(57)【要約】【課題】振動の影響を受けることなくバルブの開度変化が開度センサに精度よく伝達されるとともに、屋外で使用したとしてもバルブの開度を正確に検出可能なバルブポジショナを提供する。【解決手段】バルブ駆動軸７と一体に回動する第１の連結部材１６と、検出軸６の回転角を検出する開度センサ部３とを備える。検出軸６と一体に回動する第２の連結部材１８と、第１の連結部材１６および第２の連結部材１８に第１および第２のすべり軸受４５，４７を介して移動自在に連結され、第１の連結部材１６の回転を第２の連結部材１８に伝達する第３の連結部材１９を備える。第１および第２のすべり軸受４５，４７のすべり接触部を経由して圧力空気を大気中に排出する防塵装置２４を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動式のバルブ駆動軸と一体に回動する第１の連結部材と、
検出軸を有し、この検出軸の回転角を検出する開度センサ部と、
前記検出軸と一体に回動する第２の連結部材と、
前記第１の連結部材および第２の連結部材にそれぞれすべり軸受を介して移動自在に連結され、第１の連結部材の回転を前記第２の連結部に伝達する第３の連結部材と、
前記すべり軸受のすべり接触部を経由して圧力空気を大気中に排出する防塵装置とを有するバルブポジショナ。
【請求項２】
請求項１記載のバルブポジショナにおいて、
前記検出軸は前記バルブ駆動軸と平行に構成され、
前記第１の連結部材は、前記バルブ駆動軸とは偏心した位置で前記バルブ駆動軸の軸線方向に延びる円柱状の第１の軸部を有し、
前記第２の連結部材は、前記検出軸とは直交する方向に延びる円柱状の第２の軸部を有し、
前記第３の連結部材は、
前記第１の軸部に前記すべり軸受によって回動自在に支持された第１の軸受部と、前記第２の軸部に前記すべり軸受によって第２の軸部の軸線方向へ移動自在に支持された第２の軸受部とを有し、
前記防塵装置は、
前記第１の連結部材の内部に形成された第１の空気通路と、前記第２の連結部材の内部に形成された第２の空気通路とを有していることを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のバルブポジショナにおいて、
前記バルブ駆動軸は、空気圧で動作するバルブ駆動用アクチュータに連結され、
前記防塵装置は、前記バルブ駆動用アクチュエータと共通の圧力空気供給源から圧力空気が供給されることを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちいずれか一つに記載のバルブポジショナにおいて、
前記すべり軸受は金属によって形成されていることを特徴とするバルブポジショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブの回動軸の回転角を検出する開度センサを備えたバルブポジショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な空気圧駆動式のバルブは、開度を検出して目標開度へ空気圧制御を行うバルブポジショナが搭載されている。この種のバルブポジショナは、空気圧機構、開度センサ、電子回路等の構成部品を一つのケースの中に収納して構成されている。このようにバルブポジショナの全体がバルブに取付けられていると、バルブが振動する使用環境ではポジショナ全体も加振されることになる。バルブポジショナが振動すると、バルブの開度変化を開度センサに伝達する部品の振動に起因して検出精度が低下し、バルブの制御性が損なわれるおそれがある。また、部品どうしの接触部が摩耗してバルブポジショナの寿命が短くなるおそれもある。
【０００３】
バルブの振動の影響を受けることがないバルブポジショナとしては、例えば特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に開示されたバルブポジショナは、バルブとは別の位置に設置されており、バルブの開度変化を開度センサに伝達するためにワイヤを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６４５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示すバルブポジショナでは、屋外で使用することは難しいという問題があった。屋外ではバルブポジショナが埃に晒され、特に、砂漠地域で使用した場合には砂塵にも晒される。また、このバルブポジショナが生産工程で粉塵が舞うようなプラントで使用された場合は、雰囲気中に滞留している粉塵に晒されることになる。このような状況では、ワイヤを保持するアウターの中に塵等の異物が入り、ワイヤの摺動が損なわれてバルブの開度変化を正しく伝達できなくなってしまう。その結果として、バルブの開度が正しく検出されず、それをフィードバックする開度の制御が不正確になる。
【０００６】
このような問題を解消するためには、塵等の入口となるアウターの開口部にグリスを塗布することが考えられる。しかし、屋外環境では強雨に晒されることがあるし、熱帯地域であると高温下で強い日光に晒されるから、グリスが洗い流されたり乾燥して固化してしまうため、このような対応策は必ずしも万全ではない。
【０００７】
本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、振動の影響を受けることなくバルブの開度変化が開度センサに精度よく伝達されるとともに、屋外で使用したとしてもバルブの開度を正確に検出可能なバルブポジショナ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】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明に係るバルブポジショナは、回動式のバルブ駆動軸と一体に回動する第１の連結部材と、 検出軸を有し、この検出軸の回転角を検出する開度センサ部と、前記検出軸と一体に回動する第２の連結部材と、前記第１の連結部材および第２の連結部材にそれぞれすべり軸受を介して移動自在に連結され、第１の連結部材の回転を前記第２の連結部に伝達する第３の連結部材と、前記すべり軸受のすべり接触部を経由して圧力空気を大気中に排出する防塵装置とを有するものである。
【０００９】
本発明は、前記バルブポジショナにおいて、前記検出軸は前記バルブ駆動軸と平行に構成され、前記第１の連結部材は、前記バルブ駆動軸とは偏心した位置で前記バルブ駆動軸の軸線方向に延びる円柱状の第１の軸部を有し、前記第２の連結部材は、前記検出軸とは直交する方向に延びる円柱状の第２の軸部を有し、前記第３の連結部材は、前記第１の軸部に前記すべり軸受によって回動自在に支持された第１の軸受部と、前記第２の軸部に前記すべり軸受によって第２の軸部の軸線方向へ移動自在に支持された第２の軸受部とを有し、前記防塵装置は、前記第１の連結部材の内部に形成された第１の空気通路と、前記第２の連結部材の内部に形成された第２の空気通路とを有していてもよい。
【００１０】
本発明は、前記バルブポジショナにおいて、前記バルブ駆動軸は、空気圧で動作するバルブ駆動用アクチュータに連結され、防塵装置は、前記バルブ駆動用アクチュエータと共通の圧力空気供給源から圧力空気が供給されてもよい。
【００１１】
本発明は、前記バルブポジショナにおいて、前記すべり軸受は金属によって形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、バルブ駆動軸の回転が第１の連結部材から第３の連結部材を介して第２の連結部材に伝達され、第２の連結部材と検出軸の回転角を開度センサ部が検出する。第１および第２の連結部材と第３の連結部材との間に介装されたすべり軸受は、これらの部材の微小な振動による相対変位を吸収する。このため、振動で第１〜第３の連結部材の連結部部分が摩耗することはないから、バルブの開度変化を開度センサに確実に伝えることができる。
【００１３】
さらに、防塵装置が動作することによって、すべり接触部から加圧空気が排出されるから、すべり軸受の周囲で浮遊している塵埃が加圧空気によって吹き飛ばされる。このため、塵埃がすべり軸受部に外から入ることを防ぐことができる。
したがって、本発明によれば、振動の影響を受けることなくバルブの開度変化が開度センサに伝達されるとともに、屋外で使用したとしてもバルブの開度を正確に検出可能なバルブポジショナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るバルブポジショナの連結部とセンサ部の側面図である。
【図２】バルブポジショナの連結部と開度センサ部の平面図である。
【図３】要部を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明に係るバルブポジショナおよびバルブの概略の構成を示す斜視図である。
【図５】すべり軸受の他の実施の形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施の形態）
以下、本発明に係るバルブポジショナの一実施の形態を図１〜図４によって詳細に説明する。
図１に示すバルブポジショナ１は、３つの機能部によって構成されている。第１の機能部は、図１において最も下に位置するブラケット２の上に固定された開度センサ部３である。第２の機能部は、図４に示すように、開度センサ部３にケーブル４を介して接続されたポジショナ本体部５である。第３の機能部は、開度センサ部３の検出軸６にバルブ駆動軸７の回転を伝達する回転伝達部８である。
【００１６】
ブラケット２は、図４に示すように、バルブ１１の上に設けられている。バルブ１１は、バルブ駆動軸７が回動することにより開閉するものである。ブラケット２の一側部には、バルブ１１を駆動するためのアクチュエータ１２が組付けられている。このアクチュエータ１２は、圧力空気供給源１３から送られた圧力空気の圧力で動作するもので、ブラケット２の内部でバルブ駆動軸７に連結されており、このバルブ駆動軸７をその軸線Ｃ１（図１参照）を中心にして一方または他方に回す。バルブ駆動軸７の回転は、後述する回転伝達部８を介して開度センサ部３に伝達される。
【００１７】
開度センサ部３は、バルブ駆動軸７と平行に構成された検出軸６と、この検出軸６の回転角を検出する角度センサ（図示せず）とを備え、取付部材１４によってブラケット２に取付けられている。
検出軸６は、軸線Ｃ２がバルブ駆動軸７の軸線Ｃ２と平行になる状態で角度センサに回動自在に支持されている。
角度センサは、検出軸６の回転角を角度データとしてポジショナ本体部５に送る。
【００１８】
ポジショナ本体部５は、角度センサから送られた角度データを用いて現在のバルブ１１の開度を求める機能と、現在の開度が目標とする開度と一致するようにアクチュエータ１２の動作を制御する機能とを有している。この実施の形態によるポジショナ本体部５は、バルブ１１の振動が伝達されることがない基台（図示せず）に支持されている。
【００１９】
回転伝達部７は、図１および図２に示すように、バルブ駆動軸７に固定用ボルト１５によって固定された第１の連結部材１６と、検出軸６に固定用ボルト１７によって固定された第２の連結部材１８と、これらの第１の連結部材１６と第２の連結部材１８とを連結する第３の連結部材１９とを備えている。第１の連結部材１６は、バルブ駆動軸７と一体に回動し、第２の連結部材１８は検出軸６と一体に回動する。
【００２０】
第１の連結部材１６は、図２に示すように、平面視Ｌ字状に形成されたアーム２１を有している。このアーム２１は、Ｌ字の短辺となる第１のアーム片２１ａと、Ｌ字の長辺となる第２のアーム片２１ｂとによって構成されており、第１のアーム片２１ａと第２のアーム片２１ｂとの接続部分においてバルブ駆動軸７に固定されている。
図２に示す第１のアーム片２１ａは、バルブ駆動軸７から開度センサ部３とは反対方向に延びている。
【００２１】
第１のアーム片２１ａの先端部には、後述するバルブ側コネクターピン２２が設けられている。この第１のアーム片２１ａとバルブ側コネクターピン２２は、図１においては一体に形成されているように描いてあるが、実際には個別に形成されて溶接やねじなどの結合手段によって結合されている。
第２のアーム片２１ｂは、バルブ開度を目視で確認するためのもので、先端部が尖る形状に形成されている。ブラケット２の上面には、第２のアーム片２１ｂの先端部と対応する位置にバルブ開度を示す目盛り２３が設けられている。
【００２２】
バルブ側コネクターピン２２は、アーム２１と協働して第１の連結部材１６を構成するものである。この実施の形態によるバルブ側コネクターピン２２は、円柱状に形成されてバルブ駆動軸７とは偏心した位置に配置されており、アーム２１からバルブ駆動軸７の軸線Ｃ１と平行な方向であって上方（バルブ１１から離間する方向）に延びている。この実施の形態においては、このバルブ側コネクターピン２２が本発明でいう「第１の軸部」に相当する。このバルブ側コネクターピン２２とアーム２１の内部には、後述する防塵装置２４の一部を構成する第１の空気通路２５が形成されている。
【００２３】
第２の連結部材１８は、検出軸６に一端部が取付けられた円柱体３１と、この円柱体３１の他端部に螺着されたセンサ側コネクターピン３２と、このセンサ側コネクターピン３２のねじ部３２ａに螺合したロックナット３３とによって構成されている。円柱体３１は、検出軸６の軸線Ｃ２とは直交する方向であって、図２に示すように、平面視において先端がバルブ駆動軸７を指向する方向に延びている。
【００２４】
センサ側コネクターピン３２は、ねじ部３２ａが突設された円柱状の基部３４と、この基部３４より細く形成されて基部３４からねじ部３２ａとは反対側に突出する軸部３５とを有し、円柱体３１と同一軸線上に配置されている。この実施の形態による第２の連結部材１８の全長は、センサ側コネクターピン３２を円柱体３１に取付ける際のねじ込み量を変えることによって調整することが可能である。センサ側コネクターピン３２の内部には、後述する防塵装置２４の第２の空気通路３６が形成されている。この実施の形態においては、このセンサ側コネクターピン３２が本発明でいう「第２の軸部」に相当する。
【００２５】
第３の連結部材１９は、バルブ側コネクターピン２２に接続された第１の軸受部４１と、センサ側コネクターピン３２に接続された第２の軸受部４２と、第１の軸受部４１と第２の軸受部４２とを連結する連結部４３とを備えている。
第１の軸受部４１は、バルブ側コネクターピン２２が通される金属製の第１の円筒４４を有している。第１の円筒４４の内周面には第１のすべり軸受４５が固着されている。第１のすべり軸受４５の中にはバルブ側コネクターピン２２が摺動自在に嵌合している。第１の軸受部４１は、この第１のすべり軸受４５によってバルブ側コネクターピン２２に回動自在に支持されている。
【００２６】
第２の軸受部４２は、センサ側コネクターピン３２が通される金属製の第２の円筒４６を有している。この第２の円筒４６の内周面には第２のすべり軸受４７が固着されている。第２のすべり軸受４７の中にはセンサ側コネクターピン３２が摺動自在に嵌合している。第２の軸受部４２は、この第２のすべり軸受４７によってセンサ側コネクターピン３２にこのセンサ側コネクターピン３２の軸線方向へ移動自在に支持されている。この実施の形態による第１のすべり軸受４５と第２のすべり軸受４７は、摩擦係数が小さいプラスチック材料によって形成されている。この実施の形態においては、第１のすべり軸受４５と第２のすべり軸受４７とが本発明でいう「すべり軸受」に相当する。
【００２７】
連結部４３は、第２の円筒４６の軸端部を径方向の両側から挟む一対の金属板４８，４８によって構成されている。これらの金属板４８は、第１の円筒４４の外周面と、第２の円筒４６の外周面とにそれぞれ溶接されている。これらの一対の金属板４８どうしの間には、上下方向に解放された空間Ｓが形成されている。
この連結部４３と上述した第１および第２の軸受部４１，４２とからなる第３の連結部材１９は、第１の連結部材１６に第１のすべり軸受４５を介して移動自在に連結されているとともに、第２の連結部材１８に第２のすべり軸受４７を介して移動自在に連結されている。
【００２８】
防塵装置２４は、第１および第２のすべり軸受４５，４７に塵埃等の異物が入ることを防ぐためのものである。この実施の形態による防塵装置２４は、アクチュエータ１２に供給される圧力空気の一部を第１および第２のすべり軸受４５，４７のすべり接触部４５ａ，４７ａ（図３参照）に導き、このすべり接触部４５ａ，４７ａ内の圧力を大気圧より高くする。ここでいう第１のすべり軸受４５のすべり接触部４５ａとは、バルブ側コネクターピン２２と第１のすべり軸受４５との嵌合部のことである。第２のすべり軸受４７のすべり接触部４７ａとは、センサ側コネクターピン３２と第２のすべり軸受４７との嵌合部のことである。
この防塵装置２４は、これらの第１および第２のすべり軸受４５，４７に加圧空気を導くために、圧力空気供給源１３から圧力空気が送られる空気供給管５１（図４参照）に上流側端部が接続された第１および第２のホース５２，５３と、バルブ側コネクターピン２２内の第１の空気通路２５と、センサ側コネクターピン３２内の第２の空気通路３６とを備えている。
【００２９】
第１および第２のホース５２，５３は、可撓性を有する材料によって形成されている。第１のホース５２の下流側端部は、第１の連結部材１６のアーム２１に取付けられ、第１の空気通路２５の上流側端部に接続されている。
第２のホース５３の下流側端部は、第２の連結部材１８のセンサ側コネクターピン３２に取付けられ、第２の空気通路３６の上流側端部に接続されている。
【００３０】
第１の空気通路２５は、図１および図２に示すように、アーム２１の上面に開口する上流側端部からアーム２１内とバルブ側コネクターピン２２内とを延び、図３に示すように、第３の連結部材１９に接続されたバルブ側コネクターピン２２の先端部において第１のすべり軸受４５のすべり接触部４５ａに開口している。この第１の空気通路２５の下流側端部は、バルブ側コネクターピン２２の軸心部に形成されてバルブ側コネクターピン２２の長手方向に延びる通路孔２５ａと、この通路孔２５ａを中心として放射状に延びる複数の連通孔２５ｂとによって形成されている。
【００３１】
連通孔２５ｂは、バルブ側コネクターピン２２の長手方向において、第１のすべり軸受４５と重なる範囲内の複数の位置にそれぞれ設けられている。このため、第１の空気通路２５に供給された加圧空気は、複数の連通孔２５ｂからすべり接触部４５ａ内に流出し、すべり接触部４５ａ内を第１のすべり軸受４５の両端に向けて流れる。そして、この加圧空気は、第１のすべり軸受４５の両端から大気中に排出される。
【００３２】
第２の空気通路３６は、図１および図２に示すように、センサ側コネクターピン３２の基部３４に開口する上流側端部からセンサ側コネクターピン３２内を延び、図３に示すように、第３の連結部材１９に接続されたセンサ側コネクターピン３２の先端部において第２のすべり軸受４７のすべり接触部４７ａに開口している。この第２の空気通路３６の下流側端部は、センサ側コネクターピン３２の軸心部に形成されてセンサ側コネクターピン３２の長手方向に延びる通路孔３６ａと、この通路孔３６ａを中心として放射状に延びる複数の連通孔３６ｂとによって形成されている。
【００３３】
連通孔３６ｂは、センサ側コネクターピン３２の長手方向において、第２のすべり軸受４７と重なる範囲内の複数の位置にそれぞれ設けられている。このため、第２の空気通路３６に供給された加圧空気は、複数の連通孔３６ｂからすべり接触部４７ａ内に流出し、すべり接触部４７ａ内を第２のすべり軸受４７の両端に向けて流れる。そして、この加圧空気は、第２のすべり軸受４７の両端から大気中に排出される。
このため、この防塵装置２４は、第１および第２のすべり軸受４５，４７のすべり接触部４５ａ，４７ａを経由して圧力空気を大気中に排出する。
【００３４】
次に、この実施の形態によるバルブポジショナ１の動作を説明する。
バルブ駆動軸７が回転すると、第１の連結部材１６がバルブ駆動軸７を中心にして回る。そして、この第１の連結部材１６の回転動作に伴って第３の連結部材１９の第１の軸受部４１が移動する。このとき、第３の連結部材１９の移動は、第２の連結部材１８によって規制されて検出軸６を中心とする回転動作のみとなる。このため、第１の軸受部４１が第１の連結部材１６に対して回るとともに、第２の軸受部４２が第２の連結部材１８に対して軸線方向に移動し、第１の連結部材１６の回転が第３の連結部材１９を介して第２の連結部材１８に伝達されて検出軸６が回る。この結果、バルブ駆動軸７の回転が第１の連結部材１６から第３の連結部材１９を介して第２の連結部材１８に伝達され、第２の連結部材１８と検出軸６の回転角を開度センサ部３が検出する。
【００３５】
第１および第２の連結部材１６，１８と第３の連結部材１９との間に介装された第１および第２のすべり軸受４５，４７は、これらの部材の微小な振動による相対変位を吸収する。このため、振動で第１〜第３の連結部材１６，１８，１９の連結部部分が摩耗することはないから、バルブ１１の開度変化を開度センサに確実に伝達することができる。
【００３６】
さらに、このバルブポジショナ１は、第１および第２のすべり軸受４５，４７のすべり接触部４５ａ，４７ａから加圧空気を排出する防塵装置２４を備えているから、第１および第２のすべり軸受４５，４７の周囲で浮遊している塵埃がこの加圧空気によって吹き飛ばされる。このため、このバルブポジショナ１を砂塵や粉塵等が舞う雰囲気中で使用したとしても、塵埃が第１および第２のすべり接触部４５ａ，４７ａに外から入ることを防ぐことができる。
したがって、この実施の形態によれば、振動の影響を受けることなくバルブ１１の開度変化が開度センサに確実に伝達されるとともに、屋外で使用したとしてもバルブ１１の開度を正確に検出可能なバルブポジショナを提供することができる。
【００３７】
この実施の形態による防塵装置２４は、第１の連結部材１６の内部に形成された第１の空気通路２５と、第２の連結部材１８の内部に形成された第２の空気通路３６とを有している。
このため、第１の軸受部４１に第１の空気通路２５から加圧空気を供給することができ、第２の軸受部４２に第２の空気通路３６から加圧空気を供給することができる。
したがって、第１および第２のすべり軸受４５，４７にそれぞれ加圧空気を十分に供給することができるから、バルブ１１の開度変化を開度センサに伝達するうえで信頼性が高いバルブポジショナを提供できる。
【００３８】
この実施の形態によるバルブ駆動軸７は、空気圧で動作するバルブ駆動用アクチュエータ１２に連結されている。
防塵装置２４は、バルブ駆動用アクチュエータ１２と共通の圧力空気供給源１３から圧力空気が供給される。
このため、バルブ駆動用アクチュエータ１２に供給される圧力空気の一部を第１および第２のすべり軸受４５，４７のすべり接触部４５ａ，４７ａに供給することができるから、専らすべり接触部４５ａ，４７ａに加圧空気を供給する圧力空気供給源は不要である。したがって、この実施の形態によれば、コストアップを可及的少なく抑えながら、本発明を実現することができる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
第１および第２のすべり軸受は、図５に示すように構成することができる。図５において、図１〜図４によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
図５に示す第１および第２のすべり軸受６１，６２は、金属によって形成されている。このような金属製のすべり軸受６１，６２は、すべり接触部６１ａ，６２ａから摩耗粉（図示せず）が生じる。しかし、この摩耗粉は、防塵装置２４によって送られる加圧空気によってすべり軸受６１，６２の外に押し出される。このため、摩耗粉がすべり軸受６１，６２内に滞留して噛み込みが生じることはない。また、金属製のすべり軸受６１，６２は、プラスチック製のすべり軸受と較べると適用温度の範囲が広い。
したがって、この実施の形態によれば、高温の環境や極低温の環境でも充分な性能が得られるから、より一層性能が高いバルブポジショナを提供することができる。
【００４０】
上述した実施の形態で示した防塵装置２４は、バルブ駆動用アクチュエータ１２と共通の圧力空気供給源から圧力空気が供給される構成が採られている。しかし、本発明は、このような限定にとらわれることはなく、防塵装置専用の圧力空気供給源を備える構成を採ることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…バルブポジショナ、３…開度センサ部、６…検出軸、７…バルブ駆動軸、１２…バルブ駆動用アクチュータ、１３…圧力空気供給源、１６…第１の連結部材、１８…第２の連結部材、１９…第３の連結部材、２２…バルブ側コネクターピン、２４…防塵装置、２５…第１の空気通路、３２…センサ側コネクターピン、３６…第２の空気通路、４１…第１の軸受部、４２…第２の軸受部、４５…第１のすべり軸受（すべり軸受）、４７…第２のすべり軸受（すべり軸受）。
【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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