(57)【要約】      （修正有）【課題】ブロックが停止時にはレールに対してロック保持し、移動時にはロック機能を解除して移動中に想定外の外力が加わった時にはロック状態に復帰する機能を持つ直動案内装置とする。【解決手段】ブロック３の内部とレール２面の間に設けた楔隙間によりクラッチ機構を構成してレール２の長手方向への移動を不可能とするロック手段とし、ブロック３を移動する時にはその方向へのロック機能を持つローラ１２をクラッチの傾斜カム面３ｎから離脱させてロック状態を解除する解除手段としての係合部材を設け、想定外の外力が加わった時にはその離脱状態にあるローラ１２をカム面３ｎに戻してブロック３をロック状態に復帰させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールと、このレールに沿ってブロックが移動する直動案内装置であって、
前記ブロックの内部に、前記レールに対する前記ブロックの移動を拘束するためのロック手段と前記ロック手段による拘束状態を解除するための解除手段とを有し、
前記ロック手段は、前記レールの面と対面する位置にある前記ブロックの面との間で形成される楔部と、この楔部内に配置されるローラとにより形成されるクラッチ機構であることを特徴とするロック保持型直動案内装置。
【請求項２】
前記ロック手段における楔部は、前記レールの面と対面する位置にある前記ブロックの面内の一部に一対以上の傾斜カム面を設けてレール面との間で構成され、傾斜カム面の方向は前記ブロックが前進する方向および後退する方向に狭くなる形状で、前記レールの上面に対する角度は５〜１５°に設定され、前記一対以上の楔部にはそれぞれにローラを置き、そのローラをそれぞれ楔部に押圧する弾性部材を備え、
前記解除手段は前記ローラのうちブロックの反移動側のローラと択一的に係合してこれを前記楔部の向きと反対方向に押圧する解除部材であり、前記解除部材と前記ローラとの間のレールの長手方向の隙間δ0が、前記解除部材の前記ブロック内における前記レールの長手方向への移動可能な隙間δ1に対して、０．２〜０．８倍の関係を有することを特徴とする請求項１記載のロック保持型直動案内装置。
【請求項３】
前記解除手段の解除部材を前記レールの長手方向に移動させる手段として、
（１）電磁石の吸引力を利用するとともに、通常の機械振動あるいは消費電力に対する異常値を感知して電磁石への通電を遮断する電気回路を有する；
（２）前記ブロック内にボールねじのナットをその回転方向だけを拘束し、軸方向には制限された範囲内で隙間を有して移動が可能な状態で組み込む；または、
（３）前記ブロック内に挿入したロッドを前記係合部材に対してねじまたはピンで連結し、ブロックに対して制限された範囲内で隙間を有して移動が可能な状態で組み込むことを特徴とする請求項２記載のロック保持型直動案内装置。
【請求項４】
前記レールと、このレールに沿って移動するブロックとがそれぞれ転動体が転がる転動面を有し、この転動面相互で構成される転動空間に前記転動体が配置され、この転動空間から離脱した前記転動体を再度前記転動空間に戻すための反転部材とを備えることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のロック保持型直動案内装置。
【請求項５】
前記レールと、このレールに沿って移動するブロックとが滑り案内方式であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のロック保持型直動案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直動案内装置の機能向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体としてのブロックと固定体としてのレールとの間に転動体を介在させて、ブロックが高精度で且つ小さな摩擦抵抗で移動できる装置として、「直動案内装置」と呼ばれる機械装置が知られている。
【０００３】
直動案内装置は、例えば工作機械ではレールを機械のベッドに固定し、そのレール上を移動するブロックにステージを固定し、そこに加工物を取り付けてそれ全体を移動させて、移動しない部分に固定された刃物で切削や研削の仕事をするような使用例と、任意の位置まで移動した後にその位置を保ってそこで仕事をする機械や測定機器などの移動ステージ用に数多く使用される。
【０００４】
直動案内装置のブロックを移動させる方法としては例えばブロック自身やステージにナットを取り付け、そのナットにハンドルやモータなどの駆動装置に連結したねじ軸を挿入してそれを回転することによって行なうが、転動体を利用した直動案内装置はブロックの移動時の摩擦抵抗が極めて小さいので駆動装置は基本的に小さなものでよい。
【０００５】
ところが、ブロックやステージが移動中あるいは停止中に想定外の外力がブロックに加わるとその小さな摩擦抵抗が仇になって、外力のほとんどは駆動装置側に作用して駆動装置そのものを損傷させる危険がある。
【０００６】
特にねじ軸がボールねじ装置の場合には想定外の外力の影響によってこのねじ軸に大きな推力が加わると同時に急加速の回転力も加わるので駆動装置を損傷させる危険が大きい。
【０００７】
また、ラックピニオン機構や油圧シリンダなどによる駆動方式ではその構造上ロッドやピストン軸が片持ち式になるので、想定外の外力によってロッドやピストンに大きな推力が作用して座屈損傷する危険がある。
【０００８】
これらの対策として、駆動装置側の損傷を予防するために予め駆動系の機械剛性を大きくするなどして直動案内装置の長所を消し去る設計が強いられており、結果的に機械重量やその体格および費用の増加を余儀なくされている。
【０００９】
また他の対策方法として、ブロックにブレーキ装置を連結してブロックが停止した時にレールとの間にブレーキ力を作用させてその摩擦力によってブロックをロック保持して駆動装置側に外力が加わるのを防止する方策も採られるが、これも移動中にはブレーキ操作が出来ない欠点を持つと同時にブレーキ装置が新たに増えることによる重量やその大きさおよび費用の増加を招いている。
【００１０】
直動案内装置に関連する従来の技術として、固定用部材と、弾性変形により固定用部材を挟み込むことで、ステージ手段と測定手段の高さ方向の位置関係を固定するクランプ手段とを備える測定装置が知られている（特許文献３）。
また、カム輪とロータを用いて二方向クラッチを形成した回転伝達装置が知られている（特許文献１）。さらに、逆入力防止クラッチとして、静止側部材と出力側部材との間に設けられ、出力側部材からの逆入力トルクに対して出力側部材と静止側部材とをロックするロック手段と、入力側部材に設けられ、入力側部材からの入力トルクに対してロック手段によるロック状態を解除するロック解除手段と、入力側部材と出力側部材との間に設けられ、ロック手段によるロック状態が解除された状態のときに、入力側部材からの入力トルクを出力側部材に伝達するトルク伝達手段とを備えた逆入力防止クラッチが知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許公開２０００−３４６１０３
【特許文献２】特許公開２００２−２６６９０２
【特許文献３】特許公開２００５−１４７８０８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、ブロックが停止している時にはブロックはレールに対してロック状態を保ち、移動時にはその方向に対するロック状態を解除して移動可能とし、移動中に想定外の外力が加わったときには速やかにロック状態に復帰できる機能を持つロック保持型直動案内装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のロック保持型直動案内装置は、レールと、このレールに沿ってブロックが移動する直動案内装置であって、上記ブロックの内部に、上記レールに対する上記ブロックの移動を拘束するためのロック手段と上記ロック手段による拘束状態を解除するための解除手段とを有し、
上記ロック手段は、上記レールの面と対面する位置にある上記ブロックの面との間で形成される楔部と、この楔部内に配置されるローラとにより形成されるクラッチ機構であることを特徴とする。
【００１４】
また、上記ロック手段における楔部は、上記レールの面と対面する位置にある上記ブロックの面内の一部に一対以上の傾斜カム面を設けてレール面との間で構成され、傾斜カム面の方向は上記ブロックが前進する方向および後退する方向に狭くなる形状で、上記レールの上面に対する角度は５〜１５°に設定され、上記一対以上の楔部にはそれぞれにローラを置き、そのローラをそれぞれ楔部に押圧する弾性部材を備えていることを特徴とし、
上記解除手段は上記ローラのうちブロックの反移動側のローラと択一的に係合してこれを上記楔部の向きと反対方向に押圧する解除部材であり、上記解除部材と上記ローラとの間のレールの長手方向の隙間δ0が、上記解除部材の上記ブロック内における上記レールの長手方向への移動可能な隙間δ1に対して、０．２〜０．８倍の関係を有することを特徴とする。
【００１５】
また、上記解除手段の解除部材を上記レールの長手方向に移動させる手段として、
（１）電磁石の吸引力を利用するとともに、通常の機械振動あるいは消費電力に対する異常値を感知して電磁石への通電を遮断する電気回路を有する；
（２）上記ブロック内にボールねじのナットをその回転方向だけを拘束し、軸方向には制限された範囲内で隙間を有して移動が可能な状態で組み込む；または、
（３）上記ブロック内に挿入したロッドを上記係合部材に対してねじまたはピンで連結し、ブロックに対して制限された範囲内で隙間を有して移動が可能な状態で組み込むことを特徴とする。
【００１６】
本発明のロック保持型直動案内装置は、上記レールと、このレールに沿って移動するブロックとがそれぞれ転動体が転がる転動面を有し、この転動面相互で構成される転動空間に上記転動体が配置され、この転動空間から離脱した上記転動体を再度上記転動空間に戻すための反転部材とを備えることを特徴とする、レールに沿って移動するブロックがいわゆる転がり案内方式であるか、または、滑り案内方式であるかすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のロック保持型直動案内装置は、ブロックの内部においてレールの面との間に互いに向き合う楔隙間を設けて、その楔隙間を構成するカム面にローラを弾性部材によって押圧して前進および後退が不可能なクラッチ機構を設けてそれをロック手段とするので、ロック時には、ブロックがレールに対してレールの長手方向に移動できない構造となる。そのため、ブロックが停止しているときにはレールに対して常時ロック状態を保ち、移動中にも想定外の外力が加わったときには速やかにロック状態に戻るので、想定外の外力が駆動装置側に加わることがない。
【００１８】
また、ブロックを移動する場合にはローラをカム面から離脱させるための係合部材をブロックの内部に設けて、外部からこの係合部材に力を付与してこの係合部材を移動し、ローラをカム面から離脱させてロック機能を解除させるので、ロックの解除が容易になる。
【００１９】
本発明のロック保持型直動案内装置は、例えば駆動装置そのものを想定外の外力によって損傷しないように予め機械剛性を大きくしたり、新たにブレーキ装置を付加したりする必要はないので、機械装置全体の重量やその大きさおよび費用の増加を抑えることができる。また、ブロックのレールの長手方向における剛性も大きくなるので工作機械に適用すると加工能率と加工精度の向上に大いに寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】直動案内装置の代表的な使用例である。
【図２】従来の直動案内装置の平面図と断面図である。
【図３】本発明によるロック保持型直動案内装置の断面図である。
【図４】本発明品のブロックの凹み部の外観図である。
【図５】本発明品の保持器ところとばねの外観図である。
【図６】本発明品のロック機能解除の説明図である。
【図７】ボールねじのナットを組み込んだ本発明品の組立図である。
【図８】ロッドを組み込んだ本発明品の組立図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は直動案内装置の代表的な使用例を示すものであって、工作機械のベッド１にレール２を二本平行に固定して、そのレール２上を移動可能なブロック３の上部にステージ４を固定し、ステージ４の上部に加工物５を固定してそれを回転スピンドル６に取り付けた刃物７で切削加工をしている状態を表す図である。
【００２２】
このステージ４の背面には図示していないボールねじ装置８のナット８ａが固定され、そのナット８ａにはボールねじの軸８ｂが貫通しており、図示していない外部の駆動装置によってボールねじの軸８ｂに回転力を与えて、ステージ４を図１のＸ−Ｘ方向に前進あるいは後退させる。なお、ボールねじの軸８ｂの反駆動側の軸端は軸受箱９で支持されている。
【００２３】
実際の工作機械では図１の回転スピンドル６をＺ―Ｚ方向への移動に加えてＹ―Ｙ方向にも移動できるようにしたり、図１のステージ４の移動システムを１セットとしてこれを２セット直交させて固定し、加工物５がＸ―Ｘ方向とＹ―Ｙ方向の両方向に自在に移動できるようにしたりして加工物５の加工をする方法も採られる。
【００２４】
ところで、直動案内装置に固定されたステージ４の機械剛性は図１に於いてＹ―Ｙ方向やＺ―Ｚ方向は非常に大きいものであるが、Ｘ―Ｘ方向については直動案内装置のそれはほぼゼロであるので、実際にはＸ―Ｘ方向の機械剛性はステージ４を駆動するためのボールねじ装置８の機械剛性に支配されるので、その剛性は直動案内装置のＹ―Ｙ方向やＺ―Ｚ方向に比較すると非常に小さくなる。
【００２５】
工作機械の加工能力や加工精度はＸ―Ｘ、Ｙ―Ｙ、Ｚ―Ｚ３方向すべての剛性が高いほど向上するから、直動案内装置のブロック３の移動方向すなわちＸ―Ｘ方向の機械剛性を高くすればボールねじ装置８などは小型のもので良いことになる。
【００２６】
図２は直動案内装置の基本的な構造を示すものである。図２（ａ）に示すようにレール２の幅面に鋼球３ａが転動するための溝２ａを設け、その溝２ａに対面するブロック３の足３ｂの内側に溝３ｃを設けて溝２ａとの間で鋼球３ａの転動空間３ｄを構成し、その転動空間３ｄ内に鋼球３ａが保持器３ｅに保持されて挿入される。
【００２７】
ブロック３がレール２に対して移動すると鋼球３ａはブロック３に対して相対的に移動して転動空間３ｄから放出されるので、再び転動空間３ｄに戻すために反転部材３ｆを設け、その反転部材３ｆの内側とブロック３の足３ｂの外側に設けたそれぞれの溝３ｈと３ｇで構成される循環溝３ｉと、転動空間３ｄの間に鋼球３ａを環状に配置して循環するようにし、ブロック３がレール２上を連続して移動することを可能としている。
【００２８】
また、この循環溝３ｉや転動空間３ｄの内部および鋼球３ａや保持器３ｅを清浄に保つためにシール部材３ｊが反転部材３ｆの外側に取り付けられている。
【００２９】
この直動案内装置のブロック３はレール２に対して多数の鋼球３ａを介して案内されるので、図１におけるＹ―ＹとＺ―Ｚ方向の剛性は非常に大きいがＸ―Ｘ方向については鋼球３ａの転がり抵抗のみとなるのでほとんどゼロになる。
【００３０】
本発明はこの直動案内装置のブロック３が従来品と同じようにレール２に対して移動可能の機能を維持しながらＸ―Ｘ方向の機械剛性を大きくすることを目的としたのである。
【００３１】
図３は本発明品において直動案内装置としてのブロック３の足３ｂや鋼球３ａおよび反転部材３ｆとシール部材３ｊを除いた主要部分の基本構造を示すものであって、レール２の上面２ｂに対面する位置にあるブロック３の内側とレール２の上面２ｂとの間にクラッチ機構１０を組み込んでロック手段とし、そのクラッチ機構１０の構成部品である保持器１１をレール２の長手方向に移動することによって係合状態にあるローラ１２を移動させることによるロックの解除手段としたことを特徴としている。
【００３２】
図４はレール２の上面２ｂに対面する位置にあるブロック３の内側の形状を背面から見た外観を示すものであって、第一の凹み部３ｋと第二の凹み部３ｍとブロック３の移動方向に貫通する貫通穴３ｐを持ち、第一の凹み部３ｋの部分にはブロック３がレール２上を移動する方向に向かい合った一対の傾斜カム面３ｎを持ち、この傾斜カム面３ｎとレール２の上面２ｂとの間で一対の楔部を構成していることを特徴としている。
【００３３】
この凹み部３ｋと３ｍ部には図５に示す保持器１１が挿入されるが、解除部材としてのこの保持器１１は中央柱１１ａと二つのポケット１１ｂを持ち、ポケット１１ｂ内には係合部材としてのローラ１２と押圧部材としてのばね１３が組み込まれる。
【００３４】
ブロック３に保持器１１とローラ１２およびばね１３を組み込んで、これをレール２と組み合わせたときの中立状態での位置関係は図３のようになり、ローラ１２はばね１３に押されて傾斜カム面３ｎの斜面の中央部に押し込まれる。そのときにローラ１２は保持器１１の外側の柱１１ｃとの間にＸＬ方向およびＸＲ方向ともに若干の隙間δ0を確保している。
【００３５】
ロック状態の解除部材としての保持器１１のレール２の長手方向への移動は、保持器１１の中央柱１１ａに吸着部材１１ｄをねじ１１ｅで固定し、これをブロック３の貫通穴３ｐ内に固定された電磁石１４で吸引することにより行なう。
【００３６】
保持器１１に固定された吸着部材１１ｄと電磁石１４の吸着面１４ａとの間の隙間はＸL方向およびＸR方向ともにδ1に設定されるが、この隙間の大きさは保持器１１の外側の柱１１ｃとローラ１２との間の隙間δ0の１２５〜５００％の間で設定される。
【００３７】
電磁石１４の吸着面１４ａが吸着部材１１ｄを吸着したときに、保持器１１の外側の柱１１ｃがブロック３の壁３qに衝突するのを防止するためＸL方向およびＸR方向ともにここに隙間δ2を確保するが、この隙間は吸着部材１１ｄと電磁石１４の吸着面１４ａとの隙間δ1よりも大きく設定される。
【００３８】
また、保持器１１はローラ１２の回転軸に対してその直角方向およびレール２の上面２ｂとブロック３の第一凹み部３ｋとの間には小さな隙間で嵌合されており、レール２に対してその長手方向のみに滑らかな移動できる。
【００３９】
ブロック３の第一凹み部３ｋに設けられた傾斜カム面３ｎのレールの上面２ｂに対する勾配θはクラッチとして確実にロック機能を発揮させるために角度５°〜１５°の範囲で製作され、中立状態ではローラ１２を確実にこの傾斜カム面に押し込むために、押圧部材としてのばね１３は適当な力でローラ１２を傾斜カム面３ｎ側に押し付ける。なお、この傾斜カム面３ｎのレール２の上面２ｂに対する勾配θはローラ１２との接触点において５°〜１５°の角度を必要としているので、傾斜カム面３ｎは平面であっても曲面であっても良い。
【００４０】
図３においては、二本のローラ１２はそれぞれがばね１３によってカム面３ｎに押し付けられているので、ブロック３はＸL方向およびＸR方向いずれの方向にもクラッチとしてのロック状態になって移動不可能になり、ロック手段としての構成になる。
【００４１】
以下、本発明によるロック保持型直動案内装置のロック解除の機能を述べる。
いま、図３において紙面左側の電磁石１４に通電すると、その吸着面１４ａと保持器１１に固定された吸着部材１１ｄが密着して図６のようになり、当初のＸL側の隙間δ1はゼロになってＸR側の隙間δ1が当初のすきまの２倍になる。
【００４２】
これに連動してＸR側にあるローラ１２は保持器１１の外側の柱１１ｃに押されてＸL方向に移動するが、図３の中立時の隙間δ0はδ1よりも小さく設定してあるのでローラ１２は傾斜カム面３ｎとの係合状態から離脱してクラッチとしてのロック機能を失うので、ブロック３は図６においてＸL方向に移動が可能となる。なお、ＸR方向への移動に関してはＸL側のローラ１２はばね１３に押圧されて係合状態を維持しているのでＸR方向への移動に対してはロック機能を保持した状態を保っている。
【００４３】
また、図６の状態でＸL側の電磁石１４の吸着面１４ａと保持器１１に固定された吸着部材１１ｄが密着しても中立時の隙間δ2はδ1よりも大きく設定されているので保持器１１の外側の柱１１ｃはブロック３の壁３qとの間で密着干渉することはない。
【００４４】
ブロック３を図６においてＸR方向に移動させるときは紙面左側の電磁石１４への通電を遮断して紙面右側の電磁石１４に通電すればよい。
【００４５】
このように、ブロック３を移動させるときは移動させたい方向にある電磁石１４に通電するだけで特別な機械的操作を必要とすることなくロック状態の解除ができる。
【００４６】
実際に工作機械などに本発明品を適用したとき、ブロック３が移動中はその進行方向に対してはロック機能がないので機械剛性はゼロであるが、想定外の外力が加わった時には機械振動の突然の変化や加工中の負荷電力の急変信号などを検知して電磁石１４への通電を遮断すれば、ロック解除手段としての保持器１１はポケット１１ｂ内に組み込んだばね１３の力で速やかに中立位置に戻ってロック状態に復帰できる。
【００４７】
以上のように図１の直動案内装置によるシステムを本発明のロック保持型直動案内装置に変更するだけでＸ−Ｘ方向の機械剛性を高めることができる。
【００４８】
図７は本発明の他の応用例を示すものであり、ブロック３の中にボールねじ装置８のナット８ａを回転方向には拘束して軸方向にはＸL方向およびＸR方向ともに隙間δ1を確保して移動可能な状態で取り付けたものである。この構造では電磁石１４を使うことなく図３の発明品と同等のロック保持と解放の機能が得られる。
【００４９】
図８はラックピニオン機構や油圧シリンダ装置などによる片持ち式のロッド１５を本発明品のブロック３に取り付けてロック保持と解放の機能を得る構造であり、ロッド１５にフランジ１５ａを設けてロッド１５を保持器１１に対してピン１６で固定し、ブロック３に固定したカバー１７との間に隙間δ1をＸL方向およびＸR方向ともに確保してロッド１５の移動を可能としたものであって、ロッド１５をＸL方向に押せばＸR側のローラ１２のロック機能が解放されてブロック３はＸL方向に移動可能になるので図３の発明品と同等の機能が得られる。
【００５０】
図７と図８の構造ではブロック３が想定外の外力によってその移動方向に急激に移動することによってブロック３に対して保持器１１が相対的に中立位置に戻るので、傾斜カム面３ｎから離脱していたローラ１２が再度係合してロック保持の状態に復帰する。
【００５１】
以上の説明は転動体３ａを使った直動案内装置にロック保持とその解放機構を付加する発明であるが、本発明の本質はロック保持とその解放機構に関するものであるから転動体３ａを使用しない滑り案内方式の直動案内装置に本発明の機構を適用してもよい。
【００５２】
また、本発明の説明は直動案内装置で説明しているが、レールが円弧状になった曲線案内装置に適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のロック保持型直動案内装置はロック保持とその解放の切り替え操作が電気的に行なわれるので、複数個の直動案内装置を使用する工作機械などへの適用が容易である。また、純機械的にロック保持とその解放の切り替え操作ができるので、測定機器の移動ステージなどへの適用が経済的である。
【符号の説明】
【００５４】
１      工作機械などのベッド
２      直動案内装置のレール
２ａ    鋼球が転がる溝
２ｂ    レールの上面
３      直動案内装置のブロック
３ａ    鋼球
３ｂ    足
３ｃ    鋼球が転がる溝
３ｄ    転動空間
３ｅ    保持器
３ｆ    反転部材
３ｇ    鋼球の循環溝
３ｈ    鋼球の循環溝
３ｉ    循環溝
３ｊ    シール部材
３ｋ    第一の凹み部
３ｍ    第二の凹み部
３ｎ    傾斜カム面
３ｐ    貫通穴
３q    壁
４      ステージ
５      加工物
６      回転スピンドル
７      刃物
８      ボールねじ装置
８ａ    ボールねじのナット
８ｂ    ボールねじの軸
９      軸受箱
１０    クラッチ装置
１１    保持器
１１ａ  中央柱
１１ｂ  ポケット
１１ｃ  保持器外側の柱
１１ｄ  吸着部材
１１ｅ  ねじ
１２    ローラ
１３    ばね
１４    電磁石
１４ａ  電磁石の吸着面
１５    ロッド
１５ａ  フランジ
１６    ピン
１７    カバー
δ0    保持器の外側の柱とローラ間の隙間
δ1    吸着部材と電磁石の吸着面との隙間
δ2    保持器外側柱とブロック壁の隙間
θ      傾斜カム面のレール面に対する勾配
ＸL    紙面左方向への動き
ＸR    紙面右方向への動き
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012112395.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012112395.tif 000007
【図６】
2012112395.tif 000008
【図７】
2012112395.tif 000009
【図８】
2012112395.tif 000010