(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙送り機構により原反ロールから引き出されて下流方向に送られ製筒器により湾曲状に成形された包装材をその幅方向の両端部を貼りあわせて加熱、押圧することでセンタシールを施して筒状包装材に形成し、当該筒状包装材に被包装品が投入、充填又は送り込み、前記筒状包装材を前記被包装品と前記被包装品の間の位置で横切る方向に加熱、押圧することでエンドシールを施し、該エンドシールの中間を切断することにより、前記被包装品が包装袋内に包まれた袋包装体を製作する自動包装機において、
前記センタシールを施すセンタシーラを包装機の停止状態又は運転待機状態のときは前記包装材から離間しかつその離間状態を保持し、包装機が運転状態のときは前記包装材に近接、押圧しかつその押圧状態を保持する動作を行うセンタシーラ開閉機構を備えており、当該センタシール開閉機構の駆動源にサーボモータを使用しており、
前記センタシーラ開閉機構は、前記センタシーラ開閉動作の際に振動、衝撃を最小に留めることを目的とした速度パターンで制御手段により制御されており、
前記速度パターンは、横軸を時間とし縦軸を速度としたグラフにおいて、加速を急な傾斜にして、停止に至るまで減速を緩やかな傾斜にした三角形、又は加速を急な傾斜にして、一定速度の後、停止に至るまで減速を緩やかな傾斜にした台形の速度パターンであり、 前記速度パターンの前記減速時に前記包装材に近接する前記センタシーラは、前記停止の際に前記包装材を押圧する
ことを特徴とする自動包装機。
【請求項２】
前記制御手段は、表示・設定手段により外部から設定される前記センタシーラ開閉動作における開閉距離、開閉動作時間等のデータに基づき、前記速度パターンを作成することを特徴とする請求項１に記載の自動包装機。
【請求項３】
前記制御手段は、作成した複数の前記速度パターンを前記表示・設定手段に表示し、前記表示・設定手段において前記複数の速度パターンから選択された速度パターンによって前記サーボモータの動作を制御していることを特徴とする請求項２に記載の自動包装機。
【請求項４】
前記自動包装機は、前記センタシーラが、加熱部材を内蔵した回転自在なシールローラであり、前記筒状に成形された包装材が水平方向に送られる横型自動包装機であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の自動包装機。
【請求項５】
前記自動包装機は、前記センタシーラが、加熱部材を内蔵したシールバーであり、前記筒状に成形された包装材が垂直方向に送られる縦型自動包装機であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の自動包装機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センタシーラ開閉機構においてその駆動源にサーボモータを使用する自動包装機に関する。
【背景技術】
【０００２】
縦型又は横型の自動包装機においては、通常、ウェブ状の包装材が、紙送り機構により原反ロールから引き出され下流方向に送られ、製筒器により略閉じた湾曲状に成形される。該湾曲状に成形された包装材の幅方向の両端部を貼り合わせてセンタシールが施されて筒状に成形された包装材（筒状包装材）に被包装品が投入、充填又は送り込まれ、筒状包装材を被包装品と被包装品の間の位置で横切る方向にエンドシールを施し、該エンドシールの中間で筒状包装材を切断することにより、被包装品が包装袋内に包まれた袋包装体が製造される。
【０００３】
包装材は、縦型自動包装機においては、製筒器より下流は垂直方向に送られる。一方、横型自動包装機においては、製筒器より下流は水平方向に送られる。また、包装材の送りの形態としては、間欠送りと連続送りが存在するが、いずれの形態においても包装材の送りに合わせて筒状包装体への成形、センタシール、被包装品の供給、エンドシールが、逐次又は連続的に行われ袋包装体が製作される。
【０００４】
自動包装機においては、縦型又は横型、包装材の連続送り又は間欠送り等の形態を問わず、センタシール、エンドシールとも加熱、押圧することで包装材をシールするヒートシールが用いられることが一般的である。包装材にヒートシールを施すシーラは、シール作業のときのみ包装材に近接し押圧することでシールを実施し、シール動作中以外のときは、包装材から離間した位置におかれる。これは、シーラが包装材に接触した状態又は非常に接近した状態でその動作を停止・待機するなどした場合に、シーラからの過度の加熱により包装材を痛め包装不良品を発生させることを防止するためである。
【０００５】
前記の理由により、自動包装機においては、縦型又は横型、包装材の連続送り又は間欠送り等の形態を問わず、包装材にヒートシールを施すシーラは、センタシーラ、エンドシーラとも開閉機構を備えている。
【０００６】
横型自動包装機や縦型自動包装機で包装材の送りが連続の場合、包装材にセンタシールを施すセンタシール機構は、センタシーラを開閉するセンタシーラ開閉機構を備えている。センタシーラ開閉機構は、包装機が停止状態にあるとき、又は運転状態で被包装品の供給待機のときは、センタシールを施すセンタシーラを包装材から離間しかつその離間状態を保持し、包装機が運転状態にあるときは前記包装材に近接、押圧しかつその押圧状態を保持する動作を行う。従来、その駆動源としては、回転方向が制御可能な減速機付定速回転モータや、エアシリンダに代表されるような流体圧シリンダや電磁ソレノイドが用いられてきた（特許文献１、特許文献２）。
【０００７】
縦型自動包装機で包装材の送りが間欠の場合、包装材にセンタシールを施すセンタシール機構に備わるセンタシーラ開閉機構は、センタシールを施すセンタシーラを、包装機の停止中、運転待機中、及び運転中であってもシールタイミング以外の期間では、包装材から離間しかつその離間状態を保持しており、包装機が運転状態でシールタイミングのときは包装材に近接、押圧しかつその押圧状態を保持する動作を行う。その駆動源としては、エアシリンダに代表されるような流体圧シリンダや電磁ソレノイドが用いられている。
【０００８】
センタシーラ開閉機構の駆動源がエアシリンダに代表されるような流体圧シリンダの場合には、流体圧力の印加または開放によって、また電磁ソレノイドの場合には、励磁と消磁によって生じる往復運動をそのまま開閉動作として利用し、更に、回転方向が制御可能な減速機付定速回転モータの場合には、カム機構等を利用することで回転運動を往復運動に変換して利用している。
【０００９】
上記のように、センタシーラ開閉機構の駆動源が回転方向を制御可能な減速機付定速回転モータ、エアシリンダに代表されるような流体圧シリンダ又は電磁ソレノイドである場合、開閉の動作速度が一定なため、閉じ動作の際に、衝撃により包装材を傷めることがあり、そうした包装材の傷みは包装不良の原因となることがあった。またセンタシーラの開閉量も一定であるので、十分なシール強度を確保するためにセンタシーラの温度設定を高温にしていた場合、包装機が停止状態又は運転待機状態でセンタシーラが包装材から離間した状態であってもそれが長時間に及ぶときには包装材が輻射熱により収縮して包装不良を生じることになる。また、この熱による収縮を避けるために、センタシーラの温度設定をシール可能な下限付近に温度設定した場合には、運転開始の際にセンタシーラが包装材に近接し押圧し始めたときに包装材側に熱を奪われることによる一時的な温度低下に起因して、シール強度不足等を起こして包装不良品発生の原因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１−２６７１３６号公報
【特許文献２】特開２００１−３２８６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
センタシーラの閉じ動作の際に、センタシーラが包装材に衝突するときの衝撃で包装材を傷めないようにするためには、センタシーラの閉じ動作の際にセンタシーラの移動速度を緩やかに減速させるような移動速度変速制御が必要となる。また、包装機の停止状態又は運転待機状態のときの輻射熱による包装材の収縮や、運転開始したときの一時的な温度低下に起因するシール強度不足を解消するには、センタシーラの離間距離を温度設定に対応した最適な離間距離を保つことが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、センタシーラ開閉機構の駆動源にサーボモータを使用することで、その高い制御性を利用して、上記課題を解決しようとするものである。
【００１３】
本発明による自動包装機は、包装機の停止状態又は運転待機状態のときは、センタシールを施すセンタシーラを包装材から離間しかつその離間状態を保持し、包装機が運転状態のときはセンタシーラを包装材に近接、押圧させかつその押圧状態を保持する動作を行うセンタシーラ開閉機構を備えており、当該センタシーラ開閉機構の駆動源にサーボモータを使用しており、前記センタシーラ開閉機構は、前記センタシーラ開閉動作の際に振動、衝撃を最小に留めることを目的とした速度パターンで制御手段により制御されており、前記速度パターンは、横軸を時間とし縦軸を速度としたグラフにおいて、加速を急な傾斜にして、停止に至るまで減速を緩やかな傾斜にした三角形、又は加速を急な傾斜にして、一定速度の後、停止に至るまで減速を緩やかな傾斜にした台形の速度パターンであり、前記速度パターンの前記減速時に前記包装材に近接する前記センタシーラは、前記停止の際に前記包装材を押圧することを特徴とする。
【００１４】
本発明による自動包装機においては、制御手段は、表示・設定手段により外部から設定されるセンタシーラ開閉動作における開閉距離、開閉動作時間等のデータに基づき、速度パターンを作成することができる。
【００１６】
この自動包装機において、制御手段は、作成した複数の速度パターンを表示・設定手段に表示し、前記表示・設定手段において前記複数の速度パターンから選択された速度パターンによってサーボモータの動作を制御することができる。
【００１７】
本発明による自動包装機は、センタシーラが、加熱部材を内蔵した回転自在なシールローラであり、筒状に成形された包装材が水平方向に送られる横型包装機であるとすることができる。
【００１８】
本発明による自動包装機は、センタシーラが、加熱部材を内蔵したシールバーであり、筒状に成形された包装材が垂直方向に送られる縦型包装機であるとすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による自動包装機では、センタシーラ開閉動作における開閉距離、開閉動作時間等のデータの設定ができるので、使用する包装材の性質、要求される包装能力或いはシール温度のような包装条件に対して、最適なセンタシーラ開閉動作を行うことが可能となる。また、センタシーラ開閉機構の駆動源に用いられるサーボモータは、速度制御等の制御性が良好であり、しかも、センタシーラ開閉機構は、センタシーラ開閉動作の際に振動、衝撃を最小に留めることを目的とした速度パターンで制御手段により制御されており、速度パターンは、横軸を時間とし縦軸を速度としたグラフにおいて、加速を急な傾斜にして、停止に至るまで減速を緩やかな傾斜にした三角形、又は加速を急な傾斜にして、一定速度の後、停止に至るまで減速を緩やかな傾斜にした台形の速度パターンであるとし、速度パターンの減速時に包装材に近接するセンタシーラは、停止の際に包装材を押圧するとしているので、包装材に近接して閉じ位置への移動が終了すると、開閉モータの速度は０、つまりその位置を保持（包装材を押圧し、その押圧状態を保持）する状態に移行し、その結果、センタシーラ開閉動作の際にセンタシーラが包装材に衝突することで包装材に包装不良の原因となるような傷を生じることを防ぐことができる。センタシーラが包装材に速度を以て衝突すると、ズレ等のセンターシールの不具合がその包装運転開始時に製造される包装体のセンタシールのみに止まらず後続の包装体のセンタシールにまで及ぶ可能性もあるが、本発明による自動包装機ではそうした懸念もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明による自動包装機の適用例である横型自動包装機の概要図である。
【図２】図１に示す横型自動包装機のセンタシーラを包装材の流れ方向下流側から見た断面の概要図で、センタシーラが開き状態にあるときを示す図である。
【図３】図１に示す横型自動包装機のセンタシーラを包装材の流れ方向下流側から見た断面の概要図で、センタシーラが閉じ状態にあるときを示す図である。
【図４】この発明による自動包装機の適用例である横型自動包装機のセンタシーラを包装材の流れ方向下流側から見た断面の概要図で、センタシーラ開閉の位置関係を示す概要図である。
【図５】この発明による自動包装機の適用例である横型自動包装機のセンタシーラ開閉機構の動作概念図である。
【図６】この発明による自動包装機の適用例である横型自動包装機のセンタシーラ開閉機構の回転出力を開閉運動に変換する運動変換機構の概略図である。
【図７】この発明による自動包装機の適用例である横型自動包装機のセンタシーラ開閉動作とサーボモータ速度パターンの例である。
【図８】この発明による自動包装機の適用例である横型自動包装機のセンタシーラ開閉動作の速度変化と設定データの関係を表すグラフである。
【図９】縦型自動包装機の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、この発明による自動包装機を横型自動包装機に適用した実施例について、添付した図面に基づいて説明する。この発明による自動包装機が適用された横型自動包装機の概略図を図１で示す。図１ａ）は、包装材の流れ方向、横から見た図であり、図１ｂ）は包装材の流れ方向、上から見た図である。横型自動包装機の動作は、以下のようなものである。紙送り機構（紙送りローラ２ａ，２ｂ及び紙引きローラ４ａ，４ｂ）により包装材が原反ロールＷｒから引き出され連続的に下流方向へ送られ、包装材は製筒器３により略閉じた湾曲状包装材に成形され、被包装品Ｐが送り込まれる。被包装品Ｐが中に入った湾曲状包装材は、その幅方向の両端部をセンタシーラ５ａ，５ｂによって貼り合わせてセンタシール１０が施されて筒状包装材Ｗｆに成形され、被包装品Ｐと被包装品Ｐの間で、筒状包装材Ｗｆを横切る方向にエンドシーラ６ａ，６ｂによりエンドシールを施される。エンドシールが施された後に、筒状包装材Ｗｆは該エンドシールのシール幅方向の中間で切断され、被包装品Ｐが包装袋内に包まれた袋包装体Ｂｐが製作される。
【００２２】
本実施例で示す包装材の送りが連続の横型自動包装機においては、筒状包装材Ｗｆにシールを施すシーラは、シール動作のとき以外は包装材から離間した位置にあり、シール動作のときのみ筒状包装材Ｗｆに近接し、押圧・加熱を行ってシールを施す。本発明の実施部であるセンタシーラ５ａ，５ｂの動作について、図２、図３を参照して説明する。図２、図３は、図１のＡ‐Ａ´の断面を下流側から示す図である。図２はセンタシーラ５ａ，５ｂが開いた状態を示しており、図３はセンタシーラ５ａ，５ｂが閉じた状態を示している。センタシーラ５ａ，５ｂは、包装機が運転状態で被包装品Ｐが供給されているときは、図３で示すように筒状包装材Ｗｆの幅方向の両端部Ｗｆｅ，Ｗｆｅを外側から挟み込み、加熱、押圧しつつ、下流側へ水平に押送する方向に、筒状包装材Ｗｆの送り速度に同期した速度で自ら回転するように制御される。センタシーラ５ａ，５ｂは、包装機が停止状態にあるとき、又は包装機が運転状態で被包装品Ｐの供給を待つ待機状態にあるときは、図２で示すように包装材Ｗｆから離間し、下流側へ水平に押送する方向への回転も停止する。
【００２３】
上記のような動作を実現するために、この実施例で説明する横型自動包装機は、筒状包装材Ｗｆの幅方向の両端部を貼り合わせてセンタシール１０を施すセンタシーラ機構に、図４、図５で動作概念を示すようなサーボモータを駆動源とするセンタシーラ開閉機構１１を備えている。即ち、センタシーラ開閉機構１１においては、センタシーラ５ａ，５ｂは、サーボモータ１３の回転出力を開閉運動に変換する運動変換機構１２を介して、サーボモータ１３（図４参照）の回転軸と接続されている。  
【００２４】
上記のセンタシーラ５ａ，５ｂの互いに近接し筒状包装材Ｗｆの幅方向の両端部を押圧している閉じ状態の位置と、定められた離間位置にある開き状態の位置との関係を図４によって説明する。図４ａ）はセンタシーラ５ａ，５ｂが、定められた離間位置にある開き状態の位置を占めているときを示し、図４ｂ）は、センタシーラ５ａ，５ｂが、互いに近接し包装材Ｗｆを押圧している閉じ状態の位置を占めているときを示す。センタシーラ開閉機構の駆動源であるサーボモータ１３を制御する制御手段１４（図１参照）は、閉じ状態の位置又は開き状態の位置のどちらか一方の位置を基準位置として把握し、もう一方の位置を目標位置として把握する。制御手段１４は、サーボモータ１３を制御して、包装機の状態とセンタシーラ５ａ，５ｂのその時点での位置とに応じて、センタシーラ５ａ，５ｂを要求される位置で停止保持するか、又は要求されるどちらかの位置への移動を行う。この場合の移動量は９ａ，９ｂで表される。
【００２５】
図５ａ）はセンタシーラ５ａ，５ｂが定められた離間位置にある開き状態を占めるときを示す図であり、サーボモータ１３は、その位置を保持する離間状態（開き状態）で停止中である。図５ｂ）は、包装機が停止状態から運転状態に移行したとき、或いは運転状態で供給待機から被包装品Ｐの供給が開始されたときの動作を示す図で、サーボモータ１３は、この図で示すところの手前方向に回転を開始する。このサーボモータ１３の回転出力は、運動変換機構１２によって開閉運動に変換され、センタシーラ５ａ，５ｂを閉じる動作となる。図５ｃ）は、センタシーラ５ａ，５ｂが互いに近接し包装材Ｗｆを押圧した押圧状態（閉じ状態）を占めるときを示し、この状態になったとき、サーボモータ１３は、その位置を保持する押圧状態で停止する。図５ｄ）は、包装機が運転状態から停止状態に移行したとき、或いは運転状態で被包装品Ｐの供給がなくなり供給待機状態に移行したときの動作を示す図で、サーボモータ１３は、この図で示すところの奥方向に回転を開始する。このサーボモータ１３の回転出力が、回転出力を開閉運動に変換する運動変換機構１２によってセンタシーラ５ａ，５ｂを開く動作となる。センタシーラ５ａ、５ｂが定められた離間位置に達するとサーボモータ１３は、その位置を保持する離間状態（開き状態）で停止する。この状態は図５ａ）の状態に同じである。
【００２６】
この実施例では、上記の回転出力を開閉運動に変換する運動変換機構１２に図６で示すようなボールネジを用いているが、ボールネジに限らず、クランク、ラック・ピニオン、ギアとレバーの組合せ等、サーボモータの回転運動をセンタシーラの開閉運動に変換できる機構であれば何でもよい。
【００２７】
図６において、ａ）は上から見た図、ｂ）は断面を表している。サーボモータ１３の回転出力軸は減速機構３０を介してボールネジ３２ａに伝達される。ボールネジ３２ａ上のギア３１ａは、ボールネジ３２ａと平行に配置されたボールネジ３２ｂ上のギア３１ｂと噛み合っているので、ボールネジ３２ａ、３２ｂは互いに反対方向に回転する。ボールネジ３２ａ，３２ｂは、それぞれ螺動ブロック３３ａ，３３ｂを介してセンタシーラ取り付けプレート３４ａ，３４ｂとネジ係合をしているので、サーボモータ１３の回転方向に応じて、センタシーラ５ａ，５ｂは互いに接近する閉じ動作又は互いに離反する開き動作をすることになる。
【００２８】
センタシーラ５ａ、５ｂの動きと開閉指令の関係を説明したのが図７である。図７で、その時点の位置が開き位置で閉じ指令がないときは、サーボモータ１３である開閉モータの速度は０、つまりその位置を保持する離間状態を示す。その時点の位置が開き位置で閉じ指令が発生した場合、開閉モータは閉じ位置方向へ回転を始める。振動、衝撃を最小に留めるために、サーボモータ１３の回転速度の速度パターンとして、図示のように加速を急な傾斜にして、停止に至るまで減速を緩やかな傾斜にした三角形の速度パターンで閉じ位置に移動する。閉じ位置への移動が終了すると、開閉モータの速度は０、つまりその位置を保持する状態に移行する。この三角形の速度パターンの減速時に包装材に近接するセンタシーラは、停止の際に包装材を押圧する押圧状態となり、サーボモータ１３のトルクに応じた押圧力で包装材を加熱・押圧してシールする。センタシーラ５ａ，５ｂが包装材に速度を以て衝突すると、ズレ等のセンタシールの不具合がその包装運転開始時に製造される包装体のセンタシールのみに止まらず後続の包装体のセンタシールにも及ぶ可能性もあるが、減速を緩やかな傾斜にしつつ停止させることで、衝突に起因したこうした不具合の懸念もなくすことができる。図７は、包装材が連続して送られる横型自動包装機のセンタシーラ開閉動作とサーボモータ速度パターンを示しているので、センタシーラによる包装材の押圧状態は、当該押圧状態が開始されると包装機の運転状態の間、継続する。開き指令が発生した場合、開閉モータは閉じのときとは逆方向に回転を始める。振動、衝撃を最小に留めるために、図示のように加速を急な傾斜にして、停止に至るまで減速を緩やかな傾斜にした三角形の速度パターンで開き位置に移動する。開き位置への移動が終了すると、開閉モータの速度は０、つまりその位置を保持する離間状態に移行する。図において示した速度パターンは、一例であり、加速を急な傾斜にして、一定速度の後、停止に至るまで減速を緩やかな傾斜にした台形の速度パターンでもよい。センタシーラ開閉の際の振動、衝撃を最小に留める目的に沿うものであれば、上記以外のものでもよい。
【００２９】
上記の基準位置についてであるが、上述したようにセンタシーラ５ａ，５ｂの開き位置、閉じ位置のどちらを基準としても良いが、この実施例ではセンタシーラ５ａ，５ｂの閉じ位置を基準とし、センタシーラ５ａ，５ｂの開き位置を目標位置としている。基準位置をサーボモータ制御手段が把握する方法としては、閉じ位置を把握する光学センサ又は磁気センサを設けても、或いは、センサを設けず、センタシーラ５ａ，５ｂが閉じたとき即ちセンタシーラ５ａと５ｂが互いに押圧しあっている状態のときに生じるサーボモータ１３のトルク量や偏差パルス量の変化を用いて把握しても、どちらでも良い。
【００３０】
センタシーラ５ａ，５ｂの移動量（開閉量）９ａ，９ｂ（図４参照）や移動に要する時間（開閉時間）については、サーボモータ１３の制御手段１４に固定された値として保持しても良いが、本実施例では、表示・設定手段１５により、機械的に許される範囲の中で、任意に設定することができる。制御手段１４がそれらの値に基づいて速度パターンを作成してサーボモータ１３を制御している。このことを説明したのが、図１及び図８である。
【００３１】
この実施例では、速度パターンを固定としているが、表示器・設定手段１５により設定することも可能である。その場合、加速を急な傾斜にして、停止に至るまで減速を緩やかな傾斜にした三角形、加速を急な傾斜にして、一定速度の後、停止に至るまで減速を緩やかな傾斜にした台形等のいくつかの速度パターンを制御手段１４に用意しておき、表示・設定手段１５に表示させた前記速度パターンの候補の中から運転条件に合ったものを選択する方式が考えられる。
【００３２】
以上、本発明の横型自動包装機における実施形態を述べてきたが、図９で示されるような縦型自動包装機においても、当然のことながら実施可能である。なお、図９に示す縦型自動包装機においては、図１に示す横型自動包装機が備える構成要素と同等の機能を奏する構成要素については、同じ符号付することで再度の説明を省略する。
【符号の説明】
【００３３】
２ａ，２ｂ  紙送りローラ               
３  製筒器
４ａ，４ｂ  紙引きローラ               
５ａ，５ｂ  センタシーラ
６ａ，６ｂ  エンドシーラ               
９ａ，９ｂ  センタシーラ移動量                  １０  センタシール                                                   
１１  センタシール開閉機構
１２  回転出力を開閉運動に変換する運動変換機構
１３  サーボモータ                                               
１４  制御手段
１５  表示・設定手段                                           
２０ａ，２０ｂ  紙送りベルト
３０  減速機構                           
３１ａ，３１ｂ  ギア
３２ａ，３２ｂ  ボールネジ               
３３ａ，３３ｂ  螺動ブロック
３４ａ，３４ｂ  センタシーラ取り付けプレート
Ｐ  被包装品                                                       
Ｂｐ  袋包装体
Ｗｒ  包装材原反ロール                   
Ｗｆ  筒状包装材
Ｗｆｅ筒状包装材Ｗｆの幅方向両端部
【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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