(57)【要約】【課題】現場打ち杭工法におけるドリルパイプの端部に、回転トルク伝達用のカップリングを設けて上下のパイプをワンタッチで着脱できるようにしたドリルパイプを提供する。【解決手段】ドリルパイプ本体の外周をほぼ４等分する幅を有し、かつパイプ本体のほぼ長手方向全長にわたる角形外套１６を固着し、各角形外套の上端をドリルパイプ本体より所定長さ突出させて継ぎ手用係合凸部２７を形成させると共に、各角形外套１６の下端をドリルパイプ本体下端より所定長さ短くして係合用の凹部２６を形成させ、かつ上端近くにおける角形外套間にクランプ先端の係合穴３１を形成する一方、外筒下端に近くにおける角形外套間にクランプ先端の係合穴３１に係合するよう付勢されたクランプ３０を設ける。クランプ３０の係合により上下に配したドリルパイプの正逆回転方向と上下方向の連結をワンタッチで行う。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現場打ち杭工法における杭孔掘削時に上下に配したドリルパイプを連結するようにしたドリルパイプであって、ドリルパイプの一端に肉厚のカラーを固着して継ぎ手用凹部を形成させると共に他端に凸部を設け、掘削時に上下に連結するドリルパイプをワンタッチで着脱するようにしたことを特徴とする掘削装置のドリルパイプ。
【請求項２】
前記掘削装置における回転テーブルに正方形穴を形成させる一方、前記ドリルパイプ本体の外周数箇所における長手方向のほぼ全長に前記回転テーブルの正方形穴に挿合しうる角形外套を設け、かつドリルパイプ本体の上端周壁と下端周壁とに互いに係する継ぎ手を設けて、上下に配したドリルパイプの回転方向と上下方向の連結をワンタッチで行うようにした請求項１に記載の掘削装置のドリルパイプ。
【請求項３】
前記継ぎ手は、ドリルパイプ本体の上端周壁の数箇所に設けたバヨネット継ぎ手式の凹部と、ドリルパイプ本体の下端周壁に前記凹部に係合しうる数個の凸部とから構成され、前記継ぎ手部にはドリルパイプの正逆回転に対応できる部材又は取外し可能なカイモノを嵌着している請求項１または２に記載の掘削装置のドリルパイプ。
【請求項４】
前記掘削装置における回転テーブルにドリルパイプ挿合用の正方形穴を形成させる一方、前記ドリルパイプ本体外周には、前記正方形穴に挿合しうるよう当該パイプ本体外周をほぼ４等分する幅を有し、かつパイプ本体のほぼ長手方向全長にわたる角形外套を固着して、前記回転テーブルの回転トルクが伝達されるようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の掘削装置のドリルパイプ。
【請求項５】
前記ドリルパイプ本体外周に、該パイプ本体外周をほぼ複数等分する幅を有し、かつパイプ本体のほぼ長手方向全長にわたる角形外套を固着し、各角形外套の上下端に継手用の切り欠き周面部又は噛み合い凹凸部を形成し、該下端切り欠き平坦部にフックスプリングを取付けると共に、上端切り欠き平坦部にはドリルパイプの連結時に前記フックスプリングを掛け止める突起を設けたことを特徴とする請求項４に記載の掘削装置のドリルパイプ。
【請求項６】
前記ドリルパイプ本体の上端にカラーを固着し、該カラーの上縁円周に沿って多数の継ぎ手用凹凸部を形成すると共に、ドリルパイプ本体の下部周壁に前記凹部に係合しうる多数の突起を形成させ、前記ドリルパイプ本体外周に、該パイプ本体外周をほぼ４等分する幅を有し、かつパイプ本体の長手方向ほぼ全長にわたる角形外套を固着し、各角形外套の上下端中央に切り欠き周面部を形成し、前記下端切り欠き平坦部にクランプを取付けると共に前記上端切り欠き周面部にはドリルパイプの連結時に前記クランプを掛け止める係合孔を設け、さらに隣接する前記角形外套間で形成される隅空間のドリルパイプ長手方向にエアリフトパイプを添設したことを特徴とする請求項４または５に記載の掘削装置のドリルパイプ。
【請求項７】
ドリルパイプ本体の外周をほぼ４等分する幅を有し、かつパイプ本体のほぼ長手方向全長にわたる角形外套を固着し、各角形外套の上端をドリルパイプ本体より所定長さ突出させて継ぎ手用係合凸部または係合凹部を形成させると共に、各角形外套の下端をドリルパイプ本体下端より所定長さ短くして前記角形外套上端側の係合凸部または係合凹部に挿合させるための係合凹部または係合凸部を形成させ、かつ前記外套上端近くにおける角形外套間にクランプ受けを形成する一方、外筒下端に近くにおける角形外套間に前記クランプ受けに係合するよう付勢されたクランプを設けて、上下に配したドリルパイプの正逆回転方向と上下方向の連結をワンタッチで行うようにしたことを特徴とする請求項５又は６に記載の掘削装置のドリルパイプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削装置に用いるドリルパイプの端部に、回転トルク伝達用のカップリングを設けて上下のドリルパイプを着脱自在に連結するようにしたドリルパイプまたはドリリングロッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
場所打ち杭工法は、施工現場で特殊な機械を用いて孔をあけて、鉄筋かご又は芯材を建込みコンクリート又はモルタルを打設する工法であり、ベノト工法、アースドリル工法、リバース工法などがある。ベノト工法は振動させながらケーシングチューブ（鋼管）を圧入し、ハンマグラブなどによりチューブ内の土砂を排土し所定の深さまで掘削したのち、鉄筋かごを建込んでコンクリートを打設するものであるが、機械設備が大規模な上に振動させながらケーシングチューブを圧入させるため都市部での施工に不向きな工法とされている。アースドリル工法は回転バケットに刃を付けて掘削し、排土はバケットを用いて地上に引き上げる。リバース工法はリバースサーキュレーションドリルで掘削し、産出したスライムを泥水と共にビット先端から吸い上げて排除する。
【０００３】
狭隘な施工場所や制限空間高さでの施工条件下では、ロータリーボーリング工法（ＢＨ工法）、リバース工法の改良としてトップドライブリバース工法（ＴＢＨ工法）が盛んに採用されている。
ロータリーボーリング工法は、ＢＨ（Ｂｏｒｉｎｇ  Ｈｏｌｅ）工法ともよばれ、２２ｋｗ級以上の動力を持つボーリングマシンを使用し、ボーリングロッドの先端に取り付けた掘削用ビットを回転させて掘削を行う。掘削は安定液をグラウトポンプによりビット先端へ送り、正循環による上昇水流によって掘削土砂を孔口に運び、孔口に設置したサイドポンプで排出する。掘削終了の後、スライム処理を行い、場所打ちコンクリート杭の造成は鉄筋電を建て込み、コンクリート打設して杭を築造する。またコンクリート杭や鋼管杭、Ｈ鋼を建て込み、モルタル注入を行って埋め込み杭を造成する。
この工法は施工機械が小型のため狭い敷地での施工が可能であることが大きな特徴であり、既存の杭掘削工法の中で最もコンパクトである。さらに、▲１▼狭い敷地での施工が可能。▲２▼屋内等の作業高さが低い場合でも施工可能。▲３▼機械が軽くて小型のため狭い道路でも搬入できる。▲４▼機械の組立解体に大型重機を必要としない。▲５▼施工時の騒音振動が非常に少ない、という利点がある。
【０００４】
また、専用掘削機開発前は、従来のボーリングマシンに大径（φ９０ｍｍ又は１５０ｍｍ）のスピンドルを取付けて、ＢＨリバース工法して施工を行っていたが、その後トップドライブ方式のリバースマシンによるトップドライブリバース工法（ＴＢＨ工法）が開発され、大口径の掘削もリバース掘削方式により、より速く掘削できるようになった。また、正循環掘削工法で問題があったスライムの沈殿も、この工法の開発でより確実に管理・施工できるようになった。
近年では、立体交差工事、地震対策補強杭工事、橋脚補強杭工事、高架工事、地下高速道路出入口中間支持杭工事などが盛んであり、既存の構造物下での作業空頭の低い狭隘な条件の工事で多用されている。掘削安定液循環方式が、ＢＨ工法と違うのみで、他作業については、施工要領・管理は共通であるが、▲１▼狭い敷地での施工が可能。▲２▼屋内等の作業高さが低い場合でも施工可能。▲３▼機械が軽くて小型のため狭い道路でも搬入できる。▲４▼機械の組立解体に大型重機を必要としない。▲５▼施工時の騒音振動が非常に少ない。▲６▼孔底のスライム処理が確実にできる。▲７▼トロコイドビットを使用することにより玉石、軟岩層の掘削が可能。▲８▼大口径の掘削が可能である（最大径２，０００ｍｍ）ので、軟弱地盤の掘削も問題なく施工できる、という特徴を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ドリルパイプまたはドリリングロッドの連結部で、強力な正逆回転させ、トルクで伝達するため肉厚なカップリングを装着しているのがポイントです。その肉厚のカップリングに挿入（差し込む）用の溝を取り、一方の受け側の円形鋼管の外周に取付けたキー（トルク伝達用）を装着しドッキングする。
また、本発明では、四角の穴を有する回転テーブルでドリリングロッドを回転させ、トルクを伝達するため、円形型のカップリング部分に角形の形状を得るため、パイプの主要部分の四角状をなす平面と一致させる面を得るため平鋼を取り付けてある。
【０００６】
トップドライブ式にて掘削する場合には、回転テーブルにてロッドを回転させ、トルクを伝達する必要がなく、円形ドリルパイプとジョイント部は肉厚カップリングを使用すれば良いので、全体に円筒状になる。ワンタッチジョイントの役割は、▲１▼着脱作業を簡単化する、▲２▼シール性確保、▲３▼回転トルクの伝達、▲４▼正逆回転に対応させる、▲５▼ビットに必要な荷重を伝達することにある。
しかし、上記工法におけるパイプは上下連結時の着脱作業が複雑で、人力による作業でシール性確保や回転トルクの伝達が不充分であった。そこで、本発明はパイプの端部に、回転トルク伝達用のカップリングを設けて上下のパイプを着脱自在に連結するようにしたドリルパイプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、現場打ち杭工法における杭孔掘削時に上下に配したドリルパイプを連結するようにしたドリルパイプであって、ドリルパイプの一端に肉厚のカラーを固着して継ぎ手用凹部を形成させると共に他端に凸部を設け、掘削時に上下に連結するドリルパイプをワンタッチで着脱するようにしたことを特徴とする。
請求項２は、前記掘削装置における回転テーブルに正方形穴を形成させる一方、前記ドリルパイプ本体の外周数箇所における長手方向のほぼ全長に前記回転テーブルの角穴に係合する角形外套を設け、かつドリルパイプ本体の上端周壁と下端周壁とに互いに係合する継ぎ手を設けて、上下に配したドリルパイプの回転方向と上下方向の連結をワンタッチで行うようにした請求項１に記載の掘削装置のドリルパイプである。
【０００８】
請求項３の継ぎ手は、ドリルパイプ本体の上端周壁の数箇所に設けたバヨネット継ぎ手式の凹部と、ドリルパイプ本体の下端周壁に前記凹部に係合しうる数個の凸部とから構成され、前記継ぎ手部にはドリルパイプの正逆回転に対応できる部材又は取外し可能なカイモノを嵌着していることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、前記掘削装置における回転テーブルにドリルパイプ挿合用の正方形穴を形成させる一方、前記ドリルパイプ本体外周には、前記正方形穴に挿合しうるよう当該パイプ本体外周をほぼ４等分する幅を有し、かつパイプ本体のほぼ長手方向全長にわたる角形外套を固着して、前記回転テーブルの回転トルクが伝達されるようにしたことを特徴とするドリルパイプである。
【０００９】
請求項５は、前記ドリルパイプ本体外周に、該パイプ本体外周をほぼ複数等分する幅を有し、かつパイプ本体のほぼ長手方向全長にわたる角形外套を固着し、各角形外套の上下端に継手用の切り欠き周面部又は噛み合い凹凸部を形成し、該下端切り欠き平坦部にフックスプリングを取付けると共に、上端切り欠き平坦部にはドリルパイプの連結時に前記フックスプリングを掛け止める突起を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項６は、前記ドリルパイプ本体の上端にカラーを固着し、該カラーの上縁円周に沿って多数の継ぎ手用凹凸部を形成すると共に、ドリルパイプ本体の下部周壁に前記凹部に係合しうる多数の突起を形成させ、前記ドリルパイプ本体外周に、該パイプ本体外周をほぼ４等分する幅を有し、かつパイプ本体の長手方向ほぼ全長にわたる角形外套を固着し、各角形外套の上下端中央に切り欠き周面部を形成し、前記下端切り欠き平坦部にクランプを取付けると共に前記上端切り欠き周面部にはドリルパイプの連結時に前記クランプを掛け止める係合孔を設け、さらに隣接する前記角形外套間で形成される隅空間のドリルパイプ長手方向にエアリフトパイプを添設したことを特徴とする。
【００１１】
請求項７は、ドリルパイプ本体の外周をほぼ４等分する幅を有し、かつパイプ本体のほぼ長手方向全長にわたる角形外套を固着し、各角形外套の上端をドリルパイプ本体より所定長さ突出させて継ぎ手用係合凸部または係合凹部を形成させると共に、各角形外套の下端をドリルパイプ本体下端より所定長さ短くして前記角形外套上端側の係合凸部または係合凹部に挿合させるための係合凹部または係合凸部を形成させ、かつ前記外套上端近くにおける角形外套間にクランプ受けを形成する一方、外筒下端に近くにおける角形外套間に前記クランプ受けに係合するよう付勢されたクランプを設けて、上下に配したドリルパイプの正逆回転方向と上下方向の連結をワンタッチで行うようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の態様】
本発明を実施する際には、掘削機械のヘッドに昇降自在に保持したドリルパイプを、マシン前部のグランドレベルに配置した回転テーブル（図示省略）に挿通し、ドリルパイプ内に安定液を圧送しながら先端ビットにより地盤を掘削すると共に、産出したスライムを泥水と共にビット先端から吸い上げて排除するものであるが、正循環又は逆循環の何れの方式も適用できる。また、掘削深度が深い場合は、エアリフト方式による掘削も可能である。
ドリルパイプ（ドリリングロッド）の連結部には、強力な正逆回転させトルクを伝達させるため鋼管カップリングを装着させる。すなわち、図について後述するように、ドリルパイプの一方に装着した比較的厚肉の鋼管カップリング（例えば、外径２４０ｍｍのドリルパイプのときカップリング肉厚３５〜４０ｍｍ）の先端に複数の溝又は凹部を形成すると共に、カップリングを装着しないパイプの受け側外周にキー又は凸部を設け、先行させたパイプ連結部受け側のキー又は凸部に、後続させるパイプのカップリング先端の溝又は凹部を、挿入、差込もしくは係合させてワンタッチで連結するものである。ワンタッチ式ジョイントは▲１▼着脱操作が簡単、▲２▼回転トルク伝達、▲３▼回転正逆回転に対応、▲４▼ビットに必要な荷重を伝達する、という役割を果し、さらにカップリングの内壁にシール材（Ｏ−リング）を埋設しておくことにより連結部のシール性を確保できる。
【００１３】
図１は、本発明掘削装置のドリルパイプにおける第１実施形態の一部縦断正面図、図２は、図１の平面図である。
ドリルパイプ１０の上部のフランジ１１にカップリング１３を形成させる。このカップリング１３はフランジの直径方向少なくとも２箇所にバヨネット継ぎ手のである凹部１４を有しており、これに対向してパイプ下端近くの外周には凸部１５を設けている。またドリルパイプの外面には、その外周をほぼ４等分する幅で、かつパイプ本体の長手方向ほぼ全長にわたって併立させた４個の角形外套１６、１６を固着する。
このドリルパイプ１０を用いて掘削するときには、掘削装置における回転テーブルにあけた正方形穴（図示省略）に、ドリルパイプ本体の角形外套１６を挿合して回転する。掘削時に上下に配したドリルパイプを接続する際には、上側パイプを回しながら下端の凸部１４を、下側のパイプ上端の凹部１５に挿入することによりワンタッチで連結でき、逆転しながら上側パイプを上昇させることによって連結を解くことができる。なお、図中、符号１７はエアリフト用パイプである。
【００１４】
図３はドリルパイプの第２実施形態の一部縦断正面図、図４は図３の平面図である。
このドリルパイプは、パイプの一端（上端部外周）に肉厚のカラー１２を固着し、カラーの上縁部分に間隔をあけて数個のバヨネット継ぎ手の凹部１４を形成させ、これに対向してパイプ下端部近くには凸部１５を設けている。ドリルパイプの外面には、図１、２と同様に、その外周をほぼ４等分する幅で、かつパイプ本体の長手方向ほぼ全長にわたって併立させた４個の角形外套１６、１６を固着しており、掘削するときには、掘削装置の回転テーブルにあけた正方形穴に、ドリルパイプ本体の角形外套１６を挿合して回転させる。この場合も、掘削時にドリルパイプを接続する際には、上側パイプを回しながら下端の凸部１４を、下側のパイプ上端の凹部１５に挿入することによりワンタッチで連結でき、逆転しながら上側パイプを上昇させることによって連結を解くことができる。
【００１５】
図５はドリルパイプの第３実施の形態の正面図を示すもので、ドリルパイプ１０の一端（上端部外周）に肉厚のカラー１８を固着して継ぎ手用凹部１４を形成させると共に、他端（下端近くの外周）に凸部１５を設けることは前の実施の形態と同じであるが、角形外套を固着せずドリルパイプ１０のトップで回転させる。なお、この場合には、継ぎ手用凹部１４に凸部１５を挿入させた後、凸部１５の背後にドリルパイプ１０の正逆回転に対応できる部材として取外し可能なカイモノ１９を挟着する。
【００１６】
図６はドリルパイプの第４実施形態の一部破断正面図である。
この例のドリルパイプ１０は本体外周に角形外套１６を固着し、各角形外套の上下にカップリング２０を構成する噛み合い凹凸部２１、２２を形成し、該下部噛み合い凹部２１の近くにフック２３を取付けると共に、上部噛み合い凸部２２にはドリルパイプの連結時に前記フックを掛け止め突起２４を設けている。パイプ連結時には凹凸部２１、２２が互いに噛み合って回転トルクを伝達し、正逆回転にも対応できる。
【００１７】
図７はドリルパイプの第５実施形態の一部破断正面図、図８はクランプの拡大縦断側面図である。ドリルパイプ１０の上端にカラー１２を固着し、該カラー１２の上縁円周に沿って多数の継ぎ手用波型凹部２６を形成させると共に、ドリルパイプ本体の下部周壁に前記凹部２６に係合しうる多数の突起２７を形成させる。ドリルパイプ１０の外周には前と同様、パイプ本体外周をほぼ４等分する幅を有し、かつパイプ本体の長手方向ほぼ全長にわたる４個の角形外套１６、１６を固着する。角形外套の下端中央には切り欠き部２８を形成してクランプ３０を取付けると共に、パイプ上端のカラー１２には、ドリルパイプの連結時に前記クランプ３０の先端２９を掛け止める係合孔３１を設ける。クランプ３０は常時先端２９を閉じる方向に付勢するバネ３２（図８）があり、連結時に上下のパイプを接近させると自動的にクランプ３０の先端が係合孔３１に係合される。なお、パイプの連結を離すために、図示省略の回転テーブルの近傍に、ソレノイド式のクランプ解除手段３８を設けている。また、カラー１２における上段ドリルパイプを連結する内面にＯ−リング３３を埋設して連結部のシール性を保持させている。なお、図８中、符号３０ａはクランプ３０の軸、３８ａはソレノイドのプランジャである。
【００１８】
図９は図７の拡大横断面図で角形外套１６間で形成される隅空間の長手方向にエアリフトパイプ１７が配置されている状態を示す。図１０はエアリフトパイプ１７がジョイント部３５とソケット３６がＯ−リング３７によってシール性を保持していることを示している。なお、図中、符号３９は回転テーブルの角穴である。
【００１９】
図１１はドリルパイプの第６実施形態の正面図、図１２は図１１のパイプ断面を示すもので、（ａ）はａ−ａ線における断面図、（ｂ）ｂ−ｂ線における断面図、（ｃ）ｃ−ｃ線における断面図である。
この例は、ドリルパイプ４０の外周に角形外套１６、１６を固着し、各角形外套１６の上端をドリルパイプ本体より所定長さ突出させて継ぎ手用係合凸部４１または係合凹部４２を形成させたうえ、下端をドリルパイプ本体下端より所定長さ短くして角形外套上端側の係合凸部４１または係合凹部４２に挿合させるための係合凹部４２または係合凸部４１を形成させ、かつ角形外套上端近くにおける角形外套間にクランプ受け４３を形成する一方、外套下端に近くにおける角形外套間に前記クランプ受け４３に係合するよう付勢されたクランプ４４を設けて、上下に配したドリルパイプの正逆回転方向と上下方向の連結をワンタッチで行うようにしたものである。
【００２０】
【発明の効果】
上記のように、本発明はドリルパイプ本体の上端周壁と下端周壁に係合手段を設けて、上下に配したドリルパイプの回転方向と上下方向の連結をワンタッチで行うことができる。また、ワンタッチジョイント部は、正逆回転のトルクを伝達し、ビットに必要な荷重を伝達する上に、安定液が漏れないように、シール性を備えて、掘進作業時に目的を果すものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明掘削装置のドリルパイプにおける第１実施形態の一部縦断正面図。
【図２】図１の平面図。
【図３】ドリルパイプの第２実施形態の一部縦断正面図。
【図４】図３の平面図。
【図５】ドリルパイプの第３実施形態の正面図。
【図６】ドリルパイプの第４実施形態の一部破断正面図。
【図７】ドリルパイプの第５実施形態の一部破断正面図。
【図８】図７におけるクランプの拡大側面図。
【図９】図７の拡大横断面図。
【図１０】図９におけるエアリフトパイプ用ジョイント部の拡大断面図。
【図１１】ドリルパイプの第６実施形態の正面図。
【図１２】図１１のパイプ断面を示すもので、（ａ）はａ−ａ線における断面図、（ｂ）ｂ−ｂ線における断面図、（ｃ）ｃ−ｃ線における断面図である。
【符号の説明】
１０  ドリルパイプ                １１  フランジ
１２  カラー                      １３  カップリング
１４  凸部                        １５  凹部
１６  角形外套                    １７  エアリフト用パイプ
１９  カイモノ                    ２０  カップリング
２１  凹部                        ２２  凸部
２３  フックスプリング            ２４  掛止め突起
２６  波形凹部                    ２７  長円形凸部
２８  凹部                        ２９  クランプ先端
３０  クランプ                    ３１  係合穴
３２  復帰バネ                    ３５  ジョイント部
３６  ソケット                    ３７  Ｏ−リング
３８  ソレノイド                  ３９  回転テーブルの角穴
４０  ドリルパイプ                ４１  凸部
４２  凹部                        ４３  クランプ受け
４４  クランプ
【図１】
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【図２】
2004308195.tif 000004
【図３】
2004308195.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004308195.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004308195.tif 000011
【図１０】
2004308195.tif 000012
【図１１】
2004308195.tif 000013
【図１２】
2004308195.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成15年4月7日(2003.4.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004308195.tif 000015
【図２】
2004308195.tif 000016
【図３】
2004308195.tif 000017
【図４】
2004308195.tif 000018
【図５】
2004308195.tif 000019
【図６】
2004308195.tif 000020
【図７】
2004308195.tif 000021
【図８】
2004308195.tif 000022
【図９】
2004308195.tif 000023
【図１０】
2004308195.tif 000024
【図１１】
2004308195.tif 000025
【図１２】
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