(57)【要約】【課題】従来の自転車トレーニング装置は騒音が大で、滑らかなペダル回転が得られない。乗用の自転車のような臨場感が得られない。【解決手段】本願の第１の発明はベルト電動方式の固定式自転車トレーニング装置であって、溝付きベルトを外側から両腕で挟むように配設され、従動側プーリーの回転軸の近傍に回転自在に取り付けられ、アイドラを備えていることを特徴とする。更に、アイドラは回転するベアリングを介して溝付きベルトに接触させる。更に、屋外での実戦的なトレーニング、臨場感にあふれるトレーニングのために、装置が足踏み動作による使用者の体重移動に伴って揺動するように、装置をフレキシブルな固定台上に設置したり、前側支柱を持ち上げるための機構やハンドル回転機構を備える。  上記装置により、騒音レベルが低く、メンテナンスフリーであると共に、室内にいながら、屋外での実戦的なトレーニングと同様の効果を得ることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
床に設置された固定台の上に配置されたフレームと、前記フレームの上方の前後に取り付けられたハンドルとサドルと、前記フレームの両側側面に貫通させたクランク軸に取り付けられた原動側プーリーと、前記クランク軸の両端に取り付けられた足踏みペダル付きのクランクと、従動側プーリーと、従動側プーリーを取り付けた回転負荷装置と、原動側プーリーの回転力を従動側プーリーに伝達するためのベルトとから構成されるトレーニング自転車において、
前記ベルトを外側から両腕で挟むように配設され、前記フレームに回転自在に取り付けられたアイドラを有する固定式自転車トレーニング装置。
【請求項２】
前記ベルトが溝付きベルトであることを特徴とする請求項１に記載の固定式自転車トレーニング装置。
【請求項３】
前記アイドラはベアリングを備えた両腕部と取付部からなり、前記ベアリングが前記ベルトに回転しつつ張力を付加する構造であることを特徴とする請求項１に記載の固定式自転車トレーニング装置。
【請求項４】
前記アイドラは前記ベルトの従動側プーリーへの接触角が２５０°以上になるように、前記アイドラのスパンおよび前記フレームへの取り付け位置が決められていることを特徴とする請求項１および請求項３に記載の固定式自転車トレーニング装置。
【請求項５】
床に設置された固定台の上に配置されたフレームと、前記フレームの上方の前後に取り付けられたハンドルとサドルと、前記フレームの両側側面に貫通させたクランク軸に取り付けられた原動側プーリーと、前記クランク軸の両端に取り付けられた足踏みペダル付きのクランクと、従動側プーリーと、従動側プーリーを取り付けた回転負荷装置と、原動側プーリーの回転力を従動側プーリーに伝達するためのベルトとから構成されるトレーニング自転車において、
前記ハンドルの回転に対して、前記ハンドルの軸が制動機構を有するようにハンドル支持体に回転可能に取り付けられていることを特徴とする固定式自転車トレーニング装置。
【請求項６】
回転に対する前記制動機構が外側パイプと前記外側パイプに挿入されたハンドルの軸と、前記ハンドルの軸に取り付けられたベアリングとゴムパッキンからなり、外側パイプの上端および下端、または上端または下端のいずれかに取り付けた締め付けねじからなり、締め付けねじを調節することによりハンドルの回転に対する制動作用をさせることを特徴とする請求項５に記載の固定式自転車トレーニング装置。
【請求項７】
縦方向のベースバーと、ベースバーの下面の前後に、横方向に取り付けられたフレキシブルな支持板と、各支持板の両端に取り付けられたゴム製の台座からなることを特徴とする自転車トレーニング装置用固定台。
【請求項８】
前記縦方向のベースバーと前記支持板との接合部にスプリングを備えたことを特徴とする請求項７に記載の自転車トレーニング装置用固定台。
【請求項９】
床に設置された固定台の上に配置されたフレームと、前記フレームの上方の前後に取り付けられたハンドルとサドルと、前記フレームの両側側面に貫通させたクランク軸に取り付けられた原動側プーリーと、前記クランク軸の両端に取り付けられた足踏みペダル付きのクランクと、従動側プーリーと、従動側プーリーを取り付けた回転負荷装置と、原動側プーリーの回転力を従動側プーリーに伝達するためのベルトとから構成されるトレーニング自転車において、
前記フレーム内の前側支柱を任意に持ち上げる機構を備えたことを特徴とする固定式自転車トレーニング装置。
【請求項１０】
前側支柱に並立し、前側支柱と接合された可動支柱を備え、可動支柱の高さを使用者のトレーニング目標に応じて変えられることを特徴とする請求項９に記載の固定式自転車トレーニング装置。
【請求項１１】
前記可動支柱の下端および後ろ側支柱の下端が、前後に回転可能になる固定台上に配置されていることを特徴とする請求項９および請求項１０に記載の固定式自転車トレーニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明はペダル踏み動作のトレーニングを行う固定式自転車トレーニング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  自転車の形状をなし、操作部材としてのペダルを回転させることにより、脚力、背部および腹部の筋力を高めるエアロバイクがある。ペダルが設けられたクランク軸の回転力がチェーンまたはベルトにより増速して、ペダルに負荷を与えるための制動装置に伝達される。ハンドルには表示パネルが備えてあり、トレーニングの状態、つまり回転数、時速、経過時間、消費カロリー、負荷の強さ等が表示される。また、負荷の強さを調節するためのレバーまたはダイヤルが表示パネルの近傍に備えられている。【０００３】制動装置には摩擦抵抗を利用した機械式のものと、電磁石と回転する金属板からなり、磁界中で金属板が回転した時に生じる渦電流と磁界による電気制動を利用した電磁式のものがある。電磁式のものは非接触であるので、騒音が少なく長寿命であり、この種の制動装置の主流になっている。【０００４】回転力をクランク軸から制動装置に伝達する手段としては、騒音の面からプーリーとベルトからなるベルト伝動方式が適している。この場合、ベルトの滑りを防ぐことが重要であり、そのためにベルトの外面または内面にアイドラを設けることにより、ベルトに適当な張力を与えると共に、プーリーとベルトの接触角を所定値以上に保っている。【０００５】乗用の自転車において、歯付きベルトと一対のアイドラとを使用してクランクの回転力を後輪に伝達する方式が参考文献１に記載されている。歯付きベルトは噛み合わせ時と引っ張り時とで、ペダルにかかる負荷が異なるため、スムーズなペダルの回転か得られない。また、ペダルの踏み圧に従って、ハンドルが前後の揺動するトレーニング自転車が特許文献１に記載されている。この場合、ハンドルが前後に揺動するのみで、左右に回転する機構はない。【０００６】
【参考文献１】
ベルト伝動技術懇話会著、ベルト伝動の実用設計、養賢堂発行（１９９７）【特許文献１】特開平７−３０３７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  トレーニング装置は一般に室内で使用されるため、騒音が少ないこと、および負荷が自在に変えられ、メンテナンスの頻度が少ないこと等が重要である。トルク伝達手段としてのチェーンは騒音の面で問題があり、歯付きベルトは耐久性やプーリーとベルトの歯との噛み合わせに問題がある。また、ベルトの外面または内面に１つのアイドラを設けたベルト伝動方式は騒音の面では優れているが、ベルトのプーリーからの離脱防止のためにガードは必要であると共に、ベルトの張力を調整するためにスプリングが必要でありサイズが大きくなる。【０００８】従来のトレーニング装置は基本的にフレーム、ハンドルは固定されていて、乗り心地は屋外での常用またはトレーニング用自転車と異なる。よって、屋外走行によるトレーニングと同様の筋力トレーニング効果を得ることができない。また、自転車トレーニング装置はトレーニングが目的であるが、長時間にわたって楽しくトレーニングをするために、屋外での乗用自転車またはマウンテンバイクと同様の揺れやスピード感などの臨場感が得られることが必要である。【０００９】本願は以上の諸課題を解決するものであり、騒音が少なく、メンテナンスフリーであり、且つ屋外での自転車トレーニングと同様のトレーニング効果を得ることを可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本願における第１の発明による固定式自転車トレーニング装置は、床に設置された固定台の上に配置されたフレームと、前記フレームの上方の前後に取り付けられたハンドルとサドルと、前記フレームの両側側面に貫通させたクランク軸に取り付けられた原動側プーリーと、前記クランク軸の両端に取り付けられた足踏みペダル付きのクランクと、従動側プーリーと、従動側プーリーを取り付けた制動装置と、原動側プーリーの回転力を従動側プーリーに伝達するためのベルトとから構成されるトレーニング自転車において、前記ベルトを外側から両腕で挟むように配設され、従動側プーリーの回転軸の近傍に回転自在に取り付けられたアイドラを有すること、およびベルトが溝付きであることを特徴とする。【００１１】更に、アイドラの両腕部の先端にはベアリングが取り付けられていて、ベルトとアイドラはこの回転するベアリングを介して接触している。また、プーリーとベルト間の滑りを防止するために、接触角を２５０度以上に設定している。つまり、プーリーの外周面に対するベルトの接触面積は全周の７０％以上に設定する必要がある。【００１２】本願における第２の発明による自転車トレーニング装置用固定台は、縦方向のベースバーと、ベースバーの下面の前後に、横方向に取り付けられたフレキシブルな支持板と、各支持板の両端に取り付けられたゴム製の台座からなることを特徴とする。【００１４】本願における第３の発明による固定式自転車トレーニング装置は、ハンドルの軸が回転に対して制動機構を具備してハンドル支持体に回転可能に取り付けられていることを特徴とする。【００１５】自転車は通常の屋外走行ではハンドルを左右に動かすことによってバランスを取り、まっすぐに走行できる。本願の固定式自転車でも、ゴムパッキンとベアリングを備えたハンドルの軸がハンドル支持体に挿入されて、蓋状のねじで締め付ける構造であって、締め付けねじを調節してゴムパッキンに回転に対する適度な制動力を付与している。屋内トレーニングにおいても、必要に応じてこのハンドルを動かすことにより、実走行に近いハンドルの負荷が加わり、臨場感に満ちたトレーニングをすることができる。【００１６】本願における第４の発明による前記フレーム内の前側支柱を任意に持ち上げる機構を備えたことを特徴とする固定式自転車トレーニング装置はフレーム内の前側支柱を任意に持ち上げる機構を備えたことを特徴とする。【００１７】ランニングのトレーニングでも平坦道と登り坂とでは使う筋肉部位の比率が異なる。同様に、バイクによるトレーニングでも平坦道と登り坂とのトレーニングでは使う筋肉部位の比率が異なる。これは坂道を登るとき、自転車が傾斜して前方部分が上がることにより、平坦道の走行時にはあまり使わない筋肉部位が使われる。以上の観点より、自転車の前方ハンドル部分を持ち上げ、フレームに傾斜を付けることにより室内で坂道走行と同様の筋力アップのトレーニングを可能にするものである。
【発明の効果】
【００１８】  プーリー間のトルクの伝達に溝付きベルトを使用し、このベルトを上下から両腕形状のアイドラで挟むことによりベルトの張力を調節する駆動構造であるので、ガード無しでもベルトの離脱が防がれ、且つスムーズで滑らかな回転が可能である。更に、アイドラは両腕部に付けたベアリングを介してベルトと接触しているので、騒音が少なく耐久性が向上する。【００１９】本発明のトレーニング装置をフレキシブルで、且つスプリング付きの固定台に設置することにより、ハンドルを回転可能にすることにより、屋外走行と同様の臨場感を得ることができる。更に、前側支柱と一体的に取り付けた可動支柱を持ち上げることにより、坂道トレーニングと同様のトレーニング効果を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるトレーニング装置の側面図である。固定台１上に一対の支柱２、３を含むフレーム４が配設されている。支柱２、３およびフレーム４は金属パイプ製であり、相互に溶接により接合されている。前側の支柱２は前方から見たとき逆Ｕ字形であって、その上端には、ハンドル５がハンドル支持体６を介して伸縮可能、回転可能に取り付けられている。後側のフレーム４上には、サドル７が伸縮可能に取り付けられている。前側の支柱２と後側の支柱３を接続しているフレーム４に取り付けた固定金具を左右に貫通してクランク軸８が取り付けられ、クランク軸８には原動側プーリー９がクランク軸８と共に回転するように取り付けられ、クランク軸８の両側の突出部にはクランク１０を介して足踏みペダル１１が取り付けられている。【００２１】足踏み動作によって発生したトルクは原動側プーリー９から溝付きベルト１２を介して従動側プーリー１３に伝達される。プーリー９、１３とベルト１２間の滑りを防止するために、ベルト１２を上下から挟むように腕状のアイドラ１４が従動側プーリー１３の回転軸に回転可能に取り付けられている。また、従動側プーリー１３の回転軸には足踏み動作に対して負荷機能を与えるための制動装置１５が取り付けられている。制動装置１５の負荷の強さを調整するための制御レバー１６がフレーム４の前方上部に取り付けられている。また、図示していないが、トレーニングの状態、つまり回転数、時速、経過時間、消費カロリー、負荷の強さ等が表示するための表示パネルをハンドル５の近傍に取り付けても良い。【００２２】図２はアイドラ１４の平面図であって、支持基板１７と、取り付け穴１８と、ベアリング取り付け軸１９と、両ベアリング軸１９に取り付けた一対のベアリング２０からなる。図３は図１におけるアイドラ１４の近傍の拡大図である。アイドラ１４の両腕部にはベアリング２０備え、アイドラ１４は回転するベアリング２０を介してベルト１２に接触している。足踏みペダル１１を右回転させた場合、ベルト１２の下側の張力がより大きくなり、アイドラ１４が下方に引っ張られ、ベルト１２の上側も下方に引っ張られ張力が高められる。【００２３】上記のベルト伝動装置においては、プーリー９、１３からベルト１２がはずれないこと、および負荷が増大してもプーリー９、１３とベルト１２間ですべりが無いことが重要である。本実施の形態では、原動側プーリー９の直径を２６ｃｍ、従動側プーリー１３の直径を３．５ｃｍに設計したので、回転速度は７．４倍に増速される。【００２４】図４は本実施の形態におけるベルト伝動特性の実験結果をプロットしたものである。つまり、滑り量に関係する「従動側プーリーの周速／原動側プーリーの周速」を「プーリー１３とベルト１２間の接触角」の関数としてプロットしている。同図から明らかなように、プーリー１３とベルト１２間の滑りを防止するためには、ベルト１２とプーリー１３との接触角を２５０度以上にすることが必要である。つまり、プーリーの外周面に対するベルトの接触面積の比率は約７０％以上にする必要がある。従動側プーリー１３の直径とベルト１２の厚さなどを考慮して、接触角が２５０度以上になるようにアイドラ１４の両腕間に距離を決める。【００２５】ベアリング２０の滑らかな回転によりベルト１２の摩耗が抑えられると共に、使用者もスムーズな感触でトレーニングを味わうことができる。トルク伝達部材としての溝付きベルト１０はチェーンに比べて騒音が少なく、歯付きベルトに比べて耐久性に優れている。更に、溝付きベルト１２であるのでガード無しでも、ベルト１２がプーリー９、１３からはずれない。【００２６】また、本実施の形態では、アイドラ１４の取り付け穴１８が従動側プーリー１３の回転軸に回転自在に取り付けられているが、従動側プーリー１３の回転軸の近傍に回転自在に取り付けても同様の効果が得られる。従動側プーリー１３の回転軸には円盤状の制動装置１５の中心が取り付けられていて、制動装置の円盤が従動側プーリー１３と同一の角速度で回転する。制動装置１５は従来例の項で説明したものと同様の構造である。負荷調節レバー１６をシフトさせることにより、任意に負荷の強さを調節できる。【００２７】自転車は通常の屋外走行ではハンドルを左右に動かすことによってバランスを取り、まっすぐに走行できる。以上の構成により、固定式自転車でもハンドルを動かすことによって、実走行に近い感触でトレーニングすることができる。図５はハンドル５とハンドル支持体６との接続部の拡大図である。両端にベアリング２２を備えたハンドルの軸２３がパイプ状の支持体６に挿入されると共に、支持体６の上端にねじ切りをした蓋部２４を備え、この蓋部２４とベアリング２２の側面との間にゴムパッキン２５を挿入している。蓋部２４のねじを回転させることにより、ゴムパッキン２５に加わる応力が変動し、ゴムパッキンが歪み、ハンドル５に対する制動力を調節することができる。【００２８】よって、本願による固定式自転車トレーニング装置によれば、屋内トレーニングにおいても、必要に応じてこのハンドルを動かすことにより、実走行に近いハンドルの負荷が加わり臨場感に満ちたトレーニングをすることができる。【００２８】（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２におけるトレーニング装置を固定するための固定台３０の平面図（ａ）、およびＸ−Ｙ線で切断した場合の断面図（ｂ）である。この固定台３０は縦方向のベースバー３１と、ベースバー３１の下面の前後に、横方向に取り付けられたフレキシブルな支持板３２と、各支持板３２の両端に取り付けられたゴム製の台座３３からなる。フレキシブルな支持板３２は金属やプラスティック製の板ばねを用いることができる。使用者が足踏みペダルを踏むとき、その力の強さに応じてフレキシブルな支持板３２が撓むことにより、左右に揺れて乗用自転車のような臨場感を味わうことができる。【００２９】図７はもう一つのトレーニング装置用固定台３５の平面図（ａ）、およびＸ−Ｙ線で切断した場合の断面図（ｂ）である。本実施の形態における固定台３０は図５の固定台に更に、縦方向のベースバー３１とフレキシブルな支持板３２との接合部にエアスプリング３６を備えたものである。図５で用いた部材と同一または同様の部材には同一番号を付けて、その説明を省略する。エアスプリング３６の代わりに、コイル状のスプリングでも同様の効果を得ることができる。使用者が足踏みペダル１１を踏むとき、その力の強さ、体重の移動に応じてフレキシブルな支持板３２が撓むことにより、左右の揺れを感じられると共に、エアスプリング３６が伸縮することにより、前後の揺れも感じられる。【００３０】以上の説明のように、本実施の形態におけるトレーニング装置は柔軟に揺動する固定台３０上に取り付けられているので、足踏み動作による体重の移動に反応して、固定台３０が変形してフレーム４、ハンドル５が左右に動いたり、上下に変動したりするので、実際に屋外で、坂道を立ちこぎで登っているような感触を味わうことができる。【００３１】（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３におけるトレーニング装置の側面図であって、フレーム４を前後により大きく傾ける機構を備えている点が実施の形態２と異なる。図１で用いた部材と同一または同様の部材には同一番号を付けて、その説明を省略する。前側の支持体はは前側支柱２と、前側支柱２に並列に直立し、相互に接続された可動支柱４０とからなる。前側支柱２上には、ハンドル５がハンドル支持体６を介して伸縮可能、回転可能に取り付けられ、後側のフレーム４上には、サドル７が伸縮可能に取り付けられている。後側の支柱３および可動支柱４０の下端には回転軸を有する固定台５０に取り付けられている。前側の支柱２と後側の支柱３を接続しているフレーム４に取り付けた固定金具を左右に貫通してクランク軸８が取り付けられ、このクランク軸８には原動側プーリー９がクランク軸８と共に回転するように取り付けられ、そしてクランク軸８の両側の突出部クランク１０を介して足踏みペダル１１が取り付けられている。【００３２】可動支柱４０はねじ付きシャフト４１と、ねじ付きシャフト４１が貫通する蓋部を備えた外側パイプ４２と、ねじ付き蓋４３を備えた内側パイプ４４からなり、外側パイプ４２は前側支柱２に固定されている。ねじ付きシャフト４１は外側パイプ４２の蓋上面にダイヤル４５を備え、蓋を貫通し、蓋の下方に固定ナット４６を備え、その下方で内側パイプ上面のねじ付き蓋４３にねじ込まれている。ダイヤル４５の回転を容易にするために、外側パイプの蓋と固定ナット４６の間にベアリング４７が挿入されている。ダイヤル４５を回転させることにより、外側パイプ４２および前側支柱２が上下に動き、フレームトレーニングの目的に応じて所望の傾斜をつけることができる。例えば、水平距離１００ｍで１０ｍの登り、つまり１０％の登り勾配の坂道に相当する訓練のためには、前後の固定台４２間の距離を１５０ｃｍとすると、可動支柱のダイヤルを回転させることにより１５ｃｍ持ち上げればよい。【００３３】本実施の形態では、フレーム前方を持ち上げるために、ねじ付きシャフトによる可動支柱を用いたが、空気圧によるジャッキを用いても同様の作用を得ることができる。また、上記の方法ではフレーム前方を持ち上げるために前側支柱に加えて可動支柱を備えているが、前側支柱を内側パイプと外側パイプの２重構造にして、前記可動支柱と同様の機構でフレーム前方を所望の高さだけ持ち上げることも可能である。【００３４】図９は本実施の形態３における固定台を示す。同図（ａ）は前方から見た断面図であり、同図（ｂ）は側方から見た断面図である。図６で用いた部材と同一または同様の部材には同一番号を付けて、その説明を省略する。固定台５０は可動支柱４０および後方支柱３を回転可能に支持するものであり、前記支柱３，４０の下端は断面が凹状に成形され、その下端が固定台上の回転軸５１にはめ込まれている。回転軸５１は左右に固定台を貫通するように取り付けられたいる。固定台５０の下面はフレキシブルな支持板３２に取り付けられ、フレキシブル基板の両端下面にはゴム製の台座３３が取り付けられている。【００３５】ランニングのトレーニングでも平坦道と登り坂とでは使う筋肉部位の比率が異なるのと同様に、バイクトレーニングでも平坦道と登り坂とのトレーニングでは使う筋肉部位の比率が異なる。これは坂道を登るとき、自転車が傾斜して前方部分が上がることにより、平坦道の走行時にはあまり使わない筋肉部位が使われる。よって、本実施の形態は自転車の前方ハンドル部分を上げ、傾斜を付けることにより室内で坂道走行と同様の筋力アップのトレーニングを可能にするものである。
【産業上の利用の可能性】
【００３６】  本発明によるトレーニング装置は低騒音で滑らかなペダル間隔が得られ、且つメンテナンスフリーであるので、室内でのトレーニング装置として特に有用である。また、ベースフレームはフレキシブルな固定台に配設されているため、使用者の身体の動き、力の入れかたに呼応してハンドルやベースフレームが揺動するので、臨場感を味わいながらトレーニングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるトレーニング装置の側面図。
【図２】本発明の実施の形態１におけるアイドラの平面図。
【図３】本発明の実施の形態１におけるアイドラ１３近傍の拡大図。
【図４】「従動側プーリーの周速／原動側プーリーの周速」を「プーリー１２とベルト１１間の接触角」の関係を示すプロット図。
【図５】ハンドル５とハンドル支持体６との接続部の拡大図。
【図６】本発明の実施の形態２における自転車トレーニング装置用固定台。
【図７】本発明の実施の形態２におけるもう一つの自転車トレーニング装置用固定台。
【図８】本発明の実施の形態３におけるトレーニング装置用の側面図。
【図９】本発明の実施の形態３におけるトレーニング装置用固定台。
【符号の説明】
１  固定台。
２  前側支柱。
３  後ろ側支柱。
４  フレーム。
５  ハンドル。
６  ハンドル支持体。
７  サドル。
８  クランク軸。
９  原動側プーリー。
１０  クランク。
１１  足踏みペダル。
１２  溝付きベルト。
１３  従動側プーリー。
１４  アイドラ。
１５  制動装置。
１６  負荷調節レバー。
１７  アイドラ固定基板。
１８  アイドラ取り付け穴。
１９  ベアリング軸。
２０、２２  ベアリング。
２３  ハンドルの軸
２４  ねじ付き蓋
２５  ゴムパッキン
３０  自転車トレーニング装置用固定台。
３１  ベースバー。
３２  フレキシブル支持板。
３３  ゴム製台座。
３５  自転車トレーニング装置用固定台。
３６  エアスプリング。
４０  可動支柱
４１  ねじ付きシャフト
４２  外側パイプ
４３  ねじ付き蓋
４４  内側パイプ。
４５  ダイヤル
４６  固定ナット
４７  ベアリング
５０  固定台
５１  回転軸
【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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【図８】
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【図９】
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