(57)【要約】【課題】構造を簡素化して低コストで液中の気泡を有効に取り除くことができるエアーセパレータおよび気液分離装置を提供する。【解決手段】横断面が略円形あるいは略円環形状に形成された収容室３５と、収容室３５に、横向きであって横断面の中心点から逸れる向きに液を流入させる流入口３１と、気泡が減じられた液を収容室３５から流出させる第１流出口３２と、液から分離した空気を収容室３５から流出させる第２流出口３３とを有するエアーセパレータ、第１流出口３２と、タンク４０の下部に設けられている第１開口４１との間を繋ぎ、第１流出口３２から流出した液を第１開口４１から４０タンク内に流入させる第１配管１１、および、第２流出口３３と第２開口４２との間を繋ぎ、第２流出口３３から流出した空気を第２開口４２からタンク４０内に流入させる第２配管１２とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部において横断面が、略円形あるいは略円環形状に形成された収容部と、
前記収容部に、気泡を含む横向きであって前記横断面の中心点から逸れる向きに気泡を含む液を、流入させる流入口と、
気泡が減じられた液を前記収容部から流出させる第１流出口と、
液から分離した空気を前記収容部から流出させる第２流出口とを有することを特徴とするエアーセパレータ。
【請求項２】
前記収容部が、下部よりも上部が窄まった部分形状を有し、
前記流入口が、前記収容部の下部に設けられ、
前記第１流出口が、前記収容部の底部に設けられ、
前記第２流出口が、前記収容部の窄まった上部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエアーセパレータ。
【請求項３】
前記収容部内の下部の横断面の中心部に、上下に延びる柱状部を有することで、該下部が略円環形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエアーセパレータ。
【請求項４】
請求項１から３のうちのいずれか１項に記載のエアーセパレータと、
前記第１流出口と、相対的に下方および上方にそれぞれ第１開口および第２開口を有するタンクの該第１開口との間を繋ぎ、該第１流出口から流出した液を該第１開口から該タンク内に流入させる第１配管と、
前記第２流出口と前記第２開口との間を繋ぎ、該第２流出口から流出した空気を該第２開口から前記タンク内に流入させる第２配管とを備えたことを特徴とする気液分離装置。
【請求項５】
前記第２配管を開閉して該第２配管からの前記タンクへの液の流入を防ぐ第１バルブを備えたことを特徴とする請求項４に記載の気液分離装置。
【請求項６】
前記第２流出口から液が流出してきたことを検知するセンサを備え、
前記第１バルブが、前記エアーセパレータへの液の初期の流入時には前記第２配管の流路を開放し、前記センサによる液の検出を受けて、該第２配管の流路を閉鎖することを特徴とする請求項５に記載の気液分離装置。
【請求項７】
前記エアセパレータに流入する前の液の流路を、該エアセパレータに向かう第１流路と、該エアセパレータを経由させずに前記第２配管に流入させる第２流路との間で切り替える第２バルブを備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の気液分離装置。
【請求項８】
前記流入口に通じる流路を開閉する第３バルブを備えたことを特徴とする請求項４から７のうちのいずれか１項に記載の気液分離装置。
【請求項９】
前記第２配管の前記タンク側の端部が、前記タンク内を洗浄するためのタンク洗浄ノズルに繋がっていることも特徴とする請求項４から８のうちのいずれか１項に記載の気液分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中の気泡を分離するエアーセパレータおよび気液分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば牛乳等の液状食品などに気泡が混入していると、その液状食品を紙パックやビン等の容器に充填する際の妨げとなる場合がある。牛乳を例に挙げて説明する。工場で製造された牛乳は、サージタンクと称される大型のタンクに一旦蓄えられ、その後、その牛乳を容器に充填する充填機を構成する、あるいは充填機直前の小型のリザーブタンクに移し替えられて、そのリザーブタンク内の牛乳が紙パック等に充填される。サージタンクからリザーブタンクへの移し替えは、それら両者を繋ぐ配管を経由して行われる。その配管内は閉空間となっていて、殺菌されていて外部の空気等には触れない構造となっている。リザーブタンクへの入口には管路を開閉するバルブが配置されていて、リザーブタンクに定量の牛乳が移し替えられると管路が閉鎖され、紙パック等への充填によりリザーブタンク内の牛乳の量が減ってくると管路が解放されて牛乳がリザーブタンクに移し替えられる。
【０００３】
ここで、サージタンクからリザーブタンクに牛乳を移し替えるにあたっては、その牛乳に気泡が混入していると紙パック等への充填に支障をきたすおそれがある。この気泡の混入は、例えば、毎朝の装置稼働開始時の初期において激しく、このため、稼働開始時の牛乳がリザーブタンクに移し替えられないように別のタンク等に移し、混入している気泡が減少してきた時点でリザーブタンクに流入させるという処置が施されてきている。この場合、せっかく滅菌処理等が済んでいて、気泡さえなければ紙パック等に詰めて出荷することができる製品を捨てることになり、あるいは捨てなくても再度滅菌処理等の製造工程に投入することになり、無駄を省く観点あるいはコストの観点から好ましくない。
【０００４】
ここで、特許文献１には、密閉された分離タンクの頂部からその分離タンク内に食品原料を投入し、真空ポンプでその分離タンク内を脱気することで、その食品原料中の気体を除去することが提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、液体食品を輸送する配管の一部を水などの液を満たした超音波処理槽を経由させてその超音波処理槽中で超音波を照射し、その超音波を照射した液体食品をリザーブタンク（保持タンク）に入れ、その保持タンクを気泡除去装置として使用することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１０３６４６号公報
【特許文献２】特開２００４−４１８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１，２での提案の場合、真空ポンプや分離タンク、あるいは超音波装置や超音波処理槽などが必要であり、構造が複雑となり、コスト高となるおそれがある。
【０００８】
ここでは、牛乳を始めとする液状食品を例に挙げて説明しているが、構造を簡素化して低コストで気泡を除去したいという事情は液状食品に限られず、気泡が混入してその気泡を除去する液体を取り扱うにあたり一般にあてはまる事情である。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑み、低コストで液中の気泡を有効に取り除くことができるエアーセパレータおよび気液分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明のエアーセパレータは、少なくとも一部において横断面が略円形あるいは略円環形状に形成された収容部と、その収容部に、気泡を含む液を、横向きであって横断面の中心点から逸れる向きに流入させる流入口と、気泡が減じられた液を収容部から流出させる第１流出口と、液から分離した空気を収容部から流出させる第２流出口とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のエアーセパレータは、遠心分離の原理に基づいて液中の気泡を取り除くものであり、液を溜めることなく、液中の気泡を連続的に取り除くことができる。
【００１２】
ここで、本発明のエアーセパレータにおいて、上記収容部が、下部よりも上部が窄まった部分形状を有し、上記流入口が、収容部の下部に設けられ、上記第１流出口が、収容部の底部に設けられ、上記第２流出口が、収容部の窄まった上部に設けられていることが好ましい。
【００１３】
このような具体的な構造により、液中の気泡を一層効果的に取り除くことができる。
【００１４】
また、本発明のエアーセパレータにおいて、収容部内の下部の横断面の中心部に、上下に延びる柱状部を有することで、収容部の下部が略円環形状に形成されていることが好ましい。
【００１５】
収容部下部が円環形状に形成されていると、収容部内に流入した液の循環が促され、気泡がさらに有効に分離される。
【００１６】
また、上記目的を達成する本発明の気液分離装置は、本発明のいずれかの態様のエアーセパレータと、
上記第１流出口と、相対的に下方および上方にそれぞれ第１開口および第２開口を有するタンクの第１開口との間を繋ぎ、第１流出口から流出した液を第１開口からタンク内に流入させる第１配管と、
上記第２流出口と第２開口との間を繋ぎ、第２流出口から流出した空気を第２開口からタンク内に流入させる第２配管とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の気液分離装置は、エアーセパレータで分離させた液と空気を、それぞれ第１配管と第２配管を経由させてタンクに流入させるものである。液に気泡が含まれていることが問題なのであって、液から空気を抜いてさえあれば、その空気が同じタンクの上部に貯まっていても構わない。また、液から抜いた空気を同じタンクに流入させることにより、外部の空気との混入を避け、雑菌や塵埃の混入を防ぐことができる。
【００１８】
ここで、本発明の気液分離装置において、上記第２配管を開閉して第２配管からのタンクへの液の流入を防ぐ第１バルブを備えることが好ましい。
【００１９】
エアーセパレータに気泡の混入の少ない液が勢いよく流入すると、エアーセパレータの上部にまで液が上昇してきて、第２の配管を経由してタンク内に流れ込むおそれがある。そうすると、液がタンク内を上方から流れ落ちることになり、タンク内の空気を巻き込んで気泡を含んだ状態となるおそれがある。そこで、上記の第１バルブを備えて、液が第２の配管を経由してタンク内に流入することを防止することで、タンク内での気泡の混入を避けることができる。
【００２０】
ここで、上記の第１バルブを備えた構成において、さらに、上記第２流出口から液が流出してきたことを検知するセンサを備え、上記第１バルブが、エアーセパレータへの液の初期の流入時には第２配管の流路を開放し、センサによる液の検出を受けて、第２配管の流路を閉鎖するものであることが好ましい。
【００２１】
液の初期の流入時等における、除去すべき気泡が含まれている時間をあらかじめ正確に知ることができる系であれば、液の初期の流入開始からの経過時間で第１バルブを制御してもよいが、上記のセンサを備えると、その時間に変動があったときも適切な制御を行なうことができる。
【００２２】
また、本発明の気液分離装置において、エアセパレータに流入される前の液の流路を、上記流入口に向かう第１流路と、エアセパレータを経由させずに前記第２配管に流入させる第２流路との間で切り替える第２バルブを備えることが好ましい。
【００２３】
例えば一日の稼働終了時等には、エアーセパレータや配管内等の洗浄が必要となる。このためには、水や洗浄液が配管等の内部空間全域を流れる必要がある。このときには、液から分離した空気の輸送経路である第２配管についても洗浄液を流す必要がある。
【００２４】
そこで、エアセパレータに流入する前の液の流路を、エアーセパレータに向かう第１流路と、エアセパレータを経由させずに第２配管に流入させる第２流路との間で切り替える第２バルブを備えると、第２配管や、そこにセンサが取り付けられている場合のそのセンサについても、洗浄することができる。
【００２５】
さらに、本発明の気液分離装置において、上記流入口に通じる流路を開閉する第３バルブを備えることが好ましい。
【００２６】
上記タンクに満タン以上の液が流れ込むと液が溢れ出ることなどの不都合が考えられる。そこで、上記第３バルブを備えてエアーセパレータの流入口を開閉することで、上記タンクに満タン以上の液が流入することを防ぐことができる。
【００２７】
また、本発明の気液分離装置において、上記第２配管のタンク側の端部が、タンク内を洗浄するためのタンク洗浄ノズルに繋がっていることも１つの好ましい態様である。
【００２８】
タンク洗浄ノズルに繋がる配管は、本発明の気液分離装置とは無関係の配管であってもよいが、上記第２配管をタンク洗浄ノズルに繋げると、その分、タンク洗浄ノズルへの配管を含めた全体の配管経路が簡素化される。
【発明の効果】
【００２９】
以上の本発明によれば、液中の気泡を低コストで有効に取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態としての気液分離装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】第２実施形態の気液分離装置を示す斜視図である。
【図３】第２実施形態の気液分離装置の平面図である。
【図４】第２実施形態の気液分離装置の右側面図である。
【図５】第２実施形態の気液分離装置の正面図である。
【図６】図５に示す矢印Ａ−Ａに沿う断面図である。
【図７】図５に示す矢印Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図８】図７に示す矢印Ｃ−Ｃに沿う断面図である。
【図９】第３実施形態の気液分離装置の模式図である。
【図１０】第３実施形態の気液分離装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１は、本発明の第１実施形態としての気液分離装置の全体構成を示す模式図である。ここでは、不図示のサージタンクに貯えられた牛乳を、紙パック等に詰める充填機（不図示）に直結したリザーブタンクに移し替える輸液経路を例に挙げて説明する。
【００３３】
上方に配置された不図示のサージタンクから、この気液分離装置１に、矢印Ａに沿って液導管１０を経由して牛乳が流れてくる。この牛乳は、バルブ２２を通過し、配管１３を経由し、さらにバルブ２３および配管１４を経由して、エアーセパレータ３０の収容室３５内に、流入口３１から流入する。
【００３４】
このエアーセパレータ３０は原理的には遠心分離機である。このエアーセパレータ３０の収容室３５は横断面が略円形を有し、下部３５ａは円筒形、上部３５ｂは、上方ほど窄まった形状となっている。流入口３１は、収容室３５の下部に設けられていて、横向きであって、かつ横断面の中心点から逸れる向きに収容室３５に牛乳を流入させる。したがって、収容室３５内に流入した牛乳は水平に渦を巻くように流れ、牛乳に気泡として混入していた空気が牛乳から分離して上昇する。このエアーセパレータ３０には、その底部に第１流出口３２が設けられている。この第１流出口３２は第１配管１１により、リザーブタンク４０に設けられている上下２つの開口のうち下方の第１開口４１に連結されている。エアーセパレータ３０の収容室３５に流入して渦を巻きながら流れることで気泡が抜けた牛乳は、矢印Ｃに沿って第１流出口３２から流出し、第１配管１１を経由して第１開口４１からリザーブタンク４０に流入する。
【００３５】
また、このエアーセパレータ３０には、収容室３５の径が窄まった上部に、第２流出口３３が設けられている。この第２流出口３３は、第２配管１２により、リザーブタンク４０の上部に設けられている第２開口４２に連結されている。収容室３５に流入した牛乳から分離した空気は、矢印Ｄで示すように、第２流出口３３から流出し、第２配管１２を経由して第２開口４２からリザーブタンク４０内に流入する。リザーブタンク４０内の牛乳は、不図示の充填機に向けて第３開口４３から流れ出る。またリザーブタンク４０内に流入した空気は、フィルタや逆止弁等からなる息継ぎ口４４から外部に放出される。
【００３６】
また、第２配管１２内部の、エアーセパレータ３０の真上の部分には、センサ５０が備えられている。このセンサ５０は、このセンサ５０に液（牛乳）が触れたことを検出するセンサである。エアーセパレータ３０に気泡の混入の少ない牛乳が勢いよく流入すると、その牛乳から分離した空気ではなく、牛乳自体がエアーセパレータ３０内を上昇し第２配管１２内に流入してくるおそれがある。この第２配管１２内に上昇してきた牛乳が第２開口４２からリザーブタンク４０内に入り込むと、リザーブタンク４０内を牛乳が上から落下し、それに伴って空気を巻き込んで牛乳内に気泡を取り込むおそれがある。そこで、本実施形態では、センサ５０を備え、空気ではなく牛乳が上昇してきたときにそれを検出することにしている。このセンサ５０による検出結果は、ケーブル５１により、不図示のコントローラに伝えられる。
【００３７】
バルブ２１は、第２配管を開閉して第２配管からリザーブタンク４０への牛乳の流入を防ぐ役割を担っている。すなわち、本実施形態ではバルブ２１は、エアーセパレータ３０への牛乳の初期流入時には第２配管を解放しておき、センサ５０による牛乳の検出を受けて、第２配管の流路を閉鎖する。このバルブ２１は、本発明にいう第１バルブの一例に相当する。
【００３８】
また、第２配管１２は、エアーセパレータ３０の第２流出口３３に接続された第１取入口１２１と、液導管１０につながる横向きの第２取入口１２２とを有する。バルブ２２は、その第２取入口と配管１３とを切り替え、液導管１０から矢印Ａで示す向きに流れてきた、エアーセパレータ３０に流入する前の液の流路を、矢印Ｂで示す、配管１３を通ってエアセパレータ３０の流入口３１に向かう第１流路と、矢印Ｅで示す、エアセパレータ３０を経由させずに第２配管１２に流入させる第２流路とに切り替える役割を担っている。
【００３９】
不図示のサージタンクから牛乳をリザーブタンク４０に移す際は、バルブ２２による液の流路は、配管１３に流れる側の第１流路に切り替えられている。一日の稼働が終了し配管等の内部を水や洗浄液で洗浄するにあたり、水や洗浄液が全体に流れるように、バルブ２２によって配管１３側と第２取入口１２２側とに順次切り替えられる。このバルブ２２は、本発明にいう第２バルブの一例に相当する。
【００４０】
また、バルブ２３は、エアーセパレータ３０の収容室３５への流入口３１につながる液の流路である配管１４を開閉するバルブである。リザーブタンク４０内に牛乳が流入し過ぎないように、また、紙パック等への牛乳の充填に足りなくならないように、流入口３１を開閉する。このバルブ２３は、本発明にいう第３バルブの一例に相当する。
【００４１】
この第１実施形態のエアーセパレータ３０および気液分離装置１によれば、牛乳内の気泡を、簡易な構造で低コストに分離してリザーブタンク４０に送ることができる。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上述の第１実施形態は、本発明の原理説明用の実施形態であるが、以下に説明する第２実施形態は、上述の第１実施形態と比べ、各構成要素を具体的に示した実施形態である。この第２実施形態の説明にあたり、分かり易さのために、上述の第１実施形態の構成要素に対応する構成要素には、図１において付した符号と同一の符号を付して示し、相違点のみ説明する。
【００４３】
図２は、第２実施形態の気液分離装置を示す斜視図である。
【００４４】
また、図３〜図５は、図２に斜視図を示す気液分離装置の、それぞれ平面図、右側面図、および、正面図である。
【００４５】
さらに、図６、図７は、図５に示す、それぞれ矢印Ａ−Ａ、矢印Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【００４６】
さらに、図８は、図７に示す矢印Ｃ−Ｃに沿う断面図である。
【００４７】
図２〜図８には、不図示のサージタンクとを繋ぐ液導管１０の、この気液分離装置側の端部が図示されている。また、図７にはさらに、リザーブタンク４０も示されている。さらに、図７、図８には、エアーセパレータ３０の収容室３５を牛乳が流れる様子が模式的に示されている。
【００４８】
不図示のサージタンクから液導管１０内を通って矢印Ａの向きに流入してきた牛乳は、バルブ２２を経由し、配管１３を経由し、さらにバルブ２３および配管１４を経由してエアーセパレータ３０に流入する。
【００４９】
このエアーセパレータ３０の収容室３５の下部３５ａの横断面の中心部に上下に延びる柱状部３６（図７，図８参照）が形成されている。このため、この収容室３５の下部３５ａの横断面は、略円環形状となっている。これにより、エアーセパレータ３０の収容室３５内に流入した牛乳は、横断面が円形形状の場合と比べ、より円滑に渦を巻くように循環し、牛乳内の空気がより効率的に分離されることが期待される。また、バルブ２２には、ゼロネック（登録商標）のバルブが使用されていて、洗浄性や歩留りの向上が図られている。
【００５０】
その他の点は、図１に示す第１実施形態の場合と同一であり、重複説明は省略する。
【００５１】
以上の通り、第１、第２実施形態のエアーセパレータおよび気液分離装置によれば、簡易な構造で低コストに、牛乳の気泡を有効に取り除くことができる。
【００５２】
図９は、本発明の第３実施形態の気液分離装置の模式図である。
【００５３】
また、図１０は、図９にも示す本発明の第３実施形態の気液分離装置の斜視図である。
【００５４】
ここで、図９には、リザーブタンク４０が示されており、図１０では、リザーブタンク４０の図示は省略されている。
【００５５】
この第３実施形態の説明においても、分かり易さのために、上述の第１実施形態や第２実施形態における構成要素に対応する構成要素には、これまで説明してきた各図において付した符号と同一の符号を付して示し、相違点のみ説明する。
【００５６】
この第３実施形態を図１に示す第１実施形態と比較すると、この第３実施形態の場合、図１に示されているバルブ２１，２２が存在しない。またセンサ５０も存在せず、第２配管１２は、エアセパレータ３０の第２流出口３３からリザーブタンク４０の第２開口４２に延びている。そして、この第２配管１２のリザーブタンク４０側の端部は、タンク洗浄ノズルに４８に繋がっている。このタンク洗浄ノズル４８は、洗浄時に洗浄液をシャワーのように流し出してリザーブタンク４０内を洗浄するための設備である。
【００５７】
なお、上述の第１実施形態や第２実施形態におけるリザーブタンク４０にもタンク洗浄ノズルが設けられるが、第１実施形態や第２実施形態の場合は、タンク洗浄ノズルは、本発明の実施形態としては無関係な設備であるため、図示は省略されている。
【００５８】
また、この第３実施形態において、エアセパレータ３０の第１流出口３２と、リザーブタンク４０の第１開口４１に繋がる第１配管１１との間には、バルブ２４が備えられている。このバルブ２４は、牛乳をリザーブタンク４０に流入させるにあたっては、エアセパレータ３０とリザーブタンク４０との間を開放しておき、タンク洗浄ノズル４８に洗浄液を流すときは閉鎖するバルブである。
【００５９】
上述の通り、ここに示す第３実施形態の場合、センサ５０やバルブ２１は備えられていない。これは、タンク洗浄ノズル４８は、液の流れに対しかなり大きな抵抗となるため牛乳が第２配管１２に入り込んでリザーブタンク４０に流れ込む危険性はかなり低いこと、および、エアセパレータ３０に流入する牛乳の流量や流速を調整しておくことなどにより、牛乳が第２配管１２を経由してリザーブタンク４０に流れ込む危険性を実用上十分なレベルにまで低下させることが可能であることによる。
【００６０】
この第３実施形態の気液分離装置によれば、上述の第１実施形態や第２実施形態と比べさらに簡易な構造、さらに低コストに、牛乳の中の気泡を有効に分離することができる。
【００６１】
なお、ここでは、エアセパレータ３０の収容室３５は、その横断面が略円形あるいは略円環形状であると説明したが、略円形あるいは略円環形状は、牛乳が流入する部分のみであってもよく、必ずしも高さ方向の全域が略円形あるいは略円環形状である必要はない。また、ここでいう略円形あるいは略円環形状は厳密な意味での円形あるいは円環形状である必要はなく、例えば楕円形あるいは多角形など、流入した液（牛乳）を円滑に回転させるのに十分な形状であればよい。
【００６２】
また、ここでは牛乳内の気泡を取り除く場合を例に挙げて説明したが、本発明は、牛乳のみに適用されるものではなく、液状食品の気泡除去、あるいはさらに一般の液体の気泡除去に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１    気液分離装置
１０  液導管
１１  第１配管
１２  第２配管
１３，１４  配管
２１，２２，２３，２４  バルブ
３０  エアーセパレータ
３１  流入口
３２  第１流出口
３３  第２流出口
３５  収容室
３５ａ  下部
３５ｂ  上部
４０  リザーブタンク
４１  第１開口
４２  第２開口
４３  第３開口
４４  息継ぎ口
４８  タンク洗浄ノズル
１２１  第１取入口
１２２  第２取入口
【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９】
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【図１０】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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