(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム（１０２）と、
フレーム（１０２）により支持されたオペレータキャブ（１０４）と、
フレーム（１０２）と動作可能に連係された少なくとも１つの可動器具（２６８）と、
オペレータキャブ（１０４）をフレーム（１０２）に動作可能に連結する制御自在マウント（１０６）であって、
レオロジー流体（１１６）で満たされる第１のチャンバ（１１２）と加圧ガス（１１８）で満たされる第２のチャンバ（１１４）とを有するハウジング（１０８）であって、第１のチャンバ（１１２）が、ピン（１２０）に固定して取り付けられた減衰プレート（１２８）によって上側部分と下側部分とに分離され、第２のチャンバ（１１４）が、前記ピン（１２０）に固定して取り付けられたプランジャ（１３６）によって前記第１のチャンバ（１１２）の下側部分から分離される、ハウジング（１０８）と、
オペレータキャブ（１０４）に連結され、ハウジング（１０８）内に取り付けられた前記ピン（１２０）と、
レオロジー流体（１１６）を通じる磁場を生じさせるようにハウジング（１０８）に対して位置決めされたコイル（１３１）と、
を含む制御自在マウント（１０６）と、
コイル（１３１）と動作可能に連係され、且つ機械動作に基づきコイル（１３１）に印加される電流レベルを変化させてレオロジー流体（１１６）の見掛け粘度を調整するように構成された電子制御ユニット（１６８）と、
を含む、機械（１００）。
【請求項２】
オペレータキャブ（１０４）が、操作者がドージング、リッピング、地ならし、または掘削などの機械動作タイプを入力することができる操作者インタフェース（１８８）を含む、請求項１に記載の機械（１００）。
【請求項３】
機械が、器具（２６８）の動きを検出するように構成されたセンサ（２７０）をさらに含み、電子制御ユニット（１６８）が、センサ（２７０）から受け取った信号に基づき機械動作タイプを検出するように構成される、請求項１に記載の機械（１００）。
【請求項４】
機械動作が仕上げの地ならしであるとき、電子制御ユニット（１６８）がコイル（１３１）に対する電流フローを増加させる、請求項１に記載の機械（１００）。
【請求項５】
機械動作が道路整地であるとき、電子制御ユニット（１６８）がコイル（１３１）に対する電流フローを減少させる、請求項１に記載の機械（１００）。
【請求項６】
機械動作が掘削であるとき、電子制御ユニット（１６８）が電流フローを減少させる、請求項１に記載の機械（１００）。
【請求項７】
機械動作が積み込みであるとき、電子制御ユニット（１６８）が電流フローを増加させる、請求項１に記載の機械（１００）。
【請求項８】
キャブマウント（１０６）を使用してキャブ（１０４）を機械（１００）のフレーム（１０２）に連結するステップであって、機械（１００）が少なくとも１つの可動器具（２６８）を含み、キャブマウント（１０６）は、
ピン（１２０）と、
レオロジー流体（１１６）で満たされる第１のチャンバ（１１２）と加圧ガス（１１８）で満たされる第２のチャンバ（１１４）とを有するハウジング（１０８）であって、第１のチャンバ（１１２）が、前記ピン（１２０）に固定して取り付けられた減衰プレート（１２８）によって上側部分と下側部分とに分離され、第２のチャンバ（１１４）が、前記ピン（１２０）に固定して取り付けられたプランジャ（１３６）によって第１のチャンバ（１１２）の下側部分から分離され、前記ピン（１２０）が、キャブ（１０４）に連結されると共にハウジング（１０８）に対し移動可能である、ハウジング（１０８）と、
を有する、ステップと、
機械（１００）により行われている、ドージング、リッピング、地ならし、または掘削などの動作タイプを検知するステップと、
検知された動作に基づき、ハウジング（１０８）に対して位置決めされたコイル（１３１）に対する電流フローを調整するステップと、
を含む、キャブマウント（１０６）の制御方法。
【請求項９】
動作タイプが、機械（１００）と結合された器具（２６８）の相対位置に基づき検知される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
動作タイプが、検知された機械パラメータの組み合わせに基づき検知され、及び方法が、検知された機械パラメータの組み合わせに基づき動作タイプを判断するため予測アルゴリズム（２６６）をさらに用いる、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概してキャブマウントに関し、より詳細には、キャブマウントを用いる機械及びキャブマウントの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの異なる重機機械において、オペレータキャブは、キャブマウントを有する機械のフレームによって支持されている。キャブマウントは、多くの異なる形態及び構成で利用可能であり、概して、機械が移動したり、又は作業を行ったりするときに操作者が被る振動衝撃を抑えるため、機械の下部構造体からキャブを隔離しようとするものである。例えば、岩地を走行しているローダでは、ローダの車台、下部構造体、及び車輪／履帯が大きく方々に突き上げられたり、跳ね返ったりし得るが、キャブはフレームに固定的に取り付けられていないため、キャブマウントによって提供される遊びにより、操作者に対するこの動きの影響は小さくなる。
【０００３】
かかるマウントは、一定レベルの振動減衰を提供する機械ばね又はエラストマー製ショックアブソーバのように単純なものであり得る。他のタイプのマウントは、流体又は電気化学的な性質のものである。磁気レオロジー（ＭＲ）及び電気レオロジー（ＥＲ）マウントが、かかるマウントの二つの例である。例としてＭＲマウントを考えると、概してこれは、ＭＲ流体を収容するハウジングと、ＭＲ流体中を通じて動く構造と、ＭＲ流体にわたり磁界を提供するためのコイルとを含む。コイルに電流を流すことにより、ＭＲ流体を通じて磁界が発生するのみならず、さらにはＭＲ流体の見掛け粘度も増加する。構造がＭＲ流体中を通じて動くとき、ＭＲ流体の見掛け粘度が増加することによってマウントの剛性が高くなる。
【０００４】
ＭＲマウントの一例が、（特許文献１）に開示される。（特許文献１）は、分離体サブアセンブリと、ＭＲ流体で充填された本体と、圧送チャンバと、ダイヤフラムチャンバとを含む流体圧式マウントを開示する。本体は、可撓性の成形エラストマーから形成されてもよく、従ってエンジンからの振動入力により圧送チャンバが弾性的に変形し、デカップラサブアセンブリを通じて圧送チャンバとダイヤフラムチャンバとの間で流体移動が生じて粘性減衰する。いくらか効果的であるものの、かかるマウントはフィードバックを提供しない。
【０００５】
ＭＲマウントの別の例が、Ｋｅｎｎｅｔｈ  Ａｌａｎ  Ｓｔ．Ｃｌａｉｒらに対する２００７年１１月８日に公開された（特許文献２）に開示される。（特許文献２）は、磁気レオロジー流体で充填された管状ハウジングと、管状ハウジング内でその長手方向長さに沿って移動可能なピストンヘッドとを含む磁気レオロジー流体ダンパを備えたストラットを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，０６３，１９１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／０２５７４０８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本開示の一態様に従えば、フレームと、フレームにより支持されたオペレータキャブと、フレームと動作可能に連係された少なくとも１つの可動器具と、オペレータキャブをフレームに動作可能に連結する制御自在マウントであって、ハウジングと、ハウジング内に取り付けられたピンと、ハウジング内のレオロジー流体と、レオロジー流体を通じてフィールドを生成させるようにハウジングに対して位置決めされたコイルとを含む制御自在マウントと、コイルと動作可能に連係され、且つ機械動作に基づきコイルに印加される電流レベルを変化させてレオロジー流体の見掛け粘度を調整するように構成された制御装置とを含む機械が開示される。
【０００８】
本開示の別の態様に従えば、キャブマウントの制御方法が開示され、この方法は、キャブマウントを使用してキャブを機械に連結するステップであって、機械が少なくとも１つの可動器具を含み、キャブマウントが、ハウジングと、ハウジングに対して移動可能なピンとを有する、ステップと、機械によって行われている動作タイプを検知するステップと、検知された動作に基づきコイルに対する電流フローを調整するステップとを含む。
【０００９】
本開示のさらに別の態様に従えば、オペレータキャブを、少なくとも１つの可動器具を有する機械のフレームに動作可能に連結するマウントを制御するための制御システムが開示され、ここで制御システムは、マウントであって、ハウジングと、ハウジング内で移動可能なピンと、ハウジング内のレオロジー流体の体積と、レオロジー流体に近接して取り付けられたコイルとを含むマウントに動作可能に連結されたプロセッサと、機械に結合された器具の位置を監視するように構成されたセンサと、機械に結合された器具の検知された位置に基づき機械によって行われている動作タイプを判断し、判断された動作タイプに基づきレオロジー流体の見掛け粘度を調整するように構成された制御装置とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の教示に従い構成された機械の斜視図である。
【図２】本開示の教示に従い構成された制御自在マウントの断面図である。
【図３】制御自在マウントのエラストマー部材における初期使用の間、時間が経過したとき、及び補正されたときのクリープを表すチャートである。
【図４】本開示の教示に従い構成された制御システムの概略図である。
【図５】ａ〜ｄは、マウント変位を検知するための代替的実施形態の概略図である。
【図６】本開示の教示に従い構成された操作者インタフェースのブロック図である。
【図７】周波数対スペクトル密度をプロットし、制御自在マウントに関連する履歴データを表し、及びいつマウントが交換又は修理されるべきかを特定するグラフである。
【図８】周波数対振幅をプロットし、及び本開示の教示に従いそれを制御するスタック型アルゴリズム（ｓｔａｃｋｅｄ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ）を表すグラフである。
【図９】ａ〜ｅは、異なるマウント位置の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで図面を参照すると、具体的には図１を参照し、本開示の教示に従い構成された機械が、概して参照符号１００により示される。機械１００は、オペレータキャブ１０４を支持するフレーム１０２を含む。図示されるとおり、機械１００は履帯式トラクタとして表されるが、本開示の教示は、フレームに取り付けられたキャブを含む他の重工業及び建設機械、例えば、限定はされないが、バックホウローダ、ホイールローダ、履帯式ローダ、連結式トラック、オフハイウェイトラック、掘削機、モータグレーダ、フォークリフト、スキッドステア、又は当該技術分野において公知の任意の他の機械で同等の効果をもって用いられ得ることが理解されるべきである。
【００１２】
ここで図２を参照すると、本明細書に開示される機械１００及び方法で使用される制御自在マウント１０６の一実施形態の例が、断面図により示される。図示されるとおり、制御自在マウント１０６は、取り付けフランジ１１０を介してフレーム１０２（図１を参照）に取り付けられ得るハウジング１０８を含み得る。ハウジング１０８は、第１のチャンバ１１２と第２のチャンバ１１４とを含み得る。本明細書においてさらに詳細に記載するとおり、第１のチャンバ１１２は、磁気レオロジー（ＭＲ）流体又は電気レオロジー（ＥＲ）流体などのレオロジー流体１１６で充填され得る。第２のチャンバ１１４は、圧縮空気を含む圧縮ガスなどの圧縮流体１１８で充填され得る。
【００１３】
制御自在マウント１０６はまた、部分的にハウジング１０８と共に配置され、取り付け端部１２２でキャブ１０４に結合され得るピン１２０を含んでもよい。ピン１２０は、エラストマー部材１２４によってハウジング１０８に結合されてもよく、エラストマー部材１２４によりピン１２０を、軸１２６に沿った軸方向移動及び軸１２６と垂直な半径方向移動について制限することが可能となる。エラストマー部材１２４は、ピン１２０とハウジング１０８との間の軸方向並びに半径方向の動きを抑制し得る。
【００１４】
図示されるとおり、減衰プレート１２８がピン１２０に結合され、第１のチャンバ１１２のレオロジー流体１１６の中に配置されてもよい。減衰プレート１２８は、減衰プレート１２８を通じたレオロジー流体１１６の通過を可能にする複数の開口１３０を含み得る。減衰プレート１２８がレオロジー流体１１６中を通じて動かされるとき、ハウジング１０８とピン１２０との間の相対運動が減衰される。減衰レベルは、レオロジー流体１１６に磁界又は電界を印加することにより調整され得る。さらに、磁界又は電界の強度を変化させることにより、レオロジー流体１１６の見掛け粘度が比例して変化し、従って制御自在マウント１０６により提供される減衰度を操作者の要求に合わせて調整することができる機構が提供される。
【００１５】
磁界又は電界を発生させるため、コイル１３１がレオロジー流体１１６に近接して提供される。より具体的には、コイル１３１は、ハウジング１０８に対し、第１のチャンバ１１２に隣接して側方に取り付けられてもよい。コイル１３１から、制御可能な電源供給装置１３４に接続するためのリード１３２が延在し得る。それに代えて又は加えて、コイル１３１はピン１２０及び／又は減衰プレート１２８に取り付けられ得る。
【００１６】
ピン１２０はまた、第１のチャンバ１１２を第２のチャンバ１１４と分離するプランジャ１３６も含み得る。プランジャ１３６は、ハウジング１０８のシャフト１４０に対して封止をなすシール１３８を含み得る。かかる構成では、プランジャ１３６及び第２のチャンバ１１４は、ピン１２０を理想スナッビング高さ（ｓｎｕｂｂｉｎｇ  ｈｅｉｇｈｔ）１４４に位置決めするためのガススプリング１４２として働き、その重要性については本明細書でさらに詳細に記載する。ガススプリング１４２内の圧縮流体１１８の圧力は、バルブ１４６によって調整され得る。圧縮流体１１８の圧力を調整することにより、プランジャ１３６に加えられるガススプリング１４２の付勢力もまた調整される。第１のホース又はチューブ１４８がバルブ１４６に連結され、第２のチャンバ１１４に加圧流体１１８を供給し得る。バルブ１４６はまた、第２のホース又はチューブ１５０も含み、第２のチャンバ１１４内の加圧流体１１８を貯蔵タンク１５２に戻すか、又は大気中に放出し得る。
【００１７】
プランジャ１３６を理想スナッビング高さ１４４に向かって付勢するのを補助するため、機械ばね１５４もまた用いられ得る。ばね１５４は、ピン１２０のガイド延長部１５６の周囲に配置され、ガイド延長部１５６とハウジング１０８の基部１５８との間に延在し得る。ガイド延長部１５６は、ハウジング１０８に接触するように位置決めされ、制御自在マウント１０６についての第１のエンドストップとして働き得る。
【００１８】
制御自在マウント１０６はまた、キャブ１０４とフレーム１０２との間の相対変位を示す信号を生成するためのセンサ１６０も含み得る。本実施形態では、ハウジング１０８とピン１２０との間の相対変位を決定することにより、これが行われる。センサ１６０は、エラストマー部材１２４に設けられるチャネル１６２に配置された歪みゲージ（図示せず）を含み得る。或いは、チャネル１６２は、伸長及び収縮に伴い変化する導電性及び電気抵抗を有する導電性エラストマー１６４で充填されてもよい。より具体的には、導電性エラストマー１６４にかかる歪みは、導電性エラストマー１６４が呈する抵抗と相関し得る。従って、抵抗を計測すると、ハウジング１０８とピン１２０との間の相対変位を計算することができる。リード１６６を使用して、センサ１６０からのデータが電子制御ユニット１６８に通信され得る（図４を参照）。
【００１９】
制御自在マウント１０６はまた、第２のチャンバ１１４内の流体１１８の圧力を監視するセンサ１７０も含み得る。圧力センサ１７０もまた、リード１７２で電子制御ユニット１６８に連結され得る。一般に、圧力センサ１７０を使用して圧力スパイク、従ってエラストマー部材１２４の摩耗が計測され得る。これにより、制御自在マウント１０６の余寿命及び保守度（ｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙ）を計算することができる。加えて、センサ１６０又は１７０のいずれかの不具合により、制御自在マウント１０６を交換又は修理する必要があることが示され得る。
【００２０】
エラストマー部材１２４内のセンサ１６０に代えて又は加えて、圧力センサ１７０を使用して、ピン１２０のハウジング１０８に対する変位を決定してもまたよい。より具体的には、変位は以下の式を用いて決定され得る：
Ｖn＝Ｐi＊Ｖi／Ｐn
式中：
Ｖnは新しい体積であり；
Ｐiは初期圧力であり；
Ｖiは初期体積であり；及び
Ｐnは新しい圧力である。
【００２１】
初期圧力及び初期体積は、ピン１２０の既知の位置から最初に較正されることができ、第２のチャンバ１１４の体積及び圧力に対応し得る。新しい圧力及び新しい体積は、初期位置からの変位に対応し得る。新しい位置は、以下の式を用いて新しい体積から決定され得る：
Ｄ＝（Ｖn−Ｖi）／（π＊Ｒ2）
式中：
Ｄは変位の変化量であり；
Ｒはシャフト１４０の半径であり；
Ｖiはここでもまた初期体積であり；及び
Ｖnはここでもまた新しい体積である。
【００２２】
温度補償もまた、変位計測の精度を高めるために用いられ得る。或いは、変位は、これらの計算が既に決定されている格納テーブルにより決定されてもよい。
【００２３】
次にこの計算された変位を用いて、マウント１０６を制御する電子制御ユニット１６８により実行される制御アルゴリズムにおけるフィードバックが提供され得る。より具体的には、計算された変位データを用いて制御自在マウント１０６のコイル１３０に印加される電流が調整され、ひいては制御自在マウント１０６の見掛け粘度が調整されることで、パフォーマンスの向上が提供され得る。
【００２４】
一実施形態において、レオロジー流体１１６の見掛け粘度は、マウント１０６の変位と直接的な関係で変化する。従って、ピン１２０が理想スナッビング高さ１４４から離れると、より多くの電流がコイルに印加され、レオロジー流体１１６の見掛け粘度が増加し、それによりピン１２０がハウジング１０８との係合から離れるように付勢される。これにより、ピン１２０及び減衰プレート１２８は移動に対してより大きい抵抗を受け、従ってこのフィードバック制御を用いると、下げ止まり（ｂｏｔｔｏｍｉｎｇ  ｏｕｔ）又は上げ止まり（ｔｏｐｐｉｎｇ  ｏｕｔ）としても知られる、ピン１２０がエンドストップに達することが、最小限にしか起こらないよう抑えられる。
【００２５】
別の実施形態において、１つ又は複数のセンサ１６０、１７０からのデータの統計分析を使用して制御自在マウント１０６の時間に伴う変位が説明され、制御自在マウント１０６の制御が、キャブにおける重量、すなわち、種々の操作者の体重、その工具及び付属品などの変化に適合され得る。初期圧力及び初期体積は、工場において、及び機械の整備中に決定され、較正され得る。
【００２６】
この変位データはまた、統計分析にかけられ、長期保管用に保存されてもよい。履歴データは、平均変位、周波数領域、及びパワースペクトル密度データを含み得る。履歴的な統計変位データを使用して、特定のマウントの交換時期が決定され得る。例えば、制御自在マウントがその履歴平均の範囲外で動作している場合、制御自在マウントは交換が必要であると見なされ得る。加えて、制御自在マウントの全寿命を通じて履歴をとり、長期履歴平均を得てもよい。長期履歴平均を中間的な期間の履歴及び短期履歴と比較して、パフォーマンスにおける問題を調べるための全体の誤差又は点ごとの誤差を提供してもよい。
【００２７】
変位の履歴的な統計平均を追跡及び維持することにより、エラストマー部材１２４の永久歪み及びクリープもまた決定され得る。本明細書で使用されるとき、エラストマー部材１２４の「永久歪み」及び「クリープ」は、エラストマーの弾性の変化を指す。初めは、エラストマーは予測可能な形で変形し、同じ形状及び強度を回復する。しかしながら、時間が経過して動作が反復されると、エラストマーは分子レベルで変化し始め、従って同じ弾性を呈しないようになり得る。本願ではこれにより、時間が経つとエラストマー部材１２４が弛み始め得る。
【００２８】
グラフ形式では、これは、エラストマー部材１２４が弛み、永久歪みを示し、及びクリープを起こし始めると、エラストマー部材１２４が、図３に示されるとおり非線形的に振る舞い始め得ることを意味する。図示されるとおり、エラストマー部材１２４は、エンドストップ１７６間の線１７４により示されるとおり、初めは概して線形的に振る舞い得る。しかしながら、時間が経過すると、エラストマー部材１２４は永久歪みを呈し、線１７８により示されるとおりクリープを起こし始める。
【００２９】
電子制御ユニット１６８を使用してこの材料特性の変化を補償し、並びにクリープの影響を最小限に抑え得る。例えば、電子制御ユニット１６８を使用してコイル１３０に印加される電流を調整し、それによりエラストマー部材１２４の材料特性の変化を補正することができ、これを点線１８０として示す。このように、負の変位が決定されるときコイル１３０に加えられる電流は大きく、及び正の変位が決定されるとき小さくされ得る。ガススプリング１４２内のガス圧を増加させる空気圧式のシステムが利用可能な構成では、増加させたガス圧を使用してさらなる補償を行い、ピン１２０を理想スナッビング高さ１４４に向かって付勢し得る。
【００３０】
ここで図４を参照すると、制御自在マウント１０６が使用されてもよい機械１００についての制御システム１８２が、概略図により示される。図示されるとおり、システム１８２は、機械センサ１８６、操作者インタフェース１８８、及びパワー源１９０と電気的に連通する電子制御ユニット１６８を含む。電子制御ユニット１６８は、プロセッサ１９２と、命令を格納するコンピュータ可読媒体又はメモリ１９４とを含み得る。機械センサ１８６としては、加速度計、傾斜計、温度センサ、圧力トランスデューサ、及び機械１００に使用される当該技術分野において公知の他のセンサを含めた、多種多様なセンサが含まれ得る。操作者インタフェース１８８としては、ジョイスティック、ペダル、スイッチ、ボタン、タッチスクリーン、キーパッド、及び操作者入力を受け取るための当該技術分野において公知の他のデバイスを挙げることができる。
【００３１】
電子制御ユニット１６８はまた、キャブ１０４を機械フレーム１０２に取り付けるために使用される複数の制御自在マウント１０６と電気的に連通していてもよい。かかるマウント１０６は、右前方の制御自在マウント１９８と、右後方の制御自在マウント２００と、左後方の制御自在マウント２０２と、左前方の制御自在マウント２０４とを含み得る。右前方の制御自在マウント１９８、右後方の制御自在マウント２００、左後方の制御自在マウント２０２、及び左前方の制御自在マウント２０４は、各々が、上記に記載される制御自在マウント１０６の特徴、並びに当該技術分野において公知の制御自在マウントの他の特徴を含み得る。
【００３２】
一実施形態において、制御自在マウント１０６は同じであってもよい。しかしながら、その機械フレーム１０２及びキャブ１０４に対する物理的な位置は異なってもよく、制御自在マウント１０６と電子制御ユニット１６８との間に提供されるワイヤハーネス２０６を介して知ることができる。例えば、一連のスイッチ２０８が、機械フレーム１０２に対する各制御自在マウント１０６の位置を示すように符号化されてもよい。例えば４つのマウント１０６が使用される場合、以下の表１のコードが使用されてもよい：
【００３３】
【表１】
0005503665.tif 000002
【００３４】
ハーネスコードは、ワイヤハーネス２０６の一部として各マウント位置まで延在させた２本のワイヤ及び接地線（図示せず）を通じてスイッチ機能を提供し得る。次に上記の表のスイッチ２０８が、それぞれのワイヤを接地と接続して１を提供し、０については開けたままとすることにより、各コネクタに提供される。これは、コネクタを通じて制御自在マウント１０６に配線されてもよく、それにより制御自在マウント１０６は、機械フレーム１０２に対するその位置を同定することができる。この位置情報を使用することにより、機械フレーム１０２に対して制御自在マウント１０６が調整され、より正確に制御され得る。
【００３５】
別の実施形態において、制御自在マウント１０６は別個のもので、ワイヤハーネス２０６からの特定のコネクタを受け入れるように構成されてもよい。或いは、汎用的なワイヤハーネス２０６が使用されてもよく、技術者により各制御自在マウント１０６にそのアドレスが与えられ、その位置が電子制御ユニット１６８に通信されてもよい。
【００３６】
場合により、及び図示されるとおり、制御自在マウント１０６は、各々が、図２に関連して上記に考察されるとおりのガススプリング１４２を含み得る。各ガススプリング１４２は、ポンプ２１０などの加圧ガス源、及びタンク１５２などの低圧ガス源と空気圧により接続されていてもよい。図示される実施形態において、電子制御ユニット１６８はポンプ２１０と連通しているものとして示されるが、その制御が電気的なものである必要はない。例えば、機械的なバルブ装置を用いることができる。しかしながら、電子的な実施形態では、例えば、右前方の制御自在マウント１９８のガススプリング１４２内のガスの圧力が低過ぎると判断された場合、電子制御ユニット１６８はポンプ２１０に加圧ガスを提供するよう命令を送り、及び右前方の制御自在マウント１９８の空気圧バルブ（図示せず）に、開放して加圧ガスを受け入れ、ガススプリング１４２内のガス圧を増加させるように命令を送り得る。ガススプリング１４２の圧力が十分であるとき、電子制御ユニット１６８はバルブを閉じ、ポンプ２１０を停止させる。或いは、ガススプリング１４２の圧力が高過ぎる状況では、電子制御ユニット１６８はタンク１５２に対するバルブを開き、圧力が十分に低減されたとき、バルブを閉じてもよい。
【００３７】
精密なマウント変位計測により、制御自在マウント１０６を、制御自在マウント１０６の最大効率に対する理想スナッビング高さ１４４又はその近傍に維持することが可能となる。各マウントを、その耐用寿命全体を通じてその理想スナッビング高さ１４４に維持することにより、機械動作中のマウント１０６の過剰な荷重及び下げ止まり／上げ止まりを最小限に抑え、又は防止し得る。結果的に、機械１００の寿命に対して必要となるキャブ１０４及びマウント１０６の交換部品が少なくなり得る。本開示により、及びそれがキャブ１０４の種々の静荷重に対応することにより、種々のシステム及び選択肢を、マウント１０６を交換する必要なしに様々な時点で導入することが可能となり、従って高度なモジュール性が提供され、且つ機械１００が、同じマウント一式を保持しながら、機械寿命全体にわたり特定の用途に合わせて調整され得る。
【００３８】
ここで図５ａ〜図５ｄを参照すると、上記で考察される方法及びシステムに加え、制御自在マウントの変位計測を、ホール効果センサ２１４の使用によることを含め、他のセンサで実現することができる。例えば、図５ａに示されるとおり、制御自在マウント１０６のハウジング１０８に永久磁石２１６が位置決めされてもよい。センサチップ２１８がキャブ１０４に連結され、磁石２１６の相対位置を検知するように位置決めされ得る。別の実施形態では（図５ｂ）、拡張可能チャンバ２２０が一方の端部にレーザ２２２を内蔵し、他方の端部に受信器２２４を内蔵してもよい。各端部はキャブ１０４及び機械フレーム１０２の一方に結合され得る。キャブ１０４とフレーム１０２との相対移動に伴いチャンバ２２０が拡張及び収縮すると、精密なマウント変位計測が実現され得る。別の実施形態では、図５ｃに示されるとおり、バーコードリーダ２２６が、ステンレス鋼又は他の耐食性材料バーコード表示２２８を読み取るように位置決めされてもよい。表示２２８はフレーム１０２に結合され、及びバーコードリーダ２２６はキャブ１０４に結合されてもよい。さらに別の実施形態では、ラック２３４（図５ｄを参照）を上下に動くよう配置されたギヤ２３２を含むロータリセンサ２３０もまた、変位の決定に使用され得る。
【００３９】
エラストマー部材１２４のクリープ又は永久歪みを診断及び補正することに加え、本開示の制御自在マウント１０６はまた、操作者に機械的フィードバックを提供し得る機構も提供する。例えば、制御自在マウント１０６を硬くし、それにより減衰性を選択的に低下させて、機械フレーム１０２からキャブ１０４により大きい振動及び衝撃荷重を送り込むことができる。上記に指摘されるとおり、制御自在マウント１０６の硬化は、コイル１３１に電流が提供され、レオロジー流体１１６の見掛け粘度が増加するときに起こる。逆に、機械的フィードバックが操作者の快適性に比してそれほど望ましくないとき、電流を取り除き、又は減らすことにより減衰性を低下させることで、制御自在マウント１０６を軟化させてもよい。減衰レベルは、操作者により手動で選択されても、機械動作の特定の期間に変化するようにプログラムされても、及び／又は以下にさらに詳細に記載されるとおりのセンサ入力に基づいてもよい。
【００４０】
本開示の別の特徴は、操作者インタフェース１８８により、操作者による制御自在マウント１０６の大幅な制御が可能となり得ることである。例えば、図６に概略的に示されるとおり、操作者インタフェース１８８は、操作者が制御自在マウント１０６をオフにすることにより常に最もソフトな乗り心地を提供することを可能にするオン／オフスイッチ２３６を含み得る。かかる状況では、制御自在マウント１０６は単に粘稠性のマウントとして機能し得る。或いは、操作者が、インクリメンタル型スイッチ（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔｅｄ  ｓｗｉｔｃｈ）２３８、タッチスクリーン２４０、又はキーパッド２４２を介して制御アルゴリズムを調整し、制御自在マウント１０６を通じる制御アルゴリズムにより提供される電流フローをスケーリングしてもよい。例えば、操作者は、ソフトな乗り心地を達成するため制御アルゴリズムを５０パーセント（又はその他）にスケーリングしてもよく、その結果、制御システム１８２の異なる動的レート及び減衰特性がもたらされ得る。
【００４１】
別の実施形態において、操作者インタフェース１８８により、操作者は各制御自在マウント１０６に印加される電流に対する直接的な制御を有することが可能となり得る。例えば、４つのスライダバー２４４（又は別の数の制御自在マウントが使用される場合には、別の数）が、それぞれ、４つのそれぞれのマウント１０６を表し、操作者は、操作者インタフェース１８８上のスライダ２４４を動かして自分の個人的な好みに適合させることが可能となり得る。操作者インタフェース１８８は、直接的な制御を可能にするタッチスクリーン２４０であっても、又はマウス２４６若しくはジョイスティック２４８を使用して画面２４０上のカーソルを動かし、制御自在マウント設定に対する所望の変更を行ってもよい。
【００４２】
さらに、制御自在マウント１０６の制御は、機械１００のメニュー又はオペレーティングシステム２５０を介してアクセス可能であってもよい。いくつかの実施形態において、制御自在マウント１０６の制御は、パスワード保護により保守技術者のみがアクセス可能であってもよく、又は特定の操作者に対して設定を調整し得る操作者識別デバイス２５２の一部としてプログラムされてもよい。これは、ＲＦＩＤ識別カード２５４、又は携帯電話２５６、フラッシュドライブ２５８、携帯情報端末２６０、又は他のコンピュータ可読媒体若しくはデバイスのような物品に格納された操作者情報の使用を介して実現され得る。
【００４３】
操作者インタフェース１８８はまた、機械１００の地理的位置並びに道路及び作業現場資材の状態の操作者による入力又は自動入力も可能にし得る。結果的に、電子制御ユニット１６８は、作業現場の個別の地形特性に対して最良の補償を行い、それにより最良の乗り心地を提供するように制御アルゴリズムを調整又は実行し得る。例えば、岩の多い作業現場を通過する場合、電子制御ユニット１６８は、各制御自在マウント１０６においてコイル１３１に対する電流フローをより高いレベルに増加させ、それによりキャブ１０４及び操作者に対してより高い減衰性を提供してもよい。一例において、機械１００は、岩地を走行する間は最大電流の５０パーセントで動作し、平坦な作業現場ではゼロパーセントで動作し得る。
【００４４】
別の構成では、及び操作者はまた、行われる機械作業のタイプを特定してもよく、その場合、必要に応じて振動を最良に減衰し、また他にもフィードバックを可能にするようにプログラムされた種々の制御アルゴリズム２６２が優勢となり得る。例えば、選択された作業がトラックに一山の資材を積み込むことである場合、積み込みアルゴリズム２６４が選択され得る。積み込みアルゴリズム２６４は、トラックと積載山との間で動く間は制御自在マウント１０６に最大電流の５０パーセント（又はその他）を提供し得るが、バケットに積み込む間及びバケットが所定の高さを上回って上昇するときは、電子制御ユニット１６８は電流フローを１００パーセントまで増加させて機械的フィードバックを提供し、それによりさらに良好な操作者の制御を提供し得る。
【００４５】
別の例において、操作者は、機械１００がモータグレーダであり、行う作業が仕上げの地ならしであることを指示し得る。次に電子制御ユニット１６８は制御自在マウント１０６を、機械１００のトランスミッションが前進ギヤにある間は硬くし、及び後進ギヤにある間は柔らかくし得る。仕上げの地ならしを行う間、操作者は、特定の許容範囲内で仕事をより速く完了するため、可能な限り大きいフィードバックを求める。それに加えて又は代えて、制御自在マウント１０６は、選択された動作設定についての操作者の要求に合わせて調整されてもよい。例えば、操作者は電子制御ユニット１６８に、仕上げの地ならしを行う間は１００パーセント、道路整地を行う間は０パーセント、及び除雪中は５０パーセントの電流を送るよう指示し得る。
【００４６】
他の例では、ホイールローダは、道路整地中及び作業現場を動き回る間は制御自在マウント１０６を柔らかく保ち、しかしバケットを上昇させるときは、操作者が機械の動作をより感じ取ることができるように制御自在マウント１０６を硬くしてもよい。さらに別の例では、履帯式トラクタの制御自在マウントが、機械１００がバケット及びリッパーの上昇を伴い動かされる間はコイル１３１を通過する電流をゼロとして可能な限り柔らかく保たれ得る。同じ機械１００が、これらの器具のいずれかが作業を行っているときには最大電流を送るようにプログラムされ得る。
【００４７】
同様に、機械１００が掘削機である場合に、大きい荷重がかかるとき、操作者に有益なフィードバックを提供するよう制御自在マウント１０６は硬くされ得る。対照的に、掘削機が動かされるとき、制御自在マウント１０６を通過する電流をゼロとして、よりソフトでより快適性の高い乗り心地を操作者に提供することができる。一般に掘削機では、ダンピング、掘削又は他のイベントを行う間に過渡的な状態が生じるときを除き、制御自在マウント１０６は常に柔らかくてよい。
【００４８】
本開示の教示はまた、履帯式トラクタにおいて履帯の滑りを検出するために用いることもできる。制御自在マウント１０６を高電流設定に設定することにより、より大きいフィードバックが操作者に提供される。このフィードバックが、操作者に履帯の滑りが起こっていることを知らせ得る。かかるイベントでは、操作者は動作の中止を選択してもよく、それにより整備を行うことができ、ひいては下部構造体の摩耗を最小限に抑えることができる。
【００４９】
本開示の制御システム１８２はまた、最も効果的に、且つ迅速にフィードバックと快適性との均衡をとる制御アルゴリズム２６２のいずれかを用いてもよい。上述した積み込みアルゴリズム２６４に加え、制御自在マウント１０６を制御するため電子制御ユニット１６８により予測アルゴリズム２６６が使用されてもよい。制御自在マウント１０６は、ドージング、リッピング、地ならし、若しくは掘削などの特定の機械用途及び行われる作業に合わせて、又は乗り心地の改善、雑音の低減若しくは操作者の快適性などの所望の設定に合わせて調整されてもよい。特定の機械用途及び作業は、上記に指摘されるとおり操作者により入力されてもよく、又は器具位置センサ２６９により検知されるとおりのブレード、リッパー、バケット又は機械１００の他の器具２６８の位置から決定されてもよい。或いは、それらは、操作者インタフェース１８８、油圧計２７０、作業現場マップ２７２、全地球測位システム情報２７４、レーザグレーディング入力２７６、地形図２７８、傾斜計２８０、所定のピッチ比２８２、ステアリング信号２８４、高度計２８５、連結ジョイント位置２８６、及び温度計２８７から推定されてもよい。例えば、積み込み区域にあるトラックの位置からは衝撃荷重が予想され得るため、それに従い積み込みからの衝撃を最大限に吸収するよう制御自在マウント１０６が調整され得る。
【００５０】
或いは、ホイールローダ、履帯式ローダ、掘削機又はバケットを使用する他の機械のバケットが降下され、堆積山と係合するように位置決めされるとき、制御自在マウント１０６を初めに柔らかくし、次に油圧シリンダ圧力が所定の閾値を超えたときに硬くすることで、堆積山と係合するバケットの衝撃を最小限に抑える一方で、操作者にフィードバックを提供してもよい。加えて、機械１００の速度を使用して、制御自在マウント１０６に対する所望の設定を予測することができる。例えば、速度計２８８により検知されるとき高い速度であると、制御自在マウント１０６は柔らかくされ、次に機械１００が減速したときに硬くされてもよい。この硬化及び軟化はまた、機械（１００）のトランスミッション２８９、特に機械１００が動作しているギヤにも依存し得る。第１速ギヤでは５０パーセント（又はその他）の電流をコイル１３１に通してもよく、第２速ギヤでは４０パーセントを通してもよい。第３速ギヤでは２５パーセントの電流を通してもよく、第４速ギヤでは０パーセントを通してもよい。低速ほどマウントを硬くすることで、操作者により良好なフィードバックが提供され得る一方、高速ではより高い快適性が提供され得る。
【００５１】
予測アルゴリズム２６６はまた、器具の検知された速度を使用して制御自在マウント１０６を制御し得る。例えば、ブレードが降下されるとき、地面との最初の接触で操作者が揺さぶられ得る。従って、ブレードが下ろされるとき、制御自在マウント１０６は衝撃を予想して柔らかくされ、接触が起こった後、フィードバック及び制御を向上させるため硬くされ得る。概して、制御アルゴリズム２６２はまた、同様に振動、ヒーブ、ピッチ、ロール及びヨーモードを制御するようにも設定され得る。予測アルゴリズム２６６はまた、器具２６８が使用中でなく、比較的高い速度率で機械１００が動いているときを予測するために使用されてもよく、これは、道路整地が行われていて、制御自在マウント１０６が最大限の快適性に調整されるべきであることを意味し得る。
【００５２】
履歴アルゴリズム２９０もまた使用され得る。より具体的には、各制御自在マウント１０６と連係するセンサから各制御自在マウント１０６のパフォーマンスのヒストグラムが取得され得る。ヒストグラムは、各個別の制御自在マウント１０６を電流条件に合わせて継続的に調整するために使用され得る。換言すれば、電子制御ユニット１６８はセンサ履歴を使用して制御自在マウント１０６を電流パフォーマンスに適合させ、それにより時間の経過及び使用に伴うパフォーマンスの改良を提供し得る。例えば、ピーク圧力及び周波数が保存され、減衰率に伴いいつ硬く、及び柔らかくすべきかを特定するためのパフォーマンスの履歴が作成され得る。制御自在マウント１０６が過去の履歴上ほとんど動きを被っていない場合、不要な硬さ及びエネルギーの浪費を回避するためそれ自体を柔らかくし得る。より多くの動きが見られるとき、次に制御自在マウント１０６は減衰性を増加させ得る。例えば、機械が道路整地を行っている間、高頻度の小さい変位振動が検知される場合、制御自在マウント１０６は雑音を最小限に抑え、快適性を高め、及びエネルギーを節減するため軟化することができる。機械１００が荒地に直面しているとき、電子制御ユニット１６８は電流を増加させて、より大きい低頻度の変位を補償するよう制御自在マウント１０６の減衰性を変化させ得る。
【００５３】
連続的な使用を通じて、制御自在マウント１０６の１つの故障が他の制御自在マウント１０６及び／又は他の機械システムに破損を引き起こすことを防止するため、制御自在マウント１０６と連係するセンサからセンサデータが収集され、それを履歴アルゴリズム２９０が使用して動作の履歴を提供し、次にその履歴を使用して動作上の許容範囲が決定され得る。電流センサデータを使用して制御自在マウント１０６のパワースペクトル密度を提供し、制御自在マウント１０６が交換されるべきかどうかを判断してもよい。例えば、図７を参照して、点線２９２は、制御自在マウント１０６について許容される動作の許容範囲を表し得るとともに、実線２９４は、実際の動作パワースペクトル密度を表し得る。許容域２９８の外側にあるスパイク２９６又は許容域２９８を超える平均誤差は、制御自在マウント１０６が交換されるべきであることを示す。代替例では、キャブ１０４のマウント１０６に対する変位及び加速又はマウント構成要素の正確な変位を使用して、制御自在マウント１０６の寿命に従い、及び履歴アルゴリズム２９０を供給して制御自在マウント１０６の剛性を制御することができる。
【００５４】
これらの制御アルゴリズム２６２及び本明細書で考察される他のものは、同様にスタック型アルゴリズム３００として実行されてもよい。例えば、電子制御ユニット１６８は、デフォルトアルゴリズム３０２、エンドストップアルゴリズム３０４、及び共鳴制御アルゴリズム３０６を使用し得る。デフォルトアルゴリズム３０２は制御自在マウント履歴を使用してパフォーマンス要求に対する電流を調整し得る。これらのアルゴリズムは全て、同時に計算されてもよく、その時点の状況下で制御自在マウント１０６に対して最高の力制御を提供するアルゴリズムが優先されてもよい。例えば、図８を参照して、機械１００は道路整地を行っていてもよく、その間、デフォルトアルゴリズム３０２を使用して制御自在マウント１０６が制御され得る。機械１００がポットホール上を動く場合、それが制御システム１８２に衝撃をもたらし、これは、減衰されていない場合、線３０８によって表される。線３１０は、衝撃に応答してスタック型アルゴリズム３００により生じる効果を表す。デフォルトアルゴリズム３０２は、エンドストップアルゴリズム３０４が次に優先されて制御自在マウント１０６を制御し得るまで制御を行い得る。エンドストップアルゴリズム３０４が働いた後、共鳴制御アルゴリズム３０６が優先され、ポットホールとの衝突により生じる共鳴を吸収して取り除き得る。共鳴が制御されると、デフォルトアルゴリズム３０２が制御自在マウント１０６の制御を再開し得る。
【００５５】
操作者が選択した制御及び操作者フィードバックを提供するための制御に加え、電子制御ユニット１６８は、キャブ１０４のレベリング及び調整を提供するために使用され得る。具体的には、ガススプリング１４２を調整して、各マウント１０６のピン１２０をハウジング１０８との係合から離れるように、その理想スナッビング高さ１４４に向かって付勢することにより、静荷重調整及び乗車高さ調整が達成され得る。従ってこれにより、「上げ止まり」又は「下げ止まり」の形でピン１２０をハウジング１０８に係合させてしまうことが回避される。電子制御ユニット１６８は相対変位を監視し、ガスを加えたり、又は放出したりすることによってガススプリング１４２を調整し得る。マウント１０６が理想スナッビング高さ１４４又はその近傍にあることをセンサ１６０、１７０が示す場合、電子制御ユニット１６８は、ガススプリング１４２内の圧力を調整する操作は行わない。
【００５６】
制御自在マウント１０６のこの調整は、キャブ１０４内に工具、食品及び他の備品を持ち込んでいることも、又は持ち込んでいないこともある操作者の異なる寸法を補償するのに有益であり得る。異なる荷重により、制御自在マウント１０６は理想スナッビング高さ１４４から離れ得る。用途によっては、機械１００は傾斜地で動作していることもあり、従って下側の制御自在マウントが荷重の大部分を支え得る。従って、下側の制御自在マウントは、その理想スナッビング高さ１４４に位置しないことがあり得る。従って各マウント１０６の空気圧チャンバ１１４が個別に調整され、各マウント１０６が理想スナッビング高さ１４４に戻され得る。
【００５７】
高度及び周囲温度の変化によってもまた、制御自在マウント１０６はその理想スナッビング高さ１４４から動き得る。例えば、海面位において零度温度で動作している機械１００であって、次に山地に持ち込まれ、海抜６千フィートにおいて５０度の温度下で使用される機械１００は、もはやその理想スナッビング高さ１４４に配置されないマウントを有し得る。従って本開示は、高度及び周囲温度のこの変化に対し、マウント１０６をその理想スナッビング高さ１４４に戻すように調整し得る。
【００５８】
制御自在マウントに関連する利点の多くを提供しながらコスト及び複雑性を低減するため、混合マウント構成もまた使用され得る。例えば、図９ａ〜図９ｅに示されるとおり、ある位置に制御自在マウント１０６を使用してキャブ応答に制御性を提供する一方、他の位置には低コストのマウントを使用してキャブ１０４の支持／結合を補助してもよい。一実施形態において（図９ａを参照）、キャブ１０４のピッチングの制御が求められる場合、２つの受動マウント３１２がキャブ１０４の前部３１４に位置決めされ得るとともに、２つの制御自在マウント１０６が後部位置３１６に位置決めされ得る。従って、制御自在マウント１０６を選択的に硬くすることにより、ピッチ及びロールの動きが制御され得る。この構成はまた、図９ｂにあるように逆にされ、２つの受動マウント３１２がキャブ１０４の後部３１６に位置決めされ、２つの制御自在マウント１０６がキャブ１０４の前部３１４に位置決めされてもよい。本明細書で使用されるとき、受動マウントは、動作中に変化することのできない減衰特性を有し、例えば、粘稠性及びゴム製のマウントを含む。
【００５９】
或いは、三点システムもまた可能であり、図９ｃに示されるとおり、単一の受動マウント３１２が前部３１４にあり、２つの制御自在マウント１０６がキャブ１０４の後部３１６に位置決めされてもよく、従って構造はより安価となり、且つ面及び位置上の整列について製造がより容易である。さらに別の実施形態において（図９ｄを参照）、２つの受動マウント３１２が慣性ピッチ軸３１８の近傍に取り付けられ、第３の制御自在マウント１０６が軸３１８から離れて取り付けられてもよい。
【００６０】
別のキャブ取り付け構成は、外部転倒時保護構造３２０を含む機械１００と共に使用され得る。例えば、図９ｅ）に示されるとおり、受動マウント３１２がキャブ１０４と機械１００のフレーム１０２との間に取り付けられ得る。１つ又は複数の制御自在マウント１０６がキャブ１０４の上側に配置され、キャブ１０４と外部転倒時保護構造３２０との間に取り付けられ得る。この構成では、受動マウント３１２が雑音低減を提供し、頭上にある制御自在マウント１０６が乗り心地制御を提供し得る。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上から、様々な産業状況において、特にオペレータキャブが取り付けられる機械で、本開示の教示が利用可能性を有することが分かる。かかる機械としては、限定はされないが、履帯式トラクタ、ホイールローダ、履帯式ローダ、掘削機、モータグレーダ、連結式トラック、オフハイウェイトラック、スキッドステア、スキッダなどを挙げることができる。機械は制御自在マウントを用いることで、機械の下部構造体及びエンジンにより発生する振動をキャブから、従ってキャブ内の操作者から隔離し得る。
【００６２】
加えて、本明細書に開示されるものなどのマウントを提供することにより、ハウジング内のピンの理想スナッビング高さを維持することができる。これにより、機械動作中のマウントの過剰な荷重及び下げ止まり又は上げ止まりを最小限に抑え、又は解消することができる。これはひいては、マウントの使用可能寿命を延ばすのに役立ち得る。さらに、ピンのハウジングに対する相対変位を監視することにより、マウントのエラストマー部材、又はマウントそれ自体をいつ交換するべきかを示す診断を作成することができる。
【００６３】
また本開示の教示を使用して、より大きいフィードバックを操作者に提供する機械を建設し得る。マウントを硬くすることにより、操作者は振動をより正確に感じ取り、これは、仕上げの地ならし、耕起、若しくは掘削などの作業の実施、又は履帯の滑りなどの状況の検知に有益であることを証明し得る。逆に、道路整地の際にはマウントは弛緩され、それによりフィードバックを低下させ、従ってより良好な操作者の快適性を提供することができる。
【００６４】
本開示はまた、操作者が適切な操作者インタフェースを介して所望の硬さ又はフィードバックレベルを選択することができる機械マウント制御システムの提供にも利用可能性を有する。かかる操作者インタフェースはまた、操作者が行われる作業のタイプを選択することも可能にし、次に制御システムが、それに従いマウントを設定し得る。
【００６５】
センサはまた、機械又は器具の位置又は速度を監視して、次に行われる作業のタイプを予測することもできる。予測されると、適切なマウント設定が使用され得る。かかる予測アルゴリズム手法は、機械が検知するパラメータを使用するのみならず、全地球測位衛星及び他のマッピング技術も同様に利用して、作業及び所望のマウント設定を予測することができる。
【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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【図８】
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【図９】
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