(57)【要約】【課題】この発明は、流体を均等に撹拌することができる撹拌装置の提供を目的とする。【解決手段】前面の両側部に右側流体吐出口５および左側流体吐出口６が設けられたケーシングと、回転軸２１、３１と該回転軸２１、３１の周面に設けられた一ないし複数の回転翼２２、３２とからなる右側回転部材２および左側回転部材３と、それら各回転部材２、３を自軸回転させる駆動装置４とを備える。ケーシング１内において右側回転部材２と左側撹拌部材が並列状態に設けられ、各回転部材２、３の自軸回転に伴って流体吸込口１４ａ、１４ｂから交互に流体を吸い込むとともに、前記ケーシング１の右側流体吐出口５および左側流体吐出口６からそれぞれ流体を交互に吐出させる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面に流体を吐出させるための流体吐出口が設けられ、かつその他の壁面に流体を吸い込むための流体吸込口が設けられたケーシングと、回転軸と該回転軸の周面に設けられた一ないし複数の回転翼とからなる回転部材と、それら回転部材を自軸回転させる駆動装置とを備え、
前記ケーシング内において２個の回転部材が並列状態に設けられ、各回転部材の自軸回転に従って前記流体吸込口から流体を吸い込むとともに、前記流体吐出口から流体を吐出させるものとなされていることを特徴とする撹拌装置。
【請求項２】
前記流体吸込口は、ケーシングの上面および／または下面に設けられている請求項１に記載の撹拌装置。
【請求項３】
前記流体吸込口は、複数のスリットからなる請求項２に記載の撹拌装置。
【請求項４】
前記各回転部材は、前記ケーシング内において、その内側の回転翼の流体の押し出し力により他方の回転部材の内側の回転翼の回転を補助するように、互いに逆方向に自軸回転するものとなされている請求項１ないし請求項３に記載の撹拌装置。
【請求項５】
前記各回転部材は、その回転翼がケーシング内の流体を前記流体吐出口から吐出させるときに速度が最大となるように自軸回転するものとなされている請求項１ないし請求項４に記載の撹拌装置。
【請求項６】
前記駆動装置は、流体の撹拌状態に応じて各回転部材の自軸回転の速度を制御するものとなされている請求項１ないし請求項５に記載の撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種流体の撹拌に使用される撹拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、水処理施設における原水の受け入れ槽や調整槽では、原水中の微粒子が槽底部に沈殿すると、槽容積が減少したり、微粒子が有機物であると腐敗して異臭を発生するため、槽中の原水を撹拌する必要がある。また、水処理施設における活性汚泥処理槽では、活性汚泥処理に必要な酸素を処理槽全体に均等に供給する必要がある。また、電子部品の製造や半導体の製造における微細加工を実現しようとする場合において、薬液処理やそれに続く洗浄水洗処理における工程能力の向上や省資源のためには、処理設備内の流体を均一に撹拌する必要がある。あるいはまた、景観池、農業用溜池、防火水槽等、養殖池、水族館の水槽等では、水が停滞していると、特に底部の水が酸素が不足して腐敗するため、池内あるいは槽内の水を撹拌する必要がある。さらにまた、工業施設における反応処理槽、例えばメッキ槽では、被メッキ材を互いに衝突させ傷付かせることがあるので、槽内の流体を均等かつ緩やかに撹拌する必要がある。
【０００３】
そして、このような閉塞水域に貯留された流体の撹拌方法として、従来、特開平７−３２８４１９号に開示されるように、槽内にスクリュー型のプロペラを配置し、そのプロペラを回転させることにより槽内の流体を撹拌したり、あるいはポンプにより流体を勢いよく放出することにより槽内の流体を撹拌するものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの撹拌方法では、槽内に設けられた物の裏側や槽内の隅部など、流体が撹拌されないいわゆる死水域（デッドゾーン）が生じ易く、流体を均等に撹拌することは難しいという問題があった。
【０００５】
この発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、流体を均等に撹拌することができる撹拌装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記目的を達成するために、前面に流体を吐出させるための流体吐出口が設けられ、かつその他の壁面に流体を吸い込むための流体吸込口が設けられたケーシングと、回転軸と該回転軸の周面に設けられた一ないし複数の回転翼とからなる回転部材と、それら回転部材を自軸回転させる駆動装置とを備え、前記ケーシング内において２個の回転部材が並列状態に設けられ、各回転部材の自軸回転に従って流体吸込口から流体を吸い込むとともに、流体吐出口から流体を吐出させるものとなされていることを特徴とする。
【０００７】
これによれば、各回転部材の自軸回転に従って流体吐出口から流体を吐出させることによって、撹拌装置の前方の流体に非定常流が発生し、このような非定常流が何層にも繰り返されながら流体中を伝わっていくので、流体をさらに均等に撹拌することができる。また、各回転部材の自軸回転に従って流体吸込口から流体が吸い込まれ、この吸込流により流体吸込口付近に渦巻き流が発生し、その渦巻き流により流体吸込口付近の流体を均等に撹拌することができる。
【０００８】
また、前記流体吸込口は、ケーシングの上面および／または下面に設けられているのが好ましい。これによれば、回転部材の自軸回転に従って流体吸込口から流体が吸い込まれ、この吸込流により前記ケーシングの上方および／または下方に渦巻き流が発生し、その渦巻き流により前記ケーシングの上方および／または下方の流体を確実に撹拌することができる。
【０００９】
また、前記流体吸込口は、複数のスリットからなるのが好ましい。これによれば、前記流体吸込口付近に渦巻き流を効率的に発生させることができる。
【００１０】
また、前記各回転部材は、前記ケーシング内において、その内側の回転翼による流体の押し出し力により他方の回転部材の内側の回転翼の回転を補助するように、互いに逆方向に自軸回転するものとなされているが好ましい。これによれば、各回転部材は互いに他方の回転部材の自軸回転を補助するので、回転部材の自軸回転による消費電力を低く抑えることができる。
【００１１】
また、前記各回転部材は、その回転翼がケーシング内の流体を前記流体吐出口から吐出させるときに速度が最大となるように自軸回転するものとなされているのが好ましい。これによれば、撹拌装置の前方において流体に非定常流を効率的に発生させることができる。
【００１２】
また、前記駆動装置は、流体の撹拌状態に応じて回転部材の自軸回転の速度を制御するものとなされているのが好ましい。これによれば、例えば、流体の撹拌状態が良好な場合は回転部材の自軸回転の速度を下げ、流体が撹拌状態が良好でない場合は回転部材の自軸回転の速度を上げるというように各回転部材の自軸回転の速度が制御され得るので、流体を効率的に撹拌することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の実施形態に係る撹拌装置について図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
この撹拌装置は、図１に示すように、前面の両側部に流体吐出口（５）（６）が設けられたケーシング（１）と、該ケーシング（１）内において鉛直方向に並列状態に設けられた右側回転部材（２）および左側回転部材（３）と、それら右側回転部材（２）および左側回転部材（３）を自軸回転させる駆動装置（４）とを備えてなる。なお、この実施形態における右側および左側という文言は、撹拌装置の正面（図５）を基準にしたものとする。
【００１５】
前記ケーシング（１）は、前記駆動装置（４）の上に載置される態様で設けられた底板（１１）と、該底板（１１）の前端部に立設された前板（１２）と、同じく底板（１１）の後端部に立設された後板（１３）と、それら前板（１２）および後板（１３）の上端面に設けられた上板（１４）とからなる。
【００１６】
前記後板（１３）は、前記右側回転部材（２）および左側回転部材（３）をその後方から側方に亘って覆うような態様で湾曲状に形成されている。一方、前記前板（１２）は、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）の回転軸（２１）（３１）間の前方を覆うような態様でくの字状に形成されている。しかして、右側回転部材（２）の右側前方と左側回転部材（３）の左側前方には、それぞれ前記前板（１２）および後板（１３）により右側流体吐出口（５）および左側流体吐出口（６）が設けられている。これによれば、ケーシング（１）内の流体は、後述するように右側回転部材（２）および左側回転部材（３）の自軸回転作用により、右側流体吐出口（５）および左側流体吐出口（６）からケーシング（１）外に吐出せしめられる。
【００１７】
前記上板（１４）は、前記右側回転部材（２）および左側回転部材（３）を上方から覆うような平面視茸形状に形成されている。この上板（１４）の両側部には、それぞれ右側流体吸込口（１４ａ）および左側流体吸込口（１４ｂ）が形成されている。この実施形態では、これら右側流体吸込口（１４ａ）および左側流体吸込口（１４ｂ）は、前方から後方にかけて徐々に長さが長くなる湾曲形状の複数のスリットからなる。これによれば、ケーシング（１）上方の流体は、後述するように右側回転部材（２）および左側回転部材（３）の自軸回転作用により、右側流体吸込口（１４ａ）および左側流体吸込口（１４ｂ）からケーシング（１）内に流入せしめられる。なお、前記底板（１１）は、前記上板（１４）と同じ平面視茸形状に形成されている。
【００１８】
前記右側回転部材（２）および左側回転部材（３）は、いずれもケーシング（１）内において鉛直方向に延びる回転軸（２１）（３１）と、該回転軸（２１）（３１）の側面に対称に設けられた一対の回転翼（２２）（２２）（３２）（３２）とからなる。
【００１９】
前記回転軸（２１）（３１）は、その上端部が前記ケーシング（１）の上板（１４）に回動自在に枢着されるとともに、その下端部は前記ケーシング（１）の底板（１１）に挿通される態様で前記駆動装置（４）に連結されている。また、前記回転軸（２１）（３１）は、互いに回転翼（２２）（３２）が互いに接触しないように所定距離を隔てて設けられている。
【００２０】
前記回転翼（２２）（３２）は、前記回転軸（２１）（３１）の側面の上部から下部に亘って設けられるような長さで、かつ前記ケーシング（１）の前板（１２）および後板（１３）に接触しないような幅の略矩形状に形成されている。しかして、駆動装置（４）により回転軸（２１）（３１）が自軸回転すると、その自軸回転に伴って回転翼（２２）（３２）がケーシング（１）内において回転軸（２１）（３１）を中心に円運動することになる。
【００２１】
なお、前記回転翼（２２）（３３）の形状は、特定に限定されるものではないが、その角部が湾曲状に形成されるのが好ましい。このように回転翼（２２）（３３）の角部を湾曲状に形成すれば、後述の渦塊あるいは渦輪を効率的に発生させることができる。
【００２２】
また、前記回転翼（２２）（３３）の素材は、特定に限定されるものではないが、回転翼（２２）（３３）の周縁部に弾性材料を用いるのが好ましい。これによれば、回転翼（２２）（３３）が流体を押し出して吐出させる際に強力なスナップ効果を生ぜしめ、後述の渦塊あるいは渦輪をより効率的に発生させることができる。
【００２３】
これら右側回転部材（２）および左側回転部材（３）の回転方向については、図６（ａ）〜（ｅ）に示すように、右側回転部材（２）が上方から見て右回りに自軸回転する一方、左側回転部材（３）が上方から見て左回りに自軸回転するものとなされている。これによれば、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）の右回りおよび左回りの自軸回転に伴って、前記ケーシング（１）の右側流体吐出口（５）および左側流体吐出口（６）からケーシング（１）内の流体が吐出されることにより、撹拌装置の前方に流体に非定常流が発生し、このような非定常流が何層にも繰り返されながら流体中を伝わっていくので、流体を均等に撹拌することができる。
【００２４】
特に、この実施形態では、図６（ａ）（ｃ）（ｅ）に示すように、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）が、それぞれ４５度あるいは−４５度の角度（両回転軸（２１）（３１）を結ぶ線を基線とした場合）に至った時に平行となるように、互いに同期して逆方向に自軸回転するものなされている。
【００２５】
このような各回転部材（２）（３）の自軸回転によれば、前記ケーシング（１）の右側流体吐出口（５）および左側流体吐出口（６）から流体が交互に吐出されることにより、撹拌装置の前方に非定常流が交互に発生し、それら非定常流が互いに干渉し合って複雑でより広範囲な非定常流が生成され、このような広範囲な非定常流が何層にも繰り返されながら流体中を伝わっていくので、流体をより均等に撹拌することができる。
【００２６】
また、このような各回転部材（２）（３）の自軸回転によれば、図６（ａ）（ｃ）（ｅ）に示すように、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）は、前記ケーシング（１）内において、その内側の回転翼（２２）（３２）の流体の押し出し力により他方の回転部材の内側の回転翼（２２）（３２）の回転を補助するので、各回転部材（２）（３）の自軸回転による消費電力を低減させることができる。
【００２７】
なお、上述の非定常流については、各種態様のものが考えられる。例えば、図３に示すように、回転翼（２１）（３１）の上記動作に伴って回転翼（２１）（３１）の周囲に小さな渦流が発生し、その渦流が集合して渦塊となり、その渦塊がそのまま回転翼（２１）（３１）により押し出され、そのまま流体中を方向性を持って遠方まで伝わっていくことが考えられる。
【００２８】
特に、回転翼（２１）（３１）の自軸回転スピードが理想的な状態にある場合には、図４に示すように、回転翼（２１）（３１）の周囲に生じた小さな渦流から渦輪が生成され、その渦輪がそのまま回転翼（２１）（３１）に押し出され、渦輪自体が流体中を方向性を持って自立的に遠方まで移動することが考えられる。
【００２９】
これら渦塊や渦輪は、その渦流による速度場によって流体粒子が運動することにより流体を効率的に撹拌することができ、しかもその伝播過程において障害物が存在していても、障害物の影の滞留物も撹拌することができる。
【００３０】
一方、ケーシング（１）の上板（１４）に流体吸込口（１４ａ）（１４ｂ）が形成されていることにより、前記右側回転部材（２）および左側回転部材（３）の自軸回転に伴って流体が流体吸込口（１４ａ）（１４ｂ）から交互に吸い込まれ、それら吸込流により上板（１４）の流体吸込口（１４ａ）（１４ｂ）の上方には互いに逆方向に回転する渦流が生じ、さらにそれら二つの渦流が相互に干渉して渦巻き流が発生し、これにより前記ケーシング（１）の上方およびその付近の流体を撹拌することができる。
【００３１】
なお、場合によっては、流体吸込口（１４ａ）（１４ｂ）を遮断したり、あるいは回転部材（２）（３）の自軸回転を一時的に停止させることによって、流体吸込口（１４ａ）（１４ｂ）の上方に生じた渦巻き流の下端部がケーシング（１）から切り離され、その渦巻き流が上述のケーシング（１）の前方に発生する上述の非定常流に乗って槽内を移動しながら流体を撹拌することもできる。
【００３２】
次に前記撹拌装置の動作について説明する。
【００３３】
なお、この実施形態では、図６（ａ）に示すように、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）がいずれも４５度の角度をなす場合をスタート時点とする。
【００３４】
上記スタート時点において、駆動装置（４）を起動して右側回転部材（２）を一定速度で右回りに自軸回転させるとともに、左側回転部材（３）を一定速度で左回りに自軸回転させる。
【００３５】
すると、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、右側回転部材（２）は、外側の回転翼（２２）によりケーシング（１）内の流体を右側流体吐出口（５）から吐出させることにより、ケーシング（１）の右側前方において流体に非定常流が発生する。
【００３６】
また、このとき、右側回転部材（２）は、前記ケーシング（１）内において、その内側の回転翼（２２）の流体の押し出し力により左側回転部材（３）の内側の回転翼（３２）の回転を補助する。
【００３７】
さらに、このとき、右側回転部材（２）の自軸回転に伴って流体が右側流体吸込口（１４ａ）からケーシング（１）内に吸い込まれ、その吸込流により右側流体吸込口（１４ａ）の上方に渦流が生じる。
【００３８】
そして、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）がさらに自軸回転すると、図６（ｃ）〜（ｅ）に示すように、左側回転部材（３）は、外側の回転翼（３２）によりケーシング（１）内の流体を左側流体吐出口（６）から吐出させることにより、ケーシング（１）の左側前方において流体に非定常流が発生する。
【００３９】
また、このとき、左側回転部材（３）は、前記ケーシング（１）内において、内側の回転翼（３２）の流体の押し出し力により右側回転部材（２）の内側の回転翼（２２）の回転を補助する。
【００４０】
さらに、このとき、左側回転部材（３）の自軸回転に伴って左側流体吸込口（１４ｂ）から流体が吸い込まれ、その吸込流により左側流体吸込口（１４ｂ）の上方に渦流が生じる。
【００４１】
しかして、このように右側回転部材（２）および左側回転部材（３）が互いに同期して逆方向に自軸回転すると、前記ケーシング（１）の右側流体吐出口（５）および左側流体吐出口（６）から流体が交互に吐出されることにより、撹拌装置の前方に非定常流が交互に発生し、それら非定常流が互いに干渉し合って複雑でより広範囲な非定常流が生成され、このような広範囲な非定常流が何層にも繰り返されながら流体中を伝わっていくので、流体を均等に撹拌することができる。
【００４２】
また、前記右側回転部材（２）および左側回転部材（３）の自軸回転に伴って流体吸込口（１４ａ）（１４ｂ）から流体が交互に吸い込まれ、それら吸込流により上板（１４）の流体吸込口（１４ａ）（１４ｂ）の上方には互いに逆方向に回転する渦流が生じ、さらにそれら二つの渦流が相互に干渉して、渦巻き流が発生し、これにより前記ケーシング（１）の上方およびその付近の流体を撹拌することができる。
【００４３】
さらに、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）は、前記ケーシング（１）内において、互いにその内側の回転翼（２２）（３２）の流体の押し出し力により他方の回転部材（３）（２）の内側の回転翼（２２）（３２）の回転を補助するので、各回転部材（２）（３）の自軸回転による消費電力を低減させることができる。
【００４４】
なお、この実施形態では、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）をケーシング（１）内において鉛直方向に並列状態に設けるものとしたが、水平方向またはその他の方向に並列状態に設けるものとしてもよい。
【００４５】
また、前記流体吐出口（５）（６）をケーシング（１）の前面の両側部に設けたが、ケーシング（１）の前面のその他の箇所に設けてもよい。
【００４６】
また、流体吸込口（１４ａ）（１４ｂ）を複数のスリットからなるものとしたが、その他の形状のものであってもよい。また、流体吸込口（１４ａ）（１４ｂ）をケーシング（１）の上板（１４）の両側部に設けるものとしたが、上板（１４）の中央部などその他の箇所に設けるものとしてもよい。さらに、流体吸込口（１４ａ）（１４ｂ）をケーシング（１）の上板（１４）に設けるものとしたが、ケーシング（１）のその他の壁面に設けてもよい。
【００４７】
また、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）は、いずれも２枚の回転翼（２２）（２２）（３２）（３２）が設けられるものとしたが、１枚あるいは３枚以上の回転翼（２２）（３２）が設けられるものとしてもよい。
【００４８】
また、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）は、ケーシング（１）の右側流体吐出口（５）および左側流体吐出口（６）から流体を交互に吐出させるように自軸回転させたが、流体を同時に吐出させるように自軸回転させてもよい。
【００４９】
また、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）は、前記ケーシング（１）内において、互いにその内側の回転翼（２２）（３２）の流体の押し出し力により他方の回転部材（３）（２）の内側の回転翼（３２）（２２）の回転を補助するように自軸回転させたが、そのような相互補助を考慮せずに自軸回転させてもよい。
【００５０】
また、この実施形態では、撹拌装置を流体中に完全に没する状態で設置した場合について説明したが、撹拌装置を流体の液面近くに設置するものとしてもよい。これによれば、図７に示すように、流体の液面に波を発生させることができ、流体の液面近くを均等に撹拌することができ、場合によっては、渦巻き流による空気混合がなされ、流体の曝気を行うこともできる。
【００５１】
また、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）は、一定速度で自軸回転させるものとしたが、速度を変化させながら自軸回転させるものとしてもよい。
例えば、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）を、図８に示すような加速度で自軸回転させることが考えられる。具体的に説明すると、ａ位置（図６（ａ）に対応）にあるとき、右側回転部材（２）は加速回転をし、左側回転部材（３）は減速回転をする。ｂ位置（図６（ｂ）に対応）にあるとき、右側回転部材（２）は最大速度となり、左側回転部材（３）は最低速度となる。ｃ位置（図６（ｃ）に対応）にあるとき、右側回転部材（２）は減速回転をし、左側回転部材（３）は加速回転をする。ｄ位置（図６（ｄ）に対応）にあるとき、右側回転部材（２）は最低速度であり、左側回転部材（３）は最大速度である。ｅの位置（図６（ｅ）に対応）にあるとき、右側回転部材（２）は加速回転をし、左側回転部材（３）は減速回転をする。これによれば、右側回転部材（２）および左側回転部材（３）が、右側流体吐出口（５）および左側流体吐出口（６）から流体を吐出させるときに速度が最大となるので、より効率的に流体に非定常流を発生させることができ、流体をより均等に撹拌することが可能となる。
【００５２】
また、前記ケーシング（１）と駆動装置（４）とは上下に一体に構成するものとしたが、別々に構成してケーシング（１）と駆動装置（４）とをシャフト等により動力伝達可能に連結するものとしてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、各回転部材の自軸回転に従って流体吐出口から流体を吐出させることによって、撹拌装置の前方の流体に非定常流が発生し、このような非定常流が何層にも繰り返されながら流体中を伝わっていくので、流体をさらに均等に撹拌することができる。また、各回転部材の自軸回転に従って流体吸込口から流体が吸い込まれ、この吸込流により流体吸込口付近に渦巻き流が発生し、その渦巻き流により流体吸込口付近の流体を均等に撹拌することができる。
【００５４】
請求項２に係る発明によれば、回転部材の自軸回転に従って流体吸込口から流体が吸い込まれ、この吸込流により前記ケーシングの上方および／または下方に渦巻き流が発生し、その渦巻き流により前記ケーシングの上方および／または下方の流体を確実に撹拌することができる。
【００５５】
請求項３に係る発明によれば、前記流体吸込口付近に渦巻き流を効率的に発生させることができる。
【００５６】
請求項４に係る発明によれば、各回転部材は互いに他方の回転部材の自軸回転を補助するので、回転部材の自軸回転による消費電力を低く抑えることができる。
【００５７】
請求項５に係る発明によれば、撹拌装置の前方において流体に非定常流を効率的に発生させることができる。
【００５８】
請求項６に係る発明によれば、例えば、流体の撹拌状態が良好な場合は回転部材の自軸回転の速度を下げ、流体が撹拌状態が良好でない場合は回転部材の自軸回転の速度を上げるというように各回転部材の自軸回転の速度が制御され得るので、流体を効率的に撹拌することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る撹拌装置の斜視図である。
【図２】図１の撹拌装置の上面図である。
【図３】撹拌装置の前方に生じる非定常流の態様の一例を示す図である。
【図４】撹拌装置の前方に生じる非定常流の態様の他の例を示す図である。
【図５】撹拌装置の上方の生じる渦流の態様の一例を示す図である。
【図６】撹拌装置における各回転部材の回転位置の時間変化図である。
【図７】撹拌装置を流体の液面付近に設置した場合における流体の液面の状態図である。
【図８】各回転部材の加速度の時間変化図である。
【符号の説明】
１・・・ケーシング
２・・・右側回転部材
３・・・左側回転部材
４・・・駆動装置
５・・・右側流体吐出口
６・・・左側流体吐出口
【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】
2004066127.tif 000009
【図８】
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