(57)【要約】  本発明は、その都度、シリンダ（１）の１つにおけるピストンの移動が他のシリンダ（１）の少なくとも１つにおけるピストンの移動という結果（順次制御）をもたらすように、２つ以上の液圧シリンダ（１）のピストンの両側における容積Ｖ1およびＶ2が互いに液圧的に接続されている受動液圧制御装置に関する。この種の受動液圧制御装置の全てのシリンダ（１）のピストン行程の総和Δｓ＝ｋ1ｓ1＋ｋ2ｓ2＋…＋ｋnｓnが理想的には常にΔｓ＝０＝一定であり、比例定数ｋ1，ｋ2，…ｋnがシリンダ（１）のピストン面積の逆数であり、それらの符号が液圧シリンダ（１）間の接続管が交差しているか否かに依存する。この種の受動液圧制御装置はいつまでも位置安定ではなく（Δｓ≠０≠一定）、特に静的な基本負荷のもとにある変化する位置誤差Δｓが考慮されなければならない。この位置誤差は、本発明にしたがって、次によって修正される。すなわち、位置誤差Δｓが定義されるべき正の位置誤差限界＋Δｓを上回るとき、もしくは負の位置誤差限界−Δｓを下回るときにその都度、容積Ｖ1およびＶ2間の接続が両容積間の液圧用液体の交換のために形成されること、この接続が液圧用液体の交換を常に位置誤差Δｓの符号に依存して定められた一方向においてのみ許容すること、この接続が、少なくとも、定義された位置誤差限界の１つ＋Δｓもしくは−Δｓが上回られるかもしくは下回られるだけでなく、更にピストン行程ｓ1…ｓnとそれぞれに付属の比例定数ｋ1…ｋnとの全ての積も位置誤差Δｓと同じ符号を有する場合に形成されていること、そしてこの接続を介する液圧用液体の交換が液圧シリンダ（１）のピストン棒への力作用によって行なわれることである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（１）の１つにおけるピストンの移動が他のシリンダ（１）の少なくとも１つにおけるピストンの移動という結果（順次制御）をもたらすように、２つ以上の液圧シリンダ（１）のピストンの両側における容積Ｖ1およびＶ2がその都度互いに液圧的に接続されている受動液圧制御装置であって、全てのシリンダ（１）のピストン行程の総和Δｓ＝ｋ1ｓ1＋ｋ2ｓ2＋…＋ｋnｓnが理想的には常にΔｓ＝０＝一定であり、比例定数ｋ1，ｋ2，…ｋnがシリンダ（１）のピストン面積の逆数であり、それらの符号が液圧シリンダ（１）間の接続管が交差しているか否かに依存する受動液圧制御装置において、
定義されるべき正の位置誤差限界＋Δｓを上回るかもしくは負の位置誤差限界−Δｓを下回る位置誤差の発生時に位置誤差が次によって修正されること、すなわち両容積Ｖ1およびＶ2間の接続が両容積の間の液圧用液体の交換のために形成されること、この接続が液圧用液体の交換を常に位置誤差Δｓの符号に依存して定められた一方向においてのみ許容すること、この接続が、少なくとも、定義された位置誤差限界の一方＋Δｓもしくは−Δｓが上回られるかもしくは下回られるだけでなく、更にピストン行程ｓ1…ｓnとそれぞれに付属の比例定数ｋ1…ｋnとの全ての積も位置誤差Δｓと同じ符号を有する場合に形成されていること、そしてこの接続を介する液圧用液体の交換が液圧シリンダ（１）のピストン棒への力作用によってひき起こされることを特徴とする受動液圧制御装置。
【請求項２】
シリンダピストンの位置が電気的／電子的な行程センサ（８）により求められ、電気的／電子的な評価および制御ユニット（９）がこれらの情報に基づいて液圧弁を次のように制御すること、すなわち液圧弁が位置誤差発生時に液圧用液体の交換を位置誤差の方向に応じて容積Ｖ1からＶ2への方向にのみまたはその逆方向にのみ許容するように制御することを特徴とする請求項１記載の受動液圧制御装置。
【請求項３】
電気的／電子的な開閉要素により各液圧シリンダ（１）について、シリンダピストンが零位置の一方側にあるかまたは他方側にあるかが信号化され、全てのシリンダピストンが零位置から同じ容積側にずれている場合について、全てのシリンダの開閉要素の相応の相互の接続によって液圧弁が次のように制御されること、すなわち液圧弁が液圧用液体の交換を位置誤差の方向に応じて容積Ｖ1からＶ2への方向にのみまたはその逆方向にのみ許容するように制御されることを特徴とする請求項１記載の受動液圧制御装置。
【請求項４】
その都度のシリンダピストンによって直接または間接に操作される液圧式の開閉弁が各液圧シリンダ（１）に次のよう付設されていること、すなわちシリンダピストンが零位置の一方側にあるかまたは他方側にあるかに依存して開閉弁が開閉状態を変え、全てのシリンダピストンが零位置から同じ容積側にずれている場合について、全てのシリンダの開閉弁の相応の液圧接続によって制約されて、これらの開閉弁によって液圧用液体の交換が位置誤差の方向に応じて容積Ｖ1からＶ2への方向にのみまたはその逆方向にのみ許容されることを特徴とする請求項１記載の受動液圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダの１つにおけるピストン移動が他のシリンダの少なくとも１つにおけるピストン移動という結果（順次制御）となるように２つ以上の液圧シリンダが互いに液圧的に接続されている受動的な液圧制御装置に関する。
【０００２】
図１にはこのような受動的な液圧順次制御装置が示されている。液圧シリンダ１が液圧管２により互いに接続されている。例えば、図１における上方のシリンダ１のピストンが行程ｓ1だけ移動する場合に、Ｖ1とＶ2との容積は一定であるために他のシリンダ１においてピストン行程ｓ2…ｓnが生じ、これらのピストン行程ｓ2…ｓnの和が行程ｓ1に相当し、しかし逆の符号を有する。式としてこの状況を既述すれば、
s1＝−(s2＋…＋ｓn)                                        （１）
となる。
【０００３】
式（１）により記述される状況は、全ての液圧シリンダ１が同じ大きさのピストン面積を持つ場合に当てはまる。異なった大きさのピストン面積を持つ液圧シリンダ１が使用される場合には、個々の液圧シリンダ１において異なった行程が現れる。その場合、行程の関連は式（２）によって表される。
０＝ｋ1ｓ1＋ｋ2ｓ2＋…＋ｋnｓn                             （２）
【０００４】
この式においてｋ1…ｋnは比例定数であり、これらは液圧シリンダのピストン面積Ａ1…Ａnに対して逆比例する。
ｋ1：ｋ2：…：ｋn＝（１／Ａ1）：（１／Ａ2）：…：（１／Ａn）    （３）
【０００５】
個々の比例定数ｋ1…ｋnは、例えば液圧管２が交差させられる場合には負の値をとる（図１１による例の場合）。
【０００６】
上述の受動液圧制御装置は、次の場合に制御棒の代わりにしばしば有利に使用される。すなわち、比較的高い操作力が大きな距離にわたって伝達されなければならず、かつ場合によっては費用のかかるレバーによる力の方向転換および／または力伝達が必要である場合である。相互に移動する機械部分もしくは装置部分の境界を介する力伝達、例えば車両連結部を介する力伝達も、機械によるよりも液圧によるほうが一般に有利に解決される。上述の特性を有する受動液圧制御の典型的な用途は、例えば次のとおりである。
ａ）独国特許出願公開第２１２３８７６号明細書に応じた２つの部分からなるレール車両の車両連結部のためのヒンジ制御
ｂ）独国特許出願公開第３１２３８５８号明細書、同３３３１５５９号明細書または同４３４３６０８号明細書に記載されているようなレール車両のための軸制御
ｃ）欧州特許出願公開第０７５５８３９号明細書に記載されている多要素レール車両の車体の液圧式回転角カップリング
ｄ）独国実用新案登録出願公開第２９９１３５４７号明細書、欧州特許出願公開第１０７４４４８号明細書、欧州特許出願公開第１０７４４４９号明細書または独国特許出願公開第１００１２９６６号明細書に記載されているような車台制御およびヒンジ制御
【０００７】
上述の原理に基づいて動作する受動液圧制御は、液圧シリンダ１および接続管２のほかに、安全機能のために他の構成要素を必要とする。図２には、これの基本的な配置が２つの液圧シリンダ１を有する装置に関して模範的に示されている。システムにおける不密閉性によってひき起こされる液圧用液体の損失を補償できるようにするために、液体タンク５が設けられている。液体タンク５は、逆止弁６を介して容積Ｖ1もしくはＶ2内に場合によっては不足する液圧用液体を補充する。この方法で、温度低下によってひき起こされる液圧用液体の容積減少も液体タンク５から補償される。温度上昇時における液圧用液体の膨張によってもひき起こされ得る液圧システムにおける高すぎる圧力は、減圧弁７により、これを介してそのような場合に液圧用液体が容積Ｖ1もしくはＶ2から液体タンク５へ抜けることによって防止される。
【０００８】
この種の受動液圧制御装置の場合には、これが相応の修正措置なしには長時間にわたって位置安定でないことが出発点となる。式（１）もしくは式（２）により記述されるピストン行程の関係は持続的に保証可能でない。原因は、とりわけ、例えばＶ1からＶ2への方向またはその逆方向の液圧用液体の侵入の形での漏損である。液体タンク５からの補給または液体タンク５への回収も、Ｖ1およびＶ2に対して同期化されないで経過し、したがってＶ1およびＶ2に関する持続的な容積一定に影響を及ぼす。それゆえ、液圧シリンダのピストンに関する行程の関係は、式（２）による代わりに、次の式（４）によって記述されなければならない。
Δｓ＝ｋ1ｓ1＋ｋ2ｓ2＋…＋ｋnｓn                           （４）
【０００９】
この式（４）において、値Δｓは受動液圧制御の位置誤差の尺度である。したがって、液圧ピストンは全体として尺度Δｓだけ目標位置からずれている。
【００１０】
理想的にはΔｓは、もちろん常に値０を取るべきである。このために、例えば独国実用新案登録出願第２９９１３５４７号明細書に記載されているように、両容積Ｖ1およびＶ2の間における少なくとも時間的に作用する液圧的な接続が形成される。図２では、この液圧的な接続が絞り弁４により実現されている。これは、両容積Ｖ1およびＶ2間において少量の液圧用液体の交換を可能にする。液圧用液体のこの交換が平均して所望の方向に行なわれるように、全体システムに他の措置によって基本位置が与えられなければならない。図２に基づく装置においては、受動液圧制御装置が位置決めばね３によって基本位置を予め与えられる。ここでは、基本位置が模範的にそれぞれ、両液圧シリンダ１におけるピストンの中間位置により定められている。液圧シリンダ１のピストン棒に外力が作用しない場合に、両ピストンが中間位置にないならば、両ピストンが位置決めばね３によって中間位置に押され、場合によっては液圧用液体が絞り弁４を介して容積Ｖ1から容積Ｖ2へ、またはその逆方向に移動可能である。位置修正（Δｓ→０）が位置決めばね３によって付勢されて行なわれる。
【００１１】
短時間だけもしくは動的に外部からピストン棒に作用する力は、絞り弁４を介する液圧用液体のほんの少しだけの移行のみをもたらす。なぜならば、絞り弁４は十分に大きな流動抵抗を持つからである。しかしながら、静的に外部からピストン棒に作用する力成分は、時間が増加するにともなって、絞り弁４を介してますます大きな量の液圧用液体の移行の原因となり、それにともなって位置誤差Δｓが増大する。したがって、位置決めばね３が十分に高い初期ばね付勢（ピストンの中間位置通過時の跳躍的なばね特性曲線）を持つ場合を除いて、図２に対応する受動液圧制御装置における静的な基本負荷は回避されるべきである。
【００１２】
位置決めばね３は、図２に示されているように、液圧シリンダ１の不可欠の一体化された部分である必要はない。位置決めばね３は、それ自体がシリンダの構成部分であることなしに、液圧シリンダ１によって制御される構成部分に作用することもできる。他の前述の受動液圧制御装置の適用例において、これは、とりわけレール車台（ボギー台車）の二次的ばねであり、これらにおける柔軟性のあるコイル作用により受動液圧制御装置により制御されるレール車台に基本位置を与える。
【００１３】
容積Ｖ1とＶ2の間における位置決めばねおよび絞り弁による受動液圧制御装置のための位置修正は、図２に原理的に再現されているように、静的に作用する基本負荷がこの種の制御により条件付きでしか抑制可能でないという欠点を有するのみならず、特に、シリンダピストンの移動ために、全ての位置決めばねを張らせるのに必要な力がもたらされなければならないという欠点がある。
【００１４】
したがって、本発明の課題は、容積Ｖ1とＶ2の間における位置決めばねおよび絞り弁による位置修正をともなう受動液圧制御装置の上述の欠点を取り除くことにある。これは、この種の受動液圧制御を次のように構成しようとするものである。すなわち、制御移動に抗して力を発生する要素なしにも位置修正が可能でありかつこの受動液圧制御装置によって静的な基本負荷も伝達可能であるように構成しようとするものである。
【００１５】
この課題は、本発明によれば、次のようにして解決される。すなわち、位置誤差Δｓが定義されるべき正の位置誤差限界＋Δｓを上回るかもしくは負の位置誤差限界−Δｓを下回るときその都度、両容積Ｖ1およびＶ2間の接続が両容積の間の液圧用液体の交換のために形成されること、この接続が液圧用液体の交換を常に位置誤差Δｓの符号に依存して定められた一方向においてのみ許容すること、この接続が、少なくとも、定義された位置誤差限界の一方＋Δｓもしくは−Δｓが上回られるかもしくは下回られるだけでなく、更にピストン行程ｓ1…ｓnとそれぞれに付属の比例定数ｋ1…ｋnとの全ての積も位置誤差Δｓと同じ符号を有する場合に形成されていること、そしてこの接続を介する液圧用液体の交換が液圧シリンダのピストン棒への力作用によってひき起こされることによって解決される。
【００１６】
図３には、本発明にしたがって構成された受動液圧制御装置が模範的に示されている。この受動液圧制御装置では複数の液圧シリンダ１が互いに液圧的に接続されている。シリンダ１のピストン行程ｓ1…ｓnが行程センサ８により検出される。行程センサ８の信号は評価および制御ユニット９に供給される。評価および制御ユニット９は行程センサ８の信号から式（４）にしたがって位置誤差Δｓの値を求める。液圧制御装置に対する精度要求に応じて、位置誤差Δｓのための最小値および最大値が定められていて、評価および制御ユニット９において基準値として使用可能である。評価および制御ユニット９によって求められたΔｓの値が対応する限界値を下回るか、もしくは上回ると、評価および制御ユニット９の出力の１つにおいて交換弁１０の１つの制御のための信号が出される。当該交換弁１０が開いて、この弁がＶ1からＶ2の方向にまたはその逆の方向に液圧用液体の交換を行なうことができ、この場合に可能な交換方向はその都度の逆止弁１１によって定められている。
【００１７】
図４には図３からの本発明の変形がもう一度示されているが、これは２つの液圧シリンダ１および位置誤差を有する例である。図４においては上部のシリンダ１が零位置にあるのに対して、下部のシリンダ１が大きさ｜Δｓ｜だけ正の側にずれている。その結果容積Ｖ1が大きすぎるのに対して、容積Ｖ2が小さすぎる。この場合に、両シリンダ１のピストン面積が等しい大きさであることから、式（３）にしたがって、両比例定数をｋ1＝ｋ2＝１に設定することができる。それらの符号は、シリンダ１間の接続管２が交差されていないので同一符号である。それゆえ、式（４）にしたがって、Δｓについて正の値が評価および制御ユニット９によって求められる。この値が予め与えられた最大値よりも大きい場合に、評価および制御ユニット９はそれの出力Ａ＋において交換弁１０の制御のための信号を出す。図４においては上側の交換弁１０が制御される。上側の交換弁１０は、付属の逆止弁１１の取り付け方向によって条件づけられてＶ1からＶ2への液圧用液体の交換を可能にするが、逆方向は不可能である。図４に示されている状況では、容積Ｖ1において容積Ｖ2に比べて高い圧力が支配しているときにはいつでも、Ｖ1からＶ2への所望の液体交換がもたらされ、それにより位置誤差が減少する結果となる。これは、シリンダ１のピストン棒に引張り力が働く場合である。両容積間の液圧用液体の交換はピストン棒に作用する力によってもたらされる。シリンダ１のピストン棒に押圧力が作用する場合には、Ｖ2における圧力が大きいほうの圧力となる。液圧用液体の交換は行なわれず、位置誤差は変化しないままとどまる。本発明による位置修正の機能は、少なくとも短い時間間隔の間に作用方向が変化する力がピストン棒に作用すること、そしてこれが十分な頻度で行なわれなければならないことに束縛されている。本発明による位置修正の使用可能性に関するこの制限は、位置修正機能が両容積間の液圧用液体の交換のための外部エネルギーの供給に束縛されないという利点と相対している。
【００１８】
図５には本発明によるやり方の受動液圧制御装置が示され、これは図３もしくは図４の行程センサ８の代わりに開閉接点１２および１３を有する。これらの開閉接点１２および１３はシリンダピストンによる零位置の正方向もしくは負方向への超過を信号化する。ここでは定量的な行程情報ではなく定性的な行程情報のみが与えられることから、これらの信号の評価が簡単に実現可能である。開閉接点１２もしくは１３の相応の相互接続によって、行程信号のＡＮＤ結合がもたらされる。つまり、受動液圧制御装置に関与する全てのシリンダ１について、ピストン行程ｓnと付属の比例定数ｋnとの積が正である場合には、逆止弁１１と関連して容積Ｖ1から容積Ｖ2への液圧用液体の交換を可能にする交換弁１０による液圧的な接続が形成される。ピストン行程ｓnと付属の比例定数ｋnとの積がすべて負である場合には、容積Ｖ2から容積Ｖ1への液圧用液体の逆方向の交換が可能にされる。
【００１９】
図５による受動液圧制御装置と機能的に対比可能な変形例を図6に示す。この場合には交換弁１０が電気的な補助エネルギーを介して制御されるのではなくて、シリンダ１のピストン棒によって直接に制御される。各シリンダ１には対応する交換弁１０および逆止弁１１が付設されている。交換管１４により、交換弁１０の開閉状態を反映するシリンダピストン棒の行程情報の結合が行なわれる。
【００２０】
図７は図６と同じ受動液圧制御装置を示すが、ここではシリンダピストンがそれらの零位置に示されていない。一方のシリンダ１のピストンは正の行程方向にずれ、他方のシリンダピストンは負の行程方向にずれているが、しかし両者のずれの大きさは同じである。ここでも両シリンダ１において模範的に同じ大きさのピストン面積が仮定され、かつ接続管２が交差させられていないことから、比例定数について再びｋ1＝ｋ2＝１が成り立つ。したがって、式（４）に基づいて位置誤差はΔｓ＝０である。したがって、両容積間の液圧用液体の交換は必要でもないし、許容もされない。図７から分かるように、これは、その都度開放される交換弁１０に付設されている逆止弁１１の逆の作用方向によって保証されている。
【００２１】
図８は、図６もしくは図７による液圧制御装置とは異なったピストン位置を示す。ここでは両シリンダ１のピストンが正の行程方向にずれている。ここでは、式（４）にしたがって、位置誤差Δｓについて０とは異なる値が生じる（ここでもｋ1＝ｋ2＝１であるため、Δｓ＞０である。）。それゆえ、容積Ｖ1から容積Ｖ2への液圧用液体の交換が位置修正のために必要である。図８に示された弁状態によって、これは、容積Ｖ1において容積Ｖ2においてよりも高い圧力が支配している場合に可能にされる。図８には交換管１４を介する液圧用液体の行程が相応の矢印にて示されている。
【００２２】
図９には、図６ないし図８による受動液圧制御装置が若干異なった状況にて再現されている。この図では、上側のシリンダ１のピストンが正の行程方向にずれているが、下側のシリンダ１のピストンが負の行程方向にずれている。しかしながら、図７とは違って、両シリンダにおけるピストン行程の大きさも異なっている。それゆえ、式（４）にしたがって、０とは異なる位置誤差Δｓが求まる。これは（図９に表されているピストン位置について、かつｋ1＝ｋ2＝１の仮定により）正であることから、容積Ｖ1から容積Ｖ2への液圧用液体の交換が位置修正のために必要であるが、しかし図示のピストン位置については可能でない。ピストン移動が起きて図８にしたがったピストン位置に匹敵するピストン位置が発生したにときはじめて、すなわち両ピストンが正の行程方向にずれているときにはじめて、位置修正が行なわれる。
【００２３】
容積Ｖ1から容積Ｖ2への液圧用液体の交換もしくはその逆の交換は、定められた位置誤差限界の一方＋Δｓもしくは−Δｓが上回られるかもしくは下回られると共に、更にピストン行程ｓ1…ｓnとそれぞれに付属の比例定数ｋ1…ｋnとの全ての積も位置誤差Δｓと同じ符号を有するかぎり可能である。位置修正の機能に関するこの制限条件は、図５以降に示されているような受動液圧制御装置において、ピストン行程の行程信号が、その都度のピストンが零位置の一方側にあるかまたは他方側にあるかどうかを確認することに帰結する。したがって、その都度ピストン行程の符号のみが「既知」であり、それは図５における開閉接点１２もしくは１３またはそれに続く図における交換弁１０の開閉閾が超過されている場合についてのみである。したがって、図５以降に示されているような受動液圧制御装置におけるピストン行程の実際の大きさが位置修正作用のために用いられないことから、式（４）は、全ての積ｋ1・ｓ1；ｋ2・ｓ2；…；ｋn・ｓnが同じ符号を有する場合にのみ、位置誤差Δｓの符号を表す。その際にこれらの積の総和、つまり位置誤差Δｓは積のそれぞれと同じ符号を持つ。
【００２４】
図１０には、図６以降に検討した受動液圧制御装置がもう一度示されているが、しかし多数のシリンダを備えた受動液圧制御装置が示されている。図１１も、図６から分かる受動液圧制御装置の一部変更された形を示す。ここでは接続管２が液圧シリンダ１間において交差している。これは、比例定数が交差に基づいて符号を変化することをもたらす。両シリンダ1における等しいピストン面積の場合に、式（４）が図１１については、
Δｓ＝ｓ1−ｓ2
なる形式を取る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】多数の液圧シリンダを有する受動液圧制御原理を説明するための概略図
【図２】２つの液圧シリンダを有する従来の受動液圧制御装置を模範的に示す概略図
【図３】本発明により構成された第１の受動液圧制御装置を模範的に示す概略図
【図４】図３からの本発明の構成変形を下側のシリンダピストンが正の側にずれた状態で示す概略図
【図５】本発明により構成された第２の受動液圧制御装置を模範的に示す概略図
【図６】本発明により構成された第３の受動液圧制御装置を模範的に示す概略図
【図７】図６からの受動液圧制御装置を一方のシリンダピストンが正の行程方向にずれ、他方のシリンダピストンが負の行程方向にずれている状態で示す概略図
【図８】図６もしくは図７による受動液圧制御装置を両シリンダのピストンが正の行程方向にずれている状態で示す概略図
【図９】図６ないし図８による受動液圧制御装置を若干異なった状態で示す概略図
【図１０】図６以降よる装置を多数シリンダ構成にした受動液圧制御装置を示す概略図
【図１１】図６による装置を部分変更した受動液圧制御装置を示す概略図
【符号の説明】
【００２６】
１        液圧シリンダ
２        接続管
３        位置決めばね
４        絞り弁
５        液体タンク
６        逆止弁
７        減圧弁
８        行程センサ
９        評価および制御ユニット
１０        交換弁
１１        逆止弁
１２        開閉接点
１３        開閉接点
１４        交換管
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
2008542664.tif 000014
2008542664.tif 000015
2008542664.tif 000016
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