(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタ駆動軸とこのカッタ駆動軸の下端部に上下方向に折り曲げ自在に支持された放射状の複数のカッタスポークとを有する掘削用カッタを備え、この掘削用カッタにより立坑構築物の内側及び下側の地山を掘削する立坑掘削機において、
前記カッタスポークの先端部分に、前記掘削用カッタの軸方向の下向きの力に対し他の部分よりも強度の低い強度低下部分を設けたことを特徴とする立坑掘削機。
【請求項２】
請求項１記載の立坑掘削機において、前記強度低下部分を前記立坑構築物の内面よりも内側に位置するように設けたことを特徴とする立坑掘削機。
【請求項３】
請求項１記載の立坑掘削機において、前記カッタスポークの先端部分を段差部のある形状とし、この段差部により前記強度低下部分を構成したことを特徴とする立坑掘削機。
【請求項４】
請求項１記載の立坑掘削機において、前記カッタスポークの先端部分に切欠部を形成し、この切欠部により前記強度低下部分を構成したことを特徴とする立坑掘削機。
【請求項５】
請求項１記載の立坑掘削機において、前記カッタスポークの先端部分をスポーク本体部分と先端チップ部分とに分け、前記強度低下部分が前記スポーク本体部分と先端チップ部分との境界部に形成されるように先端チップ部分をスポーク本体部分に溶接により接合したことを特徴とする立坑掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は立坑掘削機に係り、特に、上下方向に折り曲げ自在な掘削用カッタにより立坑構築物の内側と下側を掘削する立坑掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の立坑掘削機の一例を図１２に示す。この図において、立坑掘削機は、地山を掘削する掘削用カッタ５０と、地上の載置桁２７に設置され、ケリーバー２４、ドリルパイプ２３及びスタビライザ２２を介して掘削用カッタ５０を回転駆動させるロータリーテーブル４を含む回転駆動装置と、載置桁２７に設置され、立坑構築物（ケーソン）３０を地山に圧入する圧入ジャッキ２０とを備えている。掘削用カッタ５０は、スタビライザ２２と結合されたカッタ駆動軸１２と、このカッタ駆動軸１２の下端に設けられたボス１４と、このボス１４の側面に上下方向に折り曲げ自在にピン結合された放射状の４つのカッタスポーク５１と、これら各カッタスポーク５１に連結された４本の拡開アーム１０と、これら拡開アーム１０とカッタ駆動軸１２とに結合され、カッタスポーク５１を開閉させる拡開ジャッキ１１とを備えている。
【０００３】
上記の掘削用カッタ５０により地山を掘削していく場合、まず掘削用カッタ５０をケーソン３０の内周寸法よりもわずかに小さい径になるように拡開した状態でケーソン３０の内側の地山を掘削し、その後圧入ジャッキ２０でケーソン３０を地山に圧入する。このとき、地山が硬いためケーソン圧入力が過大となる場合は、ケーソン３０の刃口３０ａ下において拡開ジャッキ１１により掘削用カッタ５０をケーソン３０の内周寸法よりも大きくなるように拡開し、その状態でケーソン３０の刃口３０ａ下側を掘削してケーソン圧入力を低減し、その後掘削用カッタ５０を縮径し、再度圧入ジャッキ２０でケーソン３０を地山に圧入する。このような工程を繰り返し行い、下方に向かって掘削していく。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、ケーソン圧入力の低減のためにケーソン３０の刃口３０ａ下側を掘削しているとき、地山の反力（圧入反力）が急激に低下することによりケーソン３０が自重沈下し、カッタースポーク５１の先端がケーソン３０の刃口３０ａと地山の間に挟まれることある。この場合には、掘削用カッタ５０を縮径したり、または掘削用カッタ５０をそのまま引き上げるなどして掘削用カッタ５０を引き抜く必要がある。しかし、カッタースポーク５１の先端がケーソン３０の刃口３０ａと地山の間に挟まれた状態で、掘削用カッタ５０を縮径したり引き上げたりして引き抜くのは困難であり、無理に掘削用カッタ５０を引き抜くと、カッタスポーク５１とピン結合されている拡開アーム１０やボス１４に過大な力がかかり、これらが破損することがある。この場合には掘削用カッタ５０を修理して再使用することは不可能となるか、修理できたとしても修理費用が高くなり不経済である。
【０００５】
本発明の目的は、立坑構築物の自重沈下により掘削用カッタのカッタスポークが立坑構築物の刃口と地山の間に挟まれた場合に、カッタスポークの先端部分のみを破損させることにより掘削用カッタを容易に引き抜くことができる立坑掘削機を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、カッタ駆動軸とこのカッタ駆動軸の下端部に上下方向に折り曲げ自在に支持された放射状の複数のカッタスポークとを有する掘削用カッタを備え、この掘削用カッタにより立坑構築物の内側及び下側の地山を掘削する立坑掘削機において、前記カッタスポークの先端部分に、前記掘削用カッタの軸方向の下向きの力に対し他の部分よりも強度の低い強度低下部分を設ける。
【０００７】
以上のように構成した本発明の立坑掘削機においては、立坑構築物の自重沈下によりカッタスポークが立坑構築物の刃口と地山の間に挟まれた際に、掘削用カッタを縮径したり、または掘削用カッタをそのまま引き上げるなどして掘削用カッタを引き抜こうとする場合、強度低下部分に掘削用カッタの軸方向の下向きの力が作用して、カッタスポークの先端部分のうち強度低下部分よりも外側部分が先に変形または破断し、これにより掘削用カッタを容易に引き抜くことができる。
【０００８】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記強度低下部分を前記立坑構築物の内面よりも内側に位置するように設ける。
【０００９】
（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記カッタスポークの先端部分を段差部のある形状とし、この段差部により前記強度低下部分を構成する。
【００１０】
（４）また、上記（１）において、好ましくは、前記カッタスポークの先端部分に切欠部を形成し、この切欠部により前記強度低下部分を構成してもよい。
【００１１】
（５）さらに、上記（１）において、好ましくは、前記カッタスポークの先端部分をスポーク本体部分と先端チップ部分とに分け、前記強度低下部分が前記スポーク本体部分と先端チップ部分との境界部に形成されるように先端チップ部分をスポーク本体部分に溶接により接合する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。
まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図９により説明する。
図１において、本実施形態の立坑掘削機は掘削用カッタ１を備え、この掘削用カッタ１はケーソン３０の内側と下側の地山を掘削する。ケーソン３０は掘削用カッタ１により掘削した立坑の壁を保護する円形状の立坑構築物であり、地上の載置桁２７に設置された圧入ジャッキ２０により圧入され沈下する。ケーソン３０の先端には刃口３０ａが設けられ、この刃口３０ａはケーソン３０が沈下しやすいように鋭角になっている。
【００１３】
掘削用カッタ１は、図２に示すようにカッタシャフト（カッタ駆動軸）１２を有し、このカッタシャフト１２の下端にはボス１４が設けられ、このボス１４にはセンタカッタ３及び拡開カッタ２が取り付けられている。センタカッタ３はボス１４の下面に取り付けられ、立坑の中心部を掘削する。拡開カッタ２は、図３に示すように、ボス１４の側面に放射状に取り付けられた４つの突設部１４ａにそれぞれピン３４を介して上下方向に折り曲げ可能に結合されたリブ３３を有し、各リブ３３の先端にはカッタスポーク３１が溶接により接合されている。カッタスポーク３１は、図４に示すように、一定距離下方に突出したカッタビット３２を有している。
【００１４】
また、カッタスポーク３１の先端部分Ｘ１は、スポーク本体部分３１ａと先端チップ部分３１ｂとに分けられ、先端部分Ｘ１の反カッタビット３２側の面に段差部Ｙ１が形成されるように先端チップ部分３１ｂはスポーク本体部分３１ａに溶接により接合されている。
【００１５】
カッタスポーク３１は、図２及び図３から分かるように、カッタビット３２側の面が少し下方を向き、反カッタビット３２側の面が少し上方を向くように傾いて取り付けられている。このため、カッタスポーク３１に掘削用カッタ１の軸方向下向きに力が作用したとき、段差部Ｙ１のある反カッタビット３２側の面に対してはこれに垂直な力の成分が作用し、段差部Ｙ１に応力集中が発生する。一方、通常の掘削時に生じる軸方向上向きの力及び掘削回転方向（図３でみて時計回り方向）の力に対しては、段差部Ｙ１のある反カッタビット３２側の面には垂直な力の成分は作用せず、段差部Ｙ１に応力集中は起きない。つまり、カッタスポーク３１の先端部分Ｘ１には段差部Ｙ１により掘削用カッタ１の軸方向下向きの力に対して他の部分よりも強度の低い強度低下部分Ｚ１が形成され、かつその段差部Ｙ１が通常の掘削に対しては強度を大きく低下させないような構造となっている。
【００１６】
カッタシャフト１２には油圧ジャッキ１１が取り付けられ、この油圧ジャッキ１１と各カッタスポーク３１とはそれぞれアーム１０により連結されている。油圧ジャッキ１１は、図５に示すように、カッタシャフト１２に設けられたピストン部１１ａと、このピストン部１１ａに嵌め合い摺動するシリンダ部１１ｂと、このシリンダ部１１ｂの外周に設けられたリブ１１ｃとを有している。各アーム１０の一方はリブ１１ｃにピン１６により結合され、他方はカッタスポーク３１のスポーク本体部分３１ａに設けられた連結用プレート３１ａａにピン１７により結合されている。ピストン部１１ａはカッタシャフト１２をピストンロッドとしてその一部を太くしたものであり、シリンダ部１１ｂはスライド筒１１ｄとその両端に位置するシリンダエンド１１ｅとからなり、シリンダ部１１ｂ内においてピストン部１１ａの上下できる空間１１ｆ，１１ｇに圧油を選択的に送り込むことにより、ピストン部１１ａに対してシリンダ部１１ｂを上下に動かし、カッタスポーク３１を含む掘削用カッタ１を傘のように開閉することができる。
【００１７】
油圧ジャッキ１１によりカッタスポーク３１を最大に拡げた場合、スポーク本体部分３１ａの外径寸法は図３の２点鎖線に示すようなケーソン３０の内径寸法Ｓ１より少し小さく、先端チップ部分３１ｂの外径寸法は図３の２点鎖線に示すようなケーソン３０の外径寸法Ｓ２とほぼ同じになっている。そのため、カッタスポーク３１の先端部分Ｘ１に設けた段差部Ｙ１は常にケーソン３０の内面よりも内側に位置する。
【００１８】
図１に戻り、カッタシャフト１２の上端には、掘削用カッタ１で地山を掘削する際に掘削方向が振れるのを防止するスタビライザ２２が設置されている。スタビライザ２２の上部には、順次付け足していくことにより掘削用カッタ１を深い位置まで降下させるドリルパイプ２３が設置され、最上部のドリルパイプ２３にはケリーバー２４が結合されている。掘削用カッタ１、スタビライザ２２、ドリルパイプ２３、ケリーバー２４は、載置桁２７に設置されたロータリーテーブル４を含む回転駆動装置により回転駆動される。
【００１９】
ケリーバー２４の上にはスイベルジョイント６が設置され、このスイベルジョイント６はサクションホース７を介してサクションポンプ８と接続されている。掘削用カッタ１で掘削した土砂は立坑内に満たされた水とともに泥水としてサクションポンプ８の吸い込み力により排泥口１９から吸い込まれ、その泥水はカッタシャフト１２、スタビライザ２２、ドリルパイプ２３、ケリーバー２４の内部を通過してスイベルジョイント６まで吸い上げられ、サクションホース７を通してサクションポンプ８に到達し、図示しない泥水処理施設に送られる。泥水処理施設では土砂と水を分離して水だけを立坑内に送り返す。
【００２０】
また、スイベルジョイント６の上部には、図示しないセンサで検出された掘削用カッタ１の状態（油圧ジャッキ１１のストローク等）を電気信号として地上に送るためのスリップリング２８が設置され、このスリップリング２８の上部には、地上に設置されている図示しない油圧ジャッキ用パワーユニットからの作動油を油圧ジャッキ１１に送るための油圧ロータリージョイント２９が設置されている。油圧ロータリージョイント２９には、掘削用カッタ１、スタビライザ２２、ドリルパイプ２３、ケリーバー２４からなるカッタ全体を吊り下げるクレーン９が取り付けられている。掘削用カッタ１を地山に押し付ける力はカッタ全体の自重であり、クレーン９の引き上げ力によってその押付力の調整を行う。
【００２１】
以上のように構成した本実施形態の立坑掘削機による掘削の工程を図６及び図７により説明する。
油圧ジャッキ１１により拡開カッタ２をケーソン３０の内周寸法よりもわずかに小さい径になるような掘削径に設定した状態（図６（ａ）参照）で、ロータリーテーブル４を回転させると、その回転力がケリーバー２４、ドリルパイプ２３、スタビライザ２２を介して掘削用カッタ１に伝達され、掘削用カッタ１によりケーソン３０の内側の地山を下方に向かって掘削していく（図６（ｂ）参照）。
【００２２】
そして、ケーソン３０の刃口３０ａの下まで掘削されたら（図６（ｃ）参照）、圧入ジャッキ２０でケーソン３を地山に圧入する。このとき、地山が硬いと圧入抵抗が増加するためケーソン圧入力が増大し、圧入ジャッキ２０による圧入が困難になる。この場合は、ケーソン３０の刃口３０ａ下において拡開ジャッキ１１により拡開カッタ２をケーソン３０の内周寸法よりも大きくなるように拡開し（図７（ａ）参照）、この状態で掘削用カッタ１により刃口３０ａ下側の地山を下方に向かって掘削しケーソン圧入力を低減する（図７（ｂ）参照）。その後、拡開ジャッキ１１により拡開カッタ２を縮径し、再度圧入ジャッキ２０でケーソン３を地山に圧入する。
【００２３】
以上のようにして掘削用カッタ１により地山を掘削しながら圧入ジャッキ２０によりケーソン３を地山に圧入し、最上部のケーソン３の上に新たなケーソン３を順次敷設していく（図７（ｃ）参照）。そして、ケリーバー２４の長さ分の深さの掘削が終わったら、カッタ全体をクレーン９で引き上げ、ケリーバー２４と最上部のドリルパイプ２３との間に新たなドリルパイプ２３をつなぐ。その後、カッタ全体を降ろしてさらに掘削して行く。
【００２４】
以上において、図７に示すように拡開カッタ２をケーソン３０の内周寸法よりも大きくなるように拡開した状態で掘削を行っている最中に、地山の反力（圧入反力）が急激に低下することによりケーソン３０が自重沈下し、カッタスポーク３１の先端チップ部分３１ｂがケーソン３０の刃口３０ａと地山の間に挟まれることがある。このような状態になると、もはや掘削用カッタ１による掘削ができないので、油圧ジャッキ１１で拡開カッタ２を縮径したり、クレーン９で掘削用カッタ１をそのまま引き上げたりして一度掘削用カッタ１を引き抜き、ケーソン３０の内側の掘削からやり直す必要がある。
【００２５】
この時、図１２に示す掘削用カッタ５０のように通常のカッタスポーク５１を用いた場合は、その先端部分がケーソン３０の刃口３０ａと地山の間に挟まれた状態で掘削用カッタ５０を縮径したり引き上げたりして引き抜くのは困難であり、無理に掘削用カッタ５０を引き抜くと、カッタスポーク５１とピン結合されている拡開アーム１０やボス１４に過大な力がかかり、これらが破損することがある。この場合には掘削用カッタ５０を修理して再使用することは不可能となるか、修理できたとしても修理費用が高くなり不経済である。
【００２６】
これに対し、本実施形態の掘削用カッタ１のカッタスポーク３１では、先端部分Ｘ１に段差部Ｙ１を設けることにより掘削用カッタ１の軸方向の下向きの力に対し他の部分よりも強度の低い強度低下部分Ｚ１を形成している。このため、図８に示すように、先端チップ部分３１ｂがケーソン３０の刃口３０ａと地山の間に挟まれている状態（ａ）において、油圧ジャッキ１１により拡開カッタ２を縮径したとき、先端チップ部分３１ｂが先に変形または破断し（ｂ）、拡開カッタ２を無理なく縮径できる（ｃ）。また、図９に示すように、先端チップ部分３１ｂがケーソン３０の刃口３０ａと地山の間に挟まれている状態（ａ）において、クレーン９により掘削用カッタ１をそのまま引き上げたときも、先端チップ部分３１ｂが先に変形または破断し（ｂ）、掘削用カッタ１を無理なく引き上げることができる（ｃ）。このように、ケーソン３０の自重沈下により掘削用カッタ１がケーソン３０の刃口３０ａと地山の間に挟まれたときに掘削用カッタ１を引き抜く場合、先端チップ部分３１ｂが先に破損するので掘削用カッタ１を容易に引き抜くことができる。そのため、拡開アーム１０やボス１４を破損させることがなく、掘削用カッタ１を安い修理費用で再使用できる。
【００２７】
また、先端チップ部分３１ｂをスポーク本体部分３１ａに溶接により接合することによりカッタスポーク３１を製作したので、複数の先端チップ部分３１ｂを予備としてあらかじめ用意しておき、掘削中の掘削用カッタ１のカッタスポーク３１の先端チップ部分３１ｂが破損したときは、その掘削用カッタ１を回収し、予備の先端チップ部分３１ｂを再度スポーク本体部分３１ａに溶接により接合するだけでよく、掘削用カッタ１の修理が簡単である。
【００２８】
本発明の第２の実施形態を図１０により説明する。本実施形態は、拡開カッタのカッタスポークの構造のみ第１の実施形態と異なり、それ以外は第１の実施形態と同じである。
【００２９】
本実施形態のカッタスポーク３１Ｐは、図１０に示すように、スポークスポーク本体部分３１ａと先端チップ部分３１Ｐｂとに分けられ、カッタスポーク３１Ｐの先端部分Ｘ２の反カッタビット３２側の面に切欠部Ｙ２が形成されるように先端チップ部分３１Ｐｂはスポークスポーク本体部分３１ａに溶接により接合されている。そのため、カッタスポーク３１Ｐの先端部分Ｘ２には切欠部Ｘ２により掘削用カッタ１の軸方向の下向きの力に対し他の部分よりも強度の低い強度低下部分Ｚ２が形成され、かつその切欠部Ｙ２が通常の掘削に対しては強度を大きく低下させないような構造となっている。
【００３０】
したがって本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、ケーソン３０の自重沈下時によりカッタスポーク３１Ｐがケーソン３０の刃口３０ａと地山の間に挟まれた場合に、掘削用カッタ１を容易に引き抜くことができる。
【００３１】
本発明の第３の実施形態を図１１により説明する。本実施形態も、拡開カッタのカッタスポークの構造のみ第１の実施形態と異なり、それ以外は第１の実施形態と同じである。
【００３２】
本実施形態のカッタスポーク３１Ｑは、図１１に示すように、スポークスポーク本体部分３１ａと先端チップ部分３１Ｑｂとに分けられ、先端チップ部分３１Ｑｂをスポークスポーク本体部分３１ａにカッタビット３２側のみ溶接により接合し、反カッタビット３２側の面に非溶接部Ｙ３を形成したものである。この構造は第２の実施形態のような切欠部Ｙ２を形成した場合と同じようなものである。すなわち、カッタスポーク３１Ｑの先端部分Ｘ３には非溶接部Ｙ３により掘削用カッタ１の軸方向の下向きの力に対し他の部分よりも強度の低い強度低下部分Ｚ３が形成され、かつその非溶接部Ｙ３が通常の掘削に対しては強度を大きく低下させないような構造となっている。
【００３３】
したがって本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、ケーソン３０の自重沈下時によりカッタスポーク３１Ｑがケーソン３０の刃口３０ａと地山の間に挟まれた場合に、掘削用カッタ１を容易に引き抜くことができる。
【００３４】
なお、以上説明してきた実施形態においては、拡開カッタ２のカッタスポーク３１；３１Ｐ；３１Ｑを、スポーク本体部分３１ａに先端チップ部分３１ｂ；３１Ｐｂ；３１Ｑを溶接により接合したものとしているが、特にこれに限らず、例えばスポーク本体部分と先端チップ部分とを一体構造とし、スポーク本体部分と先端チップ部分の境界部分に段差部や切欠部を形成したものとしてもよい。
【００３５】
また、ケーソン３０の自重沈下により先端チップ部分３１ｂ；３１Ｐｂ；３１Ｑｂがケーソン３０の刃口３０ａと地山の間に挟まれた状態で、拡開カッタ２を縮径したり、掘削用カッタ１をそのまま引き上げたときに、先端チップ部分３１ｂ；３１Ｐｂ；３１Ｑｂが破損するものとしているが、特にこれに限らず、ケーソン３０が自重沈下して先端チップ部分３１ｂ；３１Ｐｂ；３１Ｑｂを挟んだときに、先端チップ部分３１ｂ；３１Ｐ；３１Ｑｂが破損してもよい。
【００３６】
また、上述の３つの実施形態では、クレーン９により掘削用カッタ１を含むカッタ全体を吊り下げる構成としたが、カッタ全体を吊り下げる手段は、それ以外にも例えばジャッキやウインチとしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、立坑構築物の自重沈下時に掘削用カッタのカッタスポークが立坑構築物の刃口と地山の間に挟まれたときに、掘削用カッタを縮径したり、または掘削用カッタをそのまま引き上げるなどして掘削用カッタを引き抜く場合、カッタスポークの先端部分を先に破損させるようにしたので、掘削用カッタを容易に引き抜くことができる。これにより、カッタスポークとピン結合されている拡開アームやボス等を破損させることがなく、掘削用カッタを安い費用で修理して再使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による立坑掘削機の断面図である。
【図２】図１に示す掘削用カッタ部分の拡大図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【図４】図３に示すカッタスポークの上面図である。
【図５】図１に示す油圧ジャッキ部分の拡大図である。
【図６】図１に示す掘削用カッタがケーソンの内側を掘削している様子を示す図である。
【図７】図１に示す掘削用カッタがケーソンの下側を掘削している様子を示す図である。
【図８】図１に示す拡開カッタがケーソン刃口と地山との間に挟まったときに、拡開カッタを縮径して掘削用カッタを回収する手順を示す図である。
【図９】図１に示す拡開カッタがケーソン刃口と地山との間に挟まったときに、掘削用カッタをそのまま引き上げて回収する手順を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施例による立坑掘削機の拡開カッタのカッタスポークの上面図である。
【図１１】本発明の第３の実施例による立坑掘削機の拡開カッタのカッタスポークの上面図である。
【図１２】従来における立坑掘削機の断面図である。
【符号の説明】
１  掘削用カッタ
２  拡開カッタ
１０  拡開アーム
１２  カッタシャフト
１４  ボス
３０  ケーソン
３０ａ  刃口
３１  カッタスポーク
３１ａ  スポーク本体部分
３１ｂ  先端チップ部分
３１Ｐ  カッタスポーク
３１Ｐｂ  先端チップ部分
３１Ｑ  カッタスポーク
３１Ｑｂ  先端チップ部分
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３  先端部分
Ｙ１  段差部
Ｙ２  切欠部
Ｙ３  非溶接部
Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３  強度低下部分
【図１】
0003568708.tif 000002
【図２】
0003568708.tif 000003
【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】
0003568708.tif 000011
【図１１】
0003568708.tif 000012
【図１２】
0003568708.tif 000013