(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを加工する工具を装着した主軸、及び当該主軸を回転駆動させる主軸駆動部を含む主軸ユニットと、
前記主軸ユニットを前記ワークに対して相対的に移動させるユニット移動部と、
前記ユニット移動部に加わるトルクを検出するトルク検出部と、
前記トルク検出部により検出された検出トルクに基づいて、前記主軸ユニットの前記ワークに対する相対移動速度を制御する制御部と、を具備し、
前記制御部は、
前記主軸ユニットの破損を防止するための破損防止用トルク制限値及び前記主軸ユニットの移動を促すための移動促進用トルク制限値を記憶する記憶手段と、
前記検出トルクと前記破損防止用トルク制限値とを比較し、前記検出トルクと前記移動促進用トルク制限値とを比較するトルク比較手段と、
前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えた場合に、前記ユニット移動部による前記ワークに対する前記主軸ユニットの前記相対移動速度を低減させ、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回る場合に、前記相対移動速度を上昇させる速度制御手段と、
を備えたことを特徴とする主軸ユニット駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の主軸ユニット駆動装置において、
前記制御部は、時間を計測する計時手段を備え、
前記速度制御手段は、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えたタイミングから、所定の破損防止用不感帯時間を経過する間、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えたままである場合に、前記破損防止用不感帯時間の経過後に前記相対移動速度を低減させる
ことを特徴とする主軸ユニット駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の主軸ユニット駆動装置において、
前記速度制御手段は、前記相対移動速度を低減させたタイミングから、所定の破損防止用見直し時間が経過するまでの間、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えたままである場合に、前記相対移動速度を低減したタイミングから前記破損防止用見直し時間が経過した後に、前記相対移動速度を更に低減させる
ことを特徴とする主軸ユニット駆動装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の主軸ユニット駆動装置において、
前記速度制御手段は、基準となる相対移動速度に対して、一定の比率で前記相対移動速度を低減させる
ことを特徴とする主軸ユニット駆動装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の主軸ユニット駆動装置において、
前記制御部は、時間を計測する計時手段を備え、
前記速度制御手段は、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回ったタイミングから所定の移動促進用不感帯時間を経過する間、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回ったままである場合に、前記移動促進用不感帯時間の経過後に前記相対移動速度を上昇させる
ことを特徴とする主軸ユニット駆動装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の主軸ユニット駆動装置であって、
前記速度制御手段は、基準となる相対移動速度に対して一定の比率で前記相対移動速度を上昇させる
ことを特徴とする主軸ユニット駆動装置。
【請求項７】
ワークを加工する工具を装着した主軸、及び当該主軸を回転駆動させる主軸駆動部を含む主軸ユニットと、前記主軸ユニットを前記ワークに対して相対的に移動させるユニット移動部と、前記ユニット移動部に加わるトルクを検出するトルク検出部と、を備え、前記トルク検出部により検出された検出トルクに基づいて、前記ユニット移動部における前記主軸ユニットの移動速度を制御する主軸ユニット駆動方法であって、
前記主軸ユニットの破損を防止するための破損防止用トルク制限値と、前記検出トルクとを比較する比較ステップと、
前記比較ステップにおいて、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えた場合に、前記ユニット移動部による前記ワークに対する前記主軸ユニットの相対的な移動速度を低減させる速度制御ステップと、
前記主軸ユニットの移動を促すための移動促進用トルク制限値と、前記検出トルクとを比較し、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回る場合に、前記相対的な移動速度を上昇させる速度復帰処理と、
を備えたことを特徴とする主軸ユニット駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸を保持する主軸ユニットを所定方向に移動させる際の駆動を制御する主軸ユニット駆動装置、及び主軸ユニット駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、主軸を回転させてワークを加工する工作機械がある（例えば、特許文献１参照）。
この工作機械では、工具に設けられたトルクセンサーにより工具に加わる加工トルクを検出する。また、外部から入力されたトルク目標値と、検出された加工トルクとの偏差を求め、この偏差に基づいて、送り修正量を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１９５２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の工作機械では、主軸に加わるトルクを検出するためのトルクセンサーがあり、このトルクセンサーにより検出されるトルクに基づいて主軸の駆動を制御することで、主軸に取り付けられた工具の破損を回避することができる。しかし、主軸を保持する主軸ユニットに対するトルクを検出するものではなく、主軸ユニットを保護することができない。
ここで、従来の工作機械を用いて穴あけ加工を実施した際の、主軸ユニットをワークに対して移動させるユニット駆動部に係るトルクの変動を図５に示す。図５において、（Ａ）は、主軸ユニットに係る負荷が所定の制限値を超えず、通常通り穴あけ加工が完了した際のトルクの変動を示す図である。一方、（Ｂ）は、穴あけ加工時に、主軸ユニットに係る負荷が増大した場合のトルクの変動を示す図である。
【０００５】
図５に示すように、主軸ユニットを駆動させる際に、主軸ユニットに係る負荷が増大すると、これに応じて主軸ユニットを駆動させるためのユニット駆動部に係るトルクも増大する。そして、主軸ユニットに係る負荷が過負荷をなると、ユニット駆動部に係るトルクも所定のトルク制限値を超え、例え工具が破損していない状態であっても、主軸ユニットが破損してしまうことがある。
一般に、工具が破損した場合と、主軸ユニットが破損した場合とを比較すると、工具が破損した場合は、当該工具を交換するだけでよいが、主軸ユニットが破損した場合、修理に要するコストや時間が大きくなる。したがって、主軸を含む主軸ユニットの破損を効果的に防止できる構成が望まれている。
【０００６】
本発明は、主軸を保持する主軸ユニットの破損を防止可能な主軸ユニット駆動装置、及び主軸ユニット駆動方法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】
【０００７】
本発明の主軸ユニット駆動装置は、ワークを加工する工具を装着した主軸、及び当該主軸を回転駆動させる主軸駆動部を含む主軸ユニットと、前記主軸ユニットを前記ワークに対して相対的に移動させるユニット移動部と、前記ユニット移動部に加わるトルクを検出するトルク検出部と、前記トルク検出部により検出された検出トルクに基づいて、前記主軸ユニットの前記ワークに対する相対移動速度を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記主軸ユニットの破損を防止するための破損防止用トルク制限値及び前記主軸ユニットの移動を促すための移動促進用トルク制限値を記憶する記憶手段と、前記検出トルクと前記破損防止用トルク制限値とを比較し、前記検出トルクと前記移動促進用トルク制限値とを比較するトルク比較手段と、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えた場合に、前記ユニット移動部による前記ワークに対する前記主軸ユニットの前記相対移動速度を低減させ、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回る場合に、前記相対移動速度を上昇させる速度制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、主軸や主軸駆動部を有する主軸ユニットと、この主軸ユニットをワークに対して相対的に移動させるユニット移動部と、ユニット移動部により主軸ユニットを移動させる際に、ユニット移動部に加わるトルクを検出するトルク検出部と、ユニット移動部の移動を制御する制御部とを備えている。そして、制御部は、トルク検出部により検出された検出トルクと、記憶手段に記憶されている破損防止用トルク制限値とを比較して、検出トルクが破損防止用トルク制限値を超える場合に、主軸ユニットのワークに対する相対移動速度を低減させるように、ユニット移動部を制御する。
このような構成では、トルク検出部では、ユニット移動部に加わるトルクを検出するため、主軸を含む主軸ユニット全体に加わる負荷を検出することができる。したがって、このようなトルク検出部により検出された検出トルクに基づいて、ユニット移動部を制御することで、主軸ユニットの過負荷による破損を効果的に防止できる。
さらに、本発明では、主軸ユニットのワークに対する相対移動速度が小さく、ユニット移動部に係るトルク（検出トルク）が移動促進用トルク制限値を下回る場合、制御部は、ユニット移動部による主軸ユニットのワークに対する相対移動速度を上昇させる。
上記のように、主軸ユニットのワークに対する相対移動速度を低減させると、作業効率性が低下してしまうが、本発明のように、相対移動速度を上昇（復帰）させることで、加工作業効率を向上させることができる。
【０００９】
本発明の主軸ユニット駆動装置では、前記制御部は、時間を計測する計時手段を備え、前記速度制御手段は、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えたタイミングから、所定の破損防止用不感帯時間を経過する間、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えたままである場合に、前記破損防止用不感帯時間の経過後に前記相対移動速度を低減させることが好ましい。
【００１０】
本発明によれば、速度制御手段は、検出トルクが破損防止用トルク制限値を超えて、破損防止用不感帯時間が経過した後に、ユニット移動部を制御して、ワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を低減させる。すなわち、検出トルクが破損防止用トルク制限値を超えた場合でも、不感帯時間が経過する前に、ユニット移動部に加わるトルクが低下する場合がある。このような場合に、ユニット移動部による、ワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を低下させると、加工に要する時間が長くなり、加工作業効率が低下してしまうおそれがある。これに対して、本発明では、速度制御手段は、破損防止用の不感帯時間経過後に、検出トルクが破損防止用トルク制限値を超えたままの状態である場合に、ワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を低下させるため、一時的な負荷上昇による移動速度の低下を回避でき、作業効率の低下を抑制できる。
【００１１】
本発明の主軸ユニット駆動装置では、前記速度制御手段は、前記相対移動速度を低減させたタイミングから、所定の破損防止用見直し時間が経過するまでの間、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えたままである場合に、前記相対移動速度を低減したタイミングから前記破損防止用見直し時間が経過した後に、前記相対移動速度を更に低減させることが好ましい。
【００１２】
本発明では、速度制御手段は、ワークに対する主軸ユニットの相対移動速度を低減させた後も検出トルクを監視し、相対移動速度を低減させたタイミングから破損防止用見直し時間が経過する間も、検出トルクが破損防止用トルク制限値を超える場合に、更に、相対移動速度を低減させる。すなわち、速度制御手段は、検出トルクが破損防止用トルク制限値を下回るまで、相対移動速度を低減させる。これにより、確実にユニット移動部に係るトルクを破損防止用トルク制限値以下に設定することができ、確実に主軸ユニットの破損を防止することができる。
【００１３】
本発明の主軸ユニット駆動装置では、前記速度制御手段は、基準となる相対移動速度に対して一定の比率で前記相対移動速度を低減させることが好ましい。
ここで、基準となる相対移動速度としては、例えば予め設定された基準相対移動速度であってもよく、速度変更前の相対移動速度であってもよい。
本発明によれば、速度制御手段は、相対移動速度を一定の比率で低減させる。すなわち、速度制御手段は、検出トルクが破損防止用トルク制限値以上となる場合に相対移動速度を低減させるが、この際、例えば一度に最低速度まで低減させると、加工作業効率性が著しく低下する。これに対して、上述のように、相対移動速度を一定の比率で徐々に低下させることで、主軸ユニットに加わるトルクを最適な大きさに維持して加工作業を継続でき、作業効率の低下を抑制できる。
【００１６】
本発明の主軸ユニット駆動装置では、前記制御部は、時間を計測する計時手段を備え、前記速度制御手段は、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回ったタイミングから所定の移動促進用不感帯時間を経過する間、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回ったままである場合に、前記移動促進用不感帯時間の経過後に前記相対移動速度を上昇させることが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、制御部の速度制御手段は、検出トルクが移動促進用トルク制限値を超えて、移動制限用不感帯時間が経過した後に、ユニット移動部を制御して、ワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を上昇させる。
ここで、制御部は、検出トルクが移動促進用トルク制限値を下回る場合に即座にユニット移動部を制御してワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を上昇させてもよい。しかしながら、例えば、検出トルク及び破損防止用トルク制限値の比較に基づいて、ワークに対する主軸ユニットの相対的な速度を低下させた直後などでは、一時的にトルクが低下したものの、時間経過後にトルクが上昇する場合がある。この場合、検出トルクが移動促進用トルクを下回ったタイミングで、ワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を上昇させると、検出トルクが再び破損防止用トルク制限値を超える場合があり、再度速度制御手段による速度低減処理を実施する必要がある。
これに対して、本発明では、上記のように、移動促進用不感帯時間を設けることで、ユニット移動部及び主軸ユニットに係るトルクの変化を確認でき、適切なタイミングでワークに対する主軸ユニットの相対的な移動速度を上昇させることができる。
【００１８】
本発明の主軸ユニット駆動装置では、前記速度制御手段は、基準となる相対移動速度に対して一定の割合で前記相対移動速度を上昇させることが好ましい。
本発明によれば、速度制御手段は、相対移動速度を一定の比率で上昇させる。すなわち、速度制御手段は、検出トルクが移動促進用トルク制限値以下となる場合に相対移動速度を上昇させる。ここで、例えば、破損防止用トルク制限値に基づいて主軸ユニットのワークに対する相対移動速度を低減させた後、検出トルクが移動促進用トルク制限値を下回ったために相対移動速度を元の速度に復帰させた場合、再び検出トルクが破損防止用トルク制限値を上回ることも考えられる。これに対して、主軸ユニットのワークに対する相対移動速度を一定の比率で徐々に上昇させる場合では、速度の上がりすぎによる主軸ユニットへの過負荷を防止でき、主軸ユニットに最適な負荷が係った状態を維持して加工作業を継続できる。
【００１９】
本発明の主軸ユニット駆動方法は、ワークを加工する工具を装着した主軸、及び当該主軸を回転駆動させる主軸駆動部を含む主軸ユニットと、前記主軸ユニットを前記ワークに対して相対的に移動させるユニット移動部と、前記ユニット移動部に加わるトルクを検出するトルク検出部と、を備え、前記トルク検出部により検出された検出トルクに基づいて、前記ユニット移動部における前記主軸ユニットの移動速度を制御する主軸ユニット駆動方法であって、前記主軸ユニットの破損を防止するための破損防止用トルク制限値と前記検出トルクとを比較する比較ステップと、前記比較ステップにおいて、前記検出トルクが前記破損防止用トルク制限値を超えた場合に、前記ユニット移動部による前記ワークに対する前記主軸ユニットの相対的な移動速度を低減させる速度制御ステップと、前記主軸ユニットの移動を促すための移動促進用トルク制限値と、前記検出トルクとを比較し、前記検出トルクが前記移動促進用トルク制限値を下回る場合に、前記相対的な移動速度を上昇させる速度復帰処理と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、上述した発明と同様に、主軸ユニットの負荷増大による破損を効果的に防止できる。また、速度復帰処理により、加工作業効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る一実施形態の工作機械（主軸ユニット駆動装置）の概略構成を示す斜視図。
【図２】本実施形態の工作機械の概略構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態の工作機械の動作を示すフローチャート。
【図４】本実施形態の工作機械において、検出トルクと時間との関係、駆動速度と時間との関係を示す図。
【図５】従来の工作機械における主軸ユニットに係るトルクと、時間との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る一実施形態について、図面に基づいて説明する。
［工作機械の構成］
図１は、本発明の第一実施形態の主軸ユニット駆動装置である工作機械の概略構成を示す斜視図である。図２は、第一実施形態の工作機械の概略構成を示すブロック図である。
工作機械１００は、交換可能な工具１３２が装着された主軸１３１を備える主軸ユニット１３０を、３軸方向（ＸＹＺ方向）に移動させ、ワーク１０に対して工具１３２により各種加工処理を実施する装置である。この工作機械１００は、図１に示すように、ベース１１０と、ベース１１０に設けられたステージ１２０と、ベース１１０に設けられた一対のコラム１１１と、コラム１１１に設けられたビーム１１２と、ビーム１１２に設けられたスライダ１１３と、スライダ１１３に設けられた主軸ユニット１３０と、主軸ユニット１３０をワーク１０に対して相対移動させるユニット移動部２００と、当該工作機械１００の駆動を制御する数値制御装置３００（図２参照）と、を備えている。
なお、本実施形態では、工作機械１００として、ワーク１０に対して、主軸ユニット１３０を３軸方向（ＸＹＺ方向）に相対的に移動可能に設けられた門型構造を有する装置を例示するが、ワーク１０に対して主軸ユニット１３０を１方向のみに相対移動させる構成や、２次元方向（２方向）に移動させる構成の装置としてもよい。
【００２２】
ベース１１０は、ステージ１２０やコラム１１１が設けられる台座であり、ワーク１０の加工時に移動されないように固定されている。
一対のコラム１１１は、ベース１１０に対して立設されており、これらの一対のコラム１１１の先端部間に、ビーム１１２が水平に（Ｙ方向に沿って）架設されている。ビーム１１２は、Ｙ方向に沿うガイドレール２１２Ｙを備え、このガイドレール２１２Ｙに、Ｙ方向に沿って移動可能にスライダ１１３が保持されている。スライダ１１３は、内部にＺ方向に沿うガイドレール（図示略）を備え、このガイドレールに、Ｚ方向に沿って移動可能に主軸ユニット１３０が保持されている。ステージ１２０は、ワーク１０が載置される部分であり、ベース１１０にＸ方向に沿って敷設されたガイドレール２１２Ｘ上に、Ｘ方向に沿って移動可能に設けられている。
【００２３】
主軸ユニット１３０は、ワーク１０を加工するための工具１３２と、工具１３２を取付可能な主軸１３１と、主軸１３１を、軸心を中心として回転駆動させる主軸駆動モーター１３３（図２参照）とを備えている。ワーク１０を加工する工具１３２としては、例えば、ワーク１０に対して穴あけ加工を実施するドリルや、ワーク１０を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌用工具など、主軸の回転によりワーク１０を加工可能なあらゆる工具を用いることができる。
【００２４】
ユニット移動部２００は、Ｘ軸移動機構２１０Ｘと、Ｙ軸移動機構２１０Ｙと、Ｚ軸移動機構２１０Ｚとを備えている。
Ｘ軸移動機構２１０Ｘは、Ｘ軸モーター２１１Ｘ（図２参照）を備え、当該Ｘ軸モーター２１１Ｘの駆動力により、ステージ１２０をガイドレール２１２Ｘに沿って、Ｘ方向に移動させる。Ｙ軸移動機構２１０Ｙは、Ｙ軸モーター２１１Ｙ（図２参照）を備え、当該Ｙ軸モーター２１１Ｙの駆動力により、スライダ１１３をガイドレール２１２Ｙに沿って、Ｙ方向に沿って移動させる。Ｚ軸移動機構２１０Ｚは、Ｚ軸モーター２１１Ｚ（図２参照）を備え、当該Ｚ軸モーター２１１Ｚの駆動力により、スライダ１１３内に設けられたガイドレールに沿って、主軸ユニット１３０をＺ方向に沿って移動させる。
これらの各軸モーター２１１（２１１Ｘ，２１１Ｙ，２１１Ｚ）は、数値制御装置３００から出力される制御信号に基づいて、所定の駆動速度で駆動され、主軸ユニット１３０がワーク１０に対する相対的に移動する。
また、各軸モーター２１１（２１１Ｘ，２１１Ｙ，２１１Ｚ）には、それぞれ本発明のトルク検出部であるトルクセンサー２２０（Ｘ軸トルクセンサー２２０Ｘ、Ｙ軸トルクセンサー２２０Ｙ、Ｚ軸トルクセンサー２２０Ｚ）が設けられ、各軸モーター２１１のモーター軸に係るトルクを検出する。各トルクセンサー２２０により検出された検出トルクは、数値制御装置３００に出力される。つまり、各トルクセンサー２２０は、数値制御装置３００に接続され、トルクセンサー２２０から出力された検出信号が数値制御装置３００に入力される。
【００２５】
数値制御装置３００は、工作機械１００における主軸ユニット１３０の移動量や工具１３２の回転速度をコンピューターによって数値制御する、いわゆるコンピューター数値制御（ＣＮＣ：Computerized Numerically Controlled)を実施する。このような数値制御装置３００としては、リレー回路を記号化したプログラミング言語（例えば、Ｇ言語等）を用いて工作機械１００の制御を実施する、いわゆるＰＬＣ（programmable logic controller）を採用することができる。なお、数値制御装置３００としては、上記のようなＰＬＣに限定されず、例えば汎用パーソナルコンピューター等を用いてもよい。
具体的には、数値制御装置３００は、図２に示すように、記憶部３１０、Ｘ軸駆動部３２０Ｘ，Ｙ軸駆動部３２０Ｙ、Ｚ軸駆動部３２０Ｚ、主軸駆動部３３０、及び演算部３４０を備えている。
【００２６】
記憶部３１０は、工作機械１００を制御してワークに対して加工を実施するための加工プログラムや、加工プログラムを実施する際の各種パラメーターが記憶されている。
記憶部３１０に記憶される各種パラメーターとしては、本発明の破損防止用トルク制限値である第一トルク制限値Ｎ１、本発明の移動促進用トルク制限値である第二トルク制限値Ｎ２、本発明の破損防止用不感帯時間である第一時間Ｔ１、本発明の破損防止用見直し時間である第二時間Ｔ２、本発明の移動促進用不感帯時間である第三時間Ｔ３、各軸モーター２１１における基準駆動速度ＶＳ、各軸モーター２１１の速度変動比率ｍ、速度復帰処理のフラグ情報等が挙げられる。ここで、これらの第一トルク制限値Ｎ１、第二トルク制限値Ｎ２、第一時間Ｔ１、第二時間Ｔ２、及び第三時間Ｔ３は、各軸モーター２１１に対してそれぞれ個別に設定されている。また、基準駆動速度ＶＳ、及び速度変動比率ｍは、各軸モーター２１１に対してそれぞれ個別に設定されていてもよく、各軸モーター２１１において共通としてもよい。さらに、記憶部３１０に記憶される各種パラメーターとして、主軸駆動モーター１３３の駆動速度が記憶されていてもよい。
ここで、第一トルク制限値とは、各軸モーター２１１に係るトルクが当該第一トルク制限値を超える場合に、主軸ユニット１３０やユニット移動部２００が破損する恐れがあるとされる値の上限値である。したがって、当該第一トルク制限値以下の値で各軸モーター２１１を駆動させることで、主軸ユニット１３０やユニット移動部２００の破損を防止することが可能となる。
また、第二トルク制限値とは、各軸モーター２１１に係るトルクが小さく、加工処理を迅速に実施するために、より速く各軸モーター２１１を駆動させることが可能であるとされる値の下限値である。したがって、当該第二トルク制限値以上の値で各軸モーター２１１を駆動させることで、主軸ユニット１３０やユニット移動部２００の破損を防止しつつ、かつ迅速な加工処理を実施することが可能となる。
また、これらの各種パラメーターは、利用者により適宜設定入力することが可能であり、例えば、工作機械１００によりワーク１０の加工処理開始時に、変更等することができる。
【００２７】
各軸駆動部３２０（３２０Ｘ，３２０Ｙ，３２０Ｚ）は、各軸モーター２１１（２１１Ｘ，２１１Ｙ，２１１Ｚ）を所定駆動速度で駆動させるための駆動回路である。各軸駆動部３２０は、演算部３４０から入力された速度指令信号に基づいて、各軸モーター２１１に対する駆動電圧を設定して出力する。これにより、速度指令信号に応じた速度で各軸モーター２１１が駆動し、主軸ユニット１３０の送り速度が設定される。
【００２８】
主軸駆動部３３０は、主軸ユニット１３０を所定駆動速度で駆動させるための駆動回路である。主軸駆動部３３０は、演算部３４０から入力された加工指令信号に基づいて、主軸駆動モーター１３３に対する駆動電圧（パルス信号）を設定して出力する。これにより、主軸ユニット１３０の主軸駆動モーター１３３が加工指令信号に基づいた速度で回転し、主軸１３１及び主軸１３１に取り付けられた工具１３２が回転してワーク１０の加工が実施される。
【００２９】
演算部３４０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の集積回路や記憶回路により構成され、記憶部３１０から読み出したプログラムを実行する。これにより、演算部３４０は、図２に示すように、トルク監視手段３４１、加工実行手段３４２、及び計時手段３４３として機能する。
トルク監視手段３４１は、本発明のトルク比較手段を構成し、各トルクセンサー２２０（２２０Ｘ，２２０Ｙ，２２０Ｚ）から入力される検出信号から、各軸モーター２１１に加えられたトルク（検出トルク）を取得する。また、トルク監視手段３４１は、記憶部３１０から第一トルク制限値Ｎ１、及び第二トルク制限値Ｎ２を読み込んで検出トルクＮと比較し、検出トルクＮと第一トルク制限値Ｎ１との大小関係、検出トルクＮと第二トルク制限値Ｎ２との大小関係を判断する。
【００３０】
加工実行手段３４２は、記憶部３１０から加工プログラムを読み出して、ワーク１０を加工する加工処理を実施する。具体的には、加工実行手段３４２は、速度制御手段３４２Ａ、及び主軸制御手段３４２Ｂの機能を有する。
速度制御手段３４２Ａは、各軸モーター２１１の駆動速度Ｖを決定して各軸駆動部３２０に速度指令信号を出力する。これにより、各軸駆動部３２０は、速度指令信号に基づいて、各軸モーター２１１に制御信号を出力して駆動させる。
また、速度制御手段３４２Ａは、トルク監視手段３４１により、検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えたと判断された場合に、当該検出トルクＮが検出された軸モーター２１１の駆動速度Ｖを低減させる処理をする。この時、速度制御手段３４２Ａは、記憶部３１０から第一時間Ｔ１，第二時間Ｔ２，基準駆動速度ＶＳ，速度変動比率ｍを読み出す。そして、速度制御手段３４２Ａは、検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えたタイミングから第一時間Ｔ１が経過するまでの間、検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えたままである場合に、軸モーター２１１の駆動速度Ｖを、基準駆動速度ＶＳの速度変動比率ｍ分だけ減速させる。また、駆動速度Ｖを低減させたタイミングで、依然として検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超える場合、さらに第二時間Ｔ２が経過するまでの間検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えたままである場合に、軸モーター２１１の駆動速度Ｖを、基準駆動速度ＶＳの速度変動比率ｍ分だけ減速させる。以降、速度制御手段３４２Ａは、検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１以下となるまで、駆動速度Ｖを低減させる処理を実施する。
ここで、駆動速度Ｖが予め設定された最低駆動速度Ｖｍｉｎ以下となった場合は、それ以上の駆動速度Ｖの低減処理を停止してもよく、この場合、工作機械１００を緊急停止させる処理をしてもよい。
【００３１】
さらに、速度制御手段３４２Ａは、駆動速度Ｖが低減された際に、駆動速度Ｖを元の速度に復帰させるか否かを示す速度復帰処理のフラグ情報を読み出す。ここで、フラグ情報に速度復帰処理を許可する旨のフラグが記憶されている場合、速度制御手段３４２Ａは、速度復帰処理を実施する。具体的には、速度制御手段３４２Ａは、トルク監視手段３４１により検出トルクＮが第二トルク制限値Ｎ２を下回ったと判断された場合、当該検出トルクＮが検出された軸モーター２１１の駆動速度Ｖを上昇させる処理を実施する。この時、速度制御手段３４２Ａは、記憶部３１０から第三時間Ｔ３，基準駆動速度ＶＳ，速度変動比率ｍを読み出し、検出トルクＮが第二トルク制限値Ｎ２を下回ったタイミングから第三時間Ｔ３が経過するまでの間、検出トルクＮが第二トルク制限値Ｎ２を下回ったままである場合に、軸モーター２１１の駆動速度Ｖを、基準駆動速度ＶＳの速度変動比率ｍ分だけ上昇させる。以降、速度制御手段３４２Ａは、検出トルクＮが第二トルク制限値Ｎ２以上となるまで、駆動速度Ｖを上昇させる処理を実施する。
【００３２】
主軸制御手段３４２Ｂは、主軸駆動モーター１３３の駆動のオン・オフの決定、及び主軸駆動モーター１３３の回転駆動速度を決定する処理を実施する。すなわち主軸制御手段３４２Ｂは、記憶部３１０から読み出された加工プログラム及び各種パラメーターに基づいて、主軸ユニット１３０がワーク１０上に移動されたタイミングで主軸駆動モーター１３３を一定の駆動速度で回転駆動させる。また、主軸制御手段３４２Ｂは、各トルクセンサー２２０で検出されたトルクに基づいて、加工が終了したと判断すると、主軸駆動モーター１３３の駆動を停止させる処理を実施する。
計時手段３４３は、工作機械１００に内蔵された図示略の内蔵タイマーを監視し、検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えたタイミングからの経過時間、駆動速度Ｖを低減させたタイミングからの経過時間、及び検出トルクＮが第二トルク制限値Ｎ２を下回ったタイミングからの経過時間をカウントする。
【００３３】
［工作機械の動作］
次に上述したような工作機械１００の動作について、図面に基づいて説明する。
図３は、工作機械１００の動作を示すフローチャートである。図４は、本実施形態の工作機械１００により、ワーク１０に穴あけ加工を実施した際のＺ軸モーターに係るトルクの変化、及びＺ軸モーターの駆動速度Ｖの変化を示す図である。
本実施形態の工作機械１００は、ワーク１０を加工する加工処理を実施する際、数値制御装置３００は、図３に示すような手順に従って各種処理を実施する。すなわち、利用者により加工処理を実施する旨の設定が成されると、加工実行手段３４２は、記憶部３１０から加工プログラムを読み込んで起動させる。これにより、加工実行手段３４２は、加工処理における初期設定を実施する（ステップＳ１）。すなわち、加工実行手段３４２は、記憶部３１０から、各軸モーター２１１の基準駆動速度ＶＳを読み出し、当該各軸モーター２１１の駆動速度Ｖとして設定する。また、加工実行手段３４２は、速度を変動させた回数を示す変化回数カウンターｉを初期化し、「ｉ＝０」を設定する。さらに、加工実行手段３４２は、検出トルクＮが制限値を超えた場合にカウントする経過時間を示すカウンター値Ｔを初期化し、「Ｔ＝０」を設定する。さらには、速度制御手段３４２Ａにより、速度を変動させる際に必要となる各種パラメーターである第一トルク制限値Ｎ１，第二トルク制限値Ｎ２，第一時間Ｔ１，第二時間Ｔ２，第三時間Ｔ３，速度変動比率ｍ，速度復帰処理を実施するか否かを示すフラグ情報、及び主軸駆動モーター１３３の駆動速度を読み込む。
【００３４】
そして、加工実行手段３４２は、加工プログラムに従って、工作機械１００を駆動させる。すなわち、速度制御手段３４２Ａは、設定された駆動速度Ｖで各軸モーター２１１を駆動させて、主軸ユニット１３０をワーク１０の加工部位に移動させ、主軸制御手段３４２Ｂは、主軸駆動モーター１３３を駆動させてワーク１０に対して加工を実施する。
この時、トルク監視手段３４１は、各トルクセンサー２２０から入力された検出トルクから、各軸モーター２１１に係る検出トルクＮを監視する。そして、トルク監視手段３４１は、検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えたか否かを判断する比較ステップを実行する（ステップＳ２）。
【００３５】
このステップＳ２において、トルク監視手段３４１により検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えたと判断されると、加工実行手段３４２の速度制御手段３４２Ａは、速度制御ステップを実施する。
この速度制御ステップでは、速度制御手段３４２Ａは、まずカウンター値Ｔが０であるか否かを判断する（ステップＳ３）。このステップＳ３において、カウンター値Ｔが、「Ｔ＝０」である場合、計時手段３４３は、検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えたタイミングからの経過時間のカウントを開始する（ステップＳ４）。
【００３６】
ステップＳ４の後、又はステップＳ３において、カウンター値Ｔが０ではないと判断された場合、速度制御手段３４２Ａは、駆動速度Ｖが予め設定された最低駆動速度Ｖｍｉｎ以下であるか否かを判断する（ステップＳ５）。このステップＳ５において、駆動速度Ｖが最低駆動速度Ｖｍｉｎ以下である場合、ステップＳ２の処理に戻る。なお、駆動速度Ｖが最低駆動速度Ｖｍｉｎ以下である場合、ユニット移動部２００又は主軸ユニット１３０に異常があると判定し、工作機械１００を緊急停止させる処理をしてもよい。
【００３７】
そして、ステップＳ５において、駆動速度Ｖが最低駆動速度Ｖｍｉｎより大きい場合、速度制御手段３４２Ａは、更に変化回数カウンターｉがｉ≧１であるか否かを判断する（ステップＳ６）。このステップＳ６において、変化回数カウンターｉがｉ＝０である場合、すなわち、図４に示すタイミングＡ１に示すように、駆動速度Ｖが初速として設定された基準駆動速度ＶＳであり、検出トルクＮが初めて第一トルク制限値Ｎ１を超えた場合では、速度制御手段３４２Ａは、第一時間Ｔ１が経過した否かを判断する（ステップＳ７）。ステップＳ７において、カウンター値Ｔが第一時間Ｔ１より小さい場合は、ステップＳ２に戻り、トルク監視手段３４１によるトルク監視を継続する。
また、ステップＳ６において、変化回数カウンターｉがｉ≧１である場合、すなわち、図４に示すタイミングＡ２，Ａ３に示すように、１回以上駆動速度Ｖが低減された場合では、速度制御手段３４２Ａは、第二時間Ｔ２が経過したか否かを判断する（ステップＳ８）。ステップＳ８において、カウンター値Ｔが第二時間Ｔ２より小さい場合は、ステップＳ２に戻り、トルク監視手段３４１によるトルク監視を継続する。
【００３８】
そして、ステップＳ７において、カウンター値Ｔが第一時間Ｔ１以上である場合、またはステップＳ８において、カウンター値Ｔが第二時間Ｔ２以上である場合、速度制御手段３４２Ａは、駆動速度Ｖを低減させる処理をする（ステップＳ９）。
この時、速度制御手段３４２Ａは、駆動速度Ｖを基準駆動速度ＶＳの速度変動比率ｍ分だけ低減させる処理（Ｖ＝Ｖ−ＶＳ×ｍ）を実施する。ここで、速度変動比率ｍとしては、例えば１０％等を設定することができる。
この後、加工実行手段３４２は、変化回数カウンターｉを１だけ加算し（ステップＳ１０）、カウンター値Ｔを初期化して０に設定する（ステップＳ１１）。この後、ステップＳ２に戻り、トルク監視手段３４１によるトルク監視を継続する。
【００３９】
そして、ステップＳ２において、トルク監視手段３４１により検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１以下であると判断された場合、加工実行手段３４２は、記憶部３１０から読み出した速度復帰処理のフラグ情報に、速度復帰を許可する旨の情報が記録されているか否か、すなわち、速度復帰が有効であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１２において、速度復帰を許可しない旨のフラグ情報が記録されている場合、加工実行手段３４２は、速度復帰処理を実施しない。この場合、加工実行手段３４２は、処理を継続するか否かの判断を実施する（ステップＳ２１）。そして、例えば利用者により、加工処理を終了する旨の入力が実施された場合は、一連の工作機械１００のよる加工処理を終了する。また、ステップＳ２１において、処理を終了しない場合は、ステップＳ２に戻り、トルク監視手段３４１によるトルク監視を継続する。
【００４０】
一方、ステップＳ１２において、速度復帰を許可する旨のフラグ情報が記録されている場合、加工実行手段３４２は、速度復帰処理を実施する。
この速度復帰処理では、加工実行手段３４２は、まず、駆動速度Ｖが基準駆動速度ＶＳより小さいか否かを判断する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において、駆動速度Ｖが基準駆動速度ＶＳ以上である場合は、速度を復帰させる必要がないとして、ステップＳ２１の処理を実施する。
ステップＳ１３において、駆動速度Ｖが基準駆動速度ＶＳより小さいと判断された場合、トルク監視手段３４１によるトルク監視により、検出トルクＮが第二トルク制限値Ｎ２を下回ったか否かを判断する（ステップＳ１４）。
このステップＳ１４において、検出トルクＮが第二トルク制限値Ｎ２以上である場合、駆動速度Ｖを上昇させると、検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えて主軸ユニット１３０が破損する恐れがあるため、駆動速度Ｖを上昇させない。この場合、ステップＳ２１の処理に移行する。
一方、ステップＳ１４において、トルク監視手段３４１により検出トルクＮが第二トルク制限値Ｎ２を下回ると判断された場合、速度制御手段３４２Ａは、まずカウンター値Ｔが０であるか否かを判断する（ステップＳ１５）。このステップＳ１５において、カウンター値Ｔが、「Ｔ＝０」である場合、計時手段３４３は、検出トルクＮが第二トルク制限値Ｎ２を下回ったタイミング（図４におけるタイミングＡ４）からの経過時間のカウントを開始する（ステップＳ１６）。
【００４１】
ステップＳ１６の後、又はステップＳ１５において、カウンター値Ｔが０ではないと判断された場合、速度制御手段３４２Ａは、第三時間Ｔ３が経過した否かを判断する（ステップＳ１７）。ステップＳ７において、カウンター値Ｔが第三時間Ｔ３より小さい場合は、ステップＳ１４に戻り、トルク監視手段３４１によるトルク監視を継続する。
また、ステップＳ１７において、カウンター値Ｔが第三時間Ｔ３以上となった場合、速度制御手段３４２Ａは、駆動速度Ｖを上昇（復帰）させる処理をする（ステップＳ１８）。この時、速度制御手段３４２Ａは、駆動速度Ｖを基準駆動速度ＶＳの速度変動比率ｍ分だけ上昇させる処理（Ｖ＝Ｖ＋ＶＳ×ｍ）を実施する。ここで、速度変動比率ｍとしては、ステップＳ９と同様の値を用い、例えば１０％等を設定してもよく、別途異なる比率が設定されていてもよい。以上により、速度復帰処理が実施される。
【００４２】
また、このステップＳ１８の後、速度制御手段３４２Ａは、駆動速度Ｖが基準駆動速度ＶＳ以上となったか否かを判断する（ステップＳ１９）。そして、ステップＳ１９において、駆動速度Ｖが基準駆動速度ＶＳ以上となったと判断された場合、速度制御手段３４２Ａは、変化回数カウンターｉを初期化し、ｉ＝０を設定した後、ステップＳ２１を実施する。ステップＳ１９において、駆動速度Ｖが基準駆動速度ＶＳより小さいと判断された場合は、そのままステップＳ２１に移行する。
以上により、工作機械１００によるワーク１０の加工処理、及びトルク制御処理が実施される。
【００４３】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の工作機械１００は、上述したように、工具１３２が装着される主軸１３１、及び主軸１３１を回転駆動させる主軸駆動モーター１３３を備えた主軸ユニット１３０と、この主軸ユニット１３０をＸＹＺの各軸方向に移動させるユニット移動部２００とを備え、ユニット移動部２００における各軸モーター２１１には、トルクセンサー２２０が設けられている。そして、工作機械１００の駆動を制御する数値制御装置３００は、トルク監視手段３４１と、速度制御手段３４２Ａを有する加工実行手段３４２を備えている。トルク監視手段３４１は、各トルクセンサー２２０において検出される検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えたか否かを判断し、速度制御手段３４２Ａは、トルク監視手段３４１により検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えたと判断された場合に、当該検出トルクＮが検出された軸モーター２１１の駆動速度Ｖを低減させる処理を実施する。このため、主軸ユニット１３０に係る負荷が限界を超えて破損する前に、軸モーター２１１の駆動速度Ｖを低減させて主軸ユニット１３０に係る負荷を軽減でき、主軸ユニット１３０の破損を効果的に防止することができる。
【００４４】
また、速度制御手段３４２Ａは、検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えたタイミングから第一時間Ｔ１が経過したタイミングで、駆動速度Ｖを低減させる。このような不感帯時間を設けることで、作業効率の低下を抑制することができる。例えば一時的に検出トルクＮが上昇しただけで、比較的早く検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１以下に戻る場合がる。このような場合に対しても、駆動速度Ｖを低減させると、作業効率が低下してしまう。これに対して、不感帯時間である第一時間Ｔ１を設けることで、このような作業効率の低下を抑制できる。
【００４５】
さらに、速度制御手段３４２Ａは、駆動速度Ｖを低減した後、依然として検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えている場合、駆動速度Ｖを低減したタイミングから第二時間Ｔ２が経過したタイミングで、更に駆動速度Ｖを低減させる。これにより、確実に検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１以下となる安定な駆動状態に設定することができ、主軸ユニット１３０の破損をより確実に防止することができる。
【００４６】
また、速度制御手段３４２Ａは、速度制限ステップにおいて、基準駆動速度ＶＳの速度変動比率ｍ分だけ駆動速度Ｖを低減させる。このため、駆動速度Ｖの過剰な低下による作業効率の低下を抑制でき、最適な駆動速度Ｖにより主軸ユニット１３０をワーク１０に対して相対的に移動させて加工作業を効率的に続行させることができる。
【００４７】
記憶部３１０には、速度復帰処理のフラグ情報が記憶され、このフラグ情報に速度復帰処理を許可する情報が記録されており、記憶部３１０により検出トルクＮが第二トルク制限値Ｎ２よりも下回ったと判断されると、速度制御手段３４２Ａは、駆動速度Ｖを上昇させて元の速度に近づけるように復帰させる速度復帰処理を実施する。このため、主軸ユニット１３０に係る負荷が小さい場合には、速度を上昇させることができ、加工作業の効率を向上させることができる。
【００４８】
また、速度制御手段３４２Ａは、速度復帰処理において、検出トルクＮが第二トルク制限値Ｎ２を下回ったタイミングから第二時間Ｔ２が経過したタイミングで駆動速度Ｖを上昇させる。このような不感帯時間を設けることで、速度復帰時に、主軸ユニット１３０が過負荷となる不都合を回避でき、安定した加工作業を実施することができる。
さらに、速度制御手段３４２Ａは、速度復帰処理時においても、基準駆動速度ＶＳの速度変動比率ｍ分だけ駆動速度Ｖを上昇させる。これにより、駆動速度Ｖの過剰な上昇による主軸ユニット１３０の負荷増大を抑制でき、最適な駆動速度Ｖにより主軸ユニット１３０の送り速度を設定して、効率的な加工作業を実施することができる。
【００４９】
また、速度制御手段３４２Ａによる駆動速度Ｖを変動させる際、基準となる速度を基準駆動速度ＶＳとし、基準駆動速度ＶＳの速度変動比率ｍ分ずつ駆動速度Ｖを変動させる。このように、基準駆動速度ＶＳを基準とすることにより、一定の速度ずつ駆動速度Ｖを変動させることができ、安定した速度管理を実施することができる。
【００５０】
〔その他の実施の形態〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００５１】
例えば、上記実施形態において、初速である基準駆動速度ＶＳから駆動速度Ｖを変動させた回数を変化回数カウンターｉとしたが、これに限定されない。例えば検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えた際に、連続して速度を変化させた回数を変化回数カウンターｉとしてもよい。この場合、速度制御手段３４２Ａにより速度制限処理が実施された後、ステップＳ２で検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１以下である判断されたタイミングで、変化回数カウンターｉを初期化してｉ＝０を設定すればよい。
【００５２】
速度制御手段３４２Ａにより速度を低減させる際に、基準駆動速度ＶＳに対して速度変動比率ｍ分だけ駆動速度Ｖを低減させるとし、本発明の基準となる相対移動速度を、基準駆動速度ＶＳとしたが、これに限らない。例えば、本発明の基準となる相対移動速度を、速度低減前の駆動速度Ｖとしてもよい。この場合、ステップＳ９では、速度制御手段３４２Ａは、「Ｖ＝Ｖ−Ｖ×ｍ」として新たな駆動速度Ｖを設定すればよい。このような場合では、速度を低下させるほど、速度低減幅が小さくなる。したがって、駆動速度Ｖの過剰な低下がより確実に抑えられ、各軸モーター２１１に係るトルクを第一トルク制限値Ｎ１以下に抑えつつ、作業効率性を維持することができる。
【００５３】
速度制御手段３４２Ａは、変化回数カウンターｉに応じて、駆動速度Ｖを低減させるまでの時間を第一時間Ｔ１、および第二時間Ｔ２のいずれかに設定したが、変化回数カウンターｉに関わらず、常にＴ＝Ｔ１となるタイミングで駆動速度Ｖを低減させる処理を実施してもよい。つまり、Ｔ２＝Ｔ１としてもよい。
さらには、駆動速度Ｖを変動させるまでの第一時間Ｔ１、第二時間Ｔ２、第三時間Ｔ３を設定したが、不感帯時間や見直し時間が設定されていなくてもよい。つまり、速度制御手段３４２Ａは、検出トルクＮが第一トルク制限値Ｎ１を超えたタイミングで駆動速度Ｖを低減させ、検出トルクＮが第二トルク制限値Ｎ２を下回ったタイミングで駆動速度Ｖを上昇させる処理をしてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、主軸ユニット１３０を３軸方向に移動させる構成としたが、例えば、主軸に係る負荷が最も懸念されるスラスト方向（ＸＹ方向）に対して、本発明を適用し、スラスト方向に係るトルクを軽減させる構成としてもよい。
【００５５】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、主軸を保持する主軸ユニットを所定方向に移動させる際の駆動を制御する主軸ユニット駆動装置や、当該主軸ユニット駆動装置の駆動方法に適用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１０…ワーク、１００…工作機械（主軸ユニット駆動装置）、１３０…主軸ユニット、１３１…主軸、１３２…工具、１３３…主軸駆動モーター（主軸駆動部）、２００…ユニット移動部、２２０…トルクセンサー（トルク検出部）、３００…数値制御装置（制御部）、３１０…記憶部（記憶手段）、３４１…トルク監視手段（トルク比較手段）、３４２Ａ…速度制御手段、Ｎ…検出トルク、Ｎ１…第一トルク制限値（破損防止用トルク制限値）、Ｎ２…第二トルク制限値（移動促進用トルク制限値）、Ｔ１…第一時間（破損防止用不感帯時間）、Ｔ２…第二時間（破損防止用見直し時間）、Ｔ３…第三時間（移動促進用不感帯時間）。
【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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