(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端面から他端面に貫通孔が貫通している岩盤に相当する模型試料に対し、前記貫通孔に交差する方向に対し、前記貫通孔に連続する処分孔を作製して埋設環境部材模型の模型試料を作製する装置であり、
前記模型試料を保持する保持部材と、
前記保持部材に保持された前記模型試料の前記貫通孔に貫通して挿入される支持アーム部材と、
前記支持アーム部材の端部を支持する上下支持ガイドと、
前記支持アーム部材に設けられ、前記貫通孔に対して処分孔を掘削する掘削工具と、
前記掘削工具を回転駆動させる回転駆動手段と、
前記掘削工具を掘削方向に移動させる掘削移動手段とを備えた
ことを特徴とする地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置。
【請求項２】
請求項１に記載の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置において、
前記回転駆動手段は、
前記模型試料の前記貫通孔の外側の前記支持アーム部材に設けられる駆動モータと、
前記駆動モータの駆動軸と前記掘削工具の回転軸とを連結する伝達ベルトとを有している
ことを特徴とする地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置において、
前記掘削移動手段は、
前記上下支持ガイドに昇降自在に支持されると共に、前記支持アーム部材が取り付けられ、雌ねじ部が形成された上下ブロックと、
前記上下ブロックの雌ねじ部に螺合し、前記上下支持ガイドに沿って上下に延びて回転自在に支持されるねじロッドと、
前記ねじロッドを回転させることで前記支持アーム部材を昇降させ、前記掘削工具を掘削方向に移動させる
ことを特徴とする地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置。
【請求項４】
請求項３に記載の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置において、
前記上下支持ガイド、前記上下ブロック、前記ねじロッドは、前記支持アーム部材の両端にそれぞれ備えられ、
前記それぞれのねじロッドを連動して回転させるタイミングベルトが備えられている
ことを特徴とする地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置において、
前記掘削工具の先端に掘削水を供給する給水手段を備えた
ことを特徴とする地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物等の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料を作製するための作製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射性廃棄物を地下深部の岩盤中に埋設処分する処分施設が知られている。放射性廃棄物を埋設処分する施設では、放射性廃棄物が容器に密閉されて地中隔離部材とされ、地中隔離部材が地下数百メートルの岩盤に埋設されている。
【０００３】
地中隔離部材は、放射性廃棄物が格納容器に密閉され、格納容器の周囲に難透水層を構築するために、透水性が極めて低いベントナイト系の材料、例えば、ベントナイトの緩衝材、もしくは、ベントナイトと砂を混合した緩衝材で格納容器が包まれて構成されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
地中隔離部材は、廃棄物の発熱による緩衝材や岩盤の変形、地下水の影響、土圧による岩盤の変形等、熱、水、応力の複合的な現象の影響を受けることになる。このため、地中隔離部材は、長年の隔離により埋設環境が変化する。
【０００５】
長期に亘り地中隔離部材を安定して埋設するためには、熱、水、応力の相互作用の影響を考慮して相当の長期に亘り埋設環境の評価を行い地中隔離部材の挙動を評価する必要がある。この場合、模型試料に地中隔離部材を収容して埋設環境部材模型とし、埋設環境部材模型により埋設環境の変化等を評価することが考えられている。
【０００６】
埋設環境部材模型の模型試料としては、処分孔を考慮して土圧計や歪ゲージ等を備えた模型が考えられる。しかし、地中隔離部材は、坑道を伴った処分孔に収容されることがあり、また、坑道を伴った複数の処分孔に収容されることもある。このため、埋設環境部材模型の模型試料としても、坑道を伴った処分孔を模擬した物が必要となる。
【０００７】
処分孔だけを備えた埋設環境部材模型の模型試料を作製する場合、通常のコアドリルを用いて作製することができる。坑道と処分孔を備えた埋設環境部材模型の模型試料を作製する場合は、長尺の坑道に相当する孔と、坑道に直交して連続して設けられる処分孔に相当する孔とを作る必要がある。しかし、埋設環境部材模型の模型試料は小型であり、坑道に相当する孔、処分孔に相当する孔は小径の孔となる。
【０００８】
このため、小径の長い孔と、長い穴に直交して連続して設けられる小径の短い孔とを作製することは非常に困難であり、坑道に相当する孔と処分孔に相当する孔とを備えた埋設環境部材模型の模型試料は容易に実現していないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３―２１１１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、小径の長い孔である坑道に相当する孔と、長い孔に直交して連続して設けられる小径の短い孔である処分孔に相当する孔とを備えた埋設環境部材模型の模型試料が作製できる、地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置は、一端面から他端面に貫通孔が貫通している岩盤に相当する模型試料に対し、前記貫通孔に交差する方向に対し、前記貫通孔に連続する処分孔を作製して埋設環境部材模型の模型試料を作製する装置であり、前記模型試料を保持する保持部材と、前記保持部材に保持された前記模型試料の前記貫通孔に貫通して挿入される支持アーム部材と、前記支持アーム部材の端部を支持する上下支持ガイドと、前記支持アーム部材に設けられ、前記貫通孔に対して処分孔を掘削する掘削工具と、前記掘削工具を回転駆動させる回転駆動手段と、前記掘削工具を掘削方向に移動させる掘削移動手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項１に係る本発明では、模型試料の貫通孔に支持アーム部材を挿入し、掘削工具を回転駆動させて掘削方向に移動させることで、貫通孔に連続する処分孔を掘削することができる。
【００１３】
このため、小径の長い孔である坑道に相当する孔と、長い孔に直交して連続して設けられる小径の短い孔である処分孔に相当する孔とを備えた埋設環境部材模型の模型試料が作製できる。
【００１４】
そして、請求項２に係る本発明の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置は、請求項１に記載の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置において、前記回転駆動手段は、前記模型試料の前記貫通孔の外側の前記支持アーム部材に設けられる駆動モータと、前記駆動モータの駆動軸と前記掘削工具の回転軸とを連結する伝達ベルトとを有していることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る本発明では、模型試料の貫通孔の外側の支持アーム部材に設けられた駆動モータにより、伝達ベルトを介して掘削工具を駆動して処分孔を掘削する。
【００１６】
また、請求項３に係る本発明の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置において、前記掘削移動手段は、前記上下支持ガイドに昇降自在に支持されると共に、前記支持アーム部材が取り付けられ、雌ねじ部が形成された上下ブロックと、前記上下ブロックの雌ねじ部に螺合し、前記上下支持ガイドに沿って上下に延びて回転自在に支持されるねじロッドと、前記ねじロッドを回転させることで前記支持アーム部材を昇降させ、前記掘削工具を掘削方向に移動させることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る本発明では、ねじロッドを回転させることで支持アーム部材を昇降させ、掘削工具を掘削方向に移動させて処分孔を掘削する。
【００１８】
また、請求項４に係る本発明の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置は、請求項３に記載の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置において、前記上下支持ガイド、前記上下ブロック、前記ねじロッドは、前記支持アーム部材の両端にそれぞれ備えられ、前記それぞれのねじロッドを連動して回転させるタイミングベルトが備えられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る本発明では、支持アーム部材の両端にそれぞれ備えられたねじロッドを、タイミングベルトを介して連動して回転させて上下ブロック（上下支持ガイド）を昇降させるので、上下支持ガイドが長尺であってもスムーズに昇降させて掘削工具を掘削方向に移動させる。それぞれ備えられたねじロッドを個別に調整することで、上下支持ガイドの水平状態を調整することができる。
【００２０】
また、請求項５に係る本発明の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置において、前記掘削工具の先端に掘削水を供給する給水手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項５に係る本発明では、給水手段により掘削箇所への給水を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置は、小径の長い孔と、長い穴に直交して連続して設けられる小径の短い孔とを有し、小径の長い孔である坑道に相当する孔と、長い孔に直交して連続して設けられる小径の短い孔である処分孔に相当する孔とを備えた埋設環境部材模型の模型試料を作製することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例に係る地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置の全体構成を表す概略側面図である。
【図２】挙動評価装置の全体構成を説明するための概略側面図である。
【図３】作製装置の全体を表す外観図である。
【図４】作製装置の側面図である。
【図５】図４中のＶ矢視図である。
【図６】図４中のＶＩ-ＶＩ線矢視図である。
【図７】埋設環境部材模型の模型試料を作製する工程説明図である。
【図８】埋設環境部材模型の模型試料を作製する工程説明図である。
【図９】埋設環境部材模型の模型試料を作製する工程説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に基づいて埋設環境部材模型、及び、埋設環境部材模型の模型試料を説明する。
【００２５】
図１（ａ）には埋設環境部材模型を構成する模型試料の外観、図１（ｂ）には埋設環境部材模型の概念を示してある。
【００２６】
本発明の作製装置で作製される地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料は、地中隔離部材が埋設される環境の状態にされた試料、例えば、放射性廃棄物を緩衝材で隔離した試料を埋設するための処分孔を有するものであり、模型試料の処分孔に試料が収容されて埋設環境部材模型が構成される。
【００２７】
埋設環境部材模型１１（図１（ｂ）参照）を構成する模型試料１６には、図１（ａ）に示すように、例えば、直方体状のブロック体で、小径の長い孔１２が形成されている。小径の長い孔１２は坑道に相当する孔に相当する。小径の長い孔１２に直交して連続して小径の短い孔である処分孔１３が形成され、模型試料１６とされている。
【００２８】
処分孔１３には、試料１５（例えば、緩衝材１４で隔離した放射性廃棄物）が収容され、坑道に相当する孔１２は埋戻し土で塞がれる。これにより、埋設環境部材模型１１が構成される。
【００２９】
埋設環境部材模型１１の処分孔１３に緩衝材１４で隔離した試料１５を収容することで、緩衝材１４と試料１５の挙動が把握される。模型試料１６に緩衝材１４と試料１５が収容され、孔１２が埋戻し土で塞がれた埋設環境部材模型１１は、挙動評価装置により、地下数百メートルの環境に相当する応力・環境（圧密、透水現象）が加速して加えられ、埋設環境場での地中隔離部材の長期にわたる挙動が評価される。即ち、坑道の変形や周囲に岩盤部材の状況が加味されて長期にわたる挙動が評価される。
【００３０】
図２に基づいて挙動評価装置の一例を説明する。図２には挙動評価装置の全体構成を説明するための概略側面を示してある。
【００３１】
挙動評価装置１は、鉛直方向に延びる中心軸Ｓ（軸心）を中心に中心回転軸２が回転自在に設けられている。中心回転軸２は図示しない駆動手段により所定の回転速度で駆動回転される。中心回転軸２の下部には、水平方向（軸方向に直交する方向）に延びる回転アーム３の基端が設けられている。
【００３２】
中心回転軸２を挟んで回転アーム３の反対側にはカウンターアーム４の基端が設けられ、カウンターアーム４の先端にはカウンターウエイト５が回動自在に吊り下げ支持されている。回転アーム３の先端には保持部６が回動自在に吊り下げ支持され、保持部６には、模型試料１６（図１参照）に緩衝材１４（図１参照）と試料１５（図１参照）が収容され、孔１２（図１参照）が埋戻し土で塞がれた埋設環境部材模型１１が、例えば、容器に入れられて保持される。
【００３３】
中心回転軸２が中心軸Ｓを中心に駆動回転されることにより、回転アーム３及びカウンターアーム４が所定の速度で旋回する。回転アーム３及びカウンターアーム４の旋回により、遠心力が働いてカウンターウエイト５及び保持部６の底部が外側に回動し、回転アーム３及びカウンターアーム４と、カウンターウエイト５及び保持部６とが一直線上に配された状態で旋回する。これにより、埋設環境部材模型１１の自重方向に遠心加速度が加えられる。
【００３４】
これにより、模型試料１６（図１参照）における坑道に相当する小径の長い孔１２（図１参照）の変形や、孔１２（図１参照）の埋戻し土との相互作用、緩衝材１４（図１参照）の膨潤圧による孔１２（図１参照）の埋戻し土の変形、岩盤の変形、隔離部材の発熱、地下水の浸入、緩衝材の膨潤、変形、試料１５が収容された埋設環境部材模型１１の沈下等、複数の要因の相互作用の影響に対し、長期間の埋設環境を物理的に評価して地中隔離部材の埋設環境場での挙動評価を行うことが可能になる。
【００３５】
図１に示すように、埋設環境部材模型１１は、模型試料１６における坑道に相当する小径の長い孔１２に対し、直交して連続して小径の短い孔である処分孔１３が形成されている。坑道に相当する長い孔１２が小径のため、処分孔１３の掘削作業が大変になり、埋設環境部材模型１１を作製することは非常に困難であった。このような状況から、地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型１１の模型試料１６の作製装置を発明するに至った。
【００３６】
図３から図６に基づいて、地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型１１の模型試料１６の作製装置を説明する。
【００３７】
図３には作製装置の全体を表す外観の斜視状況、図４には作製装置の側面側からの状況、図５には図４中の矢印Ｖ方向から見た状況、図６には図４中のＶＩ-ＶＩ線に沿った断面状況を示してある。
【００３８】
本実施例の作製装置２１は、一端面から他端面に貫通孔である孔１２（図１参照）が貫通している岩盤に相当する模型試料１６（図１参照）に対し、孔１２（図１参照）に交差する方向（直交する方向）に対し、孔１２（図１参照）に連続する処分孔１３（図１参照）を掘削して埋設環境部材模型１１を作製する装置である。
【００３９】
図に示すように、模型試料１６（図１参照）を保持するための保持部材としてのベース板２２を備え、ベース板２２の一方の端部、他方の端部には、それぞれ上下支持ガイド２３が設けられている。上下支持ガイド２３には上下ブロック２４がそれぞれ昇降自在に支持されている。上下支持ガイド２３の上端同士には、はり部材２５が掛け渡されている。
【００４０】
上下支持ガイド２３に沿って上下に延びて、ベース板２２、及び、はり部材２５に上下の端部が回転自在に支持されるねじロッド２６がそれぞれ設けられている。上下ブロック２４には雌ねじ部が形成され、上下ブロック２４の雌ねじ部はねじロッド２６に螺合している。つまり、ねじロッド２６を回転させることで、上下ブロック２４が上下支持ガイド２３に案内されて昇降する。
【００４１】
ベース板２２に孔１２（図１参照）が貫通している模型試料１６（図１参照）が保持された際に、孔１２（図１参照）に貫通して配される支持アーム部材３６が設けられている。支持アーム部材３６は上下２枚の長尺の支持板で構成されている。模型試料１６（図１参照）の孔１２に支持アーム部材３６を貫通して配した後、支持アーム部材３６の端部は上下ブロック２４にそれぞれ固定される。
【００４２】
模型試料１６（図１参照）の孔１２（図１参照）の内部に位置する部位の支持アーム部材３６には、孔１２（図１参照）に対して処分孔１３（図１参照）を掘削するための掘削工具（コアビット）２７が回転自在に支持されている。模型試料１６（図１参照）の孔１２（図１参照）の外部に位置する部位の支持アーム部材３６には、回転駆動手段としての駆動モータ２８が設けられている。
【００４３】
尚、掘削工具２７自体を掘削方向に移動させる機構を備えることも可能である。
【００４４】
駆動モータ２８の駆動軸と掘削工具２７の回転軸には伝達ベルト２９が掛けまわされ、駆動モータ２８の駆動により伝達ベルト２９を介して掘削工具２７が駆動回転する。支持アーム部材３６には給水用の配管３０が設けられ、掘削工具２７による掘削部位に配管３０を通して給水が行われる。
【００４５】
一方、２本のねじロッド２６の上端同士にはタイミングベルト３１が掛けまわされ、一方のねじロッド２６の上端にはハンドル３２が設けられている。ハンドル３２を回転させることにより、タイミングベルト３１を介して２本のねじロッド２６が同期して（連動して）回転し、上下ブロック２４が上下支持ガイド２３に案内されて昇降し、支持アーム部材３６（掘削工具２７）が昇降する。
【００４６】
つまり、ねじロッド２６、タイミングベルト３１、上下ブロック２４、支持アーム部材３６により、掘削工具２７を掘削方向に移動させる掘削移動手段が構成されている。尚、図中の符号で３３は孔１２が貫通している試料を固定するための固定板である。
【００４７】
上記構成では、上下ブロック２４に対し、支持アーム部材３６を固定した例を挙げて説明したが、上下ブロック２４に対し、支持アーム部材３６を軸心周りで回動自在に支持させることも可能である。支持アーム部材３６を回動自在にすることで、試料の孔１２に対し任意の放射方向に処分孔１３を掘削することができる。
【００４８】
また、上下ブロック２４に対し、支持アーム部材３６を長手方向（孔１２と平行な方向）に移動自在に支持することも可能である。支持アーム部材３６を孔１２と平行な方向に移動させることで、孔１２の任意の場所に処分孔１３を掘削することができる。
【００４９】
また、掘削工具２７を回転軸に取り付けるためのスペーサを複数準備し、スペーサを接続しながら掘削を繰り返すことで、任意の深さの処分孔１３を掘削することができる。
【００５０】
図７から図９に基づいて孔１２が形成された模型試料１６に対し処分孔１３を掘削して埋設環境部材模型１１を作製する手順を説明する。
【００５１】
図７には孔１２が形成された模型試料１６をセットした状態の側面視、図８には孔１２に支持アーム部材３６を挿入して掘削の準備が完了した状態の側面視、図９には処分孔１３を掘削した状態の側面視を示してある。
【００５２】
図７に示すように、作製装置２１から支持アーム部材３６を外した状態にして準備する。上下支持ガイド２３の間のベース板２２の上に、孔１２が形成された模型試料１６をセットし、模型試料１６を固定板３３で固定する。
【００５３】
図８に示すように、掘削工具２７を備えた支持アーム部材３６を模型試料１６の孔１２に挿入し、支持アーム部材３６の端部を上下ブロック２４にそれぞれ固定する。
【００５４】
これにより、掘削工具２７の先端部が孔１２の下側の面に対向して位置決めされる。駆動モータ２８の駆動により、伝達ベルト２９を介して掘削工具２７が駆動回転する。
【００５５】
ハンドル３２を回すことにより、タイミングベルト３１を介して２本のねじロッド２６が同期して（連動して）回転する。
【００５６】
図９に示すように、上下ブロック２４が上下支持ガイド２３に案内されて下降し、支持アーム部材３６が模型試料１６の孔１２の径の距離を下降する。支持アーム部材３６の下降により掘削工具２７により処分孔１３が掘削される。掘削中は配管３０から掘削部に給水が行われる。
【００５７】
模型試料１６に処分孔１３が掘削されることで、孔１２に交差する方向（直交する方向）に対し、孔１２に連続する処分孔１３が掘削された模型試料１６が作製される。模型試料１６を用いて埋設環境部材模型１１（図１参照）が構成される。
【００５８】
必要に応じて、ハンドル３２を回して掘削工具２７を処分孔１３から抜き、スペーサ等を取り付けて再び掘削移動させることで、所望の深さの処分孔１３とすることができる。
【００５９】
掘削が終了した後、掘削工具２７を処分孔１３から抜き、支持アーム部材３６の端部を上下ブロック２４から取り外し、孔１２から支持アーム部材３６を抜き外す。固定板３３を外し、処分孔１３が掘削された模型試料１６を取り外す。
【００６０】
作製装置２１を用いることにより、一端面から他端面に貫通孔である孔１２が貫通している岩盤に相当する模型試料１６に対し、孔１２に交差する方向（直交する方向）に対し、孔１２に連続する処分孔１３を掘削し、埋設環境部材模型１１を構成するための模型試料１６を作製することができる。
【００６１】
従って、上述した作製装置２１により、小径の長い孔である坑道に相当する孔１２と、長い孔１２に直交して連続して設けられる小径の短い孔である処分孔１３に相当する孔とを備えた模型試料１６（埋設環境部材模型１１を構成するための模型試料１６）を作製することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型の模型試料の作製装置の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  挙動評価装置
２  中心回転軸
３  回転アーム
４  カウンターアーム
５  カウンターウエイト
６  保持部
１１  埋設環境部材模型
１２  孔
１３  処分孔
１４  緩衝材
１５  隔離された試料
１６  模型試料
２１  作製装置
２２  ベース板
２３  上下支持ガイド
２４  上下ブロック
２５  はり部材
２６  ねじロッド
２７  掘削工具
２８  駆動モータ
２９  伝達ベルト
３０  配管
３１  タイミングベルト
３２  ハンドル
３３  固定板
３６  支持アーム部材
【図１】
0006384866.tif 000002
【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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