(57)【要約】【課題】安価なセンサを使用し簡単な構造で一定風量の排気を制御することができる換気装置および換気システムを提供する。【解決手段】ケーシング１０に３個の吸気口１１と排気口１２が設けられている。ファン９の周囲にガイドベーン１３が設けられ、ファン９の矢示方向の回転により吸気口１１から吸入した空気が排気口１２から排出され、制御装置１４は制御箱５に収納されており、ガイドベーン１３の排気側の終端部が当接するケーシング１０に小孔１０ａを設け、この小孔から放出され、ケーシング１０の孔５ａから流出する風速Ｖの気流中に制御装置１４に搭載した歪センサ１５が置かれている。制御装置１４は歪センサ１５が検知する小孔１０ａから吐出する空気の風速が所定値になるようファン９の回転数を制御する構成にしたことにより、安価なセンサを使用し簡単な構造で排気口１２から吐出される風量を一定に保つ換気装置を得られる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口と排気口を有するケーシングと前記ケーシング内に収納したファンを装着したファンモータおよび前記ファンモータを駆動する制御装置を備えた換気装置であって、前記ケーシングには、前記ファンモータのガイドベーンの一部とこのケーシングの外側を連通させる小孔とこの小孔の外部に設置された切片とを設け、前記制御装置には、前記ファンモータの回転速度を制御する速度制御手段と、前記前記切片上に設置して前記小孔から吐出する空気の風速を検知する歪センサとを備え、前記制御装置は、前記歪センサが検知する風速が所定値になるよう前記ファンモータの回転数を制御することにより前記排気口から吐出される風量を一定に保つことを特徴とする換気装置。
【請求項２】
前記小孔は前記ファンの回転で生成される排気流の方向に対してほぼ対向するケーシングの位置に設けられた請求項１記載の換気装置。
【請求項３】
前記小孔は前記ファンの回転で生成される排気流の方向に対して垂直方向のケーシングの位置に設けられた請求項１記載の換気装置。
【請求項４】
吸気口と排気口を有するケーシングと前記ケーシング内に収納したファンを装着したファンモータと前記ファンモータを駆動する制御装置および前記排気口に接続した排気ダクトから構成される換気システムであって、前記排気ダクトには、小孔と、この小孔の外部に設置した切片とを設け、前記制御装置には、前記ファンモータの回転速度を制御する速度制御手段と、前記切片上に設置して前記小孔から吐出する空気の風速を検知する歪センサとを備え、前記制御装置は前記歪センサが検知する前記小孔から吐出する空気の風速が所定値になるよう前記ファンモータの回転数を制御することにより前記排気口から吐出される風量を一定に保つことを特徴とする換気システム。
【請求項５】
底部に小孔を設けた箱の前記小孔に近接して前記歪センサを収納し、前記箱の小孔の中心が前記排気ダクトの小孔の中心と合致するよう前記箱を前記排気ダクトに取り付けた請求項４記載の換気システム。
【請求項６】
制御装置は温度補正サーミスタを備え、前記歪センサが検知する風速値を前記温度補正サーミスタの検知する周囲温度で補正する請求項１乃至３のいずれかに記載の換気装置。
【請求項７】
制御装置は温度補正サーミスタを備え、前記歪センサが検知する風速値を前記温度補正サーミスタの検知する周囲温度で補正する請求項４または５記載の換気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管長の長短にかかわらず一定風量の排気を実現する換気装置および換気システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、細やかな風量制御ができる回転数制御が可能なＤＣモータを搭載した換気装置が開発されている。このような換気装置はダクトの長さや外気圧の影響を受けて風量が変動するので、一定の風量に制御するための方法、例えば特許文献１乃至特許文献３に示すようなものが提案されている。
【０００３】
特許文献１に示すものは、全体の換気風量を送風機の排気側によって設定するもので、送風機の排気側に風圧を検知する圧力センサを設け、圧力センサが感知する圧力から制御回路で送風装置を制御するものである。
【０００４】
特許文献２に示すものは、特許文献１に示すものが圧力センサや制御回路の小型化への対応が難しいとして、吸気風路の上流側と下流側との圧力差を検知する圧力センサを備え、この圧力センサの検知する圧力差が予め設定された目標値に一致するように送風機を制御するもので、吸気構造の一部に取り付け面を構成し、この取り付け面に圧力差を検知するための検出孔を開口させ、制御回路と圧力センサを収納した制御箱を前記取り付け面に取り付けた構造のものである。
【０００５】
また、特許文献３に示すものは、センサを用いずＤＣモータの特性値を制御回路が計測することで風量を推定し、これによりＤＣモータを制御して所定風量を確保するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２３９３３０号公報
【特許文献２】特許第３３９９１４０号公報
【特許文献３】特開２００３−１４３８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来の方式において、圧力センサによるものでは、圧力センサが高価であり、また圧力センサの取り付け構造が複雑になる課題がある。
【０００８】
また、ＤＣモータの特性値を風量推定に用いる方法は、モータの特性値を実験によって求め、そのデータをマイコンなどの記憶装置（ＲＯＭ）に記憶させることをおこなうのでデータの採取に多大の労力と時間を必要とし、従って開発期間が長くなる課題があった。
【０００９】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、安価なセンサを使用し簡単な構造で一定風量の排気を制御することができる換気装置および換気システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そして、この目的を達成するために、本発明の換気装置は、吸気口と排気口を有するケーシングと前記ケーシング内に収納したファンを装着したファンモータおよび前記ファンモータを駆動する制御装置を備えた換気装置であって、前記ケーシングには、前記ファンモータの排気風路の一部と外気とを連通させる小孔とこの小孔の外部に設置された切片とを設け、前記制御装置には、前記ファンモータの回転速度を制御する速度制御手段と、前記前記切片上に設置して前記小孔から吐出する空気の風速を検知する歪センサとを備え、前記制御装置は、前記歪センサが検知する風速が所定値になるよう前記ファンモータの回転数を制御することにより前記排気口から吐出される風量を一定に保つことを特徴とする換気装置としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【００１１】
また、この目的を達成するために、本発明の換気システムは、吸気口と排気口を有するケーシングと前記ケーシング内に収納したファンを装着したファンモータと前記ファンモータを駆動する制御装置および前記排気口に接続した排気ダクトから構成される換気システムであって、前記排気ダクトには、小孔と、この小孔の外部に設置した切片とを設け、前記制御装置には、前記ファンモータの回転速度を制御する速度制御手段と、前記切片上に設置して前記小孔から吐出する空気の風速を検知する歪センサとを備え、前記制御装置は前記歪センサが検知する前記小孔から吐出する空気の風速が所定値になるよう前記ファンモータの回転数を制御することにより前記排気口から吐出される風量を一定に保つことを特徴とする換気システムとしたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、前記小孔から吐出する空気の風速を前記歪センサで検知する構成としたことにより、安価なセンサを使用し簡単な構造で排気風量が安定した換気装置および換気システムを提供できるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１の換気装置の外観図
【図２】同換気装置の取り付け状態を示す図
【図３】同構造を示す断面した平面図（（ａ）平面図、（ｂ）Ｃ示の拡大図）
【図４】同電気的な構成を示す図（（ａ）電気的な構成を示す図、（ｂ）歪センサ変換回路詳細図）
【図５】同小孔の風速と歪センサの電圧の関係を示す図
【図６】同ＣＰＵのメモリに記憶された電圧を示す図
【図７】同制御装置の風量制御の動作を示すフローチャート
【図８】本発明の実施の形態２の構造を示す図（（ａ）平面図、（ｂ）Ｄ示の拡大図）
【図９】本発明の実施の形態３の構造を示す図（（ａ）平面図、（ｂ）Ｅ示の拡大図、（ｃ）Ｅ示の拡大斜視図）
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の請求項１記載の発明は、吸気口と排気口を有するケーシングと前記ケーシング内に収納したファンを装着したファンモータおよび前記ファンモータを駆動する制御装置を備えた換気装置であって、前記ケーシングには、前記ファンモータの排気風路の一部と外気とを連通させる小孔とこの小孔の外部に設置された切片とを設け、前記制御装置には、前記ファンモータの回転速度を制御する速度制御手段と、前記前記切片上に設置して前記小孔から吐出する空気の風速を検知する歪センサとを備え、前記制御装置は、前記歪センサが検知する風速が所定値になるよう前記ファンモータの回転数を制御することにより前記排気口から吐出される風量を一定に保つことを特徴とする換気装置である。このことにより、安価に風量制御が行えるという効果を奏する。
【００１５】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の換気装置において、小孔はファンの回転で生成される排気流の方向に対してほぼ対向するケーシングの位置に設けられたことを特徴とする換気装置であり、小孔から吐出する空気の風速が速くなり検知量の差が大きくなって安定して風量制御が行えるという効果をそうする。
【００１６】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１記載の換気装置において、小孔はファンの回転で生成される排気流の方向に対して垂直方向のケーシングの位置に設けられたことを特徴とする換気装置であり、動圧の影響を排して静圧を正確に測定することができ精度高く風量制御が行えるという効果を奏する。
【００１７】
本発明の請求項４記載の発明は、吸気口と排気口を有するケーシングと前記ケーシング内に収納したファンを装着したファンモータと前記ファンモータを駆動する制御装置および前記排気口に接続した排気ダクトから構成される換気システムであって、前記排気ダクトには、小孔と、この小孔の外部に設置した切片とを設け、前記制御装置には、前記ファンモータの回転速度を制御する速度制御手段と、前記切片上に設置して前記小孔から吐出する空気の風速を検知する歪センサとを備え、前記制御装置は前記歪センサが検知する前記小孔から吐出する空気の風速が所定値になるよう前記ファンモータの回転数を制御することにより前記排気口から吐出される風量を一定に保つことを特徴とする換気システムである。このことにより、ファンの回転による乱流の影響をほぼ排して静圧を検知することができ、精度良く風量制御がおこなえるという効果を奏する。
【００１８】
本発明の請求項５記載の発明は、請求項４記載の換気装置において、底部に小孔を設けた箱の前記小孔に近接して歪センサを収納し、箱の小孔の中心が前記排気ダクトの小孔の中心と合致するよう箱を排気ダクトに取り付けたことを特徴とする。
【００１９】
このことにより、風速は箱の小孔で規制することができ、排気ダクトの小孔は大きめに開ければよく現場での作業性が向上するという効果を奏する。
【００２０】
本発明の請求項６記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の換気装置において、制御装置は温度補正サーミスタを備え歪センサが検知する風速値を温度補正サーミスタの検知する周囲温度で補正することを特徴とする換気装置であり、運転する季節などの影響による誤差をなくし精度よく風量制御が行えるという効果を奏する。
【００２１】
本発明の請求項７記載の発明は、請求項４または５記載の換気システムにおいて、制御装置は温度補正サーミスタを備え歪センサが検知する風速値を温度補正サーミスタの検知する周囲温度で補正することを特徴とする換気装置であり、運転する季節などの影響による誤差をなくし精度よく風量制御が行えるという効果を奏する。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は換気装置及び換気システムの外観図である。
【００２４】
図１は換気装置１が複数の吸気箱２とそれぞれ吸気ダクト３で連結されるとともに排気ダクト４を接続した状態（換気システム）を示している。
【００２５】
制御箱５は換気装置１の外部に設けられていて後述する制御装置１４を収納している。
【００２６】
図２は図１の換気装置及び換気システムが建物の天井に取り付けられた状態を示す図である。図２のように換気装置１と吸気箱２は梁１０１に吊り下げる状態で取り付けられる。吸気箱２の下端は天井１０２を貫通し、吸気グリル６で覆われている。排気ダクト４の先端は壁１０３を貫通し、排気グリル７で覆われている。
【００２７】
ファンモータ８に取り付けたファン９が回転すると矢示のように吸気グリル６、吸気箱２、吸気ダクト３、ファン９、排気ダクト４、排気グリル７の空気流が発生し、建物内の空気が屋外に排出される。
【００２８】
図３（ａ）は換気装置の構造を示す図で、図２の換気装置を下面から見た（Ａ−Ｂ示）断面図である。
【００２９】
換気装置は、本体の外郭であるケーシング１０と、ケーシング１０内にファン９を装着したファンモータ８とこのファンモータ８を駆動する制御装置１４を備えている。
【００３０】
ケーシング１０には３個の吸気口１１と排気口１２が設けられている。ファン９の周囲にはガイドベーン１３が設けられ、ファン９の矢示方向の回転により吸気口１１から吸入した空気が排気口１２から排出される。制御装置１４はケーシング１０の外側のコーナ部に設けた制御箱５に収納されている。
【００３１】
また、制御箱５は、排気風路の一部と外気とを連通し、すなわち、ガイドベーン１３の一部とケーシング１０に設けた小孔１０ａ介して連通し、この小孔１０ａの制御箱５側に設置した切片２６と、切片２６上に設置して小孔１０ａから吐出する空気の風速を検知する歪センサ１５と、小孔１０ａから吐出させた空気を制御箱５の外へ排出する孔５ａとを備える。また、制御装置１４は、歪センサ１５が検知する風速が所定値になるようにファンモータ８の回転速度を制御する速度制御手段２３を備えている。
【００３２】
つまり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ示の部分、すなわちケーシング１０のコーナ部分および制御箱５を拡大した図に示すように、ガイドベーン１３の排気側の終端部が当接するケーシング１０に小孔１０ａを設け、この小孔から放出され、ケーシング１０の小孔１０ａから流出する風速Ｖの気流中に切片２６が置かれている。歪センサ１５は切片２６に接着されており、歪センサ１５のリード線は制御装置１４に接続されている。切片２６は風速Ｖの気流に押されてしなるように変形する程度の厚み・硬度の材質であり、風速Ｖがゼロになった場合は元の形状に戻るようなものとする。また、歪センサ１５は一般に歪ゲージとも呼ばれる機械的な寸法の微小な変化（ひずみ）を電気信号として検出するセンサであり、固有の抵抗値から引張力を加えられえると伸びて抵抗値が増加し、圧縮力を加えられると縮んで抵抗力が減少するという性質を有する。図３（ｂ）では、風速Ｖに押されて切片２６が反った場合に圧縮力で縮む方向に接着されているため風速が上がると抵抗が減少する特性を有する。なお、歪センサ１５を切片２６の小孔側に貼れば当然逆の特性になる。
【００３３】
ここで、風速Ｖは排気風量Ｑと相関があり、ほぼ比例関係である。
【００３４】
温度補正用サーミスタ１６も制御装置１４に搭載している。
【００３５】
図４（ａ）は換気装置の電気的な構成を示す図である。
【００３６】
ファンモータ８に接続した制御装置１４は、歪センサ変換回路と温度補正用サーミスタ１６に接続した抵抗器１８を電源１９で付勢し、歪センサ変換回路の出力電圧と温度補正用サーミスタの両端電圧を２個のＡ／Ｄコンバータ２０、２１でそれぞれデジタル値に変換してＣＰＵ２２（マイコンなどの中央処理装置）の入力とし、このＣＰＵ２２の出力として速度制御手段２３が接続され、さらにＣＰＵ２２の入力として風量設定スイッチ２４が接続される構成としている。
【００３７】
ここで速度制御手段は例えはパルス幅変調（ＰＷＭ）方式の速度調節装置が用いられる。
【００３８】
図４（ｂ）は歪センサ変換回路を詳細に表した図である。
【００３９】
一般に歪センサ（歪ゲージ）はひずみによる抵抗の変化が極めて小さいので、図４（ａ）に示すホイートストンブリッジ回路に組み、抵抗の微小な変化を検出する。
【００４０】
ホイートストンブリッジ回路では、出力電圧ｅ＝ブリッジ電圧×（Ｒ１×Ｒ３−Ｒ２×Ｒ４）／（Ｒ１＋Ｒ２）×（Ｒ３＋Ｒ４）、および、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒの関係から、抵抗変化分に比例した出力電圧が得られるとともに、ひずみにも比例した出力電圧が得られる。
【００４１】
つまり、出力電圧は、出力電圧ｅ＝ブリッジ電圧×△Ｒ／４Ｒ＝ブリッジ電圧×Ｋｓ×ε／４、（ここで、ε：ひずみ  Ｋｓ：ゲージ率）となる。
【００４２】
この出力電圧ｅは、微小電圧なので、増幅器１７ａで増幅してアナログ出力（出力電圧Ｅ）としてＡ／Ｄコンバータに接続する。
【００４３】
図５は歪センサが検知する風速Ｖと歪センサ変換回路の出力電圧Ｅの関係を示す図である。
【００４４】
歪センサは風速ゼロの状態では最も抵抗値が高く出力電圧Ｅは最高値であるが風速により切片が反り圧縮されるので抵抗値が減少、すなわち出力電圧Ｅが低下する実線Ｅに示すような特性を持つ。
【００４５】
また、冷却される風の温度が低いと抵抗値は低下し、逆に風の温度が低いと抵抗値は増加するので点線で示すような特性を持つ。
【００４６】
図６はＣＰＵ２２の内部メモリ（ＲＯＭ）に記憶された風量設定と図５で説明した出力電圧Ｅの値（所定値）を示す図である。
【００４７】
例えば、風量設定スイッチ２４が弱に設定されている場合で周囲温度が２５℃の場合は所定値はＥ１であることを示す。
【００４８】
次に図１〜図６を参照しながら図７を用いて制御装置１４の風量制御の動作を説明する。
【００４９】
Ｓ１（ステップ１）において、制御装置１４は風量設定スイッチ２４の設定値例えは図６の弱（Ｖ１）を読み、次にＳ２で温度補正用サーミスタ１６の検知する周囲温度例えば２５℃を読む。
【００５０】
次にＳ３では図６で説明した所定値Ｅ１を選択する。
【００５１】
次にＳ４ではファンモータ８を増速する。
【００５２】
次にＳ５では歪センサ１５が検知する出力電圧Ｅを所定値Ｅ１と比較しＥ＜Ｅ１であればファンモータ８を減速し（Ｓ６）、次にＳ７でＥ＞Ｅ１であればファンモータ８を増速する。
【００５３】
以上の動作はＣＰＵ２２内のＲＡＭやＲＯＭが共働するＣＰＵのプログラムの形態で実施される。
【００５４】
このような動作を繰り返して歪センサ１５により風速Ｖが一定に保たれる。
【００５５】
前述のように風速Ｖと換気装置の排気風量Ｑとは相関があるので風速Ｖを一定にすることで排気風量Ｑが一定に保たれる。
【００５６】
以上説明したように、ケーシングの排気路を構成する部分に設けた例えば直径１ｍｍ程度の円形の小孔の外部に設置された歪センサが検知する前記小孔から放出する微少な風量の風速を所定値になるようファンモータの回転数を制御することで排気口から吐出される排気風量を一定に保つことができる。
【００５７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した図１〜図７のうち図３を除き同じなので図３に替わる図８について説明する。なお、実施の形態１と同一部分は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５８】
図８（ａ）は図３（ａ）と同様の構造を示す断面した平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＤ示の拡大図である。
【００５９】
図３と同じ符号を記す９，１０、１１、１２、１３は同じものなので説明を省略する。
【００６０】
図８（ｂ）に示すように、実施の形態１の排気風路の一部と外気とを連通させる構成として、排気口１２の側面に小孔１２ａを設けている。
【００６１】
排気口１２の壁面には排気流の方向に垂直の且つ排気風量Ｑの値に応じた静圧が発生し（Ｑの平方根に比例する）、この静圧に比例した風速Ｖの空気が（図８（ｂ）に示すＶ）孔５ａから吐出され、制御箱５の孔５ｂから放出される。
【００６２】
歪センサ１５はこの吐出される風速Ｖの気中に置かれており、実施の形態１の動作で説明したように、風速Ｖが一定になるようにファンモータ８の回転数を制御することで排気風量Ｑを一定にすることができる。
【００６３】
（実施の形態３）
本実施の形態は、換気装置に排気ダクトが装着された状態、すなわち換気システムの状態で実施される形態のものである。本実施の形態では、実施の形態１で説明した図１〜図７のうち図３を除き同じなので図３に替わる図９について説明する。なお、実施の形態１または２と同一部分は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。また、実施の形態２の小孔１２ａに相当する孔として小孔２５ａを備えたものである。
【００６４】
図９（ａ）は図３（ａ）と同様の構造を示す断面した平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＥ示の拡大図、図９（ｃ）は同斜視図である。
【００６５】
図３と同じ符号を記す９，１０、１１、１２、１３は同じものなので説明を省略する。
【００６６】
施工現場において排気口１２に装着される排気ダクト４に孔４ａ、４ｂ、４ｃを設け、箱２５をネジ４ｄと４ｅで固定する。
【００６７】
箱２５内には自己発熱型サーミスタ１６ａが基板１５ａに取り付けられリード線１５ｂが制御箱５内の制御装置１４に接続されている。
【００６８】
歪センサ１５の下部の箱２５の底部には小孔２５ａが設けられ、箱２５の他方に孔２５ｂが設けられている。
【００６９】
この小孔２５ａは前記の排気ダクト４の孔４ａとそれぞれの中心が合致する。また孔４ａの径は小孔２５ａよりも大きく開けられる。つまり、実質的に小孔２５ａに相当する小孔が排気ダクト４または制御箱５のどちらか一方に備えていれば良い。
【００７０】
実施の形態２で説明したのと同様に排気ダクト４の壁面には排気流の方向に垂直の且つ排気風量Ｑの値に応じた静圧が発生し、この静圧に比例した風速Ｖの空気が（図示Ｖ）小孔２５ａから吐出され、箱２５の孔２５ｂから放出される。
【００７１】
歪センサ１５はこの吐出される風速Ｖの気中に置かれており、実施の形態１の動作で説明したように、風速Ｖが一定になるようにファンモータ８の回転数を制御することで排気風量Ｑを一定にすることができる。
【００７２】
本実施の形態では、排気風量Ｑが層流状態であり、動圧の影響を受けずに安定した静圧が発生するため風速Ｖも安定し、精度よく排気風量の制御が行える。
【００７３】
また、また孔４ａの径を小孔２５ａよりも大きくするよう施工指図書で指定することで風速Ｖが箱２５の小孔２５ａの径で規定されるため、取り付け以前の状態で性能の確認や微調整を実施でき、また現場での作業性も向上する。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明にかかる換気装置は、本発明の換気装置は、配管長や外気圧にかかわらず安定した排気量を供給できるので、同時給気・排気型の換気装置の換気装置にも適用でき、換気装置全般に有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１      換気装置
４      排気ダクト
４ａ    孔
５ａ    孔
５ｂ    孔
８      ファンモータ
９      ファン
１０    ケーシング
１０ａ  小孔
１１    吸気口
１２    排気口
１２ａ  小孔
１４    制御装置
１５    歪センサ
１６    温度補正用サーミスタ
１６ａ  自己発熱型サーミスタ
２３    速度制御手段
２５    箱
２５ａ  小孔
２５ｂ  孔
２６    切片
【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】
2012052689.tif 000009
【図８】
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【図９】
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