(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心状に配置された、円筒状又は円錐状の内側ろ材及び外側ろ材と、
前記内側ろ材と前記外側ろ材との間のろ過空間に設けられた、前記内側ろ材の周りを旋回しながら前記内側ろ材の中心に沿う方向に延在された螺旋状の仕切りと、を備え、
前記内側ろ材及び／又は前記外側ろ材をその中心周りに回転し、且つ前記螺旋状の仕切りは回転しないように構成し、
前記ろ過空間の一端側から被処理液を送入して、前記内側ろ材及び前記外側ろ材内を通したろ液を外部に排出するとともに、このろ過により形成されるケーキを前記仕切りに沿って移送させて前記ろ過空間の他端側に排出させるように構成した、ろ過装置であって、
前記仕切りが、多条螺旋状に設けられている、
ことを特徴とするろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろ過装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属製のスクリーン、網、多孔板等のろ材は、布（繊維）製のものに比べて、運転性、保守性、耐久性等の面で優れており、これを利用したものとしてスクリュープレスや回転加圧式脱水機等の加圧式ろ過装置がある。この装置は、歴史が古く、非常にシンプルな構造のものであり、低動力・低騒音・低コストなどを特徴とし、固形分濃度の低い難脱水性の固液混合物に適用した場合にも優れた脱水性能が得られることから、下水汚泥脱水分野でも多く用いられている。（例えば、特許文献１，２参照）
しかしながら、円筒状の外側ろ材とその内部に挿入されたスクリューからなるスクリュープレスでは、被処理液が入口側から出口側に向かって低速で移送されて行くと同時に、スクリューの締付力によって発生する圧搾圧力で、連続的に脱水されるが、ろ液は外側ろ材のみより搾り出されるものであるため、外側ろ材の長さの短縮化を図るのが困難であり、設備の小型化し難かった。
一方、回転加圧式脱水機においては、脱水ろ過の処理量を向上させるにはディスクの径を大きくする、又は脱水機を複数配置する必要性があり、設備の大型化やコスト増の問題を抱えていた。
そこで、本発明者らは、このような問題点を鑑み、同心状に配置された、円筒状又は円錐状の内側ろ材及び外側ろ材と、これら内側ろ材と外側ろ材との間のろ過空間に設けられた螺旋状の仕切りと、を備え、ろ過空間の一端側から被処理液を送入して、ろ過空間内の他端側からケーキを排出し、内側ろ材及び外側ろ材内を通したろ液を外部に排出する構成のろ過装置であって、内側ろ材及び／又は外側ろ材は軸心周りに回転し、螺旋状の仕切りは回転しない構成とされたろ過装置を提案した（例えば、特許文献３、４参照）。
【特許文献１】特開２００１−２１２６９７号公報
【特許文献２】特開２００１−１１３１０９号公報
【特許文献３】特開２００６−３４６６００号公報
【特許文献４】特開２００７−１６０２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記発明では、装置自体を小型化させ、脱水性能を向上させることはできたが、ろ過空間からのケーキ排出に関して改善の余地があった。すなわち、上記発明の装置では、ろ過空間で形成されるケーキを１条の螺旋状仕切りに沿って旋回上昇させ、旋回方向に対して接線方向にそのまま導出して排出させる構造を採用していたため、次のような問題点があった。
（い）排出経路の断面寸法を螺旋状仕切りのピッチに合わせて確保する必要があり、脱水に寄与しない部分で機長が長くなる。
（ろ）排出されるケーキが縦長又は横長形状となり、排出ケーキをコンベアで移送するのが困難である。
（は）１条の螺旋状仕切りはリードが長くなると、十分な強度を確保するのが困難である。
そこで、本発明の主たる課題は、これらの問題点を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決した本発明は、次のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
同心状に配置された、円筒状又は円錐状の内側ろ材及び外側ろ材と、
前記内側ろ材と前記外側ろ材との間のろ過空間に設けられた、前記内側ろ材の周りを旋回しながら前記内側ろ材の中心に沿う方向に延在された螺旋状の仕切りと、を備え、
前記内側ろ材及び／又は前記外側ろ材をその中心周りに回転し、且つ前記螺旋状の仕切りは回転しないように構成し、
前記ろ過空間の一端側から被処理液を送入して、前記内側ろ材及び前記外側ろ材内を通したろ液を外部に排出するとともに、このろ過により形成されるケーキを前記仕切りに沿って移送させて前記ろ過空間の他端側に排出させるように構成した、ろ過装置であって、
前記仕切りが、多条螺旋状に設けられている、
ことを特徴とするろ過装置。
【０００５】
（作用効果）
このように仕切りが多条螺旋状に設けられていると、各条のリードを変化させずに、条間のピッチを仕切りの数に反比例して狭めることができる。よって、装置構造の大幅な変更なしに、ろ過空間からの排出ケーキの高さを１条の場合よりも低く抑えることができ、もって（イ）排出経路の必要高さが低減し、機器全高を低く抑えることができる、（ロ）排出ケーキのコンベアでの搬送性が向上する、（ハ）仕切りのリードが長くなっても、条間のピッチを抑えることができるため、条間を連結することにより高強度化を図ることができる、といった利点がもたらされる。
【０００６】
【０００７】
【発明の効果】
【０００８】
以上の通り、本発明によれば、次の利点がもたらされる。
（イ）排出経路の必要寸法が低減し、機長を抑えることができる。
（ロ）排出ケーキのコンベアでの搬送性が向上する。
（ハ）仕切りのリードが長くなっても、条間のピッチを抑えることができるため、条間を連結することにより高強度化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１〜図５は、本発明に係るろ過装置例を示しており、このろ過装置は、同心状に且つ中心が上下方向に沿うように配置された、それぞれ円筒状をなす内側ろ材１及び外側ろ材２と、これら内側ろ材１と外側ろ材２との間のろ過空間に設けられた、内側ろ材１の周りを旋回しながら上昇するように延在された螺旋状の仕切り３と、を備えている。
【００１０】
内側及び外側ろ材１，２に用いられるろ材としては、パンチングメタル、ウェッジワイヤー、金網等のスクリーンの他、ろ布を用いることもできる。また、固液分離がメインとなるろ過空間４の下部にろ過面の開口率が高いウェッジワイヤー、圧搾脱水がメインとなるろ過空間４の上部にケーキとの接触面積の高い（開口率の低い）パンチングメタルを配置してもよい。
【００１１】
仕切り３は、図１及び図５に示されるように、内側ろ材１の周りを旋回しながら上昇するように延在する螺旋状（つる巻状又はリボンスクリュー状）をなすものであり、内側ろ材１と外側ろ材２との間に形成される円筒体状のろ過空間４内に、周方向に均等の回転角度差をもって多条（図示例では２条）設けられている。仕切り３の内周縁と外周縁は、それぞれ内側ろ材１及び外側ろ材２のろ過面に近接または接触するようになっている。仕切り３が多条螺旋状に設けられていると、排出ケーキの高さが抑えられ、排出経路の必要高さが低減し、機器全高を低く抑えることができる、排出ケーキのコンベアでの搬送性が向上する、といった利点がもたらされる。なお、内側ろ材１と外側ろ材２との径方向間隔に対する仕切り３のピッチの比（ピッチ／径方向間隔）が１〜５となるように設計するのが好ましい。
【００１２】
以下、更に詳細に説明すると、本装置例は、水平な主支持台４０と、主支持台の上方に離間して設けられた、主支持台４０により支持される水平な副支持台４１とを有している。外側ろ材２は、この主支持台４０により回転自在に支持される。具体的には、外側ろ材２の上端には円筒状の支持部２Ｘが継ぎ足されており、この支持部２Ｘ上面に、外側ろ材２と同心をなす環状回転板２０（上面が本発明の環状回転面を構成する）の内周縁部が連結され、これよりも径方向外側において環状回転板２０の下面に、外側ろ材２と同心状に第１の環状ピニオンギヤ２１が連結され、この第１の環状ピニオンギヤ２１が、主支持台４０上に設けられた外側ろ材２と同心状の環状レール２２により支持されている。第１の環状ピニオンギヤ２１の外周面の歯は、主支持台４０に搭載された第１のモータＭ１の駆動軸のピニオンギヤＧ１に噛み合わされている。
【００１３】
内側ろ材１の下端部は、仕切り３の下端より下側において、内側及び外側ろ材１，２間（ろ過空間）の下方開口を塞ぐ環状板６を介して外側ろ材２の下端部に連結一体化されている。よって、第１のモータＭ１を駆動させることによって、外側ろ材２のみならず、これに連結された内側ろ材１も一体的に回転駆動されるようになっている。また、内側及び外側ろ材１，２の下部連結位置（環状板６）よりも上側では、両ろ材１，２は連結されておらず、両ろ材１，２間（ろ過空間４）の上方が環状に開口されており、この環状開口を通じて、仕切り３が外側ろ材２の上端より上側に突出している。仕切り３の上端には環状の支持部３Ｘが継ぎ足されており、この支持部３Ｘの上端が副支持台４１に連結固定されることにより装置上部に吊支持されており、仕切り３の下端はろ過空間４の下端近傍に位置している。内側ろ材１も外側ろ材２の上端より上側に突出しており、その上端は副支持台４１により回転可能に軸支されている。このように構造の一体化、片持ち支持化、及び駆動の共通化を図ることにより、メンテナンス性に優れ、部品点数が少なく、組立が容易となる。
【００１４】
主支持台４０の下側には、外側ろ材１，２の周囲及び下側を、ろ液排出空間１６分の隙間を空けて取り囲むように下部ケーシング４２が吊り下げ支持されている。下部ケーシング４２は、ろ液排出空間１６を形成するだけのものとなっており、大きな荷重が加わることはない。
【００１５】
下部ケーシング４２の底部にはろ液排出口１３が設けられている。また、被処理液の送入管路１０が、下部ケーシング４２の外部から下部ケーシング４２の底部を貫通して内側及び外側ろ材１，２の下端部まで、内側及び外側ろ材１，２の中心に沿って延在した後、放射方向に沿って延在し、その先端が内側ろ材１を貫通して環状板６より上側においてろ過空間４に開口している。この送入管路１０には、下部ケーシング４２の外部においてスイベル継手４５が介在されており、管路内部の連通状態を維持したまま内側及び外側ろ材１，２の回転に伴って回転可能となっている。この送入管路１０を介して、被処理液がポンプ（図示せず）により圧送供給される。また、内側ろ材１内には送入管路１０が通っているものの、下方に開口しているため、内側ろ材１内及び外側ろ材２外が共通のろ液排出空間１６に連通する構造となっている。よって、ろ液排出経路がコンパクト且つ簡素である。
【００１６】
ろ過空間４の上側（外側ろ材２の上側に等しい）には、ろ過空間４をそのまま上方に延長して連続形成した円筒体状の排出空間４Ｘが設けられている。排出空間４Ｘの上方は仕切り３の支持部３Ｘの底面により、また内周は内側ろ材１の外周面により取り囲まれている。各仕切り３は、排出空間４Ｘの上端までそれぞれ延在しており、各延在部分の下端から上端までの部分のうち下端部上面に終端壁３Ｅがそれぞれ立設されるとともに、終端壁３Ｅから上端までの外周面が終端壁３Ｅと同じ高さ範囲にわたる周壁３Ｒによりそれぞれ覆われており、この周壁３Ｒ間の開口部分が、排出空間４Ｘの外周面（側面）に開口する放出口２４として、仕切り３の条数分形成される。終端壁３Ｅは、仕切り３に沿って上昇するケーキを受け止めて放出口２４に押し出す機能を有する。
【００１７】
排出空間４Ｘの外周は、円筒状の開口調節体２６により同心状に取り囲まれている。開口調節体２６には、放出口２４と重なる位置に、開口部２６Ｘが形成されており、また環状回転板２０の上方を覆うように環状天板２６Ｐが張り出されている。開口調節体２６は、排出空間４Ｘの周方向に回転可能とされており、その上端面には同心状に第２の環状ピニオンギヤ２７連結されており、第２の環状ピニオンギヤ２７の外周面の歯は、副支持台４１に搭載された第２のモータＭ２の駆動軸のピニオンギヤＧ２に噛み合わされている。第２のモータの駆動制御により、開口調節体２６を移動させることによって、その開口部２６Ｘ以外の非開口部と放出口２４と重なる部分の面積が変化し、放出口２４の開口面積（開口部２６Ｘと重なる部分）が調節される。
【００１８】
開口調節体２６の位置検出を行うために、近接スイッチ等の非接触センサ３０が開口調節体２６の移動方向に間隔を空けて複数設けられている。図示形態では、開口調節体２６の環状天板２６Ｐの上側における適所に、一つ又は複数の検出部（検出板）３１を位置調整可能に設けるとともに、開口調節体２６の移動に伴う検出部３１の移動軌跡上に非接触センサ３０を設けており、検出部３１を非接触センサ３０で検出した位置と、開口調節体２６の位置との対応に基づいて、開口調節体２６の位置、つまり放出口２４の開口面積を検出することができる。この検出結果に基づいて第２のモータＭ２の駆動制御を行うことにより、放出口２４の開口面積に基づいて背圧を制御することが可能である。
【００１９】
前述した環状回転板２０は、上面が放出口２４の下端と外側ろ材２の上端との間に位置し、平面視で排出空間４Ｘの周囲を取り囲むように設けられている。環状回転板２０の上側に、環状回転板２０の内周縁から外周縁まで横切るように排出案内板２５が立設されている。排出案内板２５の下端は環状回転板２０の上面から僅かに離間している。排出案内板２５の内方端（環状回転板２０の内周側に位置する端部）は、いずれか一つの放出口２４における終端壁３Ｅの外側の側縁に接触されており、外方端は、環状回転板２０の外周縁よりも外側に突出して主支持台４０に連結されている。排出案内板２５は、外方端に向かうにつれて環状回転板２０の回転方向後側に位置するように、環状回転板２０上をその径方向に対して斜めに横切っている。
【００２０】
また、環状回転板２０の上側における、回転方向において放出口２４間に位置する部位に、環状回転板２０の内周縁から内周縁と外周縁との間の中間位置（例えば中央）まで横切るように外寄せ案内板２９が立設されている。外寄せ案内板２９の下端は環状回転板２０の上面から僅かに離間しており、内方端は（環状回転板２０の内周側に位置する端部）は、開口調節体２６の外周面に連結されている。また、外寄せ案内板２９は、外方端に向かうにつれて環状回転板２０の回転方向後側に位置するように、環状回転板２０上をその径方向に対して斜めに横切っている。
【００２１】
環状回転板２０及び環状天板２６Ｐの外周は、円筒状の上部ケーシング４３によって取り囲まれている。上部ケーシング４３のうち、排出案内体２５の内方端と対応する周方向位置から外方端と対応する周方向位置までの範囲が、排出シュート４４として開口されている。なお、図示形態では、上部ケーシング４３の上端は副支持台４１に、下端は主支持台４０に連結されており、副支持台４１は上部ケーシング４３を介して副支持台４１により支持される構造となっている。
【００２２】
他方、図示形態では、内側及び外側ろ材１，２を洗浄するために、内側洗浄管８及び外側洗浄管９がそれぞれ設けられている。内側洗浄管８は、図１及び図２に示されるように、内側ろ材１の内周面に沿って設けられており、また、複数の洗浄ノズル８Ａ，８Ａ，…が、内側ろ材１の内周面に対向するように内側洗浄管８に取付けられている。同様に、外側洗浄管９は、外側ろ材２の外周面に沿って設けられており、また、複数の洗浄ノズル９Ａ，９Ａ，…が、外側ろ材２の内周面に対向するように外側洗浄管９に取付けられている。洗浄液としては、水やアルカリ性の薬品を用いることができる。
【００２３】
かくして構成されたろ過装置においては、次のようにろ過操作を行うことができる。すなわち、第１のモータＭ１を作動させ、内側ろ材１、外側ろ材２及び環状回転板２０を、仕切り３の上昇旋回方向と同方向に一体的に回転させるとともに、被処理液送入管路１０を介して被処理液をろ過空間４内に圧送する。
【００２４】
ろ過空間４内に送入された被処理液は、内側ろ材１と外側ろ材２とにより二面ろ過が行なわれる。より詳細には、被処理液送入管路１０から送入された被処理液は、固形分濃度も低く流動性を持った状態であり、ろ過空間４の下部では、内側ろ材１と外側ろ材２における目開きを介してろ過濃縮が生じる。濃縮の進行により流動性が失われていきケーキが形成される。ケーキは、回転する内側及び外側ろ材１，２との摩擦によりろ過空間４の周方向へ移動する。この際、ろ過空間４内に螺旋状の仕切り３が配置されているため、内側及び外側ろ材１，２に沿って回転するするケーキがこの仕切り３と干渉することで、また、被処理液の送入圧が下方から加わることで、軸を中心に旋回上昇するようになる。この運動によりろ過空間４の下部で固液分離がなされてケーキが形成され、そのケーキがろ過空間４の上部で圧搾脱水された後、ろ過空間４上部から排出空間４Ｘへ押し上げられる。
【００２５】
一方、ろ過により内側ろ材１内及び外側ろ材２外に排出されたろ液は、下部ケーシング４２の底部に溜められ、ろ液排出口１３から排出される。
【００２６】
各条の仕切り３に沿って排出空間４Ｘに押し上げられたケーキは、各放出口２４を介して環状回転板２０上にそれぞれ排出される。この際、各放出口２４の回転方向後側において、環状回転板２０上の内周縁から中間位置までに位置するケーキは、外寄せ案内板２９により外周縁側に予め押し出され、各放出口２４の排出位置にはケーキ排出スペースが確保される。環状回転板２０上に載せられたケーキは、環状回転板２０の回転伴い回転移送される過程で、共通の排出案内体２５により環状回転板２０上から外側の排出シュート４４に押し出されて機外へ排出され、コンベアを介して次の処理工程へ送り出される。
【００２７】
他方、洗浄の際には、内側ろ材１ と外側ろ材２ を軸回りに回転させながら、複数の洗浄ノズル８Ａ，８Ａ，…、９Ａ，９Ａ，… から洗浄水を高圧噴射することにより、目詰まりした内側ろ材１ と外側ろ材２のろ過面が洗浄される。洗浄の際に噴射された洗浄水は洗浄排水として、ろ液と共に下部ケーシング４２の下部に溜められ、ろ液排出口１３から排出される。
【００２８】
＜その他＞
（ａ）  上記例では、仕切り３の内周縁と外周縁は、それぞれ内側ろ材１及び外側ろ材２のろ過面に近接または接触するようになっているが、固液分離作用は、主にろ過空間４の下部、すなわち被処理液送入口１０，１１側付近で強く発揮されるため、仕切り３の内周縁と外周縁は少なくとも被処理液の送入口１０，１１側付近が内側及び外側ろ材１，２とそれぞれ近接又は接触する構成であればよい。
【００２９】
（ｂ）  仕切り３は、螺旋ピッチをろ過空間４内すべてにおいて均一にしてもよいが、必要に応じて、図６に示すように、上側にいくにしたがって狭くなるように構成することもできる。また、反対に、螺旋状の仕切り３をケーシング７の底板７Ｂ側から上板７Ａ側にいくにしたがって、ピッチ間隔が長くなるように構成してもよい。
【００３０】
（ｃ）  実施の形態に係るろ過空間４は、上から下まで同一の横断面積を有する環状のものを示しているが、ろ過空間４の下部は、処理量を確保するために大容量のろ室容積を持たせ、他方、ろ過空間４の上部において脱水効率を向上させるために内側及び外側ろ材１，２の半径差を狭めるのも好ましい形態である。
具体的には、図６に示すように、外側ろ材２の形状は同一のままで、被処理液送入側からケーキ排出側に向って、内側ろ材１の半径方向を連続的に拡大していく形状（略円錐形状）、又は図７に示すように階段状に拡大していく形状（多段円筒形状）を提案できる。また、図８に示すように、内側ろ材１の形状は同一のままで、被処理液送入側からケーキ排出側に向って、外側ろ材２の半径方向を連続的に縮小していく形状、又は図９に示すように階段状に縮小していく形状も提案することができる。
【００３１】
（ｄ）  内側ろ材１と外側ろ材２とは、同角速度（°／ｓｅｃ）で回転させた場合においても、それぞれの半径差分の周速度（ｍｍ／ｓｅｃ）が生じるため、ケーキにせん断力が生じて脱水効率が向上される。例えば、繊維分の多い生汚泥や混合生汚泥が含まれる被処理液に対しては、このせん断力がより効果的である。ケーキ性状によっては、せん断力を加えた場合、ケーキが流動化してしまい、逆に脱水性を損なう場合もあるので、このような場合には周速度差一定で回転させることが好ましい。また、せん断力による脱水効果があり、かつケーキ性状が年間を通してほとんど変化しないケーキについても、周速度差一定で回転させることができる。
【００３２】
（ｅ）  従来のように、内側ろ材と外側ろ材とを独立駆動する場合には、内側ろ材１と外側ろ材２とに速度差を付けて、回転させることで更に脱水効率を向上させることも可能である。この効果は対象ケーキの性状に依存するため、最適状態で運転する場合はケーキ性状に合わせて内外の速度差を設定することが望ましい。特に、内側ろ材１と外側ろ材２との相対速度が大きい場合、速く回転するろ過面（例えば、内側ろ材１のろ過面）近傍のケーキは、もう一方のろ過面（例えば、外側ろ材２のろ過面）側へ移動する効果が現れ、ケーキ内での混合作用が生じることで、ろ過装置内での含水率分布を均一化することもできる。なお、内側ろ材１と外側ろ材２は、必ずしも両者を回転させる必要はなく、一方のみを回転させるようにしてもよい。
【００３３】
（ｆ）  上記例では、ろ材１、２の軸心が縦向き（上下方向に沿う）であり装置全体が縦向きに配置され、被処理液が下方から上方に向かって加圧状態で送入するように構成されているが、ろ材１、２の軸心が横向き（水平方向に沿う）であり装置全体が横向きに配置されていても良い。横向きの場合、被処理液をポンプ圧送することなく、内側ろ材１と外側ろ材２の回転による摩擦力のみで、装置内を移動させてもよい。ただし、ケーキの性状によっては、脱水の進行度とろ室体積のデザインとの釣り合いが取れず、ケーキの充填率が低下する場合がある。この場合、ろ過装置が横向きに配置されている構成（横型）のものでは、ろ液が重力の影響を受けて、充填率の低いケーキに浸出し、排出されるケーキの含水率が上がることがある。これに対して、軸心が縦向きであり装置全体が縦向きに配置され、被処理液が下方から上方に向かって加圧状態で送入するように構成すると、重力を利用してろ液を上方のケーキ排出側に浸出させないようにすることができ、そのため、排出されるケーキの含水率のムラ（分布）をなくし、より均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ろ過装置の縦断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】仕切りの斜視図である。
【図６】他のろ過装置の概略を示す縦断面図である。
【図７】他のろ過装置の概略を示す縦断面図である。
【図８】他のろ過装置の概略を示す縦断面図である。
【図９】他のろ過装置の概略を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…内側ろ材、１Ａ…上板、２…外側ろ材、３…仕切り、４…ろ過空間、５…内筒回転軸、７…ケーシング、７Ａ…上板、７Ｂ…底板、７Ｃ…傾斜面、８…内側洗浄管、９…外側洗浄管、１０…被処理液送入管路、１３…ろ液排出口、１４…ろ過空間出口、１６…ろ液排出空間、２０…環状回転板、２４…放出口、２５…排出案内体、２６…開口調節体、２９…外寄せ案内体、４０…主支持台、４１…副支持台、４２…下部ケーシング、４３…上部ケーシング、４４…排出シュート、４５…スイベル継手。
【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】
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【図８】
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【図９】
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