(57)【要約】【課題】  ロ−ル加工機を用いてロ−ルに溝を切削加工する際、ロ−ルの自重により加工されたロ−ルが撓むのを防止する。【解決手段】        ロ−ル状ワ−クピ−ス３５の軸心の両端を主軸台３２と心押台３３で水平方向に支持し、バイト３６でロ−ル状ワ−クピ−スの半径方向に切り込みをかけながらロ−ル状ワ−クピ−スの軸心に平行な方向に工作ツ−ルを移動させてロ−ル外表面を機械加工するロ−ル加工機械において、半円筒状静圧気体軸受４０複数をロ−ル状ワ−クピ−スの下面側にロ−ル状ワ−クピ−スの軸心３５ａと半円筒状静圧気体軸受の半円中心軸が一致するように設け、ロ−ル状ワ−クピ−スの機械加工中に半円筒状静圧気体軸受の気体室に気体を供給してロ−ル状ワ−クピ−ス３５を半円筒状静圧気体軸受の多孔質焼結金属層４１凹面より非接触で浮上させて支持する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロ−ル状ワ−クピ−スの軸心の両端をベッド上に設けられた主軸台と心押台で水平方向に支持し、工作ツ−ルでロ−ル状ワ−クピ−スの半径方向に切り込みをかけながらロ−ル状ワ−クピ−スの軸心に平行な方向に工作ツ−ルを移動させてロ−ル外表面を機械加工するロ−ル加工機械において、
半円筒状気体室凹部を有する半円筒状裏金と、この半円筒状裏金の内側に接合層を介して一体にされた半円筒状多孔質焼結金属層を設けることにより気体室を有する軸受本体を構成し、前記気体室に通じる気体供給ノズルを半円筒状裏金の円弧状外面側に具備させ、前記気体供給ノズルに気体を供給することにより前記多孔質焼結金属層の粒界に気体を供給できる構造の半円筒状静圧気体軸受を、前記ロ−ル状ワ−クピ−スの下面側にロ−ル状ワ−クピ−スの軸心と半円筒状静圧気体軸受の半円中心軸が一致するように設け、ロ−ル状ワ−クピ−スの機械加工中に半円筒状静圧気体軸受の気体室に気体を供給してロ−ル状ワ−クピ−スを半円筒状静圧気体軸受の多孔質焼結金属層凹面に非接触で支持可能としたロ−ル加工機械のロ−ル支持機構。
【請求項２】
請求項１に記載のロ−ル加工機械のロ−ル支持機構を用い、ロ−ル状ワ−クピ−スの軸心の両端をベッド上に設けられた主軸台と心押台で水平方向に支持し、ロ−ル状ワ−クピ−スの機械加工中に半円筒状静圧気体軸受の気体室に気体を供給してロ−ル状ワ−クピ−スを半円筒状静圧気体軸受の多孔質焼結金属層凹面に非接触で支持しながら工作ツ−ルでロ−ル状ワ−クピ−スの半径方向に切り込みをかけながらロ−ル状ワ−クピ−スの軸心に平行な方向に工作ツ−ルを移動させてロ−ル外表面を機械加工することを特徴とする、ロ−ル外表面の加工方法。
【請求項３】
工作ツ−ルが、バイト、砥石車、および研磨砥石より選ばれたものであることを特徴とする、前記請求項２に記載のロ−ル外表面の加工方法。
【請求項４】
半円筒状気体室凹部を有する半円筒状裏金と、この半円筒状裏金の内側に接合層を介して一体にされた半円筒状多孔質焼結金属層を設けることにより気体室を有する軸受本体を構成し、前記気体室に通じる気体供給ノズルを半円筒状裏金の円弧状外面側に具備させ、前記気体供給ノズルに気体を供給することにより前記多孔質焼結金属層の粒界に気体を供給できる構造の半円筒状静圧気体軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロ−ル状ワ−クピ−スの軸心の両端をベッド上に設けられた主軸台と心押台で水平方向に支持し、工作ツ−ルでロ−ル状ワ−クピ−スの半径方向に切り込みをかけながらロ−ル状ワ−クピ−スの軸心に平行な方向に工作ツ−ルを移動させてロ−ル外表面を切削、研削、または研磨するロ−ル加工機械において、ロ−ル状ワ−クピ−スの加工中、ロ−ル状ワ−クピ−スを非接触で支持して加工されたロ−ルの撓みを防止できるロ−ル加工機械のロ−ル支持機構に関する。また、そのロ−ル加工機械を用いてロ−ル外表面を加工する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロ−ルは、導光板製造装置の転写型ロ−ル、フイルムや印刷紙の押付ロ−ル、印刷版胴等に利用されている。例えば、図６に示すように、回転駆動される転写型ロール２と、転写型ロール２の型面２ａに紫外線硬化樹脂組成物８を塗布する原料塗布部３と、紫外線硬化樹脂組成物８に透明フィルム７を積層するとともに紫外線硬化樹脂組成物８を型面２ａに押し付ける押付ロール４と、紫外線硬化樹脂組成物８に紫外線を照射する光源５と、透明フィルム７及び紫外線硬化樹脂組成物８を型面２ａから剥離する剥離ロール６とから構成される導光板製造装置１が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、切削加工性に優れるロ−ル（円筒）形状金属材の表面にダイヤモンドなどのバイトによる旋削加工で微細で高精度な形状を刻設した転写型ロール表面を内蔵したヒータで加熱して、所定サイズに切り出された熱可塑性樹脂プレート部材の表面に押圧して転写型ロールの刻設形状を熱転写して微細で高精度なプリズム形状を有した導光板を製造する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
前記押付ロール４は、円筒研削装置を用い、ロ−ル状ワ−クピ−スの軸心の両端をベッド上に設けられた主軸台と心押台で水平方向に支持し、主軸台のワ−クピ−ス回転機構を利用して軸心廻りにロ−ル状ワ−クピ−スを回転させつつ、工作ツ−ルである砥石車でロ−ル状ワ−クピ−スの半径方向に切り込みをかけながらロ−ル状ワ−クピ−スの軸心に平行な方向に移動させてロ−ル外表面を数μｍ厚み取り去る精密研削して製造される（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
転写型ロール２は、切削装置を用い、ロ−ル状ワ−クピ−スの軸心の両端をベッド上に設けられた主軸台と心押台で水平方向に支持し、主軸台のワ−クピ−ス回転割り出し機構を利用して軸心廻りにロ−ル状ワ−クピ−スを回転させ、工作ツ−ルであるダイヤモンドバイトでロ−ル状ワ−クピ−スの半径方向に切り込みをかけながらロ−ル状ワ−クピ−スの軸心に平行な方向に移動させてロ−ル外表面を１０〜６０μｍの所望の深さの溝を刻設し、ついで、回転割り出し機構で溝のピッチ間隔だけロ−ル状ワ−クピ−スを回転させた後、再びダイヤモンドバイトでロ−ル状ワ−クピ−スの半径方向に切り込みをかけながらロ−ル状ワ−クピ−スの軸心に平行な方向に移動させてロ−ル外表面に所望の深さの溝を刻設し、以下同様にしてロ−ル状ワ−クピ−スの回転割り出しと溝の刻設を繰り返えして製造される。
【０００６】
導光板（偏光板や偏光フィルムとも言われる）のサイズが携帯電話の液晶表示板に使用されるような１〜２インチサイズや携帯テレビジョンのような２〜５インチサイズのような寸法が小さい場合は導光板厚み分布振れ幅がプラスマイナス１μｍ以内の条件を満たす導光板を提供できる転写型ロールであるが、切り出して１２〜６０インチサイズの導光板を提供できる長さが２〜３ｍと長く、直径が２００〜３００ｍｍと大きい転写型ロールが要求される場合は、ロ−ル状ワ−クピ−スの溝刻設中にロ−ル状ワ−クピ−スの自重により４０〜６０μｍの撓みが生じ、前述の導光板厚み分布振れ幅がプラスマイナス１μｍ以内の条件を満たす導光板を製造することができないことが判明した。
【０００７】
前記押付ロール４の製造においては、ロ−ル状ワ−クピ−スは精密研削加工または精密研磨加工中、継続して軸心廻りに回転されているので撓みは小さいが１〜３μｍの撓みが見受けられる。
【０００８】
本発明者は、ステンレス鋼からなる円筒状裏金と、この裏金の少なくとも一方の面に接合層を介して一体にされた多孔質焼結金属層とを具備しており、この多孔質焼結金属層と円筒状裏金とで形成された気体室を備える多孔質静圧気体軸受（例えば、特許文献４参照。）を用い、この多孔質静圧気体軸受をロ−ル状ワ−クピ−スを内挿して機械加工中、気体を供給し続ければロ−ル状ワ−クピ−スを非接触で支持でき、撓みが防止できるではないかと着想した。
【特許文献１】特開２００４−３４１３２２号公報
【特許文献２】特開平１１−１４７２５５号公報
【特許文献３】特開２００２−２８８５９号公報
【特許文献４】特開２００４−１４３５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
オイレス工業株式会社製の多孔質静圧気体軸受”オイレス  エア  ベアリング”（商品名）の中心軸とロ−ル状ワ−クピ−スの軸心を一致させてロ−ル状ワ−クピ−スを内挿し、かつ、多孔質静圧気体軸受を軸心方向に移動可能に取り付けて工作ツ−ルを用いて機械加工を行ったところ、加工ワ−クの撓みはかなり解消されるが、ロ−ル状ワ−クピ−スを囲綾する多孔質静圧気体軸受に工作ツ−ルが衝突する位置に所在するロ−ル状ワ−クピ−ス部分外面を機械加工することはできないことが判明した。
【００１０】
本発明は、機械加工領域をより広く採ることができるロ−ル加工機械のロ−ル支持機構を提供するものである。本発明の他の目的は、このロ−ル加工機械を用い、ロ−ル外表面を工作ツ−ルを用いて機械加工する加工方法の提供にある。更なる本発明の他の目的は、ロ−ル非接触支持軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、ロ−ル状ワ−クピ−スの軸心の両端をベッド上に設けられた主軸台と心押台で水平方向に支持し、工作ツ−ルでロ−ル状ワ−クピ−スの半径方向に切り込みをかけながらロ−ル状ワ−クピ−スの軸心に平行な方向に工作ツ−ルを移動させてロ−ル外表面を機械加工するロ−ル加工機械において、
半円筒状気体室凹部を有する半円筒状裏金と、この半円筒状裏金の内側に接合層を介して一体にされた半円筒状多孔質焼結金属層を設けることにより気体室を有する軸受本体を構成し、前記気体室に通じる気体供給ノズルを半円筒状裏金の円弧状外面側に具備させ、前記気体供給ノズルに気体を供給することにより前記多孔質焼結金属層の粒界に気体を供給できる構造の半円筒状静圧気体軸受を、前記ロ−ル状ワ−クピ−スの下面側にロ−ル状ワ−クピ−スの軸心と半円筒状静圧気体軸受の半円中心軸が一致するように設け、ロ−ル状ワ−クピ−スの機械加工中に半円筒状静圧気体軸受の気体室に気体を供給してロ−ル状ワ−クピ−スを半円筒状静圧気体軸受の多孔質焼結金属層凹面に非接触で支持可能としたロ−ル加工機械のロ−ル支持機構を提供するものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載のロ−ル加工機械のロ−ル支持機構を用い、ロ−ル状ワ−クピ−スの軸心の両端をベッド上に設けられた主軸台と心押台で水平方向に支持し、ロ−ル状ワ−クピ−スの機械加工中に半円筒状静圧気体軸受の気体室に気体を供給してロ−ル状ワ−クピ−スを半円筒状静圧気体軸受の多孔質焼結金属層凹面に非接触で支持しながら工作ツ−ルでロ−ル状ワ−クピ−スの半径方向に切り込みをかけながらロ−ル状ワ−クピ−スの軸心に平行な方向に工作ツ−ルを移動させてロ−ル外表面を機械加工することを特徴とする、ロ−ル外表面の加工方法を提供するものである。
【００１３】
請求項３の発明は、工作ツ−ルが、バイト、砥石車および研磨砥石より選ばれたものであることを特徴とする、前記請求項２に記載のロ−ル外表面の加工方法を提供するものである。
【００１４】
請求項４の発明は、半円筒状気体室凹部を有する半円筒状裏金と、この半円筒状裏金の内側に接合層を介して一体にされた半円筒状多孔質焼結金属層を設けることにより気体室を有する軸受本体を構成し、前記気体室に通じる気体供給ノズルを半円筒状裏金の円弧状外面側に具備させ、前記気体供給ノズルに気体を供給することにより前記多孔質焼結金属層の粒界に気体を供給できる構造の半円筒状静圧気体軸受を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
非接触軸受として半円筒状静圧気体軸受を用いることによりロ−ル状ワ−クピ−スの軸心の水平切断面より上側位置に工作ツ−ルを当接することにより工作ツ−ルが半円筒状静圧気体軸受と衝突することがなくロ−ル状ワ−クピ−スの機械加工領域をより広く採ることができる。
【００１６】
また、半円筒状静圧気体軸受の多孔質焼結金属層凹面は、多孔質焼結金属層粒界径が１〜５μｍ程度であり、表面荒れが５μｍ以下であり、ロ−ル状ワ−クピ−スを多孔質焼結金属層内側凹面より５〜１５μｍ程度浮かせることができる。かつ、気体室に供給された気体は、多孔質焼結金属層中を拡散し、その多孔質焼結金属層表面に噴出されるため、高い剛性が得られる。それ故、半円筒状静圧気体軸受の気体室に供給される空気等の気体圧力は、０．４〜０．６ＭＰａ程度の低圧でよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１はロ−ル切削装置の斜視図、図２は半円筒状静圧気体軸受の取付部材の斜視図、図３は半円筒状静圧気体軸受の一部を切り欠いた側面図、図４は半円筒状静圧気体軸受の正面図、および、図５は別態様のロ−ル切削装置の一部を切り欠いた側面図である。
【００１８】
図１に示すロ−ル切削装置３０は、ベッド３１上に設けられた主軸台３２と心押台３３とでロ−ル状ワ−クピ−ス３５の軸心３５ａの両端を水平方向に支持する。３４は回転割り出し機器（エンコ−ダ）である。工作ツ−ルであるダイヤモンドバイト３６は、ロ−ル状ワ−クピ−スの軸心３５ａに平行に左右方向に移動可能なツ−ルテ−ブル３７上にロ−ル状ワ−クピ−ス３５の半径方向に切り込みをかけることができるよう前後方向に移動可能なテ−ブル３８上に設置されている。
【００１９】
一対の半円筒状静圧気体軸受４０，４０は、前記ツ−ルテ−ブル３７上に立設されたコラム４９にフランジ４８を介してボルト４７で固定されている。半円筒状静圧気体軸受４０を前記ロ−ル状ワ−クピ−ス３５の下面側にロ−ル状ワ−クピ−スの軸心と半円筒状静圧気体軸受の半円中心軸が一致するように設けられる。半円筒状静圧気体軸受４０の多孔質焼結金属層内側凹部面４１でロ−ル状ワ−クピ−ス３５の下側半円部分はノズル４５より供給される気体により非接触で支持可能となっている。ノズル４５はホ−ス４６に接続され、その先は図示されていない気体供給ポンプに接続されている。
【００２０】
かかる切削装置３０を用いてロ−ル状ワ−クピ−ス３５の外面に溝を刻設するには、次ぎの工程を経る。（１）ロ−ル状ワ−クピ−スの軸心３５ａの両端を主軸台３２と心押台３３とで水平方向に支持し、主軸台のワ−クピ−ス回転割り出し機構であるエンコ−ダ３４を用い軸心３５ａ廻りにロ−ル状ワ−クピ−ス３５を回転させ、テ−ブル３８をワ−クピ−スに向かって前進させてダイヤモンドバイト３６でロ−ル状ワ−クピ−スの半径方向に切り込みをかけながらツ−ルテ−ブル３７をロ−ル状ワ−クピ−スの軸心に平行な左方向に移動させてロ−ル３５外表面に所望の深さ（１０〜６０μｍ）の溝を刻設する。この間、半円筒状静圧気体軸受４０には０．４〜０．６ＭＰａの加圧気体が供給され、ロ−ル状ワ−クピ−ス３５を半円筒状静圧気体軸受４０の多孔質焼結金属層内側凹部面４１より５〜１５μｍ程度浮上させている。
【００２１】
ついで、（２）テ−ブル３８を後退させ、ツ−ルテ−ブル３７をロ−ル状ワ−クピ−スの軸心に平行な右方向に移動させてダイヤモンドバイト３６を初期位置に待機させる。
【００２２】
（３）エンコ−ダ３４で溝のピッチ間隔の角度分だけロ−ル状ワ−クピ−ス３５を軸心廻りに回転させた後、再びダイヤモンドバイト３６でロ−ル状ワ−クピ−ス３５の半径方向に切り込みをかけながらロ−ル状ワ−クピ−スの軸心に平行な左方向に移動させてロ−ル外表面に所望の深さの溝を刻設する。
【００２３】
以下同様にして、ロ−ル状ワ−クピ−スの回転割り出しとダイヤモンドバイト３６による溝の刻設を繰り返えして導光板製造用転写型ロ−ルを加工する。
【００２４】
上記半円筒状静圧気体軸受４０は、図２、図３および図４に示すように、半円筒状気体室凹部４４を有するステンレス鋼からなる半円筒状裏金４２と、この半円筒状裏金の内側に接合層４３を介して一体にされた半円筒状多孔質焼結金属層４１を設けることにより気体室４４を有する軸受本体を構成し、前記気体室４４に通じる気体供給ノズル４５を半円筒状裏金の円弧状外面側に具備させるとともに、軸受本体の上面に気体室に通じる孔４４ａを設け、前記気体供給ノズルに気体を供給することにより前記多孔質焼結金属層４１の粒界に半円筒状多孔質焼結金属層４１面より気体を供給できる構造となっている。軸受本体の上面に気体室に通じる孔４４ａは必須ではないが、ロ−ル状ワ−クピ−スの横振れをより抑制するのに効果がある。孔４４ａの内径は、１．５〜３ｍｍで充分である。孔４４ａは、スリット状に設けてもよい。孔４４ａの数は、対称に少なくとも４個以上設けるのが好ましい。
【００２５】
半円筒状静圧気体軸受４０の半円筒状多孔質焼結金属層４１の多孔質焼結金属層は、錫、亜鉛及び銅のうちの少なくと金属素材と黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つの無機質部分を含んでおり、その多孔質焼結金属層の素材、およびその燒結条件は、オイレス工業株式会社出願の前記特許文献４（特開２００４−１４３５８０号公報）の他、特開２００５−２０７４７３号公報、特開２０００−３４６０７１号公報、特開平１１−１９３４２８号公報、特開平１１−１５８５１１号公報に開示されている。よって、半円筒状静圧気体軸受４０の試作品製造は、空気軸受メ−カ−のオイレス工業株式会社に軸受図面を提示し、委託生産していただいた。
【００２６】
半円筒状多孔質焼結金属層４１の厚みは１〜２ｍｍで、接合層４３の素材としては金属や金属粉含有エポキシ樹脂やフェノキシ樹脂が使用される。
【００２７】
前記図１に示すロ−ル状ワ−クピ−スの切削装置３０は、ダイヤモンドバイト３６の移動とともに半円筒状静圧気体軸受４０も移動し、ロ−ル状ワ−クピ−ス３５を非接触で支持することにより加工されたロ−ル状ワ−クピ−ス３５の自重による撓みを防止するものである。図５に示す別態様のロ−ル状ワ−クピ−スの切削装置３０は、半円筒状静圧気体軸受４０をロ−ル状ワ−クピ−ス取り付け下方のベッド３１上に取り外し自在に等間隔に複数個設置し、ダイヤモンドバイト３６をロ−ル状ワ−クピ−スの上方側から昇降自在に当接し、溝加工を可能にしたロ−ル切削装置３０である。図中、３７はツ−ルテ−ブル、５０はダイドレ−ル、５１はコラム、５２はツ−ルヘッド、５３は昇降機構である。
【００２８】
図５に示す切削装置３０において、機械加工されるロ−ル状ワ−クピ−スの直径が２ｒ、長さがＬの場合、使用される半円筒状静圧気体軸受４０の個数の目安は、Ｌ／２ｒで算出される。また、半円筒状静圧気体軸受４０の半円筒状多孔質焼結金属層４１の幅ｗの目安は、２ｒ／３である。半円筒状静圧気体軸受４０が置かれる間隔の目安は４ｒ／３である。例えば、直径が３００ｍｍ、長さが３２００ｍｍの中空状ロ−ルをロ−ル加工機械で加工する際、半円筒状多孔質焼結金属層４１の幅ｗを１００ｍｍ、半円筒状多孔質焼結金属層４１の半径を１５０．０１〜１５０．０５ｍｍ、半円筒状静圧気体軸受４０の個数を１０個とする。半円筒状静圧気体軸受４０は、ロ−ル状ワ−クピ−スの側端から１００ｍｍの位置に置かれ、次ぎに隣接する半円筒状静圧気体軸受４０に対し２００ｍｍの間隔を置いて残り９個が順次設置される。なお、半円筒状多孔質焼結金属層４１の半径は、多孔質焼結金属の線膨張係数（例えば１．８０ｘ１０-5）とロ−ル状ワ−クピ−ス素材の線膨張係数を考慮し、ロ−ル機械加工時、ロ−ル状ワ−クピ−ス３５と半円筒状多孔質焼結金属層４１間の隙間が５〜３０μｍとなるように定める。
【００２９】
ロ−ル状ワ−クピ−スの素材としては、ステンレスロ−ル、電解クロムメッキロ−ル、電解ニッケルメッキロ−ル、電解銅メッキロ−ル、電解ニッケル・銅メッキロ−ル、アルミニウムロ−ル等が利用でき、ロ−ル状ワ−クピ−スは中空ロ−ルであっても全体が金属で構成されている充実ロ−ルであってもよい。
【００３０】
本件発明のロ−ル加工機械のロ−ル支持機構は、工作ツ−ルのダイヤモンドバイトを砥石車に変更すれば円筒研削装置にも応用できる。また、ダイヤモンドバイトを精密研磨砥石に変更すれば円筒研磨装置にも応用できる。
【００３１】
円筒研削装置や円筒研磨装置の場合、工作ツ−ルで機械加工している際、ロ−ル状ワ−クピ−ス３５は軸心３５ａ廻りに継続して回転されるので、ロ−ル状ワ−クピ−スの自重による撓みは切削装置の場合よりも更に小さい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のロ−ル加工機械のロ−ル支持機構は、ロ−ル機械加工中、非接触でロ−ル状ワ−クピ−スを半円筒状静圧気体軸受４０より浮上させることができ、ロ−ル状ワ−クピ−スの自重による撓みを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ロ−ル切削装置の斜視図である。
【図２】半円筒状静圧気体軸受の取付部材の斜視図である。
【図３】半円筒状静圧気体軸受の一部を切り欠いた側面図である。
【図４】半円筒状静圧気体軸受の正面図である。
【図５】別態様のロ−ル切削装置の一部を切り欠いた側面図である。
【図６】導光板製造装置の側面図である。（公知）
【符号の説明】
【００３４】
３０    ロ−ル加工機械
３１    ベッド
３２    主軸台
３３    心押台
３４    回転割り出し機器
３５    ロ−ル状ワ−クピ−ス
３６    工作ツ−ル（ダイヤモンドバイト）
４０    半円筒状静圧気体軸受
４１    多孔質焼結金属層
４４    気体室
４５    気体供給
【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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