(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体で形成されるケース体に固着され中空状に形成されるスケールコイルと、前記スケールコイルの中空部に摺動可能に配設されるスライダコイルと、を有し、前記スライダコイルの摺動による変位を電気的に変換する変位センサであって、
前記スケールコイルが、２個のコイル組と前記コイル組との間に配設され非磁性体で形成されるスペーサとを軸心方向に重合して形成し、
前記コイル組が、非磁性体で形成される複数のベース環と、それぞれの前記ベース環の外周面に巻回されるコイルと、前記コイルを狭着するように配設され磁性体で形成されるリング状のヨークと、を有して構成され、
前記ベース環の外周面が、大径部と小径部とを有し、前記大径部の外周面に前記コイルが巻回され、前記小径部の外周面に前記ヨークが嵌合され、
さらに、前記コイル組の一方に形成されるコイル間のピッチが、前記スライダコイルに形成されるコイル間のピッチに合致され、他方のコイル組に形成されるコイル間のピッチが、前記スライダコイルに形成されるコイル間のピッチずれを生じさせるように、前記２個のコイル組が配置されていることを特徴とする変位センサ。
【請求項２】
磁性体で形成されるケース体に固着され中空状に形成されるスケールコイルと、前記スケールコイルの中空部に摺動可能に配設されるスライダコイルと、を有し、前記スライダコイルの摺動による変位を電気的に変換する変位センサであって、
前記スケールコイルが、２個のコイル組と前記コイル組との間に配設され非磁性体で形成されるスペーサとを軸心方向に重合して形成し、
前記コイル組が、軸心方向に１箇所の割部を有するとともに非磁性体で形成される少なくとも１個のベース環と、それぞれの前記ベース環の外周面に巻回されるコイルと、前記コイルを狭着するように配設され磁性体で形成されるリング状のヨークと、を有して構成され、
前記ベース環の外周面に、内側から外側に向かって屈折するように突出される突起部を備え、前記突起部が所定間隔に位置されるように配置されるとともに、それぞれの位置に円周方向に複数個配置されるように形成され、
さらに、前記コイル組の一方に形成されるコイル間のピッチが、前記スライダコイルに形成されるコイル間のピッチに合致され、他方のコイル組に形成されるコイル間のピッチが、前記スライダコイルに形成されるコイル間のピッチずれを生じさせるように、前記コイル組が配置されていることを特徴とする変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気マイクロメータのように、電磁誘導型の変位センサに関し、さらに、ケース体に固着されるスケールコイルと、前記スケールコイル内を摺動するスライダコイルと、を有し、前記スライダコイルの摺動による位置変位を電気的に変換する変位センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電磁誘導型の変位センサには、工作機械等に使用される平板型のインダクトシンが多く使用されている。このインダクトシン７０は、図１１に示されるように、平板上にパターンが施されたスライダコイル７１とスケールコイル７２とが対向するように構成されている。そしてスケールコイル７２に交流電圧を加えて励磁させるとスライダコイル７１側に交流電圧が誘起され、パターンのピッチの位置関係により電圧の大きさや向きが変わり、その電圧を信号処理することで、スライダコイル７１とスケールコイル７２との位置変位を検出するようになっている。、特に、スライダコイル７１に形成される検出用パターンを１／４ピッチずれるようにし、９０°ずれた信号との信号を比較することによって、高精度の検出が可能となっている。
【０００３】
しかし、電気マイクロメータのように小型の測定器等に使用する場合、サイズが大きくさらにパターンを形成する際、その寸法精度が高いためコスト高となり実用化することが困難になっていた。そのため、コンパクトで容易に製作できる円筒型の変位センサが提案されるようになってきた。
【０００４】
例えば、図１２に示される電気マイクロメータ８０は、可動鉄心型差動トランスであり、絶縁のボビン８１に巻回され、ボビン８１の中央位置に配置される１個の一次コイル８２と、一次コイル８２の両側に巻回される２個の二次コイル８３と、一次コイル８２、二次コイル８３の中心部に位置する可動鉄心８４と、を有して構成される。
【０００５】
一次コイル８２に一定交流電圧を加えて励磁すると二次コイル８３にそれぞれ電圧ｖａ  ，ｖｂ  が発生する。可動鉄心８４が２個の二次コイル８３の中央にあるときはｖａ  ＝ｖｂ  となり、可動鉄心８４が、図中、右側に移動すればプラスの電圧が出力され、左側に移動すればマイナスの電圧が出力される。そして、両二次コイル電圧をそれぞれダイオードで整流平滑し加え合わせて合成すると、変位に比例して出力電圧ｖとなる。しかし、従来の差動トランス型の電気マイクロメータはアナログで出力され、そのために出力電圧の変動により直進性が安定しなくなったり、コイルの巻き数や、可動鉄心の長さによって機差が生じるため、その校正をしなければならない。これを解決するために精度のよいデジタル式の電気マイクロメータが図１３に示されるように提案されている。
【０００６】
この電気マイクロメータ９０には、本体ケース９１に固定された２個のスケールコイル９２とスケールコイル９２内を摺動可能に配設されるスライダコイル９３と、を有する変位センサ９４が示されている。そして、スケールコイル９２には２条のコイルが巻回されるように、内周面から奥に向かってコイル溝９５が形成され、スケールコイル９２の内側からコイル溝９５の底側に向かってコイルを巻回するようになっている。２個のスケールコイル９２は中央に配設されるスぺーサ９６によって、スライダコイル９３のコイルのピッチに対して、一方のスケールコイル９２が他方のスケールコイル９２に１／４ピッチずれるように配設されている。そのため、コンパクトな精度よい測定が可能となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の電気マイクロメータ９０の変位センサ９４では、スケールコイル９２に形成されるコイル溝９５の加工が困難であるとともに、コイルを巻回する作業が、コイル溝９５の底部を基準として巻かれなければならなかったり、あるいは巻線されたコイルをコイル溝９５に挿入しなければならないので、非常に困難である。
【０００８】
この発明は、上述の課題を解決するものであり、コンパクトで精度のよい変位センサを提供するとともに、安定した巻線作業が容易に行なえる実用的な変位センサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかわる変位センサでは、上記の課題を解決するために以下のように構成するものである。即ち、
磁性体で形成されるケース体に固着され中空状に形成されるスケールコイルと、前記スケールコイルの中空部に摺動可能に配設されるスライダコイルと、を有し、前記スライダコイルの摺動による変位を電気的に変換する変位センサであって、
前記スケールコイルが、２個のコイル組と前記コイル組との間に配設され非磁性体で形成されるスペーサとを軸心方向に重合して形成し、
前記コイル組が、非磁性体で形成される複数のベース環と、それぞれの前記ベース環の外周面に巻回されるコイルと、前記コイルを狭着するように配設され磁性体で形成されるリング状のヨークと、を有して構成され、
前記ベース環の外周面が、大径部と小径部とを有し、前記大径部の外周面に前記コイルが巻回され、前記小径部の外周面に前記ヨークが嵌合され、
さらに、前記コイル組の一方に形成されるコイル間のピッチが、前記スライダコイルに形成されるコイル間のピッチに合致され、他方のコイル組に形成されるコイル間のピッチが、前記スライダコイルに形成されるコイル間のピッチずれを生じさせるように、前記２個のコイル組が配置されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、この変位センサは、磁性体で形成されるケース体に固着され中空状に形成されるスケールコイルと、前記スケールコイルの中空部に摺動可能に配設されるスライダコイルと、を有し、前記スライダコイルの摺動による変位を電気的に変換する変位センサであって、
前記スケールコイルが、２個のコイル組と前記コイル組との間に配設され非磁性体で形成されるスペーサとを軸心方向に重合して形成し、
前記コイル組が、軸心方向に１箇所の割部を有するとともに非磁性体で形成される少なくとも１個のベース環と、それぞれの前記ベース環の外周面に巻回されるコイルと、前記コイルを狭着するように配設され磁性体で形成されるリング状のヨークと、を有して構成され、
前記ベース環の外周面に、内側から外側に向かって屈折するように突出される突起部を備え、前記突起部が所定間隔に位置されるように配置されるとともに、それぞれの位置に円周方向に複数個配置されるように形成され、
さらに、前記コイル組の一方に形成されるコイル間のピッチが、前記スライダコイルに形成されるコイル間のピッチに合致され、他方のコイル組に形成されるコイル間のピッチが、前記スライダコイルに形成されるコイル間のピッチずれを生じさせるように、前記コイル組が配置されていることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
本形態の変位センサ１は、図１に示されるように、磁性体で形成されるケース体３に固着され中空状に形成されるスケールコイル５と、前記スケールコイル５の中空部に摺動可能に配設されるスライダコイル７と、を有して構成されている。スケールコイル５は、図２に示されるように、２個のコイル組９・９とコイル組９・９との間に配設され非磁性体で形成されるスペーサー１１とを有して軸心方向に接着剤等によって重合され、コイル組９は、非磁性体で形成される複数（本形態では各２個）のベース環１３と、それぞれのベース環１３の外周面に巻回されるコイル１５と、前記コイルを挟着するように配設され磁性体で形成されるリング状のヨーク１７と、を有して構成されている。
【００１５】
ベース環１３はリング状に形成され、ベース環１３の外周面は、略中央部に配設される大径部１４の大径部外周面１４ａと大径部１４両側に配設される小径部外周面１３ａ・１３ｂとの２段で形成される。また、ベース環１３の小径部外周面１３ａ・１３ｂはそれぞれ幅の大きさが異なり、一方の小径部外周面１３ａは、他方の小径部外周面１３ｂの略倍の大きさに形成され、小径部外周面１３ａの幅の大きさはヨーク１７の幅の大きさと略同一に形成される。そして、各コイル体９のベース環１３は、一方の小径部外周面１３ａがベース環１３の両外側になるように配置され、他方の小径部外周面１３ｂが、内側になるように配置される。従って、ヨーク１７は小径部外周面１３ａ上にそれぞれ１個づつ嵌合され、対向する２個の小径部外周面１３ｂ上に懸架するようにヨーク１７が１個嵌合されることになる。ヨーク１７間の大径部外周面１４ａにコイル１５が挟着されるように巻回されて配置される。なお、隣り合うコイル１５は、巻き方向が逆方向になるように巻回されて配置されている。また、スケールコイル５の両端面は、ベース環１３の端面、ヨーク１７の端面と略同一面上になる。さらに、ヨーク１７には、図３に示されるように、外端部の一部に切欠部１７ａが一か所形成され、それぞれのヨーク１７の切欠部１７ａが同一方向になるように配置されている。そして、それぞれのコイル１５が導通できるように、それぞれのコイル１５の一端がヨーク１７の切欠部１７ａを通ってコイル体９の両端部でまとめて束ねられ外部に配線される（図４参照）。この場合、スぺーサ１１に切欠部を形成して一方の側にまとめて配線してもよい。
【００１６】
スライダコイル７はスケールコイル５の中空部に摺動可能に配設されるように、外周面が丸状に形成され、内部に軸心方向に貫通孔７ａが形成される。外周面には、等ピッチ間隔で複数のコイル溝７ｂが形成され、それぞれのコイル溝７ｂにコイル８が巻回されている。コイル溝７ｂのピッチは、コイル組９に巻回されるコイル１５のピッチと同ピッチに形成される。なお、コイル溝７ｂに巻回されるコイル８の巻き方向は、スケールコイル５に巻回されるコイル１５と同様、隣り合うコイル８の巻き方向と逆に巻回されることになる。また、スライダコイル７の外端部の一部に一か所切欠部７ｃが形成され、それぞれのコイル８が導通できるように、それぞれのコイル８の一端が切欠部７ｃを通ってスライダコイル７の一端側にまとめて束ねられ外部に配線される（図５参照）。
【００１７】
スぺーサ１１は、外周面がヨーク１７の外周面と一致し、内周面がベース環１３の内周面と一致するように円筒状に形成され、その幅は、一方のコイル組９のコイル１５のピッチが、スライダコイル７のコイル８のピッチに対して１／４ピッチ分ずれて配置されるように、形成されている。なお、上述のように、スぺーサ１１の外端部の一部に一か所、切欠部を形成するようにしてもよい。
【００１８】
なお、上述のスケールコイル５を構成するベース環１３あるいはスぺーサ１１は、上記に限らず図６〜８に示されるように、各種の変形が考えられる。
【００１９】
図６に示されるものは、１個のコイル組２０に対してベース環が４個配設されるものであり、ケース体３内にコイル組２０の外端部側に配置される１個のベース環２１と、内側のスぺーサ側に配置される３個のベース環２３と、を有している。ベース環２１は、その外周面が略中央部配設される大径部２２の外周面２２ａと、大径部２２の両側に配設される小径部外周面２１ａ・２１ｂと、を有し、一方の小径部外周面２１ａはヨーク１７と同一の幅に形成され外側に配置される。他方の小径部外周面２１ｂはヨーク１７より大きめの幅に形成されベース環２３側に配置される。ベース環２３の外周面は、一端側に大径部２４の外周面２４ａと他端側に配設される小径部外周面２３ａとが形成され、大径部２４の内部に凹部２４ｂが形成されている。そして、ベース環２１の大径部外周面２２ａとベース環２３の大径部外周面２４ａにはコイル１５が巻回され、ベース環２１に隣接されるベース環２３の大径部２４の凹部２４ｂはベース環２１の小径部外周面２１ｂにヨーク１７を挟着するように嵌合され、他のベース環２３の大径部２４の凹部２４ａはベース環２１側に隣接されるベース環２３の小径部外周面２３ａにヨーク１７を挟着するように嵌合される。この形態のコイル組２０は３個のベース環２３が同一形状に形成される効果がある。
【００２０】
図７に示されるものも、ケース体３内に配置される１個のコイル組３０に対して４個のベース環が配置され、さらにスぺーサの形状が変形されている。スぺーサ３１の外周面は、中央部に大径部３２の外周面３２ａと両端部に小径部外周面３１ａとを有して形成されている。スぺーサ３１側に配置される３個のベース環３４の外周面は、中央部に大径部３５の外周面３５ａと両端部に小径部外周面３４ａが形成され、小径部外周面３４ａの幅の大きさはスぺーサ３１の小径部外周面３１ａと同一寸法に形成されている。スぺーサ３１の小径部外周面３１ａと隣接されるベース環３４の小径部外周面３４ａ、あるいは隣接されるベース環３４の小径部外周面３４ａ間を懸架するようにそれぞれヨーク１７が配置される。また、コイル組３０の外側に配置される１個のベース環３７の外周面は略中央部に配設される大径部３８の外周面３８ａと大径部３８の両側に配設される小径部外周面３７ａ・３７ｂとを有して形成され、ベース環３４側に隣接される小径部外周面３７ａはベース環３４の小径外周面３４ａの幅と同一寸法に形成され、ベース環３４の小径部外周面３４ａとの間を懸架するようにヨーク１７が嵌合され、ベース環３７の外側に配置される小径部外周面３７ｂは、ヨーク１７の幅と同一寸法に形成され、ヨーク１７が嵌合される。ベース環３４の大径部外周面３５ａ、ベース環３７の大径部外周面３８ａにはコイル１５がそれぞれ巻回されている。
【００２１】
図８に示されるスケールコイル４０は、図２におけるスケールコイル２のコイル組９のベース環１３・１３間に、図７におけるコイル組３０のベース環３４を配置させるようにし、コイル１５及びヨークを図７のように配置することによって構成しているものである。
【００２２】
上記のように構成された変位センサ１は、例えば、図９に示されるような電気マイクロメータ５０に使用することができる。図９に示される変位センサのコイル組は、図２に示されるもので説明する。
【００２３】
円筒状に形成され磁性体で形成されるケース体５１の内部にスケールコイル５とスライダコイル７を備える変位センサ１が配設されている。この形態の場合、変位センサ１に構成されるケース体３は電気マイクロメータ５０のケース体５１に置き換えられる。なお、ケース体５１の内周面に別のケース体３を配設するようにしてもよい。
【００２４】
スケールコイル５はケース体５１内に固定されスケールコイル５内にスライダコイル７が摺動可能に配設されている。スライダコイル７に形成される貫通孔７ａの一方の側には雌ねじ５２が形成され、雌ねじ５２に測定子５３がケース体５１に支持されながら螺着されている。また、スライダコイル７の貫通孔７ａの他方の側にはケース体５１の端部に固定されたガイドシャフト５４が取り付けられ、スライダコイル７がガイドシャフト５４にガイドされながら摺動される。そして、スライダコイル７を測定子５３側に付勢するようにコイルばね５５がガイドシャフト５４の回りに配置されている。
【００２５】
スケールコイル５のコイル１５とスライダコイル７のコイル８の一端側に束ねられたリード線１５ａ・８ａはケース体５１に固定されたケーブル５６を通って外部に配線されている。
【００２６】
上記構成の電気マイクロメータ５０の作用を次に説明する。まず測定子５３を被測定物に当てると測定子５３と共にスライダコイル７がスケールコイル５に対してコイルばね５５の付勢力に抗して、図９中、右方向に摺動する。スライダコイル７のコイル８には予め交流電圧が加えられ、スケールコイル５のコイル１５に電磁誘導による交流電圧が誘起されている。スライダコイル７が摺動すると、スライダコイル７のコイル８とスケールコイル５のコイル１５との位置関係が変わるため、コイル８とコイル１５の電磁誘導の度合いが変わる。つまりスライダコイル７の摺動量の大きさに伴ってコイル１５に誘起される交流電圧の大きさが変わる。この電圧信号を処理して変位移動量を電気的に変換する。
【００２７】
例えば、変位移動量をＸとする。この時に、スケールコイル５のそれぞれのコイル組９Ａ・９Ｂから出力される各々の電圧をＶａ、Ｖｂとすると、
Ｖａ＝ＫＩｓｉｎ（２πＸ／Ｐ）ｓｉｎωｔ
Ｖｂ＝ＫＩｃｏｓ（２πＸ／Ｐ）ｓｉｎωｔ
で表される。
【００２８】
Ｋ：スケールコイル５のコイル組９への誘起係数
Ｐ：コイルの巻ピッチ
Ｉ：スライダコイル７電流の振幅
ω：スライダコイル７の角周波数
ｔ：時間
Ｘ：変位移動量
とする。
【００２９】
Ｖａ、Ｖｂを測定し、Ｖａ、Ｖｂの出力電圧を合成する（Ｖ）と、
Ｖ＝ＫＩｓｉｎ（ωｔ＋２πＸ／Ｐ）
となる。
【００３０】
ここにおいて変位量Ｘは位相の変化２πＸ／Ｐとして検出される。
【００３１】
例えばＰ＝２ｍｍとし、電気的に２０００等分して１μｍ単位で測定する。スライダコイル７の出力電圧（Ｖｃ）とスケールコイル５の合成の出力電圧（Ｖ）のズレをＮ＝７８０カウントとすれば、７８０／２０００＝２π（Ｘ／Ｐ）／２π、
Ｘ＝７８０×２／２０００＝０．７８ｍｍ
となり、変位移動量Ｘを求めることができ被測定物を測定することができる。
【００３２】
変位センサ１は、このように電気マイクロメータ５０に使用すれば、変位移動量を電気的に変換して測定することができる。
【００３３】
なお、本発明の変位センサ１のスケールコイル５の形状は上記に限らず、他の形態にすることもできる。
【００３４】
図１０（ａ）、（ｂ）は、スケールコイルのコイル組６０に構成されるベース環６１を示すものである。ベース環６１は上述の複数個のベース環を１個で形成するもので、ステンレス等の非磁性体で円筒状に形成されたベース環６１の一部に、軸心方向に沿って割部６２を設けている。この割部６２によって、図２に示されるヨーク１７を装着する際に、ベース環６１を全体的に円周方向に撓ませることができる。ベース環６１の円周方向に、図２に示されるコイル１５が巻回されるための突起部６３が複数個形成されている。この突起部６３は、図２において、ベース環１３が配置されるピッチと同ピッチになる位置にそれぞれ円周方向に等分に３乃至４個配設され、ベース環６１から一端を残して円周方向に切欠を形成し、上方に突出するように形成するものである。図１０は、ベース環６１の略中央部に、図２におけるスぺーサ１１及び２個のヨーク１７が配置される分の幅を残し、左右両側にそれぞれ等ピッチ間隔で突起部６３が形成されている。このベース環６１の中央部にスぺーサ１１と、前記スぺーサ１１を挟着するように２個のヨーク１７を嵌合し、また、突起部６３と突起部６３間、さらに両端部側にそれぞれヨーク１７を嵌合してコイルボビンの形状を形成し、それぞれのヨーク１７・１７間にコイル１５を巻回しケース体３を周囲に設けることによって、スケールコイルが形成される。このスケールコイルにおけるスぺーサ１１を挟んで右側と左側のコイル組が、スライダコイル７のコイル８のピッチに対して１／４ピッチずれているのは言うまでもない。
【００３５】
また、上記に限らず、ベース体６１を各コイル組ごとの大きさに形成することも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の変位センサによれば、変位センサはケース体に固定配設されるスケールコイルと前記スケールコイル内に摺動可能に配設されるスライダコイルとを含んで構成されている。前記スケールコイルは２個のコイル組とスぺーサとを有し、前記コイル組が、軸心方向に重合された複数個の非磁性体のベース環と、前記ベース環の外周面に配設されるコイルとヨークとを有して構成されている。従って前記コイルを前記ベース環に巻回する際には、前記ベース環の外周面に沿って行なうことができるので、従来スケールコイルに形成されるコイル溝にコイル溝の底部を基準として巻回するものに比べて、極めて安定して巻回することができるとともにその作業も極めて容易に行なえる。
【００３７】
前記ベース環の外周面が、大径部と小径部とを有し、前記大径部の外周面に前記コイルが巻回され、前記小径部の外周面に前記ヨークが嵌合されることを特徴としているため、１個のベース環に巻回するコイルの巻回作業が容易で安定するとともにヨークを容易に挿入できる。
【００３８】
さらに、前記コイル組の一方に形成されるコイル間のピッチが、前記スライダコイルに形成されるコイル間のピッチに合致され、他方のコイル組に形成されるコイル間のピッチが、前記スライダコイルに形成されるコイル間のピッチずれを生じさせるように、スぺーサの幅が形成されているため、精度よい測定を行なうことができる。
【００３９】
また、スケールコイルに対して少なくとも１個のベース環を形成し、前記ベース環に内側から外側に向かって屈折するように突出されるコイル巻回用の複数個の突起部を形成するようにすれば、部品点数を少なくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態による変位センサを示す断面図
【図２】図１におけるスケールコイルの詳細を示す断面図
【図３】図１におけるヨークの斜視図
【図４】図１におけるスケールコイルの斜視図
【図５】図１におけるスライダコイルの斜視図
【図６】ベース環の別の形態を示す断面図
【図７】ベース環とスぺーサの別の形態を示す断面図
【図８】スケールコイルの別の形態を示す断面図
【図９】図１の変位センサを電気マイクロメータに使用する状態を示す断面図
【図１０】ベース環のさらに別の形態を示す斜視図と断面図
【図１１】従来の平型のインダクトシンを示す図
【図１２】従来の変位センサを使用する電気マイクロメータを示す断面図
【図１３】従来の電気マイクロメータを示す断面図
【符号の説明】
１…変位センサ
３…ケース体
５…スケールコイル
７…スライダコイル
８、１５…コイル
９…コイル組
１１…スぺーサ
１３…ベース環
１３ａ…小径部外周面
１４…大径部
１４ａ…大径部外周面
１７…ヨーク
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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