(57)【要約】【課題】ねじ軸の軸線とナットの軸線とのなす交差角を抑えた状態で使用することにより、長寿命を確保したボールねじ機構を提供する。【解決手段】弾性部材１１０を介して、ハウジング１０１に対してナット１０４が傾き可能に支持されているので、軸受１０７を取り付けたハウジング１０１の穴１０１ｂの軸線と連結軸１０２の軸線との間にズレが生じた場合に、弾性部材１１０が弾性変形することによりハウジング１０１に対するナット１０４の傾きを許容することにより、ナット１０４の軸線とねじ軸１０５の軸線との間の交差角θを抑制し、ボールねじ機構の転動体（ボール）荷重分布を平均化することで長寿命を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ハウジングに対して軸線方向に移動可能となっており、前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
前記ハウジングに対して前記ねじ軸を回転自在に支持する軸受を取り付ける穴の軸線と、前記ナットの軸線との間にズレが生じたときに、前記ねじ軸の軸線と、前記ナットの軸線とのなす交差角を抑制する抑制手段を設けたことを特徴とするボールねじ機構。
【請求項２】
前記抑制手段は、前記ナットと前記ハウジングとの間に配置された弾性部材であることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
【請求項３】
前記弾性部材は、前記ナットもしくは前記ハウジングに対して前記ナットの軸線方向に移動可能に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のボールねじ機構。
【請求項４】
前記抑制手段は、前記ハウジングの内周面に係合する前記ナットの外周面に形成された凸状の球面を含むことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
【請求項５】
前記ハウジングの内周面は、前記ナット外周面の球面に対応した凹状の球面を有することを特徴とする請求項４に記載のボールねじ機構。
【請求項６】
前記抑制手段は、前記ハウジングの内周面に係合する前記ナットと前記ハウジングの間に配置された凸状の球面を含むことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
【請求項７】
前記凸状の球面は、前記ハウジングに対して前記ナットの軸線方向に移動可能に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のボールねじ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般産業用機械に組付けられたり、或いは自動車に使用されたりするボールねじ機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレーキなどを手動でなく、電動モータの力により行うシステムが開発されている。そのような用途に用いる電動アクチュエータには、電動モータから伝達される回転運動を高効率で軸線方向運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。
【０００３】
特許文献１には、電動モータから取り出された回転運動を、ボールねじ機構を介して直線運動に変換して、シフトを行うために用いる電動式の変速装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−５２８３８号公報
【特許文献２】特開２００４−１９６３１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の変速装置においては，モーターを取り付けるハウジングとボールねじ機構を取り付けるハウジングとが別体であり、従って連結軸が摺動するハウジング穴と支持軸受を固定するハウジング穴とがそれぞれ設けられている場合、それらの軸線が，ハウジングの製作誤差などによりずれることがある。これを図面を参照して説明する。
【０００５】
図６及び図７は、電動モータを取り付けるハウジングと、ボールねじ機構を取り付けるハウジングとを別体とした変速装置の例を示す図である。図において、ハウジング１の穴１ａに対して、中空筒状の連結軸２が軸線方向（図で左右方向）に移動可能且つ回転不能に配置されている。連結軸２の端部（図で右端）には、ホルダ２ａを介してシフトケーブル３の一端が連結されている。シフトケーブル３の他端は、不図示のトランスミッションのシフトフォークに連結されている。
【０００６】
連結軸２の内周には、ナット４が連結軸２と一体的に移動するように固定されている。ナット４内にはねじ軸５が挿通されている。ねじ軸５の外周面には、雄ねじ溝が形成され、ナット４の内周面には、雌ねじ溝が形成され、両ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路内には複数のボール（不図示）が配置されている。
【０００７】
ねじ軸５の図で左端側には、丸軸部５ａが形成され、その外周は、ハウジング１の穴１０ａに嵌合する軸受７により回転自在に支持されている。丸軸部５ａの図の左端は、カップリング８を介してモータ９の回転軸９ａに連結されている。
【０００８】
操作者が不図示のスイッチを操作すると、モータ９の回転軸９ａが回転し、それに応じて、ねじ軸５が回転する。ねじ軸５の回転運動は、ナット４の軸線運動に変換されるので、ナット４と共に連結軸２が軸線方向に移動し、シフトケーブル３を介して、不図示のトランスミッションのシフトフォークを動かすことで、所定のシフト動作を行えるようになっている。
【０００９】
ここで、図６においては、軸受７を固定するハウジング１の穴１０ａの軸線が、ねじ軸５の軸線に一致した状態にある。しかるに、ハウジングの形状誤差等により、穴１０ａの軸線Ａとナット４の軸線Ｂとの間にズレΔが生じ、それによりナット４に対してねじ軸５が傾いた状態になることがある（図７参照）。かかる場合、ナット４の軸線Ｂとねじ軸５Ｃの軸線との間に交差角θが生じる。
【００１０】
図８は、ねじ軸径１４ｍｍ、ボール径３．１７５ｍｍ、２．５巻１列のねじ溝を有するボールねじ機構に、軸線方向荷重５００Ｎを与えた状態で、交差角θを変更した場合における寿命の変化を示す図である。図８によれば、交差角θ＝０°のときの寿命を１としたときに、例えば交差角θ＝０．２°になると、寿命は０．０１前後と大きく低下することがわかる。
【００１１】
図９は、交差角θ＝０．２°であるときの転動体荷重Ｑと、交差角θ＝０°のときの転動体荷重平均値Ｑｍｅａｎの比（Ｑ／Ｑｍｅａｎ）の分布を示す図である。図９によれば、交差角θ＝０．２°であるときは、交差角θ＝０°であるときに比べ、最大２１倍の荷重がボールに加わることがわかる。これにより、ボールねじ機構の寿命が顕著に短くなる。従って、交差角θをなるべくゼロに近づけた状態で、ボールねじ機構を使用することが望まれている。
【００１２】
一方、特許文献２の装置の例を概略図示する図１０において、ハウジング１の穴１ａに対して軸受７によりナット４を保持し、且つハウジング１の内周面にモータ９の固定子９Ａを配置し、それに対向して、ナット４の外周面にモータ９の回転子９Ｂを配置している。かかる構成では、穴１ａ内に軸受７を介してナット４が配置されているので、ナット４の軸線とねじ軸５の軸線との間に交差角θが生じないが，モータ９を内蔵するためにコストが高くなるという問題がある。
【００１３】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、ねじ軸の軸線とナットの軸線とのなす交差角を抑えた状態で使用することにより、長寿命を確保したボールねじ機構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】
【００１４】
本発明のボールねじ機構は、
ハウジングと、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ハウジングに対して軸線方向に移動可能となっており、前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
前記ハウジングに対して前記ねじ軸を回転自在に支持する軸受を取り付ける穴の軸線と、前記ナットの軸線との間にズレが生じたときに、前記ねじ軸の軸線と、前記ナットの軸線とのなす交差角を抑制する抑制手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のボールねじ機構によれば、前記ハウジングに対して前記ねじ軸を回転自在に支持する軸受を取り付ける穴の軸線と、前記ナットの軸線との間にズレが生じたときに、前記ねじ軸の軸線と、前記ナットの軸線とのなす交差角を抑制する抑制手段を設けているので、前記交差角を抑制することにより、ボールねじ機構の長寿命を確保することができる。
【００１６】
前記抑制手段は、前記ナットと前記ハウジングとの間に配置された弾性部材であると、前記弾性部材が弾性変形することで、前記ハウジングに対して前記ナットの傾きを許容し、それにより前記交差角を抑制することができる。
【００１７】
前記弾性部材は、前記ナットもしくは前記ハウジングに対して前記ナットの軸線方向に移動可能に配置されていると、前記ナットを軸線方向に移動させる場合に都合がよい。
【００１８】
前記抑制手段は、前記ハウジングの内周面に係合する前記ナットの外周面に形成された凸状の球面を含むと、前記ハウジングに対して前記ナットが揺動しやすくなり、それにより前記交差角を抑制することができる。
【００１９】
前記ハウジングの内周面は、前記ナット外周面の球面に対応した凹状の球面を有すると、前記凹状の球面に対して前記凸状の球面を係合させることにより、前記ナットが揺動しやすくなり、それにより前記交差角を抑制することができる。
【００２０】
前記抑制手段は、前記ハウジングの内周面に係合する前記ナットと前記ハウジングの間に配置された凸状の球面を含むと、前記ハウジングに対して前記ナットが揺動しやすくなり、それにより前記交差角を抑制することができる。
【００２１】
前記凸状の球面は、前記ハウジングに対して前記ナットの軸線方向に移動可能に配置されていると、前記ナットを軸線方向に移動させる場合に都合がよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図であり、図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図であるが、図１において、軸受を取り付けるハウジング穴の軸線とナットの軸線とのズレは誇張して示している。又、モータは省略している。
【００２３】
図１において、ハウジング１０１の円筒穴１０１ａ内には、中空筒状の連結軸１０２が軸線方向（図で左右方向）に移動可能且つ回転不能に配置されている。連結軸１０２の端部（図で右端）には、ホルダ１０２ａを介してシフトケーブル１０３の一端が連結されている。シフトケーブル１０３の他端は、不図示のトランスミッションのシフトフォークに連結されている。
【００２４】
連結軸１０２の内周に、円筒状の樹脂製の弾性部材１１０の外周が接着され、弾性部材１１０の内周に、ナット１０４の外周が接着されている。ナット１０４内にはねじ軸１０５が挿通されている。図２に示すように、ねじ軸１０５の外周面には、雄ねじ溝１０５ｂが形成され、ナット１０４の内周面には、雌ねじ溝１０４ｂが形成され、両ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路内には複数のボール１１１が配置されている。ナット１０４、ねじ軸１０５，ボール１１１で構成するボールねじ機構の動作時に、転走路の一端から他端へとボール１１１を循環させる循環部材であるコマ１１２がナット１０４に設けられている。
【００２５】
図１において、ねじ軸１０５の図で左端側には、丸軸部１０５ａが形成され、その外周は、ハウジング１０１の穴１０１ｂに取り付けられた軸受１０７により回転自在に支持されている。丸軸部１０５ａの図の左端は、不図示のカップリングを介してモータに連結されている。
【００２６】
操作者が不図示のスイッチを操作すると、不図示のモータの回転軸が回転し、それに応じてねじ軸１０５が回転する。ねじ軸１０５の回転運動は、連結軸１０２を介して回転が不能とされたナット１０４の軸線運動に効率よく変換されるので、ナット１０４が固定された連結軸１０２を軸線方向に移動させることができ、連結軸１０２に固定されたシフトケーブル１０３を介して、不図示のトランスミッションのシフトフォークを動かすことで、所定のシフト動作を行えるようになっている。
【００２７】
本実施の形態によれば、抑制手段としての弾性部材１１０を介して、ハウジング１０１に対してナット１０４が傾き可能に支持されているので、軸受１０７を取り付けたハウジング１０１の穴１０１ｂの軸線と連結軸１０２の軸線との間にズレが生じた場合に、弾性部材１１０が弾性変形することによりハウジング１０１に対するナット１０４の傾きを許容することにより、ナット１０４の軸線とねじ軸１０５の軸線との間の交差角θを抑制し、ボールねじ機構の転動体（ボール）荷重分布を平均化することで長寿命を図ることができる。
【００２８】
図３は、第２の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図であるが、図３においても、軸受を取り付けるハウジング穴の軸線とナットの軸線とのズレは誇張して示している。図３において、中空であるハウジング２０１の円筒内周面２０１ａの内部には、中空円筒状の連結部材２０２が軸線方向に移動可能に配置されている。連結部材２０２の内周面２０２ｂは、半径Ｒの凹状の球面となっている。一方、ナット２０４の外周面２０４ａは、半径Ｒの凸状の球面となっており、内周面２０２ｂに外周面２０４ａを係合させることにより、ナット２０４は連結部材２０２に対して揺動自在な構成となっている。ナット２０４には、不図示の回り止めが設けられ、ハウジング２０１に対する回り止めがなされている。連結軸２０２の端部（図で右端）には、ホルダ２０２ａを介してシフトケーブル２０３の一端が連結されている。シフトケーブル２０３の他端は、不図示のトランスミッションのシフトフォークに連結されている。球面状の内周面２０２ｂと外周面２０４ａとで抑制手段を構成する。
【００２９】
ナット２０４内にはねじ軸２０５が挿通されている。ねじ軸２０５の外周面には、雄ねじ溝が形成され、ナット２０４の内周面には、雌ねじ溝が形成され、両ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路内には複数のボール（不図示）が配置されている。ナット２０４、ねじ軸２０５，ボールで構成するボールねじ機構の動作時に、転走路の一端から他端へとボールを循環させる循環部材であるコマ２１２がナット２０４に設けられている。
【００３０】
ねじ軸２０５の図で左端側には、丸軸部２０５ａが形成され、その外周は、ハウジング２０１の穴２０１ｂに取り付けられた軸受２０７により回転自在に支持されている。丸軸部２０５ａの図の左端は、不図示のカップリングを介してモータに連結されている。
【００３１】
操作者が不図示のスイッチを操作すると、不図示のモータの回転軸が回転し、それに応じてねじ軸２０５が回転する。ねじ軸２０５の回転運動は、連結軸２０２を介して回転が不能とされたナット２０４の軸線運動に効率よく変換されるので、ナット２０４が固定された連結軸２０２を軸線方向に移動させることができ、連結軸２０２に固定されたシフトケーブル２０３を介して、不図示のトランスミッションのシフトフォークを動かすことで、所定のシフト動作を行えるようになっている。
【００３２】
本実施の形態によれば、互いに係合する内周面２０２ｂと外周面２０４ａにより、ナット２０４は連結部材２０２に対して揺動可能であるため、軸受２０７を取り付けたハウジング２０１の穴２０１ｂの軸線と連結軸２０２の軸線との間にズレが生じた場合に、ハウジング２０１に対するナット２０４の傾きを許容することにより、ナット２０４の軸線とねじ軸２０５の軸線との間の交差角θを抑制し、ボールねじ機構の転動体（ボール）荷重分布を平均化することで長寿命を図ることができる。
【００３３】
図４は、第３の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図であるが、図４においても、軸受を取り付けるハウジング穴の軸線とナットの軸線とのズレは誇張して示している。図４において、ハウジング３０１の穴３０１ａ内には、中空筒状の連結軸３０２が軸線方向（図で左右方向）に移動可能且つ回転不能に配置されている。ハウジング３０１と連結軸３０２との間には、筒状の弾性部材３１０が嵌合配置されている。弾性部材３１０の外周面は、ハウジング３０１の内周面に当接しており、連結軸３０２の移動と共にハウジング３０１に対して摺動するようになっている。連結軸３０２の端部（図で右端）には、ホルダ３０２ａを介してシフトケーブル３０３の一端が連結されている。シフトケーブル３０３の他端は、不図示のトランスミッションのシフトフォークに連結されている。連結軸３０２の内周には、ナット３０４が固定されている。
【００３４】
ナット３０４内にはねじ軸３０５が挿通されている。ねじ軸３０５の外周面には、雄ねじ溝が形成され、ナット３０４の内周面には、雌ねじ溝が形成され、両ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路内には複数のボール（不図示）が配置されている。ナット３０４、ねじ軸３０５，ボールで構成するボールねじ機構の動作時に、転走路の一端から他端へとボールを循環させる循環部材であるコマ３１２がナット３０４に設けられている。
【００３５】
ねじ軸３０５の図で左端側には、丸軸部３０５ａが形成され、その外周は、ハウジング３０１の穴３０１ｂに取り付けられた軸受３０７により回転自在に支持されている。丸軸部３０５ａの図の左端は、不図示のカップリングを介してモータに連結されている。
【００３６】
操作者が不図示のスイッチを操作すると、不図示のモータの回転軸が回転し、それに応じてねじ軸３０５が回転する。ねじ軸３０５の回転運動は、回転が不能とされたナット３０４の軸線運動に効率よく変換されるので、ナット３０４が固定された連結軸３０２を軸線方向に移動させることができ、連結軸３０２に連結されたシフトケーブル３０３を介して、不図示のトランスミッションのシフトフォークを動かすことで、所定のシフト動作を行えるようになっている。
【００３７】
本実施の形態によれば、抑制手段としての弾性部材３１０を介して、ハウジング３０１に対してナット３０４が固定された連結軸３０２が支持されているので、軸受３０７の軸線とナット３０４の軸線との間にズレが生じた場合に、弾性部材３１０が弾性変形することによりハウジング３０１に対する連結軸３０２及びナット３０４の傾きを許容することにより、ナット３０４の軸線とねじ軸３０５の軸線との間の交差角θを抑制し、ボールねじ機構の転動体（ボール）荷重分布を平均化することで長寿命を図ることができる。又、弾性部材３１０をＰＴＦＥなどの低摩擦材を用いることで、移動時の抵抗を減少できる。なお、弾性部材３１０を、ハウジング３０１に固定し、それに対してナット３０４を摺動させるようにしても良い。
【００３８】
図５は、第３の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図であるが、図５においても、軸受を取り付けるハウジング穴の軸線とナットの軸線とのズレは誇張して示している。図５において、ハウジング４０１の穴４０１ａ内には、中空筒状の連結軸４０２が軸線方向（図で左右方向）に移動可能且つ回転不能に配置されている。連結軸４０２の外周には、凸状の球面部４０２ｂが形成され、ハウジング４０１の内周面に当接している。連結軸４０２の端部（図で右端）には、ホルダ４０２ａを介してシフトケーブル４０３の一端が連結されている。シフトケーブル４０３の他端は、不図示のトランスミッションのシフトフォークに連結されている。連結軸４０２の内周には、ナット４０４が固定されている。
【００３９】
ナット４０４内にはねじ軸４０５が挿通されている。ねじ軸４０５の外周面には、雄ねじ溝が形成され、ナット４０４の内周面には、雌ねじ溝が形成され、両ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路内には複数のボール（不図示）が配置されている。ナット４０４、ねじ軸４０５，ボールで構成するボールねじ機構の動作時に、転走路の一端から他端へとボールを循環させる循環部材であるコマ４１２がナット４０４に設けられている。
【００４０】
ねじ軸４０５の図で左端側には、丸軸部４０５ａが形成され、その外周は、ハウジング４０１の穴４０１ｂに取り付けられた軸受４０７により回転自在に支持されている。丸軸部４０５ａの図の左端は、不図示のカップリングを介してモータに連結されている。
【００４１】
操作者が不図示のスイッチを操作すると、不図示のモータの回転軸が回転し、それに応じてねじ軸４０５が回転する。ねじ軸４０５の回転運動は、回転が不能とされたナット４０４の軸線運動に効率よく変換されるので、ナット４０４が固定された連結軸４０２を軸線方向に移動させることができ、連結軸４０２に連結されたシフトケーブル４０３を介して、不図示のトランスミッションのシフトフォークを動かすことで、所定のシフト動作を行えるようになっている。
【００４２】
本実施の形態によれば、球面部４０２ｂがハウジング４０１の内周面に線接触するので、移動時の抵抗が少なくなっている。また抑制手段としての球面部４０２ｂがハウジング４０１の内周面に当接することで、連結軸４０２はハウジング４０１に対して容易に傾き可能となっているので、軸受４０７を取り付けたハウジング４０１の穴４０１ｂの軸線とナット４０４の軸線との間にズレが生じた場合に、ハウジング４０１に対する連結軸４０２及びナット４０４の傾きを許容することにより、ナット４０４の軸線とねじ軸４０５の軸線との間の交差角θを抑制し、ボールねじ機構の転動体（ボール）荷重分布を平均化することで長寿命を図ることができる。なお、予め軸受４０７を固定するハウジング４０１の穴４０１ｂと、ナット４０４の軸線とが図で上下方向にずれることがわかっている場合には、球面部４０２ｂは円筒面でも良く、その場合、ハウジング４０１の穴４０１ａは、円筒面に上下で接する平行な面を備えた角筒状等であると好ましい。
【００４３】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本発明のボールねじ機構は、車両の変速機のみならず、種々の機械に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図である。
【図２】図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。
【図３】第２の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図である。
【図４】第３の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図である。
【図５】第４の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図である。
【図６】電動モータを取り付けるハウジングと、ボールねじ機構を取り付けるハウジングとを別体とした変速装置の例を示す図である。
【図７】電動モータを取り付けるハウジングと、ボールねじ機構を取り付けるハウジングとを別体とした変速装置の例を示す図である。
【図８】ねじ軸径１４ｍｍ、ボール径３．１７５ｍｍ、２．５巻１列のねじ溝を有するボールねじ機構に、軸線方向荷重５００Ｎを与えた状態で、交差角θを変更した場合における寿命の変化を示す図である。
【図９】交差角θ＝０．２°であるときの転動体荷重Ｑと、交差角θ＝０°のときの転動体荷重平均値Ｑｍｅａｎの比（Ｑ／Ｑｍｅａｎ）の分布を示す図である。
【図１０】電動モータをハウジング内に内蔵した例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０１ ハウジング
１０１ａ 円筒穴
１０１ｂ 穴
１０２ 連結軸
１０２ａ ホルダ
１０３ シフトケーブル
１０４ ナット
１０４ｂ 雌ねじ溝
１０５ ねじ軸
１０５ａ 丸軸部
１０５ｂ 雄ねじ溝
１０７ 軸受
１１０ 弾性部材
１１１ ボール
１１２ コマ
２０１ ハウジング
２０１ａ 円筒内周面
２０１ｂ 穴
２０２ 連結軸
２０２ａ ホルダ
２０２ｂ 内周面
２０３ シフトケーブル
２０４ ナット
２０４ａ 外周面
２０５ ねじ軸
２０５ａ 丸軸部
２０７ 軸受
２１２ コマ
３０１ ハウジング
３０１ａ 穴
３０１ｂ 穴
３０２ 連結軸
３０２ａ ホルダ
３０３ シフトケーブル
３０４ ナット
３０５ ねじ軸
３０５ａ 丸軸部
３０７ 軸受
３１０ 弾性部材
３１２ コマ
４０１ ハウジング
４０１ａ 穴
４０１ｂ 穴
４０２ 連結軸
４０２ａ ホルダ
４０２ｂ 球面部
４０３ シフトケーブル
４０４ ナット
４０５ ねじ軸
４０５ａ 丸軸部
４０７ 軸受
４１２ コマ
【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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【図１０】
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