説明

超音波探知装置及びそれを使用した超音波探知方法

【課題】コンクリート等の内部探知を高精度に行うことができる超音波探知装置及びそれを使用した超音波探知方法を提供する。
【解決手段】発信探触子と受信探触子との間隔を一定に保ちながら超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均をnA回求める加算平均手段が設けられている。また、jをnA以下の自然数とし、各加算平均を時間の関数G(t)で表現した場合に、その関数G(t)に対し所定の時系列フィルタを乗じることにより、所定の数式の演算を行う時系列フィルタリング手段が設けられている。更に、時系列フィルタ手段に含まれる変数毎に表示する表示装置が設けられている。時系列フィルタは、所定値t及びΔtに対し、t=tで最大値1.0、t=t−Δt以前の時刻及びt=tT+Δt以降の時刻で0となる正弦関数である。


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【特許請求の範囲】
【請求項1】
発信探触子と受信探触子との間隔を一定量ずつ変更しながら超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均をnA回求める加算平均手段と、前記発信探触子と前記受信探触子との中心を結ぶ線分上における前記発信探触子及び受信探触子の被探知体に接する部位の幅をφ、探触子間距離に依存する補正係数をα、被探知体におけるたて波の音速をVとしたときに、数式f=α×V/φの演算を行う周波数演算手段と、jをnA以

1及び第2の周波数フィルタAn1(f)及びAn2(f)に対して、An1(f)・An2(f)・F(f)(n1は2又は4、n2は0以上の整数)のスペクトルの中心周波数が前記fとなるように前記n1及びn2の値を決定する乗数決定手段と、決定され

リエ変換手段と、GA(t)とGAj+1(t)との位相差Δt及び外部から与えられ

を行う平均化手段と、前記平均化手段により得られた結果を自然数乗して表示する表示装置と、を有することを特徴とする超音波探知装置。
【請求項2】
発信探触子と受信探触子との間隔を一定量ずつ変更しながら超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均をnA回求める加算平均手段と、前記加算平均手段により得られたnA個の加算平均の総加算平均をG(t)として求める総加算平均手段と、

、任意の第1及び第2の周波数フィルタAn1(f)及びAn2(f)に対して、An1(f)・An2(f)・F(f)(n1は2又は4、n2は0以上の整数)のスペクトルの中心周波数が予め設定された値となるように前記n1及びn2の値を決定する乗数決定手段と、決定されたn1及びn2に基づいて数式

換手段により得られた結果を自然数乗して表示する表示装置と、を有することを特徴とする超音波探知装置。
【請求項3】
前記予め設定された値は、周波数の関数である音速補正係数をγ、前記発信探触子及び受信探触子の間隔の変更量をΔa、被探知体におけるたて波の音速をVとしたときに、数式γ×V/(2×Δa)で与えられることを特徴とする請求項2に記載の超音波探知装置。
【請求項4】
前記表示装置は、nAの値が1だけ異なる2種のGA(t)を同時に表示することができることを特徴とする請求項1に記載の超音波探知装置。
【請求項5】
前記GA(t)に対し所定の時系列フィルタFiLTn5(t)(n5は自然数)を乗じる時系列フィルタリング手段と、前記GA(t)をFiLTn5(t)・GA(t)に置換する置換手段と、を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波探知装置。
【請求項6】
前記GA(t)に対し所定の時系列フィルタFiLTn5(t)(n5は自然数)を乗じる時系列フィルタリング手段と、前記GA(t)をFiLTn5(t)・GA(t)に置換する置換手段と、を有することを特徴とする請求項1に記載の超音波探知装置。
【請求項7】
前記時系列フィルタは、tを探知目標とする波の起生時刻としたとき、t=0で0、t=tで1.0、t=2t以降の時刻で0となる正弦関数であることを特徴とする請求項5又は6に記載の超音波探知装置。
【請求項8】
前記時系列フィルタは、tを探知目標とする波の起生時刻としたとき、t=0で0、t=tで1.0となり、0≦t≦tにおいて単調に増加し、t>tで単調に減少する関数であることを特徴とする請求項5又は6に記載の超音波探知装置。
【請求項9】
発信探触子と受信探触子との間隔を一定量ずつ変更しながら超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均をnA回求める加算平均手段と、被探知体における表面波とたて波との音速比をβ、前記発信探触子及び受信探触子の間隔の変更量をΔa、被探知体におけるたて波の音速をVとしたときに、数式fR1=β×V/(2×Δa)の演算を行う周波数演算手段と、jを1又は2とし、前記各加算平均を

(f)及びAn2(f)に対して、An1(f)・An2(f)・F(f)(n1は2又は4、n2は0以上の整数)のスペクトルの中心周波数がfR1となるように前記n1及びn2の値を決定する乗数決定手段と、決定されたn1及びn2に基づいて数式

エ変換手段により得られた結果を自然数乗して表示する表示装置と、を有することを特徴とする超音波探知装置。
【請求項10】
発信探触子と受信探触子との間隔を一定に保ちながら超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均をnA回求める加算平均手段と、前記発信探触子と前記受信探触子との中心を結ぶ線分上における前記発信探触子及び受信探触子の被探知体に接する部位の幅をφ、探触子間距離に依存する補正係数をα、被探知体におけるたて波の音速をVとしたときに、数式f=α×V/φの演算を行う周波数演算手段と、jをnA以下の自

第2の周波数フィルタAn1(f)及びAn2(f)に対して、An1(f)・An2(f)・F(f)(n1及びn2は0以上の整数)のスペクトルの中心周波数が前記fとなるように前記n1及びn2の値を決定する乗数決定手段と、決定されたn1及びn2

と、前記GA(t)に対し所定の時系列フィルタFiLTn5(t)(n5は自然数)を

系列フィルタリング手段と、前記n5FA(f)を前記n5毎に表示する表示装置と、を有し、前記時系列フィルタは、所定値t及びΔtに対し、t=tで最大値1.0、t=t−Δt以前の時刻及びt=t+Δt以降の時刻で0となる正弦関数であることを特徴とする超音波探知装置。
【請求項11】
発信探触子と受信探触子との間隔を一定に保ちながら超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均をnA回求める加算平均手段と、前記発信探触子と前記受信探触子との中心を結ぶ線分上における前記発信探触子及び受信探触子の被探知体に接する部位の幅をφ、探触子間距離に依存する補正係数をα、被探知体におけるたて波の音速をVとしたときに、数式f=α×V/φ及び数式f=V/(π×φ)の演算を行う周波数演算手段と、数式n×f<fを満たす最大の自然数nを決定するn値決定手段と、j

任意の第1及び第2の周波数フィルタAn1(f)及びAn2(f)に対して、An1(f)・An2(f)・F(f)(n1及びn2は0以上の整数)のスペクトルの中心周波数が前記f又はfとなるように前記n1及びn2の値を決定する乗数決定手段と、

を行うフーリエ変換手段と、前記GA(t)に対し所定の時系列フィルタFiLTn5(t)(n5は自然数)を乗じることにより、数式

と、前記FiLTn5(t)・GA(t)及びn5FA(f)を前記n5毎に表示する表示装置と、を有し、前記時系列フィルタは、所定値t及びΔtに対し、t=tで最大値1.0、t=t−Δt以前の時刻及びt=t+Δt以降の時刻で0となる正弦関数であることを特徴とする超音波探知装置。
【請求項12】
発信探触子と受信探触子との間隔を一定に保ちながら超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均をnA回求める加算平均手段と、jをnA以下の自然数とし、

n2(f)に対して、n2を10以下の自然数として、数式

し所定の時系列フィルタFiLTn5(t)(n5は自然数)を乗じることにより、数式

と、前記n5FA(f)を前記n5毎に表示する表示装置と、を有し、前記時系列フィルタは、所定値t及びΔtに対し、t=tで最大値1.0、t=t−Δt以前の時刻及びt=t+Δt以降の時刻で0となる正弦関数であることを特徴とする超音波探知装置。
【請求項13】
発信探触子と受信探触子との間隔を一定に保ちながら超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均をnA回求める加算平均手段と、jをnA以下の自然数とし、

の時系列フィルタFiLTn5(t)(n5は自然数)を乗じることにより、数式

、前記n5FA(f)を前記n5毎に表示する表示装置と、を有し、前記時系列フィルタは、所定値t及びΔtに対し、t=tで最大値1.0、t=t−Δt以前の時刻及びt=t+Δt以降の時刻で0となる正弦関数であることを特徴とする超音波探知装置。
【請求項14】
前記表示装置は、前記GB(t)を自然数乗したものを表示することができることを特徴とする請求項10、11又は13に記載の超音波探知装置。
【請求項15】
前記表示装置は、前記HB(t)を自然数乗したものを表示することができることを特徴とする請求項12に記載の超音波探知装置。
【請求項16】
前記G(t)、GA(t)及びGB(t)からなる群から選択された1の関数をP(t)と表現し、JAをnA以下の自然数とし、P(t)(1≦j≦JA)の中で最も大きい振幅の絶対値を|maxP|とし、各P(t)の最大の振幅の絶対値を|max|としたときに、予め定められたβに対して、|maxP|≦β・|max|を満足するP(t)を|maxP|/|max|×P(t)に置換する置換手段を有することを特徴とする請求項10又は11に記載の超音波探知装置。
【請求項17】
前記G(t)及びGB(t)からなる群から選択された1の関数をP(t)と表現し、JAをnA以下の自然数とし、P(t)(1≦j≦JA)の中で最も大きい振幅の絶対値を|maxP|とし、各P(t)の最大の振幅の絶対値を|max|としたときに、予め定められたβに対して、|maxP|≦β・|max|を満足するP(t)を|maxP|/|max|×P(t)に置換する置換手段を有することを特徴とする請求項13に記載の超音波探知装置。
【請求項18】
前記G(t)、H(t)、HA(t)及びHB(t)からなる群から選択された1の関数をP(t)と表現し、JAをnA以下の自然数とし、P(t)(1≦j≦JA)の中で最も大きい振幅の絶対値を|maxP|とし、各P(t)の最大の振幅の絶対値を|max|としたときに、予め定められたβに対して、|maxP|≦β・|max|を満足するP(t)を|maxP|/|max|×P(t)に置換する置換手段を有することを特徴とする請求項12に記載の超音波探知装置。
【請求項19】
前記F(f)、An1(f)・An2(f)・F(f)及びn5FA(f)からなる群から選択された1の関数をPF(f)と表現し、JAをnA以下の自然数とし、PF(f)(1≦j≦JA)の中で最も大きいスペクトル値の絶対値をmaxSとし、各PF(f)の最大のスペクトル値の絶対値をmaxとしたときに、予め定められたβに対して、maxS≦β・maxを満足するPF(f)をmaxS/max×PF(f)に置換する置換手段を有することを特徴とする請求項10又は11に記載の超音波探知装置。
【請求項20】
前記F(f)及びn5FA(f)からなる群から選択された1の関数をPF(f)と表現し、JAをnA以下の自然数とし、PF(f)(1≦j≦JA)の中で最も大きいスペクトル値の絶対値をmaxSとし、各PF(f)の最大のスペクトル値の絶対値をmaxとしたときに、予め定められたβに対して、maxS≦β・maxを満足するPF(f)をmaxS/max×PF(f)に置換する置換手段を有することを特徴とする請求項12又は13に記載の超音波探知装置。
【請求項21】
発信探触子と受信探触子との間隔を一定に保ちながら超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均をnA回求める加算平均手段と、前記発信探触子と前記受信探触子との中心を結ぶ線分上における前記発信探触子及び受信探触子の被探知体に接する部位の幅をφ、探触子間距離に依存する補正係数をα、他の補正係数をα、補正係数α2を求めたときの被探知体の音速をVST、被探知体におけるたて波の音速をVとしたときに、数式f=α×V/φ及び数式f=α×V/VSTの演算を行う周波数演算手段と、f<fの場合に(f+f)/2で与えられる値をfとし、f≧fの場合にfをfとする中心周波数決定手段と、jをnA以下の自然数とし、前記各加算平均を

(f)及びAn2(f)に対して、An1(f)・An2(f)・F(f)(n1及びn2は0以上の整数)のスペクトルの中心周波数が前記fとなるように前記n1及びn2の値を決定する乗数決定手段と、決定されたn1及びn2に基づいて数式

前記フーリエ変換手段により得られたGA(t)及びGA(t)を自然数np乗することにより、GAnp(t)及びGAnp(t)として表示する表示装置と、を有することを特徴とする超音波探知装置。
【請求項22】
前記GA(t)(jは1又は2)に対し所定の時系列フィルタFiLTn5(t)(n5は自然数)を乗じる時系列フィルタリング手段と、前記GA(t)をFiLTn5(t)・GA(t)に置換する置換手段と、を有し、前記時系列フィルタは、被探知体の厚さ又は探知目標物までの距離をdとしたとき、2×d/Vで与えられるtに関し、t=0で0、t=tで1.0、t=2t以降の時刻で0となる正弦関数であることを特徴とする請求項21に記載の超音波探知装置。
【請求項23】
前記表示装置は、前記GAnp(t)の最大の振幅の絶対値を|max|とし、前記GAnp(t)の最大の振幅の絶対値を|max|としたとき、|max|≧|max|であれば、GAnp(t)/|max|及びGAnp(t)/|max|を最大振幅値を1.0に標準化して表示し、|max|<|max|であれば、GAnp(t)/|max|及びGAnp(t)/|max|を最大振幅値を1.0に標準化して表示することを特徴とする請求項21に記載の超音波探知装置。
【請求項24】
前記表示装置は、GAnp(t)を画面から消去することを特徴とする請求項23に記載の超音波探知装置。
【請求項25】
前記tTの値は、被探知体の厚さ又は探知目標物までの距離をdとしたとき、2×d/V又は(2×d/V+β/f)(0≦β≦2)で与えられることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載の超音波探知装置。
【請求項26】
前記tTの値は、前記発信探触子から探知目標までの路程をたて波で伝達し前記標知目標から前記受信探触子までの路程をよこ波で伝達する波の受信予測時刻、前記発信探触子から前記探知目標までの路程をよこ波で伝達し前記標知目標から前記受信探触子までの路程をたて波で伝達する波の受信予測時刻、及び前記発信探触子から前記探知目標を経由して前記受信探触子までの路程をよこ波で伝達する波の受信予測時刻からなる群から選択された1の受信予想時刻であることを特徴とする請求項10又は13に記載の超音波探知装置。
【請求項27】
前記tの値は、前記発信探触子と前記受信探触子との間隔をa、たて波の音速をV、表面を伝達する波の音速をVとしたとき、a/V又は/Vで与えられることを特徴とする請求項10又は13に記載の超音波探知装置。
【請求項28】
前記FiLT(t)をt=0で0、t=tで1.0、t=2t以降の時刻で0となる正弦関数に置換するフィルタ置換手段を有することを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載の超音波探知装置。
【請求項29】
前記FiLT(t)をt=0で0、t=tで1.0、0≦t≦tの範囲で単調に増加し、t>tの範囲で単調に減少する関数に置換するフィルタ置換手段を有することを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載の超音波探知装置。
【請求項30】

と、前記G(t)を前記H(t)に置換するフーリエスペクトル変換手段と、を有することを特徴とする請求項1、2、9、10、11又は13に記載の超音波探知装置。
【請求項31】

と、前記G(t)を前記H(t)に置換するフーリエスペクトル変換手段と、を有することを特徴とする請求項1、2又は9に記載の超音波探知装置。
【請求項32】
請求項10に記載の超音波探知装置を使用した超音波探知方法において、コンクリートに互いに平行に埋め込まれた鉄筋のかぶり厚をdとしたとき、前記発信探触子と前記受信探触子との間隔を3×d以上とし、1回の加算平均を得るために前記発信探触子と前記受信探触子と結ぶ線分を前記鉄筋の長手方向と平行になるように位置させ、加算平均毎に前記線分を前記鉄筋の長手方向に対して垂直な方向に平行移動させて前記発信探触子及び受信探触子の位置を配置し直す工程と、を有することを特徴とする超音波探知方法。
【請求項33】
請求項10に記載の超音波探知装置を使用した超音波探知方法において、コンクリートに埋め込まれた鉄骨のかぶり厚をdとしたとき、前記発信探触子と前記受信探触子との間隔を3×d以上とし、1回の加算平均を得るために前記発信探触子と前記受信探触子と結ぶ線分を前記鉄骨上に位置させ、加算平均毎に前記線分上で前記発信探触子及び受信探触子の位置を変更することを特徴とする超音波探知方法。

【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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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22】
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【図23】
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【図24】
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【図25】
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【図26】
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【図27】
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【図28】
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【図29】
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【図30】
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【図31】
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【図32】
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【図33】
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【図34】
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【図35】
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【図36】
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【図37】
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【図38】
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【図39】
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【図40】
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【図41】
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【図42】
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【図43】
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【図44】
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【図45】
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【図46】
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【図47】
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【図48】
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【図49】
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【図50】
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【図51】
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【図52】
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【図53】
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【図54】
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【図55】
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【図56】
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【図57】
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【図58】
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【図59】
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【図60】
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【図61】
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【図62】
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【図63】
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【図64】
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【図65】
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【図66】
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【図67】
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【図68】
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【図69】
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【図70】
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【図71】
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【図72】
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【図73】
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【図74】
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【図75】
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【図76】
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【図77】
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【図78】
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【図79】
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【図80】
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【図81】
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【図82】
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【図83】
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【図84】
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【図85】
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【図86】
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【図87】
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【図88】
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【図89】
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【図90】
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【図91】
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【図92】
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【図93】
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【図94】
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【図95】
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【図96】
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【図97】
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【図98】
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【図99】
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【図100】
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【図101】
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【図102】
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【図103】
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【図104】
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【図105】
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【図106】
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【図107】
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【図108】
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【図109】
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【図110】
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【図111】
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【図112】
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【図114】
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【図116】
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【図117】
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【図118】
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【図119】
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【図120】
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【図121】
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【図122】
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【図123】
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【図124】
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【図125】
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【図126】
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【図127】
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【図128】
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【図129】
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【図130】
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【図131】
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【図140】
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【図143】
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【図144】
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【図147】
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【図148】
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【図149】
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【図191】
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【図199】
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【図200】
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【図201】
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【図202】
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【図203】
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【図204】
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【図205】
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【図206】
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【図207】
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【図208】
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【図209】
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【図210】
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【図211】
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【図212】
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【図213】
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【図214】
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【図215】
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【図216】
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【図217】
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【図218】
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【図219】
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【図220】
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【図221】
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【図222】
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【図223】
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【図224】
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【図225】
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【図226】
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【図227】
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【図228】
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【図229】
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【図230】
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【図231】
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【図232】
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【図233】
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【図234】
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【図235】
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【図236】
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【図237】
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【図238】
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【図239】
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【図240】
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【図241】
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【図242】
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【図243】
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【図244】
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【図245】
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【図246】
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【図247】
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【図248】
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【図249】
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【図250】
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【図251】
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【図252】
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【図253】
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【図254】
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【図255】
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【図256】
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【図257】
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【図258】
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【図259】
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【図260】
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【図261】
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【図262】
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【図263】
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【図264】
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【図265】
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【図266】
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【図267】
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【図268】
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【図269】
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【図270】
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【図271】
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【図272】
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【図273】
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【図274】
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【図275】
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【図276】
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【図277】
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【図278】
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【公開番号】特開2007−139788(P2007−139788A)
【公開日】平成19年6月7日(2007.6.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−320868(P2006−320868)
【出願日】平成18年10月30日(2006.10.30)
【分割の表示】特願2003−549903(P2003−549903)の分割
【原出願日】平成13年11月30日(2001.11.30)
【新規性喪失の例外の表示】特許法第30条第1項適用申請有り 
【出願人】(599074866)
【Fターム(参考)】