(57)【要約】【課題】各ドグ歯を噛み合わせるまでに要する油量を低減することができる噛み合い式係合機構を提供する。【解決手段】油圧アクチュエータ１は、油圧が供給されるシリンダ２と、シリンダ２に供給された油圧を受けて第２部材１９を第１部材２０側に押圧するピストン３，４とを有し、ピストン３は、第２部材１９に連結された第１ピストン３と、各ドグ歯１９，２１が所定量以上噛み合っている場合に、第１ピストン３に固定され、各ドグ歯１９，２１が所定量噛み合っていない場合に、シリンダ２に固定される第２ピストン４とにより構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１ドグ歯が軸線方向に向けて突出しかつ円周方向に一定の間隔を空けて形成された第１部材と、前記第１ドグ歯の間に差し込まれる第２ドグ歯が軸線方向に向けて突出して形成された第２部材と、供給される油圧に応じて前記第２部材を前記第１部材側に押圧する油圧アクチュエータとを備えた噛み合い式係合機構において、
前記油圧アクチュエータは、油圧が供給されるシリンダと、前記シリンダに供給された油圧を受けて前記第２部材を前記第１部材側に押圧するピストンとを有し、
前記ピストンは、前記第２部材に連結された第１ピストンと、前記各ドグ歯が所定量以上噛み合っている場合に、前記第１ピストンに固定され、前記各ドグ歯が所定量噛み合っていない場合に、前記シリンダに固定される第２ピストンとにより構成されている
ことを特徴とする噛み合い式係合機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ドグ歯を係合させることにより、相対回転する二つの部材を連結するように構成された噛み合い式係合機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内歯が形成されたスリーブと、外歯が形成された固定部材および回転部材とを備え、スリーブが固定部材と回転部材とに噛み合うことにより回転部材の回転を停止させるように構成された噛み合い式係合機構が記載されている。このスリーブには、固定部材と回転部材とを係合させる方向に電磁力が作用し、かつその電磁力に抗してリターンスプリングの弾性力が作用するように構成されている。また、各歯は、所定のねじれ角を有している。具体的には、噛み合い式係合機構が係合した状態で回転部材にトルクが入力されたときに、各歯の歯面に作用するトルクに応じた軸線方向の分力が、リターンスプリングの弾性力に抗する方向に生じるように各歯がねじれている。
【０００３】
特許文献２には、支持軸に摺動可能に嵌合したスリーブの外周面にドグ歯が形成され、そのスリーブが所定の位置まで移動した際に、他の回転部材に形成されたドグ歯に、スリーブのドグ歯が噛み合うように構成された噛み合い式係合機構が記載されている。また、スリーブには、貫通孔が形成されており、スリーブの板厚とほぼ外径が同じボールが、貫通孔に挿入されている。さらに、支持軸の外周面には、軸線方向に沿った溝が形成されている。その溝は、各ドグ歯が噛み合う位置までスリーブが移動した場合における貫通孔の位置と同一箇所まで形成されている。支持軸の外周面に軸線方向に沿った溝が形成されている。したがって、各ドグ歯が噛み合っていないときには、ボールの一部が溝に挿入され、各ドグ歯が噛み合う際に、溝の壁面とボールトが接触して、スリーブの軸線方向への移動を制限される。なお、特許文献２に記載された各ドグ歯は、伝達するトルクに応じて各ドグ歯が離隔する方向の分力が生じるように傾斜して形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１２２６６４号
【特許文献２】特開平８−９１０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、噛み合い式係合機構が係合している際には、特許文献１に記載されたようなリターンスプリングの弾性力や、特許文献２に記載されたようなドグ歯の噛み合いに基づいて生じる分力などの荷重が、各ドグ歯が離隔する方向に作用する場合がある。そのような各ドグ歯を離隔させる方向の荷重が作用する構成では、噛み合い状態を維持するためには、その荷重に抗した押圧力を作用させることになる。この押圧力を油圧アクチュエータにより生じさせる場合には、油圧源などの動力損失を低減するために油圧アクチュエータに供給する油圧を低くすることが好ましい。そのため、油圧アクチュエータの受圧面積を大きくすることが好ましい。一方、油圧アクチュエータにより一方のドグ歯を他方のドグ歯に向けて押圧して係合させる場合には、上述したように油圧アクチュエータの受圧面積を大きくすると、油圧アクチュエータの容積も大きくなるので、噛み合い式係合機構を噛み合わせるまでに要する油量が増大する。その結果、油圧アクチュエータにオイルを供給し始めてから、各ドグ歯が噛み合い始めるまでの時間が長くなる。
【０００６】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、各ドグ歯を噛み合わせるまでに要する油量を低減することができる噛み合い式係合機構を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、この発明は、複数の第１ドグ歯が軸線方向に向けて突出しかつ円周方向に一定の間隔を空けて形成された第１部材と、前記第１ドグ歯の間に差し込まれる第２ドグ歯が軸線方向に向けて突出して形成された第２部材と、供給される油圧に応じて前記第２部材を前記第１部材側に押圧する油圧アクチュエータとを備えた噛み合い式係合機構において、前記油圧アクチュエータは、油圧が供給されるシリンダと、前記シリンダに供給された油圧を受けて前記第２部材を前記第１部材側に押圧するピストンとを有し、前記ピストンは、前記第２部材に連結された第１ピストンと、前記各ドグ歯が所定量以上噛み合っている場合に、前記第１ピストンに固定され、前記各ドグ歯が所定量噛み合っていない場合に、前記シリンダに固定される第２ピストンとにより構成されていることを特徴するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、各ドグ歯が所定量以上噛み合っている場合には、第１ピストンと第２ピストンとが固定される。したがって、第１ピストンと第２ピストンとに作用する油圧に基づいた押圧力を第２部材に作用させることができる。すなわち、受圧面積を増大させることができる。それとは反対に、各ドグ歯が所定量噛み合っていない場合には、第２ピストンがシリンダに固定される。したがって、各ドグ歯を噛み合わせるために、シリンダにオイルが供給されると、第１ピストンのみが移動する。そのため、各ドグ歯を噛み合わせるために要する油量は、第１ピストンが移動することにより増大する容積の変化分であって、各ピストンが一体となって移動する場合よりも要求される油量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明における噛み合い式係合機構の第１実施例を説明するための断面図であり、噛み合い式係合機構が解放している状態を示す図である。
【図２】各ドグ歯が噛み合い始める状態を示す断面図である。
【図３】各ドグ歯の噛み合いが完了した状態を示す断面図である。
【図４】その噛み合い式係合機構を係合させ始めてから、係合が完了するまでの時間を示す線図である。
【図５】各ドグ歯の噛み合いが解消される過渡期を示す断面図である。
【図６】その噛み合い式係合機構を解放させ始めてから、解放が完了するまでの時間を示す線図である。
【図７】油圧アクチュエータの構成を説明するための部分断面図である。
【図８】この発明における噛み合い式係合機構の第２実施例を説明するための断面図であり、噛み合い式係合機構が解放している状態を示す図である。
【図９】第２実施例における噛み合い式係合機構が係合している状態を示す断面図である。
【図１０】この発明における噛み合い式係合機構の第３実施例を説明するための断面図であり、噛み合い式係合機構が解放している状態を示す図である。
【図１１】この発明における噛み合い式係合機構の第４実施例を説明するための断面図であり、噛み合い式係合機構が解放している状態を示す図である。
【図１２】この発明における噛み合い式係合機構の第５実施例を説明するための断面図であり、噛み合い式係合機構が解放している状態を示す図である。
【図１３】この発明における噛み合い式係合機構の第６実施例を説明するための断面図であり、噛み合い式係合機構が解放している状態を示す図である。
【図１４】この発明における噛み合い式係合機構の第７実施例を説明するための断面図であり、噛み合い式係合機構が解放している状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明における油圧アクチュエータの一例を図７に示している。図７に示す油圧アクチュエータ１は、オイルが供給されかつケースに一体化されたシリンダ２と、そのシリンダ２に挿入される主ピストン３および補助ピストン４とにより構成されている。シリンダ２は、円筒状の外周壁５と、その外周壁５の内周面に所定の間隔を空けて挿入された円筒状の内周壁６と、外周壁５および内周壁６の一方の端部（図７における右側の端部）を閉じる環状の底壁８とにより構成されている。その底壁８の一部に、図示しない油圧源に連通した貫通孔９が形成されている。また、外周壁５の内面には、後述するボールの一部が嵌まり込む環状の第１溝１０が形成されている。この第１溝１０のうちシリンダの開口部側（図７における左側）の側面は、テーパ状に形成されている。さらに、内周壁６の外周面のうちの開口部側には、軸線方向に沿って形成された回転止め溝１１が形成されている。
【００１１】
補助ピストン４は、外径が外周壁５の内径とほぼ同一になるように円筒状に形成されている。また、補助ピストン４には、円周方向に所定の間隔を空けて複数の第１貫通孔１２が形成されている。なお、その第１貫通孔１２に、補助ピストン４の板厚よりも外径が大きいボール１３が挿入される。さらに、補助ピストン４の軸線方向における底壁８側の外周面に、第１シール部材１４が設けられ、内周面に第２シール部材１５が設けられている。
【００１２】
主ピストン３は、外径が補助ピストン４の内径とほぼ同一になるように円筒状に形成されている。また、主ピストン３の外周面には、上述したボール１３の一部が嵌まり込む環状の第２溝１６が形成されている。この第２溝１６のうちシリンダ２の開口部側の側面は、テーパ状に形成されている。また、上述した補助ピストン４における一方の端部（図７における右側の端部）から第１貫通孔１２のうちシリンダ２の開口部側の内周面までの距離よりも、主ピストン３の一方の端部（図７における右側の端部）から第２溝１６のうちテーパ状に形成された側面までの距離が短くなるように、第２溝１６が形成されている。さらに、主ピストン３の軸線方向における底壁９側の内周面に第３シール部材１７が設けられている。また、上述した回転止め溝１１に係合する突起部１８が、軸線方向に沿って主ピストン３の内周面に形成され、この突起部１８と回転止め溝１１とが円周方向に係合することにより、主ピストン３とシリンダ２とが円周方向で一体化されている。そして、主ピストン３の端部（図７における左側の端部）には、軸線方向に突出した複数の第１ドグ歯１９が形成されている。この第１ドグ歯１９は円周方向に所定の間隔を空けて形成されている。
【００１３】
この油圧アクチュエータ１を組み付けた状態を説明するための断面図を図１に示している。図１に示す例では、油圧アクチュエータ１に対向して回転部材２０が設けられており、その回転部材２０の側面に、油圧アクチュエータ１側に突出した複数の第２ドグ歯２１が形成されている。また、各ドグ歯１９，２１の歯面は、トルクを伝達することにより各ドグ歯１９，２１が離隔する方向の分力を生じるように傾斜している。この第２ドグ歯２１の間に第１ドグ歯１９が差し込まれて回転部材２０とシリンダ２とが連結されて、回転部材２０の回転が停止させられる。すなわち、図１に示す構成は、ブレーキとして機能する噛み合い式係合機構２２である。なお、図１に示す例では、噛み合い式係合機構２２が解放された状態を示している。
【００１４】
図１に示す例では、図示しないリターンスプリングに押圧されて主ピストン３がシリンダ２側に押圧されている。この際に、上記回転止め溝１１における端部と、突起部１８とが軸線方向で接触することにより主ピストン３の移動量が制限される。また、その主ピストン３には補助ピストン４が嵌め合わされている。上述したように主ピストン３の端部から第２溝１６の側面までの距離が、補助ピストン４の端部から第１貫通孔１２の内周面までの距離よりも短く形成されている。そのため、図１に示すように主ピストン３と補助ピストン４との端部が揃ったときには、第１貫通孔１２の一部を、主ピストン３が閉じる。そのため、ボール１３の一部が、補助ピストン４の外側に露出する。そのようにボール１３の一部が、補助ピストン４の外側に露出することにより第１溝１０の側面とボール１３とが接触して、補助ピストン４の軸線方向の移動量が制限される。
【００１５】
この状態でシリンダ２にオイルを供給すると、主ピストン３が軸線方向に移動して、軸線方向における第１溝１０と第２溝１６との位置が一致する。このときに、第１ドグ歯１９と第２ドグ歯２１とが所定量噛み合うように各溝１０，１６の位置が定められている。その状態を図２に示している。また、図１に示す状態では、油圧に基づく荷重が補助ピストン４を押圧するが、第１溝１０と第１貫通孔１２とにボール１３が挟まれ、かつ第１貫通孔１２のうち主ピストン３側の開口部が閉じられているので、補助ピストン４は、シリンダ２に固定されたままとなる。そして、図２に示すように主ピストン３が移動することにより、第１貫通孔１２の開口部が開くと、第１貫通孔１２の壁面からボール１３に作用する荷重と、第１溝１０のテーパ状に形成された側面からボール１３に作用する荷重との合力により、ボール１３が第１貫通孔１２のうち主ピストン３側の開口部から飛び出して、第２溝１６にボール１３の一部が嵌まり込む。そのため、補助ピストン４とシリンダ２との固定が解除されるとともに、補助ピストン４が主ピストン３に固定される。その状態で更にシリンダ２にオイルを供給することにより、主ピストン３と補助ピストン４とが軸線方向に移動して、第１ドグ歯１９と第２ドグ歯２１との噛み合いが完了する。すなわち、噛み合い式係合機構２２の係合が完了する。
【００１６】
上述した噛み合い式係合機構２２を係合させ始めてから、係合が完了するまでの時間と、主ピストン３および補助ピストン４の合計の受圧面積を有する一つのピストンを備えた従来の噛み合い式係合機構を係合させ始めてから、係合が完了するまでの時間とを比較する線図を図４に示している。なお、図４における横軸が、時間を示し、縦軸が第１ドグ歯１９の移動量を示し、実線で上述した噛み合い式係合機構２２における第１ドグ歯１９の移動量を示し、破線で従来の噛み合い式係合機構におけるドグ歯の移動量を示している。図４に示すように、上述した噛み合い式係合機構２２は、各ドグ歯１９，２１が所定量噛み合う位置まで、従来の噛み合い式係合機構におけるドグ歯よりも速く移動することが分かる。
【００１７】
上述したように噛み合い式係合機構２２を係合させ始める時点では、主ピストン３のみが軸線方向に移動する。したがって、シリンダ２の容積の変化量は、主ピストン３が軸線方向に移動したことに起因する変化量のみになる。そのため、補助ピストン４と一体に主ピストン３が移動する場合と比較して容積の変化量を小さくすることができるので、噛み合い式係合機構２２を係合させる際に要求される油量を低減することができる。言い換えると、単位油量当たりの第１ドグ歯１９の移動量を大きくすることができる。その結果、噛み合い式係合機構２２を係合させ始めてから各ドグ歯１９，２１が所定量噛み合うまでの時間を短くすることができる。なお、各ドグ歯１９，２１が噛み合ってトルクを伝達するまでは、リターンスプリングの弾性力のみが主ピストン３に反力として作用するものの、その弾性力は比較的小さいので、主ピストン３の端面のみが受圧面積として機能してもシリンダ２に比較的低い油圧を供給して主ピストン３を移動させることができる。
【００１８】
一方、上述したように各ドグ歯１９，２１が噛み合ってトルクを伝達すると、そのトルクに応じた軸線方向の分力が、各ドグ歯１９，２１を離隔させる方向に作用する。その際には、上述したように主ピストン３と補助ピストン４との端面を受圧面積として主ピストン３を軸線方向に押圧するので、比較的大きな押圧力を主ピストン３に作用させることができる。その結果、噛み合い式係合機構２２が係合している際、または各ドグ歯１９，２１が所定量噛み合っている際に、各ドグ歯１９，２１を離隔させる荷重が作用しても、それに抗する反力を油圧アクチュエータ１により生じさせることができる。つまり、噛み合い式係合機構２２が意図せずに解放されることを抑制することができる。
【００１９】
つぎに、上述した噛み合い式係合機構２２を解放させる際の状態について説明する。図３に示すように各ドグ歯１９，２１が噛み合っている状態で、シリンダ２に供給された油圧を低下させるとともに、回転部材２０からトルクを伝達すると、各ドグ歯１９，２１の歯面で生じる荷重により、主ピストン３が回転部材２０から離隔する方向に押圧されて、各ドグ歯１９，２１が離隔し始める。そして、各ドグ歯１９，２１の噛み合い量が所定量未満になるとほぼ同時に、図５に示すように第１溝１０と第２溝１６とが軸線方向でほぼ一致する。その際に、第２溝１６におけるテーパ状の側面からボール１３が押圧され、その反力を第１貫通孔１２の内壁面が受けることにより、ボール１３には、第２溝１６から抜け出る方向の荷重が作用する。したがって、第２溝１６からボール１３が抜け出て、第１溝１０にボール１３の一部が嵌まり込む。つまり、補助ピストン４がシリンダ２に固定される。上述したように主ピストン３には、リターンスプリングの弾性力が作用しているので、その後は、主ピストン３のみがシリンダ２側に後退し、突起部１８と回転止め溝１１の壁面とが接触する位置まで主ピストン３が移動する。すなわち、図１に示す状態に戻る。
【００２０】
上述した噛み合い式係合機構２２を解放し始めてから、解放が完了するまでの時間と、従来の噛み合い式係合機構を係合させ始めてから、係合が完了するまでの時間とを比較する線図を図６に示している。なお、図６における横軸が、時間を示し、縦軸が第１ドグ歯１９の移動量を示し、実線で上述した噛み合い式係合機構２２における第１ドグ歯１９の移動量を示し、破線で従来の噛み合い式係合機構におけるドグ歯の移動量を示している。図６に示すように、上述した噛み合い式係合機構２２は、各ドグ歯の噛み合い量が所定量未満になる時点から、主ピストン３がシリンダ２側に完全に移動する解放完了までの時間が短くなることが分かる。これは、通常、シリンダ２からオイルを排出する量に応じてピストンが移動することになるから、同一の油量を排出したとしても、主ピストン３のみが移動する構成にすることで、その速度が増大するためである。
【００２１】
上述したように、この噛み合い式係合機構２２は、各ドグ歯１９，２１が所定量噛み合っていない状態における単位油量当たりの第１ドグ歯１９の移動量を増大することができるので、係合時に限らず、噛み合い式係合機構２２を解放させる過渡期の時間を短くすることができる。
【００２２】
つぎに、この発明に係る噛み合い式係合機構の第２の実施例について説明する。図８および図９は、その構成を示す断面図であって、補助ピストン４をシリンダ２に固定し、また補助ピストン４を主ピストン３に固定する手段以外は、上述した第１の実施例と同一の構成である。したがって、以下の説明では、同一の構成には、同一の参照符号を付してその説明を省略する。図８には、噛み合い式係合機構２２が解放している状態を示し、図９には、噛み合い式係合機構２２が係合している状態を示している。ここに示す例では、第１の実施例における第１溝１０と軸線方向で同一の位置に第２貫通孔２３が形成されており、その第２貫通孔２３にピン２４が挿入され、そのピン２４を主ピストン３側に押圧するバネ２５が設けられている。なお、図８には特に図示していないが、バネ２５の座面となるように第２貫通孔２３の一方の開口部が閉じられている。また、主ピストン３には、第１の実施例における第２溝１６の側面がテーパ状に形成されていない。すなわち、断面形状が矩形状の第３溝２６が形成されている。さらに、補助ピストン４の端面と底壁８との間に円筒状のストッパー部材２７が設けられている。
【００２３】
この噛み合い式係合機構２２では、解放時には、ピン２４の一部が、第１貫通孔１２から第２貫通孔２３側に突出している。したがって、補助ピストン４に油圧が作用した場合であっても、補助ピストン４が軸線方向に移動しない。一方、主ピストン３には、油圧に抗する反力は、リターンスプリングのバネ力のみとなるので、主ピストン３が回転部材２０側に移動する。そのように主ピストン３が回転部材２０側に移動する過程で、第３溝２６と第１貫通孔１２とが軸線方向で一致すると、バネ２５の弾性力により、ピン２４が第１貫通孔１２から抜け出すとともに、ピン２４の一部が第３溝２６に嵌まり込む。そのため、補助ピストン４と主ピストン３とが連結されて一体になって軸線方向に移動する。
【００２４】
一方、噛み合い式係合機構２２を解放させる際に、第１貫通孔１２と第２貫通孔２３とが軸線方向で一致した場合に、ピン２４が第３溝２６から抜け出る方向の荷重を作用させるように構成されている。具体的には、ピン２４の先端に傾斜面が形成されており、主ピストン３が押圧される荷重がその傾斜面に作用することによりピン２４が第３溝２６から抜け出すように構成されている。すなわち、傾斜面が形成された高さは、第３溝２６の深さ以上に形成されている。また、補助ピストン４が軸線方向に押圧される荷重の反力は、ストッパー部材２７が受ける。したがって、第１貫通孔１２，２３同士が軸線方向で一致した場合に、ピン２４が第３溝２６に押圧されて、第３溝２６から抜け出るとともに、ピン２４の一部が第２貫通孔２３に挿入される。そのため、補助ピストン４とシリンダ２とが固定される。
【００２５】
上述した第１の実施例および第２の実施例に示すように、補助ピストン４に挿入されたボール１３やピン２４などの固定部材が、シリンダ２に形成された溝１０またはバネ２５に押圧されて、主ピストン３に形成された溝１６，２６に一部が係合し、または、主ピストン３に形成された溝１６，２６に押圧されて、シリンダ２に形成された溝１０または第２貫通孔２３に一部が係合するように構成されていればよい。したがって、図１０に示す第３の実施例のようにシリンダ２および主ピストン３に断面形状が三角形状の溝２８，２９を形成し、その溝２８（２９）に嵌まり込む固定部材をボール１３としてもよい。また、図１１に示す第４の実施例のようにシリンダ２および主ピストン３に断面形状が矩形状の溝３０，３１を形成し、その溝３０（３１）に嵌まり込む固定部材を六角形状に形成したピン３２としてもよい。さらに、図１２に示す第５の実施例のようにシリンダ２および主ピストン３に断面形状が三角形状の溝２８，２９を形成し、その溝２８（２９）に嵌まり込む固定部材を六角形状に形成したピン３２としてもよい。また、上述したように固定部材をシリンダ２の半径方向に押圧する荷重は、シリンダ２の軸線方向における回転部材２０側から固定部材に作用する荷重の分力となる。したがって、図１３に示す第６の実施例のようにシリンダ２および主ピストン３に断面形状が矩形状の溝３０，３１を形成し、その溝３０（３１）に嵌まり込む固定部材を、固定部材側のエッジに傾斜面を形成した略台形形状のピン３３としてもよい。
【００２６】
なお、第２の実施例では、ピン２４を主ピストン３側に押圧するようにバネ２５を設けていたが、図１４に示す第７の実施例のように、第３溝２６にバネ２５を設けて、ピン２４をシリンダ２の外周壁５側に押圧するように構成してもよい。  
【符号の説明】
【００２７】
１…油圧アクチュエータ、  ２…シリンダ、  ３…主ピストン、  ４…補助ピストン、  １０，１６，２６，２８，２９，３０，３１…溝、  １２，２３…貫通孔、  １３…ボール、  １９，２１…ドグ歯、  ２０…回転部材、  ２２…噛み合い式係合機構、  ２４，３２，３３…ピン。
【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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【図１３】
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【図１４】
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