脚は、非対称であり、グランド５０及びプランジャー４４のそれぞれの表面との密閉接触を維持するように構成されている。半径方向に内側の脚の先端８８は、面取りされた縁を有しており、それは、プランジャー４４に接触しているワイピング表面を備えている。シール８０、８２は、特に、プランジャー表面の流動体がプランジャーと共にチャンバーから外側に動く傾向にある、プランジャー４４の上方ストロークの間の、効果的な密閉のために、チャンバー４２の方（図４の下向き）へ向けられた脚によって方向付けられている。
【００１８】
一実施形態では、第１及び第２シール８０、８２は、大きさ、材質、及び形態において、実質的に同じである。しかし、シールは、本発明の範囲から逸脱することなく、変更できる。シールは、堅くて、高機械的強度、柔軟性、及び、圧力範囲を超えた弾力性を有する、適切な材料で作られている。代表例的な材料は、８７〜９７の押込硬度（ショアーＡスケール）、より好ましくは約９２の押込硬度を有する、ポリウレタンのような、エラストマーである。実際に、効果的で市販されているシールは、Ｄｉｓｏｇｒｉｎ（登録商標）であり、それは、ミシガン州プリマウスに本社がある、Ｓｉｍｒｉｔ（登録商標）によって製造されている非対称ピストンＵカップシールである。
【００１９】
摩擦、特に、圧送される流動体上に加えられた剪断応力から結果として生じた摩擦を減らすために、プランジャー４４の外径Ｄ１は、軸通路５２内で、比較的ゆったりとしたクリアランスを持ってフィットする大きさである。これに関連して、軸通路５２の最も狭い区分（図示された実施形態の通路の中間区分６４）の内径Ｄ２は、プランジャー４４の外径Ｄ１よりかなり大きく、図４に示されたプランジャーの周りにクリアランス又はギャップＧを画定する。一実施形態では、Ｄ２はＤ１より少なくとも約０．０１０インチ大きく、より好ましくは、少なくとも約０．０１６インチ大きい。この寸法の違いは、プランジャーの各側に、それぞれ、０．００５インチ、より好ましくは０．００８インチの、平均ギャップＧを提供する。実際に、ギャップは、十分な幅であり、その中の流動体にかかる剪断応力は、ＵＶインクの凝固を発生させるためには不十分である。一実施形態では、Ｄ１は１．１６４インチ、Ｄ２は１．１８０インチであり、それらは、プランジャーの各側に０．００８インチの平均ギャップＧを、及び、１．０１以上の直径比率Ｄ２／Ｄ１を、提供している。
【００２０】
比較的にゆったりとしたフィットは、シール構造の故に、プランジャー４４の動きにおいて、より大きな不安定性すなわち「ふらつき」を生じさせない。２つのシール８０、８２は、ベアリングとして機能して、プランジャー４４の動作を、ガイドし安定させる。軸通路の上及び下区分６２、６６内の、シールの相隔たる区分は、最も狭い区分６４に近接しており、プランジャー４４を安定させるための効果的な連通を提供している。この配置は、摩擦の増大を招くスリーブ又はベアリングの必要性を回避する。更に、第１及び第２シール８０、８２のワイピング表面８８における摩擦によって、ＵＶインク流動体が凝固する場合、その逆の効果が、ワイピング表面の比較的短い軸長さによって、最小となり、各ワイピング表面８８において、凝固したインクを狭いラインに制限する。
【００２１】
摩擦は、軸通路５２の最も狭い区分、つまり図示された実施形態の中間区分６４の、比較的短い長手方向長さによって、かなり抑制される。一実施形態では、この区分の長さＬ１は、好ましくは約０．４インチと１．０インチの間の範囲内であり、より好ましくは、約０．９インチである。従って、流動体がこの領域へ漏れる範囲で、流動体にかかる剪断応力は、最小に維持される。実際には、長さＬ１は、約０．９２インチであり、約０．７９のプランジャー径Ｄ１に対するＬ１の比（Ｌ１／Ｄ１）を提供する。長さＬ１は、中間区分６４の他の部分より広い、ドレーン溝７２の長さを、含んでいる。ドレーン溝７２の長さを差し引いた場合、有効長さＬ１は約０．７３インチであり、約０．６３の有効比（Ｌ１／Ｄ１）を提供する。
【００２２】
図５に示されるように、Ｌ１は、Ｌ２より短いが、Ｌ３より長い。一例として、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３は、それぞれ、０．９２インチ、１．０６インチ、０．５８インチである。これらの寸法は、変更してもよい。
【００２３】
加えて、ポンプチャンバーの放出口４０から、流動体を必要とする装置１４へ流動体を供給する放出管２６、において、バルブの欠如や遮断抑制によって、摩擦は、更に低減される。結果として、流動体は、最小剪断応力、それ故に、より小さい摩擦のみを受け、それによって流動体の凝固が低減され、より効果的なポンプ動作、及びより長いポンプ寿命となる。
【００２４】
上記のことを考慮すると、本発明の幾つかの対象物が実現されて、他の利点に到達することが理解される。
【００２５】
本発明又は本発明の好ましい実施形態の要素を説明する際に、「一つ」、「その」、及び「上記」、という冠詞は、一つ以上の要素があることを意味するものである。「備える」、「含む」、及び「有する」、という用語は、包含的であることを意味し、記載した要素以外の付加的要素もあり得ることを意味するものである。
【００２６】
上記構成においては、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であるので、上記記述に含まれる全ての事柄は、添付図面に示されるように、例示的であり且つ限定する意味ではないものとして、解釈されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のポンプが、流動体を圧送しているシステムの概略図である。
【図２】ポンプの斜視図である。
【図３】ポンプの垂直断面図である。
【図４】図３の拡大断面図である。
【図５】ポンプのグランドの垂直断面図である。
【図６】グランドの斜視図である。
【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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