(57)【要約】【課題】部品数が少なく、回動範囲内で均一な回動トルクを生ずるようにした。【解決手段】固定部材５に取付けられる樹脂製ヒンジケース１及び回動部材６に取付けられてヒンジケースに回動可能に支持される樹脂製アーム２を備えたヒンジ装置４である。ヒンジケース１は枢支孔１３を区画している筒部１４、及びその筒部の外周にあって筒部との間に所定の隙間を保っている回動案内部１５を一体に形成している。アーム２は枢支孔に回動可能に嵌合される支軸２６、及びその支軸を中心とした円弧状摺接面２５を一体に形成している。枢支孔１３と支軸２６との間に生じる摩擦力により回動部材６の固定部材５に対する閉から所定角開く状態までのフリーストップヒンジ用トルクを形成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材に取付けられる樹脂製のヒンジケース及び回動部材に取付けられて前記ヒンジケースに回動可能に支持される樹脂製のアームを備えたヒンジ装置において、
前記ヒンジケースは枢支孔を区画している筒部、及びその筒部の外周にあって筒部との間に所定の隙間を保っている回動案内部を一体に形成しているとともに、前記アームは前記枢支孔に回動可能に嵌合される支軸、及びその支軸を中心とした円弧状の摺接面を一体に形成しており、
前記枢支孔と前記支軸との間で生じる摩擦力により前記回動部材の前記固定部材に対する閉から所定角開く状態までのフリーストップヒンジ用トルクを形成していることを特徴とするヒンジ装置。
【請求項２】
前記回動案内部と前記摺接面との間に生ずる接触圧を加えることを特徴とする請求項１に記載のヒンジ装置。
【請求項３】
前記支軸は軸方向に設けられた1以上の軸穴を有し、前記筒部の枢支孔に対し前記軸穴を介した弾性変形可能に嵌合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒンジ装置。
【請求項４】
前記筒部と前記回動案内部との間に介挿されて一端を前記ヒンジケースに係止し、他端を前記支軸に係止した捻りコイルばねを有し、前記回動部材の前記固定部材に対する閉状態から所定角開く状態までの間に前記捻りコイルばねにより開方向のトルクを加えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のヒンジ装置。
【請求項５】
前記ヒンジケース及び前記アームの各樹脂材料は、異なる樹脂からなり、かつ、その線膨張係数が共に９〜１１×１０−５／Ｋの範囲にある樹脂の組み合わせからことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のヒンジ装置。
【請求項６】
前記ヒンジケース及び前記アームの一方の樹脂材料がポリアセタール、他方の樹脂材料がポリブチレンテレフタレート又はポリアミドからなることを特徴とする請求項５に記載のヒンジ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種物品の開閉用として用いられるヒンジ装置に関し、特に設定された回動角度内において所定の回動トルクを生じるようにする場合に好適なヒンジ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には図８に示したヒンジ装置が開示されている。同図のヒンジ装置は、固定部材Ｓに回動部材Ｔを回動可能に支持する場合に用いられる。構造は、固定部材Ｓに抜止めピン７で取付けられてスライダ５及びそのスライダを突出方向へ付勢しているスプリング６を内装したヒンジケース１と、回動部材Ｔに取付けられて金属製の支軸３を中心にヒンジケース１に回動可能に連結されたアーム２とを備えている。この作動は、アーム２が閉状態から所定角度（閉から半開である３０°まで）開くまで、スライダ側に設けられている突起５ａとアーム側に設けられているカム４との接触を介してスプリング６のばね圧をアーム２に開き方向の回動トルクとして加え、アーム２が半開（３０°）から６０°の範囲で更に回動されるときは回動トルクが働かずフリーの状態となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８６８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記ヒンジ装置にあっては、ヒンジケース１、アーム２、支軸３、スプリング６及びスライダ５を必要とし、部品点数が多くコスト高となる。また、動作特性としては、アーム側のカム部４がスライダ側の突起５ａを介してスプリング６に接触し、ばね圧によるデッドロック機構を形成しているため、回動部材Ｔがデッドロックの切替ポイントＤに達するまでの操作力が高くなり、また、回動部材Ｔを再び閉方向へ回動操作するときは切替ポイントを通過した後、回動力が急速に加速して作動するため、衝撃的な打音が生じ、回動部材との間に指を挟むというような障害が生じ易い。
【０００５】
なお、以上の動作特性は、用途にによりいろいろ設定されるが、例えば多機能プリンタやコピー機などのように、原稿台（ヒンジケースが取付けられる固定部材）に置かれた原稿用紙上に圧板（アームが取付けられる回動部材）を接して用紙を原稿台と圧板間に挟み込むような用途などでは、圧板の衝撃的な開閉動作に伴う風圧により用紙ずれが生じ、縦横比の揃った正確な画像読取やコピーができなくなり、その都度用紙をセットし直さなければならないため、用紙ずれを防止するためには、設定された回動範囲全般に亘って均一でソフトな回動特性とする方が望ましい。
【０００６】
本発明は以上のような背景から工夫されたものである。その目的は、特に、部品数が少なく簡易であり、しかも回動範囲内で均一な回動トルクを生ずるようにしたヒンジ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１の発明は、形態例で特定すると、固定部材５に取付けられる樹脂製のヒンジケース１及び回動部材６に取付けられて前記ヒンジケースに回動可能に支持される樹脂製のアーム２を備えたヒンジ装置４において、前記ヒンジケース１は枢支孔１３を区画している筒部１４、及びその筒部の外周にあって筒部との間に所定の隙間を保っている回動案内部１５を一体に形成しているとともに、前記アーム２は前記枢支孔１３に回動可能に嵌合される支軸２６、及びその支軸を中心とした円弧状の摺接面２５を一体に形成しており、前記枢支孔１３と前記支軸２６との間に生じる摩擦力（この摩擦力は枢支孔及び支軸の嵌合状態で相対的に回動する際に生じる回動抵抗と同じ意味である）により前記回動部材６の前記固定部材５に対する閉から所定角開く状態までのフリーストップヒンジ用トルクを形成していることを特徴としている。
【０００８】
以上の本発明において、「固定部材」は、例えばプリンタやコピー機などの主要部を構成している物品本体である。「回動部材」は、例えばプリンタやコピー機の主要部を構成している物品本体に対しヒンジ装置を介して回動可能に支持されている蓋等の回動される物品である。「フリーストップヒンジ」は、回動部材ないしはアームの回動範囲内において、アームが回動操作を停止すればその位置で回動を少なくとも一時的に停止した状態に維持されるようにしたヒンジである。
【０００９】
以上の本発明は、請求項２〜４のごとく具体化されることがより好ましい。すなわち、
（１）前記回動案内部と前記摺接面との間に生ずる接触圧を加える構成である（請求項２）。
（２）前記支軸２６は、軸方向に設けられた1以上の軸穴２４ａを有し、前記筒部１４の枢支孔に対し前記軸穴を介した弾性変形可能に嵌合されている構成である（請求項３）。この軸穴は、形態例の中空穴状のものに限られずスリット状の軸穴であってもよい。要は支軸が軸穴を介し軸径方向に変形容易になる構成である。
（３）前記筒部１４と前記回動案内部１５との間に介挿されて一端を前記ヒンジケース１に係止し、他端を前記支軸２６に係止した捻りコイルばね３を有し、前記回動部材６の前記固定部材５に対する閉状態から所定角開く状態までの間に前記捻りコイルばねにより開方向のトルクを加える構成である（請求項４）。
【００１０】
（４）前記ヒンジケース及び前記アームの各樹脂材料は、異なる樹脂からなり、かつ、その線膨張係数が共に９〜１１×１０−５／Ｋの範囲にある樹脂の組み合わせからなる構成である（請求項５）
（５）前記ヒンジケース及び前記アームの一方の樹脂材料がポリアセタール、他方の樹脂材料がポリブチレンテレフタレート又はポリアミドからなる構成である（請求項６）。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明では、部品数が２点であり、特許文献１に比べ簡素化されることに加え、回動部材が固定部材に対する閉状態から所定角開く状態までのフリーストップヒンジ用トルク、つまり枢支孔と支軸との間に生じる摩擦力によりゆっくりと動作し、切替ポイントもないためポイント通過による急速な開閉動作がなく、これに伴う不具合を防止できる。
【００１２】
請求項２の発明では、回動案内部と摺接面との間に生ずる接触圧も加わるため安定かつ確実なフリーストップヒンジ用トルクを得ることができる。これに対し、請求項３の発明では、枢支孔及び支軸の嵌合力つまり支軸が筒部の枢支孔に対し支軸の軸方向に延びた軸穴を介した弾性変形特性により、回動案内部及び摺接面の間の接触圧と共にフリーストップヒンジ用トルクを良好な操作質感を保って容易に付与できる。
【００１３】
請求項４の発明では、以上の効果に加え、捻りコイルばねによるばね圧が加わることにより、回動部材の開側への回動時にはばね圧に応じてフリーストップヒンジ用トルクによる抵抗を減少して良好な操作性を実現し、閉側への回動時にはソフトランディングにより閉止可能となる。要は回動部材の回動範囲内における操作質感を向上できる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１から４を補完するものであり、樹脂成形の精度が同一で、嵌合度合いが同程度であることを前提として、各種樹脂の成形と組合せによる回動トルク波形を計測した結果から得られたものである。具体的には、ヒンジケース及びアームの各樹脂材料として、（ヒンジ装置の使用時の温度範囲が−３０〜６０℃内における）線膨張係数が共に９〜１１×１０−５／Ｋの範囲に収る樹脂材料であって、異種の樹脂材料同士の組合せがステックスリップ（上記嵌合力や接触圧で固着し、その状態で力を加えると急速に回動したり、固着する状態が継続し、思うような操作制御力を得られない状態を指す）が起き難く、操作質感を良好に維持できる。
【００１５】
請求項６の発明では、請求項５の異種の樹脂材料の組合せのうち、ヒンジケース及びアームの一方がポリアセタール、他方がポリブチレンテレフタレート又はポリアミドの組み合わせが最良の動作特性を具備できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明形態のヒンジ装置を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図２】上記ヒンジ装置の外観を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は組立状態での斜視図である。
【図３】上記ヒンジ装置のヒンジケースを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は 側面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】上記ヒンジ装置のアームを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｄ）は（ａ）のＥ矢印方向から見た部分図、（ｅ）は（ｂ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【図５】上記ヒンジ装置の使用状態を模式化して示す説明図である。
【図６】上記ヒンジ装置の動作特性のうち、各樹脂材料の組合わせによる温度変化に伴う操作力の変化を示すグラフで、（ａ）は発明の範囲内にある樹脂材料の組み合わせ例を示し、（ｂ）は発明の範囲外の樹脂材料の組み合わせ例を示している。
【図７】上記ヒンジ装置の動作特性のうち、各樹脂材料の組合せによるトルク波形の変化を示すグラフである。
【図８】特許文献１のヒンジ装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明形態を図面を参照して説明する。図１〜図５はヒンジ装置の構造を示し、図６〜図８はヒンジ装置の構成部材の樹脂材料を変えたときの動作特性及び評価例を示している。以下の説明では装置構造、組立、使用例、試験例の順に詳述する。
【００１８】
（装置構造）形態のヒンジ装置４は、図５の使用例に示されるように、固定部材５に取付けられるヒンジケース１と、回動部材６に取付けられるアーム２と、ヒンジケース１とアーム２との間に介挿されたアシスト用の捻りコイルばね３の３部品から構成されている。また、ヒンジケース１及びアーム２は、後述する異種の樹脂材料の組合せからなる射出成形体である。捻りコイルばね３はばね鋼製である。
【００１９】
ここで、ヒンジケース１は、図２及び図３に示されるごとく取付用としての角柱形の差込部１０と、差込部１０の上端側にあって差込部１０と交差する方向に突出されて枢支孔１３を区画している筒部１４、及び筒部１４の外周にあって筒部１４との間に所定の隙間１６を保っている回動案内部１５とを一体に形成している。差込部１０は、位置決め用リブ１１を有し、ヒンジケース１を固定部材５に取付ける場合、固定部材側に設けられている取付用凹所５ａに対しリブ１１を介して位置決めされた状態に装着される。符号１０ａ，１０ｂは必要に応じ形成される欠肉部である。
【００２０】
また、ヒンジケース１は、差込部１０の上端側に突設された縦壁部１２に対し横向きに突出された中心側の筒部１４と、筒部１４と所定の隙間１６を保って同方向に突出された外側の略筒形の回動案内部１５と、図３（ａ）の状態で下外側の角部に突出されたアーム回動規制用の凸部１６と、回動案内部１５を区画している筒形内のうち突出端側の内周面に突出されたばね規制用の複数の爪１７とを有している。
【００２１】
筒部１４は、内径がＸ寸法の円状枢支孔１３を区画している。回動案内部１５は、図３（ａ）から推察されるごとく、その筒状の外周面が枢支孔１３の孔の中心を支点とする同心円と重なる部分（上側部分）と、同心円から外側にずれる部分（下側部分）とで形成されている。本発明の回動案内部１５は、少なくとも、枢支孔１３の孔の中心を支点とする同心円と重なる外周面部分ないしは円弧部分を有していればよい。また、回動案内部１５は、内側の筒部１４の先端よりも長く設定されており、その長くなった内周部に爪１７を突設している。隙間１６は、捻りコイルばね３を余裕を持って配置される大きさとなっている。符号１２ａは、爪１７を形成するため縦壁部１２に貫通された型抜き穴である。
【００２２】
アーム２は、図２及び図４に示されるごとく角柱形の連結部２０と、連結部２０の複数箇所に突出された取付部２１〜２２と、連結部２０の長手方向の一端側に突出された支持板部２４と、支持板部２４の内面から連結部２０の幅方向に突出された支軸２６と、支軸２６よりも連結部２０側に配置された円弧状の摺接面２５とを一体に有している。
符号１２ａは必要に応じ形成される欠肉部である。
【００２３】
連結部２０は、図５の使用例に示されるごとく取付部２１〜２２が回動部材６の配置部に対しねじ等を介して装着される。支持板部２４は、連結部２０の一端側にあって、正面側に概略半円状に突出されるとともに、支軸２６を内面側の中心から突出している。支軸２６は、図４（ｅ）のごとくその軸径Ｍがヒンジケース側の枢支孔１３の孔径Ｘに対して同じか、若干小さくなるよう設定されている。一例としては、（孔径Ｘ−軸径Ｍ）の値が０〜０．５ｍｍ程度、或いは支軸が枢支孔に軽く圧入されるよう設定することが好ましい。
【００２４】
また、支軸２６の先端には径小軸部２７が形成されている。径小軸部２７には凹溝２８が先端面に設けられている。支持板部２４及び支軸２６には、図４（ｃ），（ｅ）のごとく複数（この例では４つ）の軸穴２４ａが連続して設けられている。各軸穴２４ａは、支軸２６の中心を支点とした同心円周上に設けられ、支軸２６の軸方向で軸先端手前まで延びている。この構成は、支軸２６が図４（ｅ）のごとくヒンジケース側の枢支孔１３に嵌合された状態で、支軸２６が筒部の枢支孔１３に対し軸穴２４ａを介した弾性変形可能に形成されることにより、後述する回動案内部１５及び摺接面２５の間の接触圧と共にフリーストップヒンジ用トルクを良好な操作質感を保って付与可能にする。
【００２５】
また、摺接面２５は、図４（ｃ），（ｄ）のごとく連結部２０の対応端面側に位置し、かつ支持板部２４の内面に起立した状態に設けられている。摺接面２５の形状は、支軸２６の中心を支点とした半径Ｒの円弧面に形成されている。すなわち、半径Ｒの円弧面は、上記した本発明の回動案内部１５、つまり枢支孔１３の孔の中心を支点とする半径Ｎの外周面部分ないしは円弧部分とほぼ同じ曲率となっている。
【００２６】
（組立）以上のアーム２をヒンジケース１に組付ける場合には、支軸２６が筒部１４の枢支孔１３に挿入嵌合されると、摺接面２５が上記した本発明の回動案内部１５と対向する。その後、この例では、捻りコイルばね３がアーム２とヒンジケース１との間に介在される。捻りコイルばね３は、ヒンジケース側にあって、筒部１４と回動案内部分１５を区画している筒状との間の隙間１６に配置され、奥側の他端３ｂが上記した縦壁部１２に貫通された型抜き穴１２ａに係止され、一端３ａが付勢力に抗して支軸２６の先端の凹溝２８に係止される。また、捻りコイルばね３は、以上の組み込み状態で、一端側のコイル部分が爪１７の内側に規制されることにより、隙間１６内に位置規制されて外れなくなる。
【００２７】
なお、以上のヒンジ装置４は捻りコイルばね３を省略してもよい。その場合は、支軸２６を突起などで抜け止めする構造を追加し、支軸２６が筒部１４の枢支孔１３から不用意に外れないように処理される。構造特徴は、枢支孔１３及び支軸２６の嵌合で生じる嵌合力と、回動案内部１５及び摺接面２５の間に生ずる接触圧とにより、回動部材６の固定部材５に対する閉状態から所定角開く状態までのフリーストップヒンジ用トルクを簡易かつ良好に得られる。特に、回動部材６が閉から開方向、及び開から閉方向へ回動される過程では、アーム側支軸２６がヒンジケース側筒部の枢支孔１３に対し軸穴２６ａの存在により径方向に弾性変形可能になっているため良好な操作質感が得られる。
【００２８】
（使用例）以上のヒンジ装置４は、図５に示したごとくヒンジケース１が固定部材５に装着され、アーム２が回動部材６に装着される。そして、ヒンジ装置４は、アーム２がヒンジケース１に対し直角になると、回動部材６の閉止状態となり、捻りりコイルばね３のばね力がゼロ又はほぼゼロとなり、この状態からアーム２がヒンジケース１に対し開方向へ回動するのに伴ってばね力が漸増し、同図の実線で示した最大回動角度位置（この例では５５°）で最大のばね力を発揮し、トルクが最大となる。逆に、その最大トルクから回動部材６が閉じられるのに伴ってばね力が漸減し、閉止状態で再びばね力が０又はほぼ０となる。その動作特性では、最小トルクのソフトランディングにより閉止できるため、操作質感を良好に維持できる。
【００２９】
（試験例）次に、作動特性として、以上のヒンジケース１及びアーム２の各樹脂材料による影響を調べたときの一例を説明する。ヒンジケース１に対するアーム２のスムーズな回動特性を得るためには、射出成形精度と、支軸２６及び枢支孔１３の嵌合部などの嵌め合い寸法設定に加えて、使用する樹脂材料の選定が重要であり、特に実用温度域において、温度変化に伴う操作力の変化を最小に抑えることが不可欠である。本発明者らは、以上の観点から、樹脂材料として、ヒンジケース１の材料と、アーム２の材料との組み合わせを変えたものを作成し、使用環境として−２５℃〜５０℃、又は、−３０℃〜６０℃までの間の操作力を測定し評価した。図６はその組み合わせと及びその温度特性をまとめたものである。
【００３０】
用いた樹脂材料としては、ポリアセタール（以下、ＰＯＭと略記する。又は、Ｍ９０とＮＷはそのＰＯＭの材料グレードである）、ポリブチレンテレフタレート（以下、ＰＢＴと略記する）、ポリアミド６６（以下、ＰＡ６６と略記する）、ポリフェニレンサルフェイド（以下、ＰＰＳと略記する）である。これら各樹脂は一般にエンジニアリングプラスチックとして良く知られたものであり、それぞれを同一樹脂同士、または異種樹脂同士を組合わせて、各温度におけるヒンジ特性を計測した結果、上記数値範囲を満足する異種樹脂同士の組合せを得るに至った（請求項４,５）。
【００３１】
すなわち、ヒンジケース１の樹脂材料とアーム２の樹脂材料との組み合わせは、（ＮＷ＋ＮＷ），（ＰＢＴ＋ＮＷ），（ＰＡ６６＋Ｍ９０），（ＰＢＴ＋ＰＡ６６），（Ｍ９０＋ＰＡ６６），（ＰＡ６６＋ＰＢＴ）の６種類である。図６（ａ）のものは−２５℃〜５０℃、同図（ｂ）のものは−３０℃〜６０℃、までの間の操作力を測定したところ、同図に示す結果となった。測定方法としては、各温度において、回転速度５ｒｐｍとし、角度０〜５５°までのトルク（Ｎ・ｍ）を測定した。またトルクは±１／１００の誤差範囲を含んでいる。
【００３２】
また、図７は、常温（２５℃）で角度０〜３０°まで回動させる際のトルク変動を測定した結果を示したものであり、縦軸にはトルク（Ｎ・ｍ）、横軸には回動角度（ｄｅｇ）を示している。この図からは、角度０からの立上がり状態での初期トルクが大きい点は何れも同じであるが、その後の波形の大きなものは、スティックスリップ、すなわち、固着と離間が交互に起き易く、動作フィーリングが悪い例であり、ＮＷ＋ＮＷの組合せがその代表例として掲げられている。このことから、樹脂材料が同種の場合には線膨張率が同一であっても、その親和性などによって固着が生じ易いことが分かり、従って同一樹脂材料同士の組合せは、本発明の範囲からは除外される。
【００３３】
これに対し、波形が小さなものは、スティックスリップが起き難く、スムーズな回動が可能となっており、ヒンジケース１とアーム２の組合せが、ＰＡ６６＋Ｍ９０、又はその逆の組合せがその代表例であり、かつ発生トルクも高いため、何れもがヒンジケース１及びアーム２の組合せにより、スムーズな回動動作を実現できることが分かる。加えて、ＰＡ６６と、Ｍ９０の各線膨張率は、９〜１１×１０−５／Ｋの数値範囲内にあり、実用域における温度変化による発生トルクの変動も小さいため、本発明ではＰＡ６６とＭ９０の組合せが最も推奨される。
【００３４】
なお、ヒンジケース１にＰＰＳを用い、アーム２にＰＯＭを用いた組合せの場合には、図６（ｂ）に示されるごとく高温になるほど回動トルクが低下することが示されている。このことはＰＰＳの線膨張係数＝２×１０−５／Ｋであるのに対し、ＰＯＭの線膨張係数＝１０×１０−５／Ｋであり、両樹脂素材の線膨張係数に差があるため温度特性が低下するためと考えられる。
【００３５】
また、異種の樹脂材料の組合せであって、その線膨張係数が上述する所定の数値範囲内に収っていることのほか、表面滑性や、自己潤滑性、スプリング特性、耐衝撃性、耐摩耗性などを選定要因とすることが望ましいことは勿論である。また、以上のヒンジ装置の用途としては、多機能プリンタやコピー機の圧板などの開閉用途などの常時一定の回動トルクであって閉鎖時にソフトランディングにより閉止される蓋体の開閉用ヒンジ装置として好適である。
【００３６】
なお、本発明は、以上の形態に制約されるものではなく、請求項で特定される技術要素を備えておればよく、細部については種々変形したり展開可能なものである。その一例としては、樹脂材料の組み合わせとしては以上の試験例を参考にして更に変形したり、嵌合部などにグリスを塗布するようにすることである。
【符号の説明】
【００３７】
１…ヒンジケース（１０は差込部、１３は枢支孔、１４は筒部、１５は回動案内部）
２…アーム（２０は連結部、２４は支持部、２５は摺接面、２６は支軸）
３…捻りコイルばね（３ａは一端、３ｂは他端）
４…ヒンジ装置
５…固定部材
６…回動部材
【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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