(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の外壁面を構成するアウタースキンと、
前記アウタースキンの内側に間隔をあけて配置されたインナースキンと、
前記アウタースキンと前記インナースキンとの間の空間を構成し、前記構造物の横方向の全幅又は略全幅に亘って設けられたキャビティ部と、
前記アウタースキンに横方向に間隔をあけて設けられ、前記キャビティ部と外気とを連通し、前記キャビティ部の風圧力を均一化又は略均一化させる複数の開口部と、
を有し、
前記キャビティ部の均一化又は略均一化された風圧力に基づいて、
前記インナースキンの厚みが設定されたダブルスキン構造。
【請求項２】
構造物の外壁面を構成するアウタースキンと、
前記アウタースキンの内側に間隔をあけて配置されたインナースキンと、
前記アウタースキンと前記インナースキンとの間の空間を構成し、前記構造物の横方向の全幅又は略全幅に亘って設けられたキャビティ部と、
前記アウタースキンに横方向に間隔をあけて設けられ、前記キャビティ部と外気とを連通し、前記キャビティ部の風圧力を均一化又は略均一化させる複数の開口部と、
を有し、
前記キャビティ部の均一化又は略均一化された風圧力に基づいて、
前記インナースキンの厚みを設定するダブルスキン構造の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダブルスキン構造及びダブルスキン構造の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、建築物の外周の少なくとも一面に配設された外部スキンと、この外部スキンの室内側に中空層を介して対向配設された内部スキンと、を備えてなるダブルスキンファサード構造が開示されている。そして、このようなダブルスキンファサード構造において、中空層は建物高さ方向に連続した空間であり、中空層の両側側端部、下部、及び外部スキン面上層部に外気導入または排気のための開口を形成することが提案されている。
【０００３】
特許文献２には、平面上の周囲を周回する外周壁のうち、少なくとも互いに対向する区間を内壁と外壁から構成されるダブルスキン構造とし、ダブルスキンを構成する外壁に周方向に間隔を隔て、開閉自在な開口部を形成することが提案されている。
【０００４】
さて、一般的には、ダブルスキン構造の場合、アウタースキンは開口によって中空層との圧力差が小さくなるので、アウタースキンにはシングルスキン構造の場合におけるシングルスキンの７０％程度の風圧力（風荷重）がかかるとされている。しかし、インナースキンは建物内部空間との圧力差が発生するので、インナースキンにはシングルスキンと同じ風圧力（風荷重）がかかると考えて設計していた。つまり、内側のインナースキンはシングルスキンと同じ厚みに設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３０７６２号
【特許文献２】特開２００７−４６３７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事実に鑑み、構造物の外壁面をシングルスキンで構成した場合における風圧力に対抗するために必要なシングルスキンの厚みよりも、インナースキンの厚みを薄くすることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、構造物の外壁面を構成するアウタースキンと、前記アウタースキンの内側に間隔をあけて配置されたインナースキンと、前記アウタースキンと前記インナースキンとの間の空間を構成し、前記構造物の横方向の全幅又は略全幅に亘って設けられたキャビティ部と、前記アウタースキンに横方向に間隔をあけて設けられ、前記キャビティ部と外気とを連通し、前記キャビティ部の風圧力を均一化又は略均一化させる複数の開口部と、を有し、前記キャビティ部の均一化又は略均一化された風圧力に基づいて、前記インナースキンの厚みが設定されている。
【０００８】
請求項１の発明では、キャビティ部を構造物の横方向の全幅又は略全幅に亘って設けると共に、キャビティ部と外気とを連通し、キャビティ部の風圧力を均一化又は略均一化する複数の開口部がアウタースキンに横方向に間隔をあけて設けられている。そして、キャビティ部の均一化又は略均一化された風圧力に基づいて、インナースキンの厚みが設定されている。したがって、構造物の外壁面をシングルスキンで構成した場合における風圧力に対抗するために必要なシングルスキンの厚みよりも、インナースキンの厚みを薄くしても、インナースキンが風圧力に対抗することができる。
【００１２】
請求項２の発明は、構造物の外壁面を構成するアウタースキンと、前記アウタースキンの内側に間隔をあけて配置されたインナースキンと、前記アウタースキンと前記インナースキンとの間の空間を構成し、前記構造物の横方向の全幅又は略全幅に亘って設けられたキャビティ部と、前記アウタースキンに横方向に間隔をあけて設けられ、前記キャビティ部と外気とを連通し、前記キャビティ部の風圧力を均一化又は略均一化させる複数の開口部と、を有し、前記キャビティ部の均一化又は略均一化された風圧力に基づいて、前記インナースキンの厚みを設定する。
【００１３】
請求項２の発明では、一区画のキャビティ部を構造物の横方向の全幅又は略全幅に亘って設けると共に、キャビティ部と外気とを連通し、キャビティ部の風圧力を均一化又は略均一化する複数の開口部がアウタースキンに横方向に間隔をあけて設けられている。そして、キャビティ部の均一化又は略均一化された風圧力に基づいて、インナースキンの厚みが設定されている。したがって、構造物の外壁面をシングルスキンで構成した場合における風圧力に対抗するために必要なシングルスキンの厚みよりも、インナースキンの厚みを薄くしても、インナースキンが風圧力に対抗することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、構造物の外壁面をシングルスキンで構成した場合における風圧力に対抗するために必要なシングルスキンの厚みよりも、インナースキンの厚みを薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るダブルスキン構造が適用されたダブルスキンを有する構造物を斜め上方から見た斜視図である。
【図２】図１に示す構造物の水平断面を模式的に示す水平断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るダブルスキン構造が適用されたダブルスキンの垂直断面を模式的に示す垂直断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るダブルスキン構造が適用されたダブルスキンを示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るダブルスキン構造が適用されたダブルスキンを模式的に示すと共に実測位置を示す正面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るダブルスキン構造が適用されたダブルスキンの水平断面を模式的に示す水平断面図である。
【図７】実測位置と風荷重等高線とを示す説明図であり、（Ａ）はＣａｓｅ１における風荷重等高線が示された説明図であり、（Ｂ）はＣａｓｅ２における風荷重等高線が示された説明図である。
【図８】Ｃａｓｅ１におけるダブルスキンのキャビティ部の内部における風圧力の実測値とアウタースキンの下換気口及び上換気口の風圧の平均値とを示すグラフである。
【図９】Ｃａｓｅ２におけるダブルスキンのキャビティ部の内部における風圧力の実測値とアウタースキンの下換気口及び上換気口の風圧の平均値とを示すグラフである。
【図１０】（Ａ）は風洞実験におけるシングルスキンにかかる外圧係数と、キャビティ部の内部の圧力と、の測定位置を示す説明図であり、（Ｂ）は実験結果を示す表である。
【図１１】等圧理論の算定式である。
【図１２】等圧理論を本実施形態のダブルスキンのキャビティ部に適用した場合の算定式である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１〜図１２を用いて、本発明の一実施形態に係るダブルスキン構造について説明する。なお、鉛直方向上側方向を矢印Ｚで示す。構造物の内側方向（室内側）を矢印ＩＮで示し、構造物の外側方向（外部側）を矢印ＯＵＴで示す。また、「幅方向又は横方向」は、Ｚ方向と直交する矢印Ｗ方向を指す。また、図２は水平断面図であるが、見づらくなるのを避けるため断面を示すハッチングの図示を省略している。また、図２においては、室内空間の詳細も省略されている。
【００２０】
＜構造物＞
まず、本発明の一実施形態に係るダブルスキン構造が適用された構造物の全体構造について説明する。
【００２１】
図１と図２とに示すように、構造物１０は、角部が凹んだ略四角柱形状の高層ビルとされている。構造物１０は、図示が省略された地盤に設けられた基礎上に構築されている。構造物１０の外壁面１１は、構造物１０の横方向（幅方向）の全幅又は略全幅に亘って設けられたダブルスキン１００によって構成されている。
【００２２】
図３と図４とに示すように、ダブルスキン１００は、構造物１０の躯体を構成するスラブ２０に固定されている。なお、上下のスラブ２０間が一つの階層とされている。また、ダブルスキン１００の内側のスラブ２０間が各階層の室内空間２２である（図２も参照）。
【００２３】
図２〜図４、図６に示すように、ダブルスキン１００は、構造物１０の外面を構成するアウタースキン（外側面材）１１０と、アウタースキン１１０の内側に間隔をあけて配置されたインナースキン（内側面材）１２０と、を有している。そして、アウタースキン１１０とインナースキン１２０との間の空間がキャビティ部（中間層部）１５０とされている。
【００２４】
図２及び図６に示すように、キャビティ部１５０は、横方向に連通し、構造物１０の横方向の全幅又は略全幅に亘って設けられている（図１も参照）。
【００２５】
なお、詳細は後述するが、本実施形態のダブルスキン１００を構成するアウタースキン１１０の板厚（厚み）及びインナースキン１２０の板厚（厚み）は、仮に構造物１０の外壁面１１を一枚のシングルスキン（壁面材）で構成されている場合におけるシングルスキンが風圧力に耐えるために必要とされる板厚（厚み）よりも薄い。
【００２６】
図５に示すように、キャビティ部１５０は、複数の層階毎に仕切部材１５２で仕切られている。これにより、仕切部材１５２で仕切られた複数の層階に亘って、空気が上下方向に連続して流れるように構成されている。なお、本実施形態では、三層階毎に仕切部材１５２で仕切られている。つまり、本実施形態では、全幅又は略全幅且つ三層階分が一つのキャビティ部１５０を構成する（図１と図２も参照）。
【００２７】
また、図５は、構造物１０における２２階層〜２４階層を構成するキャビティ部１５０が示されている。なお、正確には、仕切部材１５２は、下側の階層（図５では、２１階層）及び上側の階層（図５では２５階層）にかかる段違いに配置されている。よって、キャビティ部１５０には凹部１５３が形成されている。つまり、キャビティ部１５０は、上端部と下端部とは直線状でなく、上下方向に凹凸がある構造となる。
【００２８】
アウタースキン１１０には、キャビティ部１５０と外気との間を連通する複数の上換気口１６０と下換気口１７０とが設けられている。上換気口１６０及び下換気口１７０は、キャビティ部１５０の上部と下部とにそれぞれ、幅方向に沿って間隔をあけて設けられている。また、下換気口１７０は凹部１５３に設けられ、上換気口１６０は凹部１５３の間に設けられている。
【００２９】
また、階層毎に開閉可能な内部換気口１５４が設けられている。内部換気口１５４は、キャビティ部１５０と室内空間２２（図２、図４を参照）とを連通する。更に、図４に示すように、階層毎に室内空間２２と外気と連通する外部換気口１５６が設けられている。
【００３０】
＜換気構造＞
つぎに、換気構造について説明する。
【００３１】
図３〜図５に示すように、太陽光によってキャビティ部１５０の中の空気の温度が上昇し、キャビティ部１５０の中に上昇気流が発生する。この上昇気流によって、矢印Ｊ１で示すように、煙突効果によって下換気口１７０から外気がキャビティ部１５０に流入し、上換気口１６０から排出される。
【００３２】
なお、本実施形態では、キャビティ部１５０は複数の階層（本実施形態では３階層）に亘って連通した構造となっている。よって、下換気口１７０と上換気口１６０と間の鉛直方向の距離が大きく確保されており、これにより一つの階層でキャビティ部が構成されている場合と比較し、大きな煙突効果が得られる。したがって、大きな煙突効果によってキャビティ部１５０に大きな上昇気流が発生し、多量の空気が下換気口１７０から外気がキャビティ部１５０に流入し、上換気口１６０から排出される。よって、キャビティ部１５０の空気温度、特に上部の空気温度が高温になることが抑制又は防止される。
【００３３】
したがって、ダブルスキン１００のキャビティ部１５０を流れる空気によって、構造物１０の日射取得熱を効果的に低減させることができ、その結果、構造物１０の室内空間２２の熱負荷を低減させることができる。
【００３４】
また、図５に示すように、ダブルスキン１００には、キャビティ部１５０と各室内空間２２とを連通する内部換気口１５４が設けられており、内部換気口１５４を開放することで、内部換気口１５４を介して各室内空間２２（図２等参照）とキャビティ部１５０との間で空気が出入りする。よって、室内空間２２（図２等参照）と外気との間が、内部換気口１５４、キャビティ部１５０、及び上換気口１６０を介して、自然換気される構造となっている。
【００３５】
また、図４に示すように、ダブルスキン１００には、階層毎に室内空間２２と外気との間を連通する外部換気口１５６が設けられている。よって、外部換気口１５６を介して室内空間２２と外気とが直接換気される。なお、キャビティ部１５０の煙突効果に影響を与えないように外部換気口１５６は、キャビティ部１５０とは区画されている。
【００３６】
＜等圧理論に基づくインナースキンの設計理論＞
つぎに、キャビティ部１５０の風圧力が均一になろうとする現象、つまり、等圧理論に基づく、インナースキン１２０の設計理論について説明する。なお、「均一」をより具体的に説明すると、キャビティ部内の圧力が、空間的にバラツキが小さい状態又はバラツキが殆どない状態を指す。
【００３７】
本実施系形態ではキャビティ部１５０は、構造物１０の横方向の全幅又は略全幅に亘って設けられている。また、アウタースキン１１０に横方向（幅方向）に間隔をあけて、キャビティ部１５０と外気とを連通する複数の下換気口１７０と上換気口１６０が設けられている。
【００３８】
そして、一例として図５及び図６に示す矢印Ｊ３のように、下換気口１７０間及び上換気口１６０間でも、空気が出入りする。つまり、煙突効果による下から上方向への空気の流れ以外に加え、幅方向にも空気が流れる。
【００３９】
したがって、内部換気口１５４が閉止された状態において、ダブルスキン１００のキャビティ部１５０の内部の風圧力が均一又は略均一になる。別の観点から説明すると、内部換気口１５４が閉止された状態において、各換気口（開口部）において、キャビティ１５０部への空気の流入及び流出が発生するが、流出入の総和は０（ゼロ）になり、その結果、キャビティ部１５０内の圧力が空間的に均一化される。
【００４０】
そして、これによりインナースキン１２０にかかる風圧力（風荷重）が均一又は略均一になり、この均一又は略均一になったインナースキン１２０にかかる風圧力（風荷重）に耐え得るように、インナースキン１２０の板厚を設計する。
【００４１】
なお、等圧理論の算定式が図１１の数式である。また、図１２の数式は、本実施形態のキャビティ部１５０に当てはめた場合の計算式（図１１の数式の区画Ｊ）である。
【００４２】
＜設計方法＞
構造物１０の外面にかかる風圧は不均一と考えられる。そして、図２に示す構造物１０のコーナー部１０Ｃ（外面の幅方向端部）には、他の部位よりも風圧（負圧）が高くなることが知られている。
【００４３】
ここで、一般的には、ダブルスキンにおけるアウタースキンは開口によってキャビティ部（中空層）との圧力差が小さくなるので、アウタースキンにかかる風圧（風荷重）はシングルスキン構造の場合におけるシングルスキンの７０％程度と考えて設計されている。つまり、アウタースキンの板厚は。シングルスキンの板厚よりも薄い。
【００４４】
しかし、ダブルスキンにおけるインナースキンは、室内空間２２（建物内部空間）との圧力差が発生するので、シングルスキンと同じ風圧力（風荷重）がかかると考えて設計していた。つまり、内側のインナースキンの板厚はシングルスキンの板厚と同じ板厚に設計されることが一般的である。
【００４５】
そして、ダブルスキンを構成するインナースキンの板厚は、建物のコーナー部１０Ｃ等の風圧の最も高くなる部位を基準に行ってきた。つまり、従来インナースキンの板厚は、コーナー部１０Ｃ等の最も高い風圧（風荷重）に耐え得る板厚とする設計を行ってきた。
【００４６】
しかし、本実施形態では、上述したように、等圧理論に基づいて設計を行っている。つまり、ダブルスキン１００を構成するキャビティ部１５０を、構造物１０の横方向の全幅又は略全幅に亘って連通させて大容量化する共に、複数の下換気口１７０及び上換気口１６を幅方向に間隔をあけて設けることで、キャビティ部１５０の風圧力を均一化又は略均一化させている。
【００４７】
よって、本実施形態では、コーナー部１０Ｃ等の最も高い風圧（風荷重）に耐え得るように設計するのではなく、均一化又は略均一化された風圧力（風荷重）に耐え得るようにインナースキン１２０の板厚が設計されている。よって、本実施形態のダブルスキン１００を構成するインナースキン１２０の板厚は、従来の設計方法で設計した板厚よりも薄い。つまり、インナースキン１２０の板厚はシングルスキンの板厚よりも薄くなっている。
【００４８】
なお、上述したように、ダブルスキン１００を構成するアウタースキン１１０は、従来の設計方法でもシングルスキンの板厚よりも薄くなる。よって、本実施形態でも同様に設計することで、アウタースキン１１０の板厚はシングルスキンの板厚よりも薄くなっている。
【００４９】
＜測定（実測）＞
つぎに、等圧理論が正しいことを実証するために行った本実施形態のダブルスキン１００を構成するアウタースキン１１０にかかる外圧及びキャビティ部１５０の風圧力（インナースキン１２０にかかる風圧力（風荷重））の測定及びその結果について説明する。なお、内部換気口１５４を閉止した状態で測定されている。
【００５０】
[測定方法]
図５に示すように、構造物１０の２２階層〜２４階層の西壁面１１Ｗ（図２参照）における合計７箇所（図５に示す（１）〜（７））で測定を行った。また、２２階層の室内空間２２の内圧も測定した。
【００５１】
図５と図７に示すように、計測位置は、（１）〜（５）はアウタースキン１１０にかかる外圧の測定位置であり、（６）及び（７）はキャビティ部１５０の風圧力の測定位置である。また、基準圧として２２階層の室内空間２２の内圧（共通）を測定した。各計測時間の間隔は０．１秒とした。また、二日間に亘って測定した。なお、測定した二日は連続した二日間でなく、一日目と二日目との間には数日あいだが、あいている
【００５２】
また、図１及び図２に示すように、一日目は矢印Ｃａｓｅ１で示す北北西（３１０°）の強風の午前中に測定した。また、二日目は矢印Ｃａｓｅ２で示す南南西（１７５°）の強風の夕方に測定した。
【００５３】
図７には、測定箇所と風荷重等高線とを示している。こらからＣａｓｅ１（図７（Ａ））及びＣａｓｅ２（図７（Ｂ））ともに、アウタースキン１１０にかかる外圧測定点（１）〜（５））は、外圧が低い部位、つまり負圧が大きい部位に位置していることが判る。よって、測定箇所はキャビティ部１５０にかかる風圧力（風荷重）が高い部位であり、測定点としては問題がないことが判る。
【００５４】
[測定結果]
図８及び図９は、キャビティ部１５０の風圧力の実測値とアウタースキン１１０の下換気口１７０及び上換気口１６０の外圧の平均値とを示すグラフである。これらのグラフからキャビティ部１５０の風圧力の値とアウタースキン１１０の下換気口１７０及び上換気口１６０の外圧の平均値とが略一致している。つまり、キャビティ部１５０の内部の圧力が略均一であることが示されている。また、キャビティ部１５０の風圧力の実測値とアウタースキン１１０の下換気口１７０及び上換気口１６０の外圧の平均値とは、ほぼ同じ波形となっており、同一のキャビティ部１５０の内であれば、場所によらず略同じ圧力変動となっていることがわかる。
【００５５】
[風圧力（風荷重）の比較]
つぎに、キャビティ部１５０の風圧力、つまりインナースキン１２０にかかる風圧力（風荷重）が、シングルスキンにおける風圧力（風荷重）を上回らないことを確認する。
【００５６】
図１０（Ｂ）は、風洞実験におけるシングルスキンにかかる外圧係数と、キャビティ部の風圧力と、を示す表である。なお、図１０（Ａ）は、測定点を示している。
【００５７】
この表を見ると判るように、いずれもキャビティ部１５０の風圧力のほうが小さくなっている。なお、２１Ｆ−Ｓの箇所は、正圧が１．６５であり、キャビティ部１５０の正圧１．９９よりも下回っている。しかし、負圧は−３．５５であり絶対値は３．５５である。よって、絶対値としてはキャビティ部１５０の絶対値１．９９よりも高くなっている。つまり、キャビティ部１５０の風圧力のほうが小さいので、インナースキン１２０にかかる風圧力（風荷重）が、シングルスキンにおける風圧力（風荷重）を上回っていない。
【００５８】
＜作用効果及びまとめ＞
上述したように、本発明を適用されたダブルスキン１００では、キャビティ部１５０を構造物１０の横方向の全幅又は略全幅に亘って連通させて大容量化する共に、複数の下換気口１７０及び上換気口１６０を幅方向に間隔をあけて設けることで、キャビティ部１５０の内部風圧を均一化させている。また、これによりインナースキン１２０に作用する例えばコーナー部１０Ｃ等の風圧力（風荷重）の局所的な増加を抑制している。
【００５９】
つまり、本発明を適用することで、インナースキン１２０にかかる風圧力（風荷重）は、局部的に大きな風圧力（コーナー部１０Ｃの場合は負圧）が作用する場合でも、キャビティ部１５０の中で均され、インナースキン１２０全体に亘って同じ又は略同じ風圧力（風荷重）として設計することができる。
【００６０】
よって、コーナー部１０Ｃ等の局所的に風圧力（風荷重）が高い部位に対応するためにインナースキン１２０の板厚を増す必要がなく、インナースキン１２０の板厚を薄くすることが可能となる。また、このことが実測によって確認された。
【００６１】
なお、本実施形態では、キャビティ部１５０を構造物１０の横方向の全幅又は略全幅に亘って連通させて大容量化したが、これに限定されない。
【００６２】
例えば、本実施形態では、平面視における外形が略四角形状であるので、コーナー部１０Ｃの風圧力（風荷重）が局所的な増加した。しかし、他の形状の場合は、他の部位に風圧力（風荷重）が局所的な増加することが考えられる。この場合は、この風圧力（風圧力）が局所的に増加する部位と、他の部位と、が連通するように「キャビティ部の横方向の幅」と、「複数の開口部の大きさと間隔」とを、適宜、計算して設定すればよい。
【００６３】
要は、本設計理論を用いて、シングルスキンで構成した場合におけるシングルスキンが受ける風圧力よりも、インナースキンが受ける風圧力が小さくなるように、「キャビティ部の横方向の幅」と、「複数の開口部の大きさと間隔」とを、適宜計算して設定すればよい。
【００６４】
なお、本実施形態の構成の場合においては、キャビティ部の横方向の連通幅を構造物の１／３程度に区分けすると、インナースキンが受ける風圧力をシングルスキンが受ける風圧力よりも小さくすることは困難であることが確認されている。
【００６５】
＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００６６】
例えば、上記実施形態では、図５の示すようにキャビティ部１５０は３階層に亘って構成されているが、これに限定されない。１階層又は２階層で構成されていてもよいし、４階層以上で構成されていてもあってもよい。なお、キャビティ部１５０は、上下が仕切られていることが、望ましい。つまり、上面部分が外気に開放されていない方が望ましい。
【００６７】
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない
【符号の説明】
【００６８】
１０      構造物
１１      外壁面
１００      ダブルスキン
１１０      アウタースキン
１２０      インナースキン
１５０      キャビティ部
１６０      上換気口（開口部）
１７０      下換気口（開口部）
【図２】
0005952010.tif 000002
【図３】
0005952010.tif 000003
【図５】
0005952010.tif 000004
【図６】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005952010.tif 000012
【図１０】
0005952010.tif 000013