(57)【要約】【課題】クランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部の焼入処理や焼戻処理などのためにピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱するに際し、荷重を無段階に制御することによりピン部若しくはジャーナル部に対する高周波誘導加熱コイルの追従荷重をピン部又はジャーナル部の回転位置に関係なく一定（均一）にし得て必要最小限の荷重に設定することができ、これにより傷の発生並びに曲りの発生を最小限に抑えることができるようなクランクシャフトの高周波誘導加熱装置を提供する。【解決手段】高周波誘導加熱コイル６がクランクシャフト１のピン部３若しくはジャーナル部２に追従する際のピン部３若しくはジャーナル部２に対する高周波誘導加熱コイル６の追従荷重を無段階に調整する追従荷重調整手段２１を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部の円筒状外周面上に半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを載置し、前記高周波誘導加熱コイルに高周波電力を供給すると共に、前記クランクシャフトをその中心軸を中心に回転せしめて前記高周波誘導加熱コイルを前記ピン部若しくはジャーナル部に追従させながら前記ピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱するようにしたクランクシャフトの高周波誘導加熱装置において、前記高周波誘導加熱コイルが前記ピン部若しくはジャーナル部に追従する際の前記ピン部若しくはジャーナル部に対する前記高周波誘導加熱コイルの追従荷重を無段階に調整する追従荷重調整手段を備えたことを特徴とするクランクシャフトの高周波誘導加熱装置。
【請求項２】
前記追従荷重調整手段により、前記追従荷重を前記ピン部若しくはジャーナル部の全ての回転位置において均一になるように設定したことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトの高周波誘導加熱装置。
【請求項３】
前記高周波誘導加熱コイルを支持する荷重調整用のシリンダ装置と、前記クランクシャフトの回転位置を検出するエンコーダ装置と、前記エンコーダ装置からの回転位置検出信号に基づいて荷重制御信号を出力する制御回路と、前記制御回路からの荷重制御信号に応じた圧力を前記シリンダ装置へ供給するレギュレータとで前記追従荷重調整手段を構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のクランクシャフトの高周波誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクシャフト（内燃機関用クランクシャフト）のピン部若しくはジャーナル部を焼入処理や焼戻処理等のために高周波誘導加熱する高周波誘導加熱装置に関し、詳しくは、ランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部の円筒状外周面上に半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを載置し、前記高周波誘導加熱コイルに高周波電力を供給すると共に、前記クランクシャフトをその中心軸を中心に回転せしめて前記高周波誘導加熱コイルを前記ピン部若しくはジャーナル部に追従させながら前記ピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱するようにしたクランクシャフトの高周波誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、４気筒エンジン用クランクシャフト１を示すものであって、このクランクシャフト１は、回転中心軸Ｘ（ジャーナル部の軸線と同じ）を軸心とするジャーナル部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅと、回転中心軸Ｘに対して偏心した位置にあるピン部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、カウンターウエイト部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈと、端部箇所のフランジ部Ｎを鍛造加工により一体に成形して成るものである。複数気筒エンジン用クランクシャフトであればピン部３は複数設けられ、図４に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１の場合には、４つのピン部３ａ〜３ｄが設けられる。そして、これらのピン部３ａ〜３ｄは、回転中心軸Ｘの軸線方向に沿って所定の間隔を隔てた箇所において、互いに隣接するカウンターウエイト部４の間にそれぞれ配置される。また、回転中心軸Ｘの軸線方向において互いに隣接する各ピン部３ａ〜３ｄは、エンジンの形式に応じて、回転中心軸Ｘの回りに所定の位相角度だけ異なる角度位置に配設される。なお、図４に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１の場合には、左右両端側のピン部３ａ，３ｄが互いに同じ位相角度の箇所に配設されると共に、これらのピン部３ａ，３ｄ間のピン部３ｂ，３ｃが互いに同じ位相角度の箇所に配設され、左右両端側のピン部３ａ，３ｄと中間位置のピン部３ｂ，３ｃとが互いに１８０度の位相角度をもって配設される。
【０００３】
この種のクランクシャフト１にあっては、従来より、クランクシャフト１のジャーナル部２ａ〜２ｄ及びピン部３ａ〜３を高周波誘導加熱して焼入処理を施行することにより、耐摩耗性並びに疲労強度の向上を図るようにしている。なお、従来では、高周波誘導加熱コイル６をピン３ａ〜３ｄ部若しくはジャーナル部２ａ〜２ｅに追従させながら高周波誘導加熱を行ういわゆる追従方式の加熱を施行するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図５及び図７（ａ）は、クランクシャフト１のピン部３ａ〜３ｄの各々（以下においては、総括的にピン部３と記載する）を高周波焼入するために従来より用いられている高周波焼入装置３０を示すものであって、この高周波焼入装置３０は、一対の側板５ａ，５ｂ間に挟持状態で保持された半開放鞍型（下側が開放された半円弧形状）の高周波誘導加熱コイル６と、この高周波誘導加熱コイル６にトランス７を介して高周波電流を供給する高周波電源８と、クランクシャフト１を水平に支持して回転中心軸Ｘを中心に回転駆動するための回転駆動機構（図示せず）と、前記側板５ａ，５ｂ間に取付けられた例えば３つのガイド部材（セラミックや超硬合金製のチップ部材）９ａ，９ｂ，９ｃを介してクランクシャフト１のピン部３の円筒状外周面Ｓ上に半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６を僅かな隙間を隔てて対向配置した状態の下で、前記回転駆動機構にてクランクシャフト１をその回転中心軸Ｘを中心に回転駆動させるのに伴って前記回転中心軸Ｘの回りに公転運動されるピン部３に高周波誘導加熱コイル６を追従させるための４辺リンク機構から成る追従機構１０とを備えている。そして、前記高周波誘導加熱コイル６にて高周波誘導加熱されたピン部３に焼入冷却液を噴射して焼入処理を行う焼入冷却液噴射機構（図示せず）が、高周波誘導加熱装置３０に隣接して配置されている。
【０００５】
上述の追従機構１０は、左右一対のリンク部材１１ａ，１１ｂと、上下一対の上辺部材１２ａ及び下辺部材１２ｂと、これらの部材を互いに回動可能につなぐリンクピン１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄとをそれぞれ有しており、リンクピン１３ａ〜１３ｄを支点として揺動可能なリンク式枠体１４とこのリンク式枠体１４の全体を上下動させる荷重調整用のシリンダ装置１５とで要部が構成されている。なお、シリンダ装置１５は、高周波誘導加熱装置３０に設けられた支持部１６に支持されており、このシリンダ装置１５による追従荷重の制御は、荷重調整用のレギュレータＲ１からシリンダ装置１５に供給される空気圧力を調整することにより行われるようになっている。
【０００６】
すなわち、図６に示すように、シリンダ装置１５のポートＰ１を介して作動圧室１６内に調整された空気圧力（手動で調整可能な圧力）を供給してピストン１７を上方に押し上げる方向に付勢するように構成されており、シリンダ装置１５の背圧室１８は、他方のポートＰ２を介して大気に開放されている。これにより、シリンダ装置１５によって吊り下げ状態で支持されている追従部（高周波誘導加熱コイル６や追従機構１０などを含む組合体）Ｍの荷重から上述の上方に押す力を引いた残りの重量が追従荷重として作用するようになっている。かくして、リンク式枠体１４の揺動運動とシリンダ装置１５とにより荷重が制御されたリンク式枠体１４の上下運動とを合成することにより、ピン部３の公転運動に高周波誘導加熱コイル６を追従させる構成となっている。
【０００７】
図７（ｂ）〜（ｆ）は、クランクシャフト１のピン部３の円筒状外周面Ｓを焼入処理のために高周波誘導加熱する際に、クランクシャフト１をその回転中心軸Ｘの回りに矢印α方向に回転させたときのピン部３の中心軸Ｘ回りの公転運動、並びに、公転運動をするピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従動作を示したものである。ピン部３の円筒状外周面Ｓの高周波誘導加熱時には、ピン部３の公転運動に高周波誘導加熱コイル６を追従させつつこの高周波誘導加熱コイル６に高周波電源８よりトランス７を介して所要電力を所要時間にわたり投入してピン部３の円筒状外周面Ｓを所要の焼入温度にまで高周波誘導加熱し、しかる後に加熱状態のピン部３の円筒状外周面Ｓに図外の焼入冷却液噴射機構から焼入冷却液を噴射して前記円筒状外周面Ｓを急速冷却することにより焼入処理を完了するようにしている。
【０００８】
なお、ジャーナル部２を高周波誘導加熱して焼入処理する場合もピン部３の場合と同様であるので、ジャーナル部２の高周波誘導加熱についての説明は省略する。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−０７３０３９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような追従機構１０を用いた場合、ピン部３の公転運動に対する高周波誘導加熱コイル６の追従運動は、公転運動により発生する追従機構の加速度荷重及び追従機構の摺動低抗などにより、ピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従荷重が一定とならない。シリンダ装置１５による追従荷重の制御は、通常、１個のレギュレータＲ１のみにより行うようにしている関係上、追従不良の発生を防止するために、ピン部３の公転運動に対応する追従荷重の変動の最も軽い荷重が０ｋｇｆとならないように追従荷重を設定するようにしている。ところが、追従荷重を小さく設定すると、図７（ｃ）に示すように、追従不良が発生する。具体的には、ピン部３が上死点を通過して下死点に向かう区間において高周波誘導加熱コイル６の追従運動がピン部３の公転運動に対して遅れてしまい、その結果、ピン部３の円筒状外周面Ｓと半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６との間の距離が正規の距離Ｌ１（図７（ｂ）参照）よりも大きな距離Ｌ２（図７（ｃ）参照）となり（Ｌ１＜Ｌ２）、加熱不良を起こしてしまう。また、これとは逆に、追従荷重を大きく設定するとピン部３にガイド部材９ａ〜９ｃによる傷がついてしまうおそれがある。また、クランクシャフト１の曲りを生じる原因になる。
【００１１】
本発明は、上述した問題を解決するべくなされたものであって、その目的は、クランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部の焼入処理や焼戻処理などのためにピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱するに際し、追従荷重を無段階に制御することによりピン部若しくはジャーナル部に対する高周波誘導加熱コイルの追従荷重をピン部又はジャーナル部の回転位置に関係なく一定（均一）にし得て必要最小限の荷重に設定することができ、これにより傷の発生並びに曲りの発生を最小限に抑えることができるようなクランクシャフトの高周波誘導加熱装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明では、クランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部の円筒状外周面上に半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを載置し、前記高周波誘導加熱コイルに高周波電力を供給すると共に、前記クランクシャフトをその中心軸を中心に回転せしめて前記高周波誘導加熱コイルを前記ピン部若しくはジャーナル部に追従させながら前記ピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱するようにしたクランクシャフトの高周波誘導加熱装置において、前記高周波誘導加熱コイルが前記ピン部若しくはジャーナル部に追従する際の前記ピン部若しくはジャーナル部に対する前記高周波誘導加熱コイルの追従荷重を無段階に調整する追従荷重調整手段を備えるようにしている。
また、本発明では、前記追従荷重調整手段により、前記追従荷重を前記ピン部若しくはジャーナル部の全ての回転位置において均一になるように設定するようにしている。
また、本発明では、前記高周波誘導加熱コイルを支持する荷重調整用のシリンダ装置と、前記クランクシャフトの回転位置を検出するエンコーダ装置と、前記エンコーダ装置からの回転位置検出信号に基づいて荷重制御信号を出力する制御回路と、前記制御回路からの荷重制御信号に応じた圧力を前記シリンダ装置へ供給するレギュレータとで前記追従荷重調整手段を構成するようにしている。
【００１３】
また、本発明の好ましい実施形態においては、追従荷重調整用のレギュレータに加えて、追従荷重を無段階に制御するための空気圧力を前記シリンダ装置に供給する追従荷重制御用のレギユレータを設けるようにしている。
また、本発明の好ましい実施形態においては、クランクシャフト回転機構にエンコーダ装置を組み込み、このエンコーダ装置からの回転位置検出信号に基づいて追従荷重制御用のレギユレータに荷重制御信号を供給するようにしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３を参照して説明する。なお、図１〜図３において、図４〜図７と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波誘導加熱装置２０を示すものであって、本装置２０は、高周波誘導加熱コイル６がピン部３に追従する際のピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従荷重を無段階に調整する追従荷重調整手段２１を備えている。なお、その他の構成は、従来の高周波誘導加熱装置と同様である。
【００１６】
上述の追従荷重調整手段２１は、高周波誘導加熱コイルを支持する荷重調整用のシリンダ装置１５と、ピン部３の高周波誘導加熱に際して図外の回転駆動機構にて回転駆動されるクランクシャフト１の回転位置を連続的に（リアルタイムで）検出するために前記回転駆動機構に設けられるエンコーダ装置２３と、このエンコーダ装置２３からの回転位置検出信号（例えば電気信号）に基づいて荷重制御信号を出力する制御回路２４と、この制御回路２４からの荷重制御信号に応じた空気圧力をシリンダ装置１５の背圧室１８へ供給する追従荷重制御用のレギュレータＲ２  とにより構成されている。
【００１７】
上述のエンコーダ装置２３は、図示を省略したが、例えば、クランクシャフト１の端部のジャーナル部２又はフランジ部Ｎ（図４参照）に同軸状に固着された円盤状のスリット板と、このスリット板に等角度間隔で形成された複数のスリットに対応する箇所に固定配置されたフォトダイオードなどの発光素子と、この発光源に前記スリット板を介して対応配置されたフォトトランジスタなどの受光素子とから構成されている。かくして、高周波誘導加熱時にクランクシャフト１が回転中心軸Ｘを中心に回転駆動される際に、そのクランクシャフト１の回転位置ひいてはピン部３の回転位置がエンコーダ装置２３によって連続的にリアルタイムで検出されるように構成されている。なお、エンコーダ装置２３としては、上述の如き光学式のエンコーダ装置に代えて、いわゆる電磁式のエンコーダ装置或いはその他の各種のタイプの回転位置検出用のエンコーダ装置を用いることが可能である。
【００１８】
また、シリンダ装置１５の一方のポートＰ１  には、従来の場合と同様に、レギュレータＲ１  から所定（一定）の空気圧力が荷重調整用圧力として常時供給されている。なお、この荷重調整用圧力は手動にて調整可能である。従って、シリンダ装置１５の作動圧室１６には、第１のレギュレータＲ１  からシリンダ装置１５の第１のポートＰ１  を通して所定の空気圧力（一定圧力）が供給されるようになっている。一方、シリンダ装置１５の背圧室１８には、第２のレギュレータＲ２  からシリンダ装置１５の第２のポートＰ２  を通して、前記エンコーダ装置２３にて検出されたクランクシャフト１の回転位置に応じて変化する空気圧力が制御用圧力として供給されるようになっている。これにより、シリンダ装置１５により調整される追従荷重Ｗを後述の如く無段階に調整することができるように構成されている。
【００１９】
図３（ａ）〜（ｆ）は、上述の高周波誘導加熱装置２０にてクランクシャフト１のピン部３を焼入処理などのために高周波誘導加熱する際の追従機構１０及び高周波誘導加熱コイル６の動作を９０度毎に示したものである。まず、図３（ａ）は、ピン部３上に高周波誘導加熱コイル６が載置される前の状態を示しており、図３（ｂ）は、ピン部３上に高周波誘導加熱コイル６が載置された状態であって、ピン部３が下死点にある状態を示している。
【００２０】
図３（ｂ）に示す如くピン部３上に高周波誘導加熱コイル６がガイド部材９ａ〜９ｃを介して載置された後に、クランクシャフト１が回転中心軸Ｘを中心に回転駆動されると、これに伴ってピン部３が前記回転中心軸Ｘの回りに公転し、図３（ｃ），図３（ｄ），及び図３（ｅ）に示す状態に順次に動作する。ピン部３の公転中においては、高周波誘導加熱コイル６は、ガイド部材９ａと９ｃとにより水平方向（横方向）に、かつガイド部材９ｂと追従荷重とにより垂直方向（上下方向）に、ピン部３に対してそれぞれ追従動作をする。
【００２１】
次に、ピン部３の高周波誘導加熱時における追従荷重の制御について述べると、以下の通りである。
【００２２】
追従動作中においてガイド部材９ｂからピン部３に伝達される追従荷重は、概ね下記の式で計算される。
（１）  高周波誘導加熱コイルの下降時
Ｗ＝ｍ［（ｍｇ−Ｆ−ｆ）／ｍ−ａω２  ＣＯＳωｔ］  ……  ▲１▼
（２）  高周波誘導加熱コイルの上昇時
Ｗ＝ｍ［（ｍｇ−Ｆ＋ｆ）／ｍ−ａω２  ＣＯＳωｔ］  ……  ▲２▼
ここで、
Ｗ  ：  追従荷重
ω  ：  角速度
ｍ  ：  ピン部に追従する追従部の質量
Ｆ  ：  シリンダ装置の推力
ｆ  ：  追従部の上下動時の抵抗
ａ  ：  回転半径（１／２ストローク）
ｇ  ：  重力加速度
ｔ  ：  時間
【００２３】
上記の式▲１▼，▲２▼から、ピン部３の回転位置に応じて追従荷重が変化することがわかる。すなわち、ピン部の下降時には追従荷重Ｗが徐々に減少する一方、ピン部３の上昇時には追従荷重Ｗが徐々に増大することがわかる。従って、本実施形態では、ピン部３の回転位置をエンコーダ装置２３より検知して、その回転位置に対応する電気信号を空気圧力制御信号すなわち荷重制御信号として制御回路２４からレギュレータＲ２に入力し、これによりシリンダ装置１５の背圧室１８に、ピン部３の回転位置に対応して徐々に増減（変化）する空気圧力（具体的には、ピン部３の下降時には徐々に増大する空気圧力、ピン部３の上昇時には徐々に減少する空気圧力）を供給するようにしている。この場合、背圧室１８に供給される空気圧力は、シリンダ装置１５のピストン１７を上方に押し下げる方向の力として作用し、シリンダ装置１５のピストン１７を上方に押し上げる方向に作用するレギュレータＲ１からの一定の空気圧力に対抗する力として作用する。その結果、追従荷重Ｗは、ピン部３の回転位置が何れの位置であっても常に一定に維持されるように設定され、ピン部３の回転位置の如何に拘わらず各回転位置において追従荷重Ｗが均一に設定されるようになっている。
【００２４】
このように構成した高周波誘導加熱装置２０によれば、追従荷重調整手段２１を設けて追従荷重Ｗをピン部３の回転位置に関係なく常に一定に維持するようにしているので、追従荷重Ｗを常に適正最小値に制御することが可能となる。それに伴い、ガイド部材９ａ〜９ｃによるピン部３の傷を最小限に抑えることができる上に、クランクシャフト１に加わる追従荷重によるクランクシャフト１の曲りの発生も最小限に抑えることができる。
【００２５】
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の実施形態ではピン部３を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱装置２０について述べたが、ジャーナル部２を高周波誘導加熱するための高周波誘導加熱装置についても本発明を適用し得ることは言う迄もない。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明は、高周波誘導加熱コイルがピン部若しくはジャーナル部に追従する際のピン部若しくはジャーナル部に対する高周波誘導加熱コイルの追従荷重を無段階に調整する追従荷重調整手段を備えるようにしたものであるから、クランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部の焼入処理や焼戻処理などのためにピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱するに際し、上述の追従荷重調整手段にて追従荷重を無段階に制御することにより、ピン部若しくはジャーナル部に対する高周波誘導加熱コイルの追従荷重をピン部又はジャーナル部の回転位置に関係なく一定に維持することが可能となり、これにより、被加熱部であるピン部又はジャーナル部に対する高周波誘導加熱コイルの追従不良の発生を防止することができると共に、被加熱部であるピン部又はジャーナル部における傷の発生並びにクランクシャフトの曲りの発生を最小限に抑えることができる。また、追従運動中に追従不良を発生し易い任意の箇所（回転位置）での追従荷重を制御することによって、追従不良による加熱不良を防止することが可能となる。
【００２７】
また、請求項２に記載の本発明は、追従荷重調整手段により、追従荷重をピン部若しくはジャーナル部の全ての回転位置において均一（一定）になるように設定するようにしたものであるから、追従荷重を前記回転位置の如何に拘わらず常に必要最小限の大きさに設定することによりピン部又はジャーナル部における傷の発生並びにクランクシャフトの曲りの発生を抑制できると共に、ピン部又はジャーナル部に対する高周波誘導加熱コイルの追従不良を回避することができ、ひいては加熱不良品の流出を防止することができる。
【００２８】
また、請求項３に記載の本発明によれば、高周波誘導加熱コイルを支持する荷重調整用のシリンダ装置と、クランクシャフトの回転位置を検出するエンコーダ装置と、エンコーダ装置からの回転位置検出信号に基づいて荷重制御信号を出力する制御回路と、制御回路からの荷重制御信号に応じた圧力をシリンダ装置へ供給するレギュレータとで追従荷重調整手段を構成するようにしたものであるから、簡単な構成でありながら最適な追従荷重を付与した状態の下で高周波誘導加熱を円滑に行うことが可能な高周波誘導加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波誘導加熱装置の構成図である。
【図２】図１の高周波誘導加熱装置に用いられているシリンダ装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｅ）は、図１の高周波誘導加熱装置にてクランクシャフトのピン部を高周波誘導加熱する際の動作を順次に説明するための図である。
【図４】クランクシャフトの斜視図である。
【図５】従来におけるクランクシャフトの高周波誘導加熱装置の構成図である。
【図６】図５の高周波誘導加熱装置に用いられているシリンダ装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｅ）は、図４の高周波誘導加熱装置にてクランクシャフトのピン部を高周波誘導加熱する際の動作を順次に示す図である。
【符号の説明】
１  クランクシャフト
２，２ａ〜２ｅ  ジャーナル部
３，３ａ〜３ｄ  ピン部
１５  シリンダ装置
１６  作動圧室
１８  背圧室
２０  高周波誘導加熱装置
２１  追従荷重調整手段
２３  エンコーダ装置
２４  制御回路
Ｍ  追従部
Ｒ１  荷重調整用のレギュレータ
Ｒ２  荷重制御用のレギュレータ
【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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