(57)【要約】【課題】  配管に生じる２軸方向および３軸方向の振動に対しても効果的に振動を抑制することができる動吸振装置を提供する。【解決手段】  動吸振装置１０Ａは、配管２０の外周面に取付けられるものであって、取付け部材１と、取付け部材１に一端が接続された板バネ２と、板バネ２の他端に接続された質量体３とを備える。板バネ２は、渦巻状に形成されており、配管２０の外周面を取り囲むように配管２０の外周に沿って延びている。質量体３は、筒形状を有しており、配管２０を取り囲むように配管２０の周方向に沿って配置されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状または柱状の部材に生じる振動を吸収するため、前記管状または柱状の部材に取付けられる動吸振装置であって、
前記管状または柱状の部材に接続され、前記管状または柱状の部材の外周に沿って延びる板バネと、
前記板バネに接続された質量体とを備える、動吸振装置。
【請求項２】
前記板バネは、前記管状または柱状の部材を取り囲むように、前記管状または柱状の部材の周方向全域にわたって位置している、請求項１に記載の動吸振装置。
【請求項３】
前記質量体は、筒形状を有しており、前記管状または柱状の部材の周方向に沿って延びるように、前記板バネの外側に設けられている、請求項１または２に記載の動吸振装置。
【請求項４】
前記板バネは、前記管状または柱状の部材に着脱可能に取付けられる取付け部材を介して、前記管状または柱状の部材に接続される、請求項１から３のいずれかに記載の動吸振装置。
【請求項５】
前記板バネの表面に樹脂被膜が施されている、請求項１から４のいずれかに記載の動吸振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管や支柱等に代表される管状または柱状の部材に生じる振動を抑制するための動吸振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管や支柱に生じる振動を抑制するために、油圧ダンパや空気ダンパ等を用いた吸振装置が広く利用されている（たとえば、特開平６−１３７４６６号公報（特許文献１）参照）。しかしながら、これらダンパを用いた吸振装置においては、広い範囲の周波数の振動に対して振動抑制効果が得られるメリットはあるものの、その一方で各周波数成分に対する振動抑制効果は不十分となってしまう場合が多い。また、装置構成も複雑であり、製造コストの高騰を招来するのみならず、設置スペースも大きく確保する必要がある。
【０００３】
そのため、特定の周波数の振動のみが生じる配管や支柱に対しては、このような高価なダンパを用いた吸振装置を適用する必要性にも乏しいため、特定の周波数の振動の抑制のみに対象を絞った簡素な構成の動吸振装置を適用することが好ましい。このような簡素な構成の動吸振装置としては、たとえば弾性体と質量体とのみからなる動吸振装置が考えられる。
【０００４】
図９は、配管の振動を抑制するための、弾性体と質量体とからなる従来の動吸振装置の一構成例を示す断面図である。図９に示す動吸振装置１０Ｄにあっては、配管２０と質量体９３とが弾性体としてのコイルバネ９２によって接続されている。コイルバネ９２は、その一端が配管２０に固定された取付け部材９１に接続されており、他端が質量体９３に接続されている。このような構成の動吸振装置１０Ｄにあっては、コイルバネ９２の作用により、質量体９３が配管２０の振動を打ち消すように振動するため、配管２０に生じる振動の効果的な抑制が可能となる。
【特許文献１】特開平６−１３７４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の図９に示す構成の動吸振装置１０Ｄにあっては、コイルバネ９２の主たる変形方向である図中矢印Ｘ方向において配管２０に振動が生じた場合には、効果的に振動を抑制することができるものの、コイルバネ９２の主たる変形方向ではない図中矢印Ｙ方向および紙面と垂直な方向であるＺ方向において配管２０に振動が生じた場合には、十分な振動抑制効果を得ることはできない。すなわち、実質的には１軸方向における振動抑制効果しか得られず、２軸または３軸方向における振動抑制効果はあまり期待できないものとなってしまう。
【０００６】
また、上述の図９に示す構成の動吸振装置１０Ｄにあっては、長期にわたって安定的に取付け状態を維持するために、質量体９３を水平に設置された配管２０の鉛直下方に配置する必要がある。このため、上述の構成の動吸振装置１０Ｄにおいては、配管２０の鉛直下方に設置スペースを大きくとることが必要になり、設置位置の制約が大きくなってしまう問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたものであり、配管や支柱等に代表される管状または柱状の部材に生じる２軸方向および３軸方向の振動に対して効果的に振動抑制効果を発揮することが可能な動吸振装置を提供することを目的とし、あわせて、設置位置の制約が少なく、取付けが容易でかつ安価に製作が可能な動吸振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に基づく動吸振装置は、管状または柱状の部材に生じる振動を吸収するため、上記管状または柱状の部材に取付けられるものであって、上記管状または柱状の部材に接続され、上記管状または柱状の部材の外周に沿って延びる板バネと、上記板バネに接続された質量体とを備える。このように構成することにより、管状または柱状の部材に生じる１軸方向の振動のみならず、２軸方向さらには３軸方向の振動に対しても振動抑制効果が効果的に発揮されるようになる。そのため、管状または柱状の部材に生じる振動をより有効に抑制することが可能となる。
【０００９】
上記本発明に基づく動吸振装置にあっては、上記板バネが、上記管状または柱状の部材を取り囲むように上記管状または柱状の部材の周方向全域にわたって位置していることが好ましく、その場合には、上記板バネが、上記管状または柱状の部材を取り囲むように渦巻状に設けられていることが好ましい。また、上記本発明に基づく動吸振装置にあっては、上記質量体が、筒形状を有しており、上記管状または柱状の部材の周方向に沿って延びるように上記板バネの外側に設けられていることが好ましい。このように構成することにより、２軸方向および３軸方向の振動をより効果的に抑制することが可能になる。
【００１０】
上記本発明に基づく動吸振装置にあっては、筒状に形成された上記質量体が、軸方向における一方端から他方端に達する切欠き部を有していることが好ましい。このように構成することにより、切欠き部を介して管状または柱状の部材を動吸振装置の内部へと導入することが可能になるため、管状または柱状の部材への動吸振装置の装着が容易に行なえるようになる。
【００１１】
上記本発明に基づく動吸振装置にあっては、上記板バネが、上記管状または柱状の部材に着脱可能に取付けられる取付け部材を介して、上記管状または柱状の部材に接続されることが好ましい。このように構成することにより、装着の際に工具等を必要とせず、かつ装着位置の修正等が容易に行なえるようになるため、装着作業が容易に行なえるようになる。
【００１２】
上記本発明に基づく動吸振装置にあっては、上記板バネの表面に樹脂被膜が施されていることが好ましい。このように構成することにより、減衰効果をも得ることが可能になる。
【００１３】
上記本発明に基づく動吸振装置は、たとえばスターリング冷凍システムを構成する配管に適用される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、管状または柱状の部材に生じる２軸方向および３軸方向の振動に対して効果的に振動抑制効果を発揮することが可能な動吸振装置とすることができる。また、設置位置の制約が少なく、取付けが容易でかつ安価に製作が可能な動吸振装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における動吸振装置の配管への取付け状態を示す概略斜視図である。また、図２は、本実施の形態における動吸振装置の構成を示す図であり、図１中におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った縦断面図である。まず、これらの図を参照して、本実施の形態における動吸振装置の構成について説明する。
【００１７】
図１および図２に示すように、本実施の形態における動吸振装置１０Ａは、取付け部材１と、板バネ２と、質量体３とを備えている。
【００１８】
取付け部材１は、動吸振装置１０Ａを配管２０に取付けるための部材であり、周方向の一部に切欠きが設けられることによって形成された挿入部１ａを有する筒状の部材からなる。取付け部材１は、挿入部１ａを介して挿入された配管２０との嵌合状態を維持するために、配管２０の直径よりも僅かに小さい内径を有するように形成される。この取付け部材１は、取付けの際に弾性変形することによって配管２０を受け入れ保持するため、その嵌合状態が確実に維持されるように、たとえば樹脂材料や金属材料等を用いて形成される。なお、本実施の形態における動吸振装置１０Ａにあっては、取付け部材１が配管２０に対して着脱自在に取付けられるように、挿入部１ａの大きさや取付け部材１の弾性力等が所望の値に調節されている。
【００１９】
板バネ２は、弾性体として機能する部材であり、一端２ａが取付け部材１に接続されており、他端２ｂが後述する質量体３に接続されている。板バネ２は渦巻状に形成されており、配管２０を取り囲むように配管２０の周方向に沿って位置している。すなわち、板バネ２の弾性力を発揮する湾曲部分は、配管２０の径方向外側に配管２０と所定の距離をもって位置し、かつ配管２０の外周に沿って延びるように配置され、湾曲部分の内周面が配管２０の外周面に対向して位置するように設けられている。なお、本実施の形態における動吸振装置１０Ａにあっては、板バネ２が、配管２０の周方向全域にわたって位置するように構成されている。
【００２０】
この板バネ２は、十分な弾性力を発現するように、たとえば金属材料等を用いて形成される。板バネ２と取付け部材１との接続は、種々の方法を採用することが考えられるが、十分な接続強度を保つためには、取付け部材１が樹脂製である場合には、たとえば取付け部材１の成形時に板バネ２をアウトサート成形することによって接続することが考えられる。また、取付け部材１が金属製である場合には、たとえば取付け部材１と板バネ２とを溶接等によって接続することが考えられる。
【００２１】
質量体３は、振動発生時に配管２０の振動を打ち消すように振動する部材であり、同時に錘の役割も果たすものである。質量体３は、上述のように板バネ２に接続されることによって配管２０に取付けられており、配管２０を取り囲むように配管２０の周方向に沿って延びており、筒形状を有している。すなわち、質量体３は、板バネ２の径方向外側に板バネ２の湾曲部分と所定の距離をもって位置し、かつ板バネ２の湾曲部分に沿って延びるように配置され、その内周面が板バネ２の湾曲部分と対向し位置するように設けられている。また、質量体３は、軸方向における一方端から他方端にかけて延びる切欠き部３ａを有している。この切欠き部３ａは、後述する配管２０への動吸振装置１０Ａの取付けの際に、配管２０を質量体３内部へと受け入れるための挿入部であり、好ましくは配管２０の直径以上の大きさに形成される。
【００２２】
この質量体３は、十分な振動抑制効果を発揮するように、たとえば金属材料を用いて所望の質量に調整して形成される。質量体３と板バネ２との接続は、種々の方法を採用することが考えられるが、十分な接続強度を保つためには、たとえば板バネ２と質量体３とを溶接等によって接続することが考えられる。
【００２３】
以上の構成の動吸振装置１０Ａにおいては、動吸振装置１０Ａを配管２０に取付けた状態において、板バネ２と質量体３とが配管２０の周方向全域にわたって外側に位置することになる。このように構成することにより、板バネ２の主たる変形方向は、図１および図２に示す矢印Ｘ方向およびＹ方向となり、さらには、図１中に示す矢印Ｚ方向（図２における紙面と垂直な方向）においても、板バネ２が十分な弾性力を発揮するようになる。このため、配管２０にどのような方向の振動成分を含む振動が生じた場合であっても、当該振動の周波数が予め予定された特定の周波数である限りは、配管２０の振動に応じて質量体３がその振動を打ち消すように３次元的に振動することになる。このため、図９に示す従来の動吸振装置１０Ｄに比べ、効果的に配管２０に生じる振動を効果的に抑制することが可能になる。すなわち、配管２０に生じる１軸方向の振動のみならず、２軸方向および３軸方向の振動に対しても有効に振動抑制効果が得られるようになる。
【００２４】
また、本実施の形態における動吸振装置１０Ａにあっては、図９に示す従来の動吸振装置１０Ｄに比べ、設置スペースの面での改善が図られている。すなわち、図９に示す従来の動吸振装置１０Ｄにおいては、鉛直下方に大きな設置スペースを確保する必要があるのに対し、本実施の形態における動吸振装置１０Ａにおいては、周方向のほぼ全域にわたって板バネ２および質量体３が配管２０を取り囲むように配置されるため、径方向外側への設置スペースが小さくて済む。このため、設置位置の制約を受け難くなり、狭小なスペースに張り巡らされた配管等への適用も可能になる。
【００２５】
さらには、本実施の形態における動吸振装置１０Ａは、取付け部材１、板バネ２および質量体３のみの簡素な構成で実現されるため、少ない部品点数での製作が可能であり、安価にかつ容易に製作することが可能である。
【００２６】
図３ないし図５は、本実施の形態における動吸振装置の配管への取付け手順を示す縦断面図である。以下においては、これらの図を参照して、本実施の形態における動吸振装置の配管への取付け手順について説明する。
【００２７】
本実施の形態における動吸振装置１０Ａの配管への取付けに際しては、まず、図３に示すように、配管２０の取付け位置に動吸振装置１０Ａを近付け、質量体３に設けられた切欠き部３ａを介して配管２０を質量体３の内部へと図中矢印Ａ方向に向かって導く。本実施の形態における動吸振装置１０Ａにあっては、上述のように、切欠き部３ａの大きさが配管２０の直径よりも大きく形成されているため、配管２０を質量体３の内部へと容易に挿入することが可能である。
【００２８】
次に、図４に示すように、渦巻状の板バネ２の湾曲部分に沿って配管２０が案内されるように動吸振装置１０Ａを移動させ、配管２０を図中矢印Ｂ方向に向かって相対的に移動させて動吸振装置１０Ａの中心部へと導く。そして、配管２０が取付け部材１の挿入部１ａに直接対面配置されるようにする。なお、この際、板バネ２は配管２０に接触することによって自在に変形するため、板バネ２と配管２０とが引っ掛かることはない。
【００２９】
つづいて、図５に示すように、取付け部材１の挿入部１ａを介して配管２０を取付け部材１の中空部へと図中矢印Ｃ方向に向かって嵌め込む。以上により、動吸振装置１０Ａの配管２０への取付けが完了する。
【００３０】
このように、本実施の形態における動吸振装置１０Ａの配管２０への取付けは、配管２０を動吸振装置１０Ａの内部に質量体３の切欠き部３ａを介して導入し、挿入部１ａを介して取付け部材１に嵌め合わせるという非常に簡単な作業にて行なわれる。したがって、特に工具等を用いる必要もなく、非常に容易に取付けることができる。また、簡単に着脱が可能であるため、設置位置の修正等も行ない易い。
【００３１】
（実施の形態２）
上述の実施の形態１における動吸振装置１０Ａにあっては、板バネ２が配管２０を取り囲むように配管２０の外周に沿って渦巻状に形成されるとともに、質量体３が配管２０を取り囲むように配管２０の周方向に沿って筒状に形成されている。しかしながら、板バネ２の弾性力を発現する部分である湾曲部分の長さや厚み、材質等、および質量体３の大きさ、材質、形状等は、設置される配管２０の大きさや重さ、配管２０に生じる特定の周波数の振動の振幅等によって適宜調整されるものである。したがって、必ずしも板バネ２が配管２０を取り囲むように渦巻状に形成されている必要はなく、また必ずしも質量体３が筒状に形成されている必要もない。以下に示す本実施の形態は、そのような調整の結果、板バネ２が短く形成され、かつ質量体３も小さく形成された場合の動吸振装置の構成例を示すものである。
【００３２】
図６は、本発明の実施の形態２における動吸振装置の構成を示す縦断面図である。なお、上述の実施の形態１における動吸振装置１０Ａと同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。
【００３３】
図６に示すように、本実施の形態における動吸振装置１０Ｂにあっては、上述の実施の形態１における動吸振装置１０Ａに比較して板バネ２の湾曲部分が短く形成されており、また質量体３の大きさも小さく形成されている。しかしながら、板バネ２の湾曲部分は、上述の実施の形態１における動吸振装置１０Ａと同様に、配管２０の外周面に沿って延びている。
【００３４】
このように構成した場合にも、板バネ２の作用により、上述の実施の形態１における動吸振装置１０Ａと同様に、配管２０に生じる１軸方向の振動のみならず、２軸方向および３軸方向の振動に対しても効果的に振動抑制効果が得られるようになる。したがって、図９に示す従来の動吸振装置１０Ｄよりも効果的に振動を抑制することが可能である。
【００３５】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における動吸振装置の取付け状態を示す縦断面図である。なお、上述の実施の形態１における動吸振装置１０Ａと同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。
【００３６】
図７に示すように、本実施の形態における動吸振装置１０Ｃは、上述の実施の形態１における動吸振装置１０Ａとほぼ同様の構成を有しているが、板バネ２の構成に特徴を有している。すなわち、本実施の形態における動吸振装置１０Ｃにあっては、板バネ２の表面に樹脂被膜４が形成されており、この樹脂被膜４が形成された板バネ２によって配管２０と質量体３とが接続されている。なお、樹脂被膜４としては、たとえばゴムコーティング等が利用可能である。
【００３７】
このように構成することにより、上述の実施の形態１における効果に加え、減衰効果を得ることが可能になる。すなわち、高価なダンパを用いることなく、僅かではあるが樹脂被膜によって減衰効果が得られるようになるため、より効果的に配管２０に生じる振動を抑制することが可能になる。また、この減衰効果により、僅かではあるが抑制することが可能な振動の周波数帯を拡張することが可能になる。
【００３８】
（実施の形態４）
上述の実施の形態１ないし３における動吸振装置１０Ａ〜１０Ｃは、特定の周波数で振動が生じることが予め予測され、かつ振動周波数に変動が生じ難い配管への適用が特に有効である。このような配管としては、たとえばスターリング冷凍システムにおいて利用される冷媒配管が挙げられる。図８は、本発明の実施の形態４におけるスターリング冷凍システムの構成を示す模式図であり、上述の本発明の実施の形態１ないし３における動吸振装置の好適な設置位置を示す図である。
【００３９】
図８に示すスターリング冷凍システム３０は、スターリング冷凍機３１を用いて構成される冷凍システムであり、このスターリング冷凍システム３０においては、冷凍庫や冷蔵庫の冷却に供される極低温の冷熱を得るために種々の配管が設置されている。
【００４０】
たとえば、スターリング冷凍機３１の高温部（ウォームヘッド）を取り囲むように設けられる高温側蒸発器３２には、配管２１を介して高温側凝縮器３３が接続される。これら高温側蒸発器３２、配管２１および高温側凝縮器３３により、高温側熱交換サイクルが構成され、スターリング冷凍機３１の高温部に生じる熱の取り出しが行なわれる。
【００４１】
また、上記スターリング冷凍機３１の高温部に生じる熱の一部は、冷凍庫および冷蔵庫の結露防止に利用され、本実施の形態におけるスターリング冷凍システム３０においては、高温側蒸発器３２に接続された配管２２を介して、スターリング冷凍機３１の高温部に生じた熱の一部が、冷凍庫および冷蔵庫近傍に張り巡らされた結露防止用パイプ（図示せず）へと送られる。
【００４２】
スターリング冷凍機３１の低温部（コールドヘッド）を取り囲むように設けられる低温側凝縮器３４には、配管２３を介して低温側蒸発器（図示せず）が接続される。これら低温側凝縮器３４、配管２３および低温側蒸発器（図示せず）により、低温側熱交換サイクルが構成され、スターリング冷凍機３１の低温部に生じた冷熱の取り出しが行なわれる。この低温側熱交換サイクルにて取り出された冷熱は、冷凍庫および冷蔵庫内における貯蔵物の冷却に供される。
【００４３】
上述の実施の形態１ないし３における動吸振装置１０Ａ〜１０Ｃは、上述の配管２１〜２３に適用可能である。これら配管２１〜２３は、いずれもスターリング冷凍機３１の近傍に設置されるため、スターリング冷凍機３１の運転周波数と同じ周波数の振動が生じることになる。また、スターリング冷凍機３１の周波数は特定の運転周波数に限定されるため、配管２１〜２３に生じる振動の周波数変動も生じ難い。このため、上述の実施の形態１ないし３における動吸振装置１０Ａ〜１０Ｃの適用が非常に有効となる。
【００４４】
図示するスターリング冷凍システム３０においては、配管２２がスターリング冷凍機３１に最も近くかつ管径も小さいため、たとえば図中の領域Ｄに上述の実施の形態１ないし３における動吸振装置１０Ａ〜１０Ｃを適用すれば、効果的にこの配管２２に生じる振動を吸収することが可能になる。その結果、振動に伴う騒音の発生も抑制されるようになる。
【００４５】
また、上述のスターリング冷凍システムにおいては、同一の配管に複数の互いに異なる周波数の振動が生じる場合がある。このような振動が生じる場合には、対応する周波数の振動に対して振動抑制効果の得られる動吸振装置をそれぞれ準備し、これらを配管にそれぞれ別々に取付けるとよい。このようにすれば、１次、２次、３次、…といった高次の振動ピークを同時に抑制することが可能になる。
【００４６】
上述の実施の形態１ないし４においては、振動の抑制対象である管状または柱状の部材として配管を想定した配管用動吸振装置を例示して説明を行なったが、本発明の適用対象は、配管用動吸振装置に限定されるものではない。配管と同様に、一方向に延在する部材であればどのような部材にも適用が可能であり、たとえば支柱等にも利用が可能である。また、本発明に基づく動吸振装置は、断面の形状が真円形状であるものに適用が限定されるものではなく、多角形状のものや長円形状のものなど、どのような断面形状の部材に対しても適用が可能である。
【００４７】
また、上述の実施の形態１ないし３においては、動吸振装置の着脱が容易に行なえるように、挿入部を有する樹脂製または金属製の部材にて取付け部材を構成した場合を例示したが、取付け部材の形状や構成は特に限定されるものではない。たとえば、ねじ止め式の取付け部材や、接着剤による固定を想定した取付け部材など、種々の方式のものが採用可能である。また、取付け部材は必ずしも必要なものではなく、着脱を予定しない場合には、配管に板バネを直接溶接することによって取付けてもよい。
【００４８】
また、板バネの形状や質量体の形状は、上述の実施の形態１ないし３において開示した形状のものに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。
【００４９】
このように、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１における動吸振装置の配管への取付け状態を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における動吸振装置の構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における動吸振装置の配管への取付け手順を示す縦断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における動吸振装置の配管への取付け手順を示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における動吸振装置の配管への取付け手順を示す縦断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における動吸振装置の構成を示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３における動吸振装置の構成を示す縦断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４におけるスターリング冷凍システムの構成を示す模式図である。
【図９】従来の動吸振装置の一構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  取付け部材、１ａ  挿入部、２  板バネ、２ａ  一端、２ｂ  他端、３  質量体、３ａ  切欠き部、４  樹脂被膜、１０Ａ〜１０Ｃ  動吸振装置、２０〜２３  配管、３０  スターリング冷凍システム、３１  スターリング冷凍機、３２  高温側蒸発器、３３  高温側凝縮器、３４  低温側凝縮器。
【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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