(57)【要約】【課題】  駆動源の回転力を、必要なときにのみ伝達できるような回転力伝達装置を提供することである。【解決手段】  回転軸３にその軸方向に所定の間隔を保って固定した一対のプレート５，５の外側に間隔を保つとともに上記回転軸３と相対回転可能にした回転体１０とを備え、回転体１０とプレート５との間には、磁力の作用で高粘度化する磁性流体Ｌを設け、上記一対のプレート５，５間には、永久磁石６と磁歪素子７とを備え、上記磁歪素子７に圧力を作用させて高透磁性を保ち、磁歪素子７によって閉磁路を構成し、回転軸３と回転体１０との結合力を弱くする一方、磁歪素子７に押圧力を作用させて低透磁性を保ち、上記閉磁路を開放して磁力を上記磁性流体Ｌに作用させ、磁性流体Ｌを高粘度化して上記回転軸３と回転体１０との結合力を強くする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、この回転軸にその軸方向に所定の間隔を保って固定した一対のプレートと、これら一対のプレートの外側に間隔を保つとともに上記回転軸と相対回転可能にした回転体と、この回転体と上記プレートとの間に介在させ、磁力の作用で高粘度化する磁性流体と、上記一対のプレート間に設けた永久磁石と、上記一対のプレート間に設けるとともに、圧力が作用していないとき高透磁性を保ち、圧力が作用したとき低透磁性を保つ磁歪素子とを備え、上記磁歪素子に押圧力が作用せず当該磁歪素子が高透磁性を保っているとき、上記永久磁石と一対のプレートとで構成される磁路を上記高透磁性を保った磁歪素子によって短絡させ、これら永久磁石、一対のプレート、および磁歪素子で閉磁路を構成して、上記回転軸と回転体との結合力を弱くして相対回転可能にする一方、上記磁歪素子に押圧力を作用させ、当該磁歪素子が低透磁性を保っているとき、上記閉磁路を開放し、磁力を上記磁性流体に作用させ磁性流体を高粘度化して、上記回転軸と回転体との結合力を強くする回転力伝達装置。
【請求項２】
上記一対のプレート間には、磁歪素子ごとに対応するピストンを設けるとともに、上記回転軸に圧力導入路を形成し、上記圧力導入路へ圧力流体を導き、この圧力流体の圧力を、上記ピストンを介して磁歪素子に作用させる構成にした請求項１に記載の回転力伝達装置。
【請求項３】
流体供給ポンプの駆動軸に接続した第１プーリーと、エンジンの回転軸に接続した第２プーリーとを連結手段によって連結し、上記流体供給ポンプの吐出ポートに接続した作動流体の供給流路に、切換弁を介してパワーシリンダを接続するとともに、上記切換弁は、中立位置において上記供給流路をタンクと接続し、いずれかの切り換え位置において上記供給流路をパワーシリンダのいずれか一方の室に接続するパワーステアリング装置において、上記第１、第２プーリーのいずれか一方を、請求項１または２に記載の回転力伝達装置で構成したパワーステアリング装置。
【請求項４】
上記一対のプレート間には、磁歪素子ごとに対応するピストンを設けるとともに、上記回転軸に圧力導入路を形成し、上記供給流路の圧力を上記圧力導入路へ導き、その圧力を、上記ピストンを介して上記磁歪素子に作用させる構成にした請求項３に記載のパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転力伝達装置と、この回転力伝達装置を用いたパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、油圧パワーステアリング装置の作動油を供給するポンプの駆動源としてエンジンを用いることが知られている。
例えば、図６に示すように、パワーシリンダ１のロッド１ａを車輪Ｗに連係させ、このパワーシリンダ１を切換弁２を介してポンプＰの吐出側に接続している。そして、切換弁２を切り換えることによって、ポンプＰからの吐出油をパワーシリンダ１のピストン１ｂで区画されたいずれか一方の室に供給するようにした装置がある。
また、上記ポンプＰの駆動軸にはエンジンＥの回転軸を接続し、エンジンＥの回転によってポンプＰを駆動するようにしている。ポンプＰからの作動油の吐出量は、エンジンＥの回転数に依存するので、パワーシリンダ１側の必要流量は、上記切換弁２で制御し、必要量を超える流量はタンクＴへ戻すようにしている。
【特許文献１】特開２００３−０９５１２１号公報
【特許文献２】特開
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来のパワーステアリング装置では、ポンプＰの吐出量は、エンジンＥの回転数で決まるので、エンジンＥの回転数が低いときにも、パワーシリンダ１の供給流量が必要流量に対して不足することがないように、ポンプＰからの吐出量が多めになるようなポンプＰを用いている。
そのため、エンジンＥの回転数が高くなれば、パワーシリンダ１で流量が必要なくても、ポンプＰからは大流量が吐出されることになる。つまり、ポンプＰは不要な流体を吐出し、エンジンＥはそのために無駄にエネルギーを消費していた。
【０００４】
この発明の目的は、駆動源の回転力を、必要なときにのみ伝達できるような回転力伝達装置と、必要以上にポンプを駆動してエネルギーを無駄にすることのないパワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明は、回転軸と、この回転軸にその軸方向に所定の間隔を保って固定した一対のプレートと、これら一対のプレートの外側に間隔を保つとともに上記回転軸と相対回転可能にした回転体と、この回転体と上記プレートとの間に介在させ、磁力の作用で高粘度化する磁性流体と、上記一対のプレート間に設けた永久磁石と、上記一対のプレート間に設けるとともに、圧力が作用していないとき高透磁性を保ち、圧力が作用したとき低透磁性を保つ磁歪素子とを備え、上記磁歪素子に押圧力が作用せず当該磁歪素子が高透磁性を保っているとき、上記永久磁石と一対のプレートとで構成される磁路を上記高透磁性を保った磁歪素子によって短絡させ、これら永久磁石、一対のプレート、および磁歪素子で閉磁路を構成して、上記回転軸と回転体との結合力を弱くして相対回転可能にする一方、上記磁歪素子に、押圧力を作用させ、当該磁歪素子が低透磁性を保っているとき、上記閉磁路を開放し、磁力を上記磁性流体に作用させ磁性流体を高粘度化して、上記回転軸と回転体との結合力を強くする点に特徴を有する。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明を前提とし、上記一対のプレート間には、磁歪素子ごとに対応するピストンを設けるとともに、上記回転軸に圧力導入路を形成し、上記圧力導入路へ圧力流体を導き、この圧力流体の圧力を、上記ピストンを介して磁歪素子に作用させる構成にした点に特徴を有する。
【０００７】
第３の発明は、流体供給ポンプの駆動軸に接続した第１プーリーと、エンジンの回転軸に接続した第２プーリーとを連結手段によって連結し、上記流体供給ポンプの吐出ポートに接続した作動流体の供給流路に、切換弁を介してパワーシリンダを接続するとともに、上記切換弁は、中立位置において上記供給流路をタンクと接続し、いずれかの切り換え位置において上記供給流路をパワーシリンダのいずれか一方の室に接続するパワーステアリング装置において、上記第１、第２プーリーのいずれか一方を、上記第１または第２の発明の回転力伝達装置で構成した点に特徴を有する。
なお、この発明における連結手段は、上記第１、第２プーリーに掛け渡すベルトやチェーンのほか、外周を直接かみ合わせるギヤも含むものとする。
【０００８】
第４の発明は、第３の発明を前提とし、上記一対のプレート間には、磁歪素子ごとに対応するピストンを設けるとともに、上記回転軸に圧力導入路を形成し、上記供給流路の圧力を上記圧力導入路へ導き、その圧力を、上記ピストンを介して上記磁歪素子に作用させる構成にした点に特徴を有する。
【発明の効果】
【０００９】
第１、第２の発明によれば、磁歪素子に押圧力を作用させたり、させなかったりすることによって、回転軸と回転体との間の結合力を強くしたり弱くしたりすることができる。そのため、回転軸と回転体との間で、回転力を伝達させたり、させなかったりすることができる。そのため、回転軸あるいは回転体のいずれか一方に駆動源を接続した場合、その回転力を、必要に応じていずれか他方へ伝達させることができる。従って、回転軸あるいは回転体のいずれか他方を回転させる必要が無いときには、駆動源を停止しなくても回転力の伝達を抑えて、エネルギーの無駄を少なくできる。
【００１０】
第２の発明によれば、流体の圧力を用いて磁歪素子に押圧力を作用させ、回転力の伝達を制御できる。
【００１１】
第３、第４の発明によれば、パワーシリンダ側で流量を必要としない場合には、第１または第２プーリーにおける回転体と回転軸との連結力を小さくしたり、連結を切ったりして、エンジンの回転をポンプに伝達しないようにできる。そのため、ポンプから不要な流量が吐出されることを防止でき、エネルギーの無駄を少なくできる。
【００１２】
第４の発明では、磁歪素子に押圧力を作用させるための流体圧を、パワーシリンダへの醜態供給通路から導くようにしたので、エンジン回転力のポンプへの伝達を制御するために、特別に圧力源を設ける必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１〜図３に、第１実施形態の回転力伝達装置を示す。
この回転力伝達装置は、回転軸３にブロック４を介して、一対のプレート５，５を固定している。上記ブロック４及び一対のプレート５，５は、それぞれ同一直径の円盤であるが、ブロック４はアルミなどの非磁性材料で構成し、プレート５，５は透磁率の高い磁性材料で構成している。また、回転軸３も非磁性材料で構成する。
なお、上記磁歪素子７は、通常は高透磁性を維持し、押圧力を受けたときに、低透磁性となる素材である。
そして、上記ブロック４には、その両面から軸方向へ突出する凸部４ａ，４ａを設ける一方、プレート５，５にはこの凸部４ａ，４ａに一致する貫通孔５ａ，５ａを形成し、これらの貫通孔５ａ，５ａに上記凸部４ａ，４ａを嵌め合わせて両者を固定している。つまり上記プレート５，５は回転軸３と一体回転する。
【００１４】
また、上記ブロック４には、軸方向に貫通する複数の貫通孔４ｂを円周に沿って形成し、各貫通孔４ｂには、棒状の永久磁石６または、棒状の磁歪素子７を設けている。これら永久磁石６と磁歪素子７は、図２，図３に示すように、円周上に交互に配置している。
なお、図２、図３は、永久磁石６及び磁歪素子７の配置を示すために、回転軸３やブロック４、回転体１０は省略している。
そして、各永久磁石６は、一方のプレート５にＳ極を接触させ、他方のプレート５にＮ極を接触させている。従って、一方のプレート５がＳ極、他方のプレート５がＮ極となる。ただし、永久磁石６のＳ極とＮ極とを、図２、図３とは反対に配置してもかまわない。
【００１５】
さらに、上記ブロック４内には、上記磁歪素子７に対応する圧力室４ｃを回転軸３から放射状に形成するとともに、この圧力室４ｃ内にはＯリング９を取り付けたピストン８を設けている。
そして、回転軸３には、外部から流体圧を導入する圧力導入路３ａを形成し、その終端を上記圧力室４ｃに接続している。これにより、圧力導入路３ａから導いた流体圧を、ピストン８を介して磁歪素子７に作用させることができる。上記圧力導入路３には、図示しない圧力発生源を接続し、必要に応じて圧力を導くようにしている。
【００１６】
一方、上記プレート５，５の外周側には、所定の間隔を保って回転体１０を設け、この回転体１０を、例えばボールベアリングなどの軸受部材１１を介して回転軸３に対し回転可能に取り付けている。回転体１０は内部に中空部を備えていて、この中空部に上記一対のプレート５，５及びブロック４を収容したとき、プレート５，５の外周に所定の間隔が保たれ、流体室１３を形成する構成にしている。そして、上記軸受部材１１とプレート５との間には、回転体１０とともに回転するシール部材１２を設け、このシール部材１２によって上記プレート５，５の外周側の流体室１３を閉じるとともに、この流体室１３には磁性流体Ｌを封入している。
上記磁性流体Ｌは、液体中に磁性粒子を分散させた流体であり、磁力が作用すると磁性粒子が凝集して粘度が高くなる性質を持った流体である。そして、この流体の粘度は、磁性粒子の物性や含有量のほか、分散媒となる流体の物性によって調整できるが、ここで用いる磁性流体は、磁力が作用していない状態で、水に近い粘性を示すものとする。
【００１７】
以下に、上記回転力伝達装置の作用を説明する。
ここでは、回転軸３にモーターなどの駆動減を連結し、回転軸３の回転を上記回転体１０に伝達したり、伝達させなかったりする場合について説明する。
上記流体圧導入路３ａに圧力を導かないとき、上記磁歪素子７は高透磁性を維持している。そこで、永久磁石６による磁力線Ａは、磁歪素子７内を通過し、永久磁石６、プレート５，５及び磁歪素子７によって閉磁路を構成する。
このように閉磁路が構成された場合には、プレート５，５の外側の磁性流体Ｌには磁力が作用しないので、磁性流体Ｌは低粘度流体である。このような低粘性流体では、回転軸３と回転体１０との間の結合力は弱い。
このように、結合力が弱いとき、回転軸３を回転させても、その回転力は回転体１０に伝達されずに、回転軸３と回転体１０とは相対回転する。
【００１８】
一方、上記流体圧導入路３ａに流体圧を導き、圧力室４ｃのピストン８によって磁歪素子７に押圧力を作用させると、磁歪素子７の透磁性は下がり低透磁性となる。
磁歪素子７が低透磁性となれば、永久磁石６の磁力線Ａは、磁歪素子７内を通過せず、外部を通るようになる。つまり、図３に示すように、上記閉磁路を開放し、磁力線Ａの磁力がプレート５，５の外部の磁性流体Ｌにも及ぶことになる。
このように、磁力が作用すると、磁性流体Ｌは高粘度化して、プレート５，５と回転体１０との結合力を高めるように作用する。すなわち、回転軸３が回転したとき、高粘度の磁性流体Ｌは回転軸３とともに回転し、その粘性によって回転体１０を引っ張ることになる。その結果、回転軸３の回転力が回転体１０に伝達される。
【００１９】
上記のようにこの第１実施形態の回転力伝達装置では、磁歪素子７に押圧力を作用させることによって、回転軸３と回転体１０の結合力を強くして、回転軸３の回転を回転体１０に伝達させることができるし、磁歪素子７に押圧力を作用させなければ、回転軸３の回転を回転体１０に伝達しないようにできる。
【００２０】
ただし、磁力が作用しない状態での上記磁性流体Ｌの粘度をある程度高く設定しておけば、磁力が作用していない状態でも、回転軸３と回転体１０とを流体の粘性による弱い結合力で、回転軸３の回転を一部だけ回転体１０に伝達させ、磁力を作用させたときには、結合力を大きくして両者を一体回転させることもきる。
反対に、磁性流体Ｌの種類を選ぶことによって、磁力が作用して磁性流体Ｌが高粘度化しても、回転軸３と回転体１０とが完全に結合されず、駆動源の回転力を一部だけ伝達するようにすることもできる。
なお、上記回転軸３と回転体１０は、どちらに駆動源を連結するようにしてもかまわない。いずれにしても、磁歪素子７に押圧力を作用させるか否かによって、回転力の伝達を制御できる。
【００２１】
図４に示す第２実施形態は、磁歪素子７に押圧力を作用させる機構が、上記第１実施形態と異なるが、その他の構成は第１実施形態と同様の装置である。上記第１実施形態と同じ要素には、図１と同じ符号を用い、その動作説明には、図２，図３を用いる。
この第２実施形態では、一対のプレート５，５間に引っ張りばね１４を設けている。ここでは、プレート５，５間に設けたブロック４を外径をプレート５，５の外径よりも少し小さくし、各プレート５，５の外周近傍に引っ張りばね１４の両端をそれぞれ固定して、このばね１４のばね力によってプレート５，５を互いに近づく方向に引っ張るようにしている。このばね力により上記プレート５，５は僅かに撓み、磁歪素子７に対して押圧力が作用する。
【００２２】
また、ブロック４内には回転軸３に形成した圧力導入路３ａに連続するＴ字状の圧力室４ｄを複数形成し、この圧力室４ｄであって上記プレート５，６面に対向する部分にピストン８，８を設けている。上記圧力導入路３ａに圧力を導いたとき、上記ピストン８，８を介して各プレート５，５に対し、互いに離れる方向の圧力が作用し、結果として磁歪素子７を、上記ばね力による押圧力から開放するようにしている。
【００２３】
この第２実施形態の回転力伝達装置においては、外部からブロック４内に圧力を導いていないときに、磁歪素子７に押圧力が作用し、磁歪素子７が低透磁性を保っている。このとき、永久磁石６による磁力がプレート５，５の外周側の磁性流体Ｌに作用して、磁性流体Ｌを高粘度化している。この状態では、回転軸３と回転体１０との結合力が大きくなり、回転軸３あるいは回転体１０の回転力を他方に伝達できる。
これに対し、ブロック４内の圧力室４ｄに圧力を導いてピストン８，８によってプレート５，５が離れる方向の力を作用させると、磁歪素子７は上記押圧力から解放され、高透磁性を保持する。
【００２４】
磁歪素子７が高透磁性を保持すれば、磁力線Ａが磁歪素子７内を通過し、図２に示すように閉磁路を形成する。従って、磁性流体Ｌには磁力が作用せず、回転体１０と回転軸３との結合力は弱くなる。つまり、回転軸３の回転は回転体１０には伝達されない。
この第２実施形態の回転力伝達装置においても、磁歪素子７に押圧力を作用させるか否かによって、回転軸３と回転体１０との間で、回転力を伝達したり、伝達しなかったりすることができる。
【００２５】
第２実施形態の回転力伝達装置では、上記圧力導入路３ａに圧力を導いていない状態のとき、回転軸３と回転体１０との結合力が強くなる。回転力を伝達する状況が常態となる場合には、この第２実施形態の回転力伝達装置の方が、上記圧力導入路３ａに圧力を導入しない状況を長く維持できるので、上記第１実施形態と比べて有利である。
【００２６】
図５に示す第３実施形態は、上記第１実施形態の回転力伝達装置を用いたパワーステアリング装置である。
このパワーステアリング装置は、図６に示す従来のパワーステアリング装置と同様に、車輪Ｗ，Ｗにパワーシリンダ１のロッド１ａを連結し、上記パワーシリンダ１には、切換弁２を介してポンプＰを接続している。
そして、ポンプＰの駆動軸には、第１プーリー１５を接続し、エンジンＥには第２プーリー１６を接続し、これら第１プーリー１５と第２プーリー１６とに、この発明の連結手段であるベルト１７を掛け渡し、エンジンＥの回転力によってポンプＰを駆動するようにしている。
【００２７】
なお、図中の符号Ｈはハンドル、符号１８は切換弁２を切り換えるトルク検出機構である。そして、操舵トルクがトルク検出機構１８によって検出されると、その操舵トルクに応じて切換弁２が切り換わり、それによってパワーシリンダ１の一方の室がポンプＰの吐出流路に連通し、他方の室がタンクＴに連通する。その結果、パワーシリンダ１のピストン１ｂがロッド１ａとともに移動して、車輪Ｗ，Ｗが転舵される点は、従来のパワーステアリング装置と同様である。
ただし、この第３実施形態では、上記第１プーリー１５として、図１に示す上記第１実施形態の回転力伝達装置を用いる。従って、第１プーリー１５の説明には図１〜図３を用いる。つまり、上記ポンプＰの駆動軸に接続する第１プーリー１５の回転軸は図１に示す回転軸３であり、回転体１０の外周に上記ベルト１７を掛け渡している。
また、回転軸３に形成した圧力導入路３ａ（図１参照）には、ポンプＰの吐出ポートに接続した供給流路１９を接続し、この供給流路１９の圧力を導くようにしている。
【００２８】
このようにしたパワーステアリング装置は、切換弁２が、図示の中立状態では、供給通路１９がタンクＴに連通しているので、第１プーリー１５内の圧力室４ｃ（図１参照）にはタンク圧が導かれる。従って、磁歪素子７には押圧力が作用せず、高透磁性を維持するので、図２に示すように磁力線Ａは閉磁路を構成する。そのため、磁性流体Ｌには磁力が作用しないので、回転体１０と回転軸３との結合力は弱い。そこで、エンジンＥの回転が、第２プーリー１６からベルト１７を介して第１プーリー１５の回転体１０に伝達されても、回転軸３には伝達されない。
ただし、ここでは、上記磁性流体Ｌに磁力が作用していない状態でも、この磁性流体の粘性によって、回転体１０の回転が少しは回転軸３に伝達されるようにしている。つまり、切換弁２の中立状態においてもポンプＰは回転し、少量の作動油を吐出している。
【００２９】
この状態から、切換弁２がいずれかの方向に切り換わると、上記供給通路１９とタンクＴとの連通が遮断され、供給通路１９の圧力が上昇する。そのため、上記第１プーリー１５内の圧力室４ｃにも高圧が導入される。圧力室４ｃに高圧が導入されれば、ピストン８を介して押圧力が磁歪素子７に作用し、磁歪素子７が低透磁性となる。磁歪素子７が低透磁性を保持すれば、永久磁石６による磁力線Ａは、図３に示すように外部に及び、磁性流体Ｌに磁力が作用する。磁性流体Ｌに磁力が作用すれば、磁性流体Ｌが高粘度化して回転体１０と回転軸３との結合力が強くなる。従って、エンジンＥの回転に基づく回転力が回転軸３に伝達されることになる。その結果、ポンプＰの回転数が上がって吐出量が増加し、パワーシリンダ１へ十分な作動油を供給できる。
【００３０】
このように、第３実施形態のパワーステアリング装置では、エンジンＥが常時回転していても、パワーシリンダ１に作動油を供給する必要がないときには、エンジンＥの回転力をポンプＰの回転軸に伝達させずに、ポンプＰから無駄な流量を吐出をさせないようにすることができるとともに、パワーシリンダ１に対し必要な流量を供給することもできる。
従来のように、ポンプＰが必要の無い流量を吐出してエネルギーを無駄にすることがない。
なお、上記第３実施形態では、ポンプＰ側に接続した第１プーリー１５を第１実施形態の回転力伝達装置で構成したが、第２プーリー１６を上記回転力伝達装置で構成してもよい。
また、第１プーリー１５と第２プーリー１６とを連結する連結手段は、ベルト１７に限らず、チェーンやギヤでもよい。
【００３１】
さらに、上記第１〜第３実施形態では、上記磁歪素子７に押圧力を作用させる手段として、流体圧やばね力を用いているが、押圧力作用手段はこれらに限らないし、上記ばね力を開放する手段も流体圧に限らず、どのようものでもよい。回転軸３と回転体１０との結合力を高めたいときに、磁歪素子７に対して押圧力を作用できればどのようなものでもよい。
ただし、油圧式のパワーステアリング装置においては、第３実施形態のように、作動油の供給ポンプを磁歪素子の押圧用に兼用すれば、押圧力供給源を別に設ける必要がない。また、磁歪素子の押圧力として、供給通路の圧力を利用すれば、押圧力を作用させるタイミングを特別に制御する必要もなく、装置の構成を単純化できるメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態の断面図である。
【図２】第１実施形態の要部説明図であり、閉磁路を構成した状態を示している。
【図３】第１実施形態の要部説明図であり、閉磁路を開放された状態を示している。
【図４】第２実施形態の断面図である。
【図５】第３実施形態の回路図である。
【図６】従来のパワーステアリング装置の回路図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｗ      車輪
Ｐ      ポンプ
Ｅ      エンジン
Ｔ      タンク
Ｌ      磁性流体
１      パワーシリンダ
２      切換弁
３      回転軸
５      プレート
６      永久磁石
７      磁歪素子
８      ピストン
１０    回転体
１１    軸受部材
１３    流体室
１４    ばね
１５    第１プーリー
１６    第２プーリー
１９    供給流路
【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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