(57)【要約】      （修正有）【課題】地盤に貫入したケーシングを容易に揚収することができるケーシングボーリング装置を提供する。【解決手段】下端が尖った筒状のケーシング１と、ケーシング１に荷重を下方に付与する荷重付与手段と、ケーシング１の下端付近の地盤Ｇを排除する除荷手段と、地盤Ｇに貫入したケーシング１を上方へ引き抜く揚収手段を備えたケーシングボーリング装置において、ケーシング１の外径側に、ケーシング１の抜けが可能であり、ケーシング１の抜け後に内径側への変形が可能な外筒体１２を、潤滑材１８を介して被覆し、潤滑材１８を昇温する温度調整手段２２を備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端が尖った筒状のケーシングと、当該ケーシングに対して荷重を下方に付与する荷重付与手段と、前記ケーシングの下端付近の地盤を排除する除荷手段と、地盤に貫入した前記ケーシングを上方へ引き抜く揚収手段を備えたケーシングボーリング装置において、
前記ケーシングの外径側に、ケーシングの抜けが可能であり、ケーシングの抜け後に内径側への変形が可能な外筒体を、潤滑材を介して被覆し、
使用状態における温度範囲よりも高い潤滑性を示す温度に前記潤滑材を調整可能な温度調整手段を備えたことを特徴とするケーシングボーリング装置。
【請求項２】
前記温度調整手段は、前記ケーシングの内径側に設けたことを特徴とする請求項１のケーシングボーリング装置。
【請求項３】
前記ケーシングに、ケーシング内外で空気を循環させる孔部を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２のケーシングボーリング装置。
【請求項４】
前記潤滑材は蜂蜜を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のケーシングボーリング装置。
【請求項５】
下端が尖った筒状のケーシングの外周面と、可撓性の外筒体の内周面のうち少なくとも一方に、潤滑材を塗布すると共に、前記外筒体内にケーシングを挿入する工程と、
前記ケーシングに対して荷重を下方に付与すると共に、ケーシングの下端付近の地盤を排除して、ケーシングと外筒体を一緒に地盤に貫入させる工程と、
前記潤滑材を、使用状態における温度範囲よりも高い潤滑性を示す温度に昇温させる工程と、
地盤に貫入した前記ケーシングに対して引抜き力を上方に付与して、ケーシングを前記外筒体に対し摺動させて引き抜く工程と、
前記外筒体を掘削孔内から回収する工程を有することを特徴とするケーシングボーリング工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の調査・観察のために行うケーシングボーリング装置、及びケーシングボーリング工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、地質ボーリング調査は、海浜付近や山間地等の交通に不便な箇所が多く、ロータリーボーリング装置等の重量機器を使用する場合は、その装置の運搬に多大な労力とコストを要している。
【０００３】
このため、下記の特許文献１に示すような軽量であって運搬し易いケーシングボーリング装置が提案されている。図１は本発明の実施形態を示すものであるが、同図を便宜的に援用して特許文献１のボーリング装置について説明する。このボーリング装置は、図１に示すように、筒状のケーシング１と、ケーシング１に対し下方に静的な荷重を付与してケーシング１を地盤Ｇに貫入させる荷重付与手段２と、地盤Ｇに貫入したケーシング１の下端付近の土砂を吸引する吸引管３０を主要な構成要素としている。
【０００４】
図９はケーシング１の下端部の拡大図であり、同図に示すように、ケーシング１の下端は尖っており、詳しくは、ケーシング１の下端内周面１ａが先端に向かうにつれて外径側に傾斜している。荷重付与手段２にてケーシング１に下方へ貫入力Ｐｖ（等分布荷重）を付与すると、ケーシング１の下端内側の地盤に作用する直力Ｐｉと、ケーシング１の下端外側の地盤に作用する直力Ｐｏ、及び剪断力Ｆｖに分力する。ケーシング１の外側地盤には、直力Ｐｏと剪断力Ｆｖが作用し、この直力Ｐｏに対してはケーシング１の剛性で安定する。ケーシング１の内側地盤には、直力Ｐｉと剪断力Ｆｖが作用し、地盤にはそれに抵抗する円形状すべり面が生じて、ある貫入力の時に安定する。
【０００５】
図９のようにケーシング１が初期貫入で安定している状態において、内側地盤の反力となっている土砂の上部を吸引管３０で吸引排除（除荷）することにより、その取り除いた土砂重量相当分と貫入量減少による剪断力減少分だけケーシング１が再貫入する。図１０は再貫入の様子を示し、ケーシング１は深さＨｘだけ再貫入して安定する。このケーシングボーリング装置は、この作用を利用してケーシング１の下端の内側の土砂を吸引除去することを繰り返して、地盤内にケーシング１を徐々に貫入させていくものである。
【０００６】
ケーシングを地盤内に貫入させて地盤調査を行った後は、ケーシング１を引き抜く。この引き抜き作業を容易にする方法が提案されている（特許文献２）。特許文献２のものは、ケーシングの外径側に、例えばグリースやワセリン等の潤滑材を介して外筒体を配設する。これにより、ケーシングを引き抜く際、潤滑材の作用によりケーシングは外筒体の内面をスムーズに摺動して、地面へと引き上げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２５７６５７号公報
【特許文献２】特開２００８−２３１７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、一般的に、潤滑材は温度低下に伴いその機能が低下するため、特に寒冷地や高地で作業する場合等、温度が低いと潤滑材が機能しにくくなる。これにより、低温環境で特許文献２に記載の方法を使用しても、ケーシングがスムーズに引き抜けない場合があった。
【０００９】
そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、地盤に貫入したケーシングを容易に揚収することができるケーシングボーリング装置及びケーシングボーリング工法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のケーシングボーリング装置は、下端が尖った筒状のケーシングと、当該ケーシングに対して荷重を下方に付与する荷重付与手段と、前記ケーシングの下端付近の地盤を排除する除荷手段と、地盤に貫入した前記ケーシングを上方へ引き抜く揚収手段を備えたケーシングボーリング装置において、前記ケーシングの外径側に、ケーシングの抜けが可能であり、ケーシングの抜け後に内径側への変形が可能な外筒体を、潤滑材を介して被覆し、使用状態における温度範囲よりも高い潤滑性を示す温度に前記潤滑材を調整可能な温度調整手段を備えたものである。
【００１１】
本発明のケーシングボーリング装置は、温度調整手段を備えているので、潤滑材の温度を調整（例えば昇温）することができ、潤滑材としての機能を向上させることができる。これにより、潤滑材の温度を調整した後に、地盤に貫入したケーシングと外筒体の揚収作業を行うと、ケーシングは外筒体の内面をスムーズに摺動して、地上へと引き上げられる。
【００１２】
前記温度調整手段を、前記ケーシングの内径側に設けることができる。これにより、温度調整手段はケーシングの内径よりも小さなものとできるため、装置の小型化を図ることができ、省スペースなものとできる。
【００１３】
前記ケーシングに、ケーシング内外で空気を循環させる孔部を備えることができる。これにより、ケーシング内外で空気を通気させることができるため、潤滑材の温度を均一なものとできて、その機能を均一なものとできる。
【００１４】
前記潤滑材は蜂蜜を含むものとすることができる。蜂蜜の滑材としての性能は高性能であり、クーロン式単純せん断試験では、ワセリンやグリースの換算せん断抵抗角φが約6.7度に対して蜂蜜は約0.85度である。また、市販品で入手が容易であり現場作業が容易に行える、低コストである、劣化しにくいとの利点がある。
【００１５】
本発明のケーシングボーリング工法は、下端が尖った筒状のケーシングの外周面と、可撓性の外筒体の内周面のうち少なくとも一方に、潤滑材を塗布すると共に、前記外筒体内にケーシングを挿入する工程と、前記ケーシングに対して荷重を下方に付与すると共に、ケーシングの下端付近の地盤を排除して、ケーシングと外筒体を一緒に地盤に貫入させる工程と、前記潤滑材を、使用状態における温度範囲よりも高い潤滑性を示す温度に昇温させる工程と、地盤に貫入した前記ケーシングに対して引抜き力を上方に付与して、ケーシングを前記外筒体に対し摺動させて引き抜く工程と、前記外筒体を掘削孔内から回収する工程を有するものである。
【００１６】
本発明のケーシングボーリング工法は、潤滑材を昇温して潤滑材としての機能を向上させる。これにより、潤滑材を昇温した後に、地盤に貫入したケーシングと外筒体の揚収作業を行うと、ケーシングは外筒体の内面をスムーズに摺動して、地上へと引き上げられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のケーシングボーリング装置及びケーシングボーリング工法によれば、地盤へ貫入したケーシングを、従来よりも小さな力で容易に引き上げて回収することができる。従って、大掛かりなケーシング揚収装置をボーリングの現場に持ち込む必要がなく、作業コストの削減と作業安全性の向上を図れる。しかも、温度調整手段を備えており、潤滑材としての機能を向上させることができるため、潤滑材の機能しにくい温度環境でもケーシングをスムーズに引き上げて回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るケーシングボーリング装置の実施の一形態を示す全体構成図である。
【図２】図１の装置における地盤ボーリング時の要部を模式的に示した要部縦断面図である。
【図３】図１の装置におけるケーシングであり、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は展開図である。
【図４】外筒体の縦断面図である。
【図５】（ａ）は図１の装置の要部横断面図であって、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。
【図６】図１の装置における揚収時の要部を模式的に示した要部縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す要部縦断面図である。
【図８】本発明の別の実施形態を示す要部縦断面図である。
【図９】図１の装置におけるケーシングの初期貫入安定時の力学図である。
【図１０】図１の装置におけるケーシングの貫入進行（掘進）時の力学図である。
【図１１】潤滑材の減摩効果を示すグラフ図である。
【図１２】温度調整手段をケーシングの内径側に設けた場合の土層温度と揚収力との関係を示すグラフ図である。
【図１３】温度調整手段をケーシングの内径側に設けない場合の土層温度と揚収力との関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
本発明に係るケーシングボーリング装置は、砂質地盤や軟弱粘土性地盤などの自立性の弱い地盤の比較的浅い（深さ１０ｍ程度まで）ボーリング調査・観察に適用されるものである。図１に示すように、ケーシングボーリング装置Ａは、円筒状ケーシング１と、ケーシング１を地盤Ｇに静的貫入させるための荷重付与手段２と除荷手段３、ケーシング１を引き上げるための揚収手段４、温度調整手段２２（図２参照）を備える。ケーシング１の素材としては、例えば透明アクリル樹脂等である。
【００２１】
ケーシング１の上端には、延伸枠５が連結されており、延伸枠５は地盤Ｇへのボーリングの深さに応じて必要本数がケーシング１上に同軸に連結される。最上段の延伸枠５の上端には、荷重伝達枠２０が連結され、この荷重伝達枠２０の上に、荷重付与手段２として、例えば錘板からなるウェイト２１が載置してある。
【００２２】
地盤Ｇ上に脚立式の支持枠６が設置され、支持枠６の上端部に設けた滑車７に懸架したワイヤ８の一端に、吊り輪９を介して吊りロッド１０が連結されている。支持枠６の上下中間位置に横架した軸保持枠１１を吊りロッド１０が貫通することで、吊りロッド１０の振れが防止される。この吊りロッド１０の下端部に荷重伝達枠２０を連結して、延伸枠５とケーシング１を鉛直に吊下支持する。また、ワイヤ８の他端には、吊り輪４１を介して、揚収手段４としてのウェイト４０（錘板）が連結されている。
【００２３】
図１に示す除荷手段３は、地盤Ｇ上に設置した吸引力制御装置兼土水貯留装置３１から延びる吸引管３０を備える。吸引制御装置兼土水貯留装置３１は、外部の真空吸引手段３２に連接された土水貯留タンク構造で、吸引管３０から吸引された土砂、地下水を貯留する。なお、除荷手段３は、吸引管３０を用いた吸引掘削以外に、オーガー掘削又はバケット掘削などの他の手段であってもよい。
【００２４】
図２は図１の要部を模式的に表した図であり、図２に示すように、ケーシング１の下端内周面１ａは先端に向かうにつれて外径側に傾斜して、先端が周方向に連続して尖っている。ケーシング１には、周方向及び軸方向に沿って所定ピッチで複数の孔部２７が設けられている。本実施形態では、孔部２７は直径３ｍｍの貫通孔となっている。この孔部２７は直径３ｍｍで、図３（ａ）に示すようにケーシング１の周方向に沿って２０度配置としており、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、その軸方向（上下方向）に沿って２０ｍｍピッチで配設されるとともに千鳥配置としている。これは一線上に孔部２７を配置することによるケーシング１の強度低下対策として行っているものである。従ってこのように千鳥配置とするとともに孔部２７の大きさは３ｍｍ程度以下とするのが好ましく、これによりケーシング１の強度を維持することができる。この場合、ケーシング１全体の孔部２７の配置数において、軸方向（上下方向）に何ｃｍずつ配設するかは、地盤温度に対応したものとする。すなわち、極寒冷地であるか、氷結しない程度か、１０数度かによって異なり、またケーシング径によっても異なる。ケーシング１の外径側には、可撓性の外筒体１２が配設され、この外筒体１２は、外径側の筒状薄膜１３と内径側の薄板部材１４から構成されている。
【００２５】
筒状薄膜１３は、塩化ビニルや軟質アクリル等の軟質樹脂製の薄い膜を筒状に形成した部材であり、薄板部材１４は、アクリル等の硬質樹脂製の帯板状の部材である。図４に示すように、この筒状薄膜１３の内周面に、軸方向に延びる薄板部材１４が周方向に複数配設され、筒状薄膜１３と薄板部材１４は接着され一体となっている。
【００２６】
図５（ａ）（ｂ）の横断面図に示すように、各薄板部材１４は筒状薄膜１３の周方向に等間隔に配置され、各薄板部材１４相互間に隙間Ｓがあることにより、外筒体１２は変形し易く優れた可撓性を有する。これにより、外筒体１２は、ケーシングの抜けを可能とするとともに、ケーシング１の抜け後に内径側への変形が可能となる。また、薄板部材１４の配置角が小さいほど、揚収力は小さくなる。薄板部材１４が平板状であるため、薄板部材１４の内面１４ａとケーシング１の外周面１ｂとの接触は、線接触ないし細長い面接触となり、接触面積は少なくなっている。
【００２７】
また、ケーシング１に対して外筒体１２が上方へ移動するのを規制する係止部１５を設けている。具体的には、外筒体１２の下端を内径側に折り曲げて係止部１５を形成する。この実施形態では、外筒体１２の下端の折曲げ部１６の先端から上方に延伸した内筒部１７を形成して（図２又は図５参照）、係止力を向上させている。
【００２８】
図２に示すように、ケーシング１の外周面１ｂと、外筒体１２の薄板部材１４の内面１４ａとの間には、潤滑材１８を介在させている。潤滑材１８としては、蜂蜜を含むものを使用する。蜂蜜の潤滑材としての機能は高機能であり、クーロン式単純せん断試験では、ワセリンやグリースの換算せん断抵抗角φが約6.7度に対して蜂蜜は約0.85度である。ケーシング１と外筒体１２の間に介在する潤滑材１８は、その内部に気泡が混入しないように非常に薄く延ばされている。なお、図５（ａ）（ｂ）では、潤滑材１８は図示省略している。
【００２９】
温度調整手段２２は、使用状態における温度範囲よりも高い潤滑性を示す温度に潤滑材１８を調整するものであり、ケーシング１の内径側に設けられている。この温度調整手段２２は、その周囲を昇温するものであり、図２に示すように、２０Ｗのシリカ電球２３と、このシリカ電球２３を支持する枠体２４と、枠体２４に取付けられた４本の支柱２５と、シリカ電球２３を図示省略のスイッチに連結するためのケーブル２６とから構成されている。スイッチを入れてシリカ電球２３を点灯させると、シリカ電球は熱を発生して地盤全体が温められるとともに、潤滑材１８を昇温することができる。この場合、潤滑材１８の温度が８０℃以下となるようにするのが好ましい。８０℃を超える高温となると、潤滑材１８は化学変化が生じ、それ自身が劣化することになるためである。
【００３０】
以下、このケーシングボーリング装置を使用したボーリング工法について説明する。
【００３１】
まず、ケーシング１の外周面１ｂに潤滑材１８を塗布する。このとき、潤滑材１８の内部に気泡が入らないように潤滑材１８を布等にしみこませて、ケーシング１の外周面１ｂに薄く延ばしながら塗布するとよい。そして、ケーシング１を外筒体１２内に挿入し、ケーシング１の下端を係止部１５に当接させて組み合わせる。
【００３２】
外筒体１２と組み合わされたケーシング１を、地盤Ｇ上に立設し、荷重付与手段２にてケーシング１に対し下方へ荷重を付与する。次いで、ケーシング１の下端付近の地盤Ｇ（土砂）を吸引管３０にて吸引除去すると、図９及び図１０で説明した作用により、ケーシング１は地盤Ｇ内へ徐々に貫入していく。このとき、外筒体１２は係止部１５にてケーシング１に対し上方への移動を規制されているので、ケーシング１と一緒に地盤Ｇ内へ貫入される。
【００３３】
所定の深さまでケーシング１と外筒体１２を貫入し、地盤調査・観察を終えると、地盤Ｇからケーシング１と外筒体１２を引き上げる揚収作業を行う。このとき、温度調整手段２２を作動させて、潤滑材１８を、使用状態における温度範囲よりも高い潤滑性を示す温度に昇温させる。すなわち、図示省略のスイッチを入れて、シリカ電球２３を点灯させる。このとき、潤滑材１８の温度が８０℃を超えないようにする。このようにすると、シリカ電球２３は熱を発生して地盤全体が温められるとともに、潤滑材１８を昇温することができて、潤滑材１８としての機能を向上させることができる。このとき、ケーシング１に孔部２７を備えているので、ケーシング１の内外で空気を循環させることができる。これにより、潤滑材１８の温度を均一に昇温することができ、潤滑材１８の全体が温められてその機能を向上させることができる。
【００３４】
この状態で、まずケーシング１にトルクを与え回転させる（静摩擦から動摩擦に変化させる）。次に、揚収手段４としてのウェイト４０の重量を増やすなどして、ケーシング１に対し引抜き力を上方に付与する。ケーシング１と外筒体１２の間に潤滑材１８を介在してあることにより、図６に示すようにケーシング１は外筒体１２の内面をスムーズに摺動して、地上へと引き上げられる。一方、ケーシング１の引上げの際、外筒体１２は地盤Ｇとの摩擦が大きく、掘削孔内に残る。しかし、ケーシング１を抜き出した後の外筒体１２は、内径側に変形可能となるので、地盤Ｇとの摩擦の影響を受けることなく簡単に掘削孔から引き上げて回収することができる。なお、外筒体１２の引上げ作業は、作業者の手で行うか、あるいは工具を使って行ってもよい。
【００３５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更を加え得ることは勿論である。例えば、孔部２７の数、形状、大きさは種々のものとすることができ、複数の孔を設ける場合、ケーシングの周方向及び軸方向に沿って定ピッチでもランダムであってもよい。図７に示すように、外筒体１２の折曲げ部１６（係止部１５）に、金属製の環状キャップ部材１９を被せてもよい。このキャップ部材１９があることで、掘進の際に外筒体１２の折曲げ部１６が地盤Ｇに直接接触するのを避けることができる。これにより、折曲げ部１６の損耗を抑制することができる。
【００３６】
また、図８に示すように、ケーシング１の外径側に外筒体１２を二重に配設してもよい。この場合、ケーシング１と外筒体１２の間、及び外筒体１２相互間に、潤滑材１８を介在する。例えば、図２に示すように外筒体１２を一重配設した場合の潤滑材１８の減摩効果が１／α（潤滑材を介在しない場合のケーシングの引き抜きに要する力、に対する潤滑材を介在した場合のケーシングの引き抜きに要する力）である場合、図８に示す二重の外筒体１２の減摩効果は１／α×１／α＝１／α2となる。なお、ケーシング１の外径側に外筒体１２を三重以上配設してもよく、このように外筒体１２を複数重ねて設けることにより、減摩効果を累進的に向上させることが可能となる。
【００３７】
また、外筒体１２をケーシング１に対して上方に移動するのを規制する係止部１５を、ケーシング１の上端に形成した外鍔部１ｃとし（図２参照）、外筒体１２の上端がその外鍔部１ｃに当接することで外筒体１２の上方への移動を規制してもよい。
【００３８】
外筒体１２を構成する筒状薄膜１３の素材や厚さ、薄板部材１４の素材・厚さ・幅寸法、あるいは薄板部材１４の配設数や薄板部材１４相互の間隔寸法などを、適宜変更することで、外筒体１２の可撓性や強度、ケーシング１の引き抜きに要する力を調整することが可能である。
【実施例】
【００３９】
潤滑材がケーシングの引き抜きに与える影響を確認する試験を行った。試験方法は、１１ｃｍ（縦）×１１ｃｍ（横）×３ｍｍ（厚み）のサイズを有するアクリル製の矩形平板２枚を上下に重ね合わせる。これら２枚の矩形平板の間に種々の潤滑材を塗布した後、上側の矩形平板を引き動かして、せん断力を測定した（クーロン式せん断試験）。潤滑材として、（１）蜂蜜、（２）グリース、（３）ワセリン、（４）防錆材、（５）潤滑材なしの５パターンとして測定した。（１）が実施例、（２）〜（５）が比較例である。
【００４０】
上載荷重とせん断力の関係を図１１に示す。縦軸はせん断力で、横軸は上載荷重を示している。直線が（１）の蜂蜜、点線が（２）のグリース、一点鎖線が（３）のワセリン、罰印が（４）の防錆材、二点鎖線が（５）の潤滑材なしである。これにより、潤滑材を（１）蜂蜜とした場合に最も減摩効果が大きいことがわかった。
【００４１】
次に、本発明のケーシングボーリング装置を使用して、ケーシングを引き上げる際の揚収力を測定するとともに、その際の土層の温度を測定した。この場合、温度調整手段はケーシングの内径側に設けた。潤滑材は、クローバーから採取した蜂蜜を使用した。図１２に、土層の温度と揚収力との関係を示す。縦軸は揚収力比（本発明を使用した場合の揚収力／従来の装置を使用した場合の揚収力）であり、横軸は土層の温度を示している。白三角印が、従来の装置を使用した場合の結果であり、黒三角印が、本発明の装置を使用した場合の結果である。これにより、土層温度が高くなるほど揚収力比が小さくなっており、土層温度を高くすると、ケーシングを引き上げる際の揚収力が小さくできることがわかった。
【００４２】
次に、温度調整手段はケーシングの内径側に設けず、空調機等のケーシングから離れた位置に設けた。潤滑材は、クローバーから採取した蜂蜜を使用した。図１３に、土層の温度と揚収力との関係を示す。縦軸は揚収力比（本発明を使用した場合の揚収力／従来の装置を使用した場合の揚収力）であり、横軸は土層の温度を示している。罰印が、従来の装置を使用した場合の結果であり、黒四角印が、本発明の装置を使用した場合の結果である。これにより、同一の土層温度では揚収力が小さくなっており、ケーシングに孔部を設けるとケーシングを引き上げる際の揚収力が小さくできることがわかった。
【符号の説明】
【００４３】
１ ケーシング
２ 荷重付与手段
３ 除荷手段
４ 揚収手段
１２ 外筒体
１８ 潤滑材
２２ 温度調整手段
２７ 孔部
Ａ ケーシングボーリング装置
Ｇ 地盤
【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】
2012087589.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2012087589.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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