(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車羽根の回転駆動により送出される流体が、同心状に配設された外ケーシングと内ケーシングからなるケーシング流路を通過し、前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に固定された案内羽根により前記流体の流れ方向を回転軸と平行な方向に変換するポンプにおいて、中心軸を前記回転軸と略交叉させて前記外ケーシングと前記内ケーシングを貫通する円筒を仮想し、この仮想の円筒の曲面の一部で前記案内羽根を形成し、しかも前記案内羽根の入口端の入口角を前記流体の流れ角に一致するようにするとともに出口端が所定の出口角となるようにして構成したことを特徴とするポンプ。
【請求項２】
請求項１記載のポンプにおいて、前記仮想の円筒の半径を前記内ケーシングよりも小径とし、その前記中心軸を前記回転軸と直交させて配設して構成したことを特徴とするポンプ。
【請求項３】
請求項１記載のポンプにおいて、前記仮想の円筒の半径を前記内ケーシングよりも小径とし、その前記中心軸を前記回転軸と交叉させるとともに上流側に傾けて配設し、前記案内羽根の入口端を前記羽根車羽根の出口側と略平行となるように構成したことを特徴とするポンプ。
【請求項４】
請求項１記載のポンプにおいて、前記仮想の円筒を前記ケーシング流路の半径方向の幅を略半径寸法とし、その前記中心軸を前記回転軸と略交叉させるとともに上流側に傾けて、さらに前記ケーシング流路の半径方向の幅の中央を通過させて前記回転駆動方向に傾けて配設し、前記案内羽根の入口端および出口端を前記回転軸から略放射方向となるように構成したことを特徴とするポンプ。
【請求項５】
請求項１ないし４記載のいずれかのポンプにおいて、前記案内羽根の出口端に、その出口角で平面状の延長部を設けて構成したことを特徴とするポンプ。
【請求項６】
請求項１ないし４記載のいずれかのポンプにおいて、前記案内羽根を鋼板からなる円筒の曲面の一部を切り取って形成し、これを前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に溶接して固定配設して構成したことを特徴とするポンプ。
【請求項７】
請求項５記載のポンプにおいて、前記案内羽根を鋼板からなる円筒の曲面の一部を切り取るとともに前記延長部となる部分を平面状として形成し、これを前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に溶接して固定配設して構成したことを特徴とするポンプ。
【請求項８】
請求項１ないし５記載のいずれかのポンプにおいて、前記案内羽根を鋼板を所定の形状に切り取るとともに所定部分を前記円筒の曲面に湾曲させて形成し、これを前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に溶接して固定配設して構成したことを特徴とするポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板で安価にしかも簡単に製造することのできる案内羽根を備えたポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１９は、従来の斜流ポンプの一例の要部縦断面図である。図１９において、内ケーシング１０に軸受１２を介して回転軸１４が軸回りに回転自在に支持される。この回転軸１４の先端部には、ボス１６が設けられ、そのボス１６の側周壁に複数の羽根車羽根１８、１８…が配設される。なお、この回転軸１４の他端部には回転駆動機などが連結されていることは勿論である。また、内ケーシング１０と同心状に外ケーシング２０が配設され、内ケーシング１０と外ケーシング２０の間に複数の案内羽根２２、２２…が設けられて、内ケーシング１０と外ケーシング２０が一体化されるとともに回転駆動される羽根車羽根１８、１８…で送出される流体の流れに対してケーシング流路２４、２４…が形成される。さらに、外ケーシング２０の先端で羽根車羽根１８、１８…の外周端の回転軌跡の外周囲に吸込ケーシング２６が設けられる。
【０００３】
案内羽根２２、２２…は、羽根車羽根１８、１８…により送出される流体に対して、その入口端においては衝突損失が極力小さくその出口端で軸方向と平行な一様な流れとなるように整流することを目的としている。ところで、羽根車羽根１８、１８…から送出される流体の流れ角は、ケーシング流路２４、２４…内での半径方向の位置に応じて相違する。そこで、案内羽根２２、２２…で衝突損失を極力小さくするためには、案内羽根２２、２２…の入口端の入口角を半径方向でそれぞれに相違させて、流体の流れ角に一致させなければならない。そして、案内羽根２２、２２…は、従来は３次元曲面の複雑な形状を備えたものであって、一般的に内ケーシング１０と外ケーシング２０とともに鋳造で一体成形され、または３次元総金型によりプレス加工されたものが、内ケーシング１０と外ケーシング２０の間に溶接して固定配設されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の鋳造による案内羽根２２、２２…の構造は、鋳型を作るための木型がまず必要であり、その製作に長時間を要する。そして、製造台数が少ないものにあっては、木型の製作コストが高価なために、ポンプの製造コストが高いものとなる不具合があった。また、鋳造による一体成形では、案内羽根２２、２２…の肉厚が厚くなる傾向にあり、ポンプの総重量が大きなものとなり、それだけ据え付け設置などの際の取り扱いに多大な労力を必要とするという不具合もあった。
【０００５】
また、従来の鋼板製の案内羽根２２、２２…にあっても、やはりポンプ製造コストに占める３次元総金型の製作コストの割合が極めて大きく、かかる問題点の解決策が望まれていた。
【０００６】
そこで、本出願人は、先に特開平１０−１８９９７号により案内羽根２２、２２…を鋼板からなる円錐の曲面の一部分で形成する技術を提案している。これは、ベンディングマシンなどの比較的に簡単な板金加工機械により鋼板を円錐状とし、その曲面の一部を適宜に切り取ることで案内羽根２２、２２…を簡単に形成できるようにしたものである。または、適宜に展開された形状を鋼板から切り取り、これを適宜に曲げて円錐の曲面の一部となるように湾曲させて形成しても良い。
【０００７】
しかるに、先に提案した技術にあっては、鋼板を円錐またはその曲面の一部に湾曲成形する手間が煩雑であるという問題があった。そして、円錐状の既存の鋼材は無く、必ず手間の煩雑な鋼板を円錐またはその曲面の一部に湾曲成形する必要があった。
【０００８】
本発明は、先に提案した技術をより改善したものであって、案内羽根を円筒の曲面の一部で形成することで、より簡単かつ安価に案内羽根を成形できるようにしたポンプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のポンプは、羽根車羽根の回転駆動により送出される流体が、同心状に配設された外ケーシングと内ケーシングからなるケーシング流路を通過し、前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に固定された案内羽根により前記流体の流れ方向を回転軸と平行な方向に変換するポンプにおいて、中心軸を前記回転軸と略交叉させて前記外ケーシングと前記内ケーシングを貫通する円筒を仮想し、この仮想の円筒の曲面の一部で前記案内羽根を形成し、しかも前記案内羽根の入口端の入口角を前記流体の流れ角に一致するようにするとともに出口端が所定の出口角となるようにして構成されている。
【００１０】
また、前記仮想の円筒の半径を前記内ケーシングよりも小径とし、その前記中心軸を前記回転軸と直交させて配設して構成しても良い。
【００１１】
また、前記仮想の円筒の半径を前記内ケーシングよりも小径とし、その前記中心軸を前記回転軸と交叉させるとともに上流側に傾けて配設し、前記案内羽根の入口端を前記羽根車羽根の出口側と略平行となるように構成しても良い。
【００１２】
また、前記仮想の円筒を前記ケーシング流路の半径方向の幅を略半径寸法とし、その前記中心軸を前記回転軸と略交叉させるとともに上流側に傾けて、さらに前記ケーシング流路の半径方向の幅の中央を通過させて前記回転駆動方向に傾けて配設し、前記案内羽根の入口端および出口端を前記回転軸から略放射方向となるように構成しても良い。
【００１３】
さらに、前記案内羽根の出口端に、その出口角で平面状の延長部を設けて構成することもできる。
【００１４】
そして、前記案内羽根を鋼板からなる円筒の曲面の一部を切り取って形成し、これを前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に溶接して固定配設して構成することもできる。
【００１５】
そしてさらに、前記案内羽根を鋼板からなる円筒の曲面の一部を切り取るとともに前記延長部となる部分を平面状として形成し、これを前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に溶接して固定配設して構成しても良い。
【００１６】
そしてまた、前記案内羽根を鋼板を所定の形状に切り取るとともに所定部分を前記円筒の曲面に湾曲させて形成し、これを前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に溶接して固定配設して構成しても良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図４を参照して説明する。図１は、本発明のポンプの第１実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。図２は、図１のＡ矢視図である。図３は、図１のＢ矢視図である。図４は、図１のＣ矢視図である。図１ないし図４において、図１９と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００１８】
図１ないし図４において、内ケーシング１０と外ケーシング２０の間のケーシング流路２４、２４…の半径方向の幅を略半径方向とし、しかも内ケーシング１０より小径の鋼板からなる円筒３０が、その中心軸３２を回転軸１４に直交させて配設すると仮想される。そして、円筒３０と外ケーシング２０の交線である外ケーシング交線３４と、円筒３０と内ケーシング１０との交線である内ケーシング交線３６が求められる。さらに、外ケーシング交線３４上でその入口角が羽根車羽根１８、１８…から送出される流体外ケーシング２０側の流れ角、例えば３６度となる点ａが求められる。また、内ケーシング交線３６上でその入口角が流体の内ケーシング１０側の流れ角、例えば２４度となる点ｂが求められる。さらに、ケーシング流路２４、２４…の半径方向の幅を半径方向に複数に分割して、円筒３０面上で流れ角が一致する点を適宜に求め、これらの点と点ａ、ｂを結ぶ線を円筒３０の面上に求め、案内羽根２２、２２…の入口端が設定される。さらに、外ケーシング交線３４上でその出口角が、例えば１０５度となる点ｃが求められる。同様に内ケーシング交線３６上でその出口角が１０５度となる点ｄが求められる。これらの点を結んで案内羽根２２、２２…の出口端が設定される。したがって、案内羽根２２、２２…は、外ケーシング交線３４と内ケーシング交線３６と入口端ａ、ｂおよび出口端ｃ、ｄで結ばれる形状で円筒３０の曲面の一部として形成される。
【００１９】
かかる構成の案内羽根２２、２２…は、円筒３０の曲面の一部を適宜に切り取って、これを内ケーシング１０と外ケーシング２０の間に溶接固定することで、簡単に形成することができる。そして、この案内羽根２２、２２…は、羽根車羽根１８、１８…による流体の流れ角に対応した入口角を備えており、流体の流れを適宜に回転軸１４方向と平行に変換することができる。なお、案内羽根２２、２２…の出口角を例えば１０５度としたのは、出口角を９０度としても流体の慣性によりその流れ方向が必ずしも回転軸１４方向と平行にならないので、出口角を幾分逆そりに設定することで、流体の流れの中心を回転軸１４方向と平行とするためである。また、半径が小さい円筒３０で形成された案内羽根２２、２２…ほどその曲率が大きく流体の流れ方向を急激に変換することとなり、一方半径が大きな円筒３０で形成された案内羽根２２、２２…ほどその曲率は小さく流れ方向を緩慢に変換することとなる。そして、案内羽根２２、２２…の翼弦長は、円筒３０の半径により変化される。そこで、案内羽根２２、２２…の適宜な翼弦長が得られるように、円筒３０の半径が適宜に設定されれば良い。ここで、円筒３０が外ケーシング２０と内ケーシング１０をともに貫通するには、円筒３０の半径は、内ケーシング１０の半径より小径でなければならない。
【００２０】
ところで、斜流ポンプなどにあっては、羽根車羽根１８、１８…の出口側で流体はテーパー状に広がる流れとなっている。そして、羽根車羽根１８、１８…の出口側に近接させて案内羽根２２、２２…の入口端が設けられることが望ましい。しかも、案内羽根２２、２２…の入口端は、羽根車羽根１８、１８…の出口側と略平行となることが望ましい。しかしながら、第１実施例では、図４から明らかなように、案内羽根２２、２２…の入口端ａ、ｂは、回転軸１４に対して略直交しており、上流側に傾いた羽根車羽根１８、１８…の出口端と平行とならない。そこで、第１実施例の案内羽根２２、２２…の入口端ａ、ｂを羽根車羽根１８、１８…の出口側に近づけて配設するならば、その間の距離が外ケーシング２０側と内ケーシング１０側とで大きく相違し、ポンプ性能を十分に確保することができない。
【００２１】
そこで、上記第１実施例を改善した本発明の第２実施例を図５ないし図８を参照して説明する。図５は、本発明のポンプの第２実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。図６は、図５のＡ矢視図である。図７は、図５のＢ矢視図である。図８は、図５のＣ矢視図である。図５ないし図８において、図１ないし図４および図１９と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２２】
図５ないし図８に示す第２実施例において、第１実施例と相違するところは、円筒３０の中心軸３２を回転軸１４に対して上流側に所定の角度αだけ傾けて配設すると仮想されることにある。そして、第１実施例と同様にして、外ケーシング交線３４と内ケーシング交線３６上で、その入口角および出口角から入口端ａ、ｂおよび出口端ｃ、ｄが求められて、案内羽根２２、２２…が形成される。
【００２３】
かかる構成の案内羽根２２、２２…は、図８から明らかなように、その入口端ａ、ｂが、回転軸１４に対して上流側に傾いたものとなり、羽根車羽根１８、１８…の出口側と略平行で近接して配設することが可能となる。なお、この案内羽根２２、２２…の入口端ａ、ｂの傾きは、円筒３０の中心軸３２を回転軸１４に対して傾ける角度αを適宜に設定することで、調整が可能である。
【００２４】
ところで、外ケーシング２０と内ケーシング１０および隣接する２枚の案内羽根２２、２２…で仕切られる個々のケーシング流路２４、２４…は、濡れ面積を小さくして管路抵抗を少なくすることが望ましい。そこで、ケーシング流路２４、２４…の流れ方向に直交する断面の水力半径がなるべく大きくなることが望まれる。図９は、第２実施例の案内羽根の入口端を回転軸方向に見た図である。また、図１０は、第２実施例の案内羽根の出口端を回転軸方向に見た図である。図９に示す案内羽根２２、２２…の入口端にあっては、回転軸１４に対して略放射状であり、ケーシング流路２４、２４…は比較的に大きな水力半径となっている。しかし、図１０に示す案内羽根２２、２２…の出口端にあっては、回転軸１４に対して略放射状から大きくずれていてケーシング流路２４、２４…は大きくつぶれた形状であり、水力半径は小さく管路抵抗が大きなものである。
【００２５】
そこで、上記第２実施例をさらに改善した本発明の第３実施例を図１１ないし図１６を参照して説明する。図１１は、本発明のポンプの第３実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。図１２は、図１１のＡ矢視図である。図１３は、図１１のＢ矢視図である。図１４は、図１１のＣ矢視図である。図１５は、第３実施例の案内羽根の入口端を回転軸方向に見た図である。図１６は、第３実施例の案内羽根の出口端を回転軸方向に見た図である。図１１ないし図１６において、図１ないし図１０および図１９と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２６】
図１１ないし図１６に示す第３実施例において、第２実施例と相違するところは、円筒３０の中心軸３２を回転軸１４に対して略交叉するとともに上流側に所定の角度αだけ傾け、さらにケーシング流路２４、２４…の半径方向の幅の中央の点ｐを通過させて回転駆動方向に角度βだけ傾けて配設すると仮想されることにある。そして、第１実施例および第２実施例と同様にして、外ケーシング交線３４と内ケーシング交線３６上で、その入口角および出口角から入口端ａ、ｂおよび出口端ｃ、ｄが求められて、案内羽根２２、２２…が形成される。
【００２７】
かかる構成の案内羽根２２、２２…は、図１４から明らかなように、その入口端ａ、ｂが、回転軸１４に対して上流側に傾いたものとなり、羽根車羽根１８、１８…の出口側と略平行で近接して配設することが可能となる。また、図１５に示すごとく案内羽根２２、２２…の入口端は回転軸１４に対してほぼ放射状であり、ケーシング流路２４、２４…の水力半径は比較的に大きなものとなる。そして、図１６に示すごとく、案内羽根２２、２２…の出口端も回転軸１４に対して略放射状となり、ケーシング流路２４、２４…の水力半径は比較的に大きなものとなっている。したがって、第３実施例では、円筒３０の中心軸３２を回転駆動側に傾けることで、ケーシング流路２４、２４…における管路抵抗が小さくなり、第２実施例に比較して大幅に改善される。なお、この案内羽根２２、２２…の入口端および出口端は、円筒３０の中心軸３２を回転駆動側に傾ける角度βを適宜に設定することで、調整が可能である。
【００２８】
さらに、本発明の第４実施例を図１７および図１８を参照して説明する。図１７は、本発明のポンプの第４実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。図１８は、第４実施例の案内羽根で流体の流れ方向が回転軸方向と平行となることを示す図である。図１７および図１８において、図１ないし図１６および図１９と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２９】
図１７に示す第４実施例において、第３実施例と相違するところは、案内羽根２２、２２…の出口端に、延長部４０を設けたことにある。この第４実施例は、第３実施例と同様にして案内羽根２２、２２…が形成され、その出口端に所定の出口角で平面状の延長部４０が延設されたものである。この延長部４０を備えた案内羽根２２、２２…は、円筒３０から本来の曲面状の案内羽根２２、２２…と延長部４０に相当する部分を切り取り、延長部４０の部分を平面状にプレス加工して形成される。そして、この延長部４０を備えた案内羽根２２、２２…が、内ケーシング１０と外ケーシング２０の間に溶接により配設固定される。
【００３０】
かかる構成にあっては、案内羽根２２、２２…の出口角を例えば１０５度とするのに加えて、延長部４０によるガイド効果で、流体の中心部の流れ方向は回転軸１４方向と平行となる。
【００３１】
上記第１ないし第４実施例において、現在普及している３次元ＣＡＤなどを用いることで、案内羽根２２、２２…の形状を簡単に設計することができる。そこで、円筒３０の半径やその上流側に傾ける角度αと回転駆動側に傾ける角度βおよび案内羽根２２、２２…の翼弦長などを適宜に設定して設計し、この設計された案内羽根２２、２２…の形状が充分に満足できない場合には、設定値の一部または全部を適宜に変更しながら繰り返し設計して最適なものを求めれば良い。また、案内羽根２２、２２…は、円筒３０の曲面の一部を適宜に切り取り、そのままの曲面でまたは一部の延長部４０となる部分を平面状にプレス加工して形成しても良いが、平面状の鋼板を適宜な形状に切り取り、これをベンディングマシンなどにより円筒３０の曲面の一部となるように湾曲させて形成しても良い。さらに、大量生産するならば、案内羽根２２、２２…をプレス加工機械で鋼板から形成しても良い。そしてまた、鋳造で案内羽根２２、２２…を、外ケーシング２０と内ケーシング１０と一体的に形成しても良いことは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のポンプは構成されているので、以下のごとき格別な効果を奏する。
【００３３】
請求項１記載のポンプにあっては、案内羽根を円筒の曲面の一部で形成するので、案内羽根を鋼板から板金加工機械などで簡単に製造できる。また、既存の鋼板からなる円筒管の一部を切り取って形成することも可能である。そして、プレス加工により製造することもでき、その金型の形状が従前に比べてより簡単なものとなる。さらに、鋳造により製造することも可能であり、その木型の形状は簡単なものである。
【００３４】
請求項２記載のポンプにあっては、円筒の中心軸を回転軸と直交して配設すると仮想されるので、案内羽根の形状は簡単なものであり、設計も容易である。
【００３５】
請求項３記載のポンプにあっては、案内羽根の入口端が回転軸に対して上流側に傾くので、羽根車羽根の出口側に入口端を略平行として近接して案内羽根を配設することができる。
【００３６】
請求項４記載のポンプにあっては、ケーシング流路の水力半径を大きくすることができ、それだけ管路抵抗を小さくすることができる。
【００３７】
請求項５記載のポンプにあっては、案内羽根の出口端に平面状の延長部を設けるので、この延長部の流体に対するのガイド効果により、流体の中心の流れ方向を回転軸方向と平行に変換することができる。
【００３８】
請求項６および７記載のいずれのポンプにあっても、鋼板からなる円筒の一部を切り取って案内羽根を形成することができ、その製造が極めて簡単である。
【００３９】
請求項８記載のポンプにあっては、鋼板を所定の形状に切り取って、これを円筒の曲面に湾曲させて案内羽根を形成するので、ベンディングマシンまたはプレス加工機械などにより簡単にかつ大量に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポンプの第１実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】図１のＢ矢視図である。
【図４】図１のＣ矢視図である。
【図５】本発明のポンプの第２実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。
【図６】図５のＡ矢視図である。
【図７】図５のＢ矢視図である。
【図８】図５のＣ矢視図である。
【図９】第２実施例の案内羽根の入口端を回転軸方向に見た図である。
【図１０】第２実施例の案内羽根の出口端を回転軸方向に見た図である。
【図１１】本発明のポンプの第３実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。
【図１２】図１１のＡ矢視図である。
【図１３】図１１のＢ矢視図である。
【図１４】図１１のＣ矢視図である。
【図１５】第３実施例の案内羽根の入口端を回転軸方向に見た図である。
【図１６】第３実施例の案内羽根の出口端を回転軸方向に見た図である。
【図１７】本発明のポンプの第４実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。
【図１８】第４実施例の案内羽根で流体の流れ方向が回転軸方向と平行となることを示す図である。
【図１９】従来の斜流ポンプの一例の要部縦断面図である。
【符号の説明】
１０  内ケーシング
１４  回転軸
１８  羽根車羽根
２０  外ケーシング
２２  案内羽根
２４  ケーシング流路
３０  円筒
３２  中心軸
３４  外ケーシング交線
３６  内ケーシング交線
４０  延長部
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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