(57)【要約】      （修正有）【課題】立体カムとその回転動作にともなって開閉する爪部を備えたハンド機構の交換部品を必要最小限にしてメンテナンスコストを低減し、かつハンド機構の多機能化に伴う大型化を抑制したカム型ハンド機構を提供する。【解決手段】カム台座部１１は、カムベース部１１ａの中心部に設けられた貫通孔１１ｅから外周側に渡って複数のカム案内面１１ｃが連続する立体カム１１ｂが複数箇所に起立形成されており、カムベース部１１ａには、隣り合う立体カム１１ｂどうしの径方向内側端部Ｌ１と径方向外側端部Ｌ２との隙間エリアＳにカム台座部１１を回転子軸と直接若しくは間接的に連結する連結部１１ｄが複数箇所に形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータから延設された回転子軸に直接若しくは間接的にカムベース部が着脱可能に組み付けられ、前記カムベース部の中心部に設けられた貫通孔から外周側に渡って複数のカム案内面が連続する立体カムが複数箇所に起立形成されたカム台座部と、
前記立体カムに常時当接して前記モータに組み付けられ、前記立体カムの回転動作にともなって前記回転子軸の軸線を中心に開閉可能な複数の爪部を備えたハンド機構と、を備え、
前記カムベース部には、隣り合う前記立体カムどうしの径方向内側端部と径方向外側端部との隙間エリアに前記カム台座部を前記回転子軸と直接若しくは間接的に連結する連結部が複数箇所に形成されていることを特徴とするカム型ハンド機構。
【請求項２】
前記回転子軸の軸端には、前記カムベース部に設けられたカム側連結部に対応するモータ側連結部が複数箇所に形成されている請求項１記載のカム型ハンド機構。
【請求項３】
前記カム側連結部と前記モータ側連結部はねじ孔であり、互いに重ね合わせて連結ねじをねじ篏合させて前記カム台座部が前記回転子軸の軸端に着脱可能に組み付けられる請求項２記載のカム型ハンド機構。
【請求項４】
前記ハンド機構は、前記モータに組み付けられるハンドベース部と、前記爪部を前記回転子軸の軸線方向に対して直交配置された軸を中心に回動可能に軸支する爪支持部とを具備し、前記爪部は元端部に設けられた複数のカムフォロワ面が対応する複数の前記カム案内面と常時当接したまま摺動する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のカム型ハンド機構。
【請求項５】
前記回転子軸は中空軸孔が設けられた中空軸であり、前記カム台座部の前記カムベース部に設けられた前記貫通孔と連通するように組み付けられる請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のカム型ハンド機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、立体カムを備えたカム型ハンド機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットハンドやロボットアームの関節などの曲げ伸ばしには、駆動源の回転駆動を歯車機構やワイヤ移動機構などの様々な駆動機構が用いられていた。歯車機構は、歯車のバックラッシュによる制御性や歯車列による大型化、重量化などの課題があり、ワイヤ移動機構はワイヤのテンション調節やワイヤの伸びなどにより制御性やワイヤを回転させる機構が必要となるため部品点数が増加し大型化する等の課題があった。
【０００３】
これに対して、モータ軸に連結されたカム回転軸が支持部材に支持され、カム回転軸を中心に回転する立体カムのカム案内面に、上記支持部材に支持された従節側リンクが案内されて立体カムの回転運動を従節側リンクの揺動運動に変換する立体カム機構が提案されている。これにより、歯車機構のようにバックラッシュを発生させることなく、カム案内面形状の自在な設計により従節側リンクの円滑な揺動運動を実現できるようになっている（特許文献１：特許第４４４８５５４号公報，特許文献２：特許第４３８８５６６号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４４８５５４号公報
【特許文献２】特許第４３８８５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１，２の立体カム機構において、例えば従節側リンクの軌跡を変更するため、立体カムを替えるためには、モータ軸と連結するカム回転軸を支持する支持部材や支持部材に支持された立体カム並びに従節側リンク等を含むすべての部品を交換する必要があり、交換部品の点数が多くなり段取り替えに手間がかかるうえにメンテナンスコストがかかる。
また、ロボットハンドの多機能化を図るためハンドの開閉操作の他にハンドの中心部から撮像しながらハンドの開閉操作を制御したいというニーズもある。この場合、モータ軸に連結する中空回転軸を用いて立体カムを回転させる必要があるため部品全体が大型化、重量化しやすく、交換部品を必要最小限に留めたいというニーズもあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、立体カムとその回転動作にともなって開閉する爪部を備えたハンド機構の交換部品を必要最小限にしてメンテナンスコストを低減し、かつハンド機構の多機能化に伴う大型化を抑制したカム型ハンド機構を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するため、以下に述べる実施形態には、次の構成を備える。
モータと、前記モータから延設された回転子軸に直接若しくは間接的にカムベース部が着脱可能に組み付けられ、前記カムベース部の中心部に設けられた貫通孔から外周側に渡って複数のカム案内面が連続する立体カムが複数箇所に起立形成されたカム台座部と、前記立体カムに常時当接して前記モータに組み付けられ、前記立体カムの回転動作にともなって前記回転子軸の軸線を中心に開閉可能な複数の爪部を備えたハンド機構と、を備え、前記カムベース部には、隣り合う前記立体カムどうしの径方向内側端部と径方向外側端部との隙間エリアに前記カム台座部を前記回転子軸と直接若しくは間接的に連結する連結部が複数箇所に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、複数の立体カムが形成されるカムベース部には、隣り合う立体カムどうしの径方向内側端部と径方向外側端部との隙間エリアにカム台座部を回転子軸と直接若しくは間接的に連結する連結部が複数箇所に形成されているので、カムベース部上に形成された立体カムより更に外周側に連結部を設ける場合に比べてカム台座部及びハンド機構を小型化することができ、回転子軸に対して直接若しくは間接的にカム台座部を着脱することにより爪部の数や形状の異なるハンド機構に交換することができる。特に、連結部が隣り合う立体カムどうしの径方向内側端部と径方向外側端部との隙間エリアに設けられているので、カム台座部が径方向に大型化することはないうえに、カムベース部の中心部に設けられた貫通孔内に撮像部を設けるなどの多機能化を図っても大型化することはない。
【０００９】
前記回転子軸の軸端には、前記カムベース部に設けられたカム側連結部に対応するモータ側連結部が複数箇所に形成されていることが望ましい。これにより、カム側連結部とモータ側連結部を位置合わせしてカム台座部を回転子軸の軸端に着脱するだけでハンド機構を交換することができる。
【００１０】
前記カム側連結部と前記モータ側連結部はねじ孔であり、ねじ孔どうしを互いに重ね合わせてねじをねじ篏合させて前記カム台座部が前記回転子軸の軸端に着脱可能に組み付けられるようにしてもよい。
これにより、カム台座部側のねじ孔とモータ側のねじ孔とを位置合わせしてねじ止めすることで、カム台座部を回転子軸の軸端に着脱して爪部の数や形状の異なるハンド機構に交換することができる。
【００１１】
前記ハンド機構は、前記モータに組み付けられるハンドベース部と、前記爪部を前記回転子軸の軸線方向に対して直交配置された軸を中心に回動可能に軸支する爪支持部とを具備し、前記爪部は元端部に設けられた複数のカムフォロワ面が対応する複数の前記カム案内面と常時当接したまま摺動することが好ましい。
これにより、モータの回転に伴い回転子軸に直接若しくは間接的に組み付けられたカム台座部が回転し、立体カムの回転動作にともなって元端部に設けられた複数のカムフォロワ面が対応する立体カムのカム案内面と常時当接したまま摺動して回転子軸の軸線を中心に複数の爪部にスラストガタを生じることなく開閉動作させることができる。
【００１２】
前記回転子軸は中空軸孔が設けられた中空軸であり、前記カム台座部の前記カムベース部に設けられた前記貫通孔と連通するように組み付けられるようにしてもよい。
これにより、モータから延設された回転子軸の中空軸孔と連通するカムベース部の貫通孔を通じてハンド機構の中心部にモータ側より軸線方向に撮像カメラを挿入したり、エアーを噴出させたりして多機能化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
立体カムとその回転動作にともなって開閉する爪部を備えたハンド機構の交換部品を必要最小限にしてメンテナンスコストを低減し、かつハンド機構の多機能化に伴う大型化を抑制したカム型ハンド機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】３爪部を有するカム型ハンド機構の正面図、右側面図、垂直断面図、背面図及び斜視図である。
【図２】モータ軸よりカム台座部及びハンド機構（図示せず）を取り外した状態の斜視図である。
【図３】図１のカム台座部の平面図、前後左右側面図、矢印X−X方向断面図及び斜視図である。
【図４】モータ軸の正面図、左右側面図、矢印Y−Y方向断面図、及び斜視図である。
【図５】２爪部を有するカム型ハンド機構の斜視図である。
【図６】図５のカム型ハンド機構のモータ軸よりカム台座部及びハンド機構（図示せず）を取り外した状態の斜視図である。
【図７】図５のカム型ハンド機構のエンコーダ部を除いた垂直断面図である。
【図８】図５のカム台座部の平面図、前後左右側面図、矢印X−X方向断面図及び斜視図である。
【図９】カム型ハンド機構のモータ軸から３爪用カム台座部と２爪用カム台座部を交換する場合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るカム型ハンド機構の一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。先ず、３爪部を有するカム型ハンド機構について図１乃至図４を参照して説明する。
【００１６】
カム型ハンド機構の駆動源として、図１Ｃに示すようにステッピングモータ１が用いられる。ステッピングモータ１の代わりにブラシレスモータなど他のモータを用いてもよい。ステッピングモータ１は、回転子軸２（モータ軸）に回転子極歯が設けられた回転子３が一体に組み付けられている。回転子３は回転子コアに永久磁石が挟み込まれたハイブリッド型であってもよい。回転子軸２は、長手方向一端部２ａで軸受保持部材５に軸受５ａを介して、長手方向他端部２ｂで軸受保持部材４に軸受４ａ，４ｂを介して各々回転可能に支持されている。回転子軸２としては中空軸が好適に用いられる。この回転子３の周囲には固定子コアを有する固定子６が設けられている。固定子コアには回転子極歯に対向して固定子極歯が設けられている。固定子極歯にはインシュレータを介してコイルが巻かれている。回転子軸２の一端部２ａにはエンコーダディスクを有するエンコーダ７が設けられている（図１Ｃ，Ｄ参照）。またコイルへ給電する接続線８ａ及びコネクタ８ｂ、エンコーダ７に接続する信号線９ａ及びコネクタ９ｂが接続されている。また、回転子軸２の他端部２ｂには、軸線を中心に開閉可能な３箇所に爪部１２を備えたハンド機構１０が設けられている（図１Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ参照）。３箇所に設けられた爪部１２は、回転子軸２を中心に１２０度ずつ位相がずれた位置で開閉可能に設けられている（図１Ａ参照）。
【００１７】
図１Ｃにおいて、回転子軸２の他端部２ｂにはカム台座部１１が着脱可能に組み付けられている。カム台座部１１には複数の立体カムが形成されている。ハンド機構１０は、後述する立体カム１１ｂに常時当接して軸受保持部材４に一体に組み付けられ、立体カム１１ｂの回転動作にともなって複数の爪部１２が開閉動作するようになっている。
尚、カム台座部１１は回転子軸２に直接組み付けられているが、ステッピングモータ１の回転子軸２に減速機が組み付けられた場合には、当該減速機を介して回転子軸２と間接的に組み付けられていてもよい。
【００１８】
図３Ａ〜Ｇを参照してカム台座部１１の構成について説明する。カム台座部１１は、ステッピングモータ１から延設された回転子軸２に直接若しくは間接的にカムベース部１１ａが着脱可能に組み付けられている。このカムベース部１１ａの中心部に設けられた貫通孔１１ｅから外周側に渡って複数のカム案内面１１ｃが連続する立体カム１１ｂが複数箇所（例えば３箇所）に起立形成されている。図３Ａでは、立体カム１１ｂは、カムベース部１１ａの貫通孔１１ｅの近傍から外周縁部に渡って設けられている。立体カム１１ｂの各カム案内面１１ｃは、立体カム１１ｂの長手方向に沿って連続する曲面状に形成されている。また、カムベース部１１ａには、隣り合う立体カム１１ｂどうしの径方向内側端部Ｌ１と径方向外側端部Ｌ２との間に形成される隙間エリアＳ（図３Ａ，Ｇ参照）に、回転子軸２とカム台座部１１とを連結するカム側ねじ孔１１ｄ（連結部）が３箇所で軸対称に形成されている。また、カムベース部１１ａの中心部には、回転子軸２の中空軸孔２ｃ（図１Ｃ参照）に連通する貫通孔１１ｅが穿孔されている。尚、カム側ねじ孔１１ｄは必ずしも軸対称に形成されていなくてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、複数の立体カム１１ｂが形成されるカムベース部１１ａには、隣り合う立体カム１１ｂどうしの径方向内側端部Ｌ１と径方向外側端部Ｌ２との間に形成される隙間エリアＳに回転子軸２とカム台座部１１とを連結するカム側ねじ孔１１ｄが複数箇所に形成されているので、カムベース部１１ａ上に形成された立体カム１１ｂの外周側にカム側ねじ孔１１ｄを設ける場合に比べてカム台座部１１及びハンド機構１０を小型化することができ、回転子軸２に対してカム台座部１１を着脱することにより爪部の数や形状の異なるハンド機構１０に交換することができる。特に、カム側ねじ孔１１ｄが隣り合う立体カム１１ｂどうしの径方向内側端部Ｌ１と径方向外側端部Ｌ２との隙間エリアＳに設けられているので、カム台座部１１が径方向に大型化することはないうえに、カムベース部１１ａの中心部に撮像部を設けるなどの多機能化を図っても大型化することはない。また、複数のカム側ねじ孔１１ｄが軸対称に形成されていると、カム台座部１１の回転子軸２への着脱に際しての方向性は無く、ハンド機構１０の交換作業を容易に行える。
【００２０】
次に回転子軸２の構成について図４Ａ〜Ｅを参照して説明する。
図４Ａ〜Ｅに示すように、回転子軸２の一端部２ａはステッピングモータ１と連結される。回転子軸２の回転子３が組み付けられる軸径は細径になっており段付き部２ｄに回転子コアが突き当てられて組み付けられる。また回転子軸２の他端部２ｂは太径になっており、外周部に軸受４ａ，４ｂを介して軸受保持部材４が組み付けられる（図１Ｃ参照）。この回転子軸２の他端部２ｂには、カムベース部１１ａに設けられたカム側ねじ孔１１ｄに対応するモータ側ねじ孔２ｅ（連結部）が３箇所に形成されている。これにより、カム側ねじ孔１１ｄとモータ側ねじ孔２ｅを位置合わせしてカム台座部１１を回転子軸２の他端部に着脱することができる。尚、モータ側ねじ孔２ｅのうち少なくとも１のねじ孔２ｅには１８０度位相が異なる位置にモータ側ねじ孔２ｅが更に設けられている（図４Ｂ参照）。後述するようにカム台座部１１を取り換えて爪部１０ａが２か所に設けられたハンド機構１０に交換するためである。
【００２１】
このように、カム側ねじ孔１１ｄとモータ側ねじ孔２ｅを互いに重ね合わせて連結ねじをねじ篏合させてカム台座部１１が回転子軸２に着脱可能に組み付けられる。よって、カム台座部１１を交換するだけで、爪部の数や形状の異なるハンド機構１０と容易に交換することができる。
【００２２】
ここでハンド機構１０の一例について説明する。ハンドベース部１０ａは、カムベース部１１ａの外周を覆ってステッピングモータ１に組み付けられる。具体的には、ハンドベース部１０ａの四隅に設けられたねじ孔１０ｄと軸受保持部材４の対応する端面４ｃに設けられたねじ孔４ｄ（図２参照）を位置合わせし、図示しないねじにてねじ止めすることにより、ハンドベース部１０ａがステッピングモータ１側に一体に組み付けられる（図１Ｅ参照）。ハンドベース部１０ａには爪支持部１０ｂが設けられている。爪支持部１０ｂには、３箇所に設けられた爪部１２を回転子軸線方向に対して直交配置された軸１０ｃを中心に各々回動可能に軸支されている（図１Ｂ，Ｅ参照）。各爪部１２は元端部１２ａに設けられた複数のカムフォロワ面１２ｂが対応する複数のカム案内面１１ｃと常時当接したまま摺動する（図１Ｃ、図３Ａ参照）。また、爪支持部１０ｂの中心部にも貫通孔１１ｅと連通する貫通孔１０ｅ（図１Ａ参照）が設けられている。
これにより、モータ１の回転に伴い回転子軸２に組み付けられたカム台座部１１が回転し、立体カム１１ｂの回転動作にともなって元端部１２ａに設けられたカムフォロワ面１２ｂが対応する立体カム１１ｂのカム案内面１１ｃと常時当接したまま摺動して回転子軸２の軸線を中心に３箇所に設けられた爪部１２がスラストガタを生じることなく開閉動作させることができる（図１Ｃ参照）。
【００２３】
また、前述したように回転子軸２は中空軸であり、カムベース部１１ａには中空軸孔２ｃに連通する貫通孔１１ｅ（図３Ａ参照）が、爪支持部１０ｂには貫通孔１１ｅに連通する貫通孔１０ｅ（図１Ａ参照）が各々設けられている。これにより、回転子軸２の中空軸孔２ｃが連通するカムベース部１１ａの貫通孔１１ｅ及び爪支持部１０ｂの貫通孔１０ｅ（図１Ａ参照）を通じてモータ１側より撮像カメラを挿入したり、エアーを噴出させたりして多機能化を図ることができる。
【００２４】
ハンド機構１０を交換する場合には、ハンドベース部１０ａの四隅に設けられたねじ孔１０ｄ（図１Ａ，Ｅ参照）から図示しないねじを外すことでハンド機構１０をステッピングモータ１より取り外す。次いで、図２に示すように、カム台座部１１の３か所に設けられたカム側ねじ孔１１ｄより図示しないねじを取り外すことによりカム台座部１１を回転子軸２の他端部２ｂより取り外す。ことで、新たなカム台座部１１及びハンド機構１０と交換することができる。図９に示すように、立体カム１１ｂが２箇所に設けられたカム台座部１１と交換し、爪部１２が２箇所に設けられたハンド機構１０（図５参照）と交換することができる。
この場合、カム台座部１１に１８０度位相が異なる位置に２箇所に設けられたカム側ねじ孔１１ｄ（図９参照）と対応する回転子軸２に設けられたモータ側ねじ孔２ｅとを位置合わせしてねじ止めすることでカム台座部１１を交換することができる。
【００２５】
以上説明したように、立体カム１１ｂとその回転動作にともなって開閉する爪部１０ａを備えたハンド機構１０の交換部品を必要最小限にしてメンテナンスコストを低減し、かつハンド機構１０の多機能化に伴う大型化を抑制したカム型ハンド機構を提供することができる。
【００２６】
図５乃至図９にカム型ハンド機構の他例を示す。ステッピングモータ１の構成は変更なく（図７ではエンコーダ７の図示を省略）、カム台座部１１と爪部１２を２箇所有するハンド機構１０に変更した実施例を示す。前述した実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
【００２７】
図８Ａ〜Ｇを参照してカム台座部１１の構成について説明する。カム台座部１１は、カムベース部１１ａ上に回転子軸２の軸線中心部近傍から外周縁部に渡って複数のカム案内面１１ｃが連続する立体カム１１ｂが、位相が１８０°異なる軸対称位置の２箇所に起立形成されている（図８Ａ，Ｇ参照）。また、カムベース部１１ａには、隣り合う立体カム１１ｂどうしの径方向内側端部Ｌ１と径方向外側端部Ｌ２との間に形成された隙間エリアＳにカム側ねじ孔１１ｄ（連結部）が２箇所で軸対称に形成されている。カム側ねじ孔１１ｄは、カム台座部１１と回転子軸２とを連結するために用いられる。また、カムベース部１１ａの中心部には、回転子軸２の中空軸孔２ｃに連通する貫通孔１１ｅが穿孔されている（図８Ａ，Ｆ，Ｇ参照）。尚、カム側ねじ孔１１ｄは必ずしも軸対称に形成されていなくともよい。
【００２８】
ハンド機構１０は、図７に示すようにハンドベース部１０ａが、カムベース部１１ａの外周を覆ってステッピングモータ１に組み付けられる。具体的には、ハンドベース部１０ａの四隅に設けられたねじ孔１０ｄ（図５参照）と軸受保持部材４の対応するねじ孔を位置合わせして図示しないねじにてねじ止めすることにより、ハンドベース部１０ａがモータ側に一体に組み付けられる。図５において、ハンドベース部１０ａには爪支持部１０ｂが設けられている。爪支持部１０ｂには、１８０°位相が異なる位置に２箇所に設けられた爪部１２を回転子軸線方向に対して直交配置された軸１０ｃ（図７参照）を中心に各々回動可能に軸支されている。各爪部１２は元端部１２ａに設けられた複数のカムフォロワ面１２ｂ（図７参照）が対応する複数のカム案内面１１ｃと常時当接したまま摺動する。
【００２９】
ハンド機構１０を交換する場合には、先ず、図５に示すハンドベース部１０ａの四隅に設けられたねじ孔１０ｄよりねじを外すことでハンド機構１０を図６に示す軸受保持部材４の端面４ｃ（図６参照）より取り外す。次いで、図６に示すように、カム台座部１１の２か所に設けられたカム側ねじ孔１１ｄより図示しないねじを取り外すことによりカム台座部１１を回転子軸２の他端部２ｂより取り外す。これにより、新たなカム台座部１１及びハンド機構１０と交換することができる。例えば、図９に示すように、立体カム１１ｂが３箇所に設けられたカム台座部１１と交換し、爪部１２が３箇所に設けられたハンド機構１０（図１Ｅ参照）と交換することができる。この場合、カム台座部１１に１２０度位相が異なる位置に３箇所に設けられたカム側ねじ孔１１ｄ（図９参照）と対応する回転子軸２に設けられたモータ側ねじ孔２ｅとを位置合わせしてねじ止めすることで交換することができる。
【００３０】
上記実施例は、モータとしてステッピングモータを用いたが、他のモータ例えばＤＣブラシレスモータであってもよい。
また、カム台座部１１が回転子軸２に直接取付られていたが、減速機を設ける場合には、減速機の回転伝達部材に対してカム台座部１１を着脱可能に設けられていてもよい。
また、ハンド機構１０に設けられる爪部１２の数は４か所以上であってもよく、爪部１２の形態も図示した形態に限られない。爪部１２の数に対応する立体カム１１ｂを備えたカム台座部１１についても同様である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ステッピングモータ  ２  回転子軸  ２ａ  一端部  ２ｂ  他端部  ２ｃ中空軸  孔  ２ｄ  段付き部  ２ｅ  モータ側ねじ孔  ３  回転子  ４，５  軸受保持部材  ４  ａ，４ｂ，５ａ  軸受  ４ｃ  端面  ４ｄ，１０ｄ  ねじ孔  ６  固定子  ７  エンコ  ーダ  ８ａ  接続線  ８ｂ，９ｂ  コネクタ  ９ａ  信号線  １０  ハンド機構  １０  ａ  ハンドベース部  １０ｂ  爪支持部  １０ｃ  軸    １０ｅ，１１ｅ  貫通孔  １  １  カム台座部  １１ａ  カムベース部  １１ｂ  立体カム  １１ｃ  カム案内面  １  １ｄ  カム側ねじ孔    １２  爪部  １２ａ  元端部  １２ｂ  カムフォロワ面
【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】
2019072795.tif 000009
【図８】
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【図９】
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