(57)【要約】【解決手段】ターンテーブルの回転軸から離れた位置にある軸を中心にして回転させることができるように、ターンテーブル上に軸回転可能に取り付けられているアームを有する、回転させることのできるターンテーブルを含んでいるロボットシステム。アームの回転軸は、ターンテーブルを基部上に支持する軸受よりも、ターンテーブルの回転軸の近くに配置されている。アームは、ターンテーブルの下方に位置する、アームの回転軸を横断する方向に伸張する部分を有している。ターンテーブルは、基部の上に、共通平面に位置する部分を有する単一の軸受によって支持されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットシステムにおいて、
基部（２）と、
第１軸（１１）を中心にして前記基部に対して回転させることのできるターンテーブル（８）であって、前記第１軸から第１距離だけ間隔を空けた位置で前記基部と接触している軸受（９）を含んでいるターンテーブルと、
前記第１軸に概ね平行な第２軸（１２）を中心にして回転させることのできる、前記ターンテーブルに軸回転可能に取り付けられているアーム（４）であって、前記第２軸は、前記第１軸から、前記第１距離より短い第２距離に配置されている、アームと、
前記アームによって支持されており、少なくとも１つの機能を実行するために配置されている工具と係合できるようになっている継手と、を備えているシステム。
【請求項２】
ロボットシステムにおいて、
基部（２）と、
第１軸（１１）を中心にして前記基部に対して回転させることのできるターンテーブル（８）であって、前記第１軸から第１距離だけ間隔を空けた位置で前記基部と接触している軸受（９）を含んでいるターンテーブルと、
前記第１軸から間隔を空け且つ前記第１軸に概ね平行に配置されている第２軸（１２）を中心にして回転させることのできる、前記ターンテーブルに軸回転可能に取り付けられているアーム（４）であって、前記アームの少なくとも一部分は、使用中には前記軸受の下方に位置している、アームと、
前記アームによって支持されており、少なくとも１つの機能を実行するために配置されている工具と係合できるようになっている継手と、を備えているシステム。
【請求項３】
前記第２軸は、前記第１軸から、前記第１軸と前記軸受の間の最小距離より短い距離だけ間隔を空けて配置されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
単一の軸受が、前記ターンテーブルを前記基部の上に、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向に、そして前記第１軸を中心に回転させることができるように支持している、請求項１から３の何れかに記載のシステム。
【請求項５】
前記アームの少なくとも一部分は、使用中には、前記ターンテーブルの下方に位置している、請求項１から４の何れかに記載のシステム。
【請求項６】
前記アームの一部分は、前記第２軸を横断する方向に伸張している、請求項１から５の何れかに記載のシステム。
【請求項７】
前記継手と係合されている工具（５）は、前記アームの下方に位置する工作物と係合するように配置されている、請求項１から６の何れかに記載のシステム。
【請求項８】
前記軸受は、前記基部と係合する環状部を含んでいる、請求項１から７の何れかに記載のシステム。
【請求項９】
前記アームは、前記第２軸に沿って動かすことができる、請求項１から８の何れかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記アームの一部分は、前記軸受の上方に伸張し、前記アームの別の部分は、前記軸受の下方に位置している、請求項１から９の何れかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記基部は、前記ターンテーブルを支持する上部（２２）を含んでおり、少なくとも１つの脚部（３）が前記上部の下方に伸張しており、前記少なくとも１つの脚部は、少なくとも部分的には前記ターンテーブルの下方に位置している、請求項１から１０の何れかに記載のシステム。
【請求項１２】
前記上部は、前記軸受で前記ターンテーブルと係合している、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記アームの少なくとも一部分は、前記第２軸を横断する方向に前記少なくとも１つの脚部を越えた位置まで伸張させることができる、請求項１１又は１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記基部は、上部（２２）を含んでおり、複数の脚部（３）が、前記上部の下方に伸張し、前記ターンテーブルの下方に位置している作業領域（７）の上方に前記上部を支持しており、前記上部は、前記軸受で前記ターンテーブルと係合している、請求項１から１３の何れかに記載のシステム。
【請求項１５】
前記アームは、前記継手と係合している工具が前記作業領域に位置している工作物を操作することができるように、前記第２軸に沿って前記作業領域に向けて動かすことができる、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記継手（６）は、複数の工具（５）と取り外し可能に係合させることができるようになっており、前記複数の工具は、それぞれ、他の工具と比較して独自の機能を実行できるようになっている、請求項１から１５の何れかに記載のシステム。
【請求項１７】
前記ターンテーブルとアームを前記第１及び第２軸に対してそれぞれ動かすためのターンテーブルとアームの駆動装置（８１、４１、４２）を更に備えている、請求項１から１６の何れかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットシステムは、対象物を巧みに操作し、また他の仕事を実行するために広く使用されている。１つの一般的な型式のロボットシステムとしては、米国特許第６，４９１，４９１号に記載されているようなＳＣＡＲＡ（選択合致アセンブリロボットアーム）システムがある。例えば、米国特許第６，４９１，４９１号の図７から図１０に示すように、ロボットは、ターンテーブル２２を含んでおり、その上には、第１アーム３１と第２アーム３２を有する移送部３が、軸回転可能に取り付けられている。移送部３は、この実施形態では、半導体ウェーハを操作するために使用されるハンド部４を支持している。第１アーム３１は、ターンテーブル２２の回転軸１ａからオフセットしている第１回転軸２ａを中心に回転可能になっている。
【特許文献１】米国特許第６，４９１，４９１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の発明人は、ある種の用途では、標準的なＳＣＡＲＡロボット構成が、ロボットアームに適する支持を提供していないことを理解している。結果的に、ある種の用途では、特にアームが迅速な運動を行う時、及び／又は比較的重い質量を支持する時には、ロボットアームを正確且つ繰り返し位置決めするのが難しいこともある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様では、ＳＣＡＲＡ型ロボットシステムは、ロボットアームの堅固な支持に強化された剛性を提供する。１つの実施形態では、ロボットシステムは、基部と、基部に対して第１軸を中心にして回転させることのできるターンテーブルを含んでいる。ターンテーブルは、第１軸から第１距離だけ間隔を空けた位置で基部と接触する軸受を含んでいる。アームは、ターンテーブルに軸回転可能に取り付けられており、第１軸から第１距離より短い第２距離だけ間隔を空けて配置されている第２軸を中心にして回転させることができる。継手は、アームに支持されており、ロボット工具、ハンド、又は把持、液体試料の取扱、対象物の巧みな操作などの様な少なくとも１つの機能を実行するために配置されている他の装置と係合させることができるようになっている。この実施形態によれば、アームを軸受支持部よりターンテーブルの回転軸に近い地点で軸旋回可能に取り付けることにより、ターンテーブルがターンテーブル及び／又はアームの運動の間に撓む能力は、低減又は削除される。而して、アームに提供されている支持剛性は、他の類似のシステムと比較して強化される。例えば、幾つかの実施形態では、アームの回転軸を軸受よりターンテーブルの回転軸の近くに配置すると、アームを支持しているターンテーブルの片持ち梁部分が存在しなくなる。その代わり、アームを支持しているターンテーブルのその部分は、それ自体、アームの反対（直径方向反対）側、及びターンテーブルの回転軸上に位置する基部上の２つ（又はそれ以上）の支持地点によって効果的に支持されることになる。
【０００５】
本発明の別の態様では、ＳＣＡＲ型ロボットのアーム（例えば、前アーム）の半径方向に伸張している部分は、支持するターンテーブルの下方に位置している。例えば、１つの実施形態では、ロボットシステムは、基部と、第１軸を中心にして基部に対して回転させることのできるターンテーブルを含んでいる。ターンテーブルは、第１軸から第１距離だけ間隔を空けた位置で基部と接触する軸受を含んでいる。アームは、ターンテーブルに軸回転可能に取り付けられており、第１軸から間隔を空けて平行に配置されている第２軸を中心にして回転させることができる。少なくともアームの一部分、例えば第２軸に垂直な半径方向に伸張している部分は、ロボットの使用中には、軸受の下に位置している。継手は、アームによって支持されており、工具、ハンド、又は少なくとも１つの機能を実行するように配置されている他の装置と係合させることができるようになっている。ターンテーブル及びその支持軸受に対してアームを逆に配置すると、ロボットアームを短くすることができ、それでも、ターンテーブルの回転軸の真下に位置している比較的大きい作業領域で対象物を巧みに操作することができる。
【０００６】
本発明の別の態様では、ＳＣＡＲＡ型ロボットは、基部に対してターンテーブルを支持する単一の軸受のみを含んでいる。例えば１つの実施形態では、ロボットシステムは、基部と、第１軸を中心にして基部に対して回転させることのできるターンテーブルを含んでいる。単一の軸受は、ターンテーブルを基部上に、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に、そして第１軸を中心としてターンテーブルを回転させることができるように、支持している。アームは、ターンテーブルに軸回転可能に取り付けられており、第１軸から間隔を空けて平行に配置されている第２軸を中心にして回転させることができる。継手は、アームによって支持されており、工具、ハンド、又は少なくとも１つの機能を実行するように配置されている他の装置と係合させることができるようになっている。ターンテーブルと基部の間に単一の軸受のみを設けることにより、ロボットをより容易に取り付けることができ、ロボットの製造時の公差を低減することができる。１つの実施形態では、軸受は、ターンテーブルの周辺部付近でターンテーブルと係合する環状又は輪状の形状を有している。
【０００７】
本発明の上記及びこの他の態様は、以下の説明及び特許請求の範囲の内容から明白となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の態様を添付図面を参照しながら説明してゆくが、各図中、同じ番号は類似の要素を表している。
本発明は、その適用において、以下の説明で記述し又は図面で図解している詳細な構造及び部品の配置に限定されるものではない。本発明は、他の実施形態も可能であり、様々な方法で具体化し、又は実施することができる。例えば、本発明の例示的実施形態は、液体を取り扱う環境での使用に関して、以下に説明されている。しかしながら、本発明の態様は、どの様な適した用途のためのロボットシステムにおいても使用することができるものと理解されたい。
【０００９】
図１は、ロボットシステム１の例示的実施形態を示しており、このシステムは、作業面７の上方の基部２の上部を支持するため１つ又はそれ以上の垂直脚部３を有している基部２を含んでいる。基部２は、概ね垂直な軸を中心にして基部２に対して回転できるように配置されているターンターブル８（図２参照）を支持している。本発明の１つの態様によれば、ターンテーブル８は、一部分がターンテーブル８の下方に位置する状態で軸回転可能に取り付けられているアーム４を有している。この実施形態では、アーム４は、ターンテーブル８の下方で半径方向に伸張している部分、即ち、アームがターンテーブル８に対して回転する中心軸を横断する方向に伸張している部分、を有している。その様な配置は、ターンテーブルに取り付けられているアームが、通常はターンテーブルの上方に配置されているＳＣＡＲＡ型ロボットでは通常見られないものである。本発明の態様によるこの逆転配置により、アーム４は、比較的短い半径方向に伸張する部分を有しながらも、比較的大きい作業面７に効果的にサービスを提供できるようになる。即ち、米国特許第６，４９１，４９１号に記載されたものと同様に構成されたＣＡＲＡ型ロボットは、ターンテーブルの周囲に位置する作業領域（例えば、環状形状の作業領域）の中の工作物と係合するように配置されている。対照的に、図１に示すような配置は、ターンテーブル８の下方の円形形状の作業領域で作動させることができる。而して、米国特許第６，４９１，４９１号のようなロボット構成は、本発明のこの態様に従って構成されたロボットシステムと比較して、所与の大きさの作業面と相互作用できるようにするためには比較的長い前アームを必要とする。
【００１０】
アーム４は、把持、ピペット採取、又は他の材料取扱の機能の様な１つ又はそれ以上の機能を実行できるようになっている工具５と取り外し可能に係合する継手６を含んでいる。継手６は、アーム４が工具５を切り離し、例えば、異なる機能を実行するため、別の工具５と取り替えることができるように配置されている。継手６は、垂直方向に工具５と係合させることができ、即ち、継手６は、工具５と係合し又はこれを切り離すために垂直方向に動かすことができ、工具に対して、物理的支持を、更には工具５を制御し及び工具５に電力を供給するための電気的及びその他の接続を、供給することもできる。しかしながら、継手６は、より永続的な接続を提供して、工具５の容易な交換ができないようにしてもよい。ターンテーブル８を回転さ、アーム４をターンテーブルに対して軸回転させ、及び／又はアーム４を垂直方向に伸張させることによって、工具５を巧みに操作し、作業面７上の１つ又はそれ以上の工作物に対してどの様な適した作業でも実行させることができる。例えば、例示的実施形態における作業面７は、１つ又はそれ以上のマイクロタイターウェルプレート又は他の試料ホルダが配置されている複数の凹部領域を含んでいる。更に、図１に示すように、アーム４は、工具５が作業面７の外側に配置されるように、動かすこともできる。これにより、工具５を使って、作業面７の外側に位置している対象物を持ち上げ又は置き、或いは、工具５を別のものに取り替える様な他の所望の操作を実行させることもできるようになる。
【００１１】
本発明の１つの態様では、アームは、ターンテーブルに軸回転可能に取り付けられており、ターンテーブルの回転中心軸から間隔を空けて概ね平行に配置されている軸を中心にして回転可能である。アームの回転軸とターンテーブルの回転軸の間の距離は、ターンテーブルの回転軸と、基部上でターンテーブルを支持している軸受の間の距離より短い。図２に示すように、ターンテーブル８は、ターンテーブル駆動装置８１の制御の下に概ね垂直な第１軸１１を中心にして回転可能である。ターンテーブル駆動装置８１は、１つ又はそれ以上のモータ、ギヤ、変速機、回転エンコーダ、又は他の位置検出装置、などを含んでいる。要約すると、ターンテーブル駆動装置８１は、ターンテーブル８を所望の方法で第１軸１１を中心にして回転させるための、どの様な適した構成要素を含んでいてもよい。この例示的実施形態では、ターンテーブル８は、基部２に対して高度に位置制御された状態で第１軸１１を中心にして回転する。更に、アーム４は、第１軸１１と概ね平行に、第１軸１１から間隔を空けて配置されている第２軸１２を中心にしてターンテーブル８に対して回転可能である。アーム４は、アーム回転駆動装置４１で第２軸１２を中心にして回転させることができ、このアーム回転駆動装置は、ターンテーブル駆動装置８１と同様に、１つ又はそれ以上のモータ、クラッチ、変速機、位置エンコーダ、などの様な、どの様な適した構成要素を含んでいてもよい。
【００１２】
図２から分かるように、第２回転軸１２は、基部２の上にターンテーブルを支持している軸受９よりも第１軸１１の近くに配置されている。この例示的実施形態では、軸受９は、それぞれ基部２の上のフランジ２１とターンテーブル８の周辺部付近に接合されている、一対の環帯又は輪状のレースを含んでいる。しかしながら、軸受は、どの様な数の部品を含んでいても、及び／又は別々の部分、例えば基部２に対してターンテーブル８を一体となって支持する２つ又はそれ以上の弓状の部分を有していてもよいものと理解されたい。この実施形態では、軸受９は、ターンテーブルを、水平面内（ｘ及びｙ方向）に、及び垂直方向（ｚ方向）に支持し、且つターンテーブル８が、第１軸１１を中心にして回転できるようにしている。第２回転軸１２を軸受９より第１回転軸１１近くに配置することにより、アーム４は、ターンテーブル８によって非常に高い剛性で支持されることになる。従来式のＳＣＡＲＡ型ロボットシステムでは、アームの回転軸は、ターンテーブル８を支持するために使用されている１つ又はそれ以上の軸受よりも第１回転軸１１から更に遠い地点に配置されている。（この点に関し、ターンテーブルの回転軸からの距離は、軸からの垂直方向の距離である。）結果として、従来式のＳＣＡＲＡ型ロボットでは、ターンテーブル８の片持ち梁の部分が、アーム４を支持するのに使用されている。この片持ち梁式の配置は、場合によっては、アーム及び／又はターンテーブル８の運動の間に、片持ち梁の部分の好ましくない撓み又は他の運動を許容してしまうこともある。対照的に、図２に示すような本発明の態様による実施形態は、アーム４を支持するターンテーブルの片持ち梁の部分を無くすことができる。代わりに、アーム４を支持するターンテーブル８の部分は、２つの相対する支持点の間に、例えば、ターンテーブルの回転軸とアームの回転軸が共に軸受部分の間に配置されるように軸受９の直径方向反対側にある部分の間に、配置することができる。
【００１３】
図２に示している本発明の別の態様は、ターンテーブルが、基部に対して単一の軸受だけで支持されているロボットシステムである。（単一の軸受によって、ターンテーブルの回転軸に沿う共通の平面に配置されている単一の軸受アセンブリが、ターンテーブルを支持しているということを意味している。「単一の」軸受は、ターンテーブルを支持するために一平面内で一体となって機能する複数の軸受部品又は部分の使用を排除するものではない。）例えば、この例示的実施形態では、軸受９だけが、基部２上にターンテーブル９を支持するのに使用されている。上に述べたように、軸受９は、ターンテーブル８をｘ方向、ｙ方向及びｙ方向に支持しながら、ターンテーブル８が回転できるようにしている。その様な配置では、１つの軸受９だけを取り付けて基部２に対して整列させればよいので、ロボットのアセンブリを簡素化することができる。対照的に、ターンテーブルの回転軸に沿って軸方向に２つ（またはそれ以上）の軸受を設置する必要のあるシステムでは、基部上の軸受の相対的な取り付け位置においてより正確な整列が必要になり、そうしなければ、過度の軸受磨耗が生じる可能性がある。この例示的実施形態では、軸受９は、両レースの間に配置された複数の球状の球軸受を介して互いに係合する一対の適切に配置されたレースを含んでいる。しかしながら、軸受９は、他の適した方法で配置してもよいものと理解されたい。例えば、軸受９は、実際、ある種の実施形態では、ターンテーブルをｚ方向に支持するのに使用されるスラスト型軸受とターンテーブルをｘｙ面内で支持するジャーナル軸受の様な２つ又はそれ以上の別個の部品を有している。
【００１４】
この例示的実施形態では、アーム４は、ターンテーブル８の底部を垂直方向に貫通して軸受９の上方に伸張している管４４を含む上部を有している。しかしながら、アーム４の水平方向又は半径方向に伸張している部分は、常に軸受９の下方に配置されている。管４４は、アーム４を第２軸１２に沿って垂直方向に動かせるように、ターンテーブル８に取り付けられている。これにより、アーム４は、工具５を、必要に応じて作業表面に対し、近付く方向にそして離れる方向に動かせるようになる。管４４は、垂直アーム駆動装置４２によって垂直方向に動かすことができ、この駆動装置は、１つ又はそれ以上のモータ又は他の作動装置、案内路、軸受又はターンテーブル８に対する管４４の運動を案内するための他の装置、１つ又はそれ以上の直線エンコーダ又は他の位置検出装置、又は他の適した構成要素含んでいてもよい。例えば、垂直アーム駆動装置４２は、リードスクリューを回転するように駆動するモータを含んでいてもよい。ボール、ナット、又はリードスクリューと係合する他の装置は、管４４を、リードスクリューの回転に基づいて垂直方向に動くように駆動する。勿論、当業者には理解頂けるように、リニアモータ、ラックアンドピニオン式駆動システムなどの様な他の駆動装置も可能である。アーム４は、工具５を回転させ、及び／又は垂直方向に動かせるように作られた工具駆動システム４３を含んでいてもよい。継手６は、当技術では知られているように、アーム４と工具５の間に、空圧的、電気的、機械的、又は他の接続を提供する。取り換え用の又は他の工具５を、テーブル５１又は他の支持部の上に配置し、アーム４を動かして、必要に応じて工具５を切り離し、代りの工具５を取り上げることができるように配置してもよい。
【００１５】
図３と図４は、アーム４が第２軸１２に沿ってターンテーブル８から離れる方向に伸張している構成におけるターンテーブル８とアーム４を示している。図３と図４は、更に、基部２に固定され、ターンテーブル駆動装置８１に物理的な支持を提供する上部支持部２２を示している。この例示的実施形態では、基部２とターンテーブル８の間に空圧的且つ電気的な連結を提供するように構成されているコネクタ２３も示している。その様な連結は、駆動装置４１、４２及び／又は４３に動力を供給し、工具５の様々な部品に動力を供給し、ロボット構成要素に対する制御信号の授受を行うため等に使用することができる。この実施形態では、コネクタ２３は、基部２とターンテーブル８の間の電気的、空圧的、又は他の接続を維持したままで、ターンテーブル８を上部支持部２２に対して回転させることができるような柔軟性を有している。コネクタ２３は、接続地点８２でターンテーブル８に固定的に取り付けられたままの状態で、ターンテーブル８が上部支持部２２に対して回転する際にはターンテーブル８の上部の周りに巻き付く。この実施形態では、ターンテーブル８は、約３６０度又はそれ以上に亘って回転させることができる。しかしながら、当業者には理解頂けるように、この例示的実施形態のターンテーブル８は、一方向に無限に回転できるわけではない。それは、コネクタ２３が有限の長さを有しているからである。代わりの実施形態では、例えば、スリップリング、又は３６０度回転できるようにしながら所望の電気的又は他の連結を維持する他の連結部を提供することにより、ターンテーブル８を上部支持部２２に対して無限に回転できるようにしている。
【００１６】
本発明の或る態様によるもう１つの特徴は、ロボットシステム１の多くの構成要素が、ターンテーブル８の最上部に配置されているということである。更に、比較的大きい寸法のターンテーブル８は、ターンテーブル８の最上部に、様々なロボット構成要素のための比較的大きい空間を提供している。これにより、各構成要素をターンテーブル８の最上部に配置することで、組立工が容易にアクセスできるようになり、同時に、比較的大きい空間が設けられることで、組立工が作業するための、及び構成要素同士を干渉させること無く配置することのできる、大きな空間が生まれることによって、ロボットシステム１を容易にアセンブリできるようになる。
【００１７】
ここで説明した発明の様々な態様は、単独で、又は本発明の１つ又はそれ以上の他の態様と組合せて使用することができるものと理解されたい。而して、例えば、ロボットシステムのターンテーブルと基部の間に単一の軸受を使用することに関わる本発明の態様は、アーム又は水平方向に伸張するアームの少なくとも一部分が、ターンテーブルの上方に配置された配置関係で使用することもできる。同様に、本発明の態様は、ここで説明した本発明の他の態様によって制限を課されるものではない。例えば、アームの回転軸を軸受支持部よりもターンテーブル軸の近くに配置することに関わる本発明の態様による実施形態では、ターンテーブルを、２つ又はそれ以上の軸方向に分離された（即ち、ターンテーブルの回転軸に沿って別の平面内に位置している）軸受によって基部上に支持してもよい。而して、本発明のこの態様は、逆転構造（半径方向に伸張するアーム部分がターンテーブルの下方に位置している）又は単一の軸受で使用することに限定されてはいない。
【００１８】
以上、本発明の幾つかの態様について説明してきたが、当業者には様々な変更、修正及び改良が想起されるであろうことを理解されたい。その様な、変更、修正及び改良は、本開示の一部分であり、本発明の精神及び範囲内にあるものと意図している。従って、ここでの説明及び図面は、例示的なものであり、制限を課すものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の態様によるロボットシステムの斜視図である。
【図２】図１に示すロボットシステムの断面図である。
【図３】図１のロボットシステムのターンテーブルとアームの上面斜視図である。
【図４】図３に示すターンテーブルとアームの底面斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2009524529.tif 000010
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