(57)【要約】【課題】トンネルの坑口付近に設置される非常用設備に対する融雪を効果的に行う。【解決手段】ヒータ５０は、トンネル１０の坑口の側壁１１に設置された非常用電話ボックス３０の上方に取り付ける連結板５３と、非常用電話ボックス３０の正面側の路側帯に向けて上方から収束させた赤外線を照射するヒータ本体５２とを備え、非常用電話ボックス３０の前面を融雪する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの坑口の側壁に設置された非常用設備の上方に取り付ける取付部と、前記非常用設備の正面側の路側帯に向けて上方から収束させた赤外線を照射する赤外線照射器とを備えた赤外線融雪装置。
【請求項２】
前記赤外線照射器は、前記非常用設備の前記トンネルの奥行き方向における中央位置よりも前記トンネルの奥側に向けて前記赤外線を照射する請求項１に記載の赤外線融雪装置。
【請求項３】
前記赤外線照射器は、取り付け位置が前記トンネルの奥側にずらして設置されている請求項２に記載の赤外線融雪装置。
【請求項４】
前記赤外線照射器は、赤外線の照射方向がトンネル奥側に向くように、傾けて取り付けられている請求項２又は３に記載の赤外線融雪装置。
【請求項５】
前記非常用設備の正面側の前記路側帯に堆雪する量を遠隔的に検出する積雪計を備え、
前記積雪計は、前記非常用設備の正面側の前記路側帯の真上位置からずらした位置に設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線融雪装置。
【請求項６】
前記非常用設備の正面側の路側帯に敷設された、黒色表面を有する反射材を備え、
前記堆雪センサは、前記反射材の黒色表面を光学的に検出するものである請求項５に記載の赤外線融雪装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外光を照射してトンネル坑口の堆雪を融雪する赤外線融雪装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速道路等のトンネル内の路側帯には、車両の入り口側となる坑口周辺、及びトンネル内の所定の箇所に非常用電話、消火器、給水栓その他の非常用設備が設置されており、非常時に運転者や消防隊の利用に供することで、事故等の発生を未然に乃至は小規模に抑止するようにしている。
【０００３】
ところで、寒冷、降雪地域では、トンネルの坑口周辺に吹き込んだ雪が、又は除雪車による除雪作業の度に持ち込まれた雪が、坑口周辺に設置された非常用設備を一部埋めるように堆雪して、非常時に非常用設備が速やかに乃至は全く使用できないといった状態になる虞があり、非常用としての役割が確保され難いものとなっている。
【０００４】
すなわち、路面への積雪時には除雪車による除雪作業が頻繁に行われるが、除雪車は、一般的には、片流れ型プラウ（除雪板）で進行方向に対して左側に雪を掻き分ける構造を持つもの、または除雪板や回転羽根で掻き取った雪を道路の左側に投げ飛ばすシュータ構造を持つものが知られている。除雪車による除雪作業度に、トンネル坑口手前の路面上の積雪が、除雪車の進行に従って掻き集められてトンネル内に持ち込まれ、その坑口周辺でトンネル内の左壁に堆雪されていき結果、坑口の非常用設備が部分的に埋もれるといった問題を生じる。
【０００５】
特許文献１には、赤外線を照射して路面に積もった雪や氷を融雪し、同時に路面上方に発生した霧を消霧するようにした装置が提案されている。また、特許文献２には、料金所に立設された筒状の車両検知装器の下部に赤外線を遠隔的に照射し、加温熱で検知面の凍結を防止して、車両の誤検知を防止するようにした装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１６２９０７号公報
【特許文献２】特開２０１１−８５９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、支柱に取り付けた赤外線照射器の１つを反射板を介して路面上方空間に向け、他の１つを他の反射板を介して路面に向けた構造に関するものであり、トンネル内の側壁の特定設置物に関連して加熱を行うものではない。特許文献２は、伝熱乃至は熱対流を利用して検知面の凍結を溶解させるもので、トンネル側壁の特定の設置物に関連して加熱を行うものではない。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、トンネル坑口周辺に設置された非常用設備の正面側に堆積した雪を効果的に融雪する赤外線融雪装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る赤外線融雪装置は、トンネルの坑口の側壁に設置された非常用設備の上部に配置され、前記非常用設備の正面側の路側帯に向けて上方から赤外線を照射する赤外線照射器を備えたものである。本発明によれば、トンネル坑口に吹き込まれたり、除雪車による除雪作業の度に持ち込まれて、非常用設備を覆うよう堆積された雪が、上方からの赤外線の照射によって効果的に融雪されることで、非常用設備の前面が消雪される。従って、トンネル坑口に堆雪があっても、非常用設備については、これを速やかな利用に供することが可能となる。
【００１０】
また、前記赤外線照射器は、前記非常用設備の前記トンネルの奥行き方向に対する中心位置よりも前記トンネルの奥側に向けて前記赤外線を照射するものである。この構成によれば、吹き込み雪及び除雪車による除雪作業の度の持ち込み雪がトンネル奥側の融雪斜面に相対的に多めに堆積する傾向に対しても、トンネル奥側の融雪斜面側をより多めに融雪することで、非常用設備の前面全体が均一に融雪される。
【００１１】
また、前記赤外線照射器は、取り付け位置が前記トンネルの奥側にずらして設置されているものである。この構成によれば、取り付け位置をずらすのみであるので、取り付け構造、作業が容易となる。
【００１２】
また、前記赤外線照射器は、赤外線の照射方向がトンネル奥側に向くように、傾けて取り付けられているものである。この構成によれば、赤外線照射方向を傾けるのみで対応可能となる。
【００１３】
また、前記非常用設備の正面側の前記路側帯に堆雪する量を遠隔的に検出する積雪計を備え、前記積雪計は、前記非常用設備の正面側の前記路側帯の真上位置からずらした位置に設けられているものである。この構成によれば、積雪計を非常用設備の正面側の真上から離れた位置に設置できるため、設置箇所の自由度が増す。
【００１４】
また、前記非常用設備の正面側の路肩面に敷設された、黒色表面を有する反射材を備え、前記堆雪センサは、前記反射材の黒色表面を光学的に検出するものである。この構成によれば、誤検知が効果的に防止される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、トンネルの坑口付近に設置される非常用設備に対する融雪を効果的に行う。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】トンネル坑口周辺に設置された赤外線融雪装置の適用例を示す図で、（ａ）は車両走行路から路側帯側を見た図、（ｂ）はトンネルの一部の横断面図である。
【図２】赤外線融雪装置の一実施形態を示す構造図で、（ａ）は取付具の構造図、（ｂ）は取付具に支持された状態の赤外線融雪装置の斜視図、（ｃ）は横断面図である。
【図３】図２の赤外線融雪装置の構成図で、（ａ）は側壁への取り付けを説明する分解図、（ｂ）は赤外線融雪装置から放射される赤外線の放射特性の一例を示す図である。
【図４】赤外線融雪装置の取付状態の他の例を示す図で、（ａ）は赤外線融雪装置を斜めに配置した取付図、（ｂ）はトンネル奥側の赤外線融雪装置のみを斜めに配置した取付図である。
【図５】積雪計の配置図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は車両走行路から路側帯側を見た図である。
【図６】融雪動作を実行するため機能構成の一例を示す構成図である。
【図７】融雪処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】トンネル坑口周辺に設置された赤外線融雪装置の取付状態の他の適用例を示す図で、（ａ）は車両走行路から路側帯側を見た図、（ｂ）はトンネルの一部の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、トンネル坑口周辺に設置された赤外線融雪装置の適用例を示す図で、（ａ）は車両走行路から路側帯側を見た図、（ｂ）はトンネルの一部の横断面図である。図１において、トンネル１０内には、車両用走行路２１、及び車両用走行路２１とトンネル側壁１１との間に歩道等として使用される嵩高の路側帯２２が形成されている。トンネル１０の入り口（車両進入側車線）側の坑口から所定距離だけ入った箇所には、トンネル側壁１１に直方体形状の凹部１２が穿設されている。凹部１２は、路側帯２２から上部に向けて形成されており、そこに非常用設備の一例としての非常用電話ボックス３０が嵌め込まれている。トンネル１０の非常用設備に関しては、「道路トンネル非常用施設設備基準」によって坑口付近の所定位置、及びトンネル１０内の所定距離間隔毎に設置箇所が個々に規定されている。図１に示す非常用電話ボックス３０は坑口付近に設置されたものである。非常用電話ボックス３０は、一般的な電話ボックスと近似したサイズを有しており、正面側の扉を開いて内部に入ることで、電話器を利用できるようになっている。
【００１８】
降雪時乃至は積雪時には、トンネル１０内の坑口周辺となる路側帯２２には外部から吹き込んでくる雪や、前述した除雪車による除雪作業の度に持ち込まれる雪が堆積して、（融雪前の）堆雪４０のように非常用電話ボックス３０の前面側を覆い、氷結状態となるなどして、非常用電話ボックス３０の扉が凍結によって開きにくくなって、非常時に速やかな電話機の使用を妨げる虞がある。
【００１９】
図１において、非常用電話ボックス３０の上部には赤外線を放射する赤外線融雪装置（以下、ヒータという）５０が、１個を含む所定個数、ここでは２個が並んで設置されている。放射領域ＩＲは、ヒータ５０から放射される赤外線によって融雪作用を有効に発揮し得る角度範囲を略示している。なお、ヒータ５０の構造の詳細は、図２及び図３で後述する。
【００２０】
２個のヒータ５０は、車両用走行路２１に沿った方向に所定寸法だけ離間して設置されている。２個のヒータ５０は、非常用電話ボックス３０の幅方向（車両用走行路２１に沿った方向）の中央線Ｏ（図１（ａ）参照）に対して、左右対称位置ではなく、下記の事情を考慮して、トンネル奥側に所定寸法だけずらして配置されている。すなわち、雪の吹き込み、及び雪の持ち込みを想定せず、２個のヒータ５０を中央線Ｏに対して左右対称となる位置に設けた場合には、非常用電話ボックス３０の前面側が略左右均等に消雪（解氷含む）し、その両側に融雪面を示す融雪斜面４１，４２が見られる。
【００２１】
一方、トンネル１０の入り口側の坑口周辺は、雪の吹き込みや除雪車による除雪作業の度の雪の持ち込みがあり、実際には、これらの影響を考慮する必要がある。そこで、本出願人は、あるトンネル現場において赤外線照射による融雪の観測及び実験を行ったところ、吹き込み雪及び除雪車による持ち込み雪が、融雪中の融雪斜面４１と４２の上面のうち、トンネル坑口を臨む側、すなわちトンネル奥側の融雪斜面４２に、より多くの雪が堆積していく傾向にあるとの知見を見いだした。そして、融雪斜面４２側によって非常用電話ボックス３０の前面側が覆われて、結果的に非常用電話ボックス３０の扉が開きにくくなっていた。
【００２２】
そこで、ヒータ５０の配置を、図１（ａ）に示すように、中央線Ｏ（図１（ａ）参照）に対してトンネル１０奥側に所定寸法だけずらして配置した。すなわち、赤外線量（熱量）を融雪斜面４２側に相対的に多く照射することで、融雪斜面４２側に多めに堆積する持ち込み（吹き込み含む）分を効果的に融雪し、融雪斜面４１と同等になるようにすることで、非常用電話ボックス３０の前面全体を消雪するようにした。トンネル１０の奥側にずらす寸法は、堆雪状況、風速、温度（気温）等に依存するが、非常用電話ボックスの幅が１ｍ程度とした場合、数ｃｍ〜数十ｃｍが好ましい。
【００２３】
図２は、ヒータ５０の構造図で、（ａ）は取付具の構造図、（ｂ）は取付具に支持された状態のヒータ５０の斜視図、（ｃ）は横断面図である。図３は、ヒータ５０の構成図で、（ａ）は側壁への取り付けを説明する分解図、（ｂ）は赤外線の放射特性の一例を示す図である
ヒータ５０の取付具５１は、例えばステンレス等の金具で板状に構成され、長尺方向の両側を直角に同一方向に折り曲げて断面コ字状に形成したものである。取付具５１の両側部にヒータ本体５２が取り付けられている。
【００２４】
ヒータ本体５２は、例えば長手方向の断面が台形で、１面が開口している筐体５２１の内側に、赤外線を発生する管状のハロゲンランプ５２２を備えている。なお、図では示されていないが、ヒータ本体５２の長手方向両側には、ハロゲンランプ５２２の両端の電極部を支持し、かつ電気的な接続をするための構造が設けられている。ヒータ本体５２に設けられるハロゲンランプ５２２の個数は、対象となる融雪環境に必要な放射量に対応して設定可能であり、本実施形態では、１本当り２ＫＷのハロゲンランプ５２２を２本並設したタイプ（４ＫＷ）を採用している。なお、ハロゲンランプ５２２のワット（Ｗ）数と本数とは、適用される環境地等に応じて選択可能であり、例えば１ＫＷを4本直並列状に配置して４ＫＷとする態様でもよい。ヒータ本体５２は、ハロゲンランプ５２２から放射された赤外線を筐体５２１の開口部から指向角度内に効率的に照射するために、断面が略Ｕ字型で、開口部が筐体５２１の開口部とほぼ一致するように配置された反射板５２３を備えている。また、筐体５２１の内側における管方向の両端部には、開口側に傾斜した側面反射板（図略）を備えており、この傾斜した側面反射板に向かう赤外線を前方（開口側）に反射させるようにしている。さらに、筐体５２１の開口部には、ハロゲンランプ５２２を保護する格子状の防護網５２４が張られている。
【００２５】
ハロゲンランプ５２２は、石英ガラスで作られたバルブ内のほぼ中央部にタングステンを材料とするフィラメントが配置され、ハロゲンガスと、アルゴンや窒素などの不活性ガスとが封入されている。また、ハロゲンランプ５２２は、管の表面に、赤外放射材料、例えば、黒色の遠赤外線放射セラミックスがコーティングされている。
【００２６】
取付具５１の両側部には、略中央の中心孔５１１と、その円周上で所定長を有する円弧孔５１２が穿設されている。一方、ヒータ本体５２の裏面には、取付具５１の両側部の間隔と一致した連結板５３が立設されている。連結板５３には中心の孔５３１と、その周囲に等半径上に複数個の孔５３２が穿設されている。中心孔５１１と孔５３１とが一致した状態で支持軸が通されていると共に、取付具５１に対して、ヒータ本体５２を所要角度だけ回動させた姿勢で円弧孔５１２と対面する孔５３２とをボルトで締結することで、角度調整された状態でヒータ本体５２が取付具５１に固定される。なお、ヒータ本体５２の反射板５２３の曲面は、赤外線の放射領域ＩＲ（照射角度）は所定角度、例えば３０°（図３（ｂ）参照）となるように形状設計されている。
【００２７】
また、図３（ａ）に示すように、ヒータ本体５２を取り付けるトンネル１０内の側壁１１には、所要サイズの取付板５４がアンカーボルト５４１からなる締結具で取り付けられている。取付板５４には、アンカーボルト５４１に取付具５１の孔を通してナット締めすることで固設されている。なお、ヒータ５０側のトンネル側壁１１への取り付けのための構造は、前記以外の公知の方法が採用可能であり、取付部の殆どの構造をトンネル側壁１１側に備え、ヒータ本体５２に係合部のみ設けたような態様も採用可能である。
【００２８】
図４は、ヒータ５０の取付状態の他の例を示す図で、（ａ）はヒータ５０を斜めに配置した取付図、（ｂ）はトンネル１０奥側のヒータ５０のみを斜めに配置した取付図である。図１では、２個のヒータ５０をトンネル１０の奥側にずらして設置し、非常用電話ボックス３０の前面を略均一に融雪するようにしたが、図４（ａ）は、２個のヒータ５０を中央線Ｏに対して左右対称となる位置に設置すると共に、それぞれを垂直方向Ｖに対して、トンネル奥側に所定の傾斜角度φ１で傾けたものである。各ヒータ５０を傾斜角度θで傾けることで、吹き込み雪及び持ち込み雪に対して融雪斜面４２側をより融雪することができ、非常用電話ボックス３０の前面全体をより均一に融雪することが可能となる。１個のヒータ５０の場合でも傾斜させることで同様の効果が期待できる。
【００２９】
また、図４（ｂ）では、２個のヒータ５０を中央線Ｏに対して左右対称となる位置に設置すると共に、トンネル１０入り口側のヒータ５０のみを垂直方向Ｖに対して、トンネル１０奥側に所定の傾斜角度φ２で傾けたものである。トンネル１０入り口側のヒータ５０のみを傾斜角度φ２に傾けることで、トンネル奥側のヒータ５０の放射範囲ＩＲとの重なり範囲が、中央線Ｏよりもトンネル１０奥側において広くなり、熱量が大きくなるので、吹き込み雪及び持ち込み雪の多い融雪斜面４２側をより融雪することができる。従って、非常用電話ボックス３０の前面全体をより均一に融雪することが可能となる。また、ヒータ５０を、例えば３個直列に配置した態様で、トンネル入り口側の２個を、あるいは中央の１個を傾斜させることで同様な効果が期待できる。また、２個の場合も含め、トンネル奥側となるヒータ５０の取り付け高さ位置を、トンネル入り口側のヒータ５０に比して相対的に低くするようにしてもよい。
【００３０】
図５は、積雪計の配置を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は車両走行路２１から路側帯２２側を見た図である。ヒータ５０の配置は、図１と同様である。積雪計７１は、例えば赤外線ビーム（なお、混信防止のためヒータ５０が放射する赤外線とは異なる波長帯を使用）を検知用の信号として送信する送信部と、反射物から反射してきた赤外線を検知信号として受信することで検知対象の有無を検知する受信部とを備えたものである。積雪計７１は、測定部位に積雪があると、積雪面からの反射を受信することで積雪有りを検出する一方、検知部位がコンクリート乃至はアスファルトからなる路側帯２２の場合には、消雪状態でも、反射レベルの低下が十分ではなく、「未消雪」と誤検知される可能性がある。そこで、本実施形態では、かかる誤検知を防止するべく、積雪計７１の検知信号の送信方向を斜め上方から、直接反射を受信しない程度の角度θ、例えば１５度で非常用電話ボックス３０の前面部に向けて送信するようにしている。なお、積雪計７１を非常用電話ボックス３０の前面の真上から離れた適宜の位置に設置可能となることから、取り付けの自由度が増し、作業性も高まる。
【００３１】
さらに、この部位に表面が黒色系のマット状、シート状あるいは薄層状の板材を反射抑制材７１１として敷設することで、消雪によって黒色面が露出した状態で赤外線の反射を抑制し、消雪状態を確実に検知するようにしている。なお、反射抑制材７１１は、黒色表面を有するものに限定されず、赤外線の反射を抑制する色、材料又は表面処理された物が採用可能である。また、積雪計７１は、反射抑制材７１１の真上に設置する態様でもよい。さらに、積雪計７１としては赤外線ビームを使用するものの他、光、電波、超音波等の伝搬信号の伝搬時間差を利用するものや、ＣＣＤ等の撮像手段を利用したものが採用可能である。
【００３２】
図６は、融雪動作を実行するため機能構成の一例を示す構成図である。ヒータ５０は制御盤６０に内装された制御部６１等によって融雪動作が制御される。制御盤６１は、図１に示すようにトンネル１０の坑口内に設けてもよいし、坑口外適所に設けてもよい。制御部６１は、好ましくはマイクロプロセッサから構成され、記憶部６４に格納された制御プログラムを実行することで、ヒータ制御部６１１及びタイマ６１２として機能する。ヒータ制御部６１１は、積雪計７１等の検出結果、タイマ６１２の時間情報を参照しながら、制御プログラムに従って、電源部６２に対してヒータ５０へ供給する電力のオン、オフ制御を行う。タイマ６１２は、本実施例では、２種類のタイマ機能を実行するもので、１つは、「手動」時にヒータ５０の電源オフを失念した場合を考慮して、オンから所定時間後に自動的にオフにする、省電用の消し忘れ防止タイマとして機能し、他の１つは、「自動」時に融雪によって消雪したと判断した後、所定時間だけオンを継続させる積雪遅延タイマとして機能する。
【００３３】
操作部６３はマニュアルによって操作可能な図略のスイッチで、スイッチの切替で融雪動作に対する「手動」と「自動」との切替が可能になっている。なお、温度計７２は気温を計測するもので、計測結果は必要に応じて利用される。また、図では示していないが風速計を備え、この情報を作用する態様としてもよい。
【００３４】
図７は、融雪処理の一例を示すフローチャートである。メイン電源が投入されるとまず、操作部６３であるスイッチの状態が判断される（ステップＳ１１）。「手動」と判断されると、運転がオンされたか否かが判断される（ステップＳ１３）。運転がオンされていなければ、ステップＳ１１に戻る。一方、運転がオンされたのであれば、ヒータ５０が作動（オン）される（ステップＳ１５）。次いで、消し忘れ防止タイマの作動が開始される（ステップＳ１７）。続いて、消し忘れ防止タイマが設定時間をタイムアップしたか否かが判断され（ステップＳ１９）、タイムアップしたと判断されると、ヒータ５０が停止され（ステップＳ２１）、続いて、消し忘れ防止タイマがリセットされて（ステップＳ２３）、ステップＳ１１に戻る。本フローチャートは、制御盤６０の電源がオフにされるなどして終了する。
【００３５】
一方、ステップＳ１１で、「自動」と判断されると、運転がオンされたか否かが判断される（ステップＳ２５）。運転がオンされていなければ、ステップＳ１１に戻り、運転がオンされたのであれば、次に、積雪計７１の結果を参照して、積雪の有無が判断される（ステップＳ２７）。積雪有りと判断されまで待機した後に、ヒータ５０がオンされて、融雪動作が開始される（ステップＳ２９）。次いで、積雪計７１の結果を参照しつつ、融雪動作によって、消雪、すなわち積雪無しに至ったか否かが判断される（ステップＳ３１）。ステップＳ３１によって、消雪までヒータ５０による融雪処理が継続される。
【００３６】
一方、消雪と判断されると（ステップＳ３１でＹｅｓ）、積雪遅延タイマの作動が開始される（ステップＳ３３）。この後、積雪遅延タイマが設定時間をタイムアップしたか否かが判断され（ステップＳ３５）、タイムアップしたと判断されると、ヒータ５０が停止され（ステップＳ３７）、続いて、積雪遅延タイマがリセットされて（ステップＳ３９）、ステップＳ２７に戻る。ステップＳ２７では、例えば除雪車による雪の持ち込み等によって積雪有りになると、同様な融雪処理が繰り返されることになる。なお、積雪遅延タイマに設定される時間は、消雪状態をより確実にするためのヒータオン時間を持たせたもので、予め設定された時間でもよいし、例えば温度計７２（や風速計）の結果を参照して変動可能に設定する態様としてもよい。また、スイッチの切替が制御部６１で検知された場合には、ステップＳ１１に戻るようにしている。
【００３７】
図８は、トンネル坑口周辺に設置された赤外線融雪装置の取付状態の他の適用例を示す図で、（ａ）は車両走行路から路側帯側を見た図、（ｂ）はトンネルの一部の横断面図である。図８では、非常用設備として消火器や消火栓の消火設備ボックス３１への適用例を示している。ヒータ５０は、図１の場合と同様、消火設備ボックス３１の中央線Ｏに対してトンネル１０の奥側にすらして設置されており、これによって、吹き込み雪や除雪毎の持ち込み雪に対しても消火設備ボックス３１の前面を消雪し、設備の確実な利用を確保するようにしている。図８の場合にも、図４及び図５の態様が採用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  トンネル
３０  非常用電話ボックス（非常用設備）
３１  消火設備ボックス（非常用設備）
５０  ヒータ（赤外線融雪装置）
５１  取付具
５２  ヒータ本体（赤外線照射器）
５３  連結板（取付部）
７１  積雪計
７１１  反射抑制材（反射材）
【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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