供給 第４章 導管材料と設計

導管の種類(本支管・供給管・内管)、材料(鋼管・ポリエチレン管・鋳鉄管・フレキ管)、接合方法、遮断装置、設計手順、内圧応力(円周応力・軸応力)、外力(上載荷重・車両荷重)、熱応力までを扱います。

乙種・甲種兼用 / 全10節 / 学習目安: 30〜60分

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📍 はじめに

導管は地中・建物内に長期間埋設されるため、材料選定と応力設計が要です。この章では、用途に応じた材料の使い分けと、設計時に考慮すべき応力を整理します。

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📍 この章で学ぶこと(4ブロック・全10節)

各節の重要度を 乙種 / 甲種 で並べて表示します。

🟦 = 甲種で重要度が乙種より上がる節 / ★ = 重要度A節

ブロック1: 導管の種類と材料

節	タイトル	乙	甲
1	導管の種類と最高使用圧力による区分（本支管・供給管・内管・圧力区分別材料）	C	C
2	導管材料の特性と製造法比較（鋼管・ポリエチレン管・鋳鉄管・フレキ管）	C	C

ブロック2: 接合方法と遮断装置

節	タイトル	乙	甲
3	導管の接合方法（融着・溶接・機械的接合・フランジ・ねじ接合）と圧力別適用	C	🟦 B
4	遮断装置（バルブの種類と特徴：ボール・プラグ・バタフライ・玉形・ゲート弁）	C	C

ブロック3: 設計と応力

節	タイトル	乙	甲
5	本支管の設計手順と供内管の設計（手順・建物区分・配管口径・防食）	C	C
6-1	内圧による応力（円周方向応力・軸方向応力）の算定と計算	★A	★A
6-2	応力とひずみ・上載荷重・車両荷重と最小管厚（外力設計）	B	B
7	温度変化による熱応力と架管の設計（可とう性配管・伸縮継手比較）	★A	B

ブロック4: 供内管

節	タイトル	乙	甲
9-1	供内管のガス遮断装置（引込管ガス遮断装置・緊急ガス遮断装置・業務用）	C	C
9-2	フレキ配管工法・不等沈下対策・変位吸収措置・高層階圧力上昇防止	C	C

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📚 テキスト解説

各節は次の構成で進みます。

– 🎯 一言で

– 📖 解説(乙種ベース)

– 🟦 甲種プラスα(必要な節のみ)

– ⚡ 焦点ポイント

– 📝 過去問のひっかけ例

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1. 導管の種類と最高使用圧力による区分（本支管・供給管・内管・圧力区分別材料）

重要度: 乙C / 甲C

📖 解説(乙種ベース)

導管は敷設位置（本支管・供給管・内管）と最高使用圧力（高圧・中圧A/B・低圧）で区分され、圧力区分ごとに使用できる材料が異なる。

導管の種類

■ 敷設位置による区分

①本支管：ガスの使用場所に引き込むための導管を除いた導管。道路に平行して敷設。口径大＝本管、口径小＝支管

②供給管：本支管から分岐し、使用者が占有・所有する土地と道路との境界線（官民境界）に至るまでの管

③内管：官民境界からガス栓の入側までの管

（注）供給管と内管を合わせて「供内管」という。灯外内管・灯内内管という名称も用いられる

■ 最高使用圧力による区分と使用材料

圧力区分	圧力範囲	使用可能材料
高圧	1MPa以上	鋼管のみ
中圧A	0.3MPa以上〜1MPa未満	鋼管・鋳鉄管
中圧B	0.1MPa以上〜0.3MPa未満	鋼管・ポリエチレン管・鋳鉄管
低圧	0.1MPa未満	鋼管・ポリエチレン管・鋳鉄管・フレキ管

■ ポイント

・高圧では鋼管のみ使用可能

・ポリエチレン管は中圧B以下（中圧Aは不可）

・フレキ管（ステンレス鋼フレキシブル管）は低圧のみ

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2. 導管材料の特性と製造法比較（鋼管・ポリエチレン管・鋳鉄管・フレキ管）

重要度: 乙C / 甲C

📖 解説(乙種ベース)

4種の導管材料（鋼管・ポリエチレン管・ダクタイル鋳鉄管・フレキ管）の材料特性（引張強さ・破断伸び・縦弾性係数・融点）と製造法を整理する。

導管材料の特性比較

■ 材料の特性順位

・引張強さ：鋳鉄管＞鋼管＞ポリエチレン管

・破断伸び（伸びやすさ）：ポリエチレン管＞鋼管＞鋳鉄管

・縦弾性係数（ヤング率）：鋼管＞鋳鉄管＞ポリエチレン管

・融点：鋼管＞鋳鉄管＞ポリエチレン管

■ 各材料の特徴

①鋼管（SGP：配管用炭素鋼鋼管）

・加工容易・強靭・品質均一、低圧〜高圧まで幅広く使用

・高圧では鋼管のみ使用可

②ポリエチレン管

・電気絶縁性→耐腐食性、引張伸びが大きく柔軟性・可とう性に優れる

・軽量（鋼管・鋳鉄管比）、小口径はスクイズオフで遮断可

・低圧埋設管の主流材料

③鋳鉄管

・球状黒鉛鋳鉄品（ダクタイル鋳鉄）：Mg添加で黒鉛を球状化→高強度・高伸び

・黒心可鍛鋳鉄品（マリアブル鋳鉄）：小口径管継手に使用

・中・低圧に使用

④フレキ管（ステンレス鋼フレキシブル管）

・材質：SUS304（ステンレス鋼）

・耐食・耐久性・可とう性に優れ、耐震性が高い

・波付け後、塩化ビニール等の樹脂で被覆

・低圧内管（供内管）のみに使用

■ 製造法

・鋼管：鍛接法・電気抵抗溶接法・継目無法・UOE法

・ポリエチレン管：押出成形法・射出成形法（継手）

・鋳鉄管：遠心力金型鋳造法・砂型鋳造法・シェルモード法

・フレキ管：ステンレス鋼を円筒形に成形→波付け→樹脂被覆

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3. 導管の接合方法（融着・溶接・機械的接合・フランジ・ねじ接合）と圧力別適用

重要度: 乙C / 🟦 甲B

📖 解説(乙種ベース)

導管接合の5種類（溶接・融着・機械的接合・フランジ接合・ねじ接合）の特徴と、圧力区分・材料別の使用可否を整理する。融着（HF・EF）は特に重要。

導管の接合方法

■ 接合方法と特徴

①溶接接合（鋼管）

・突合せ溶接（V型開先加工→裏波溶接）と隅肉溶接がある

・高い継手効率（母材と同等の強度）、低圧〜高圧まで使用

・鋼管の主要接合法

②融着接合（ポリエチレン管専用）

・HF（ヒートフュージョン）接合：210〜260℃のヒーターで溶融→加圧圧着

種類：バット融着・ソケット融着・サドル融着（3種類）

確認：目視でビード（盛り上がり）を確認

・EF（エレクトロフュージョン）接合：継手内面の電熱線（ワイヤー）に通電して溶融

種類：ソケット融着・サドル融着（2種類、バットなし）

確認：インジケーターで確認（目視不可）

・融着直前に融着面をスクレーパーで切削→エタノール等で清掃

③機械的接合

・ゴムパッキン・Oリング等で気密性確保

・可とう性があり伸縮性に富む、中圧まで使用可能

・主として小口径鋼管・鋳鉄管の接合

④フランジ接合

・組立て・取外しが容易→バルブ・ガバナ回り配管・屋内配管に多用

・ガスケット（合成ゴム）をはさんでボルト・ナットで締付け

・大きい曲げモーメントがかかる場所では注意が必要

⑤ねじ接合（鋼管）

・小口径低圧管の露出管・内管用配管に使用

・接合終了後は防食テープ等で被覆（防食目的）

■ 圧力別接合方法（鋼管）

圧力区分	鋼管接合法
高圧・中圧A	溶接・フランジ・機械的接合
中圧B	溶接・フランジ・機械的接合・ガス型接合
低圧	溶接・フランジ・機械的接合・ねじ・ガス型・ユニオン接合

🟦 甲種プラスα

甲種では「導管の接合方法（融着・溶接・機械的接合・フランジ・ねじ接合）と圧力別適用」の本文の概念をより深く理解した上で、論述問題への応用が問われます。本文の数値・原理をしっかり押さえてください。

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4. 遮断装置（バルブの種類と特徴：ボール・プラグ・バタフライ・玉形・ゲート弁）

重要度: 乙C / 甲C

📖 解説(乙種ベース)

導管に設ける遮断装置（バルブ）の5種類の構造・特徴・用途を整理する。各バルブの圧力損失・流量制御性・長所短所を比較できるようにする。

バルブの種類と特徴

■ ボールバルブ

・穴あきボールを90°回転させて開閉

・圧力損失が非常に小さい、流路面積を管内径と同一にできる（フルボアタイプ）

・フルボア：ボア径≒配管内径（圧力損失最小）

・レデュースボア：ボア径＜配管内径（コンパクトだが圧力損失大）

・用途：広く一般使用

■ プラグバルブ

・円錐形弁せんを90°回転させて開閉

・ダスト等不純物による遮断効果の低下が生じにくい

・主として中圧管に使用、定期的なグリス注入が必要

■ バタフライ弁（蝶型弁）

・円板状の閉止弁を回転させて開閉

・バルブ開度と流量が比例→流量コントロールが容易

・構造が簡単で安価（○）

・長時間閉止状態で密着して開かないことがある（△）

・主として熱量変更時の低圧管の地区分割用

■ 玉形弁（グローブ弁）

・弁棒を回すと円筒状の閉止弁が上下し、弁座との隙間で流量を制御

・締め切り性能が良く流量調整が容易

・圧力損失が大きい（欠点）

・主として整圧器回りの小口径配管に使用

■ ゲートバルブ（スルースバルブ）

・くさび形の弁体が直線的に昇降して開閉

・全開時の圧力損失が小さい

・ダスト等が弁座にたまりやすく遮断能力が低下することがある

・流量調整には不向き

■ 比較まとめ

バルブ	圧力損失	流量制御	特徴
ボールバルブ	最小	△	汎用・高圧対応
バタフライ	中	○	安価・流量比例
玉形弁	大	◎	整圧器周り
ゲートバルブ	小（全開時）	×	大口径

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5. 本支管の設計手順と供内管の設計（手順・建物区分・配管口径・防食）

重要度: 乙C / 甲C

📖 解説(乙種ベース)

本支管の設計は10ステップ（供給圧力決定→口径決定→路線→現場調査→…→河川軌道横断）。供内管設計は建物区分11種に応じた安全設備選定と配管口径・防食計画が核心。

本支管の設計手順

設計手順（10ステップ）：

①供給圧力の決定→②口径決定→③路線決定→④現場調査→⑤他埋設物調査

→⑥工法の選定→⑦埋設位置及び埋設深さ→⑧導管材料の選定

→⑨遮断装置の設定→⑩水取り器の設置→（河川・軌道横断の検討）

・工法：開削工法に加えて「非開削工法」の適用を検討（経済性・周辺環境への影響考慮）

・軌道横断：迷走電流の影響が大きいため電気防食設計が必要

供内管の設計手順

設計手順：供給圧力決定→燃焼機器ガス消費量→ガス栓・接続具選定→メーター選定

→配管経路・位置→ガス遮断装置の設置→配管口径の決定→配管材料と接合法→防食→配管支持→安全設備

■ 建物区分（11区分）と安全設備

建物を構造・用途・メーター換算べ号数で11区分し、保安上の優先順位を設定

・区分1：特定地下街（保安優先1位）

・区分2：特定地下室（同2位）

・区分3：超高層建物（60m超、同3位）

・区分4：特定大規模建物（180m³/h以上、同4位）

・区分5：高層建物（31m超、同5位）

・区分6〜11：特定中規模・公共・工業用・一般業務・一般集合・一般住宅

■ 安全設備の選定（建物区分別）

・全区分：ヒューズガス栓の設置

・区分1〜5・一部：都市ガス警報器・引込管ガス遮断装置・緊急ガス遮断装置の設置が必要

■ 配管口径の決定

配管口径は、設計流量が流れた時にガス栓出口で必要な圧力が確保できるように決定

・設計流量：下流側の燃焼機器ガス消費量から決定

・戸建・集合住宅各住戸：住戸用同時使用率を参考に決定

・集合住宅共用配管部：集合住宅用同時使用率を参考に決定

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6-1. 内圧による応力（円周方向応力・軸方向応力）の算定と計算

重要度: ★ 乙A / 甲A

📖 解説(乙種ベース)

ガス内圧により導管に生じる円周方向応力（フープ応力）と軸方向応力の計算式を正確に覚える。円周方向応力は軸方向応力の2倍。

内圧による応力の算定

■ 円周方向応力（フープ応力）σ_c

σ_c = PD / (2t) [MPa または N/mm²]

P：内圧 (MPa)

D：管の内径 (mm)

t：管厚 (mm)

・円周方向応力は内径に比例し、管厚に反比例する

・内圧により直管に生じる最大応力は円周方向応力

■ 軸方向応力 σ_ℓ

管の両端に平板を取り付けた場合に内圧による引張荷重W：

W = P × πD²/4

軸方向応力：

σ_ℓ = W/A = (P × πD²/4) / (πDt) = PD / (4t) [N/mm²]

・軸方向応力は円周方向応力の1/2

■ 関係式

σ_c = PD/(2t)　 σ_ℓ = PD/(4t)

→ σ_c = 2σ_ℓ（円周方向応力は軸方向応力の2倍）

■ 管厚の算定（ガス事業法の式）

t = PDₒ / (2fη + 0.8P) + C

t：管厚 (mm)　P：最高使用圧力 (MPa)

Dₒ：導管外径 (mm)　f：許容引張応力 (N/mm²)

η：接手効率　C：腐れしろ (mm)

■ 計算例

外径210mm、管厚5mmの鋼管が内圧P=0.3MPaを受ける場合の円周方向応力：

内径 D = 210 – 5×2 = 200mm

σ = PD/(2t) = 0.3 × 200 / (2×5) = 60/10 = 6 (N/mm²)

🟦 甲種プラスα

甲種最頻出の計算問題

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7. 温度変化による熱応力と架管の設計（可とう性配管・伸縮継手比較）

重要度: ★ 乙A / 甲B

📖 解説(乙種ベース)

温度変化により生じる熱応力の計算式（σ=EαΔT）と架管設計での熱応力吸収方法（可とう性配管・ベローズ型伸縮継手）の比較を理解する。

温度変化による熱応力

■ 熱応力の発生条件

・導管が自由に膨張・収縮できない（拘束された）状態で温度が変化すると熱応力が生じる

・埋設管：土の摩擦力等で拘束されている場合に生じる

・地上配管（架管）：両端が堅固に固定された場合に生じる

■ 熱応力の算定

パイプ長さ ℓ の一端が自由な場合の伸び量：

δ = α × ΔT × ℓ

ひずみ：ε = δ/ℓ = αΔT

熱応力：σ = E × ε = E × α × ΔT

α：線膨張係数（1/℃）

ΔT：温度変化幅（℃）

E：縦弾性係数（ヤング率）

■ 重要ポイント

・両端固定の直管における熱応力は管の長さに無関係（EαΔTのみによる）

・温度上昇→管が伸びようとする→圧縮応力が発生

・温度低下→管が縮もうとする→引張応力が発生

架管の設計と熱応力吸収方法

架管（橋に添架する導管）は温度変化による応力が大きい→熱応力吸収方法の検討が最重要

■ 可とう性配管と伸縮継手の比較

項目	可とう性配管（曲り配管）	ベローズ型伸縮継手
固定点の必要性	配管形状により必要	必要
配管の強度	鋼管で強度的に問題なし	薄肉で問題となることあり
特別な点検	不要	可動部の点検が必要
配管スペース	必要	不要（継手のみ）
設定位置	スペースさえあれば露出・埋設可	露出部が望ましい
伸縮吸収能力	曲り配管スペース次第で大量吸収可	構造により制限

架管施工では橋台等の壁貫通部にスリーブを設け、弾性シール材（加硫ゴム）を充填する

🟦 甲種プラスα

「熱応力σ=EαΔT」の計算と「両端固定の熱応力は管長さに無関係」は甲種頻出

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6-2. 応力とひずみ・上載荷重・車両荷重と最小管厚（外力設計）

重要度: 乙B / 甲B

📖 解説(乙種ベース)

フックの法則（σ=Eε）・上載荷重（Wf=0.001γh）・車両荷重（埋設深さの2乗に反比例）と最小管厚の決定（内圧・外荷重のいずれか大きい方）を整理する。

応力とひずみ（基礎）

■ 応力 σ = W/A（荷重/断面積）

・引張応力（+）・圧縮応力（-）

■ ひずみ ε = δ/ℓ（伸び/元の長さ）

■ フックの法則（弾性範囲内）：σ = E・ε

E：縦弾性係数（ヤング率）

■ 曲げ応力：σ = (M/I)・y

M：曲げモーメント、I：断面二次モーメント、y：中立軸からの距離

管がたわむと内側が圧縮・外側が引張の曲げ応力

上載荷重（土圧）

■ 上載荷重 Wf = 0.001 × γ × h [MPa]

γ：土の単位体積重量（kN/m³）一般的には2g（≒20 kN/m³）

h：埋設深さ（m）

・上載荷重は埋設深さに比例する

車両荷重（輪荷重）

■ ブジネスクの式による算定

P = k × Q/h²（直上にある場合）

P：単位面積あたりの荷重、Q：荷重、h：埋設深さ、k：定数(3/2π)

・車両荷重は埋設深さの2乗に反比例する（深いほど影響が小さい）

・管断面への作用：管頂と管底でへこみ、管側で膨らむ変形（管頂・管底で曲げモーメント最大）

最小管厚の決定

埋設される導管の管厚は次のいずれか大きい値とする：

①内圧から求めた厚さ（内圧設計）

②上載荷重と車両荷重の外荷重から求めた厚さ（外荷重設計）

（ただし低圧管で車両荷重を受けるおそれのないものはこの限りでない）

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9-1. 供内管のガス遮断装置（引込管ガス遮断装置・緊急ガス遮断装置・業務用）

重要度: 乙C / 甲C

📖 解説(乙種ベース)

供内管に設置する4種のガス遮断装置（引込管・緊急・分岐バルブ・業務用）の設置対象・設置場所・操作方式・停電対策を整理する。

供内管のガス遮断装置

■ ガス遮断装置の種類（4種）

①引込管ガス遮断装置

・設置場所：建物外の引込管（埋設部）に設置、地上から容易に操作できる場所

・操作方式：手動

・設置対象となる引込管：

– 最高使用圧力が中圧以上の引込管

– 内径が70mm以上の低圧引込管

– 超高層建物・高層建物・特定大規模建物への引込管

– 地下室・地下街・その他地下でガスが充満するおそれのある場所への引込管

②緊急ガス遮断装置

・設置場所：建物への引込管の外壁貫通部付近に設置

・操作方式：遠隔操作（自動または人が操作）

・停電対策：停電時も操作可能なように非常電源接続またはバッテリー内蔵操作器

・設置対象：特定地下街・特定地下室・超高層建物・特定大規模建物・中圧供給建物

（ただし工場・廃棄物処理場・ガスが滞留しないおそれがない場所は除外）

③分岐バルブ

・配管の分岐部に設置

・検査時・施工時・長期不使用時に操作しガスを遮断

④業務用ガス遮断装置

・業務用厨房に設置

・手動または都市ガス警報器からのガス漏れ信号でガスを遮断

・遮断弁と操作器で構成

■ 緊急ガス遮断装置の操作器

・炭酸ガス式・ばね式が一般的（別の操作器からの作動信号で自動作動）

・停電時も作動できる非常電源・バッテリー内蔵が必要

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9-2. フレキ配管工法・不等沈下対策・変位吸収措置・高層階圧力上昇防止

重要度: 乙C / 甲C

📖 解説(乙種ベース)

供内管設計の実務的事項：フレキ配管工法の特徴・不等沈下対策の4手法・変位吸収措置（ボールスライドジョイント等）・高層階の圧力上昇防止対策を整理する。

フレキ配管工法

・フレキ管（SUS304）による内管配管工法

・特徴：

– 狭いスペースで配管可能・継手接続箇所が少ない

– 可とう性・耐久性・耐食性に優れる

– 熟練技術不要・配管スピードアップ

– メーター下流の埋設でない配管が対象

・注意点：

– 管肉が薄く釘打ち等で損傷しやすい→防護措置が必要

– 圧力損失は直管で比較すると鋼管より若干大きい

– 埋設・コンクリート内埋込みではさや管に入れる（土・コンクリートに直接接触させない）

不等沈下対策

・軟弱地盤や超重量建物引込みの供内管：建物周囲の地盤沈下を考慮した設計が必要

・対策例：

①溶接接合鋼管またはポリエチレン管（可とう性を利用）

②ねじ・機械的・溶接接合で曲管を組合せ

③伸縮継手

④その他

建物内配管の変位吸収措置

・エキスパンションジョイント部の配管：地震時の相対変位を吸収する措置が必要

・具体的措置：

①ボールスライドジョイント：外壁貫通部で使用、両端ユニバーサル部+中央スライド部、露出部に設置

②可とう管継手：露出部に設置

③ループ配管：配管を曲げることでたわみ性を持たせ変位を吸収

・免震層通過配管：ボールスライドジョイントまたは可とう管継手を使用

・戸建免震住宅：フレキ管で基礎側・建物側の変位を吸収

高層階の圧力上昇防止対策

建物内の高さ差によりガス栓での圧力が供給約款で定める最高値を超える場合→圧力上昇防止対策を講じる

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🔢 供給の重要数値・設備の整理

主要導管材料:

– 鋼管(STKM): 高圧・中圧、強度高、腐食対策必須

– ポリエチレン管(PE管): 低圧、耐腐食性◎、融着接合

– 鋳鉄管: 旧来材料、現在は更新対象

– フレキ管: 屋内配管、不等沈下対策

圧力区分別の材料選択:

– 高圧: 鋼管(溶接接合)

– 中圧: 鋼管(溶接) or PE管(融着)

– 低圧: PE管(融着)が主流

薄肉円筒の応力(覚え方):

– 円周応力 σθ = PD/2t

– 軸応力 σz = PD/4t

– σθ : σz = 2 : 1(円周応力の方が大きい)

遮断装置の主要種類:

– ボール弁: 90度回転、開閉迅速

– プラグ弁: 円錐型プラグ

– バタフライ弁: 大口径低圧用

– ゲート弁: 全開時の圧力損失小

– 玉形弁: 流量調整用

供給科目では、設備名・型式・運転条件の数値・配管材料の組み合わせで誤答が作られます。本章で出てきた数値・設備名・工法を一覧で整理しておくと、選択肢の引っかけに気付きやすくなります。

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📝 関連過去問

この章の知識が問われる過去問題リスト(全19問)。

ℹ️ 乙種・甲種は別の試験です。同じ問番号(例: 基問10)であっても、乙種と甲種では出題される問題内容は異なります。各年度・種別ごとの本文は 乙種過去問 / 甲種過去問 ページから確認してください。

乙種(10問)

– 令和7年: 供問13

– 令和6年: 供問13

– 令和5年: 供問13

– 令和4年: 供問13

– 令和3年: 供問13

– 令和2年: 供問13

– 令和元年: 供問13

– 平成30年: 供問13

– 平成29年: 供問13

– 平成28年: 供問13

甲種(9問)

– 令和7年: 供問13

– 令和6年: 供問13

– 令和5年: 供問13

– 令和4年: 供問13

– 令和3年: 供問13

– 令和2年: 供問13

– 令和元年: 供問13

– 平成30年: 供問13

– 平成29年: 供問13