(57)【要約】【課題】浄水カートリッジの容器内に、所定量の粒状活性炭などの粉体を、この粉体が空気を咬み込んだり飛散したりすることなく確実に高密度で充填する方法およびその際に使用する充填装置を提供する。【解決手段】粉体を吐出する吐出口１２ａが形成されたノズル１２と、容器を加振しながら保持する加振保持手段１３とを備え、前記ノズル１２または前記加振保持手段１３の少なくとも一方は、前記吐出口１２ａと前記容器に充填された粉体の最上面との距離が変化するように移動する粉体充填装置１０を使用して、粉体を充填し、浄水カートリッジを製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に水処理用の粉体が収められた浄水カートリッジの製造方法であって、
ノズルに形成された吐出口から粉体を吐出して、容器内に前記粉体を充填する充填工程を有し、
前記充填工程は、前記吐出口と前記容器内に充填された前記粉体の最上面との距離を５０ｍｍ以下に維持しながら、前記容器を加振することを特徴とする浄水カートリッジの製造方法。
【請求項２】
前記粉体は、粒状活性炭であることを特徴とする請求項１に記載の浄水カートリッジの製造方法。
【請求項３】
前記充填工程において、前記ノズルまたは前記容器の少なくとも一方を、前記距離が変化するように移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の浄水カートリッジの製造方法。
【請求項４】
前記充填工程において、前記容器を加振する際の加振力または振幅の少なくとも一方を変化させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の浄水カートリッジの製造方法。
【請求項５】
前記充填工程において、前記吐出の速度を変化させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の浄水カートリッジの製造方法。
【請求項６】
容器内に粉体を充填する粉体充填装置であって、
粉体を吐出する吐出口が形成されたノズルと、容器を加振しながら保持する加振保持手段とを備え、
前記ノズルまたは前記加振保持手段の少なくとも一方は、前記吐出口と前記容器に充填された粉体の最上面との距離が変化するように移動することを特徴とする粉体充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水器に取り付けられる浄水カートリッジの製造方法および浄水カートリッジの製造などに使用する粉体充填装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各家庭などにおいては、水道水を浄化するための浄水器が使用されることが多くなっている。
このような浄水器としては、図４に示すように、水道の蛇口５０に接続される本体４０と、この本体４０内に着脱自在に装着される、濾過材を収納した浄水カートリッジ３０とから概略構成される蛇口直結型のものが広く流通している。
【０００３】
図４の浄水器が具備する浄水カートリッジ３０は、図５に示すように、一端が、通水性を有し粉体は通過しない焼結フィルタなどからなる蓋材３１ａで閉塞され、他端に本体４０との接続口３１ｂが形成されたＡＢＳ樹脂製の円筒容器３１内に、濾過材として、水道水のカルキ臭、カビ臭、トリハロメタンなどを主に除去する粒状活性炭３２と、細菌類、濁質成分などを除去する中空糸膜モジュール３３とが収納されたものである。
この例の浄水カートリッジ３０を、図６に示すように、浄水器の本体４０に形成された円筒状のケーシング４１内に、略水平に配置することによって、被処理水である水道水は、矢印で示すように、浄水カートリッジ３０の円筒容器３１とケーシング４１との間の隙間を流れ、蓋材３１ａを通過して浄水カートリッジ３０の円筒容器３１内に入り、まず粒状活性炭３２で処理され、ついで中空糸膜モジュール３３で膜処理される。
こうして得られた浄水は、接続口３１ｂを通って浄水カートリッジ３０内から本体４０へと流れ、図４中、符号４２で示される浄水出口から吐出される。
【０００４】
この例の浄水カートリッジ３０を製造する際には、図７に示すように、蓋材３１ａが被せられていない状態の円筒容器３１内の所定位置に中空糸膜モジュール３３を配設した後、この円筒容器３１を、開口している側の端部が上方を向くように略鉛直方向に配する。ついで、通水性を有し粒状活性炭３２を通過しないフィルタなどからなる仕切板３４を中空糸膜モジュール３３の上方に設置した後、粒状活性炭３２を徐々に充填していく。
粒状活性炭３２を円筒容器３１の上端まで充填した後、蓋材３１ａを被せることにより、図５の浄水カートリッジ３０が得られる。
【０００５】
ところが、粒状活性炭３２は、真比重に対して見かけ比重が非常に小さいため、高密度で充填することが困難で、所定量を充填し終わる前に円筒容器３１から溢れ出したり、飛散したりする場合が多かった。
そのため、上述のように粒状活性炭３２を充填すると、充填直後には粒状活性炭３２が円筒容器３１の上端近傍まで到達した状態となっていて蓋材３１ａとの間に隙間がほとんどなくても、この浄水カートリッジ３０を浄水器に装着して水処理を行うにしたがって、粒状活性炭３２の粒子間に咬み込まれていた空気が徐々に抜けて、粒状活性炭３２の充填状態が高密度化し、円筒容器３１内に隙間が生じてしまう場合があった。
【０００６】
このような隙間の形成は、浄水カートリッジ３０を鉛直方向に装着して使用する浄水器の場合には特に問題ではないが、図４の例のように水平方向に装着して使用する場合には、図８に示すように、粒状活性炭３２の上方に水の流れに沿う隙間３５が形成されることとなる。その結果、導入された水道水は粒状活性炭３２を通過せずに隙間３５を通過し、粒状活性炭３２で処理されていない水道水が中空糸膜モジュール３３側へ流れていくという問題があった。
そこで、このように見かけ比重が小さい粉体を容器に高密度で充填する方法として、粉体を充填しながら容器に特定条件の振動を与えることが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−３９９０３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されているように特定条件の振動を与えながら紛体を充填しても、上述したように特に浄水カートリッジのように、粉体を容器の上端近傍まで充填する必要がある場合には、粉体の溢れ出しや飛散を十分に抑制できず、高密度で充填することは非常に困難であった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、浄水カートリッジの容器内に、所定量の粒状活性炭などの粉体を、この粉体が空気を咬み込んだり飛散したりすることなく確実に高密度で充填する方法およびその際に使用する充填装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の浄水カートリッジの製造方法は、容器内に水処理用の粉体が収められた浄水カートリッジの製造方法であって、ノズルに形成された吐出口から粉体を吐出して、容器内に前記粉体を充填する充填工程を有し、前記充填工程は、前記吐出口と前記容器内に充填された前記粉体の最上面との距離を５０ｍｍ以下に維持しながら、前記容器を加振することを特徴とする。
本発明は、前記粉体が粒状活性炭である場合に適している。
前記充填工程において、前記ノズルまたは前記容器の少なくとも一方を、前記距離が変化するように移動させることが好ましい。
また、前記充填工程において、前記容器を加振する際の加振力または振幅の少なくとも一方を変化させることが好ましい。
また、前記充填工程において、前記吐出の速度を変化させることが好ましい。本発明の紛体充填装置は、容器内に粉体を充填する紛体充填装置であって、粉体を吐出する吐出口が形成されたノズルと、容器を加振しながら保持する加振保持手段とを備え、前記ノズルまたは前記加振保持手段の少なくとも一方は、前記吐出口と前記容器に充填された粉体の最上面との距離が変化するように移動することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明について、図５に示した浄水カートリッジ３０を製造する場合を例示して説明する。
図５の浄水カートリッジ３０は、従来の技術においても説明したように、ＡＢＳ樹脂などからなる円筒容器３１内に、濾過材として、粒状活性炭３２と中空糸膜モジュール３３とが収納されたものである。この円筒容器３１の一端は、通水性を有し粉体は通過しない焼結フィルタなどからなる蓋材３１ａにより閉塞され、他端には浄水器の本体との接続口３１ｂが形成されている。
【００１１】
この例において中空糸膜モジュール３３は多数本の中空糸膜を備え、その一端がウレタン樹脂などからなるポッティング材３３ａにより、各中空糸膜の開口状態を維持したまま、円筒容器３１の接続口３１ｂが形成された側の端部付近に固定されている。そして、この中空糸膜の他端側には、通水性を有し粒状活性炭３２は通過しないフィルタなどからなる仕切板３４を介して、平均粒子径が１００〜５００μｍ、見かけ比重が０．４〜０．６ｇ／ｃｍ３程度の粒状活性炭３２が充填されている。
この例の浄水カートリッジ３０を、図４および図６に示すように、浄水器の本体４０に形成された円筒状のケーシング４１内の所定位置に略水平に配し、蛇口５０から水道水を導入することによって、水道水は粒状活性炭３２、中空糸膜モジュール３３により順次処理されて浄水となり、最終的には本体４０の浄水出口４２から吐出される。
【００１２】
このような浄水カートリッジ３０を製造する際には、まず、円筒容器３１の接続口３１ｂが形成された側の端部付近に、多数の中空糸膜をその開口状態を維持したままポッティング材３３ａで固定して中空糸膜モジュール３３を形成し、ついで、仕切板３４を円筒容器３１内に挿入、配置する。
そして、図１に示すような粉体充填装置１０を使用して、円筒容器３１内に粒状活性炭３２を充填する充填工程を行う。
【００１３】
図１の粉体充填装置１０は、粒状活性炭３２が投入されるホッパ１１と、ホッパ１１に投入された粒状活性炭３２を吐出する吐出口１２ａが先端に形成されたシュート式のノズル１２とを備えている。ホッパ１１とノズル１２の間には、ホッパ１１に投入された粒状活性炭３２から所定量の粒状活性炭３２を測り取るとともに、測り取られた粒状活性炭３２を所望の速度でシュート式のノズル１２に供給する図示略の計測手段が備えられ、所定量の粒状活性炭３２が所望の速度でノズル１２内を滑り落ち、吐出口１２ａから吐出されるようになっている。
そして、この粉体充填装置１０が備えるノズル１２は、上下方向（鉛直方向）に移動できるようになっている。また、この粉体充填装置１０は、粒状活性炭３２が充填される円筒容器３１を把持する把持アーム１３ａと、この把持アーム１３ａを加振するバイブレータ１３ｂとから概略構成される加振保持手段１３を備え、円筒容器３１を所望の条件で加振しながら、保持できるようになっている。
【００１４】
なお、この粉体充填装置１０は操作パネル１４を備えていて、計測手段が測り取る粒状活性炭３２の量やノズル１２への粒状活性炭３２の供給速度、ノズル１２の移動の向きや速度、バイブレータ１３ｂの加振力、振幅などを、操作パネル１４からの入力により制御することができる。
【００１５】
この粉体充填装置１０を使用して、中空糸膜モジュール３３、仕切板３４が配置された円筒容器３１内に、粒状活性炭３２を充填する際には、図２に示すように、まず、円筒容器３１を、接続口３１ｂが形成された側の端部が下方となるように、略鉛直方向に把持アーム１３ａで把持する。この時点で蓋材３１ａは被せられておらず、蓋材３１ａが被せられる側の端部は上向きに開口した状態となっている。
そして、ノズル１２の先端に形成された吐出口１２ａから、円筒容器３１内の仕切板３４までの距離が５０ｍｍ以下となるようにあらかじめセットする。
【００１６】
ついで、操作パネル１４を操作して計測手段を作動させ、ノズル１２から所定量の粒状活性炭３２を所定の吐出速度で吐出させ、この円筒容器３１内における仕切板３４よりも上方の部分に粒状活性炭３２を充填していく。
そして、充填中において、吐出口１２ａと円筒容器３１内に充填された粒状活性炭３２の最上面３２ａとが離間しつつ、距離Ｌが常に５０ｍｍ以下となるように制御する。
すなわち、充填にともなって円筒容器３１内における粒状活性炭３２の最上面３２ａは徐々に上昇するので、最上面３２ａの上昇とともにノズル１２を上昇させ、吐出口１２ａと最上面３２ａとの距離Ｌが常に５０ｍｍ以下となるようにする。
【００１７】
このように距離Ｌを常時５０ｍｍ以下とすることによって、吐出された粒状活性炭３２が落下中に空気を咬み込んで充填されることを防ぐとともに、粒状活性炭３２の飛散を抑制でき、その結果、所定量の粒状活性炭３２を確実に、高密度で充填することができる。さらに好ましくは、吐出口１２ａと円筒容器３１内に充填された粒状活性炭３２の最上面３２ａとの距離Ｌを２０ｍｍ以下とする。
なお、粒状活性炭３２の最上面３２ａが平らでない場合、吐出口１２ａと最上面３２ａとの距離は図３に３本の矢印で示すように測定箇所によって異なる。よって、ここでは、図中符号Ｌで示す最も短い距離を制御の対象とする。
【００１８】
ここで距離Ｌが常に５０ｍｍ以下となるように制御するためには、あらかじめ決定されているノズル１２からの粒状活性炭３２の吐出速度をもとに、円筒容器３１における最上面３２ａの上昇速度を算出しておき、その上昇速度にほぼ同調してノズル１２が上昇するようにノズル１２の上昇速度を操作パネル１４から入力すればよい。また、その他には、この粉体充填装置１０に、粒状活性炭３２の最上面３２ａの高さを検知する位置センサを備えて、ノズル１２の吐出口１２ａと位置センサが検知した最上面３２ａとの距離Ｌが常に５０ｍｍ以下となるように、ノズル１２の上昇速度をプログラム制御する方法などでもよい。
【００１９】
この際、ノズル１２の上昇は連続的でも断続的でもよく、吐出口１２ａと最上面３２ａとの距離Ｌが常に５０ｍｍ以下の範囲内であれば、その範囲内で変動してもよい。また、円筒容器３１が小型で、円筒容器３１における粒状活性炭３２を充填する部分の深さが５０ｍｍ以下である場合には、充填の開始時から充填の終了時までノズル１２を必ずしも上昇させなくても、常時、吐出口１２ａと粒状活性炭３２の最上面３２ａとの距離Ｌを５０ｍｍ以下とすることもできる。
しかしながら、最上面３２ａの上昇とともにノズル１２を上昇させて、吐出口１２ａと最上面３２ａとの距離Ｌを常に５０ｍｍ以下とすると、粒状活性炭３２を均質に高充填できるため好ましい。より好ましくは、距離Ｌを常に１５ｍｍ±５ｍｍの範囲とする。
【００２０】
また、このように粒状活性炭３２を充填する際には、上述のように粒状活性炭３２の最上面３２ａと吐出口１２ａとの距離Ｌを常に５０ｍｍ以下に維持するとともに、バイブレータ１３ｂを作動させて、把持アーム１３ａと、この把持アーム１３ａに把持されている円筒容器３１とを一体に振動させる。このように充填工程において距離Ｌを制御しつつ円筒容器３１を加振することで、より粒状活性炭３２が高密度に充填される。
ここでバイブレータ１３ｂの振動条件としては特に制限はないが、振幅が０．１〜８ｍｍ、加振力が２〜２００Ｎの範囲内であることが好ましい。また、加振の方向は、水平方向（横揺れ）よりも、鉛直方向（縦揺れ）の方がより効果的である。
【００２１】
このように最短の距離Ｌを制御するとともに円筒容器３１を加振しながら粒状活性炭３２を充填していくが、この際、ここで粒状活性炭３２のノズル１２からの吐出速度は充填中一定でもよいが、充填にともなって変化させることが好ましく、特に充填終了間際の吐出速度をそれ以前よりも小さくすることが好ましい。例えば、充填開始時からある時点までは徐々に吐出速度を増加させ、それ以降直ちに吐出速度を減少させる方法、充填開始時からある時点までは徐々に吐出速度を増加させ、ある程度吐出速度を一定に維持してから減少させる方法、充填開始時から充填終了間際まで吐出速度を一定とし、充填終了間際の吐出速度を減少させる方法などが挙げられる。このように、充填終了間際の吐出速度を減少させることによって、粒状活性炭３２が円筒容器３１の上端から溢れたり飛散したりして円筒容器３１外に出ることがなく、所定量を確実に充填することができる。好ましくは、充填すべき所定量の８０〜９０％を充填した以降、徐々に吐出速度を低下させ、充填すべき所定量の８０〜９０％を充填した以降の吐出速度を平均で３〜１０ｇ／秒程度とする。
【００２２】
また、円筒容器３１に与える加振力と振幅は充填中一定としてもよいが、充填にともなって変化させることが好ましく、特に充填終了間際に加振力または振幅の少なくとも一方をそれ以前よりも小さくすることが好ましい。
例えば、充填開始時からある時点までは徐々に加振力または振幅の少なくとも一方を増加させ、それ以降は少なくとも一方を直ちに減少させる方法、充填開始時からある時点までは加振力または振幅の少なくとも一方を増加させ、ある程度これらを一定に維持してから少なくとも一方を減少させる方法、充填開始時から充填終了間際まで加振力および振幅を一定とし、充填終了間際に少なくとも一方を減少させる方法などが挙げられる。
このように、充填終了間際の加振力または振幅の少なくとも一方を減少させることによって、粒状活性炭３２が円筒容器３１の上端から溢れたり飛散したりすることなく、所定量を確実に充填することができる。好ましくは、充填すべき所定量の８０〜９０％を充填した以降、徐々に加振力または振幅の少なくとも一方を低下させ、より好ましくは振幅を０．２ｍｍ以下まで低下させるとともに、加振力も３Ｎ以下まで低下させる。
【００２３】
以上説明したようにこのような充填工程においては、粒状活性炭３２を吐出する吐出口１２ａと円筒容器３１内に充填された粒状活性炭３２の最上面３２ａとの距離Ｌを５０ｍｍ以下に維持しながら、円筒容器３１を加振するので、見かけ比重の低い粒状活性炭３２を充填する場合であっても、吐出口１２ａから吐出された粒状活性炭３２が落下中に空気を咬み込んだり、飛散したりすることがない。よって、所定量の粒状活性炭３２を確実に、高密度で、上端近傍まで充填することができ、得られた浄水カートリッジ３０を略水平方向に配して使用しても、使用にともなって粒状活性炭３２が沈降して図８に示すような隙間３５を形成してしまうことがない。したがって、浄水カートリッジ３０内に導入された水道水を確実に粒状活性炭３２で処理することができる。
【００２４】
なお、以上の説明においては、粉体充填装置１０として、ノズル１２が移動することによって、ノズル１２に形成された吐出口１２ａと円筒容器３１内に充填された粒状活性炭３２の最上面３２ａとの距離Ｌを制御できる形態のものを例示したが、ノズル１２が移動する代わりに加振保持手段１３が下方に移動するものであってもよい。さらには、吐出口１２ａと円筒容器３１内に充填された粒状活性炭３２の最上面３２ａとの距離Ｌを制御可能である限り、ノズル１２と加振保持手段１３とがともに鉛直方向に移動してもよい。
加振保持手段１３としては、円筒容器３１を加振しながら保持できるものであれば、把持アーム１３ａにバイブレータ１３ｂが接続した形態に限定されない。例えば、円筒容器３１を載置する台座にバイブレータが接続されて、台座ごと円筒容器３１が振動する形態が挙げられる。また、バイブレータ１３ｂの作動機構にも制限はなく、ピストン式のエアバイブレータや、電磁石によって面ばねを振動させて、その振動を対象物に伝達する形態のバイブレータなどを使用できる。さらには、把持アーム１３ａに把持された円筒容器３１を周期的に下方から上方に突き上げて振動させる形態のものであってもよい。
また、ノズル１２の吐出口の断面形状、断面積などは適宜設定できる。
【００２５】
さらに、充填する粉体としても粒状活性炭３２に限定されず、活性炭以外の各種有機系吸着剤および無機系吸着剤、さらには、マイナスイオンを発生するトルマリン系の粉体などであってもよいし、被処理水としても例えば井戸水など、水道水に限定されない。
また、製造する浄水カートリッジ３０の形態にも制限はなく、例えば容器の形状は円筒容器３１に限定されないし、中空糸膜モジュール３３を備えていないものでもよい。また、中空糸膜モジュール３３を備える場合であっても、そのモジュールの形態には制限はない。
【００２６】
【実施例】
以下本発明について実施例を示して具体的に説明する。
［実施例］
内径４０ｍｍ、全長７５ｍｍ、周壁厚２ｍｍで、一端が開口し他端が閉塞したＡＢＳ樹脂からなる一体成形の円筒容器を用意した。
ついで、この円筒容器の開口した側の端部が上方を向くようにし、図１の粉体充填装置１０の把持アーム１３ａで把持した。また、この把持アーム１３ａには、村田精工（株）製の電磁式バイブレータ１３ｂを接続した。
ついで、吐出口１２ａと円筒容器の内底との距離が２０ｍｍとなるようにノズル１２の位置を調整した後、バイブレータ１３ｂを縦振幅（鉛直方向の振幅）０．３ｍｍ、縦加振力（鉛直方向の加振力）６Ｎの条件で鉛直方向に作動させ、円筒容器を加振した。一方、ホッパ１１からクラレケミカル（株）製の粒状活性炭（Ｔ−ＳＢ４８／１００，平均粒子径１５０〜３００μｍ、見かけ比重０．５ｇ／ｃｍ３）を投入し、そのうち４５ｇを３秒間のうちにノズル１２の吐出口１２ａ（直径１０ｍｍの円形）から吐出させて、円筒容器内に充填した。
また、この際、粒状活性炭の吐出速度から、あらかじめ円筒容器における最上面３２ａの上昇速度を算出しておき、吐出口１２ａと粒状活性炭の最上面３２ａとの距離Ｌが常に１０〜２０ｍｍの範囲内となるようにノズル１２を上昇させた。
【００２７】
なお、充填中、所定量（４５ｇ）のうちのおよそ８５％が充填された時点でノズル１２からの吐出速度を減少させ、この時点から充填終了時までの平均吐出速度を５ｇ／秒とした。また、所定量（４５ｇ）のうちのおよそ９０％が充填された時点でバイブレータ１３ｂの加振力を３Ｎまで低下させた。
以上のようにして充填した結果、充填密度は０．５ｇ／ｃｍ３、充填後の粒状活性炭の最上面３２ａと円筒容器上端との距離は約３ｍｍであった。また、充填中に粒状活性炭が円筒容器外へ飛散したり、溢れたりすることはなかった。
【００２８】
［比較例］
粉体充填装置としてノズルが移動しない形態のものを使用し、円筒容器上端から上方に５ｍｍのところに吐出口が位置するようにノズルを固定した以外は実施例と同様にして粒状活性炭を充填した。なお、同じ操作を繰り返して、１０本の円筒容器に粒状活性炭を充填した。
その結果、１０本中３本においては、充填終了間際に粒状活性炭が円筒容器から溢れだし、また、他の７本については、充填中に粒状活性炭が舞い上がって飛散し、いずれも所定量（４５ｇ）の粒状活性炭を充填できなかった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、見かけ比重の低い粉体を充填する場合であっても、吐出口から吐出された粉体が空気を咬み込んだり、飛散したりすることがなく、所定量の粉体を確実に、高密度で充填することができる。よって、このような方法で粒状活性炭などの粉体が充填された浄水カートリッジを略水平方向に配して使用しても、使用にともなって粉体が沈降することなく、水道水などの被処理水を確実に処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】粉体充填装置の一例を示す正面図である。
【図２】図１の粉体充填装置を使用した充填工程を説明する説明図である。
【図３】ノズルの吐出口と粒状活性炭の最上面との距離について説明する説明図である。
【図４】蛇口直結型の浄水器の一例を示す斜視図である。
【図５】図４の浄水器が備える浄水カートリッジの一例を示す横断面図である。
【図６】図４の浄水器の要部を示す横断面図である。
【図７】図５の浄水カートリッジの従来の製造方法の説明図である。
【図８】従来の製造方法で製造された浄水カートリッジの縦断面図である。
【符号の説明】
１０    粉体充填装置
１２    ノズル
１２ａ  吐出口
１３    加振保持手段
３０    浄水カートリッジ
３２    粒状活性炭
３２ａ  最上面
【図１】
2004209310.tif 000003
【図２】
2004209310.tif 000004
【図３】
2004209310.tif 000005
【図４】
2004209310.tif 000006
【図５】
2004209310.tif 000007
【図６】
2004209310.tif 000008
【図７】
2004209310.tif 000009
【図８】
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