(57)【要約】      （修正有）【課題】装置の大型化を抑制しつつ、切削工具の回転数及び送り速度をそれぞれ制御することができる管用の穿孔装置を提供する。【解決手段】穿孔装置１は、切削工具を保持する治具と、互いに独立に駆動される第１及び第２のモータ部４１、４４と、第１及び第２のモータ部が発生した回転駆動力を同じ軸上で出力する出力手段４７と、所定のピッチの第１のネジ部が形成され、先端部に治具が取り付けられ、軸に沿って移動可能に設けられると共に、第１のモータ部４１が発生した回転駆動力に基づいて軸回りに回転する第１の部材と、第１のネジ部と螺合する第２のネジ部が形成され、第２のモータ部４４が発生した回転駆動力に基づいて軸回りに回転する第２の部材と、管と切削工具との位置関係に応じて第１及び第２のモータ部の動作を制御する制御手段５とを備え、第１の部材と第２の部材との相対的な回転運動とピッチに基づいて切削工具の送りピッチが決定される。【選択図】図１
2018069420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管の周壁を穿孔する穿孔装置であって、
切削工具を保持する治具と、
互いに独立に駆動されて回転駆動力をそれぞれ発生する第１及び第２のモータ部と、
前記第１及び第２のモータ部が発生した回転駆動力を同じ軸上でそれぞれ出力する出力手段と、
前記軸を中心とする所定のピッチの第１のネジ部が形成され、先端部に前記治具が取り付けられた第１の部材であって、前記軸に沿って移動可能に設けられると共に、前記第１のモータ部が発生し前記出力手段から出力された回転駆動力に基づいて前記軸回りに回転する第１の部材と、
前記第１のネジ部と螺合する第２のネジ部が形成され、前記第２のモータ部が発生し前記出力手段から出力された回転駆動力に基づいて前記軸回りに回転する第２の部材と、
前記管と前記切削工具との位置関係に応じて前記第１及び第２のモータ部の動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な回転運動と前記ピッチとに基づいて、前記切削工具が１回転するごとに前記軸に沿って移動する移動量である送りピッチが決定される、
穿孔装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１の部材が予め設定された回転数で回転するように前記第１のモータ部を制御すると共に、前記第１の部材に対する前記第２の部材の相対的な回転数が予め設定された値となるように前記第２のモータ部を制御する、請求項１に記載の穿孔装置。
【請求項３】
前記切削工具はホルソーを含み、
前記制御手段は、前記ホルソーの刃先と前記管の周壁とが接触している領域の両端間の幅が前記ホルソーの径未満である第１の状態に対し、前記両端間の幅が前記ホルソーの径に達した第２の状態である場合に、前記第１の部材の回転数と前記相対的な回転数との少なくとも一方が小さくなるように前記第１及び第２のモータ部を制御する、請求項１又は２に記載の穿孔装置。
【請求項４】
前記切削工具はホルソーを含み、
前記制御手段は、前記ホルソーの刃先が前記管の外周面に接触した後、前記切削工具の送り量の積算値が前記周壁の厚みに至った場合、前記第１の部材の回転数と前記相対的な回転数との少なくとも一方が大きくなるように前記第１及び第２のモータ部を制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の穿孔装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス管、水道管等の管に穿孔する穿孔装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
穿孔用の切削工具として、ホルソーが知られている。ホルソーは、円筒の一端に刃が形成された工具であり、電動ドリル等に取り付けられて用いられる。穿孔する際のホルソーの回転数（ｒｐｍ）及び送り速度（回転軸方向における移動速度）は、穿孔対象の部材や形状や厚み、材質、ホルソーの径や材質等に応じて調節される。穿孔に関連する技術として、特許文献１、２には、自動送り機構を備える穿孔装置が開示されている。
【０００３】
ガス管や水道管等の管の周壁を穿孔する場合、穿孔する面が湾曲しているため、管とホルソーとの位置関係によって、ホルソーや電動ドリルのモータにかかる負荷が変化する。そのため、管とホルソーとの位置関係に応じて、ホルソーの回転数及び送り速度を調節する必要がある。従来はこのような調節を、作業者の感覚や勘に頼って行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２９５１８号公報
【特許文献２】特開２０００−２０２７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
作業者の感覚や勘に頼って回転数や送り速度を調節する場合、作業者の技能に応じて作業効率や穿孔の品質（精度や仕上がり状態等）が変化してしまうおそれがある。そのため、作業者の技能によらず、一定の作業効率及び品質で穿孔を行うことができるように、穿孔装置を自動制御する制御機構が望まれる。
【０００６】
穿孔装置を自動化するためには、切削工具の回転を制御する機構と、切削工具の送りを制御する機構とが必要になる。しかし、これらの機構をそれぞれ設けると、穿孔装置全体が大型化すると共に複雑化し、コストも上昇してしまう。また、上記特許文献１、２においては、自動送り機構におけるトータルの送り量を監視しているものの、切削工具の回転数や送り速度の制御については開示されていない。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、装置の大型化を抑制しつつ、切削工具の回転数及び送り速度をそれぞれ制御することができる管用の穿孔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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様である穿孔装置は、管の周壁を穿孔する穿孔装置であって、切削工具を保持する治具と、互いに独立に駆動されて回転駆動力をそれぞれ発生する第１及び第２のモータ部と、前記第１及び第２のモータ部が発生した回転駆動力を同じ軸上でそれぞれ出力する出力手段と、前記軸を中心とする所定のピッチの第１のネジ部が形成され、先端部に前記治具が取り付けられた第１の部材であって、前記軸に沿って移動可能に設けられると共に、前記第１のモータ部が発生し前記出力手段から出力された回転駆動力に基づいて前記軸回りに回転する第１の部材と、前記第１のネジ部と螺合する第２のネジ部が形成され、前記第２のモータ部が発生し前記出力手段から出力された回転駆動力に基づいて前記軸回りに回転する第２の部材と、前記管と前記切削工具との位置関係に応じて前記第１及び第２のモータ部の動作を制御する制御手段と、を備え、前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な回転運動と前記ピッチとに基づいて、前記切削工具が１回転するごとに前記軸に沿って移動する移動量である送りピッチが決定されるものである。
【０００９】
上記穿孔装置において、前記制御手段は、前記第１の部材が予め設定された回転数で回転するように前記第１のモータ部を制御すると共に、前記第１の部材に対する前記第２の部材の相対的な回転数が予め設定された値となるように前記第２のモータ部を制御しても良い。
【００１０】
上記穿孔装置において、前記切削工具はホルソーを含み、前記制御手段は、前記ホルソーの刃先と前記管の周壁とが接触している領域の両端間の幅が前記ホルソーの径未満である第１の状態に対し、前記両端間の幅が前記ホルソーの径に達した第２の状態である場合に、前記第１の部材の回転数と前記相対的な回転数との少なくとも一方が小さくなるように前記第１及び第２のモータ部を制御しても良い。
【００１１】
上記穿孔装置において、前記切削工具はホルソーを含み、前記制御手段は、前記ホルソーの刃先が前記管の外周面に接触した後、前記切削工具の送り量の積算値が前記周壁の厚みに至った場合、前記第１の部材の回転数と前記相対的な回転数との少なくとも一方が大きくなるように前記第１及び第２のモータ部を制御しても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、互いに独立に駆動される第１及び第２のモータ部が発生した回転駆動量により同軸上でそれぞれ回転する第１及び第２の部材を設け、第１の部材の部材に切削工具を取り付けて回転させると共に、第１の部材と第２の部材との相対的な回転運動に基づいて切削工具の送りピッチを決定するので、装置の大型化を抑制しつつ、切削工具の回転数及び送り速度をそれぞれ制御可能な穿孔装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る穿孔装置の外観を示す模式図である。
【図２】図１に示す穿孔装置からモータユニットを取り外した状態を示す正面図である。
【図３】カッターユニット及びスライドユニットのカッターユニットとの連結部近傍を拡大して示す一部断面図である。
【図４】スライドユニットの上端部近傍を拡大して示す一部断面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ’断面図である。
【図６】図３に示すカッターユニットを先端側に進めた状態を縮小して示す一部断面図である。
【図７】図１に示すモータユニットの内部を拡大して示す一部断面図である。
【図８】図１に示す制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】図１に示す穿孔装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】図１に示す穿孔装置の動作を説明するための模式図である。
【図１１】切削工具と管との位置関係を例示する模式図である。
【図１２】切削工具と管との位置関係を例示する模式図である。
【図１３】切削工具と管との位置関係を例示する模式図である。
【図１４】切削工具と管との位置関係を例示する模式図である。
【図１５】切削工具と管との位置関係を例示する模式図である。
【図１６】切削工具と管との位置関係の別の例を示す模式図である。
【図１７】切削工具と管との位置関係の別の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る穿孔装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。以下の説明において参照する図面は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示しているに過ぎない。即ち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る穿孔装置の外観を示す模式図である。本実施形態に係る穿孔装置１は、ガス管や水道管等の管の周壁を穿孔するための装置であり、図１に示すように、穿孔用の切削工具が設けられたカッターユニット２と、切削工具を回転可能且つ回転軸に沿って移動可能に保持するスライドユニット３と、切削工具を回転及び移動させるための回転駆動力を発生するモータユニット４と、該モータユニット４の動作を制御する制御装置５とを備える。また、穿孔装置１の使用時には保持ユニット６が取り付けられる。
【００１６】
図２は、図１に示す穿孔装置１からモータユニット４を取り外した状態を示す正面図である。図３は、カッターユニット２及びスライドユニット３のカッターユニット２との連結部近傍を拡大して示す一部断面図である。図４は、スライドユニット３の上端部近傍を拡大して示す一部断面図である。図５は、図２のＡ−Ａ’断面図である。このうち、図３及び図４は、図２の紙面に直交する面における断面を示している。
【００１７】
カッターユニット２は、内部に切削工具２３を収容する円筒状のカバー部２１を備える。カバー部２１の下端部にはフランジ２１１が設けられ、カバー部２１の上端部には、中心部に貫通孔が形成された天井部２１２が設けられている。図３に示すように、天井部２１２には貫通孔が形成され、バルブ２２０が取り付けられている。
【００１８】
スライドユニット３は、切削工具２３を軸Ｒ１回りに回転させると共に切削工具２３を軸Ｒ１に沿って移動させるためのユニットである。スライドユニット３は、軸Ｒ１を回転中心とする円筒状の筐体３１を備え、その内部に、回転管３２、シャフト３３、及び送りネジ３４が収容されている（図５参照）。また、スライドユニット３の上方には、モータユニット４が発生した回転駆動力をスライドユニット３に伝達するための回転伝達用スプライン３５と、送り伝達用スプライン３６とが設けられている（図４参照）。
【００１９】
筐体３１の下端部にはフランジ３１１が設けられており、スライドユニット３は、このフランジ３１１においてカッターユニット２に締結されている（図３参照）。また、筐体３１の上端部には、中心部に貫通孔が形成されたフランジ３１２付きの円盤部３１３が締結されている（図４参照）。
【００２０】
筐体３１には、該筐体３１の長手方向に沿って開口された窓３１４が形成されている（図２、図５参照）。窓３１４にはアクリル等の透明部材３１５が嵌め込まれており、これにより、筐体３１の外部から内部を視認することができる。この窓３１４の近傍に、所定のピッチの目盛りを設けても良い。
【００２１】
回転管３２は、シャフト３３を挿入可能な円筒状の部材であり、筐体３１の内周に、滑り軸受３２３によって回転可能に支持されている。回転管３２の周壁の対向する２か所には、周壁を貫通するスリット３２１が長手方向に沿って形成されている。また、回転管３２の上端部にはフランジ３２４が設けられている。
【００２２】
シャフト３３は、外周面が回転管３２の内周面と当接する外径を有する筒状の部材である。シャフト３３の下方の内周面には雌ネジ部３３１が形成されており、この雌ネジ部３３１に、切削工具２３を保持する治具２２が締め込まれている（図３参照）。
【００２３】
シャフト３３の上方の外周面のうち、回転管３２のスリット３２１に対応する位置（本実施形態においては２か所）には、凹部３３２が形成されている（図５参照）。この凹部３３２に、スリット３２１に挿入可能な大きさの部材（突出部３３３）が、外周側に突出するように配置されている。突出部３３３は、ボルト３３４や皿ネジ３３５等により、シャフト３３に固定されている。この突出部３３３をスリット３２１に配置することにより、シャフト３３は回転管３２から抜けることなく、軸Ｒ１に沿ってスライド可能となる。また、回転管３２が回転した場合には、突出部３３３を介してシャフト３３も連動して回転する。
【００２４】
突出部３３３、ボルト３３４、及び皿ネジ３３５は、透明部材３１５を介して筐体３１の外側から視認することができる（図２参照）。そこで、筐体３１の窓３１４近傍に目盛りを設けることにより、突出部３３３やボルト３３４等の変位を、切削工具２３の送り量として確認することができる。なお、スリット３２１及び突出部３３３の位置及び数は、対向する２箇所に限定されず、１箇所であっても良いし、３箇所以上であっても良い。
また、シャフト３３の上端部近傍の内周面には、雌ネジ部３３６が形成されている。
【００２５】
送りネジ３４は、シャフト３３の雌ネジ部３３６と同じピッチの雄ネジ部３４１が外周面に形成された柱状（棒状）の部材である。この送りネジ３４とシャフト３３との相対的な回転運動により、シャフト３３が送りネジ３４に対してネジ送りされ、軸Ｒ１に沿って移動する。
【００２６】
回転伝達用スプライン３５は、外周面に歯３５１が形成された円筒状の部材である。回転伝達用スプライン３５のうち、円盤部３１３の内部に収容されている部分は、円筒状の回転伝達部３５２に接続されている。回転伝達部３５２は、転がり軸受３５３により円盤部３１３に対して回転可能に支持されていると共に、ボルト等により回転管３２の上端部のフランジ３２４に締結されている。これにより、回転伝達用スプライン３５の回転が、回転伝達部３５２を介して回転管３２に伝達され、さらに、シャフト３３に伝達される。
【００２７】
送り伝達用スプライン３６は、外周面に歯３６１が形成された柱状の部材である。送り伝達用スプライン３６は、回転伝達用スプライン３５の内周側に挿入され、送りネジ３４の上端面と接合されている。或いは、送り伝達用スプライン３６と送りネジ３４とを一体的に形成しても良い。送り伝達用スプライン３６は、滑り軸受３６２により回転伝達用スプライン３５に対して回転可能に支持されていると共に、転がり軸受３６３により回転管３２に対して回転可能に支持されている。これにより、送り伝達用スプライン３６及び送りネジ３４は、回転伝達用スプライン３５、回転管３２、及びシャフト３３とは独立に回転する。
【００２８】
スライドユニット３の下端部からは、シャフト３３の先端部が突出し、カッターユニット２の天井部２１２に形成された貫通孔２１６を通ってカッターユニット２の内部に至っている。シャフト３３は、滑り軸受２１７により天井部２１２に対して回転可能に支持されている。また、貫通孔２１６の内壁にはＯリング２１８及びシール部２１９が配置されており、これによりカッターユニット２側からのデブリの侵入を抑制している。
【００２９】
治具２２は、シャフト３３と同心の軸部２２１及び円盤部２２２を有する。軸部２２１の上方には雄ネジ部２２３が形成されており、シャフト３３の雌ネジ部３３１に締め込まれている。軸部２２１の外周面の一部には溝が形成され、この溝にＯリング２２６が嵌め込まれている。
【００３０】
切削工具２３は、治具２２に締結されたホルソー２４及びセンタードリル２５を含む。ホルソー２４及びセンタードリル２５の種類（刃先の形状）や、サイズ、材質等については特に限定されず、穿孔対象の管の形状や材質、穿孔する孔の径等に応じて適宜選択すれば良い。切削工具２３が固定された治具２２をシャフト３３に取り付けることにより、切削工具２３がシャフト３３と一緒に軸Ｒ１回りに回転可能になると共に、軸Ｒ１に沿って移動可能になる。
【００３１】
シャフト３３の治具２２側端部の外周には、転がり軸受２２７を介して移動振れ止めサポーター２２８が取り付けられている。移動振れ止めサポーター２２８は、全体として円環状をなし、治具２２の円盤部２２２から突出するボルトの頭等と干渉しないように凹部が形成されている。また、移動振れ止めサポーター２２８の外周面には、Ｒ状の凸部２２９が形成されている。
【００３２】
カバー部２１の内部には、移動振れ止めリング２３０が、軸Ｒ１に沿ってスライド可能に設けられている。移動振れ止めリング２３０は、シャフト３３が貫通する貫通孔が中心部に設けられていると共に、振れ止めサポーター２２８を収納可能な凹部２３１が設けられた円環状の部材である。移動振れ止めリング２３０の外周面にはスライドプレート２３２が貼り付けられている。スライドプレート２３２は樹脂材料によって形成された摺動部材であり、スライドプレート２３２をカバー部２１の内周面に接触させることにより、移動振れ止めリング２３０がカバー部２１内を円滑に摺動することができる。
【００３３】
また、移動振れ止めリング２３０の内周側には滑り軸受２３３が設けられている。これにより、シャフト３３が、移動振れ止めリング２３０に対してスライド可能に支持される。さらに、移動振れ止めリング２３０の下端面には、ボールプランジャー２３４が取り付けられている。図３に示すように、切削工具２３及び治具２２がカバー部２１内に収納されている状態では、移動振れ止めサポーター２２８は移動振れ止めリング２３０の凹部２３１に収納されており、凸部２２９をボールプランジャー２３４のボール２３５に掛止させることで、移動振れ止めリング２３０と連結されている。
【００３４】
図６は、図３に示すカッターユニット２を先端側に進めた状態を縮小して示す一部断面図である。図３に示す状態から、送りネジ３４に対してシャフト３３を回転させることによりカッターユニット２を先端側（図の下方向）に進めると、移動振れ止めサポーター２２８及び移動振れ止めリング２３０もシャフト３３と共に移動する。そして、移動振れ止めリング２３０がカバー部２１の下端部に達すると、移動振れ止めリング２３０がカバー部２１の内周面に設けられた止め輪２３６に引っ掛かり、そこで移動が停止する。それにより、移動振れ止めサポーター２２８の凸部２２９がボールプランジャー２３４のボール２３５を押し込み、ボールプランジャー２３４による移動振れ止めサポーター２２８と移動振れ止めリング２３０との連結が解除される。その結果、図６に示すように、移動振れ止めリング２３０がカバー部２１内に留まり、移動振れ止めサポーター２２８がシャフト３３と共にさらに進行方向に移動する。
【００３５】
また、図６に示す状態から、シャフト３３及びカッターユニット２を基端側（図の上方向）に進めると、カバー部２１の下端部において、移動振れ止めサポーター２２８が移動振れ止めリング２３０の凹部２３１に収納される。そして、移動振れ止めリング２３０が、移動振れ止めサポーター２２８に押し上げられるようにしてカバー部２１の上端部まで移動する。この間に、切削工具２３に生じた振動が、移動振れ止めサポーター２２８を介して移動振れ止めリング２３０により制動される。移動振れ止めリング２３０がカバー部２１の上端部に達すると、移動振れ止めサポーター２２８の凸部２２９がボールプランジャー２３４に掛止され、これにより、移動振れ止めサポーター２２８と移動振れ止めリング２３０とが再び連結される。
【００３６】
図７は、図１に示すモータユニット４の内部を拡大して示す一部断面図である。図７に示すように、モータユニット４は、回転伝達用スプライン３５に供給する回転駆動力を発生する回転用モータ部４１と、送り伝達用スプライン３６に供給する回転駆動力を発生する送り用モータ部４４と、回転用モータ部４１及び送り用モータ部４４の回転駆動力をスライドユニット３に出力する出力ユニット４７とを備える。
【００３７】
以下においては、回転用モータ部４１及び送り用モータ部４４の一例として、減速ギヤボックスを内蔵するモータの構造を説明する。図７に示すように、回転用モータ部４１は、モータ４１０と、２段のギヤユニット４２０、４３０を含む減速ギヤボックス４１１とを備える。これらの各部は、筐体４１２〜４１４の内部に収容されている。回転用モータ部４１の出力軸４１５は、転がり軸受４１６により支持されている。
【００３８】
モータ４１０として用いられるモータの種類は、回転数の検出及び制御が可能な種類であれば特に限定されない。具体的には、エンコーダ付きモータ、ブラシレスＤＣモータ、スイッチドリラクタンスモータ（ＳＲモータ）等、種々のものを用いることができる。特に、ＳＲモータを用いる場合、高速回転が可能であり、高トルクを出すことができ、応答性も良好で、且つ、長寿命、低コストといった利点がある。モータ４１０は、制御装置５の制御の下で動作して回転駆動力を出力すると共に、自身の回転数を検出して検出信号を出力する。
【００３９】
各ギヤユニット４２０、４３０は、外歯が形成されたサンギヤと、内歯が形成されたリングギヤと、サンギヤ及びリングギヤと歯合するプラネタリギヤとを有する遊星歯車機構であり、前段からサンギヤに入力された回転を、プラネタリギヤに連結されたキャリアから減速して出力する。即ち、モータ４１０の出力軸４１５から出力された回転は、ギヤユニット４２０、４３０により２段に渡って減速されて出力軸４３５から出力される。出力軸４３５の回転は、出力軸４３５に取り付けられた出力ギヤ４３６を介して出力ユニット４７に伝達される。
【００４０】
送り用モータ部４４は、モータ４４０と、２段のギヤユニット４５０、４６０を含む減速ギヤボックス４４１とを備える。これらの各部は、筐体４４２〜４４４の内部に収容されている。送り用モータ部４４の出力軸４４５は、転がり軸受４４６により支持されている。
【００４１】
モータ４４０として用いられるモータの種類も、モータ４１０と同様、回転数の検出及び制御が可能な種類であれば特に限定されない。モータ４４０も、制御装置５の制御の下で動作して回転駆動力を出力すると共に、自身の回転数を検出して検出信号を出力する。
【００４２】
各ギヤユニット４５０、４６０は、ギヤユニット４２０、４３０と同様の遊星歯車機構である。モータ４４０の出力軸４４５から出力された回転は、ギヤユニット４５０、４６０により２段に渡って減速されて出力軸４６５から出力され、出力軸４６５に取り付けられ出力ギヤ４６６を介して出力ユニット４７に伝達される。
なお、減速ギヤボックス４１１、４４１の構成は上記に限定されず、所望の減速比を得ることができれば、公知の種々の構成を採用することができる。
【００４３】
出力ユニット４７は、筐体４７１と、該筐体４７１を支持する支持部４７２と、支持部４７２の下端部に設けられたフランジ４７３とを備える。筐体４７１は、締結部材４１７により、筐体４１３、４１４に対して固定されている。また、モータユニット４は、フランジ４７３においてスライドユニット３と締結されている（図１参照）。
【００４４】
筐体４７１の下底部には開口４７６が形成されている。この開口４７６に、回転用モータ部４１から出力された回転駆動力が入力される回転伝達ギヤ部４８０と、送り用モータ部４４から出力された回転駆動力が入力される送り伝達ギヤ部４９０とが挿入されている。回転伝達ギヤ部４８０及び送り伝達ギヤ部４９０は、回転用モータ部４１が発生した回転駆動力と、送り用モータ部４４が発生した回転駆動力とを同軸で出力する出力手段である。
【００４５】
回転伝達ギヤ部４８０は円筒状をなす部材であり、その内周面には、スライドユニット３の回転伝達用スプライン３５と歯合する歯４８１が形成されている。また、回転伝達ギヤ部４８０の上方の外周面には、回転用モータ部４１の出力ギヤ４３６と歯合する歯４８２が形成されている。これにより、回転伝達ギヤ部４８０に回転伝達用スプライン３５を挿入した状態で回転用モータ部４１を駆動すると、出力軸４３５及び出力ギヤ４３６が回転し、この回転が回転伝達ギヤ部４８０を介して回転伝達用スプライン３５に伝達される。回転伝達ギヤ部４８０と筐体４７１との間にはＯリング４８３及びシール部４８４が配置されており、これにより、筐体４７１内の気密が確保される。
【００４６】
送り伝達ギヤ部４９０は円筒状をなす部材であり、回転伝達ギヤ部４８０の内周側に挿入されている。送り伝達ギヤ部４９０の内周面には、送り伝達用スプライン３６と歯合する歯４９１が形成されている。また、送り伝達ギヤ部４９０の内周には付き当て部４９２が設けられている。これにより、送り伝達ギヤ部４９０に送り伝達用スプライン３６を挿入した際に、送り伝達ギヤ部４９０の上端面が付き当て部４９２に当接し、回転伝達ギヤ部４８０に対する回転伝達用スプライン３５の位置決めと、送り伝達ギヤ部４９０に対する送り伝達用スプライン３６の位置決めとがなされる。
【００４７】
送り伝達ギヤ部４９０の外周面には、送り用モータ部４４の出力ギヤ４６６と歯合する外歯ギヤ４９３が設けられている。これにより、送り伝達ギヤ部４９０に送り伝達用スプライン３６を挿入した状態で送り用モータ部４４を駆動すると、出力軸４６５及び出力ギヤ４６６が回転し、この回転が外歯ギヤ４９３及び送り伝達ギヤ部４９０を介して送り伝達用スプライン３６に伝達される。
【００４８】
回転伝達ギヤ部４８０の内周面と送り伝達ギヤ部４９０の外周面との間、及び回転伝達ギヤ部４８０の上端面と外歯ギヤ４９３との間には、ニードル軸受４８５及びスラスト軸受４８６がそれぞれ配置されている。これにより、回転伝達ギヤ部４８０に対し、送り伝達ギヤ部４９０及び外歯ギヤ４９３が回転自在に保持される。
【００４９】
このようなモータユニット４をスライドユニット３に取り付け、モータユニット４を駆動することにより、回転伝達用スプライン３５及び送り伝達用スプライン３６を回転させる。それにより、回転伝達用スプライン３５と連動して回転管３２及びシャフト３３が回転すると共に、シャフト３３の回転とは独立に、送り伝達用スプライン３６と一緒に送りネジ３４が回転する。その結果、シャフト３３の回転数と送りネジ３４の回転数の差と、送りネジ３４のピッチとに応じた送りピッチ（切削工具１回転当たりの送り量）で、シャフト３３が軸Ｒ１に沿って移動する。
【００５０】
ここで、シャフト３３の回転数をＡ（ｒｐｍ）、送りネジ３４の回転数をＢ（ｒｐｍ）、送りネジ３４のピッチをＰ（ｍｍ／ｒｅｖ）とすると、シャフト３３即ち切削工具２３の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）は、次式（１）によって与えられる。
Ｖ＝（Ａ−Ｂ）×Ｐ  …（１）
【００５１】
従って、切削工具２３の送りピッチＣ（ｍｍ／ｒｅｖ）は、次式（２）によって与えられる。
Ｃ＝（Ａ−Ｂ）×Ｐ／Ａ  …（２）
このように、シャフト３３の回転数Ａと送りネジ３４の回転数Ｂとを制御することにより、切削工具２３の回転数と送りピッチとを所望の値に調節することができる。
【００５２】
図８は、図１に示す制御装置５の概略構成を示すブロック図である。図８に示すように、制御装置５は、電源供給部５１と、操作部５２と、表示部５３と、信号入力部５４と、信号出力部５５と、プログラム記憶部５６と、これらの各部を制御する制御部５７とを備える。制御装置５は、ケーブル４０１、４０２（図１参照）を介してモータユニット４と接続されており、これらのケーブル４０１、４０２を介してモータユニット４に電源を供給すると共に、モータユニット４から出力された検出信号を取得し、該検出信号に基づく制御を行う。具体的には、回転用モータ部４１及び送り用モータ部４４の各々に供給する電源の正負の向きや大きさ等を制御することにより、回転用モータ部４１及び送り用モータ部４４の各々から出力される回転の向き及び回転数を変化させる。
【００５３】
操作部５２は、当該制御装置５に対する種々の命令や情報を入力するための入力デバイスであり、例えば、操作ボタン、スイッチ、キーボード、マウス、タッチパネル等を含む。
表示部５３は、当該制御装置５において設定されるモード（自動制御モード、マニュアル制御モード）や、制御装置５に対して入力される各種命令や実行中の動作の状態等（切削工具の回転数や送りピッチ等）の情報を表示する表示デバイスであり、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等を含む。
【００５４】
信号入力部５４は、モータユニット４の回転用モータ部４１及び送り用モータ部４４からそれぞれ出力される検出信号を取得し、所定の信号処理を施すことにより、回転用モータ部４１及び送り用モータ部４４における各モータの回転数を検出する。
信号出力部５５は、制御部５７の制御の下でモータユニット４を制御するための制御信号を出力する。
【００５５】
プログラム記憶部５６は、当該制御装置５において実行されるオペレーティングシステムプログラムやドライバプログラムを含む各種プログラムや、これらのプログラムの実行中に使用される各種データを格納する。具体的には、プログラム記憶部５６は、穿孔装置１において、切削工具２３の回転数及び送りピッチを自動的且つ段階的に変化させるためにモータユニット４の動作を制御するプログラムを記憶する。
【００５６】
制御部５７は、例えば、ＣＰＵ等の算術論理演算ユニット及び各種レジスタ等によって構成され、プログラム記憶部５６に記憶されている各種プログラムを実行することにより当該制御装置５の各部を統括的に制御する。なお、本実施形態においては、プロセッサに所定のプログラムを読み込ませることにより制御部５７を構成するが、制御部５７の構成はこれに限定されない。例えばアナログ回路又はデジタル回路によって制御部５７を構成しても良い。
【００５７】
次に、本実施形態に係る穿孔装置１の動作について説明する。図９は、穿孔装置１の動作を示すフローチャートである。また、図１０〜図１５は、穿孔装置１の動作中における切削工具と穿孔対象の管との位置関係を例示する模式図である。図１０〜図１５においては、穿孔対象の管１００を断面で示すと共に、切削工具としてホルソー２４及びセンタードリル２５の断面を簡略化して示している。なお、図１０〜図１５においては、ホルソー２４の先端の位置を分かり易くするため、刃の肉厚を厚めに図示しているが、実際には、ホルソー２４の刃の肉厚に対して管１００の肉厚は厚い。従って、管の１００の肉厚との関係では、ホルソー２４の外径と内径との差はあまり考慮しなくても良い。
【００５８】
穿孔作業に先立って、作業者は、制御装置５に各種条件を入力することにより設定値を算出させる。具体的には、図１０に示すように、管１００の径Ｄ１及び肉厚ｔと、ホルソーの径（即ち穿孔する孔の径）Ｄ２と、センタードリル２５の長さＬとを入力する。これに応じて、制御装置５は、センタードリル２５の先端２５ａからホルソー２４の刃先２４ａまでの距離ｄ１と、切削工具の進行方向Ｚにおいてホルソー２４の刃先２４ａの端面が管１００の内周面に最初に到達する位置から刃先２４ａの両端が管１００の外周面に接触する位置までの距離ｄ２と、刃先２４ａの両端が管１００の外周面に接触する位置から内周面に接触する位置までの距離ｄ３とを算出する。これらの距離ｄ１、ｄ２、ｄ３は、入力された条件（径Ｄ１、Ｄ２、肉厚ｔ、長さＬ）を用いて幾何的に算出することができる。さらに、制御装置５は、ホルソー２４及びセンタードリル２５と管１００との位置関係に応じた適切な回転数（ｒｐｍ）及び送りピッチ（ｍｍ／ｒｅｖ）を算出する。この際、管の材質やホルソー２４及びセンタードリル２５の材質を制御装置５に入力することにより、これらの材質に応じた設定値が算出されるようにしても良い。
【００５９】
まず、工程Ｓ１０において、制御装置５は、モータユニット４を駆動させることにより、切削工具の回転を開始させる。この状態でセンタードリル２５の先端２５ａを管１００の外周面に当接させることにより、穿孔が開始される（工程Ｓ１１）。このときのシャフト３３の回転数（即ち切削工具の回転数）をＡ１（ｒｐｍ）、送りピッチをＣ１（ｍｍ／ｒｅｖ）、この送りピッチＣ１を実現するための送りネジ３４の回転数をＢ１（ｒｐｍ）とする（Ｂ１＜Ａ１）。穿孔開始直後は、センタードリル２５のみが管１００に当接しており、切削工具に対する負荷は小さいので、回転数Ａ１及び送りピッチＣ１を比較的大きくすることができる。制御装置５は、穿孔を開始すると、モータユニット４から出力される検出信号に基づき、切削工具の送り量の積算値Δｚ１（ｍｍ）のカウントを開始する。送り量の積算値Δｚ１は、送りピッチＣ１と、モータの回転数の積算値と、減速ギヤユニットにおける減速比とから算出することができる。
【００６０】
続く工程Ｓ１２において、制御装置５は、送り量の積算値Δｚ１が距離ｄ１に至ったか否か（Δｚ１≧ｄ１）を判定する。送り量の積算値Δｚ１が距離ｄ１に至っていない場合（工程Ｓ１２：Ｎｏ）、制御装置５は回転数及び送りピッチの設定値を維持したまま穿孔を継続する（工程Ｓ１３）。
【００６１】
他方、送り量の積算値Δｚ１が距離ｄ１に至った場合（工程Ｓ１２：Ｙｅｓ）、制御装置５は、切削工具の回転数及び送りピッチを落として穿孔を行う（工程Ｓ１４）。送り量の積算値Δｚ１が距離ｄ１に至ると、図１１に示すように、ホルソー２４の刃先２４ａが管１００の外周面に接触した状態になるので、センタードリル２５のみで穿孔している場合と比べて切削工具に対する負荷が増加するためである。設定変更後のシャフト３３の回転数をＡ２（Ａ２＜Ａ１）、送りピッチをＣ２、送りネジ３４の回転数をＢ２とすると、送りピッチＣ２＜Ｃ１を実現するための条件は、（Ａ２−Ｂ２）＜（Ａ１−Ｂ１）となる。或いは、工程Ｓ１４において、切削工具の回転数を維持したまま送りピッチのみを落とすか、切削工具の送りピッチを維持したまま回転数のみを落とすこととしても良い。
制御装置５は、設定値の変更を行うと、新たに送り量の積算値Δｚ２のカウントを開始する。
【００６２】
続く工程Ｓ１５において、制御装置５は、送り量の積算値Δｚ２が管１００の肉厚ｔに至ったか否か（Δｚ２≧ｔ）を判定する。送り量の積算値Δｚ２が肉厚ｔに至っていない場合（工程Ｓ１５：Ｎｏ）、制御装置５は設定値を維持したまま穿孔を継続する（工程Ｓ１６）。
【００６３】
他方、送り量の積算値Δｚ２が肉厚ｔに至った場合（工程Ｓ１５：Ｙｅｓ）、制御装置５は、切削工具の送りピッチを上げて穿孔を行う（工程Ｓ１７）。図１２に示すように、送り量の積算値Δｚ２が肉厚ｔに至ると、その後は図１３に示すように、ホルソー２４の刃先２４ａの一部が管１００の内周側に抜けた状態になるので、切屑が排出され易くなり、ホルソー２４に対する負荷が低減されるからである。設定変更後のシャフト３３の回転数をＡ３（Ａ３＝Ａ２）、送りピッチをＣ３、送りネジ３４の回転数をＢ３とすると、送りピッチＣ３＞Ｃ２を実現するための条件は、Ｂ３＜Ｂ２となる。なお、このとき併せて切削工具の回転数を上げても良い。この場合、送りピッチＣ３＞Ｃ２を実現するための条件は（Ａ３−Ｂ３）＞（Ａ２−Ｂ２）となる。或いは、送りピッチをそのまま維持して切削工具の回転数を上げても良い
制御装置５は、設定値の変更を行うと、新たに送り量の積算値Δｚ３のカウントを開始する。
【００６４】
続く工程Ｓ１８において、制御装置５は、送り量の積算値Δｚ３が距離ｄ２に至ったか（Δｚ３≧ｄ２）否かを判定する。送り量の積算値Δｚ３が距離ｄ２に至っていない場合（工程Ｓ１８：Ｎｏ）、制御装置５は設定値を維持したまま穿孔を継続する（工程Ｓ１９）。
【００６５】
他方、送り量の積算値Δｚ３が距離ｄ２に至った場合（工程Ｓ１８：Ｙｅｓ）、制御装置５は、切削工具の回転数及び送りピッチを落として穿孔を行う（工程Ｓ２０）。ここで、図１３に示すように、送り量の積算値Δｚ３が距離ｄ２に至る前においては、ホルソー２４の刃先２４ａと管１００の周壁とが接触している領域の両端間の幅Ｗが、ホルソー２４の径Ｄ２よりも小さい状態（第１の状態）となっている。この場合、管１００の周壁に当接している刃先２４ａの部分が比較的少ないので、切屑が管１００の外側に排出されやすい。それに対し、図１４に示すように、送り量の積算値Δｚ３が距離ｄ２に至ると、ホルソー２４の刃先２４ａと管１００の周壁とが接触している領域の両端間の幅Ｗが、ホルソー２４の径Ｄ２に達した（第２の状態）となる。この場合、管１００の周壁に当接している刃先２４ａの部分が増加するので、切屑が排出され難くなる。それにより、刃先２４ａにかかる摩擦力が大きくなり、ホルソー２４にかかる負荷が増加するので、切削工具の回転数及び送りピッチを低減することとしている。設定変更後のシャフト３３の回転数をＡ４（Ａ４＜Ａ３）、送りピッチをＣ４、送りネジ３４の回転数をＢ４とすると、送りピッチＣ４＜Ｃ３を実現するための条件は、（Ａ４−Ｂ４）＜（Ａ３−Ｂ３）となる。或いは、工程Ｓ２０において、切削工具の回転数を維持したまま送りピッチのみを落とすか、切削工具の送りピッチを維持したまま回転数のみを落とすこととしても良い。
制御装置５は、設定値の変更を行うと、新たに送り量の積算値Δｚ４のカウントを開始する。
【００６６】
続く工程Ｓ２１において、制御装置５は、送り量の積算値Δｚ４が距離ｄ３に至ったか（Δｚ４≧ｄ３）否かを判定する。送り量の積算値Δｚ４が距離ｄ３に至っていない場合（工程Ｓ２１：Ｎｏ）、制御装置５は設定値を維持したまま穿孔を継続する（工程Ｓ２２）。
【００６７】
他方、図１５に示すように、送り量の積算値Δｚ４が距離ｄ３に至った場合（工程Ｓ２１：Ｙｅｓ）、即ち、ホルソー２４が管１００の周壁を貫通した場合、制御装置５は、切削工具の回転の向きを逆回転にして切削工具を引き上げる（工程Ｓ２３）。このとき、ホルソー２４の外周面には管１００に形成された開口の壁面が当接している状態なので、ホルソー２４を逆回転させながら比較的ゆっくりと戻すことが好ましい。例えば、送りネジ３４の回転を停止させ、シャフト３３を逆回転させる。
制御装置５は、設定値の変更を行うと、新たに戻り量（上方向への送り量の積算値）Δｚ５のカウントを開始する。
【００６８】
続く工程Ｓ２４において、制御装置５は、戻り量Δｚ５が距離（ｄ２＋ｄ３＋ｔ）に至ったか（Δｚ５≧ｄ２＋ｄ３＋ｔ）否かを判定する。戻り量Δｚ５が距離（ｄ２＋ｄ３＋ｔ）に至っていない場合(工程Ｓ２４：Ｎｏ)、制御装置５は設定値を維持したまま引き続き切削工具を引き上げる（工程Ｓ２５）。
【００６９】
他方、戻り量Δｚ５が距離（ｄ２＋ｄ３＋ｔ）に至った場合（工程Ｓ２４：Ｙｅｓ）、即ち、ホルソー２４が管１００の開口から抜けた場合、制御装置５は、切削工具を戻りピッチ（上方向への送りピッチ）を上げてさらに引き上げる（工程Ｓ２６）。例えば、シャフト３３を逆回転させながら、送りネジ３４を正回転させる。或いは、シャフト３３の回転を停止させ、送りネジ３４のみを正回転させても良い。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態によれば、シャフト３３と送りネジ３４との相対的な回転運動に基づいて切削工具の送りピッチを決定するので、シャフト３３と共に切削工具を所望の回転数で回転させつつ、送りネジ３４の回転数を調節することにより、切削工具を所望のピッチで送ることできる。従って、切削工具の回転数及び送りピッチを自由に組み合わせて穿孔作業を行うことが可能となる。
【００７１】
また、本実施形態によれば、制御装置５により予め設定された設定値に従って回転用モータ部４１及び送り用モータ部４４をそれぞれ制御するので、管１００と切削工具２３との相対的な位置関係に応じた適切な回転数及び送りピッチで穿孔を行うことができる。従って、作業者の技能や経験によらず、安定した品質の穿孔作業を効率良く行うことが可能となる。
【００７２】
また、本実施形態によれば、回転用モータ部４１から出力される回転駆動力と送り用モータ部４４から出力される回転駆動力とを、１軸上の回転に変換して出力するので、穿孔装置１の大型化を抑制することができる。
【００７３】
ここで、上記実施形態においては、各工程における切削工具２３の送り量の積算値Δｚ１〜Δｚ５を、送りピッチとモータの回転数の積算値と減速比とに基づいてモニタすることとしたが、送りピッチ（ｍｍ／ｒｅｖ）に対応する送り速度（ｍｍ／ｍｉｎ）を工程ごとに予め算出しておき、各工程における経過時間と送り速度とに基づいてモニタしても良い。
【００７４】
また、上記実施形態においては、穿孔作業の開始から終了までの工程を自動制御することとしたが、マニュアルで制御することとしても良い。この場合、作業者が切削工具の所望の回転数及び送りピッチ（又は送り速度）を操作部５２から入力すると、制御装置５は、入力された送りピッチ（又は送り速度）を実現するための送りネジ３４の回転数を算出し（式（２）参照）、シャフト３３及び送りネジ３４をそれぞれ回転させる制御を行う。或いは、各工程Ｓ１１、Ｓ１４、Ｓ１７、Ｓ２０における回転数及び送りピッチ（又は送り速度）を作業開始前に作業者がマニュアル入力し、制御装置５が、切削工具の送り量の積算値に基づいて各工程に至ったかを判断し、入力された回転数及び送りピッチ（又は送り速度）となるようにシャフト３３及び送りネジ３４をそれぞれ回転させる半自動制御を行っても良い。
【００７５】
また、上記実施形態においては、シャフト３３側に切削工具２３を取り付け、送りネジ３４に対してシャフト３３を回転及びネジ送りされるようにしたが、反対に、送りネジ３４側に治具２２を取り付けても良い。この場合、シャフト３３は回転させるのみとし、シャフト３３に対して送りネジ３４が回転及びネジ送りされるようにする。
【００７６】
上記実施形態においては、穿孔対象の管の径に対してホルソーの径が概ね同じ場合における制御方法を説明したが、管の径に対してホルソーの径が小さい場合には次のように制御を行えば良い。図１６及び図１７は、切削工具と管との位置関係の別の例を示す模式図である。
【００７７】
図１６に示すように、管１１０の径Ｄ３よりもホルソー２４の径Ｄ４が小さい場合、管１１０の厚みｔによっては、ホルソー２４の刃先２４ａが管１１０の外周面に達した後、刃先２４ａの一部が管１００の内周側に抜ける前に、或いは抜けた後すぐに、ホルソー２４の刃先２４ａと管１００の周壁とが接触している領域の両端間の幅Ｗが、ホルソー２４の径Ｄ２に達してしまう。このような場合には、図９に示す工程Ｓ１７〜Ｓ１９を省略しても良い。即ち、刃先２４ａが管１１０の外周面に達し、管１１０の厚みｔの分だけ切削工具を進めた後は、工程Ｓ１７のように一端送りピッチを上げることなくさらに距離ｄ２だけ進め、その後、回転数及び送りピッチをさらに落として（工程Ｓ２０参照）、距離ｄ３だけ切削を進める。それにより、図１７に示すように、管１１０の径よりも小さな径Ｄ４で穿孔することができる。
【００７８】
本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではなく、上記実施形態及び変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、上記実施形態及び変形例に示した全構成要素からいくつかの構成要素を除外して形成しても良いし、上記実施形態及び変形例に示した構成要素を適宜組み合わせて形成しても良い。
【符号の説明】
【００７９】
１  穿孔装置
２  カッターユニット
３  スライドユニット
４  モータユニット
５  制御装置
６  保持ユニット
２１  カバー部
２２  治具
２３  切削工具
２４  ホルソー
２４ａ  刃先
２５  センタードリル
２５ａ  先端
３１  筐体
３２  回転管
３３  シャフト
３４  送りネジ
３５  回転伝達用スプライン
３６  送り伝達用スプライン
４１  回転用モータ部
４４  送り用モータ部
４７  出力ユニット
５１  電源供給部
５２  操作部
５３  表示部
５４  信号入力部
５５  信号出力部
５６  プログラム記憶部
５７  制御部
１００、１１０  管
２１１、３１１、３１２、３２４、４７３  フランジ
２１２  天井部
２１６  貫通孔
２１７、２３３、３２３、３６２  滑り軸受
２１８、２２６、４８３  Ｏリング
２１９、４８４  シール部
２２０  バルブ
２２１  軸部
２２２、３１３  円盤部
２２３、３４１  雄ネジ部
２２７、３５３、３６３、４１６、４４６  転がり軸受
２２８  振れ止めサポーター
２２９  凸部
２３０  移動振れ止めリング
２３１、３３２  凹部
２３２  スライドプレート
２３４  ボールプランジャー
２３５  ボール
２３６  止め輪
３１４  窓
３１５  透明部材
３２１  スリット
３３１、３３６  雌ネジ部
３３３  突出部
３３４  ボルト
３３５  皿ネジ
３５１、３６１、４８１、４８２、４９１  歯
３５２  回転伝達部
４０１、４０２  ケーブル
４１０、４４０  モータ
４１１、４４１  減速ギヤボックス
４１２〜４１４、４４２〜４４４、４７１  筐体
４１５、４３５、４４５、４６５  出力軸
４１７  締結部材
４２０、４３０、４５０、４６０  ギヤユニット
４３６、４６６  出力ギヤ
４７２  支持部
４７６  開口
４８０  回転伝達ギヤ部
４８５  ニードル軸受
４８６  スラスト軸受
４９０  送り伝達ギヤ部
４９２  付き当て部
４９３  外歯ギヤ
【図１】
2018069420.tif 000003
【図２】
2018069420.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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