(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリ遠心機（１００）内にサンプル容器（１５０）を保持することができ、前記サンプル容器を受け入れる容器（１６０）を含むバケット（１３０）であって、
前記容器は、開口と、端部と、前記開口から前記端部へサイズが減少する幅とを有する溝（２５０，２５５）を有する内面を備える開放端部（１６３）を含み、
キャップ（２３０）が前記容器の前記開放端部を閉じるために設けられ、前記キャップは、前記溝に嵌るサイズの複数のペグ（２６０）を含み、
枢軸支承機構（１７０）が、前記ロータリ遠心機により生じた遠心力の作用下で前記バケットを枢動させる一対のピボットピン（１４０）を含む、バケット。
【請求項２】
前記溝（２５０，２５５）は、前記遠心力の作用下における前記遠心力の方向に直角である内壁を含み、前記キャップ（２３０）の前記ペグ（２６０）は、前記キャップが前記容器（１６０）内で適当にロックされるように前記遠心力により前記内壁に向けて強制力を受ける、請求項１に記載のバケット。
【請求項３】
前記溝（２５０，２５５）は直角三角形に形状付けられている、請求項１に記載のバケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、サンプルを遠心分離するためのロータリ遠心機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリ遠心機は、サンプルを収容するサンプル容器を回転させて前記サンプルに遠心力を与える。前記サンプルは、例えば異なる密度を有する流体の成分に分離すべく遠心力が及ぼされる流体からなる。典型的には、前記ロータリ遠心機は、複数の枢動バケットを受け入れるための回転可能のハブと、前記ハブを回転させるための駆動機構とを有する。前記枢動バケットはそれぞれサンプル容器と閉鎖キャップとを受け入れる容器を含む。前記バケットに取り付けられるトラニオンすなわち枢軸支承機構は、前記ハブが回転されるときに前記バケットが枢動することを許すように前記遠心機のハブの対応する穴に着座するピボットピンを有する。また、複数のトラニオンスプリングすなわち枢軸支承本体部が、遠心力が前記バケット内のサンプルに未だ作用することを許す間に前記バケットが該バケットそれ自体における遠心荷重を軽減するように前記ハブの周面により支持されるまで、これらの枢動位置における前記バケットが高回転速度で半径方向外方に向けて配置されることを許すように使用される。
【０００３】
しかし、この従来のトラニオン及びバケットシステムにはある問題がある。一つは、従来のトラニオン及びバケットシステムの境界面とジョイントとが望むほどに強くないことである。例えば、前記トラニオンとピボットピンとの間の前記ジョイントは高回転速度で弱くなる。加えて、前記バケットが高速において半径方向外方へ滑動することを許す前記トラニオンスプリング機構も、また、十分な強さ及び弾性をもって作ることは困難である。また、多数の要素がトラニオン及びバケットシステムを作るために組み合わされるとき、このようなシステムは、異なる要素の誤った組み合わせ又は非整列から故障しやすい。前記キャップが前記バケットの容器に適切に取り付けられていないとき、他の問題が起こる。遠心操作の間、振動のために前記キャップが回転し、前記容器を開放し、内部に保持された前記サンプルに損害を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、それは、強く、弾性があり、また組み立て及び製造の容易性が改善されたバケット、トラニオン及びトラニオンスプリングを有することが望ましい。また、遠心操作の間に前記容器にしっかり取り付けられた状態を維持する容器のキャップを有することが望ましい。さらに、前記容器に簡単に取り付けられ、また前記容器から簡単に取り外されるキャップであることが望ましい。
【０００５】
本発明のこれらの特徴、側面及び利点は、以下の説明、添付の請求の範囲及び本発明の実施例を示す添付図面によりさらに理解されよう。しかし、各特徴は特定の図面の前後においてたまたまではなく一般的に用いられ、また本発明はこれらの特徴の任意の組み合わせを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施例に従うロータリ遠心機の概略的な斜視図である。
【図２】本発明の一実施例に従うバケット、キャップ及びトラニオンの斜視図である。
【図３】バケット内のサンプル容器を示す図２のバケットの断面側面図である。
【図４】図１のロータリ遠心機のハブの一部の概略的な断面側面図である。
【図５】自己着座キャップのペグを受け入れるためのバケットの内面に設けられた先細の溝を示す図２のバケットの断面側面図である。
【図６】図２のバケットの平面図である。
【図７ａ】ロータリ遠心機の静止状態におけるバケット及び外部座の断面側面図である。
【図７ｂ】ロータリ遠心機が加速し、着座面に着座し始めるときの図７ａのバケットの断面図である。
【図７ｃ】ロータリ遠心機が加速を継続するときに外部座上への着座を続ける図７ｂのバケットの断面側面図である。
【図７ｄ】外部座上に完全に着座した図７ｃのバケットの断面側面図である。
【図７ｅ】着座面がロータリ遠心機に生じた遠心力により部分的に変形された後の図７ｄのバケット及び着座面の断面側面図である。
【図７ｆ】図７ｅの部分的に変形した着座面に配置されているバケットの断面側面図である。
【図８ａ】自己着座キャップのペグを示す図２のバケットのキャップの斜視図である。
【図８ｂ】図８ａの自己着座キャップの側面図である。
【図８ｃ】図８ａの自己着座キャップの平面図である。
【図９】図５のバケットの内面の先細溝に係合する図８ａのキャップのペグの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１に概略的に示すように、本発明の実施例に従うロータリ遠心機１００の代表例は、サンプル容器１５０内のサンプルを回転させ、前記サンプルに遠心力を生じさせるために適切である。サンプル容器１５０は、前記サンプルの成分を分離するために前記遠心力に曝される。例えば、ロータリ遠心機１００は、異なる密度を有する流体成分を分離することができる。ここに提供するロータリ遠心機１００の図示の例は本発明の範囲を制限するように使用されるべきでなく、また本発明は、当業者に明らかとなるように、等価又は代わりの例を包含する。
【０００８】
一般的に、ロータリ遠心機１００は回転可能のハブ１１０を含み、該ハブは周方向に間隔をおいて配置された複数のバケットキャリア１１５を有し、該バケットキャリアは、複数の枢動バケット１３０を受け入れる複数のソケット１２０を含み、例えばハブ１１０は、角度的に間隔をおいて配置されかつ分配された少なくとも４つのバケットキャリア１１５を有するものとすることができる。図示の例では、前記ロータリ遠心機は、約６０°離して配置された６つのバケットキャリア１１５を有する。ハブ１１０は、動作又は操作中のバケット１３０を支持するための着座面２７０を有する周辺キャリアリング２７２を含む。また、ハブ１１０は、さもなければハブ１００の回転中にハブ１１０のソケット１２０間の領域に好ましくない歪みを生じさせるハブ１１０の質量を低減するためにその外周に沿っての複数の窪み１１１を有する。他の実施例において、ハブ１１０は、チタン又はアルミニウムのような金属で形成されている。
【０００９】
さらに、ロータリ遠心機１００は、バケット１３０内に存するサンプルに遠心力を生じさせるために回転軸線１１３の周りにハブ１１０を回転させるためのモータ１１２を含む。例えば、モータ１１２はロータリ電動機からなる。モータ１１２は、典型的には、モータ１１２がハブ１１０を回転させることができるようにハブ１１０のスロット（図示せず）で係合する車軸１１４を含む。一の実施例において、モータ１１２は約１，０００から約４０，０００ｒｐｍの角速度でハブ１１０を回転させる。
【００１０】
図２及び図３に示すように、バケット１３０は、ハブ１１０が回転し、角度的に加速するときにバケット１３０が枢動しかつ半径方向外方に揺れることを許すハブ１１０のバケットキャリア１１５により支持される。一の例において、図１に示すように、バケットキャリア１１５は、ハブ１１０と一体であり（図示せず）、また図４に示すように、頂部２８０を有する複数のピンスロット２７１を備える複数のソケット１２０を含む。ハブ１１０が静的状態にあるときには、バケット１３０のピボットピン１４０はバケットキャリア１１５のピンスロット２７１の頂部２８０内に支持され、バケット１３０は縦方向に向けて維持され、ハブ１１０が回転しているときには、バケット１３０は径方向に水平な位置へ向けてピン１４０の周りに枢動する。頂部２８０は、典型的には、ピン１４０の形状と相補関係にある湾曲を有する。他の例（図示せず）では、バケットキャリア１１５は、適合するボルト又はリベット、及び取付穴によりハブ１１０（又はハブ１１０から伸びるアーム）に固定される。
【００１１】
図２及び図３に示すように、バケット１３０はロータリ遠心機１００内にサンプル容器１５０を保持することができる。各バケット１３０は、サンプル容器１５０を受け入れることができる容器１６０を含む。例えば、容器１６０は、サンプル容器１５０の外形と一致する形状とし、またサンプル容器１５０をぴったりと受け入れるようにサンプル容器１５０よりわずかに大きいサイズとすることができる。各容器１６０は、その頂部に、サンプル容器１５０が挿入される開放端部１６３を有し、また、その底部に、サンプル容器１５０を支持する閉鎖端部１６５を有する。
【００１２】
図２に示すように、バケット１３０は、さらに、作動中、バケット１３０の位置を安定させ、また前記バケットの要素に加わる荷重を低減するためにロータリ遠心機１００の外部座２７０に接する着座面１９０を含む。例えば、図４に示すように、外部座２７０はハブ１１０のリング２７２の表面により形成することができる。この例では、着座面１９０は、ハブ１１０のリング２７２の対応する凹状の外面２７０と係合する容器１６０の凸面を含む。バケット１３０が水平面まで上方に向けて揺動するとき、遠心力がバケット１３０を径方向外方に向けて引く。特定の回転速度において、バケット１３０は、その着座面１９０がリング２７２の外部座２７０に接しかつ横たわることを可能であるように外方へ十分に遠くへ引かれる。これは、外部座２７０がピボットピン１４０に及ぼされている遠心力の荷重を緩和することを可能にする。例えば、バケット１３０は、約２０００から約４０００までの回転速度においてリング２７２上に着座することができる。図４に示すように、着座位置において、バケット１３０内のサンプルに及ぼされる遠心力は、継続して、遠心機の回転軸線１１３に対して直角な径方向軸線２７４に沿った方向にある。
【００１３】
また、図５及び図６に示すように、バケット１３０は、キャリア組立体１１５に対するバケット１３０の取付けを可能とすべく容器１６０に結合されたトラニオン１７０を含む。図示の例では、トラニオン１７０は容器１６０の開放端部１６３から上方に向けて伸びる。トラニオン１７０は、例えばチタンのような金属を含むものとすることができる。各トラニオン１７０は、バケット１３０が作用遠心力の下でバケットキャリア１１５と係合状態で枢動することを許す１又はそれ以上のピボットピン１４０を含む。トラニオン１７０は、典型的には、互いに相対し、またバケット１３０が回転することができる枢動軸線１８２に沿って対称に配置された一対のピボットピン１４０を含む。ピボットピン１４０は、例えば円柱形の突起、凹形の切り株状物又は先細のロッドのような形状とすることができる。枢動は、遠心力が前記サンプル容器の長さに沿って及ぼされることを可能にし、これにより、前記サンプルの体積に対する前記遠心力の効果を増大する。
【００１４】
図５を参照すると、トラニオン１７０は、また、ピボットピン１４０下にバケット１３０の容器１６０の一部の径方向外方への変位を許すトラニオンスプリング１８０を含む。一の例において、トラニオンスプリング１８０は複数の切り抜き２２０を含み、各切り抜きは、遠心力の作用の下で曲がるように十分に薄い可撓性のスパン部（ｓｐａｎ）すなわち可撓部２００を規定する。さらに、切り抜き２２０は、隣接する切り抜き２２０間に複数の側部サポート２１０を規定し、該サポートはスパン２００を支持するように働き、これによりスパン２００がサポート２１０間のギャップ内で曲がることを許す。少なくとも１つの切り抜き２２０は、例えば実質的に楕円形又は長円形からなるものとすることができる。一の例では、可撓性のスパン２００は、該スパンのほぼ中央部で最小になるように先細る先細りの厚さを有する弓状部材である。例えば、各スパン２００の最小厚さは、例えば約２．５ｍｍ（１００ミル）より小さいか、又は１．３ｍｍ（５０ミル）より一層小さいものとすることができる。好ましくは、スパン２００間の肩２０１に据えられたピボットピン１４０を有する２組の相対するスパン２００を含む。作動中、トラニオンスプリング１８０が遠心力の作用下で曲がるとき、相対するスパン２００が同様の形状に曲がり、これによりピボットピン１４０が互いに整列するように維持することを可能にする。一の例では、トラニオンスプリング１８０は、容器１６０がピボットピン１４０に関して少なくとも約０．５ｍｍ（２０ミル）だけ変位され得る十分な長さで曲がることができ、また、加えて、ピボットピン１４０に関して約１．３ｍｍ（５０ミル）よりも小さい量に容器１６０の変位を制限するに十分な不撓性とすることができる。図６に示すように、トラニオンスプリング１８０は、ピボットピン１４０の枢軸線１８２に実質的に直角である第２の軸線１８４に沿って容器１６０に取り付けることができる。この構造及び取付けは、容器１６０とピボットピン１４０との間に力が作用したときにトラニオンスプリング１８０が適当に曲がることを許す。
【００１５】
一の例では、図５に示すように、トラニオン１７０と容器１６０とは一体の単一部材を形成する。この一体のバケット１３０は、実質的に、容器１６０と一体のトラニオン１７０との間に物質界面を欠く。例えば、容器１６０とトラニオン１７０とは、チタンのような、金属の単一棒材料のような単一片の材料から機械加工される。この単一のバケット１３０は、典型的には、分離した部品を組み立てて形成されるバケットよりも強度がありまた耐久性が高い。さらに、一体のバケット１３０は、組み立てバケットよりもより容易に製造することができる。しかし、トラニオン１７０と容器１６０とは、例えばねじ結合、溶接又はボルトのような従来の結合システムにより互いに結合される分離したピース（図示せず）からなるものとすることができる。
【００１６】
従来のロータリ遠心機の作動の間、バケット１３０の着座面１９０がハブ１１０の外面２７０に着座されるとき、遠心力が高回転速度のピボットピン１４０に側部負荷力を生じさせる。前記側部負荷力は、ハブ１１０の回転軸線１１３に平行に生じ、またピボットピン１４０の構造的一体性を低下させ、又はピン１４０を切断することさえある。また、前記側部負荷力は、トラニオンスプリング１８０への横剪断力の作用によりトラニオンスプリング１８０を損傷させることができる。例えば、バケット１３０が完全に水平ではない位置で着座している場合、又はバケット１３０が完全には着座していない場合、ピボットピン１４０とトラニオンスプリング１８０とが前記側部負荷力を受ける。
【００１７】
本発明の一例において、ピボットピン１４０と着座面１９０とは、バケット１３０が実質的にピボットピン１４０に側部負荷力を生じさせることなしにリング２７２上に着座することを許すようにされている。この例では、図６に示すように、容器１６０がその中央を通る長手方向軸線１６７を含み、またピボットピン１４０の枢軸線１８２は、長手方向軸線１６７から予め定められた距離だけ水平方向に偏っている。この一実施例では、ピボットピン１４０は、約０．５ｍｍ（２０ミル）のように、約０．２５ｍｍ（１０ミル）から約０．８ｍｍ（３０ミル）だけ長手方向軸線１６７から偏っている。
【００１８】
図７ａに示すように、ロータリ遠心機１００の最初の静止位置において、ピボットピン１４０はピンスロット２７１（図４参照）の頂部２８０にあって、重力によりバケット１３０が実質的に垂直な方向に維持されている。ハブ１１０が回転すると、図７ｂに示すように、バケット１３０は上方へ揺動し、バケット１３０の着座面１９０が接触点２８１でリング２７２の外部座２７０に到達し、結果的にこれに接する。例えば、バケット１３０の長手方向軸線１６７は径方向軸線２７４と約０．５度〜約３度の角度をなす。同時に、バケット１３０に作用する遠心力がハブ１１０の回転の結果としてトラニオンスプリング１８０を曲げ、またバケット１３０が径方向外方へ移されることを許す。
【００１９】
図７ｃ及び図７ｄに進行的に示すように、ハブ１１０の回転速度が増大すると、バケット１３０への遠心力が増大し、これがバケット１３０をさらに接触点２８１の周りに枢動させ、リング２７２の座２７０上に完全に着座するようにする。ピボットピン１４０は、垂直方向距離１４１をこれらの静止面２８０からピンスロット２７１に沿って上方へ移動し始める。ハブ１１０がより高い角速度までさらに回転されると、バケット１３０は、座２７０がリング２７２の内部座２７０に向けて外方及び上方へ変位するように、静止面２８０上で枢動する。例えば、ピボットピン１４０は、ピンスロット２７１内を約０．２５ｍｍ（１０ミル）から約０．９ｍｍ（３５ミル）の距離だけ上方へ変位することができる。この運動が継続するとき、バケット１３０は、図７ｄに示すように、その着座面１９０が結果的にリング２７２の着座面で完全に停止するまで、ほぼ水平状態となる。
【００２０】
増大する回転速度により、図７ｅに示すように、座２７０の底部を引っ込めることを含めて、リング２７２の座２７０を一時的に変形させる。例えば、リング２７２の座２７０は、座２７０の一部が距離１４２だけ水平に変位されるように変形される。その結果、図７ｆに示すように、ピボットピン１４０とバケット１３０とがピンスロット２７１に沿って下方に向けて変位される。例えば、ピボットピン１４０は、約０．２５ｍｍ（１０ミル）から約０．９ｍｍ（３５ミル）だけ下方に向けて変位される。一の実施例では、ピボットピン１４０は、ピンスロット２７１の静止面２８０上のこれらの着座位置に戻される。したがって、さもなければピボットピン１４０を損傷させ又は破壊させる前記側部負荷力が少なくとも低減され、また全く除かれる。前記側部負荷力を低減することにより、偏りのピボットピン１４０がバケット１３０の耐久性を高める。リング２７２上へのバケット１３０の堅固な着座は、ピボットピン１４０よりもむしろリング２７２がバケット１３０上の前記遠心力を支えることを許す。
【００２１】
また、図８ａから図８ｃに示すように、バケット１３０は容器１６０の開放端部１６３を閉じるためのキャップ２３０を含む。キャップ２３０は、バケット１３０に対してキャップ２３０のシールをするための第１のＯ−リング２９５を含む。Ｏ−リング２９５は、例えばフッ素ゴムを含む。キャップ２３０は、バケット１３０からキャップ２３０を取り除くために把持されるように適合されたハンドル２４０を有する。例えば、ハンドル２４０は、堅い把持を容易にするための指穴２４２を有するループ形状の突起を含む。また、ハンドル２４０は、ロボットの腕により把持されるように適合させることができる。指穴２４２の幾何学的配置は、変形又は破壊なしに遠心力に耐えるように適合され、また、キャリア組立体１１５上のバケット１３０の重量を最小にするために小さい全質量を有する。キャップ２３０はアルミニウムで形成することができる。
【００２２】
他の例では、図９に示すように、容器１６０の開放端部１６３は、溝２５０，２５５を含む内面を有し、またバケットのキャップ２３０は、溝２５０，２５５に嵌り、キャップ２３０が自己着座してバケット１３０を閉じることを許すペグ２６０を有する。溝２５０，２５５はペグ２６０を受け入れる寸法に定められ、実質的に垂直である第１の部分２５０を有する。また、溝２５０は、第１の大きい幅から第２の小さい幅へ低減する先細りの幅を有する。一の実施例では、第１の部分２５０はトラニオン１７０内にあり、また第２の部分２５５は容器１６０内にある。典型的には、溝２５５の第２の部分は、長手方向軸線１６７に垂直な平面に実質的に平行である第１の内壁と、前記垂直な面に関して交差する第２の内壁とを有する。例えば、第２の壁２５２は第１の壁２５１に向けて下方に傾斜する。一の実施例では、溝２５５は直角三角形の形状とされている。
【００２３】
バケット１３０を閉じるため、オペレータがキャップ２３０を容器１６０に整列させ、キャップ２３０が第１のＯ−リング２９５に接するまで、ペグ２６０が溝２５０の位置（ａ）及び（b）にある第１の部分を下方へ滑動するようにキャップ２３０を容器１６０内に押す。次いで、オペレータが、溝の位置（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）にある第２の部分の頂部に沿ってペグ２６０を滑動させるべくキャップ２３０を容器１６０に関して回し、キャップ２３０をＯ−リング２９５の傍に滑動させる。例えば、オペレータが、ハンドル２４０を回すことにより、キャップ２３０の側方からバケット１３０へ目を下方に向けながらキャップ２３０を時計方向に回すことができる。一の実施例では、ペグ２６０と溝２５５とは、バケット１３０におけるキャップ２３０の回転が、一回転の約１／４から約１／２のように、全回転の約１／６から約１／２であるように適合される。この回転角度は、サンプル１０５に対する妨害を最小限にする人間のオペレータの手の一捻りによって容易に達成され得るため、好ましい。バケット１３０が遠心分離されているとき、ペグ２６は位置（ｆ）へ溝２５５の前記第２の部分を滑動する。溝２５５は、遠心力の作用下でキャップ２３０がバケット１３０を閉じるまでキャップ２３０が溝２５５の第１の内壁２５１に向けて滑動するように、形状付けられる。
【００２４】
溝２５０，２５５はキャップ２３０と容器１６０との間に適当なシールを維持する。キャップ２３０が容器１６０に完全にしっかりと取り付けられていない場合、モータ１１２によって生起される遠心力がキャップ２３０を容器１６０に自己着座するように強制する。例えば、キャップ２３０が、そのペグ２６０が位置（ｅ）にあるようにバケット１３０内に部分的にのみ配置されている場合、バケット１３０が回転されかつ実質的に水平方向にあるときに生起される径方向外方に向かう遠心力は、キャップのペグ２６０が前記遠心力によって位置（ｆ）において確実にロックされるようにキャップ２３０を径方向外方に向けて滑動させる。他の実施例では、キャップのペグ２６０が位置（ｄ）にある場合、キャップのペグ２６０が位置（ｄ'）にあるように、前記遠心力がキャップ２３０を外へ滑動させる。加えて、キャップ２３０が初めに容器１６０に完全にねじ込まれていない場合、溝２５５の幅寸法はペグ２６０によりキャップ２３０の重量を支えるのではなく、キャップ２３０の表面が容器１６０上にキャップ２３０を支持することを許すため、溝２５５は有利である。
【００２５】
図３に示すように、ロータリ遠心機１００のバケット１３０に配置されるサンプル容器１５０が設けられている。サンプル容器１５０は、開放端部２８２及び閉鎖端部２８８を有するチューブを含み、開放端部２８２は外面２９４を有する。例えば、サンプル容器１５０は、ポリアロマ又はポリカーボネートを含むようなエラストマのテストチューブからなる。一の例では、バケットのキャップ２３０（図示した）又は第２のキャップ（図示せず）はサンプル容器１５０を閉じるように適合されている。遠心分離の操作後、前記遠心力の大きさを減少させ、バケット１３０を初めの直立位置に滑らかに戻すべく、モータ１１２がハブ１１０の角速度を減少させる。ハブ１１０が停止すると、サンプル容器１５０へのアクセスのためにハンドル２４０を引くことにより、バケット１３０からキャップ２３０が取り除かれる。
【００２６】
本発明が好ましい実施例に関して詳細に記載されているが、他の例も可能である。例えば、本発明は、サンプルが前記バケット内に直接に配置されることを許すロータリ遠心機のような他のロータリ遠心機により使用可能である。したがって、添付の請求の範囲は、ここに含まれた好ましい例の記載に限定されるべきでない。
【符号の説明】
【００２７】
１００ ロータリ遠心機
１１０ ハブ
１１２ モータ
１２０ ソケット
１３０ バケット
１４０ ピボットピン
１５０ サンプル容器
１６０ 容器
１７０ 枢軸支承機構
１９０ 着座面
２００ 可撓部
２２０ 切り抜き
【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７ａ】
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【図７ｂ】
0004955715.tif 000009
【図７ｃ】
0004955715.tif 000010
【図７ｄ】
0004955715.tif 000011
【図７ｅ】
0004955715.tif 000012
【図７ｆ】
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【図８ａ】
0004955715.tif 000014
【図８ｂ】
0004955715.tif 000015
【図８ｃ】
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【図９】
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