(57)【要約】【課題】トンネル内に設けられた立坑の換気機能を損なうことなく、耐久性および耐候性を備え、かつ立坑において発生する低周波数領域の圧力変動により立抗出口において発生する微気圧波を低減させることができる立坑構造を提供することである。【解決手段】立坑構造においては、トンネルと外部とを連通させる立坑の壁面の少なくとも一部に多孔板構造が形成されている。多孔板構造は、立坑の長手方向と交差する立坑の断面の少なくとも一部に形成された空気室と、立坑に対して並行に配設され、空気室を複数の空間に分離する１または複数枚の多孔板と、を含むものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルと外部とを連通させる１または複数の立坑における立坑構造であって、
前記トンネルを鉄道車両が通過する場合に発生する圧力変動を低減させるために、前記立坑の壁面の少なくとも一部に多孔板構造が形成されたことを特徴とする立坑構造。
【請求項２】
前記多孔板構造は、
前記立坑の長手方向と交差する前記立坑の断面の少なくとも一部に形成された空気室と、
前記立坑に対して並行に配設され、前記空気室を複数の空間に分離する１または複数枚の多孔板と、を含むことを特徴とする請求項１記載の立坑構造。
【請求項３】
前記多孔板構造は、
前記１または複数枚の多孔板と垂直方向に１または複数の仕切り板がさらに配設され、
前記低減対象とされる圧力変動の波長の１／２以下の間隔で前記１または複数の仕切り板により前記複数の空間が分離されたことを特徴とする請求項２記載の立坑構造。
【請求項４】
前記立坑の断面は、矩形状で形成され、
前記空気室は、前記矩形状よりも大きい矩形状からなる断面を有することを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の立坑構造。
【請求項５】
前記多孔板は、
２０Ｈｚ以下の周波数帯域において高い吸音率を有するように、開口率が１％以上１０％以下の範囲であり、開口径が３ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であり、多孔板の板厚が３ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の立坑構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上方に地山を残して下を掘ったトンネルまたはシェルター形状のトンネル構造物（明かりフード）などのトンネルにおいて車両等が高速で通過する際に、トンネル本坑およびトンネル本坑から分岐した枝坑を伝搬して外部に放出される際に発生する微気圧波を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルを高速車両が通過した場合に圧力変動が発生し大きな破裂音が生じることが知られている。この大きな破裂音を伴う騒音問題が、該トンネルの近隣において大きな問題となっている。
【０００３】
特許文献１には、フード部の長さを延長することなく、また異なる先頭部形状を有する列車を運行する場合にも、最適に微気圧波を低減できるトンネル緩衝工について開示されている。特許文献１記載のトンネル緩衝工においては、トンネル入口にフード部を設置し、フード部から外方に突出しフード部内に連通する管部を設ける。それにより、フード部で生じた圧縮波が管部により分岐、反射、干渉するため、圧縮波の圧力勾配を緩やかにすることができ、トンネルに突入する列車の速度を上げる場合にも、フード部の長さを延長しないでトンネル入口に達する圧縮波の圧力勾配を低減させてトンネル出口で生じる微気圧波を低減することができる。
【０００４】
また、特許文献２には、高速車両が外部から緩衝工、緩衝工からトンネル入口へ突入する際、また、トンネルから緩衝工、緩衝工から外部へ退出する際に、外部へ直接放射される低周波音を低減する緩衝工について開示されている。
【０００５】
特許文献２記載の緩衝工では、緩衝工の外部側車両入出端の覆体の壁に切欠き部もしくは外部側車両入出端に向かって断面積が逓増する開端部を設ける。また、トンネル側車両入出端に絞り部を設ける。それにより、外部へ直接放射される低周波音を低減できる。
【０００６】
さらに、特許文献３には、複数の遮蔽板を備えた管状体において、管状体内を伝播する音波を効果的に減衰する、特に、高速の移動体が管状体内に突入することによって出口で発生する微気圧波を効果的に低減する管状体構造について開示されている。
【０００７】
特許文献３記載の管状体構造においては、管状体の内部に、この管状体の軸方向に延在する通路部を備え、管状体内で通路部を避けた領域に、音波を遮蔽する複数の遮蔽板を、それぞれ管状体の軸方向と略直交するように管状体の軸方向に所定間隔で設けて、これらの遮蔽板の音波の進行方向に向かい合う表面に吸音材を設ける。さらに、遮蔽板の表面とその反対側の裏面の両方に吸音材を設ける。これにより、遮蔽板の表面または両面に入射する音波のエネルギーを吸収し、音波を減衰させることができ、管状体内を伝播する音波を効果的に減衰させることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１５５１２９号公報
【特許文献２】特開２０００−８０８９０号公報
【特許文献３】特開２００６−１６７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、トンネルには、トンネル本坑のみならず、トンネル本坑内の換気、または避難路の確保のため、トンネル本坑および該トンネル本坑から分岐して斜坑または立坑が建設される（以下、まとめて立坑と呼ぶ）。この立坑では、トンネル内部を高速車両が通過することにより、立坑内において低周波数の圧力変動が生じ、立坑出口において微気圧波が発生し、立坑出口近辺において低周波数の騒音が問題となる。
【００１０】
特許文献１および特許文献２記載の緩衝工においては、列車がトンネル本坑に突入する際に発生する圧力変動に対して十分な効果を発揮するが、列車が立坑とトンネルとの分岐部を通過する際に発生する圧力変動には、効果がみられない。
【００１１】
また、特許文献３記載の管状体構造は、立坑の長手方向を遮蔽する構造により形成されるため、立坑本来の機能である換気性能を低下させる構造となり、使用することができない。
【００１２】
本発明の目的は、トンネル内に設けられた立坑の換気機能を損なうことなく、耐久性および耐候性を備え、かつ立坑において発生する低周波数領域の圧力変動により立抗出口において発生する微気圧波を低減させることができる立坑構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）
本発明に係る立坑構造は、トンネルと外部とを連通させる１または複数の立坑における立坑構造であって、トンネルを鉄道車両が通過する場合に発生する圧力変動を低減させるために、立坑の壁面の少なくとも一部に多孔板構造が形成されたものである。
【００１４】
本発明に係る立坑構造においては、トンネルと外部とを連通させる立坑の壁面の少なくとも一部に多孔板構造が形成されている。
【００１５】
この場合、トンネル内において生じた圧力変動を多孔板構造により吸音することができる。また、トンネル内において通気口、換気口、非常通路等が必要であるため、トンネル内において立坑が１または複数必ず形成されている。したがって、１または複数の立坑に設けられた多孔板構造によりトンネル内において生じた圧力変動を効率よく吸音することができる。
【００１６】
（２）
多孔板構造は、立坑の長手方向と交差する立坑の断面の少なくとも一部に形成された空気室と、立坑に対して並行に配設され、空気室を複数の空間に分離する１または複数枚の多孔板と、を含むものである。
【００１７】
この場合、多孔板構造は、１または複数の多孔板および空気室からなるので、圧力変動が多孔板の各孔を通過する際に、粘性減衰作用が発生し、空気振動が熱エネルギへと変換され、空気の振動に減衰性が生じ、有効に圧力変動を低減することができる。また、耐候性を有する部材からなるので、本発明に係る多孔板の耐候性を高く維持することができ、長期にわたって多孔板の構造が変化しない。そのため、長期間使用しても、圧力変動の吸音性能が劣化しない。また、立坑の換気通路を遮蔽しない構造であるため、立坑本来の機能である換気性能を低下させることもない。さらに多孔板に形成される孔形状は、小孔、円形の孔、スリット形状、ルーバーフィン形状、異形の孔、エンボス加工により形成される十字孔、パンチング加工からなる孔等のいずれか１種または複数種からなってもよい。
【００１８】
（３）
多孔板構造は、１または複数枚の多孔板と垂直方向に１または複数の仕切り板がさらに配設され、低減対象とされる圧力変動の波長の１／２以下の間隔で１または複数の仕切り板により複数の空間が分離されたものである。
【００１９】
この場合、多孔板構造には、対象とされる圧力変動の波長の１／２以下に設定される仕切り板が形成されるので、多孔板を通過してから空気室において圧力変動の干渉を防止することができる。その結果、多孔板構造は、有効に圧力変動を低減することができる。
【００２０】
（４）
立坑の断面は、矩形状で形成され、空気室は、矩形状よりも大きい矩形状からなる断面を有してもよい。
【００２１】
この場合、空気室は、立坑の矩形状の断面の周囲に設けられるので、立坑を通過する圧力変動と接触する多孔板および空気室の面積を増加することができる。その結果、対象とされる圧力変動を効率よく吸収することができる。
【００２２】
（５）
多孔板は、２０Ｈｚ以下の周波数帯域において高い吸音率を有するように、開口率が１％以上１０％以下の範囲であり、開口径が３ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であり、多孔板の板厚が３ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であってもよい。
【００２３】
この場合、多孔板は、２０Ｈｚ以下の周波数帯域において高い吸音率を有するので、トンネル内に発生する２０Ｈｚ以下の周波数からなる圧力変動を有効に低減することができる。その結果、立坑出口の近辺における微気圧波を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る一実施の形態について説明する。本実施の形態においては、トンネル本坑と分岐して形成された立坑に立坑構造の一例である立坑圧力変動低減装置を適用した場合について説明を行なう。
（第一実施の形態）
【００２５】
図１は、本実施の形態に係る立坑圧力変動低減装置の一例を示す模式図である。
【００２６】
図１に示すように、トンネル９００は地中に延在して建設される。このトンネル９００には、垂直方向に延在して立坑２００が配設される。この立坑２００は、通気口、換気口、非常用通路（避難路）等に使われる。なお、本実施の形態においては、立坑２００の断面は矩形状からなるものとする。また、立坑２００は直方体の空間からなるものとする。ただし、本実施の形態に限定されず、立坑２００は、断面が円形、他の矩形状、多角形、異形、十字形からなるものとしてもよい。なお、一律の断面形状に限定されず、任意に断面形状が変化するものであってもよい。
【００２７】
図１に示すように、立坑２００の一部に、立坑２００よりも大きな直方体の空間を有する立坑圧力変動低減装置１００が建設される。
【００２８】
また、立坑圧力変動低減装置１００には、多孔板３１０および多孔板３２０が立坑２００を周回するように形成される。これらの多孔板３１０および多孔板３２０は、立坑２００内の空間を流れる気体（換気される気体）の流れを阻害しないように形成される。すなわち、立坑圧力変動低減装置１００の内部であって、かつ立坑２００の内部以外の部分に配設される。
【００２９】
本実施の形態においては、多孔板３１０は、立坑２００の断面の周囲に沿って形成されており、多孔板３２０は、立坑圧力変動低減装置１００の内側で、かつ多孔板３１０の外側に形成される。すなわち、多孔板３１０は、四角筒形状からなり、多孔板３２０は、多孔板３１０よりも大きい断面を有する四角筒形状からなる。
【００３０】
この多孔板３１０には、四角筒形状の外部と内部とを貫通する多数の孔形状が形成されている。この多孔板３１０の各孔は、小穴、円形孔、異形孔、スリット形状の孔、ルーバーフィン形状を有する孔、十字孔、その他任意の孔形状の少なくとも１種の孔形状からなることが好ましい。
【００３１】
以下、本実施の形態においては、多孔が円形孔であることとして説明する。この多孔板３１０は、開口率が１％以上１０％以下の範囲であり、開口径が３ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であり、多孔板の板厚が３ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であることが好ましい。本実施の形態において多孔板３１０は、板厚が６ｍｍであり、開口率が４．５％であり、孔径が２０ｍｍである。
【００３２】
同様に、多孔板３２０には、四角筒形状の外部と内部とを貫通する多数の孔形状が形成されている。この多孔板３２０の各孔は、小穴、円形孔、異形孔、スリット形状の孔、ルーバーフィン形状を有する孔、十字孔、その他任意の孔形状の少なくとも１種の孔形状からなることが好ましい。
【００３３】
以下、本実施の形態においては、多孔が円形孔であることとして説明する。この多孔板３２０は、開口率が１％以上１０％以下の範囲であり、開口径が３ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であり、多孔板の板厚が３ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であることが好ましい。本実施の形態において多孔板３２０は、板厚が６ｍｍであり、開口率が４．５％であり、孔径が２０ｍｍである。
【００３４】
また、多孔板３１０および多孔板３２０は、リサイクル面および防錆の観点から、アルミニウム板部材またはステンレス部材からなることが好ましい。さらに多孔板３１０および多孔板３２０の各孔形状は、パンチング加工により形成されてもよく、またはエンボス加工により形成されてもよい。
【００３５】
さらに、立坑圧力変動低減装置１００には、多孔板３１０および多孔板３２０に垂直な方向に複数の仕切り板３３０が形成されている。この複数の仕切り板３３０は、中央部に立坑２００の断面と同じ面積の開口が形成され、立坑２００内の空間を流れる気体を阻害しないように形成される。
【００３６】
また、これらの仕切り板３３０は、対象とする圧力変動の波長の１／２以下の間隔で設けられる。これにより多孔板３１０、多孔板３２０の各孔を通過した位置で平面波となり、吸音性能を高めることができる。
【００３７】
次に、図２は、図１の立坑圧力変動低減装置１００の他の例を示す模式的断面図である。図２（ａ）は、図１の立坑圧力変動低減装置１００の他の例を示し、図２（ｂ）は図１の立坑圧力変動低減装置１００のさらに他の例を示す。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、立坑圧力変動低減装置１００ａにおいては、立坑２００に対して、立坑圧力変動低減装置１００ａが立坑２００の一方向に対してのみ形成された場合を示す模式的断面図である。
【００３９】
この場合、多孔板３１０ａおよび多孔板３２０ａは、平板状からなる。多孔板３１０ａおよび多孔板３２０ａは所定の間隔Ｌ１で配設される。また、多孔板３２０ａおよび空気室の内壁１１０とは所定の間隔Ｌ２で配設される。それにより、２つの空気層が形成される。
【００４０】
また、図２（ｂ）に示すように、立坑圧力変動低減装置１００ｂにおいては、立坑２００に対して、立坑圧力変動低減装置１００ｂが立坑２００の断面の２方向に対してのみ形成された場合を示す模式的断面図である。
【００４１】
この場合、多孔板３１０ｂおよび多孔板３２０ｂは、複数の多孔板を用いて立孔２００の２面に並行に配置される。並行に設置された多孔板３１０ｂと多孔板３２０ｂとは、所定の間隔Ｌ１およびＬ３で配置され、また多孔板３２０ｂと空気室の内壁１１０とは、所定の間隔Ｌ２およびＬ４で配置される。なお、間隔Ｌ１と間隔Ｌ３とは同じ値または近似する値であってもよく、間隔Ｌ２と間隔Ｌ４とは同じ値または近似する値であってもよい。それにより、複数の空気層が形成される。
【００４２】
（実施例）
次に、図１および図２に示した立坑圧力変動低減装置１００の効果を確認するため、以下の実施例を行った。
（実施例１）
図３は、実施例１において使用した立坑圧力変動低減装置１００の一部を示す模式的拡大図である。
【００４３】
図３に示すように、多孔板３１０、多孔板３２０および空気室の内壁１１０を平行に配置させ、多孔板３１０から低周波数の圧力変動を示す音を与えた。なお、実施例１においては、図３に示す立坑圧力変動低減装置１００の一部を図１に示した立坑圧力変動低減装置１００に適用して実験を行った。
【００４４】
（比較例１）
比較例１は、立坑圧力変動低減装置１００を形成せず、立坑２００のみを形成して実験を行った。
【００４５】
図４は、図３に示した実施例１における立坑圧力変動低減装置１００の吸音率を示す図である。図４の縦軸は吸音率を示し、横軸は周波数を設計周波数（設計時に想定した対象周波数）で除算した値を示す。
【００４６】
図４に示すように、対象周波数を吸音周波数で除算した値が周波数１／２から周波数２までにおいてほぼ吸音率０．５％以上となることから、実施例１における立坑圧力変動低減装置１００は、広い周波数帯域において圧力変動の吸音効果を備えていることがわかった。
【００４７】
次に、図３の立坑圧力変動低減装置１００を用いて立坑２００における圧力変動の低減効果を確認した。
【００４８】
図５は、立坑２００出口近辺の立坑２００内圧力の変化を示す図である。図５の縦軸は圧力変化を示し、横軸は時間を示す。
【００４９】
図５の太線Ａは、実施例１の立坑圧力変動低減装置１００を用いた場合の圧力変動を示し、細線Ｂは、比較例１の立坑圧力変動低減装置１００を用いない場合の圧力変動を示す。
【００５０】
このように、図５の細線Ｂ（比較例１）においては、時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３で、大きな圧力変動が生じているが、図５の太線Ａにおいては、時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３で、当該圧力変動が生じていないことがわかる。すなわち、立坑圧力変動低減装置１００を用いることにより低周波数領域の圧力変動を低減できることがわかった。その結果、圧力変動により生じる立坑２００出口における微気圧波を低減することができることがわかった。
【００５１】
続いて、図６は、立坑２００から放射された微気圧波を周波数分析した結果を示す図である。図６の縦軸は音圧レベルを示し、横軸は周波数を設計周波数（設計時に想定した対象周波数）で除算した値を示す。また、図６の太線Ａは、実施例１の立坑圧力変動低減装置１００を用いた場合の圧力変動を示し、細線Ｂは、比較例１の立坑圧力変動低減装置１００を用いない場合の圧力変動を示した。
【００５２】
このように、図６の細線Ｂ（比較例１）においては、周波数１／４から周波数１／２の範囲、および周波数１において山形状がみられる。一方、図６の太線Ａ（実施例１）においては、周波数１／４から周波数１／２の範囲、周波数１において山形状が消えており、微気圧波が低減されていることがわかる。
【００５３】
（実施例２）
続いて、実施例２においては、図３の立坑圧力変動低減装置１００の一部を図２（ｂ）で示した立坑圧力変動低減装置１００ｂに適用した場合について行った。
【００５４】
図７は、立坑２００出口近辺の立坑２００内圧力の変化を示す図である。図７の縦軸は圧力変化を示し、横軸は時間を示す。
【００５５】
図７の太線Ａは、実施例１の立坑圧力変動低減装置１００を用いた場合の圧力変動を示し、点線Ａ１は、実施例２の立坑圧力変動低減装置１００ｂを用いた場合の圧力変動を示し、細線Ｂは、比較例１の立坑圧力変動低減装置１００を用いない場合の圧力変動を示す。
【００５６】
このように、図７の細線Ｂ（比較例１）においては、時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３で大きな圧力変動が生じているが、図５で示したように、図７の太線Ａにおいては、当該圧力変動が生じていないことがわかる。また、図７の点線Ａ１においても、当該圧力変動をほぼ低減できていることがわかる。すなわち、立坑圧力変動低減装置１００を用いることがより好ましいが、立坑圧力変動低減装置１００ｂを用いることにより低周波数領域の圧力変動を低減できることがわかった。その結果、圧力変動により生じる立坑２００出口における微気圧波を低減することができる。
【００５７】
続いて、図８は、立坑２００から放射された微気圧波を周波数分析した結果を示す図である。図８の縦軸は音圧レベルを示し、横軸は周波数を設計周波数（設計時に想定した対象周波数）で除算した値を示す。また、図８の太線Ａは、実施例１の立坑圧力変動低減装置１００を用いた場合の微気圧波を示し、点線Ａ１は、実施例２の立坑圧力変動低減装置１００ｂを用いた場合の微気圧波を示し、細線Ｂは、比較例１の立坑圧力変動低減装置１００を用いない場合の微気圧波を示した。
【００５８】
このように、図８の細線Ｂ（比較例１）においては、周波数１／４から周波数１／２の範囲、および周波数１において山形状がみられる。一方、図８の太線Ａ（実施例１）においては、図６と同様に、周波数１／４から周波数１／２の範囲、周波数１において山形状が消えており、微気圧波が低減されていることがわかる。また、点線Ａ１（実施例２）においては、太線Ａ（実施例１）にまでは至らないものの周波数１／４から周波数１／２の範囲、周波数１において山形状が消えており、微気圧波が低減されていることがわかる。
【００５９】
以上のように、本実施の形態においては、トンネル９００内において生じた圧力変動を立坑圧力変動低減装置１００，１００ａ，１００ｂにより吸音することができる。また、立坑圧力変動低減装置１００，１００ａ，１００ｂは、１または複数の多孔板３１０，３２０，３１０ａ，３２０ａ，３１０ｂ，３２０ｂおよび空気室からなるので、圧力変動が多孔板３１０，３２０，３１０ａ，３２０ａ，３１０ｂ，３２０ｂの各孔を通過する際に、粘性減衰作用が発生し、空気振動が熱エネルギへと変換され、空気の振動に減衰が生じ、有効に圧力変動を低減することができる。
【００６０】
また、多孔板３１０，３２０，３１０ａ，３２０ａ，３１０ｂ，３２０ｂが、耐候性を有する部材からなるので、本発明に係る立坑圧力変動低減装置１００，１００ａ，１００ｂの耐候性を高く維持することができ、長期にわたって立坑圧力変動低減装置１００，１００ａ，１００ｂの構造が変化しない。そのため、長期間使用しても、圧力変動の吸音性能が劣化しない。また、立坑２００の換気通路を遮蔽しない構造であるため、立坑２００本来の機能である換気性能を低下させることもない。
【００６１】
さらに、立坑圧力変動低減装置１００，１００ａ，１００ｂには、波長の１／２以下に設定される仕切り板３３０が形成されるので、多孔板３１０，３２０，３１０ａ，３２０ａ，３１０ｂ，３２０ｂを通過してから空気室において圧力変動の干渉を防止することができる。その結果、立坑圧力変動低減装置１００，１００ａ，１００ｂは、有効に圧力変動を低減することができる。
【００６２】
また、空気室は、立坑２００の矩形状の断面の周囲に設けられるので、立坑２００を通過する圧力変動と接触する多孔板３１０，３２０，３１０ａ，３２０ａ，３１０ｂ，３２０ｂおよび空気室の面積を増加することができる。その結果、効率よく音吸収を行なうことができる。
【００６３】
本発明は、上記の好ましい一実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施の形態に係る立坑圧力変動低減装置の一例を示す模式図
【図２】図１の立坑圧力変動低減装置の他の例を示す模式的断面図
【図３】実施例１において使用した立坑圧力変動低減装置の一部を示す模式的拡大図
【図４】図３に示した実施例１における立坑圧力変動低減装置の吸音率を示す図
【図５】立坑出口近辺の立坑内圧力の変化を示す図
【図６】立坑から放射された微気圧波を周波数分析した結果を示す図
【図７】立坑出口近辺の立坑内圧力の変化を示す図
【図８】立坑から放射された微気圧波を周波数分析した結果を示す図
【符号の説明】
【００６５】
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４  間隔
１００，１００ａ，１００ｂ  立坑圧力変動低減装置
１１０  空気室内壁
２００  立坑
３１０，３２０，３１０ａ，３２０ａ，３１０ｂ，３２０ｂ  多孔板
３３０  複数の仕切り板
９００  トンネル
【図１】
2008215019.tif 000003
【図２】
2008215019.tif 000004
【図３】
2008215019.tif 000005
【図４】
2008215019.tif 000006
【図５】
2008215019.tif 000007
【図６】
2008215019.tif 000008
【図７】
2008215019.tif 000009
【図８】
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