(57)【要約】【課題】信頼性が高く、高速対応が可能な転がり装置、運動案内装置及び転動体ねじ装置を実現する。【解決手段】この転がり装置は、外面に転動体転走溝１ａを有する内方部材１と、内方部材１の有する転動体転走溝１ａに対向する負荷転動体転走溝５ｃを有して内方部材１の外方側に配置される外方部材４と、転動体転走溝１ａと負荷転動体転走溝５ｃとの間で転動自在に配置される複数の転動体３と、を備えている。そして、内方部材１に形成された転動体転走溝１ａの溝深さＡよりも、外方部材４に形成された負荷転動体転走溝５ｃの溝深さＢが大きく形成されている。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に転動体転走溝を有する内方部材と、
前記内方部材の有する前記転動体転走溝に対向する負荷転動体転走溝を有して前記内方部材の外方側に配置される外方部材と、
前記転動体転走溝と前記負荷転動体転走溝との間で転動自在に配置される複数の転動体と、
を備える転がり装置において、
前記内方部材に形成された前記転動体転走溝の溝深さよりも、前記外方部材に形成された前記負荷転動体転走溝の溝深さを大きくしたことを特徴とする転がり装置。
【請求項２】
請求項１に記載の転がり装置において、
前記内方部材に形成された前記転動体転走溝の溝深さをＡ、
前記外方部材に形成された前記負荷転動体転走溝の溝深さをＢ、
としたときに、
Ａ：Ｂ＝１．０：１．０〜２．０なる関係式が成り立つように構成されていることを特徴とする転がり装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内方部材としての軌道部材と、
前記負荷転動体転走溝と略平行に伸びる転動体戻し通路を有する請求項１又は２に記載の外方部材としての移動部材と、
前記移動部材の移動方向の前後両端に設けられ、前記負荷転動体転走溝と前記転動体戻し通路を接続する方向転換路を有する一対の蓋部材と、
前記負荷転動体転走溝、前記転動体戻し通路、及び前記方向転換路で構成される転動体循環経路内に転走自在に配列される複数の転動体と、
を備える運動案内装置において、
前記軌道部材に形成された前記転動体転走溝の溝深さよりも、前記移動部材に形成された前記負荷転動体転走溝の溝深さを深くしたことを特徴とする運動案内装置。
【請求項４】
請求項３に記載の運動案内装置において、
前記軌道部材に形成された前記転動体転走溝と前記移動部材に形成された前記負荷転動体転走溝との間で負荷を受けながら転走していた前記転動体が、前記蓋部材に形成された前記方向転換路によって掬われるとき、この掬い開始位置にある前記転動体の中心点が前記蓋部材の内部に位置するように構成されていることを特徴とする運動案内装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の内方部材としてのねじ軸と、
請求項１又は２に記載の外方部材としての移動ナットと、
前記転動体転走溝と前記負荷転動体転走溝との間で転動自在に配置される複数の転動体と、
を備える転動体ねじ装置において、
前記ねじ軸に形成された前記転動体転走溝の溝深さよりも、前記移動ナットに形成された前記負荷転動体転走溝の溝深さを大きくしたことを特徴とする転動体ねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり装置、運動案内装置及び転動体ねじ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転がり装置には、テーブル等の移動体の直線運動や曲線運動を案内する案内部分にボール等の転動体を介在させた運動案内装置や、ねじ軸と移動ナットの間にボール等の転動体を介在させた転動体ねじ装置等を含む。これら機械要素部品として用いられる運動案内装置や転動体ねじ装置等の転がり装置は、軽快な動きが得られるので、ロボット、工作機械、半導体・液晶製造装置、医療機器等、様々な分野で利用されている。
【０００３】
例えば、運動案内装置の一種であるリニアガイドは、ベースに取付けられる軌道レールと、軌道レールに相対運動可能に組付けられるとともに移動体が取付けられる移動ブロックとを備えている。軌道レールには、長手方向に沿って伸びる転動体転走溝が形成されている。一方、移動ブロックには、転動体転走溝に対向する負荷転動体転走溝が形成されるとともに、転動体を循環させる転動体循環経路が設けられている。また、軌道レールの転動体転走溝と移動ブロックの負荷転動体転走溝との間には、転動体が転走自在に配列されている。軌道レールに対して移動ブロックが相対的に直線運動すると、軌道レールと移動ブロックとの間に配列された転動体が転がり運動し、また転動体循環経路内を無限に循環することとなる。そして、このようなリニアガイドは、高い信頼性を要する機械要素部品であるため、長期間安定して使用できることを想定した設計と部材選択が必要である。
【０００４】
なお、この種の運動案内装置を開示するものとして、下記特許文献１などが存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１５３６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来のリニアガイドでは、軌道レールに形成された転動体転走溝の溝深さと、移動ブロックに形成された負荷転動体転走溝の溝深さとは、明確な設計思想に基づいて決定されておらず、その多くが１対１となるように同じ深さとされることが一般的であった。
【０００７】
一方、従来のリニアガイドでは、軌道レールの転動体転走溝に対向する負荷転動体転走溝が形成されるとともに、この負荷転動体転走溝と略平行に伸びる転動体戻し通路を有する移動ブロック本体（移動部材）と、移動ブロック本体の移動方向の前後両端に設けられ、負荷転動体転走溝と転動体戻し通路を接続する方向転換路が形成される一対のエンドプレート（蓋部材）とを組み合わせることで、前記移動ブロックが構成されていた。そして、一対のエンドプレート（蓋部材）に形成される方向転換路の形状は、１対１となるように決定された転動体転走溝の溝深さと負荷転動体転走溝の溝深さとの関係に応じて必然的に決定されるものであった。
【０００８】
ところで、従来のリニアガイドで用いられる転動体は、エンドプレートに形成された方向転換路の先端にあるボールを掬うための掬い部にて掬われているが、リニアガイドが仕様以上の高速環境下で用いられた場合には、この掬い部に大きな負荷が掛かることで不具合が生じる可能性があった。したがって、掬い部を厚肉にして補強することができれば、エンドプレート（蓋部材）に不具合が生じるリスクを低減することができるとともに、従来に比べて高速対応のリニアガイドを実現できる可能性がある。
【０００９】
本発明は、上述した従来の課題の存在を認識した上で、上述した改良の方向性を具体的に実現するために成されたものであり、その目的は、従来技術に比べて信頼性が高く、高速対応が可能な転がり装置、運動案内装置及び転動体ねじ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る転がり装置は、外面に転動体転走溝を有する内方部材と、前記内方部材の有する前記転動体転走溝に対向する負荷転動体転走溝を有して前記内方部材の外方側に配置される外方部材と、前記転動体転走溝と前記負荷転動体転走溝との間で転動自在に配置される複数の転動体と、を備える転がり装置であって、前記内方部材に形成された前記転動体転走溝の溝深さよりも、前記外方部材に形成された前記負荷転動体転走溝の溝深さを大きくしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来技術に比べて信頼性が高く、高速対応が可能な転がり装置、運動案内装置及び転動体ねじ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る運動案内装置の部分縦断面斜視外観図である。
【図２】本実施形態に係る運動案内装置の内部構成を説明するための縦断面図である。
【図３】本実施形態に係る運動案内装置のボール循環経路を説明するための概略断面図である。
【図４Ａ】本実施形態に係る運動案内装置を軌道レールの軸方向から見た場合の透視図である。
【図４Ｂ】従来技術に係る運動案内装置を軌道レールの軸方向から見た場合の透視図であり、図４Ａに対応する図である。
【図５Ａ】本実施形態に係るエンドプレートの形態的特徴を説明するための図であり、分図（ａ）がエンドプレートを軸方向から見た場合の透視図を、分図（ｂ）が分図（ａ）中の符号Ｘ矢視を示している。
【図５Ｂ】従来技術に係るエンドプレートの形態的特徴を説明するための図であり、分図（ａ）がエンドプレートを軸方向から見た場合の透視図を、分図（ｂ）が分図（ａ）中の符号Ｙ矢視を示しており、図５Ａに対応する図である。
【図６Ａ】本実施形態に係るエンドプレートの方向転換路を軸方向に沿った方向で縦断した場合の断面図である。
【図６Ｂ】従来技術に係るエンドプレートの方向転換路を軸方向に沿った方向で縦断した場合の断面図であり、図６Ａに対応する図である。
【図７】本発明をボールねじ装置に対して適用した場合の構成例を示す部分縦断面斜視外観図である。
【図８】図７で示したボールねじ装置の内部構成を説明するための縦断面図である。
【図９】図７で示したボールねじ装置の要部を示す図であり、分図（ａ）がボールねじ装置の要部断面図であり、分図（ｂ）が分図（ａ）中の符号Ｚ部を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
まず、本実施形態に係る運動案内装置の全体構成についての説明を行う。ここで、図１は、本実施形態に係る運動案内装置の部分縦断面斜視外観図であり、図２は、本実施形態に係る運動案内装置の内部構成を説明するための縦断面図であり、図３は、本実施形態に係る運動案内装置のボール循環経路を説明するための概略断面図である。本実施形態に係る運動案内装置は、リニアガイドと呼ばれるものであり、ベースに対してテーブル等の移動体が往復直線運動するのを案内する装置である。
【００１５】
不図示のベースには、軌道部材としての軌道レール１が設置される。軌道レール１の上面から下面には、その長手方向に等間隔で取付け孔２が空けられており、取付け孔２を利用してボルト等の結合手段を用いることにより、軌道レール１の下面をベースに対して固定することができるようになっている。
【００１６】
また、軌道レール１は、細長く直線状に延びて形成されている。軌道レール１の上面及び左右側面には、転動体転走部として、長手方向に沿って伸びるボール転走溝１ａが形成されている。本実施形態では、ボール転走溝１ａが上面に二条、左右側面にそれぞれ一条ずつ、合計四条形成される場合が例示されている。ボール転走溝１ａの断面形状は、単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状か、二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状のいずれかを採用することができる。なお、ボール転走溝１ａの条数や、ボール転走溝１ａとボール３との接触角などは、運動案内装置の負荷荷重に応じて種々設定することができる。また、この種の運動案内装置では、ボール３が転がり運動するので、ボール転走溝１ａは表面粗さが小さくなるように加工されるとともに、硬度が高くなるように熱処理されている。
【００１７】
軌道レール１には、移動部材としての移動ブロック４が複数のボール３を介して相対運動可能に組付けられている。移動ブロック４は、金属製の移動ブロック本体５と、移動ブロック４の移動方向の両端部に設けられる蓋部材としての樹脂製の一対のエンドプレート６とから構成されている。移動ブロック本体５は、その全体が鞍形状に形成され、軌道レール１の上面に対向する中央部５ａと、中央部５ａの幅方向の両端部から下方に垂れさがり、軌道レール１の左右側面に対向する側壁部５ｂとを有する。移動ブロック本体５の中央部５ａと左右それぞれの側壁部５ｂの内面には、軌道レール１のボール転走溝１ａに対向する負荷転動体転走溝として、上方に二条、左右側方にそれぞれ一条、合計四条の負荷ボール転走溝５ｃが形成されている。この負荷ボール転走溝５ｃについても、複数のボール３が転がり運動するので、負荷ボール転走溝５ｃは表面粗さが小さくなるように加工されるとともに、硬度が高くなるように熱処理されている。
【００１８】
さらに、複数のボール３は、ボール循環経路ごとにボール保持器としてのリテーナバンド８によって一連に連結されている。複数のボール３の間には、円筒形状をした複数のスペーサ８ａが介在されている。複数のスペーサ８ａは、その側面が一対の帯状の連結部８ｂによって連結されている。帯状の連結部８ｂ及び複数のスペーサ８ａによって、リテーナバンド８には、ボール３を保持するためのポケット部が形成されることとなる。そして、ボール３の進行方向から見たときに、連結部８ｂはボール３よりも外側にはみ出すように構成されている。移動ブロック本体５の負荷ボール転走溝５ｃの両側には、このボール３の外径よりもはみ出した連結部８ｂを案内するための案内溝１０が加工されている。案内溝１０は、移動ブロック本体５に対して一体に成型された樹脂成型体１１に加工されることで形成されている。この案内溝１０は、軌道レール１から移動ブロック４を外した際に、移動ブロック４の負荷ボール転走溝５ｃからボール３が脱落するのを防止するボール保持機能を備えている。
【００１９】
またさらに、移動ブロック本体５の中央部５ａと左右それぞれの側壁部５ｂには、転動体戻り通路として、負荷ボール転走溝５ｃと平行に伸びるボール戻り通路５ｄが設けられている。ボール戻り通路５ｄは、負荷ボール転走溝５ｃと同じ数だけ設けられる。また、ボール戻り通路５ｄの直径は、ボール３の直径よりも大きいので、ボール戻り通路５ｄではボール３が荷重を受けることがないようになっている。ボール３は、後続のボール３に押されながら、又はリテーナバンド８を介して前方のボール３に引っ張られながら、ボール戻り通路５ｄを移動することとなる。ボール戻り通路５ｄは、移動ブロック本体５に空けた貫通孔１２内に樹脂成型体１３を一体に成型することで形成されている。さらに、ボール戻り通路５ｄにも、リテーナバンド８の連結部８ｂを案内するための案内溝１４が加工されている。
【００２０】
移動ブロック本体５の移動方向の両端には、蓋部材としてのエンドプレート６が装着されている。図３に示されるように、エンドプレート６には、負荷ボール転走溝５ｃとボール戻り通路５ｄを接続するＵ字状の方向転換路１６が形成されており、その構造をより詳しく説明すると、エンドプレート６には、方向転換路１６の外周側が形成されている。一方、移動ブロック本体５の端面には、方向転換路１６の内周側を構成するリターンピース部１７が一体に射出成型されている。したがって、エンドプレート６とリターンピース部１７とを組み合わせることで、方向転換路１６が形成されることとなる。
【００２１】
直線状に伸びる負荷ボール転走溝５ｃ、負荷ボール転走溝５ｃと平行に伸びるボール戻り通路５ｄ、並びに負荷ボール転走溝５ｃとボール戻り通路５ｄとを接続するＵ字状の方向転換路１６によって、サーキット状のボール循環経路が形成されている。このボール循環経路に対して、リテーナバンド８に保持された複数のボール３が配列及び収容されることとなる。そして、移動ブロック４を軌道レール１に対して相対的に移動させると、複数のボール３が、軌道レール１のボール転走溝１ａと移動ブロック４の負荷ボール転走溝５ｃとの間の負荷ボール転走路を転がり運動することとなる。また、移動ブロック４の負荷ボール転走溝５ｃの一端まで転がったボール３は、エンドプレート６に設けられた掬上げ部１６ａで掬い上げられ、Ｕ字状の方向転換路１６を経由した後、ボール戻り通路５ｄに入る。さらに、ボール戻り通路５ｄを通過したボール３は、反対側の方向転換路１６を経由した後、再び負荷ボール転走路に入るのである。
【００２２】
以上、本実施形態に係る運動案内装置の基本構成について説明を行った。次に、本実施形態に係る運動案内装置が備える特徴的な構成についての説明を行う。
【００２３】
ここで、図４Ａは、本実施形態に係る運動案内装置を軌道レールの軸方向から見た場合の透視図であり、図５Ａは、本実施形態に係るエンドプレートの形態的特徴を説明するための図であり、分図（ａ）がエンドプレートを軸方向から見た場合の透視図を、分図（ｂ）が分図（ａ）中の符号Ｘ矢視を示しており、図６Ａは、本実施形態に係るエンドプレートの方向転換路を軸方向に沿った方向で縦断した場合の断面図である。また、図４Ｂ、図５Ｂ及び図６Ｂは、それぞれ従来技術の場合の構成を示す図であり、上述した図４Ａ、図５Ａ及び図６Ａに対応したものである。
【００２４】
図４Ａに示すように、本実施形態に係る運動案内装置では、軌道レール１に形成されたボール転走溝１ａの溝深さよりも、移動ブロック４に形成された負荷ボール転走溝５ｃの溝深さの方が、深く形成されている。そして、軌道レール１に形成されたボール転走溝１ａの溝深さよりも、移動ブロック４に形成された負荷ボール転走溝５ｃの溝深さの方を深く形成することで、図５Ａに示すように、より厚肉部でボール３を掬うことが可能となる。すなわち、軌道レール１に形成されたボール転走溝１ａと移動ブロック４に形成された負荷ボール転走溝５ｃとの間で負荷を受けながら転走していたボール３がエンドプレート６に形成された方向転換路１６によって掬われる位置は、エンドプレート６における移動ブロック本体５との接続面γから離れたエンドプレート６の内部に入った位置となる（図５Ａ中の符号α、及び図６Ａ中の符号βの位置を参照。）。
【００２５】
一方、図４Ｂに示すように、従来技術に係る運動案内装置では、軌道レール１に形成されたボール転走溝１ａの溝深さと、移動ブロック４に形成された負荷ボール転走溝５ｃの溝深さとは、ほぼ同じ溝深さで形成されていた。したがって、図５Ｂで示すように、掬い部の先端近傍で掬ってしまうこととなる。すなわち、軌道レール１に形成されたボール転走溝１ａと移動ブロック４に形成された負荷ボール転走溝５ｃとの間で負荷を受けながら転走していたボール３がエンドプレート６に形成された方向転換路１６によって掬われる位置は、エンドプレート６における移動ブロック本体５との接続面γに非常に近い位置となる（図５Ｂ中の符号α´、及び図６Ｂ中の符号β´の位置を参照。）。
【００２６】
以上の対比から、従来技術に比べて、本実施形態の場合には、ボール掬い位置がエンドプレート６のより厚肉部となるので、高速環境下でも安定したボール３の循環運動や掬い動作が実現することとなる。このことは、本実施形態に係る構成が、従来技術に比べてエンドプレート６の破損リスク低減やボール３循環運動の安定化に寄与することを示している。したがって、本実施形態によれば、案内精度向上や長寿命化、あるいは高速化に対応した運動案内装置を実現することが可能となる。
【００２７】
なお、図６Ａ及び図６Ｂの対比に表われるように、軌道レール１に形成されたボール転走溝１ａと移動ブロック４に形成された負荷ボール転走溝５ｃとの間で負荷を受けながら転走していたボール３がエンドプレート６に形成された方向転換路１６によって掬われる位置は、本実施形態の場合、この掬い開始位置にあるボール３の中心点が、エンドプレート６における移動ブロック本体５との接続面γよりもエンドプレート６の内部のより肉厚部に位置するように構成されている。一方、従来技術の場合には、掬い開始位置にあるボール３の中心点が、エンドプレート６における移動ブロック本体５との接続面γよりもエンドプレート６の外部かつ近接した箇所に位置するように構成されている。したがって、従来技術の場合には、ボール３が方向転換路１６の先端で掬われる際の衝撃がエンドプレート６と移動ブロック本体５との接続部にダイレクトに及ぶこととなる。一方、本実施形態の場合には、エンドプレート６の内部でボール３からの衝撃を受けることができるので、本実施形態のエンドプレート６は、ボール３からの負荷を安定して受けることが可能となる。かかる作用からも、本実施形態に係る構成が、従来技術に比べてエンドプレート６の破損リスク低減やボール３の循環運動の安定化を実現し、運動案内装置の案内精度向上や長寿命化、あるいは高速化を実現するものであることが明らかである。
【００２８】
また、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、軌道レール１に形成されたボール転走溝１ａの溝深さをＡ及びａ、移動ブロック４に形成された負荷ボール転走溝５ｃの溝深さをＢ及びｂ、としたときに、従来技術に係る運動案内装置では、ａ：ｂ＝１．０：１．０の関係が成り立つように設計されることが一般的であった。しかし、本実施形態では、Ａ：Ｂ＝１．０：１．０〜２．０なる関係式が成り立つような構成が採用されている。ここで、本実施形態に係る負荷ボール転走溝５ｃの溝深さＢが２．０以上になると、軌道レール１と移動ブロック４における転走溝以外の平面部のクリアランスを小さく取らざるを得なくなるので、ボール脱落防止のための保持器が設けられなくなってしまう。そこで、本実施形態では、負荷ボール転走溝５ｃの溝深さＢの上限値を、２．０と規定した。また、発明者による検討の結果、Ａ：Ｂ＝１．０：１．５〜２．０の関係式が成り立つように運動案内装置を設計すれば、ボール３の循環運動がより安定した運動案内装置を実現できることが明らかとなった。かかる構成を有する運動案内装置によれば、従来技術に比べて信頼性が高く、高速対応が可能な運動案内装置を実現することが可能となる。
【００２９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
【００３０】
例えば、上述した実施形態では、本発明をリニアガイドに適用した場合を例示して説明を行った。しかしながら、本発明は、図７〜図９に示すようなボールねじ装置に対しても適用することが可能である。すなわち、従来のボールねじ装置の場合にも、ねじ軸７１に形成されたボール転走溝７１ａの溝深さと、移動ナット７４に形成された負荷ボール転走溝７４ａの溝深さとが、１．０：１．０となるように設計されることが一般的であったが、図７〜図９に示すボールねじ装置のように、ねじ軸７１に形成されたボール転走溝７１ａの溝深さをＡ、移動ナット７４に形成された負荷ボール転走溝７４ｃの溝深さをＢとしたときに、Ａ：Ｂ＝１．０：１．０〜２．０なる関係式が成り立つような構成を採用することが好適である（特に、図９参照。）。かかる構成を採用することで、従来技術に比べて移動ナット７４の破損リスク低減やボール３の循環運動の安定化を実現することができるので、ボールねじ装置の案内精度向上や長寿命化、あるいは高速化を実現することが可能となる。
【００３１】
また例えば、上述した実施形態では、ボールリテーナを用いたリニアガイドに本発明が適用された場合を例示して説明したが、本発明は、リテーナを用いない総ボールタイプのリニアガイドに対しても適用可能であり、その様な形態を採用したとしても、同様の作用効果を得ることができる。
【００３２】
以上のように、本発明は、上述した実施形態のようなリニアガイドとしての運動案内装置や、図７〜図９で例示したボールねじ装置としての転動体ねじ装置などを含む、あらゆる形態の転がり装置に対して適用可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３３】
１  軌道レール、１ａ  ボール転走溝、２  取付け孔、３  ボール、４  移動ブロック、５  移動ブロック本体、５ａ  中央部、５ｂ  側壁部、５ｃ  負荷ボール転走溝、５ｄ  ボール戻り通路、６  エンドプレート、８  リテーナバンド、８ａ  スペーサ、８ｂ  連結部、１０  案内溝、１１  樹脂成型体、１２  貫通孔、１３  樹脂成型体、１４  案内溝、１６  方向転換路、１６ａ  掬上げ部、１７  リターンピース部、７１  ねじ軸、７１ａ  ボール転走溝、７４  移動ナット、７４ａ  負荷ボール転走溝。
【図１】
2013210029.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2013210029.tif 000009
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2013210029.tif 000011
【図７】
2013210029.tif 000012
【図８】
2013210029.tif 000013
【図９】
2013210029.tif 000014