(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動油タンクとメインポンプ間で作動油を循環させる循環路にサクションタンクを設け、当該サクションタンクと前記作動油タンクとの間にバイパス路を並列に設けて当該バイパス路と前記循環路とで作動油の循環ループを形成し、前記バイパス路に、ヒーターとバイパス用ポンプとからなる予熱ユニットを備えた建設機械の予熱方法であって、
原動機が停止しているときの外気温度と前記作動油温度とを計測し、
前記外気温度が第１の所定値Ｔ１未満でかつ前記作動油温度が第２の所定値Ｔ２（但し、Ｔ１＜Ｔ２）未満のときは前記予熱ユニットのヒーターによる作動油の加熱とバイパス用ポンプによる作動油循環を実施し、
前記外気温度が前記第１の所定値Ｔ１未満でかつ前記作動油温度が前記第２の所定値Ｔ２以上のときは前記予熱ユニットのバイパス用ポンプによる作動油循環を実施することを特徴とする建設機械の予熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原動機（エンジンや電動モーター）の冷却水やミッションオイル、作動油などの流体を予熱するための予熱ユニットを備えた建設機械およびその予熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルなどの建設機械には、原動機（エンジンや電動モーター）の冷却水やトランスミッションの潤滑油（ミッションオイル）、アクチュエータの作動油などといった様々な流体（液体）が用いられている。このような建設機械を例えば−４０℃以下の極寒な地域で使用した場合、一旦原動機を停止するとそれらの流体が凍結し、再起動が困難になることがある。また、ミッションオイルなどの潤滑油が凍結してその潤滑性能が失われた状態で原動機を起動すると、トランスミッションや油圧ポンプ、アクチュエータなどが破損するおそれがある。
【０００３】
寒冷下におけるエンジン始動性の向上を図る技術として、例えば以下の特許文献１では油圧ポンプと作動油タンクとを接続する吸込管路にヒーターを設け、エンジンの始動前にその吸込管路内の作動油を暖機しておくことでエンジンの始動性を向上させる技術が提案されている。また、以下の特許文献２には、エンジンや運転室などにプレヒーターを設け、このプレヒーターによってエンジンや運転室などを予熱する技術が提案されている。さらに以下の特許文献３には、車体を駆動するメインの電動モーターと電熱器の両者を駆動することで車体全体の作動油を温める技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２８４９０７号公報
【特許文献２】特開２０００−８０６７９号公報
【特許文献３】特許第５２７１５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述したような従来の予熱方式では以下に示すような不都合がある。すなわち、前記特許文献１に示す技術では温められる作動油は吸込管路のみの局所に限られるため、−４０℃以下の極寒な地域では十分な予熱が困難である。特に、電動式の油圧ショベルには、メインの電動モーターとポンプを接続する箇所にポンプ回転数を増幅するためのトランスミッションが設けられている。
【０００６】
このトランスミッションは、その電動モーターによって作動するポンプを使用した強制循環方式を採用しており、ベアリングやギアに直接潤滑油を供給するために複数の細管を備えている。このため、この細管の内部でミッションオイルの粘度が高くなったり凍結したりして供給が不足あるいはストップすると局部的に潤滑不良となってベアリングやギアが焼付き破損するおそれがある。従って、作動油の吸込管路のみならず、このトランスミッションも十分に予熱しておく必要がある。
【０００７】
一方、前記特許文献２に示すような技術では、エンジンの冷却水を燃焼式のヒーターで加熱する方式であるため、海抜２０００ｍを超えるような標高が高い地域では、酸素濃度が低く、良好な燃焼が難しい。さらに、前記特許文献３に示すような技術では、ヒーティング機能は十分であるが、メンテナンスなどによってメインの電動モーターを停止した場合には機能しないという不都合がある。
【０００８】
そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、流体が流れる循環路全体を効率的に予熱できる新規な予熱ユニットを備えた建設機械およびその予熱方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために第１の発明は、流体を循環させる循環路にバイパス路を設け、当該バイパス路に、ヒーターとバイパス用ポンプとからなる予熱ユニットを備えたことを特徴とする建設機械である。このような構成によれば、循環路において流体の循環が停止した状態であってもバイパス路を介して流体を循環させながらその流体を加熱できるため、その循環路全体を効率的に予熱することができる。また、既存の循環路に対して後付けで付設できることから、優れた汎用性を発揮できる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記バイパス路を、前記循環路に設けられた循環ポンプの上流側と下流側間に設け、前記予熱ユニットのバイパス用ポンプは、前記循環路のポンプと同じ方向に流体を循環させることを特徴とする建設機械である。このような構成によれば、循環ポンプが停止した状態であっても循環路のポンプと同じ方向に流体を確実に循環させながらその流体を加熱できるため、その循環路全体を効率的に予熱することができる。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明において、前記循環路は、作動油タンクとメインポンプ間で潤滑油を循環するようになっており、前記バイパス路を、前記作動油タンクとメインポンプ間の循環路に並列に設け、当該循環路と前記バイパス路で作動油の循環ループを形成することを特徴とする建設機械である。このような構成によれば、作動油タンクとメインポンプ間に形成される大ループの循環路に、バイパス路によって小ループの循環路を形成することができるため、メインポンプが停止した状態であっても少ない熱量で作動油タンク内の作動油をバイパス路を介して予熱しながら循環することができる。
【００１２】
第４の発明は、第１または第２の発明において、前記循環路は、トランスミッション用のミッションオイルを循環させる循環路であることを特徴とする建設機械である。このような構成によれば、トランスミッションおよびその循環ポンプが停止した状態であってもその循環路内でミッションオイルを確実に循環させながら加熱できるため、そのトランスミッション全体を効率的に予熱することができる。
【００１３】
第５の発明は、第１乃至第３の発明において、前記循環路は、原動機用の冷却水を循環させる循環路であることを特徴とする建設機械である。このような構成によれば、エンジン（内燃機関）や電動モーターなどの原動機およびその循環ポンプが停止した状態であってもその循環路内で冷却水を確実に循環させながら加熱できるため、そのエンジン全体を効率的に予熱することができる。
【００１４】
第６の発明は、第３の発明において、前記バイパス路は、前記作動油タンクとサクションタンクとの間を接続することを特徴とする建設機械である。このような構成によれば、作動油タンク内の作動油の循環が停止した状態であっても作動油タンクとサクションタンクとの間で作動油を確実に循環させつつこれら全体を効率的に予熱することができる。
【００１５】
第７の発明は、第１乃至第６の発明に関する予熱方法であって、原動機が停止しているときの外気温度と前記流体温度とを計測し、前記外気温度が第１の所定値Ｔ１未満でかつ前記流体温度が第２の所定値Ｔ２（但し、Ｔ１＜Ｔ２）未満のときは前記予熱ユニットのヒーターによる流体の加熱とバイパス用ポンプによる流体循環を実施し、前記外気温度が前記第１の所定値Ｔ１未満でかつ前記流体温度が前記第２の所定値Ｔ２以上のときは前記予熱ユニットのバイパス用ポンプによる流体循環のみを実施することを特徴とする建設機械の予熱方法である。このような予熱方法によれば、予熱が必要な場合にのみ流体（油種）を加熱できるため、無駄のない効果的な予熱を実施することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、エンジンが停止してトランスミッションの循環路などにおいてミッションオイルなどの流体の循環が停止した状態であってもバイパス路を介してその流体を循環させながら加熱できるため、その循環路全体を効率的に予熱することができる。また、既存の循環路に対してバイパス路を分岐してそのバイパス路に予熱ユニットを取り付けた構造となっているため、既存の建設機械に対しても容易に後付けで付設できる。さらに、エンジンの停止中における外気温や油温などの変化に応じて予熱ユニットによる流体の循環および加熱を細かく制御したため、無駄な電力消費を抑えつつ効率的な予熱処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る建設機械（油圧ショベル）１００の実施の一形態を示す縦断面図である。
【図２】建設機械（油圧ショベル）１００のパワートレイン付近の構成を示す模式図である。
【図３】トランスミッション６０の循環路６０Ａの構成を示す模式図である。
【図４】本発明に係る予熱ユニット６７を用いた予熱制御の流れを示すフォローチャート図である。
【図５】従来の建設機械（油圧ショベル）のパワートレイン付近の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る建設機械の１つである油圧ショベル１００の実施の一形態を示したものである。図示するようにこの油圧ショベル１００は、下部走行体１０と、この下部走行体１０上に旋回自在に設けられた上部旋回体２０とから主に構成されている。下部走行体１０は、図示しない走行体フレームに互いに平行に位置する一対のクローラ１１を有しており、このクローラ１１には、それぞれの履帯を駆動して走行するための油圧駆動式の走行モーター１２が設けられている。
【００１９】
一方、上部旋回体２０は、旋回体フレーム４０上に設置されたエンジン室２２と、このエンジン室２２の前方左側に設けられた運転室２３と、この運転室２３の右側から前方に延びるフロント作業機３０と、このフロント作業機３０との重量バランスを図るべくエンジン室２２の後方に設けられたカウンターウエイト２４とから主に構成されている。
【００２０】
フロント作業機３０は、旋回体フレーム４０側から前方に延びるブーム３１と、このブーム３１の先端に揺動自在に設けられたアーム３２と、このアーム３２の先端に揺動自在に設けられたバケット３３とから主に構成されており、これらブーム３１、アーム３２、バケット３３は、それぞれ油圧で伸縮するブームシリンダー３４、アームシリンダー３５、バケットシリンダー３６によってそれぞれ動作する。そして、これらブームシリンダー３４、アームシリンダー３５、バケットシリンダー３６、走行モーター１２などは、エンジン室２２内に設けられたメインポンプ５０（図２）から供給される圧油（作動油）によって動作するようになっている。
【００２１】
このメインポンプ５０は、図２に示すようにトランスミッション６０を介してエンジン７０と接続されており、エンジン７０の駆動力によって作動油タンク８０内の作動油を、サクション配管８１ａ、サクションタンク８２、サクションパイプ８３を経て吸い込み、その圧油を前記ブームシリンダー３４、アームシリンダー３５、バケットシリンダー３６、走行モーター１２などのアクチュエータに送るようになっている。このメインポンプ５０は、１つのトランスミッション６０に対して複数設けられており、作動油タンク８０内の作動油はサクションタンク８２から複数のサクションパイプ８３，８３…に分流して各メインポンプ５０、５０…に吸い込まれるようになっている。
【００２２】
そして、各メインポンプ５０、５０…から吐出された高圧の作動油は、前記アクチュエータから戻り配管８１ｂを介して作動油タンク８０に戻されるようになっている。すなわち、この作動油タンク８０と各メインポンプ５０、５０…間には、サクション配管８１ａ、サクションタンク８２、サクションパイプ８３および戻り配管８１ｂによって一方向の大ループの循環路８０Ａが形成されている。
【００２３】
トランスミッション６０は、エンジン７０の回転駆動を増速あるいは減速して各メインポンプ５０、５０…に歯車で伝達する変速機であり、作動時は潤滑ポンプ６１によって常時潤滑油（ミッションオイル）が供給されるようになっている。図３は、このトランスミッション６０におけるミッションオイルの流れを示した模式図である。図示するように、潤滑ポンプ６１から送り出されたミッションオイルは、送油管６１を介して分流兼中継ブロック６２から各細管６２ａ，６２ａ…に分流して各ベアリングＢ、Ｂ…やギアに供給されてこれらを潤滑するようになっている。さらに、この分流兼中継ブロック６２に流れたミッションオイルの一部はそのまま分流ブロック６３に流れ、この分流ブロック６３から各細管６３ａ，６３ａ…に分流して他の各ベアリングＢ、Ｂ…やギアに供給されてこれらを潤滑するようになっている。
【００２４】
また、各ベアリングＢ、Ｂ…やギアに供給されたミッションオイルは、各細管６２ｂ、６２ｂ…、６３ｂ、６３ｂ…を介して合流ブロック６４，６５に流れて合流し、各戻油管６４ａ、６５ａを介して潤滑ポンプ６１側に戻るようになっている。すなわち、ミッションオイルは、送油管６１ａと、細管６２ａ，６２ａ…、６２ｂ、６２ｂ…、６３ａ，６３ａ…、６３ｂ、６３ｂ…および戻油管６４ａ、６５ａで形成される循環路６０Ａ内を循環するようになっている。なお、この戻油管６４ａ、６５ａには、それぞれサクションフィルター６４ｂ、６５ｂが設けられており、ミッションオイル中に鉄粉などの固形物が混入した際にはこれを濾過して分離するようになっている。
【００２５】
そして、この循環路６０Ａ中において送油管６１と戻油管６４ａ、６５ａとの間には、潤滑ポンプ６１を迂回するようにバイパス管６６が接続されており、戻油管６４ａ、６５ａを流れるサクションフィルター６４ｂ、６５ｂを出た直後のトランスミッションオイルを接続管６６ａを介して抜き出して直接送油管６１に対して同じ方向に流すようになっている。さらに、このバイパス管６６には、バイパス用ポンプ６７ａと電熱式のヒーター６７ｂとを一体化した予熱ユニット６７が設けられており、バイパス用ポンプ６７ｂによってミッションオイルをバイパス管６６側に抜き出し、抜き出したミッションオイルをヒーター６７ｂで加熱してから送油管６１側に流すようになっている。
【００２６】
一方、図２に示すようにエンジン７０にも冷却水が流れる循環路７０Ａが形成されている。この循環路７０Ａは、エンジン７０内に形成された第１の循環路７１ａと、エンジン７０とラジエータ間に形成された第２の循環路７１ｂとから構成されている。そして、第１の循環路７１ａに設けられた循環ポンプ７２によってエンジン７０内で冷却水を循環させると共に、その冷却水の温度が上昇すると、サーモスタット７３が作動して第１の循環路７１ａと第２の循環路７１ｂと連通して第２の循環路７１ｂ側に高温となった冷却水を流し、これをラジエータ７４および冷却ファン７５によって空冷して第１の循環路７１ａ側に戻すようになっている。
【００２７】
そして、図示するように、このエンジン７０の循環路７０Ａにも前記トランスミッション６０と同様に循環ポンプ７２を迂回するようにバイパス管７６と予熱ユニット７７とが設けられており、この循環路７０Ａを流れる冷却水を抜き出して加熱し、これを循環路７０Ａに対して同じ方向に戻すようになっている。なお、この予熱ユニット７７もバイパス用ポンプ７７ａと電熱式のヒーター７７ｂを一体化したものから構成されている。
【００２８】
また、同図に示すように、作動油タンク８０とサクションタンク８２との間も、予熱ユニット８４を備えたバイパス管８３によってサクションパイプ８１ａと並行に接続されており、予熱ユニット８４のバイパス用ポンプ８４ａによってサクションタンク８２内の作動油を抜き出すと共に、これを電熱式のヒーター８４ｂで加熱して作動油タンク８０の中程に直接戻すようになっている。すなわち、このバイパス管８３によって大ループである循環路８０Ａと並行に小ループの循環路が形成されるようになっている。
【００２９】
そして、これらの各予熱ユニット６７，７７，８５は、コントローラ（情報処理装置）９０によってその作動が自動制御されている。このコントローラ９０は、図示しない各種センサー（油温センサー、気温センサ）やエンジンコントーロルユニット（ＥＣＵ）からの入力信号などに基づいて各予熱ユニット６７，７７，８５を制御するようになっている。
【００３０】
図４は、このコントローラ９０によるトランスミッション６０用の予熱ユニット６７に関する制御の流れを示したものである。先ず、このコントローラ９０は、最初のステップＳ１００においてエンジン７０が停止しているか否かを判断し、停止していないと判断したとき（ＮＯ）は、処理を終了するが、エンジン７０が停止していると判断したとき（ＹＥＳ）は、次のステップＳ１０２に移行する。
【００３１】
ステップＳ１０２では、温度センサーからの入力値に基づき外気温度が−１０℃未満であるか否かを判定し、−１０℃未満でない、すなわち−１０℃以上でミッションオイルの凍結のおそれがないと判断したとき（ＮＯ）は、そのまま処理を終了するが、外気温度が−１０℃未満で凍結のおそれがあると判定したとき（ＹＥＳ）は、次のステップＳ１０４に移行する。ステップＳ１０４では、油温センサーからの入力値に基づきミッションオイルの温度（油温）が３０℃未満か否かを判定し、３０℃未満であると判断したとき（ＹＥＳ）には、ステップＳ１０８に移行して予熱ユニット６７のヒーター６７ａおよびバイパス用ポンプ６７ｂを始動して図２に示すように循環路６０Ａ内のミッションオイルを潤滑ポンプ６１の上流側からバイパス管６６側に抜き出すと共に、これをヒーター６７ｂで加熱して潤滑ポンプ６１の下流側に送り出す。
【００３２】
このとき停止中の潤滑ポンプ６１ではミッションオイルの流れが停止しているため、潤滑ポンプ６１の下流側に送り出されたミッションオイルは、潤滑ポンプ６１側へは流れずに図３に示したように送油管６１ａから分流兼中継ブロック６２および分流ブロック６３側へ流れ、各細管６２ａ、６２ａ…、６３ａ、６３ａ…、各ベアリングＢ、Ｂ…およびギア、各細管６２ｂ、６２ｂ…、６３ｂ、６３ｂ…を順次通過した後、合流ブロック６４、６５から戻油管６４ａ、６５ａに流れ出てサクションフィルタ６４ｂ、６５ｂを通過してバイパス管６６に抜き出され、再びヒーター６７ｂで加熱されて循環路６０Ａ内を循環することになる。これによって、トランスミッション６０全体が適温に保温されるため、外気温が例えば−４０℃以下の極寒状態になってもミッションオイルが凍結するなどといった不都合を防止することができる。
【００３３】
一方、前記ステップＳ１０４においてミッションオイルの温度（油温）が３０℃未満でない、すなわち３０℃以上であると判断したとき（ＮＯ）は、次のステップＳ１０６に移行して予熱ユニット６７のバイパス用ポンプ６７ｂのみを始動して循環路６０Ａ内のミッションオイルを潤滑ポンプ６１の上流側からバイパス管６６側に抜き出して、これを潤滑ポンプ６１の下流側に送り出す。これによって、循環路６０Ａ内で油温が３０℃以上のミッションオイルが循環されてミッションオイル自体の熱でトランスミッション６０全体が適温に保温されるため、ヒーター６７ｂによる無駄な加熱を防止して電力消費を抑制することができる。
【００３４】
次のステップＳ１１０では、潤滑ポンプ６１のみによる循環中において外気温の低下などによってその油温が３０℃未満になったか否かを判断し、３０℃未満になっていないと判断したとき（ＮＯ）は、ステップＳ１１３に移行するが、３０℃未満になったと判断したとき（ＹＥＳ）は、ステップＳ１１２に移行してさらに電熱式のヒーター６７ｂを始動（通電）する。これによって、バイパス管６６に抜き出されたミッションオイルが加熱されて循環路６０Ａに流れるため、油温低下によるミッションオイルの凍結をより確実に防止することができる。なお、このヒーター６７ｂの加熱により油温が３０℃を大幅に超えたときなどには、このヒーター６７ｂのみを停止するようにしても良い。
【００３５】
次のステップＳ１１４では、図示しないＥＣＵなどからの入力信号に基づいてエンジン７０が始動したか否かを判断する。エンジン７０が始動していないと判断したとき（ＮＯ）は、そのままミッションオイルの循環を継続するが、エンジン７０が始動したと判断したとき（ＹＥＳ）は、次のステップＳ１１６に移行してヒーター６７ａおよびバイパス用ポンプ６７ｂを停止して予熱ユニット６７によるミッションオイルの循環および加熱を停止して処理を終了する。
【００３６】
一方、前記ステップＳ１１３においても同様に、図示しないＥＣＵなどからの入力信号に基づいてエンジン７０が始動したか否かを判断し、エンジン７０が始動していないと判断したとき（ＮＯ）は、そのままバイパス用ポンプ６７ｂのみによるミッションオイルの循環を継続するが、エンジン７０が始動したと判断したとき（ＹＥＳ）は、次のステップＳ１１５に移行してバイパス用ポンプ６７ｂを停止することで予熱ユニット６７によるミッションオイルの循環を停止して処理を終了する。このように、エンジン７０の停止中における外気温や油温などの変化に応じて予熱ユニット６７によるミッションオイルの循環および加熱を細かく制御すれば、無駄な電力消費を抑えつつ効率的な予熱処理を実施することができる。
【００３７】
そして、他の予熱ユニット７７，８５においてもこれと同様な制御を行うことにより、作動油や冷却水の凍結を効率良く防止することができる。この場合、各油種の凍結温度に応じてその始動温度を適宜調整すればより効率の良い予熱処理を実施することができる。例えばミッションオイルおよび冷却水の凍結温度が−１０℃であるのに対し、作動油の凍結温度が−２０℃である場合には、外気温が−１０℃になったときは予熱ユニット６７と、７７だけによる予熱処理を実施し、外気温が−２０℃になったときにさらに作動油タンク８０側の予熱ユニット８５による予熱処理を実施するようにすれば、さらに無駄な電力消費を抑制することが可能となる。
【００３８】
このように本発明はエンジン７０が停止してトランスミッション６０の循環路６０Ａなどにおいてミッションオイルなどの流体の循環が停止した状態であってもその流体をバイパス路６６を介して同じ方向に循環させながら加熱できるため、その循環路６０Ａ全体を効率的に予熱することができる。また、既存の循環路６０Ａに対してバイパス管６６を分岐してそのバイパス管６６に予熱ユニット６７を取り付けた構造となっているため、既存の建設機械に対しても容易に後付けで付設できることから、優れた汎用性を発揮できる。また、前述したように、エンジン７０の停止中における外気温や油温などの変化に応じて予熱ユニット６７によるミッションオイルの循環および加熱を細かく制御すれば、無駄な電力消費を抑えつつ効率的な予熱処理を実施することができる。
【００３９】
図５は、本発明のような予熱ユニットを有しない従来の構成例を示したものである。すなわち、エンジン７０の冷却水の予熱は、本発明と同様にその循環路７０Ａにバイパス管７６を付設し、その循環路７０Ａから冷却水をバイパス管７６側に抜き出して加熱するものであるが、その加熱手段は、燃焼式のヒーター７８を使用するものであるため、高地のような酸素濃度の低い場所で良好な燃焼が難しい上に、その構成も複雑となる。また、サクションタンク８２に複数の棒ヒーター８６，８６を取り付け、これに通電してサクションタンク８２内の作動油を加熱しようとするものであるが、このような構成では、加熱箇所が局所的であり、全体を効率的に予熱するのは困難である。さらに、潤滑油（ミッションオイル）の凍結による焼付きなどを防止する必要があるトランスミッション６０ではこれを効率的に予熱することができなかった。
【００４０】
なお、本実施の形態では、エンジン７０によってトランスミッション６０を駆動するような構成としたが、原動機としてこのエンジン７０に代えて電動モーターを使用した場合でも同様に適用できることは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
１００…建設機械（油圧ショベル）
５０…メインポンプ
６０…トランスミッション
６０Ａ、７０Ａ、８０Ａ…循環路
６１…潤滑ポンプ
６６、７６、８４…バイパス管（路）
６７、７７、８５…予熱ユニット
６７ａ、７７ａ、８４ａ…電熱式ヒーター
６７ｂ、７７ｂ、８４ｂ…バイパス用ポンプ
７０…エンジン（原動機）
７２…循環ポンプ
８０…作動油タンク
８１ａ…サクションパイプ
８１ｂ…戻り配管
８２…サクションタンク
８３…サクションパイプ
９０…コントローラ
【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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