(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動動作により弁体を作動する弁棒を、流体圧に応じてその回動をロックまたはロック解除可能とすると共に、ロックが解除された弁棒を、一端がピストンに連結されたクランクを介し、上記ピストンに作用する付勢力を動力として正逆に所定角度、回動可能とすると共に、前記弁棒にこれと一体的に回動する切換ロータを設ける一方、一端をピストンに連結したロッドと、上記弁棒を回転軸として正逆に回転可能なシャフトの少なくとも二部材を連結して前記クランクを構成し、前記シャフトは、前記ロッドの一端を一対の挟持部間に接続するのに対して、前記切換ロータは、弁体が作動する所定角度の範囲でのみクランクの上記シャフトと連動して回動可能に前記シャフトの一方の挟持部が当接する切換突片を設けてなり、さらに、前記弁棒にこれを回転軸とするリセットロータを設け、このリセットロータは、前記シャフトの他方の挟持部と当接して、逐次、前記切換ロータの回動とは逆方向に回転させることにより、クランクのシャフトを介して、ピストンを付勢力に抗して押し下げ可能なリセット突片を設けてなることを特徴とする弁装置。
【請求項２】
切換ロータの二カ所に内部から弾性的に突出可能なプランジャを設けてロック機構とする一方、流体圧により作動し、その作動面に直線運動するステムを備えてなるダイヤフラム機構を設け、流体圧が所定以下となったとき上記ステムにより上記プランジャを切換ロータ内部に押圧してロックを解除可能とした請求項１記載の弁装置。
【請求項３】
リセットロータをハンドルにより、手動回転可能とした請求項１または２記載の弁装置。
【請求項４】
ピストンにマグネットを取り付けると共に、当該マグネットにより作動するスイッチを設けた請求項１、２または３記載の弁装置。
【請求項５】
ピストンの少なくとも一箇所に目印を設けると共に、上記ピストンのシリンダに上記目印を視認可能な窓を設けた請求項１〜４のうち何れか一項記載の弁装置。
【請求項６】
弁体は、二系統の供給ラインの交点に設けられた切換弁である請求項１〜５のうち何れか一項記載の弁装置。
【請求項７】
弁棒の弁体接続側とは反対側に、供給ラインの接続状態を示すインジケータを視認可能に設けた請求項６記載の弁装置。
【請求項８】
弁体は、遮断弁である請求項１〜５のうち何れか一項記載の弁装置。
【請求項９】
ピストンの付勢手段として、シリンダ内にスプリングを収容した請求項１〜８のうち何れか一項記載の弁装置。
【請求項１０】
ピストンの付勢手段として、ピストン下部とシリンダとで形成される空間に圧縮エアを封入した請求項１〜８のうち何れか一項記載の弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弁棒を回動させることにより弁操作を行う弁装置に係り、例えば、二系統の流体供給ラインのうち一方の流体残量が所定以下となれば自動的に他方のラインに接続を切り換え、消費側に対して継続的に流体を供給し得るようにした自動切換弁装置に適用するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばベーパライザーにＬＰＧを継続的に供給するために、ＬＰＧボンベを予備待機用を含めた二系統に配列し、接続されているＬＰＧボンベの残量が所定以下となればその流体圧の低下を受けて、接続を自動的に予備待機用のボンベに切り換えるようにした自動切換弁装置は、種々の構造のものが提供されている。
【０００３】
このうち、本出願人による特許第１１３６４６４号に係る特許発明や特開平９−６８２８８号公報に開示された発明は、ラインの流体圧が所定以下となったときにカウンターウエイトを自重で回転させ、その回転力を利用して弁棒を操作するように構成したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＬＰＧ用の自動切換弁装置はボンベと共に屋外に設置されることが多く、この種装置において雨水対策は必須の要件である。また、装置を冬期あるいは寒冷地で用いる場合には、凍結を防止する必要もある。
【０００５】
これに対し、上述した発明に係る自動切換弁装置は、カウンターウエイトのアウターリングが外気に曝された構造であるため、この部分を保護するためには、結果として装置全体をハウジングに収容する必要があった。
【０００６】
しかし、上記自動切換弁装置におけるカウンターウエイトは、弁棒の操作に必要な回転力を得るために、先端の重錘部分を所定長さのアームを介してアウターリングに連結した構造であるため、アームの長さ分だけ自ずと装置が大きくなり、これに伴いハウジングも大きくせざるを得ないという課題がある。言い換えれば、装置の小型化が困難であった。
【０００７】
本発明は上述した課題に基づきなされたもので、その目的は、作動部の全てを密閉可能な構造とすることにより、装置の小型化を図りつつ、しかも別途ハウジング等に収容する必要がない全天候型の弁装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、先ず、回動動作により弁体を作動する弁棒を、流体圧に応じてその回動をロックまたはロック解除可能とすると共に、さらにロックが解除された弁棒を、一端がピストンに連結されたクランクを介し、上記ピストンに作用する付勢力を動力として正逆に所定角度、回動可能とするという手段を用いた。
【０００９】
当該手段によれば、弁棒は常態、即ち流体圧が所定以上である通常運転時において弁開の状態でロックされている。クランクはスプリング、圧縮ガス、ゴム等の弾性体により付勢されたピストンの直線運動を、弁棒の回動運動に変換する作用を行い、さらに当該クランクは相互運動、即ち当該クランクの上死点まで弁棒を正逆に所定角度、回動する。また、ピストンに作用する付勢力は、弁棒がロックされている間は蓄積状態にあり、ロックの解除と同時にピストンを上昇させ、クランクを介して弁棒を回動させる。そして、これらの機構は全て一のケーシングに密閉的に収容可能である。
【００１０】
ここで、弁棒が「正逆に所定角度、回動」するとは、弁棒がある点を基準として、弁体を作動させるのに必要な角度だけ正逆に回動すること意味し、弁体がボール型三方弁等に代表される切換弁であれば上記基準点を境に弁が切換わるのに見合った角度、回動することを要件とし、弁体が遮断弁であれば弁を開閉するのに見合った角度、回動することを要件とする。
【００１１】
次に、弁棒にこれと一体的に回動する切換ロータを軸止する。これにより切換ロータを回動させることで弁棒を一体的に回動させることができる。一方、クランクを、一端をピストンに連結したロッドと、上記弁棒を回転軸として正逆に回転可能なシャフトとを連結して構成する。ここで、クランクは少なくともピストン側の上記ロッドと弁棒側の上記シャフトの二部品の節を回転可能に連結することで構成できるが、別のロッドを介して上記ロッドと上記シャフトを連結した三部品以上で構成することも可能である。そして、上記切換ロータを弁体が作動する所定角度の範囲でのみ、クランクの上記シャフトと連動して回動可能とすることで、クランクの相互運動により、上記シャフト、切換ロータを介し弁棒を正逆に所定角度、回動させることができる。
【００１２】
さらに、本発明では、切換ロータを、逆向きに、再度、回動可能、即ち弁をリセットする手段を採用する。即ち、弁棒にはこれを回転軸とするリセットロータを設け、当該リセットロータを切換ロータの回動とは、逐次、逆方向に回転させることにより、クランクを介し、ピストンを付勢力に抗して押し下げ可能とするという手段を採用した。従って、リセットロータを回転した場合には、これと連動してクランクのシャフトが直前の回転方向とは逆の方向に回り、シャフトの当該逆回転により、ピストンに再度、付勢力を作用させることができる。そして、クランクのシャフトは直前の状態とは対称となるため、次回、切換ロータのロックが解除された場合には、当該切換ロータを直前とは逆向きに回動させることができる。換言すれば、切換ロータもクランクと同様に相互運動を行うのである。
【００１３】
請求項２は、上記手段において弁棒のロックおよび当該ロックを解除する手段を具体化したものである。即ち、切換ロータに、スプリング等により付勢され、内部から弾性的に突出可能なプランジャを設けることにより、切換ロータのロック機構を構成する。当該ロック機構は、言い換えれば弁棒のロック機構ということができる。一方、当該ロック機構に対して、流体圧により作動し、その作動面に直線運動するステムを備えてなるダイヤフラム機構を設け、流体圧が所定以下となったとき上記ステムにより上記プランジャを切換ロータ内部に押圧可能とすることによって、切換ロータのロックを解除する構成を採用する。そして、これら構成により、ロック解除後に、切換ロータが所定角度回動し、流体圧が所定以上となったときは、上記ステムはプランジャの押圧方向とは逆向きに後退するため、もう一方のプランジャが突出し、再度、切換ロータをロックすることができる。
【００１４】
請求項３ではリセットロータにハンドルを設け、リセットロータを上記ハンドルにより手動回転可能とした。従って、弁のリセットを手動で行うことができる。
【００１５】
請求項４および５は、切換ロータのロックが解除され、弁が遮断若しくは切換わったことを知らせる手段に関するものである。即ち、請求項４では、ピストンにマグネットを取り付けると共に、当該マグネットにより作動するスイッチを設けることによって、スイッチから発生される信号を用いて、弁が切換わったこと等を遠隔に報知することができる。また、請求項５では、ピストンの少なくとも一箇所に目印を設けると共に、上記ピストンのシリンダに上記目印を視認可能な窓を設けることにより、窓から上記目印の有無を確認することにより装置が作動したことを認識できるようにした。ここで、目印はピストンの少なくとも一箇所にあればよいが、ピストンの二カ所に識別可能な目印を設けることであってよい。また、目印は色、図形等により形成することができる。
【００１６】
請求項６では、弁体として二系統の供給ラインの交点に設けた切換弁を採用した。従って、例えば、ＬＰＧボンベを並列に配置し、適宜ボンベを切り換えることによってＬＰＧを継続的に供給できるものである。また、請求項７は、当該請求項６の手段において、弁棒の弁体接続側とは反対側に、供給ラインの接続状態を示すインジケータを視認可能に設けるという手段を選択的に採用した。当該インジケータは弁体と連動して回動するため、そのときの接続状態を的確に知ることができる。なお、請求項８は、弁体として遮断弁を採用したものである。
【００１７】
さらに、請求項９、１０はピストンの付勢手段を具体化したものである。即ち、請求項９ではシリンダ内にスプリングを収容し、当該スプリングのバネ力をピストン、ひいては弁棒回動のための動力源とした。請求項１０ではスプリングに代えて、ピストン下部とシリンダで形成される空間に圧縮エアを封入し、上記動力源としたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１は、本発明をＬＰＧの自動切換弁装置に適用した実施形態の全体正面図を示したものである。即ち、本実施形態の装置は、ＬＰＧの供給ラインとしてＡラインとＢラインの二系統を有し、Ｃラインを経由してベーパーライザー等にＬＰＧを送出するものである。図中、１０は切換部本体、２０は切換部本体１０の下部に固定されたクランク機構、３０は切換部本体１０の上部に固定されたダイヤフラム機構、４０は切換部本体１０の正面に固定されたリセット機構であり、各機構２０〜４０は六角ボルト５０…５０により切換部本体１０に固定されている。なお、液入口である上記Ａライン・Ｂラインは図２に示されるように、切換部本体１０の背面弁箱Ｘの側面に、また液出口である上記Ｃラインは図３に示されるように、上記背面弁箱Ｘの背面にそれぞれ固定されている。
【００１９】
次に、本装置の内部構造を説明すると、先ず切換部本体１０は図３に示したように、一端にＡライン・Ｂラインの切り換えが可能なボール型三方弁１１を連結した弁棒１２と、この弁棒１２と一体的に回転可能な切換ロータ１３とを備えている。即ち、切換ロータ１３を正逆に一定量（本実施形態では９０度）回転させることにより、弁棒１２を介して三方弁１１を切換操作するように構成している。ここで切換ロータ１３は、図４に示したように角部１３ａを備えた略扇状の外観を呈し、円弧部には切換突片１３ｂを軸方向に突設した形状としている。
【００２０】
さらに、上記弁棒１２には、図３および図４から明らかなように、Ｕ字状の切換シャフト１４を回転可能に挿通しており、また、当該切換シャフト１４の挟持部１４ａ・１４ｂの間には、クランク機構２０を構成するクランクロッド２１をクランクピン２２によって偏心的に接続している。
【００２１】
これに対して、クランク機構２０は、図３に示される通り、シリンダ２３に中空状のピストン２４と、当該中空部に内装され、上記ピストン２４を上方に付勢する畜力スプリング２５とを内蔵した構造であって、さらにピストン２４の上部に形成された円錐状凹部２４ａに上記クランクロッド２１のボール先端２１ａを嵌入することでクランクを構成している。即ち、当該クランクはスプリング２５を動力源としている。
【００２２】
当該クランク機構２０によれば、図５に示したように、スプリング２５によって付勢されるピストン２４の直線運動が、クランクロッド２１を介して、切換部本体１０における上記切換シャフト１４の回転運動に変換され、さらに切換シャフト１４の一方の挟持部１４ａは切換ロータ１３の切換突片１３ｂと当接する。そして、切換シャフト１４の上記回転運動は切換突片１３ｂを介して切換ロータ１３に伝達され、当該切換ロータ１３を正逆双方に一定量回転させ、弁棒１２を介して三方弁１１を操作するのである。
【００２３】
一方、ダイヤフラム機構３０は、図３に示すように、切換部本体１０の上部に形成された凹陥部を圧力室１５として作用するダイヤフラム３１と、当該ダイヤフラム３１を介して圧力室１５にかかる内圧と常態で均衡するスプリング３２と、当該スプリング３２により下方に付勢されたステム３３とからなり、上記圧力室１５の内圧が低下したときには、スプリング３２の付勢力により上記ステム３３を下方に押し下げるように構成したものである。
【００２４】
そして、当該構成によりダイヤフラム機構３０は、切換部本体１０における切換ロータ１３のロックを解除するために機能する。即ち、本実施形態では、切換ロータ１３の周面に、図６に示すように、三方弁１１を切り換えるのに必要な回転角度に対応して、常態では外部に突出する２つのプランジャ１３ｃ・１３ｄを９０度の関係で設けてロック機構とし、これに対して、上記ダイヤフラム機構３０のステム３３より、上記プランジャ１３ｃ・１３ｄを切換ロータ１３の内部に押し込み可能としている。
【００２５】
従って、供給ラインのＬＰＧ残量が十分であれば、圧力室１５の内圧とスプリング３２とは均衡を保ち、ステム３３が上方に位置することで、プランジャ１３ｃが切換ロータ１３の外部に突出し、切換ロータ１３は回動をロックされた状態に維持される。反対に、ＬＰＧ残量の減少に伴って圧力室１５の内圧が所定以下となれば、スプリング３２の付勢力によりステム３３を押し下げ、その押下力でプランジャ１３ｃを切換ロータ１３の内部に埋没させることで、切換ロータ１３のロックを解除することができるのである。ロックが解除された切換ロータ１３は、上述したクランク機構２０および切換シャフト１４の作用により回転し、これにより弁棒１２を介して三方弁１１を自動的に他方の供給ラインに切り換えることができる。
【００２６】
ここで、ラインが切り換わった直後は、圧力室１５の内圧は即座には復帰せず、ステム３３はスプリング３２により押し下げられたままとなる。このため、他方のプランジャ１３ｄがステム３３と突き当たる位置まで切換ロータ１３が回転しても、当該他方のプランジャ１３ｄは外部に突出せず、切換ロータ１３をロックできない。即ち、切換動作中に切換ロータ１３が必要以上に回転してしまうという不都合が生じる。そこで、本実施形態では、このような不都合を回避するため、切換部本体１０に切換ロータ１３の角部１３ａと当接可能なストッパ１６・１６を設け、切り換え直後に切換ロータ１３を９０度回転した位置で止まるように構成している（図６参照）。そして、本実施形態では、当該ストッパ１６・１６による切換ロータ１３の停止位置がクランクの上死点と対応しており、プランジャ１３ｃ・１３ｄによる切換ロータ１３のロック位置とも実質的に一致している。
【００２７】
続いて、リセット機構４０について説明する。上記要領でラインが切り換わった後は、元のラインに接続されたボンベを新しいものと交換した上で、次回に再び三方弁１１を切り換えるために、切換ロータ１３を逆回転し得るように切換シャフト１４およびクランク機構２０をリセットしなければならない。そこで、本実施形態では、図３に示されるように、切換シャフト１４を間として、切換ロータ１３とは反対側（図１における正面側）に、リセット機構４０を設けた。
【００２８】
リセット機構４０は、図７に示したように、弁棒１２を軸として回転可能なリセットロータ４１の一端に、当該リセットロータ４１を手動で回転させるためのハンドル４２をリセットロータ４１の半径方向に設け、さらに他端には切換シャフト１４のうち、一方の挟持部１４ｂ（切換ロータ１３の切換突片１３ｂと当接する挟持部１４ａとは別の挟持部）と当接可能な一対のリセット突片４３・４４を、それぞれがハンドル４２と９０度ずれた関係でリセットロータ４１の軸方向に突設した構造である。ここでリセット突片４３・４４は、切換シャフト１４が切換ロータ１３の切換突片１３ｂと当接しない範囲で設けて、リセットロータ４１と切換ロータ１３との縁を切っている（図３参照）。即ち、リセットロータ４１、切換ロータ１３とも切換シャフト１４とは連動する構成であるが、両者４１・１３は連動しない構成としている。
【００２９】
当該リセット機構４０による本装置のリセット動作を図８に従って説明すると、先ず、切換前の通常運転（同図（Ａ）参照）から切換動作（同図（Ｂ）参照）に移る過程において、切換シャフト１４はその一端が一方のリセット突片４３と当接する位置まで回転して止まる。この状態からハンドル４２を矢印の方向に回すことによって、上記一方のリセット突片４３を介して切換シャフト１４を切換動作時とは逆の方向に回転させ（同図（Ｃ）参照）、最終的にはハンドル４２を１８０度回した時点で、リセットが完了する（同図（Ｄ）参照）。このように、リセット機構４０により切換ロータ１３の切換突片１３ｂに対する切換シャフト１４の当接位置を、リセット前とは逆にすることで、次回の切換時には切換ロータ１３が前回とは逆の方向に回転するため（同図（Ｅ）参照）、三方弁１１の接続ラインを切り換えることができるのである。以降、上述した動作を繰り返し、切換動作およびリセット動作が行われる。
【００３０】
また、本実施形態では、供給ラインが切り換わったこと、即ち一方のボンベが空となり交換が必要になったことを報知する手段として、クランク機構２０におけるピストン２４の下端にマグネット２６を設けると共に、これに対応してシリンダ２３にリードスイッチ２７を設けている（図３参照）。当該構成により、切換動作時にはマグネット２６がピストン２４と共に上昇し、リードスイッチ２７がオンあるいはオフすることによって、集中管理室等にボンベ交換の必要性を遠隔報知することができる。なお、リードスイッチ２７に代え、ホール素子を採用しても同様の報知を行うことができる。
【００３１】
また、供給ラインが切り換わったことを視認する手段として、ピストン２４の上下に異なる色や図形等の目印２８ａ・２８ｂを付し、シリンダ２３には窓２９を設け（図１、３参照）、見える目印２８ａ・２８ｂの色や図形等から、切換動作やリセット動作が行われたことを確認できるようにした。ただし、目印はピストン２４の少なくとも一箇所に設けた場合であっても、窓２９から当該目印の有無を確認することで供給ラインが切り換わったことを確認することができる。
【００３２】
さらに、現在、何れの供給ラインが接続中であるかを確認する手段として、図１に示す直角矢印からなるインジケータ６０を、三方弁１１と連動して回転するように弁棒１２の他端に接続した（図１、３参照）。
【００３３】
なお、上記実施形態では、ピストン２４を付勢する手段として蓄力スプリング２５を採用したが、当該手段に代えて、ピストン下部とシリンダ２３とで形成される空間に空気や不活性ガスなどの圧縮エアを封入し、当該圧縮エアによりピストン２４を付勢することも可能である。また、シリンダ２３のみでは圧縮エアの封入空間が小さく、弁棒１２を回動するのに必要な圧力が得られない場合には、シリンダ２３に別のチャンバーを接続したり、圧縮エアを送り込む機構を設けたりすることもある。このように動力源として弁棒１２を回動させ得る力を発生するものであれば、ピストン２４に対する付勢力はスプリング、圧縮エアの他、ゴムであっても本発明に含まれることは勿論である。
【００３４】
また、上記実施形態では、クランク機構２０として、クランクロッド２１の先端にボール状先端２１ａを設け、さらにピストン２４には上記ボール状先端２１ａが嵌入可能な円錐状凹部２４ａを形成したが、例えば、図９に示すように、２つのクランクロッド２１・２１を連結した構成であってもよい。ここで必要なピストン２４の直線運動を切換シャフト１４の回転運動に変換できることである。ただし、本実施形態でクランク機構２０では、一のクランクロッド２１により当該変換が行われるので、他方のクランクロッドを省略できる分、装置の小型化が図られるという利点がある。
【００３５】
さらにまた、上述した実施形態では、切換ロータ１３に設けたプランジャと、ダイヤフラム機構３０とによって、切換ロータ１３をロックおよびロック解除することとしたが、当該ロック制御は必ずしもこれらに限定する必要はなく、供給ラインの流体圧と連動して切換ロータ１３をロック、ロック解除できるものであれば、他の構成を採用することも自由である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、弁の作動部およびその動力源を外気に露出させず、その全てを一のケーシングに収容できることから、全天候型の密閉弁装置を構成でき、装置内部に雨水が侵入したり、作動部が凍結することがない。また、弁の切り換えを所定長さのカウンターウエイトに代えて、スプリング等を動力とするクランク機構により行うようにしたため、装置の小型化も図ることができた。
【００３７】
また、切換ロータとは排他的にクランクを操作できるリセットロータを構成したので、当該リセット操作により本装置を自動切換弁装置として継続的な流体の供給が可能となった。又、リセットロータにハンドルを設けたものにあってはリセット操作を手動により容易に行うことができる。
【００３８】
さらに請求項６や請求項８に係る発明では、弁体を交換するだけで本装置を切換弁装置としたり遮断弁装置とすることができる上、請求項４、５に係る発明では、弁体が作動、即ち切換弁であればラインが切り換わったこと、遮断弁であればラインが遮断されたことを容易に確認でき、例えばＬＰＧボンベの交換の必要性を的確に知ることができる。さらに請求項７に係る発明では、切換弁装置において現在のライン接続状態を確認できるため、交換すべきボンベを誤認することがない。
【００３９】
さらにまた、請求項９のようにピストンの付勢手段としてスプリングを採用したものにあっては、当該付勢力は外気温の変化等に影響を受けにくいため、過酷な環境であっても安定した動作が得られる。また、請求項１０のようにピストンの付勢手段として圧縮エアを採用したものにあっては、例えばシリンダに密閉可能な開口を設けておき、当該封入口からエアを追加封入することにより、エアの圧縮率を容易に変更できるため、弁体等に応じてピストンに対する付勢力を調整（微調整）することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示した自動切換弁装置の正面図
【図２】  同、一部切欠背面図
【図３】  同、断面側面図
【図４】  切換ロータと切換シャフトの関係を示した分解斜視図
【図５】  切換ロータがロックされた状態（Ａ）から、ロックが解除され（Ｂ）、再度、ロックされるまで（Ｃ）を示した本装置の動作遷移図
【図６】  ダイヤフラム機構との関係を示した切換ロータの縦断面図
【図７】  リセットロータと切換シャフトの関係を示した分解斜視図
【図８】  本装置の切換動作とリセット動作との関係を示した動作遷移図
【図９】 クランクの別構成を示した断面側面図
【符号の説明】
１０    切換部本体
２０    クランク機構
３０    ダイヤフラム機構
４０    リセット機構
５０    六角ボルト
６０    インジケータ
Ｘ      背面弁箱
１１    ボール型三方弁
１２    弁棒
１３    切換ロータ
１３ｂ  切換突片
１３ｃ・１３ｄ    プランジャ
１４    切換シャフト
１５    圧力室
１６・１６    ストッパ
２１    クランクロッド
２２    クランクピン
２３    シリンダ
２４    ピストン
２５    畜力スプリング
３１    ダイヤフラム
３２    スプリング
３３    ステム
４１    リセットロータ
４２    ハンドル
４３・４４    リセット突片
【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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