(57)【要約】【課題】上部要素又は下部要素の相対的な上下移動の変位を縮小することによって弾性部材を小型化するだけでなく、上部要素又は下部要素の転倒の恐れ等の無い安定した上下振動の抑制を可能にするとともに、構成を簡単にしつつ肥大化を防止する。【解決手段】一端が上部要素２に連結され、他端が下部要素３に連結されたリンク要素５１、５２、５３を有し、上部要素２及び下部要素３の姿勢を保持しながらそれら要素２、３間の相対移動を可能にする平行リンク機構５と、２つのリンク要素５１、５３間に連結され、上部要素２又は下部要素３の移動によるリンク要素５１、５３の回転運動に伴って上下移動する中間部材６と、中間部材６と下部要素３との間に介在して設けられ、中間部材６の上下移動に伴い弾性復帰力を作用する弾性部材７と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部要素と下部要素との間に介在して設けられ、一方の要素から他方の要素に伝わる上下振動を抑制する上下振動抑制構造であって、
一端が前記上部要素に連結され、他端が前記下部要素に連結されたリンク要素を少なくとも２つ以上有し、前記上部要素及び前記下部要素の姿勢を保持しながらそれら要素間の相対移動を可能にする平行リンク機構と、
少なくとも２つのリンク要素間に連結され、前記上部要素又は前記下部要素の移動による前記リンク要素の回転運動に伴って上下移動する中間部材と、
前記中間部材と前記上部要素又は前記下部要素との間に介在して設けられ、前記中間部材の上下移動に伴い弾性復帰力を作用する弾性部材と、を具備する上下振動抑制構造。
【請求項２】
前記弾性部材が、前記中間部材に一端が接続され、前記上部要素又は前記下部要素に他端が接続された圧縮コイルばね又は空気ばねである請求項１記載の上下振動抑制構造。
【請求項３】
前記平行リンク機構が、第１のリンク要素、第２のリンク要素及び第３のリンク要素からなり、
前記各リンク要素が、一端が前記上部要素に回転可能に連結された第１のアームと、当該第１のアームの他端に関節部を介して一端が連結され、他端が前記下部要素に回転可能に連結された第２のアームと備え、
前記第１のリンク要素の関節部及び前記第２のリンク要素の関節部が連結部材により連結されており、前記第１のリンク要素及び前記第２のリンク要素の関節部の開角と前記第３のリンク要素の関節部の開角とが互いに向き合うように配置してある請求項１又は２記載の上下振動抑制構造。
【請求項４】
前記平行リンク機構が、前記上部要素又は前記下部要素の移動に伴って水平方向に拡縮移動する前記リンク要素の関節部間に配置された弾性部材をさらに有する請求項３記載の上下振動抑制構造。
【請求項５】
免震対象物に設けられる上部要素と、
基礎に設けられる下部要素と、
前記上部要素と前記下部要素との間に介在して設けられ、下部要素から上部要素に伝わる上下振動を抑制する上下振動抑制構造とを備え、
前記上下振動抑制構造が、一端が前記上部要素に連結され、他端が前記下部要素に連結されたリンク要素を少なくとも２つ以上有し、前記上部要素及び前記下部要素の姿勢を保持しながらそれら要素間の相対移動を可能にする平行リンク機構と、
少なくとも２つのリンク要素間に連結され、前記上部要素又は前記下部要素の移動による前記リンク要素の回転運動に伴って上下移動する中間部材と、
前記中間部材と前記上部要素又は前記下部要素との間に介在して設けられ、前記中間部材の上下移動に伴い弾性復帰力を作用する弾性部材と、を具備する免震装置。
【請求項６】
前記平行リンク機構が、第１のリンク要素、第２のリンク要素及び第３のリンク要素からなり、
前記各リンク要素が、一端が前記上部要素に回転可能に連結された第１のアームと、当該第１のアームの他端に関節部を介して一端が連結され、他端が前記下部要素に回転可能に連結された第２のアームと備え、
前記第１のリンク要素の関節部及び前記第２のリンク要素の関節部が連結部材により連結されており、前記第１のリンク要素及び前記第２のリンク要素の関節部の開角と前記第３のリンク要素の関節部の開角とが互いに向き合うように配置してあり、
前記中間部材が、下部要素に連結された第２のアーム間に連結され、前記上部要素又は前記下部要素の移動による前記第２アームの回転運動に伴って上下移動するものである請求項５記載の免震装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平行移動を実現するリンク機構（以下、平行リンク機構という。）によって接続された上部要素及び下部要素において、一方の要素から他方の要素に伝わる上下振動を抑制する構造及び免震装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上下方向に免震するための免震装置としては、特許文献１に示すように、長アーム及び短アームからなるリンク機構が支点ピンを介して固定部材（下部要素）に備えられ、固定部材に対し上下動する構造物（上部要素）にリンク機構の長アームが連結され、リンク機構の短アームの端部が、弾性手段を介して固定部材に連結されている。そして、構造物の上下の変位量がリンク機構のアーム長の比により縮小されて引張り型の弾性手段に伝わるように構成されている。
【０００３】
この免震装置のリンク機構は並進機能を有さないことから、構造物の姿勢が変化せずに上下動させるための案内機構が必要となる。上記免震装置では、構造物に設けた案内部材と、固定部材に設けたリニアガイドとによって案内機構を構成しており、この構成によって構造物と固定部材との水平方向の相対移動が抑えられ、リンク機構に水平方向の無理な力が作用しないように構成している。
【０００４】
しかしながら、リンク機構の他に別途案内機構を配置すると免震装置の構造が複雑化してしまうだけでなく、免震装置が大型化してしまう恐れもある。また、１つのリンク機構に１つの弾性部材が必要であり、これによっても免震装置の複雑化及び大型化の恐れがあるという問題がある。さらに、構造物の上下の変位量の縮小率を大きくするためには長アームを長くする必要があり、リンク機構を支える支点ピンと荷重軸（長アームと構造物との連結点を通る鉛直方向の軸）との距離が大きくなってしまう。そうすると、構造物の姿勢を変化させるモーメントがかかってしまい、案内機構の案内部材とリニアガイドとが相互に干渉してかじりが生じてしまい、構造物の円滑な上下動が妨げられてしまうという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１３０３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記の問題点を一挙に解決するためになされたものであり、上部要素又は下部要素の相対的な上下振動の変位を縮小することによって弾性部材を小型化するだけでなく、上部要素又は下部要素の転倒の恐れ等の無い安定した上下振動の抑制を可能にするとともに、構成を簡単にしつつ肥大化を防止することをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る上下振動抑制構造は、上部要素と下部要素との間に介在して設けられ、一方の要素から他方の要素に伝わる上下振動を抑制する上下振動抑制構造であって、一端が前記上部要素に連結され、他端が前記下部要素に連結されたリンク要素を少なくとも２つ以上有し、前記上部要素及び前記下部要素の姿勢を保持しながらそれら要素間の相対移動を可能にする平行リンク機構と、少なくとも２つのリンク要素間に連結され、前記上部要素又は前記下部要素の移動による前記リンク要素の回転運動に伴って上下移動する中間部材と、前記中間部材と前記上部要素又は前記下部要素との間に介在して設けられ、前記中間部材の上下移動に伴い弾性復帰力を作用する弾性部材と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
このようなものであれば、上部要素又は下部要素の移動により生じるリンク要素の回転運動を中間部材によって再び上下移動に変換することによって、上部要素又は下部要素の上下振動を中間部材の上下振動に縮小することができる。そして、その中間部材に弾性部材の弾性復帰力を作用させて縮小された上下振動を抑制することによって、上部要素又は下部要素の上下振動を直接抑制する場合に比べて、小型の弾性部材を用いることができる。また、平行リンク機構を用いて上部要素及び下部要素を連結しているので、上部要素及び下部要素の姿勢を変化させることなく上下振動の抑制を行うことができ、例えば上部要素上に載置された免震対象物の転倒を防止することができる。さらに、別途上部要素又は下部要素を鉛直方向に案内する案内機構を設ける必要が無いので、構造の構成の簡単化を図ることができるとともに、従来のように案内機構のかじりを考慮する必要が無く、円滑な上下移動を可能にすることができる。特に中間部材によって複数のリンク要素の回転運動を１つの上下運動に共通化させているので、１つの弾性部材のみによって上下振動を抑制することもできる。中間部材を用いることによって、リンク要素それぞれに弾性部材を設ける場合に比べて弾性部材の構成を簡単にすることができるとともに、弾性部材の配置に自由度を持たせることもできる。
【０００９】
前記弾性部材が、前記中間部材に一端が接続され、前記上部要素又は前記下部要素に他端が接続された圧縮コイルばね又は空気ばねであることが望ましい。圧縮コイルばねは、その中心軸方向以外の方向から圧縮されると座屈によりコイルばねとしての機能を果たさなくなる場合があるが、上下方向に移動する中間部材と上部要素又は下部要素とに圧縮コイルばねを接続することによって、圧縮コイルばねに作用する力を中心軸方向とすることができ、圧縮コイルばねの座屈を防ぐことができる。また、このとき、圧縮コイルばねが中間部材に作用する力を対称とするためには、圧縮コイルばねが中間部材の中心位置に配置されていることが望ましい。さらに、空気ばねは座屈を考慮する必要がなく、圧縮コイルばねを用いるよりも一層免震効果を向上させることができる。
【００１０】
平行リンク機構の具体的な実施の態様としては、前記平行リンク機構が、第１のリンク要素、第２のリンク要素及び第３のリンク要素からなり、前記各リンク要素が、一端が前記上部要素に回転可能に連結された第１のアームと、当該第１のアームの他端に関節部を介して一端が連結され、他端が前記下部要素に回転可能に連結された第２のアームと備え、前記第１のリンク要素の関節部及び前記第２のリンク要素の関節部が連結部材により連結されており、前記第１のリンク要素及び前記第２のリンク要素の関節部の開角と前記第３のリンク要素の関節部の開角とが互いに向き合うように配置してあることが望ましい。これならば、各リンク要素の第１のアームの連結点（上部支点）と第２のアームの連結点（下部支点）とを結んだ線（荷重線）が水平方向に移動せず固定されているので、連結点のスライド移動に伴うモーメントを考慮する必要が無い。また、リンク要素に中間部材を設けていることによって、支点と荷重軸とを可及的に近づけることができ、第１要素又は第２要素に係るモーメントを可及的に小さくすることができる。
【００１１】
前記平行リンク機構が、前記上部要素又は前記下部要素の移動に伴って水平方向に拡縮移動する前記リンク要素の関節部間に配置された弾性部材をさらに有することが望ましい。これならば、さらに低い固有振動数を得ることができ、振動抑制効果の向上を図ることができる。特に本発明では、第１のアーム及び第２のアームからなるリンク要素を用いた平行リンク機構を用いているので、上記弾性部材を設けるスペースを確保しやすくすることができる。
【００１２】
また、本発明に係る免震装置は、免震対象物に設けられる上部要素と、振動の発生源である基礎に設けられる下部要素と、前記上部要素と前記下部要素との間に介在して設けられ、下部要素から上部要素に伝わる上下振動を抑制する上下振動抑制構造とを備え、前記上下振動抑制構造が、一端が前記上部要素に連結され、他端が前記下部要素に連結されたリンク要素を少なくとも２つ以上有し、前記上部要素及び前記下部要素の姿勢を保持しながらそれら要素間の相対移動を可能にする平行リンク機構と、少なくとも２つのリンク要素間に連結され、前記上部要素又は前記下部要素の移動による前記リンク要素の回転運動に伴って上下移動する中間部材と、前記中間部材と前記上部要素又は前記下部要素との間に介在して設けられ、前記中間部材の上下移動に伴い弾性復帰力を作用する弾性部材と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
免震対象物の上下振動の変位を可及的に縮小して振動抑制効果を向上させるためには、前記平行リンク機構が、第１のリンク要素、第２のリンク要素及び第３のリンク要素からなり、前記各リンク要素が、一端が前記上部要素に回転可能に連結された第１のアームと、当該第１のアームの他端に関節部を介して一端が連結され、他端が前記下部要素に回転可能に連結された第２のアームと備え、前記第１のリンク要素の関節部及び前記第２のリンク要素の関節部が連結部材により連結されており、前記第１のリンク要素及び前記第２のリンク要素の関節部の開角と前記第３のリンク要素の関節部の開角とが互いに向き合うように配置してあり、前記中間部材が、下部要素に連結された第２のアーム間に連結され、前記上部要素又は前記下部要素の移動による前記第２アームの回転運動に伴って上下移動するものであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
このように構成した本発明によれば、上部要素又は下部要素の相対的な上下振動の変位を縮小することによって弾性部材を小型化するとともに、上部要素又は下部要素の転倒の恐れ等の無い安定した上下振動の抑制を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る免震装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図２】同実施形態に係る免震装置の構成を模式的に示す正面図である。
【図３】平行リンク機構の変形例を示す模式図である。
【図４】上下振動抑制構造の第１変形例を示す模式図である。
【図５】上下振動抑制構造の第２変形例を示す模式図である。
【図６】上下振動抑制構造の第３変形例を示す模式図である。
【図７】上下振動抑制構造の第４変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明に係る免震装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
本実施形態に係る免震装置１００は、図１及び図２に示すように、免震対象物２００に設けられる上部要素２と、地面などの基礎３００に設けられる下部要素３と、上部要素２と下部要素３との間に介在して設けられ、下部要素３から上部要素２に伝わる上下振動を絶縁又は減衰する上下振動抑制構造４と、を備えている。なお、基礎３００は、振動の発生源となっているものであり、例えば地震による建物の振動を抑制する場合には、地面あるいは地面に直接設けられた部材である。
【００１８】
上下振動抑制構造４は、一端が上部要素２に連結され、他端が下部要素３に連結された３つのリンク要素５１、５２、５３を有し、上部要素２及び下部要素３の姿勢を保持しながらそれら要素５１、５２、５３間の相対移動を可能にする平行リンク機構５と、２つのリンク要素５１、５３間に連結され、上部要素２の移動によるリンク要素５１、５３の回転運動に伴って上下移動する中間部材６と、この中間部材６と下部要素３との間に介在して設けられ、中間部材６の上下移動に伴い弾性復帰力を作用する第１の弾性部材７と、を具備する。
【００１９】
平行リンク機構５は、上部要素２及び下部要素３との間に介在して１又は複数設けられている。各平行リンク機構５は、第１のリンク要素５１、第２のリンク要素５２及び第３のリンク要素５３を図１中左からこの順で備えている。そして、各リンク要素５１、５２、５３は、一端が上部要素２に回転可能に連結された第１のアーム５０１と、当該第１のアーム５０１の他端に関節部５０３を介して一端が連結され、他端が下部要素３に回転可能に連結された第２のアーム５０２と備えている。なお、図１においては、第２のリンク要素５２及び第３のリンク要素５３は共通の連結点で接続されている場合を示しているが、これに限られない。
【００２０】
そして、図１に示すように平行リンク機構５は、第１のリンク要素５１の関節部５０３及び第２のリンク要素５２の関節部５０３が連結部材５４により連結されており、第１のリンク要素５１及び第２のリンク要素５２の関節部５０３の開角と第３のリンク要素５３の関節部５０３の開角とが互いに向き合うように配置してある。このような平行リンク機構５により上部要素２は、下部要素３に対して姿勢が保持された状態で鉛直方向にのみ上下移動するようになる。
【００２１】
また、各リンク要素５１、５２、５３の第１のアーム５０１の連結点（上部支点）と第２のアーム５０２の連結点（下部支点）とを結んだ線（荷重線）は、いずれも鉛直方向を向くように設定されている。また、各連結点は水平方向に移動せず固定されているので、連結点のスライド移動に伴い上部要素２にかかるモーメントを考慮する必要が無い。
【００２２】
さらに、第１のリンク要素５１の関節部５０３と第３のリンク要素５３の関節部５０３には第２の弾性部材８が接続されている。この第２の弾性部材８は、一端が第１のリンク要素５１の関節部５０３に接続され、他端が第３のリンク要素５３の関節部５０３に接続された引っ張りコイルばねである。この引っ張りコイルばね８は、上部要素２の振幅により第１のリンク要素５１の関節部５０３及び第３のリンク要素５３の関節部５０３の間隔が大きくなるに従って（つまり引っ張りコイルばね８が伸びるに従って）、上部要素２に作用する力が減少するように配置されている。本実施形態の平行リンク機構５の構成により、第１のリンク要素５１の関節部５０３と第３のリンク要素５３の関節部５０３との間に大きなスペースが形成されるため、引っ張りコイルばね８が設置し易い。
【００２３】
中間部材６は、その延伸方向が水平となるように各平行リンク機構５に設けられており、一端部が第１のリンク要素５１の第２のアーム５０２に対して水平方向にスライド可能に連結され、他端部が第３のリンク要素５３の第２のアーム５０２に対して水平方向にスライド可能に連結されている。中間部材６の両端部は、スライド連結機構９によって第２のアーム５０２に連結されている。また、中間部材６は、図１に示すように第２のアーム５０２の略中央部に連結されている。
【００２４】
このスライド連結機構９は、第２のアーム５０２又は中間部材６の一方に設けられた連結ピン９１と、第２のアーム５０２又は中間部材６の他方に設けられ、連結ピン９１がスライド可能に係合する長孔等の係合部９２とからなる。本実施形態では、連結ピン９１が第２のアーム５０２に設けられ、係合部９２が中間部材６に設けられた態様を示している。また、係合部である長孔９２は水平方向に延設されている。なお、一端部に設けた長孔９２及び他端部に設けた長孔９２は、左右対称であれば水平方向に対して傾斜していても良い。このとき、長孔９２は、図３に示すように、逆ハの字形状であることが望ましい。
【００２５】
ここで、上部要素２が上下移動した場合には、第１のリンク要素５１の第２のアーム５０２及び第３のリンク要素５３の第２のアーム５０２が互いに拡縮するように下部支点を回転中心として回転運動する。そうすると、第２のアーム５０２に設けた連結ピン９１が、中間部材６に設けた係合部９２内をスライド移動することによって、第２のアーム５０２の回転運動が中間部材６の上下移動に変換される。
【００２６】
第１の弾性部材７は、一端が中間部材６の水平方向中央部に接続され、その中心軸が垂直となるように他端が下部要素３に接続されている。本実施形態の弾性部材７は、圧縮コイルばねを用いている。また、圧縮コイルばね７に対して中間部材６及び第１のリンク要素５１第３のリンク要素５３が左右対称となるように、圧縮コイルばね７は配置されている。
【００２７】
次にこのように構成した免震装置１００の作用について説明する。
上部要素２が振幅Ａで上下振動している場合を想定すると、中間部材６が第２のアーム５０２の中央に設けられており、第１のアーム５０１及び第２のアーム５０２の長さが同一であることから、中間部材６は振幅Ａ／４に縮小される。そうすると、中間部材６に接続されている圧縮コイルばね７にはＡ／４の変位が生じ、それによって生じた弾性復帰力を中間部材６に与える。これにより、上部要素２の上下振動の振幅を１／４倍に縮小して抑制することができる。なお、中間部材６の設置位置によって上部要素２の振幅の縮小率を調整することができる。
【００２８】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る免震装置１００によれば、上部要素２又は下部要素３の移動により生じるリンク要素５１〜５３の回転運動を中間部材６によって再び上下移動に変換することによって、上部要素２又は下部要素３の上下振動を中間部材６の上下振動に縮小することができる。そして、その中間部材６に弾性部材７の弾性復帰力を作用させて縮小された上下振動を抑制することによって、上部要素２又は下部要素３の上下振動を直接抑制する場合に比べて、小型の弾性部材７を用いることができる。
【００２９】
また、平行リンク機構５を用いて上部要素２及び下部要素３を連結しているので、上部要素２及び下部要素３の姿勢を変化させることなく上下振動の抑制を行うことができ、例えば上部要素２上に載置された免震対象物２００の転倒を防止することができる。
【００３０】
さらに、別途上部要素２又は下部要素３を鉛直方向に案内する案内機構を設ける必要が無いので、構造の構成の簡単化を図ることができるとともに、従来のように案内機構のかじりを考慮する必要が無く、上部要素２の円滑な上下移動を可能にすることができる。
【００３１】
特に中間部材６によって複数のリンク要素５１〜５３の回転運動を１つの上下運動に共通化させているので、１つの弾性部材７のみによって上下振動を抑制することができる。中間部材６を用いることによって、リンク要素５１〜５３それぞれに弾性機構を設ける場合に比べて弾性部材７の構成を簡単にすることができるとともに、第１の弾性部材７の配置に自由度を持たせることもできる。
【００３２】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３３】
例えば、前記実施形態では、弾性部材７として圧縮コイルばねを用いたものであったが、弾性部材７として空気ばねを用いても良い。この場合、空気ばねに給排弁を接続して、空気ばね内の内圧を制御することが望ましい。これにより圧縮コイルばねを用いるよりも一層免震効果を向上させることができる。
【００３４】
また、平行リンク機構５としては、前記実施形態に限られるものではなく、例えば第１のリンク要素５１、第２のリンク要素５２及び第３のリンク要素５３の連結点をこの順で設けるのではなく、図４に示すように第１のリンク要素５１の連結点、第３のリンク要素５３の連結点及び第２のリンク要素５２の連結点となるように設けても良い。
【００３５】
さらに、前記実施形態の平行リンク機構５では、各リンク要素の連結点は、上部要素２及び下部要素３に固定されているが、その他、図５〜図７に示すように、一部の連結点を水平方向にスライド移動可能に構成しても良い。
【００３６】
図５は、第１のリンク要素５１及び第２のリンク要素５２を概略Ｘ字状となるようにその中央部で回転自在に連結し、第１のリンク要素５１の上部連結点をスライド移動可能に連結すると共に、第２のリンク要素５２の下部連結点をスライド移動可能に連結する。そして、第１のリンク要素５１及び第２のリンク要素５２にスライド連結機構９により中間部材６を連結する。なお、図４においては、第２の弾性部材８を各リンク要素５１、５２の上部連結点近傍に設けた状態を示しているがこれに限られない。また、図４において各リンク要素は単一アームから構成されている。
【００３７】
図６は、第１のリンク要素５１、第２のリンク要素５２により平行四辺形リンクを構成すると共に、第３のリンク要素５３を第２のリンク要素５２と鉛直方向に対称となるように連結している。そして、各リンク要素５１、５２、５３の下部連結点をスライド移動可能に連結しても良い。なお、図５において各リンク要素は単一アームから構成されている。
【００３８】
図７は、前記実施形態において第３のリンク要素５３を有さない場合の平行リンク機構５である。この平行リンク機構５では、上部要素２は下部要素３に対して姿勢を保持しながら回転運動するので、鉛直方向に案内するガイド機構（不図示）が必要である。しかしながら、上部要素２は平行リンク機構５によって姿勢が保持されているので、ガイド機構（不図示）がかじってしまうことを防止することができる。
【００３９】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
１００・・・免震装置
２００・・・免震対象物
３００・・・基礎
２    ・・・上部要素
３    ・・・下部要素
４    ・・・上下振動抑制構造
５    ・・・平行リンク機構
５１  ・・・第１のリンク要素
５２  ・・・第２のリンク要素
５３  ・・・第３のリンク要素
５４  ・・・連結部材
５０１・・・第１のアーム
５０３・・・関節部
５０２・・・第２のアーム
６    ・・・中間部材
７    ・・・第１の弾性部材（圧縮コイルばね）
８    ・・・第２の弾性部材（引っ張りコイルばね）
【図１】
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【図２】
2011069393.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011069393.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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