(57)【要約】【課題】  複数の発光素子を設けることによる悪影響を除くことができ、安定したトルク測定ができる回転体トルク測定装置を提供することである。【解決手段】  駆動側の回転軸に取り付けられる駆動側フランジ部と負荷側の回転軸に取り付けられる負荷側フランジ部との間に中空体部が形成された回転本体と、前記中空体部の中空部に取り付けられるトルク検出部と、前記回転本体の中心部に設けられ、前記トルク検出部よりの出力により発光し光信号を出力する発光素子と、前記発光素子よりの光信号を複数に分岐する光分岐部と、前記光分岐部により分岐された複数の光信号を前記回転本体の外周側に導く複数の貫通部と、前記回転本体の外側に設けられ、前記貫通部によって導かれた光信号を受光する受光部とを備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動側の回転軸に取り付けられる駆動側フランジ部と負荷側の回転軸に取り付けられる負荷側フランジ部との間に中空体部が形成された回転本体と、前記中空体部の中空部に取り付けられるトルク検出部と、前記回転本体の中心部に設けられ、前記トルク検出部よりの出力により発光し光信号を出力する発光素子と、前記発光素子よりの光信号を複数に分岐する光分岐部と、前記光分岐部により分岐された複数の光信号を前記回転本体の外周側に導く複数の貫通部と、前記回転本体の外側に設けられ、前記貫通部によって導かれた光信号を受光する受光部とを備えたことを特徴とする回転体トルク測定装置。
【請求項２】
前記光分岐部が、多面反射ミラーまたは円錐ミラーを有することを特徴とする請求項１に記載の回転体トルク測定装置。
【請求項３】
前記光分岐部が、２次元回折格子と多面反射ミラーとで、または２次元回折格子と円錐ミラーとで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転体トルク測定装置。
【請求項４】
前記光分岐部が、光ファイバによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転体トルク測定装置。
【請求項５】
前記受光部が前記貫通部によって導かれた光信号を導光する導光体を有し、該導光体の表面に光路変換手段が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の回転体トルク測定装置。
【請求項６】
前記受光部が、前記回転本体の外側に設けられた筐体に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の回転体トルク測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体のトルクを回転部に非接触で測定するトルク測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体トルク測定装置は、駆動側の回転軸と負荷側の回転軸との間に取り付けられ回転トルクを非接触で測定するもので、例えば、自動車の車輪により回転させられるシャーシダイナモにおいて測定ロ―ラとブレーキ装置との間の回転トルクの測定に用いられるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、従来の回転体トルク測定装置の正面図であり、図１０は、従来の回転体トルク測定装置の一部を切欠いた側面図である。
【０００４】
図９および図１０に示すように、従来の回転体トルク測定装置５０は、駆動側の回転軸９１と負荷側の回転軸９３との間に取り付けられる回転本体５１と、回転本体５１の外側に固定される固定体５５とで構成され、駆動側の回転軸９１と負荷側の回転軸９３との間に取り付けられる。回転本体５１は、駆動側の回転軸９１のフランジ９２に取り付けられる駆動側フランジ部５２と、負荷側の回転軸９３のフランジ９４に取り付けられる負荷側フランジ部５４と、駆動側フランジ部５２と負荷側フランジ部５４との間の中空体部５３とが一体に形成されたものであり、固定体５５は、負荷側フランジ部５４の外側に設けられる環状部５６と、取付固定部５８を介し環状部５６が固定される筺体５７とで構成されている。
【０００５】
負荷側フランジ部５４の外側に設けられる環状部５６には一次コイル８７が設けられ、負荷側フランジ部５４の外周部には二次コイル８８が設けられ、一次コイル８７と二次コイル８８とで回転トランス８９が構成されて回転本体５１に電力供給が行われる。
【０００６】
中空体部５３の中空部５９には歪ゲージのトルク検出部６１が設けられ、トルク検出部６１よりの出力により発光し光信号を出力する発光素子６７ａ〜６７ｎが負荷側フランジ部５４の外周に沿って複数設けられ、環状部５６には一次コイル８７と並んで発光素子６７ａ〜６７ｎよりの光信号を受光する受光ファイバ７１が取り付けられ、受光ファイバ７１の端部には電気信号に変換する光信号変換部（図示せず）が設けられている。
【０００７】
従って、回転体トルク測定装置５０は、駆動側の回転軸９１が回転駆動するとき、トルク検出部６１よりの出力が発光素子６７ａ〜６７ｎと受光ファイバ７１とを介し光信号変換部により検出され、回転トルクの測定が行われる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２２５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上述べたごとく、従来の回転体トルク測定装置５０は、駆動側の回転軸９１と負荷側の回転軸９３との間に取り付けられ、回転トルクを非接触で測定することができるが、回転本体５１の外周に複数の発光素子６７ａ〜６７ｎを取り付ける必要があるという問題があった。
【００１０】
このように複数の発光素子を必要とすることから、一次コイル８７と二次コイル８８とで構成される回転トランス８９による空中電力供給において多くの電力供給を必要とし、コイルの巻数を増大させる必要が生じるなど、電気回路側での負担が大きいという問題があった。
【００１１】
また、複数の発光素子を必要とすることから、複数の発光素子の固体差によるバラツキ、すなわち、発光素子相互の光量差、指向特性の違いなどの影響を受け、固定体５５側で受光する光信号の波高値にバラツキ変動が生じ、電気特性に悪影響を及ぼすという問題があった。
【００１２】
さらには、回転本体５１の外周に複数の発光素子を設けるものであるため、回転本体５１の回転に伴なう遠心力の影響を各発光素子が強く受け、高速回転時には、発光素子の破損、あるいは信頼性の低下のおそれもあるという問題もあった。
【００１３】
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、複数の発光素子を設けることによる悪影響を除くことができ、安定したトルク測定ができる回転体トルク測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、回転体トルク測定装置において、駆動側の回転軸に取り付けられる駆動側フランジ部と負荷側の回転軸に取り付けられる負荷側フランジ部との間に中空体部が形成された回転本体と、前記中空体部の中空部に取り付けられるトルク検出部と、前記回転本体の中心部に設けられ、前記トルク検出部よりの出力により発光し光信号を出力する発光素子と、前記発光素子よりの光信号を複数に分岐する光分岐部と、前記光分岐部により分岐された複数の光信号を前記回転本体の外周側に導く複数の貫通部と、前記回転本体の外側に設けられ、前記貫通部によって導かれた光信号を受光する受光部とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また本発明は請求項１に記載の発明において、前記光分岐部が、多面反射ミラーまたは円錐ミラーを有することを特徴とする。
【００１６】
また本発明は請求項１に記載の発明において、前記光分岐部が、２次元回折格子と多面反射ミラーとで、または２次元回折格子と円錐ミラーとで構成されていることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は請求項１に記載の発明において、前記光分岐部が、光ファイバによって構成されていることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の発明において、前記受光部が前記貫通部によって導かれた光信号を導光する導光体を有し、該導光体の表面に光路変換手段が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の発明において、前記受光部が、前記回転本体の外側に設けられた筐体に取り付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数の発光素子を設けることによる悪影響を除くことができ、安定したトルク測定ができる回転体トルク測定装置を提供することができる。
【００２１】
すなわち本発明は、１つの発光素子を設け、その発光素子よりの光信号を複数に分岐する光分岐部をさらに設けたので、複数の発光素子を設ける必要がなく、その分だけ消費電力が少なくて済み、電力供給のためのコイルの巻数を低減させることができ、電気回路側での負担が小さくて済むという効果がある。
【００２２】
また本発明によれば１つの発光素子で済むので、発光素子が複数ある場合に生じる固体差によるバラツキが生じることがなく、固定体側で受光する光信号の波高値にバラツキ変動が生じることなく、電気特性に悪影響を及ぼすことがないという効果がある。
【００２３】
また本発明によれば発光素子を回転本体の中心部に設けたので、回転本体の回転に伴なう遠心力の影響を発光素子が強く受けることもないという効果もある。
【００２４】
詳しくは、本発明は、回転体トルク測定装置において、駆動側の回転軸に取り付けられる駆動側フランジ部と負荷側の回転軸に取り付けられる負荷側フランジ部との間に中空体部が形成された回転本体と、前記中空体部の中空部に取り付けられるトルク検出部と、前記回転本体の中心部に設けられ、前記トルク検出部よりの出力により発光し光信号を出力する発光素子と、前記発光素子よりの光信号を複数に分岐する光分岐部と、前記光分岐部により分岐された複数の光信号を前記回転本体の外周側に導く複数の貫通部と、前記回転本体の外側に設けられ、前記貫通部によって導かれた光信号を受光する受光部とを備えたので、１つの発光素子で回転体トルク測定装置を実現することができる。
【００２５】
また本発明は、前記光分岐部が、多面反射ミラーまたは円錐ミラーを有することとしたので、簡単な構成で光を分岐させることができる。
【００２６】
また本発明は、前記光分岐部が、２次元回折格子と多面反射ミラーとで、または２次元回折格子と円錐ミラーとで構成されていることとしたので、簡単な構成で光を分岐させることができる。
【００２７】
また本発明は請求項１に記載の発明において、前記光分岐部が、光ファイバによって構成されていることとしたので、やはり簡単な構成で光を分岐させることができる。
【００２８】
また本発明は請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の発明において、前記受光部が前記貫通部によって導かれた光信号を導光する導光体を有し、該導光体の表面に光路変換手段が形成されていることとしたので、状況に応じた構成を採ることができ、充分な受光効率を得ることができる。
【００２９】
また本発明は請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の発明において、前記受光部が、前記回転本体の外側に設けられた筐体に取り付けられていることとしたので、状況に応じた構成を採ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施の形態による回転体トルク測定装置の正面図である。
【００３２】
また、図２は、図１に示した回転体トルク測定装置の一部を切欠いた側面図である。
【００３３】
図１および図２に示すように、本実施の形態の回転体トルク測定装置１０は、駆動側の回転軸９１と負荷側の回転軸９３との間に取り付けられる回転本体１１と、回転本体１１の外側に固定される固定体１５とで構成され、駆動側の回転軸９１と負荷側の回転軸９３との間に取り付けられる。
【００３４】
回転本体１１は、駆動側の回転軸９１のフランジ９２に取り付けられる駆動側フランジ部１２と、負荷側の回転軸９３のフランジ９４に取り付けられる負荷側フランジ部１４と、駆動側フランジ部１２と負荷側フランジ部１４の間の中空体部１３とが一体に形成されたものであり、固定体１５は、負荷側フランジ部１４の外側に設けられる半割構造の環状部１６と、半割構造の環状部１６が固定される筺体１７とで構成されている。
【００３５】
駆動側フランジ部１２は、ねじ（図示せず）がフランジ９２の取付穴９２ａを介し駆動側フランジ部１２のねじ穴１２ａに取り付けられ、フランジ９２に固定される。また、負荷側フランジ部１４は、ねじ（図示せず）がフランジ９４の取付穴９４ａを介し負荷側フランジ部１４のねじ穴１４ａに取り付けられ、フランジ９４に固定される。中空体部１３は、駆動側フランジ部１２と負荷側フランジ部１４とによりねじられ、起歪体となる。
【００３６】
半割構造の環状部１６は、半割環状部１６ａ、１６ｂの上端どうしが導電性の連結部１６Ｔにより連結されたもので、半割環状部１６ａ、１６ｂの下端は筺体１７に取り付けられた取付固定部１８ａ、１８ｂに絶縁状態で固定されている。即ち、半割構造の環状部１６は、下端が切り欠かれた不連続の環状形状で絶縁状態にされ固定されているため、半割構造の環状部１６を一次コイルとすることができ、また、取付け取外しも容易に行うことができる。この一次コイルと、負荷側フランジ部１４の外周部に設けられた二次コイル３８とにより回転トランス３９を構成し、回転本体１１に電力供給を行うことができる。
【００３７】
中空体部１３の中空部１９には、起歪体となる部分に歪ゲージのトルク検出部２１が設けられ、さらに、回転本体１１の電子部品が実装される実装基板２８が設けられている。
【００３８】
また、中空体部１３の中空部１９には、回転軸９１による回転の中心軸上に、トルク検出部２１よりの出力により発光し、光信号を送信する発光素子２７が設けられている。さらに、この発光素子２７からの光信号の光路上（回転軸９１による回転の中心軸上）には、その光信号を分岐させる回折格子１００が設けられ、さらに先には回折格子１００によって分岐された光信号を反射する分岐ミラー１０１が設けられている。本実施の形態では、回折格子１００と分岐ミラー１０１とで光分岐部を構成する。
【００３９】
中空体部１３の負荷側フランジ部１４には、回転の中心側から外周側へ貫通する貫通部２７ａ〜２７ｈが設けられており、回折格子１００で分岐させられて分岐ミラー１０１で反射された光信号は、この貫通部２７ａ〜２７ｈを通って後述の受光部に達する。
【００４０】
本実施の形態では、発光素子２７からの光信号を回折格子１００によって８本に分岐し、そのそれぞれを分岐ミラー１０１の８個の反射面によって貫通部２７ａ〜２７ｈを通るように反射させているが、本発明はこれに限らず、８以外の数でもよく、すなわち発光素子２７からの光信号を８以外の数に分岐させ、それを負荷側フランジ部１４の外周上に割り振るように反射ミラーと貫通部を設けるようにしてもよい。
【００４１】
筺体１７には、コンパクトに筺体１７に収納するために両端部をそれぞれＬ字形に折り曲げられた直線形状で、貫通部２７ａ〜２７ｈを通ってきた光信号Ｌ１〜Ｌ８を受光する受光ファイバ２９が取り付けられている。
【００４２】
受光ファイバ２９の端部面側には、光信号を受光し電気信号に変換する光信号変換部３３ａ、３３ｂが設けられている。本実施の形態では、このように、少なくとも受光ファイバ２９および光信号変換部３３ａ、３３ｂを備えて受光部を構成している。
【００４３】
図３は、図１に示した回転体トルク測定装置の光分岐部を示す斜視図である。
【００４４】
また図４は、図３に示した光分岐部を構成する回折格子について説明する斜視図であり、（ａ）は組立てた後の回折格子を示し、（ｂ）は組立て前の回折格子を示す図である。
【００４５】
また図５は、図３に示した光分岐部を構成する分岐ミラーを、図３の上方向から見た平面図である。
【００４６】
なお、図２の側面図に示すように本実施の形態では発光素子２７と回折格子１００と分岐ミラー１０１とは横方向に配置されるが、図３では、見る向きを変えて縦方向で示している。
【００４７】
発光素子２７からの光信号を分岐させる回折格子１００は、図４（ｂ）に示すように、たとえば２次元回折格子であり、所定方向の溝（または段差、スリット）を有する第１の回折格子１００ａと別の所定方向の溝（または段差、スリット）を有する第２の回折格子１００ｂとを重ね合わせて構成される。
【００４８】
発光素子２７からの光信号は、回折格子１００によってＬ１〜Ｌ８に分岐させられ、そのうち光信号Ｌ１は分岐ミラー１０１の反射面１０１ａによって、光信号Ｌ２は分岐ミラー１０１の反射面１０１ｂによって、光信号Ｌ３は分岐ミラー１０１の反射面１０１ｃによって、光信号Ｌ４は分岐ミラー１０１の反射面１０１ｄによって、光信号Ｌ５は分岐ミラー１０１の反射面１０１ｅによって、光信号Ｌ６は分岐ミラー１０１の反射面１０１ｆによって、光信号Ｌ７は分岐ミラー１０１の反射面１０１ｇによって、光信号Ｌ８は分岐ミラー１０１の反射面１０１ｈによって反射される（図５参照）。
【００４９】
分岐ミラー１０１によって分岐した光信号のそれぞれは、図１に示すように、光信号Ｌ１は貫通部２７ｆを通り、光信号Ｌ２は貫通部２７ｅを通り、光信号Ｌ３は貫通部２７ｄを通り、光信号Ｌ４は貫通部２７ｃを通り、光信号Ｌ５は貫通部２７ｂを通り、光信号Ｌ６は貫通部２７ａを通り、光信号Ｌ７は貫通部２７ｈを通り、光信号Ｌ８は貫通部２７ｇを通り、負荷側フランジ部１４の回転に伴なって貫通部２７ａ〜２７ｈのうちのいずれかが受光部側に向き、そこからの光信号が受光ファイバ２９によって受光される。この受光された光信号は受光ファイバ２９の中を左右方向に向い伝送され、光信号変換部３３ａ、３３ｂによって効率的な検出が行われる。
【００５０】
本実施の形態の回転体トルク測定装置１０は、この光信号変換部３３ａ、３３ｂによる検出結果に基づいて回転本体１１が回転したときのトルクを算出するトルク算出部（図示せず）をさらに備える。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、図３に示したように８角錐の８面が反射面である分岐ミラー１０１を用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、この分岐ミラー１０１の代わりに、たとえば円錐状のミラーを用いてもよいし、分岐させて受光部に向かわせる光信号の数だけの反射面を有すればほかの如何なる形状でもかまわない。
【００５２】
また、上述の実施形態においては、発光素子２７からの光信号を、予め回折格子１００を用いて分岐させた後に分岐ミラー１０１に入射させる場合について説明したが、必ずしも回折格子１００を用いて光信号を分岐させる必要はなく、分岐ミラー１０１または円錐状のミラーの中心部（頂部）に発光素子２７からの光信号を直接またはレンズを介して入射させる構成とすることによっても、光信号を分岐させて受光部に向かわせることができる。すなわち、ミラーによって光信号を分岐させることもできる。
【００５３】
次に、本発明の別の実施の形態について説明する。
【００５４】
図６は、本発明の図１とは別の実施の形態による回転体トルク測定装置の正面図である。
【００５５】
また、図７は、図６に示した回転体トルク測定装置の光分岐部を示す側面図である。
【００５６】
この実施の形態は、図１に示した実施の形態と比べて光分岐部の構成が異なるだけであるので、ほかの部分については同じ参照番号を付し、詳しい説明を省略する。
【００５７】
本実施の形態の回転トルク装置１１０では、図６および図７に示すように、発光素子２７からの光信号を分岐させる数だけ備えた光ファイバ１０３ａ〜１０３ｈによって光分岐部を構成する。
【００５８】
なお、ここでいう光ファイバとは、コアとクラッド層から構成された通常の光ファイバに限定されるものではなく、たとえば単一の屈折率体からなる線状物であっても、光をその一端から他端に導くことができるものであれば、その範疇に含まれるものである。
【００５９】
すなわち、発光素子２７からの光信号は光ファイバ１０３ａ〜１０３ｈのそれぞれを通って光信号Ｌ１１〜Ｌ１８に分岐される。
【００６０】
また、光ファイバ１０３ａは貫通部２７ｂに挿入され、光ファイバ１０３ｂは貫通部２７ｃに挿入され、光ファイバ１０３ｃは貫通部２７ｄに挿入され、光ファイバ１０３ｄは貫通部２７ｅに挿入され、光ファイバ１０３ｅは貫通部２７ｆに挿入され、光ファイバ１０３ｆは貫通部２７ｇに挿入され、光ファイバ１０３ｇは貫通部２７ｈに挿入され、光ファイバ１０３ｈは貫通部２７ａに挿入され、それぞれの光路が定められ、負荷側フランジ部１４の回転に伴なって貫通部２７ａ〜２７ｈのうちのいずれかが受光部側に向き、それによって受光部が発光素子２７からの光信号を受光する。
【００６１】
なお、図１に示した実施の形態および図６に示した実施の形態では、光信号の受光部として、受光ファイバ２９および光信号変換部３３ａ、３３ｂを用いる構成を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、たとえば、図９に示した特許文献１の構成のように、負荷側フランジ部１４の外周に受光ファイバを巻き回す構成としてもよいし、本願出願人が特願２００４−１４０８１５号（以下「参考例」という）として特許出願した発明で用いた受光部を採用してもよい。以下にこの参考例の受光部について説明する。
【００６２】
図８は、参考例にて開示した受光部の一例を示す斜視図である。
【００６３】
図１や図６の実施の形態では、受光ファイバ２９にて発光素子２７からの光信号を受光し、これを受光ファイバ２９の両端の光信号変換部３３ａ、３３ｂにて信号検出されるようにしていた。これに対し、この参考例では、受光ファイバ２９の代わりにガイドロッド１４１を設けた。
【００６４】
この参考例の回転体トルク測定装置では、発光素子１４０からの光信号を、導光体であるガイドロッド１４１の入光面で受光し、ガイドロッド１４１はその長手方向、ガイドロッド１４１の両端面に光信号を導光し、ガイドロッド１４１の両端面に導光された光信号を、その両端面に設けられた光信号変換部３３ａ、３３ｂにて受光し電気信号に変換すなわち信号検出する。
【００６５】
ガイドロッド１４１は、図８に示すように、四角柱の棒状の透明材料から成る導光体の下面（発光素子１４０に対向する面（入光面）の反対側の面）に、幅方向に稜線が沿う複数条の溝（プリズム）を、光路変換手段として形成して成る。この光路変換手段は導光体の上面（発光素子１４０に対向する面（入光面））に形成してもよいし、ガイドロッド１４１の下面側には、図８に示すように、光反射部材１４２を設けてもよい。
【００６６】
このような受光部の構成とすることによって、効率のよい受光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施の形態による回転体トルク測定装置の正面図である。
【図２】図１に示した回転体トルク測定装置の一部を切欠いた側面図である。
【図３】図１に示した回転体トルク測定装置の光分岐部を示す斜視図である。
【図４】図３に示した光分岐部を構成する回折格子について説明する斜視図であり、（ａ）は組立てた後の回折格子を示し、（ｂ）は組立て前の回折格子を示す図である。
【図５】図３に示した光分岐部を構成する分岐ミラーを、図３の上方向から見た平面図である。
【図６】本発明の図１とは別の実施の形態による回転体トルク測定装置の正面図である。
【図７】図６に示した回転体トルク測定装置の光分岐部を示す側面図である。
【図８】参考例にて開示した受光部の一例を示す斜視図である。
【図９】従来の回転体トルク測定装置の正面図である。
【図１０】従来の回転体トルク測定装置の一部を切欠いた側面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  回転体トルク測定装置
１１  回転本体
１２  駆動側フランジ部
１３  中空体部
１４  負荷側フランジ部
１５  固定体
１６  半割構造の環状部
１６ａ、１６ｂ  半割環状部
１７  筺体
２１  トルク検出部
２７  発光素子
２７ａ〜２７ｈ  貫通部
２８  実装基板
２９  受光ファイバ
３３ａ、３３ｂ  光信号変換部
３８  二次コイル
３９  回転トランス
９１  駆動側回転軸
９２  フランジ
９３  負荷側回転軸
９４  フランジ
１００  回折格子
１０１  分岐ミラー
１０１ａ〜１０１ｈ  反射面
１０３ａ〜１０３ｈ  光ファイバ
１４０  発光素子
１４１  ガイドロッド
１４２  反射部材
【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】
2006064423.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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