(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル本体の外郭を形成するノズルケーシング内に、単一孔を有する平板状の第１の通路形成部材と、前記第１の通路形成部材の下流側に平行に置かれた平板状の第２の流路形成部材と、前記第１、第２の流路形成部材相互の間隔を一定に保つための第３の流路形成部材とを設けて、第１の流路形成部材と第２の流路形成部材と第３の流路形成部材とノズルケーシング内壁でリング形状流路を形成し、第２の流路形成部材の下流側に複数の粒状体を内包した通路を形成し、前記通路を流れ方向に徐々に面積が広がる形状にしたことを特徴とする微細気泡発生装置のノズル。
【請求項２】
第３の通路成部材は、厚みが０．１〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置のノズル。
【請求項３】
粒状体は、径がφ０．５〜φ８ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置のノズル。
【請求項４】
複数の粒状体は流れ方向の層を形成し、前記層の厚みが１０〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置のノズル。
【請求項５】
ノズル本体の出口付近の粒状体がつくる隙間から噴出する流体の流速をＶとすると、前記流速Ｖが０．２≦Ｖ≦１ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置のノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液中に気泡を発生させる気泡発生装置のノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、浴槽内に空気や各種ガスを含んだ浴水を噴出させ、温熱効果やマッサージ効果や洗浄効果が得られることにより、快適な入浴を行うというニーズが高まりつつある。従来、この種の微細気泡を発生させる気泡発生装置としては、特公平３−１４４６４号公報等に記載の技術が提案されている。
【０００３】
以下に、従来の技術として特公平３−１４４６４号公報に記載の噴流浴装置について図１０〜１３に従い説明を行う。図１０は従来の噴流浴装置のシステム図、図１１は従来の噴流浴装置におけるシャトルバルブの断面図、図１２は従来の噴流浴装置におけるレリーフバルブの断面図、図１３は従来の噴流浴装置における低圧噴流ノズルの断面図である。
【０００４】
先ず噴流浴装置の構成について説明する。図１０に示すようにこの噴流浴装置は、温水１０２を入れ、かつ、ノズルユニット１１１をセットした浴槽１０１と、温水１０２を循環させるポンプ１０３を備えたポンプユニット１０４よりなっている。
【０００５】
ポンプユニット１０４におけるポンプ１０３の吸込み側には吸込側管路１０５を接続してあり、また、ポンプ１０３の吐出側には吐出側管路１０７を接続している。さらに、ポンプ１０３の吸込側管路１０５にはジェット流路１１２を設けてあり、吐出側管路１０７からジェット流路１１２の間に分岐して設けられた分岐流路１１４にはジェット流路１１２を制御するシャトルバルブ１１３を設けている。
【０００６】
ノズルユニット１１１は、吸込側管路１０５に接続された吸入器１０６と、吐出側管路１０７に設けた２方弁１０８を介して分岐接続された低圧噴流ノズル１０９と、同じく２方弁１０８を介して分岐接続された高圧噴流ノズル１１０を備えて構成されている。
【０００７】
図１１に示すように、シャトルバルブ１１３は分岐流路１１４の端部に位置する空気取り入れ流路１１８を有するとともに空気をジェット流路１１２側に送り込む空気流路１１９を有し、空気流路１１９をスプリング１１５により付勢された円錐弁１１６で制御するようにしている。図中の１１７は円錐弁１１６に連結された弁棒である。
【０００８】
図１２に示すように、高圧噴流ノズル１１０は、螺旋流路Ａ１２０と螺旋流路Ｂ１２１を交互に備えた気液混合器１２２を有し、気液混合器１２２の先端には、スプリング１２３と、このスプリング１２３で付勢される弁体１２４と、弁体１２４で開閉される噴流吐出口１２５よりなるレリーフバルブ１２６を備えて構成されている。
【０００９】
図１３に示すように、低圧噴流ノズル１０９は、流動流路１２７の外周に形成された空気流入流路１２８を有し、流動流路１２７の下流には細い流路１２９を設け、流動流路１２７の下流に広い流路１３０を設け、さらに空気流入流路１２８と広い流路１３０を連通する細い流路１３２を設けて構成されている。１３１は広い流路１３０に接続された方向可変式のノズルである。
【００１０】
次に上記構成の噴流浴装置の動作について説明する。微細気泡の発生時にはポンプ１０３を運転する。温水１０２は吸入器１０６から吸入側管路１０５を介してポンプ１０３に吸引される。その後、ポンプ１０３から吐出側管路１０７を介して高圧噴流ノズル１１０から微細気泡が噴出される。このときにはポンプ１０３の吐出圧は分岐流路１１４に作用し、吐出圧が大きくなり、弁棒１１７に連結した円錐弁１１６がスプリング１１５の付勢に打ち勝って円錐弁１１６を開くことで、空気取り入れ流路１１８と円錐弁１１６と空気流路１１９を介してジェット流路１１２に空気が吸引され、ポンプ１０３に吸引される。吸引された空気はポンプ１０３により吐出側管路１０７および２方弁１０８を介して高圧噴流ノズル１１０に圧送され、高圧噴流ノズル１１０の気液混合器１２２で温水と空気が微細に混合され、レリーフバルブ１２６を経て浴槽１０１に吐出される。一方、大気泡発生動作時には２方弁１０８が切り替わり、ポンプ１０３からの温水は低圧噴流ノズル１０９から大気泡が浴槽１０１内に吐出される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成では、微細気泡発生の運転時において、ポンプに吸込まれた空気と温水を高圧噴流ノズルの螺旋流路により微細化し混合するため、高圧で大型のポンプが必要であった。また、空気吸入部にシャトルバルブを用いていることにより、ポンプの吐出圧変化によりシャトルバルブに設けられたスプリングの弁体への付勢が変化し、これによりジェット流路を通じてのポンプへの空気供給量が変化し、ポンプの吐出圧も変化し、これらが繰り返されることで安定した微細気泡の発生ができなくなるという課題があった。
【００１２】
本発明は前記従来の問題に留意し、微細気泡を効率良く発生させることができる微細気泡発生装置のノズルを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、ノズル本体の外郭を形成するノズルケーシング内に、単一孔を有する平板状の第１の通路形成部材と、前記第１の通路形成部材の下流側に平行に置かれた平板状の第２の流路形成部材と、前記第１、第２の流路形成部材相互の間隔を一定に保つための第３の流路形成部材とを設けて、第１の流路形成部材と第２の流路形成部材と第３の流路形成部材とノズルケーシング内壁でリング形状流路を形成し、第２の流路形成部材の下流側に複数の粒状体を内包した通路を形成した微細気泡発生装置のノズルであって、前記第３の通路成部材厚みが０．１〜０．６ｍｍであり、前記粒状体の径がφ０．５〜φ８ｍｍであり、前記粒状体の流れ方向の層の厚みが１０〜４０ｍｍであり、前記ノズル本体の出口付近の粒状体がつくる隙間から噴出する流体の流速をＶとすると、前記流速Ｖが０．２≦Ｖ≦１ｍ／ｓとしたノズルの構成とする。
【００１４】
以上のように構成されたノズルは、ノズル本体において流体内に溶解していた気体分子が気化する場合、第１の流路形成部材の単一孔から吐出した流体が第２の流路形成部材に衝突し、溶解気体が急激な圧力変化により気化し、その後、隙間形成部から吐出した流体がノズルケーシング内面に衝突し、流れの方向を変え、さらに下流側に設けられた複数の粒状体を内包した通路を拡散しながら流れることによって、近接する気泡との距離が拡大していくため、気体化した気泡が成長し難く、微細気泡を効率良く発生させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載された発明は、ノズル本体の外郭を形成するノズルケーシング内に、単一孔を有する平板状の第１の通路形成部材と、前記第１の通路形成部材の下流側に平行に置かれた平板状の第２の流路形成部材と、前記第１、第２の流路形成部材相互の間隔を一定に保つための第３の流路形成部材とを設けて、第１の流路形成部材と第２の流路形成部材と第３の流路形成部材とノズルケーシング内壁でリング形状流路を形成し、第２の流路形成部材の下流側に複数の粒状体を内包した通路を形成し、前記通路を流れ方向に徐々に面積が広がる形状にした微細気泡発生装置のノズルであり、流体内に溶解していた気体分子が気化する場合、第１の流路形成部材の孔から吐出した流体が、第１、第２の流路形成部材の隙間を通り、一気に減圧され、溶解気体が気化し、その後、第１、第２の通路形成部材の間から吐出した流体がノズルケーシング内面に衝突し、流れの方向を変え、下流側に設けられた複数の粒状体を内包した通路に流入し、拡散しながら、流路面積の徐々に広がる流路を流れることによって、近接する気泡との距離が拡大していくため、気体化した気泡が成長し難く、微細気泡を段階的に効率良く発生させることができるという作用を有する。したがって、小型のポンプを用い、簡単な構成で性能が安定し、信頼性の高い気泡発生装置を実現することができる。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の微細気泡発生装置のノズルにおいて、第３の通路成部材は、厚みを０．１〜０．６ｍｍとしたものであり、第１の通路形成部材の孔の面積は第１の通路形成部材と第２の通路形成部材との間に第３の通路形成部材が存在することにより形成される隙間の面積よりも数倍大きいため、第１の通路形成部材と第２の通路形成部材との間を流体が通るときに流速が急激に増加し、加圧力が急激に大気圧付近まで低下する。このときに、圧力低下が急激に起ることによって、超微細な気泡を発生するため、微細気泡を段階的に効率良く発生させることができるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の微細気泡発生装置のノズルにおいて、粒状体は、径をφ０．５〜φ８ｍｍとしたものであり、流体が複数の粒状体を内包した通路に流入し、拡散しながら流路面積の徐々に広がる流路を流れ、近接する気泡との距離が拡大していくため、気体化した気泡が成長し難く、微細気泡を段階的に効率良く発生させることができるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の微細気泡発生装置のノズルにおいて、複数の粒状体は流れ方向の層を形成し、前記層の厚みを１０〜４０ｍｍとしたものであり、流体が複数の粒状体を内包した通路に流入し、拡散しながら流路面積の徐々に広がる流路を流れ、近接する気泡との距離が拡大していくため、気体化した気泡が成長し難く、微細気泡を段階的に効率良く発生させることができるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の微細気泡発生装置のノズルにおいて、ノズル本体の出口付近の粒状体がつくる隙間から噴出する流体の流速をＶとすると、前記流速Ｖを０．２≦Ｖ≦１ｍ／ｓとしたものであり、流体が複数の粒状体を内包した通路に流入し、拡散しながら流路面積の徐々に広がる流路を流れ、気泡径は均一化され、粒状体がつくる隙間の流速は均一に整えられる。その後、気泡は粒状体から水槽へ流速Ｖで噴出され、その流速Ｖを０．２≦Ｖ≦１ｍ／ｓとすることにより、気泡は浮力の違いにより大きな気泡と小さな気泡に振り分けられ、大きな気泡は上昇し、小さな気泡水中に長く滞在し、水槽を白く白濁させることができるという作用を有する。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の微細気泡発生装置のシステム構成図、図２は、同微細気泡発生装置における絞りの断面図、図３は、同気泡発生装置における未溶解気泡流出防止手段の構成図、図４は、同気泡発生装置におけるノズルの構成図、図５は、同ノズルにおける第３の通路形成部材の厚みと平均気泡径の関係を表したグラフ、図６は、同ノズルにおける粒状体の径と平均気泡径の関係を表したグラフ、図７は、同ノズルにおける粒状体の有無と気泡径分布の関係を表したグラフ、図８は、同ノズルにおける粒状体層の厚みと平均気泡径の関係を表したグラフ、図９は、同ノズルにおける粒状体間から噴出するの噴流流速と平均気泡径の関係を表したグラフである。
【００２２】
この微細気泡発生装置は、図１に示すように水槽１と、水槽１に端部を挿入した供給管３に吸込み側を接続した循環ポンプ２と、供給管３に設けられた気体供給部４と、循環ポンプの吐出側に接続された吐出管８の端部に接続され、水槽１内に配置された微細気泡発生手段７と、吐出管８に設けられた気液溶解タンク９と、気液溶解タンク９の流入部に設けられた絞り１０と、循環ポンプ２にケーブル１６で接続された制御部１６を備えて構成されている。
【００２３】
前記気体供給部４は、気体供給管５と、気体供給管５に設けられた定流量弁６ａと、気体供給管５に設けられた空気フィルター６ｂより構成されている。
【００２４】
図２および図３に示すように、気液溶解タンク９内には、切欠き部１４ａを持ち、かつ、表面に凹凸部１４ｂを有する平板状の未溶解気泡流出防止手段１３を設けている。
【００２５】
図４に示すように前記微細気泡発生手段７におけるノズル本体は構成されている。すなわち、ノズルケーシング３０は外郭を形成し、吐出管８に接続される吐出流路３１を有している。そして内部における吐出流路３１の下流側位置に、単一の孔３２ａをもつ平板状の第１の流路形成部材３２を設け、その下側に径の少し小さい平板状の第２の流路形成部材３３を前記第１の流路形成部材３２と平行に設け、第１の流路形成部材３２と第２の流路形成部材３３間に両者の間隔を一定にするための厚みを持つ第３の流路形成部材３４を介在させてあり、第１の流路形成部材３２と第２の流路形成部材３３と第３の流路形成部材３４とノズルケーシング内壁３５でリング形状流路を形成している。さらに、前記リング形状流路の下流側には、複数の粒状体３６を内包した通路を設けている。そして、前記通路は流れ方向に徐々に面積が広がる形状にしている。なお、上記構成のノズルは、浴槽に設置されたとき、ノズルの中心位置が浴槽喫水を基準として、前記浴槽喫水下１５０ｍｍ以上とする。
【００２６】
図中の１１は気液溶解タンク９内の気体、１２は気液溶解タンク９内の流体、１７は流体の流れ、１８は水槽１内の液体、１９は水槽１に吐出された微細気泡である。
【００２７】
次に、前記構成の微細気泡発生装置の動作を図１を用いて説明する。循環ポンプ２が運転をスタートすると供給管３を通じて水槽１の液体１８が吸引されると同時に、気体供給部４の気体供給管５と定流量弁６ａと空気フィルター６ｂ、供給管３を通じて気体が循環ポンプ２へ吸引され、循環ポンプ２で攪拌された液体１８と気体は吐出管８を通じて絞り１０に送られる。混合された液体１８と気体の混合流体は、絞り１０で気液溶解タンク９内に噴出される。気液溶解タンク９内に噴出された混合流体は、気液溶解タンク９内の上部の気体１１を巻き込みながら、さらに混合溶解され、噴出した混合流体は未溶解気泡流出防止手段１３に衝突し、攪拌される。余剰の気体は微細気泡発生手段７への流出が防止される。余剰の気体は気液溶解タンク９の上部に集まり、絞り１０からの噴流で混合溶解され、気体が溶解した流体は微細気泡発生手段７へ送られ水槽１へ微細気泡１９を発生させる。
【００２８】
前記微細気泡発生手段７における動作について、さらに詳しく説明すると、運転を開始し、気液溶解タンク９から気体が溶解した液体１８が吐出管４を通じてノズル本体における吐出流路３１に供給され、気体の溶解した流体は第１の流路形成部材３２の孔３２ａを通過し、この第１の流路形成部材３２と第２の流路形成部材３３と第３の流路形成部材３４とノズルケーシング内壁３５で形成されるリング形状流路中に噴出する過程において、圧力は大気圧付近まで急激に低下し、溶解していた気体は気化して極小の気泡となる。その後、流れの方向は、９０°変り、次に気泡を含む流体は粒状体３６の中に流入し、衝突、拡散が繰り返され、かつ、流路面積の徐々に広がる流路を流れる。このとき、粒状体３６へ流入する時点では不均一であった流速の流体は、粒状体３６から噴出するときには均一な速度部分布を形成して流れ出すため、成長し難く、気泡を効率良く発生させることができる。
【００２９】
ここで、図４におけるノズル体の吐出流路３１の圧力が約１８０ｋＰａで吸気量１００ｍＬ／ｍｉｎの条件の下、寸法は第１の流路形成部材３２の孔３２ａの径をφ１０ｍｍ、第２の流路形成部材３３の外径はφ１９ｍｍとし、第３の流路形成部材３４の厚みを０．１〜１ｍｍで０．１毎に変化させ、ノズルケーシング内面３５の径をφ２７ｍｍ、粒状体３６の径φ５ｍｍ、粒状体３６の層の厚みを１６ｍｍとし、第２の流路形成部材３３の寸法をかえて運転し、ｎ＝５０で平均気泡径を測定した。
【００３０】
図５にその結果を示す。第３の流路形成部材３４の厚みが０．２ｍｍのとき、気泡径が最小となった。これが０．６ｍｍより大きくなると、気泡径が３０μｍ以上と大きくなりすぎる。
【００３１】
次に前記同様、図４の吐出流路３１の圧力がノズル圧力１８０ｋＰａで吸気量１００ｍＬ／ｍｉｎの条件の下、寸法は第１の流路形成部材３２の孔３２ａの径をφ１０ｍｍ、第２の流路形成部材３３の外径はφ１９ｍｍ、第３の流路形成部材３４の厚みを０．２ｍｍ、ノズルケーシング内面３５の径をφ２７ｍｍ、粒状体３６の層の厚みを２０ｍｍとし、粒状体３６の径の寸法をφ０．５〜８ｍｍの範囲で変化を与えて運転し、ｎ＝５０で平均気泡径を測定した。
【００３２】
また、同条件の下、粒状体の有無で気泡径の分布（ｎ＝８０個）を測定した。
【００３３】
図６、図７にその結果を示す。この図６から分かるように気泡径は粒状体３６の径に依らない。ただしメンテナンスの観点から、粒状体３６は大きい方が目詰まりし難く、洗浄のし易さがあり、径が大きい方が望ましい。
【００３４】
また、図７を見ると、粒状体無しの場合、気泡径は広く分布している。これは流速が速いため気泡の衝突頻度が多くなっており、気泡の成長が著しい。しかし、粒状体有りの場合、気泡径のバラツキが抑えられて、平均気泡径も低下している。
【００３５】
次に、吐出流路３１の圧力がノズル圧力１８０ｋＰａで吸気量１００ｍＬ／ｍｉｎの条件の下、寸法は第１の流路形成部材３２の穴３２ａの径をφ１０ｍｍ、第２の流路形成部材３３の外径はφ１９ｍｍ、第３の流路形成部材３４の厚み０．２ｍｍ、ノズルケーシング内面３５の径をφ２７ｍｍ、粒状体３６の径の寸法をφ５ｍｍとし、粒状体３６の層の厚みを５〜５０ｍｍの範囲で変化を与えて運転し、ｎ＝５０で平均気泡径を測定した。
【００３６】
図８にその結果を示す。層の厚みは薄くても、厚すぎても成長してしまう。層の厚みは１０〜４０ｍｍのとき、気泡径がφ３０ｍｍ以下となり、適当である。
【００３７】
次に、吐出流路３１の圧力がノズル圧力１８０ｋＰａで吸気量１００ｍＬ／ｍｉｎの条件の下、寸法は第１の流路形成部材３２の孔３２ａの径をφ１０ｍｍ、第２の流路形成部材３３の外径はφ１９ｍｍ、第３の流路形成部材３４の厚み０．２ｍｍ、ノズルケーシング内面３５の径をφ２７ｍｍ、粒状体３６の層の厚みを２０ｍｍ、粒状体３６の径φ５ｍｍとし、流量は一定で、粒状体３６を敷き詰める面積を変えることにより、粒状体３６同士が接して形成される隙間からの吐出流速Ｖを変化させて運転し、ｎ＝５０で平均気泡径を測定した。
【００３８】
図９にその結果を示す。粒状体からの噴流流速が１ｍ／ｓ以上になると気泡同士が衝突を繰り返し、気泡の成長が著しくなり、気泡径が大きくなっている。また０．２ｍ／ｓ以下になると気泡がノズルから出た直後に上昇し、すぐに空気に触れてしまうため、気泡が消滅しやすい。
【００３９】
以上のようなノズル本体の構成とすることで、再気体化した気泡が成長し難く、微細気泡を効率的に発生させることができ、小型のポンプを用い、簡単な構成で性能が安定し信頼性の高い気泡発生装置を提供することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように本発明はノズル本体の外郭を形成するノズルケーシング内に、単一孔を有する平板状の第１の通路形成部材と、前記第１の通路形成部材の下流側に平行に置かれた平板状の第２の流路形成部材と、前記第１、第２の流路形成部材相互の間隔を一定に保つための第３の流路形成部材とを設けて、第１の流路形成部材と第２の流路形成部材と第３の流路形成部材とノズルケーシング内壁でリング形状流路を形成し、第２の流路形成部材の下流側に複数の粒状体を内包した通路を形成し、前記通路を流れ方向に徐々に面積が広がる形状にした微細気泡発生装置のノズルとしたので、ノズル本体において流体内に溶解していた気体分子が気化する場合、第１の流路形成部材の単一孔から吐出した流体が第２の流路形成部材に衝突し、溶解気体が急激な圧力変化により気化し、その後、隙間形成部から吐出した流体がノズルケーシング内面に衝突し、流れの方向を変え、さらに下流側に設けられた複数の粒状体を内包した通路を拡散しながら流れることによって、近接する気泡との距離が拡大していくため、気体化した気泡が成長し難く、微細気泡を効率良く発生させることができるものであり、その効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の気泡発生装置のシステム構成図
【図２】同気泡発生装置における絞りの詳細図
【図３】同気泡発生装置における未溶解気泡流出防止手段の構成図
【図４】同気泡発生装置におけるノズルの構成図
【図５】同ノズルにおける第３の通路形成部材の厚みと平均気泡径の関係を表したグラフ
【図６】同ノズルにおける粒状体の径と平均気泡径の関係を表したグラフ
【図７】同ノズルにおける粒状体の有無と気泡径分布の関係を表したグラフ
【図８】同ノズルにおける粒状体層の厚みと平均気泡径の関係を表したグラフ
【図９】同ノズルにおける粒状体間から噴出するの噴流流速と平均気泡径の関係を表したグラフ
【図１０】従来の噴流浴装置のシステム図
【図１１】同噴流浴装置におけるシャトルバルブの断面図
【図１２】同噴流浴装置におけるレリーフバルブの断面図
【図１３】同噴流浴装置における低圧噴流ノズルの断面図
【符号の説明】
１  水槽
２  循環ポンプ
３  供給管
４  気体供給部
５  気体供給管
６ａ  定流量弁
６ｂ  空気フィルター
７  微細気泡発生手段
８  吐出管
９  気液溶解タンク
１０  絞り
１１  気体（気液溶解タンク内）
１２  流体（気液溶解タンク内）
１３  未溶解気泡流出防止手段
１４ａ  切欠き部
１４ｂ  凹凸部
１５  制御部
１６  ケーブル
１７  流体の流れ
１８  液体（水槽１中）
１９  微細気泡
３０  ノズルケーシング
３１  吐出流路
３２  第１の流路形成部材
３２ａ  孔
３３  第２の流路形成部材
３４  第３の流路形成部材
３５  ノズルケーシング内壁
３６  粒状体
【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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【図１３】
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