(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型車用ハブユニットの軸受固定輪の軌道近傍表面に取り付けられたストレインゲージと、
前記ストレインゲージの出力に基づく出力振動の平均振動量を所定値と比較することにより過積載の有無を検出し、前記出力振動の平均値における基準値からの変化量を第１の所定値及びこの第１の所定値より大きい第２の所定値と比較することによりそれぞれ異常昇温及び浸水の有無を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段による検出結果を表示する表示手段と
を備えたことを特徴とする大型車用ハブユニットの異常検出装置。
【請求項２】
前記異常検出手段は、１個の前記ストレインゲージの出力に基づいて出力振動の平均振動量を求め、これを、積載限度重量の荷物を車両に積載した状態で予め求めた平均振動量と比較することにより過積載の有無を検出する請求項１記載の大型車用ハブユニットの異常検出装置。
【請求項３】
前記異常検出手段は、１個の前記ストレインゲージの出力に基づいて出力振動の平均値における基準値からの変化量を求め、これを、通常の軸受温度上昇幅と認められる予め求めた変化量と比較することにより異常昇温の有無を検出する請求項１記載の大型車用ハブユニットの異常検出装置。
【請求項４】
前記異常検出手段は、１個の前記ストレインゲージの出力に基づいて出力振動の平均値における基準値からの変化量を求め、これを、前記ストレインゲージが乾燥している状態と浸水した状態との間で予め求めた変化量と比較することにより浸水の有無を検出する請求項１記載の大型車用ハブユニットの異常検出装置。
【請求項５】
前記異常検出手段による検出結果を記憶する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の大型車用ハブユニットの異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型車（トラック、ダンプカー等）の車輪を支持するためのハブユニットにおける異常を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大型車の車輪を回転自在に支持する軸受に関しては、定期的に検査が行われていた。これにより、シール不具合やシール劣化による軸受内への水侵入、及び、グリース劣化等の異常が早期に発見され、適切な補修をすることができた。
一方、メンテナンスフリーの要請から、軸受とハブとを１つのユニットとして組み立てるとともに、水が侵入しにくい構造を採用したハブユニットが近年採用されつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなメンテナンスフリーのハブユニットは保守面で有利ではあるものの、万一シール不良等が生じると、その発見が遅れがちになるという問題点があった。
また、大型車においては、許容積載重量を超えた過積載での使用が少なくないのが実状であるが、従来、過積載を検出する実用的な手段が提案されていなかった。しかも、過積載が原因で軸受の故障が発生した場合に、過積載の事実を確認することは困難であり、故障原因が特定しにくいという問題点があった。
【０００４】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、軸受の異常を早期に検出して運転手等に知らせることを可能とする大型車用ハブユニットの異常検出装置を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、故障原因の事後判別が可能な大型車用ハブユニットの異常検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の大型車用ハブユニットの異常検出装置は、大型車用ハブユニットの軸受固定輪の軌道近傍表面に取り付けられたストレインゲージと、前記ストレインゲージの出力に基づく出力振動の平均振動量を所定値と比較することにより過積載の有無を検出し、前記出力振動の平均値における基準値からの変化量を第１の所定値及びこの第１の所定値より大きい第２の所定値と比較することによりそれぞれ異常昇温及び浸水の有無を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段による検出結果を表示する表示手段とを備えたことを特徴とするものである（請求項１）。
【０００６】
上記のように構成された異常検出装置（請求項１）において、ストレインゲージが取り付けられた軌道近傍表面は、軸受の転動体が直近を通過するとき大ききな歪みを生じ、転動体が遠ざかると歪みは小さくなる。そして歪み量は軸受にかかる荷重に応じて大きくなる。こうして、ストレインゲージは、複数の転動体が次々と通過することにより繰り返し振動する出力を生じ、その振動量は荷重に応じて増減する。従って、ストレインゲージを軸受の軸重センサとして用いることができる。また、ストレインゲージが取り付けられた軌道近傍表面は、軸受への過負荷や軸受の劣化によって温度が上昇する。これによってストレインゲージの温度が上昇し、出力振動の平均値が変化（ドリフト）する。従って、ストレインゲージを軸受の温度センサとしても用いることができる。さらに、ストレインゲージが取り付けられた軌道近傍表面に水が浸入すると、出力振動の平均値は温度上昇による変化の場合と比較して過大な変化を生じる。従って、ストレインゲージを軸受の浸水センサとしても用いることができる。
異常検出手段は、出力振動の平均振動量を、所定値と比較することにより、過積載の有無を検出する。また、異常検出手段は、出力振動の平均値における基準値からの変化量を第１の所定値と比較することにより、異常昇温の有無を検出する。さらに、異常検出手段は上記変化量を第２の所定値と比較することにより、浸水の有無を検出する。これらの検出結果は、表示手段によって表示される。
【０００７】
また、前記異常検出手段は、１個の前記ストレインゲージの出力に基づいて出力振動の平均振動量を求め、これを、積載限度重量の荷物を車両に積載した状態で予め求めた平均振動量と比較することにより過積載の有無を検出するものであってもよい（請求項２）。
【０００８】
また、前記異常検出手段は、１個の前記ストレインゲージの出力に基づいて出力振動の平均値における基準値（例えば走行開始直後の値）からの変化量を求め、これを、通常の軸受温度上昇幅と認められる予め求めた変化量と比較することにより異常昇温の有無を検出するものであってもよい（請求項３）。
【０００９】
また、前記異常検出手段は、１個の前記ストレインゲージの出力に基づいて出力振動の平均値における基準値（例えば走行開始直後の値）からの変化量を求め、これを、前記ストレインゲージが乾燥している状態と浸水した状態との間で予め求めた変化量と比較することにより浸水の有無を検出するものであってもよい（請求項４）。
【００１０】
また、上記大型車用ハブユニットの異常検出装置（請求項１〜４のいずれか）において、異常検出手段による検出結果を記憶する手段を設けてもよい（請求項５）。
この場合、異常検出手段の検出結果が記憶手段に残るので、軸受の故障が発生した場合にその検出結果を参照することにより、故障原因を確認することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態による大型車用ハブユニットの異常検出装置を示すブロック図である。当該異常検出装置は、歪みを電気抵抗の変化として捉えるセンサであるストレインゲージ１と、このストレインゲージ１に接続され抵抗ブリッジ回路及び増幅回路を有する増幅器２と、増幅器２の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３と、Ａ／Ｄコンバータ３からの入力を受けるＣＰＵ４と、ＣＰＵ４と入出力接続され、ＣＰＵ４の出力に基づいて表示を行うモニタ５と、ＣＰＵ４と接続されたメモリ６と、ＣＰＵ４と接続された設定スイッチ７とによって構成されている。上記増幅器２、Ａ／Ｄコンバータ３、ＣＰＵ４、メモリ６及び設定スイッチ７により異常検出手段が構成されている。また、ＣＰＵ４及びモニタ５により表示手段が構成されている。
【００１２】
上記ストレインゲージ１は箔状に形成された抵抗線であって（図２参照）、歪み量に応じて電気抵抗が変化する。ストレインゲージ１の電気抵抗変化は増幅器２内のブリッジ回路によって電圧変化に変換され、この電圧変化が増幅回路によって増幅されたものが増幅器２の出力となる。
【００１３】
上記モニタ５は、浸水を表示する表示灯５ａ、異常昇温を表示する表示灯５ｂ、過積載を表示する表示灯５ｃ及びリセットスイッチ５ｄを備えている。表示灯５ａ、５ｂ及び５ｃは、ＣＰＵ４の出力ポートに接続されており、正常時に消灯（若しくは緑色に点灯）され、異常表示を行う場合に赤色に点灯される。リセットスイッチ５ｄは、表示灯５ａ、５ｂ及び５ｃの赤色点灯状態をリセットするために設けられている。
また、モニタ５は、例えば液晶からなる表示部５ｅ及び表示スイッチ５ｆを有しており、表示スイッチ５ｆはＣＰＵ４の入力ポートに接続され、表示部５ｅはＣＰＵ４の出力ポートに接続されている。表示スイッチ５ｆを操作することにより、表示部５ｅに文字データを表示することができる。モニタ５は、例えば運転席のダッシュボードに設置される。
なお、メモリ６は図示しないバッテリによって記憶を常に保持することができる。
【００１４】
図３はストレインゲージ１の取付場所を示す、ハブユニット１０の部分断面図である。図において、車軸１１の端部外周に装着され、固定輪としての内輪１２、転動体（円錐ころ）１３及び可動輪としての外輪１４を有する軸受１５と、内輪１２に取り付けられ外輪１４と摺接するシール１６と、外輪１４に取り付けられたハブ１７と、軸受１５の抜け止め１８とによってハブユニット１０が構成されている。
【００１５】
ストレインゲージ１は、内輪１２の外周に形成されている転動体１３のための軌道１２ａ近傍の内輪表面に貼着されている（なお、リード線の図示は省略している。）。市販されているストレインゲージには表面に耐水コーティングが施されているが、本実施形態で使用するストレインゲージ１は、その耐水コーティングを一部除去したものである。耐水コーティングが一部除去されたストレインゲージ１は、水に濡れると抵抗が大幅に増加する。従って、増幅器２の出力電圧が大幅に増加する特性を示す。この増加の程度は、後述の温度上昇による増加に比べて非常に大きいため、温度上昇による増加との識別が容易である。そこで、増幅器２の出力電圧が基準値から大幅な変化を生じた場合は、ストレインゲージ１が水に濡れたものと考えることができる。
【００１６】
一方、軌道１２ａ近傍の表面に貼着されたストレインゲージ１には、転動体１３がその直近を転動通過するとき大きな歪みが付与され、遠ざかると歪みは小さくなる。これを全ての転動体について繰り返すことで、図４に示すような出力の振動を生じる。振動の最高値及び最低値がそろわないのは、車両走行時の車軸振動の影響等による。ここで、歪み量は転動体１３への荷重、すなわち車軸１１にかかる重量（軸重）に応じて変化する。従って、出力の平均振動量ΔＶは、車体と積荷との総重量に応じて変化し、総重量が重いほど出力の平均振動量ΔＶが大きくなる。
また、振動する出力の平均値Ｖmはストレインゲージ１の温度に応じて温度ドリフトを生じ、温度が高いほど平均値が高くなる。例えば、図４の左側の出力波形の平均値はＶm1であるが、温度上昇によって全体的に出力が増加方向にドリフトし（右側の出力波形参照）、平均値はＶm2となる。
【００１７】
ストレインゲージ１の出力の上記のような特性から、平均振動量ΔＶによって総重量を、出力振動の平均値Ｖmの変化によって温度変化を、また、出力振動の平均値Ｖmの大幅な変化によって浸水を、それぞれ検出することができる。すなわち、１個のストレインゲージ１を、軸受の軸重センサ、温度センサ及び浸水センサとして用いることができる。
そこで、予め、積載限度重量の荷物を車両に積載した状態で増幅器２の出力の平均振動量ΔＶを実測し、その所定値ΔＶLを設定スイッチ７により設定する。また、内輪１２を通常の軸受温度上昇幅と認められる上限値分昇温させ、昇温の前後での増幅器２の出力を実測して出力変化量を求め、その所定値ΔＶTを設定スイッチ７により設定する。さらに、ストレインゲージ１が乾燥している状態と浸水した状態とで増幅器２の出力がどの程度変化するかを複数回実測し、その変化の最小値以下の所定値ΔＶW（ΔＶW＞＞ΔＶT）を、浸水と認められる値として設定スイッチ７により設定する。
【００１８】
次に、上記のように構成された大型車用ハブユニットの異常検出装置を搭載した大型車が積み荷を乗せて走行している場合における当該異常検出装置の動作について説明する。図５〜８は、図１のＣＰＵ４によって実行される異常検出動作のフローチャートである。
図１及び図５において、ストレインゲージ１の出力（抵抗変化）は増幅器２において電圧変化に変換・増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ３によりディジタル値に変換され、ＣＰＵ４に入力される。ＣＰＵ４は、ディジタル値に変換されたストレインゲージ１の出力に基づく電圧を所定時間かけて計測して、その平均値Ｖm、平均振動量ΔＶ、及び、平均値Ｖmの基準値からの変化量を求める（ステップ１００）。なお、基準値としてスタート直後の平均値Ｖmが用いられる。従って初回は平均値Ｖmの前回値がないため、変化量は０とされ、２回目から変化量が求められる。
【００１９】
続いて、浸水検出表示処理（ステップ２００）、異常昇温検出表示処理（ステップ３００）及び過積載検出表示処理（ステップ４００）が行われ、ステップ１００に戻るルーチンが繰り返される。図６、図７及び図８はそれぞれ、浸水検出表示処理の詳細、異常昇温検出表示処理の詳細及び過積載検出表示処理の詳細を示すフローチャートである。
【００２０】
まず、浸水検出表示処理の詳細について図６を参照して説明する。
ステップ２０１においてＣＰＵ４は、増幅器２からＡ／Ｄコンバータ３を介して入力される出力振動の平均値の、基準値からの変化量が所定値に達しているか否かの判断を行う。ここでいう所定値とは前述のΔＶWである。前述のように、初回は変化量が０であるので、所定値に達していない。従って、ＣＰＵ４はステップ２０２へ進み、浸水フラグがセットされているか否かを判断する。浸水フラグとは浸水が検出されたときセットされるフラグである。ここではまだ浸水フラグはセットされていないので、ＣＰＵ４は次のステップ３００（図５）へ進む。
【００２１】
２回目以降におけるステップ２０１において、変化量が所定値に達していることが初めて検出された場合は、ＣＰＵ４はステップ２０３へ進む。ステップ２０３においてＣＰＵ４は、浸水フラグがセットされているか否かを判断し、この場合はまだ浸水フラグがセットされていないため、ステップ２０４へ進む。ステップ２０４において、ＣＰＵ４は浸水フラグをセットする。続いて、ＣＰＵ４は、ステップ２０５において浸水表示を行うと共に、浸水表示をしたことの記憶を行う。具体的には、ＣＰＵ４は表示灯５ａを赤色に点灯させ、かつ、浸水表示をした事実とその日付及び時刻をメモり６に記憶する。その後、ＣＰＵ４はステップ３００へ進む。
【００２２】
一旦浸水表示が出力された後の３回目以降におけるステップ２０１において、引き続き変化量が所定値に達している場合は、ＣＰＵ４はステップ２０３へ進むが、浸水フラグが既にセットされているため、ステップ３００へ進む。従って、ステップ２０５の処理が重複して実行されることはない。
また、一旦浸水表示が出力された後の３回目以降におけるステップ２０１において、変化量が所定値に達しなくなった場合は、ＣＰＵ４はステップ２０２へ進み、浸水フラグがセットされているか否かを判断する。ここでは浸水フラグがセットされているため、ＣＰＵ４はステップ２０６へ進み、浸水フラグをリセットする。その後、ＣＰＵ４はステップ３００へ進む。
【００２３】
次に、異常昇温検出表示処理の詳細について図７を参照して説明する。
ステップ３０１においてＣＰＵ４は、増幅器２からＡ／Ｄコンバータ３を介して入力される出力振動の平均値の、基準値からの変化量が所定値を超えているか否かの判断を行う。ここでいう所定値とは前述のΔＶTである。変化量が所定値を超えていない場合は、ＣＰＵ４はステップ３０２へ進み、異常昇温フラグがセットされているか否かを判断する。異常昇温フラグとは異常昇温が検出されたときセットされるフラグである。ここではまだ異常昇温フラグはセットされていないので、ＣＰＵ４は次のステップ４００（図５）へ進む。
【００２４】
ステップ３０１において、変化量が所定値を超えている場合は、ＣＰＵ４はステップ３０３へ進む。ステップ３０３においてＣＰＵ４は、浸水フラグがセットされているかどうかを判断し、セットされている場合はステップ４００へ進む。これは、ステップ３０１において変化量が所定値を超えていたのは、異常昇温によるものではなく浸水によるものと考えられるからである。浸水フラグがセットされていない場合、ＣＰＵ４はステップ３０４へ進む。ここで、ＣＰＵ４は、異常昇温フラグがセットされているか否かを判断し、この場合はまだ異常昇温フラグがセットされていないため、ステップ３０５へ進む。ステップ３０５において、ＣＰＵ４は異常昇温フラグをセットする。続いて、ＣＰＵ４は、ステップ３０６において異常昇温表示を行うと共に、異常昇温表示をしたことの記憶を行う。具体的には、ＣＰＵ４は表示灯５ｂを赤色に点灯させ、かつ、異常昇温表示をした事実とその日付及び時刻をメモり６に記憶する。その後、ＣＰＵ４はステップ４００へ進む。
【００２５】
一旦異常昇温表示が出力された後のステップ３０１において、引き続き変化量が所定値を超えている場合は、ＣＰＵ４はステップ３０３を介してステップ３０４へ進むが、異常昇温フラグが既にセットされているため、ステップ４００へ進む。従って、ステップ３０６の処理が重複して実行されることはない。
また、一旦異常昇温表示が出力された後におけるステップ３０１において、変化量が所定値を超えなくなった場合は、ＣＰＵ４はステップ３０２へ進み、異常昇温フラグがセットされているか否かを判断する。ここでは異常昇温フラグがセットされているため、ＣＰＵ４はステップ３０７へ進み、異常昇温フラグをリセットする。その後、ＣＰＵ４はステップ４００へ進む。
【００２６】
次に、過積載検出表示処理の詳細について図８を参照して説明する。
ステップ４０１においてＣＰＵ４は、増幅器２からＡ／Ｄコンバータ３を介して入力される出力振動の平均振動量が所定値を超えているか否かの判断を行う。ここでいう所定値とは前述のΔＶLである。平均振動量が所定値を超えていない場合は、ＣＰＵ４はステップ４０２へ進み、過積載フラグがセットされているか否かを判断する。過積載フラグとは過積載が検出されたときセットされるフラグである。ここではまだ過積載フラグはセットされていないので、ＣＰＵ４はステップ１００（図５）へ進む。
【００２７】
一方、ステップ４０１において、平均振動量が所定値を超えている場合は、ＣＰＵ４はステップ４０３へ進む。ステップ４０３においてＣＰＵ４は、過積載フラグがセットされているか否かを判断し、この場合はまだ過積載フラグがセットされていないため、ステップ４０４へ進む。ステップ４０４において、ＣＰＵ４は過積載フラグをセットする。続いて、ＣＰＵ４は、ステップ４０５において過積載表示を行うと共に、過積載表示をしたことの記憶を行う。具体的には、ＣＰＵ４は表示灯５ｃを赤色に点灯させ、かつ、過積載表示をした事実とその日付及び時刻をメモり６に記憶する。その後、ＣＰＵ４はステップ１００へ進む。
【００２８】
一旦過積載表示が出力された後のステップ４０１において、引き続き平均振動量が所定値を超えているは、ＣＰＵ４はステップ４０３へ進むが、過積載フラグが既にセットされているため、ステップ１００へ進む。従って、ステップ４０５の処理が重複して実行されることはない。
また、一旦過積載表示が出力されたステップ４０１において、平均振動量が所定値を超えなくなった場合は、ＣＰＵ４はステップ４０２へ進み、過積載フラグがセットされているか否かを判断する。ここでは過積載フラグがセットされているため、ＣＰＵ４はステップ４０６へ進み、過積載フラグをリセットする。その後、ＣＰＵ４はステップ１００へ進む。
【００２９】
以上のようにして、浸水、異常昇温及び過積載の３情報が、運転席のダッシュボードに設けられたモニタ５に表示される。従って、軸受の異常を早期に察知して、適切な処置をとることにより故障や事故を未然に防止することができる。なお、異常原因を取り除いた後、運転手等がモニタ５のリセットスイッチ５ｄを操作することにより、赤色に点灯された表示灯５ａ、５ｂ又は５ｃを消灯（若しくは緑色に点灯）することができる。
【００３０】
一方、上記のようにして異常の早期表示を行ったにもかかわらず、軸受の故障が発生した場合には、メモリ６に記憶された異常発生の履歴から故障原因を確認することができる。
メモリ６に記憶された異常発生の履歴を見るには、モニタ５の表示スイッチ５ｆを操作してＣＰＵ４に割り込みをかける。ＣＰＵ４は、これによってメモリ６に記憶されている異常検出の履歴データをモニタ５に出力する。この履歴データは、モニタ５の表示部５ｅに表示される。従って、例えば過積載が原因となって故障や事故が発生した場合には、過積載の事実とその発生時点を確認することができる。これによって、故障原因を特定することができる。
【００３１】
なお、上記実施形態においては、浸水の検出を、異常昇温の検出と同様に出力振動の平均値における基準値からの変化量に基づいて行い、変化量の過大さにより異常昇温との識別を行っているが、異常昇温の検出とは異なる処理過程により浸水を検出することもできる。例えば、短時間に所定値以上の大幅な平均値の変化があった場合は、浸水であると判断する処理を行ってもよい。
なお、図１に示した異常検出装置の構成においては設定スイッチ７を設けているが、設定する数値を予めメモリ６に記憶させておくことにより、設定スイッチ７を省略することもできる。また、モニタ５の表示・操作に関する構成は種々の態様が可能であることはいうまでもない。例えば、異常表示に関して、表示灯に加えて、音による表示（警報）を行ってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の大型車用ハブユニットの異常検出装置によれば、１個のストレインゲージを軸受の軸重センサ、温度センサ及び浸水センサとして用いることができるので、過積載の有無、異常昇温の有無、及び、浸水の有無の３異常要素を１個のストレインゲージの出力に基づいて検出し、表示することができる。従って、簡素な構造により各種異常を早期に運転手に知らせることができる。
【００３３】
請求項２の大型車用ハブユニットの異常検出装置によれば、出力振動の平均振動量を、積載限度重量の荷物を車両に積載した状態で予め求めた平均振動量と比較して過積載の有無を検出することができる。
【００３４】
請求項３の大型車用ハブユニットの異常検出装置によれば、ストレインゲージの出力に基づく出力振動の平均値における基準値からの変化量を、通常の軸受温度上昇幅と認められる予め求めた変化量と比較して異常昇温の有無を検出することができる。
【００３５】
請求項４の大型車用ハブユニットの異常検出装置によれば、ストレインゲージの出力に基づく出力振動の平均値における基準値からの変化量を、ストレインゲージが乾燥している状態と浸水した状態との間で予め求めた変化量と比較して浸水の有無を検出することができる。
【００３６】
請求項５の大型車用ハブユニットの異常検出装置によれば、異常検出手段による検出結果が記憶手段に残るので、故障が発生した場合にその検出結果を参照することにより、故障原因を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による大型車用ハブユニットの異常検出装置を示すブロック図である。
【図２】ストレインゲージの構造を示す平面図である。
【図３】上記ストレインゲージを取り付けた大型車用ハブユニットの部分断面図である。
【図４】上記ストレインゲージの出力変化特性を示すグラフである。
【図５】上記異常検出装置のＣＰＵによって実行される処理のフローチャートである。
【図６】上記異常検出装置のＣＰＵによって実行される処理のうち、浸水検出表示処理の詳細に関するフローチャートである。
【図７】上記異常検出装置のＣＰＵによって実行される処理のうち、異常昇温検出表示処理の詳細に関するフローチャートである。
【図８】上記異常検出装置のＣＰＵによって実行される処理のうち、過積載検出表示処理の詳細に関するフローチャートである。
【符号の説明】
１    ストレインゲージ
２    増幅器
３    Ａ／Ｄコンバータ
４    ＣＰＵ
５    モニタ
６    メモリ
７    設定スイッチ
１０    ハブユニット
１２    内輪（固定輪）
１２ａ  軌道
１５    軸受
【図１】
0003692234.tif 000002
【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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