(57)【要約】  【課題】  シューのエッジ部がカム面に喰い込んでしまったり、カム面上を引っ掻いてしまったりするのを確実に防止できるシューを備えたラジアルピストン型流体回転機械を提供する。  【解決手段】  カム面１３に接触する摺動部２３の摺動面２４には、油溝２６が形成され、同油溝２６には、シリンダボア７内の圧油が連通孔１５、貫通孔２５を介して供給されている。摺動部２３における周方向の形状は、軸部２２との連結部近傍における曲率半径よりも、先端部２８近傍における曲率半径及び後端部２９近傍における曲率半径が小さな曲率半径となるように構成され、先端部２８近傍及び後端部２９近傍においては、先端部２８又は後端部２９に近づくにつれて曲率半径が小さくなるように構成されている。また、摺動部２３におけるラジアル方向の厚みは、軸部２２との連結部側における厚みよりも先端部２８、後端部２９側における厚みの方が薄く形成されている。  【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム面と、前記カム面との間で相対回転するシリンダブロックと、
前記シリンダブロックのラジアル方向に形成された複数のシリンダ孔内を、それぞれ往復摺動する複数のピストンと、
前記各ピストンに連結され、前記カム面に対して回動可能に摺接して摺動する摺動部を有するシューと、
を備えたラジアルピストン型流体回転機械において、
前記摺動部におけるラジアル方向の厚みが、前記ピストンとの連結部側における厚みよりも円周方向での端部側における厚みの方が薄く形成されてなることを特徴とするラジアルピストン型流体回転機械。
【請求項２】
カム面と、前記カム面との間で相対回転するシリンダブロックと、
前記シリンダブロックのラジアル方向に形成された複数のシリンダ孔内を、それぞれ往復摺動する複数のピストンと、
前記各ピストンに連結され、前記カム面に対して回動可能に摺接して摺動する摺動部を有するシューと、
を備えたラジアルピストン型流体回転機械において、
前記摺動部の円周方向における端部が、隣接する前記シューの端部同士が最も近接したときに、前記端部同士が非接触状態で嵌め合う形状に形成されてなることを特徴とするラジアルピストン型流体回転機械。
【請求項３】
カム面と、前記カム面との間で相対回転するシリンダブロックと、
前記シリンダブロックのラジアル方向に形成された複数のシリンダ孔内を、それぞれ往復摺動する複数のピストンと、
前記各ピストンに連結され、前記カム面に対して回動可能に摺接して摺動する摺動部を有するシューと、
を備えたラジアルピストン型流体回転機械において、
前記摺動部の円周方向における曲率半径が、前記ピストンとの連結部側における曲率半径よりも円周方向での端部側における曲率半径の方が小さく形成されてなることを特徴とするラジアルピストン型流体回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアルピストン型流体回転機械としてのラジアルピストン型ポンプ、ラジアルピストン型モータ又はラジアルピストン型両振りポンプ・モータ等において、特に、カム面に摺接して摺動するシューに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からラジアルピストン型流体回転機械においては、カムリング又はハウジング内周面によってカム面が形成されている。これらのカム面に摺接しながら摺動するシューは、カム面との接触面積を最大に形成するため、隣接するシューの端部同士が最も近接したときに取り得る長さを最大長さとして形成され、シューの接触面側からの底面視において周囲が直方形の形状に形成されている。また、シューの接触面としては円筒状の支承表面に形成されている。
【０００３】
従来から用いられているラジアルピストン型流体回転機械としては、ラジアルピストン装置（特許文献１参照。）などがある。特許文献１に記載されたラジアルピストン装置は、本発明の従来例として図４にその断面図を示している。図４に示すようにラジアルピストン装置では、バルブ作用を奏するピントル４２がケーシング４１内に密閉収容されている。ピントル４２には、入口溝４５、出口溝４６及びこれらにそれぞれ連通する入口通路４３、出口通路４４が形成されている。
【０００４】
入口溝４５及び出口溝４６は、密閉部分４７、４８によって相互に分離された構成となっている。シリンダブロック４９は、ピントル４２に対して回転自在に嵌合している。シリンダブロック４９には、放射状に延びる多数のシリンダ孔５０が穿設されている。各シリンダ孔５０の底部５１には開口部５２が形成され、各開口部５２はシリンダブロック４９の回転にともなって入口溝４５及び出口溝４６と選択的に連通する。
【０００５】
各シリンダ孔５０には、ピストン５３が摺動自在に収納されている。ピストン５３は、球形ピストンヘッド５４、ピストン溝５５、ピストン首５６及びピストンシュー５７が一体となって構成されている。ピストンシュー５７は、ケーシング４１内に配設されたカムリング６０のカム面に沿って摺動することができる。ピストンシュー５７のカムリング６０との摺動面における形状は、図５に示すように、周囲が長方形の形状に形成され、図４に示すように円筒状の支承表面を有した構成となっている。
【０００６】
図４に示すように、球形ピストンヘッド５４及びピストン首５６の形状に対する対象面を中心面Ａ−Ａとしたとき、支承表面は図５で示すように、中心面Ａ−Ａに対して前方側の支承表面部分５８が中心面Ａ−Ａに対して後方側の支承表面部分５９よりも大きな面積となるように形成されている。
【０００７】
即ち、シュー５７は、球形ピストンヘッド５４及びピストン首５６に対して非対称な配置となるように構成されている。これによって、後方側の支承表面部分５９における揚力は、前方側の支承表面部分５８における揚力よりも幾分高く構成することができる。
【特許文献１】特開平３−１１５７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示すように従来のシューは、周囲が長方形の形状に形成されているため、シューの周方向における長さとしては、隣接するシューの端部同士が最も近接したときにおいて取り得る長さ以上の長さとすることはできなかった。また、例えば、カム面がカムリングによって構成されており、カムリングが油圧によって変形した場合には、シューのカム面に接触する接触面形状は、変形したカム面の形状とは異なった形状となる。このため、シューはカム面から浮き上がることになる。
【０００９】
このようにしてシューの回転方向で不測の事態が発生して、シューの浮き上がりが生じた場合には、シューの前方側における先端部側のエッジ部によって、カム面上を引っ掻いたり、カム面に喰い込んでしまう事態が起き易くなる。また、シュー面とカム面の撓みによって局部的な当接状態が発生して面圧が局部的に高くなり、局部的に面圧が高くなった部位が、カム面上を引っ掻いたり、カム面に喰い込んでしまう事態が起き易くなる。あるいは、シューの後方側における後端部側のエッジ部が、カム面上を引っ掻いてしまう事態が起き易くなる。
【００１０】
シューのエッジ部がカム面に喰い込んでしまうと、シューは摺動方向にツマヅいてしまう形となる。シューはシリンダブロックの回転と共に回転を行っているので、シューが摺動方向にツマヅいてしまう形になると、シューを変形させる変形力がシューに対して作用することになる。この変形力によって、シューの破損を誘発してしまうことになる。また、シューのエッジ部がカム面上を引っ掻いたりすると、シューのエッジ部によってシューとカム面との間に形成されていた潤滑面を擦り取ってしまうことになる。エッジ部による潤滑面の擦り取りによって、シューのカジリ、焼付けが発生する。
【００１１】
特許文献１のラジアルピストン装置では、シリンダブロック４９の回転方向を一方向に限定しているため、シリンダブロック４９を逆方向に回転させて使用することはできない。また、後方側の支承表面部分５９における揚力を前方側の支承表面部分５８における揚力よりも幾分高く構成しているので、シューの浮き上がりが発生した場合でも、シューの後方側における後端部のエッジ部がカム面上を引っ掻くのを防止することができる。しかし、逆にシューの後端部側が持ち上げられてしまう姿勢となるため、シューの先端部のエッジ部がカム面に喰い込んでしまう状況がより強く発生する。
【００１２】
本発明では、シューのエッジ部及びシュー面が、カム面に喰い込んでしまったり、カム面上を引っ掻いてしまったりするのを確実に防止できるシューを備えたラジアルピストン型流体回転機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の課題は請求項１〜３に記載された各発明により達成することができる。◇
即ち、カム面と、前記カム面との間で相対回転するシリンダブロックと、前記シリンダブロックのラジアル方向に形成された複数のシリンダ孔内を、それぞれ往復摺動する複数のピストンと、前記各ピストンに連結され、前記カム面に対して回動可能に摺接して摺動する摺動部を有するシューと、を備えたラジアルピストン型流体回転機械において、第１発明では、前記摺動部のラジアル方向における厚みが、前記ピストンとの連結部側における厚みよりも円周方向での端部側における厚みの方が薄く形成されてなることを最も主要な特徴となしている。
【００１４】
また、第２発明では、前記摺動部の円周方向における端部が、隣接する前記シューの端部同士が最も近接したときに、前記端部同士が非接触状態で嵌め合う形状に形成されてなることを他の最も主要な特徴となしている。
【００１５】
更に、第３発明では、前記摺動部の円周方向における曲率半径が、前記ピストンとの連結部側における曲率半径よりも円周方向での端部側における曲率半径の方が小さく形成されてなることを更に他の最も主要な特徴となしている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１発明では、例えば、カム面がカムリングによって構成されていて、例えば、シリンダ内の油圧によるピストン、ピストンシューの押圧力によってカムリングが変形したとしても、シューの摺動部はカムリングの変形に対応して、変形したカム面に沿うように変形することができる。これにより、摺動部はカムリングの変形を吸収して変形し、シューのカム面からの浮き上がりを防止することができる。
【００１７】
また、第２発明のように摺動部の周方向における長さを長くすることで、周方向の端部側における変形を行い易くすることができる。これにより、カム面に接触する摺動部における接触面を撓ませた状態でカム面に接触させることができ、接触面における面圧を接触面全面に亘って均一に、しかも前記面圧を下げることができる。また、周方向の端部におけるエッジ部が、カム面上を引っ掻いたり、カム面に喰い込んでしまうことを防止できる。
【００１８】
更に、第３発明のように、摺動部の円周方向における端部側での曲率半径を、円周方向における中央部側での曲率半径よりも小さく構成することで、周方向の端部におけるエッジ部が、カム面上を引っ掻いたり、カム面に喰い込んでしまうことを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて以下において具体的に説明する。本発明は、例えば、ラジアルピストン型ポンプ、ラジアルピストン型モータまたはラジアルピストン型ポンプ・モータ等のラジアルピストン型流体回転機械に対して好適に適用することができる。尚、ラジアルピストン型流体回転機械としては、固定容量型、可変容量型の流体回転機械が包含されているものである。
【００２０】
本発明のラジアルピストン型流体回転機械の構成としては、以下で説明する形状、配置構成以外にも、本発明の課題を解決することができる形状、配置構成であれば、それらの形状、配置構成を採用することができるものである。このため、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではなく、多様な変更が可能である。
【実施例】
【００２１】
図１には、本発明の実施形態に係わるラジアルピストン型ポンプ・モータ１の概略縦断面を示している。ケーシング２内には、偏芯カムリング３が配設されており、偏芯カムリング３の内側にはシリンダブロック４が回転可能に配設されている。シリンダブロック４にはそのラジアル方向に複数のシリンダボア７が形成され、各シリンダボア７内にはピストン５が摺動可能に配せられている。
【００２２】
ピストン５には、シュー６が回動自在に連結されている。シュー６の摺動部２３は偏芯カムリング３のカム面１３に摺接し、シリンダブロック４の回転にともなって、カム面１３上を回動可能に摺動する。シュー６がカム面１３に沿って１回転摺動することで、ピストン５に対して往復運動を与えることができる。尚、符号１２は、シュー６の摺動方向を規制するリテーナである。
【００２３】
ケーシング２に配設されたピントル８は、シリンダブロック４のピントル挿入部９内に嵌入しており、シリンダブロック４を回転自在に支持している。ピントル８には、一対の吸排ポート１０、１１が形成されている。シリンダブロック４に回転によるピストン５の往復運動にともない、一対の吸排ポート１０、１１には、圧油の供給、排出が行われる。
【００２４】
図１においてケーシング２の左右方向には、シリンダ室３１ａ、３１ｂが形成されている。各シリンダ室３１ａ、３１ｂ内には、偏芯カムリング３の外周面に当接するピストン３２ａ、３２ｂがそれぞれ摺動可能に配設されている。各ピストン３２ａ、３２ｂはそれぞれバネ３３ａ、３３ｂに付勢され、各ピストン３２ａ、３２ｂの先端部は、常に偏芯カムリング３の外周面を押圧当接した状態となっている。各シリンダ室３１ａ、３１ｂには切換弁３４の切換え作動によって、油圧ポンプ３５からの圧油を供給するとともに、各シリンダ室３１ｂ、３１ａ内の圧油をタンク３６に排出することができる。
【００２５】
また、偏芯カムリング３の外周面は、ケーシング２の上下部位に形成した案内面３７に摺接している。ピストン３２ａ、３２ｂの作動により、偏芯カムリング３は案内面３７に沿って移動することができ、シリンダブロック４の回転中心に対して偏芯量を調整することができる。
【００２６】
ラジアルピストン型ポンプ・モータ１では、ピントル８の吸排ポート１０、１１のうち一方のポートから高圧の圧油が供給されて、同圧油によってシリンダブロック４内のピストン５が押圧され、シリンダブロック４を回転させるときには、モータとして機能することができる。このとき、シリンダボア７内で圧縮された圧油は、吸排ポート１０、１１のうち他方のポートからタンク等に排出される。
【００２７】
また、シリンダブロック４が外部からの駆動力により回転駆動され、シリンダブロック４の回転にともなうピストン５の膨張工程でピントル８の吸排ポート１０、１１の一方からの圧油をシリンダボア７内に吸入し、ピストン５の圧縮工程でシリンダボア７内の圧油を圧縮して、ピントル８に高圧となった圧油を吸排ポート１０、１１の他方から排出するときには、ポンプとして機能する。
【００２８】
図２には、ピストン８、シュー６及びカム面との関係を示す要部拡大図を示している。シュー６は、ピストン８に形成した凹部１６に回動自在に嵌合する球状部２１と、偏芯カムリング３のカム面１３上を摺動する摺動部２３と、球状部２１と摺動部２３とを連結する軸部２２を備えた構成となっている。
【００２９】
凹部１６に収納した球状部２１が凹部１６から抜け出るのを防止するため、凹部１６の一部がかしめられた形に構成されている。また、凹部１６の底部側には、連通孔１５が形成され、連通孔１５を介してシリンダボア７内の圧油を凹部１６内に供給することができる。
【００３０】
シュー６をピストン５とは別体に構成して、ピストン５に対して回動自在に連結する構成の代わりに、上述した従来例で示すようにシューとピストンとを一体に構成し、ピストンをシリンダボア内で回動自在に構成することもできる。この場合においても、摺動部２３はカム面に対して回動可能に摺接して摺動することができる。
【００３１】
シュー６において、カム面１３に接触する摺動部２３の摺動面２４には、油溝２６と油溝２６から離間して油溝２６の周囲を囲繞する環状の油溜め溝２７が形成されている。油溝２６は、貫通孔２５を介して球状部２１に形成した開口３０と連通している。開口３０を介して凹部１６内に供給されたシリンダボア７内の圧油を、油溝２６に供給することができる。
【００３２】
油溝２６に供給された圧油によって、摺動部２３の摺動面２４とカム面１３との間に潤滑油用の油膜を形成することができる。シュー６をカム面１３に押し付ける押し付け力としては、ピストン５からの圧油がシュー６の球状部２１等に作用することになる。しかし、シュー６の油溝２６、油溜め溝２７に供給された圧油によって、シュー６はカム面１３から離間する方向に押し返されている。このため、シュー６をカム面に押し付ける押し付け力は低減され、シュー６のカム面上での摺動を滑らかなものとすることができる。また、油溝２６から供給された油の一部は、摺動面２４とカム面１３との潤滑を維持するため油溜め溝２７によって保持しておくことができる。
【００３３】
摺動部２３の周方向における形状は、軸部２２との連結部近傍におけるラジアル方向の厚みが最も厚く形成され、先端部２８及び後端部２９側におけるラジアル方向の厚みが薄くなるように形成されている。尚、先端部２８及び後端部２９は、図２の矢印で示す方向にシリンダブロック４が回転したとき、シュー６の摺動方向の前方側を先端部２８とし、摺動方向の後方側を後端部２９として記載している。
【００３４】
また、シュー６の摺動部２３における周方向での端部側が変形し易い構成となっているので、カム面１３に接触する摺動部２３の摺動面２４を撓ませた状態でカム面１３に接触させることができる。このため、摺動面２４における面圧を摺動面全面に亘って均一に構成することができ、しかも前記面圧を下げることができる。
【００３５】
また、摺動部２３の周方向における先端部２８または後端部２９での変形を行い易く構成できるので、周方向の先端部２８または後端部２９でのエッジ部が、カム面１３上を引っ掻いたり、カム面１３に喰い込んでしまうことを防止できる。
従って、シュー６の転等防止を図ると共に、シュー６のエッジ部によってカム面１３に形成されている潤滑用の油膜を擦り取ってしまうのを防止でき、カム面１３における油膜切れを防止できる。
【００３６】
更に、ピストン内の圧力がピストン５、シュー６を介して偏芯カムリング３に作用して、偏芯カムリング３を変形させてしまうことがある。このようにして偏芯カムリング３が変形した場合であっても、シュー６の摺動部２３における周方向の形状を上述したような形状に形成することによって、シュー６は偏芯カムリング３のカム面１３に沿って摺動することができる。
【００３７】
即ち、シュー６の摺動部２３における周方向の形状を、軸部２２との連結部近傍におけるラジアル方向の厚みが最も厚く形成し、先端部２８及び後端部２９側におけるラジアル方向の厚みが薄くなるように形成することで、シュー６は変形した偏芯カムリング３のカム面１３に沿って摺動することができる。
【００３８】
シリンダブロック４が図２で示した矢印とは反対の方向に回転するときには、図２における後端部２９が先端部側となる。同様にこの場合、図２における先端部２８が後端部側となる。以下の説明では、図２における矢印方向にシリンダブロック４が回転しているものとして説明を続ける。
【００３９】
摺動部２３の周方向における形状として、軸部２２との連結部近傍における曲率半径が、先端部２８近傍における曲率半径及び後端部２９近傍における曲率半径よりも大きな曲率半径となるように構成されている。また、先端部２８近傍において、先端部２８に近づくにつれて曲率半径が小さくなるように構成することができる。同様に、後端部２９近傍において、後端部２９に近づくにつれて曲率半径が小さくなるように構成することができる。
【００４０】
例えば、図２に示す油溜め溝２７間の領域における曲率半径が、先端部２８近傍の油留め溝２７から先端部２８までの領域及び後端部２９近傍の油留め溝２７から後端部２９までの領域における曲率半径よりも大きな曲率半径となるように構成されている。そして、先端部２８近傍の油留め溝２７から先端部２８までの領域において、先端部２８側における曲率半径が、油留め溝２７側における曲率半径よりも小さく構成されている。同様に、後端部２９近傍の油留め溝２７から後端部２９までの領域において、後端部２９側における曲率半径が、油留め溝２７側における曲率半径よりも小さく構成されている。
【００４１】
先端部２８近傍の領域における曲率半径及び後端部２９近傍の領域における曲率半径を、それぞれ２段階で連続的に変化させることも、多段階で連続的に変化させることもできる。また、多段階で変化させずに、先端部２８近傍の領域における曲率半径及び後端部２９近傍の領域における曲率半径を一定の曲率半径としておくこともできる。一定の曲率半径としたときには、軸部２２との連結部近傍における曲率半径よりも小さな曲率半径となるように構成しておくことが必要である。
【００４２】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、摺動部２３の摺動面２４をカム面側から見た底面図を示している。また、図３（ａ）〜図３（ｃ）において、点線で示した直方形形状は、従来例におけるシューの摺動面をカム面側から見たときの底面図である。
【００４３】
図３(ａ)では先端部２８には、尖った三角形状の突出部が形成され、後端部２９には先端部側に形成した突出部とは逆向きに形成した三角形形状の凹部が形成されている。ところで、シリンダブロック４の外周面とカム面１３とが最も近接する領域において、隣接するシュー６の摺動部２３同士が最も近接することになる。
【００４４】
図１に示すように、隣接するシュー６の摺動部２３同士が最も近接した場合において、隣接して先行するシュー６の後端部２９に形成した三角形の凹部内に、隣接した後続するシュー６の先端部２８に形成した三角形状の突出部を非接触状態で挿入することができる。しかも、後続するシュー６の突出部と先行するシュー６の凹部とが互いに当接することなく、両者の間に所定の隙間を形成した状態で配設することができる。
【００４５】
シュー６の先端部２８に形成する構成としては、図３（ａ）に示すような三角形形状の突出部に限定されるものではなく、図３（ａ）〜図３（ｃ）において点線で示す直方形形状の先端部側よりも突出する形状であれば、図３（ｂ）に示すように矩形形状、図３（ｃ）に示すような半円弧形状等の形状を形成しておくことができる。
【００４６】
シュー６の後端部２９における形状としては、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すようなシューの先端部２８における突出部の形状とは逆向きに形成した凹部の形状としておくことができる。また、シュー６の後端部２９における形状として、図（ａ）〜図３（ｃ）に示すようなシューの先端部２８における突出部形状とは逆向きに形成した凹部形状とする代わりに、隣接して後続するシュー６の先端部が挿入でき、しかも後端部における凹部と先端部における突出部とが当接しない形状であれば、他の凹部形状としておくこともできる。更に、先端部２８の形状として凹部を形成し、後端部２９の形状として突出部を形成した構成とすることもできる。
【００４７】
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、先端部２８に突出部及び後端部２９に凹部を形成することによって、先端部２８と後端部２９との間における最大長さを、点線で示している従来例における摺動面の先端部と後端部との間における最大長さよりも、長く形成することができる。
【００４８】
このように摺動面２４の周方向における実長を長くすることができるので、シュー６の摺動時における周方向の安定性が向上し、シュー６の周方向における転倒を防止することができる。また、先端部２８のエッジ部がカム面１３に喰い込んだり、引っ掻いたりするのを防止できる。
【００４９】
摺動部２３のラジアル方向の肉厚、周方向の端部側における曲率半径、先端部２８及び後端部の形成した突出部及び凹部に関しては、それぞれを個別に形成したものを摺動部２３における形状として構成することも、前記それぞれを適宜組み合わせて摺動部２３における形状として構成することもできる。
【００５０】
これらの摺動部２３における形状によっても、シュー６の転等防止が図れると共に、シュー６のエッジ部によってカム面１３の潤滑油を擦り取ってしまうのを防止でき、カム面１３における油膜切れを防止できる。
また、偏芯カムリング３が変形した場合であっても、シュー６は偏芯カムリング３のカム面１３に沿って摺動することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の技術思想を適用することができる装置等に対しては、本発明の技術思想を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】ラジアルピストン型ポンプ・モータの概略縦断面である。（実施例）
【図２】ピストン、シュー及びカム面との関係を示す要部拡大図である。（実施例）
【図３】摺動部の摺動面を示す底面図である。（実施例）
【図４】ラジアルピストンポンプの縦断面図である。（従来例）
【図５】摺動部の摺動面を示す底面図である。（従来例）
【符号の説明】
【００５３】
１・・・ラジアルピストン型ポンプ・モータ、３・・・偏芯カムリング、４・・・シリンダブロック、５・・・ピストン、６・・・シュー、１３・・・カム面、１５・・・連通孔、２１・・・球状部、２３・・・摺動部、２４・・・摺動面、２６・・・油溝、２８・・・先端部、２９・・・後端部、４１・・・ケーシング、４２・・・ピントル、４５・・・入口溝、４６・・・出口溝、４９・・・シリンダブロック、５０・・・シリンダ孔、５３・・・ピストン、５４・・・球形ピストンヘッド、５６・・・ピストン首、５７・・・ピストンシュー、５８・・・前方側の支承表面部分、５９・・・後方側の支承表面部分、６０・・・カムリング。
【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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