(57)【要約】【課題】  遮音対象となる周波数をコントロールし、中低音域を含む広い範囲で減音に効果を発揮するダクトを提供する。【解決手段】  一方向に長い音の伝搬通路１３を形成するダクト１０の一方の端部に音の導入口１１を設けるとともに、ダクト１０の他方の端部に音の導出口１２を形成し、共鳴器を形成する部屋１６を伝搬通路１３内に区画する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に長い音の伝搬通路を形成するダクトの一方の端部に音の導入口を設けるとともに、前記ダクトの他方の端部に音の導出口を形成し、共鳴器を形成する部屋を前記伝搬通路内に区画したことを特徴とする減音機能を有するダクト。
【請求項２】
一方向に長い音の伝搬通路を形成するダクトの一方の端部に音の導入口を設けるとともに、前記ダクトの他方の端部に音の導出口を形成し、前記ダクト内に共鳴器を形成する複数の部屋を前記伝搬通路に沿って連続区画したことを特徴とする減音機能を有するダクト。
【請求項３】
減音対象とする音の周波数帯域に対応して前記共鳴器を形成する複数の各部屋の容積、首部の開口幅が異なることを特徴とする請求項２に記載の減音機能を有するダクト。
【請求項４】
前記ダクトの長手方向と垂直な面を有する複数のリブを前記ダクトの前記通路内部に減音対象とする周波数と相関する所定の間隔で配置したことを特徴とする請求項２または３に記載の減音機能を有するダクト。
【請求項５】
異なる周波数帯域を減音対象とするために、前記複数のリブを不均等な間隔幅で配列したことを特徴とする請求項４に記載の減音機能を有するダクト。
【請求項６】
前記ダクト内に形成される共鳴器は、該共鳴器を仕切る壁に開口するスリットを首部とする共鳴器からなることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかの項に記載の減音機能を有するダクト。
【請求項７】
前記ダクト内に形成される共鳴器は、前記共鳴器を仕切る壁に開口するスリットを形成する一対の対向した板片を首部とする共鳴器からなることを特徴とする請求項６に記載の減音機能を有するダクト。
【請求項８】
前記ダクト内に形成される共鳴器は、前記スリットを首部とする共鳴器と、前記板片を首部とする共鳴器の任意の組み合わせからなることを特徴とする請求項６または７に記載の減音機能を有するダクト。
【請求項９】
建物の室内外を連通する一方向に長い換気通路を形成する換気ダクトを有し、前記換気ダクトの一方の端部に換気口を兼ねる音の導入口を設けるとともに、他方の端部に換気口を兼ねる音の導出口を有する建物用ダクト型換気装置において、換気ダクトとして請求項１乃至８のいずれかの項に記載のダクトを組み込んでいることを特徴とする減音機能を有する建物用ダクト型換気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の換気設備として利用できる減音機能を有するダクトに関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅の換気設備では、室内側壁に設けた換気口がダクトを通じて外に直接開口しているので、空気の換気といっしょに外の音が室内に入ってくるとともに、室内の音も外に漏れてしまう。
【０００３】
従来、この種の換気口での騒音対策としては、換気口に音を吸収する吸音材を用いたものが知られている。例えば、特許第３１８４７９９号に提案されている換気装置を挙げることができる。
【０００４】
ところで、近年、住宅の新築や改装工事後、住宅建材から室内に発生する揮発性化学物質やダニアレルゲンが原因で居住者に体調不良または健康障害を引き起こすシックハウス症候群が問題となっている。シックハウス対策として、平成１４年には建築基準法が改正され、原因とみられる化学物の使用規制や、機械的な換気設備の設置が義務付けられるようになっている。
【０００５】
このようなシックハウス対策に関連して、建築物に対する規制が強化されているという背景があり、換気設備にあっては、健康安全面から十分な換気機能を確保した上で、静謐な住環境を保つため騒音対策を講じることの重要性が増している。
【０００６】
とりわけ集合住宅では、騒音が換気口から空気とともに進入する騒音問題が従来から課題とされており、シックハウス対策のため換気を継続的に行う必要から、室外の騒音が換気口から中に入るという問題がさらに顕在化すると予想されている。また、集合住宅の場合、騒音対策だけでなく、室内の音が換気とともに外にもれないように、プライバシーを保つ対策を講じる必要性も高い。
【特許文献１】特許第３１８４７９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の換気口での騒音対策は、もっぱら、音を吸収する吸音材を用いているので、高音域の騒音の低減効果を得られても、代表的な騒音源である道路騒音は低音域が優勢であるため、とりわけ住環境では生理的に不快な騒音として特に問題となる５００Ｈｚ以下の中低音域にはあまり効果がないという問題点が指摘されている。
【０００８】
また、周囲の環境は様々で騒音源も多様であり、住居ごとに騒音の音域が変わるため、環境に合わせて特定の範囲の音域について遮音性能を高めたり、広い音域にわたって減音する必要性もある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、とりわけ低音域の騒音に対して減音効果を発揮するダクトを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、住宅に簡易に設置可能であり、吸音材を用いることなく、構造自体は簡単なものであり、しかも、低音域に効果がある減音機能と、空気の換気機能の両立を達成できるようにした減音機能を有する建物用ダクト型換気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明に係る減音機能を有するダクトは、一方向に長い音の伝搬通路を形成するダクトの一方の端部に音の導入口を設けるとともに、前記ダクトの他方の端部に音の導出口を形成し、共鳴器を形成する部屋を前記伝搬通路内に区画したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２の発明に係る減音機能を有するダクトは、一方向に長い音の伝搬通路を形成するダクトの一方の端部に音の導入口を設けるとともに、前記ダクトの他方の端部に音の導出口を形成し、前記ダクト内に共鳴器を形成する複数の部屋を前記伝搬通路に沿って連続区画したことを特徴とするものである。
【００１３】
この請求項２の発明では、減音対象とする音の周波数帯域に対応して前記共鳴器を形成する複数の各部屋の容積、開口幅が異なることが好ましい。
【００１４】
また、請求項２の発明には、さらに、前記ダクトの長手方向と垂直な面を有する複数のリブを前記ダクトの前記通路内部に減音対象とする周波数と相関する所定の間隔で配置するようにしてもよい。これらの複数のリブは不均等な間隔幅で配列し、異なる周波数帯域を減音対象とするようにしてもよい。  
前記ダクト内に形成される共鳴器は、好適な実施形態によれば、該共鳴器を仕切る壁に開口するスリットを首部とする共鳴器や、該共鳴器を仕切る壁に開口するスリットを形成する一対の対向した板片を首部とする共鳴器からなり、あるいは、これらの組み合わせから構成される。
【００１５】
また、請求項９の発明に係る建物用ダクト型換気装置は、建物の室内外を連通する一方向に長い換気通路を形成する換気ダクトを有し、前記換気ダクトの一方の端部に換気口を兼ねる音の導入口を設けるとともに、他方の端部に換気口を兼ねる音の導出口を有する建物用ダクト型換気装置において、換気ダクトとして請求項１乃至８のいずれかの項に記載のダクトを組み込んでなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る減音機能を有するダクトによれば、特定の周波数をある程度狙って減音することができ、共鳴室の容積や開口面積等を調整することにより、減音対象となる周波数をコントロールし、中低音域を含む広い範囲の減音に効果を発揮することができる。
【００１７】
また、本発明に係る減音機能を有する建物用ダクト型換気装置によれば、吸音材を用いることなく、構造自体は簡単なものであるため、住宅に簡易に設置可能であり、しかも、特定の周波数をある程度狙って減音したり中低音を含む広い音域に対応する減音機能と、空気の換気機能との両立を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による減音機能を有するダクトの一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。  
第１実施形態  
図１は、本発明の第１の実施形態によるダクトを示す。この図１において、参照番号１０は、ダクトの本体部を示す。このダクトの本体部１０は、方形断面をもち、内部が中空の細長いダクトである。この本体部１０の一方の端部には音の導入口１１が開口しており、他方の端部には音の導出口１２が開口している。導入口１１から入った音は、ダクトの内部空間を伝搬通路１３として伝搬し導出口１２から出ていくようになっている。
【００１９】
本実施形態によるダクトでは、減音機能を付加するために、伝搬通路１３内に共鳴器（レゾネータ）を形成する部屋が区画されている。図１に示すように、ダクトの本体部１０において、導入口１１側の端部から長手方向に縦仕切壁１４が延び、この縦仕切壁１４の終端から直角に折れ曲がるように横仕切壁１５が形成されており、これら縦仕切壁１４と横仕切壁１５によって共鳴器を形成する共鳴室１６が形成されている。この共鳴室１６を形成する縦仕切壁１４には、略中央位置に開口部としてスリット１７が形成されている。なお、図１の実施形態では、共鳴室１６は、導入口１１に近づいた位置に設けられているが、これに限定されるものではなく、導出口１２に寄った位置に設けてもよく、ダクト中央に設けてもよい。
【００２０】
次に、以上のように構成されるダクトにおける減音作用について説明する。
【００２１】
ダクトの本体部１０の導入口１１から伝搬通路１３に音波が進入してくると、音波の一部はスリット１７から共鳴室１６に入る。この共鳴室１６は、図２に示すようなヘルムホルツの共鳴器１８と同じ働きをする。この図２において、共鳴器１８では、首部１９の開口から音波が入ると、胴２０の内部の空気がバネの作用を営み、首部１９の開口部分の空気の質量が錘としての役割を担って、単共振を起こす。この単共振現象によって、首部１９の直前部分でインピーダンスの値が変化して一種の反射作用が起こり、音波が下流側に伝搬し難くなる。これにより、透過波は伝搬通路１３の導出口１２まで到達し難くなり、減音効果が生じる。
【００２２】
ヘルムホルツの共鳴器１８では、次の（１）式で与えられる周波数の音に対して大きな減音効果を得ることができる。
【数１】
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ここで、ｃ：音速（ｍ／ｓ）  
Ｓ：首部１９の開口面積（ｃｍ2）  
Ｖ：胴２０の容積（ｃｍ3）  
ｌ：首部１９の長さ（ｃｍ）  
Δｌ：首部１９の補正  
【００２３】
本実施形態によるダクトでは、スリット１７が共鳴器１８の首部開口部に実質的に相当しており、首部の補正Δｌを適当にとることにより（１）式は成り立ち、減音効果のある特定の周波数を予測することができる。
【００２４】
本実施形態のダクト内の共鳴室１６の場合、Ｓはスリット１７の開口面積、Ｖは共鳴室１６の容積、ｌはスリット部分の板厚に相当する。実験的に適当な補正Δｌの値を求めておけば、（１）式から周波数を計算することができる。
【００２５】
したがって、本実施形態のダクトでは、導入口１１から伝搬通路１３に音波が入ると、共鳴室１６の容積やスリット１７の開口幅などの寸法から決まってくる特定の周波数帯域の音に対して減音機能を発揮する。このことを逆にいえば、特定の周波数帯域の音の減音を狙って、共鳴室１６やスリット１７の寸法を決めるようにしてもよい。  
以上の図１の実施形態では、ダクトの本体部１０には伝搬通路１３にそって１つの共鳴室１６が区画されているだけであるが、図３の実施形態では、縦仕切壁１４がさらに延長されるとともに、横仕切壁１５ａ乃至１５ｅによって複数の共鳴室１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅが伝搬通路１３にそって連続的に区画されている。これらの共鳴室１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅはそれぞれスリット１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅを介して伝搬通路１３と連通している。
【００２６】
この図３の実施形態の場合、各共鳴室１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅでは長さＬ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4、Ｌ5が段階的に小さくなっている。（１）式から、各共鳴室１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅはこの順序で減音効果のある周波数帯域が大きくなっていく。例えば、最も容積の大きな共鳴室１６ａが１５０Ｈｚ前後の帯域の減音効果を狙い、共鳴室１６ｂが３００Ｈｚ、共鳴室１６ｃが４５０ｚ、共鳴室１６ｃが６００Ｈｚというように、長さＬ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4、Ｌ5を設定すると、主として中低音域の音に対して減音性能を高めることができる。
【００２７】
なお、図３の実施形態では、共鳴室が５つの例を示したが、共鳴室の数はダクトが長いものであれば、より多くの共鳴室を区画することができる。また、各共鳴室はスリットの開口面積や幅は同じでも違ってもよく、大きさの異なる共鳴室を並べる態様も、騒音状況等に応じて適宜決めればよい。
【００２８】
第２実施形態  
次に、図４は、本発明の第２の実施形態によるダクトを示す。この図４において、ダクトの本体部１０は第１実施形態と同じであり、一方の端部に音の導入口１１が開口しており、他方の端部には音の導出口１２が開口し、内部に長手方向に伝搬通路１３が延びている。そして、縦仕切壁１４と横仕切壁１５ａ、１５ｂによって二つの共鳴室１６ａ、１６ｂが形成され、各共鳴室１６ａ、１６ｂは、それぞれスリット１７ａ、１７ｂを介して連通している。
【００２９】
この第２形態では、二つの共鳴室１６ａ、１６ｂに続くようにして、ダクト長手方向と垂直な面を有する複数のリブ２２ａ、２２ｂ、２２ｃが設けられている。この図４では、これらのリブ２２ａ乃至２２ｃの間隔Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3は、導出口１２側に向かって順次狭くなるように設定されているが、これに限定されるものではない。
【００３０】
これらのリブ２２ａ乃至２２ｃの間隔Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3は、減音対象とする周波数と相関する所定の間隔で配置されている。この間隔は、具体的には、ある帯域について実験的に減音効果のみられる間隔を求めておくことで決定される。
【００３１】
例えば、共鳴室１６ａ、１６ｂでは、第１実施形態で説明したように、特定の周波数帯域の音を減音すべく、長さＬ1、Ｌ2を設定する。そして、リブ２２ａ乃至２２ｃの間隔Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3については、共鳴室１６ａ、１６ｂで減音対象とするのとは異なる周波数に対して、あらかじめ実験的に間隔Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3を変えながら、遮音効果を測定し、間隔と遮音効果のある周波数との相関関係を調べておき、それに基づいてある特定の周波数を狙って減音するのに適した間隔を設定すればよい。
【００３２】
この第２実施形態によるダクトでは、第１実施形態における共鳴器１６ａ、１６ｂとリブ２２ａ乃至２２ｃの組み合わせにより、広い帯域で音の減音効果を得ることができるようになっている。共鳴器１６ａ、１６ｂの減音作用に比べると、リブ２２ａ乃至２２ｃの遮音作用のメカニズムは複雑で十分に解明されているわけではないが、伝搬通路１３を伝播する音がリブ２２a乃至２２ｃに多重反射する現象と、音が干渉する現象とが複合し合って減音する効果が生じるものと考えられる。
【００３３】
第３実施形態  
次に、図５は、本発明の第３の実施形態によるダクトを示す。この図５の実施形態は、ダクトの本体部１０の構造は、図３と基本的に同じであるが、共鳴器１６ａ乃至１６ｅの開口部の構造が異なっている。
【００３４】
各共鳴器１６ａ乃至１６ｅでは、一対の板片２１により開口部のスリット１７ａ乃至１７ｅが形成されている。各板片２１は、縦仕切壁１４から共鳴器１６ａ乃至１６ｅの内部に折れ曲がるようにして垂下し、平行に対向することで開口部を形成するようになっている。板片２１は、図２に示したヘルムホルツの共鳴器１８の首部開口部に相当しており、この長さを調整することで、通気面積および共鳴室容積を変えずに共鳴周波数を調整できる。
【００３５】
なお、板片２１により首部を曲げると、曲げない場合と比較して同じ共鳴周波数を狙う場合に、共鳴室の幅Ｌ寸法を短く出来るという利点がある。但し、効果の出る周波数帯域の広さは狭くなる。１つのダクト中にいくつものレゾネータを配置し、広い帯域の減音に効果を発揮させる為には、首部を曲げたレゾネータと曲げていないレゾネータを組み合せてうまくバランスをとるようにしてもよい。
【００３６】
図６の実施形態は、図４と同じ構造のダクトにおいて、各共鳴器１６ａ、１６ｂのスリット１７ａ、１７ｂの開口部を平行に対向する板片２１によって構成した実施形態である。
【実施例】
【００３７】
次に、実施例１、実施例２として、減音性能を実際に調べる実験を行った結果について説明する。
【００３８】
実施例１  
図７（ａ）は内法寸法で全長１８００ｍｍ、断面が１００ｍｍ×１００ｍｍのダクトからなる基準ダクトを示している。この基準ダクトは肉厚２．５ｍｍのアルミ板で製作し、両端部にそれぞれ音の導入口、導出口が開口している。
【００３９】
実施例１は、図７（ｂ）に示すように、基準ダクトの内部に複数の共鳴室を区画した。共鳴室は全部で６室とし、その内、半分の３室は、図３の第１実施形態のようなスリットをもち、残りの３室は、図５の第３実施形態のような首部をもつ共鳴室である。それぞれの共鳴室の長さは、図７に示す通りである。
【００４０】
比較例１  
比較例１は、基準ダクトの内部において、導出口側に１００ｍｍ、９０ｍｍ、８０ｍｍの間隔でリブのみを立てたものである。
【００４１】
実施例２  
実施例２は、実施例１と比較例１を組み合わせた形のダクトで、第２実施形態に対応しているものである。
【００４２】
実験条件
図８に示すように、残響室と無響室を隔てる壁を貫通する通路にダクトを挿入設置した。残響室には音源とスピーカを設置し、無響室には、マイクロフォンと音響測定装置を設置した。残響室のスピーカからは、１０ｋＨｚまでの周波数を含む広帯域雑音（ピンクノイズ）を放射し、壁に設置したダクトを伝搬して無響室側の開口部から放射される音響パワーレベルを測定した。測定には音響インテンシティ法を用いた。
【００４３】
実験結果  
測定した実験結果を図９のグラフに示す。図９では、横軸は周波数、縦軸は、挿入損失（ｄＢ）であり、この挿入損失は基準ダクトを隔壁に挿入した場合に測定した音響パワーレベルを基準として、実施例１、実施例２、比較例１を隔壁に挿入した場合に無響室側に放射されるパワーレベルの差を算出したものである。したがって、縦軸の値が上になる（プラスの値が大きくなる）ほど、減音効果が高いことを表している。図９において、実施例１は、黒塗りの四角のプロット、実施例２は×のプロット、比較例１は黒塗りの三角のプロットで表されている。
【００４４】
実施例の減音効果
図９において、実施例１では、周波数が１６０Ｈｚ〜１kＨｚの範囲で大きな減音効果が得られている。比較例１では、周波数が１ｋＨｚ以下では減音効果がほとんど得られないのに対して、１ｋＨｚ〜５ｋＨｚの範囲では有効な減音効果があることがわかる。
【００４５】
実施例２は、実施例１と比較例１のグラフをあたかも重ね合わせたかのように、減音効果のある周波数の領域が拡大していることが認められる。このように、共鳴器原理による減音効果とリブによる減音効果は同時にかつ独立に働くと考えられ、減音対象とする帯域をそれぞれ別にとることにより、それぞれの減音効果を重ねて減音効果のある周波数帯域を拡大させることが可能になる。
【００４６】
第４実施形態  
次に、図１０は、図３に示した第１実施形態のダクトを住宅の換気ユニットに組み込んで利用した実施の形態を示す。  
この図１０において、参照番号４０は、外壁を示す。この外壁４０の開口部には、サッシ４１ａ、４１ｂが設けられている。この実施形態では、ダクトの本体部１０は、サッシ４１ａ、４１ｂの上枠に沿って取り付けられている。ダクトの本体部１０の一方の端部の換気口４３は室外側に開口し、他方の端部の換気口４４は室内側に開口し、ダクトは室内と室外を連通する換気通路４５を形成するようになっている。ダクトの本体部１０の構造は、換気通路４５に沿って複数の共鳴室１６ａ乃至１６ｄが形成されている点は、図３に示したダクトと同一であり、同じ構成要素には同一の参照符号を付して説明は省略する。
【００４７】
以上のように構成されるダクト型換気装置によれば、ダクト本体部１０の換気通路４５は、本来の換気用の通路と、音の伝搬通路を兼ねており、空気といっしょに室外側の換気口４３から進入した音は、共鳴室１６ａ乃至１６ｄによるインピーダンスの変化によりはね返される結果、室内側の換気口４４から室内に入る音波が減少するので、換気機能を保ったまま、従来のように吸音材を用いることなく室外の騒音が室内に入るのを遮音することができ、換気機能と減音機能とが両立した換気装置を構成することができる。この実施形態の場合、第１実施形態で説明したように、取り付ける住宅の周囲の環境等に応じて、共鳴室１６ａ乃至１６ｄの容積やスリット１７ａ乃至１７ｄの開口面積などを変えて、騒音として問題となる周波数を狙って騒音を低減させることも可能である。
【００４８】
なお、図１０は、ダクト本体部１０をサッシ４１ａ、４１ｂの上枠に沿って取り付けた実施形態であるが、縦枠に沿って取り付けるようにしてもよい。
【００４９】
次に、図１１は、図４に示した第２実施形態のダクトを住宅の換気ユニットに組み込んで利用した実施の形態を示す。図１０および図４のダクトと同一の構成要素は同一の参照番号を付して説明は省略する。
【００５０】
この図１１の換気ユニットによれば、ダクト本体部１０の換気通路４５は、本来の換気用の通路と、音の伝搬通路を兼ね、第２実施形態で説明したように、共鳴室１６ａ乃至１６ｃによる音波をはね返す効果と、リブ２２ａ乃至２２ｃによる多重反射と干渉の複合作用による音の減音効果が重なり合い、換気機能と遮音機能とが両立した換気装置を構成することができる。この実施形態によれば、上述したように、減音効果の現れる周波数を広い範囲に広げられ、低音帯域から中高音帯域に至るまで騒音対策に効果的である。
【００５１】
以上、本発明について、好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明の建物用換気装置では、ダクト内部に吸音材を貼り付けて吸音材と併用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態によるダクトの構成説明図。
【図２】ダクト内の形成される共鳴室と等価のヘルムホルツの共鳴器の説明図。
【図３】本発明の第１実施形態によるダクトの他の実施形態を示す構成説明図。
【図４】本発明の第２実施形態によるダクトの構成説明図。
【図５】本発明の第３実施形態によるダクトの構成説明図。
【図６】本発明の第３実施形態による他のダクトの構成説明図。
【図７】本発明による実施例のダクトの説明図。
【図８】実施例のよる減音性能測定試験の実施条件を説明する図。
【図９】実施例による減音性能の測定結果を示すグラフ。
【図１０】本発明の第１実施形態のダクトを住宅の換気ユニットに適用した実施形態を示す斜視図。
【図１１】本発明の第２実施形態のダクトを住宅の換気ユニットに適用した実施形態を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５３】
１０  ダクトの本体部
１１  導入口
１２  導出口
１３  伝搬通路
１４  縦仕切壁
１５  横仕切壁
１６  共鳴室
１７  スリット
１８  ヘルムホルツの共鳴器
１９  首部
２０  胴
２１  板片
２２  リブ
【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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