(57)【要約】【課題】  スターリングサイクル冷凍機のような内部に往復運動をする機構を備えた装置のための、振動吸収能力を向上させた振動吸収懸架ユニットを提案すること。【解決手段】  下端に雄ネジ１５ａが形成された複数のシャフト１４と、それぞれのシャフトの雄ネジと螺合する雌ネジ１１が上面に形成された基底部材１０と、被懸架体１の外周面に固定されて上記シャフトが貫通する貫通孔２１ｃを有する中間部材２１と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の下側に装着された第１の弾性部材２０ａと、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の上側に装着された第２の弾性部材２０ｂと、上記第１の弾性部材の端部を支える上記シャフトに固定された第１の支持部材１９ａと、上記第２の弾性部材を支える上記シャフトに固定された第２の支持部材１９ｂとを備える振動吸収懸架ユニットとした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端に雄ネジが形成された複数のシャフトと、それぞれのシャフトの雄ネジと螺合する雌ネジが上面に形成された基底部材と、被懸架体の外周面に固定されて上記シャフトが貫通する貫通孔を有する中間部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の下側に装着された第１の弾性部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の上側に装着された第２の弾性部材と、上記第１の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第１の弾性部材の端部を支える上記シャフトに固定された第１の支持部材と、上記第２の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第２の弾性部材を支える上記シャフトに固定された第２の支持部材とを備えることを特徴とする、振動吸収懸架ユニット。
【請求項２】
上記中間部材が、細長い平板の両端近傍を直角に曲げることによりコ字形に形成され、そのコ字の下辺に対応する下部分に上記シャフトが貫通する上記貫通孔が形成され、コ字の上辺に対応する上部分に上記シャフトが貫通する第２の貫通孔が形成され、コ字の縦辺に対応する中央部分が上記被懸架体に固定されているコ字形部材であることを特徴とする、請求項１記載の振動吸収懸架ユニット。
【請求項３】
上記中間部材が、上記被懸架体の外周を取り囲む略円筒状の中央部分と、該略円筒状の中央部分の下端と上端に設けた下フランジと上フランジからなるボビン状に形成され、上記下フランジである下部分に上記シャフトが貫通する上記貫通孔が形成され、上記上フランジである上部分に上記シャフトが貫通する第２の貫通孔が形成され、上記略円筒状の中央部分が上記被懸架体に固定されているボビン状部材であることを特徴とする、請求項１記載の振動吸収懸架ユニット。
【請求項４】
上記シャフトが、その軸周りで回すための取り付き部分を有していることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の振動吸収懸架ユニット。
【請求項５】
上記第１と第２の弾性部材が、振動を減衰させる機械的損失の大きい材料で作られ、及び／又は機械的損失の大きいダンピング部材がこれらの弾性部材と直列又は並列に装着されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の振動吸収懸架ユニット。
【請求項６】
上記シャフトが第２の雄ネジを備え、上記第１と第２の支持部材の両方又は一方が上記第２の雄ネジと螺合するナットであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の振動吸収懸架ユニット。
【請求項７】
上記被懸架体が、スターリングサイクルを利用した冷凍機であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の振動吸収懸架ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動吸収懸架ユニットに関するもので、特に、内部に往復運動をする機構を備えた装置、例えばスターリングサイクル冷凍機の懸架に適した振動吸収懸架ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、スターリングサイクルを利用した冷凍機、即ちスターリングサイクル冷凍機が実用化されている。
このスターリングサイクル冷凍機の原理及び構造は、既に公知となっているため、ここではその説明は省略するが、例えばスターリングサイクル冷凍機の駆動機構の一例が、特開２０００−３３７７２５号公報に開示されている。また、そのような装置に適した振動吸収ユニットが、例えば下記した特許文献１乃至４等に開示されている。
【０００３】
ここで、図７は、従来の技術による懸架ユニットの一例を示したものである。
この懸架ユニットにおいては、スターリングサイクル冷凍機１０１が、筐体１０２の内部で複数のバネ１０３によって懸架されている。
さらに詳しく説明すると、略円筒形のスターリングサイクル冷凍機１０１の外周上に、複数、例えば３組或いは４組の取り付け金具１０４が等間隔に設けられ、このそれぞれの金具１０４から斜め上方と斜め下方に向かって、上記バネ１０３が取り付けられ、それらのバネの他端が、筐体１０２の内面に固定されている。
【０００４】
そして、この冷凍機１０１の上端に存在する吸熱部１０５は、ヒートパイプ１０６を介して被冷却部１０７に連結され、被冷却部１０７を冷却するように構成されている。この際、吸熱部１０５とヒートパイプ１０６は、グリース等を介して直接接触されているため、熱伝導効率は良好ではあるが、スターリングサイクル冷凍機１０１からの振動が、ヒートパイプ１０６及び被冷却部１０７に伝わり易いという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２６２９４号公報
【特許文献２】特開平８−２３３０２８号公報
【特許文献３】米国特許第５，８９５，０３３号公報
【特許文献４】特開２００３−２１４４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したようなスターリングサイクルを利用した冷凍機は、小型でありながら急速に冷凍する能力を有するため、バイオ、生化学、遺伝子工学、医療、園芸化学、物性物理、光検出器の感度向上等の広範な分野での利用が期待される。即ち、小容量の試料を専用の容器に充填し、冷却しながら反応、保管、培養、凍結したり、顕微鏡下で観察等をしたりするのに適し、研究室、検査室で扱いに便利な卓上小型冷却ユニットとしての利用が期待できる。
【０００７】
しかしながら、上述したような従来の懸架方式の振動吸収能力では、スターリングサイクル冷凍機のような内部に往復運動をする機構を備えた装置の振動を十分には吸収できず、上記した目的に使用する装置には不十分であった。即ち、例えば遠心分離して積層沈殿させた試料を、研究・検査目的で冷却しようとすると、冷凍機の振動が積層沈殿体の構造を乱し、研究・検査目的を達成することができない場合が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、スターリングサイクル冷凍機のような内部に往復運動をする機構を備えた装置のための、振動吸収能力を向上させた振動吸収懸架ユニットを提案することを課題とし、特に、そのような装置の振動方向を一つの方向（例えば、内部の往復運動機構の運動方向）に規制し、且つそのような装置を所定の位置に懸架した状態で保ちながら内部運動に起因する振動を吸収することができ、しかもその懸架位置の調整を容易に行い得る振動吸収懸架ユニットを提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題は、請求項１に記載の本発明に係る振動吸収懸架ユニットによって解決された。
即ち、下端に雄ネジが形成された複数のシャフトと、それぞれのシャフトの雄ネジと螺合する雌ネジが上面に形成された基底部材と、被懸架体の外周面に固定されて上記シャフトが貫通する貫通孔を有する中間部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の下側に装着された第１の弾性部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の上側に装着された第２の弾性部材と、上記第１の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第１の弾性部材の端部を支える上記シャフトに固定された第１の支持部材と、上記第２の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第２の弾性部材を支える上記シャフトに固定された第２の支持部材とを備える振動吸収懸架ユニットによって解決された。
【００１０】
ここで、上記中間部材は、細長い平板の両端近傍を直角に曲げることによってコ字形に形成された複数のコ字形状部材、或いは被懸架体を取り囲む略円筒状の中央部分と、該略円筒状の中央部分の下端と上端に設けた下フランジと上フランジからなる単一のボビン状部材とすることで実現することができる。
なお、前者の場合、上記コ字を形成する上辺と下辺に上記シャフトを貫通させるための貫通孔が形成される。後者の場合、上記上フランジと下フランジに上記シャフトを貫通させるための貫通孔が形成される。
【００１１】
また、上記シャフトの上端には、該シャフトを軸周りで回すための取り付き部分を設けることができ、該取り付き部分としては、例えば溝、十字孔、六角孔、切り欠き等で実現できる。
上記取り付き部分が、シャフトの上端に設けられた溝、十字孔、六角孔である場合には、それぞれマイナスドライバ、プラスドライバ、六角レンチを用いて該シャフトをそれの軸周りで回すことができる。上記取り付き部分がシャフト側面に設けた切り欠きである場合には、スパナなどで回すことができる。その他、同様な効果を有するもので実現することもできる。
【００１２】
さらに、上記第１と第２の弾性部材は、例えばつる巻きバネ、板バネ、ゴム等を用いて実現することができる。これらの弾性部材に、振動を減衰させる機械的損失の大きい材料を利用することも可能である。また機械的損失の大きいダンピング部材をこれらの弾性部材と直列又は並列に装着することも可能である。
【００１３】
また、上記第１と第２の支持部材は、上記シャフトに固定されるＥ形留め輪で実現することができる。また、上記シャフトに第２の雄ネジを設け、上記第１と第２の支持部材の両方又は一方を該第２の雄ネジと螺合するナットで実現し、位置調整可能とすることもできる。この場合、そのナットをダブルナットとし、その場所にしっかりと固定できるようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記した本発明に係る振動吸収懸架ユニットによれば、例えばスターリングサイクル冷凍機のような被懸架体を、基底部材、複数のシャフト、それぞれのシャフトに装着された第１と第２の弾性部材及び中間部材を介して、宙吊り状態で保持する。そして、各シャフトは基底部材に螺合されて立設しており、中間部材は上記シャフトに沿って第１と第２の弾性部材によって弾性的に支持され、被懸架体は上記中間部材に固定されているため、被懸架体の振動は、上記シャフトの立設方向だけに規制される。そしてさらに、中間部材を弾性的に支持する上記第１と第２の弾性部材の弾性定数等を適切に設定することにより、第１と第２の弾性部材及び被懸架体からなる振動系の固有振動数を、被懸架体の振動源の振動数から外すことができ、共振が避けられると共に、効率的に振動を吸収されることができる。そして、シャフトの基底部材に対するネジ込み量を変更することにより、容易に被懸架体の懸架位置を適切な位置に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、上記した本発明に係る振動吸収懸架ユニットの好ましい実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る振動吸収懸架ユニットを備えるスターリングサイクルを利用した冷凍機の概念的立面断面図である。
この冷凍機に使用されたスターリングサイクル冷凍機１は、下面に外部の電源部・制御部と接続するための配線群２を備え、上部の円筒形突起部分３の下部分に放熱部４を、上部分に吸熱部５を各々備えている。そして、放熱部４で放熱された熱は、放熱フィン６を介して外部に放熱される。吸熱部５は熱伝導流体室７を介して冷却ブロック８に結合され、冷却ブロック８に装着された試料を冷却する。スターリングサイクル冷凍機１の内部には、鉛直方向で往復運動をするピストン（図示せず）等の機構があり、該スターリングサイクル冷凍機１は、主として鉛直方向に振動する。
【００１７】
上記スターリングサイクル冷凍機１を下方から支持する基底部材１０には、鉛直方向に向けて複数の雌ネジ１１が設けられている。この実施の形態では、被懸架体であるスターリングサイクル冷凍機１の外周の基底部材１０への投影に沿った円周上に、等間隔で三つの貫通雌ネジ１１が設けられている。そして、これらの雌ネジ１１の下部分を用いて、上記基底部材１０は、筐体１２に固定ネジ１３により水平に固定されている。
【００１８】
上記スターリングサイクル冷凍機１の下面に設けられた配線群２の一部は、上記基底部材１０の中央部に設けられた凹部の中に収納されている。
なお、上記基底部材１０を円環状に形成し、その中央の空間に上記配線群２の一部を収納するように形成することも可能である。
【００１９】
上記基底部材１０の雌ネジ１１の上部分には、それぞれシャフト１４が螺合している。雌ネジ１１は、それぞれに螺合したシャフト１４が鉛直方向、即ち上記スターリングサイクル冷凍機１の図示していないピストン等の往復運動機構の運動方向と平行になるように、上記基底部材１０に形成されている。
【００２０】
上記各々のシャフト１４には、図２或いは図３に示すように、一方の端部である下端に上記基底部材１０の雌ネジ１１に螺合する第１の雄ネジ１５ａが形成され、他方の端部である上部端面に取り付き部分１６としての溝が形成されている。そして、図示しないマイナスドライバを上記取り付き部分１６に差し込み、それを回すことにより各シャフト１４を上記基底部材１０の雌ネジ１１と螺合させことができる。そして、上記第１の雄ネジ１５ａに螺合された固定ナット１７を基底部材１０の方向に締めつけることにより、シャフト１４をしっかりと基底部材１０に固定することができる。
【００２１】
なお、上記シャフトの取り付き部分１６は、上記した溝に限らず、十字孔、六角孔、或いはシャフト１４の側面に設けた切り欠き等によっても実現できる。そのような場合、マイナスドライバに代えて、プラスドライバ、六角レンチ、スパナ等を用いて上記シャフト１４を軸周りで回すことができる。
【００２２】
また、図２に示すシャフト１４の実施の形態では、各シャフト１４に第１の止め輪溝１８ａと第２の止め輪溝１８ｂが形成されている。そして、第１の止め輪溝１８ａに第１の支持部材１９ａとしてのＥ形止め輪が装着され、その上に第１の弾性部材２０ａとしての圧縮バネが載置されている。即ち、第１の支持部材１９ａであるＥ形止め輪は、上記第１の弾性部材２０ａである圧縮バネを下から支持している。また、上記第２の止め輪溝１８ｂには、第２の支持部材１９ｂであるＥ形留め輪が装着されている。
【００２３】
一方、図３に示すシャフト１４の他の実施の形態では、各シャフト１４に第１の止め輪溝１８ａと第２の雄ネジ１５ｂが形成されている。そして、第１の止め輪溝１８ａに上記と同様に第１の支持部材１９ａとしてのＥ形止め輪が装着され、その上に第１の弾性部材２０ａとしての圧縮バネが載置されている。また、上記第２のネジ１５ｂには、第２の支持部材１９ｂとしてのダブルナットが装着されている。
【００２４】
図４は中間部材２１の一実施の形態を示した斜視図である。
この中間部材２１は、細長い平板の両端の近傍を直角に曲げることによって形成されたコ字状部材である。そして、コ字の下辺に対応する下部分２１ａとコ字の上辺に対応する上部分２１ｂに、それぞれ上記シャフト１４を貫通させるための第１と第２の貫通孔２１ｃ，２１ｄがそれぞれ形成されている。また、コ字の縦辺に対応する中央部分２１ｅには、被懸架体であるスターリングサイクル冷凍機１をネジで固定するための貫通孔２１ｆが設けれられている。
【００２５】
一方、図５は中間部材２１の他の実施の形態を示した斜視図である。
この中間部材２１は、被懸架体であるスターリングサイクル冷凍機１の外周を取り囲む略円筒状の中央部分２１ｅと、該略円筒状の中央部分２１ｅの下端と上端に該円筒の軸に対して垂直にそれぞれ設けたフランジである下部分２１ａと上部分２１ｂで形成されたボビン状部材である。そして、上記下部分２１ａと上部分２１ｂに、上記シャフト１４を貫通させるための第１と第２の貫通孔２１ｃ、２１ｄが、それぞれ１２０°の等間隔で３つ形成されている。
【００２６】
そして、図４或いは図５に示した中間部材２１の上下の貫通孔２１ｃ、２１ｄには、それぞれ軸受けブッシュ２２が差し込まれ、図１に示すように、その軸受けブッシュ２２を上記シャフト１４が貫通している。上記軸受けブッシュ２２は自己潤滑樹脂で成形されており、上記シャフト１４との間の摩擦抵抗を小さくする機能を有する。
【００２７】
図２に示したシャフト１４の実施の形態においては、上記中間部材２１の下部分２１ａの上部と、上記第２の支持部材１９ｂとしてのＥ形留め輪との間に第２の弾性部材２０ｂとして圧縮バネが装着されている。この結果、中間部材２１の上記下部分２１ａは、下方からは第１の支持部材１９ａであるＥ形留め輪で支持された第１の弾性部材２０ａにより上方向に弾性的に押圧され、上方からは第２の支持部材１９ｂであるＥ形留め輪で支持された第２の弾性部材２０ｂにより下方向に弾性的に押圧されている。
【００２８】
したがって、静止状態では、上記中間部材２１の位置は、上記第１と第２の弾性部材２０ａ，２０ｂの弾性的平衡により定まる。この平衡位置は、上記シャフト１４の取り付き部分１６である端面の溝にマイナスドライバを差し込み、該シャフト１４をその軸の周りで回し、上記基底部材１０の雌ネジ１１へのネジ込み量を調整することにより調節することができる。
【００２９】
一方、図３に示したシャフト１４の実施の形態においては、上記中間部材２１の下部分２１ａの上部と、上記第２の支持部材１９ｂとしてのダブルナットとの間に第２の弾性部材２０ｂとして圧縮バネが装着されている。この結果、上記中間部材２１の下部分２１ａは、上記と同じく下方からは第１の支持部材１９ａであるＥ形留め輪で支持された第１の弾性部材２０ａにより上方向に弾性的に押圧され、上方からは第２の支持部材１９ｂであるダブルナットで支持された第２の弾性部材２０ｂにより下方向に弾性的に押圧されている。
【００３０】
したがって、静止状態では、上記中間部材２１の位置は、上記第１と第２の弾性部材２０ａと２０ｂの弾性的平衡により定まる。この平衡位置は、上記シャフト１４の取り付き部分１６である端面の溝にマイナスドライバを差し込み、該シャフト１４をその軸の周りで回し、上記基底部材１０の雌ネジ１１へのネジ込み量を調整することにより調節することができる。また、この実施の形態では、第２の支持部材１９ｂがダブルナットで形成されているため、そのダブルナットの位置を移動させることにより第１と第２の弾性部材２０ａ，２０ｂの弾性定数を変化させることができ、個々の構成要素のバラツキに対応した微調整が可能となる。弾性定数及び平衡位置を所望のものに調整した後、第２の支持部材１９ｂであるダブルナット、及びシャフトの固定ナット１３を締め付け、その位置を固定する。
【００３１】
図４に示したコ字状部材である中間部材２１を用いた場合は、この中間部材２１の中央部分２１ｅの貫通孔２１ｆを貫通する固定用ネジ９を用いて、被懸架体であるスターリングサイクル冷凍機１の外周側面に複数、この実施の形態においては３つの中間部材２１が１２０°の等間隔で固定される。
【００３２】
一方、図５に示したボビン状部材である中間部材２１を用いた場合は、この中間部材２１の略円筒状の中央部分２１ｅと、被懸架体であるスターリングサイクル冷凍機１の外周側面とがスポット溶接されて固定される。図６に、スポット溶接の箇所の例をＸで示す。このようにスターリングサイクル冷凍機１を覆う状態で中間部材２１をスポット溶接することにより、防音効果と補強の効果も得られる。
【００３３】
上記のように構成された本発明に係る振動吸収懸架ユニットは、図１或いは図６に示すように、スターリングサイクル冷凍機１を、基底部材１０、複数のシャフト１４、それぞれのシャフト１４に装着された第１と第２の弾性部材２０ａ，２０ｂ及び中間部材２１を介して、宙吊り状態で保持する。
【００３４】
そして、各シャフト１４は、スターリングサイクル冷凍機１の往復運動機構等の振動源の振動方向とほぼ平行になるように配設され、中間部材２１は、上記シャフト１４に沿って第１と第２の弾性部材２０ａ，２０ｂによって弾性的に支持され、被懸架体であるスターリングサイクル冷凍機１は上記中間部材２１により保持されているため、スターリングサイクル冷凍機１の振動は、上記シャフト１４の方向だけに規制される。
【００３５】
そしてさらに、第１と第２の弾性部材２０ａ，２０ｂの弾性定数等を適切に設定することにより、第１と第２の弾性部材２０ａ，２０ｂ及びスターリングサイクル冷凍機１からなる振動系の固有振動数を、スターリングサイクル冷凍機１の内部の振動源の振動数から外すことができる。即ち、図２に示したシャフト１４の実施の形態の場合には、第１と第２の弾性部材２０ａ，２０ｂの素材の弾性率、密度、及び第１と第２の止め輪溝１８ａ，１８ｂの位置を予め適切な値に設定しておくことによりこれを達成できる。また、図３に示したシャフト１４の実施の形態の場合は、上記に加えて、シャフト１４に形成された第２の雄ネジ１５ｂに螺合するダブルナットである第２の支持部材１９ｂの位置を調整することにより、さらに第１と第２の弾性部材２０ａ，２０ｂの弾性定数を微妙に調整することができる。
【００３６】
このように、弾性率等を適切に設定すると、共振が避けられ、スターリングサイクル冷凍機１の内部の振動源からの振動は、ほぼ完全に吸収されることとなる。また、スターリングサイクル冷凍機１の懸架位置は、シャフト１４の取り付き部分１６である端面の溝にマイナスドライバを差し込み、該シャフト１４をその軸の周りで回し、基底部材１０の雌ネジ１１へのネジ込み量を調整することにより、容易に調節することができる。
【００３７】
以上、本発明に係る振動吸収懸架ユニットの実施の形態を説明したが、本発明は、何ら既述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的思想の範囲内において、種々の変形及び変更が可能であることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る振動吸収懸架ユニットを備えるスターリングサイクルを利用した冷凍機の概念的立面断面図である。
【図２】本発明に係る振動吸収懸架ユニットの要部の一実施の形態を示した分解立面図である。
【図３】本発明に係る振動吸収懸架ユニットの要部の他の実施の形態を示した分解立面図である。
【図４】本発明において使用する中間部材の一実施の形態を示した斜視図である。
【図５】本発明において使用する中間部材の他の実施の形態を示した斜視図である。
【図６】図５に示した中間部材とスターリングサイクル冷凍機のスポット溶接箇所の例を示した概念図である。
【図７】従来技術によるスターリングサイクル冷凍機の懸架ユニットの一例を示した概念的立面断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      スターリングサイクル冷凍機（被懸架体）
２      配線群
３      円筒形突起部
４      放熱部
５      吸熱部
６      放熱フィン
７      熱伝導流体室
８      冷却ブロック
９      固定ネジ
１０    基底部材
１１    雌ネジ
１２    筐体
１３    固定ネジ
１４    シャフト
１５ａ  第１の雄ネジ
１５ｂ  第２の雄ネジ
１６    取り付き部分（溝）
１７    固定ナット
１８ａ  第１の止め輪溝
１８ｂ  第２の止め輪溝
１９ａ  第１の支持部材
１９ｂ  第２の支持部材
２０ａ  第１の弾性部材
２０ｂ  第２の弾性部材
２１    中間部材
２１ａ  上部分
２１ｂ  下部分
２１ｃ  第１の貫通孔
２１ｄ  第２の貫通孔
２１ｅ  貫通孔
２２    ブッシュ
【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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