(57)【要約】【課題】  ブーツの共回りを確実に防止し、ブーツの耐久性を向上させると共に等速自在継手自体の回転フリクションを減少させる。【解決手段】  一端に開口部１３を有する外側継手部材１０と、その外側継手部材１０との間でボール３０を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材２０とを備え、外側継手部材１０の開口部１３を閉塞する筒状のブーツ６０の端部６２，６４を、外側継手部材１０の開口端部１１と内側継手部材２０から延びるシャフト５０とにそれぞれ装着した等速自在継手であって、外側継手部材１０の開口端部１１とブーツ６０の大径端部６２との間、およびシャフト５０とブーツ６０の小径端部６４との間に、外側継手部材１０およびシャフト５０の回転に対してブーツ６０を静止状態に保持するニードル軸受８２，８３を介在させ、そのニードル軸受８２，８３にシール部材８２ｃ，８３ｃを設ける。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に開口部を有する外側継手部材と、前記外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備え、前記外側継手部材の開口部を閉塞する筒状のブーツの端部を、前記外側継手部材の開口端部と前記内側継手部材から延びる軸部材とにそれぞれ装着した等速自在継手であって、
前記外側継手部材の開口端部とブーツの端部との間、および前記軸部材とブーツの端部との間に、前記外側継手部材および軸部材の回転に対してブーツを静止状態に保持する回転機構を介在させ、前記回転機構あるいは前記ブーツの端部のいずれか一方にシール機構を設けたことを特徴とする等速自在継手。
【請求項２】
前記ブーツの端部に設けられたシール機構は、前記ブーツの端部から一体的に延びて回転機構の端部を覆う鍔部とした請求項１に記載の等速自在継手。
【請求項３】
前記回転機構を軸受とした請求項１又は２に記載の等速自在継手。
【請求項４】
前記回転機構を転がり軸受とした請求項３に記載の等速自在継手。
【請求項５】
前記回転機構に設けられたシール機構は、前記軸受の端部に設けられたシール部材である請求項３又は４に記載の等速自在継手。
【請求項６】
前記ブーツは、山部と谷部とを交互に連続的に形成した蛇腹形状を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の等速自在継手。
【請求項７】
前記ブーツは、その断面形状が前記外側継手部材および軸部材の軸線に対して左右非対称である請求項１〜６のいずれか一項に記載の等速自在継手。
【請求項８】
前記ブーツは、前記外側継手部材に対して前記軸部材が作動角をとった状態でのブーツ伸長側のブーツ膜長よりもブーツ縮小側のブーツ膜長を短くした請求項７に記載の等速自在継手。
【請求項９】
前記ブーツは、弾性体あるいは金属からなる請求項１〜８のいずれか一項に記載の等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用され、例えば自動車のステアリング装置やドライブシャフト等に組み込まれる等速自在継手に関し、詳しくは、継手外部からの異物侵入や継手内部からのグリース漏洩を防止するブーツの取り付け構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の動力伝達系、例えばステアリング装置やドライブシャフト等には、角度変位のみを許容する構造を有する固定式等速自在継手が組み込まれている。この種の等速自在継手は、継手内部に充填したグリースの漏洩を防ぐと共に継手外部からの異物侵入を防止するため、ゴムあるいは樹脂製の蛇腹状ブーツを装着した構造が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、ツェッパ型と称されるボールタイプの固定式等速自在継手を例示する。この固定式等速自在継手は、外側継手部材１１０と、その外側継手部材１１０の内部に収容された内側継手部材１２０、ボール１３０およびケージ１４０からなる内部部品とで構成され、内側継手部材１２０の軸孔にシャフト１５０の軸端を圧入により嵌合させた構造を具備する。
【０００４】
一方、ブーツ１６０は、その一方の大径端部１６２を外側継手部材１１０の開口端部１１１の外周面にブーツバンド１７２で締め付け固定し、他方の小径端部１６４を内側継手部材１２０から延びるシャフト１５０の外周面にブーツバンド１７４で締め付け固定することにより、外側継手部材１１０とシャフト１５０との間に装着され、外側継手部材１１０およびブーツ１６０の内部にグリース（図示せず）を封入している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平７−１０５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述したようにステアリング装置やドライブシャフト等に使用される等速自在継手では、外側継手部材１１０に対してシャフト１５０が作動角をとることができるように、その外側継手部材１１０の開口端部１１１およびシャフト１５０に装着されたブーツ１６０は、複数の山部１６６と谷部１６８とが交互に連続的に形成された蛇腹形状を有する。
【０００７】
また、ブーツ１６０の大径端部１６２を外側継手部材１１０の開口端部１１１にブーツバンド１７２により締め付け固定すると共に、ブーツ１６０の小径端部１６４をシャフト１５０にブーツバンド１７４により締め付け固定した構造となっている。このことから、外側継手部材１１０に対してシャフト１５０が作動角をとった状態では、外側継手部材１１０およびシャフト１５０の回転と共にブーツ１６０が変形した状態で回転することになる。
【０００８】
このように外側継手部材１１０とシャフト１５０との間に装着されたブーツ１６０が変形した状態で回転する場合、そのブーツ１６０は変形を伴いながら伸縮することになる。この時、ブーツ１６０の山部１６６と谷部１６８には大きな応力が作用して屈曲疲労を受け易く、ブーツ１６０の耐久性が低下するという問題が生じる。
【０００９】
また、ブーツ１６０が変形しながら伸縮するに際して、ブーツ１６０の山部１６６同士が接触した場合の摩擦力や反発弾性力が作用することにより、等速自在継手自体の回転フリクションが増加するという問題もあった。
【００１０】
これらの問題を解消するため、外側継手部材１１０の開口端部１１１とブーツ１６０の大径端部１６２との間、およびシャフト１５０とブーツ１６０の小径端部１６４との間に軸受などの回転機構を介在させた構造が考えられる。このような構造を採用すれば、外側継手部材１１０およびシャフト１５０の回転に対してブーツ１６０を静止状態に保持することができる。この場合、外側継手部材１１０に対してシャフト１５０が作動角をとった状態であっても、静止状態にあるブーツ１６０は変形するだけで伸縮することがない。
【００１１】
その結果、ブーツ１６０の屈曲疲労を軽減することができて耐久性の向上が図れる。また、ブーツ１６０の変形に伴う接触部分の摩擦力や反発弾性力を軽減することができて回転フリクションの低減を図ることができる。
【００１２】
しかしながら、回転機構の軸受内部に水や異物が混入すると、その水や異物の混入により回転機構における回転トルクが大きくなって外側継手部材１１０およびシャフト１５０の回転によりブーツ１６０が共回りしてしまうことになる。
【００１３】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、ブーツの共回りを確実に防止し、ブーツの耐久性を向上させると共に等速自在継手自体の回転フリクションを減少させ得る等速自在継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、一端に開口部を有する外側継手部材と、その外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備え、外側継手部材の開口部を閉塞する筒状のブーツの端部を、外側継手部材の開口端部と内側継手部材から延びる軸部材とにそれぞれ装着した等速自在継手であって、外側継手部材の開口端部とブーツの端部との間、および軸部材とブーツの端部との間に、外側継手部材および軸部材の回転に対してブーツを静止状態に保持する回転機構を介在させ、その回転機構あるいはブーツの端部のいずれか一方にシール機構を設けたことを特徴とする。
【００１５】
本発明では、外側継手部材の開口端部とブーツの端部との間、および軸部材とブーツの端部との間に介在させた回転機構により、外側継手部材および軸部材の回転に対してブーツを静止状態に保持することができるので、外側継手部材に対して軸部材が作動角をとった状態であっても、静止状態にあるブーツは変形するだけで伸縮することがない。また、回転機構あるいはブーツの端部のいずれか一方にシール機構を設けたことにより、継手内部に水や異物が混入することを未然に防止できるので、外側継手部材および軸部材の回転によりブーツが共回りすることを確実に防止できる。その結果、ブーツの屈曲疲労を軽減することができて耐久性の向上が図れる。また、ブーツの変形に伴う接触部分の摩擦力や反発弾性力を軽減することができて回転フリクションの低減を図ることができる。
【００１６】
本発明における回転機構としては、組み付けの簡便性や低トルク性能の点で軸受が望ましい。この軸受としては、低フリクションが要望される用途に好適な転がり軸受がある。なお、回転機構に設けられたシール機構としては、軸受の端部に設けられたシール部材が可能である。また、ブーツの端部に設けられたシール機構としては、ブーツの端部から一体的に延びて回転機構の端部を覆う鍔部が可能である。
【００１７】
本発明におけるブーツは、山部と谷部とを交互に連続的に形成した蛇腹形状を有することが望ましい。このブーツが蛇腹形状であれば、外側継手部材に対して軸部材が作動角をとることが容易となる。特に、外側継手部材に対する軸部材の作動角が可変の場合には蛇腹形状が有効である。また、その作動角が固定の場合であっても、ブーツの取り付け時に作動角を変えることができるので作業性の面で好ましい。
【００１８】
本発明におけるブーツは、その断面形状が外側継手部材および軸部材の軸線に対して左右非対称であることが望ましい。本発明におけるブーツは、外側継手部材および軸部材の回転に対して静止状態を保持して回転しない構造となっていることから、断面形状が外側継手部材および軸部材の軸線に対して左右非対称であっても、従来のようにブーツが回転する場合に生じていた応力が作用することはない。
【００１９】
本発明におけるブーツは、外側継手部材に対して軸部材が作動角をとった状態でのブーツ伸長側のブーツ膜長よりもブーツ縮小側のブーツ膜長を短くすることが望ましい。本発明におけるブーツは、外側継手部材および軸部材の回転に対して静止状態を保持して回転しない構造となっていることから、断面形状が外側継手部材および軸部材の軸線に対して左右非対称であってもよく、その場合、外側継手部材に対して軸部材が作動角をとった状態でのブーツ伸長側のブーツ膜長よりもブーツ縮小側のブーツ膜長を短くすれば、ブーツの変形による応力作用を抑制することができて耐久性の向上が図れる。
【００２０】
本発明におけるブーツは、弾性体あるいは金属からなることが望ましい。ブーツを弾性体で構成すれば、外側継手部材に対して軸部材が作動角をとった時にブーツの変形を容易に許容する。また、ブーツを金属で構成すれば、外側継手部材および軸部材がトルクを伴って回転した場合の放熱性を良好なものにすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、外側継手部材の開口端部とブーツの端部との間、および軸部材とブーツの端部との間に介在させた回転機構により、外側継手部材および軸部材の回転に対してブーツを静止状態に保持することができるので、外側継手部材に対して軸部材が作動角をとった状態であっても、静止状態にあるブーツは変形するだけで伸縮することがない。また、回転機構あるいはブーツの端部のいずれか一方にシール機構を設けたことにより、継手内部に水や異物が混入することを未然に防止できるので、外側継手部材および軸部材に対するブーツの共回りを確実に防止できる。そのため、ブーツの屈曲疲労を軽減することができて耐久性の向上が図れる。また、ブーツの変形に伴う接触部分の摩擦力や反発弾性力を軽減することができて回転フリクションの低減を図ることができる。その結果、長寿命で高性能の等速自在継手を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る等速自在継手の第一の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の等速自在継手が作動角をとった状態を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係る等速自在継手の第二の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る等速自在継手の第三の実施形態を示す縦断面図である。
【図５】本発明に係る等速自在継手の第四の実施形態を示す縦断面図である。
【図６】図５の等速自在継手が作動角をとった状態を示す縦断面図である。
【図７】本発明に係る等速自在継手の第五の実施形態を示す縦断面図である。
【図８】等速自在継手の従来例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。以下の実施形態では、ステアリング装置やドライブシャフト等に組み込まれる固定式等速自在継手（ツェッパ型等速自在継手）を例示するが、本発明は、アンダーカットフリー型等速自在継手などの他の固定式等速自在継手や、トリポード型およびダブルオフセット型等速自在継手のような摺動式等速自在継手にも適用可能である。使用される用途として好ましいのは、回転中に作動角を変化させることが無く、しかも高作動角で使用されることの多いステアリング用等速自在継手やプロペラシャフト用等速自在継手である。
【００２４】
以下で詳述する各実施形態における固定式等速自在継手は、外側継手部材１０と、その外側継手部材１０の内部に収容された内側継手部材２０と、外側継手部材１０と内側継手部材２０との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材としてのボール３０と、外側継手部材１０と内側継手部材２０との間に介在してボール３０を保持するケージ４０とで構成され、軸部材であるシャフト５０の軸端を内側継手部材２０の軸孔に圧入でセレーション嵌合させた構造を具備する。
【００２５】
外側継手部材１０は一端に開口部１３を有するカップ状をなし、球面状内周面の円周方向等配位置に、軸方向に延びる複数のトラック溝１２が形成されている。また、内側継手部材２０は、球面状外周面の円周方向等配位置に、軸方向に延びる複数のトラック溝２２が形成されている。外側継手部材１０のトラック溝１２と内側継手部材２０のトラック溝２２とは対をなしてボールトラックを形成し、各ボールトラックに一個のボール３０がそれぞれ組み込んである。ケージ４０は外側継手部材１０の球面状内周面と内側継手部材２０の球面状外周面との間に摺動自在に介在し、各ボール３０はケージ４０のポケットに収容されて円周方向で等間隔に保持されている。
【００２６】
この固定式等速自在継手において、外側継手部材１０と内側継手部材２０とがどのような作動角をとっても、ケージ４０に案内されたボール３０は常に作動角の二等分線に垂直な平面内に維持され、継手の等速性が確保される。
【００２７】
この種の等速自在継手は、継手内部に充填したグリースの漏洩を防ぐと共に継手外部からの異物侵入を防止するため、例えば樹脂製のブーツ６０が装着されている。このブーツ６０は、その一方の大径端部６２を外側継手部材１０の開口端部１１の外周面にブーツバンド７２で締め付け固定し、他方の小径端部６４を内側継手部材２０から延びるシャフト５０の外周面にブーツバンド７４で締め付け固定することにより、外側継手部材１０とシャフト５０との間に装着され、外側継手部材１０およびブーツ６０の内部にグリース（図示せず）を封入している。
【００２８】
ブーツ６０の大径端部６２と小径端部６４との間は、複数の山部６６ａ，６６ｂと谷部６８ａ，６８ｂとを交互に連続的に形成した蛇腹形状をなす。このように、ブーツ６０が蛇腹形状をなすことにより、外側継手部材１０に対してシャフト５０が作動角をとることが容易となる。特に、外側継手部材１０に対するシャフト５０の作動角が可変の場合には蛇腹形状が有効である。また、その作動角が固定の場合であっても、ブーツ６０の取り付け時に作動角を変えることができるので作業性の面で好ましい。
【００２９】
図１および図２に示す第一の実施形態における等速自在継手は、外側継手部材１０の開口端部１１とブーツ６０の大径端部６２との間、およびシャフト５０とブーツ６０の小径端部６４との間に、外側継手部材１０およびシャフト５０の回転に対してブーツ６０を静止状態に保持する回転機構としての軸受８０，８１を介在させた構造を具備する。この回転機構としては、組み付けの簡便性や低トルク性能の点を考慮すると軸受８０，８１が好適である。
【００３０】
また、軸受としては、低フリクションが要望される用途に好適な転がり軸受８０，８１を使用することが可能で、この第一の実施形態では、転がり軸受８０，８１の一例としてニードル軸受８２，８３を例示している。なお、外側継手部材１０側のニードル軸受８２では、外側継手部材１０の開口端部１１の外周面を内側軌道面とし、シャフト５０側のニードル軸受８３では、シャフト５０の外周面を内側軌道面としている。
【００３１】
前述した回転機構としての転がり軸受８０，８１としては、ニードル軸受８２，８３の他に、図３に示す第二の実施形態のように深溝玉軸受８４，８５や、図４に示す第三の実施形態のように複列調心玉軸受８６，８７を使用することも可能である。このように自動調心軸受を使用すれば、ブーツ６０に作用する応力をより一層低減できる。その他の玉軸受としては、アンギュラ玉軸受、スラスト玉軸受、自動調心玉軸受などが使用可能である。この場合、玉軸受８４〜８７の内輪８４ａ〜８７ａは外側継手部材１０の開口端部の外周面およびシャフト５０の外周面に圧入され、また、ニードル軸受８２，８３の外輪８２ｂ，８３ｂおよび玉軸受８４〜８７の外輪８４ｂ〜８７ｂにブーツ６０の大径端部６２および小径端部６４がブーツバンド７２，７４により締め付け固定される。
【００３２】
なお、第一の実施形態のようにニードル軸受８２，８３を使用した場合、第二の実施形態のように深溝玉軸受８４，８５を使用した場合と比較して等速自在継手の外径を小さくすることができてコンパクト化が容易に図れる点で有効である。その他の転がり軸受８０，８１としては、円筒ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、円すいころ軸受、スラスト円すいころ軸受や自動調心ころ軸受などが使用可能である。
【００３３】
以上の各実施形態のように、外側継手部材１０の開口端部１１とブーツ６０の大径端部６２との間、およびシャフト５０とブーツ６０の小径端部６４との間に介在させた回転機構としてのニードル軸受８２，８３、深溝玉軸受８４，８５、複列調心軸受８６，８７などの転がり軸受８０，８１により、外側継手部材１０およびシャフト５０の回転に対してブーツ６０を静止状態に保持することができるので、外側継手部材１０に対してシャフト５０が作動角をとった状態であっても、静止状態にあるブーツ６０は変形するだけで伸縮することがない。
【００３４】
その結果、ブーツ６０の屈曲疲労を軽減することができて耐久性の向上が図れる。また、ブーツ６０の変形に伴って山部６６ｂ同士が接触する場合（例えば図２参照）の摩擦力や反発弾性力を軽減することができ、等速自在継手自体の回転フリクションの低減を図ることができる。
【００３５】
また、第一の実施形態では、回転機構としてのニードル軸受８２，８３にシール機構としてのシール部材８２ｃ，８３ｃを設けている（図１および図２参照）。第二の実施形態では、回転機構としての深溝玉軸受８４，８５にシール機構としてのシール部材８４ｃ，８５ｃを設けている（図３参照）。これらのシール部材８２ｃ〜８５ｃは弾性材料からなり、例えば、静止側である外輪８２ｂ〜８５ｂに外周端部が固定され、回転側である外側継手部材１０および内輪８４ａ，８５ａに内周端部が摺動可能に接触する構造を具備する。また、シール機構としては、回転機構に設けられたシール部材以外に、第三の実施形態のように、ブーツ６０の大径端部６２および小径端部６４を一体的に延設して径方向内側に屈曲させて複列調心軸受８６，８７の端部を覆う鍔部６２ａ，６４ａとすることも可能である（図４参照）。
【００３６】
以上のようにニードル軸受８２，８３および深溝玉軸受８４，８５にシール部材８２ｃ〜８５ｃを設けたり、ブーツ６０の端部に鍔部６２ａ，６４ａを設けたりすることにより、回転機構あるいはブーツ６０の端部から継手内部の潤滑材が漏出することを未然に防止できると共に、継手内部に水や異物が混入することを未然に防止できるので、水や異物の混入によりニードル軸受８２，８３、深溝玉軸受８４，８５および複列調心軸受８６，８７での回転トルクが大きくなることを阻止することができるので、外側継手部材１０およびシャフト５０の回転によりブーツ６０が共回りすることを確実に防止できる。
【００３７】
なお、回転機構の潤滑材は、外側継手部材１０およびブーツ６０内に封入されるグリースと共用することが可能であるが、そのグリースと異なるグリースを使用することも可能である。外側継手部材１０およびブーツ６０内のグリースと回転機構のグリースとを共用しない場合には、回転機構の両側にシール部材を配設することが好ましい。
【００３８】
また、ブーツ６０は、その断面形状が外側継手部材１０およびシャフト５０の軸線に対して左右非対称、つまり、山部６６ａ，６６ｂと谷部６８ａ，６８ｂの少なくとも一方の直径中心が継手の中心軸上に位置しない非同心円形状であることが望ましい。
【００３９】
このブーツ６０は、外側継手部材１０およびシャフト５０の回転に対して静止状態を保持して回転しない構造となっていることから、断面形状が外側継手部材１０およびシャフト５０の軸線に対して左右非対称であっても、従来のようにブーツが回転する場合に生じていた応力が作用することはない。従って、一方向のみに作動角をとる場合、外側継手部材１０に対してシャフト５０が作動角をとった状態でのブーツ伸長側のブーツ膜長よりもブーツ縮小側のブーツ膜長を短くすればよい。
【００４０】
例えば、第一〜第三の実施形態（図１〜図４参照）のように、ブーツ伸長側（図中の継手中心軸よりも上側）の山部６６ａと谷部６８ａの差よりもブーツ縮小側（図中の継手中心軸よりも下側）の山部６６ｂと谷部６８ｂの差を小さくしたり、あるいは、図５に示す第四の実施形態のようにブーツ伸長側（図中の継手中心軸よりも上側）の山部６６ｃと谷部６８ｃの数よりもブーツ縮小側（図中の継手中心軸よりも下側）の山部６６ｄと谷部６８ｄの数を少なくしたりすることが可能である。
【００４１】
このようにすれば、図２に示す第一の実施形態および図６に示す第四の実施形態のように、外側継手部材１０に対してシャフト５０が作動角をとった時にブーツ６０の変形により山部６６ｂ同士が接触することにより作用する応力を抑制することができて耐久性の向上が図れる。
【００４２】
以上の各実施形態では、ブーツ６０の取り付け時に作動角を変えることができる点で有効な蛇腹形状のブーツ６０について説明したが、取り付け時に作動角を変えることが不要な場合には、図７に示す第五の実施形態のように、蛇腹なしの形状を有するブーツ６１を使用することも可能である。この場合、ブーツ６１内の空間容積が小さくなるので、等速自在継手の内部に封入するグリース量を削減することができてコスト面や環境面で好ましい。
【００４３】
また、以上の各実施形態におけるブーツ６０，６１は、弾性体（エラストマー）あるいは金属のいずれかの素材で成形されている。ブーツ６０，６１を弾性体で構成すれば、外側継手部材１０に対してシャフト５０が作動角をとった時にブーツ６０，６１の変形を容易に許容する。また、ブーツ６０，６１を金属で構成すれば、外側継手部材１０およびシャフト５０がトルクを伴って回転した場合の放熱性を良好なものにすることができる。
【００４４】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００４５】
１０  外側継手部材
１１  外側継手部材の開口端部
１３  外側継手部材の開口部
２０  内側継手部材
３０  トルク伝達部材（ボール）
５０  軸部材（シャフト）
６０，６１  ブーツ
６２  ブーツの（大径）端部
６４  ブーツの（小径）端部
６２ａ，６４ａ  シール機構（鍔部）
６６ａ〜６６ｄ  山部
６８ａ〜６８ｄ  谷部
８０，８１  回転機構（転がり軸受）
８２ｃ〜８５ｃ  シール機構（シール部材）
【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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