(57)【要約】【課題】作業中の負荷情報をオペレータに正確に、かつ、レバー操作の邪魔にならないように伝達する。【解決手段】アクチュエータを操作する操作レバー１のノブ３にスライダー１８を、水平方向にスライドしてノブ外周からの突出量が増減する状態で設ける。一方、作業中の負荷を検出する各センサ６〜１０からの信号に基づいてコントローラ１２で負荷を演算し、この負荷に応じてスライダー１８を外向きにスライドさせることによりノブ３の外形を変形させ、この変形を負荷情報として、手の触覚を通じてオペレータに伝達するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作レバーの操作によりアクチュエータを作動させて作業を行う作業機械の操作装置において、アクチュエータ作動時の負荷を検出する負荷検出手段と、検出される負荷に基づいて変形指令を出力する制御手段と、この制御手段からの変形指令に基づいて操作レバーの少なくとも一部を変形させて負荷情報をオペレータに伝達する負荷情報伝達手段とを具備することを特徴とする作業機械の操作装置。
【請求項２】
操作レバーの中立点を挟んだ一方向両側への操作によって一つのアクチュエータを正逆作動させるように構成され、負荷情報伝達手段は、操作レバーの両側操作ごとに負荷情報を伝達するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の作業機械の操作装置。
【請求項３】
一つの操作レバーで複数のアクチュエータを選択作動させるように構成され、負荷情報伝達手段は、アクチュエータごとに負荷情報を伝達するように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の作業機械の操作装置。
【請求項４】
負荷情報伝達手段は、操作レバーの少なくとも一部を、検出される負荷の大きさに応じた量で変形させるように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業機械の操作装置。
【請求項５】
オペレータが把持する操作レバーのノブを変形させるように構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の作業機械の操作装置。
【請求項６】
負荷情報伝達手段は、操作レバーのノブに移動可能に設けられ変位体と、制御手段からの変形指令に基づいてこの変位体を移動させる変位駆動部とを備え、変位体の移動によるノブの変形により負荷情報を伝達するように構成されたことを特徴とする請求項５記載の作業機械の操作装置。
【請求項７】
操作レバーのノブに、水平方向にスライドしてノブ外周からの突出量が増減する状態で変位体としてのスライダーが設けられ、このスライダーを外向きに押圧する変位駆動部としてのリンク部材がスライダーと対向してノブ内に設けられて負荷情報伝達手段が構成されたことを特徴とする請求項６記載の作業機械の操作装置。
【請求項８】
スライダーとリンク部材の相対向する面の一方に上下方向の傾斜面、他方に回転自在なローラが設けられ、上記傾斜面に対するローラの転動作用によってスライダーを水平方向にスライドさせるように構成されたことを特徴とする請求項７記載の作業機械の操作装置。
【請求項９】
負荷情報伝達手段は、外部からの給気及び排気作用により拡縮してノブ外周からの突出量が増減する状態でノブに設けられたバルーンと、このバルーンに対する給排気作用を行う給排気手段とを有することを特徴とする請求項５記載の作業機械の操作装置。
【請求項１０】
制御手段は、負荷が一定値以上の場合を含む異常事態の発生を判定するように構成され、異常発生時に異常事態が進行する方向の操作レバーの操作を制限する操作制限手段が設けられたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の作業機械の操作装置。
【請求項１１】
水平軸を中心として前後または左右に回動操作される操作レバーに、上下動可能なストッパ軸が、異常発生時に下方移動して操作レバーの操作を制限する状態で設けられて操作制限手段が構成されたことを特徴とする請求項１０記載の作業機械の操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧ショベルの作業機械において負荷情報をオペレータに伝える機能を持った操作装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば油圧ショベルは、クローラ式の下部走行体上に縦軸まわりに旋回自在な上部旋回体を搭載し、この上部旋回体にブーム、アーム、バケットを備えた作業アタッチメントを装着して構成される。
【０００３】
この油圧ショベルには、走行、旋回、ブーム、アーム、バケットの各動作を行うためのアクチュエータ（油圧アクチュエータまたは電動アクチュエータ。以下、一般的な油圧アクチュエータの場合で説明する）と、この各アクチュエータの油圧源としての油圧ポンプと、各アクチュエータの作動を制御するコントロールバルブと、このコントロールバルブを操作する操作装置とが設けられている。
【０００４】
操作装置は、たとえば油圧パイロット式のコントロールバルブが用いられる場合(以下、この場合で説明する)はリモコン弁とこれを操作する操作レバーとによって構成され、操作レバーの操作量に応じてコントロールバルブの位置と開度が制御され、アクチュエータの作動方向と速度が制御される。
【０００５】
操作レバーは、一般的には、中立点を挟んだ前後または左右の１自由度で操作されて一つのアクチュエータを正逆作動させる標準型と、前後と左右の２自由度で操作されて二つのアクチュエータを選択作動させる十字型の二種類が用いられ、この操作レバーの操作により対応するアクチュエータが操作方向と操作量に応じた方向と速度で作動して掘削、積み込みその他の作業が行われる。
【０００６】
ここで、操作レバーの操作による作業時に、機械の姿勢や作業対象の位置、姿勢、状態、操作量等の種々の要因によってアクチュエータの負荷が変化する。
【０００７】
このとき、オペレータは機械の動きや振動、音等を負荷情報として感知し、この負荷情報に基づき操作量を修正するなど操作に反映させることで過負荷の発生や進行を防いだり、作業の効率化を図ったりする。
【０００８】
しかし、負荷情報を正確に把握することは、作業の種類や現場の状況等によっては困難な場合があるし、オペレータの熟練度によってばらつきがある。
【０００９】
そこで、特許文献１に示されるように、操作レバーのノブに振動発生装置を組み込み、作業中、検出される負荷に応じて操作レバーを振動させることにより、同レバーを持った手を通じて負荷情報をオペレータに伝達する技術が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−１１１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、油圧ショベル等の作業機械では、作業中、機械自身が激しく振動するため、操作レバーを振動させる公知技術では、この機械の振動と操作レバーの振動の区別がつき難く、この点で負荷情報伝達効果が低くなる。
【００１１】
また、操作レバーの操作時、とくにインチング作業等を行う微操作時に、レバー振動がオペレータの細かな操作を妨げるという弊害が生じる。
【００１２】
そこで本発明は、負荷情報をオペレータに正確に、かつ、レバー操作の邪魔にならないように伝達することができる作業機械の操作装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、操作レバーの操作によりアクチュエータを作動させて作業を行う作業機械の操作装置において、アクチュエータ作動時の負荷を検出する負荷検出手段と、検出される負荷に基づいて変形指令を出力する制御手段と、この制御手段からの変形指令に基づいて操作レバーの少なくとも一部を変形させて負荷情報をオペレータに伝達する負荷情報伝達手段とを具備するものである。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、操作レバーの中立点を挟んだ一方向両側への操作によって一つのアクチュエータを正逆作動させるように構成され、負荷情報伝達手段は、操作レバーの両側操作ごとに負荷情報を伝達するように構成されたものである。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、一つの操作レバーで複数のアクチュエータを選択作動させるように構成され、負荷情報伝達手段は、アクチュエータごとに負荷情報を伝達するように構成されたものである。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの構成において、負荷情報伝達手段は、操作レバーの少なくとも一部を、検出される負荷の大きさに応じた量で変形させるように構成されたものである。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの構成において、オペレータが把持する操作レバーのノブを変形させるように構成されたものである。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項５の構成において、負荷情報伝達手段は、操作レバーのノブに移動可能に設けられ変位体と、制御手段からの変形指令に基づいてこの変位体を移動させる変位駆動部とを備え、変位体の移動によるノブの変形により負荷情報を伝達するように構成されたものである。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項６の構成において、操作レバーのノブに、水平方向にスライドしてノブ外周からの突出量が増減する状態で変位体としてのスライダーが設けられ、このスライダーを外向きに押圧する変位駆動部としてのリンク部材がスライダーと対向してノブ内に設けられて負荷情報伝達手段が構成されたものである。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項７の構成において、スライダーとリンク部材の相対向する面の一方に上下方向の傾斜面、他方に回転自在なローラが設けられ、上記傾斜面に対するローラの転動作用によってスライダーを水平方向にスライドさせるように構成されたものである。
【００２１】
請求項９の発明は、請求項５の構成において、負荷情報伝達手段は、外部からの給気及び排気作用により拡縮してノブ外周からの突出量が増減する状態でノブに設けられたバルーンと、このバルーンに対する給排気作用を行う給排気手段とを有するものである。
【００２２】
請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかの構成において、制御手段は、負荷が一定値以上の場合を含む異常事態の発生を判定するように構成され、異常発生時に異常事態が進行する方向の操作レバーの操作を制限する操作制限手段が設けられたものである。
【００２３】
請求項１１の発明は、請求項１０の構成において、水平軸を中心として前後または左右に回動操作される操作レバーに、上下動可能なストッパ軸が、異常発生時に下方移動して操作レバーの操作を制限する状態で設けられて操作制限手段が構成されたものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、作業時に、操作レバーの少なくとも一部（請求項５〜９ではノブ）を、検出される負荷に基づいて変形させることにより負荷情報をオペレータに伝達する構成としたから、負荷情報を、レバー振動式のように機械の振動に紛れることなく正確に伝達することができる。
【００２５】
しかも、操作レバーの少なくとも一部を変形させることによって負荷情報を伝達するため、レバー振動式のようにとくに微操作時にオペレータのレバー操作の妨げとなるおそれがない。
【００２６】
この場合、請求項２の発明では操作レバーの中立点を挟んだ一方向両側の操作ごとに、請求項３の発明では一つの操作レバーで複数のアクチュエータを操作する場合におけるアクチュエータごとにそれぞれ負荷情報を伝達するため、操作方向またはアクチュエータの区別をしないで単にレバーを振動させる公知技術と比べて、負荷情報を一層正確にオペレータに伝達し、修正等の操作に的確に反映させることができる。
【００２７】
請求項４の発明によると、操作レバーの少なくとも一部を負荷の大きさに応じた量（負荷に比例した量、あるいは比例ではないが負荷に応じて増減する量）で変形させるため、負荷情報をさらに正確にかつ迫真性をもって伝達することができる。
【００２８】
請求項５〜９の発明によると、オペレータが把持するノブを変形させる（請求項６〜８の発明ではノブに設けた変位体の移動によって変形させ、請求項９の発明ではバルーンの拡縮によって変形させる）ことにより、オペレータの触覚を通じて操作レバーの変形を認識させる構成としたから、視覚を通じて操作レバーの変形を認識させる場合と比べて、より確実な負荷情報伝達効果を得ることができる。
【００２９】
一方、請求項１０,１１の発明によると、負荷が一定値以上の場合を含む異常事態の発生時に、操作制限手段（請求項１１の発明ではストッパ軸）により、異常事態が進行する方向の操作レバーの操作を制限する構成としたから、異常事態の進行を止めるとともに異常事態発生をオペレータに明確に認識させ、危険事態を速やかにかつ確実に回避することができる。
【００３０】
また、負荷情報と異常事態発生をともに操作レバーを通じてオペレータに伝達することから、オペレータは注意を操作レバーのみに集中すればよいため、オペレータの負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
第１実施形態（図１〜図５参照）
図１にこの操作装置の全体構成を示す。
【００３２】
ここでは、操作レバー１を一自由度（たとえば前後方向）で回動させて図示しないリモコン弁を操作し、このリモコン弁からのパイロット圧を図示しない油圧パイロット式コントロールバルブに送って同バルブの位置と開度を制御する場合を例にとっている。
【００３３】
操作レバー１は、レバーシャフト２の上端部に逆円錐台形のノブ３が設けられて成り、レバーシャフト２の下端部がレバー軸４によってフロアプレート等の機械固定部分に回動可能に取付けられている。５は後述する操作制限機構（請求項１０,１１の操作制限手段）である。
【００３４】
機械の負荷情報を収集するためのセンサとして、たとえばアクチュエータ（またはポンプ）の圧力を検出する圧力センサ６、アクチュエータ流量（またはポンプ流量）を検出する流量センサ７、ブーム、アーム、バケット等の機械各部の位置を検出する位置センサ８、アクチュエータ（またはアタッチメント）の作動速度を検出する速度センサ９、同加速度を検出する加速度センサ１０、それに操作レバー１の操作量を検出する操作量センサ１１が設けられ、各センサ６〜１１からの信号（検出された各情報）が制御手段としてのコントローラ１２に入力される。
【００３５】
コントローラ１２は、演算部１３、変形指令部１４、操作制限指令部１５を有する。
【００３６】
演算部１３は、各センサ信号に基づいてそのときの負荷を演算するとともに、この負荷が一定値以上（所謂過負荷）の場合のほか、速度または加速度が設定値を超える場合等、異常事態か否かを判定する。
【００３７】
変形指令部１４は、演算部１３で演算された負荷に応じた変形指令を操作レバー１の負荷情報伝達手段１６に送る。
【００３８】
一方、操作制限指令部１５は、異常事態と判定したときに、異常が進行する方向の操作レバー１の操作を制限する指令を入力制限機構５に送る（後に詳述する）。
【００３９】
負荷情報伝達手段１６の構成を図２〜図５によって説明する。
【００４０】
図２（ａ）〜（ｃ）は操作レバー１を上から見た平面図、図３（ａ）〜（ｃ）は同正面図である。また、図４（ａ）（ｂ）は図２（ａ）（ｂ）の状態の拡大水平断面図、図５（ａ）（ｂ）は図４（ａ）（ｂ）の状態の部分側断面図である。
【００４１】
操作レバー１のノブ３の前後両側（図の方向性では左右両側）に凹溝１７,１７がノブ外周に開口する状態で設けられ、変位体としてのスライダー１８,１８が、水平方向にスライドしてノブ外周からの突出量Ｘが増減する状態でこの凹溝１７,１７に設けられている。
【００４２】
一方、このスライダー１８,１８を外向きに押圧する変位駆動部としてのリンク部材１９,１９が、スライダー１８,１８と対向して、かつ、上下動自在な状態で凹溝１７,１７内に設けられている。
【００４３】
このリンク部材１９,１９は、リンク部材駆動機構（図５中に簡略化して示す）２０によって上下に駆動される。
【００４４】
リンク部材駆動機構２０としては、たとえば電磁石や小型シリンダを駆動源としてワイヤ、復帰バネでリンク部材１９を駆動する機構等を用いることができる。
【００４５】
スライダー１８,１８には、リンク部材１９,１９と対向する内側面に上下方向の傾斜面２１,２１、リンク部材１９,１９には、スライダー１８,１８と対向する面の上端部に回転自在なローラ２２,２２がそれぞれ設けられ、リンク部材１９,１９の上下移動時にローラ２２,２２が傾斜面２１,２１上を転動し、この傾斜面２１,２１に対するローラ２２,２２の転動作用により、スライダー１８,１８が水平移動してノブ外周からの突出量Ｘが増減変化するように構成されている。
【００４６】
この点の作用を詳述する。
【００４７】
操作レバー１がたとえば前方（図２〜図５の左側）に操作された状態で、図１に示すコントローラ１２の演算部１３によって負荷が演算され、変形指令部１４から前側のリンク部材駆動機構２０に負荷に応じた量（負荷に比例した量、または比例ではないが負荷に応じて増減する量）の変形指令が送られる。
【００４８】
この指令に基づくリンク部材駆動機構２０の作動により、リンク部材１９が図５（ａ）に示す上昇位置から同図（ｂ）に示すように負荷に応じた量だけ（図例では最大量）下降移動し、これに伴う傾斜面２１に対するローラ２２の転動作用により前側スライダー１８が外向きに水平移動してノブ外周からの突出量Ｘが増加する。
【００４９】
この作用は、操作レバー１が後方（図２〜図５の右側）に操作された場合も同様に働き、上記のようにスライダー１８の突出量Ｘが増加すること、すなわち、ノブ３の外形が変形することにより、負荷情報がノブ３を把持した手を通じてオペレータに伝達される。
【００５０】
この構成によると、負荷情報を、公知技術のレバー振動式のように機械の振動に紛れることなく正確に伝達することができる。
【００５１】
しかも、操作レバー１の一部であるノブ３を変形させることによって負荷情報を伝達するため、レバー振動式のようにとくに微操作時にオペレータのレバー操作の妨げとなるおそれがない。
【００５２】
この場合、操作レバー１の中立点を挟んだ一方向両側（前後両側）の操作ごとに負荷情報を伝達するため、操作方向の区別をしないで単にレバー１を振動させる公知技術と比べて、負荷情報を一層正確にオペレータに伝達し、修正等の操作に的確に反映させることができる。
【００５３】
しかも、操作レバー１のノブ３を負荷の大きさに応じた量で変形させるため、負荷情報をさらに正確にかつ迫真性をもって伝達することができる。
【００５４】
また、オペレータが把持するノブ３を変形させることにより、オペレータの触覚を通じて操作レバー１の変形を認識させるため、ノブ３以外のレバー部分の変形を視覚を通じてオペレータに認識させる場合と比べて、より確実な負荷情報伝達効果を得ることができる。
【００５５】
なお、図６は、たとえば前後操作でブームの上げ、下げ、左右操作でバケットの掘削、排土動作を行わせる十字型の操作レバーに適用した場合を示す。
【００５６】
この十字型の操作レバーの場合には、ノブ３の前後、左右のニ方向両側にスライダー１８、リンク部材１９、リンク部材駆動機構２０を設けて負荷情報伝達手段１６を構成すればよい。
【００５７】
この場合、二つのアクチュエータ（上記例ではブームシリンダとバケットシリンダ）ごとに負荷情報を伝達することができる。このため、アクチュエータの区別をしないで単にレバーを振動させる公知技術と比べて、負荷情報を一層正確にオペレータに伝達し、修正等の操作に的確に反映させることができる。
【００５８】
図７は、操作制限機構５の構成を示す。
【００５９】
レバー軸４によって回転自在に支持されたレバーシャフト２の下端部前後両側にアーム２３,２３が水平に張り出され、このアーム２３,２３がそれぞれバネ２４,２４によって支持され、かつ、中立方向に付勢されている。２５はバネ受け面である。
【００６０】
この両バネ２４,２４に臨んで両アーム２３,２３に垂直なストッパ軸２６,２６が上下動可能に設けられ、このストッパ軸２６,２６がストッパ軸駆動部（たとえば電磁石とワイヤの組み合わせや小型シリンダ）２７,２７によって上下動するように構成されている。
【００６１】
図７（ａ）は両ストッパ軸２６,２６がともに上昇位置にあってストッパ機能が働かず、操作レバー１を自由に操作できる状態を示す。
【００６２】
この構成において、たとえば操作レバー１を前方に操作した状態で一定値以上の負荷がかかったり、アクチュエータ速度が一定値を超えたりする等の異常事態が発生すると、図１のコントローラ１２の操作制限指令部１５から操作制限機構５（正確にはストッパ軸駆動部２７）に操作制限指令が送られる。
【００６３】
これを受けて操作制限機構５が作動、すなわち、図７（ｂ）に示すように前側ストッパ軸２６が下降してバネ受け面２５に当接する。これにより、操作レバー１の前方操作が制限される。
【００６４】
図７（ａ）（ｂ）中の○は操作制限されていないこと、×は操作制限されていることをそれぞれ示す。
【００６５】
なお、図ではストッパ軸２６が最大量下降して操作レバー１の前方操作が一切禁止される状態を示しているが、異常の度合いに応じてストッパ軸２６の下降量を調整するようにしてもよい。
【００６６】
この作用により、異常事態の進行を止めるとともに異常事態発生をオペレータに明確に認識させ、危険事態を速やかにかつ確実に回避することができる。
【００６７】
この場合、反対側への操作は許容されるため、この反対側操作によって異常事態を速やかに解消することができる。
【００６８】
また、負荷情報と異常事態発生をともに操作レバー１を通じてオペレータに伝達することから、オペレータは注意を操作レバーのみに集中すればよいため、オペレータの負担を軽減することができる。
【００６９】
第２実施形態（図８参照）
第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００７０】
第２実施形態においては、外部からの給気及び排気作用により拡縮してノブ外周からの突出量Ｘが増減する状態でノブ３に設けられたバルーン２８と、このバルーン２８に対する給排気作用を行う給排気手段としての圧縮空気タンク２９及び給排気弁３０とによって負荷情報伝達手段が構成されている。
【００７１】
ここでは十字型操作レバーに対応して前後両側と左右両側に計４個のバルーン２８と給排気弁３０が設けられた場合を示す。
【００７２】
給排気弁３０…は、負荷に応じたコントローラ３１からの拡縮指令に基づいて位置（給気位置と排気位置）と開度が制御され、これによりバルーン２８…が拡縮してノブ外周からの突出量Ｘが増減変化する。図８には、前側バルーン２８が拡張した状態を二点鎖線で示す。
【００７３】
この第２実施形態によっても、第１実施形態と同様に、負荷情報をオペレータに正確に、かつ、オペレータの操作を妨げることなく伝達するという効果を得ることができる。
【００７４】
他の実施形態
（１）上記実施形態では、前方操作に対しては前側のスライダー１８またはバルーン２８を作動させる構成としたが、操作方向と、作動するスライダー１８またはバルーン２８の関係を逆にしてもよい。
【００７５】
すなわち、たとえば操作レバー１を前方に操作する場合、オペレータはレバー前面には触れずに後面側を押し、逆に後方操作時に後面には触れずに前面に手を添えて引くことがある。
【００７６】
そこで、前方操作時には後側の、後方操作時には前側のそれぞれスライダー１８またはバルーン２８を作動させるようにしてもよい。
【００７７】
（２）負荷情報伝達の方式として、第１実施形態のスライダー方式、第２実施形態のバルーン方式に代えて他の方式、たとえばノブ上面にピンを上下動可能に設け、このピンの突出量を増減させる（ノブ外形を変形させる）ことにより、視覚を通じて負荷情報を伝達する方式等を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る操作装置の全体構成図である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は負荷情報伝達手段を設けた操作レバーの概略平面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同レバーの概略側面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は同レバーの拡大水平断面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は同部分側断面図である。
【図６】操作レバーの前後、左右に負荷情報伝達手段を設けた場合の図４相当図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は操作制限機構付きの操作レバーの概略側面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る操作装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【００７９】
１  操作レバー
２  レバーシャフト
３  ノブ
４  レバー軸
５  操作制限機構（操作制限手段）
６  負荷検出手段としての圧力センサ
７  同流量センサ
８  同位置センサ
９  同速度センサ
１０  同加速度センサ
１１  同操作量センサ
１２  コントローラ（制御手段）
１３  演算部
１４  変形指令部
１５  操作制限指令部
１６  負荷情報伝達手段
１７  凹溝
１８  変位体としてのスライダー
１９  変位駆動部としてのリンク部材
２０  リンク部材駆動機構
２１  傾斜面
２２  ローラ
Ｘ  スライダーのノブ外周からの突出量
２３  操作制限機構のアーム
２４  同バネ
２６  同ストッパ軸
２７  同ストッパ軸駆動部
２８  負荷情報伝達手段を構成するバルーン
２９  同圧縮空気タンク
３０  同給排気弁
３１  コントローラ（制御手段）
【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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