(57)【要約】【課題】ブーツの破断を防止できる自在継手の提供。【解決手段】固定式等速ジョイントは、中間シャフトと外輪とに取り付けられたブーツを備えている。ブーツの蛇腹部４５ａには内外を連通する貫通孔４５ａ３が形成されている。貫通孔４５ａ３には、開閉弁５０のプランジャ５１が移動可能に挿入され、プランジャ５１のフランジ部５１ｂを覆ったダイアフラム５２の縁部が、蛇腹部４５ａの外周面に固着されている。フランジ部５１ｂに対して半径方向外方に位置するダイアフラム５２の部位には、細孔５２ａが形成されている。開閉弁５０は、常時閉状態とされている。ブーツ４５の内部に負圧が発生すると、ブーツ４５の蛇腹部４５ａが撓んでプランジャ５１に当接するため、プランジャ５１が蛇腹部４５ａに対して移動して、ダイアフラム５２を蛇腹部４５ａから離れさせて細孔５２ａを開放し、ブーツ内外の気体の流通が許容される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力を伝達するシャフトに接続された内輪と、
前記内輪に対して回転方向に係合し、前記シャフトとともに回転可能かつ前記シャフトに対して角度変位可能な外輪と、
一端部が前記シャフトの外周面に取り付けられるとともに、他端部が前記外輪の端部に取り付けられることにより内部が密閉され、両端部の間には大径部と小径部とが交互に連続的に形成された蛇腹部を有するブーツと、
を備え、
前記蛇腹部には
前記ブーツの内外を連通する貫通孔と、
前記貫通孔内を通った気体の流通を断続する開閉手段と、
が設けられ、
前記開閉手段は、常時は前記貫通孔内を通った気体の流通を遮断する閉状態にあり、前記ブーツの内部に負圧が発生することにより前記蛇腹部が撓み、撓んだ前記蛇腹部が当接することにより前記蛇腹部に対して移動し、前記貫通孔内を通った気体の流通を許容する開状態となることを特徴とする自在継手。
【請求項２】
前記開閉手段は、
前記ブーツの内部に負圧が発生していない場合、前記シャフトが前記外輪に対して相対変位しても、撓んだ前記蛇腹部が当接することなく、前記閉状態から前記開状態に変位しない前記蛇腹部上の位置に設けられたことを特徴とする請求項１記載の自在継手。
【請求項３】
前記開閉手段は、
前記貫通孔に移動可能に挿通された軸部と、該軸部の端部に形成され前記軸部から半径方向に張り出した押圧部とを有するとともに、気体が通過する連通孔が形成された移動体と、
弾性部材により膜状に形成され、前記押圧部を覆うとともに半径方向外方へと延びて縁部が前記蛇腹部に固着されることにより、張力により前記移動体を軸方向に押圧し、前記押圧部の半径方向外方に位置する部位には通気孔を有した膜体と、
を具備しており、
前記開閉手段が前記閉状態にある場合、前記膜体は前記移動体を押圧しながら、前記蛇腹部に密着して前記通気孔を塞ぎ、
前記軸部の端部に前記蛇腹部が当接して押圧することにより、前記移動体が軸方向に移動して前記押圧部が前記膜体を付勢することにより、前記膜体における前記押圧部の半径方向外方に位置する部位が前記蛇腹部から離れて前記通気孔を開放し、前記開閉手段が前記開状態となることを特徴とする請求項１または２に記載の自在継手。
【請求項４】
前記開閉手段は、
前記蛇腹部の円周上の互いに異なる位置に複数設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等の駆動軸上に設けられる自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等の駆動軸上に設けられる自在継手には、様々な種類のものがある。そのうちの一つとして、ドライブシャフトあるいはプロペラシャフトに取り付けられる等速ジョイントは、互いに対向するシャフトと外輪との間に、伸縮自在なブーツが架設されている。ブーツ内は密閉され、内部に充填されたグリースの外部への流出および内部への泥水等の浸入を防いでいる。
【０００３】
ところで自在継手において、駆動軸間の回転力の伝達にともなう発熱は避けられない。駆動軸上の運動エネルギーが変化した熱エネルギーの一部は、自在継手の外部へと放散されるのであるが、自在継手の内部にこもった熱はブーツ内部の空気を膨張させ、ブーツ内の気圧を上昇させる。ブーツ内部の昇圧時に、内部の空気が多少とも外部へ流出した場合、その後、ブーツ内の温度が低下した場合に、ブーツ内部には負圧が発生する。
【０００４】
このように、自在継手のブーツ内においては、常に正圧と負圧とが繰り返して発生し、ブーツ内の負圧はブーツの撓みを招いている。通常、自在継手のブーツは、それぞれシャフトと外輪とに取り付けられた両端部の間に、大径の山部と小径の谷部とが連続して繰り返して形成された蛇腹状をしており、ブーツが撓むことにより山部または谷部同士が擦れ合い、山部または谷部に沿って破断する輪断が発生することがあった。
【０００５】
これを防止するために、ブーツ内外を連通させて、ブーツ内部に負圧が発生することを防いでいる自在継手用ブーツに関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。これは、ブーツの端部に内部と連通する圧力調整室を設け、圧力調整室に多孔質フィルタを収容するとともに、小孔を介して外部と連通させたものであった。この構成により、ブーツ内部は多孔質フィルタを介して常に外部と連通しており、グリースの流出および泥水等の浸入を防止するとともに、ブーツ内部に負圧が発生することを防いでいる。
【特許文献１】特開平８−２６１３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術によれば、長期の使用によりブーツ内部に充填されたグリースあるいは外部からの泥水等が多孔質フィルタに浸透して、フィルタの目詰まりを発生させる恐れがあった。フィルタが目詰まりすると、ブーツ内外の通気性が妨げられてブーツ内部に大気を補填する機能が低下するという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブーツの破断を防止できる自在継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、請求項１に係る自在継手の発明の構成上の特徴は、
駆動力を伝達するシャフトに接続された内輪と、
前記内輪に対して回転方向に係合し、前記シャフトとともに回転可能かつ前記シャフトに対して角度変位可能な外輪と、
一端部が前記シャフトの外周面に取り付けられるとともに、他端部が前記外輪の端部に取り付けられることにより内部が密閉され、両端部の間には大径部と小径部とが交互に連続的に形成された蛇腹部を有するブーツと、
を備え、
前記蛇腹部には
前記ブーツの内外を連通する貫通孔と、
前記貫通孔内を通った気体の流通を断続する開閉手段と、
が設けられ、
前記開閉手段は、常時は前記貫通孔内を通った気体の流通を遮断する閉状態にあり、前記ブーツの内部に負圧が発生することにより前記蛇腹部が撓み、撓んだ前記蛇腹部が当接することにより前記蛇腹部に対して移動し、前記貫通孔内を通った気体の流通を許容する開状態となることである。
尚、本発明においては、外輪が内輪に対して回転方向に係合するとは、双方が直接に係合する場合のみでなく、例えばボール等を介して間接的に係合する場合も含んでいる。
【０００８】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１の自在継手において、
前記開閉手段は、
前記ブーツの内部に負圧が発生していない場合、前記シャフトが前記外輪に対して相対変位しても、撓んだ前記蛇腹部が当接することなく、前記閉状態から前記開状態に変位しない前記蛇腹部上の位置に設けられていることである。
【０００９】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２の自在継手において、
前記開閉手段は、
前記貫通孔に移動可能に挿通された軸部と、該軸部の端部に形成され前記軸部から半径方向に張り出した押圧部とを有するとともに、気体が通過する連通孔が形成された移動体と、
弾性部材により膜状に形成され、前記押圧部を覆うとともに半径方向外方へと延びて縁部が前記蛇腹部に固着されることにより、張力により前記移動体を軸方向に押圧し、前記押圧部の半径方向外方に位置する部位には通気孔を有した膜体と、
を具備しており、
前記開閉手段が前記閉状態にある場合、前記膜体は前記移動体を押圧しながら、前記蛇腹部に密着して前記通気孔を塞ぎ、
前記軸部の端部に前記蛇腹部が当接して押圧することにより、前記移動体が軸方向に移動して前記押圧部が前記膜体を付勢することにより、前記膜体における前記押圧部の半径方向外方に位置する部位が前記蛇腹部から離れて前記通気孔を開放し、前記開閉手段が前記開状態となることである。
【００１０】
請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至３のいずれかの自在継手において、
前記開閉手段は、
前記蛇腹部の円周上の互いに異なる位置に複数設けられたことである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る自在継手によれば、開閉手段が常時は貫通孔を介した気体の流通を遮断する閉状態にあり、ブーツの内部に負圧が発生することにより、撓んだ蛇腹部が当接して蛇腹部に対して移動し、貫通孔を介した気体の流通を許容する開状態となることにより、ブーツの内部に負圧が発生した場合、内部のグリースや外部の泥水等に妨げられることなく、ブーツの内部を確実に外部と連通させ負圧状態を解消することができる。したがって、ブーツの破断を防止することができる。
【００１２】
請求項２に係る自在継手によれば、開閉手段はブーツの内部に負圧が発生していない場合、シャフトが外輪に対して相対変位しても、撓んだ蛇腹部が当接することなく、閉状態から開状態に変位しない蛇腹部上の位置に設けられていることにより、開閉手段が必要以上に開状態となることを防ぎ、グリースの流出および泥水等の流入を防止することができる。
【００１３】
請求項３に係る自在継手によれば、開閉手段が貫通孔に挿通された移動体と、押圧部を覆うように縁部が蛇腹部に固着された膜体とにより形成されているため、簡単な構造でブーツの内部の負圧状態を確実に解消することができる。
請求項４に係る自在継手によれば、開閉手段が蛇腹部の円周上の互いに異なる位置に複数設けられたことにより、ブーツの内部に負圧が発生した場合、自在継手の回転によりブーツの撓み形状も外周面上を順に回転するため、複数の開閉手段が順に開状態となりやすくなり、ブーツの内部の負圧状態をくまなく迅速に解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜実施形態１＞
図１乃至図６に基づき、本発明の実施形態１による固定式等速ジョイント４について説明する。尚、図２および図３における上方を開閉弁の上方とし、下方を開閉弁の下方とする。また、説明中、特に断らない場合、軸とはドライブシャフト１の回転軸を表している。図１は車両のドライブシャフト１を表している。ドライブシャフト１は、図１の左方に位置する図示しないデファレンシャルの駆動力を、右方に位置する駆動輪（図示せず）へと伝達している。
【００１５】
図１に示すようにドライブシャフト１は、軸方向に延び中実に形成され、車両において駆動力を伝達する中間シャフト２（本発明のシャフトに該当する）、その左端に取り付けられた摺動式等速ジョイント３および中間シャフト２の右端に取り付けられた固定式等速ジョイント４（本発明の自在継手に該当する）を備えている。
【００１６】
摺動式等速ジョイント３は、一般的に摺動式トリポード型等速ジョイントと言われるもので、中間シャフト２とデファレンシャルとを連結している。摺動式等速ジョイント３は、中間シャフト２の端部に接続され３本のトリポード軸部を有するトリポード３１と、トリポード３１のそれぞれのトリポード軸部の外周面において、それぞれのトリポード軸部の軸方向に摺動し且つトリポード軸部の軸回りに回転可能に取り付けられた３つのローラー３２と、トリポード３１の外方に設けられた外輪３３とを備えている。
【００１７】
外輪３３の内周面には、円周上において互いの成す角度が等しくなるように、３条のローラー溝部３３ａが軸方向に延びるように形成されており、それぞれのローラー溝部３３ａ内には、トリポード３１のローラー３２が配置されている。これにより外輪３３はトリポード３１に対して回転方向に係合し、中間シャフト２とともに回転可能とされている。また、外輪３３は中間シャフト２に対して軸方向に移動可能であるとともに、軸方向に対して角度変位可能に形成されている。
【００１８】
図１に示すように、外輪３３の左端にはカバー部材３４がかしめられている。また、外輪３３の右端にはブーツ３５の一端部が、締付バンド３６により固定されている。ブーツ３５の他端部は、中間シャフト２の外周面に取付バンド３７により固定されている。以上述べた構成により、カバー部材３４およびブーツ３５は外輪３３の内部を密閉しており、内部に封入されたグリースの流出および外部からの泥水等の浸入を防止している。
【００１９】
一方、固定式等速ジョイント４は、バーフィールド型等速ジョイントまたは固定式ボール型等速ジョイントと言われるもので、中間シャフト２と駆動輪とを連結しており、中間シャフト２の端部に接続された内輪４１（本発明の内輪に該当する）を備えている。内輪４１の外周面には、複数の係合溝４１ａが互いの成す角度が等しくなるように形成されている。また、駆動輪とスプライン嵌合する軸部４２ａが一体に形成された外輪４２（本発明の外輪に該当する）が、中間シャフト２の端部と軸方向に対向し、かつ中間シャフト２の外周側を取り囲むように設けられている。
【００２０】
外輪４２の内周面には、複数の係合溝４２ｂが互いの成す角度が等しくなるように形成されており、内輪４１の係合溝４１ａとの間には複数（例えば６個）のボール４３が配置されている。また、内輪４１と外輪４２との間には、ボール４３を保持する保持器４４が設けられている。この構成により、外輪４２は内輪４１に対してボール４３を介して回転方向に間接的に係合し、外輪４２は中間シャフト２とともに回転可能、かつ中間シャフト２に対して角度変位可能に形成されている。
【００２１】
中間シャフト２の外周面にはブーツ４５（本発明のブーツに該当する）の小径の一端部が、取付バンド４６により固定されている。また、ブーツ４５の大径の他端部は、外輪４２の左端に締付バンド４７により固定されている。これにより、外輪４２の内部はブーツ４５により密閉され、内部に封入されたグリースの流出および外部からの泥水等の浸入が防止されている。ブーツ４５は合成ゴム材料にて形成され、その両端部を接続する蛇腹部４５ａ（本発明の蛇腹部に該当する）には、大径部４５ａ１と小径部４５ａ２（それぞれ本発明の大径部および小径部に該当する）とが交互に連続的に形成されており、軸方向に伸縮可能となっている。
【００２２】
蛇腹部４５ａの一対の大径部４５ａ１と小径部４５ａ２とを連結する部位には、開閉弁５０（本発明の開閉手段に該当する）が設けられている。図２に示すように開閉弁５０は、蛇腹部４５ａに形成されブーツ４５の内外を連通する貫通孔４５ａ３（本発明の貫通孔に該当する）に、軸方向に移動可能に挿入されたプランジャ５１（本発明の移動体に該当する）と、蛇腹部４５ａ上に固着されたダイアフラム５２（本発明の膜体に該当する）とを備えており、貫通孔４５ａ３を介した気体の流通を断続している。
【００２３】
プランジャ５１は合成樹脂材料あるいはアルミニウム等の金属材料にて一体に形成され、貫通孔４５ａ３に移動可能に挿通されて、ブーツ４５の内部に突出したスライド部５１ａ（本発明の軸部に該当する）と、スライド部５１ａの端部に形成されてブーツ４５の外部に突出し、スライド部５１ａから半径方向に張り出したフランジ部５１ｂ（本発明の押圧部に該当する）とを具備している。
【００２４】
スライド部５１ａの内部には、上下端をつなぐように軸方向に延びる流通孔５１ａ１が形成されることにより、スライド部５１ａは円筒形を呈している。また、流通孔５１ａ１からは、スライド部５１ａの外周面に向かって複数の流通枝孔５１ａ２が形成されている。
また、フランジ部５１ｂは下面が平坦に形成されているとともに、上面は球面を呈しており、下面には流通孔５１ａ１と連通した複数のスリット５１ｂ１が半径方向外方に延びて外周縁に達している（流通孔５１ａ１、流通枝孔５１ａ２およびスリット５１ｂ１を包括したものが、本発明の連通孔に該当する）。
【００２５】
一方、ダイアフラム５２は、耐熱性に優れた例えばＥＰＭ、ＥＰＤＭといったエチレンプロピレンゴムによる弾性部材にて膜状に形成され、プランジャ５１のフランジ部５１ｂを覆うとともに、半径方向外方へと延びて、縁部が接着剤あるいは熱溶着等により蛇腹部４５ａの外周面に固着されている。また、ダイアフラム５２は、フランジ部５１ｂの半径方向外方に位置する部位に細孔５２ａ（本発明の通気孔に該当する）を有している。
【００２６】
上述した構成により、常時、ダイアフラム５２は張力によりプランジャ５１を軸方向下方へと押圧している。また、ダイアフラム５２は蛇腹部４５ａに密着して細孔５２ａを塞ぐことにより、開閉弁５０は閉状態となって、ブーツ４５の貫通孔４５ａ３を介した気体の流通を遮断している（図１および図２示）。
【００２７】
固定式等速ジョイント４に発生した熱履歴等によって、ブーツ４５の内部には負圧が発生して、蛇腹部４５ａが変形し撓みが生じる。撓んだ蛇腹部４５ａの内側面（ブーツ４５において、開閉弁５０が形成された部位と対向した大径部４５ａ１と小径部４５ａ２との間）はプランジャ５１の軸部５１ａの下端に当接して上方に押圧することにより、プランジャ５１がダイアフラム５２からの張力に抗して蛇腹部４５ａに対して軸方向に移動する。
【００２８】
移動したプランジャ５１のフランジ部５１ｂは、ダイアフラム５２を付勢することにより、ダイアフラム５２におけるフランジ部５１ｂの半径方向外方に位置する部位が、蛇腹部４５ａから離れて細孔５２ａを開放する。これにより、開閉弁５０が開状態となり、ブーツ４５の貫通孔４５ａ３を介した気体の流通が許容される（図３および図４示）。
【００２９】
開閉弁５０が開状態にある場合、ブーツ４５の外部の大気が、細孔５２ａを介してダイアフラム５２の下方に進入した後、スリット５１ｂ１、流通孔５１ａ１、流通枝孔５１ａ２の順に通ってブーツ４５の内部へ流入する（図３示）。尚、図４は、ブーツ４５の内部に負圧が発生し、かつ、中間シャフト２と外輪４２との間に、ジョイント角度が形成されていない状態を示している。
【００３０】
また、図５に示すように、開閉弁５０は、ブーツ４５の内部に負圧が発生している場合、中間シャフト２が外輪４２に対して相対的に角度変位しても、蛇腹部４５ａがプランジャ５１に当接して、その開状態を維持することができるような蛇腹部４５ａ上の位置に設けられている。尚、図５は、ブーツ４５の内部に負圧が発生し、かつ、中間シャフト２と外輪４２とが、最大ジョイント角度を形成している状態を示している。
【００３１】
さらに、図６に示すように、開閉弁５０は、ブーツ４５の内部に負圧が発生していない場合、中間シャフト２と外輪４２とが最大ジョイント角度を形成しても、プランジャ５１に撓んだ蛇腹部４５ａが当接せず、閉状態から開状態に変位しないような蛇腹部４５ａ上の位置に設けられている。
上述したような、蛇腹部４５ａ上における開閉弁５０が形成されるのに好適な位置は、有限要素法（ＦＥＭ）、境界要素法（ＢＥＭ）、有限差分法（ＦＤＭ）、有限体積法（ＦＶＭ）あるいはその他の方法による構造解析により求めることができる。
【００３２】
本実施形態によれば、開閉弁５０が常時は貫通孔４５ａ３を介した気体の流通を遮断する閉状態にあり、ブーツ４５の内部に負圧が発生することにより、撓んだ蛇腹部４５ａが当接して蛇腹部４５ａに対して移動し、貫通孔４５ａ３を介した気体の流通を許容する開状態となることにより、ブーツ４５の内部に負圧が発生した場合、内部のグリースや外部の泥水等に妨げられることなく、ブーツ４５の内部を確実に外部と連通させ負圧状態を解消することができる。したがって、ブーツ４５の破断を防止することができる。
【００３３】
また、開閉弁５０はブーツ４５の内部に負圧が発生していない場合、中間シャフト２が外輪４２に対して相対変位しても、撓んだ蛇腹部４５ａがプランジャ５１に当接することなく、閉状態から開状態に変位しない蛇腹部４５ａ上の位置に設けられていることにより、開閉弁５０が必要以上に開状態となることを防ぎ、グリースの流出および泥水等の流入を防止することができる。
【００３４】
また、開閉弁５０が貫通孔４５ａ３に挿通されたプランジャ５１と、プランジャ５１のフランジ部５１ｂを覆うように縁部が蛇腹部４５ａに固着されたダイアフラム５２とにより形成されているため、簡単な構造でブーツ４５の内部の負圧状態を確実に解消することができる。
【００３５】
＜実施形態２＞
図７に基づき、本発明の実施形態２による固定式等速ジョイント４Ａについて説明する。本実施形態においては、開閉弁５０がブーツ４５の蛇腹部４５ａの円周上において、互いに異なる位置に複数個（図７においては２個のみ示す）設けられている。蛇腹部４５ａに設ける開閉弁５０はいくつでもよく、それらは蛇腹部４５ａの円周上において、互いの成す角度が等しくなるように形成されることが望ましい。
【００３６】
上述した構成において、中間シャフト２と外輪４２とが所定のジョイント角度を形成した状態で一体に回転すると、それにともないブーツ４５の撓み形状も外周面上を順に回転する。したがって、この時にブーツ４５の内部に負圧が発生していると、蛇腹部４５ａの外周面上に並んだ複数の開閉弁５０のプランジャ５１に対し、蛇腹部４５ａが順に当接して開閉弁５０を容易に開状態にする。
【００３７】
本実施形態によれば、開閉弁５０が蛇腹部４５ａの円周上の互いに異なる位置に複数設けられたことにより、ブーツ４５の内部に負圧が発生した場合、固定式等速ジョイント４Ａの回転により複数の開閉弁５０が順に開状態となりやすくなり、ブーツ４５の内部の負圧状態をくまなく迅速に解消することができる。
【００３８】
＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
開閉弁は、中間シャフトと駆動輪とを連結するアウトボード側の等速ジョイントのみでなく、中間シャフトとデファレンシャルとを連結するインボード側の等速ジョイントに設けてもよい。
【００３９】
また、開閉弁は、ブーツを備えていれば、等速ジョイント以外の自在継手に形成してもよい。
開閉弁は、プランジャのスライド部をブーツ外部に突出させ、フランジ部をブーツ内部に収容するとともに、ダイアフラムをブーツの内面に取り付け、ブーツ内部に負圧が発生した時にブーツが撓み、その外周面がスライド部に当接するように形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態１によるドライブシャフトの全体図
【図２】図１に示した開閉弁の拡大断面図
【図３】図２に示した開閉弁の開状態を表した断面図
【図４】図１に示した固定式等速ジョイントのブーツ内部に負圧が発生し、かつ、中間シャフトと外輪との間にジョイント角度が形成されていない状態を表す断面図
【図５】ブーツ内部に負圧が発生し、かつ、中間シャフトと外輪とが最大ジョイント角度を形成している状態を表す断面図
【図６】ブーツ内部に負圧が発生しておらず、かつ、中間シャフトと外輪とが最大ジョイント角度を形成している状態を表す断面図
【図７】実施形態２による固定式等速ジョイントの断面図
【符号の説明】
【００４１】
図面中、２は中間シャフト（シャフト）、４，４Ａは固定式等速ジョイント（自在継手）、４１は内輪、４２は外輪、４５はブーツ、４５ａは蛇腹部、４５ａ１は大径部、４５ａ２は小径部、４５ａ３は貫通孔、５０は開閉弁（開閉手段）、５１はプランジャ（移動体）、５１ａはスライド部（軸部）、５１ａ１は流通孔（連通孔）、５１ａ２は流通枝孔（連通孔）、５１ｂはフランジ部（押圧部）、５１ｂ１はスリット（連通孔）、５２はダイアフラム（膜体）、５２ａは細孔（通気孔）を示している。
【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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