(57)【要約】【課題】ビットが摩耗したときカッタヘッド及びその近傍の機器を損傷させることなく対応でき、且つ更にビットの摩耗が進行した場合に作業員がカッタヘッドの切羽側に出ることなくビットを交換できるカッタビットの取付構造及び保守方法を提供する。【解決手段】ビット本体１０が所定量摩耗したとき、その摩耗量に応じてジャッキ１１を伸長させてロッド９をガイド穴８から切羽側に突き出すことで、ビット本体１０による切削半径を摩耗前の状態に戻し、ビット本体１０の摩耗が更に進行したとき、ジャッキ１１を収縮させ、カッタヘッド２の反切羽側において、ジャッキ１１をロッド９から切り離してロッド９をガイド穴８から引き抜き、ビット本体１０を単独で又はロッド９と一体として交換するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切羽に対して回転駆動されるカッタヘッドに取り付けられるカッタビットの取付構造であって、
上記カッタヘッドに切羽側と反切羽側とを連通して形成されたガイド穴と、
該ガイド穴にスライド可能に挿通されたロッドと、
該ロッドの切羽側の端部に取り付けられたビット本体と、
上記ロッドの反切羽側の端部に連結切離可能に一端が接続され他端が上記カッタヘッドの反切羽側の部分に枢支されたジャッキとを備えたことを特徴とするカッタビットの取付構造。
【請求項２】
上記ロッドに上記ビット本体を取り付けたものの長さが、上記ガイド穴の反切羽側の開口縁から上記カッタヘッドの後方に配置された隔壁までの距離よりも短く設定された請求項１記載のカッタビットの取付構造。
【請求項３】
上記ガイド穴が、上記カッタヘッドの外周側に反切羽側から切羽側へ向けて径方向外方に傾斜して形成され、
上記ビット本体が、上記カッタヘッドの外周縁の略前方の切羽を切削するものである請求項１又は２記載のカッタビットの取付構造。
【請求項４】
切羽に対して回転駆動されるカッタヘッドに取り付けられるカッタビットの保守方法であって、
上記カッタヘッドに切羽側と反切羽側とを連通して形成されたガイド穴と、
該ガイド穴にスライド可能に挿通されたロッドと、
該ロッドの切羽側の端部に取り付けられたビット本体と、
上記ロッドの反切羽側の端部に連結切離可能に一端が接続され他端が上記カッタヘッドの反切羽側の部分に枢支されたジャッキとを備え、
上記ビット本体が所定量摩耗したとき、その摩耗量に応じて上記ジャッキを伸長させることで、摩耗したビット本体の先端の上記ガイド穴からの突出長さを摩耗前の状態に戻し、
上記ビット本体の摩耗が更に進行したとき、上記ジャッキを収縮させ、上記カッタヘッドの反切羽側において、上記ジャッキを上記ロッドから切り離して上記ロッドを上記ガイド穴から引き抜き、上記ビット本体を単独で又は上記ロッドと一体的に交換するようにしたことを特徴とするカッタビットの保守方法。
【請求項５】
切羽に対して回転駆動されるカッタヘッドに取り付けられるカッタビットの保守方法であって、
上記カッタヘッドに切羽側と反切羽側とを連通して形成されたガイド穴と、
該ガイド穴にスライド可能に挿通されたロッドと、
該ロッドの切羽側の端部に取り付けられたビット本体と、
上記ロッドの反切羽側の端部に連結切離可能に一端が接続され他端が上記カッタヘッドの反切羽側の部分に枢支されたジャッキとを備え、
上記ビット本体が所定量摩耗したとき、その摩耗量に応じて上記ジャッキを伸長させることで、摩耗したビット本体の先端の上記ガイド穴からの突出長さを摩耗前の状態に戻し、
上記ビット本体の摩耗が更に進行したとき、上記ジャッキを収縮させ、上記カッタヘッドの反切羽側において、上記ロッドを上記ガイド穴から引き抜き、上記ロッドを上記ジャッキから切り離した状態で、上記ビット本体を単独で又は上記ロッドと一体的に交換するようにしたことを特徴とするカッタビットの保守方法。
【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ヘッドに取り付けられるカッタビットの取付構造及び保守方法に係り、特に、長距離施工に対応したカッタビットの取付構造及び保守方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、一般に、掘進方向に沿った軸廻りに回転駆動されるカッタヘッドを備え、このカッタヘッドに取り付けられたビットによって切羽を切削するものであるが、長距離を掘進する場合、ビットの摩耗が問題となる。特に花崗岩等の摩耗性の高い地山を長距離掘進する場合、カッタヘッドの最外周のビットの摩耗が顕著となる。
【０００３】
特許文献１には、カッタヘッドの内部に切羽側に開口部を有するガイド筒を設け、ガイド筒内に略円柱状に形成された二個のビットを直列に挿入し、これらビットを順次押し出すためのジャッキをカッタヘッドの内部に設けたものが記載されている。これによれば、前方のビットの先端部がガイド筒から突出した状態で掘進を行い、そのビットが限界まで摩耗したならば上記ジャッキを伸長させて前方のビットをガイド筒から押し出して廃棄し、後方のビットの先端部をガイド筒から突出させて掘進を継続することができる。
【０００４】
特許文献２には、カッタヘッドの内部に切羽側に開口部を有するガイド筒を設け、ガイド筒内に略円柱状に形成されたビットを挿入し、ビットを切羽側に押し出すためのジャッキを上記カッタヘッドの内部に設け、ガイド筒とビットとの間にビットを押し出された所定位置に保持するための位置決め機構を設けたものが記載されている。これによれば、ビットの先端部をガイド筒から突出した状態で掘進を行い、ビットが所定量摩耗したならば上記ジャッキを伸長させてビットを押し出して突出量を元に戻し位置決め機構によって固定し、掘進を継続することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２２９１９４号公報
【特許文献２】特許第２９１４５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、文献１に記載のものでは、摩耗したビットを切羽側に押し出して廃棄するため、押し出されたビットが回転するカッタヘッドと干渉してカッタヘッド及びその近傍の機器（スクリューコンベヤ等）を損傷させる可能性がある。また、環境上も好ましくない。
【０００７】
文献２に記載のものでは、押し出したビットが再び摩耗した場合、ビットを交換する必要が生じるが、この交換のためには作業員がカッタヘッドの切羽側に出なければならず、カッタヘッドの近傍において大規模な地盤改良が必要となってしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ビットが摩耗したときカッタヘッド及びその近傍の機器を損傷させることなく対応でき、且つ更にビットの摩耗が進行した場合に作業員がカッタヘッドの切羽側に出ることなくビットを交換できるカッタビットの取付構造及び保守方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために第１の発明は、切羽に対して回転駆動されるカッタヘッドに取り付けられるカッタビットの取付構造であって、上記カッタヘッドに切羽側と反切羽側とを連通して形成されたガイド穴と、該ガイド穴にスライド可能に挿通されたロッドと、該ロッドの切羽側の端部に取り付けられたビット本体と、上記ロッドの反切羽側の端部に連結切離可能に一端が接続され他端が上記カッタヘッドの反切羽側の部分に枢支されたジャッキとを備えたものである。
【００１０】
上記ロッドに上記ビット本体を取り付けたものの長さが、上記ガイド穴の反切羽側の開口縁から上記カッタヘッドの後方に配置された隔壁までの距離よりも短く設定されることが好ましい。
【００１１】
上記ガイド穴が、上記カッタヘッドの外周側に反切羽側から切羽側へ向けて径方向外方に傾斜して形成され、上記ビット本体が、上記カッタヘッドの外周縁の略前方の切羽を切削するものであることが好ましい。
【００１２】
第２の発明は、切羽に対して回転駆動されるカッタヘッドに取り付けられるカッタビットの保守方法であって、上記カッタヘッドに切羽側と反切羽側とを連通して形成されたガイド穴と、該ガイド穴にスライド可能に挿通されたロッドと、該ロッドの切羽側の端部に取り付けられたビット本体と、上記ロッドの反切羽側の端部に連結切離可能に一端が接続され他端が上記カッタヘッドの反切羽側の部分に枢支されたジャッキとを備え、上記ビット本体が所定量摩耗したとき、その摩耗量に応じて上記ジャッキを伸長させることで、摩耗したビット本体の先端の上記ガイド穴からの突出長さを摩耗前の状態に戻し、上記ビット本体の摩耗が更に進行したとき、上記ジャッキを収縮させ、上記カッタヘッドの反切羽側において、上記ジャッキを上記ロッドから切り離して上記ロッドを上記ガイド穴から引き抜き、上記ビット本体を単独で又は上記ロッドと一体的に交換するようにしたものである。
【００１３】
第３の発明は、切羽に対して回転駆動されるカッタヘッドに取り付けられるカッタビットの保守方法であって、上記カッタヘッドに切羽側と反切羽側とを連通して形成されたガイド穴と、該ガイド穴にスライド可能に挿通されたロッドと、該ロッドの切羽側の端部に取り付けられたビット本体と、上記ロッドの反切羽側の端部に連結切離可能に一端が接続され他端が上記カッタヘッドの反切羽側の部分に枢支されたジャッキとを備え、上記ビット本体が所定量摩耗したとき、その摩耗量に応じて上記ジャッキを伸長させることで、摩耗したビット本体の先端の上記ガイド穴からの突出長さを摩耗前の状態に戻し、上記ビット本体の摩耗が更に進行したとき、上記ジャッキを収縮させ、上記カッタヘッドの反切羽側において、上記ロッドを上記ガイド穴から引き抜き、上記ロッドを上記ジャッキから切り離した状態で、上記ビット本体を単独で又は上記ロッドと一体的に交換するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ビット本体が摩耗したとき、摩耗したビット本体をガイド穴から押し出して廃棄するのではなく、摩耗量に応じてジャッキを伸長させてビット本体の突出量を回復させることで対応しているので、廃棄されたビット本体によるカッタヘッド及びその近傍の機器の損傷を回避できる。
【００１５】
また、ビット本体の摩耗が更に進行した場合には、ジャッキを収縮させてカッタヘッドの反切羽側においてジャッキをロッドから切り離しロッドをガイド穴から引き抜くことで、作業員がカッタヘッドの切羽側に出ることなくビット本体を交換できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の好適実施形態を添付図面を用いて説明する。
【００１７】
図１及び図２に示すように、シールド掘進機のカッタ１は、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動されるカッタヘッド２と、カッタヘッド２に取り付けられた複数のビット３とを有し、ヘッド２の回転によってビット３で切削された切羽の土砂をヘッド２に開口された土砂取込口４を通してヘッド２の反切羽側のカッタ室５に取り込むものである。
【００１８】
カッタ室５は、カッタヘッド２の裏面（反切羽側面）と、筒状のシールドフレーム６内の前部を前後に仕切るように設けられた隔壁７との間に形成される。カッタ室５内の土砂は、隔壁７に設けられた図示しない排土装置（排泥バルブやスクリューコンベヤ等）によって坑内に搬送される。カッタヘッド２は、隔壁７に回転可能に支持されており、図示しないモータ及びギヤ機構等によって回転駆動される。
【００１９】
上記カッタ１を備えたシールド掘進機で長距離を掘進すると、ビット３が摩耗するため、その対策が必要となる。特にカッタヘッド２の外周側のビット３は、内周側のビット３よりもヘッド２が一回転する当たりの切削パスが長いため、摩耗が顕著となる。そこで、カッタヘッド２の最外周のビット３０に本実施形態に係る取付構造が採用されている。但し、この取付構造は、最外周のビット３０に限定されるものではなく、例えばカッタヘッド２の径方向の中程の位置のビット等に採用しても構わない。
【００２０】
本実施形態に係るカッタビット３０の取付構造は、図２に示すように、カッタヘッド２に切羽側と反切羽側とを連通して形成された円形のガイド穴８と、ガイド穴８にスライド可能に挿通され切羽側に出没可能なロッド９と、ロッド９の切羽側の端部に取り付けられたビット本体１０と、ロッド９の反切羽側の端部に連結切離可能に一端が接続され他端がカッタヘッド２の反切羽側の部分に枢支されたジャッキ１１とを備えている。
【００２１】
ガイド穴８は、カッタヘッド２の外周側に反切羽側から切羽側へ向けて径方向外方に傾斜して形成されている。また、ガイド穴８は、カッタヘッド２の回転中にビット本体１０からロッド９に伝わる切削反力を支持できるように所定の長さに形成されている。
【００２２】
ロッド９は、ガイド穴８よりも僅かに小径でガイド穴８よりも長い円柱体９１と、切羽側の端部にビット本体１０を取り付けるための取付座９２と、反切羽側の端部にジャッキ１１を取り付けるためのフランジ９３とを有する。ロッド９にビット本体１０を取り付けたもの（ビット付きロッド１９）の長さＸ（図４）は、ガイド穴８の反切羽側の開口縁８１からカッタヘッド２の後方に配置された隔壁７までの距離Ｙ（図４）よりも短く設定されている。なお、図例ではビット付きロッド１９にジャッキ１１を連結したものの長さＺ（図４）は、上記距離Ｙよりも長くなっているが、Ｚ＝ＹでもＺ＜Ｙでも構わない。
【００２３】
図２に戻って、ビット本体１０は、上記取付座９２に取り付けられており、ジャッキ１１が中間ストロークのとき、先端の切削部１０１がカッタヘッド２の外周縁の略前方の切羽を切削するように、所定長さに形成されている。ビット本体１０は、ロッド９の軸方向から見たとき、円柱体９１の外周面からはみ出ない形状となっている。ビット付きロッド１９をガイド穴８から反切羽側に引き抜くとき、ビット本体１０がガイド穴８に引っ掛からないようにするためである。なお、ビット本体１０は、図例では先行ビット（通常の切削ビットに先行して切羽面にヘッド２の回転軸を中心とする円状の溝を形成するためのビット）となっているが、通常の切削ビットでも構わない。
【００２４】
ジャッキ１１は、円筒状のシリンダ１１１と、シリンダ１１１の一端に設けられた円板状のヘッド１１２と、シリンダ１１１の他端に設けられたドーナッツ板状のロッドカバー１１３と、シリンダ１１１内に収容されたピストン１１４と、ピストン１１４に接続されロッドカバー１１３の穴を挿通する作動ロッド１１５と備えている。ジャッキ１１は、ヘッド１１２に設けたフランジ１１６をロッド９のフランジ９３に突き合わせてボルト１３ａを締め込むことでロッド９に連結され、ボルト１３ａを緩めることでロッド９から切り離されるようになっている。作動ロッド１１５の先端部は、カッタヘッド２の反切羽側の部分に取り付けられた金具１４に、ピン１５を介して支持されている。すなわち、ジャッキ１１は、一端がロッド９にボルト１３ａにより連結切離可能に接続され、他端がカッタヘッド２の反切羽側の金具１４に枢支されている。
【００２５】
ジャッキ１１には、ビット本体１０が所定量摩耗したとき、その摩耗量に応じてジャッキ１１を伸長させて摩耗したビット本体１０の先端のガイド穴８からの突出長さを摩耗前の状態に戻し、ビット本体１０による切削半径を摩耗前の状態に戻すための伸長手段１２が接続されている。伸長手段１２は、ピストン１１４とヘッド１１２とによってシリンダ１１１内に区画されたヘッド側油圧室１１７に接続された伸長用油圧ホース１２１と、この油圧ホース１２１にオイルを供給する油圧ポンプ（図示せず）とから成る。
【００２６】
ジャッキ１１には、ビット本体１０の摩耗が更に進行したとき、カッタヘッド２の反切羽側においてジャッキ１１をロッド９から切り離してロッド９をガイド穴８から引き抜くべく、ジャッキ１１を収縮させるための収縮手段１３が接続されている。収縮手段１３は、ピストン１１４とロッドカバー１１３とによってシリンダ１１１内に区画されたロッド側油圧室１１８に接続された収縮用油圧ホース１３１と、この油圧ホース１３１にオイルを供給する油圧ポンプ（図示せず）とから成る。
【００２７】
各油圧ホース１２１、１３１の端部は、カッタヘッド２の回転中心に設けられたロータリージョイント（図示せず）に接続されており、隔壁７の後方（坑内）に配置された油圧ポンプから各油圧ホース１２１、１３１に対してオイルを供給・排出できるようになっている。
【００２８】
上記フランジ９３、１１６は、ロッド９又はジャッキ１１の軸方向から見て、図３に示すように矩形状に形成されており、その一辺が廻止板１６に当接されている。廻止板１６は、カッタヘッド２の内部に固定されており、ビット本体１０に加わる切削反力によってロッド９及びジャッキ１１がその軸心を中心として回転することを防止すると共に、ロッド９及びジャッキ１１が軸方向に移動するときのガイドとしても機能する。なお、ロッド９を断面多角形（四角等）としそれに合わせてガイド穴８を多角形穴とすれば、廻止板１６を省略できる。
【００２９】
図２に戻って、カッタヘッド２の反切羽側の部分には、前述したロッド９、ジャッキ１１、金具１４、ピン１５、廻止板１６、油圧ホース１２１、１３１等を収容し、これらをカッタ室５内の土砂から防護するためのケーシング１７が設けられている。ケーシング１７の一部（ジャッキ１１の後方部分）は、着脱可能な蓋部材１７１となっている。
【００３０】
以上の構成から成るカッタビットの取付構造の作用、即ちカッタビットの保守方法について説明する。
【００３１】
シールド掘進機の掘進中にビット本体１０が所定量摩耗したならば、カッタヘッド２の回転を停止し、図２に示す伸長用油圧ホース１２１を通じてヘッド側油圧室１１７にオイルを供給し、シリンダ１１１をビット本体１０の摩耗量に応じて図中の左斜め上方に移動させてジャッキ１１を伸長させる。これにより、摩耗したビット本体１０の先端のガイド穴８からの突出長さが摩耗前の状態に戻り、ビット本体１０による切削半径を摩耗前の状態に戻すことができる。
【００３２】
このように、ビット本体１０が所定量摩耗したとき、摩耗したビット本体１０をガイド穴８から押し出して廃棄するのではなく、摩耗量に応じてジャッキ１１を伸長させてビット本体１０の突出長さを摩耗前の状態に回復させることで対応しているので、廃棄されたビット本体１０によるカッタヘッド２及びその近傍の機器の損傷を回避できる。
【００３３】
ビット本体１０が所定量摩耗したか否かは、例えば、シールド掘進機の掘進距離に基づいて推定する。例えば、ビット本体１０がフランジ９３の上面とガイド穴８の開口縁８１との間の距離Ｌだけ摩耗するのに必要なシールド掘進機の掘進距離を実験やシミュレーション等によって予め求めておき、実際の掘進距離がその距離となったならジャッキ１１を上記距離Ｌすなわちフルストローク伸長させれば、ビット本体１０による切削半径を摩耗前の状態に戻すことができる。
【００３４】
その後、掘進が継続されてビット本体１０が更に摩耗したならば、カッタヘッド２の回転を停止し、図４に示すように、収縮用油圧ホース１３１を通じてロッド側油圧室１１８にオイルを供給し、シリンダ１１１を図中の右斜め下方に移動させてジャッキ１１を収縮（フルストローク）させる。
【００３５】
ジャッキ１１を収縮させたなら、カッタヘッド２の近傍の土砂を薬剤注入する等して地盤改良する。なお、地盤改良をジャッキ１１の収縮に先立って行ってもよく、これらを同時に行ってもよい。
【００３６】
地盤改良後、隔壁７に設けられたマンホール蓋７１を取り外して隔壁７に開口されたマンホール７２から作業員がカッタヘッド２の反切羽側であるカッタ室５内に入り、ケーシング１７の蓋部材１７１を取り外す。
【００３７】
カッタ室５内の作業員は、ボルト１３ａを緩めてジャッキ１１をロッド９から切り離した後、図５に示すように、ジャッキ１１をピン１５廻りに後方に回動させ、この回動によって生じたスペースにビット付きロッド１９を引き抜く。或いは、ジャッキ１１をビット付きロッド１９から切り離すと共にピン１５を金具１４から引き抜くことでジャッキ１１を取り外し、この取り外しによって生じたスペースにビット付きロッド１９を引き抜いてもよい。また、金具１４を取り外し、ビット付きロッド１９をジャッキ１１と一体とした状態のまま斜め下方にガイド穴８から引き抜いた後、ビット付きロッド１９とジャッキ１１とを切り離してもよい。
【００３８】
このようにビット付きロッド１９とジャッキ１１とが一体的に連結されたものを、ビット付きロッド１９とジャッキ１１とに小分割しているので、ガイド穴８から引き抜いたビット付きロッド１９を狭隘なカッタ室５内で交換作業のために適宜移動させることができる。すなわち、図４に示すように、ビット付きロッド１９の長さＸがガイド穴８の開口縁８１から隔壁７までの距離Ｙよりも短く設定されているので、ビット付きロッド１９のカッタ室５内での自由な移動が確保される。
【００３９】
この点を詳述すると、ビット付きロッド１９とジャッキ１１とが一体となったアッセンブリ品の長さＺは、ガイド穴８の開口縁８１から隔壁７までの距離Ｙよりも長いので、アッセンブリ品のままではカッタ室５内での自由な移動が困難であるが、これをビット付きロッド１９とジャッキ１１とに分離することで、ビット付きロッド１９を容易に移動させることができる。なお、ＺがＹと略同じ長さ或いはＹより僅かに短い場合でも、アッセンブリ品のままではカッタ室５内での自由な移動が困難となるところ、アッセンブリ品をビット付きロッド１９とジャッキ１１とに分離することで、ビット付きロッド１９の自由な移動が確保される。
【００４０】
図５に戻って、ジャッキ１１をピン１５廻りに回動させる或いはピン１５を取り外して移動させるとき、又は金具１４を取り外してビット付きロッド１９とジャッキ１１との一体品を斜め下方に移動させるとき、油圧ホース１２１、１３１が有る程度引き出されるので、その引き出し代に応じた弛みを設定しておき、弛み部分をケーシング１７に隣接して設けられた別室１８等に収容しておくことが好ましい。
【００４１】
ビット付きロッド１９をガイド穴８から引き抜いたなら、新品のビット付きロッド１９を同様の逆手順によって装着する。なお、ビット本体１０をロッド９から取り外し、ビット本体１０のみを交換するようにしてもよい。
【００４２】
以上により、作業員がカッタヘッド２の切羽側に出る必要はなく、反切羽側のカッタ室５内において、使用済みのビット付きロッド１９又はビット本体１０を新品と交換できる。作業員がカッタヘッド２の切羽側に出ないので、地盤改良範囲を上記文献２に記載のタイプよりも大幅に小さくでき、コストダウンとなる。また、地盤改良のための工事時間が短縮され、地盤改良範囲が小さくなることは環境上も好ましい。
【００４３】
このようにビット付きロッド１９又はビット本体１０を新品と交換し、作業員がマンホール７２を通って隔壁７の後方に戻った後、マンホール蓋７１を装着し直して掘進を再開する。掘進によりビット本体１０が再び摩耗したならば、既述のように、ジャッキ１１を押し出すことでビット本体１０の切削半径を摩耗前の状態に戻すことで対応でき、更にビット本体１０が摩耗した場合にはカッタ室５内からの交換を繰り返すことで長距離の掘進に十分対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の好適実施形態を示すカッタビットの取付構造が採用されたカッタヘッドの正面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】上記取付構造の作用、即ちカッタビットの保守方法の一工程を示す説明図である。
【図５】図４に続く工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
２  カッタヘッド
７  隔壁
８  ガイド穴
９  ロッド
１０  ビット本体
１１  ジャッキ
１９  ロッドにビット本体を取り付けたもの（ビット付きロッド）
３０  カッタビット
８１  開口縁
Ｘ  長さ
Ｙ  距離
【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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