(57)【要約】  【課題】  通常予測される地震に対しては十分な免震効果を得、極稀に発生する巨大地震に対しても構造物に対する大きな損傷を与えず過大変位を抑制し、且つストッパの機能を兼ねることのできる、免震装置用シリンダ型液体ダンパを提供する。  【解決手段】  液体の粘性抵抗を利用した免震装置用シリンダ型液体ダンパにおいて、シリンダ５の外側に設けられピストン１９の両側に連通する連通管部４と、この連通管部４内に設けられた第１の絞り２５と、ピストンロッド３のストロークエンドでのみ作用するシリンダ５に内蔵された第２の絞り１０、１４とを備え、この第２の絞り径が前記第１の絞り径よりも小径に形成されてなる。  【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の粘性抵抗を利用した免震装置用シリンダ型液体ダンパにおいて、シリンダの外側に設けられピストンの両側に連通する連通管部と、この連通管部内に設けられた第１の絞りと、ピストンロッドのストロークエンドの所定範囲で作用するシリンダに内蔵された第２の絞りとを備え、この第２の絞り径が前記第１の絞り径よりも小径に形成されてなることを特徴とする免震装置用シリンダ型液体ダンパ。
【請求項２】
請求項１に記載の免震装置用シリンダ型液体ダンパを上部構造物と基礎の間に４方向以上に且つ全方位で均等角度をなすように配設し且つ当該上部構造物と基礎とに取り付けて全方向ダンパを構成するとともに、それら各液体ダンパのダンパ軸心が略１点で交差するように配設されてなることを特徴とする免震装置用シリンダ型液体ダンパを用いた免震装置。
【請求項３】
請求項１に記載の免震装置用シリンダ型液体ダンパと支承を備えてなる免震装置であって、支承が方形の可動範囲を有し、前記上部構造物と基礎とに取り付けられ且つ支承の可動範囲の方形における直交するいずれか２辺と各々平行な位置関係となるように前記上部構造物と基礎の間に配設される２つの前記液体ダンパを少なくとも有する全方向ダンパが配設されてなることを特徴とする免震装置用シリンダ型液体ダンパを用いた免震装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の免震装置用シリンダ型液体ダンパと支承を備える免震装置において、支承の可動範囲を、前記全方向ダンパの許容するストローク範囲より大きく構成することによって、前記液体ダンパ自体を、より大きな変位に対するストッパとして兼用させることを特徴とする免震装置用シリンダ型液体ダンパを用いた免震装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震装置用シリンダ型液体ダンパ及びそのダンパを用いた免震装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
日本免震構造協会誌「ＭＥＮＳＩＮ」ＮＯ．３０  ２０００／１１（非特許文献１）には、転がり支承（図示の例では１０基のボールベアリング支承）と建物のコーナー部のオイルダンパ（図示の例では８本）を備える戸建住宅用免震装置が開示されている。この免震装置では、１０基の転がり支承が大径ボールと小径ボールを組合せたベアリング部分を上部構造物（本図の場合住宅を乗せる鉄骨床梁）に取付け、このベアリング部分の大径ボールを支える受皿を基礎に取付けて上部の重量を支える。また、この転がり支承の摩擦係数が低いため変位抑制用にオイルダンパが８本取付けられている。このオイルダンパは、片側のシリンダヘッド側を鉄骨床梁にロッド側を基礎にそれぞれ水平方向に回転可能なように取付けられている。地震が発生すると上部構造物は転がり軸受けを介して基礎と相対運動する。
【０００３】
上記オイルダンパは、非特許文献１の図面より見ると、一般的なシリンダ型ダンパであって、シリンダ内のピストンに絞り（オリフィス）を設けて減衰力を発生するタイプのものが使用されていると見られ、この減衰力によって変位を抑制していると見られる。また、非特許文献１の図面によれば、上記オイルダンパは、その８本が４本ずつを同方向にして直交するように配設されている。
【０００４】
非特許文献１に例示の免震装置では、オイルダンパの減衰力は、地震による変位の大小に依存せず、通常の液圧ダンパのように速度にのみ依存している。この場合、国の告示で定められた通常の巨大地震に合せて免震効果があるようにオイルダンパの減衰力を調整すると、この想定した地震以上の地震が発生した場合には設計変位を越えてしまうか、別に設けたストッパ（非特許文献１では例示されていない）に衝突し過大な衝撃力を発生することになる。また、オイルダンパの減衰力を強くし過ぎると、逆に通常の巨大地震では免震効果が発揮できなくなる。
【０００５】
また、特開平９−２２１８６６号公報（特許文献１）には、上記のような戸建住宅ではなく、より軽量な計算機等の機器を地震時に保護する目的の免震装置に係わる発明の提案がなされている。この提案の免震装置では、床梁鉄骨の上に固定された免震床（上部構造物）と基盤との間に、複数の転がり支承を配置して重量を受け、また中央部に４本のオイルダンパを直交するように配置して地震による変位を抑制し、更にバネを備える緩衝部を複数個所配置してバネにより復元力を与えている。また、過大変位時の緩衝装置としてストッパと緩衝体とを備える制震部が複数個所配置されている。
【０００６】
上記免震装置では、通常の地震では上部構造物（床梁鉄骨）は転がり支承で支えられながら相対運動し、その変位を抑制するためにオイルダンパで減衰力を与える事になる。また、バネは復元力を与えており地震の振動がおさまると上記構造物を元の位置に戻す働きを持っている。更に、想定以上の地震が発生すると、過大変位用のストッパが緩衝体に衝突して緩衝体によって衝撃が緩和される。
【０００７】
ところが、上記過大変位時のストッパは、全方向でストッパ機能を働かせる必要があるため多数（例示では前後左右の４個）を必要とすること、また緩衝体としてゴムが例示されているが、ゴムでもバネに近い性状を示す場合には地震によっては、その反発力で衝撃が緩和されないことがある。また、戸建住宅のような重量のある上部構造物のような場合にはストッパなど緩衝装置が大きくなり高価になる。
【特許文献１】特開平９−２２１８６６号公報
【非特許文献１】日本免震構造協会誌「ＭＥＮＳＩＮ」ＮＯ．３０  ２０００／１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなしたものであって、その目的は、通常予測される地震に対しては十分な免震効果を得、極稀に発生する巨大地震に対しても構造物に対する大きな損傷を与えず過大変位を抑制し、且つストッパの機能を兼ねることのできる、免震装置用シリンダ型液体ダンパを提供するものである。また、他の目的は、地震は変位の方向が規定できないため全方位にわたって過大変位を抑制し得る、前記シリンダ型液体ダンパを用いた免震装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明（請求項１）に係る免震装置用シリンダ型液体ダンパは、液体の粘性抵抗を利用した免震装置用シリンダ型液体ダンパにおいて、シリンダの外側に設けられピストンの両側に連通する連通管部と、この連通管部内に設けられた第１の絞りと、ピストンロッドのストロークエンドの所定範囲で作用するシリンダに内蔵された第２の絞りとを備え、この第２の絞り径が前記第１の絞り径よりも小径に形成されてなるものである。
【００１０】
本発明（請求項２）に係る免震装置用シリンダ型液体ダンパを用いた免震装置は、上記請求項１に記載の免震装置用シリンダ型液体ダンパを上部構造物と基礎の間に４方向以上に且つ全方位で均等角度をなすように配設し且つ当該上部構造物と基礎とに取り付けて全方向ダンパを構成するとともに、それら各液体ダンパのダンパ軸心が略１点で交差するように配設されてなるものである。
【００１１】
本発明（請求項３）に係る免震装置用シリンダ型液体ダンパを用いた免震装置は、請求項１に記載の免震装置用シリンダ型液体ダンパと支承を備えてなる免震装置であって、支承が方形の可動範囲を有し、前記上部構造物と基礎とに取り付けられ且つ支承の可動範囲の方形における直交するいずれか２辺と各々平行な位置関係となるように前記上部構造物と基礎の間に配設される２つの前記液体ダンパを少なくとも有する全方向ダンパが配設されてなるものである。
【００１２】
本発明（請求項４）に係る免震装置用シリンダ型液体ダンパを用いた免震装置は、上記請求項２又は３に記載の免震装置用シリンダ型液体ダンパと支承を備える免震装置において、支承の可動範囲を、前記全方向ダンパの許容するストローク範囲より大きく構成することによって、前記液体ダンパ自体を、より大きな変位に対するストッパとして兼用させるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る免震装置用シリンダ型液体ダンパによれば、通常予測される地震に対しては第１の絞りによって減衰することができ、十分な免震効果が得られる。一方、極く稀に発生する巨大地震に対しては第２の絞りによって過大変位が抑制され、更には第２の絞りがストッパ的に作用するため構造物に対する大きな損傷を防ぐことができる。
【００１４】
本発明に係る免震装置用シリンダ型液体ダンパを用いた免震装置によれば、地震により上記構造物が基礎に対し全方位のどの方向から揺れを生じ変位を起こしても、前記液体ダンパの第１及び第２の絞りの作用によってその変位に対応することができる。特に、全方位にわたって過大変位が生じても、第２の絞りの作用によってその過大な変位を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る免震装置用シリンダ型液体ダンパの平面断面図である。
【００１６】
免震装置用シリンダ型液体ダンパ（以下ダンパと称す）１は、ダンパ本体２、このダンパ本体２に進退可能に保持されたピストンロッド３、及びダンパ本体２の外側に設けられた連通管部４とを備えて構成されている。ダンパ本体２は、シリンダチューブ５、ヘッド６とロッドカバー７からなり、タイロッド（図示せず）で通常の油圧シリンダと同様に締付けられ一体となっている。
【００１７】
ヘッド６には、その中心部にピストンロッド３の後端部に設けられたクッション部２１が嵌め入る穴８が設けられ、その穴８の底部に交差させて液体流入口９及びこの液体流入口９とシリンダチューブ５側の面との間に設けられた第２の絞り１０が設けられている。また、ヘッド６の外側にはブラケット１１が取付けられている。
【００１８】
ロッドカバー７には、その中心部にピストンロッド３を挿通する貫通孔１２が設けられ、その貫通孔１２に交差させて液体流入口１３及びこの液体流入口１３とシリンダチューブ５側の面との間に設けられた第２の絞り１４が設けられている。また、ロッドカバー７の外側には、ロッドブッシュ１５がブッシュ押え１６によってロッドカバー７に取付けられている。また、ロッドブッシュ１５にはスクレーパー１７とパッキン１８が嵌め込まれ、内部よりの液体（通常オイル）をシールするとともに外部よりの異物の侵入を防いでいる。
【００１９】
ピストンロッド３は、先端側には上部構造体３２に連結する連結部（図示せず）が設けられ、後端側にはピストン１９がねじ込まれて設けられている。ピストン１９の前面側のピストンロッド３にはクッションリング２０が固定されており、またピストン１９の後端面には上記ヘッド６の穴８と嵌まり込むクッション部２１が設けられている。また、ピストン１９の外周部には流体をシールするパッキン２２が付いている。
【００２０】
連通管部４は、バルブブロック２３と連通管２４を備えて構成され、バルブブロック２３を前記ヘッド６の液体流入口９とロッドカバー７の液体流入口１３にそれぞれボルト（図示せず）で取付けられている。バルブブロック２３には第１の絞り２５と弁座２６、バルブ２７、バネ２８からなるチェック弁２９が組込まれている。バルブブロック２３の出口にはコネクタ３０があり、前記連通管２４が接続されている。また、キャップ３１は液体のシール用の蓋である。
【００２１】
上記構成の液体ダンパ１は、図２に示すように上部構造物３２と基礎３３との間に例えば転がり支承３４と一緒に設けて使用される。このように設けて使用した場合の液体ダンパ１の作動について説明する。なお、符号３５は、液体ダンパ１を上部構造物３２と基礎３３のそれぞれに取付けるためのブラケットを示す。
【００２２】
地震が発生すると、上部構造物３２と基礎３３との間で相対運動が起こり、液体ダンパ１を伸縮（液体ダンパ１は上部構造物３２と基礎３３が当初の位置（図２の状態）にある時伸縮方向に同一量だけストロークできるように位置決めされている）する変位が比較的少ない場合には、液体ダンパ１の減衰力は第１の絞り２５によって決定される。液体ダンパ１が伸長（図１、２の左方向に移動）する時にはピストンロッド側の圧力が液体の粘性によって上昇し、減衰力をピストンロッド側の第１の絞り２５で発生させ、液体ダンパ１が収縮（図１、２の右方向に移動）する時にはヘッド側の圧力が上昇し、減衰力をヘッド側の第１の絞り２５で発生させる。なお、本例では、第１の絞り２５がピストンロッド側とヘッド側の２箇所に設けているので、その内径を個別にきめることができ、押し側、引き側の減衰力を合わせることができる。
【００２３】
次に、チェック弁２９の構造と作動について説明する。チェック弁２９はバルブブロック２３にねじ込んで固定した弁座２６と、弁座２６にガイドされ弁座２６にバネ２８で押付けられてシールするバルブ２７と、バネ２８とからなる。連通管２４から流体が供給されるとバルブ２７はバネ力に打ち勝ってスライドしバルブ２７は開放する。一方シリンダ側から液体が供給されるとバルブ２７は弁座２６にバネ力とその液体の圧力で押付けられた状態になるのでバルブ２７は閉止した状態となり、液体は第１の絞り２５側からのみ連通管２４に供給される。
【００２４】
次に、第２の絞り１０、１４の作動を説明する。地震による変位が大きくなると、ピストンロッド３が一定距離以上伸長すると、クッションリング２０がピストンロッド３とロッドカバー７の間の隙間３６に挿入されて来る。挿入される前には内部の液体は隙間３６と第２の絞り１４及びロッドカバー７の液体流入口１３を経て連通管部４に供給され、ロッド側のシリンダ２内の液体圧力は第１の絞り２５とピストンロッド３の速度によって決定されていたが、挿入されると内部の液体は第２の絞り１４からのみ液体流入口１３を経て連通管部４に供給されるため、液体の流入量が急激に減少し、変位を抑制することになる。なお、クッションリング２０の外径と嵌合するロッドカバー７の隙間３６を小さく設計し、更に第２の絞り１４の絞り径を第１の絞り２５の絞り径より小さくすることにより、前述のシリンダ２内の液体圧力は同一速度でも発生圧力を高くすることができる。また、ピストンロッド３が反ロッド側に動いた場合（液体ダンパ１が収縮した場合）も、ある距離以上に縮んだ時にはピストン１９のクッション部２１がヘッド６の穴８に嵌まり込み同様に液体は第２の絞り１０から排出され発生圧力を高くすることになる。
【００２５】
上述のクッションリング２０の長さとクッション部２１の長さを同じにして隙間３６、穴８に嵌まり込ませ、地震の変位が一定以上になった場合の液体ダンパ１の減衰力を大幅に向上させることにより、変位抑制効果を飛躍的に増大させることが可能となる。また、万一変位がそれ以上大きくなった時で、ピストン１９の面がロッドカバー７の面又はヘッド６の面と衝突するような場合でもその衝撃を緩和することができる。
【００２６】
なお、上記の形態では、連通管部４に第１の絞り２５とチェック弁２９をそれぞれ２つずつ設けた例を説明したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、例えば図３に示すように、ヘッド６の液体流入口９とロッドカバー７の液体流入口１３との間に、第１の絞り２５のみを１つ設けた連通管２４を設けるようにしてもよく、このように構成しても同様の作用効果が享受できる。
【００２７】
次に、上述の液体ダンパ１を使用した免震装置について説明する。地震は震源の位置、家の方向からその変位の方向は特定できず、免震装置は全方位にわたって同一の性能を有することが必要である。従来技術のように複数の液体ダンパ１を直交方向に配置した場合には、その４５°方向に地震による変位が起こった場合には液体ダンパ１はその約１／√２しかストロークしないことになり、上述した液体ダンパ１の第２の絞り１０、１４が効き始める位置が異なり、支承３４の可動範囲が円状の場合効果が地震の向きにより大幅に異なることになる。
【００２８】
図４は、本発明に係るシリンダ型液体ダンパを用いた免震装置の透視平面図（上部構造物を省略し上方より基礎上を見た図）である。本例の免震装置は、図示省略する上部構造物３２と基礎３３との間に、周辺部と内部とに計１２個の転がり支承３４を配設するとともに、上述した液体ダンパ１（１ａ〜１ｄ）を４箇所に配設して構成したものである。
【００２９】
４箇所の液体ダンパ１ａ〜１ｄは、液体ダンパ１ａと１ｂが、また１ｃと１ｄがそれぞれ直交し、更に液体ダンパ１ａ、１ｂと１ｃ、１ｄとがそれぞれ方向が４５°ずれて均等角度に配設されている。また、４本の液体ダンパ１ａ〜１ｄは、ダンパ反力による上部構造物３２への回転力を最小にするため、そのダンパ軸心が略１点（図心Ａ）で交差するように配設されている。
【００３０】
上記構成の免震装置では、上部構造物３２が左右（図に向かって左右方向）に相対運動すると、液体ダンパ１ａの第２の絞り１０、１４が免震効果を発揮し、上下に相対運動すると、液体ダンパ１ｂの第２の絞り１０、１４が免震効果を発揮することになる。またそれに対して４５°方向に相対運動すると、液体ダンパ１ｃ又は１ｄの第２の絞り１０、１４が効果を発揮することになる。
【００３１】
次に、上部構造物３２が左右方向に対して右上へ２２．５°の方向に相対運動した場合、液体ダンパ１ａと１ｃの第２の絞り１０，１４が効果を発揮する。その動作について液体ダンパ１ａを例に説明する。なお、通常の戸建住宅では上部構造物３２の相対変位は敷地の制限があり３００ｍｍ程度の限界ストロークで設計されることが多いので、以下の説明を理解し易くするため、液体ダンパのストロークを±３００ｍｍとし、通常状態での液体ダンパのピン間距離Ｌを１３００ｍｍとして説明する。
【００３２】
上部構造物３２が右上へ２２．５°の方向に相対運動して±３００ｍｍ変位したとすると、液体ダンパ１ａは伸長側に２８１ｍｍ、収縮側に２７１ｍｍストロークすることとなる。一方、液体ダンパ１ａは、上述の構造の場合、通常両端５０ｍｍ程度に第２の絞り１０、１４を設けることになるので、液体ダンパ１ａが２５０ｍｍを超えてストロークすると効果が発揮されることになる。従って、液体ダンパ１ａは上部構造物３２が３００ｍｍを変位する前に効果を発揮することになる。
【００３３】
次に、転がり支承が方形の可動範囲を有し、その直交する辺に平行に直交させて液体ダンパ１が配設された場合の免震装置の作動について図５〜図７を参照して説明する。図５は、方形の可動範囲を有する転がり支承の正面断面図、図６は、図５の上部免震皿を除いて示す平面図、図７は、円形の可動範囲を有する転がり支承の上部免震皿を除いて示す平面図である。
【００３４】
本例では、図５、図６に示すように、製作の容易さのため転がり支承３７は、正方形の可動範囲（図６の一点鎖線Ｂで示す範囲）を有し、平面的には方形の上下免震皿３８、３９と鋼球４０とからなり、上下免震皿３８、３９は中央に向けて地震後の復元のためにすり鉢勾配を設けている。また、上下免震皿３８、３９の周りには鋼球４０の落下防止と装置運搬のためストッパ４１がボルト４２によって取付けられている。更に上部免震皿３８は上部構造物３２に、下部免震皿３９は基礎３３にそれぞれボルト４３で取付けられている。また、上部構造物３２と基礎３３の間には上述した液体ダンパ１（図示せず）が、転がり支承３７の直交する辺と平行に直交させて２本配設されている。
【００３５】
上記構成において、地震が発生すると、上下免震皿３８、３９は鋼球４０を介して相対運動する。例えば図５のように上部構造物３２が基礎３３に対して図５のように２Ｓの距離を相対運動すると鋼球４０は回転し、Ｓだけ移動することとなる。
【００３６】
ここで、直交する２本の液体ダンパ１が、上述のようにダンパのストロークを±３００ｍｍとし、ダンパの免震前のピン間を１３００ｍｍとした場合に、４５°方向に上部構造物３２が相対運動した時、液体ダンパ１のフルストローク時の転がり支承３７の移動距離２Ｓは液体ダンパ１の伸長方向に３９０．２ｍｍ、収縮方向に４０９．２ｍｍストロークすることになる。一方、転がり支承３７は液体ダンパ１と同一方向の変位を３００ｍｍとすると、その４５°方向の距離はその√２倍となる（４２４ｍｍ）。従って、この正方形の転がり支承３７の場合は正方形の大きさを変えることなく、図６に示す通り４５°方向の復元勾配部の長さをＳ１まで増加するだけで可動範囲を増大させることができる。
【００３７】
このように転がり支承３７の可動範囲を液体ダンパ１の向きを斜め方向に増大させることにより、全ストロークで液体ダンパ１による減衰力を作用し得る効果があり、また全方位で第２の絞り１０、１４が作用し得るようになり、ストロークエンド付近におけるクッション効果があるものにできるとともに、液体ダンパ１をストッパとして利用できる。なおこの場合、転がり支承３７の取付ボルト４３は鋼球４０と干渉しないように支承面に座ぐり加工をして上面（頭部）を支承表面より埋め込む必要がある。
【００３８】
次に、図７は、方形の転がり支承の場合で可動範囲が円形の場合の例で、このような構成の転がり支承４４の場合には液体ダンパ１を直交方向とその４５°方向の合計４本を配設することが好ましい。このように液体ダンパ１と転がり支承４４を配設した場合には、地震で２２．５°方向と６７．５°方向に変位すると液体ダンパ１のストロークに最大の余裕ができることになる。この場合、液体ダンパ１が上述と同様に±３００ｍｍストロークすると、支承はダンパの伸長側に３１９．６ｍｍ、収縮側に３３３．５ｍｍストロークするのでこれ以上の可動範囲を設けることにより、全ストロークで液体ダンパ１による減衰力を作用し得る効果があり、また全方位で第２の絞り１０、１４が作用し得るようになり、ストロークエンド付近におけるクッション効果があるようにできるとともに、液体ダンパ１をストッパとして利用できるようになる。この図７の例ではＳ＝３００ｍｍより大きいＳ１の可動範囲を設けている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る免震装置用シリンダ型液体ダンパの平面断面図である。
【図２】本発明に係る免震装置用シリンダ型液体ダンパの使用状態の説明図である。
【図３】本発明に係る免震装置用シリンダ型液体ダンパの別の使用状態の説明図である。
【図４】本発明に係る免震装置用シリンダ型液体ダンパを用いた免震装置の透視平面図である。
【図５】本発明に係る正方形の可動範囲を有する転がり支承の正面断面図である。
【図６】図５の上部免震皿を除いて示す平面図である。
【図７】本発明に係る円形の可動範囲を有する転がり支承の上部免震皿を除いて示す平面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：免震装置用シリンダ型液体ダンパ              ２：ダンパ本体
３：ピストンロッド      ４：連通管部            ５：シリンダチューブ
６：ヘッド              ７：ロッドカバー        ８：穴
９：液体流入口        １０、１４：第２の絞り  １１：ブラケット
１２：貫通孔            １３：液体流入口        １５：ロッドブッシュ
１６：ブッシュ押え      １７：スクレーパー      １８：パッキン
１９：ピストン          ２０：クッションリング  ２１：クッション部
２２：パッキン          ２３：バルブブロック    ２４：連通管
２５：第１の絞り        ２６：弁座              ２７：バルブ
２８：バネ              ２９：チェック弁        ３０：コネクタ
３１：キャップ          ３２：上部構造物        ３３：基礎
３４：転がり支承        ３５：ブラケット        ３６隙間
１ａ〜１ｄ：液体ダンパ  ３７：転がり支承        ３８：上免震皿
３９：下免震皿          ４０：鋼球              ４１：ストッパ
４２、４３：ボルト      ４４：転がり支承
【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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