(57)【要約】【課題】簡易な構成で、回転砥石の切断角度を調整できる切断装置を得る。【解決手段】切断装置１０は、被切断物Ｍに対して進退自在に架台１２上を水平移動する本体ユニット１８を有する。本体ユニット１８は、架台１２上に摺動自在に載置した下部ユニット２０と、下部ユニット２０に載置され、被切断物Ｍに臨む前端部に前記回転砥石４０を配設すると共に、後端部を支持軸３２を介して下部ユニット２０に軸支した上部ユニット３０とを備える。本体ユニット１８に配設された駆動部材５０で、支持軸３２を支点として、上部ユニット３０の前端部を前記下部ユニット２０に対して上下に傾動させる。回転砥石４０を被切断物Ｍに対して進退および上下移動させることで、所要の切込み量を保ちつつ、回転砥石４０で被切断物Ｍを所要の切断角度θで切断し得るようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
架台(12)上を水平に進退移動する本体ユニット(18)と、この本体ユニット(18)に設けた回転砥石(40)とからなり、該回転砥石(40)の回転軸(42)と平行に位置させた被切断物(M)を本体ユニット(18)の前進操作により砥石切断するようにした切断装置において、
前記本体ユニット(18)を、
前記架台(12)上を水平に移動する下部ユニット(20)と、
後端部が支持軸(32)を介して前記下部ユニット(20)の上方に軸支されると共に、前端部に前記回転砥石(40)が配設された上部ユニット(30)と、
前記上部ユニット(30)を前記支持軸(32)よりも前方で支持し、該支持軸(32)を支点として該上部ユニット(30)を前記下部ユニット(20)に対して、斜め上方または下方へ傾動させる駆動部材(50)とから構成した
ことを特徴とする切断装置。
【請求項２】
前記回転砥石(40)を回転駆動する駆動手段(36)は、前記支持軸(32)より前端部側の前記上部ユニット(30)に載置される請求項１記載の切断装置。
【請求項３】
前記上部ユニット(30)における前記回転砥石(40)の軸方向に沿う方向への移動を抑えるクランプ手段(60)を設けた請求項１または２記載の切断装置。
【請求項４】
前記回転砥石(40)による被切断物(M)の切断位置(P)より回転方向下流側に、該回転砥石(40)の刃先に向けて冷却用の流体を供給するノズル(46)を配設した請求項１〜３の何れかに記載の切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転砥石を用いて鋼材等を切断する切断装置に関し、更に詳細には、回転砥石を被切断物に対して適切な切断角度に臨むよう調整し得る切断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼材や棒鋼等の被切断物を所定の長さに切断する方法として、シャー切断や回転砥石・バイト等の切削工具やガス溶断等の様々な切断方法がある。このうち、高速回転させた回転砥石で被切断物を砥石切断する方法は、適用鋼種が広く、焼入れされた鋼等を切断することも可能であり、切断速度が速く、複数の被切断物を一度に切断できることや、良好な切断面が得られること等の多くのメリットがあるので、大型ないし小型な被切断物において広く実施されている。
【０００３】
回転砥石を用いる切断方法において、該回転砥石の被切断物に対する切断角度を適切に調整することで、被切断物の斜め切りや砥石割れを抑制しつつ、高効率で被切断物を切断し得る方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。回転砥石は、他の切削工具と比較して激しく摩耗するため、切断作業を続けるうちに外径が小さくなり、該回転砥石と被切断物との当接部位である材料切断点(切断位置)が変化するため、切断角度も変化することになる。そこで、前記特許文献１では、回転砥石を所定の回転数で回転させつつ前進移動させると共に、該回転砥石を昇降移動させることで、所定位置にセットした被切断物を適切な切断角度で切断できるよう構成した切断装置が採用されている。なお、図５に示すように、切断角度θとは、回転砥石４０の軸心Ｏおよび材料切断点Ｐを結ぶ線と、軸心Ｏの垂直線とがなす角度を指す。
【０００４】
特許文献１に開示された切断装置は、ランアウトテーブル上を移送されてきた長尺な被切断物を跨ぐ水平フレームおよびこの水平フレームを支持する複数本の脚フレームからなる門形フレームと、該水平フレームに吊持され、回転砥石を備えた走行ユニットと、該脚フレームに配設され、走行ユニットを吊持した水平フレーム全体を昇降させる昇降シリンダとから構成される。そして、前記走行ユニットを前記水平フレームに吊持した状態で水平移動させると共に、該水平フレームを所定ストローク分だけ昇降させて、被切断物に対して回転砥石の相対的な位置を変化させることで、適切な切断角度に設定し得るようになっている。
【０００５】
また、被切断物に対して進退自在に移動する本体の上に設置されたアームの一端に回転砥石を配設し、他端に設けた油圧シリンダ等の昇降手段により該アームの略中間部位に設けた支軸を揺動支点として、回転砥石の位置を上下方向に揺動可能に構成したシーソー形の切断装置も提案されている(例えば、特許文献２参照)
【特許文献１】特開平１０−６２０３号公報
【特許文献２】特開平９−２２５８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示された切断装置は、回転砥石を備えた走行ユニットを吊持する構成のため、広範囲に回転砥石を移動させることができるメリットがある。しかし、回転砥石および該回転砥石を回転させる駆動手段を備えた重量のある走行ユニットを門形のフレームに吊持する構成のため、荷重に対して剛性の高いフレームが必要となり、設備が重厚になってしまう問題が指摘される。また、バランスよく昇降させるために各脚フレームに昇降シリンダが必要であり、更に設備コストの上昇を招いてしまう。これに対し、特許文献２に開示された切断装置は、回転砥石を備えたアームを略中央部で軸支してシーソー型にすることで、昇降手段を簡易にできるメリットがあるが、シーソー型であるが故に、切断時の反力に対して安定せず、別にぶれ止め機構を設ける必要があった。すなわち、昇降手段は簡易にできる反面、その他のぶれ止め機構等の構成が複雑になるため、設備コストが上昇してしまう難点があった。
【０００７】
すなわちこの発明は、従来の技術に係る切断装置に内在する前記問題に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、簡易な構成で、被切断物に対する回転砥石の切断角度を適切な位置に調整し得る切断装置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】
【０００８】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係る切断装置は、
架台上を水平に進退移動する本体ユニットと、この本体ユニットに設けた回転砥石とからなり、該回転砥石の回転軸と平行に位置させた被切断物を本体ユニットの前進操作により砥石切断するようにした切断装置において、
前記本体ユニットを、
前記架台上を水平に移動する下部ユニットと、
後端部が支持軸を介して前記下部ユニットの上方に軸支されると共に、前端部に前記回転砥石が配設された上部ユニットと、
前記上部ユニットを前記支持軸よりも前方で支持し、該支持軸を支点として該上部ユニットを前記下部ユニットに対して、斜め上方または下方へ傾動させる駆動部材とから構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る切断装置によれば、上部ユニットの後端部を傾動支点として、回転砥石を備えた上部ユニットを駆動部材で上下動させる構成としたので、簡易な構成で回転砥石を適切な切断角度に調整し得る機構を構成し、設備コストの低減化を図ることができる。また、回転砥石が設けられた上部ユニットの前端部に荷重が加わるように構成されているので、切断時の反力を抑えて上下にぶれることを防止することができ、切断の安定化を図り、切断効率を向上させ得る。そして、クランプ手段により上部ユニットにおける回転砥石の軸方向に沿う左右方向のぶれも防止することができ、更に切断の安定化を図り得る。更に、回転砥石による切断位置の近傍の刃先に冷却用の流体を供給するノズルを配設することで、常に刃先を冷却することができるため、回転砥石に対する熱負荷を軽減し、該回転砥石の強度低下を抑制する効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明に係る切断装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。
【実施例】
【００１１】
図２に示すように、鋼材や棒鋼等の長尺な被切断物Ｍは、ローラコンベヤ等の移送手段Ａ上を、該移送手段Ａの幅方向(移送方向に直交する方向)に複数本並べた状態で、移送方向にその長手方向を延在させて移送される。図１〜図４に示すように、実施例の切断装置１０は、被切断物Ｍを移送する移送手段Ａの移送方向と長辺の延在方向を直交させて設置した矩形状の架台１２と、この架台１２に載置され、被切断物Ｍに対して水平に進退移動する本体ユニット１８とから基本的に構成されている。前記架台１２の上面には、被切断物Ｍの移送方向と直交する該架台１２の長手方向に延在する２条のレール１４,１４が、被切断物Ｍの移送方向に離間して平行に延設している。なお、説明の便宜上、被切断物Ｍの移送方向と直交する方向を前後方向と云い、前記切断装置１０における被切断物Ｍに臨む側を前側とする。
【００１２】
前記本体ユニット１８は、前記架台１２に摺動自在に載置される下部ユニット２０と、この下部ユニット２０に後端部を支持軸３２で軸支され、前端部に回転砥石４０を回転自在に備えた上部ユニット３０と、支持軸３２を支点として該上部ユニット３０の前端部を下部ユニット２０に対して上下に傾動させる駆動部材５０とから構成されている。前記下部ユニット２０は、その上部に前記上部ユニット３０が載置されて前記本体ユニット１８のベース部分をなす部位であって、前記架台１２の上面に延設された前記レール１４,１４に夫々対応して嵌合可能なスライダ２２が、該下部ユニット２０の下面における前側および後側に複数配設されている。そして、各スライダ２２を各レール１４に嵌め合わせて前記架台１２に載置された下部ユニット２０は、前記架台１２に配設された流体圧シリンダ等の移動手段１６に付勢されて、該架台１２のレール１４,１４に沿って水平に移動するよう構成される。すなわち、前記本体ユニット１８は全体として、被切断物Ｍの移送方向に対して直交する方向に進退移動するようになっている(図３参照)。
【００１３】
前記上部ユニット３０は、前記下部ユニット２０に載置されると共に、該下部ユニット２０より前側に延出したフレーム３１を本体として、該フレーム３１における被切断物Ｍ側に臨む前端部に配設されてギヤ等の減速機構が収容されたヘッド３４と、後端部に配設されて被切断物Ｍの移送方向と平行に延在する支持軸３２とを備える。また、前記フレーム３１の後端側で、支持軸３２の配設位置より前端部側には、モータ等の駆動手段３６が載置され、一端を駆動手段３６に接続した前後方向に延在するシャフト３８を介して、前記ヘッド３４に該駆動手段３６の回転駆動力を伝達するようになっている。前記ヘッド３４の側部には、円盤状の回転砥石４０が回転自在に配設され、その回転軸４２が移送方向に平行に延在している。前記回転砥石４０は、前記ヘッド３４に配設した前記回転軸４２に固定したフランジ４４,４４で挟持され、着脱自在に固定される。そして、前記シャフト３８を介して前記ヘッド３４に伝達された前記駆動手段３６の回転駆動力により、該ヘッド３４の減速機構を介して前記回転軸４２を回転させて、前記回転砥石４０を所要の回転数で回転させるよう構成される。なお、前記回転砥石４０の回転数は、図示しない制御手段で任意の回転数に調整し得るようになっている。
【００１４】
前記上部ユニット３０は、前記フレーム３１の後端部に設けられた前記支持軸３２を、前記下部ユニット２０における左右方向(被切断物Ｍの移送方向)に離間して設けられた一対の軸受２４,２４に回動可能に保持されている。また、前記下部ユニット２０の前端部には、一端が該下部ユニット２０の上面に揺動自在に保持されると共に、他端が前記上部ユニット３０におけるフレーム３１における前記支持軸３２の配設位置より前端部側(前方)に揺動自在に保持された流体圧シリンダ等を用いた駆動部材５０が配設されている。すなわち、前記駆動部材５０の伸縮により、前記下部ユニット２０の軸受２４,２４に軸支された前記支持軸３２を支点として前記上部ユニット３０が斜め上方または下方に傾動し、被切断物Ｍに臨む前記ヘッド３４側が上下動するにつれて、前記回転砥石４０が上下に変位し得るよう構成されている(図３参照)。
【００１５】
図１または図２に示すように、前記本体ユニット１８の左右両側部には、前記回転砥石４０(上部ユニット３０)の軸方向のぶれを抑制するため、クランプ部６２、クランプシリンダ６４およびクランプ板６８からなるクランプ手段６０が夫々設けられている。すなわち、前記上部ユニット３０におけるフレーム３１を挟んで前記下部ユニット２０から立設した一対のクランプ部６２,６２が設けられ、該フレーム３１を左右から保持している。また、各クランプ部６２には、前記上部ユニット３０の傾動軌跡に合わせて長孔６５が夫々開設され、各クランプ部６２に対応して上部ユニット３０に設置された各クランプシリンダ６４から突出するピン６６が該長孔６５に挿通されると共に、該ピン６６の先端に固定されたクランプ板６８がクランプ部６２の外側面に摺接している。そして、前記回転砥石４０で被切断物Ｍを切断する際に、前記両クランプシリンダ６４,６４を作動すると、ピン６６,６６が前記上部ユニット３０側に引き込まれ、前記クランプ板６８,６８でクランプ部６２,６２を押圧することで、上部ユニット３０がクランプ部６２,６２に固定されるようになっている。これにより、前記上部ユニット３０における左右方向(回転砥石４０の軸方向に沿う方向)の揺動が規制される。なお、前記上部ユニット３０が上下動する時には、クランプ手段６０,６０による押圧状態が解除され、上部ユニット３０の上方または下方への傾動変位が許容される。
【００１６】
また、前記回転砥石４０を覆う図示しないカバーに、該回転砥石４０の刃先を冷却するための冷却用の流体を供給する複数のノズル４６が設けられている(図１または図４参照)。前記ノズル４６は、前記回転砥石４０の下部における該回転砥石４０による被切断物Ｍの切断位置より回転方向下流側の刃先部分に近接する側部に、該ノズル４６の開口部を臨ませて配設されている。より具体的には、前記ノズル４６は、前記回転砥石４０の軸心からの垂直線と該回転砥石４０の外周縁が交差する点付近であって、被切断物Ｍ側の４半円における円弧をなす刃先部分の側面に冷却水を供給するように構成される。更に、別のノズル４６が前記回転砥石４０の下方に、該ノズル４６を刃先と対向して配設されている。
【００１７】
図１または図３に示すように、前記切断装置１０は、被切断物Ｍに対して、前記本体ユニット１８の前後位置を調節すると共に、該上部ユニット３０の傾動角度を調節することで、上部ユニット３０に備えた回転砥石４０における下部前側の円弧をなす刃先部分が被切断物Ｍに臨むようになっている。ここで、被切断物Ｍに対する前記回転砥石４０の切込み量Ｋは、適宜に設定されると共に、前記被切断物Ｍと回転砥石４０とが当接する材料切断点(切断位置)Ｐおよび回転砥石４０の軸心Ｏを結ぶ線と、この軸心Ｏを通る垂直線とがなす切断角度θは、５０°以下になるように設定される。そして、前記移動手段１６を前進操作することで、前記本体ユニット１８が前記架台１２上をレール１４,１４に沿って前進移動し、該本体ユニット１８の前端部に配設された回転砥石４０が移送手段Ａ上の被切断物Ｍを横切るようになっている。なお、前記切込み量Ｋは、前記被切断物Ｍの載置面と、前記回転砥石４０の軸心Ｏからの垂直線が該回転砥石４０の外周縁と交わる点との落差を示す(図５または図６参照)。
【００１８】
〔実施例の作用〕
次に、実施例に係る切断装置の作用について説明する。図５に示すように、例えば、断面円形の被切断物Ｍを回転砥石４０で切断する際、該回転砥石４０と被切断物Ｍとが当接する材料切断点Ｐにおいて、この回転砥石４０の回転方向に対して接線方向に逆向きの反力Ｆ１が作用すると共に、回転砥石４０を前進移動させる力Ｆに対して後向きの反力Ｆ２が作用しているものと考えられる。この２つの反力の合成反力(切断負荷)Ｆｂが材料切断点Ｐから回転砥石の軸心Ｏに向かう方向に作用して、この切断負荷Ｆｂが過大になると、回転砥石４０を曲げ変形させたり、被切断物Ｍを斜め切り等するので、切断効率を低下させている。この切断負荷Ｆｂを軽減するためには、切断角度θをできるだけ小さく、かつ切込み量Ｋを最小値で保つことが有効である。図６は、前記回転砥石４０の切込み量Ｋを一定に保った場合、切断負荷比率(Ｆｂ／Ｆ)と回転砥石４０の外径との関係、および切断角度θと回転砥石４０の外径との関係を示すグラフである。図６から明らかなように、切込み量Ｋを最小値で保持すると切断負荷比率は、比較的低い値で推移し、回転砥石４０の外径が大きくなると低下する。なお、前記切断角度θが小さくなるにつれて回転砥石４０に対する切断負荷Ｆｂは小さくなるため、切断角度は極力小さくすることが望ましい。
【００１９】
ここで、図７に示すように、切断時に前記回転砥石４０を昇降させない場合、回転砥石４０の最大径４０ａから最小径(廃棄径)４０ｂまで無駄なく切断に利用しようとすると、切込み量Ｋを大きく設定する必要がある。すると、被切断物Ｍと回転砥石４０の側面とが、常に同じ位置で接触するため、該回転砥石４０の側面が摩耗して強度が低下し、回転砥石４０の反りの原因となる。なお、このときの切断角度θは大きくなってしまう。図８は、前記回転砥石４０を水平のみに移動させた場合における切断負荷比率(Ｆｂ／Ｆ)と回転砥石４０の外径との関係、および切断角度θと回転砥石４０の外径との関係を示すグラフである。図８から明らかなように、切断角度θおよび切断負荷比率は、回転砥石４０の外径が大きくなるにつれて増大していく。
【００２０】
前述したように、前記回転砥石４０における切断効率を向上させるには、前記切断負荷Ｆｂが小さくなるようにすればよく、要するに切断角度θが小さくなるように設定すればよい。すなわち、切断角度θを小さくするためには、被切断物Ｍに対する前記回転砥石４０の切込み量Ｋを小さくすればよい。実施例の切断装置１０は、移動手段１６を前進操作することで、前記架台１２のレール１４,１４に沿って本体ユニット１８を被切断物Ｍに対して前後方向に移動可能である。また、前記本体ユニット１８の上部ユニット３０は、その後端部に設けられた支持軸３２を支点として上下に傾動され、前記回転砥石４０を備えたヘッド３４側を被切断物Ｍに対して昇降させることが可能である。すなわち、前記上部ユニット３０を配設した本体ユニット１８を進退移動すると共に、該上部ユニット３０を上下に傾動させることで、前記回転砥石４０の被切断物Ｍに対する相対的な位置を任意に設定することが可能である。
【００２１】
従って、被切断物Ｍを切断する場合、前記切断装置１０は、前記本体ユニット１８に配設した上部ユニット３０を上下に傾動させることで、回転砥石４０を被切断物Ｍに対して、被切断物Ｍの外径(大きさ)または形状等を鑑みて切込み量Ｋが最小値になるよう設定した状態でセットすると共に、前記移動手段１６で本体ユニット１８を前進させて、回転砥石４０を被切断物Ｍに当接させる。このとき、切込み量Ｋが規定されているので、切断角度θは所要の角度に設定される。そして、切断作業を開始すると、前記駆動手段３６の回転駆動力が回転砥石４０に伝達され、該回転砥石４０が所定回転数で回転すると共に、前記移動手段１６の前進付勢により本体ユニット１８が前進し、上部ユニット３０の前端部に配設された回転砥石４０が被切断物Ｍを横切る方向に移動する。被切断物Ｍの切断が進行するにつれて、回転砥石４０が摩耗して外径が小さくなっていくが、図示しない検知手段または制御手段、またはこれらの組合わせにより、前記回転砥石４０の外径の変化に応じて、前記上部ユニット３０の傾動角度を調整して回転砥石４０を被切断物Ｍに対して昇降移動させることで、該回転砥石４０の切込み量Ｋを一定に維持する。このように、前記切断装置１０は、前記回転砥石４０を外径に応じて昇降させて、被切断物Ｍに対する回転砥石４０の切込み量Ｋを小さく設定することで、切断の際には刃先付近で常に被切断物Ｍに接触するため、該回転砥石４０の側面における摩耗は抑制され、回転砥石４０が反り難くなると共に、被切断物Ｍの斜め切りや砥石割れを抑制しつつ、高効率で被切断物Ｍを切断し得る。
【００２２】
前記切断装置１０は、前記上部ユニット３０の後端部側を傾動支点として、回転砥石４０を備えるヘッド３４側を昇降させるよう構成することで、該上部ユニット３０を昇降させるための設備を簡易にすることが可能である。すなわち、実施例の切断装置１０では、上部ユニット３０を１基の駆動部材５０で安定的に昇降することができる。また、前記切断装置１０を吊持する構成でないから、荷重に対するフレーム３１等の補強を簡易にすることができるため、設備コストを削減できる。
【００２３】
更に、前記上部ユニット３０が、前記フレーム３１の後端部側に配設された支持軸３２を支点として、該支持軸３２より前端部側を駆動部材５０で支持して回転砥石４０を設けたヘッド３４側を昇降する片持ち支持構造となっているため、該上部ユニット３０の荷重はヘッド３４側に偏在している。すなわち、前述したように被切断物Ｍの切断時において、前記回転砥石４０は上方向への反力を受けるが、前記ヘッド３４側に偏在する荷重がこの反力に対する抗力となって上下方向のぶれを抑制し、切断を安定させる作用を奏する。また、前記駆動手段３６を上部ユニット３０における支持軸３２より前端部側のフレーム３１に載置しているため、この荷重を利用して更に切断の安定化を図ることができる。
【００２４】
そして、前記上部ユニット３０の両側部にクランプ手段６０,６０を設けることで、被切断物Ｍの切断の際に、前記回転砥石４０を備えた上部ユニット３０の左右方向のぶれを抑制することができ、被切断物Ｍの斜め切り等を防止して、高効率で被切断物Ｍを切断し得る。
【００２５】
前述したように、切断時に前記回転砥石４０は、外径に合わせて上部ユニット３０を昇降させることで、常に一定の切込み量Ｋを保つように設定されている。実施例の切断装置１０は、前記回転砥石４０を覆うカバーに、該回転砥石４０の下部における刃先部分に近接する側部に、ノズル４６の開口部を臨ませて配設しているため、常に材料切断点Ｐに近接する刃先部分に冷却水を供給することができる。しかも、前記回転砥石４０の切込み量Ｋは、常に一定しているため、該回転砥石４０の外径が変化しても冷却水のかかり量は変化することがない。すなわち、切断の際に前記回転砥石４０を適切に冷却することができるので、該回転砥石４０に対する熱負荷を軽減し、該回転砥石４０の強度低下を抑制することができる。従って、前記回転砥石４０の回転速度を上げることが可能となり、該回転砥石４０の自生作用を抑制し、切断面積比を向上させることができる。なお、切断面積比とは、被切断物Ｍの総切断面積と回転砥石４０の摩耗面積との比である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の好適な実施例に係る切断装置を示す側面図である。
【図２】実施例の切断装置を示す平面図である。
【図３】実施例の切断装置の待機状態および変位状態を示す側面図である。
【図４】実施例の切断装置を示す図１のＩ矢視図である。
【図５】実施例の切断装置における回転砥石を示す側面図である。
【図６】実施例の切断装置における回転砥石の外径に対する切断負荷比率および切断角度の推移を示すグラフ図である。
【図７】従来の切断方法を示す側面図である。
【図８】従来の切断方法における回転砥石の外径に対する切断負荷比率および切断角度の推移を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００２７】
１２  架台
１８  本体ユニット
２０  下部ユニット
３０  上部ユニット
３２  支持軸
３６  駆動手段
４０  回転砥石
４２  回転軸
４６  ノズル
５０  駆動部材
６０  クランプ手段
Ｍ  被切断物
Ｐ  材料切断点(切断位置)
【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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