(57)【要約】【課題】燃料電池からの流体の圧力が大きい場合においても、当該燃料電池から流体が外部に漏洩するのを防止すること。【解決手段】燃料電池内に溜まった流体の流入を受ける第１ノズル１１ａと、燃料電池からの流体を外部に流出する第２ノズル１１ｂ流出口と、第１ノズル１１ａ内で燃料電池からの流体の流路を開閉するバルブ２１と、燃料電池からの流体の流入方向と反対方向にバルブ２１を移動させて流路を開く一方、燃料電池からの流体の流入方向と同一方向にバルブ２１を移動させて流路を閉じるモータ３１と、を具備することを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池内に溜まった流体の流入を受ける流入口と、前記燃料電池からの流体を外部に流出する流出口と、前記流入口内で前記燃料電池からの流体の流路を開閉する弁体と、前記燃料電池からの流体の流入方向と反対方向に前記弁体を移動させて前記流路を開く一方、前記燃料電池からの流体の流入方向と同一方向に前記弁体を移動させて前記流路を閉じる駆動手段と、を具備することを特徴とする燃料電池システム用バルブ装置。
【請求項２】
前記流入口及び流出口を円筒形状としたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム用バルブ装置。
【請求項３】
前記流入口及び流出口を装置筐体の同一面に形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池システム用バルブ装置。
【請求項４】
前記流入口及び流出口が形成される面を矩形状とし、前記流入口と前記流出口とを対角近傍の位置に配置したことを特徴とする請求項３記載の燃料電池用システムバルブ装置。
【請求項５】
前記流路を閉じる方向に前記弁体を付勢する付勢手段を具備したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池システム用バルブ装置。
【請求項６】
前記弁体の位置を検知する検知手段を具備し、前記駆動手段は、前記検知手段の検知結果に応じて前記流路を開閉することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料電池システム用バルブ装置。
【請求項７】
前記検知手段をフォトセンサで構成したことを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム用バルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム用バルブ装置に関し、特に、燃料電池システムにおける燃料電池内に溜まった水やガス等の流体を排出するための経路上に配設される燃料電池システム用バルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システム用バルブ装置においては、上下動自在に構成された弁体を収容する収容ケースを備え、この収容ケースの周壁に、燃料電池からの掃気ガス（流体）を受け入れる掃気ガス入口を設けると共に、収容ケースの底部に、この掃気ガスを排出する掃気ガス出口を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この燃料電池システム用バルブ装置においては、弁体を常に閉方向に付勢するコイルばねと、コイルばねの付勢力に抗して弁体を開方向に磁気的に吸引するコイルとを備え、掃気ガス出口の周囲に突出形成された弁座部と弁体とを適宜離間又は密着させることで、掃気ガス出口からの掃気ガスの流出を許容又は制限している。
【特許文献１】特開２００６−１４７４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような燃料電池システム用バルブ装置においては、弁体を収容する収容ケースの周壁に、燃料電池からの掃気ガスを受け入れる掃気ガス入口が設けられていることから、弁体を付勢するコイルばねに常に掃気ガスの圧力によって負荷がかかっており、コイルばねの付勢力より大きい圧力がかかった場合には、弁体が弁座部から離間して掃気ガスが外部に漏洩してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池からの流体の圧力が大きい場合においても、当該燃料電池から流体が外部に漏洩するのを防止することができる燃料電池システム用バルブ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】
【０００６】
本発明の燃料電池システム用バルブ装置は、燃料電池内に溜まった流体の流入を受ける流入口と、前記燃料電池からの流体を外部に流出する流出口と、前記流入口内で前記燃料電池からの流体の流路を開閉する弁体と、前記燃料電池からの流体の流入方向と反対方向に前記弁体を移動させて前記流路を開く一方、前記燃料電池からの流体の流入方向と同一方向に前記弁体を移動させて前記流路を閉じる駆動手段と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
上記燃料電池システム用バルブ装置によれば、燃料電池からの流体の流入方向と同一方向に弁体を移動させて流路を閉じることから、燃料電池からの流体の圧力を利用して流路を閉じることができるので、燃料電池からの流体の圧力が大きい場合においても、当該燃料電池から流体が外部に漏洩するのを防止することが可能となる。
【０００８】
上記燃料電池システム用バルブ装置においては、前記流入口及び流出口を円筒形状とすることが好ましい。この場合には、燃料電池からの流体を装置内に導くためのチューブや、燃料電池からの流体を装置外部に流出させるためのチューブ等を容易に取り付けることが可能となる。
【０００９】
また、上記燃料電池システム用バルブ装置においては、前記流入口及び流出口を装置筐体の同一面に形成することが好ましい。この場合には、燃料電池からの流体の流入及び流出に関連する構成を装置筐体の一部に集約することができるので、例えば、弁体を駆動するモータ等の構成を装置筐体内で自由に配置することが可能となる。
【００１０】
特に、上記燃料電池システム用バルブ装置においては、前記流入口及び流出口が形成される面を矩形状とし、前記流入口と前記流出口とを対角近傍の位置に配置することが好ましい。この場合には、流入口と流出口との間の距離を広く取ることができ、燃料電池からの流体をスムーズに流入口から流出口に送り出すことが可能となる。
【００１１】
さらに、上記燃料電池システム用バルブ装置においては、前記流路を閉じる方向に前記弁体を付勢する付勢手段を具備することが好ましい。この場合には、燃料電池からの流体の圧力を利用して当該流体の流路を閉じると共に、付勢手段の付勢力により当該流路が閉じられるので、当該流体の圧力が大きい場合においても、当該流体が外部に漏洩するのを効果的に防止することが可能となる。
【００１２】
さらに、上記燃料電池システム用バルブ装置においては、前記弁体の位置を検知する検知手段を具備し、前記駆動手段は、前記検知手段の検知結果に応じて前記流路を開閉することが好ましい。この場合には、検知手段の検知結果に応じて駆動手段により燃料電池からの流体の流路が開閉されるので、当該流体の流入許容時に適切に流路を確保すると共に、当該流体の流入制限時に適切に流路を遮断することが可能となる。
【００１３】
例えば、上記燃料電池システム用バルブ装置においては、前記検知手段をフォトセンサで構成することが考えられる。このように、検知手段をフォトセンサで構成することにより、当該流体の流入許容時に適切に流路を確保すると共に、当該流体の流入制限時に適切に流路を遮断することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料電池からの流体の流入方向と同一方向に弁体を移動させて当該流体の流路を閉じるようにしたので、燃料電池からの流体の圧力が大きい場合においても、当該燃料電池から流体が外部に漏洩するのを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る燃料電池システム用バルブ装置の斜視図である。図２は、本実施の形態に係る燃料電池システム用バルブ装置の上面図である。図３は、図１に示す矢印Ａ方向から燃料電池システム用バルブ装置を示す図であり、図４は、図１に示す矢印Ｂ方向から燃料電池システム用バルブ装置を示す図であり、図５は、図１に示す矢印Ｃ方向から燃料電池システム用バルブ装置を示す図である。
【００１６】
本実施の形態に係る燃料電池システム用バルブ装置（以下、単に「バルブ装置」という）１０は、水素（燃料ガス）と空気中の酸素（酸化剤ガス）の反応により発電する燃料電池と、この燃料電池に空気を供給する空気供給系と、燃料電池に水素を供給する水素供給系とを備える燃料電池システムにおいて、燃料電池内に溜まった水やガス等を排出するための経路上に配設されるものである。
【００１７】
図１〜図５に示すように、本実施の形態に係るバルブ装置１０は、排出路に接続される第１ケース１１と、第１ケース１１の下方に連結され、後述するモータやフォトセンサ等を保持する第２ケース１２と、後述する複数のギヤを保持するギヤハウジング１３と、ギヤハウジング１３に保持されるギヤを収容するギヤカバー１４と、第２ケース１２内に配設されるプリント基板１５とを含んで構成されている。本実施の形態にかかるバルブ装置１０においては、第１ケース１１が第２ケース１２に対してネジ１６により固定される一方、ギヤカバー１４がギヤハウジング１３を挟んだ状態で第２ケース１２に対してネジ１７により固定されている。
【００１８】
第１ケース１１には、特に図１、図３及び図５に示すように、上方に開口した円筒形状の第１ノズル１１ａ及び第２ノズル１１ｂが立設されている。第１ノズル１１ａが燃料電池内に溜まった水やガス等の流体の流入口を構成し、第２ノズル１１ｂがこのような流体の流出口を構成している。第１ノズル１１ａと第２ノズル１１ｂとは、第１ケース１１内に形成される一定の空間を介して接続されている。第１ノズル１１ａから本バルブ装置１０内に流入した水やガス等は、上記空間を介して第２ノズル１１ｂから流出していく。すなわち、このように第１ノズル１１ａ、空間及び第２ノズル１１ｂによる経路によって燃料電池からの流体の流路が形成される。
【００１９】
なお、本実施の形態においては、第１ノズル１１ａ及び第２ノズル１１ｂを円筒形状としている。このように、第１ノズル１１ａ及び第２ノズル１１ｂを円筒形状とすることにより、燃料電池からの流体を装置内に導くためのチューブや、燃料電池からの流体を装置外部に流出させるためのチューブ等を容易に取り付けられるようにしている。
【００２０】
第１ノズル１１ａは、特に図２に示すように、同図に示す右下方側の位置に形成され、第２ノズル１１ｂは、同図に示す左上方側の位置に形成されている。すなわち、第１ノズル１１ａと第２ノズル１１ｂとは、第１ケース１１の一方の対角近傍の位置に形成されている。このように、装置筐体の一面を為す第１ケース１１に第１ノズル１１ａ及び第２ノズル１１ｂを形成することにより、燃料電池からの流体の流入及び流出に関連する構成を装置筐体の一部に集約し、後述するバルブを駆動するモータ等の構成を装置筐体内で自由に配置できるようにしている。また、第１ケース１１の対角近傍の位置に、第１ノズル１１ａ及び第２ノズル１１ｂを形成することにより、第１ノズル１１ａと第２ノズル１１ｂとの間の距離を広く取り、燃料電池からの流体をスムーズに第１ノズル１１ａと第２ノズル１１ｂに送り出せるようにしている。
【００２１】
第２ケース１２は、特に図１、図４及び図５に示すように、装置本体の側方側の一部を開放しており、内部に配設されるプリント基板１５を露出している。図４及び図５に示すように、第２ケース１２から露出するプリント基板１５には、後述するモータの入出力端子に対応する位置に複数の孔１５ａと、後述するフォトセンサの入出力端子に対応する位置に複数の孔１５ｂとが形成され、それぞれモータの入出力端子及びフォトセンサの入出力端子がこれらの孔１５ａ及び１５ｂを介して外部側に延びている。
【００２２】
次に、本実施の形態に係るバルブ装置１０の内部の構成について図６〜図９を用いて説明する。図６は、図２に示す実線Ａにおける断面図であり、図７は、図２に示す実線Ｂにおける断面図である。また、図８は、図７における実線Ｄにおける断面図であり、図９は、図３に示す実線Ｃにおける断面図である。なお、図６〜図９において、図１〜図５と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２３】
図６に示すように、第１ノズル１１ａの内部には、弁体としてのバルブ２１が収容されている。バルブ２１は、円盤状に形成された頭部２１ａと、この頭部２１ａから下方側に延在する円柱状の軸部２１ｂとを有している。バルブ２１の軸部２１ｂは、第１ノズル１１ａの内側に形成される開口部１１ｃを通過して装置内部に挿入される。詳細について後述するように、バルブ２１は、モータからの駆動力の提供を受け、燃料電池からの流体の流路を開閉する。
【００２４】
軸部２１ｂの所定位置には、後述するリングシールを頭部２１ａの下面との間で保持するシール保持部２１ｃと、後述するダイヤフラムを押圧するダイヤフラム押圧部２１ｄとが形成されている。例えば、シール保持部２１ｃ及びダイヤフラム押圧部２１ｄは、軸部２１ｂの軸芯を中心とした円盤状に形成されるが、これらの形状に限定されるものではない。
【００２５】
バルブ２１の頭部２１ａとシール保持部２１ｃとの間には、円環形状を有するリングシール２２が配設される。リングシール２２は、例えば、耐久性を有するゴム素材で形成される。そして、開口部１１ｃよりも僅かに大径に形成されており、その端部が開口部１１ｃの縁部に当接するように構成されている。一方、シール保持部２１ｃは、開口部１１ｃよりも僅かに小径に形成されており、開口部１１ｃを通過できるように構成されている。
【００２６】
第１ケース１１の内部には、第２ケース１２との間に排出路の一部を形成する一定の空間２３が形成されている。第２ケース１２の上面には、この空間２３の底面を形成するダイヤフラム２４が配設されている。ダイヤフラム２４の所定位置には、バルブ２１の軸部２１ｂが貫通する孔２４ａが形成されている。ダイヤフラム押圧部２１ｄは、この孔２４ａの近傍のダイヤフラム２４を押圧する位置に形成されている。ダイヤフラム２４に形成される孔２４ａの近傍を押圧することにより、この孔２４ａからの水やガス等の漏洩を防止している。
【００２７】
第２ケース１２の内部であって、バルブ２１に対応する位置には、下方に開口した空間１２ａが形成されている。空間１２ａには、ダイヤフラム２４の孔２４ａから突出した軸部２１ｂが圧入されるブッシュ２５が配設される。ブッシュ２５は、略円筒形状を有しており、軸中央部に軸部２１ｂが圧入される貫通孔２５ａと、下端部に付勢手段としてのバネ２６の下端部を収容する収容部２５ｂとが形成されている。収容部２５ｂに収容されるバネ２６は、ブッシュ２５の周囲に巻回するように配設され、その上端部が第２ケース１２の内壁に当接している。このバネ２６の付勢力によって、ブッシュ２５は、図６に示す下方側に付勢されている。
【００２８】
第２ケース１２に形成された空間１２ａの側方側であって、第２ケース１２の下面とギヤハウジング１３の上面との間に、駆動手段としてのモータ３１を収容する空間１２ｂが形成されている。モータ３１は、第１ギヤ３２が固定された駆動軸３１ａを下方に向けた状態で空間１２ｂに固定されている。この場合において、モータ３１の入出力端子３１ｂは、プリント基板１５を介して装置の側方側に突出している。
【００２９】
第１ギヤ３２は、ギヤハウジング１３の凹部１３ａに収容されている。凹部１３ａの所定位置に形成された切り欠き部１３ｂを介して、第１ギヤ３２に噛合する位置に第２ギヤ３３が配設されている。特に図９に示すように、この第２ギヤ３３に第３ギヤ３４が噛合し、この第３ギヤ３４にリードスクリューギヤ３５が噛合する。なお、第１ギヤ３２、第２ギヤ３３、第３ギヤ３４及びリードスクリューギヤ３５は、ギヤハウジング１３に回転可能に支持されている。
【００３０】
リードスクリューギヤ３５のリードスクリュー３５ａは、その周面に取り付けられるリードチップ３６と共に、ギヤハウジング１３に形成された凹部１３ｃに収容されている。リードスクリュー３５ａは、その軸芯がバルブ２１の軸部２１ｂの軸芯と同一線上に配置される位置に配設されている。リードチップ３６は、リードスクリュー３５ａの回転に応じて図６に示す上下方向に移動可能にリードスクリュー３５ａに取り付けられている。リードチップ３６は、ブッシュ２５の下面に対向する位置に配設される。そして、リードスクリュー３５ａの回転に応じて上方移動すると、バネ２６の付勢力に抗してブッシュ２５を押し上げるように構成されている。
【００３１】
ブッシュ２５の下端近傍には、図７及び図８に示すように、検知手段としてのフォトセンサ２７が配設されている。フォトセンサ２７は、ブッシュ２５に形成された遮蔽板２５ｃが図７に示す上下方向に移動可能なスリット２７ａを有し（図８参照）、この遮蔽板２５ｃの位置を検出することで、ブッシュ２５の位置を検出する。そして、ブッシュ２５の位置に応じてバルブ２１の位置を検出し、検出結果を入出力端子２７ｂから出力するように構成されている。
【００３２】
以上のような構成を有する本実施の形態に係るバルブ装置１０において、燃料電池内に溜まった水やガス等は、バルブ２１が開いていることを前提として、図６に示すように、第１ノズル１１ａの上方から流入し（同図に示す矢印ＩＮ）、空間２３を介して第２ノズル１１ｂから上方に向けて排出される（同図に示す矢印ＯＵＴ）。すなわち、本実施の形態に係るバルブ装置１０において、燃料電池内に溜まった水やガス等は、バルブ２１を閉じる方向（図６に示す下方向）に沿って第１ノズル１１ａの上方から流入するようになっている。言い換えると、燃料電池内に溜まった水やガス等の圧力は、バルブ２１を閉じる方向に作用する。したがって、燃料電池内に溜まった水やガス等の圧力が大きくなった場合においても、バルブ２１が閉状態となり、水やガス等が漏洩することはない。
【００３３】
次に、本実施の形態に係るバルブ装置１０の動作について図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、本実施の形態に係るバルブ装置１０において、バルブ２１が閉状態である場合の断面図である。図１１は、本実施の形態に係るバルブ装置１０において、バルブ２１が開状態である場合の断面図である。
【００３４】
本実施の形態にかかるバルブ装置１０が接続される燃料電池システムにおいて、燃料電池による発電動作が停止している場合には、図１０に示すように、リードチップ３６は、リードスクリュー３５ａにおける最も低い位置まで退避した状態となっている。リードチップ３６による押し上げがないため、ブッシュ２５は、バネ２６によって図１０に示す下方側に付勢されている。このため、ブッシュ２５に圧入されている軸部２１ｂも引き下げられる結果、バルブ２１の頭部２１ａも引き下げられる。これにより、頭部２１ａとシール保持部２１ｂとの間に保持されるリングシール２２が開口部１１ｃの縁部に当接し、開口部１１ｃを塞いだ状態となっている。この場合において、燃料電池内に溜まった水やガス等による圧力は、バルブ２１を閉じる方向に作用することから、第１ケース１１の内部の空間２３に燃料電池内に溜まった水やガス等が漏洩することはない。
【００３５】
図１０に示す状態から、燃料電池システムにおいて、燃料電池による発電動作が開始されると、モータ３１に駆動信号が入力され、モータ３１の駆動力が第１ギヤ３２、第２ギヤ３３、第３ギヤ３４及びリードスクリューギヤ３５を介してリードチップ３６に伝達される。この駆動力を受けると、リードチップ３６は、図１１に示す上方側に移動する。なお、図１１においては、リードチップ３６は、リードスクリュー３５ａにおける最も高い位置まで移動した状態を示している。この場合、リードチップ３６による押し上げによってブッシュ２５が押し上げられる結果、バルブ２１の頭部２１ａも押し上げられる。これにより、頭部２１ａとシール保持部２１ｂとの間に保持されるリングシール２２も上方移動し、開口部１１ｃが開放された状態となる。したがって、第１ノズル１１ａに送り込まれた水やガス等は、開口部１１ｃを介して空間２３に流入し、第２ノズル１１ｂから排出されることとなる。
【００３６】
このように本実施の形態に係るバルブ装置１０によれば、燃料電池からの水やガス等の流体の流入方向と同一方向にバルブ２１を移動させて流路を閉じるようにしたことから、燃料電池からの流体の圧力を利用してその流路を閉じることができるので、燃料電池からの流体の圧力が大きい場合においても、当該燃料電池から流体が外部に漏洩するのを防止することが可能となる。
【００３７】
特に、本実施の形態に係るバルブ装置１０においては、流路を閉じる方向にバルブ２１を付勢するバネ２６を備えている。これにより、燃料電池からの流体の圧力を利用して当該流体の流路を閉じると共に、バネ２６の付勢力により当該流路が閉じられるので、当該流体の圧力が大きい場合においても、当該流体が外部に漏洩するのを効果的に防止することが可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態に係るバルブ装置１０においては、バルブ２１の位置を検知するフォトセンサ２７を具備し、このフォトセンサ２７の検知結果に応じてモータ３１で上記流体の流路を開閉するようにしている。これにより、当該流体の流入許容時に適切に流路を確保すると共に、当該流体の流入制限時に適切に流路を遮断することが可能となる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００４０】
例えば、上記実施の形態に係るバルブ装置１０においては、第１ノズル１１ａ及び第２ノズル１１ｂを装置筐体の同一面（第１ケース１１）に形成した場合について説明している。しかし、第１ノズル１１ａ及び第２ノズル１１ｂを形成する位置については、これに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。すなわち、第１ノズル１１ａに対する燃料電池からの流体の流入方向と同一方向にバルブ２１を移動させて当該流体の流路を閉じる構成を採ることができれば、いかなる面にこれらを形成しても良い。
【００４１】
また、上記実施の形態においては、燃料電池からの流体の流入口を第１ノズル１１ａとして具現化し、当該流体の流出口を第２ノズル１１ｂとして具現化しているが、流入口及び流出口の構成としてはこれに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。すなわち、装置内部に燃料電池からの流体を流入させることができ、装置外部に燃料電池から流入した流体を流出させることができれば、どのような構成を採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態に係るバルブ装置の斜視図である。
【図２】上記実施の形態に係るバルブ装置の上面図である。
【図３】図１に示す矢印Ａ方向からバルブ装置を示す図である。
【図４】図１に示す矢印Ｂ方向からバルブ装置を示す図である。
【図５】図１に示す矢印Ｃ方向からバルブ装置を示す図である。
【図６】図２に示す実線Ａにおける断面図である。
【図７】図２に示す実線Ｂにおける断面図である。
【図８】図７に示す実線Ｄにおける断面図である。
【図９】図３に示す実線Ｃにおける断面図である。
【図１０】上記実施の形態に係るバルブ装置において、バルブが閉状態である場合の断面図である。
【図１１】上記実施の形態に係るバルブ装置において、バルブが開状態である場合の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  燃料電池システム用バルブ装置（バルブ装置）
１１  第１ケース
１１ａ  第１ノズル
１１ｂ  第２ノズル
１１ｃ  開口部
１２  第２ケース
１３  ギヤハウジング
１４  ギヤカバー
１５  プリント基板
１６、１７  ネジ
２１  バルブ
２１ａ  頭部
２１ｂ  軸部
２１ｃ  シール保持部
２２  リングシール
２３  空間
２４  ダイヤフラム
２５  ブッシュ
３１  モータ
３２  第１ギヤ
３３  第２ギヤ
３４  第３ギヤ
３５  リードスクリューギヤ
３６  リードチップ
【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】
2008097843.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008097843.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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