(57)【要約】      （修正有）【課題】ボビンに巻回された下糸の残量変化を段階的に細かく判断することができるミシンの下糸残量検知装置を備えたミシン提供する。【解決手段】ボビン１に巻回された下糸Ｔの残量を検知する下糸残量検知装置２１はボビンの軸に巻回された下糸Ｔに先端部を当接させつつ下糸の消費に伴ってボビンの径方向において釜の開口部から軸側へ前進移動可能に配設されれる周面に反射面１４が形成された検知棒１２と、反射面へ向けて光を照射する光源と、反射面に反射された光源の光を受光するイメージセンサを有し、イメージセンサにより連続して形成される画像に基づき、検知棒の移動量を逐次求める画像処理回路と、下糸の残量の検知棒の移動量の複数の閾値を記憶し、画像処理回路が検知した移動量を累積演算し、累積された移動量を記憶部に記憶し、累積された移動量を閾値と対比することにより下糸の残量を検知する制御部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縫製作業に供されるボビンに巻回された下糸の残量を検知する下糸残量検知装置を備えたミシンにおいて、
前記下糸残量検知装置は、
ボビンの軸に巻回された下糸に先端部を当接させつつ前記下糸の消費に伴って前記ボビンの径方向において釜の開口部から前記軸側へ前進移動可能に配設されるとともに、周面に反射面が形成された検知棒と、
検知棒に形成された前記反射面へ向けて光を照射する光源と、
検知棒の前記反射面にて反射された前記光源の光を受光するイメージセンサを有し、前記イメージセンサにより連続して形成される画像に基づき、検知棒の移動量を逐次求める画像処理回路と、
下糸の残量に関しボビンへの下糸の満巻回時における検知棒の位置からの移動量について１乃至複数の閾値を記憶し、前記画像処理回路が検知した移動量を累積演算し、その累積された移動量を記憶部に記憶するとともに、前記累積された移動量を前記閾値と対比することにより下糸の残量を検知する制御部と
を備えていることを特徴とするミシン。
【請求項２】
前記閾値に対応させた前記ボビンに巻回された下糸の残量を表示可能な残量表示手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のミシン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縫製作業に供されるボビンに巻回された下糸の残量を検知する下糸残量検知装置を備えたミシンに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のミシンの下糸残量検知装置の一例におけるリニアアクチュエータと下糸を巻回したボビンを収容する釜との位置関係を示した概略断面図である（特許文献１参照）。
【０００３】
この従来例におけるミシンの下糸残量検知装置１１０は、ミシンの中央制御部（図示せず）において、第１条件として、針を上下動させる主軸の回転速度が下糸残量を検知可能な低速状態であることを判定する第１判定手段と、第２条件として、主軸の回転に連動して回転する釜が、その開口部からリニアアクチュエータにより検知棒を導入可能な回転角範囲にあることを判定する第２判定手段とが組み込まれており、これら両判定手段による判定結果である上記第１条件と第２条件とが同時に成立している時にのみ、以下のようにリニアアクチュエータ１１１を駆動させて下糸残量の検知動作を制御するようになっている。
【０００４】
この従来例のミシンにおける下糸残量感知装置１１０は、いわゆる水平釜ミシンに適用されており、上記リニアアクチュエータ１１１は、釜に対して図４に示すような位置に配置されている。即ち、釜軸台１１４に指示されている軸を中心に釜１１５は矢印方向に回転するように軸支され、その斜め右上方向に超音波センサ１１２が付設されたリニアアクチュエータ１１１が配設されている。また、図中、斜線部は、釜１１５の上糸釜越部１１６であり、その回転方向先端に縫製時に上糸を引掛ける剣先部１１７が位置している。
【０００５】
また、図５は、下糸残量検知装置１１０と釜内に収納されているボビン１０１との関係を示す概略斜面図である。
【０００６】
図中、符号１２１は検知棒軸受、符号１２４は、永久磁石１２２Ａ、１２２Ｂに対し、空間部１２３を介して平行に配設された鉄心であり、永久磁石１２２Ａ、１２２Ｂは両者共この鉄心１２４に同じ磁極面を向けている。
【０００７】
符号１２５は、鉄心１２４上を自由に滑動することができるコイル組立体で、このコイル組立体１２５はコイルボビン１２５Ａと、通電時にリニア直流モータの動作原理に基づき直線的な推力を得るためのコイル１２５Ｂより構成されている。符号１２６Ａ、１２６Ｂは上記コイル組立体１２５を図５（Ａ）中の右端に付勢する復帰ばね（一点鎖線で示す）であり、符号１２７は後端が上記コイル組立体１２５に固定され、この先端が該コイル組立体１２５の移動時に釜の開口部を通してその内部にあるボビン１０１に巻回されている下糸の外周部に当接するように移動する検知棒である。
【０００８】
符号１２８は、抵抗変化や電圧素子又は電気容量の変化等を利用して圧力を検知する圧力センサ、符号１２９は後退端を規定するヨーク１３０Ａに固定され、コイル組立体１２５の移動を案内する役割を果たす下部案内棒である。
【０００９】
上記ヨーク１３０Ａは鉄心１２４の長さ方向側面に接し、他のヨークは永久磁石の第２磁極面側とヨーク１３０Ａの側端面に接しており、これらは永久磁石から出て永久磁石に戻る磁束の通路となるだけでなく、下糸残量検知装置１１０の枠体を構成している。
【００１０】
上記下糸残量検知装置１１０は、上述した永久磁石１２２Ａ、１２２Ｂ、空隙１２３Ａ、１２３Ｂ、鉄心１２４、コイル組立体１２５及びヨーク１３０Ａ、１３０Ｂによりリニアモータが構成されている。
【００１１】
そして、下糸残量検知装置１１０は、ミシン内部で、下糸Ｔが巻回されているボビン１０１が収容されている釜１１５に近接する位置に取付けられ、釜１１５が停止しているときに、下糸検知を行う場合、図５（Ａ）に示す検知動作開始前の状態から、コイル組立体１２５のコイルに所定方向に電流を流すことにより、該コイル組立体１２５を前進させると、図４に符号Ａや図５（Ｂ）又は（Ｃ）に示すように、検知棒１２７が釜１１５内に挿入され、下糸Ｔの検知が行われる。その際、図５（Ｂ）のように下糸Ｔが十分に残っているときには、検知棒１２７の先端が下糸Ｔの外周部に衝突し、小さい振動波が生じるが、同図（Ｃ）のように規定の長さ以下になると下糸Ｔの巻径が小さくなるため検知棒１２７の先端が届かなくなり、その結果、コイル組立体１２５自体が前方のヨーク（枠体前端部）１３０Ａに衝突し、機械的な強い衝撃音（振動波）が発生する。このように、検知棒１２７を前進動作させたときの衝撃波の強弱により、下糸の有無を検知することができる。
【００１２】
そこで、上記下糸残量検知装置１１０には、ヨーク１３０Ｂの外側に振動波検知素子（圧電素子等からなる超音波センサ）１１２が取付けられ、該振動波検知素子１１２で検知される振動波を、基準電圧の異なる２種類のコンパレータを使用して識別し、下糸Ｔの検出を行っている。
【００１３】
【特許文献１】特許２５３８８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、前述の下糸残量検知装置１１０において検知できるのは、ボビン１０１に巻回された下糸Ｔが所定量だけあるか否かであり、その残量変化を段階的に検知することはできなかった。
【００１５】
そこで、本発明は、ボビンに巻回された下糸の残量変化を段階的に細かく判断することができるミシンの下糸残量検知装置を備えたミシン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】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係るミシンは、縫製作業に供されるボビンに巻回された下糸の残量を検知する下糸残量検知装置を備えたミシンにおいて、前記下糸残量検知装置は、ボビンの軸に巻回された下糸に先端部を当接させつつ前記下糸の消費に伴って前記ボビンの径方向において釜の開口部から前記軸側へ前進移動可能に配設されるとともに、周面に反射面が形成された検知棒と、検知棒に形成された前記反射面へ向けて光を照射する光源と、検知棒の前記反射面にて反射された前記光源の光を受光するイメージセンサを有し、イメージセンサにより連続して形成される画像に基づき、検知棒の移動量を逐次求める画像処理回路と、下糸の残量に関しボビンへの下糸の満巻回時における検知棒の位置からの移動量について１乃至複数の閾値を記憶し、前記画像処理回路が検知した移動量を累積演算し、その累積された移動量を記憶部に記憶するとともに、前記累積された移動量を前記閾値と対比することにより下糸の残量を検知する制御部とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２に記載のミシンは、前記閾値に対応させた前記ボビンに巻回された下糸の残量を表示可能な残量表示手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係るミシンによれば、ボビンに巻回されて最外周に位置する下糸に先端部が当接され、前記下糸の消費に伴って前記ボビンの径方向において釜の開口部から軸側へ前進移動可能に配設された検知棒の移動量を監視することで、下糸の縫製に供した量に伴う残量変化を検知することができ、累積された移動量を前記閾値と対比することで、下糸残量をも判別することができる。
【００１９】
その際、下糸を満巻回とするボビンを用い、前記受光素子により連続して形成される画像に基づいて求めた移動量を累積することで、ボビンの満巻回時における検知棒の位置（基準位置）からの移動量を求めることができる。
【００２０】
また、前記閾値は、ボビンの満巻回時における検知棒の位置（基準位置）からの移動量で定められているので、前記記憶部に記憶された累積された移動量を前記閾値と対比することにより、下糸の残量を検知することができる。
【００２１】
そして、請求項２に係るミシンによれば、下糸残量の変化を目視で確認することができるので、使用感が良好となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明のミシンを図１乃至図３に基づいて説明する。
【００２３】
本実施形態のミシンは、外釜とその内側に回転自在に配設された内釜とからなる水平釜を、ミシンベッド内となる、ミシンテーブルに配設された針板の下方に備えるとともに、内釜内に配置されたボビン１に巻回された下糸Ｔの残量を検知する下糸残量検知装置２１を備えている。
【００２４】
前記下糸残量検知装置２１は、図１に示すように、前記針板の裏側における前記釜の開口部側方に配設されており、アクチュエータ１１の駆動により、その先端部側を前記ボビン１の径方向において釜の開口部から軸側へ前進移動可能に配設された丸棒状の検知棒１２を備えている。前記検知棒１２は、その長手方向中央部をアクチュエータ１１の外枠に軸受されて配設されており、前記先端部側の所定位置には、アクチュエータ１１の外枠に当接することにより必要以上に該検知棒１２が後退移動することを防止するリング状の後退ストッパ部１３が形成されている。
【００２５】
また、前記アクチュエータ１１の外枠から反釜方向（後方：図１における右側）へ延在する検知棒１２の後端部には、該検知棒１２の移動方向に延在する平面状の反射面１４が形成されている。また、前記後端部には鍔状のばね止め部１５が形成されており、該ばね止め部１５とアクチュエータ１１の外枠との間には、長手方向中央に形成された孔内に該検知棒１２を嵌挿させたねじりコイルばね１６が、常に該検知棒１２をボビン側から離間（後退）させる方向に付勢するようにして配設されている。
【００２６】
また、前記鍔状のばね止め部１５におけるアクチュエータ対向面には、アクチュエータ１１の外枠に当接することにより必要以上に該検知棒１２が前進移動することを防止する凸状の前進ストッパ部１７が形成されている。
【００２７】
なお、前記アクチュエータ１１は、前述の従来例のようにコイルによる電磁気力を利用したリニアアクチュエータに限ることなく、エアシリンダやピエゾなどの駆動原理を利用したものであってもよい。
【００２８】
そして、前記下糸残量検知装置２１は、図２に示すように、前記検知棒１２の後方側部に配設されたイメージセンサユニット２２を備えている。前記イメージセンサユニット２２は、前記検知棒１２に形成された前記反射面１４へ向けて光を照射する光源２３、検知棒１２の前記反射面１４に反射された前記光源２３の光をレンズ２４を通して受光する受光素子からなるイメージセンサ２５を有する画像処理回路２６、および装置側制御部（検知器ＣＰＵ）２７とからなる。
【００２９】
なお、反射面１４には、適度の粗さのある加工面や特徴点を形成した鏡面等、マークとなる特徴点が存在する面を用いることが好ましい。また、前記光源２３としては、ＬＥＤ光や他の照明手段でもよいが、電圧検知の確実性の観点から、赤色ＬＥＤのような高輝度光源２３を用いることが好ましい。
【００３０】
また、本実施形態における前記イメージセンサ２５は、３０×３０ピクセル（９００ピクセル）の矩形に配列された受光素子からなり、毎秒数千フレーム、具体的には７０８０フレームの画像を撮像可能な性能を有するものを使用する。
【００３１】
そして、前記画像処理回路２６としては、積和演算の高速処理や、リアルタイムでのデジタル画像処理に好適な、いわゆるデジタルシグナルプロセッサを用いることが好ましく、図３に示すように、前記受光素子により連続して形成される２枚の視野画像間に共通する特徴点を抽出し、検知棒１２の移動量をピクセルの単位で求める。また、前記画像処理回路２６は光源２３と接続され、光源２３から光照射と画像処理のタイミング制御をも行なうようになっている。
【００３２】
また、前記装置側制御部２７は、前記画像処理回路２６において演算処理されたデータを、ミシンの中央制御部（ミシンＣＰＵ）２８に送信する処理を行なうとともに、前記検知棒１２をボビン方向へ前進駆動させるアクチュエータ１１の駆動を制御する。
【００３３】
そして、本実施形態のミシンの中央制御部２８は、ミシン全体の駆動制御を行なう中で、下糸残量検知に関しては、下糸Ｔの残量に関するボビン１の満巻回時における検知棒１２の位置（基準位置）からの移動量における１乃至複数の閾値が設定された閾値テーブルを有している。そして、前記画像処理回路２６が検知し、装置側制御部２７から送信される検知棒１２の移動量を示すピクセル数を累積演算し、その累積された移動量を記憶部に記憶するとともに、前記記憶部に記憶された累積された移動量を前記閾値と対比することにより下糸の残量を判断し、閾値として設定された次の作動（駆動）を要する下糸Ｔの残量となった場合には、予め設定した次の作動（駆動）を実行する制御を行なう。
【００３４】
すなわち、前記中央制御部７はＥＥＰＲＯＭ等の記憶部を備え、前記記憶部には１乃至複数の下糸残量閾値テーブル（以下、閾値テーブル）が記憶されている。この閾値テーブルについては、後述する。
【００３５】
そして、本実施形態のミシンは、中央制御部７に接続され、中央制御部７からの指令によって、前記下糸Ｔの残量を作業者に知らせるための残量表示手段２９を備えている。残量表示手段２９は、本実施形態においては、ミシン本体に配設された表示装置を兼用し、該表示装置に、ボビン１に対する下糸Ｔの満巻回時の状態を１００とし、下糸Ｔが巻回されていない状態を０とする１００分率で下糸Tの残量を表示する。
【００３６】
なお、残量表示手段２９として、例えば、複数個のＬＥＤを配列させてなり、下糸Ｔの残量に合わせてその点灯個数が変化するように設計されたゲージライトとしてもよい。その場合、例えば、閾値テーブルに設定する閾値を３つとし、前記ゲージライトのＬＥＤの配設個数も３個とし、１つめの閾値（閾値１）に到ったときに、１個目のＬＥＤが消灯（あるいは点灯）し、２つめの閾値（閾値２）に到ったときに、２個目のＬＥＤが消灯（あるいは点灯）し、３つめの閾値（閾値３）に到ったときに、３個目のＬＥＤが消灯（あるいは点灯するように前記中央制御部７によって制御することができる。
【００３７】
なお、前記中央制御部２８は、図示しないミシン針棒の駆動等も制御することは云うまでもない。
【００３８】
ここで、前記閾値テーブルについて説明する。
【００３９】
本実施形態においては、中央制御部２８の記憶部に、検知棒１２の移動量を示すピクセル数と、下糸Ｔの残量％とを関連つけた閾値テーブルを記憶させる。
【００４０】
すなわち、図１（Ａ）に示す、ボビン１に対する下糸Ｔの満巻回時における検知棒１２の位置（基準位置）を０ピクセルとし、図１（Ｅ）に示す、下糸Ｔが巻回されていない状態に到るまでの検知棒１２の移動量をピクセル数を単位として計測しておき、そのピクセル数とボビン１に巻回された下糸Ｔの残量とを関連つけて閾値テーブルとして管理する。
【００４１】
例えば、表１に示すように、累積の移動量が１０４ピクセルのときの下糸残量は８０％、３２０ピクセルのときの下糸残量は５０％、６８８ピクセルのときの下糸残量は１０％とする閾値テーブルを記憶させておく。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
次に、このような構成を有する本実施形態のミシンのボビン１に巻回された下糸残量検知について具体的に説明する。
【００４４】
先ず、図１（Ａ）に示すように、下糸Ｔを満巻回とするボビン１を釜内にセットする。その状態で、中央制御部２８の指令により図示しない針棒駆動軸等を動作させてミシンを起動させる。
【００４５】
前記中央制御部２８は、下糸Ｔの糸切り直後や、低速回転時などの検知棒１２が動作をしても縫製作業に影響されない状態を判断し、逐次、下糸残量検知装置２１へ検知を指令する。
【００４６】
イメージセンサユニット２２内は、この指令を受けて装置側制御部２７からアクチュエータ１１を駆動（ＯＮ状態とする）させ、検知棒１２を釜の開口部からボビン１の軸方向へ前進させる。
【００４７】
前記検知棒１２は、ねじりコイルばね１６の弾性に抗いつつ、アクチュエータ１１の駆動により、ボビン１に巻回されて最外周に位置する下糸Ｔに当接するまで前進する。前記下糸残量検知装置２２は、その検知棒１２の移動状態を観察する。
【００４８】
本実施形態においては、図１（Ｂ）に示すように、検知棒１２がボビン１に満巻回された下糸Ｔに当接したときの前記検知棒１２の位置を基準位置とし、その位置からの下糸Ｔの消費量に伴う検知棒１２の移動量をピクセル数で算出し、下糸Tの残量を判断する。
【００４９】
すなわち、図１（Ｂ）乃至（Ｅ）に下糸Ｔの消費に伴う検知棒１２の前進の様子を示すように、検知棒１２をボビン１の軸方向へ向かって前進させ、ボビン１に巻回された下糸Ｔに先端部を当接させる。その状態で、検知棒１２の後端部に平面形成された反射面１４に対し、画像処理回路２６からの指令により光源２３から光を照射させ、その反射光をレンズ２４を介してイメージセンサ２５を構成する受光素子に受光させ、前記反射面１４の視野画像を形成する。視野画像を得た後は、アクチュエータ１１の駆動を停止（ＯＦＦ状態とする）し、ねじりコイルばね１６の弾性反発力を利用して、図１（Ａ）に示すように、検知棒１２を釜およびボビン１から退避した位置に戻す。
【００５０】
そして、前記画像処理回路２６は、連続して形成された２枚の視野画像に共通する特徴点を抽出し、検知棒１２の移動量をピクセル数の単位で求め、データとする。
【００５１】
図３（Ａ）および（Ｂ）は、イメージセンサ２５に連続して得られる２枚の視野画像のモデルであり、図３の（Ａ）および（Ｂ）には、平面１４に対応し、画像内に共通の特徴点（黒色で示す４ピクセルで形成された部分）が存在している。画像処理回路２６は、前記画像内の共通の特徴点のみに着目し、その移動量を図３（Ｃ）に示すように、ピクセル数で求めてデータとする。
【００５２】
そして、装置側制御部２７は、前記画像処理回路２６で演算処理されたデータをミシンの中央制御部（ミシンＣＰＵ）７へ送信する処理を行なう。
【００５３】
また、ミシンの中央制御部２８は、ミシン全体の駆動制御を行なう中で、装置側制御部２８から送信されたデータの検知棒１２の移動量を示すピクセル数を累積演算し、その累積された移動量を記憶部に記憶する。また、前記記憶部に記憶された累積された移動量を、記憶部に閾値テーブルとして保存している前記閾値と対比することにより下糸Ｔの残量を求める。
【００５４】
そして、閾値として設定された、次の作動（駆動）を要する下糸Ｔの残量となった場合には、予め設定した次の作動（駆動）を実行する制御を行なう。すなわち、本実施形態においては、現段階の下糸Ｔの残量をミシンに接続されている残量表示手段２９としての表示装置に数値で表示する制御を行なう。また、例えば、閾値として、下糸Ｔの残量が５％を判断するピクセル数を設定しておき、その閾値に到達した時点で、次の糸切り動作を待って、ボビンの交換を促すべくミシンの駆動を強制的にロックをかけるように制御することも可能である。
【００５５】
なお、本実施形態においては、前記中央制御部２８の記録部において累積された移動量を記録しているので、一旦、ミシンの主電源が落とされた場合であっても、同じボビン１を使用する場合には、この記録部に記録された累積の移動量を基準として新たな検知棒１２の移動量を加算することで、前回のミシンの使用時の状態に引き続き、下糸Ｔの残量検知を行なうことが可能となる。また、前記記録部に記録されている累積の移動量は、例えば、前記ボビン１の釜に対する脱着を契機としてリセットをかけたり、リセットボタン等のリセット手段を配設しておき、このリセット手段の操作でリセットをかけるように制御すればよい。
【００５６】
このようにして、下糸Ｔの残量が検知される本実施形態のミシンにおいては、ボビン１に巻回された下糸Ｔの残量変化を段階的に細かく判断することができる。また、下糸Ｔの残量の変化を目視で確認することができるので、縫製途中に下糸Ｔが足りなくなったことに気付くような不具合を防止し、効率よく縫製作業を行うことが可能となる。また、精度よく、下糸Ｔの残量を検知することにより、廃棄する下糸Ｔの量を削減することができる。
【００５７】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【００５８】
例えば、前述した下糸残量検知に関する制御については、画像処理回路、装置側制御部および中央制御部とでそれぞれ分担して行っているが、これらの画像処理回路、装置側制御部および中央制御部のいずれかの制御手段で行ってもよい。また、画像処理回路、装置側制御部および中央制御部を併せて一つの制御手段としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係るミシンの一実施形態におけるボビンと下糸残量検知装置の位置関係と下糸残量検知装置の要部構成を示す断面図（Ａ）と、下糸の消費に伴なう検知棒の前進の様子を示す要部構成断面図（Ｂ）乃至（Ｅ）
【図２】本発明に係るミシンの一実施形態における下糸残量検知装置の構成と処理を示すブロック図
【図３】本発明に係るミシンの一実施形態における下糸残量検知装置のイメージセンサにより形成された、連続する２枚の視野画像を示す説明図（Ａ）および（Ｂ）と、この２枚の視野画像から検知棒の移動量をピクセル数で検出測定する概念説明図（Ｃ）
【図４】従来のミシンのボビンと下糸残量検知装置の位置関係とボビンの要部構成を示す平面図
【図５】従来のミシンのボビンと下糸残量検知装置の位置関係と、ボビンおよび下糸残量検知装置の要部構成を示す断面図（Ａ）と、下糸の消費に伴なう検知棒の前進の様子を示す要部構成断面図（Ｂ）および（Ｃ）
【符号の説明】
【００６０】
Ｔ  下糸
１  ボビン
１１  アクチュエータ
１２  検知棒
１３  後退ストッパ部
１４  反射面
１５  ばね止め部
１６  ねじりコイルばね
１７  前進ストッパ部  
２１  下糸残量検知装置
２２  イメージセンサユニット
２３  光源
２４  レンズ
２５  イメージセンサ（受光素子）
２６  画像処理回路
２７  装置側制御部
２８  中央制御部
２９  残量表示手段
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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