(57)【要約】【課題】カッタビットの交換を容易にできると共に、狭小なカッタ本体に設置できる球体式ビットを提供する。【解決手段】シールド掘進機２のカッタ本体３に地山５側に露出して設けられ地山５側に貫通する孔６を有する球面受座７と、球面受座７に回動自在に設けられた球体９と、球体９内に出没自在に設けられ交換可能に形成されるカッタビット１０とを備えた球体式ビット１において、球体９に、直径方向に貫通する貫通孔８を形成し、貫通孔８にカッタビット１０を地山５側に突出可能に、かつ、地山５側とは反対側の開口から引き抜けるようにスライド自在に設け、球体９に、球体９から反力をとってカッタビット１０をスライドさせる駆動手段２７を設け、球面受座７に、球体９を所定角度回動させたとき貫通孔８の地山５側開口を塞ぐ蓋面部１１を形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機のカッタ本体に地山側に露出して設けられ地山側に貫通する孔を有する球面受座と、該球面受座に回動自在に設けられた球体と、該球体内に出没自在に設けられ交換可能に形成されるカッタビットとを備えた球体式ビットにおいて、上記球体に、直径方向に貫通する貫通孔を形成し、該貫通孔に上記カッタビットを地山側に突出可能に、かつ、地山側とは反対側の開口から引き抜けるようにスライド自在に設け、上記球体に、球体から反力をとって上記カッタビットをスライドさせる駆動手段を設け、上記球面受座に、上記球体を所定角度回動させたとき上記貫通孔の地山側開口を塞ぐ蓋面部を形成したことを特徴とする球体式ビット。
【請求項２】
上記駆動手段は、上記貫通孔の地山側開口とは反対側の開口に臨んで設けられるセンターホールジャッキを備える請求項１記載の球体式ビット。
【請求項３】
上記球体には、上記球面受座の孔と貫通孔とが連通されたとき球体の回動を止める第１角度ストッパが設けられると共に、上記貫通孔の地山側開口が上記蓋面部に塞がれたとき球体の回動を止める第２角度ストッパが設けられる請求項１又は２記載の球体式ビット。
【請求項４】
上記貫通孔は、球面受座の孔より大きな非円形に形成されると共に、地山側開口を球面受座の孔と同径の円形に形成してなる小孔部を有し、上記カッタビットは、上記貫通孔に液密に摺接されるピストン部と、該ピストン部から地山側に延出すると共に上記小孔部より小径に形成され、小孔部に挿抜される小径部と、該小径部から地山側に延出して設けられる板状のビット本体部とを備える請求項１〜３いずれかに記載の球体式ビット。
【請求項５】
上記球体内のカッタビットを地山側に突出させるとき、上記球面受座の孔又は上記小孔部と、上記ビット本体部との隙間を埋めるようにビット本体部を覆う蓋部材を備えた請求項４記載の球体式ビット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機のカッタ本体に設けられカッタビットを交換可能にする球体式ビットに関する。
【背景技術】
【０００２】
球体式ビットとしては、特許文献１記載のものが知られている。この球体式ビットは、シールド掘進機のカッタフレームに地山側に露出して設けられ地山側に貫通する孔を有する球面受座と、球面受座に回動自在に設けられ凹部を有する球体と、凹部内に出没自在に設けられるカッタビットとを備えて構成されており、地山側に突出した状態のカッタビットを凹部内に没入させたのち、球体を１８０°反転させることで凹部の開口をカッタフレーム内に位置させ、カッタビットを交換できるようになっている。
【０００３】
これによれば、球体式ビットを簡易な構造にできると共にコンパクトにできる。
【０００４】
また、特許文献２には、球体を所定角度回動させてカッタビットを傾斜させ、カッタビットをカッタフレーム内に斜めに引き出して交換する球体式ビットが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】実用新案登録第２５５０４０６号公報
【特許文献２】特許第３１６４７９３号公報
【特許文献３】特許第２５５７１６９号公報
【特許文献４】実公平２−３７９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の球体式ビットは、球体を反転させ、狭小なカッタフレーム内で真後ろにカッタビットを引き出すものであるため、交換作業が容易でないという課題があると共に、球体式ビットの真後ろにカッタビットを引き出すための空間を確保しなければならないという課題があった。
【０００７】
また、特許文献２記載の球体式ビットは、カッタビットの後部を球体から延出させ、この後部をカッタフレームに取り付けてカッタビットを固定するものであるため、特許文献１と同様に球体式ビットの真後ろにカッタビットを固定するための空間が必要であると共に、特許文献１記載の球体式ビット程コンパクトにできるものではないという課題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、カッタビットの交換を容易にできると共に、狭小なカッタ本体に設置できる球体式ビットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、シールド掘進機のカッタ本体に地山側に露出して設けられ地山側に貫通する孔を有する球面受座と、該球面受座に回動自在に設けられた球体と、該球体内に出没自在に設けられ交換可能に形成されるカッタビットとを備えた球体式ビットにおいて、上記球体に、直径方向に貫通する貫通孔を形成し、該貫通孔に上記カッタビットを地山側に突出可能に、かつ、地山側とは反対側の開口から引き抜けるようにスライド自在に設け、上記球体に、球体から反力をとって上記カッタビットをスライドさせる駆動手段を設け、上記球面受座に、上記球体を所定角度回動させたとき上記貫通孔の地山側開口を塞ぐ蓋面部を形成したものである。
【００１０】
上記駆動手段は、上記貫通孔の地山側開口とは反対側の開口に臨んで設けられるセンターホールジャッキを備えるとよい。
【００１１】
上記球体には、上記球面受座の孔と貫通孔とが連通されたとき球体の回動を止める第１角度ストッパが設けられると共に、上記貫通孔の地山側開口が上記蓋面部に塞がれたとき球体の回動を止める第２角度ストッパが設けられるとよい。
【００１２】
上記貫通孔は、球面受座の孔より大径の非円形に形成されると共に、地山側開口を球面受座の孔と同径の円形に形成してなる小孔部を有し、上記カッタビットは、上記貫通孔に液密に摺接されるピストン部と、該ピストン部から地山側に延出すると共に上記小孔部より小径に形成され、小孔部に挿抜される小径部と、該小径部から地山側に延出して設けられる板状のビット本体部とを備えるとよい。
【００１３】
上記球体内のカッタビットを地山側に突出させるとき、上記球面受座の孔又は上記小孔部と、上記ビット本体部との隙間を埋めるようにビット本体部を覆う蓋部材を備えるとよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、カッタビットの交換を容易にできると共に、狭小なカッタ本体に設置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好適実施の形態を添付図面を用いて説明する。
【００１６】
図１０及び図１１に示すように、球体式ビット１は、シールド掘進機２のカッタ本体３、具体的にはカッタスポーク４に複数整列して設けられている。図１に示すように、球体式ビット１は、カッタ本体３に地山５側に露出して設けられ地山５側に貫通する孔６を有する球面受座７と、球面受座７に回動自在に設けられ直径方向に貫通する貫通孔８を有する球体９と、球体９の貫通孔８内に出没自在に設けられ交換可能に形成されるカッタビット１０とを備えて構成されている。
【００１７】
球面受座７は、略お椀状に形成されると共に、カッタスポーク４の回動中心側よりも回動先端側の球体受面積が大きくなるように傾けて形成されている。これにより、球面受座７には、球体９を所定角度回動させたとき貫通孔８の地山５側開口を塞ぐ蓋面部１１がカッタスポーク４の回動先端側に形成されるようになっている。また、球面受座７の受面には、孔６の周りを囲む第１シール１２と、外縁に沿う第２シール１３とが設けられており、これら第１シール１２と第２シール１３との間に形成される蓋面部１１を液密にシールするようになっている。図２及び図４に示すように、カッタスポーク４の回動方向側に位置される球面受座７の両側には、球体９を回動軸１４を介して枢支するための軸受け部１５が形成されている。回動軸１４は、球体９の両側にそれぞれ球体９と一体に回動するように取り付けられると共に軸受け部１５に回転自在に支持されている。また、回動軸１４は、それぞれ軸受け部１５からさらに側方に延びて形成されており、回動軸１４の延出端には、回動軸１４の回動角度を調節するための角度調節機構１６が設けられている。角度調節機構１６は、回動軸１４と一体に回動するように回動軸１４に設けられ回動軸１４の径方向に延びるレバー部材１７と、レバー部材１７の先端に出没自在に設けられ先端をカッタスポーク４の地山５側の内面に当接されるジャッキ部材１８とからなる。レバー部材１７は、互いに回動軸１４から反対方向に延びるように設けられており、ジャッキ部材１８をそれぞれカッタスポーク４に当接させることで回動位置を固定されるようになっている。ジャッキ部材１８は、具体的には、レバー部材１７に螺合されるボルトからなる。
【００１８】
図１に示すように、球体９の貫通孔８は、その大部分を球面受座７の孔６より大きな長円形に形成されており、カッタビット１０の外周面に当接することでカッタビット１０が貫通孔８の軸回りに回転するのを防ぐようになっている。また、貫通孔８は、その大部分を占める長円形の貫通孔本体部３８の前方に、地山５側の開口を球面受座７の孔６と同径の円形に形成してなる小孔部１９を有し、カッタビット１０の地山５側への突出を規制すると共に、蓋面部１１で塞ぐべき開口の面積を小さくし、球面受座７の小型化に寄与するようになっている。貫通孔本体部３８と小孔部１９との間には、径方向に沿う平面状に形成され後述するカッタビット１０のピストン部３１に当接される当接面部３９と、当接面部３９の内周端に形成される角を面取りしてなる面取り部Ｃとが形成されている。
【００１９】
また、球体９には、球面受座７の孔６と貫通孔８とが連通されたとき球面受座７に当接して球体９の回動を止める第１角度ストッパ２０が設けられると共に、貫通孔８の地山５側開口が蓋面部１１に塞がれたとき球面受座７に当接して球体９の回動を止める第２角度ストッパ２１が設けられている。
【００２０】
図１及び図２に示すように、球体９には、カッタビット１０が地山５側に突出されたときカッタビット１０の位置を固定するためのビット固定機構２２が設けられている。ビット固定機構２２は、球体９の地山５側とは反対側の端に貫通孔８の延長線上に重ねて設けられるフレーム部材２３と、フレーム部材２３に地山５側に延びて螺合されカッタビット１０の背面に当接される複数のスラスト固定ボルト２４とからなる。フレーム部材２３は、貫通孔８を塞ぐ円盤状に形成されており、球体９にボルト２５にて着脱自在に設けられている。また、フレーム部材２３には、カッタビット１０を移動させるときにその移動に応じて球体９内の空気を流出入させるための抜きタップ２６が設けられている。スラスト固定ボルト２４は、地山５からの圧力に対抗してカッタビット１０を受圧支持するものであり、特にカッタビット１０の中心から離れた複数の点を分散して押圧するようになっている。これにより、カッタビット１０に局所に偏って力が作用した場合であっても強固にカッタビット１０を固定しておくことができるようになっている。スラスト固定ボルト２４は、カッタビット１０に当接される先端側をねじのない小径の棒状に形成されており、フレーム部材２３に着脱するときの回転量を必要最小限にされると共に、フレーム部材２３から必要以上に突出された状態での作業を防ぐようにされている。
【００２１】
また、球体９には、球体９から反力をとってカッタビット１０をスライドさせるための駆動手段２７が設けられている。駆動手段２７は、ビット固定機構２２と兼用されるフレーム部材２３、すなわち、貫通孔８の地山５側開口とは反対側の開口に臨んで球体９に設けられるフレーム部材２３と、フレーム部材２３に設けられカッタビット１０を貫通孔８に沿って移動させるセンターホールジャッキ２８とからなる。センターホールジャッキ２８は、筒状に形成されたシリンダ部２９と、シリンダ部２９に挿通されると共に一端をカッタビット１０に着脱自在に取り付けられるロッド部３０とからなる。ロッド部３０は、油圧を供給されることで軸方向に駆動されるようになっており、カッタビット１０がカッタスポーク４から突出された状態のとき球体９とシリンダ部２９との中に殆ど没入された状態になるように形成されている。
【００２２】
図１及び図３に示すように、カッタビット１０は、貫通孔８に液密に摺接されるピストン部３１と、ピストン部３１から地山５側に延出すると共に小孔部１９より小径に形成される小径部３２と、小径部３２から地山５側に延出して設けられるビット本体部３３とを備えて構成されており、貫通孔８に地山５側に突出可能に、かつ、地山５側とは反対側の開口から引き抜けるようにスライド自在に設けられている。ピストン部３１は貫通孔８の断面形状と同じ長円形に形成されており、外周全周に第３シール３４を設けられている。小径部３２は、カッタビット１０の移動により小孔部１９に挿抜されるようになっており、地山５側からカッタビット１０を後退させるとき、土砂噛み込みの可能性がある範囲を球面受座７の孔６と小孔部１９とに限り、土砂噛み込み時の負荷を小さくすると共に、球面受座７の孔６と小孔部１９とを通過した時に噛み込みを解消するようになっている。ビット本体部３３は、小径部３２と一体に形成されるシャンク３５と、シャンク３５の先端に設けられる超硬チップ３６とからなり、略板状に形成されている。
【００２３】
図８に示すように、球体式ビット１は、球体９内から地山５側にカッタビット１０を突出させるとき、球面受座７の孔６又は小孔部１９と、ビット本体部３３との隙間を埋めるようにビット本体部３３を覆う蓋部材３７を備える。蓋部材３７は、球体９内から地山５側にカッタビット１０を突出させるとき球体９内に土砂が流入するのを防ぐために一時的にカッタビット１０に取り付けるものであり、小径部３２と略同径のキャップ状に形成されている。これにより、蓋部材３７は、上記隙間を液密に塞ぐことができると共に、土砂掘削時に容易に破断してビット本体部３３を露出できるようになっている。
【００２４】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００２５】
土砂を掘削して摩耗したカッタビット１０を交換する場合、図１０に示すように、カッタ本体３の駆動を止めた後、カッタスポーク４内に作業員が入り、カッタスポーク４に設けられたそれぞれの球体式ビット１のカッタビット１０を交換する。
【００２６】
球体式ビット１から摩耗したカッタビット１０を取り外す場合、図１に示すセンターホールジャッキ２８に油圧を供給して地山５からの力をセンターホールジャッキ２８で受けつつ、ビット固定機構２２のスラスト固定ボルト２４を緩めて取り外す。この後、図５に示すようにセンターホールジャッキ２８のロッド部３０を球体９内から引き出すように駆動させ、カッタビット１０を球体９内に没入させる。このとき、小径部３２と球面受座７の孔６との隙間及び小径部３２と小孔部１９との隙間から球体９内に土砂が流入することとなるが、ピストン部３１と貫通孔８との隙間は第３シール３４により前後に仕切られると共に、第３シール３４前方に形成されるピストン部３１と貫通孔８との隙間の長さは僅かであり、土砂が噛み込む可能性のある範囲は狭い範囲に限られる。このため、センターホールジャッキ２８の力で確実に球体９内にカッタビット１０を引き込むことができる。
【００２７】
このようにして球体９内にカッタビット１０を引き込んだら、図６に示すようにセンターホールジャッキ２８をカッタ本体３の回動中心側に傾けるように球体９を回動させる。第２角度ストッパ２１が球面受座７に当たることで球体９の回動は止まり、貫通孔８の地山５側の開口が球面受座７の蓋面部１１に重ね合わされて液密に塞がれる。
【００２８】
この後、図７に示すように、球体９からフレーム部材２３を取り外すと共に、センターホールジャッキ２８のロッド部３０からカッタビット１０を取り外す。このとき、センターホールジャッキ２８とカッタビット１０はカッタ本体３の回動中心側に傾いているため、狭小なカッタスポーク４内においても容易に球体９からカッタビット１０を引き抜くことができる。また、貫通孔８は球面受座７の蓋面部１１によって液密に塞がれているため、球体９内に新たに土砂が流入することはなく、作業を極めて容易になし得る。
【００２９】
このようにして摩耗したカッタビット１０を取り外したらセンターホールジャッキ２８のロッド部３０に新たなカッタビット１０を装着すると共に、カッタビット１０に蓋部材３７を装着し、球体９の貫通孔８内にカッタビット１０を挿入し、球体９にフレーム部材２３を取り付ける。これにより、球体９の小孔部１９は蓋部材３７によって液密に塞がれた状態となる。なお、球体９にカッタビット１０を挿入するときは予め球体９内面に付着した土砂を拭く等して除去しておき、球体９とカッタビット１０との間に土砂を噛み込まないようにしておく。この後、図８に示すように、第１角度ストッパ２０が球面受座７に当接するまで球体９を回動させ、カッタビット１０を地山５側に突出させる。このとき、小孔部１９は蓋部材３７によって液密に塞がれているため、球体９内に土砂が流入することはなく、万一、多少の土砂混入があっても面取り部Ｃにて土砂を逃がし、ピストン部３１の前面と球体９との密着の妨げにならないよう配慮する。なお、図５に示すように、面取り部Ｃは貫通孔本体部３８と小孔部１９との間の一部（内周側）に形成するものとしたが、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、面取り部Ｃ１は貫通孔本体部４０と小孔部４１の間の全体に形成してもよい。この場合、地山側にカッタビット４２を突出させたとき面取り部Ｃ１と重なり合うテーパー面４３をピストン部４４に形成すると共に、貫通孔４５内に浸入した土砂を逃がすための凹状の段部４６をピストン部４４のテーパー面４３に臨む位置に形成するとよい。土砂が球体４７とピストン部４４との間に噛み込まれるのを良好に防ぐことができる。
【００３０】
カッタビット１０が地山５側に完全に突出されたら、図１に示すように、ビット固定機構２２のスラスト固定ボルト２４にてカッタビット１０を固定する。これにより、センターホールジャッキ２８のロッド部３０は再び球体９内に没入され、カッタスポーク４内の作業空間が広くなる。また、ビット固定機構２２でカッタビット１０を固定した後は、センターホールジャッキ２８の力は必要なく、センターホールジャッキ２８への油圧供給を止めることができる。
【００３１】
このように、球体９に、直径方向に貫通する貫通孔８を形成し、貫通孔８にカッタビット１０を地山５側に突出可能に、かつ、地山５側とは反対側の開口から引き抜けるようにスライド自在に設け、球体９に、球体９から反力をとってカッタビット１０をスライドさせる駆動手段２７を設け、球面受座７に、球体９を所定角度回動させたとき貫通孔８の地山５側開口を塞ぐ蓋面部１１を形成して球体式ビット１を構成するものとしたため、球体９からカッタビット１０を取り外すとき作業員はカッタ本体３の回動中心側に位置してカッタビット１０を手前に引き抜けばよく、手を引き寄せるように腕を縮めるという自然な動作で容易にカッタビット１０を取り外すことができ、球体９にカッタビット１０を取り付けるときは逆に腕を頭上に向けて伸ばすという自然な動作でカッタビット１０を取り付けることができ、カッタビット１０の交換作業を容易にできる。また、カッタビット１０は球体９に斜めに抜き差しするものであるため、球体式ビット１の後方には作業員が移動できる程度のスペースがあればよく、特許文献１〜３記載の球体式ビットでは設置できない狭小なカッタスポーク４にも設置できる。
【００３２】
駆動手段２７は、貫通孔８の地山５側開口とは反対側の開口に臨んで設けられるセンターホールジャッキ２８を備えるものとしたため、テレスコピック状の油圧ジャッキ（図示せず）よりもシリンダ部２９を短く形成できる。また、センターホールジャッキ２８は、カッタビット１０が地山５側に突出している通常の状態であるとき、ロッド部３０を球体９とシリンダ部２９の中に没入させておくことができ、球体式ビット１の後方空間を無駄なく利用することができる。また、球体９からカッタビット１０を出没させる場合、特許文献１記載のハンドル式では作業空間が狭いために力が入り難いにくく、作業が困難なケースも考えられるが、センターホールジャッキ２８を用いることで作業を容易にできる。
【００３３】
球体９には、球面受座７の孔６と貫通孔８とが連通されたとき球体９の回動を止める第１角度ストッパ２０が設けられると共に、貫通孔８の地山５側開口が蓋面部１１に塞がれたとき球体９の回動を止める第２角度ストッパ２１が設けられるものとしたため、球体９からカッタビット１０を抜き取るときの球体９の角度調節を極めて容易になし得ると共に、球体９から地山５側にカッタビット１０を突出させるときの球体９の角度調節を極めて容易になし得、作業効率を高めることができる。
【００３４】
貫通孔８は、球面受座７の孔６より大きな長円形に形成されると共に、地山５側開口を球面受座７の孔６と同径の円形に形成してなる小孔部１９を有し、カッタビット１０は、貫通孔８に液密に摺接されるピストン部３１と、ピストン部３１から地山５側に延出すると共に小孔部１９より小径に形成され、小孔部１９に挿抜される小径部３２と、小径部３２から地山５側に延出して設けられる板状のビット本体部３３とを備えるものとしたため、地山５側にカッタビット１０を突出させて支持するとき、カッタビット１０を安定して支持でき、球体９内にカッタビット１０を没入させるとき、球体９とカッタビット１０の接触面積を小さくすることで球体９とカッタビット１０との間に大量の土砂が噛み込まれるのを防ぐことができ、カッタビット１０の回収作業を容易に安定してできる。また、カッタビット１０を地山５側に突出させている状態では球体９の球面は地山５側に殆ど露出されないため、特許文献２記載の球体式ビットのように球体９の球面が摩耗することはなく、球体９と球面受座７との間のシール性能が落ちるのを防ぐことができる。
【００３５】
球体９内のカッタビット１０を地山５側に突出させるとき、球面受座７の孔６又は小孔部１９と、ビット本体部３３との隙間を埋めるようにビット本体部３３を覆う蓋部材３７を備えたため、球体９から地山５側にカッタビット１０を突出させるとき、球体９内に土砂が流入するのを防いで球体９内に土砂が詰まるのを防ぐことができ、カッタビット１０を確実に地山側に突出させることができる。
【００３６】
なお、球体式ビット１はカッタスポーク４に設けるものとしたが、これに限るものではない。カッタ本体３のいずれの位置に設けてもよい。ただし、カッタスポーク４以外の位置に設ける場合、カッタ本体３の背面側に別途作業空間（図示せず）を形成し、この作業空間内でビット交換作業を行うようにするとよい。
【００３７】
また、貫通孔８は長円形に形成するものとしたが、これに限るものではない。カッタビット１０の回転を防止できる形状であればよく、非円形であれば他の形状であってもよい。
【００３８】
また、第１角度ストッパ２０及び第２角度ストッパ２１は、球面受座７に当接して球体９の回動を止めるものとしたが、カッタスポーク４等、他の固定系に当接して球体９の回動を止めるものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す球体式ビットの側断面図である。
【図２】図１の背面図である。
【図３】図１の正面図である。
【図４】球体式ビットの側面図である。
【図５】球体内にカッタビットを没入させた球体式ビットの側断面図である。
【図６】球体とカッタビットを傾動させた球体式ビットの側断面図である。
【図７】球体からカッタビットを取り外す状態の球体式ビットの側断面図である。
【図８】球体からカッタビットを突出させるときの球体式ビットの側断面図である。
【図９】他の実施の形態を示す球体式ビットの側断面図であり、（ａ）はカッタビットが球体内に没入された状態を示し、（ｂ）はカッタビットが球体から突出された状態を示す。
【図１０】球体式ビットを備えたシールド掘進機の側断面図である。
【図１１】図１０の概略正面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  球体式ビット
２  シールド掘進機
３  カッタ本体
５  地山
６  孔
７  球面受座
８  貫通孔
９  球体
１０  カッタビット
１１  蓋面部
１９  小孔部
２０  第１角度ストッパ
２１  第２角度ストッパ
２７  駆動手段
２８  センターホールジャッキ
３１  ピストン部
３２  小径部
３３  ビット本体部
３７  蓋部材
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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