(57)【要約】【課題】エアの給排のためのエア導通路が１つであって、簡単な制御で機械的な変位を得ることができる小型のアクチュエータを得る。【解決手段】アクチュエータ１０は、シリンダ部１２と、シリンダ部１２のシリンダ室に嵌合されるピストン部１４とを含む。シリンダ部１２内のシリンダ室の底面とピストン部との間に、空洞部１６が形成され、空洞部１６にエアを給排するためのエア導通路１００が形成される。空洞部１６に供給されたエアは、逆止弁７０を介してエア貯留部８２に取り込まれ、連結路５８を介して空間部１１０に供給される。空洞部１６におけるシリンダ部１２とピストン部１４の対向面積を空間部１１０におけるシリンダ部１２とピストン部１４の対向面積より大きくすることにより、エアの給排によって、シリンダ部１２とピストン部１４との位置関係を変位させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側にシリンダ室を有するシリンダ部、
前記シリンダ室の底面との間に空洞部が形成されるようにして前記シリンダ部に対してスライド可能に前記シリンダ室に嵌合されるピストン部、
前記空洞部にエアを給排するためのエア導通路、
前記空洞部に供給されたエアを取り込んで貯留するためのエア貯留部、
前記ピストン部を挟んで前記空洞部の反対側において前記シリンダ部と前記ピストン部の間に形成される空間部、および
前記エア貯留部と前記空間部とを連結する連結路を含み、
前記空洞部における前記シリンダ部と前記ピストン部の対向面積を前記空間部における前記シリンダ部と前記ピストン部の対向面積より大きくした、アクチュエータ。
【請求項２】
前記エア貯留部から前記空洞部に向かってエアが逆流しないように、前記空洞部と前記エア貯留部との間に逆止弁が形成された、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記エア貯留部は前記ピストン部内に形成され、前記空間部は前記ピストン部の周囲における前記シリンダ部と前記ピストン部の間に形成される、請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アクチュエータに関し、特にたとえば、エアによって機械的な変位を得ることができるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、従来のアクチュエータの一例を示す断面図解図である。アクチュエータ１は、ケース本体２を含む。ケース本体２内には、ケース本体２内の空間部を２つに仕切るダイヤフラム３が形成される。ダイヤフラム３の一方側には、出力ロッド４が取り付けられ、ダイヤフラム３の他方側は、エアが供給される圧力室となる。また、ケース本体２内において、ダイヤフラム３の一方側には、出力ロッド４を圧力室側に付勢する戻しバネ５が配置される。
【０００３】
このようなアクチュエータ１では、ダイヤフラム３の他方側における圧力室にエアを供給することにより、ダイヤフラム３が出力ロッド４側に移動し、出力ロッド４がケース本体２の外部側に向かって突出するように変位する。また、圧力室からエアを排気すると、戻しバネ５によってダイヤフラム３が圧力室側に戻され、出力ロッド４はケース本体２側に引き戻されるように変位する（特許文献１参照）。
【０００４】
また、図１３に示すように、戻しバネのないアクチュエータ５もある。このアクチュエータ５では、アクチュエータ本体６を含む。アクチュエータ本体６内のシリンダ室には、ピストン７がスライド可能に嵌め込まれる。ピストン７には、ピストンロッド８が形成され、このピストンロッド８がアクチュエータ本体７の外側に突出している。アクチュエータ本体６には、２つの給排ポート９ａ，９ｂが形成される。これらの給排ポート９ａ，９ｂにエアを供給することにより、アクチュエータ本体６内において、ピストン７の両側にエアが送り込まれる。それにより、アクチュエータ本体６内において、ピストン７が往復運動し、ピストンロッド８が直線的に変位する（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２３４６０２号公報
【特許文献２】特開２００２−２１３４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のようなアクチュエータでは、ダイヤフラムを元の位置に戻すための戻しバネが必要であり、戻しバネの取り付けスペースは出力ロッドの変位量に貢献しない部分である。そのため、戻しバネを用いたアクチュエータでは、出力ロッドの変位量に対して、アクチュエータが大型化するという問題がある。
それに対して、特許文献２のアクチュエータでは、戻しバネがないため、アクチュエータ本体内の空間をピストンの移動のために有効に使用することができる。そのため、ピストンロッドの変位量に対して、アクチュエータを小型化することができる。しかしながら、このようなアクチュエータでは、ピストンを往復運動させるために、２つの給排ポートが形成されており、これらの給排ポートにエアを供給するための配管が必要である。また、２つの給排ポートにエアを供給するための制御も面倒になる。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、エアの給排のためのエア導通路が１つであって、簡単な制御で機械的な変位を得ることができる小型のアクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、内側にシリンダ室を有するシリンダ部と、シリンダ室の底面との間に空洞部が形成されるようにしてシリンダ部に対してスライド可能にシリンダ室に嵌合されるピストン部と、空洞部にエアを給排するためのエア導通路と、空洞部に供給されたエアを取り込んで貯留するためのエア貯留部と、ピストン部を挟んで空洞部の反対側においてシリンダ部とピストン部の間に形成される空間部と、エア貯留部と空間部とを連結する連結路とを含み、空洞部におけるシリンダ部とピストン部の対向面積を空間部におけるシリンダ部とピストン部の対向面積より大きくした、アクチュエータである。
このようなアクチュエータにおいて、エア貯留部から空洞部に向かってエアが逆流しないように、空洞部とエア貯留部との間に逆止弁が形成されることが好ましい。
また、エア貯留部はピストン部内に形成することができ、空間部はピストン部の周囲におけるシリンダ部とピストン部の間に形成することができる。
【０００９】
空洞部にエアを供給することにより、エアがエア貯留部に取り込まれて貯留される。エア貯留部に貯留されたエアは、連結路を通って空間部に導かれる。空洞部と空間部は、ピストン部の両側に形成されているため、エアの圧力により、ピストン部の両側においてシリンダ部が反対方向に力を受ける。ここで、空洞部におけるシリンダ部とピストン部の対向面積が、空間部におけるシリンダ部とピストン部の対向面積より大きいため、エアによって受ける力は、空洞部側のほうが大きくなる。そのため、ピストン部とシリンダ部との関係は、空洞部側の間隔が大きくなるように変位する。
空洞部のエアが排気されると、空洞部側の圧力は小さくなるが、エア貯留部にはエアが貯留されているため、空間部側においては、ピストン部とシリンダ部との間に力が働く。それにより、ピストン部とシリンダ部との関係は、空間部側の間隔が大きくなるように、つまり空洞部側の間隔が小さくなるように変位する。
エア貯留部にエアが貯留するように、空洞部とエア貯留部との間に逆止弁を設けて、エア貯留部から空洞部に向かってエアが逆流しないようにすることができる。
また、ピストン部内にエア貯留部を形成し、ピストン部の周囲におけるシリンダ部とピストン部との間に空間部を形成することにより、それぞれの形成位置を確保することができる。さらに、ピストン部の周囲に空間部を形成することにより、空洞部おけるシリンダ部とピストン部の対向面積を空間部におけるシリンダ部とピストン部の対向面積より大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、エアの供給によりアクチュエータを変位させたのち、エア貯留部に貯留されたエアの力によりアクチュエータを元の位置に戻すことができる。そのため、戻しバネなどを取り付ける必要がなく、小型のアクチュエータとすることができる。さらに、空洞部にエアを給排するためのエア導通路は１つでよく、エアの給排のための配管やエアの制御などを容易に行うことができる。
【００１１】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、この発明のアクチュエータの一例を示す平面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ｘ部の断面図解図であり、図３は、図１におけるＢ−Ｘ部の断面図解図である。アクチュエータ１０は、シリンダ部１２とピストン部１４とを含む。シリンダ部１２の内部には、有底円筒状のシリンダ室が形成され、このシリンダ室にピストン部１４がスライド可能に嵌合される。それにより、シリンダ室の底面とピストン部１４との間に空洞部１６が形成される。
【００１３】
ピストン部１４は、図４に示すように、円板状の取付けフランジ２０を含む。なお、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＡ−Ｘ部の断面図解図である。取付けフランジ２０には、３種類の貫通孔２２，２４，２６が形成される。貫通孔２２，２４，２６は、それぞれ取付けフランジ２０の中心点を中心として、同心円状に配置される。図４においては、貫通孔２２，２４，２６は、それぞれ４つずつ形成されている。貫通孔２２は、最も内周側に形成され、貫通孔２４は、その外側に形成され、貫通孔２６は最も外周側に形成される。内周側の２種類の貫通孔２２，２４は、段差を有するように形成され、ボルトを通したときに、ボルトの頭部が取付けフランジ２０内に隠れるようになっている。また、最も外周側に形成された貫通孔２６は、アクチュエータ１０を使用する場所において、取付けフランジ２０をボルトなどで固定するために用いられる。さらに、取付けフランジ２０の一方面側には、円形の凹部２０ａが形成される。そして、内周側の貫通孔２２は、凹部２０ａ形成部分に配置される。
【００１４】
取付けフランジ２０の２番目の同心円部に形成された貫通孔２４には、図２に示すように、ガイド２８が取り付けられる。ガイド２８は、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、ガイドポスト３０を含む。ガイドポスト３０は、円柱部３０ａと、その一端側に形成される鍔状部３０ｂとを含む。鍔状部３０ｂは、円柱部３０ａから外周方向に広がるように形成され、直線状部と円弧状部とで構成される。さらに、鍔状部３０ｂが形成された側の円柱部３０ａの端部において、雌ねじ部３０ｃが形成される。
【００１５】
また、ガイド２８は、ガイドブッシュ３２を含む。ガイドブッシュ３２は、図６に示すように、円筒状に形成され、ガイドポスト３０の円柱部３０ａとほぼ同じ長さとなるように形成される。また、ガイドブッシュ３２の内径は、ガイドポスト３０の円柱部３０ａの外径とほぼ同じとなるように形成される。そして、ガイドブッシュ３２は、ガイドポスト３０の円柱部３０ａの外側に装着される。
【００１６】
ガイド２８は、貫通孔２４形成部において、取付けフランジ２０の一方面に配置され、取付けフランジ２０の他方面側からボルト３４が雌ねじ部３０ｃに捩じ込まれる。それにより、取り付けフランジ２０の一方面上に、ガイド２８が直立するように固定される。なお、ボルト３４の頭部は、貫通孔２４の段差部によって、取付けフランジ２０内に隠れた状態となる。
【００１７】
さらに、取付けフランジ２０の一方面の凹部２０ａには、ピストン部材４０が取り付けられる。ピストン部材４０は、図７に示すように、取付けフランジ２０の凹部２０ａの内径にほぼ等しい外径を有する円柱状に形成される。ピストン部材４０の一端側には、外周側に向かって広がる鍔状部４２が形成され、この鍔状部４２に環状の凹溝４４が形成される。また、ピストン部材４０の他端側から内部に向かって凹部４６が形成される。ピストン部４０の他端側において、凹部４６の端部には、環状の段差部４８が形成される。
【００１８】
さらに、ピストン部材４０の中央部において、ピストン部材４０の一端側と凹部４６とを貫通するように、貫通孔５０が形成される。貫通孔５０の内壁には、２つの環状の凹溝５２，５４が形成される。また、凹部４６側と凹溝５４との間には、貫通孔５０の内周側に向かって突出する円形の内周凸部５６が形成される。さらに、鍔状部４２の近傍において、ピストン部材４０の外周部と凹部４６とを連結する連結路５８が形成される。
【００１９】
また、ピストン部材４０の他端には、取付けフランジ２０の内周側の貫通孔２２に対応して、雌ねじ部６０が形成される。そして、図２および図３に示すように、ピストン部材４０が取付けフランジ２０の一方面の凹部２０ａに配置され、取付けフランジ２０の他方面側から貫通孔２２を通して雌ねじ部６０にボルト６２を捩じ込むことにより、ピストン部材４０が取付けフランジ２０に固定される。このとき、ピストン部材４０に形成された凹部４６の端部の段差部４８に、Ｏリング６４が取り付けられる。それにより、取付けフランジ２０とピストン部材４０の間が密封される。
【００２０】
ピストン部材４０の貫通孔５０には、逆止弁７０が取り付けられる。逆止弁７０は、図８（Ａ）に示すように、平面形状が円形で、図８（Ｂ）に示すように、一端側の直径が大きくなるように形成される。逆止弁７０の他端側は、一端側より小さい直径となるように形成され、その周囲に凹溝７２が形成される。凹溝７２は、逆止弁７０の外周側から内側に向かうにしたがって狭くなるようなテーパ状に形成され、凹溝７２の中央部はまっすぐに逆止弁の内側に向かって深くなるように形成される。また、逆止弁７０の一端側の端面から凹溝７２に向かって、円形の穴７４が形成される。この穴７４により、逆止弁７０の一端側の端面と凹溝７２とが連結される。
【００２１】
逆止弁７０の凹溝７２には、図２および図３に示すように、Ｏリング７６が嵌め込まれる。このＯリング７６により、穴７４側から凹溝７２の外側に向かってエアを送ることができるが、凹溝７２の外側から穴７４に向かってエアを送ることはできなくなる。
【００２２】
逆止弁７０は、ピストン部材４０の貫通孔５０に嵌め込まれる。このとき、逆止弁７０の一端側がピストン部材４０の内周凸部５６で係止され、逆止弁７０の他端側がピストン部材４０の凹部４６に突出するように取り付けられる。また、ピストン部材４０の凹溝５４には、Ｏリング７８が嵌め込まれ、ピストンリング４０の一端側の外周部とピストン部材４０との間にＯリング７８が配置される。それにより、ピストンリング４０と逆止弁７０との間が密封される。さらに、ピストン部材４０の凹溝５２に、たとえばスナップリング８０などが嵌め込まれ、逆止弁７０がピストン部材４０に固定される。
【００２３】
このピストン部１４においては、取付けフランジ２０にピストン部材４０を取り付け、ピストン部材４０に逆止弁７０を取り付けることにより、ピストン部材４０の形成された凹部４６がエア貯留部８２となる。
【００２４】
また、ピストン部１４の外側に配置されるシリンダ部１２は、シリンダ側壁部９０を含む。シリンダ側壁部９０は、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、略円筒状に形成される。シリンダ側壁部９０の中間部においては、その内径がピストン部材４０の鍔状部４２の外径にほぼ等しくなるように形成される。このシリンダ側壁部９０の中間部が、ピストン部材４０を嵌合するためのトリンダ室となる。シリンダ側壁部９０の一端側には段差部９２が形成される。段差部９２は、シリンダ側壁部９０の中間部における内径より大きい内径となるように形成される。
【００２５】
また、シリンダ側壁部９０の他端側において、内壁部から内周側に向かって円環状の内周凸部９４が形成される。内周凸部９４は、シリンダ側壁部９０の中間部における内径より小さい内径となるように形成される。この内周凸部９４には、段差部９６および円環状の凹溝９８が形成される。また、シリンダ側壁部９０の側面からシリンダ側壁部９０の一端側の段差部９２に向かって、エア導通路１００が形成される。エア導通路１００は、シリンダ側壁部９０の外側面から内周側に向かって形成される通路と、この通路に接続されて段差部９２側に向かって形成される通路とで、Ｌ字状に形成される。
【００２６】
さらに、シリンダ側壁部９０には、一端側から他端側に向かって貫通する複数の貫通孔１０２が形成される。これらの貫通孔１０２は、取付けフランジ２０に取り付けられたガイド２８に対応して、同心円状に配置される。貫通孔１０２の内径は、ガイド２８の外径、つまりガイドブッシュ３２の外径より若干大きくなるように形成される。また、シリンダ側壁部９０には、一端側から他端側に向かって複数の雌ねじ部１０４が形成される。これらの雌ねじ部１０４は、貫通孔１０２の間において、同心円状に配置される。
【００２７】
シリンダ側壁部９０の貫通孔１０２には、取付けフランジ２０に取り付けられたガイド２８が嵌め込まれ、取付けフランジ２０上でシリンダ側壁部９０がスライド可能に取り付けられる。なお、シリンダ側壁部９０は、ピストン部材４０より先に取付けフランジ２０に取り付けられ、その後にピストン部材４０がシリンダ側壁部９０のシリンダ室内に嵌め込まれる。それによって、ピストン部材４０の外周側において、ピストン部材４０の鍔状部４２とシリンダ側壁部９０の内周凸部９４との間に、空間部１１０が形成される。この空間部１１０を密封するために、ピストン部材４０の鍔状部４２に形成された凹溝４４にＯリング１１２が嵌め込まれ、シリンダ側壁部９０の内周凸部９４に形成された凹溝９８にＯリング１１４が嵌め込まれる。
【００２８】
シリンダ側壁部９０の一端側には、天板１２０が取り付けられる。天板１２０は、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、シリンダ側壁部９０の平面形状に合わせて、円板状に形成される。天板１２０には、シリンダ側壁部９０の雌ねじ部１０４の位置に対応して、同心円状に複数の貫通孔１２２が形成される。貫通孔１２２は、段差状に形成され、ボルトなどを通したときに、ボルトの頭部が隠れるようになっている。
【００２９】
この天板１２０は、図２および図３に示すように、シリンダ側壁部９０の一端側に取り付けられ、貫通孔１２２にボルト１２４を通して雌ねじ部１０４に捩じ込まれる。このとき、シリンダ側壁部９０の一端側に形成された段差部９２にＯリング１２６が嵌め込まれ、シリンダ側壁部９０と天板１２０との間が密封される。天板１２０によってシリンダ室の底面が形成され、天板１２０とピストン部材４０との間に空洞部１６が形成される。
【００３０】
このアクチュエータ１０は、取付けフランジ２０の最も外周側にある貫通孔２６にボルトを通すことにより、取り付け箇所に固定される。そして、エア導通路１００にエアを送り込むことにより、空洞部１６にエアが導入される。空洞部１６にエアが導入されると、逆止弁７０を通して、エア貯留部８２にエアが取り込まれて貯留される。エア貯留部８２に貯留されたエアは、連結路５８を通して、空間部１１０に導入される。したがって、エア導通路１００にエアを送り込むことにより、空洞部１６、エア貯留部８２および空間部１１０にエアが供給される。
【００３１】
空洞部１６に導入されたエアの圧力により、シリンダ部１２とピストン部１４との間で空洞部１６側の間隔が大きくなるような向きに力が働く。また、空間部１１０は、ピストン部材４０を介して空洞部１６の反対側に配置されているため、エアの圧力により、シリンダ部１２とピストン部１４との間で空間部１１０側の間隔が大きくなるような向き、つまり空洞部１６側の間隔が小さくなるような向きに力が働く。しかしながら、空洞部１６は、シリンダ側壁部９０の内側において、ピストン部材４０の一端側の全体に形成されているのに対して、空間部１１０は、ピストン部材４０の外周側に形成されている。そのため、空洞部１６側におけるシリンダ部１２とピストン部１４の対向面積、つまり天板１２０とピストン部材４０の対向面積が、空間部１１０におけるシリンダ部１２とピストン部１４の対向面積、つまりシリンダ側壁部９０の内周凸部９４とピストン部材４０の鍔状部４２の対向面積より大きいため、空洞部１６側の力のほうが大きい。それにより、シリンダ部１２とピストン部１４との間で空洞部１６側の間隔が大きくなるように、シリンダ部１２が変位し、図１１に示すように、アクチュエータ１０全体として伸びるように変位する。
【００３２】
アクチュエータ１０が伸びた状態で、空洞部１６からエアが排気されると、空洞部１６における圧力は下がるが、逆止弁７０の働きにより、エア貯留部８２に貯留されたエアはそのまま残る。そのため、空間部１１０における圧力はそのままであり、シリンダ部１２とピストン部１４との間で空間部１１０側の間隔が大きくなるようにシリンダ部１２が変位し、図２および図３に示すように、アクチュエータ１０全体として縮むように変位する。なお、アクチュエータ１０が伸びた状態では、ピストン部材４０の鍔状部４２とシリンダ側壁部９０の内周凸部９４とが接触する状態となるが、内周凸部９４には段差部９６が形成されているため、図１１に示すように、連結路５８につながる空間部１１０は存在する。そのため、空洞部１６のエアを排気することにより、確実にアクチュエータ１０が縮むように変位させることができる。
【００３３】
なお、長時間アクチュエータ１０を使用しないために、エア貯留部８２からエアが漏れたとしても、エア導通路１００からエアを供給することにより、上述のような動作をさせることができる。したがって、アクチュエータ１０が縮むように変位するときに、エア貯留部８２にエアが貯留されていればよく、アクチュエータ１０の長時間の不使用により、エア貯留部８２からエアが漏れても不都合はないものである。
【００３４】
このアクチュエータ１０では、伸びるように変位させた後、元の状態に戻すための戻しバネなどが不要であり、アクチュエータ１０の小型化が可能である。また、アクチュエータにエアを供給するためのエア導通路１００は１つであるため、エア配管が簡単で、制御も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明のアクチュエータの一例を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ｘ部の断面図解図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｘ部の断面図解図である。
【図４】（Ａ）は図１に示すアクチュエータに用いられる取付けフランジを示す平面図であり、（Ｂ）はそのＡ−Ｘ部の断面図解図である。
【図５】（Ａ）は図１に示すアクチュエータに用いられるガイドを構成するガイドポストを示す断面図解図であり、（Ｂ）はその平面図である。
【図６】図５に示すガイドポストの外周部に配置されるガイドブッシュを示す断面図解図である。
【図７】図１に示すアクチュエータに用いられるピストン部を構成するピストン部材を示す断面図解図である。
【図８】（Ａ）は図７に示すピストン部材に取付けられる逆止弁を示す平面図であり、（Ｂ）はその断面図解図である。
【図９】（Ａ）は図１に示すアクチュエータに用いられるシリンダ部を構成するシリンダ側壁部を示す平面図であり、（Ｂ）はその断面図解図である。
【図１０】（Ａ）は図９に示すシリンダ側壁部に取り付けられてシリンダ部を構成する天板を示す平面図であり、（Ｂ）はその断面図解図である。
【図１１】図１ないし図３に示すアクチュエータが伸びるように変位したときの様子を示す断面図解図である。
【図１２】従来のアクチュエータの一例を示す断面図解図である。
【図１３】従来のアクチュエータの他の例を示す断面図解図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  アクチュエータ
１２  シリンダ部
１４  ピストン部
１６  空洞部
２０  取付けフランジ
２８  ガイド
４０  ピストン部材
５８  連結路
７０  逆止弁
８２  エア貯留部
９０  シリンダ側壁部
１００  エア導通路
１１０空間部
【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】
2007333139.tif 000011
【図１０】
2007333139.tif 000012
【図１１】
2007333139.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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