(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の(ａ)〜(ｅ)を特徴とする、プラスチックパイプの端部(５０)にベル加工を施す自動ベル加工機(１)における、圧力流体により作動される耐久性ベル形成用ワークヘッド(１)。
(ａ)熱的に可塑化されたパイプ(５１)の端部(５０)を収容するためのキャビティ(８０)を備えるダイ(５２)であって、前記ダイは、賦形用内表面(５３)を有するとともに、圧力流体用の流路(５４)を備え、前記流路(５４)は、前記賦形用内表面(５３)から分岐する、
(ｂ)パイプ(５１)の端部(５０)内に挿入することができるとともに、前記ダイ(５２)の中心に設けられた加工用バッファ(５５)であって、前記バッファ(５５)は、横方向の表面(８１)と、前記横方向の表面(８１)から分岐する圧力流体用の流路(５８)を更に備える、
(ｃ)バッファ(５５)とダイ(５２)とに軸線を共有して滑動可能に装着されたフランジ(６０)であって、前記フランジ(６０)は、パイプ(５１)の端部(５０)の先端部(６２)と関連する受け面(８２)を備える、
(ｄ)ダイ(５２)の少なくとも内表面に設けられたシール部材(５９)であって、前記シール部材(５９)は、パイプ(５１)の端部(５０)の外表面(８４)および内表面(８３)とそれぞれ相互作用を行ない、前記パイプをシールされた状態でヘッド(６６)内に挿入することを可能にする、
(ｅ)ダイ(５２)、バッファ(５５)、および、フランジ(６０)は、一体となってパイプ(５１)の端部(５０)の加工チャンバー(７２)を円周方向に規定しており、前記加工チャンバー(７２)は、パイプ(５１)によって、圧力流体の第１および第２の圧力チャンバー(６３，６４)に細分割されており、
前記第１の圧力チャンバー(６３)は、バッファ(５５)の横方向の表面(８１)とパイプ(５１)の内表面(８３)との間に設けられ、前記第２の圧力チャンバー(６４)は、ダイ(５２)の内表面(５３)とパイプ(５１)の外表面(８４)との間に設けられており、
両圧力チャンバー(６３，６４)は、２つの別々の流路、すなわち、流路(５４)および流路(５８)によって、前記各流路への圧力流体供給源を介して、圧力流体が供給されて、パイプ(５１)の端部(５０)を円周方向に連続して拡張し、また、縮小して、パイプ(５１)のリブを創り出す、
【請求項２】
フランジ(６０)には、パイプ(５１)の端部(５０)の先端部(６２)と向かい合ってこれと関連するように環状キャビティー(６１)が形成されるように賦形が施されており、フランジ(６０)は、加工チャンバー(７２)が加圧状態にある間は、ダイ(５２)内に含まれて、端部(５０)を支持する点を特徴とする請求項１に記載のワークヘッド。
【請求項３】
フランジ(６０)は、加工ヘッド(６６)から流出する流体のための少なくとも１つの導出路(６５)を有しており、前記導出路(６５)は閉鎖されることが可能で、環状キャビティー(６１)に設けられる点を特徴とする請求項２に記載のワークヘッド。
【請求項４】
フランジ(６０)は、内側セミフランジ(６８)と外側セミフランジ(６７)とからなる同心のセミフランジ(６７，６８)で構成されており、ともに環状キャビティー(６１)を形成し、互いに対して滑動自在に装着され、そして、ダイ(５２)およびバッファ(５５)に対しては互いに独立して移動することができる点を特徴とする請求項２に記載のワークヘッド。
【請求項５】
内側のセミフランジ(６８)は、パイプ(５１)の先端部(６２)を案内し、パイプ(５１)を環状キャビティー(６１)内に導入するための傾斜壁(６９)を呈するように賦形が施されている点を特徴とする請求項４に記載のワークヘッド。
【請求項６】
内側のセミフランジ(６８)は、傾斜壁(６９)と連続する環状部(８５)を有し、前記セミフランジ(６８)は、バッファ(５５)において、パイプ(５１)との連続する接触面を提供するように内側において前記パイプ(５１)と関連する点を特徴とする請求項４に記載のワークヘッド。
【請求項７】
バッファ(５５)は、
加工用挿入部材(７３)がバッファ(５５)内に隠れている第１の位置から、前記挿入部材がバッファ(５５)から現れてパイプ(５１)と関連し合ってパイプの喉部(７１)を加工する作動位置へと、パイプ(５１)の径方向外側に向かって移動する前記加工用挿入部材(７３)を含んでおり、
前記セミフランジ(６８)と前記挿入部材(７３)は、同期して移動することができ、両者が移動する場合に、往復移動によって相互干渉が発生しないように位相が決められている点を特徴とする請求項４に記載のワークヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラスチック材料、特にポリエチレンなどから作られるパイプの端部のための自動ベル加工機用のワ−クヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、建設業に使用されるような液体移送管用の熱可塑性プラスチック製のパイプを製造する場合は、所望長さの連続管を得る目的から、パイプ端部を様々なパイプ部材を連続状態に有効に接続するように機能する特徴的なベル加工を施すためにベル加工機が用いられる。
【０００３】
ベル加工機においては、パイプは、賦形用型を有するバッファー同士を、パイプを熱変形して得られるチャンバーで接続する特別なワ−クヘッドに嵌まり込む。前記熱変形はベル部の形状が永久化するように、熱変形したパイプをワ−クヘッドの内側で冷却して行われる。
【０００４】
ポリビニルクロライドおよびＡＢＳ樹脂製のパイプなどは、前記の冷却過程において収縮し、いったん収縮すると、その形状を永久に保持する。パイプ端部同士の接合によっては、たとえ倉庫内で長期間が経過した後であったり、また、長期間に亘って太陽の下に放置された場合などに見られるように、長期間に亘り熱源に晒された後であっても問題は生じない。
【０００５】
ポリエチレン製のパイプにあっては、この寸法的および幾何学的安定性は、現在のところ得られない。なぜならば、この材料で、従来のベル加工機によって行われるベル加工過程の最後で作られたパイプは、明かに安定した内部張力がかかった状態のままであるが、太陽光や不利な熱的状態に晒されるや否や、収縮の過程が再開し、パイプの最終の形状と寸法はもはや必要な適合性とは両立しない。
【０００６】
パイプのこの不安定性およびパイプのベル端部の収縮制御の困難性から、ポリエチレンをこのような用途に応用することはタブー視されていた。
【０００７】
しかしながら、前記の材料は、いくつかの利点を有している。
【０００８】
長期間に亘る耐久性、重量、可撓性、取り付け場所との適合性などがそうであり、これらの利点が材料の比較的高コストを克服して広く選択され使用されるところとなっている。
【０００９】
先行技術には、ポリエチレン製のパイプにベル加工を施すベル加工機は教示されず、他の特別な設備がベル加工に用いられているが、これらはすべて高価な製造工程を含み、パイプとベルとを別体の部品として用意しておいて、現場で特殊な熔着を行って接続しなければならない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、請求項に特徴づけられるように、自動ベル加工機を利用するポリエチレンパイプのベル加工上の問題点を、下記の必須事項からなる特別なワ−クヘッドを使用することによって解消することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（ａ）．熱的に可塑化したパイプを収容するキャビティーを有し、圧力流体をキャビティー内に導く流路を備えるダイ、
（ｂ）．パイプ端部内に挿入可能であり、ダイの中心部に設けられた加工用バッファ、このバッファはさらに、賦形用型を有する横方向の表面を有し、ここから圧力流体の流路が離れる。
【００１２】
（ｃ）．前記バッファおよびダイに対して軸線を共有し、滑動自在に装着されたフランジ、このフランジは、パイプの端部を嵌め込むための打撃表面を有する。
【００１３】
（ｄ）．ダイの内側面およびバッファの横表面に設けられ、パイプの内外の面とそれぞれ相互作用を行うように構成されており、パイプをシールしてワ−クヘッド内に挿入することを可能にするシール部材、
前記のダイ、バッファ、フランジおよびシール部材は共に閉じた加工チャンバーを規定しており、加工チャンバーは、圧力流体の第１および第２の圧力チャンバーに細分割されている。第１圧力チャンバーは、バッファの横表面とパイプの内面との間に設けられる。これに対し、第２チャンバーは、パイプの外面トダイの内面との間に設けられる。両圧力チャンバーには、パイプの端部を拡張し、それを収縮させてパイプ材料のリブ材を製造するために、ダイの通路とバッファの通路によって、同心円状に連続して加工用パイプの原材が供給される。前記リブ材の製造は、パイプ原材を先ずダイの内面に向かって加圧し、次いでバッファの外面に向かって加圧することによって行われる。
【００１４】
この発明によって得られる基本的な利点は、ポリエチレンパイプに長い年月をかけてその有効性が証明された形状と寸法になるようにベルを加工することができる点である。
【００１５】
この発明の他の利点は、前記ワークヘッドによって行われる工程の迅速性と経済性である。このことは、ワークヘッドの内部においてパイプに唯一の処理を施すだけで、完全に完成したベルパイプが得られるという効果であり、作業現場で使用される以前に行う別の処理を必要としないことを意味する。
【００１６】
発明のさらに別の特徴と利点は、それのみには限定を受けない実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明することによって明かとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、可塑性材料、好ましくは高密度ポリエチレン製のパイプ５１の端部５０にベル加工を施すのに利用されるベル加工機の全体を１で示す。
【００１８】
加工機１は、ワークヘッド２と作業台３とベル加工の対象であるパイプ５１の収容装置４とからなる。
【００１９】
ワ−クヘッド２は、ベル加工に先だってパイプ５１を加熱して可塑化するキルン５と同じ側にあって、パイプ５１の端部５０に永久的賦形を施すヘッド６６を備える。
【００２０】
パイプ収容装置５１は作業台３の側に配置され、水平チャンネル７を有し、前記チャンネルの上方に積極駆動のトラックコンベヤー９が設けられる。前記コンベヤー９は、加工機１の構造体に支持される。
【００２１】
パイプ５１は、トラックコンベヤー９によって、その対称軸と一致する方向へ進められ作業位置に達する。作業位置では、プログラムされたステップ運動にしたがって、図示しない従来どおりの自動把持手段が作業台３から現れて、パイプを前記把持手段の移動方向と平行するように移送し、作業台３の支持部材６上に至らしめる。
【００２２】
支持部材６は、パイプ５１が作業台３から、上部の牽引機構と関連するキルン５に向かって突出するように支持する。前記牽引機構１０は、パイプ５１を把持するだけではなく、キルンが端部５０を持つパイプ５１に接近して、これを加熱し可塑化する間パイプを回転する。
【００２３】
可塑化が完了すると、パイプ５１は、端部５０がベル加工を施されるヘッド６６に移動される。
【００２４】
ヘッド６６（図２、３参照）は、外側がパイプ５１に被さるダイ５２と、ダイ５２の中心に設けられたバッファ５５と、前記ダイ５２およびバッファ５５と軸線を共有して滑動自在に装着されたフランジ６０とで構成される。
【００２５】
ダイ５２は、それぞれが分割ダイ５２ａ、５２ｂを軸支する部分１７、１８の内部にある。
【００２６】
ダイ５２はさらに、キルン５内ですでに可塑化が終わっているパイプ５１の端部５０を収容するためのキャビティー８０を備えており、加工が完成したベルが呈する外表面８４と一致する内表面５３を有する。
【００２７】
ダイ５２は、さらにまた、圧縮空気からなる圧力流体のための流路５４を備えており、前記流路５４は内表面５３のキャビティー８０内に開口するが、その機能については後述する。
【００２８】
バッファ５５は、バッファ軸受け２１に取り外し可能にキー止めされており、パイプ５１の内側へ挿入可能である。バッファは、体部５７と前端部５６とからなる賦形された横表面８１を有し、前記前端部５６に圧力流体用の流路５８を備える。
【００２９】
複数個のシール部材５９は、ダイ５２の内表面５３およびバッファ５５の前端部の特別な座７０に収容されており、パイプがバッファ５５とダイ５２との間に挿入されたとき、パイプ５２を介して対称に位置する。前記シール部材５９は、パイプ５１が圧力を受けてシールされた状態の下でヘッド６６内に挿入され得るように、パイプ５１の内外表面８３、８４と相互作用を行うことを目的とする（図４以下参照）。
【００３０】
シールガスケット１４もまた、分割ダイ５２ａ、５２ｂの２つの部分１７、１８が完成ダイ５２を形成するために係合する係合面２０に同様な目的で設けられる。
【００３１】
フランジ６０は、パイプの端部５０の先端部６２に向き合ってこれと嵌め合う環状キャビティー６１内で形成される、パイプ５１のための打撃表面８２を呈するように賦形が施されている。バッファ５５とダイ５２とが係合したとき、ヘッド６６内には環状の加工チャンバー７２が作り出される。前記チャンバー７２は、パイプ端部５０に加工を行うためのものである。加工チャンバー７２の周辺限界は次ぎのように規定される。すなわち、外部に向かってはダイ５２、内部に向かってはバッファ５５、一方の側に向かってはフランジ６０、他方の側に向かってはシ−ル部材５９である。
【００３２】
加工チャンバー７２は、バッファ５５がパイプ５１内に完全に導入され終り、したがって、パイプ端部５０の先端部６２がフランジ６０と接触した後に、パイプ５１によって流体用の第１および第２の圧力チャンバー６３、６４とに細分割される。
【００３３】
第１チャンバー６３（図４参照）は、バッファ５５の横表面８１とパイプ５１の内表面８１の間に設けられ、他方第２チャンバー６４は、パイプ５１の外表面８４とダイ５２の内表面５３の間に設けられる。
【００３４】
チャンバー６３、６４は、下記のヘッド６６の機能に関する説明から明らかなように、流路５４、５８によって加圧流体の供給を受ける。すなわち、パイプ５１のプラスチック材料内にリブを形成するために、パイプ端部５０を先ず拡張し次いで収縮する。すなわち、パイプ端部５０を先ずダイ５２の内側表面５３に向かって加圧し、次ぎにバッファ５５の外表面に向かって加圧するのである。
【００３５】
図１、３はさらに、フランジ６０が、ベル加工機内で、可動リング２３によってどのようにして支持されるかを示している。リング２３は、矢印Ｘ方向に可動であり、一緒になって環状キャビティー６１を形成するセミフランジ６７、６８を有する。セミフランジ６７、６８は、互いに滑動自在に装着されており、ダイ５２とバッファ５５に対しては独立して可動である。特に、より外側のセミフランジ６７は、これに固定されているリング２３とともに、バッファ５５に対して可動であり、他方、より内側のセミフランジ６８は、流体力学的な付勢によって、バッファ５５によって支持され、シール部材３１を備える案内部材３０の内側に移動する。同様なシール部材がヘッド６６の周りの流体が漏洩する可能性のある場所に配設される。
【００３６】
ヘッド６６からの流体導出路６５が、環状キャビティー６１に設けられることが好ましい。
【００３７】
流体導出路６５は、加工機１のプログラムされた制御システムによって先導され図示しない公知のソレノイド弁により開閉することができる。この導出路が、ヘッドの機能サイクルのニーズにしたがって制御されることは自明である。すなわち、第１および第２のチャンバー６３、６４が、予定の限界圧力値に達して導出路６５が開き両チャンバー内の圧力流体がヘッド６６から排出されるように、両チャンバーを加・減圧するのである。
【００３８】
図３、４に立ち戻ると、内側のセミフランジ６８は、パイプ５１の軸線から発散し、パイプの端部５０から離れており、そして、パイプ５１の先端部６２を案内し、これを環状キャビティー６１に導入する機能を有する傾斜壁６９を示すように賦形が施されている。
【００３９】
セミフランジ６８はさらに、環状壁６９と接続する環状の溝８５を備え、この溝８５が、第２の圧力チャンバー６４内で作用する圧力に逆らってパイプ５１の内側と一致し、バッファ５５と連続して接するように機能する。
【００４０】
もしパイプ５１が、シールガスケットを収容するための喉部７１（図９参照）を内側に持つべきであるならば、バッファ５５は、その内部に喉部形成用挿入部材７３（第１２図参照）をその内部に具備しなければならない。前記挿入部材７３は、パイプ５１に対して、当該挿入部材７３がバッファ内に隠れる第１の休止位置から、当該挿入部材７３がバッファから現れて必要な喉部の径を付与するためにパイプ５１と接触する作動位置へとパイプの径方向に変位することが可能である。この場合は、セミフランジ６８と挿入部材７３とは、それらの進退移動中に相互間に発生する矛盾を避けるために同期して移動する。
【００４１】
図４〜１２では、ヘッド６６の一般的な機能シーケンスが説明されている。
【００４２】
ダイ５２が開いた後の第１相（図４）では、ヘッドが、作業台３から突出して支持されつつ、可塑加化したパイプ端部５０に接近している。
【００４３】
次ぎに（図５参照）、ダイ５２の分割ダイ５２ａ、５２ｂが、パイプ５１の外表面８４と直接に接触して置かれた関連シール部材５９とともに、パイプ５１と接して閉鎖される。圧力空気が、バッファの流路５８の加工チャンバー７２に送られ、バッファ５５は移動を開始しパイプ５１内に挿入される。外側のセミフランジ６７は、原位置にあって不動であるから、パイプ５１からは最大の距離を隔てている。
【００４４】
図６に示す相においては、バッファ５５が次第にパイプ５１内に挿入され、パイプに最初の拡張を施す。内側のセミフランジ６８は、バッファ５５上で最も進出した位置に設けられている。前記内側のセミフランジ６８は、バッファ５５とともにパイプ５１内に挿入される。
【００４５】
この相の期間中は、流路５８から来る圧力空気は、バッファ５５の先端部５６に設けられたシール部材５９を横切ることができず、バッファ５５の横表面８１とパイプ５１の内表面８３の間に流れる。圧力空気は、環状キャビティー６１の導出路６５を通過してヘッド６６の外側に存在する。前記導出路６５は弁によって閉鎖されない。内側のセミフランジ６８がバッファ５５に対して進出した位置を占めるので、パイプ５１は、傾斜壁６９上およびセミフランジ６８の環状部８５上で連続して支持されることができる。
【００４６】
図７に示す概念図においては、内側のセミフランジ６８は、外側のセミフランジ６７と係合して、パイプ５１の先端部６２を収容するための大きな寸法を有する環状キャビティー６１を創出する。前記パイプ５１の先端部６２は、ポリエチレンの弾性回復という性質に起因して、バッファ５５の形状にしたがって、これを追尾する傾向を示す。
【００４７】
図８に示す相においては、外側のセミフランジ６７と内側のセミフランジ６８とは、一緒になってバッファ５５に向かって進出して、打撃面８２がパイプ５１の先端部と合致し、加工チャンバー７２（図３参照）を前記の第１および第２の圧力チャンバー６３、６４に分割する。
【００４８】
図９の相は、それ自身の有する弁によって閉鎖された導出路を示しており、この状態では、空気がバッファ５５の導出路５８から流出を続けるので、第１の圧力チャンバー６３が加圧されて、パイプ５１を、その外表面がダイ５２の内表面と一致するまで拡張する。これと同時に、全体としてのフランジ６０が、バッファ５５に沿って進出してパイプ５１を軸線方向に収縮させる。パイプ全体は明かに、シール用ガスケットを収容するベル内にある喉部の形成分だけ短くなっている。
【００４９】
第１圧力チャンバー６３の加圧相の間は、パイプ５１は、ダイ５２の内表面５３と一致したまま、その組成材料がリブを形成するまで円周方向に拡張される。
【００５０】
図１０に示す相においては、パイプの端部５０は、フランジ６０が停止した後、材料を冷却するためにさらに暫くの間そのままの状態に保たれる。前記の冷却プロセスは、ダイ５２内に設けられて冷却水を供給する機能を持つ冷却チャンバー２２によって促進される。その後フランジ６０の導出路の弁が開くと、第１圧力チャンバー６３内の空気は、再びヘッド６６の外側を自由に通過する。かくて、バッファ５５は冷却され、このことによってパイプの端部５０のさらなる冷却に貢献する。
【００５１】
図１１に示す相においては、導出路６５が閉鎖された後、空気がダイ５２の流路５４に供給されて、第２圧力チャンバー６４を加圧する。その結果として、内側のセミフランジ６８が後退する間に、ベル加工されたパイプ５１の端部が、バッファ５５の形状にしたがって、これを追尾し、パイプ５１はバッファ５５の横表面８１と接している。パイプ５１がバッファ５５上で収縮すると、パイプは図９に示す円周方向外側とは逆に、円周方向内側に向かって変形する。この作用の過程の最後に、第２の圧力チャンバー６４は、流路と連通して開放される。その後、バッファ５５がパイプから引き抜かれ、内側のセミフランジ６８が新たにバッファ５５に向かって進出し、他方では、外側のセミフランジ６７が、後退しダイ５２が開放されベル加工されたパイプが引き抜かれる。次ぎに、以上の全サイクルが新たなパイプのために反復される。
【００５２】
もし、図１０に示す過程の後で喉部７１の内径を測定する必要が生じれば、図１２の相を行ってもよい。
【００５３】
図１２は、バッファ５５の加工用挿入部材７３が、内側のセミフランジ６８の一部が後退した後であって、第２の圧力チャンバー６４が加圧される前に、進出する相を示している。ひとたび第２の圧力チャンバーが加圧される作用が完了すると、挿入部材７３は、再びバッファ５５内に引っ込む。その後、内側のセミフランジ６８がさらに完全に後退すると、図１１に示すように、既述の最終の作用が行われる。
【００５４】
【発明の効果】
結論として、パイプ５０がポリエチレン製である場合に、パイプ５０を一回だけ当該ヘッド６６内に導入することによって、この発明のヘッド６６によって、パイプ５０の端部５０のベル加工が可能になるのであり、このようにして、迅速に、かつ、経済的に得られた単一部材からなるベルは、長期間に亘り固有の性質を維持するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のワークヘッドを含むベル加工機アセンブリーの斜視図。
【図２】アセンブリー全体の側面図。ワ−クヘッドは何点かの部品を取り除いた状態で示されている。
【図３】他部材との関係を明確にするために何点かの部品を取り除き、拡大図で示すワ−クヘッドの軸線に沿う断面図。
【図４】作業サイクルにあるワークヘッドの作動過程を示す概念図。
【図５】作業サイクルにあるワークヘッドの作動過程を示す概念図。
【図６】作業サイクルにあるワークヘッドの作動過程を示す概念図。
【図７】作業サイクルにあるワークヘッドの作動過程を示す概念図。
【図８】作業サイクルにあるワークヘッドの作動過程を示す概念図。
【図９】作業サイクルにあるワークヘッドの作動過程を示す概念図。
【図１０】作業サイクルにあるワークヘッドの作動過程を示す概念図。
【図１１】作業サイクルにあるワークヘッドの作動過程を示す概念図。
【図１２】作業サイクルにあるワークヘッドの作動過程を示す概念図。
【符号の説明】
１…自動ベル加工機，２…ワークヘッド，３…作業台，５０…パイプの端部，５１…パイプ，５２…ダイ，５３…内表面，５４…流路，５５…バッファ，５９…シール部材，６０…フランジ，６１…環状キャビティー，６２…先端部，６３，６４…圧力チャンバー，６６…ヘッド，７２…加工チャンバー，８０…キャビティー，８１…横表面，８２…打撃面，８３…内表面，８４…外表面。
【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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