(57)【要約】【課題】蓋とケースとを締結するボルトの締め付けトルクの緩みを防止することができるスクラム弁。【解決手段】スクラム弁８は、高圧窒素ガスを供給するためのポート１６が形成された蓋１がボルト締結され、弁体を駆動するヘッドが収納されるケース２と、周辺部が蓋１のフランジ部の挟持面とケース２のフランジ部の挟持面との間に挟持され、中央部にヘッドが連結される弾性体のダイアフラム３と、を備える。そして、蓋１およびケース２の周辺部には、メタルタッチで互いに当接する当接部１ｃ、２ｃがそれぞれ形成されている。さらに、蓋１の挟持面に、ダイアフラム３の一部が填り込む環状の溝１ａが形成されている。そのため、ボルト６の定期的な増し締めを行う必要がなく、さらに、シール性の向上を図ることができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉の制御棒駆動システムに対して駆動水を供給する水圧制御ユニットのスクラム弁であって、
圧縮空気を供給するための供給口が形成された蓋がボルト締結され、弁体を駆動する駆動機構が収納される駆動部ケーシングと、
周辺部が前記蓋のフランジの挟持面と前記駆動部ケーシングのフランジの挟持面との間に挟持され、中央部に前記駆動機構が連結される弾性体のダイアフラムと、を備え、
前記蓋および駆動部ケーシングのフランジにはメタルタッチで互いに当接する当接部がそれぞれ形成され、かつ、前記一対のフランジの少なくとも一方の挟持面には前記ダイアフラムが食い込む環状の凹部が少なくとも一つ形成され、
前記供給口から圧縮空気を供給および排出することにより前記ダイアフラムが変形して、前記弁体を弁閉および弁開することを特徴とするスクラム弁。
【請求項２】
請求項１に記載のスクラム弁において、
前記凹部は前記一対のフランジの両方に形成され、前記一方のフランジの凹部と他方のフランジの凹部とが互いに対向するように形成されていることを特徴とするスクラム弁。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスクラム弁において、
前記ダイアフラムは、前記凹部と対向する面に環状の凸部が形成されていることを特徴とするスクラム弁。
【請求項４】
沸騰水型原子炉の制御棒駆動システムに対して駆動水を供給する水圧制御ユニットのスクラム弁であって、
圧縮空気を供給するための供給口が形成された蓋がボルト締結され、弁体を駆動する駆動機構が収納される駆動部ケーシングと、
周辺部が前記蓋のフランジの挟持面と前記駆動部ケーシングのフランジの挟持面との間に挟持され、中央部に前記駆動機構が連結される弾性体のダイアフラムと、を備え、
前記蓋および駆動部ケーシングのフランジにはメタルタッチで互いに当接する当接部がそれぞれ形成され、かつ、前記ダイアフラムの表裏両面の少なくとも一方の被挟持面には環状の凸部が少なくとも一つ形成され、
前記供給口から圧縮空気を供給および排出することにより前記ダイアフラムが変形して、前記弁体を弁閉および弁開することを特徴とするスクラム弁。
【請求項５】
高圧窒素ガスを蓄える窒素ガス容器と、
前記窒素ガス容器に接続され、前記高圧窒素ガスの圧力により排出される駆動水が蓄えられたアキュムレータと、
制御棒緊急挿入時に前記アキュムレータに蓄えられた駆動水を開放する、請求項１，２および４のいずれか一項に記載のスクラム弁と、を備え、
沸騰水型原子炉の制御棒駆動システムに駆動水を供給する水圧制御ユニット。
【請求項６】
高圧窒素ガスを蓄える窒素ガス容器と、
前記窒素ガス容器に接続され、前記高圧窒素ガスの圧力により排出される駆動水が蓄えられたアキュムレータと、
制御棒緊急挿入時に前記アキュムレータに蓄えられた駆動水を開放する、請求項３に記載のスクラム弁と、を備え、
沸騰水型原子炉の制御棒駆動システムに駆動水を供給する水圧制御ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉の構成機器である水圧制御ユニットに係り、特に水圧制御ユニットに備えられたスクラム弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉の出力制御は、冷却材の制御による他に、制御棒の挿入または引抜きにより行われている。また、原子炉の緊急停止時には、水圧制御ユニットから制御棒駆動機構に高圧水を供給して制御棒の緊急挿入(スクラムと呼ばれる)を行い、原子炉を停止させるようにしている。制御棒駆動機構と高圧水が蓄えられたアキュムレータとの間には、特許文献１に記載のようなスクラム弁が設けられ、そのスクラム弁を弁開することによってスクラム動作が行われる。
【０００３】
特許文献１に記載のスクラムでは、弁体を駆動するアクチュエータは、空気圧の付加によりスプリングの付勢力に抗して押圧駆動するダイアフラム機構を有している。ダイアフラムは、その周辺が蓋およびケースのフランジ部分によって挟まれ、ボルト締めされている。ダイアフラムのケース側の面に設けられた駆動軸はスプリングによりフタ側へと押圧され、フタとダイアフラムとの間には圧縮空気が供給される。通常時には圧縮空気が供給されており、ダイアフラムはスプリングの付勢力に抗して押圧駆動されスクラム弁は閉じている。緊急時にはフタとダイアフラムとの間の圧縮空気が排出され、スプリングの付勢力によりダイアフラムおよび駆動軸がフタ側へと駆動され、スクラム弁が開く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ダイアフラムにはゴムのような弾性体が用いられ、そのダイアフラムは上述のように金属製のフタとケースとの間に挟み込んでボルト締めされている。このような締結構造では、周囲温度の変化によりダイアフラムが収縮変形した場合や、経時変化等によりダイアフラムの弾力性が低下した場合には、気密性を維持するためにボルトの増し締めが必要となる。そのため、スクラム弁製作後、定期的に増し締めを行う必要があり、作業コストの点で問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、沸騰水型原子炉の制御棒駆動システムに対して駆動水を供給する水圧制御ユニットのスクラム弁であって、圧縮空気を供給するための供給口が形成された蓋がボルト締結され、弁体を駆動する駆動機構が収納される駆動部ケーシングと、周辺部が蓋のフランジの挟持面と駆動部ケーシングのフランジの挟持面との間に挟持され、中央部に駆動機構が連結される弾性体のダイアフラムと、を備え、蓋および駆動部ケーシングのフランジにはメタルタッチで互いに当接する当接部がそれぞれ形成され、かつ、一対のフランジの少なくとも一方の挟持面にはダイアフラムが食い込む環状の凹部が少なくとも一つ形成され、供給口から圧縮空気を供給および排出することによりダイアフラムが変形して、弁体を弁閉および弁開することを特徴とする。
請求項４の発明は、沸騰水型原子炉の制御棒駆動システムに対して駆動水を供給する水圧制御ユニットのスクラム弁であって、圧縮空気を供給するための供給口が形成された蓋がボルト締結され、弁体を駆動する駆動機構が収納される駆動部ケーシングと、周辺部が前記蓋のフランジの挟持面と駆動部ケーシングのフランジの挟持面との間に挟持され、中央部に駆動機構が連結される弾性体のダイアフラムと、を備え、蓋および駆動部ケーシングのフランジにはメタルタッチで互いに当接する当接部がそれぞれ形成され、かつ、ダイアフラムの表裏両面の少なくとも一方の被挟持面には環状の凸部が少なくとも一つ形成され、供給口から圧縮空気を供給および排出することによりダイアフラムが変形して、弁体を弁閉および弁開することを特徴とする。
請求項５の発明に係る水圧制御ユニットは、高圧窒素ガスを蓄える窒素ガス容器と、窒素ガス容器に接続され、高圧窒素ガスの圧力により排出される駆動水が蓄えられたアキュムレータと、制御棒緊急挿入時にアキュムレータに蓄えられた駆動水を開放する、請求項１，２および４のいずれか一項に記載のスクラム弁と、を備え、沸騰水型原子炉の制御棒駆動システムに駆動水を供給する。
請求項６の発明に係る水圧制御ユニットは、高圧窒素ガスを蓄える窒素ガス容器と、窒素ガス容器に接続され、高圧窒素ガスの圧力により排出される駆動水が蓄えられたアキュムレータと、制御棒緊急挿入時にアキュムレータに蓄えられた駆動水を開放する、請求項３に記載のスクラム弁と、を備え、沸騰水型原子炉の制御棒駆動システムに駆動水を供給する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、蓋およびケースがメタルタッチした状態でダイアフラムの周辺部を挟持する構成としたので、ボルト締め付けトルクの緩みを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】沸騰水型原子炉における水圧制御ユニットの外観図。
【図２】水圧制御ユニットの系統図の一部を示す図である。
【図３】スクラム弁８の縦断面図である。
【図４】スクラム弁８のシート構造を説明する図である。
【図５】ダイアフラム挟持部を示す図である。
【図６】図５のＡ部の拡大図である
【図７】ダイアフラム挟持構造を説明する図である。
【図８】第１の変形例を示す図である。
【図９】第２の変形例を示す図である。
【図１０】第２の変形例の他の例を示す図である。
【図１１】第３の変形例を示す図である。
【図１２】カラー２００を用いた構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明に係るスクラム弁が搭載される水圧制御ユニット１２の外観を示す図である。本実施の形態における水圧制御ユニット１２は、沸騰水型原子炉の一部を構成する機器である。沸騰水型原子炉の出力制御は、冷却材の制御による他に、制御棒の挿入または引抜きにより行われている。また、原子炉の緊急停止時には、水圧制御ユニット１２から制御棒駆動機構に高圧水を供給することにより、制御棒の緊急挿入を行って原子炉を停止させる。
【００１０】
図１に示すように、水圧制御ユニット１２は、スクラム弁８、仕切弁９等の各種弁とアキュムレータ１０および窒素ガス容器１１等から構成されている。緊急停止時には、スクラム弁８を弁開することで、アキュムレータ１０に蓄えられた高圧水を制御棒駆動機構に供給する。
【００１１】
図２は、水圧制御ユニット１２の系統図の一部を示す図である。制御棒駆動機構１００は、原子炉１１０内に挿入される複数の制御棒１１１を昇降させる装置である。アキュムレータ１０内にはピストン１０ａが設けられている。ピストン１０ａにより仕切られたアキュムレータ１０の下部空間１０ｂは、窒素ガス配管１２２によって窒素ガス容器１１に接続されている。一方、アキュムレータ１０の上部空間１０ｃには、上部空間１０ｃと制御棒駆動機構１００とを接続する配管１２１が設けられている。配管１２１には、スクラム弁８および仕切弁９ｂが配設されている。また、上部空間１０ｃには、仕切弁９ａおよび逆止弁９ｃを介して加圧された駆動水が供給される。
【００１２】
原子炉１１０の通常運転時には、スクラム弁８は閉状態とされるため、ピストン１０ａは供給される駆動水により押し下げられた状態となっている。緊急時には、スクラム弁８は開状態とされる。窒素ガス容器１１からアキュムレータ１０の下部空間１０ｂに供給される高圧の窒素ガスによって、ピストン１０ａが急激に上方に移動し、上部空間１０ｃ内の高圧駆動水が配管１２１を介して制御棒駆動機構１００に供給される。
【００１３】
図３は、スクラム弁８の詳細構造を示す断面図である。スクラム弁８は、アクチュエータ部１３とボデー部１４とを備えている。アクチュエータ部１３とボデー部１４とは、ロックナット１５により一体化される。アクチュエータ部１３の駆動機構はケース２およびアクチュエータ部ケーシング１３０からなるケーシング内に収納されており、ケース２には蓋１がボルト固定されている。アクチュエータ部１３の蓋１とケース２との間にはダイアフラム３が設けられている。蓋１には、圧縮空気を供給するためのポート１６が設けられている。ダイアフラム３の下面には、ヘッド１７が連結されている。ヘッド１７は圧縮バネ２２により蓋１の方向に付勢されている。ヘッド１７の下部にはロッド１８が固定され、そのロッド１８はコネクタ１９により弁体２０に連結されている。ロックナット１５によりアクチュエータ部１３に固定されている弁蓋２３には、グランドパッキン２６が収納されている。弁体２０は、このグランドパッキン２６を貫いて下方に延びている。
【００１４】
通常状態では、アクチュエータ部１３の蓋１に設けられたポート１６から圧縮空気が供給されている。その結果、ダイアフラム３の図示上面側に圧縮空気の圧力が加わって、押下げ力が発生することになる。ダイアフラム３の下面に連結されたヘッド１７は、圧縮バネ２２により蓋１の方向に付勢されている。その付勢力は圧縮空気による押し下げ力よりも小さく設定されている。そのため、ヘッド１７と、ヘッド１７に一体に連結されたロッド１８，コネクタ１９および弁体２０は、図示下方に押し下げられることになる。このように、ダイアフラム３で発生した押下げ力は弁体２０まで伝達される。
【００１５】
一方、緊急時には、ダイアフラム３の上部空間に蓄えられた圧縮空気がポート１６から排出される。その結果、圧縮空気による押し下げ力が低下してバネ力より小さくなると、圧縮バネ２２の付勢力によりヘッド１７，ロッド１８，コネクタ１９および弁体２０が一体に蓋方向に押し上げられる。その結果、スクラム弁８は開状態となり、アキュムレータ１０に蓄えられている駆動水が制御棒駆動機構１００に供給される。
【００１６】
弁箱２４の図３の符号２７で示す領域には、凹部が形成されている。この凹部には、底面側から順に、弁シート機構２８およびシート機構押え２９が収納されている。弁シート機構２８およびシート機構押え２９が収納された弁箱２４をナット付きスタッドボルト２５により弁蓋２３に締結すると、弁シート機構２８が凹部底面とシート機構押え２９との間に挟持される。
【００１７】
弁シート機構２８は、図４に示すように、シート受け３０とシート押え３１との間に弁座として機能するシート２１を配置したものである。弁シート機構２８は、図４の状態で凹部底面とシート機構押え２９との間に挟持される。スクラム弁８は、弁体２０が弁シート機構２８のシート２１に着座することにより、弁閉となり、弁体２０がシート２１から離れることにより、弁開となる。
【００１８】
図５は、ダイアフラム３の取り付け構造を説明する図であり、図３における蓋１とケース２とをボルト締結している部分の拡大図である。蓋１とケース２との間には、ダイアフラム３が設けられている。ダイアフラム３の周辺部は蓋１とケース２とにより挟持されており、それによってアクチュエータ部１３の気密性が保たれている。上述したように、ポート１６を介して蓋１とダイアフラム３とで形成された空間に圧縮空気が供給されると、圧縮空気の圧力によってダイアフラムが図示下方に変形し、ヘッド１７が押し下げられてスクラム弁８が弁閉する。
【００１９】
蓋１およびケース２のダイアフラム挟持部はフランジ状になっており、以下では、この部分をフランジ部と呼ぶことにし、蓋１のフランジ部には符号１Ｆを付し、ケース２のフランジ部には符号２Ｆを付す。フランジ部１Ｆ，２Ｆは、ボルト６およびナット７により締結したときにメタルタッチで当接する部分である当接部１ｃ，２ｃと、ダイアフラム３を挟持するシール面が形成されたシール部１Ｓ，２Ｓとを備えている。
【００２０】
図６は、図５の符号Ａを付したシール部１Ｓ，２Ｓの拡大図である。シール部１Ｓのシール面１ｂには、シール部１Ｓを一周する環状の凹部、具体的にはＶ字形状の溝１ａが複数形成されている。ダイアフラム３はゴムなどの弾性体で形成されているため、シール部１Ｓ，２Ｓで挟持された際にダイアフラム３が変形し、溝１ａ内に変形したダイアフラム３が入り込んでいる。溝１ａの数は一つでも良いし、複数でも良い。
【００２１】
図７は、ダイアフラム挟持構造を説明する図である。図７（ａ）は、ボルト６を締め込んでボルト締結する前の状態を示しており、図７（ｂ）は、ボルト締結後の状態を示したものである。ダイアフラム３をシール部１Ｓ，２Ｓの間に配置した状態では、当接部１ｃと当接部２ｃとの間には隙間Δｔが形成されている。ダイアフラム３の表裏面にはシール部１Ｓ，２Ｓのシール面１ｂ、２ｂが接触している。
【００２２】
図７（ａ）に示す状態からボルト６（図５参照）を締め込んでフランジ部１Ｆ，２Ｆをボルト締結すると、図７（ｂ）に示すような状態となる。ボルト６を締め込むことにより、当接部１ｃ、２ｃは当接し、フランジ部１Ｆ，２Ｆはメタルタッチ状態となる。一方、ダイアフラム３は、シール面１ｂ、２ｂにより挟み込まれ圧縮され、その一部が溝１ａ内に入り込む。その結果、フランジ部１Ｆ側においては、ダイアフラム３が溝１ａの側面にも密着し、その密着面もシール面として機能することになる。シール面１ｂに欠陥があった場合、例えば、径方向に延びる傷があった場合でも、上述のように溝１ａの側面がシール面を形成することにより、シール性をバックアップすることができる。
【００２３】
このように、図５に示す構成においては、フランジ部１Ｆ，２Ｆでダイアフラム３を挟持し、当接部１ｃ，２ｃでメタルタッチする構造となっている。そのため、例えば、周囲温度の変化によりダイアフラム３が収縮変形した場合であっても、ボルト６の締付け力が低下することがない。その結果、従来のように、定期的にボルト６の増し締めを行う必要がない。また、環状の溝１ａを形成したことにより、シール面１ｂ，２ｂにおける面圧がより大きくなり、シール性の向上を図ることができる。
【００２４】
また、スクラム弁８においては、ヘッド１７のストロークは１０ｍｍ程度あり、押し下げられた際にダイアフラム３の周辺部には中央方向に引き込まれるような力が働く。上述のようにダイアフラム３が収縮変形した場合には、ダイアフラム３の締め代が小さくなる。しかし、ダイアフラム３の一部が溝１ａに入り込んでいることが引き込みに対する抵抗となり、引き込みを防止する効果が向上する。
【００２５】
図８は、上述した実施の形態の第１の変形例を示す図である。図８に示す変形例では、フランジ部１Ｆだけでなく、フランジ部２Ｆにも同様の溝２ａを形成した。図８（ａ）に示す例では、シール面１ｂに対して溝２ａが対向し、シール面２ｂに溝１ａが対向するような構成とした。一方、図８（ｂ）に示す例では、シール面１ｂ、２ｂ同士が対向し、溝１ａ，２ａ同士が対向するような構成とした。
【００２６】
図９は、第２の変形例を示す図である。変形例２では、シール部１Ｓ，２Ｓのシール面１ｂ、２ｂはそれぞれ一つの平面を成し、ダイアフラム３側に環状の凸部３ａを形成した。凸部３ａの数は一つでも良いし、複数でも良い。また、凸部３ａの断面形状は、図９に示すような台形形状に限らず、三角形でも良いし、半円状であっても良い。凸部３ａの高さΔｔ２は、ボルト締め込み量Δｔ１より小さく設定されている。当接部１ｃ、２ｃが当接するまで（すなわち、メタルタッチするまで）ボルトを締め込むと、シール面１ｂの全体にダイアフラム３が密着するが、凸部３ａの部分の面圧は、その他の部分の面圧よりも大きくなり、シール性に優れている。
【００２７】
なお、図９ではΔｔ２＜Δｔ１と設定したが、図１０に示すようにΔｔ２＞Δｔ１のように設定するようにしても良い。この場合、シール部１Ｓ側においては、当接部１ｃ、２ｃがメタルタッチした状態でも、凸部３ａのみがシール面１ｂに接触することになる。
【００２８】
図１１は、第３の変形例を示す図である。変形例３では、シール部１Ｓに溝１ａを形成すると共に、ダイアフラム３の上面に（シール部１Ｓに対向する側の面に）に凸部３ａを形成した、凸部３ａは溝１ａと対向する位置に配置され、溝１ａと同様の環状を成している。当接部１ｃ、２ｃがメタルタッチした状態では、平面部３ｂはシール面１ｂに密着し、凸部３ａは溝１ａと密着する。このような構成とすることで、図７のようなシート状のダイアフラム３を用いた場合に比べて、溝１ａのより奥までダイアフラム３の面が密着し、溝側面とのシール性の向上を図ることができる。なお、凸部３ａの断面形状は、図１１に示すような半円状に限らず、三角形や四角形などでも構わない。
【００２９】
上述した実施の形態は、以下のような作用効果を奏する。
（１）スクラム弁８は、図３に示すように、圧縮空気を供給するためのポート１６が形成された蓋１がボルト締結され、弁体２０を駆動する駆動機構（ヘッド１７等）が収納される駆動部ケーシング（２，１３０）と、周辺部が蓋１のフランジ部１Ｆの挟持面（シール部１Ｓ）とケース２のフランジ部２Ｆの挟持面（シール部２Ｓ）との間に挟持され、中央部に駆動機構が連結される弾性体のダイアフラム３と、を備える。そして、蓋１およびケース２のフランジ部１Ｆ，２Ｆには、メタルタッチで互いに当接する当接部１ｃ、２ｃがそれぞれ形成されている。そのため、温度変化等によりダイアフラム３が収縮変形した場合でもボルト６が緩むことはないので、従来のように、ボルト６の定期的な増し締めを行う必要がない。
【００３０】
さらに、一対のフランジ部１Ｆ，２Ｆの少なくとも一方の挟持面に、ダイアフラム３が食い込む環状の凹部（溝１ａ，２ａ）が少なくとも一つ形成するようにした。それにより、シール性の向上を図ることができる。
【００３１】
（２）また、図８（ｂ）に示すように、蓋１およびケース２の両方に溝１ａ，２ａが形成され、蓋１の溝１ａとケース２の溝２ａとが互いに対向するように形成しても良い。ダイアフラム３の表裏両面において同様のシール性を確保することができる。加えて、スクラム弁８の開閉動作に伴う周辺部に対する中央部方向への力が作用しても、ダイアフラム３の中央方向へのずれを防止する効果が高くなる。
【００３２】
（３）また、図１１に示すように、溝（凹部）１ａと対向するダイアフラム面に環状の凸部３ａを形成するようにしても良い。溝側面にダイアフラム３を確実に密着させることができ、シール性が向上する。なお、図８に示すように蓋１およびケース２の両方に溝１ａ，２ａを形成し、ダイアフラム３の表裏両面に凸部３ａを形成するようにしても良い。
【００３３】
（４）また、図９，１０に示すように、ダイアフラム３側に凸部３ａを形成するようしても良い。面圧の増大によりシール性の向上が図れる。なお、図９，１０では、ダイアフラム３の片面側のみに凸部３ａを設けたが、表裏両面に凸部３ａを形成するようにしても良い。
【００３４】
上述した実施の形態では、フランジ部１Ｆ，２Ｆの周辺部の一周に亘って当接部１ｃ、２ｃを形成したが、周辺部の一部がメタルタッチするような構成でも良い。また、図１２に示すように、ボルト６が貫通するカラー２００をフランジ部１Ｆ，２Ｆとの間に挟持するような構成としても良い。この場合も、当接部１ｃ、２ｃがメタルタッチする場合と同様の効果がある。
【００３５】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３６】
１：蓋、１ａ，２ａ：溝、１ｃ，２ｃ：当接部、１Ｆ，２Ｆ：フランジ部、２：ケース、３：ダイアフラム、３ａ：凸部、６：ボルト、７：ナット、８：スクラム弁、１０：アキュムレータ、１１：窒素ガス容器、１２：水圧制御ユニット、１３：アクチュエータ部、１４：ボデー部、１６：ポート、１７：ヘッド、２０：弁体、２１：シート、２８：弁シート機構、１００：制御棒駆動機構、１３０：アクチュエータ部ケーシング、２００：カラー
【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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【図１２】
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