(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車表面の強度を高めるための歯車の高強度化装置であって、
前記歯車を処理室内で位置決め保持する歯車保持機構と、
前記歯車表面に向かってノズルからガラスビーズと液体との噴流を投射する投射機構と、
前記ガラスビーズが前記歯車表面で粉砕して生成された粉流屑を排液と共に回収する回収機構と、
前記回収された排液を前記液体と前記粉流屑とに分別する分別機構と、
前記分別された前記粉流屑を貯留する粉流屑収容部と、
前記粉流屑収容部内に浮遊する前記粉流屑を強制的に排出する排出機構と、
を備え、
前記分別機構は、第１タンクと、第２タンクと、前記分別された液体を前記第１タンクに排出し、一方で、前記粉流屑が混在した液体を前記第２タンクに排出する切り換え排出手段とを備え、
前記排出機構は、前記粉流屑収容部内に浮遊する前記粉流屑を吸引して前記第２タンクに排出する吸引手段と、前記第２タンクに貯留された液体中に前記粉流屑を導入する際、発生する泡を小さくし、あるいは、消泡する手段と、前記第２タンク内の前記液体に前記粉流屑が混在した排液を、再び前記分別機構に供給する供給手段とを備えることを特徴とする歯車の高強度化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯車表面の強度を高めるための歯車の高強度化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、歯車は使用に際して繰り返し荷重を受けるため、その歯車表面の疲労強度を高める必要がある。このため、従来より歯車表面に鋼球等を衝突させて、圧縮残留応力を付与するショットピーニングが広く行われている。
【０００３】
ところが、ショットピーニングでは、ショット材として鋼球が使用されるために歯車表面が粗れてしまい、その表面粗度が低下するという不具合があった。そこで、特公平５−２１７１１号公報に開示されているように、金属成形品を表面焼入れし、次いで、金属表面を研削した後に粒径が０．２ｍｍ〜０．６ｍｍのガラスビーズを投射するようにした金属表面の高強度化方法が知られている。これにより、金属表面を粗らすことがなく、疲労強度を向上させようとするものである。
【０００４】
しかしながら、上記の従来技術では、付与される圧縮残留応力が低下して疲労強度を所望の値まで向上させることができず、しかも投射されるガラスビーズの指向性が悪いため、このガラスビーズが種々の方向に飛散して作業効率が著しく低下するという問題があった。
【０００５】
さらに、ガラスビーズは、金属表面である歯車表面に衝突して粉砕されるため、ミクロンオーダのガラスビーズ屑（以下、粉流屑ともいう）が処理室内に浮遊している。ところが、被処理物である歯車は、スピンドルに装着されて高速回転されており、微細な粉流屑がこの高速回転するスピンドルに付着し易く、該スピンドルに回転不良等の不具合が発生するという問題があった。
【０００６】
そこで、本出願人は、十分な圧縮残留応力を付与し、歯面から歯元にわたって平滑な面を得るとともに、微細なガラスビーズ屑を確実に除去することを可能にした歯車の高強度化装置を提案し、特許出願を行っている（特開平９−２４８７６５号公報参照）。
【０００７】
この従来技術では、チャンバ内で、熱処理後の歯車表面に向かってノズルからガラスビーズと液体との噴流を投射する投射機構と、前記ガラスビーズが前記歯車表面で紛砕して生成された粉流屑を吸引回収する回収機構とを備えるとともに、この回収機構が、前記チャンバ内に臨みかつ前記歯車の近傍に配置される吸引口を有している。これにより、ガラスビーズが指向性を有して歯車表面に正確に衝突し、この歯車表面に所望の圧縮残留応力が付与されるとともに、前記ガラスビーズの粉砕により生成された微細な粉流屑が吸引口から確実に吸引回収されることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の回収機構では、チャンバ内に浮遊する粉流屑を含むミスト（排液）を吸引して廃棄するものであるが、歯車の高強度化処理が継続して行われると、廃棄される排液が相当な量に達してしまう。そこで、この排液に含まれる粉流屑をガラスビーズの製造に再利用する一方、液体をチャンバ内の洗浄水等として再利用することが要望されている。
【０００９】
本発明は、この種の資源の有効利用を図るためになされたものであり、ガラスビーズが紛砕して生成された粉流屑を含む排液を経済的かつ効率的に処理することが可能な歯車の高強度化装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る歯車の高強度化装置では、歯車表面に向かってガラスビーズと液体との噴流が投射されるため、このガラスビーズが指向性を有して歯車表面に確実に投射され、前記歯車表面に所望の圧縮残留応力が付与される。その際、ガラスビーズが粉砕して生成された粉流屑を含む排液が回収機構により回収された後、この排液が分別機構を介して液体と粉流屑とに分別される。
【００１１】
この分別された粉流屑は、粉流屑収容部に貯留されるとともに、前記粉流屑収容部内に浮遊する該粉流屑が排出機構を介して強制的に排出される。従って、粉流屑収容部内に浮遊する粉流屑が分別機構に逆流することがなく、しかも、前記粉流屑収容部を開放する際に、前記粉流屑が外部に飛散することを確実に防止することが可能になる。これにより、分別された粉流屑は、例えば、ガラスビーズの製造のために再利用される一方、この粉流屑が除去された液体は、チャンバ内の洗浄水等として再利用される。すなわち、資源の有効利用が容易に図られることになる。
【００１２】
また、粉流屑収容部内に浮遊する粉流屑が吸引手段を介して第２タンクに強制的に排出されるとともに、タンク内に貯留された液体中に前記粉流屑が導入される際に発生する泡を小さくし、あるいは、消泡する。従って、第２タンク内で、比較的大きな泡が破壊されることにより粉流屑が飛散することを確実に阻止することが可能になる。さらに、第２タンク内の液体に粉流屑が混在した排液は、供給手段を介して分別機構に再度戻されて前記液体と前記粉流屑とに分別処理される。これにより、純粋な液体と粉流屑とに確実に分別でき、資源の有効利用が図られることになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る高強度化装置１０の概略斜視説明図であり、図２は、前記高強度化装置１０の正面説明図であり、図３は、前記高強度化装置１０の上部拡大一部断面正面図である。
【００１４】
高強度化装置１０は、被処理物である歯車１２を保持してケーシング１４内のチャンバ（処理室）１４ａ内でこの歯車１２を位置決め保持する歯車保持機構１６と、液体、例えば、水１８とガラスビーズ２０との噴流２２を前記歯車１２に向かって投射する投射機構２４と、前記ガラスビーズ２０が前記歯車１２の表面で粉砕して生成された粉流屑２０ａを排液と共に回収する回収機構２６と、前記回収された排液を前記水１８と前記粉流屑２０ａとに分別する分別機構２８と、前記分別された粉流屑２０ａを貯留する粉流屑収容部３１と、前記粉流屑収容部３１内に浮遊する前記粉流屑２０ａを強制的に排出する排出機構３３とを備える。
【００１５】
歯車保持機構１６は、歯車１２の一方の端部に接する駆動部３０を設けたスピンドルユニット３２と、この歯車１２の他方の端部を支持する回転部３４を設けた支持手段３６とを備える。スピンドルユニット３２は、駆動部３０を回転駆動するためのサーボモータ３８を設ける一方、支持手段３６は、回転部３４を軸線方向に進退させるシリンダ４０を備え、この支持手段３６が、位置調整手段４２を介して軸方向に位置調整自在である。図１に示すように、位置調整手段４２は手動ハンドル４４を備え、この手動ハンドル４４を回転操作することにより支持手段３６の位置が変更される。
【００１６】
投射機構２４は、ケーシング１４の外部に配置されるロボット１００を備え、このロボット１００を構成するアーム部１０２が、ベローズ部材１０３に保護された状態で前記ケーシング１４内のチャンバ１４ａに配置される。アーム部１０２の先端にノズル１０４が装着されるとともに、このノズル１０４の上部側には、水１８とガラスビーズ２０を混合するためのミキシングチャンバ１０６が連結される。水１８およびガラスビーズ２０は、それぞれ管路１０８、１１０を介して図示しない水供給源およびホッパーに連結されている（図３参照）。
【００１７】
ケーシング１４には、チャンバ１４ａを外部に開放する開口１４ｂが設けられ、この開口１４ｂが二重扉１２０を介して開閉される（図１参照）。チャンバ１４ａには、回収機構２６を構成する液体噴射手段２００が配置される。図４に示すように、液体噴射手段２００は、ケーシング１４の天井１４ｃ側に配置され、チャンバ１４ａ内に液体、例えば、水１８を広角に噴射する四つの水噴射ノズル２０２ａ乃至２０２ｄを備えている。水噴射ノズル２０２ａ乃至２０２ｄは、チャンバ１４ａ内全体に水を噴射し得るように各噴射角度および方向が設定されている。
【００１８】
ケーシング１４の底部１４ｄは、一つの角部に向かって傾斜して構成されるとともに（図３参照）、この底部１４ｄに近接して水パイプ２０４が配置される。図４に示すように、この水パイプ２０４には、ロボット１００のアーム部１０２ａの下面側を洗浄するための水１８を広角に噴射する水噴射ノズル２０６と、歯車洗浄用のノズル２０８ａ乃至２０８ｆとが設けられている。
【００１９】
図３および図５に示すように、回収機構２６は、ケーシング１４の一側部上部に設けられる吸引口２１０を備え、この吸引口２１０に負圧発生部２１２が連結される。負圧発生部２１２には、その側部に圧縮空気供給口２１４を設けており、この圧縮空気供給口２１４から導入される圧縮空気の吹き出し作用下に前記負圧発生部２１２内を負圧状態にするよう機能する。負圧発生部２１２は、シャワリング用チャンバ２１６を構成するケーシング２１８が接続される。このケーシング２１８内には、噴射手段２２０が装着されており、この噴射手段２２０から水１８が噴射されることによってチャンバ２１６内でシャワリングが行われる。
【００２０】
ケーシング２１８に管体２２２が接続され、この管体２２２がケーシング１４の下部側に底部１４ｄの最下位置に対応して接続されたジョイント管体２２４に接続される。このジョイント管体２２４は、管体２２６、２２８を介して分別機構２８を構成する遠心分離器３００に接続される。管体２２６、２２８間には、鉛直上方向に向かってエア管体２３０が連結されている。ケーシング１４には、吸引口２１０とは反対側かつ下部側に位置して空気導入管２３２が接続されている（図３参照）。
【００２１】
分別機構２８は、ケーシング１４の下方に配置されており、この分別機構２８を構成する遠心分離器３００には、図６に示すように、分離された固形分である粉流屑２０ａを排出するスラッジ排出口３０２と、分離された液体である水を排出する液体排出口３０４とが設けられる。スラッジ排出口３０２の下方には、粉流屑収容部３１を構成するスラッジ回収ボックス３０６が配置される一方、液体排出口３０４には、切り換え排出手段３０８を介して第１タンク３１０と第２タンク３１２とが選択的に連結される。
【００２２】
図６および図７に示すように、第１タンク３１０は、比較的大容量に設定されており、粉流屑２０ａが完全に除去された水１８を貯留するタンクである。第２タンク３１２は、粉流屑２０ａが混在した水１８を貯留するタンクであって、第１タンク３１０よりも小容量に設定されている。
【００２３】
切り換え排出手段３０８は、図６乃至図８に示すように、第１タンク３１０の上方に取付板３１４を介して設けられるシリンダ３１６を備え、このシリンダ３１６から水平方向に延在するロッド３１８には、第１受け部材３２０と第２受け部材３２２とが連結される。第１および第２受け部材３２０、３２２は、取付板３１４に設けられた一対のガイド３２４を介して進退自在に支持される。
【００２４】
第１受け部材３２０に第１排水管３２６の一端が接続され、この第１排水管３２６の他端が第２タンク３１２内に配置される。第２受け部材３２２に第２排水管３２８の一端が接続され、この第２排水管３２８の他端は、鉛直下方向に延在して第１タンク３１０に配置されている受けタンク３３０に配置される。第１および第２受け部材３２０、３２２は、シリンダ３１６の作用下に液体排出口３０４に対応する位置に選択的に配置される。
【００２５】
図９および図１０に示すように、排出機構３３は、スラッジ回収ボックス３０６内に浮遊する粉流屑２０ａを吸引してこの粉流屑２０ａを排出管３３２を介して第２タンク３１２に排出する吸引手段３３４と、前記第２タンク３１２に貯留された水（液体）１８中に前記粉流屑２０ａを導入する際、発生する泡を小さくし、あるいは、消泡する手段、例えば、それぞれ複数の細孔３３６ａ、３３６ｂが形成されたパンチングメタル３３８ａ、３３８ｂと、前記第２タンク３１２内の前記水１８に前記粉流屑２０ａが混在した排液を、再び遠心分離器３００に供給する供給手段３４０とを備える。
【００２６】
吸引手段３３４は、例えば、ブロアで構成されており、この吸引手段３３４がスラッジ回収ボックス３０６の上部側側面に装着されている。吸引手段３３４に排出管３３２の一端が接続され、この排出管３３２の他端が第２タンク３１２の底部に配置されているパンチングメタル３３８ａに挿入支持される。
【００２７】
供給手段３４０は、その下端部が第２タンク３１２の底部近傍に設定された吸引パイプ３４２と、この吸引パイプ３４２の上端部に接続される吸引ポンプ３４４と、前記吸引ポンプ３４４の出口側に連結され、遠心分離器３００の排液入口側に連通する配管３４６とを備える。なお、図１１に示すように、配管３４６は、吸引ポンプ３４４と遠心分離器３００の排水入口側とに接続されているが、二点鎖線で示すように、前記吸引ポンプ３４４とケーシング１４とを連結してもよい。
【００２８】
図１１に示すように、第１タンク３１０内には、レベルセンサ３５０が設けられ、この第１タンク３１０内の水位を上限位置、放流開始位置、放流停止位置および下限位置の四位置で検出している。第１タンク３１０には、第１ポンプ３５２と第２ポンプ３５４とが配置され、この第１ポンプ３５２は、前記第１タンク３１０内の水１８を水経路３５６を介してケーシング１４内の液体噴射手段２００に供給する。第２ポンプ３５４は、第１タンク３１０内の水１８を外部に放流する機能を有している。
【００２９】
このように構成される高強度化装置１０の動作について、以下に説明する。
【００３０】
先ず、切削加工により歯切り加工が施された歯車１２には、浸炭焼入れ処理が行われる。この浸炭焼入れ処理後の歯車１２は、歯車保持機構１６を構成するスピンドルユニット３２の駆動部３０に一端が保持された状態で、シリンダ４０の作用下に支持手段３６を構成する回転部３４が前記歯車１２側に変位してこの歯車１２の他端を支持する。そして、二重扉１２０が閉められてケーシング１４の開口１４ｂが閉塞された状態で、スピンドルユニット３２を構成するサーボモータ３８が駆動されて歯車１２が回転される（図３参照）。
【００３１】
その際、投射機構２４を構成する図示しない高圧ポンプの作用下に、水１８およびガラスビーズ２０がそれぞれ管路１０８、１１０を介してミキシングチャンバ１０６に圧送される。このため、ノズル１０４から歯車１２に向かって水１８とガラスビーズ２０との噴流２２が指向性を有して投射される。
【００３２】
さらに、ノズル１０４は、ロボット１００を構成するアーム部１０２を介して所定方向、すなわち、歯車１２の軸線方向に移動し、この歯車１２の歯面全面にガラスビーズ２０を介して圧縮残留応力が付与されるとともに、前記ガラスビーズ２０が粉砕される。このガラスビーズ２０の粉砕によって生成された粉流屑２０ａは、ケーシング１４内に浮遊しており、回収機構２６を構成する液体噴射手段２００および負圧発生部２１２が駆動される。
【００３３】
液体噴射手段２００では、図４に示すように、各水噴射ノズル２０２ａ乃至２０２ｄを介してケーシング１４内のチャンバ１４ａ内に水１８が噴射され、このチャンバ１４ａ内に浮遊している粉流屑２０ａおよびロボット１００のアーム部１０２に付着している粉流屑２０ａを前記ケーシング１４の底部１４ｄ側に強制的に排出させる。また、水パイプ２０４に装着されている水噴射ノズル２０６から水１８が噴射され、この水１８によってアーム部１０２の下部側が洗浄されるとともに、各ノズル２０８ａ乃至２０８ｆから噴射される水１８を介して歯車１２の洗浄作業が行われる。
【００３４】
液体噴射手段２００による洗浄時に発生した粉流屑２０ａを含む排液が、底部１４ｄの傾斜に沿って流動し、図３および図５に示すように、ケーシング１４に連結されているジョイント管体２２４を介して管体２２６、２２８から分別機構２８を構成する遠心分離器３００に送られる。
【００３５】
一方、負圧発生部２１２が駆動されて圧縮空気供給口２１４から圧縮空気が導入されると、吸引口２１０に負圧が発生してケーシング１４のチャンバ１４ａ内に浮遊している粉流屑２０ａが、この吸引口２１０からチャンバ２１６に吸引されて減速される。チャンバ２１６では、ケーシング２１８に配置されている噴射手段２２０を介してシャワリングが行われ、粉流屑２０ａを含む排液が管体２２２からジョイント管体２２４、管体２２６および２２８を介して遠心分離器３００に導入されるとともに、圧縮空気がエア管体２３０から外部に排出される。なお、チャンバ１４ａ内には、空気導入管２３２から外部の空気が導入されている。
【００３６】
遠心分離器３００では、運転開始直後に所定の回転数に達しないため、排液中から粉流屑２０ａと水１８とを完全に分別できない期間が存在している。そこで、切り換え排出手段３０８を構成する第１受け部材３２０が、予め、遠心分離器３００の液体排出口３０４に対応して配置されている（図８中、実線参照）。このため、遠心分離器３００のスラッジ排出口３０２から固形部分である粉流屑２０ａがスラッジ回収ボックス３０６に排出される。一方、粉流屑２０ａを含む水１８が、液体排出口３０４から第１受け部材３２０に接続されている第１排水管３２６に排出され、この第１排水管３２６から第２タンク３１２に導入される。
【００３７】
次いで、遠心分離器供給ポンプ（図示せず）が駆動され、遠心分離器３００の運転開始から所定の時間を経過した後、切り換え排出手段３０８を構成するシリンダ３１６を駆動される。このため、図７および図８に示すように、ロッド３１８を介して第１および第２受け部材３２０、３２２が矢印Ａ方向に一体的に移動し、遠心分離器３００の液体排出口３０４に対応して前記第２受け部材３２２が配置される（図８中、二点鎖線参照）。従って、遠心分離器３００から排出される水１８は、第２受け部材３２２に接続された第２排水管３２８を介して受けタンク３３０に一且排出された後、この受けタンク３３０を収容する第１タンク３１０内に貯留される。
【００３８】
第１タンク３１０では、レベルセンサ３５０を介してこの第１タンク３１０に貯留されている水１８の水位が検出され、必要に応じて第１ポンプ３５２と第２ポンプ３５４とが選択的に駆動される。図１１に示すように、第１ポンプ３５２が駆動されると、第１タンク３１０内の水１８が、水経路３５６を介して回収機構２６を構成する液体噴射手段２００に送られる。これにより、水１８は、チャンバ１４ａ内に噴射されて歯車１２およびアーム部１０２の洗浄作業やこのチャンバ１４ａ内に浮遊する粉流屑２０ａの回収作業に供される。また、第２ポンプ３５４が駆動されると、第１タンク３１０内の水１８が外部に排水されることになる。
【００３９】
一方、遠心分離器３００から排出された粉流屑２０ａは、スラッジ排出口３０２に対応して配置されているスラッジ回収ボックス３０６に排出される。その際、図９および図１０に示すように、吸引手段３３４が駆動されており、スラッジ回収ボックス３０６内に浮遊している粉流屑２０ａが吸引され、この粉流屑２０ａが排出管３３２を通って第２タンク３１２の底部に配置されているパンチングメタル３３８ａ内に排出される。
【００４０】
このため、粉流屑２０ａは、パンチングメタル３３８ａに設けられている複数の細孔３３６ａを通って微小泡として水１８内に混在し、あるいは、前記細孔３３６ａに阻止されて消泡する。さらに、パンチングメタル３３８ａの上方に配置されているパンチングメタル３３８ｂの複数の細孔３３６ｂによって泡が小さくなり、あるいは、消泡する。これにより、粉流屑２０ａを含む比較的大きな泡が水１８内に発生してこの水１８の表面で破壊され、前記粉流屑２０ａが第２タンク３１２内に飛散することを確実に阻止することができる。
【００４１】
このように、本実施形態では、スラッジ回収ボックス３０６内に浮遊している粉流屑２０ａが吸引手段３３４を介して強制的に排出されるため、このスラッジ回収ボックス３０６内に浮遊する前記粉流屑２０ａが、スラッジ排出口３０２から遠心分離器３００に逆流することを確実に防止することが可能になる。しかも、スラッジ回収ボックス３０６を開放する際に、その内部に浮遊している粉流屑２０ａが外部に飛散することを阻止することができるという効果が得られる。
【００４２】
第２タンク３１２には、供給手段３４０を構成する吸引パイプ３４２の端部が配置されており、吸引ポンプ３４４の駆動作用下に、この第２タンク３１２内の水１８と粉流屑２０とが混在する排液が吸引され、この排液が配管３４６を介して遠心分離器３００に導入される。これにより、第２タンク３１２内の排液が水１８と粉流屑２０ａとに再度分別され、前記粉流屑２０ａが、例えば、ガラスビーズ２０の製造作業に再利用できる一方、前記水１８が洗浄水等として再利用でき、資源の有効利用が容易に図られるという利点が得られる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る歯車の高強度化装置では、ガラスビーズが粉砕して生成された粉流屑を含む排液が、分別機構により液体と粉流屑とに分別され、この分別された粉流屑が粉流屑収容部に貯留されるとともに、前記粉流屑収容部内に浮遊する前記粉流屑が排出機構を介して強制的に排出される。このため、粉流屑収容部内に浮遊する粉流屑が分別機構に進入することを確実に阻止するとともに、前記粉流屑収容部を開放した際の該粉流屑の飛散を有効に回避することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る歯車の高強度化装置の概略斜視説明図である。
【図２】前記高強度化装置の正面説明図である。
【図３】前記高強度化装置の上部拡大一部断面正面図である。
【図４】前記高強度化装置を構成する回収機構の部分斜視説明図である。
【図５】前記回収機構の別の部分斜視説明図である。
【図６】前記高強度化装置を構成する分別機構の一部分解概略斜視説明図である。
【図７】前記分別機構の平面説明図である。
【図８】前記分別機構を構成する切り換え排出手段の動作説明図である。
【図９】前記高強度化装置を構成する排出機構の斜視説明図である。
【図１０】前記排出機構の一部切り欠き正面説明図である。
【図１１】前記高強度化装置の回路説明図である。
【符号の説明】
１０…高強度化装置              １２…歯車
１４、２１８…ケーシング        １４ａ…チャンバ
１６…歯車保持機構              １８…水
２０…ガラスビーズ              ２０ａ…粉流屑
２２…噴流                      ２６…回収機構
２８…分別機構                  ３１…粉流屑収容部
３２…スピンドルユニット        ３３…排出機構
３６…支持手段                  ４０、３１６…シリンダ
１００…ロボット                １０２…アーム部
１０４…ノズル                  ２００…液体噴射手段
２０２ａ〜２０２ｄ、２０６…水噴射ノズル
２０４…水パイプ                ２０８ａ〜２０８ｆ…ノズル
２１０…吸引口                  ２１６…チャンバ
２２０…噴射手段                ３００…遠心分離器
３０２…スラッジ排出口          ３０４…液体排出口
３０６…スラッジ回収ボックス    ３０８…切り換え排出手段
３１０、３１２…タンク          ３２０、３２２…受け部材
３２６、３２８、３３２…排水管  ３３０…受けタンク
３３４…吸引手段                ３４２…吸引パイプ
３４４…吸引ポンプ              ３４６…配管
３５０…レベルセンサ            ３５２、３５４…ポンプ
３５６…水経路
【図１】
0004028099.tif 000002
【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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【図１１】
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