(57)【要約】【課題】充填弁切換用エアーシリンダなどのアクチュエータを良好に制御することができながら、製造コストを低減することができる防爆型エアー制御装置を提供する。【解決手段】アクチュエータとしての充填弁切換用エアーシリンダ３６の駆動エアー回路を切り換える防爆型エアー制御装置であって、ボイスコイルモータ４（４Ａ）と、ボイスコイルモータ４（４Ａ）に制御信号を出力するマイクロコンピュータ２８と、ボイスコイルモータ４（４Ａ）に通電したときに制御エアーをオン−オフするとともに制御エアーを増幅するエアーアンプ１５とを備え、このエアーアンプ１５に、前記駆動エアー回路に介装されたエアーバルブ１６が直接接続されている。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータの駆動エアー回路を切り換える防爆型エアー制御装置であって、ボイスコイルモータと、ボイスコイルモータに制御信号を出力する制御手段と、ボイスコイルモータのコイルに通電したときに制御エアーをオン−オフするとともに制御エアーを増幅するエアーアンプとを備え、このエアーアンプに、前記駆動エアー回路に介装されたエアーバルブまたは前記駆動エアー回路が直接接続されていることを特徴とする防爆型エアー制御装置。
【請求項２】
制御手段に、複数のボイスコイルモータが並列に接続され、各ボイスコイルモータに、それぞれエアーアンプと、エアーバルブまたは駆動エアー回路が直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の防爆型エアー制御装置。
【請求項３】
制御手段に、複数のボイスコイルモータが並列に接続され、各ボイスコイルモータに、それぞれエアーアンプが直列に接続され、複数のエアーバルブが駆動用エアーの流れ方向に沿って上流側から下流側に向けて各段で２つずつ分岐するように複数段組み合わされて配置され、各エアーアンプに同じ段のエアーバルブまたは駆動エアー回路が並列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の防爆型エアー制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエアーシリンダなどのエアーアクチュエータを低電力で切り換えることができる防爆型エアー制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
充填容器としてのボンベに高圧ガスを充填する高圧ガス充填装置は既に知られている。この種の高圧ガス充填装置においては、充填工程を殆ど自動で行う形式の高圧ガス充填装置があり、この高圧ガス充填装置での自動充填工程は次のように構成されている。
【０００３】
まず、計量装置を内蔵した計量台部上にボンベを搬入させ、搬入されたボンベが充填中に倒れないようにチャッキング装置によりチャッキングさせ、チャッキングが完了するとボンベ上端に設けられた容器バルブに対して充填ユニットが下降され、充填ユニットの充填ノズルを容器バルブの充填口に結合させ、容器バルブのハンドルを回して開栓させ、ガス供給路の充填弁を開放させ、ボンベの充填量が定量に達したことを検出すると前記充填弁を閉鎖させ、充填ノズルを容器バルブの充填口から引き離してボンベを搬出可能な姿勢とし、前記チャッキングを解除して充填の完了したボンベを搬出させている。
【０００４】
このような自動充填工程では、ボンベチャッキング用エアーシリンダ、充填ユニット昇降用エアーシリンダ、充填ノズル押し出し用エアーシリンダ、充填弁切換用エアーシリンダ、ボンベ搬出用エアーシリンダなどの多数のエアーアクチュエータが用いられている。
【０００５】
従来においては、非危険場所にある制御部に多数の電磁弁を接続し、これらの電磁弁で各エアーシリンダ（エアーアクチュエータ）へのエアーをオン−オフしていた。そして、一個一個の電磁弁に安全保持回路（非危険場所からの信号を、本質的に安全なエネルギーレベルに変換して、爆発危険場所に設置する接点としての電磁弁に中継する接点信号変換器）を接続していた。しかし、多数の電磁弁に対応する安全保持回路を設けると、製造コストが高くなる問題があった。また、非危険場所だけしか制御部がない構成であると、充填現場での指示が行えないため、作業性が悪いという不具合を生じていた。
【０００６】
これに対処する防爆型エアー制御装置が、特開平８−２４７３９４号公報（特許文献１）に開示されている。
この防爆型エアー制御装置は、図７に示すように、充填現場に設置された充填機の指示計１内に、安全保持回路２を介して接続されたマイクロコンピュータ３を配設し、このマイクロコンピュータ３に、コイル４ａに通電されるたびに永久磁石４ｃの磁界に作用してコイル４ａに取り付けられた突起４ｂが移動するボイスコイルモータ４を接続し、ボイスコイルモータ４のコイル４ａに通電したときに突起４ｂがエアーギャップ５ａに介在して制御エアーをオン−オフするエアーセンサ５を設け、エアーセンサ５に、エアーセンサ５を通過した制御エアーを増幅するエアーアンプ６を接続し、このエアーアンプ６に、エアーが供給されるたびに一定角度だけ回動する定角度回転装置１０を接続した構成である。
【０００７】
定角度回転装置１０には、エアーアンプ６に接続され、エアーが供給されるたびに一定角度（例えば１５度）ずつ回動するインデックスモータ１１と、インデックスモータ１１の回動部に一体的に固定された多数枚のカム体１２と、カム体１２に対応して、カム板１２の外周部に臨む所定箇所にそれぞれ配置され、カム板１２の形状に応じて駆動エアーの出力をオン−オフするメカニカルマイクロスイッチ１３とが設けられている。
【０００８】
そして、これら多数のメカニカルマイクロスイッチ１３を、メカニカルマイクロスイッチ１３に対応してそれぞれ１つずつ設けられたエアーバルブ（エアー操作型切換弁）１６にエアー接続し、各エアーバルブ１６を、ボンベチャッキング用エアーシリンダ、充填ユニット昇降用エアーシリンダ、充填ノズル押し出し用エアーシリンダ、充填弁切換用エアーシリンダ、ボンベ搬出用エアーシリンダなどのエアーアクチュエータ１７にそれぞれ接続し、各エアーバルブ１６により各エアーアクチュエータ１７のエアーを切り換えて操作している。
【０００９】
この構成において、ボイスコイルモータ４に通電させるたびにインデックスモータ１１にエアーを供給して定角度回転装置１０を一定角度だけ回動させることで、カム体１２の形状ならびに配置によるプログラムの内容にしたがって、メカニカルマイクロスイッチ１３の駆動エアーの出力がオン−オフされ、これにより各エアーバルブ１６が切り換えられて各エアーアクチュエータ１７が作動し、ボンベの搬入動作、チャッキング動作、高圧ガスの充填動作などが順次行われる。
【００１０】
この構成によれば、指示計１内に設けられたマイクロコンピュータ３に安全保持回路２を接続するだけで済むため、多数の電磁弁に対応する安全保持回路を設けた場合に比較して、製造コストを低減できる。また、充填場所に、マイクロコンピュータ３（制御部）を有する指示計１を配置しているため、充填現場での指示が容易に行え、作業性が良好となる。
【００１１】
【特許文献１】
特開平８−２４７３９４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高圧ガス充填装置においては、上記のように充填工程を殆ど自動で行う形式の高圧ガス充填装置とは異なり、充填工程におけるボンベの搬入動作および搬出動作、充填ユニットの充填ノズルを容器バルブの充填口に結合、離反する動作、容器バルブの開栓、閉栓動作、ボンベのガス充填開始動作、ガス供給路の充填弁の開放、閉鎖動作などを、全て手動で行い、ボンベのガス充填完了に伴う充填停止動作だけを自動で行う、いわゆる手動型の高圧ガス充填装置がある。
【００１３】
しかしながら、このような手動型の高圧ガス充填装置にも、上記図７に示す防爆型エアー制御装置を用いることは可能であるものの、この場合には、制御部により自動制御するエアーアクチュエータ１７としては、充填弁切換用エアーシリンダだけしか必要でないため、エアーバルブ１６やメカニカルマイクロスイッチ１３も少数で済むにもかかわらず、多数のメカニカルマイクロスイッチ１３の切換動作を行うことができる定角度回転装置１０を用いることとなるため、その分だけ製造コストが余分にかかってしまう。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するもので、充填弁切換用エアーシリンダなどのアクチュエータを良好に制御することができながら、製造コストを低減することができる防爆型エアー制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の防爆型エアー制御装置は、アクチュエータの駆動エアー回路を切り換える防爆型エアー制御装置であって、ボイスコイルモータと、ボイスコイルモータに制御信号を出力する制御手段と、ボイスコイルモータのコイルに通電したときに制御エアーをオン−オフするとともに制御エアーを増幅するエアーアンプとを備え、このエアーアンプに、前記駆動エアー回路に介装されたエアーバルブまたは前記駆動エアー回路が直接接続されていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、エアーアンプにエアーバルブまたは駆動エアー回路を直接接続して、エアーアクチュエータの駆動エアー回路を駆動するため、定角度回転装置などを用いなくても済んで、製造コストを低減することができながら、充填弁切換用エアーシリンダなどのエアーアクチュエータを良好に制御することができる。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の防爆型エアー制御装置において、制御手段に、複数のボイスコイルモータが並列に接続され、各ボイスコイルモータに、それぞれエアーアンプと、エアーバルブまたは駆動エアー回路が直列に接続されていることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、複数のエアーシリンダなどのエアーアクチュエータを良好に制御することができる。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の防爆型エアー制御装置において、制御手段に、複数のボイスコイルモータが並列に接続され、各ボイスコイルモータに、それぞれエアーアンプが直列に接続され、複数のエアーバルブが駆動用エアーの流れ方向に沿って上流側から下流側に向けて各段で２つずつ分岐するように複数段組み合わされて配置され、各エアーアンプに同じ段のエアーバルブまたは駆動エアー回路が並列に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、比較的少ない数（例えば３組）のボイスコイルモータおよびエアーアンプにより、多数（例えば８つ）のエアーアクチュエータへの駆動エアー出力経路を選択して切り換えることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の防爆型エアー制御装置を図１〜図６に基づいて説明する。なお、図７に示す防爆型エアー制御装置の構成要素と同様な機能のものには同符号を付す。
【００２１】
まず、本発明の防爆型エアー制御装置を採用した高圧ガス充填装置を、図２および図３により説明する。
図２および図３における、２０は高圧ガス充填装置の充填機で、この充填機２０の下部には、ベース台２１と、このベース台２１上に載せられ、ロードセルユニットからなる計量装置を内蔵した計量台部２２とが配設され、計量台部２２の上面部に設けられたフリーローラ２３上にボンベ２４が載置されるよう構成されている。計量台部２２には後端部から上方に伸びる支持枠２５が取り付けられ、この支持枠２５の向かって左側面部に、充填ノズル２６が非使用時に引っ掛けられる係止部２５ａが設けられている。また、２７は充填機本体で、この充填機本体２７の上部に、マイクロコンピュータ２８などからなる制御部を内蔵した指示計３０が配設されている。
【００２２】
指示計３０の前面上部には、重量や設定項目名、設定値などを表示する表示部３１と、各種設定を行うための多数の押しボタン３３ａを備えた入力部３３とが設けられている。入力部３３の一部には、充填開始を指示する充填スタートボタン３２も設けられている。
【００２３】
充填機本体２７における前面部における指示計３０のすぐ下方の箇所には、充填時に表示が変わる（例えば赤色表示に切り換わる）エアー作動型の充填状態表示部３４が設けられ、さらにその近傍の充填機本体２７の側面部には、非常停止用ボタン３５が設けられている。
【００２４】
また、図３に示すように、充填機２０には、図４（ａ）に示す充填弁切換用エアーシリンダ３６で駆動される自動充填弁３７と、充填ノズル２６に内蔵された図４（ｂ）に示す充填ノズル押し出し用エアーシリンダ３８および充填ノズル押し出し用エアーバルブ４０で充填用ヘッドが駆動される充填ノズル２６とが配設されている。図示しないが、充填ノズル２６には、充填用ヘッドを押し出すためのエアー駆動のヘッド押出駆動ボタンと、ヘッド後退駆動ボタンとが設けられており、これらのボタンにより充填ノズル押し出し用エアーバルブ４０が駆動されるようになっている。
【００２５】
この充填機２０を備えた高圧ガス充填装置に設けられている防爆型エアー制御装置は、図１に示すように構成されている。
すなわち、防爆型エアー制御装置は、マイクロコンピュータ２８に並列に接続され、コイル４ａに通電されるたびに永久磁石４ｃの磁界に作用してコイル４ａに取り付けられた突起４ｂが移動する２つのボイスコイルモータ４と、各ボイスコイルモータ４にそれぞれ直列に接続され、ボイスコイルモータ４のコイル４ａに通電したときに突起４ｂが、内蔵された作動弁４７の作動軸部４７ａを押して制御エアーをオン−オフするとともに前記作動弁４７を通過した制御エアーを増幅するエアーアンプ１５（１５Ａ，１５Ｂ）とを備えている。そして、一方のエアーアンプ１５Ａに、充填弁切換用エアーシリンダ３６を駆動させて切り換えるエアーバルブ（エアー操作型切換弁）１６Ａ（１６）が直接接続され、また、他方のエアーアンプ１５Ｂには、エアーで作動する異常状態通知用の警報用ブザー３９が接続されている。
【００２６】
各エアーアンプ１５は、作動軸部４７ａにより切り換えられる弁部（図示せず）を内蔵した作動弁４７と、作動弁４７からの制御エアーに応じて切り換え動作を行うエアー作動弁４８とを直列に接続して構成され、作動弁４７には第１のエアー源４２が接続され、エアー作動弁４８には第２のエアー源４６が接続されている。また、作動弁４７の作動軸部４７ａの先端は、ボイスコイルモータ４の突起４ｂに当接されており、ボイスコイルモータ４の突起４ｂの出退動作に連動して出退し、この作動軸部４７ａの出退動作により内部の弁部が移動して制御エアーがオン−オフされる。
【００２７】
したがって、マイクロコンピュータ２８から一方のボイスコイルモータ４Ａに電圧が印加されると、エアーアンプ１５Ａを介して充填弁切換用エアーシリンダ３６に接続されたエアーバルブ１６Ａが駆動され、自動充填弁３７を開放または閉鎖するように充填弁切換用エアーシリンダ３６が駆動される。なお、マイクロコンピュータ２８から他方のボイスコイルモータ４Ｂに電圧が印加されると、他方のエアーアンプ１５Ｂにエアーが供給されて、警報用ブザー３９により警報が発せられる。
【００２８】
この構成における、ガスの充填作業は以下のようにして行われる。
係員が、計量台部２２にボンベ２４を載せるとともに、充填ノズル２６を手動で容器バルブ２６ａの充填口に結合し、充填ノズル２６のヘッド押出駆動ボタンを押して、充填ノズル２６を充填可能な姿勢に装着するとともに、容器バルブ２６ａのハンドル２６ｂを回して開栓する。また、入力部３３から、充填対象となるボンベ２４に関する必要なデータを手動で入力する（ボンベ２４の情報の入力を外部コンピュータなどから自動的に行わせるように構成してもよい）。このような状態で、充填スタートボタン３２を押すと、これがマイクロコンピュータ２８に検知されて、一方のボイスコイルモータ４Ａが駆動開始され、自動充填弁３７が開けられて充填動作が開始される。
【００２９】
ボンベ２４にガスが充填されて所定重量に達し、計量装置からの重量情報に基づき、この状態が検知されると、ボイスコイルモータ４Ａが停止され、自動充填弁３７が閉じられて充填動作が終了する。
【００３０】
この後、係員が、容器バルブ２６ａのハンドル２６ｂを回して閉栓させた後、充填ノズル２６のヘッド後退駆動ボタンを押し、充填ノズル２６を取り外して、充填動作が終了したボンベ２４を搬出する。
【００３１】
この構成によれば、エアーアンプ１５Ａにエアーバルブ１６Ａを直接接続して、エアーアクチュエータとしての充填弁切換用エアーシリンダ３６の駆動エアー回路を駆動するため、定角度回転装置などを用いなくても済み、その分だけ製造コストを低減することができる。
【００３２】
なお、上記実施の形態においては、指示計３０の入力部３３の一部に、充填開始を指示する充填スタートボタン３２を設けた場合を述べたが、これに限るものではなく、指示計３０以外の箇所（例えば指示計３０のすぐ下方箇所）に、エアー駆動式の充填スタートボタンを設け、ボンベ２４に関する情報が整った段階でボイスコイルモータ４Ａにパルス電圧を印加させて、ボンベ２４に対して充填可能な状態にし、さらに、前記充填スタートボタンが押された段階で、実際に、充填弁切換用エアーシリンダ３６を駆動させて充填を開始させるように構成してもよい。
【００３３】
さらに、上記実施の形態においては、エアーアンプ１５Ａを、充填弁切換用エアーシリンダ３６に接続されたエアーバルブ１６Ａに接続した場合を述べたが、これに限るものではなく、充填弁切換用エアーシリンダ３６の駆動圧が小さくても差し支えない場合には、エアーアンプ１５Ａに充填弁切換用エアーシリンダ３６を直接接続して、充填弁切換用エアーシリンダ３６をじかに駆動してもよい。
【００３４】
また、上記の実施の形態においては、制御部としてのマイクロコンピュータ２８により制御するエアーアクチュエータは、１つだけ（充填弁切換用エアーシリンダ３６）である場合を述べたが、これに限るものではなく、図５に示すように、マイクロコンピュータ２８に、複数（例えば４つ）のボイスコイルモータ４（４Ａ〜４Ｄ）を並列に接続し、各ボイスコイルモータ４（４Ａ〜４Ｄ）に、それぞれエアーアンプ１５（１５Ａ〜１５Ｄ）およびエアーバルブ１６（１６Ａ〜１６Ｄ）を直列に接続して、複数のアクチュエータ、例えば、充填弁切換用エアーシリンダ３６のほかに充填ユニット昇降用エアーシリンダ７、充填ノズル押し出し用エアーシリンダ８、充填弁切換用エアーシリンダ９などを制御して、充填工程を自動化することも可能である。
【００３５】
なお、この場合においても、エアーシリンダ７、８、９、３６の駆動圧が小さくても差し支えない場合には、エアーアンプ１５にエアーシリンダ７、８、９、３６を直接接続してもよい。
【００３６】
さらには、図６に示すように、制御部としてのマイクロコンピュータ２８に、複数（例えば３つ）のボイスコイルモータ４（４Ａ〜４Ｃ）を並列に接続し、各ボイスコイルモータ４（４Ａ〜４Ｃ）に、それぞれエアーアンプ１５（１５Ａ〜１５Ｃ）を直列に接続し、また、７つのエアーバルブ１６（１６Ａ〜１６Ｇ）を駆動用エアーの流れ方向に沿って上流側から下流側に向けて各段で２つずつ分岐するように３段組み合わせて配置し、各エアーアンプ１５に同じ段のエアーバルブ１６を並列に接続する（すなわち、第１のエアーアンプ１５Ａには第１段目のエアーバルブ１６Ａだけを接続し、第２のエアーアンプ１５Ｂには第２段目のエアーバルブ１６Ｂ、１６Ｃを並列に接続し、第３のエアーアンプ１５Ｃには第３段目のエアーバルブ１６Ｄ〜１６Ｇを並列に接続する）ように構成してもよい。なお、図６における５１はエアー源である。
【００３７】
このように構成することで、最大８つのアクチュエータ５０を制御したり、複数のアクチュエータ５０に対して多くの種類の制御を行ったりすることも可能である。そして、この場合には、図６に示すように、ボイスコイルモータ、エアーアンプおよびエアーバルブを直列接続したものを並列に複数組設ける場合に比べて、ボイスコイルモータ、エアーアンプの数を低減させることができるので、その分だけ製造コストの低減化を図ることができる。なお、この実施の形態においては、エアーバルブ１６を駆動用エアーの流れ方向に沿って上流側から下流側に向けて３段組み合わせて配置した場合を述べたが、これに限るものではなく、さらに多段のエアーバルブ１６を設けるとともに、これに対応させてボイスコイルモータ４およびエアーアンプ１５を設けてもよい。
【００３８】
さらに、上記の実施の形態では、ボイスコイルモータ４によりエアーアンプ１５を直接駆動する場合を述べたが、これに限るものではなく、従来の場合と同様に、ボイスコイルモータ４によりエアーセンサ５を介してエアーアンプ６を駆動させる形式のもの（図７参照）を採用することも可能である。
【００３９】
なお、上記の実施の形態では高圧ガス充填装置に採用した場合を例に挙げて説明したが、可燃性ガスを取り扱う雰囲気での充填や配合を行う各種装置に使用できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、アクチュエータの駆動エアー回路を切り換える防爆型エアー制御装置において、ボイスコイルモータと、ボイスコイルモータに制御信号を出力する制御手段と、ボイスコイルモータのコイルに通電したときに制御エアーをオン−オフするとともに制御エアーを増幅するエアーアンプとを備え、このエアーアンプに、前記駆動エアー回路に介装されたエアーバルブまたは前記駆動エアー回路を直接接続することで、定角度回転装置などを用いなくても済んで、製造コストを低減することができながら、充填弁切換用エアーシリンダなどのエアーアクチュエータを良好に制御することができる。
【００４１】
また、制御手段に、複数のボイスコイルモータを並列に接続し、各ボイスコイルモータに、それぞれエアーアンプと、エアーバルブまたは駆動エアー回路とを直列に接続することで、複数のエアーシリンダなどのエアーアクチュエータを良好に制御することができる。
【００４２】
また、制御手段に、複数のボイスコイルモータを並列に接続し、各ボイスコイルモータに、それぞれエアーアンプを直列に接続し、複数のエアーバルブを、駆動用エアーの流れ方向に沿って上流側から下流側に向けて各段で２つずつ分岐するように複数段組み合わせて配置し、各エアーアンプに同じ段のエアーバルブまたは駆動エアー回路を並列に接続することで、比較的少ない数のボイスコイルモータおよびエアーアンプにより、多数のエアーアクチュエータへの駆動エアー出力経路を選択して切り換えることができ、ボイスコイルモータ、エアーアンプおよびエアーバルブを直列接続したものを並列に複数組設ける場合に比べて、ボイスコイルモータおよびエアーアンプの数を低減させることができるので、その分だけ製造コストの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる防爆型エアー制御装置の構成を示す図である。
【図２】同防爆型エアー制御装置が用いられている高圧ガス充填装置の充填機の側面図である。
【図３】同充填機の正面図である。
【図４】（ａ）は、同充填機に設けられた充填弁切換用エアーシリンダおよびこのエアーシリンダを駆動するエアーバルブを示す図、（ｂ）は充填ノズル押し出し用エアーシリンダおよびこのエアーシリンダを駆動するエアーバルブを示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態にかかる防爆型エアー制御装置の構成を示す図である。
【図６】本発明のその他の実施の形態にかかる防爆型エアー制御装置の構成を示す図である。
【図７】従来の防爆型エアー制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
４、４Ａ、４Ｂ　　ボイスコイルモータ
７　　　充填ユニット昇降用エアーシリンダ（アクチュエータ）
８　　　充填ノズル押し出し用エアーシリンダ（アクチュエータ）
９　　　充填弁切換用エアーシリンダ（アクチュエータ）
１５　　エアーアンプ
１６　　エアーバルブ
２０　　充填機
２４　　ボンベ
２６　　充填ノズル
２８　　マイクロコンピュータ（制御部）
３０　　指示計
３２　　充填スタートボタン
３３　　入力部
３６　　充填弁切換用エアーシリンダ（アクチュエータ）
３７　　充填弁
３８　　充填ノズル押出用エアーシリンダ（アクチュエータ）
５０　　アクチュエータ
【図１】
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【図２】
2004138162.tif 000004
【図３】
2004138162.tif 000005
【図４】
2004138162.tif 000006
【図５】
2004138162.tif 000007
【図６】
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【図７】
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