(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤又は岩盤に形成された計測孔に設置され、前記計測孔の深さ方向で前記地盤又は岩盤の変位を計測する変位計測装置であって、
前記計測孔に挿入される保護管と、
前記保護管内に挿入される磁歪線と、
前記保護管の管軸線方向に沿って移動可能となるように前記保護管の周囲に配置され、前記計測孔の内壁に固定される計測ターゲットと、
前記計測ターゲットに設けられた永久磁石と、
前記磁歪線にパルス状の電流を加え、前記パルス状の電流及び前記永久磁石の影響で前記磁歪線上に生じる磁歪を利用して前記計測ターゲットの位置に関する情報を取得する情報取得手段と、を備え、
前記計測ターゲットは、流体圧力により膨張し、前記計測孔の内壁を圧迫して前記内壁に固定される固定袋を有し、
前記固定袋は、非磁性材料により構成され、前記永久磁石に隣接して配置されており、
前記保護管の外周には、前記計測ターゲットの前記管軸線方向の移動を規制するストッパー部が設けられていることを特徴とする地盤又は岩盤用の変位計測装置。
【請求項２】
前記磁歪線は、一本の棒状体を構成することを特徴とする請求項１記載の地盤又は岩盤用の変位計測装置。
【請求項３】
前記棒状体は、前記磁歪線を形成する第１棒状部と、前記第１棒状部の材料よりも熱伸縮し難い材料からなる第２棒状部と、を有し、
前記第１棒状部の後端には、前記情報取得手段が封入されている接続部が設けられ、
前記第２棒状部の先端は、前記接続部に螺着されることを特徴とする請求項２記載の地盤又は岩盤用の変位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤又は岩盤に形成された計測孔の深さ方向で地盤又は岩盤の変位を計測する変位計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような技術分野の変位計測装置としては、計測孔の内壁に固定される計測ターゲットと、計測ターゲットの位置に関する情報を取得する情報取得手段と、を備えたものが知られている。一般的な情報取得手段としては、計測ターゲットの位置を電気信号に変換する直動型ポテンショメータが挙げられる。直動型ポテンショメータは、計測ターゲットと連動する可動部分を有するため、この可動部分の防水性能を高めることが難しく、水の浸入により動作不良を生じるおそれがあった。
【０００３】
上記可動部分を有さない変位計測装置としては、地盤用の変位計測装置であって、計測孔に挿入される保護管と、保護管内に挿入される磁歪線と、保護管の管軸線方向に沿って移動可能となるように保護管の周囲に配置され、計測孔の内壁に固定される計測ターゲットと、計測ターゲットに設けられた永久磁石と、磁歪線にパルス状の電流を加え、パルス状の電流及び永久磁石の影響で磁歪線上に生じる磁歪を利用して計測ターゲットの位置に関する情報を取得する情報取得手段と、を備えたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の地盤用の変位計測装置では、計測ターゲットは、外周に設けられた爪部によって計測孔の内壁に固定される。爪部は、計測ターゲットを計測孔に挿入する際に、内側に向かって押し付けられており、計測ターゲットを固定位置まで挿入した際に解放される。解放された爪部は、外側へ広がろうとする反発力によって計測孔の内壁に突き刺さり、計測ターゲットが計測孔の内壁に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７０２４６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の地盤用の変位計測装置では、情報取得手段が上記可動部分を有さないため、情報取得手段の防水性能を高めることができる。しかしながら、特許文献１の変位計測装置が硬い岩盤で用いられる場合には、計測孔の内壁が硬く、計測ターゲットの爪部が計測孔の内壁に突き刺さり難い。このため、計測ターゲットの固定が不完全となり、地盤又は岩盤の変位を正確に計測できないおそれがあった。
【０００７】
これに対し、反発力が強い鉄鋼材料により爪部を構成することが考えられる。しかしながら、磁性材料である鉄鋼材料により爪部を構成すると、永久磁石の磁場が乱され、磁歪線上の磁歪の発生位置が不安定となり、地盤又は岩盤の変位を正確に計測できないおそれがあった。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、防水性能を高めつつ、地盤又は岩盤の変位を正確に計測することができる変位計測装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による地盤又は岩盤用の変位計測装置は、地盤又は岩盤に形成された計測孔に設置され、計測孔の深さ方向で地盤又は岩盤の変位を計測する変位計測装置であって、計測孔に挿入される保護管と、保護管内に挿入される磁歪線と、保護管の管軸線方向に沿って移動可能となるように保護管の周囲に配置され、計測孔の内壁に固定される計測ターゲットと、計測ターゲットに設けられた永久磁石と、磁歪線にパルス状の電流を加え、パルス状の電流及び永久磁石の影響で磁歪線上に生じる磁歪を利用して計測ターゲットの位置に関する情報を取得する情報取得手段と、を備え、計測ターゲットは、流体圧力により膨張し、計測孔の内壁を圧迫してその内壁に固定される固定袋を有し、固定袋は、非磁性材料により構成され、永久磁石に隣接して配置されており、保護管の外周には、計測ターゲットの管軸線方向の移動を規制するストッパー部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
このような地盤又は岩盤用の変位計測装置によれば、磁歪線上に生じる磁歪を利用して計測ターゲットの位置に関する情報が取得されるため、情報取得手段に計測ターゲットと連動する可動部が存在せず、情報取得手段の防水性能を高めることができる。また、計測ターゲットは、固定袋が流体圧力によって膨張し、計測孔の内壁を圧迫することによって固定される。固定袋が計測孔の内壁を圧迫する力は、流体圧力によって自在に強めることができるため、計測ターゲットを計測孔の内壁に強く固定することができる。さらに、固定袋は非磁性材料により構成されているため、永久磁石に隣接して配置されていても永久磁石の磁場を乱すことがない。このため、永久磁石と固定袋とを隣接させて計測ターゲットを小型化し、磁歪線を短縮化すると共に、地盤又は岩盤の変位を正確に計測することができる。
【００１１】
ここで、保護管の外周には、計測ターゲットの管軸線方向の移動を規制するストッパー部が設けられているので、計測孔内に保護管を挿入する作業時に、管軸線方向に保護管が移動すると、ストッパー部が計測ターゲットに当たり、その状態で保護管と計測ターゲットとを共に移動させることができる。このため、保護管と計測ターゲットとを共に計測孔に挿入し、保護管によって計測ターゲットを固定位置まで押し込むことができ、計測孔に変位計測装置を設置する作業が容易となる。
【００１２】
また、磁歪線は、一本の棒状体を構成することが好ましい。この場合、磁歪線を挿入する作業が一本の棒状体を挿入する作業となるため、上方や側方に向かって形成された計測孔に対し磁歪線を挿入する作業が容易となる。また、計測孔の入口部に棒状体を固定した場合に、棒状体のうち計測ターゲットの移動範囲と対応する部分の位置が安定し、地盤又は岩盤の変位をより正確に計測することができる。
【００１３】
また、棒状体は、磁歪線を形成する第１棒状部と、第１棒状部の材料よりも熱伸縮し難い材料からなる第２棒状部と、を有し、第１棒状部の後端には、情報取得手段が封入されている接続部が設けられ、第２棒状部の先端は、接続部に螺着されることが好ましい。この場合、第２棒状部が磁歪材料よりも熱伸縮し難い材料で構成され、棒状体全体の熱伸縮が抑制される。このため、地盤又は岩盤の変位を正確に計測することができる。また、第１棒状部の後端には、第２棒状部の先端を螺着するための接続部が設けられているため、第１棒状部と様々な長さの第２棒状部とを組み合わせることができ、磁歪線の位置を自在に調整することができる。さらに、情報取得手段が接続部内に封入されているため、情報取得手段の防水性能をより高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明によれば、防水性能を高めつつ、地盤又は岩盤の変位を正確に計測することができる変位計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る地盤又は岩盤用の変位計測装置の概略的な構成を示す断面図である。
【図２】変位計測装置の要部の詳細を示す断面図である。
【図３】計測ターゲットの後方斜視図である。
【図４】図２中のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】図２中のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】第１棒状部及び第２棒状部の詳細を示す断面図である。
【図７】変位計測装置を地盤又は岩盤の計測孔に挿入する工程を示す断面図である。
【図８】ガイドロッドを抜き取る工程を示す断面図である。
【図９】計測ターゲットを固定する工程を示す断面図である。
【図１０】棒状体を固定する工程を示す断面図である。
【図１１】保護管を固定する工程を示す断面図である。
【図１２】グラウトを注入する工程を示す断面図である。
【図１３】空洞の周囲の地盤又は岩盤に変位計測装置を配置した状態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る地盤又は岩盤用の変位計測装置の好適な一実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
本実施形態に係る地盤又は岩盤用の変位計測装置１は、地盤又は岩盤に形成された計測孔に挿入され、計測孔の深さ方向で地盤又は岩盤の変位を計測する。図１に示されるように、変位計測装置１は、計測孔に挿入される保護管２と、保護管２内に挿入される棒状体３と、保護管２の管軸線Ｍ方向に沿って移動可能となるように保護管２の周囲に配置され、計測孔の内壁に固定される計測ターゲット４と、計測孔への保護管２の挿入をガイドするガイドロッド４１と、を備えている。
【００１８】
計測ターゲット４は、保護管２の周囲に配置されている。また、計測ターゲット４は、保護管２の長さ方向に数ヶ所配置されている。各計測ターゲット４には、位置に関する情報として用いられる磁歪を発生させるための永久磁石５が設けられている。また、各計測ターゲット４には、流体圧力により膨張し、計測孔の内壁を圧迫してその内壁に固定される固定袋６が設けられている。各計測ターゲット４は、固定袋６を膨張させることにより、計測孔の内壁に固定される。各固定袋６は、非磁性材料からなり、永久磁石５に隣接して配置されている。各固定袋６には、流体を流入させて固定袋６を膨張させるための拡張チューブ７が接続されている。なお、非磁性材料としては、例えば銅を用いることができる。
【００１９】
棒状体３は、磁歪材料からなる第１棒状部８と、第１棒状部８の端部に固定されたヘッド部９と、磁歪材料よりも熱伸縮し難い材料からなる第２棒状部１０と、を有している。棒状体３は、計測ターゲット４と同数の第１棒状部８及びヘッド部９を有している。磁歪線をなす第１棒状部８は、棒状体３のうち、計測ターゲット４の移動範囲と対応する部分にそれぞれ配置される。ヘッド部９は、それぞれ第１棒状部８の後端に連設されている。棒状体３のうち、第１棒状部８及びヘッド部９以外の部分には、第２棒状部１０が配置される。なお、磁歪材料は、例えば、鉄にテルビウム、ディスプロシウム等を混合したものである。また、磁歪材料よりも熱伸縮し難い材料は、例えば、インバー材である。
【００２０】
ヘッド部９には、情報取得手段として、振動／電気信号変換器であるプリアンプ２１が封入されている。プリアンプ２１は、メインアンプ（不図示）からの指令に応じ、第１棒状部８にパルス状の電流を加える。パルス状の電流は、第１棒状部８の周囲に磁場を生じる。計測ターゲット４に設けられた永久磁石５の近くでは、第１棒状部８の周囲に生じた磁場と永久磁石５の磁場とが相互に影響しあう。この影響により、第１棒状部８上に磁歪が生じる。第１棒状部８上に生じた磁歪は、この第１棒状部８の両端部に伝わる。プリアンプ２１は、第１棒状部８の後端に伝わった磁歪を検出して電気信号に変換し、制御装置であるメインアンプに出力する。メインアンプでは、プリアンプ２１が第１棒状部８にパルス状の電流を加え、磁歪の伝播を検出するまでの時間が取得され、この時間が磁歪の伝播時間であるとみなされる。そして、磁歪の伝播時間に磁歪の伝播速度を乗算し、第１棒状部８の後端に対する永久磁石５の位置が求められる。なお、メインアンプと各プリアンプ２１とはケーブル１１で接続されている。
【００２１】
保護管２には、各計測ターゲット４の先端側への移動を規制するためのストッパー部１２ａと、各計測ターゲット４の後端側への移動を規制するためのストッパー部１２ｂと、が設けられている。また、保護管２の先端側には、カップ状の先導部材１３が連設されている。先導部材１３は、先端側で開口し、計測孔への挿入時に計測孔内の切りくず等を掻き落として除去するものであり、掻き落とされた切りくず等は先導部材１３のカップ内に収容される。先導部材１３の外周部には、先端から後端に貫通したガイド孔１４が形成されている。ガイド孔１４には、計測孔への保護管２の挿入をガイドする上記ガイドロッド４１が挿通される。先導部材１３の底部には、後述のグラウトを注入するための注入チューブ１５が接続されている。
【００２２】
図２〜図５には、図１の計測ターゲット４の詳細な構成が示されている。図２及び図３に示されるように、計測ターゲット４は、保護管２の挿入が可能な挿通孔１６が形成された筒状体１７を有している。筒状体１７は、永久磁石５が固定された位置検出用筒部１８と、位置検出用筒部１８の先端に連設されて固定袋６が固定された固定袋用筒部１９と、を含んでいる。
【００２３】
図３及び図４に示されるように、位置検出用筒部１８には、複数の永久磁石５が周方向に並んで埋設されている。また、位置検出用筒部１８の周方向の一部には、拡張チューブ７、ガイドロッド４１及び注入チューブ１５を外側から収容するための逃部２２が形成されている。
【００２４】
図３及び図５に示されるように、固定袋用筒部１９には、外周を囲むように固定袋６が取り付けられている。固定袋用筒部１９のうち、固定袋６に囲まれていない部分には、拡張チューブ７、ガイドロッド４１及び注入チューブ１５をそれぞれ外側から収容するための溝部２３〜２５が周方向に並んで形成されている。溝部２３〜２５の位置は、位置検出用筒部１８の逃部２２の位置と対応している。拡張チューブ７は、固定袋６の先端側から引き出され、固定袋用筒部１９の先方で折り返され、溝部２３及び逃部２２を通って計測ターゲット４の後方に引き出されている。なお、溝部２３及び逃部２２には、先方に配置されている他の計測ターゲット４からの拡張チューブ７も収容されている。
【００２５】
図６に示されるように、第１棒状部８と、第１棒状部８の後端に連設されたヘッド部９と、は一体化されて磁歪線ユニット３３を構成している。ヘッド部９は、プリアンプ２１を内蔵するケース３７を有している。ケース３７の後端から突出するケーブル引出部３８及びケーブル１１の周囲は、例えば樹脂で固められ、モールド部３９を構成している。このモールド部３９により、ケーブル引出部３８からの水の浸入が防止され、プリアンプ２１がヘッド部９に封入されている。
【００２６】
磁歪線ユニット３３は、第２棒状部１０と分離可能となっている。ヘッド部９のモールド部３９の後端面には、棒状体３の中心軸線Ｌ方向に沿って延在する雌ねじ部２６が形成されている。一方、第２棒状部１０の先端部には、中心軸線Ｌ方向に沿って延在する雄ねじ部２７が形成されている。第２棒状部１０の雄ねじ部２７が、ヘッド部９の雌ねじ部２６に螺着される。このように、ヘッド部９は、プリアンプ２１が封入された接続部を構成している。なお、プリアンプ２１からメインアンプへ向かうケーブル１１は、モールド部３９において、雌ねじ部２６の位置を避けるように後方に引き出されている。
【００２７】
また、第２棒状部１０の後端部には、中心軸線Ｌ方向に沿って延在する雌ねじ部２８が形成されている。一方、第１棒状部８の先端部には、中心軸線Ｌ方向に沿って延在する雄ねじ部２９が形成されている。そして、第１棒状部８の雄ねじ部２９が、第２棒状部１０の雌ねじ部２８に螺着される。
【００２８】
図２に示されるように、保護管２は、複数の管本体３０に分離可能となっている。管本体３０の先端部には、先端側に向かって外径が徐々に小さくなる円錐台形状の外面が形成された一方の継手部３１が設けられている。管本体３０の後端部には、後端側に向かって内径が徐々に大きくなる円錐台形状の内面が形成された他方の継手部３２が設けられている。そして、隣り合う管本体３０同士は、一方の継手部３１が他方の継手部３２内に挿入され、圧着及び接着されることで連結されている。なお、管本体３０は、例えば、塩化ビニル等で形成されている。
【００２９】
また、保護管２の外周に固定されるストッパー部１２ａ，１２ｂは、リング状部材をなし、接着や溶着等により管本体３０の外表面の所定位置に固定されている。ストッパー部１２ａ，１２ｂの間には、挿通孔１６に管本体３０が通された状態で計測ターゲット４が配置されている。ストッパー部１２ａ，１２ｂにより、管本体３０の管軸線Ｍ方向に沿う計測ターゲット４の移動が規制されると共に、管本体３０からの計測ターゲット４の脱落が防止される。
【００３０】
以上のように構成された変位計測装置１を、地盤又は岩盤に形成された計測孔３６に設置する手順を説明する。まず、図７に示されるように、計測孔３６内にガイドロッド４１を挿入し、ガイドロッド４１をガイドにして変位計測装置１の挿入を開始する。挿入開始時点では、管本体３０、磁歪線ユニット３３、第２棒状部１０は分離されており、挿入が進むにつれて継ぎ足される。この挿入過程では、計測ターゲット４を後側のストッパー部１２ｂに当てておき、保護管２によって各計測ターゲット４を押し込む。各計測ターゲット４が固定位置に至ると変位計測装置１の挿入が完了する。変位計測装置１の挿入が完了すると、図８に示されるようにガイドロッド４１を抜き去る。
【００３１】
次に、図９に示されるように、拡張チューブ７に拡張用のポンプ３４を接続し、例えば水などの流体を固定袋６に送り込む。固定袋６は、流体により膨張し、計測孔３６の内壁に接触する。この固定袋６に、さらに所定の流体圧力をかけ続けることで、固定袋６が計測孔３６の内壁を所定の力で圧迫し、計測ターゲット４が計測孔３６の内壁にしっかりと固定される。
【００３２】
次に、図１０に示されるように、棒状体３及び保護管２を固定するための固定具３５を計測孔３６の入口部（後端部）に設置し、まず棒状体３の後端部を固定具３５に固定する。この時点では、計測ターゲット４は、後側のストッパー部１２ｂに当たっており、後側に移動できない状態となっている。そこで、図１１に示されるように、保護管２を引き戻し、ストッパー部１２ａとストッパー部１２ｂとの中心に計測ターゲット４を配置させ、ストッパー部１２ａとストッパー部１２ｂとの間で計測ターゲット４が自由に動くことができるようにする。その後、保護管２の後端部を固定具３５に固定する。
【００３３】
次に、注入チューブ１５を通し、計測孔３６にグラウトを注入する。図１２に示されるように、注入チューブ１５の先端から排出されたグラウト４２は、計測孔３６の底部（先端部）から入口部に向かって流動し、計測孔３６内に充填される。図１２（ｂ）に示されるように計測孔３６の入口部までがグラウト４２で満たされると、グラウト４２の注入が終了する。グラウト４２が乾燥すると、変位計測装置１の計測孔３６への設置が完了する。
【００３４】
変位計測装置１は、例えば、地下深くに形成された空洞やトンネルを囲む岩盤の変位を計測する際に用いられる。図１３は、空洞４０の周囲の地盤又は岩盤に放射状に形成された複数の計測孔に、それぞれ変位計測装置１が設置された状態を示している。
【００３５】
以上に説明した変位計測装置１によれば、磁歪線をなす第１棒状部８上に生じる磁歪を利用して計測ターゲット４の位置に関する情報が取得されるため、情報取得手段であるプリアンプ２１に計測ターゲット４と連動する可動部が存在せず、プリアンプ２１の防水性能を高めることができる。また、計測ターゲット４は、固定袋６が流体圧力によって膨張し、計測孔の内壁を圧迫することによって固定される。固定袋６が計測孔の内壁を圧迫する力は、流体圧力によって自在に強めることができるため、計測ターゲット４を計測孔の内壁に強く固定することができる。さらに、固定袋６は非磁性材料により構成されているため、永久磁石５に隣接して配置されていても永久磁石５の磁場を乱すことがない。このため、永久磁石５と固定袋６とを隣接させて計測ターゲット４を小型化し、第１棒状部８を短縮化すると共に、地盤又は岩盤の変位を正確に計測することができる。
【００３６】
保護管２の外周には、計測ターゲット４の管軸線Ｍ方向の移動を規制するストッパー部１２ａ，１２ｂが設けられており、計測孔内に保護管２を挿入する作業時に、管軸線Ｍ方向に保護管２が移動すると、後側のストッパー部１２ｂが計測ターゲット４に当たり、その状態で保護管２と計測ターゲット４とを共に移動させることができる。このため、保護管２と計測ターゲット４とを共に計測孔に挿入し、保護管２によって計測ターゲット４を固定位置まで押し込むことができ、計測孔に変位計測装置１を設置する作業が容易となる。
【００３７】
また、ストッパー部１２ａ及び１２ｂにより、計測ターゲット４の先端側への移動及び後端側への移動の両方が規制されているため、計測ターゲット４が保護管２から脱落することがなく、運搬を含む変位計測装置１の取り扱いが容易となる。
【００３８】
磁歪線をなす第１棒状部８は、一本の棒状体３を構成し、磁歪線を挿入する作業が一本の棒状体３を挿入する作業となるため、上方や側方に向かって形成された計測孔に対し磁歪線を挿入する作業が容易となる。また、計測孔の入口部に棒状体３を固定した際に、棒状体３のうち計測ターゲット４の移動範囲と対応する部分の位置が安定し、地盤又は岩盤の変位をより正確に計測することができる。
【００３９】
棒状体３は、磁歪線を形成する第１棒状部８と、第１棒状部８の材料よりも熱伸縮し難い材料からなる第２棒状部１０と、を有しており、第２棒状部１０が磁歪材料よりも熱伸縮し難い材料で構成され、棒状体３全体の熱伸縮が抑制される。このため、地盤又は岩盤の変位を正確に計測することができる。
【００４０】
第１棒状部８の後端には、接続部を構成するヘッド部９が設けられ、第２棒状部１０の先端は、ヘッド部９に螺着されるため、第１棒状部８と様々な長さの第２棒状部１０とを組み合わせることができ、磁歪線の位置を自在に調整することができる。
【００４１】
また、第１棒状部８及びヘッド部９からなる磁歪線ユニット３３は、第２棒状部１０の後端に螺着されるため、磁歪線ユニット３３と第２棒状部１０とを自在に組み合わせ、磁歪線ユニット３３の個数や位置の異なる様々な棒状体３を容易に構成することができる。
【００４２】
さらに、プリアンプ２１がヘッド部９内に封入されているため、プリアンプ２１の防水性能をより高めることができる。
【００４３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００４４】
ヘッド部９は、第１棒状部８の後端に連設されているが、第１棒状部８の先端に連設されていてもよい。この場合には、第１棒状部８の先端に対する永久磁石５の位置が計測される。
【００４５】
固定袋用筒部１９は、位置検出用筒部１８の先端に連設されているが、位置検出用筒部１８の後端に連設されていてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…変位計測装置、２…保護管、３…棒状体、４…計測ターゲット、５…永久磁石、６…固定袋、８…第１棒状部（磁歪線）、９…ヘッド部、１０…第２棒状部、１２ａ…ストッパー部、１２ｂ…ストッパー部、２１…プリアンプ、２６…雌ねじ部、２７…雄ねじ部、Ｍ…管軸線。
【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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【図１２】
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【図１３】
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