(57)【要約】      （修正有）【課題】セグメント同士をワンタッチで強固に結合することができ、しかも、安価に製造する。【解決手段】雄継手１は、棒状をなし、軸方向に間隔をあけて形成された前方くびれ部２Ａおよび後方くびれ部２Ｂと、前方および後方くびれ部２Ａ、２Ｂにより形成された、先細りテーパー状の前方突出部３Ａおよび後方突出部３Ｂとを有し、雌継手４は、外周部に軸方向に間隔をあけて前方切り込み５Ａおよび後方切り込み５Ｂが形成された管状本体６と、前方および後方切り込み５Ａ、５Ｂ内に嵌め込まれる前方キー部材７Ａおよび後方キー部材７Ｂと、前方および後方キー部材７Ａ、７Ｂに弾性力を付与する引っ張りばね８とを備え、雄継手１を雌継手４内に完全に挿入したときに、前方および後方キー部材７Ａ、７Ｂが前方および後方くびれ部２Ａ、２Ｂ内に入り込む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドトンネル工事用のセグメント同士を結合する、雄継手と、前記雄継手が挿入される雌継手とからなるセグメント用継手において、
前記雄継手は、棒状をなし、軸方向に間隔をあけて形成された前方くびれ部および後方くびれ部と、前記前方および後方くびれ部により形成された、先細りテーパー状の前方突出部および後方突出部とを有し、前記雌継手は、外周部に軸方向に間隔をあけて前方切り込みおよび後方切り込みが形成された管状本体と、前記前方および後方切り込み内に嵌め込まれる前方キー部材および後方キー部材と、前記前方および後方キー部材にこれらを前記前方および後方切り込み内に入り込ませる押し付け力を付与する押し付け力付与手段とを備え、前記雄継手を前記雌継手内に完全に挿入したときに、前記前方および後方キー部材が前記前方および後方くびれ部内に入り込み、前記雄継手が前記雌継手内に完全に挿入される直前では、前記前方キー部材のみが前方くびれ部内に入り込むことを特徴とするセグメント用継手。
【請求項２】
前記雄継手の前記前方くびれ部および前記前方突出部は、それぞれ２つ以上設けられ、前記雌継手の前記前方切り込みおよび前記前方キー部材は、それぞれ２つ以上設けられていることを特徴とする、請求項１記載のセグメント用継手。
【請求項３】
前記前方および後方切り込みの各々は、対向して一対形成されていることを特徴とする、請求項１または２記載のセグメント用継手。
【請求項４】
前記前方および後方キー部材の各々は、棒状部材からなっていることを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載のセグメント用継手。
【請求項５】
前記押し付け力付与手段は、弾性体からなっていることを特徴とする、請求項１から４の何れか１つに記載のセグメント用継手。
【請求項６】
前記弾性体は、コイルばね、板ばねまたはゴムバンドからなっていることを特徴とする、請求項５記載のセグメント用継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、セグメント用継手、特に、トンネルをシールド工法により掘進する際に使用する覆工用セグメント同士をワンタッチで結合することができるセグメント用継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネル工事用のセグメント同士をワンタッチで結合することができるワンタッチ式継手の一例が特許文献１（特開２００３−１５５８９６号公報）に開示されている。以下、このワンタッチ式継手を従来継手といい、図面を参照しながら説明する。
【０００３】
図８は、結合前の従来継手を示す部分切り欠き斜視図、図８は、結合完了直前の従来継手を示す部分切り欠き斜視図、図９は、従来継手の環状弾性部材を示す部分切り欠き斜視図である。
【０００４】
図８から図１０において、１１は、棒状雄継手であり、軸方向に間隔をあけて形成された前方および後方くびれ部１２Ａ、１２Ｂと、前方および後方くびれ部１２Ａ、１２Ｂにより形成された、先細りテーパー状の前方および後方突出部１３Ａ、１３Ｂとからなっている。
【０００５】
１４は、雄継手１１が挿入される円筒状雌継手であり、その内周部に軸方向に間隔をあけて形成された前方および後方環状溝１５Ａ、１５Ｂと、前方および後方環状溝１５Ａ、１５Ｂ内に嵌め込まれる前方および後方環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂと、前方および後方環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂ内に装着され、前方および後方環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂの拡径を保持する前方および後方拡径保持具１７Ａ、１７Ｂとからなっている。前方および後方拡径保持具１７Ａ、１７Ｂは、雄継手１１の挿入により、押し込まれて、前方および後方環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂから外れるようになっている。この際、後方拡径保持具１７Ｂは、前方拡径保持具１７Ａ内に嵌まり込む。
【０００６】
前方および後方環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂは、図１０に示すように、複数個に分割された、太径の鉄線等からなる環状芯材１８と、芯材１８の周囲に巻かれた、ばね鋼等からなるコイルスプリング１９とからなっている。
【０００７】
このように構成されている従来継手によりセグメント同士を、その軸方向に結合するには、図１１に示すように、セグメント２０の一方の軸方向結合面（Ｓ１）に雄継手１１を、その突出部１３Ａ、１３Ｂを突出させて固定し、他方の軸方向結合面（Ｓ２）に雌継手１４を固定する。
【０００８】
そして、図９に示すように、雄継手１１を雌継手１４内に挿入する。この際、雄継手１１の前方突出部１３Ａは、後方拡径保持具１７Ｂを押し込み、続いて、前方拡径保持具１７Ａを押し込む。この際、後方拡径保持具１７Ｂは、前方拡径保持具１７Ａ内に嵌まり込む。このようにして、前方および後方拡径保持具１７Ａ、１７Ｂが前方および後方環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂから外れると、前方および後方環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂは、縮径して雌継手１４の前方および後方環状溝１５Ａ、１５Ｂ内に嵌まり込む。この結果、継手部に引き抜き力が作用しても、環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂがせん断力を受けるので、雄継手１１は、雌継手１４内から抜け出ず、セグメント２０同士が結合される。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１５５８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来継手によれば、セグメント２０同士をワンタッチで結合することができるが、以下のような問題があった。
【００１１】
（１）前方および後方拡径保持具１７Ａ、１７Ｂは、雄継手１１の挿入前においては、前方および後方環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂの収縮力により保持されているので、大きな衝撃や振動がセグメントに作用した場合、前方および後方拡径保持具１７Ａ、１７Ｂが外れ、前方および後方環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂが雌継手１４の前方および後方環状溝１５Ａ、１５Ｂから脱落する恐れがある。前方および後方環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂが一旦、脱落すると、その後の雄継手１１と雌継手１４との結合が行えない。
【００１２】
（２）雌継手は、構造上の複雑さから鋳造あるいは鍛造により製造するか、棒鋼等から旋盤加工および切削加工を施すことにより製造される。鋳造あるいは鍛造により製造する場合には、専用の金型が必要となる。棒鋼から製造する場合には、旋盤等で外形を形成し、内周部の孔明け加工、さらに、内周部に設けられる前方および後方の環状溝加工が必要となり、製造工程が煩雑となる。前方および後方の環状溝は、鋳造により鋳抜く他、切削加工により形成する方法もあるが、全周に亘って環状弾性部材より大きい幅で精度良く形成しなければならない。このように、雌継手を鋳造あるいは鍛造により製造する場合には、金型にコストがかかり、棒鋼から製造する場合にも加工が煩雑となり製造コストがかかる。
【００１３】
（３）環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂの製造にコストがかかる。すなわち、環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂは、図９に示すように、コイルスプリング１９内に複数個の芯材１８を通し、コイルスプリング１９の端部同士を連結することによって製造される。そして、コイルスプリング１９の端部同士の連結は、コイルスプリング１９の片側端部を絞り込み、所要量だけねじ戻した状態で他方の端部に挿入し、ねじ戻し量だけ解放してねじ込むことによって行われるが、芯材１８がある関係で、この作業は、煩雑であり、結果的に環状弾性部材１６Ａ、１６Ｂの製造にコストがかかる。
【００１４】
従って、この発明の目的は、セグメント同士をワンタッチで強固に結合することができ、また、セグメントに大きな衝撃や振動が作用しても、セグメント同士の結合が行えなくなるといった問題がなく、しかも、安価に製造することができるセグメント用継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、上述の目的を達成するためになされたものであって、下記を特徴とするものである。
【００１６】
請求項１記載の発明は、シールドトンネル工事用のセグメント同士を結合する、雄継手と、前記雄継手が挿入される雌継手とからなるセグメント用継手において、前記雄継手は、棒状をなし、軸方向に間隔をあけて形成された前方くびれ部および後方くびれ部と、前記前方および後方くびれ部により形成された、先細りテーパー状の前方突出部および後方突出部とを有し、前記雌継手は、外周部に軸方向に間隔をあけて前方切り込みおよび後方切り込みが形成された管状本体と、前記前方および後方切り込み内に嵌め込まれる前方キー部材および後方キー部材と、前記前方および後方キー部材にこれらを前記前方および後方切り込み内に入り込ませる押し付け力を付与する押し付け力付与手段とを備え、前記雄継手を前記雌継手内に完全に挿入したときに、前記前方および後方キー部材が前記前方および後方くびれ部内に入り込み、前記雄継手が前記雌継手内に完全に挿入される直前では、前記前方キー部材のみが前方くびれ部内に入り込むことに特徴を有するものである。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のセグメント用継手において、前記雄継手の前記前方くびれ部および前記前方突出部は、それぞれ２つ以上設けられ、前記雌継手の前記前方切り込みおよび前記前方キー部材は、それぞれ２つ以上設けられていることに特徴を有するものである。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記前方および後方切り込みの各々は、対向して一対形成されていることに特徴を有するものである。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１から３の何れか１つに記載の発明において、前記前方および後方キー部材の各々は、棒状部材からなっていることに特徴を有するものである。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項１から４の何れか１つに記載の発明において、前記押し付け力付与手段は、弾性体からなっていることに特徴を有するものである。
【００２１】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記弾性体は、コイルばね、板ばねまたはゴムバンドからなっていることに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、セグメント同士をワンタッチで強固に結合することができ、また、従来継手のように、セグメントに大きな衝撃や振動が作用しても、セグメント同士の結合が行えなくなるといった問題がなく、しかも、安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、この発明のセグメント用継手の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は、この発明のセグメント用継手を示す斜視図、図２は、他の形状の雄継手を示す斜視図、図３は、この発明の継手が取り付けられたセグメントを示す斜視図、図４は、この発明のセグメント用継手による結合工程を示す断面図であり、同図（Ａ）は、結合前の状態を示す断面図、同図（Ｂ）は、前方突出部が挿入された状態を示す断面図、同図（Ｃ）は、前方くびれ部に前方キー部材が入り込んだ状態を示す断面図、同図（Ｄ）は、結合が完了した状態を示す断面図である。
【００２５】
図１において、１は、棒状雄継手であり、軸方向に間隔をあけて形成された前方くびれ部２Ａおよび後方くびれ部２Ｂと、前方および後方くびれ部２Ａ、２Ｂにより形成された、先細りテーパー状の前方突出部３Ａおよび後方突出部３Ｂとからなっている。雄継手１は、丸棒鋼を旋盤加工することによって容易に製造することができる。雄継手１の前方および後方くびれ部２Ａ、２Ｂは、雄継手１の全周に形成しなくても、図２に示すように、雄継手１の一部に形成しても良い。
【００２６】
４は、雄継手１が挿入される雌継手であり、外周部に軸方向に間隔をあけて前方切り込み５Ａおよび後方切り込み５Ｂが形成された鋼管製本体６と、前方および後方切り込み５Ａ、５Ｂ内に嵌め込まれる前方および後方キー部材７Ａ、７Ｂと、前方および後方キー部材７Ａ、７Ｂに、これらを前方および後方切り込み５Ａ、５Ｂ内に入り込ませ、これら切り込み５Ａ、５Ｂに、本体６の内側に向けて押し付け力を付与する押し付け力付与手段としての弾性体８とからなっている。弾性体８は、コイルばね、板ばねまたはゴムバンド等であっても良い。この例では、弾性体８は、各キー部材７Ａ、７Ｂの両端に固定された引っ張りコイルばねからなっている。
【００２７】
前方および後方切り込み５Ａ、５Ｂの各々は、本体６に対向して２つ形成されている。前方および後方キー部材７Ａ、７Ｂの各々は、棒鋼からなっていて、この棒鋼に、継手部に引張り力が作用したときのせん断力がかかる。従って、棒鋼は、このせん断力に十分に対抗できる強度を有している。棒鋼は、せん断力に応じて適宜、その材質、断面積等により設計することができる。前方および後方キー部材７Ａ、７Ｂは、鋼管製本体６の前方および後方キー部材７Ａ、７Ｂ内に、弾性力８の押し付け力により本体６の内側に向けてお互いに引き付けられることによって互いの間隔が保持される。
【００２８】
このように、雌継手４は、切り込み５Ａ、５Ｂを形成した鋼管製本体６と、これらの切り込み５Ａ、５Ｂに入り込み、継手部に引張り力が作用したときのせん断力を受ける棒鋼からなるキー部材７Ａ、７Ｂと、このキー部材７Ａ、７Ｂに設ける弾性体８とによる簡単な構造からなるので、安価に製造することができる。すなわち、本体６には、継手部に引張り力が作用したとき、各キー部材７Ａ、７Ｂにせん断力が働くのと同時に各切り込み５Ａ、５Ｂに各キー部材７Ａ、７Ｂにより支圧応力がかかるので、本体６としては、支圧応力に抵抗できる材質および板厚を有する市販の鋼管等を用いることができる。
【００２９】
本体６に形成する切り込みは、外周部の一部に設けるだけで良く、加工が簡単である。各キー部材７Ａ、７Ｂは、継手部に引張り力が作用したときのせん断力に抵抗できる材質および断面であれば良く、市販材の棒鋼を長手方向に必要な長さで切断することによって製造することができる。弾性体８は、所定の押し込み力を付与できるものであれば良く、市販材のコイルばね等を使用することができ、複雑な加工を必要としない。
【００３０】
このように、鋼管製本体、キー部材および弾性体は、市販材をベースにして製造することができ、加工が少ないので、安価に製造することができる。
【００３１】
前方くびれ部２Ａと後方くびれ部２Ｂとの間隔と、前方切り込み５Ａと後方切り込み５Ｂとの間隔とは、雄継手１を雌継手４内に完全に挿入したときに、前方および後方キー部材７Ａ、７Ｂが前方および後方くびれ部２Ａ、２Ｂ内に入り込み、雄継手１が雌継手４内に完全に挿入される直前では、前方キー部材７Ａのみが前方くびれ部２Ａ内に入り込むように調整されている。
【００３２】
このように構成されている、この発明のセグメント継手によれば、以下のようにして、セグメント同士が結合される。
【００３３】
図３に示すように、セグメント９の一方の軸方向結合面（Ｓ１）に雄継手１を、その突出部３Ａ、３Ｂを突出させて固定し、他方の軸方向結合面（Ｓ２）に雌継手４を固定する。この例のように鋼製セグメントの場合には、両継手１および４は、継手板Ｐ（図４参照）に固定する。そして、図４（Ａ）に示すように、一方のセグメント９Ａに他方のセグメント９Ｂを接近させて、雄継手１の雌継手４内への挿入を開始する。挿入開始後、同図（Ｂ）に示すように、先ず、後方キー部材７Ｂが前方突出部３Ａによって、弾性体８としてのコイルばねの弾性力に抗して押し広げられた後、弾性力により元の状態に復帰して、前方くびれ部２Ａ内に入り込む。後方キー部材７Ｂは、前方突出部３Ａが先細りテーパー状に形成されているので、後方切り込み５Ｂ内で容易に押し広げられる。
【００３４】
さらに挿入が進むと、同図（Ｃ）に示すように、前方キー部材７Ａが前方突出部３Ａによって、弾性体８としてのコイルばねの弾性力に抗して押し広げられた後、弾性力により元の状態に復帰して、前方切り込み２Ａ内に入り込む。このとき、同図（Ｃ）に示すように、後方キー部材７Ｂも後方突出部３Ｂにより押し広げられるが、後方くびれ部２Ｂ内には入り込まない。しかし、前方キー部材７Ａが前方くびれ部２Ａ内に入り込んで、前方突出部３Ａと係合するので、継手間に引張力が作用しても、セグメント９Ａ、９Ｂの結合が解除される恐れはない。なお、この場合には、セグメント９Ａ、９Ｂ間に若干の隙間があく。このときの後方キー部材７Ｂの押し広がりも、後方突出部３Ｂが先細りテーパー状に形成されているので、容易に行われる。
【００３５】
さらに挿入が進むと、同図（Ｄ）に示すように、後方キー部材７Ｂも後方くびれ部２Ｂ内に入り込んで、後方突出部３Ｂと係合するので、セグメント９Ａ、９Ｂ同士の結合が完了する。なお、各キー部材７Ａ、７Ｂは、雄継手１の前方および後方突出部３Ａ、３Ｂにより押し広げられても、鋼管製本体６の各切り込み２Ａ、２Ｂ内を上下動するのみで、ここから外れる恐れはない。
【００３６】
この発明の継手によれば、このようにして、セグメント９Ａ、９Ｂ同士が結合されるが、上述したように、雌継手４は、切り込み５Ａ、５Ｂを形成した鋼管製本体６と、これらの切り込みに５Ａ、５Ｂに入り込み、継手部に引張り力が作用したときのせん断力を受ける棒鋼からなるキー部材７Ａ、７Ｂと、このキー部材７Ａ、７Ｂに設けるコイルばね等からなる弾性体８とによる簡単な構造からなるので、複雑な構造の上記従来継手に比べて、継手の製造コストを低減させることができる。しかも、上記従来継手のように、セグメントに大きな衝撃や振動が作用しても、各キー部材７Ａ、７Ｂは、これらが弾性体８により鋼管製本体６の各切り込み２Ａ、２Ｂに強く押し付けられているので、本体６から脱落する恐れはなく、この結果、セグメント同士の結合が行えなくなるといった問題は起こらない。なお、本体６の内面と雄継手１の最大外径とにより形成される空隙により、セグメント結合時の芯ずれを吸収することができる。この空隙は、適宜、設定することができる。
【００３７】
以上は、この発明を鋼製セグメントに適用した場合であるが、コンクリートセグメント、あるいは、鋼材とコンクリートとの合成セグメントに適用することができる。コンクリートセグメントの場合には、図５に示すように、雌継手４の周囲をボックス２１で覆う必要がある。
【００３８】
この発明の継手により、矩形セグメントを結合する場合には、図６に示すように、雄継手１を角形棒鋼により構成し、雌継手４を角鋼管により構成すると良い。
【００３９】
以上は、雄継手１の前方くびれ部２Ａおよび前方突出部３Ａがそれぞれ１つ、そして、雌継手５の前方切り込み５Ａおよび前方キー部材７Ａがそれぞれ１つ設けられている場合であるが、雄継手１の前方くびれ部２Ａおよび前方突出部３Ａをそれぞれ２つ以上、そして、雌継手５の前方切り込み５Ａおよび前方キー部材７Ａをそれぞれ２つ以上設けても良い。
【００４０】
図７（Ａ）、（Ｂ）に、雄継手１の前方くびれ部２Ａおよび前方突出部３Ａをそれぞれ２つ、そして、雌継手５の前方切り込み５Ａおよび前方キー部材７Ａをそれぞれ２つ設けた例を示す。同図において、図４と同一番号は、同一物を示す。この場合には、同図（Ａ）に示すように、セグメント９Ａ、９Ｂ間に若干の隙間があいた場合であっても、２つの前方キー部材７Ａがそれぞれ前方くびれ部２Ａ内に入り込むので、前方キー部材７Ａが１つの場合に比べて、セグメント９Ａ、９Ｂ同士の結合強度は高くなる。挿入がさらに進んで、同図（Ｂ）に示すように、後方キー部材７Ｂが後方くびれ部２Ｂ内に入り込めば、セグメント９Ａ、９Ｂ同士は、さらに強固に結合される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明のセグメント用継手を示す斜視図である。
【図２】他の形状の雄継手を示す斜視図である。
【図３】この発明の継手が取り付けられたセグメントを示す斜視図である。
【図４】この発明のセグメント用継手による結合工程を示す断面図であり、同図（Ａ）は、結合前の状態を示す断面図、同図（Ｂ）は、前方突出部が挿入された状態を示す断面図、同図（Ｃ）は、前方くびれ部に前方キー部材が入り込んだ状態を示す断面図、同図（Ｄ）は、結合が完了した状態を示す断面図である。この発明のセグメント用継手を示す斜視図である。
【図５】この発明のセグメント用継手をコンクリートセグメントに適用した場合の断面図である。
【図６】この発明の継手を矩形セグメントに適用した場合の雄継手および雌継手を示す斜視図である。
【図７】この発明の他のセグメント用継手による結合工程を示す断面図であり、同図（Ａ）は、２つの前方くびれ部のそれぞれに前方キー部材が入り込んだ状態を示す断面図、同図（Ｂ）は、結合が完了した状態を示す断面図である。
【図８】結合前の従来継手を示す部分切り欠き斜視図である。
【図９】結合完了直前の従来継手を示す部分切り欠き斜視図である。
【図１０】従来継手の環状弾性部材を示す部分切り欠き斜視図である。
【図１１】従来継手が取り付けられたセグメントを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：雄継手
２Ａ：前方くびれ部
２Ｂ：後方くびれ部
３Ａ：前方突出部
３Ｂ：後方突出部
４：他方の継手板
５：雌継手
５Ａ：前方切り込み
５Ｂ：後方切り込み
６：本体
７Ａ：前方キー部材
７Ｂ：後方キー部材
８：弾性体
９Ａ：一方のセグメント
９Ｂ：他方のセグメント
１１：雄継手
１２Ａ：前方くびれ部
１２Ｂ：後方くびれ部
１３Ａ：前方突出部
１３Ｂ：後方突出部
１４：雌継手
１５Ａ：前方環状溝
１５Ｂ：後方環状溝
１６Ａ：前方環状弾性部材
１６Ｂ：後方環状弾性部材
１７Ａ：前方拡径保持具
１７Ｂ：後方拡径保持具
１８：芯材
１９：コイルスプリング
２０：セグメント
２１：ボックス
【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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