(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられる第２密封環と、前記回転軸が挿入されるシールハウジングの通孔に設けた前記通孔より大径穴の段状取付面に取り付けられる第１密封環とにより高圧被密封流体をシールするメカニカルシール装置であって、
前記第１密封環は前記段状取付面側の端面に径方向を成す背面と、前記背面と反対側の端面に第１シール面と、前記背面と前記第１シール面との間の外周に外周面とを有し、
前記第１密封環の前記背面と前記外周面とに接合する内周密接面と、前記段状取付面に接合可能な外周密接面とを有するゴム状弾性材製のカップガスケットを有し、
前記カップガスケットには前記第１密封環の前記背面と前記段状取付面の径方向面との間に前記背面とほぼ平行な支持面を有するとともに前記第１密封環を支持可能な板厚で環状を成す支持板を有し、
且つ前記支持板は内径面の直径が前記通孔の直径より小径寸法に形成されているとともに外径面が前記第１密封環の軸心と平行な外周面の前記段状取付面の前記径方向面側の端と前記段状取付面の前記径方向面との間に配置されていることを特徴とするメカニカルシール装置。
【請求項２】
前記カップガスケットは前記支持板が径方向を成す円還状に形成されているとともに、前記支持板の外径方向の前記外周密接面の部分が前記段状取付面と非接触に形成され、
且つ前記カップガスケットの孔付き有底部の軸方向厚さの中央より前記段状取付面の前記径方向面に近接した位置に接合されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
【請求項３】
前記支持板は円還状の外周に前記第１密封環の前記外周面と前記段状取付面の軸方向面との中間側へ突出する前記筒部を有し、
前記第１密封環は前記外周面の前記段状取付面の前記径方向面側角部に面取を有し、
且つ前記筒部は軸方向の長さが前記第１密封環の前記面取と前記外周面との境堺までの範囲内に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ポンプなどに用いられるシール能力と耐久性を有するメカニカルシール装置に関する。更に詳しくは、高圧の被密封流体を確実にシールすると共に、耐久能力を有するメカニカルシール装置に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の関連技術として図６に示すメカニカルシール装置１００が存在する。図６は、ポンプに用いられているメカニカルシール装置１００の半断面図である。
図６に於いて、機内側Ｆは水等を処理する被密封流体領域である。また、反対の外部側Ｔは潤滑油又は大気領域である。
【０００３】
このメカニカルシール装置１００は、ハウジング１０２と回転軸１０３との間に装着される。回転軸１０３に連結された回転体１０４には段部１０４Ａが設けられている。この段部１０４Ａは、回転体１０４の内周面１０４Ｂ側の端部１０４Ｃに形成されている。この内周面１０４Ｂは大きくしなければならないので、段部１０４Ａの径方向面１０４Ｄを大きく形成することが困難である。この段部１０４Ａにカップガスケット１０５を介して回転密封環１０６が装着されている。カップガスケット１０５の内径面１０５Ａは、回転密封環１０６の大きさから、回転体１０４の内周面１０４Ｂより小径に形成されている。
【０００４】
回転密封環１０６と密接する固定密封環１０７は、図６に示すように、ケース１０８に移動自在に嵌合してる。又、このケース１０８はハウジング１０２に嵌着している。そして、回転密封環１０６は、スプリング１１１により回転密封環１０６へ押圧されている。このスプリング１１１は、断面がＵ形状の底部に更にＵ形状に折曲げた形状で全体が円筒状のダイヤフラム１０９と、断面がＬ形状で全体が環状のばね座１１０、１１０をダイヤフラム１０９の両端に設た間に両端のばね座１１０、１１０に支持された状態で配置されている。
【０００５】
このように構成されたメカニカルシール装置１００は、機内側Ｆから被密封流体の圧力を受けると、カップガスケット１０５はシール能力が発揮される。更に、カップガスケット１０５により弾性的に回転密封環１０６を支持するのでシール面１０６Ａの密接が優れることになる。
しかし、被密封流体の圧力によりカップガスケット１０５は、硬質の回転密封環１０６と回転体１０４とにより圧着されるので、図７の破断面１０５Ｘに示すように損傷することになる。このようにカップガスケット１０５が損傷すると回転密封環１０６は支持面が不安定になるから、シール面１０６Ａは密接できなくなり、被密封流体が漏洩することになる。
【０００６】
このカップガスケット１０５は強度を有するゴム材質に構成しても、常に高圧力を回転密封環１０６に受けると耐久性を失い破損することになる。
このカップガスケット１０５をＯリングに変更した従来技術も存在するが、回転密封環１０６と回転体１０４との取付面間のシール能力に問題が存する。更に、回転密封環１０６が弾性的に支持されないから、シール面１０６Ａのシール能力が低下する。更に、弾性的に支持されない回転密封環１０６の取付精度によっては、シール面１０６Ａが偏芯して偏摩耗を惹起し、シール能力が低下する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする技術的課題は、密封環を支持するカップガスケットの耐久性を向上させることにある。
又、密封環のシール面の密封能力をカップガスケットの支持により発揮させることにある。更に、カップガスケット及び密封環の装着を容易にすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。
【０００９】
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置は、回転軸に取り付けられる第２密封環と、シールハウジングの前記回転軸が挿入される通孔に設けた前記通孔より大径穴の段状取付面に取り付けられる第１密封環とにより高圧被密封流体をシールするメカニカルシール装置であって、
前記第１密封環は前記段状取付面側の端面に径方向を成す背面と、前記背面と反対側の端面に第１シール面と、前記背面と前記第１シール面との間の外周に外周面とを有し、
前記第１密封環の前記背面と前記外周面とに接合する内周密接面と、前記段状取付面に接合可能な外周密接面とを有するゴム状弾性材製のカップガスケットを有し、
前記カップガスケットには前記第１密封環の前記背面と前記段状取付面の径方向面との間に前記背面とほぼ平行な支持面を有するとともに前記第１密封環を支持可能な板厚で環状を成す支持板を有し、
且つ前記支持板は内径面の直径が前記通孔の直径より小径寸法に形成されているとともに外径面が前記第１密封環の軸心と平行な外周面の前記段状取付面の前記径方向面側の端と前記段状取付面の前記径方向面との間に配置されているものである。
【００１０】
この請求項１に係わる本発明のシール装置では、ゴム状弾性材製のカップガスケットは弾力性があるために、カップガスケット単体では段状取付面に嵌着することが困難であるが、カップガスケットに支持板が１体に形成されているから、段状取付面に接合面を嵌着することが容易になる。
そして、カップガスケットに設けられた支持板により密封環が被密封流体の圧力を受けても被密封流体の圧力に対抗して密封環を支持するから、カップガスケットのゴム材質に損傷が発生するのを効果的に防止する。
しかも、カップガスケットの外周部には支持板が介在していないから、弾力性を有して段状取付面の外周面と密接してシール能力を発揮する。
【００１１】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記カップガスケットは前記支持板が径方向を成す円還状に形成されているとともに、前記支持板の外径方向の前記外周密接面の部分が前記段状取付面と非接触に形成され、且つ前記カップガスケットの孔付き有底部の軸方向厚さの中央より前記段状取付面の前記径方向面に近接した位置に接合されているものである。
【００１２】
この請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置では、図１から図５に示すように、カップガスケットに一体化された支持板は、孔付き有底部の段状取付面側に近接して配置されているとともに、支持板の外径方向の外周密接面が段状取付面と非接触に嵌合しているから、支持板に邪魔されることなく、カップガスケットと第１密封環を正確に嵌着できるとともに、段状取付面とカップガスケットとを正確に嵌着できる効果がある。その結果、第１密封環の第１シール面を対向する第２シール面と密接可能にして密封能力を向上させる効果がある。
また、円環状にされた支持環は、孔付き有底部における第１密封環よりも段状取付面側に近づけた状態に配置されているとともに、外周側が段状取付面と非接触に嵌合しているから、第１密封環を弾性的に支持し、且つ、対向する第２シール面と応動して密接ことを可能にする。更に、段状取付面の内周面にかけて亀裂が発生するのを効果的に防止できる。
【００１３】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記支持板は円還状の外周に前記第１密封環の前記外周面と前記段状取付面の軸方向面との中間側へ突出する前記筒部を有し、前記第１密封環は前記外周面の前記段状取付面の前記径方向面側角部に面取を有し、且つ前記筒部の軸方向の長さが前記第１密封環の前記面取と前記外周面との境堺までの範囲内に形成されているものである。
【００１４】
この請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置では、支持板に筒状部が設けられているから、カップガスケットを段状取付面に挿入するのが容易になる。このために、段状取付面と密接するカップガスケットの外周面が正常に密接した状態になるので、カップガスケットの密封能力を向上できる効果がある。更に、被密封流体の圧力がカップガスケットの外周面に作用しても外周部が筒状部により支持されるから、外周面の密封能力が向上する。更には、筒状部によりカップガスケット全体を支持するから、耐圧性を発揮すると共に、密封環のシール面を対向シール面に対応させることが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる好ましい実施の形態のメカニカルシール装置を、その図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、特許用の概念図ではなく、実施した正確な設計図である。
図１は、本発明に係わる第１実施の形態のメカニカルシール装置の断面図である。
図２は、本発明に係わる第２実施の形態のメカニカルシール装置の１部を示す半断面図である。
又、図３は、図２のカップガスケットと密封環との組み合わせの半断面図である。
図４は、本発明に係わる第３実施の形態のカップガスケットと密封環との組み合わせの半断面図である。
図５は、本発明に係わる第４実施の形態のカップガスケットと密封環との組み合わせの半断面図である。
【００１６】
図１に於いて、メカニカルシール装置１は、第１密封環２に取り付けたカップガスケット１０を中心にして第１密封環２と、第２密封環３と、ベローズ４とばね７を組み合わせた弾発手段９と、第２密封環３とベローズ４とを結合する連結環５とが設けられている。
【００１７】
第１密封環２は、断面が方形状で環状体を成している。この環状体の先端面には第１シール面２Ａが形成されている。又、第１密封環２に於ける第１シール面２Ａと反対の背面２Ｂ１と外周面２Ｂ２とは、断面がＬ形の接合面２Ｂに形成されている。更に、第１密封環２の内周面２Ｃは、回転軸６０の外径よりも大径に形成されており、回転軸６０との間に間隙が形成されている。この第１密封環２は、硬質材で構成されている。例えば、炭化珪素、セラミック、超硬合金、カーボン材等で形成されている。
【００１８】
ハウジング５０には、第１密封環２を取り付ける段状取付面５０Ａが形成されている。この段状取付面５０Ａは、径方向面と軸方向面を成す段面で環状に形成されている。この段状取付面５０Ａの径方向面には、段状取付面５０Ａの軸心を中心にして軸方向に貫通又は凹部状の通孔５１が形成されている。
【００１９】
この段状取付面５０Ａと第１密封環２との間にはカップガスケット１０が設けられている。このカップガスケット１０はゴム状弾性体の本体１１と、硬質板の支持板１３とから構成されている。この本体１１は断面Ｌ形で孔付き有底部１１Ａと筒部１１Ｂとから成る孔付有底筒体に形成されている。この本体１１の断面がＬ形内外周面は対向する段状取付面５０Ａと密接する外周密接面１１Ｃと、第１密封環２の接合面２Ｂと密接する内周密接面１１Ｄに形成されている。そして、本体１１の外周密接面１１Ｃの軸方向面には環状に突起した複数のシール部１２、１２、１２が形成されており、このシール部１２、１２、１２は段状取付面５０Ａと密接してシールするようになされている。図２から図５も参照する。本体１１の孔付き有底部１１Ａの内周面１１Ａ１の直径Ｘ１は、通孔５１の直径Ｄ３より小径に成る寸法に形成されている。又、筒部１１Ｂの外直径Ｘ２は、シール部１２が段状取付面５０Ａに弾性変形して密接する寸法に形成されている。つまり、筒部１１Ｂの外直径Ｘ２は、段状取付面５０Ａの内径Ｘ２と同一である。この本体１１の材質は、ＦＫＭ、ＮＢＲ、ＩＩＲ、Ｕ、Ｑ、ＣＲ等が好んで用いられる。
【００２０】
この本体１１の孔付き有底部１１Ａには、支持板１３が内部に埋設されている。この支持板１３は円環状を成しており、この内外周は内径面１３Ｂと外径面１３Ｃとに形成されている。この支持板１３の平面形状は、外形が六角形、楕円形、又はリングの内周部又は外周部にスリットを入れたもの等種々のものが存する。そして、図２に示すように、この内径面１３Ｂの直径はＤ１であり、外径面１３Ｃの直径はＤ２である。又、支持板１３の側面は、被密封流体等の圧力を受けたときに第１密封環２と平行度を有して支持できるような支持面１３Ａに形成されている。更に、支持板１３には図示省略の複数の貫通孔を設けて孔付き有底部１１Ａを成形するときに貫通孔を介して支持板１３の両面の孔付き有底部１１Ａが連結して強力に１体化できるように構成されている。尚、この本体１１の内周面１１Ａ１の直径Ｘ１と支持板１３の内径面１３Ｂの直径Ｄ１とはほぼ同一径に形成されている。しかし、この両部品の寸法関係では、支持板１３の内径面１３Ｂの直径Ｄ１は、通孔５１の直径Ｄ３以下であり第１密封環２の内周面２Ｃの直径以上の寸法範囲に形成される。この支持板１３の材質は、鉄、鋼、ステンレス鋼、アルミニュウム、樹脂等から形成される。
【００２１】
第２密封環３は、断面軸方向へ凸状に形成されており、この凸部に第１密封環２の第１シール面２Ａと密接する第２シール面３Ａが形成されている。又、第２密封環３は、内周面が回転軸６０と摺動自在に嵌合すると共に、外周面には係止用溝３Ｂが複数設けられている。又、第２密封環３の第２シール面３Ａに対する背面は、接触面３Ｃに形成されており、この接触面３Ｃにベローズ４の一端が圧接するように構成されている。
【００２２】
更に、ベローズ４は、断面が図に示すようにＺ形に折曲げられて先端部が第２密封環３の接触面３Ｃに圧接している。また、ベローズ４の内周側の円筒部４Ａが回転軸６０に嵌合している。この円筒部４Ａの外周には保持環６が１体化しており、この保持環６には軸方向を成す係止凹部６Ａが形成されている。
【００２３】
第２密封環３の接触面３Ｃにベローズ４の先端部を接触させると共に、第２密封環３とベローズ４とを１体回動するように連結する連結環５が第２密封環３とベローズ４の外周面に嵌着している。
この連結環５は、第２密封環３の接触面３Ｃにベローズ４の先端部を密接状態に保持するように両端がカシメられていると共に、第２密封環３の外周側の連結環５の１部に形成した凸部５Ａを係止用溝３Ｂに係止させている。又、連結環５の後端部には周方向に等配に複数形成された突出板５Ｂが保持環６の係止凹部６Ａに係止している。
【００２４】
又、回転軸６０に嵌着した回転体６０Ａの段部には、断面Ｌ形のばね支持環８が嵌着されており、このばね支持環８に支持されたばね７が連結環５のカシメ部のばね受け面を弾発に押圧する状態に配置されている。
【００２５】
このように構成されたメカニカルシール装置１は、弾発手段９により弾発して押圧された第２密封環３の第２シール面３Ａがカップガスケット１０の支持板１３に支持された孔付き有底部１１Ａを介して第１密封環２の第１シール面２Ａと対向して密接し、この各シール面２Ａ、３Ａにより被密封流体をシールする。更に、第１密封環２は、機内被密封流体側Ａの被密封流体の圧力Ｆを受けてカップガスケット１０を押圧する。このとき、カップガスケット１０の本体１１はゴム状弾性材であるために第１密封環２の圧力を受けるとその圧力に対応して接合面２Ｂに密接し、被密封流体をシールする。同時に、カップガスケット１０には支持板１３が設けられているから、第１密封環２からの圧力を受けてもカップガスケット１０の本体１１は、支持板１３により剪断応力を分散させて損傷するのが防止される。
【００２６】
そして、カップガスケット１０に設けられた支持板１３は、被密封流体の圧力が筒部１１Ｂに作用したときには、筒部１１Ｂの弾性変形を支持して筒部１１Ｂのシール能力を発揮させる。特に、筒部１１Ｂにシール部１２が設けられているときには、支持板１３がシール部１２の変形を防止してシール部１２のシール効果を発揮させる。
更に、カップガスケット１０に設けられた支持板１３により孔付き有底部１１Ａのゴム状弾性材を介して第１密封環２の第１シール面２Ａを第２シール面３Ａに平行に密接させることが可能になる。このために、第１シール面２Ａの偏摩耗等が防止できる。
【００２７】
次に、図２と図３に示す第２実施の形態のメカニカルシール装置１について詳述する。メカニカルシール装置１の全体の構成は、図１のメカニカルシール装置１とほぼ同様である。図１のメカニカルシール装置１と図２のメカニカルシール装置１の相違する点は、カップガスケット１０の構成である。図２に於いて、支持板１３の内径面１３Ｂの直径Ｄ１が本体１１の内周面１１Ａ１の直径Ｘ１より小径に形成されている。又、支持板１３の側面は、本体１１の孔付き有底部１１Ａの低圧側Ｂの径方向面とほぼ同一面に成るように露出している。更に、通孔５１の直径Ｄ３に対して支持板３の内径面１３Ｂの直径Ｄ１を第１密封環２の内周面２Ｃの直径に近い小径に形成したものである。そして、支持板１３により孔付き有底部１１Ａが支持されて段状取付面５０Ａにより直接に孔付き有底部１１Ａが支持されないように構成されている。このようにすることにより、ハウジング５０の通孔５１の直径Ｄ３を大径にすることが可能になるので、処理機械の構造を機能的に設計することができることになる。又、シール部１２は筒部１１Ｂに２個形成されている。そして、段状取付面５０Ａに取り付けられたシール部１２は図２に示すようにほぼ１／３位圧縮される。更に、支持板１３の内径面１３Ｂの直径Ｄ１は、通孔５１の直径以下で第１密封環２の内周面２Ｃの直径以上の寸法範囲にすることが好ましい。
【００２８】
このカップガスケット１０のように構成することにより、孔付き有底部１１Ａを確実に支持してカップガスケット１０の耐久能力を向上させることが可能になる。更に、孔付き有底部１１Ａの内周面の直径Ｘ２−通孔５１の直径Ｄ３との寸法差が小さくともメカニカルシール装置１を取り付けることが可能になり、結果的にメカニカルシール装置１の小型化が可能になる。
【００２９】
図４は、本発明に係わる第３実施の形態のカップガスケット１０である。このカップガスケット１０は、図３とほぼ同様な構成であるが、支持板１３が孔付き有底部１１Ａの内部で低圧側Ｂに近接して埋設されている。
このようにすると、支持板１３を成型時に孔付き有底部１１Ａに１体化が可能になる。又、支持板１３をアルミニュウム、合成樹脂材にすることも可能である。このカップガスケット１０に於ける支持板１３の内径面１３Ｂの寸法は、通孔５１の直径Ｄ３以下で第１密封環２の内周面２Ｃの直径以上にした寸法範囲にすることが好ましい。
【００３０】
図５は、本発明に係わる第４実施の形態のカップガスケット１０である。
図５に於いて、図３と相違する点は、支持板１３の外周部が円筒部１３Ｄに形成されているものである。この円筒部１３Ｄの端面Ｌａまでの長さＬは第１密封環２の外周面の角を面取２Ｄした軸方向の長さ寸法以下にすると良い。この円筒部１３Ｄの形成はカップガスケット１０の挿入を容易にする。又、支持板１３は筒部１１Ｂを支持して筒部１１Ｂの段状取付面５０Ａに対するシール能力を向上させるものである。更に、カップガスケット１０により第１密封環２を保持する能力が向上する。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係わるメカニカルシール装置によれば、以下のような効果を奏する。すなわち、
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、ゴム状弾性材製のカップガスケットに支持板が１体に接着されているから、段状取付面に密封環の接合面が密封能力と弾性力を有する状態に支持されると共に、密封環のシール面を対向するシール面とが密接できて偏摩耗を防止できる効果を奏する。
そして、カップガスケットに設けられた支持板により密封環が被密封流体の圧力を受けても被密封流体の圧力に対抗して密封環を支持するから、カップガスケットの本体に損傷が発生するのを効果的に防止できる。
しかも、カップガスケットの外周部には支持板が介在していないから、弾力性を有して段状取付面の外周面と密接し、シール能力を発揮する効果を奏する。
【００３２】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、カップガスケットに一体化された支持板は、カップガスケットの本体を補強して密封環の外周面から段状取付面内の通孔にかけて損傷や亀裂が発生するのを効果的に防止する。
【００３３】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、支持板に円筒部が設けられているから、密封環をカップガスケットに嵌着すること及びこのカップガスケットを損傷させることなく段状取付面に挿入すること等が極めて容易になる。このために、段状取付面と密接するカップガスケットの外周面が正常に密接した状態になるので、カップガスケットの密封能力が向上できる効奏を奏する。更に、被密封流体の圧力がカップガスケットの筒部に作用しても筒部が円筒部により支持されるから、筒部の密封能力が向上する。更には、円筒部と支持面によりカップガスケット全体を支持するから、カップガスケットの耐圧性を発揮させると共に密封環のシール面を対向シール面に平行に対応させて密封し、シール面の偏摩耗が防止できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる第１実施の形態のメカニカルシール装置の断面図である。
【図２】本発明に係わる第２実施の形態のメカニカルシール装置の１部断面図である。
【図３】図２に示すメカニカルシール装置１に於ける第１密封環２とカップガスケット１０とを組み合わせた取付前の半断面図である。
【図４】本発明に係わる第３実施の形態の第１密封環２とカップガスケット１０とを組み合わせた取付前の半断面図である。
【図５】本発明に係わる第３実施の形態の第１密封環２とカップガスケット１０とを組み合わせた取付前の半断面図である。
【図６】従来のメカニカルシール装置の半断面図である。
【図７】従来の第１密封環２とカップガスケット１０との組み合わせの半断面図である。
【符号の説明】
１  メカニカルシール装置
２  第１密封環
２Ａ  第１シール面
２Ｂ  接合面
２Ｂ１  背面
２Ｂ２  外周面
２Ｃ  内周面
２Ｄ  面取
３  第２密封環
３Ａ  第２シール面
３Ｂ  係止用溝
３Ｃ  接触面
４  ベローズ
４Ａ  円筒部
５  連結環
５Ａ  凸部
５Ｂ  突出板
６  保持環
６Ａ  係止凹部
７  ばね
８  ばね支持環
９  弾発手段
１０  カップガスケット
１１  本体
１１Ａ  孔付き有底部
１１Ａ１  内周面
１１Ｂ  筒部
１１Ｃ  外周密接面
１１Ｄ  内周密接面
１２  シール部
１３  支持板
１３Ａ  支持面
１３Ｂ  内径面
１３Ｃ  外径面
１３Ｄ  円筒部
５０  ハウジング
５０Ａ  段状取付面
５１  通孔
６０  回転軸
Ａ  機内被密封流体側
Ｂ  低圧側
Ｆ  被密封流体の圧力
【図１】
0004180832.tif 000002
【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】
0004180832.tif 000008