(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転室を有する本体と、この本体に回動可能に設けられた作業機と、この作業機の位置を検出する位置検出手段と、前記本体の周囲に内側から外側に向かって順次設定された停止領域と減速領域および安全領域を記憶し、前記作業機の先端がこれら各領域のいずれに侵入したかを判断する演算手段とを備え、前記作業機の先端が前記安全領域に侵入した時に、干渉防止制御を行わずに該作業機を通常速度で動作し、前記作業機の先端が前記減速領域に侵入した時に、該作業機が前記本体と近接する方向への作業動作を減速処理し、前記作業機の先端が前記停止領域に侵入した時に、該作業機が前記本体と近接する方向への動作を停止処理する建設機械の作業機干渉防止装置において、
前記減速領域の領域幅を変更可能な操作スイッチを設け、この操作スイッチを操作することにより前記減速領域の領域幅を縮める領域変更処理が行われ、
前記作業機の運転開始時に、前記操作スイッチが操作状態にある場合は前記領域変更処理を無効にし、前記操作スイッチを一旦オフにしてから再度操作した場合は前記領域変更処理を有効にすることを特徴とする建設機械の作業機干渉防止装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記操作スイッチによる領域変更処理時に、前記減速領域の領域幅が零になるように縮め、この縮められた分の領域を前記安全領域とすることを特徴とする建設機械の作業機干渉防止装置。
【請求項３】
請求項１または２の記載において、前記操作スイッチからの操作信号にて起動される計時手段と、この計時手段にて計時された時間が予め設定された所定時間内であるかを判断する操作時間演算手段とを設け、前記計時手段にて計時された時間が予め設定された所定時間を越えた時に、前記演算手段に前記領域変更処理を無効にする解除信号を出力することを特徴とする建設機械の作業機干渉防止装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの記載において、油温が予め設定された基準値より低い場合は前記領域変更処理を無効にすることを特徴とする建設機械の作業機干渉防止装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの記載において、前記操作スイッチによる領域変更処理時に、該領域変更処理前の減速領域内に前記作業機の先端が侵入したことを知らせる警報発生手段を設けたことを特徴とする建設機械の作業機干渉防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業機の先端が運転室を有する本体に近づいた時に該作業機の動作を自動制御して両者の衝突を回避する建設機械の作業機干渉防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に油圧ショベルなどの建設機械においては、ブームとアームおよびバケット等で構成される作業機を運転室に近接する方向へ動作した時に、作業機の先端が運転室に接触するおそれがあるため、両者の衝突を防止するための作業機干渉防止装置を備える必要がある。
【０００３】
この種の作業機干渉防止装置は、運転室の周囲に内側から外側に向かって停止領域と減速領域および安全領域を順次設定し、作業機の先端が最も外側の安全領域内にある場合は通常速度で作業機を動作させ、作業機の先端が安全領域の内側の減速領域に侵入した場合は作業機の動作速度を減速させ、作業機の先端が最も内側の停止領域に侵入した場合は作業機の動作を自動停止させるものであり、操作レバーの操作にも拘らず作業機の先端が運転室の手前位置で自動停止するため、機械の損傷を防止できる上にオペレータの安全を確保できるという利点がある。
【０００４】
しかしながら、かかる干渉防止制御が常時実行されると、例えば作業機の先端が運転室に近接した状態で細かい作業を行う際、作業機の先端が停止領域に侵入する度に自動停止してしまうため、オペレータにとっては干渉防止制御が煩わしく感じることになる。このような不都合を改善するために、従来より干渉防止制御を一時的に解除できるようにした作業機干渉防止装置が提案されており、その一例が特許第２７３９３５８号公報や特開平７−１０９７４６号公報等に開示されている。これら公報に記載された作業機干渉防止装置は、干渉防止制御を解除することのできる解除スイッチを備え、オペレータがこの解除スイッチを操作し続けている間あるいは解除スイッチ操作後の所定時間内だけ干渉防止制御を解除するとにより、運転室近傍での細かい作業を干渉防止制御に煩わされずに行うというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来技術では、オペレータが解除スイッチを操作すると、解除スイッチを操作し続けている間あるいは所定時間内だけ干渉防止制御が完全に解除されるため、この解除状態で作業機の先端が運転室に近接する方向へ動作された場合、作業機の先端が運転室に衝突するおそれがある。特に、作業機の運転を開始する際に、操作レバーを作業機と運転室が干渉する方向に操作したままの状態で解除スイッチが操作されると、作業機が運転室に向かって急激に動作されるため、非常に危険であるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、解除スイッチによって干渉防止制御を完全に解除する代わりに、操作スイッチによって干渉回避領域のうちの減速領域のみを縮める領域変更処理を行うこととする。このような操作スイッチを設けると、オペレータが操作スイッチを操作することにより、通常の干渉防止制御で設定された減速領域が縮まるため、領域変更処理時は減速領域に煩わされずに作業することができ、しかも、停止領域は本体の周囲に設定されたままであるため、運転室近傍での細かい作業を干渉防止制御に煩わされずに安全に行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による建設機械の作業機干渉防止装置では、運転室を有する本体と、この本体に回動可能に設けられた作業機と、この作業機の位置を検出する位置検出手段と、前記本体の周囲に内側から外側に向かって順次設定された停止領域と減速領域および安全領域を記憶し、前記作業機の先端がこれら各領域のいずれに侵入したかを判断する演算手段とを備え、前記作業機の先端が前記安全領域に侵入した時に、干渉防止制御を行わずに該作業機を通常速度で動作し、前記作業機の先端が前記減速領域に侵入した時に、該作業機が前記本体と近接する方向への作業動作を減速処理し、前記作業機の先端が前記停止領域に侵入した時に、該作業機が前記本体と近接する方向への動作を停止処理する建設機械の作業機干渉防止装置において、前記減速領域の領域幅を変更可能な操作スイッチを設け、この操作スイッチを操作することにより前記減速領域の領域幅を縮める領域変更処理が行われ、作業機の運転開始時に、操作スイッチが操作状態にある場合は領域変更処理を無効にし、操作スイッチを一旦オフにしてから再度操作した場合は領域変更処理を有効にするように構成した。
【０００８】
このように構成すると、オペレータが操作スイッチを操作することにより、通常の干渉防止制御で設定された減速領域の領域幅が縮まるため、領域変更処理時は減速領域に煩わされずに作業することができ、しかも、停止領域は本体の周囲に設定されたままであるため、運転室近傍での細かい作業を干渉防止制御に煩わされずに安全に行うことができる。また、作業機の運転開始時に、操作レバーを作業機と運転室が干渉する方向に操作したままの状態で操作スイッチが操作されたとしても、通常の干渉防止制御が実行されるため、作業機が本体と近接する方向へ急激に動作することを防止できる。
【０００９】
前記領域変更処理時に、減速領域は停止領域と安全領域との間に縮められた状態で残されていても良いが、減速領域の領域幅が零になるように縮め、この縮められた分の領域を安全領域とすると、領域変更処理時に減速領域が無くなって安全領域と停止領域のみとなるため、運転室近傍での作業性をより向上することができる。
【００１０】
また、操作スイッチからの操作信号にて起動される計時手段と、この計時手段にて計時された時間が予め設定された所定時間内であるかを判断する操作時間演算手段とを設け、計時手段にて計時された時間が予め設定された所定時間を越えた時に、演算手段に領域変更処理を無効にする解除信号を出力するように構成すると、例えば操作スイッチの故障によって演算手段に領域変更処理を指令する信号が出力され続けた場合でも、一定時間後に通常の干渉防止制御に自動復帰することができる。
【００１２】
また、油温が予め設定された基準値より低い場合は領域変更処理を無効にするように構成すると、油温が低い状態の時は操作スイッチを操作しても領域変更処理が実行されないため、安全性を向上することができる。
【００１３】
また、操作スイッチによる領域変更処理時に、該領域変更処理前の減速領域内に作業機の先端が侵入したことを知らせる警報発生手段を設けると、オペレータは作業機の先端が停止領域の近くにあることを警報発生手段の起動によって認識できるため、運転室近傍での作業性をより向上することができる。
【００１４】
【実施例】
実施例について図面を参照して説明すると、図１は実施例に係る作業機干渉防止装置を示す回路図、図２は該作業機干渉防止装置を備えた油圧ショベルの側面図、図３は該作業機干渉防止装置のブロック図、図４は干渉回避領域の説明図、図５は旋回体から作業機先端までの距離と電磁弁に出力する電流値との関係を示す説明図、図６は干渉防止制御の処理内容を示すフローチャートである。
【００１５】
図２において、１は走行体、２は運転室２ａを有し走行体１の上部に配置された旋回体であり、これら走行体１と旋回体２とで油圧ショベルの本体を構成している。３は運転室２ａの右側の旋回体２に回転可能に連結されたロアブーム、４はロアブーム３の先端に回転可能に連結されたアッパーブーム、５はアッパーブーム４の先端に回転可能に連結されたアーム、６はアーム５の先端に回転可能に連結されたバケットであり、両ブーム３，４とアーム５及びバケット６で作業機７を構成している。８はロアブーム３を駆動するブームシリンダ、９はアッパーブーム４を駆動するオフセットシリンダ、１０はアーム５を駆動するアームシリンダ、１１はバケット６を駆動するバケットシリンダであり、アッパブーム９によってアーム５とバケット６をロアブーム３に対し横方向に平行移動する。
【００１６】
図１において、１２はブーム用操作レバー、１３はアーム用操作レバー、１４はオフセット用操作ペダルであり、これら操作レバー１２，１３と操作ペダル１４およびバケット用操作ペダル（図示省略）は運転室２ａ内に配置されている。１５はブーム用コントロールバルブ、１６はアーム用コントロールバルブ、１７はオフセット用コントロールバルブであり、オペレータがブーム用操作レバー１２を操作することにより、ブーム用コントロールバルブ１５に圧油が供給され、ブームシリンダ８が制御される。同様に、オペレータがアーム用操作レバー１３とオフセット用操作ペダル１４および図示せぬバケット用操作ペダルをそれぞれ操作することにより、アーム用コントロールバルブ１６とオフセット用コントロールバルブ１７およびバケット用コントロールバルブ（図示省略）に油圧が供給され、各シリンダ９，１０，１１が制御される。１８はロアブーム３の支点部に設けられたブーム角度検出装置であり、旋回体２とロアブーム３との相対角度を検出する。１９はアッパーブーム４の支点部に設けられたオフセット角度検出装置であり、ロアブーム３とアッパーブーム４との相対角度を検出する。２０はアーム５の支点部に設けられたアーム角度検出装置であり、アッパーブーム４とアーム５との相対角度を検出する。
【００１７】
２１はブーム用操作レバー１２とブーム用コントロールバルブ１５の左側の室とを繋ぐブーム上げ用パイロットライン２２に設けられた電磁弁、２３はブーム用操作レバー１２とブーム用コントロールバルブ１５の右側の室とを繋ぐブーム下げ用パイロットライン２４に設けられた電磁弁であり、これら電磁弁２１，２３はブーム用コントロールバルブ１５に供給する圧油の量を調整する。２５はブーム上げ用パイロットライン２２に接続された油温検出装置であり、ブーム上げ用パイロットライン２２の油の温度を検出する。２６はブーム下げ用パイロットライン２４に接続された油温検出装置であり、ブーム下げ用パイロットライン２４の油の温度を検出する。また、２７はアーム用操作レバー１３とアーム用コントロールバルブ１６の右側の室とを繋ぐアームクラウド用パイロットライン２８に設けられた電磁弁であり、アーム用コントロールバルブ１６に供給する圧油の量を調整する。２９はアームクラウド用パイロットライン２８に接続された油温検出装置であり、アームクラウド用パイロットライン２８の油の温度を検出する。さらに、３０はオフセット用操作ペダル１４とオフセット用コントロールバルブ１７の右側の室とを繋ぐオフセット左用パイロットライン３１に設けられた電磁弁であり、オフセット用コントロールバルブ１７に供給する圧油の量を調整する。３２はオフセット左用パイロットライン３１に接続された油温検出装置であり、オフセット左用パイロットライン３１の油の温度を検知する。３３はオペレータによって操作される操作スイッチ、３５はブザーを有する警報装置であり、これら操作スイッチ３３と警報装置３５は運転室２ａ内に配置されている。
【００１８】
３４は各角度検出装置１８，１９，２０と操作スイッチ３３および各油温検出装置２５，２６，２９，３２からの信号を入力し、各電磁弁２１，２３，２７，３０と警報装置３５への出力信号を制御する制御装置である。図３に示すように、この制御装置３４は、油温判定部３４ａ、スイッチ判定部３４ｂ、操作時間演算部３４ｃ、操作時間記憶部３４ｄ、座標演算部３４ｅ、制御領域演算部３４ｆ、制御領域記憶部３４ｇ、比較演算部３４ｈ、電磁弁制御部３４ｉとから構成されている。油温判定部３４ａでは、油温検出装置２５，２６，２９，３２からの信号に入力し、油温が予め設定された基準値より上か下かを判断する。スイッチ判定部３４ｂでは、操作時間演算部３４ｃから出力されるタイマの状態信号と油温判定部３４ａでの判定結果および操作スイッチ３３から出力される操作信号をそれぞれ入力し、タイマ信号が停止状態で油温が基準値より上、かつ操作スイッチ３３が操作されている状態の時に、操作時間演算部３４ｃにタイマ起動指示を出力する。この操作時間演算部３４ｃでは、タイマ起動後の経過時間が操作時間記憶部３４ｄに予め設定された所定時間内であるか否かを判断し、タイマ起動後の経過時間が所定時間内であると判断された場合はスイッチ判定部３４ｂにスイッチ有効指示を出力し、タイマ起動後の経過時間が所定時間を越えたと判断された場合はスイッチ判定部３４ｂにスイッチ無効指示を出力する。スイッチ判定部３４ｂでは、操作スイッチ３３が操作され続けている状態で操作時間演算部３４ｃからスイッチ有効指示を入力した場合にのみ、制御領域演算部３４ｆに干渉防止制御の領域変更指示を出力し、それ以外の例えばスイッチ無効指示を入力した場合や、油温が基準値より下の状態で操作スイッチ３３が操作された場合には、制御領域演算部３４ｆに干渉防止制御の領域変更解除信号を出力する。
【００１９】
座標演算部３４ｅでは、角度検出装置１８，１９，２０からの入力信号に基づいて、作業機７と旋回体２との相対距離を演算する。制御領域演算部３４ｆでは、制御領域記憶部３４ｇに記憶された位置情報とスイッチ判定部３４ｂからの信号を入力し、運転室２ａを含む旋回体２の周囲に図４（Ａ），（Ｂ）に示すような干渉回避領域３６（図２のハッチング部分参照）を設定する。この干渉回避領域３６は安全領域３７に接する減速領域３８とその内側の停止領域３９とからなり、制御領域演算部３４ｆでは、通常の干渉防止制御の場合、減速領域３８と停止領域３９を図４（Ａ）に示すような比率に設定し、スイッチ判定部３４ｂから入力する信号が領域変更指示である場合、図４（Ｂ）に示すように停止領域３９を縮めて零にし、この縮めた分の領域を安全領域３７として干渉回避領域３６全体の制御内容を変更する。比較演算部３４ｈでは、通常の干渉防止制御の場合は警報装置３５に停止信号を出力し、領域変更時の干渉防止制御の場合は警報装置３５に起動信号を出力し、警報装置３５に備えられるブザーを鳴動する。また、比較演算部３４ｈでは、座標演算部３４ｅで算出された前記の相対距離をもとに作業機７の先端が図４（Ａ）または図４（Ｂ）に示される干渉回避領域３６内に侵入しているか否かを判定し、その判定結果に応じて電磁弁制御部３４ｉに指示する制御値を演算する。電磁弁制御部３４ｉでは、この制御値をもとに電磁弁２１，２３，２７，３０に所定の制御信号を出力し、この制御信号の電流値に比例してコントロールバルブ１５，１６，１７に供給される圧油の量が調整される。
【００２０】
すなわち、制御領域演算部３４ｆが図４（Ａ）に示すような比率で干渉回避領域３６を設定し、通常の干渉防止制御が実行される場合は、図５（Ａ）に示すように、作業機７の先端が安全領域３７内にある時に、最大の電流値Ｉ1を出力して作業機７を通常速度で動作し、作業機７の先端が減速領域３８内に侵入すると、減速開始位置での電流値Ｉ1から停止開始位置での電流値Ｉ2を旋回体２との距離に応じて出力して作業機７の動作速度を減速し、作業機７の先端が停止領域３９に侵入した時点で、作業機７が動作しない最低の電流値Ｉ3を出力して作業機７を停止する。一方、制御領域演算部３４ｆが図４（Ｂ）に示すような減速領域３８の無い干渉回避領域３６を設定し、停止領域３９を安全領域３７に変更する領域変更処理が実行された場合は、図５（Ｂ）に示すように、領域変更処理に伴って拡がった領域（距離Ｌ１）が安全領域３７となるため、作業機７の先端が停止領域３９に侵入まで最大の電流値Ｉ1を出力して作業機７を通常速度で動作し、作業機７の先端が停止領域３９に侵入した時点で、最低の電流値Ｉ3を出力して作業機７を停止する。
【００２１】
次に、上記実施例の動作を図６に示すフローチャートと共に説明する。
作業機７の運転が開始されると、スイッチ判定部３４ｂにおいてステップＳ１が実行され、操作スイッチ３３の入力信号から信号状態を判定する。ステップＳ１で操作スイッチ３３の入力信号がオンの時、すなわち操作スイッチ３３が操作中の時、ステップＳ２に移行して油温が基準値より上か下かを判断する。ステップＳ２で油温が基準値より下であると判断された場合、ステップＳ３に移行して操作スイッチ用タイマが起動中か否かを判断する。ステップＳ３でタイマが起動中でないと判断された場合、ステップＳ４が実行され、スイッチ判定部３４ｂから操作時間演算部３４ｃに対しタイマの起動命令を出力する。タイマ起動指示が出力されるとステップＳ４からステップＳ１に戻り、ステップＳ１で操作スイッチ３３の入力信号がオフの時、すなわち操作スイッチ３３が未操作の時、またはステップＳ２で油温が基準値より下であると判断された時は、ステップＳ５が実行されて操作時間演算部３４ｃにタイマ停止命令を出力する。また、ステップＳ３でタイマが起動中であると判断された場合、ステップＳ６でタイマが操作時間記憶部３４ｄに予め設定された所定時間内であるか否かを判断し、タイマが所定時間内であると判断された場合は、ステップＳ７が実行されて制御領域演算部３４ｆに干渉防止制御の領域変更指示を出力する。その結果、制御領域演算部３４ｆが干渉回避領域３６の各領域と旋回体２との相対距離を演算し、図４（Ｂ）に示すように、減速領域３８を無くして安全領域３７とする領域変更処理が実施され、かかる減速領域３８の無い領域変更処理後の干渉回避領域３６に対して干渉防止制御が実施される。
【００２２】
なお、ステップＳ５においてタイマ停止命令が出力された時、またはステップＳ６においてタイマが所定時間を越えたと判断された時は、ステップＳ８が実行されて制御領域演算部３４ｆに干渉回避領域３６を通常領域に戻す指示を出力する。その結果、制御領域演算部３４ｆが干渉回避領域３６の各領域と旋回体２との相対距離を演算し、図４（Ａ）に示すように、安全領域３７と停止領域３９との間に所定領域幅の減速領域３８を設定し、かかる通常の干渉回避領域３６に対して干渉防止制御が実施される。
【００２３】
この干渉防止制御について説明すると、前述したように、座標演算部３４ｅで作業機７と旋回体２との相対距離を演算し、その演算結果をもとに比較演算部３４ｈで作業機７の先端が干渉回避領域３６内に侵入しているか否かを判定する。ここで、作業機７の先端が干渉回避領域３６の外側の安全領域３７にあると判断された場合、すなわち作業機７が旋回体２と衝突する危険がない場合、電磁弁制御部３４ｉは電磁弁２１，２３，２７，３０に最大の電流値Ｉ1を出力し、電磁弁２１，２３，２７，３０は全開状態となるため、コントロールバルブ１５，１６，１７には操作レバー１２，１３と操作ペダル１４の操作量に応じた圧油が供給される。また、作業機７の先端が安全領域３７の内側の減速領域３８内に侵入したと判断された場合、作業機７の先端と旋回体２との距離に応じて電磁弁２１，２３，２７，３０に電流値Ｉ1より小さく電流値Ｉ2より大きい電流値を出力するため、操作レバー１２，１３と操作ペダル１４の操作量に対して遅い速度で作業機７は動作される。さらに、作業機７の先端が減速領域３８を越えて停止領域３９に侵入したと判断された場合、電磁弁制御部３４ｉは電磁弁２１，２３，２７，３０に最低の電流値Ｉ3を出力し、電磁弁２１，２３，２７，３０は全閉状態となるため、操作レバー１２，１３と操作ペダル１４の操作に拘らずコントロールバルブ１５，１６，１７に圧油は供給されず、作業機７は旋回体２に衝突する直前で停止する。その際、領域変更処理時の干渉回避領域３６に減速領域３８は存在せず、停止領域３９の外側が安全領域３７となっているため、作業機７を通常速度で動作できる範囲が拡がり、しかも、減速領域３８は無くなるものの、停止領域３９は旋回体２の周囲に設定されたままの状態で残るため、作業機７の先端を旋回体２に近接させた状態での細かい作業を干渉防止制御に煩わされずに安全に行うことができる。
【００２４】
なお、上記実施例では、警報装置３５としてブザーを用いた場合について説明したが、これに代えてランプ（警告灯）や振動装置を用いることも可能である。
【００２５】
また、上記実施例では、減速領域３８の無い領域変更処理が実施されている間中、警報装置３５を起動させる場合について説明したが、領域変更処理時に、作業機７の先端が領域変更前の減速領域３８に侵入した場合だけ警報装置３５を起動し、作業機７の先端が安全領域３７にある場合は警報装置３５を停止するようにしても良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２７】
本体の周囲に設定される干渉回避領域のうち減速領域の領域幅を変更可能な操作スイッチを設け、この操作スイッチを操作することにより、通常の干渉防止制御で設定された減速領域を縮める領域変更処理を行うと、領域変更処理時は減速領域に煩わされずに作業することができ、しかも、停止領域は本体の周囲に設定されたままであるため、運転室近傍での細かい作業を干渉防止制御に煩わされずに安全に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る作業機干渉防止装置を示す回路図である。
【図２】該作業機干渉防止装置を備えた油圧ショベルの側面図である。
【図３】該作業機干渉防止装置のブロック図である。
【図４】干渉回避領域の説明図である。
【図５】旋回体から作業機先端までの距離と電磁弁に出力する電流値との関係を示す説明図である。
【図６】干渉防止制御の処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  走行体
２  旋回体
２ａ  運転室
７  作業機
１２  ブーム用操作レバー
１３  アーム用操作レバー
１４  オフセット用操作ペダル
１５  ブーム用コントロールバルブ
１６  アーム用コントロールバルブ
１７  オフセット用コントロールバルブ
１８  ブーム角度検出装置
１９  オフセット角度検出装置
２０  アーム角度検出装置
２１，２３，２７，３０  電磁弁
２５，２６，２９，３２  油温検出装置
３３  操作スイッチ
３４  制御装置
３４ａ  油温判定部
３４ｂ  スイッチ判定部
３４ｃ  操作時間演算部
３４ｄ  操作時間記憶部
３４ｅ  座標演算部
３４ｆ  制御領域演算部
３４ｇ  制御領域記憶部
３４ｈ  比較演算部
３４ｉ  電磁弁制御部
３５  警報装置
３６  干渉回避領域
３７  安全領域
３８  減速領域
３９  停止領域
【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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