(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成で、ワークに対する位置調整が可能なワーク把持装置及びロボットを提供する。【解決手段】  ワークを把持するワーク把持手段と、ワーク把持手段を支持する支持部に対してワーク把持手段の位置を調整する位置調整手段と、を備え、ワーク把持手段は、ワークを把持するための一対のフィンガーと、一対のフィンガー同士を接近又は離間させる一対のスライド部材と、一対のスライド部材を作動させる駆動手段と有し、位置調整手段は、電気を流すことで粘性が変化する電気粘性流体を用いた可動部によってワーク把持手段を一対のフィンガーの移動方向に移動自在となるようにした。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを把持するワーク把持手段と、
前記ワーク把持手段を支持する支持部に対して前記ワーク把持手段の位置を調整する位置調整手段と、を備え、
前記ワーク把持手段は、ワークを把持するための一対のフィンガーと、前記一対のフィンガー同士を接近又は離間させる一対のスライド部材と、前記一対のスライド部材を作動させる駆動手段と有し、
前記位置調整手段は、電気を流すことで粘性が変化する電気粘性流体を用いた可動部によって前記ワーク把持手段を前記一対のフィンガーの移動方向に移動自在となることを特徴とするワーク把持装置。
【請求項２】
前記位置調整手段は、前記可動部と、前記可動部を支持する枠体と、前記枠体に装着されて前記可動部の移動をガイドする棒状部材と、前記棒状部材の両端部側に設けられて前記可動部を付勢する一対の付勢部材とを有し、
前記電気粘性流体に電気を流して前記可動部が前記棒状部材に沿って移動するときに、前記一対の付勢部材が伸縮することを特徴とする請求項１に記載のワーク把持装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、ロータリソレノイドが有する一対の駆動ピンを前記一対のスライド部材が有する一対の係合孔に作用させ、前記ロータリソレノイドの回転駆動を前記一対のスライド部材が接近又は離間する直線駆動となるように前記一対のスライド部材に伝達し、前記一対のスライド部材を通じて前記一対のフィンガーを動作させることを特徴とする請求項１又は２に記載のワーク把持装置。
【請求項４】
前記ロータリソレノイドが有する回動軸にはレバー部材が回動可能に設けられ、前記ロータリソレノイドが有する前記レバー部材には前記一対の駆動ピンが立設され、
前記レバー部材が有する前記一対の駆動ピンと前記一対のスライド部材が有する前記一対の係合孔とが係合状態で前記ロータリソレノイドを回動させることにより、前記ロータリソレノイドに回動可能に立設された一対の係合ピンが前記レバー部材の端部に作用して前記レバー部材が前記回動軸の軸回りに回動し、前記レバー部材の回動に伴って、前記一対のスライド部材が直線方向に作動することを特徴とする請求項１又は２に記載のワーク把持装置。
【請求項５】
フレームと、
少なくとも一対を互いに対面させて配置した、ワークを把持する複数のフィンガーと、
前記フレームに摺動可能に配設され、前記フィンガーを前記ワークへの接近、及び前記ワークからの離間が可能に支持する一対のスライド部材と、
前記フィンガーを前記ワークから離間する方向に移動させる駆動手段と、
前記フィンガーのスライド方向と平行方向に位置を調整する位置調整手段と、を備え、
前記位置調整手段は、ＥＲ流体を用いた可動部を有することを特徴とするワーク把持装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のワーク把持装置を備えたことを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば産業用ロボット等の把持装置に関するものであり、特に、動力源としてロータリソレノイドを用いたワーク把持装置、及びこのワーク把持装置を備えた産業用ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、産業用ロボット等に搭載される把持装置としては、簡単な機構で実現するための手段として、駆動源にロータリソレノイドを採用したものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１の把持装置は、被把持物を把持するためのピンを有する一対のブロックが一対のラックに固定され、ロータリソレノイドのロータ先端に連結されたピニオンが一対のラックに噛み合って、そのピニオンの回転によって一対のラックをそれぞれ逆方向に平行移動させることにより、一対のブロック（ピン）を開閉動作させる構成を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３００６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の把持装置では、例えば、把持対象となるワークの中心との位置がずれた場合、片側のピンだけがワークに接触してしまうと、把持できないおそれがある。
【０００６】
本発明は、比較的簡単な構成で、ワークに対する位置調整が可能なワーク把持装置及びロボットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のワーク把持装置は、ワークを把持するワーク把持手段と、前記ワーク把持手段を支持する支持部に対して前記ワーク把持手段の位置を調整する位置調整手段と、を備え、前記ワーク把持手段は、ワークを把持するための一対のフィンガーと、前記一対のフィンガー同士を接近又は離間させる一対のスライド部材と、前記一対のスライド部材を作動させる駆動手段と有し、前記位置調整手段は、電気を流すことで粘性が変化する電気粘性流体を用いた可動部によって前記ワーク把持手段を前記一対のフィンガーの移動方向に移動自在となることを特徴とする。
かかる本発明の態様によれば、電気粘性流体（ＥＲ流体）を用いた可動部によってワーク把持手段のワークに対する位置調整が容易に行える。
【０００８】
また、上記本発明では、前記位置調整手段は、前記可動部と、前記可動部を支持する枠体と、前記枠体に装着されて前記可動部の移動をガイドする棒状部材と、前記棒状部材の両端部側に設けられて前記可動部を付勢する一対の付勢部材とを有し、前記電気粘性流体に電気を流して前記可動部が前記棒状部材に沿って移動するときに、前記一対の付勢部材が伸縮することを特徴としてもよい。
かかる本発明の態様によれば、一対の付勢部材と可動部の連動によって、簡単な構成でワーク把持装置の位置調整が可能となる。
【０００９】
また、上記本発明では、前記駆動手段は、ロータリソレノイドが有する一対の駆動ピンを前記一対のスライド部材が有する一対の係合孔に作用させ、前記ロータリソレノイドの回転駆動を前記一対のスライド部材が接近又は離間する直線駆動となるように前記一対のスライド部材に伝達し、前記一対のスライド部材を通じて前記一対のフィンガーを動作させることを特徴としてもよい。
かかる本発明の態様によれば、ロータリソレノイドを用いたフィンガー駆動によって、低コスト化に有利なワーク把持装置を実現できる。
【００１０】
また、上記本発明では、前記ロータリソレノイドが有する回動軸にはレバー部材が回動可能に設けられ、前記ロータリソレノイドが有する前記レバー部材には前記一対の駆動ピンが立設され、前記レバー部材が有する前記一対の駆動ピンと前記一対のスライド部材が有する前記一対の係合孔とが係合状態で前記ロータリソレノイドを回動させることにより、前記ロータリソレノイドに回動可能に立設された一対の係合ピンが前記レバー部材の端部に作用して前記レバー部材が前記回動軸の軸回りに回動し、前記レバー部材の回動に伴って、前記一対のスライド部材が直線方向に作動することを特徴としてもよい。
かかる本発明の態様によれば、レバー部材を動力伝達部材することにより、例えば、ギア接続等の構成をとらなくても、ロータリソレノイドの動力をスライド部材の移動に変換できるため、低コスト化に有利なワーク把持装置を実現できる。
【００１１】
本発明のワーク把持装置は、フレームと、少なくとも一対を互いに対面させて配置した、ワークを把持する複数のフィンガーと、前記フレームに摺動可能に配設され、前記フィンガーを前記ワークへの接近、及び前記ワークからの離間が可能に支持する一対のスライド部材と、前記フィンガーを前記ワークから離間する方向に移動させる駆動手段と、前記フィンガーのスライド方向と平行方向に位置を調整する位置調整手段と、を備え、前記位置調整手段は、ＥＲ流体を用いた可動部を有することを特徴とする。
かかる本発明の態様によれば、電気粘性流体（ＥＲ流体）を用いた可動部によってワーク把持手段のワークに対する位置調整が容易に行える。
【００１２】
なお、本発明は、上述したワーク把持装置を備えた産業用のロボットにも広く適用できる。
かかる本発明の態様によれば、ロボットのワーク把持装置としてワークに対する位置精度に優れたロボットを実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、比較的簡単な構成で、ワークに対する位置調整が可能なワーク把持装置及びロボットを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態に係るワーク把持装置の側面図であって、ロータリソレノイドを励磁せず、ばね力によってワークを把持している状態を示す図。
【図２】図１の分解斜視図。
【図３】図１の連結要部を示す分解斜視図であって、レバー６と駆動ピン４との位置関係を示す図。
【図４】図１のフィンガー閉じ状態を示す図。
【図５】図１のフィンガー開き状態を示す図。
【図６】他のワーク把持構造を有する連結要部を示す分解斜視図。
【図７】図６のフィンガー開き状態を示す図。
【図８】図６のフィンガー開き状態を示す図。
【図９】図１のコンプライアンス機構部を示す。(a)上面、(b)側面。
【図１０】図９の断面矢視図。
【図１１】図９のコンプライアンス機構部の略斜視図。
【図１２】コンプライアンス動作を説明した図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態について図１乃至図５を用いてワーク把持装置の構成および動作について説明する。なお、図１はワーク把持装置をフィンガー９，１０が往復動作する方向に対して直角方向から見た図であり、図２は分解斜視図である。図３は主要部分の略斜視図であり、図４、図５はフィンガーの閉状態と開状態の簡略図である。
【００１６】
まず、装置の構成を説明する。図示するように、１はロータリソレノイド（回転駆動手段）であり、断面コの字状のフレーム８に固定されている。このロータリソレノイド１の出力軸１ａには、アマチャー２が一体で回転するように取り付けられている。
【００１７】
また、このアマチャー２には係合ピン４が固定されている。さらに、ロータリソレノイド１の出力軸１ａにはレバー部材６が有する嵌合部がグリップリング１１ｅを用いて嵌合され、ロータリソレノイド１の駆動に併せて係合ピン４がレバー部材６の端部に作用して、レバー部材６が回動可能に取り付けられている。
【００１８】
一方、レバー部材６には、一対の係合部６ａ，６ｂがロータリソレノイド１の出力軸１ａが嵌合される嵌合部６ｃを挟んでレバー部材６の両側にそれぞれ設けられている。そして、この一対の係合部６ａ，６ｂには、コロ１３ａ，１３ｂを介して１本のボルト１６ａ，１６ｂがそれぞれスライドワッシャー１５ａ，１５ｂを介して挿通され、各ボルト１６ａ，１６ｂは、ステー１２ａ，１２ｂを介在させて一対のスライド部材５ａ，５ｂの一対の係合孔に固定されている。
【００１９】
つまり、本実施形態のワーク把持装置では、ロータリソレノイド１を駆動すると、係合ピン４がレバー部材６の端部に物理的に作用し、レバー部材６が上記ロータリソレノイド１の出力軸（回転軸）１ａの軸回りに回動する。このとき、レバー部材６に挿通された各ボルト１６ａ，１６ｂが一対の駆動ピンとなるため、一対のスライド部材５ａ，５ｂを直線的に移動させる。このようにロータリソレノイド１にレバー部材６を設け、一対のスライド部材５ａ，５ｂとの間で一対の駆動ピンとなるボルト１６ａ，１６ｂが実質的にレバー部材６に立設していることから、例えば、ギア等の接続構造がなく、比較的簡単な構造で、ロータリソレノイド１の回転駆動を一対のスライド部材５ａ，５ｂの直線駆動に変換することができ、低コスト化に有利である。
【００２０】
なお、レバー部材６と出力軸１ａは同位相で回るため互いに固定されていても動作に支障はないが、位相合わせと固定を確実にするために、必要な組立工数を省く目的で、嵌合させている。
【００２１】
また、レバー部材には、上述したように長穴６ａ，６ｂが設けられており、スライド部材５ａ，５ｂにそれぞれ回転可能に取り付けられている筒状のコロ１３ａ，１３ｂと係合している。なお、このようなコロ１３ａ，１３ｂではなく、スライド部材５ａ，５ｂに固定された軸であってもかまわない。いずれにしても、上述したロータリソレノイド１とスライド部材５ａ，５ｂとの間に上述したコロ１３ａ，１３ｂのような中間部材を介在させることにより、部材間の係合を良好なものとでき、摩擦等も低減できる。
【００２２】
ここで、ロータリソレノイド１が有する係合ピン４は、レバー６の外周面６ｄと接触している。一方、スライド部材５ａ，５ｂは、フレーム１に各グリップリング１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを用いて固定されているガイドバー７ａ,７ｂ（ガイドバーの中心線７)にそれぞれスライド可能に支持されている。また、レバー部材６のフック部には、ばね３の一端が接続されており、ばね３の他端はフレーム８の突起部に接続されている。
【００２３】
そして、伸縮部材の一例であるばね３は、ロータリソレノイド１が励磁されてレバー部材６が回転すると伸びた状態となり、励磁を切ると縮んだ状態となって、レバー部材６をもとの位置に復帰させるように作用する。このため、ばね３は、ロータリソレノイド１と共に、レバー部材６（スライド部材５ａ，５ｂ）の駆動手段の一部となる。
【００２４】
また、スライド部材５ａ，５ｂの端部には、ステー１２ａ，１２ｂがそれぞれ固定されており、ステー１２ａにはワークＷを把持するフィンガー９がビス１７ｃ，１７ｄによって固定され、ステー１２ｂにはフィンガー１０がビス１７ｅ，１７ｆによって固定されている。すなわち、スライド部材５ａ，５ｂは、ステー１２ａ，１２ｂを含めて、フィンガー９，１０を開閉する部材となる。そして、各フィンガー９，１０は、スライド部材５ａ，５ｂに対して着脱自在となることから、他のフィンガーとの交換も容易である。
【００２５】
なお、上述したロータリソレノイド１を保持するフレーム８の上端部には、取付部材５０が設けられ、ワーク把持装置をロボット本体（不図示）と連結する構造を有する。
【００２６】
以下、図４及び図５を参照して、本実施形態のワーク把持装置の動作について詳細に説明する。図４はフィンガー９，１０が最も近づいた状態（接近状態）、すなわち閉状態を示している。図５は、フィンガー９，１０を最も離れた状態（離間状態）、すなわち開状態を示している。
【００２７】
例えば、ロータリソレノイド１が励磁していない場合、ばね３の縮む力によってレバー部材６を反時計方向に付勢している。したがって、レバー部材６と係合しているスライド部材５ａ，５ｂと一体に固定されたフィンガー９,１０も互いに近づくように付勢される。すなわち、ばね３によって把持力を発生している。
【００２８】
ここで、上述したばね３によって把持力を発生させている状態から、ロータリソレノイド１を励磁するとアマチャーが時計方向（矢印の方向）に回転し、係合ピン４がレバー部材６の端部（外周面６ｄ）を押し、一体に回転する。このとき、ばね３のばね力に抗して、レバー部材６はその長穴６ａ,６ｂによって、それぞれコロ１３ａ,１３ｂを介してスライド部材５ａ,５ｂを離間する方向にスライドさせる。
【００２９】
これにより、図５に示すように、フィンガー９,１０が開いた状態となる。一方、ロータリソレノイド１の励磁をやめると、ばね３の戻し力によってレバー部材６は反時計方向に回転して閉状態に戻る。なお、ばね３はフレーム８とスライド部材５ａ，５ｂとを結ぶように取り付けてもよい。
【００３０】
ここで、上述したワーク把持装置の他の構造例について、図６乃至図８を用いて詳細に説明する。なお、図６は主要部分の略斜視図であり、図４、図５はフィンガーの閉状態と開状態の簡略図である。
【００３１】
図示するように、他のワーク把持装置においては、ロータリソレノイド１が有するアマチャー２に一対の駆動ピン４ａ，４ｂが立設され、これら一対の駆動ピン４ａ，４ｂがスライド部材５ａ，５ｂ側に設けられた長孔５ｃ，５ｄに係合する構造を有する。
【００３２】
より詳細には、図６においてアマチャー２には駆動ピン４ａと４ｂが固定され、スライド部材５ａ,５ｂにはそれぞれ長穴（一対の係合孔）５ｃ,５ｄが設けられ、駆動ピン４ａは長孔５ｃと係合し、駆動ピン４ｂは長孔５ｄと係合している。また、スライド部材５ａにはばね３の一端がかけられており、他端はフレーム（不図示）にかけられている。
【００３３】
そして、図７に示すように、ロータリソレノイド１を励磁しない状態では、ばね力によってフィンガー９、１０が閉じられている。一方、図８に示すように、ロータリソレノイド１を励磁すると出力軸と一体のアマチャーが駆動ピン４ａ，４ｂとともに時計方向に回転する。これに伴いスライド部材５ａ,５ｂはお互いに離れる方向に移動する。
【００３４】
このような構造によれば、ロータリソレノイド１が有する一対の駆動ピン４ａ，４ｂが直接的に一対のスライド部材５ａ，５ｂに係合するため、接続構造が非常にシンプルであり、従来のようなギア接続が不要となるため、低コスト化に有利である。
【００３５】
なお、上述した構造では、ロータリソレノイド１を回転駆動する構造について説明したが、本発明は勿論これに限定されず、ロータリソレノイド以外の回転駆動手段、例えば、ＤＣモータ、ステッピングモータであってもよい。
【００３６】
ここで、図９乃至図１２を参照して、上述したワーク把持装置が有する取付部材（コンプライアンス機構）５０の構造について詳細に説明する。
【００３７】
図示するように、本実施形態のコンプライアンス機構５０は、上述したワーク把持装置の上端部に装着されて、図示しないロボット本体側におけるワーク把持装置の支持部に対して取付ける取付部材を兼ねた構造となる。
【００３８】
例えば、本実施形態では、このコンプライアンス機構５０は、ワーク把持装置（フレーム８）に取り付け可能な取付枠５１と、取付枠５１に挿通されるシャフト５２及び制御バー（棒状部材）５３と、制御バー５３が挿通される可動部５４と、可動部５４の上端部に固定されて図示しない支持部（ロボット）に取付けるための取付部５５と、可動部５４の移動をガイドするガイド部５６とを有する。
【００３９】
より詳細には、可動部５４は、制御バー５３の軸方向に沿って可動し、取付枠５１及び可動部５４の間に復帰ばね（一対の付勢部材）５７を介在させ、可動部５４の移動を復帰ばね５７によって補助している。この可動部５４は、シリンダ５４ａと、このシリンダ５４ａ内部に充填されたＥＲ流体５４ｂとを有する。このＥＲ流体５４ｂは、図示しない電極を通じて電気を流すことで粘性が変化する電気粘性流体である。なお、シリンダ５４ａ内のＥＲ流体５４ｂは、制御バー５３の連通孔に対してシール部材５４ｃを介して封止されている。また、シリンダ５４の一端部は、エンドキャップ５４ｄによって塞がれている。
【００４０】
そして、コンプライアンス機構５０は、このようなＥＲ流体５４ｂが充填されたシリンダ５４ａ内を貫通するように挿通され、制御バー５３の一部がフランジ部を有することにより、ＥＲ流体５４ｂの抵抗を受ける構造となる。すなわち、可動部５４は、通電によってＥＲ流体５４ｂの粘性が高まると、制御バー５３の軸方向への移動を制限する（移動制限状態）。一方、可動部５４は、通電を切れば、制御バー５３の軸方向への移動が可能となる（移動解除状態）。このようなコンプライアンス機構５０での移動制限とその解除を通電制御によって切り替えることにより、ワークＷに対するワーク把持装置の位置を実質的に調整することが可能となる。
【００４１】
ここで、図１２（ａ）には、ロボット制御側からの位置指令によって、ワーク把持装置が移動した位置とワークＷの位置が一致した状態を表している。図１２の一点鎖線ＰはワークＷの中心を、二点鎖線Fはフィンガー同士間距離の中央位置を示している。図１２（ｂ）は、ワーク把持装置がワークＷからずれた位置で把持を開始した状態を表している。
【００４２】
つまり、図１２（ｂ）に示すように、ワークＷからワーク把持装置がずれた位置となると、一点鎖線Ｐと二点鎖線Fが一致していない。この状態で把持を開始すると、まず、片側のフィンガーがワークＷと接触する。この時点ではロボットがエンドエフェクター（ワーク把持装置）をワークＷに向かって移動する動作は実質的に完了しているが、図１２（ｂ）の状態では、ワークＷは把持できていない。
【００４３】
このとき、本実施形態では、上記コンプライアンス機構５０を有するため、可動部５４の移動制限を解除しておくと、図１２（ｂ）の状態から図１２（ｃ）の状態に移行する。これは、一対のフィンガーが、ばね３によって引き寄せられる方向に応力が付加されているためである。すなわち、ワーク把持装置が矢印の方向に、ばね３の圧縮力を受けて可動部５４を通じた移動が可能となって、図１２（ｃ）の状態に移行する。なお、この状態では、コンプライアンス機構５０が有する一方の復帰ばね２０ａは伸び、復帰ばね２０ｂは縮む。すなわち、この状態（図１２（ｃ））の状態では、一点鎖線Ｐと二点鎖線Ｆは一致することとなり、ワークＷの把持が可能となる。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、ワークＷとワーク把持装置との位置決めが十分でない場合でも、コンプライアンス機構５０の許容範囲（可動範囲）内であればロータリソレノイド１への通電を切るだけで一対のフィンガーでワークＷの把持が可能となる。
【００４５】
ところで、図１２（ｃ）の状態でワークＷを治具３０から引き抜こうとすると、ばね力によってワークＷは治具３０の内壁に押し付けられているため、摩擦による抵抗が発生する。ここでＥＲ流体５４ｂに電圧を印加して、粘性抵抗を高めるとシリンダ５４ａと制御バー５３との相対移動が制限され、可動部５４が固定される。
【００４６】
つまり、ワークＷと治具３０との摩擦力が低減され、引き抜きが可能となる。電圧を印加するタイミングは、把持動作が完了した後でかつ、引き上げ動作を開始する前あればよく、ロボット制御のシーケンスに合わせて適宜設定可能である。
【００４７】
なお、ワーク把持の完了とはフィンガー９，１０がばね力によってワークＷを把持し、かつシリンダ５４ａと制御バー５３との相対移動、すなわち、可動部５４の移動動作がなされた後に停止した時点とする。次に電圧印加を停止すると、ＥＲ流体５４ｂの粘性抵抗が下がり流動性が戻るため、復帰ばね２０ａ，２０ｂはばねの復元力によって可動部５４を互いにバランスする位置、すなわち、中央部分へ復帰させる。
【００４８】
また、復帰させるタイミングは、ワークＷを治具３０から完全に引き抜いた後であればよい。この復帰作用がワーク把持装置の把持位置の基準出し動作を可能としている。以上により、ワーク把持装置とワークＷの位置が厳密に一致しなくても、ワークＷの引き抜きが可能となる。したがってロボットの位置決め制御の精度を緩和できる。
【符号の説明】
【００４９】
１  ロータリソレノイド
１ａ  出力軸
２  アマチャー
３  ばね（伸縮部材）
４  係合ピン
（４ａ，４ｂ  駆動ピン）
５ａ，５ｂ  スライド部材
６  レバー部材
７ａ，７ｂ  ガイドバー
８  フレーム
９，１０  フィンガー
１１  グリップリング
１２ａ，１２ｂ  ステー
１３ａ，１３ｂ  コロ
１５ａ，１５ｂ  スライドワッシャー
１６ａ，１６ｂ  ボルト（一対の駆動ピン）
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ  ビス
５０  取付部材
５１  取付枠
５２  シャフト
５３  制御バー
５４  稼動部
５４ａ  シリンダ
５４ｂ  ＥＲ流体
５５  取付部材
５６  ガイド
５７  復帰ばね
Ｗ  ワーク
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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