(57)【要約】【課題】構造が簡単で、組み立て容易な形状記憶合金アクチュエータを提供することである。【解決手段】形状記憶合金製弾性部材に電流を通電し、該弾性部材のマルテンサイト変態温度以上に加熱することにより、該弾性部材を変形させるようにした形状記憶合金アクチュエータにおいて、コイル形状の形状記憶合金製弾性部材と、該弾性部材の端部が螺着する螺旋溝を外周に形成したコイルジョイントと、該コイルジョイントの外周に該弾性部材の螺着端部側に狭まったテーパー内面を有する環状電極カラーと、該コイルジョイントの端部に螺着されたナットにより、外周に螺着された弾性材の端部を該コイルジョイントと共に電極カラーの狭まった側に移動可能となるようにした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状記憶合金製弾性部材に電流を通電し、該弾性部材のマルテンサイト変態温度以上に加熱することにより、該弾性部材を変形させるようにした形状記憶合金アクチュエータにおいて、
コイル形状の形状記憶合金製弾性部材と、
該弾性部材の端部が螺着する螺旋溝を外周に形成したコイルジョイントと、
該コイルジョイントの外周に該弾性部材の螺着端部側に狭まったテーパー内面を有する環状電極カラーと、
該コイルジョイントの端部に螺着されたナットにより、外周に螺着された弾性材の端部を、該コイルジョイントと共に電極カラーの狭まった側に移動可能にした形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項２】
電極カラーに、弾性部材に通電可能なリード線が設けられてなる請求項１記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項３】
弾性部材の両端に、コイルジョイント、環状電極カラー、ナット、取り付けジョイントが形成されてなる請求項１及び請求項２に記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項４】
形状記憶合金製弾性部材に電流を通電し、該弾性部材のマルテンサイト変態温度以上に加熱することにより、該弾性部材を変形させるようにした形状記憶合金アクチュエータにおいて、
コイル形状の形状記憶合金製弾性部材と、
中心部に設けた通孔の内周に形成された螺旋溝に、該弾性部材の端部が螺着するようにしたコイル止め通電金具と、
該コイル止め通電金具の中心部に設けた通孔の内面に接するように形成された円筒状の絶縁カラーと、
該コイル止め通電金具をケーシングの端部に固着するようにした形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項５】
ケーシングの端部に取り付けジョイントが形成されてなる請求項４記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項６】
電極螺子は、通電可能な材質より形成され、コイル止め通電金具を弾性部材と共にケーシングの端部に固着すると共に、コイル止め金具を経由して弾性部材に外部電流を通電可能なリード線が設けられてなる請求項４記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項７】
電極螺旋により、リード線と、コイル止め通電金具と、形状記憶合金製弾性部材の端部と、絶縁カラーとを一体にケーシングの端部に固着するようにした請求項４記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項８】
絶縁カラーが形状記憶合金製弾性部材の端部と取り付けジョイントとの間に形成されてなる請求項４記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項９】
絶縁カラーの一端にフランジが形成され、該フランジがコイル止め通電金具とケーシングの端部内面との間に挟着され、形状記憶合金製弾性部材の端部と取り付けジョイントとの間に形成されてなる請求項７及び８記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項１０】
ケーシングは耐熱性合成樹脂よりなる請求項１及び請求項４記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項１１】
アクチュエータの両端に取り付けジョイントが形成されてなる請求項１及び４記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項１２】
弾性部材は伸縮自在なケーシングの中に収納されてなる請求項１及び請求項４記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、例えば高さ調整が必要な作業台の作動装置、スプリンクラーの消火水放出・閉鎖装置、消火器の消化剤放出装置、防火扉や防煙ダンパーの解錠装置、多段式ロケットの切り離し装置、などを作動させるためのアクチュエータの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】形状記憶合金製コイルバネを直接加熱するようにして、装着部位をさせるためのアクチュエータの構造として、ケーシングに収納された、固定ホルダーおよび、可動ホルダーの外周におねじ部が形成され、該おねじ部に形状記憶合金コイルばねの端部が螺着され、さらにその外周をストッパーリングにより固着するようにした、特開平７−１６７０３７号の発明が知られている。
【０００３】
しかし従来技術のアクチュエータは、形状記憶合金ばねをケーシング内に収納して、固定し、組み立てるために複雑な工程が必要で、量産性に難点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
弾性部材をケーシング内に取り付け容易な構造で、量産性のある形状記憶合金製アクチュエータを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明において、形状記憶合金製弾性部材に電流を通電し、該弾性部材のマルテンサイト変態温度以上に加熱することにより、該弾性部材を変形させるようにした形状記憶合金アクチュエータにおいて、コイル形状の形状記憶合金製弾性部材と、該弾性部材の端部が螺着する螺旋溝を外周に形成したコイルジョイントと、該コイルジョイントの外周に該弾性部材の螺着端部側に狭まったテーパー内面を有する環状電極カラーと、該コイルジョイントの端部に螺着されたナットにより、外周に螺着された弾性材の端部を該コイルジョイントと共に電極カラーの狭まった側に移動可能となるようにした。
【０００６】
請求項４に記載の発明において、形状記憶合金製弾性部材に電流を通電し、該弾性部材のマルテンサイト変態温度以上に加熱することにより、該弾性部材を変形させるようにした形状記憶合金アクチュエータにおいて、コイル形状の形状記憶合金製弾性部材と、中心部に設けた通孔の内周に形成された螺旋溝に、該弾性部材の端部が螺着するようにしたコイル止め通電金具と、該コイル止め通電金具の中心部に設けた通孔の内面に接するように形成された円筒状の絶縁カラーと、該コイル止め通電金具をケーシングの端部に固着するようにして外部電源に通電可能にした電極螺旋とより構成するようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照にして詳細に説明する。
図１、図２は、本発明の第一実施例である形状記憶合金アクチュエータＡである。
コイル形状記憶合金製弾性部材１は、ニッケルとチタンの合金製コイルである。所定温度で記憶成形された合金は、成形後変形しても、所定の温度以上に加熱された場合、記憶された形状に戻るように設定されている。上記の合金に、鉄、コバルト、ニッケル、バナジュームなどを混入した、形状記憶合金も知られている。
【０００８】
ケーシングは、耐熱性合成樹脂製のハーフ外管２、ハーフ内管３より構成されており、ハーフ外管２、ハーフ内管３は伸縮可能に勘合されている。耐熱性合成樹脂は、耐熱温度１００℃以上の樹脂で、摺動性が良いポリエチレン、ポリプロピレンなどで成形されている。
ハーフ外管２、ハーフ内管３の材質は樹脂に限らず、金属、セラミックスなど、アクチュエータＡが装着される部位の要求品質を満足するものならどのような材質で成型しても良い。
また、ケーシングの形状は、蛇腹管のように、伸縮可能で内部に収納されるコイル形状記憶合金製弾性部材１の保護、保温ができる形状ならば実施例の形状に限定されない。
コイルジョイント４、５の外周に、螺旋溝４ａ、５ａが形成され、伸張された状態のコイル形状記憶合金製弾性部材１の端部１ａ、１ｂが螺着されるようになっている。
【０００９】
電極カラー６，７は、銅などの導電性金属で構成され、リード線８，９がはんだ付け８ａ、９ａされている。電極カラー６，７の内面６ａ、７ａはその両端側が狭まったテーパー状に形成されており、前記弾性部材１の端部１ａ、１ｂを螺着することにより、電極カラー６、７の内面６ａ，７ａに弾性部材１が押圧され、リード線８，９と通電可能に接続される。
【００１０】
１０、１１は、コイルジョイント４、５に螺着するナットである。ナット７を螺締めすることによりコイルジョイント４が両側に引き寄せられ、弾性部材１の取り付け端部１ａ，１ｂが電極カラー６，７とコイルジョイント４、５の間により強固に挟圧され、リード線８，９から供給される電流が弾性部材１に確実に通電される。
【００１１】
取り付けジョイント１２、１３はコイルジョイント４、５に螺着され、アクチュエータＡの取り付け部位の間隔に合わせて、アクチュエータＡの全長を調整可能になっている。
取り付けジョイント１２、１３の端部に通孔１２ａ、１３ａが設けられている。
例えば、ＡＢＣ消火器の取手の間に取り付ける場合、取り付け部位の適所に穴を孔設し、そこに取り付けジョイント１２，１３の両端の通孔１２ａ、１３ａを挿通して、該通孔に割ピン、安全ピン等を挿通して取り付けるようになっている。
【００１２】
図２は、アクチュエータＡを作動させた状態を示した断面図である。リード線８，９の間に電流が供給された場合、電極カラー６，７に接している部分の弾性部材の端部１ａ、１ｂは加熱されず、電極カラー６、７の間に位置する弾性部材１が瞬時（０．２秒〜０．５秒間）に所定温度以上に加熱され、アクチュエータＡの全長が収縮変形する。
【００１３】
本実施例は、弾性部材１の両端にコイルジョイント、電極カラーなどが装着されているが、取り付ける部位によっては、片方のみで充分アクチュエータの作動を達成できる。取り付け部の一方を取り付け基部に直接取り付ける構造にすることで達成可能である。
【００１４】
図３〜図６は、本発明の第二実施例である、形状記憶合金アクチュエータＢである。
コイル形状記憶合金製弾性部材２１は、アクチュエータＡの弾性部材１と同一の材質を用いて成形されている。
【００１５】
ケーシングは、耐熱性合成樹脂製のハーフ外管２２、ハーフ内管２３より構成されており、ハーフ外管２２、ハーフ内管２３は伸縮可能に勘合されている。耐熱性合成樹脂は、耐熱温度１００℃以上の樹脂で、摺動性が良いポリエチレン、ポリプロピレンなどで形成されている。
また、ケーシングの形状は、蛇腹管のように、伸縮可能で内部に収納されるコイル形状記憶合金製弾性部材２１の保護、保温ができる形状ならば実施例の形状に限定されない。
コイル止め通電金具２４、２５の中心部に通孔２４ｂ、２５ｂが設けられ、通孔２４ｂ，２５ｂの内周に螺旋溝２４ａ、２５ａが形成され、形状記憶状態である収縮状態のコイル形状記憶合金製弾性部材２１の端部２１ａ、２１ｂが螺着されている。
【００１６】
コイル止め通電金具２５は、通電可能な材料により形成されており、図４に示すような形状をしている。
図３のアクチュエータＢの左右端部に取り付けられており両側のコイル止め通電金具２４，２５は同一形状をしている。
コイル止め通電金具２５は、中心に通孔２５ｂが形成され通交２５ｂの内周に形状記憶合金製弾性部材２１の端部１ｂが螺着する螺着溝２５ａが形成されている。
リード線２９を通して供給された外部電流は、電極螺子９ａ、コイル止め通電金具２５を経由して形状記憶合金製弾性部材２１に通電可能になっている。電極螺旋２９ａは、ハーフ内管２３の端部に形成された取り付け孔２３ｂ、２３ｂに挿通され、コイル止め通電金具の螺旋穴２９ａ，２９ａに螺着される。
【００１７】
図５は、図３の左側面図で、キャップ３１の上半分の蓋部分を切除した状態を示す図面である。キャップ３１は、中心にハーフ内管２３の端部２３ａに勘合もしくは、螺旋などにより固定する通孔が設けられ、蓋部の一部にリード線挿通孔３１ａが設けられている。
リード線は、電極螺旋２９ａの一つに取り付けられ、リード線挿通孔３１ａからアクチュエータＢの外部に引き出され、外部電源に接続されている。
【００１８】
アクチュエータＢの組み立て工程は、形状記憶合金製弾性部材２１の両端１ａ、１ｂをコイル止め通電金具２４、２５の通孔２４ｂ、２５ｂの外周に形成された螺旋溝２４ａ、２５ａに螺着し、絶縁カラー２６、２７を前記通孔２４ａ，２５ａに両端側から形状記憶合金製弾性部材の内側に勘合し、後に説明する取り付けジョイント３２、３３と弾性部材２１との間を電気絶縁している。
これら組立て体をハーフ外管２２、ハーフ内管２３に収納するように両側から挟み込む。
【００１９】
ついで、電極螺旋２８ａ、２９ａにリード線２８、２９を螺旋止めし、ハーフ外管２２の端部に形成された取り付け孔２２ｂ、２２ｂ及び、ハーフ内管２３の端部に形成された取り付け孔２３ｂ、２３ｂに挿通して、ハーフ管２２、２３、コイル止め通電金具２４、２５、絶縁カラー２６、２７、形状記憶合金製弾性部材の端部２１ａ、２１ｂを一体に締め付けして、形状記憶合金製弾性部材２１をハーフ管２２、２３の端部２２ａ、２３ａに通電可能に固定する。
【００２０】
さらに、ハーフ管２２、２３の端部２２ａ，２３ａに形成された、取り付けジョイント螺着孔２２ｂ、２３ｂに、取り付けジョイント３２、３３を螺着する。アクチュエータＢの全長は取り付けジョイント３２、３３の螺旋込み量により取り付け個所の幅に調整可能である。
例えば、ＡＢＣ消火器の取手の間に取り付ける場合、取り付け部位の適所に穴を孔設し、そこに取り付けジョイント３２，３３の両端の通孔３２ａ、３３ａを挿通して、該通孔に割ピン、安全ピン等を挿通して取り付けるようになっている。
【００２１】
図６は、アクチュエータＢの弾性部材２１に所定の電流を流すことによって、所定の温度以上に加熱され、形状記憶合金製弾性部材の成形時に記憶された形状（本発明の弾性部材は、収縮した形状）に戻ることにより、アクチュエータＢの全長が収縮した状態を示している。
形状記憶合金製弾性部材に電流が供給された場合、コイル止め通電金具に接している部分の弾性部材の端部２１ａ、２１ｂは加熱されず、コイル止め通電金具２４、２５の間に位置する弾性部材２１が瞬時（０．２秒〜０．５秒間）に所定温度以上に加熱され、アクチュエータＢの全長が収縮変形する。
【００２２】
図７は、アクチュエータＡを作動させるためのコントロールユニット（ＣＰＵ）の構成図である。
ＣＰＵ４１は、表示部４２、操作部４３、リレー部４４が連結されている。
４６ａ、４６ｂは、ＣＰＵ３１に作動電流を供給する電力線である。
ＣＰＵ４１は、操作部４３の入力情報に基づいて、リレー部４４に情報が伝達される。
表示部４２は、ＣＰＵ３１の作動状況を表示するディスプレーなどがある。
【００２３】
操作部４３は、一般にキーボードなどの入力装置や操作盤である。操作部４３から入力された情報は、ＣＰＵ４１に伝達され、リレー部４４を経由してアクチュエータＡを作動させる。
【００２４】
リレー部４４は、個々のアクチュエータＡ、Ｂを作動するためのリレー機５７のスイッチＲｙ０、Ｒｙ１に、電線４５で連結されている。
スイッチＲｙ０、Ｒｙ１の開閉は電磁スイッチなどで行う。
平時スイッチＲｙ０は短絡されており、蓄電池５４（図８）や、スーパーキャパシターコンデンサー５５（図８）の充電を行っている。スイッチＲｙ１は開放されている。ＣＰＵ４１が火災情報を確認した場合、リレー機５７は、ＣＰＵの指令に基づき、スイッチＲｙ０を開放後直ちに、スイッチＲｙ１を短絡させるように作動する。
スイッチＲｙ１が短絡すると、蓄電池５４、コンデンサー５５などから電流がアクチュエータＡ，Ｂに供給され、アクチュエータＡ、Ｂの形状記憶合金製弾性部材１，２１が変形する。
【００２５】
本発明は、コントロールユニット（ＣＰＵ）４１を用いた実施例で説明をしましたが、コントロールユニット（ＣＰＵ）４１がなくても、本発明のアクチュエータＡを作動させるためには、弾性部材１に電流を供給する電流供給装置があれば可能である。
【００２６】
図８は、アクチュエータＡ、Ｂ及び、　ＣＰＵ４１を作動させるための配線図である。
外部電源５１は、交流電源に接続されている。Ｆｕはフューズ、ＳＷはスイッチである。スイッチＳＷが短絡された状態で、ＣＰＵ４１及び、ＣＰＵ４１に接続された各種の装置が作動するようになっている。Ｔはトランスであり、外部電源５１を６Ｖ〜１２Ｖに減圧し、パワーユニット５２で直流電源に変換されるようになっている。
【００２７】
Ｆは電解コンデンサーで、整流器５３が介在された回路から、電流が充電されるようになっている。
この電解コンデンサーＦは、３０ファラッドの大容量を持ち、外部電源５１が故障した場合でも、該電解コンデンサーＦから電流がＣＰＵ４１に供給され約３０分間作動可能である。
【００２８】
５４はニッケル・カドミューム電池などの二次電池より構成され、６Ｖ〜１２Ｖになるように直列に接続されている。
信号がリレー機５７に入力された場合スイッチＲｙ０を解放後直ちに、スイッチＲｙ１を短絡することにより、電池５４からアクチュエータＡ、Ｂの形状記憶合金製弾性部材１に電流が通電され、該弾性部材１がマルテンサイト変態温度以上に加熱される。該弾性部材１が設定温度（本発明の場合９０℃）以上に加熱された場合、記憶された元の形状に変形し、アクチュエータＡ、Ｂが収縮する。
【００２９】
図９は図８の実施例に示す、蓄電池５４の代わりにスーパーキャパシターコンデンサー５５を用いた点が異なる。スーパーキャパシターコンデンサー（ＳＣ）５５は、２０００マイクロファラッド〜２５００マイクロファラッドの電気容量を持つ電解コンデンサーを複数個並列に接続させたものである。使用個数は形状記憶合金製弾性部材１を確実に作動させるに十分な電気容量を確保する数で決まる。
【００３０】
本発明のアクチュエータは簡単な構造をしており、作動させるための電力は、電池や、コンデンサーなどが可能であるので、装着部位に自由度があり、多種多様の部位に装着可能である。
１）消火器の取手に取り付け、火災の発生が発生した場合、作動信号により消火剤を放出するようにする。
２）防火扉、防煙ダンパーに取り付け、火災報知装置からの信号に基づき扉を閉鎖するように開錠する。
３）スプリンクラーの防火水放出口に取り付け、火災発生の信号に基づき、防火水の放出・閉鎖をコントロールする。
４）高さを調整する必要がある台、間隔を調整する必要がある装置の作動部に装着し、作動信号に基づき適時最良に高さ・間隔に調整する。
５）自動車などのシートベルトに装着して、衝突を感知した場合は拘束し、緊急脱出を必要とする場合は、直ちに解除可能にするようにする。
６）多段式ロケットなどの切り離し装置の開錠部に装着し、切り離し信号に基づき開錠して、切り離しを可能にする。など多種多様の部位に取り付け可能である。
【００３１】
作動実験Ａ
図１〜図２に示すアクチュエータＡの形状記憶合金製弾性部材１は、１２Ｖの蓄電池５４から電流を供給した場合、電流を供給してから約０．５秒〜１．０秒の間に９０℃以上に過熱され、収縮変形をした。
【００３２】
アクチュエータＡの形状記憶合金製弾性部材１は、２５００マイクロファラッドのコンデンサーＳＣ５５を１個用いて電流を供給した場合、電流を供給してから約０．５秒〜１．０秒の間に９０℃以上に過熱され、収縮変形をした。
【００３３】
作動実験Ｂ
上記アクチュエータＡの代わりに、図３〜６に示すアクチュエータＢの形状記憶合金製弾性部材１は、１２Ｖの蓄電池５４から電流を供給した場合、電流を供給してから約０．５秒〜１．０秒の間に９０℃以上に過熱され、収縮変形をした。
【００３４】
アクチュエータＢの形状記憶合金製弾性部材２１は、２５００マイクロファラッドのコンデンサーＳＣ５５を１個用いて電流を供給した場合、電流を供給してから約０．５秒〜１．０秒の間に９０℃以上に過熱され、収縮変形をした。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、以上のような構成になっているので、
１）確実な作動
アクチュエータＡにおいては、コイルスプリングを取り付け部に螺着し、ナットを螺締めすることによりコイルジョイントが両側に引き寄せられ、弾性部材の取り付け端部が電極カラーとコイルジョイントの間により強固に挟圧され、リード線から供給される電流が弾性部材に確実に通電される。
アクチュエータＢにおいては、コイル形状の形状記憶合金製弾性部材と、弾性部材の端部が螺着する螺旋溝を通孔の内周に形成したコイル止め通電金具と、コイル止め通電金具の通孔の内側に接するように形成した円筒状の絶縁カラーと、コイル止め通電金具をケーシングの端部に固着すると共に、外部電源に通電可能にした電極螺旋よりなるような構成としたので、リード線から供給される電流が弾性部材に確実に通電される。
２）組み立ての容易性
アクチュエータＡにおいては、ハーフ管内で弾性部材をコイルジョイントに螺着するようにハーフ管を回転するだけで、アクチュエータの組み立てが完了するので、組み立てが容易でしかも工数も削減できた。
アクチュエータＢにおいては、弾性部材の端部が螺着する螺旋溝を通孔の内周に形成したコイル止め通電金具の該螺旋溝に弾性部材の端部を螺着し、ケーシング内に挿入し、コイル止め通電金具をケーシングの端部に電極螺子によりリード線と共に固着するようにしたので、組み立てが容易でしかも工数も削減できた。
【００３６】
３）確実な作動が可能となった。
アクチュエータＡにおいては、弾性部材がコイルジョイントとテーパー面を有した電極カラーに強固に挟持されるようになっているので、弾性部材と電極カラーとの電通が確実となり、信頼性が向上した。
アクチュエータＢにおいては、成型状態の弾性部材を通電金具の螺旋溝のピッチに整形してあるので、コイル止め通電金具の溝面と弾性部材の側面との接合が確実となるので信頼性が向上した。
さらに、ハーフ管の中に、弾性部材を収納し、該弾性部材に直接通電し過熱するようにしたので、弾性部材が均一に過熱され、変形力が強く、変形スピードも速かった。
【００３７】
４）取り付けの容易性
本発明のアクチュエータは、小型で簡単な構造であるので、既存の取り付け部位を大変更することなく装着できる。
また、既存のＣＰＵに付属するリレー部と個々の装着部位に取り付けたリレー機とを接続だけで、個々のアタチュエータを作動させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であるアクチュエータＡの断面図。
【図２】図１のアクチュエータＡを作動させた状態の断面図。
【図３】本発明の第２実施例であるアクチュエータＢの断面図。
【図４】同上コイル止め通電金具の斜視図
【図５】図３の左側面図で、キャップ３１の上半分の蓋部分を切除した状態を示す図面である。
【図６】図３のアクチュエータＢを作動させた状態の断面図。
【図７】アクチュエータＡ，Ｂを作動するためのコントロールユニットの構成図。
【図８】アクチュエータＡ，Ｂ及びコントロールユニットを作動するための配線図。
【図９】図８に関連する他の実施例を示す配線図。
【符号の説明】
Ａ・・・アクチュエータ
１、２１・・・形状記憶合金製弾性部材
２、３、２２、２３・・・ケーシング（ハーフ外管、ハーフ内管）
４，５・・・コイルジョイント
６，７・・・電極カラー
６ａ，７ａ・・・テーパー面
１０，１１・・・ナット
１２，１３、３２，３３・・・取り付けジョイント
２４，２５・・・コイル止め通電金具
２６，２７・・・絶縁カラー
２９・・・・リード線
２８ａ、２９ａ・・・電極螺旋
【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】
2004092629.tif 000007
【図６】
2004092629.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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