(57)【要約】【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、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。【解決手段】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１と、雄継手１が挿入される雌継手４とからなるセグメント用継手において、雄継手１は、棒状をなし、１つの段部４が形成されたくびれ部２と、先細りテーパー状の先端部３とを有し、雌継手５は、切り込み６が形成された管状本体７と、切り込み６内に嵌め込まれるキー部材８と、キー部材８に、これを切り込み６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しての弾性体９とを備え、段部４は、雄継手１の先端部３側に形成され、くびれ部２は、上流側くびれ部２Ａと下流側くびれ部２Ｂとからなっている。【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、１つの段部が形成されたくびれ部と、先細りテーパー状の先端部とを有し、前記雌継手は、切り込みが形成された管状本体と、前記切り込み内に嵌め込まれるキー部材と、前記キー部材に、これを前記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、前記段部は、前記雄継手の前記先端部側に形成されていることを特徴とするセグメント用継手。
【請求項２】
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、複数個の段部が形成されたくびれ部と、先細りテーパー状の先端部とを有し、前記雌継手は、切り込みが形成された管状本体と、前記切り込み内に嵌め込まれるキー部材と、前記キー部材に、これを前記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、前記段部の高さは、前記雄継手の前記先端部側に向かうに従って高く形成されていることを特徴とするセグメント用継手。
【請求項３】
前記雌継手の前記切り込みは、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】
前記キー部材は、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１０は、結合前の従来継手を示す部分切り欠き斜視図、図１１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１２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１０から図１２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１２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１３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１１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】
また、雄継手１１のくびれ部と雌継手１４の環状溝を、１２Ａ、１２Ｂ、１５Ａ、１５Ｂのようにそれぞれ２段設け、雄継手１１のくびれ部の間隔と、雌継手１４の環状溝の間隔にギャップを設けることによって、製作誤差や施工誤差によりセグメント間に間隔（目開き）が生じても、弾性部材が何れかのくびれ部と環状溝とに係合して、引張りに抗するせん断力が生じるので、セグメント同士を確実に結合することができる。
【００１０】
【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】
【００１１】
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。
【００１２】
（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。
【００１３】
（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。
【００１４】
（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１２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。
【００１５】
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】
【００１６】
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。
【００１７】
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、１つの段部が形成されたくびれ部と、先細りテーパー状の先端部とを有し、前記雌継手は、切り込みが形成された管状本体と、前記切り込み内に嵌め込まれるキー部材と、前記キー部材に、これを前記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、前記段部は、前記雄継手の前記先端部側に形成されていることに特徴を有するものである。
【００１８】
請求項２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、複数個の段部が形成されたくびれ部と、先細りテーパー状の先端部とを有し、前記雌継手は、切り込みが形成された管状本体と、前記切り込み内に嵌め込まれるキー部材と、前記キー部材に、これを前記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、前記段部の高さは、前記雄継手の前記先端部側に向かうに従って高く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、前記雌継手の前記切り込みは、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。
【００２０】
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、前記キー部材は、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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】
【００２３】
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】
【００２４】
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。
【００２５】
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、くびれ部の段部にキー部材が入り込んだ状態を示す断面図、同図（Ｃ）は、結合が完了した状態を示す断面図である。
【００２６】
図１において、１は、棒状雄継手であり、くびれ部２と、先細りテーパー状の先端部３とからなっている。くびれ部２は、この中の先端部側３に形成された１つの段部４によって、２段に形成されている。雄継手１の挿入方向上流側のくびれ部を２Ａ、下流側のくびれ部を２Ｂで示す。なお、段部４を複数個、形成しても良い。これについては後述する。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の段部２Ａが形成されたくびれ部２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。
【００２７】
５は、雄継手１が挿入される雌継手であり、外周部に切り込み６が形成された鋼管製本体７と、切り込み６内に嵌め込まれるキー部材８と、キー部材８に、これを切り込み６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しての弾性体９とからなっている。弾性体９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９は、キー部材８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。
【００２８】
切り込み６は、本体７に対向して２つ形成されている。切り込み６は、雄継手１が挿入される前は、キー部材８を所定間隔に保持し、雄継手挿入時には、キー部材８を雄継手１に弾性体９により押さえ付け、雄継手１の形状に応じたキー部材８の接近、離間移動のガイドの役目を有している。従って、切り込み６の深さは、この役目が発揮されるように適宜設定する。
【００２９】
キー部材８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。キー部材８は、本体７のキー部材８内に、弾性力９の押し付け力により本体７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。
【００３０】
このように、雌継手５は、切り込み６を形成した鋼管製本体７と、これらの切り込み６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８と、このキー部材８に設ける弾性体９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７には、継手部に引張り力が作用したとき、キー部材８にせん断力が働くのと同時に切り込み６にキー部材８により支圧応力がかかるので、本体７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。
【００３１】
本体７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。キー部材８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９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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
図３に示すように、セグメント１０の一方の軸方向結合面（Ｓ１）に雄継手１を、その先端部３を突出させて固定し、他方の軸方向結合面（Ｓ２）に雌継手５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５は、継手板（Ｐ）に固定する（図４参照）。この場合、雌継手５側の継手板（Ｐ）には、雄継手１の挿入口を設けることは勿論である。
【００３５】
そして、図４（Ａ）に示すように、一方のセグメント１０Ａに他方のセグメント１０Ｂを接近させて、雄継手１の雌継手５内への挿入を開始する。挿入開始後、同図（Ｂ）に示すように、キー部材８が雄継手１の先端部３によって、弾性体９としての引っ張り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、上流側くびれ部２Ａに入り込む。この状態で雄継手１の雌継手５内への挿入が終わっても、キー部材８が上流側くびれ部２Ａに入り込んで、先端部３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１０Ａ、１０Ｂ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１０Ａ、１０Ｂ間に若干の隙間があく。
【００３６】
さらに挿入が進むと、同図（Ｃ）に示すように、キー部材８は、下流側くびれ部２Ｂに入り込んで、セグメント１０Ａ、１０Ｂが完全に結合される。キー部材８が下流側くびれ部２Ｂに入り込むと、キー部材８は、段部４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１０Ａ、１０Ｂの結合が解除される恐れはない。
【００３７】
上記結合工程を、図４の一部拡大図である図５を参照してさらに説明する。
【００３８】
図５（Ａ）は、キー部材８が段部４と係合していない状態であり、同図（Ｂ）は、キー部材８が段部４の上流側くびれ部２Ａに入り込んで係合した状態であり、この状態では、矢印方向の引張り力が作用しても、セグメント１０Ａ、１０Ｂ間の隙間（ｇ）は、更に広がることなく、すなわち、目開きすることなくセグメント同士が結合される。
【００３９】
隙間（ｇ）は、例えば、芯ずれ、砂等の介在による施工誤差、あるいは、セグメントの製作誤差により生じ、これ以上セグメントを押し込めない。
【００４０】
セグメント１０Ａ、１０Ｂ間が施工誤差や製作誤差等により隙間（ｇ）が生じない場合には、同図（Ｃ）に示すように、キー部材８が上流側くびれ部２Ｂに入り込んで係合し、図中、矢印方向の引張り力が作用しても、セグメント１０Ａ、１０Ｂは、目開きすることなく結合される。
【００４１】
次に、雄継手１に段部４を設けない場合の結合工程について、図６を参照しながら説明する。
【００４２】
施工誤差や製作誤差等により隙間（ｇ）を設定し、セグメント同士が結合できるようにくびれ部２を形成する。図６（Ａ）は、キー部材８がくびれ部２と係合していない状態であり、同図（Ｂ）は、キー部材８がくびれ部２に入り込んで係合した状態であり、この状態では、図中、矢印方向の引張り力が作用しても、セグメント１０Ａ、１０Ｂ間の隙間（ｇ）は、更に広がることなく、すなわち、目開きすることなくセグメント同士が結合される。この場合は、この発明のように、段部を設けた場合と同じ作用をする。
【００４３】
しかし、施工誤差や製作誤差等による隙間（ｇ）が生じない場合には、同図（Ｃ）に示すように、図中、矢印方向の引張り力が作用すると、同図（Ｄ）に示すように、目開きが生じる。
【００４４】
上記隙間（ｇ）は、現場の状況（土圧、土質、線形等）やセグメントの形状および材質等から適宜、設定し、くびれ部および段部を設計する。後述する、複数個の段部を設ける場合も同様に、数段階の設計誤差や製作誤差に基づいて設計する。
【００４５】
このように、製作誤差や施工誤差によりセグメント間に隙間（目開き）が生じた場合であっても、キー部材８には、引っ張りによるせん断力が生じ、セグメント同士を確実に結合することができる。
【００４６】
この発明の継手によれば、このようにして、セグメント１０Ａ、１０Ｂ同士が結合されるが、上述したように、雌継手５は、切り込み６を形成した鋼管製本体７と、これらの切り込みに６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８と、このキー部材８に設けるコイルばね等からなる弾性体９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、キー部材８は、これらが弾性体９により鋼管製本体７の切り込み６に強く押し付けられているので、本体７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７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。
【００４７】
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７に示すように、雌継手５の周囲をボックス２１で覆う必要がある。
【００４８】
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８に示すように、雄継手１を角形棒鋼により構成し、雌継手５を角鋼管により構成すると良い。
【００４９】
以上は、雄継手１のくびれ部２を１つの段部４によって２段に形成した場合であるが、段部４を複数個設けても良い。図９に、段部４を２つ設けた例を示す。この場合、くびれ部２は、３つのくびれ部に形成される。くびれ部の数が多くなるほど、セグメント同士の結合間隔の微調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【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、くびれ部の段部にキー部材が入り込んだ状態を示す断面図、同図（Ｃ）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】図４の一部拡大図であり、同図（Ａ）は、キー部材が段部と係合していない状態であり、同図（Ｂ）は、キー部材が段部の上流側くびれ部に入り込んで係合した状態であり、同図（Ｃ）は、キー部材が段部の下流側くびれ部に入り込んで係合した状態である。
【図６】雄継手に段部を設けない場合の結合工程を示す図であり、同図（Ａ）は、キー部材がくびれ部と係合していない状態であり、同図（Ｂ）は、キー部材がくびれ部に入り込んで係合した状態であり、同図（Ｃ）は、施工誤差や製作誤差等による隙間（ｇ）が生じない場合の結合状態であり、同図（Ｄ）は、目開きが生じた状態である。
【図７】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８】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９】くびれ部に２つの段部を設けた、この発明の雄継手を示す断面図である。
【図１０】結合前の従来継手を示す部分切り欠き斜視図である。
【図１１】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１２】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１３】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】
【００５１】
１：雄継手
２：くびれ部
２Ａ：上流側くびれ部
２Ｂ：下流側くびれ部
３：先端部
４：段部
５：雌継手
６：切り込み
７：本体
８：キー部材
９：弾性体
１０：セグメント
１０Ａ：一方のセグメント
１０Ｂ：他方のセグメント
２１：ボックス
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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【図１２】
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【図１３】
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