(57)【要約】【課題】摺動面への高濁度流体の侵入をより確実に防止あるいは大幅に軽減可能な構造を有し、より耐久性に優れ長時間にわたって弁体の円滑作動を確保でき、整備性の良い、高濁度流体用シリンダバルブを提供すること。【解決手段】流体流入口２を設けた筒状ボディキャップ１と、流体流出口８を設けたボディ５のボディ上流側開口筒状部６を、フランジを介して締結し、弁体となる筒状ピストンプラグ１４を、筒状ボディキャップ１の外周とボディ上流側開口筒状部６の内周およびボディキャップ連結環２０の内周で挟み込んで摺動可能に装着し、この筒状ピストンプラグ１４の先端をボディ５に配設の弁座９に押圧可能に往復動させることで流体流路を開閉するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側に流体流入口（２）を設け、内空の筒状構造により流体を下流側に流通させる筒状ボディキャップ（１）と、上流側に凸の円錐状部材（１０）と下流側に凸の円錐状部材（１１）からなる弁座（９）を内部の中心部に設けて外壁との間に流体流通路（１７）を形成し、上流側に接続される前記筒状ボディキャップ（１）から受け入れた流体を下流側に設けた流体流出口（８）から排出するボディ（５）とで、流体を流通させる流路を形成するとともに、
外部配管との接続用に、前記ボディキャップ（１）には、上流側端部の前記流体流入口（２）の外周に上流側外部接続用フランジ（３）を設け、前記ボディ（５）には、下流側端部の前記流体流出口（８）の外周に下流側外部接続用フランジ（７ｂ）を形成し、
さらに、前記ボディキャップ（１）と前記ボディ（５）との連結・固定用に、前記ボディキャップ（１）には、中間部外周にボディキャップ固定用フランジ（４）を形成し、前記ボディ（５）には、上流側開口に筒状部（６）を形成してその外周にボディ固定用フランジ（７ａ）を設けて、該ボディキャップ固定用フランジ（４）と該ボディ固定用フランジ（７ａ）とをボディキャップ連結環（２０）を介して連結・固定するシリンダバルブであって、
前記筒状ボディキャップ（１）の下流側の外周と、ボディ（５）の前記上流側開口筒状部（６）の内周との間に、筒状ピストンプラグ（１４）を、バルブ軸線と平行な方向に摺動・往復動可能に、かつその下流側の端部を前記弁座（９）の上流側円錐状部材（１０）の周縁部に配設された環状の弁座パッキン（１２）に押圧可能に臨ませて嵌挿し、
前記筒状ボディキャップ（１）の下流側の外周、前記ボディキャップ固定用フランジ（４）、前記ボディ固定用フランジ（７ａ）、および前記ボディキャップ連結環（２０）の間に形成されるピストン作動室（１８）、（１９）内に、前記筒状ピストンプラグ（１４）と一体に形成された筒状ピストン（１５）を配設し、
該ピストン作動室（１８）、（１９）内での流体圧による該筒状ピストン（１５）の往復動により、前記筒状ピストンプラグ（１４）をバルブ軸線と平行な方向に摺動・往復動させて、前記流体流通路（１７）を開閉するようにしたことを特徴とする、高濁度流体用シリンダバルブ。
【請求項２】
前記筒状ピストンプラグ（１４）および／または前記筒状ピストン（１５）との摺動面となる、前記ボディ（５）の上流側開口筒状部（６）の内周面、前記筒状ボディキャップ（１）の下流側の外周面、および前記ボディキャップ連結環（２０）の内周面、ならびに前記筒状ピストンプラグ（１４）および前記筒状ピストン（１５）の摺動面のうちの一つまたは二つ以上の面に、それぞれ、炭化物系分散粒子と金属マトリックスとからなる炭化物サーメットの溶射被膜を形成して、該摺動面に耐摩耗性を付与したことを特徴とする、請求項１に記載の高濁度流体用シリンダバルブ。
【請求項３】
前記筒状ピストンプラグ（１４）および／または前記筒状ピストン（１５）との摺動面となる、前記ボディ（５）の上流側開口筒状部（６）の内周面、前記筒状ボディキャップ（１）の下流側の外周面、および前記ボディキャップ連結環（２０）の内周面、ならびに前記筒状ピストンプラグ（１４）および前記筒状ピストン（１５）の摺動面のうちの一つまたは二つ以上の面に、シール材としてＸ状リングを装着したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高濁度流体用シリンダバルブ。
【請求項４】
前記筒状ボディキャップ（１）の下流側の外周面、前記ボディ（５）の前記上流側開口筒状部（６）の内周面、およびこれらの面と摺動する前記筒状ピストンプラグ（１４）との間の二つの摺動面間のうちの一つまたは二つの摺動面間において、相対する摺動面のいずれかの面内で、前記流体流通路（１７）とのバルブ閉時の最接近部に、シール材としてダストシールを装着したことを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の高濁度流体用シリンダバルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細な固形物などが混入した、水、油類などの高濁度流体を輸送する管路において流路を高頻度に開閉させるバルブとして用いられる、シリンダ形弁体を有する、高濁度流体用シリンダバルブに関するものである。
より具体的には、例えば、熱間圧延ラインで鋼板や設備を冷却する際に冷却水として用いられる工業用水や、冷却後の冷却排水などの微細スケールや微細な不純物などの微細物が混入した高濁度水の流路を高頻度に開閉させる、高濁度流体用シリンダバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のシリンダバルブとしては、例えば、特許文献１において、図４に示すような構成のものが提案されている。このシリンダバルブは、上端に流体入口２０２が設けられた円筒状のバルブ本体２０１と、当該バルブ本体２０１の下流側に接続され且つその底部に流体出口２０８が形成された函状の弁座室２０５と、当該弁座室の内部の中央部分に配設され且つ環状のパッキン２１２がその上方部材２１０と下方部材２１１との間に装着された弁座２００と、前記バルブ本体２０１の内周に昇降自在に装着され、且つその中間部外周のピストン作動室２１８、２１９内にピストン部分２１５が形成されたシリンダ形の弁体２１４とから構成され、弁体２１４の下端を弁座室２０５内の弁座２００の環状パッキン２１２に臨ませて配置して、弁体２１４の昇降動によって弁座室２０５内の流体流路を開閉するように構成したものである。
【０００３】
【特許文献１】
実公昭６２−４７７２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなシリンダバルブを、例えば、熱間圧延工程で熱間圧延された鋼板あるいは設備の冷却に使用される冷却水の配管に配設される場合を想定すると、元々、この冷却水が、通常、工業用水と言われる、不純物などの微細物を多く含む清純度の低いものが多いことに加え、冷却後には鋼板表面から剥離したスケールなども加わって、益々清純度が低いものとなり、シリンダバルブの使用環境としては過酷な使用環境であることが判る。そのため、これらの高濁度水が摺動面間に侵入した場合には、摺動面間に微細物が侵入した状態で摺動を繰り返すことになり、忽ちパッキンの劣化や、摺動面の摩耗が進行して摺動面間に微細物が多量に滞留して弁体の円滑な作動が妨げられるなど、十分な耐久性が得られないという問題がある。
【０００５】
さらに、水流の流路とシリンダ形弁体作動用のピストン作動室（エア室）との間の密閉状態が保持されずに、ピストン作動室から作動エアが水流の流路内へ洩れることになれば、エア消費量の増大や、他のエア作動設備への供給が減少するなどの悪影響を受けることになる。
また、ピストン作動室内への水流の流れ込みが発生した場合には、ピストン作動室内に侵入した水流がエア作動用電磁弁内まで逆流し、短絡事故を引き起こし、バルブの遠隔操作が不可能となる事態を招くことがある。
【０００６】
このような問題に対し、従来は、弁体２１４とバルブ本体２０１あるいは弁座室２０５間に配設されるシール構造を強化する目的でシール材を耐摩耗性の高いものに変更、あるいはシール材の設置個数を増加させるなどの対策が提案され実施されてきた。さらには、摺動部の金属損耗を低減させるべく、表面にクロムメッキ、あるいはタングステンカーバイト溶射を施すなどしてその耐久性を向上させるなどの対策も実施されてきた。しかしながら、このような摺動部に対する摩耗（損耗）対策だけでは、ある程度の改善は見られるものの、効果は満足できるものではなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、特に高濁度流体が侵入しやすい摺動面の流体側入口部で高濁度流体の侵入をより確実に防止あるいは大幅に軽減可能な新規な構造とすることで、シリンダバルブの持つ特性を損なうことなく、より耐久性が高く長時間にわたって弁体の円滑作動を確保でき、整備性にも優れた、高濁度流体用シリンダバルブを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、図４に示したような従来のシリンダバルブの耐久性について検討する中で、流体入口２０２から流れ込んだ水はその開閉動作中に弁体２１４とバルブ本体２０１との摺動部に生じる間隙から容易に侵入することができるため、気密性が損なわれやすい構造となっていること、また、弁体２１４の上流側端部ｃにおいて段差があることから、水流の乱れを招き、水流内の微細物が間隙に滞留されやすい構造となっていることに着目した。
このような構造のために、最悪の場合には微細物の混入により弁体２１４が固着状態になり、開閉動作そのものが不可能な状態に陥り、操業の停止を余儀なくされる事態が発生するなど、極めて深刻な事態を招くことがあることも経験した。
【０００９】
また、一旦このような状態になったシリンダバルブは取り外して補修するしか復旧方法はないが、このような従来のシリンダバルブの構成ではバルブ本体２０１と弁座室２０５を締結しているフランジ２０４、２０７とボルト・ナット２２１を緩めただけでは固着した弁体２１４を取り出すために十分なギャップを確保することができず、多大の時間と労力を要することとなった。場合によっては、補修を断念し新規に製作せざるを得なくなる場合もあった。
【００１０】
そこで、本発明者らは、摺動面への高濁度水の侵入をより確実に防止あるいは大幅に軽減可能な構造を有するシリンダバルブとすることが、抜本的な対策であるとの結論に達し、さらに検討を重ねて本発明を成したものである。
【００１１】
本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明なされたものであって、以下の（１）〜（４）を要旨とする。
（１）  上流側に流体流入口２を設け、内空の筒状構造により流体を下流側に流通させる筒状ボディキャップ１と、上流側に凸の円錐状部材１０と下流側に凸の円錐状部材１１からなる弁座９を内部の中心部に設けて外壁との間に流体流通路１７を形成し、上流側に接続される前記筒状ボディキャップ１から受け入れた流体を下流側に設けた流体流出口８から排出するボディ５とで、流体を流通させる流路を形成するとともに、
外部配管との接続用に、前記ボディキャップ１には、上流側端部の前記流体流入口２の外周に上流側外部接続用フランジ３を設け、前記ボディ５には、下流側端部の前記流体流出口８の外周に下流側外部接続用フランジ７ｂを形成し、
さらに、前記ボディキャップ１と前記ボディ５との連結・固定用に、前記ボディキャップ１には、中間部外周にボディキャップ固定用フランジ４を形成し、前記ボディ５には、上流側開口に筒状部６を形成してその外周にボディ固定用フランジ７ａを設けて、該ボディキャップ固定用フランジ４と該ボディ固定用フランジ７ａとをボディキャップ連結環２０を介して連結・固定するシリンダバルブであって、
前記筒状ボディキャップ１の下流側の外周と、ボディ５の前記上流側開口筒状部６の内周との間に、筒状ピストンプラグ１４を、バルブ軸線と平行な方向に摺動・往復動可能に、かつその下流側の端部を前記弁座９の上流側円錐状部材１０の周縁部に配設された環状の弁座パッキン１２に押圧可能に臨ませて嵌挿し、
前記筒状ボディキャップ１の下流側の外周、前記ボディキャップ固定用フランジ４、前記ボディ固定用フランジ７ａ、および前記ボディキャップ連結環２０の間に形成されるピストン作動室１８、１９内に、前記筒状ピストンプラグ１４と一体に形成された筒状ピストン１５を配設し、
該ピストン作動室１８、１９内での流体圧による該筒状ピストン１５の往復動により、前記筒状ピストンプラグ１４をバルブ軸線と平行な方向に摺動・往復動させて、前記流体流通路１７を開閉するようにしたことを特徴とする、高濁度流体用シリンダバルブ。
（２）  前記筒状ピストンプラグ１４および／または前記筒状ピストン１５との摺動面となる、前記ボディ５の上流側開口筒状部６の内周面、前記筒状ボディキャップ１の下流側の外周面、および前記ボディキャップ連結環２０の内周面、ならびに前記筒状ピストンプラグ１４および前記筒状ピストン１５の摺動面のうちの一つまたは二つ以上の面に、それぞれ、炭化物系分散粒子と金属マトリックスとからなる炭化物サーメットの溶射被膜を形成して、該摺動面に耐摩耗性を付与したことを特徴とする、上記（１）に記載の高濁度流体用シリンダバルブ。
（３）  前記筒状ピストンプラグ１４および／または前記筒状ピストン１５との摺動面となる、前記ボディ５の上流側開口筒状部６の内周面、前記筒状ボディキャップ１の下流側の外周面、および前記ボディキャップ連結環２０の内周面、ならびに前記筒状ピストンプラグ１４および前記筒状ピストン１５の摺動面のうちの一つまたは二つ以上の面に、シール材としてＸ状リングを装着したことを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の高濁度流体用シリンダバルブ。
（４）  前記筒状ボディキャップ１の下流側の外周面、前記ボディ５の前記上流側開口筒状部６の内周面、およびこれらの面と摺動する前記筒状ピストンプラグ１４との間の二つの摺動面間のうちの一つまたは二つの摺動面間において、相対する摺動面のいずれかの面内で、前記流体流通路１７とのバルブ閉時の最接近部に、シール材としてダストシールを装着したことを特徴とする、上記（１）ないし（３）のいずれか１項に記載の高濁度流体用シリンダバルブ。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、高濁度流体、例えば、鋼材の圧延ラインで冷却水として使用される工業用水や冷却排水などの微細なスケールやその他の微細物が混在した高濁度水の配管途中に配設され、流路を高頻度で開閉するために用いられる、高濁度流体用シリンダバルブである。
本発明のシリンダバルブを適用可能な流体としては、上記のような微細物が混在する高濁度水の他、微細物が混在する油、化学溶剤などの高濁度液、あるいは煤煙などの高濁度気体、高濁度気液混合体など対象とすることができる。以下、高濁度水、高濁度液、高濁度気体、高濁度気液混合体を総称して「高濁度流体」という。
【００１３】
以下、本発明の高濁度流体用シリンダバルブの実施の形態を、図１〜図３に基づいて、具体的に説明する。
図１は全開状態にあるシリンダバルブを示す断面説明図、図２は全閉状態にあるシリンダバルブを示す断面説明図、図３（ａ）は摺動面に配設したシール材であるＸ状リングの断面説明図、図３（ｂ）は摺動面入口側に配設したシール材であるダストシールの断面説明図である。
【００１４】
本発明による高濁度流体用シリンダバルブの、流体を流通させる流路を形成するための構成としては、図１、図２に示すように、上流側に流体流入口２を設け、内空の筒状構造により流体を下流側に流通させる筒状ボディキャップ１と、上流側に凸の円錐状部材１０と下流側に凸の円錐状部材１１からなる弁座９を内部の中心部に設けて外壁との間に流体流通路１７を形成し、上流側に接続される前記筒状ボディキャップ１から受け入れた流体を下流側に設けた流体流出口８から排出するボディ５とで、流体を流通させる流路を形成する。
【００１５】
また、本発明による高濁度流体用シリンダバルブの、外部接続および組立構造に関する構成としては、外部配管との接続用に、前記ボディキャップ１には、上流側端部の前記流体流入口２の外周に上流側外部接続用フランジ３を設け、前記ボディ５には、下流側端部の前記流体流出口８の外周に下流側外部接続用フランジ７ｂを形成し、さらに、前記ボディキャップ１と前記ボディ５との連結・固定用に、前記ボディキャップ１には、中間部外周にボディキャップ固定用フランジ４を形成し、前記ボディ５には、上流側開口に筒状部６を形成してその外周にボディ固定用フランジ７ａを設けて、該ボディキャップ固定用フランジ４と該ボディ固定用フランジ７ａとをボディキャップ連結環２０を介してボルト・ナット２１で連結・固定する。
【００１６】
また、本発明による高濁度流体用シリンダバルブの、流路の開閉に関する構成としては、前記筒状ボディキャップ１の下流側の外周と、ボディ５の前記上流側開口筒状部６の内周との間に、筒状ピストンプラグ１４を、バルブ軸線と平行な方向に摺動・往復動可能に、かつその下流側の端部を前記弁座９の上流側円錐状部材１０の周縁部に配設された環状の弁座パッキン１２に押圧可能に臨ませて嵌挿し、前記筒状ボディキャップ１の下流側の外周、前記ボディキャップ固定用フランジ４、前記ボディ固定用フランジ７ａ、および前記ボディキャップ連結環２０の間に形成されるピストン作動室１８、１９内に、前記筒状ピストンプラグ１４と一体に形成された筒状ピストン１５を配設し、該ピストン作動室（下流側）１８またはピストン作動室（上流側）１９内への外部から供給される流体圧（エア圧など）による該筒状ピストン１５の往復動により、前記筒状ピストンプラグ１４をバルブ軸線と平行な方向に摺動・往復動させて、前記流体流通路１７を開閉するものである。
【００１７】
図１では、シリンダバルブが［全開］の状態を示しており、ピストン作動室１８に流体圧（エア圧等）が満たされ筒状ピストンプラグ１４が全開位置にある。また、図２では、シリンダバルブが［全閉］の状態を示しており、ピストン作動室１９に流体圧（エア圧等）が満たされ筒状ピストンプラグ１４が全閉位置にある。また、図中、２４は筒状ピストンプラグ１４の位置を検知するインジケータであり、２５はピストン作動室からの流体（エア等）の漏れを検知する漏れ検知プラグである。なお、各部材間の接合面、各々の摺動面間には、必要に応じて、パッキン（シール材）を配設してシール性を保持する。
【００１８】
本発明の高濁度流体用ピストンバルブでは、筒状ピストンプラグ１４が筒状ボディキャップ１の外周側に形成されているため、流体流入口２から流入してくる高濁度流体の流速の方向が、ピストン作動室１８、１９に通じる摺動面と逆向きとなり、摺動面およびピストン作動室内への流体の侵入を防ぎやすい構成とすることができ、長期に安定してバルブを開閉することが可能である。
【００１９】
また、ピストン作動室１８、１９を筒状ボディキャップ１から分離、独立させたことで、万が一、高濁度流体に混在した微細物等によって筒状ピストンプラグ１４の作動が不調になった場合など、分解点検の必要が生じた場合にも、上述のボディキャップ連結環２０の両端フランジ２０ａ、２０ｂとボディキャップ固定フランジ４、ボディ固定フランジ７ａとをそれぞれ固定・締結しているボルト・ナット２１を開放して、筒状ボディキッャプ１、筒状ピストンプラグ１４を容易に取り出すことが可能であり、補修や交換などの整備性の大幅な改善が可能である。
【００２０】
好ましくは、各部の摺動面に、それぞれ、炭化物系分散粒子と金属マトリックスとからなる炭化物サーメットの溶射被膜を形成して耐摩耗性を付与し、摺動面の寿命を大幅に延長させるようにする。なお、本発明では、炭化物サーメットとしては、特に限定するものではなく、公知のもの（例えば、特開２０００−１７６３号公報参照）を採用することができる。すなわち、例えば、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、Ｔａｃ、ＮｂＣ、ＷＣ、Ｂ４Ｃ、ＳｉＣあるいはＣｒ３Ｃ２などの少なくとも１種以上からなる炭化物と、Ｎｉ、Ｃｏ、ＣｒあるいはＭｏなどの少なくとも１種以上からなる金属、合金を添加した炭化物サーメットを用いることができる。さらに言えば、ＷＣ系のサーメット（ＷＣ−ＮｉＣｒ、ＷＣ−１２質量％Ｃｏ、ＷＣ−１７質量％Ｃｏ、ＷＣ−１０質量％Ｃｏ−４質量％Ｃｒなど）がその優れた耐摩耗性から、本発明の溶射被膜として好ましいものである。
【００２１】
また、摺動面でのシール材として、図３（ａ）に示すようなシール性の良好なＸ状リング２２を用いることにより、充分なシール性を確保することができ好ましい。
さらにまた、摺動面の流路との最接近部（入口）に、図３（ｂ）に示すような、リップ２３ｒを形成したダストシール２３を配置することにより、摺動面からの微細物の侵入を確実に阻止し、摺動面でのシール寿命を格段に延長することが可能になり好ましい。さらに、Ｘ状リング２２とダストシール２３を併設すれば、高い気密性を長期間にわたり保持することを可能とし、特に高濁度流体の摺動面への侵入を効果的に防止することができなお好ましい。
【００２２】
本発明を、特に腐食性や溶損性がある流体に適用する場合には、流体に接触する部位をステンレス鋼などの耐食性に優れた材料や耐溶剤性・耐薬品性の樹脂などで形成するか該当部位を表面処理することが有効である。
【００２３】
筒状ピストンプラグ１４は、ピストン作動室に流体圧を供給して筒状ピストン１５を往復動させることによって作動するが、流体圧を得る流体としては、大きな力を安価に得られる空気、水、水と空気の混合体、油等を用いることができる。この中では、仮に漏れたり付着しても実害がない空気、水、水と空気の混合体がより好ましいものと言える。
【００２４】
なお、以上は、高濁度流体を対象として説明しているが、本発明のシリンダバルブは、高濁度流体に限らず、微細物の混在がないか、または微量に混在する通常の流体を対象としても適用することができるが、高濁度流体を対象として顕著な効果を奏するものである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明による高濁度用シリンダバルブは、弁体となる筒状ピストンプラグ１４が筒状ボディキャップ１の外周側に形成されているため、流体流入口２から流入してくる高濁度流体の流速の方向が、ピストン作動室１８、１９に通じる摺動面と逆向きとなり、摺動面およびピストン作動室内への高濁度流体の侵入をより確実に防止あるいは大幅に軽減可能な構造を有し、シリンダバルブの持つ特性を損なうことなく、より耐久性が高く長時間にわたって弁体の円滑作動を安定確保し、操業の安定を確保することができる。
また、筒状ピストンプラグ１４を筒状ボディキャップ１およびボディ５から容易に取り外せることから、補修、交換などの整備性が良好であり、整備コストの低減も可能であるなどの効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例でのシリンダバルブの構造例を示す断面説明図であり、全開状態を示すものである。
【図２】本発明の実施例でのシリンダバルブの構造例を示す断面説明図であり、全閉状態を示すものである。
【図３】本発明の実施例で用いたシール材の適用例を示す断面説明図であり、（ａ）図はＸ状リング、（ｂ）図はダストシールを示す。
【図４】従来のシリンダバルブの構造例を示す断面説明図であり、全閉状態を示すものである。
【符号の説明】
１  筒状ボディキッャプ            ２  流体流入口
３  上流側外部接続用フランジ
４  ボディキャップ固定用フランジ
５  ボディ                        ６  ボディ上流側開口筒状部
７ａ  ボディ固定用フランジ
７ｂ  下流側外部接続用フランジ
８  流体流出口                    ９  弁座
１０  弁座上流側部材              １１  弁座下流側部材
１２  弁座パッキン                １３  締付ボルト
１４  筒状ピストンプラグ          １５  筒状ピストン
１７  流体流通路                  １８  ピストン作動室（下流側）
１９  ピストン作動室（上流側）    ２０  ボディキャップ連結環
２０ａ、２０ｂ  フランジ          ２１  ボルト・ナット
２２  Ｘ状リング                  ２３  ダストシール
２４  インジケータ                ２５  漏れ検知プラグ
２６  バックアップリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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