(57)【要約】【課題】ダイヤフラムを挟着する一対のハウジングの一方に、一方のハウジングの吸入流路と吐出流路に連通する吸入ポートと吐出ポートと、該吸入ポートと吐出ポートにそれぞれ連通する一対の筒状突部または嵌合穴部とを形成し、他方のハウジングに、該他方のハウジングの吸入流路と吐出流路に連通し、一対の筒状突部または嵌合穴部に嵌まる一対の嵌合穴部または筒状突部を形成し、この筒状突部と嵌合穴部との間にＯリングを介在させたダイヤフラムポンプにおいて、筒状突部、嵌合穴部及びＯリングで形成する流路の接続部分の液密性を高い信頼性、耐久性及び組立性で確保することができる４バルブダイヤフラムポンプを得る。【解決手段】筒状突部の外周に嵌めた自由状態におけるＯリングの外径をｄとし、嵌合穴部の端部径をＤとしたとき、Ｄ＞ｄに設定され、かつ該嵌合穴部に奥部ほど径が小さいテーパ穴部が形成されているダイヤフラムポンプ。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動するダイヤフラムを挟着する一対のハウジングにそれぞれ、該ダイヤフラムとの間にポンプ室を形成する凹部と、各ポンプ室に吸入側逆止弁と吐出側逆止弁を介してそれぞれ連通する吸入流路と吐出流路を形成し、
上記一対のハウジングの一方に、該一方のハウジングの吸入流路と吐出流路に連通する吸入ポートと吐出ポートと、該吸入ポートと吐出ポートにそれぞれ連通する一対の筒状突部または穴部とを形成し、
他方のハウジングに、該他方のハウジングの吸入流路と吐出流路に連通し、上記一対の筒状突部または嵌合穴部に嵌まる一対の嵌合穴部または筒状突部を形成し、
この対をなす筒状突部と嵌合穴部との間にＯリングを介在させたダイヤフラムポンプであって、
上記筒状突部の外周に嵌めた自由状態における上記Ｏリングの外径をｄとし、上記嵌合穴部の端部径をＤとしたとき、Ｄ＞ｄに設定され、かつ該嵌合穴部に奥部ほど径が小さいテーパ穴部が形成されていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
【請求項２】
請求項１記載のダイヤフラムポンプにおいて、上記筒状突部には、上記嵌合穴部のテーパ穴部に対応するテーパ軸部が形成されており、このテーパ穴部とテーパ軸部の間に上記Ｏリングが圧縮保持されるダイヤフラムポンプ。
【請求項３】
請求項２記載のダイヤフラムポンプにおいて、上記筒状突部と嵌合穴部にはそれぞれ、上記テーパ軸部の先端部とテーパ穴部の先端側にそれぞれ互いに嵌合する小径定径部が形成されているダイヤフラムポンプ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載のダイヤフラムポンプにおいて、上記テーパ穴部のテーパは、軸線に対して２０〜４５°をなしているダイヤフラムポンプ。
【請求項５】
接続すべき管路を有する一対の部材の一方に、該管路に連なる筒状突部を形成し、他方にこの筒状突部が嵌まる、該管路に連なる嵌合穴部を形成し、該筒状突部外周と嵌合穴部との間にＯリングを介在させる管路の接続構造において、上記筒状突部の外周にＯリングを嵌めた自由状態における該Ｏリングの外径をｄとし、上記嵌合穴部の端部径Ｄとしたとき、Ｄ＞ｄに設定し、かつ該嵌合穴部に奥部ほど径が小さいテーパ部を形成したことを特徴とする管路の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラムポンプ及び管路の接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤフラムポンプは、ダイヤフラムによってポンプ室（可変容積室）を形成し、このポンプ室に連なる一対の流路に、流れ方向の異なる一対の逆止弁（ポンプ室への流体流を許す吸入側逆止弁とポンプ室からの流体流を許す吐出側逆止弁）を設けている。ダイヤフラムを振動させるとポンプ室の容積が変化し、容積が拡大する行程では吸入側逆止弁が開き、容積が縮小する行程では吐出側逆止弁が開く動作を繰り返すことから、ポンプ作用が得られる。ダイヤフラムは、ゴム、圧電振動子等の弾性（振動）可能な材料から構成される。
【特許文献１】特開平１０-２８８１２０号公報
【特許文献２】特開平１１-１８２４１３号公報
【特許文献３】特開２００２-７０７３２号公報
【特許文献４】特開２００３-２３２２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このダイヤフラムポンプは、上述したように、ポンプ室の容積が拡大する行程では吸入側逆止弁が開き、容積が縮小する行程では吐出側逆止弁が開く動作を繰り返すことから、吐出ポートでは脈動が避けられない。
【０００４】
本出願人は、この吐出ポートでの脈動を問題とし、該脈動の周期を半分としたダイヤフラムポンプを提案した（特開平２００５-３３７０６８号公報）。このダイヤフラムポンプは、ダイヤフラムによって該ダイヤフラムの上下に一対のポンプ室を形成する一方、単一の吸入ポートと、単一の吐出ポートを設け、一対のポンプ室と吸入ポートとの間にそれぞれ該吸入ポートから該一対のポンプ室への流体流を許容しその逆方向の流体流を許さない第一、第二の吸入側逆止弁を設け、一対のポンプ室と吐出ポートとの間にそれぞれ該一対のポンプ室から吐出ポートへの流体流を許容しその逆方向の流体流を許さない第一、第二の吐出側逆止弁を設けたものである（４バルブダイヤフラムポンプ）。
【０００５】
この４バルブダイヤフラムポンプは、基本的に、ダイヤフラムを挟む上下のハウジングにそれぞれ、アッパポンプ室とロアポンプ室を形成する凹部を形成してこれらを順に積層し、アッパハウジングとロアハウジングに、一対のポンプ室と吸入ポート及び吐出ポートを連通させる流路を形成することで構成できる。しかし、本出願人が開発中の４バルブダイヤフラムポンプでは、アッパハウジングとロアハウジングに跨って形成する流路の接続部分の液密性、あるいは吸入流路と吐出流路の液密性を高い信頼性と耐久性で如何に確保するかが課題である。さらに、量産品においては、高い組立性が要求される。
【０００６】
本発明は従って、アッパハウジングとロアハウジングに跨って形成する流路の接続部分の液密性を高い信頼性、耐久性及び組立性で確保することができる４バルブダイヤフラムポンプを得ることを目的とする。また本発明はさらに一般に、Ｏリングを用いた管路の接続構造において、組立時のＯリングの挟みこみがない、組立性に優れた管路の接続構造を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の４バルブダイヤフラムポンプは、振動するダイヤフラムを挟着する一対のハウジングにそれぞれ、該ダイヤフラムとの間にポンプ室を形成する凹部と、各ポンプ室に吸入側逆止弁と吐出側逆止弁を介してそれぞれ連通する吸入流路と吐出流路を形成し、一対のハウジングの一方に、該一方のハウジングの吸入流路と吐出流路に連通する吸入ポートと吐出ポートと、該吸入ポートと吐出ポートにそれぞれ連通する一対の筒状突部または嵌合穴部とを形成し、他方のハウジングに、該他方のハウジングの吸入流路と吐出流路に連通し、上記一対の筒状突部または嵌合穴部に嵌まる一対の嵌合穴部または筒状突部を形成し、この筒状突部と嵌合穴部との間にＯリングを介在させたダイヤフラムポンプであって、筒状突部の外周に嵌めた自由状態におけるＯリングの外径をｄとし、嵌合穴部の端部径をＤとしたとき、Ｄ＞ｄに設定され、かつ該嵌合穴部に奥部ほど径が小さいテーパ穴部が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
筒状突部には、嵌合穴部のテーパ穴部に対応するテーパ軸部を形成し、このテーパ穴部とテーパ軸部の間にＯリングを圧縮保持することが好ましい。
【０００９】
また、筒状突部と嵌合穴部にはそれぞれ、テーパ軸部の先端部とテーパ穴部の先端側にそれぞれ互いに嵌合する定径部を形成すると、両者の軸心を容易に一致させることができる。
【００１０】
テーパ穴部（テーパ軸部）のテーパは、例えば、軸線に対して２０〜４５°とするとよい。
【００１１】
また本発明は、より一般的に、接続すべき管路を有する一対の部材の一方に、該管路に連なる筒状突部を形成し、他方にこの筒状突部が嵌まる、該管路に連なる嵌合穴部を形成し、該筒状突部外周と嵌合穴部との間にＯリングを介在させる管路の接続構造の態様では、筒状突部の外周にＯリングを嵌めた自由状態における該Ｏリングの外径をｄとし、嵌合穴部の端部径Ｄとしたとき、Ｄ＞ｄに設定し、かつ該嵌合穴部に奥部ほど径が小さいテーパ部を形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、４バルブダイヤフラムポンプにおいて、アッパハウジングとロアハウジングに跨って形成する流路の接続部分の液密性を、組立性を犠牲にすることなく、高い信頼性と耐久性で確保することができる。Ｏリングを用いた管路の接続構造一般においても高い組立性、液密信頼性及び耐久性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図示実施形態は、本出願人が特開２００５-３３７０６８号で原理を提案した４バルブダイヤフラムポンプに本発明を適用したものであり、図１ないし図９についてその一実施形態を説明する。本ダイヤフラムポンプは、中心部の圧電振動子（ダイヤフラム）１０を挟着するアッパハウジング２０Ｕと、ロアハウジング２０Ｌを有している。
【００１４】
アッパハウジング２０Ｕとロアハウジング２０Ｌは、樹脂材料の成形品からなるもので、ロアハウジング２０Ｌ側に完全筒体からなる互いに平行をなす吸入ポート２１と吐出ポート２２が突設されている。アッパハウジング２０Ｕとロアハウジング２０Ｌは、この吸入ポート２１と吐出ポート２２周りの構造を除き、基本的には対称形状をなしている。まず、共通（対称）構造を説明すると、アッパハウジング２０Ｕ（ロアハウジング２０Ｌ）には、図１、図４、図５に示すように、その内面（圧電振動子１０側の面を内面、その反対側を外面とする）に、ポンプ室形成凹部２３Ｕ（２３Ｌ）が形成されており、外面に、外面が開放された吸入流路凹部２４Ｕ（２４Ｌ）と吐出流路凹部（凹部）２５Ｕ（２５Ｌ）が形成されている。ポンプ室形成凹部２３Ｕ（２３Ｌ）の外周には変形Ｏリング保持溝２３Ｕ１（２３Ｌ１）が形成されている。
【００１５】
吸入流路凹部２４Ｕ（２４Ｌ）は、アッパハウジング２０Ｕ（ロアハウジング２０Ｌ）の外側から中心部に向かって延びており、その中心側端部に、ポンプ室形成凹部２３Ｕ（２３Ｌ）に連通する流路穴２６Ｕ（２６Ｌ）が穿設されている。吐出流路凹部２５Ｕ（２５Ｌ）は、この吸入流路凹部２４Ｕ（２４Ｌ）とほぼ平行に延びており、その中心側端部に、ポンプ室形成凹部２３Ｕ（２３Ｌ）に連通する流路穴２７Ｕ（２７Ｌ）が穿設されている。そして、流路穴２６Ｕ（２６Ｌ）には、吸入側アンブレラ（逆止弁）２８Ｕ（２８Ｌ）が装着され、流路穴２７Ｕ（２７Ｌ）には、吐出側アンブレラ（逆止弁）２９Ｕ（２９Ｌ）が装着されている。
【００１６】
ロアハウジング２０Ｌには、吸入ポート２１、吐出ポート２２にそれぞれ連通し、吸入流路凹部２４Ｌ、吐出流路凹部２５Ｌの外側端部に連通する連通穴３１、３２（図２、図４、図５）が穿設されている。アッパハウジング２０Ｕには、この連通穴３１と３２の位置に合致させて、吸入流路凹部２４Ｕ、吐出流路凹部２５Ｕの外側端部に連通する連通穴３３と３４（図３、図４、図５）が穿設されている。
【００１７】
この連通穴３１と３３、連通穴３２と３４は相互に液密に接続される管路であり、アッパハウジング２０Ｕには、図４、図５、図６に示すように、連通穴３３と３４と同軸に突出する互いに平行をなす筒状突部３５と３６が形成されている。一方、ロアハウジング２０Ｌには、連通穴３１と３２と同軸に、この筒状突部３５と３６を受け入れる嵌合穴部３７と３８が形成されている。
【００１８】
筒状突部３５と嵌合穴部３７（筒状突部３６と嵌合穴部３８）は同一構造である。図６に最もよく示されるように、筒状突部３５（３６）は、先端部から順に、小径定径部３５ａ（３６ａ）、拡径テーパ軸部３５ｂ（３６ｂ）及び大径定径部３５ｃ（３６ｃ）を有している。一方、嵌合穴部３７（３８）は、奥部から順に、小径定径穴３７ａ（３８ａ）、段付拡径テーパ穴部３７ｂ（３８ｂ）及び大径定径穴部３７ｃ（３８ｃ）を有している。筒状突部３５（３６）の拡径テーパ軸部３５ｂ（３６ｂ）と、嵌合穴部３７（３８）の段付拡径テーパ穴部３７ｂ（３８ｂ）との間には、Ｏリング３９が圧縮保持される。
【００１９】
このＯリング３９は、アッパハウジング２０Ｕとロアハウジング２０Ｌを結合するとき、筒状突部３５（３６）に予め結合される（図７（Ａ）参照）。このときのＯリング３９の自由状態における外径をｄとすると、嵌合穴部３７（３８）（大径定径穴部３７ｃ（３８ｃ））の端部径Ｄは、Ｄ＞ｄに設定されている（図７（Ａ））。このように、Ｏリング３９の外径と大径定径穴部３７ｃ（３８ｃ）の端部径を設定すると、図７に明らかなように、アッパハウジング２０Ｕの筒状突部３５（３６）をロアハウジング２０Ｌの嵌合穴部３７（３８）に挿入結合するとき、Ｏリング３９の挟み込みが起こりにくい。そして、完全に挿入した状態では、拡径テーパ軸部３５ｂ（３６ｂ）と段付拡径テーパ穴部３７ｂ（３８ｂ）との間にＯリング３９が圧縮されて保持され、液密が保持される。小径定径部３５ａ（３６ａ）と大径定径部３５ｃ（３６ｃ）、及び小径定径穴３７ａ（３８ａ）と大径定径穴部３７ｃ（３８ｃ）は、互いに嵌合し、同軸性を保証する。
【００２０】
図１０は参考例としてＯリング３９の外径が嵌合穴部３７（３８）の端部径より大きい場合を示している。このようにＯリング３９の外径が大きいと、僅かな寸法誤差（製造誤差、組立誤差）により、Ｏリング３９がアッパハウジング２０Ｕとロアハウジング２０Ｌの間に挟み込まれやすく、挟み込まれると、長期の液密保持信頼性が損なわれる。特に、本ダイヤフラムポンプは、極限までの小型化を目指しているため、このようなＯリングの挟み込みが問題となっており、本実施形態により、Ｏリングの挟み込みの問題なく液密を保持することができる。
【００２１】
加えて、本実施形態は、筒状突部３５と嵌合穴部３７、筒状突部３６と嵌合穴部３８が互いに平行な関係で一対存在している。このため、図８に示すように、両者の軸間距離Ｘの製造誤差も挟み込みの原因となる。本実施形態によれば、軸間距離の誤差も吸収することが可能である。Ｏリング３９の自由状態における外径ｄと、嵌合穴部３７（３８）（大径定径穴部３７ｃ（３８ｃ））の端部径Ｄの大きさは、具体的には、これらの製造誤差、組立誤差を勘案して定める。
【００２２】
なお、Ｏリング３９が拡径テーパ軸部３５ｂ（３６ｂ）と段付拡径テーパ穴部３７ｂ（３８ｂ）との間に圧縮されると、Ｏリング３９の反発力によって、アッパハウジング２０Ｕとロアハウジング２０Ｌとの間に離反方向の力が作用する。この力はできるだけ小さい方が望ましい。このため、拡径テーパ軸部３５ｂ（３６ｂ）と段付拡径テーパ穴部３７ｂ（３８ｂ）の軸線に対する傾斜角α（図６、図７）は、２０°〜４５°とすることが好ましい。４５゜より大きいと、離反力が大きくなり過ぎ、２０°より小さいと、嵌合穴部３７（３８）の端部径を大きくすることが困難になり、Ｏリングの挟み込みの問題を解消することが困難になる。なお、大径定径部３５ｃ（３６ｃ）及び大径定径穴部３７ｃ（３８ｃ）は設けなくてもよい。
【００２３】
圧電振動子１０は、アッパハウジング２０Ｕ（ロアハウジング２０Ｌ）のＯリング保持溝２３Ｕ１（２３Ｌ１）にそれぞれ変形Ｏリング４１を挿入した状態で、両ハウジングの間に挟着保持される。圧電振動子１０は、バイモルフ型の圧電振動子から構成されており、厚さ方向中央部のシムと、このシムの表裏に積層した圧電体との間に交番電界を与えると振動する。このような圧電振動子１０は周知であり、本発明の要旨に関係がないので、給電構造を含めてこれ以上の説明は省略する。
【００２４】
アッパハウジング２０Ｕ（ロアハウジング２０Ｌ）の吸入流路凹部２４Ｕ（２４Ｌ）及び吐出流路凹部２５Ｕ（２５Ｌ）は、蓋プレート４２（図１）により液密に閉塞されて吸入流路と吐出流路を構成する。蓋プレート４２は、吸入流路凹部２４Ｕ（２４Ｌ）及び吐出流路凹部２５Ｕ（２５Ｌ）に共通の合成樹脂材料の成形品からなる部材であり、その液密構造を吸入流路凹部２４Ｕを例にして、図４及び図９で説明する。
【００２５】
吸入流路凹部２４Ｕ内には、該吸入流路凹部２４Ｕの形状に沿わせて外側から順に、浅段部２４Ｕ１、深溝部２４Ｕ２及び中心中高部２４Ｕ３が閉曲線で形成されている。浅段部２４Ｕ１と深溝部２４Ｕ２の間には、Ｏリングガイドテーパ部２４Ｕ４が形成されている。一方、蓋プレート４２には、浅段部２４Ｕ１と深溝部２４Ｕ２に対応させて、外周薄板部４２ａと挿入突条部４２ｂが閉曲線で形成されており、挿入突条部４２ｂの外周側には、Ｏリング保持凹部４２ｃが形成されている。挿入突条部４２ｂの内周面は、中心中高部２４Ｕ３に当接する。
【００２６】
Ｏリング保持凹部４２ｃにはＯリング４３が保持され、深溝部２４Ｕ２の壁と挿入突条部４２ｂとの間に保持されて圧縮されて液密を保持する。このＯリング４３の反発力は、挿入突条部４２ｂを内方へ変形させようとするが、中心中高部２４Ｕ３は、挿入突条部４２ｂの内側端部に当接して、該挿入突条部４２ｂの変形を防ぐ。このように、Ｏリング４３によって蓋プレート４２の挿入突条部４２ｂに加わる変形力を、吸入流路凹部２４Ｕの中心中高部２４Ｕ３で受けることにより、蓋プレート４２部分の液密信頼性を高めることができる。蓋プレート４２は、その外周薄板部４２ａと浅段部２４Ｕ１との接触部分において、レーザ溶着、超音波溶着、接着剤等の適宜手段で接合される。
【００２７】
上記構成の本ダイヤフラムポンプは、圧電振動子１０とアッパハウジング２０Ｕのポンプ室形成凹部２３Ｕとの間に形成される室をポンプ室Ａ、圧電振動子１０とロアハウジング２０Ｌのポンプ室形成凹部２３Ｌとの間に形成される室をポンプ室Ｂとすると、次のように作動する。すなわち、圧電振動子１０を正逆に弾性変形（振動）させると、ポンプ室ＡとＢのいずれか一方の容積が増大し他方の容積が減少する。ポンプ室Ａの容積が増大する（ポンプ室Ｂの容積が減少する）行程では、吸入側アンブレラ２８Ｕが開いて吸入ポート２１からポンプ室Ａ内に流体が流入し、ポンプ室Ｂ内の流体が吐出側アンブレラ２９Ｌを開いて吐出ポート２２に流出する（図１１（Ｂ）参照）。逆にポンプ室Ａの容積が減少する（ポンプ室Ｂの容積が増大する）行程では、吸入側アンブレラ２８Ｌが開いて吸入ポート２１からポンプ室Ｂ内に流体が流入し、ポンプ室Ａ内の流体が吐出側アンブレラ２９Ｕを開いて吐出ポート２２に流出する（同（Ａ）参照）。従って、吐出ポート２２における脈動の周期を短くする（圧電振動子３０の上下の一方のみにポンプ室が形成される場合に比して半分にする）ことができる。
【００２８】
本発明は、以上の実施形態の筒状突部３５、３６と嵌合穴部３７、３８の嵌合部の液密性を、高い組立性及び耐久性で確保するシール構造を対象とするものであり、吸入流路と吐出流路、アンブレラ（逆止弁）、あるいは圧電振動子等の形成態様は一例を示すに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるダイヤフラムポンプの一実施形態を示す分解状態の斜視図である。
【図２】ロアハウジングの内面図である。
【図３】アッパハウジングの外面図である。
【図４】組立状態における図２及び図３のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】同V-V線に沿う断面図である。
【図６】接続管路部分の分解断面斜視図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は接続管路部分の組立工程を示す断面図である。
【図８】図２のVIII-VIII線に沿う、アッパハウジングとロアハウジングの結合前の断面図である。
【図９】吸入流路凹部（吐出流路凹部）と、該凹部を液密に閉塞する蓋プレートの関係を示す断面斜視図である。
【図１０】接続管路構造の比較例を示す、図７に対応する断面図である。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用する４バルブダイヤフラムポンプのダイヤフラムの異なる振動方向での概念図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  圧電振動子（ダイヤフラム）
２０Ｕ  アッパハウジング
２０Ｌ  ロアハウジング
２１  吸入ポート
２２  吐出ポート
２３Ｕ  ２３Ｌ  ポンプ室形成凹部
２４Ｕ  ２４Ｌ  吸入流路凹部
２５Ｕ  ２５Ｌ  吐出流路凹部
２４Ｕ１  浅段部
２４Ｕ２  深溝部
２４Ｕ３  中心中高部
２４Ｕ４  Ｏリングガイドテーパ部
２６Ｕ  ２６Ｌ  流路穴
２７Ｕ  ２７Ｌ  流路穴
２８Ｕ  ２８Ｌ  吸入側アンブレラ
２９Ｕ  ２９Ｌ  吐出側アンブレラ
３１  ３２  連通穴（ロアハウジング側）
３３  ３４  連通穴
３５  ３６  筒状突部
３５ａ  ３６ａ  小径定径部
３５ｂ  ３６ｂ  拡径テーパ軸部
３５ｃ  ３６ｃ  大径定径部
３７  ３８  嵌合穴部
３７ａ  ３８ａ  小径定径穴
３７ｂ  ３８ｂ  段付拡径テーパ穴部
３７ｃ  ３８ｃ  大径定径穴部
３９  Ｏリング
４１  変形Ｏリング
４２  蓋プレート
４２ａ  外周薄板部
４２ｂ  挿入突条部
４２ｃ  Ｏリング保持凹部
４３  Ｏ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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【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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【図１０】
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【図１１】
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