(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクト部材と該ダクト部材を船体に支持するストラットを有して構成されたダクトを、プロペラの直前でプロペラ回転軸線よりも上方に配置した船舶において、
前記ダクト部材の両端部に前記ストラットを接続して、前記ダクト部材と前記ストラットの接続部位を前記ダクトを設けない場合における船尾で生じるビルジ渦の中心の近辺に配置し、
前記ダクト部材を前端側が後端側よりも前記プロペラ回転軸線に対して平行に形成、又は、０°より大きく４０°以下の開き角度で外方になるように形成すると共に、
前記ストラットを船体前後方向に関して、プロペラ回転方向と逆向きの流れ成分が増加するように誘導する角度を付けて設け、
更に、前記プロペラの直前でプロペラ回転軸線の高さに、プロペラ回転方向が船尾から見て右回転の場合は左舷側に、または、プロペラ回転方向が船尾から見て左回転の場合は右舷側に、船体外板から船幅方向に延出し、先端位置がプロペラ回転円の近傍となる第１水平フィンを設け、前記ビルジ渦の外側のプロペラ回転方向と同じ向きの流れを抑制するように構成し、
前記プロペラの直前でプロペラ回転軸線の高さに、プロペラ回転方向が船尾から見て右回転の場合は右舷側に、または、プロペラ回転方向が船尾から見て左回転の場合は左舷側に、船体外板から船幅方向に延出し、先端位置が前記ビルジ渦の中心の船幅方向位置の近傍となる第２水平フィンを設け、前記ビルジ渦の内側のプロペラ回転方向と同じ向きの流れを抑制するように構成したことを特徴とする船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船尾にダクトを備えた船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般の商用船等の排水量型の船舶においてプロペラ軸の高さより上方では、船尾側の船体によって発生するビルジ渦により、船尾から見て右回りに回転するプロペラの場合は、左舷側ではビルジ渦の外側でプロペラ回転と同じ向きの流れが誘起され、右舷側ではビルジ渦の内側でプロペラ回転と同じ向きの流れが誘起され、左回転のプロペラの場合はその逆となるので、プロペラに流入する水流の相対的な流速が遅くなり、プロペラ効率が悪くなるという問題がある。
【０００３】
これに対する対策の一つとして、省エネルギー効果が高く、製造が容易な船舶のダクト装置として、略円錐台形状の筒を中心軸を含む平面で略半分に切断した略半円錐台形状の外殻と、外殻を船尾部に固定する２枚の連結板とを備え、外殻の径の短い方をプロペラ側に向けるとともに外殻がプロペラの上半分の部分と相対するように外殻を配置した船舶のダクト装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この船舶のダクト装置では、通常の円形のダクトにおける、プロペラ回転軸よりも下の部分に抵抗が発生し、ダクトによる推力に比べて抵抗が大きくなって省エネルギー効果が低下するという問題に対して、ダクトが有効に推力を発生し、かつ整流効果を高めるように、円形のダクトの下側部分を排除して、推力を発生するダクトの上の部分だけ（外殻）を残した半円弧ダクトを採用し、この外殻の寸法と高さ位置を設定している。
【０００５】
しかしながら、この船舶のダクト装置では、外殻を船尾部に固定する外殻の両端部に接続する２枚の連結板に関しては、ダクト装置を通る水流に対して抵抗となりにくい形状であることが好ましいとされているが、単なる外殻の支持構造としてのみ使用されている。
【０００６】
更に、これに関連して、半円形のダクトの側面部分で推力の発生量が小さいことを改良すべく、船尾部に設けられたプロペラと、プロペラの前方且つ船尾部に生じる船尾縦渦の中心位置よりも上方に配置され、船舶後方から前方へ向かって拡径された円弧状のダクトと、ダクトの両下端部と船尾部の側面との間をプロペラの半径方向に各々延出し、船舶後方から前方へ向かって前上がりに傾斜する主フィンとを備えた船舶が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
この船舶では、主フィンは、下方に凸の翼断面形状に形成される共に、船舶後方から前方に向かって前上がりに傾斜して、ダクトの内側を上方から下方に向かって流れる下降流から補助推力を得ることにより、効率的に推力を発生することができ、また、抵抗が増えることが無いとされている。
【０００８】
また、その外側に延接された補助フィンは、上方に凸の翼断面形状に形成されると共に、船舶後方から前方に向かって前下がりに傾斜して、ダクトの外側を下方から上方に向かって流れる上昇流から補助推力を得ることにより、効率的に推力を発生することができ、また、抵抗が増えることが無いとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１３７４６２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７８２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者らは、このダクト（外殻）とこのダクトを支持するストラット（連結板、主フィン）の流体的な効果を考えた結果、ストラットのダクト支持機能は必要であるが、従来技術においては、ダクトもストラットも推力を得ることを目的にその形状が決定されている。しかし、推力発生以外にも、ビルジ渦を整流して、プロペラの回転方向と同じ向きの流れを弱める機能や、プロペラ面に流入する水流の方向をプロペラの回転方向と逆になるようにする流向変換機能を持たせることができ、推力を得るだけでなく、プロペラ効率の向上に大きな役割を果たすことができるのではないかと考えて、本発明に想到した。
【００１１】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、船尾にダクト部材とこのダクト部材を支持するストラットとを有して構成されたダクトを、プロペラの直前でプロペラ回転軸線よりも上方に配置した船舶において、ダクト部材とこのダクト部材を支持するストラットにより、ダクト部材による推力を得られると共に、ダクト部材とストラットの接続部位によりビルジ渦を整流して、プロペラの回転方向と同じ向きの流れを弱めると共に、ストラットにより、プロペラ面に流入する水流の方向をプロペラの回転方向と逆方向に方向転換させて、プロペラ効率を向上できる船舶を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記のような目的を達成するための船舶は、ダクト部材と該ダクト部材を船体に支持するストラットを有して構成されたダクトを、プロペラの直前でプロペラ回転軸線よりも上方に配置した船舶において、前記ダクト部材の両端部に前記ストラットを接続して、前記ダクト部材と前記ストラットの接続部位を前記ダクトを設けない場合における船尾で生じるビルジ渦の中心の近辺に配置し、前記ダクト部材を前端側が後端側よりも前記プロペラ回転軸線に対して平行に形成、又は、０°より大きく４０°以下の開き角度で外方になるように形成すると共に、前記ストラットを船体前後方向に関して、プロペラ回転方向と逆向きの流れ成分が増加するように誘導する角度を付けて設け、更に、前記プロペラの直前でプロペラ回転軸線の高さに、プロペラ回転方向が船尾から見て右回転の場合は左舷側に、または、プロペラ回転方向が船尾から見て左回転の場合は右舷側に、船体外板から船幅方向に延出し、先端位置がプロペラ回転円の近傍となる第１水平フィンを設け、前記ビルジ渦の外側のプロペラ回転方向と同じ向きの流れを抑制するように構成し、前記プロペラの直前でプロペラ回転軸線の高さに、プロペラ回転方向が船尾から見て右回転の場合は右舷側に、または、プロペラ回転方向が船尾から見て左回転の場合は左舷側に、船体外板から船幅方向に延出し、先端位置が前記ビルジ渦の中心の船幅方向位置の近傍となる第２水平フィンを設け、前記ビルジ渦の内側のプロペラ回転方向と同じ向きの流れを抑制するように構成する。
【００１３】
この構成によれば、ダクト部材では、プロペラ面の上部に流入する、船体に沿って流れる下向きの水流による翼効果で揚力を発生し、この揚力の船体前後方向成分を推力として利用する。一方、ダクト部材を船体に支持するストラットでは、流入してくる水流の方向に対して角度を持って配置され、水流の方向変換を行うことで、つまり、プロペラ面に流入する水流をプロペラ回転方向と逆向きの流れの成分が増加するよう変えることで、プロペラの推進効率を高める効果を得る。
【００１４】
更に、船尾で発達するビルジ渦は、船尾から見て、右回転のプロペラの場合は、左舷側ではビルジ渦の外側で、右舷側ではビルジ渦の内側で、プロペラ回転方向と同じ向きの流れを誘起し、左回転のプロペラの場合は、左舷側ではビルジ渦の内側で、右舷側ではビルジ渦の外側で、プロペラ回転方向と同じ向きの流れを誘起するのでプロペラ効率が悪くなるが、ダクト部材とストラットの接続部位をビルジ渦の中心近傍に配置することで、ダクト部材とストラットにより、ビルジ渦を整流して、ビルジ渦のプロペラ回転方向と同じ向きの流れを弱めることができる。
また、第１水平フィンにより、プロペラ前方のビルジ渦の外側の上昇流を抑制するように構成しているので、つまり、船尾から見て右回転のプロペラでは左舷側で、船尾から見て左回転のプロペラでは右舷側で、プロペラ回転方向と同じ向きの流れを有する領域に第１水平フィンの先端側が配置されて、プロペラ回転方向と逆向きの流れとなるように水流を誘導するので、プロペラ効率を上げることができる。
また、第２水平フィンにより、ビルジ渦の中心より内側に生じる下降流を抑制するように構成すると、船尾から見て右回転のプロペラでは右舷側で、船尾から見て左回転のプロペラでは左舷側で、プロペラ回転方向と同じ向きの流れを有する、ビルジ渦の中心の船幅方向位置の近傍までの範囲にのみ、水平フィンを配置できるので、この水平フィンにより、プロペラ回転方向と逆向きの流れとなるように水流を誘導して、プロペラ効率を上げることができる。
【００１５】
上記の船舶において、前記ストラットの断面形状を、プロペラが回転していく方向側に凸のキャンバーを持った形状に形成して構成すると、ストラットにより、プロペラ面に流入する水流において、プロペラの回転方向と逆方向に流れの成分を大きくすることができるので、プロペラ効率を向上できる。
【００１６】
上記の船舶において、前記ダクト部材の断面形状を内側に凸のキャンバーを持った翼形状に形成すると、よりダクト部材で発生する揚力を大きくすることができ、ダクトから得られる推力を大きくすることができる。
【００１７】
上記の船舶において、前記ストラットの断面形状を翼形状に形成すると、水流の方向を変化させる機能を維持したまま、ストラットに働く抵抗成分を弱めることができ、ストラットの抵抗を少なくすることができる。
【００１８】
上記の船舶において、前記ダクト部材を多角形形状で構成すると、ダクトを円弧形状で形成する場合よりも、より揚力の発生に適した部位にダクトの部材を配置することができると共に、ダクト部材の迎角をそれぞれの多角形の辺のダクト部材の位置に対して最適な角度とすることができ、ダクト部材で発生する推力を増加させることができる。なお、多角形形状にすると円弧形状に比べて、ダクト部材の溶接などの接続作業は増加するが、ダクト部材を曲げ加工する必要がなくなるので工作性は悪くならない。
【００２１】
なお、この「第１水平フィン」と「第２水平フィン」における「水平フィン」とは、船舶を真後から見た場合に略水平に、例えば、水平のプラス・マイナス１０°以内の角度で、取り付けられるフィンのことをいう。また、この第１水平フィンと第２水平フィンの断面形状は好ましくは前縁が船首側、後縁が船尾側にある翼形とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ダクト部材の翼効果で推力を発生すると共に、ダクト部材を支持するストラットにおけるプロペラ面に流入する水流の方向変換の効果により、プロペラの推進効率を高めることができる。更に、ダクト部材とストラットの接続部位をビルジ渦の中心近傍に配置することで、船尾で発生するビルジ渦を整流して、ビルジ渦のプロペラ回転方向と同じ向きの流れを弱めることができ、プロペラ効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の船舶におけるダクトの配置を模式的に示す側面図である。
【図２】図１の船舶の後方から見たダクトの配置を模式的に示す背面図である。
【図３】ダクト部材の開き角度を説明するための側面図である。
【図４】ダクト部材とストラットの断面位置を示すための背面図である。
【図５】ダクト部材の断面を示す図４のＹ１−Ｙ１断面図である。
【図６】右舷側のストラットの断面を示す図４のＹ２−Ｙ２断面図である（船尾より見て右回転プロペラの場合）。
【図７】左舷側のストラットの断面を示す図４のＹ３−Ｙ３断面図である（船尾より見て右回転プロペラの場合）。
【図８】四角形形状のダクトを模式的に示す背面図である。
【図９】五角形形状のダクトを模式的に示す背面図である。
【図１０】六角形形状のダクトを模式的に示す背面図である。
【図１１】第１水平フィンと第２水平フィンを模式的に示す背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施の形態の船舶について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、この船舶１は、船体２の後部にプロペラ３と舵４を有しており、船尾において、プロペラ３の直前で、かつ、プロペラ回転軸線Ｌｐよりも上方に、ダクト１０を配置して構成される。
【００２５】
図１及び図２に示すように、このダクト１０は、ダクト部材１１とこのダクト部材１１を船体２に支持するストラット１２ａ、１２ｂを有して構成されている。このストラット１２ａ、１２ｂは、ダクト部材１１の端部と船体２との間に設けられており、ダクト部材１１の右舷側端部に右舷側のストラット１２ａを接続し、ダクト部材１１の左舷側端部に左舷側のストラット１２ｂを接続している。つまり、ダクト部材１１の両端部にストラット１２ａ、１２ｂを接続している。なお図２の円２０はプロペラ３の先端が描く円（プロペラ回転円）を示しており、この円２０の直径がプロペラ径Ｄｐとなる。
【００２６】
そして、本発明では、図２に示すように、このダクト部材１１とストラット１２ａ、１２ｂの接続部位１３を、ダクト１０を設けない場合における船尾で生じるビルジ渦の中心Ｐｗの近辺に配置する。言い換えれば、この接続部位１３の前端を、この前端を含むプロペラ回転軸線Ｌｐに垂直な面内において、ダクト１０を設けない場合における船尾で生じるビルジ渦の中心Ｐｗを中心とし、半径ｒａがプロペラ直径Ｄｐの０．１５倍の円Ｃ１よりも内側に配置する。なお、このダクト１０を設けないときのビルジ渦の中心Ｐｗの位置は水槽試験や流体解析プログラムによる計算により、容易に特定することができる。
【００２７】
これにより、ダクト１０ではダクト部材１１をビルジ渦の中心Ｐｗまで持っていくことで適切な迎角でダクト部材１１に水が流入し推力を得ることができ、また、ストラット１２ａ、１２ｂによりビルジ渦により生じるプロペラ回転方向と同じ向きの流れを逆向きに変換することができるので、推進性能、プロペラ効率を向上することができる。
【００２８】
更に、図３に示すように、ダクト部材１１を前端側が後端側よりもプロペラ回転軸線Ｌｐに対して外方になる０°以上４０°以下の開き角度αを持って形成する。言い換えれば、ダクト部材１１を前端側が後端側よりもプロペラ回転軸線Ｌｐに対して平行に形成、又は、０°より大きく４０°以下の開き角度で外方になるように形成する。これにより、ダクト部材１１で、プロペラ面Ｓｐの上部に流入する、船体２に沿って流れる下向きの水流Ｗによる翼効果で揚力Ｌを発生し、この揚力Ｌの船体前後方向成分Ｌｆを推力として利用する。
【００２９】
更に、図５に示すように、ダクト部材１１の断面形状を内側に凸のキャンバーを持った翼形状に形成することが好ましい。これにより、よりダクト部材１１で発生する揚力Ｌを大きくすることができ、ダクト１０から得られる推力Ｌｆを大きくすることができる。
【００３０】
また、図６及び図７に示すように、ストラット１２ａ、１２ｂについては、船体の前後方向に対して、ストラット１２ａ、１２ｂの前縁と後縁を結ぶ線の角度γａ、γｂを０°〜２０°とすることが好ましい。
【００３１】
この構成により、ダクト部材１１を船体２に支持するストラット１２ａ、１２ｂでは、流入してくる水流Ｗの方向に対して角度βａ、βｂを持って配置され、水流Ｗの方向変換を行うので、つまり、プロペラ面Ｓｐに流入する水流Ｗの向きをプロペラ回転方向Ｒと逆向きの流れの成分を増加させることができるので、プロペラ３の推進効率を高める効果を得ることができる。
【００３２】
また、図６及び図７に示すように、ストラット１２ａ、１２ｂの断面形状を、プロペラ３が回転していく方向側Ｒに凸のキャンバーを持った形状に形成して構成すると、ストラット１２ａ、１２ｂにより、プロペラ面Ｓｐに流入する水流Ｗにおいてプロペラ回転方向Ｒと逆方向の成分を増加することができるので、プロペラ効率を向上できる。
【００３３】
また、ストラット１２ａ、１２ｂの断面形状を翼形状に形成すると、水流Ｗの方向を変更させる機能を維持したまま、ストラット１２ａ、１２ｂに働く抵抗成分を弱めることができ、ストラット１２ａ、１２ｂの抵抗を少なくすることができる。
【００３４】
また、図８〜図１０に示すようなダクト１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに示すように、四角形形状、五角形形状、六角形形状等の多角形形状で構成すると、ダクト１０を円弧形状で形成する場合よりも、より揚力Ｌの発生に適した部位にダクト部材１１を配置することができると共に、ダクト部材１１の開き角度（迎角）αをそれぞれの多角形の辺のダクト部材１１の位置に対して最適な角度とすることができ、ダクト部材１１で発生する推力Ｌｆを増加させることができる。なお、多角形形状にすると円弧形状に比べて、ダクト部材１１の溶接などの接続作業は増加するが、ダクト部材１１を曲げ加工する必要がなくなるので工作性は悪くならない。
【００３５】
更に、図１１に示すように、プロペラ３の直前でプロペラ回転軸線Ｌｐの高さに、プロペラ回転方向Ｒが船尾から見て右回転の場合は左舷側に、または、図示しないが、プロペラ回転方向が船尾から見て左回転の場合は右舷側に、船体外板から船幅方向に延出し、先端位置がプロペラ回転円２０の近傍となる第１水平フィン１４を設け、ビルジ渦の外側のプロペラ回転方向Ｒと同じ向きの流れを抑制するように構成する。つまり、先端位置がプロペラ回転円２０の近傍Ｒ１となる第１水平フィン１４を設ける。この第１水平フィン１４を横方向から見たときに、前縁が後縁に対して上になる角度をプラスとしたときに、±３０°以内、好ましくは、±２０°以内、より好ましくは−１０°以上２０°以下の角度を有して配置される。この第１水平フィン１４により、プロペラ回転方向Ｒと同じ向きの流れを抑制するように水流を誘導する。つまり、第１水平フィン１４により、第１水平フィン１４の先端側におけるプロペラ前方の上昇流、言い換えれば、ビルジ渦の外側の上昇流を抑制する。なお、図１１では、見易くするために、ビルジ渦は右舷側のみ図示している。
【００３６】
これにより、船尾から見て右回転のプロペラでは左舷側で、または、船尾から見て左回転のプロペラでは右舷側で、プロペラ回転方向Ｒと同じ向きの流れを有する領域に第１水平フィン１４の先端側を配置して、プロペラ回転方向Ｒと同じ向きの流れを抑制するように水流を誘導するので、プロペラ効率を上げることができる。
【００３７】
また、図１１に示すように、プロペラ３の直前でプロペラ回転軸線Ｌｐの高さに、プロペラ回転方向Ｒが船尾から見て右回転の場合は右舷側に、または、図示しないが、プロペラ回転方向が船尾から見て左回転の場合は左舷側に、船体外板から船幅方向に延出し、先端位置がビルジ渦の中心Ｐｗの船幅方向位置の近傍となる第２水平フィン１５を設け、ビルジ渦の内側のプロペラ回転方向Ｒと同じ向きの流れを抑制するように構成する。つまり、先端位置がビルジ渦の中心Ｐｗの船幅方向位置の近傍Ｒ２となる第２水平フィン１５を設ける。この第２水平フィン１５は横方向から見たときに、前縁が後縁に対して上になる角度をプラスとしたときに±３０°以内、好ましくは、±２０°以内、より好ましくは−１０°以上２０°以下の角度を有して配置される。この第２水平フィン１５により、プロペラ回転方向Ｒと同じ向きの流れを抑制するように水流を誘導する。つまり、第２水平フィン１５により、ビルジ渦の中心Ｐｗより内側に生じる下降流を抑制する。
【００３８】
これにより、船尾から見て右回転のプロペラ３では右舷側で、船尾から見て左回転のプロペラ３では左舷側で、プロペラ回転方向Ｒと同じ向きの流れを有する、ビルジ渦の中心Ｐｗの船幅方向位置の近傍Ｒ２までの範囲にのみ、第２水平フィン１５を配置できるので、この第２水平フィン１５により、プロペラ回転方向Ｒと同じ向きの流れを抑制するように水流を誘導して、プロペラ効率を上げることができる。
【００３９】
なお、この第１水平フィン１４と第２水平フィン１５は、船舶を真後から見た場合に略水平に、例えば、水平のプラス・マイナス１０°以内の角度で、取り付けられている。また、この第１水平フィン１４と第２水平フィン１５の断面形状は好ましくは前縁が船首側、後縁が船尾側にある翼形とする。
【００４０】
また、この第１水平フィン１４の先端位置を示すプロペラ回転円２０の近傍の範囲Ｒ１とは、プロペラ直径Ｄｐに対して、Ｄｐ×０．５倍の円とＤｐ×１．１５倍の円との間であり、第２水平フィン１５の先端位置を示すビルジ渦の中心Ｐｗの船幅方向位置の近傍の範囲Ｒ２とは、船体中心線からの水平距離が、船体中心線からビルジ渦の中心Ｐｗまでの距離に対して、プロペラ直径Ｄｐの０．１５倍の距離だけプラス・マイナスした範囲の内側Ｒ２のことをいう。
【００４１】
上記の構成の船舶１によれば、ダクト部材１１の翼効果で発生する推力Ｌｆと、ダクト部材１１を支持するストラット１２ａ、１２ｂにおけるプロペラ面Ｓｐに流入する水流Ｗの方向変換の効果により、プロペラ３の推進効率を高めることができる。更に、ダクト部材１１とストラット１２ａ、１２ｂの接続部位１３をビルジ渦の中心Ｐｗの近傍に配置することで、ビルジ渦を整流して、プロペラ回転方向Ｒと同じ向きのビルジ渦の流れを弱めることができ、プロペラ効率を向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の船舶によれば、ダクト部材の翼効果で発生する推力と、ダクト部材を支持するストラットにおけるプロペラ面に流入する水流の方向変換の効果により、プロペラの推進効率を高めることができる。更に、ダクト部材とストラットの接続部位をビルジ渦の中心近傍に配置することで、ビルジ渦を整流して、プロペラ回転方向と同じ向きのビルジ渦の流れを弱めることができ、プロペラ効率を向上できるので、多くの船舶に利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  船舶
２  船体
３  プロペラ
４  舵
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  ダクト
１１  ダクト部材
１２ａ、１２ｂ  ストラット
１３  接続部位
１４  第１水平フィン
１５  第２水平フィン
２０  プロペラの先端軌跡の円（プロペラ回転円）
Ｃ１  円（ビルジ渦の近傍）
Ｄｐ  プロペラ径
Ｌ  揚力
Ｌｆ  推力
Ｌｐ  プロペラ回転軸線
Ｌｓ  揚力Ｌの鉛直方向成分
Ｐｃ  プロペラ回転中心
Ｐｗ  ビルジ渦の中心
Ｒ  プロペラ回転方向
ｒａ  円の半径
Ｓｐ  プロペラ面
Ｗ  水流
α  ダクト部材の開き角度
βａ、βｂ  ストラットの水流に対する角度
γａ、γｂ  ストラットの船体前後方向に対する角度
δ  水流の船体前後方向に対する角度
【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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【図１０】
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【図１１】
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