(57)【要約】【課題】  騒音や振動の低減効果を容易に変更することができ、しかも高い耐久性を有したスプール弁を提供することを目的とする。【解決手段】  作動流体のキャビテーションに起因する騒音や振動を抑制する絞り部材６０Ａ〜６０Ｄを、弁ボディ２１の外部から交換が可能な状態で取り付け、騒音抑制効果の調整等を容易に行えるようにした。また、スプール軸２３が弁ボディ２１から突出する部分に、Ｏ−リングだけでなく、その外側にダストシールを設け、外部からのダストの侵入を防止できるようにし、Ｏ−リングの劣化や、作動流体の漏れを防止するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を導入する導入ポート、作動流体を駆動対象に対して供給・回収する一対の負荷ポート、作動流体を排出する排出ポートが形成された弁ボディと、
前記弁ボディに装着され、前記導入ポート、前記負荷ポート、前記排出ポートのそれぞれに連通する複数の開口を有する筒状のスリーブと、
前記スリーブ内に、前記スリーブの軸線方向に移動可能に設けられ、一対の前記負荷ポートのうち一方の前記負荷ポートに前記導入ポートを連通させるとともに、他方の前記負荷ポートを前記排出ポートに連通させる状態と、前記導入ポートを他方の前記負荷ポートに連通させるとともに、一方の前記負荷ポートを前記排出ポートに連通させる状態とで切替可能なスプール軸と、
前記スプール軸を、前記スリーブの軸線方向に駆動する駆動部と、
前記弁ボディの外表面に面した位置に着脱可能に設けられ、前記排出ポートを通る作動流体のキャビテーションを抑制するキャビテーション抑制部材と、
を備えることを特徴とするスプール弁。
【請求項２】
前記弁ボディに、前記排出ポートに連通する凹部が形成され、
前記キャビテーション抑制部材は、前記凹部の底面に所定のクリアランスを有した状態で装着されることを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。
【請求項３】
前記キャビテーション抑制部材は、前記凹部の底面に対するクリアランスを調整可能な状態で装着されることを特徴とする請求項２に記載のスプール弁。
【請求項４】
前記キャビテーション抑制部材は、前記排出ポートに対応した位置に開口を有する複数枚のプレートが、互いに隙間を設けた状態で積層されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスプール弁。
【請求項５】
前記プレートの枚数が変更可能であることを特徴とする請求項４に記載のスプール弁。
【請求項６】
前記キャビテーション抑制部材は、付勢部材によって前記排出ポート側に付勢され、前記排出ポートから排出される作動流体の圧力が前記付勢部材による付勢力を上回ったときに移動する可動弁と、前記可動弁が所定の位置まで移動したときに前記可動弁によって開口される排出流路と、を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のスプール弁。
【請求項７】
前記スプール軸は、前記弁ボディから突出した部分で前記駆動部に連結され、
前記スプール軸が前記弁ボディから突出する部分において、前記スプール軸と前記弁ボディの間に、前記弁ボディ内から作動流体が外部に漏洩するのを防止する第一のシール部材と、外部から前記弁ボディ内にダストが侵入するのを防止する第二のシール部材とが設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のスプール弁。   
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧制御等、流体圧制御系統で用いられるスプール弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、操舵管制弁等、油圧をはじめとする流体圧制御系統で用いられるスプール弁は、図８に示すように、スプール軸１の両端にパイロット経路２が設けられている。そして、パイロット経路２からスプール軸１に加える油圧をパイロット弁３で制御し、スプール軸１を軸線方向に駆動させることで、導入ポート４、負荷ポート５、６、戻りポート７、８の開閉動作を行う構成であった。
【０００３】
しかしながら、パイロット弁３およびパイロット経路２が設けられているため、ここで消費される駆動エネルギが大きい。またパイロット弁３およびパイロット経路２に適応させて、減圧弁９によって作動流体を減圧させなければならず、これによってもロスが生じる。さらに、パイロット弁３およびパイロット経路２がスプール弁の小型化の妨げにもなっていた。
【０００４】
これに対し、本出願人は、モータ駆動されるボールネジによって進退する駆動レバーにより、スプール軸をダイレクトに駆動させる構成のものを既に提案している。このような構成によれば、駆動ロスも少なくて済み、また小型化を図ることも可能となった。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−５４８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スプール弁においては、作動流体のキャビテーションが生じ、これによって作動時に騒音や振動が生じることがある。その対策として、例えば図８に示したスプール弁では、戻りポート８の手前に、流路を絞った絞り経路１０を設けている。
【０００７】
しかしながら、このような絞り経路１０は、スプール軸１を保持するスリーブや弁本体１１に固定して形成されている。このため、運転条件等に応じて騒音低減効果を調整するために流路径等を変更する等は難しい。
【０００８】
また、上記したようなモータと駆動レバーを用いた構成のスプール弁においては、駆動レバーとスプール軸を連結するため、スプール軸を弁ボディから突出させなければならない。このため、弁ボディからスプール軸が突出する部分には、シール部材が設けられ、これによってこの部分からの油漏れを防止している。しかし、外部からのダスト等の侵入によりシールが劣化し、この部分から油漏れが生じる可能性がある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、騒音や振動の低減効果を容易に変更することができ、しかも高い耐久性を有したスプール弁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】
【０００９】
かかる目的のもと、本発明のスプール弁は、弁ボディに、作動流体を導入する導入ポート、作動流体を駆動対象に供給・回収する一対の負荷ポート、作動流体を排出する排出ポートが形成されている。そして、弁ボディに装着されたスリーブは、筒状で、導入ポート、負荷ポート、排出ポートのそれぞれに連通する複数の開口を有しており、このスリーブ内に、スプール軸がスリーブの軸線方向に移動可能に設けられている。このスプール軸は、駆動部でスプール軸をスリーブの軸線方向に駆動させることで、一対の負荷ポートのうち一方の負荷ポートに導入ポートを連通させるとともに、他方の負荷ポートを排出ポートに連通させる状態と、導入ポートを他方の負荷ポートに連通させるとともに、一方の負荷ポートを排出ポートに連通させる状態とで切替可能とされている。そして、このようなスプール弁において、排出ポートを通る作動流体のキャビテーションを抑制するキャビテーション抑制部材が、弁ボディの外表面に面した位置に着脱可能に設けられていることを特徴としている。
このように、キャビテーション抑制部材を、弁ボディの外表面に面した位置に設けることで、キャビテーション抑制部材の交換等を容易に行え、キャビテーション抑制効果を調整することができる。
【００１０】
ここで、弁ボディに、排出ポートに連通する凹部を形成し、キャビテーション抑制部材を、凹部の底面に所定のクリアランスを有した状態で装着するのが好ましい。
この場合、凹部内において、キャビテーション抑制部材の凹部底面に対するクリアランスを調整するため、凹部内における寸法が異なるキャビテーション抑制部材に交換することもできる。
また、キャビテーション抑制部材を凹部にねじ込み式とすること等によって、凹部の底面に対するクリアランスを調整可能な状態で装着することもできる。この他、スペーサ等の厚さを変えることで、凹部の底面に対するクリアランスを調整すること等も可能である。
【００１１】
さらに、キャビテーション抑制部材を、排出ポートに対応した位置に開口を有する複数枚のプレートを、互いに隙間を設けた状態で積層した構成とすることもできる。この場合、作動流体は、排出ポートからプレートの開口を通り、さらにプレート間の隙間を通って排出される。このとき、プレートの枚数を変更することで、排出ポートから排出される作動流体の流量(流路面積)を調整することができる。
他に、本発明において、キャビテーション抑制部材を、付勢部材によって排出ポート側に付勢された可動弁を設け、この可動弁を、排出ポートから排出される作動流体の圧力が付勢部材による付勢力を上回ったときに移動するようにし、可動弁が所定の位置まで移動したときに可動弁によって排出流路が開口されるようにしても良い。これにより、作動流体の圧力が、可動弁が移動する圧力に到達すると、排出流路が開き、ここから作動流体を排出することができる。
【００１２】
本発明のスプール弁において、スプール軸を、弁ボディから突出した部分で駆動部に連結するようにし、スプール軸が弁ボディから突出する部分において、スプール軸と弁ボディの間に、弁ボディ内から作動流体が外部に漏洩するのを防止する第一のシール部材と、外部から弁ボディ内にダストが侵入するのを防止する第二のシール部材とを設けることも有効である。これにより、作動流体が外部に漏洩するだけでなく、外部からダストが侵入するのを防止できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のスプール弁によれば、騒音や振動の低減効果を容易に変更することができる。さらに、騒音抑制効果の調整等も可能であり、例えば、小さなスペースで大きな騒音抑制効果を得たり、あるいは騒音が高くなる圧力領域において騒音抑制効果を高くし、他の領域ではエネルギーロスを抑えることが可能となる。また、スプール軸が弁ボディから突出する部分に、第一のシール部材だけでなく、第二のシール部材を設けたので、外部からのダストの侵入を防止でき、第一のシール部材の劣化を防止し、耐久性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１〜図７は、本実施の形態におけるスプール弁の構造を説明するための図である。
図１に示すように、スプール弁２０は、弁ボディ２１に、略円筒状のスリーブ２２が設けられ、このスリーブ２２に、スプール軸２３が、その軸線方向に移動自在に支持された構成を有している。
【００１５】
ここで、前記のスリーブ２２およびスプール軸２３は、弁ボディ２１に形成された貫通孔２４に挿入されており、貫通孔２４の一方の開口は、フランジ２５によって閉塞されている。貫通孔２４の他方の開口には、シールホルダー２６が取り付けられており、シールホルダー２６には貫通孔２６ａが形成され、スプール軸２３がこの貫通孔２６ａを貫通して弁ボディ２１の外方に突出するようになっている。
このとき、貫通孔２６ａの内周面には、Ｏ−リング（第一のシール部材）２７と、ダストシール（第二のシール部材）２８とが、シールホルダー２６とスプール軸２３との隙間をシールするように設けられている。このように、Ｏ−リング２７だけでなく、その外側にダストシール２８を設けたので、外部からのダストの侵入を防止でき、これによってＯ−リング２７の劣化を防ぐことができ、作動流体の漏れを防止することができる。
そして、このシールホルダー２６に、開口２９ａを有したカバー２９が取り付けられている。
【００１６】
このスプール軸２３は、以下に示すような駆動機構（駆動部）３０によって、その軸線方向に進退駆動される。
すなわち、駆動機構３０は、ボールネジ３１が、フレーム３２にベアリング３３等を介し複数箇所で回転自在に支持されるとともに、カップリング３４を介しモータ３５に連結され、モータ３５によって回転駆動されるようになっている。
ボールネジ３１には、ボールネジ３１の螺条に噛み合う雌ネジ部（図示無し）を有したホルダー３６が装着されている。これによりこのホルダー３６は、ボールネジ３１を回転させると、ボールネジ３１の軸線方向に進退するようになっている。
ホルダー３６には、スプール軸２３を進退駆動させるための駆動レバー３７が一体的に設けられている。この駆動レバー３７は、フレーム３２に取り付けられたガイド部材３８により、その両側を、所要のクリアランスを有した状態で挟み込まれており、ボールネジ３１と共回りしないようになっている。駆動レバー３７は、シールホルダー２６およびカバー２９から突出したスプール軸２３の一端２３ａに、保持部材３９によって連結されている。
【００１７】
このような駆動機構３０により、モータ３５によりボールネジ３１をその軸線回りに回転駆動させると、ホルダー３６がボールネジ３１に沿ってその軸線方向に移動する。すると、このホルダー３６と一体に設けられた駆動レバー３７もボールネジ３１の軸線方向に移動し、これによって、スプール軸２３が、スリーブ２２に沿ってその軸線方向に変位するのである。
【００１８】
さて、スリーブ２２には、複数箇所（本実施の形態では、合計５箇所）に、その内外を連通する開口２２ａ〜２２ｅが形成されている。また、スリーブ２２の外周面には、互いに隣り合う開口２２ａ〜２２ｅの間に、弁ボディ２１との隙間をシールするシール部材２２ｓが設けられている。
【００１９】
一方、スプール軸２３は、中間部に２箇所の拡径部２３ｂ、２３ｃを有し、両端部とこれら２箇所の拡径部２３ｂ、２３ｃの間が小径部２３ｄ〜２３ｆとされている。これら２箇所の拡径部２３ｂ、２３ｃは、スリーブ２２の開口２２ｂ、２２ｄの間隔に対応するように設けられている。
【００２０】
そして、駆動機構３０によりスプール軸２３を変位させ、拡径部２３ｂ、２３ｃを開口２２ｂ、２２ｄからずれた位置に移動させると、スリーブ２２とスプール軸２３の小径部２３ｄ〜２３ｆとの隙間の空間により、開口２２ａ〜２２ｅのうち互いに隣接するものが連通するようになっている。このとき、スプール軸２３が図１に示した状態より右方へ移動すれば、開口２２ａと２２ｂ、開口２２ｃと２２ｄがそれぞれ連通し、スプール軸２３を左方へ移動すれば、開口２２ｂと２２ｃ、開口２２ｄと２２ｅが連通するようになっている。
【００２１】
さて、弁ボディ２１の内周面には、スリーブ２２の開口２２ａ〜２２ｅに連通するよう、円環状に連続する弁室２１ａ〜２１ｅが形成されている。
そして、弁ボディ２１には、弁室２１ａ〜２１ｅに連通するように、導入ポート４０、負荷ポート４１、４２、排出ポート４３、４４が形成されている。
【００２２】
これらのうち、導入ポート４０は、作動流体をスプール弁２０内に導入するもので、弁ボディ２１の下面２１ｕから、弁ボディ２１の中央部の弁室２１ｃおよびスリーブ２２の開口２２ｃに連通するよう形成されている。
【００２３】
負荷ポート４１、４２は、駆動対象となる流体圧駆動のシリンダ、アクチュエータ等に接続されるもので、負荷ポート４１、４２の一方から作動流体を駆動対象に吐出し、負荷ポート４１、４２の他方において駆動対象から送り出される作動流体を回収する。この負荷ポート４１、４２は、弁ボディ２１の下面２１ｕから、弁ボディ２１の弁室２１ｂ、２１ｄおよびスリーブ２２の開口２２ｂ、２２ｄに連通するよう形成されている。
【００２４】
排出ポート４３、４４は、弁ボディ２１の弁室２１ａ、２１ｅおよびスリーブ２２の開口２２ａ、２１ｅに連通する位置から、弁ボディ２１の側面２１ｓに向けて形成され、弁ボディ２１内で側面２１ｓと略平行に形成された合流流路４５に連通している。
弁ボディ２１の側面２１ｓには、凹部５０が形成されている。そして、合流流路４５の中間部から凹部５０に連通するバイパス流路４６が設けられている。
また、凹部５０から弁ボディ２１の下面２１ｕに連通するよう、排出流路４７が形成されている。
【００２５】
このような構成のスプール弁２０では、スプール軸２３の変位方向と変位量をコントロールすることで、各ポートへの作動流体の流れ方向と流量を制御できるようになっている。スプール軸２３が図１に示した状態より右方へ移動すれば、流体の流れは導入ポート４０→負荷ポート４２→駆動対象→負荷ポート４１→排出ポート４３となり、スプール軸２３を左方へ移動すれば、導入ポート４０→負荷ポート４１→駆動対象→負荷ポート４２→排出ポート４４の流れが形成される。これにより、作動流体を負荷ポート４１から吐出させる場合と、負荷ポート４２から吐出させる場合とで、流路を切り替え、これによって駆動対象の作動方向を切り替えるのである。このとき、流量はスプール軸２３の変位量に比例したものとなり、シリンダ等の駆動対象を作動させるサーボ弁としての機能を発揮することができる。
【００２６】
さて、凹部５０には、作動流体のキャビテーションを抑え、騒音や振動の発生を抑制するため、以下に示すような絞り部材（キャビテーション抑制部材）６０Ａ〜６０Ｄが収められるようになっている。
【００２７】
図４に示す絞り部材６０Ａは、バイパス流路４６が略中心に位置し、凹部５０内に挿入される円柱状（円盤状）の本体６１と、凹部５０の内径より大きな外径を有した円板状のプレート６２とから形成されている。この絞り部材６０Ａは、プレート６２を弁ボディ２１の側面２１ｓに固定した状態で、本体６１が、凹部５０内で、バイパス流路４６が開口した面（底面）５０ａに対し、所定の隙間寸法を有したクリアランスＣを形成するようになっている。
このような絞り部材６０Ａによれば、排出ポート４３、４４から合流流路４５、バイパス流路４６を経た作動流体は、絞り部材６０Ａの本体６１と凹部５０の面５０ａとのクリアランスＣを通り、排出流路４７から外部に排出されるようになっている。
このとき、絞り部材６０Ａは、弁ボディ２１の外部から交換が容易な状態で取り付けられているので、クリアランスＣの寸法を変更したい場合には、本体６１の高さが異なる絞り部材６０Ａに容易に交換できる。
【００２８】
図５に示す絞り部材６０Ｂは、先端部６３ａが円柱状とされ、基端部６３ｂは、先端部６３ａよりも大きな外径を有し、その外周面にネジ溝が形成された構成となっている。このような絞り部材６０Ｂは、凹部５０に形成されたネジ溝に基端部６３ｂのネジ溝をかみ合わせて凹部５０にねじ込むことで、凹部５０に装着される。このような絞り部材６０Ｂによっても、排出ポート４３、４４から合流流路４５、バイパス流路４６を経た作動流体は、絞り部材６０Ｂの先端部６３ａと凹部５０の面５０ａとのクリアランスＣを通り、排出流路４７から外部に排出されるようになっている。
このとき、凹部５０へのねじ込み量を調整することで、円柱状の先端部６３ａとの凹部５０の面５０ａとのクリアランスＣの寸法を容易に変更できるようになっている。
【００２９】
図６に示す絞り部材６０Ｃは、凹部５０にセットした状態でバイパス流路４６に対応した位置に形成された貫通孔（開口）６４ａを有したプレート６４と、貫通孔６４ａを有さないプレート６５と、これらプレート６４、６５を保持する支持ピン６６ａが設けられ、凹部５０の内径より大きな外径を有した円板状の支持プレート６６とから構成されている。
ここで、これらプレート６４、６５には、支持ピン６６ａに対応した位置に孔（図示無し）が形成され、この孔に支持ピン６６ａを差し込むことで、所定枚数のプレート６４、６５を積層した状態で、支持プレート６６で支持できるようになっている。また、これらプレート６４、６５には、その一面側に突起６４ｂ、６５ｂが形成され、この突起６４ｂ、６５ｂによって、プレート６４、６５は、互いに所定の隙間を有した状態で重なるようになっている。
絞り部材６０Ｃは、支持プレート６６で支持した所定枚数のプレート６４、６５を、凹部５０内に挿入し、支持プレート６６の外周部を弁ボディ２１の側面２１ｓに固定するようになっている。
【００３０】
このような絞り部材６０Ｃでは、排出ポート４３、４４から合流流路４５、バイパス流路４６を経た作動流体は、絞り部材６０Ｃの先端部と凹部５０の面５０ａとのクリアランスＣだけでなく、プレート６４に形成された貫通孔６４ａから、互いに前後するプレート６４、６４あるいはプレート６４、６５の隙間を通り、排出流路４７から外部に排出されるようになっている。
このような構成とすることで、小さなスペースで、大きな圧力損失を取ることができ、高い騒音抑制効果を得ることができる。このとき、貫通孔６４ａが形成されたプレート６４の枚数を変更することで、圧力損失の程度を容易に調整することができる。
【００３１】
図７に示す絞り部材６０Ｄは、円柱状の本体６７と、この本体６７を弁ボディ２１の側面２１ｓに固定するための支持プレート６８とを備えている。本体６７には、バイパス流路４６に対応した位置に有底状の穴６７ａが形成され、この穴６７ａの底部には、下方に連通する排出穴（排出流路）６７ｂが連続して形成されている。そして、穴６７ａには、弁体（可動弁）６９が、スプリング等の付勢部材７０により、本体６７から突出する方向に付勢されて設けられている。この弁体６９は、有底筒状で、さらにこの弁体６９の側面位置に、開口部６９ａが形成されている。
弁体６９は、弁体６９の上流側の面に作用する作動流体の圧力が、付勢部材７０の付勢力よりも小さい状態では、開口部６９ａが穴６７ａよりも上流側に露出して開口し、これによって開口部６９ａから弁体６９内を通り、弁体６９の下流側端部から排出穴６７ｂに至る流路が形成されるようになっている。さらに、弁体６９の上流側の面に作用する作動流体の圧力が、付勢部材７０の付勢力よりも大きくなると、弁体６９が穴６７ａ内に押し込まれて開口部６９ａが閉塞され、排出穴６７ｂに連通する流路は遮断されるようになっている。
【００３２】
このような絞り部材６０Ｄでは、作動流体の圧力が、付勢部材７０の付勢力を下回った状態では、排出ポート４３、４４から合流流路４５、バイパス流路４６を経た作動流体は、絞り部材６０Ｄの先端部と凹部５０の面５０ａとのクリアランスＣだけでなく、弁体６９に設けられた開口部６９ａから排出穴６７ｂを通り、排出流路４７から外部に排出されるようになっている。そして、作動流体の圧力が付勢部材７０の付勢力を上回ると、弁体６９が本体６７の穴６７ａに押し込まれ、開口部６９ａが閉塞されて排出穴６７ｂに連通する流路は遮断されるので、作動流体は、クリアランスＣのみを通り、排出流路４７から外部に排出される。
【００３３】
このようにして、騒音が生じやすい高い差圧が作動流体に生じたときに、絞り部材６０Ｄの圧力損失を大きくし、高い騒音抑制効果を得ることができる。また、作動流体の圧力が低いときには、絞り部材６０Ｄにおける圧力損失を少なくし、エネルギーロスを抑えることができる。また、この絞り部材６０Ｄにおいては、付勢力が異なる付勢部材７０に交換することで、弁体６９が作動する圧力を調整することができる。
【００３４】
なお、上記実施の形態では、スプール弁２０の具体的構造を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施の形態におけるスプール弁を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２の底面図である。
【図４】スプール弁に備えた着脱式の絞り部材の例を示す図である。
【図５】スプール弁に備えたねじ込みの絞り部材の例を示す図である。
【図６】スプール弁に備えた積層式の絞り部材の例を示す図である。
【図７】スプール弁に備えた可動弁式の絞り部材の例を示す図である。
【図８】従来のスプール弁の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
２０…スプール弁、２１…弁ボディ、２２…スリーブ、２３…スプール軸、２７…Ｏ−リング（第一のシール部材）、２８…ダストシール（第二のシール部材）、３０…駆動機構（駆動部）、４０…導入ポート、４１、４２…負荷ポート、４３、４４…排出ポート、４７…排出流路、５０…凹部、６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ…絞り部材（キャビテーション抑制部材）、６４…プレート、６４ａ…貫通孔（開口）、６７ｂ…排出穴（排出流路）、６９…弁体（可動弁）、７０…付勢部材                              
【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】
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【図７】
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【図８】
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