(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送物を載置するハンド部と、前記ハンド部と連結され、少なくとも２つ以上の回転関節を備え、前記ハンド部を１方向に移動するように伸縮し、上下方向に対向するように配置された多関節アームと、上下に移動するようにコラムに取り付けられた移動機構と、前記移動機構と前記多関節アームとを連結する支持部材と、前記コラムの下端部に前記コラムに対して台座の旋回軸が、前記ハンドの移動方向および前記多関節アームが上下する方向に直交するようにオフセットして連結されて構成された多関節ロボットにおいて、
前記台座を旋回させる減速機の出力軸と前記台座とを固定する第1の固定部材を有し、前記第1の固定部材と前記減速機の出力軸との固定面が、前記台座の前記旋回軸を中心として前記減速機の半径方向に関して外側に配置された前記台座を支持するクロスローラ軸受の厚みの間に位置し、前記クロスローラ軸受の外輪が基台に固定されるベースに配置された第2の固定部材に固定されたことを特徴とする多関節ロボット。
【請求項２】
前記減速機が前記クロスローラ軸受の内径より内側に配置され、前記多関節アームと前記コラムと前記移動機構および前記台座が前記クロスローラ軸受により旋回支持された状態で、前記減速機が取り外されるように前記減速機の上方の前記台座に減速機カバーが備えられたことを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶用のガラス基板や半導体ウェハ等の薄板状のワークをストッカに出し入れする多関節ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の多関節ロボットしては、肩関節部の回転中心と台座の回転中心とをオフセットすることで台座を回動させる際に多関節ロボットの旋回半径を小さくするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
従来の多関節ロボット１は、図６に示すように関節部３，４，５により回転可能に連結されて回転駆動源よる回転力を伝達し所望の動作をさせるアーム２を二組備えてなるもので、二組のアーム２に設けられる基端の関節部３の回転中心軸を上下（または軸方向）に配置するように構成されている。
多関節ロボット１は、二組のアーム２を備え、一方のアーム駆動型装置２を供給用、他方を取り出し用とし、ワーク９の供給動作と別のワーク９の取り出し動作とを同時に行うことを可能としている。
また、従来の多関節ロボット１は、アーム２によりワーク９を保持するハンド部８は図中矢印Ｘで示すワーク９の取り出し・供給方向に直線移動可能であるように構成される。
また、従来の多関節ロボット１は、アーム２が設けられている支持部材１０を上下に移動させる移動部材１１（以下、上下移動機構１１と呼ぶ）を備えて、アーム２の上下位置を調整可能としている。また、上下移動機構１１の台座１３は回動可能に設けられ、多関節ロボット１を旋回して向きを変えられるようにしている。  
さらに、従来の多関節ロボット１では、図中矢印Ｙで示す方向、即ちハンド部８の移動方向と支持部材１０の上下移動方向とのそれぞれに直交する方向に、台座１３を基台１４に対して移動可能に設けて上下移動機構１１の位置を調整可能としている。
また、従来の多関節ロボット１に備えられる二組のアーム２は、例えば、複数の関節部を有するものであり、即ち多関節ロボット１は、水平多関節型ロボットとして構成される。本実施形態でのアーム２は、第一アーム６（以下、上腕６と呼ぶ）と、上腕６と連結される第二アーム７（以下、前腕７と呼ぶ）と、前腕７と連結されワーク９を保持するハンド部８とを備える。
上腕６の基端は、支持部材１０に駆動軸を介して連結されて、回動可能な関節部３（以下、肩関節部３と呼ぶ）を構成する。この肩関節部３がアーム２の基端の関節部３となる。また、上腕６の先端と前腕７の基端とが駆動軸を介して連結されて、回動可能な関節部４（以下、肘関節部４と呼ぶ）を構成する。また、前腕７の先端とハンド部８とが駆動軸を介して連結されて、回動可能な関節部５（以下、ハンド関節部５と呼ぶ）を構成する。肩関節部３の回転中心軸が同軸上であるように、上下方向に対面するように配置する。
アーム２は、図示しない回転駆動源により肩関節部３と肘関節部４とハンド関節部５とを回動させて、ハンド部８をワーク取り出し・供給方向に移動させる。この際、アーム２では、その機構上、ハンド部８が一方向を向いて、上腕６と前腕７とを伸ばしきった伸長位置と、上腕６と前腕７とを折り畳んだ状態とした縮み位置との間を直線移動するように、伸縮動作を行う。
ここで、従来の多関節ロボット１では、図７に示すアーム２の縮み位置において、ハンド部８により保持されるワーク９の中心が、台座１３の回転中心と一致するものとなるように設計されている。さらに、肩関節部４の回転中心と台座１３の回転中心とをハンド部８の移動方向に対して直交方向にオフセットすることで台座１３を回動させる際に多関節ロボット１の周囲に必要となる最小領域円１５から肘関節部４やハンド部８が突出することがないようにして、多関節ロボット１の旋回半径を小さくすることができる。
また、従来の多関節ロボットでは、電動機の回転をベルトで差動減速機に伝達し、差動減速機の回転をベアリングで支持したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
従来の多関節ロボットの旋回構造は、図８に示すようにモータ１０２は、略円筒状をした回転部材１０４の外周部近傍に、倒立して取り付けてあり、その軸と減速機構１０３の入力に結合した駆動入力軸１９３とに装着してある歯付プーリ１９１、１９２と歯付ベルト１０９により回転駆動力を供給する働きをする。減速機構１０３は固定部材１０５に取り付けてあり、回転部材１０４の頂部はロボットの基台１１７とボルト１１６により取り付けられ、底部のベアリング１１２により固定部材１０５に対して回転自在保持されている。
【特許文献１】特開２００１−２７４２１８（第４頁〜５頁、図１、図２）
【特許文献２】特開平２−１６０４８５号公報（第２頁〜３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
液晶用のガラス基板や半導体ウェハ等の薄板状のワークをストッカに出し入れする多関節ロボットは大型化が進み、処理する基板の枚数も増えるとともに短時間で処理することが求められている。このためロボットには、基板を配置するストッカが天井に届くほどの高さになるまで設備自体が大型化するにも関わらず、ワークのストッカへの出し入れをするパスラインは、低く抑える必要がある。つまり、天井に届くほど高いパスラインから地を這うほど低いパスラインにすることで、ストッカにはより多くの基板を配置できるようになり、多関節ロボットには高さ方向を有効に利用できることが要求されている。
また、高速、高精度を実現することが大きな課題となっている。一方、大型化する設備は、周囲のクリーン度を清浄に保つために多額の設備投資が必要となっており、そのためにストッカにはより多くの基板を配置させ、処理することが望まれている。このためにも前述した高いパスラインから低いパスラインまで上下方向に移動できることが望まれる。
また、クリーン度に関しては、クリーン度を確保するために使用されるロボットは、ロボットの内部が露出しないように構成される必要がある。このため、使用されるロボットの駆動機構は、ロボット内部に配置されることが要求される。
また、液晶基板や半導体ウェハの生産枚数は、年々多くなっており、生産性を上げるためにロボットには、搬送スループットが求められている。しかしながら、ロボットは機械部品を含んでいるためにメンテナンスが必要であり、メンテナンス時間もスループットに関わる大きなファクタとなっており、容易にメンテナンスできることが望まれている。メンテンスに関しては、当然ながら動力を伝達する部位の交換作業が発生する。最も交換作業が多いのは、減速機の交換となっている。この減速機の交換をいかに容易にするかが課題となっていた。特に、台座が旋回する際には、コラムやアームやハンドのモーメントが駆動する減速機に作用することになるために、台座の旋回軸の減速機は損傷する可能性が高かった。
このような課題に対して、従来の多関節ロボットは、コラムとコラムに取り付けられたアームおよびハンドを旋回する台座の旋回機構は、減速機が台座に直結した構成となっていたために、メンテナンスする際に内蔵されている減速機を取り替えるためには、コラムを別に支持して作業する必要あり、容易にメンテナンスすることができないために、減速機の交換作業時間がかかり、生産性が低下するという問題が生じていた。
また、従来の多関節ロボットは、アーム基端が上下に同軸に配置された構造となっている。このために、アーム基端に配置された機構部品であるモータやプーリの交換を行うためには、片方のアームを取り外した後に交換する等の方法を取らざるを得ないため、メンテナンス時間が膨大に係り、生産性が低下するという問題が生じていた。
また、従来の多関節ロボットの旋回機構の構造では、一般的な垂直多関節ロボットのように旋回機構の上にアームが配置された構造であれば、底部にベアリングを配置した構成でも上部のモーメント荷重が大きく作用することはないので問題とならないが、台座を介して側部のコラムを旋回させると大きなモーメント荷重が作用することになる。そうすると、減速機の出力平面とベアリングの支持平面が一致していないので、旋回時のモーメント荷重は大きく作用することになり、減速機だけでなくベアリングも損傷することになり、メンテナンスが難しくなるといった問題が生じていた。
また、ワークのパスラインを低くする必要があるが、図８に示された旋回機構では内部に不要な空間があり、これを従来の多関節ロボットに組み合わせても低いパスラインを形成することはできないために、ストッカ下部へのワークの出し入れができないという問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、メンテナンスが容易で低いパスラインを実現できる多関節ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、搬送物を載置するハンド部と、前記ハンド部と連結され、少なくとも２つ以上の回転関節を備え、前記ハンド部を１方向に移動するように伸縮し、上下方向に対向するように配置された多関節アームと、上下に移動するようにコラムに取り付けられた移動機構と、前記移動機構と前記多関節アームとを連結する支持部材と、前記コラムの下端部に前記コラムに対して台座の旋回軸が、前記ハンドの移動方向および前記多関節アームが上下する方向に直交するようにオフセットして連結されて構成された多関節ロボットにおいて、前記台座を旋回させる減速機の出力軸と前記台座とを固定する第1の固定部材を有し、前記第1の固定部材と前記減速機の出力軸との固定面が、前記台座の前記旋回軸を中心として前記減速機の半径方向に関して外側に配置された前記台座を支持するクロスローラ軸受の厚みの間に位置し、前記クロスローラ軸受の外輪が基台に固定されるベースに配置された第2の固定部材に固定されたものである。
請求項２に記載の発明は前記減速機が前記クロスローラ軸受の内径より内側に配置され、前記多関節アームと前記コラムと前記移動機構および前記台座が前記クロスローラ軸受により旋回支持された状態で、前記減速機が取り外されるように前記減速機の上方の前記台座に減速機カバーが備えられたものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１および２に記載の発明によると、コラムとコラムに取り付けられたアームおよびハンドを旋回する台座をメンテナンスするために、内蔵されている減速機の取替え作業を行う際、減速機とは別に配置された軸受により台座は支持されているので、コラムを別に支持して作業する必要がなく、容易にメンテナンスすることができる。
また、台座の高さ方向への無駄な空間を取り除くことができる。つまり、ハンド部の底面は台座の高さまで低く配置できるようになり、低パスラインでのワークの搬送が実現できる。つまり、ハンド部の底面は台座の高さまで低く配置できるようになり、低パスラインでのワークの搬送が実現できる。
また、台座の旋回によるコラム、アームやハンドの大きなモーメントが作用しても、クロスローラベアリングのようなあらゆる方向からの荷重に対しても精度良く保持できる軸受を用いて、大きな回転半径で支持することにより、精度良く支持できるとともに、減速機を取り出す際にもコラムを別に支持して作業する必要がなく、容易にメンテナンスすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の多関節ロボットの斜視図である。図２は、本発明の多関節ロボットの上面図である。図３は本発明の多関節ロボットの正面図である。
本発明の多関節ロボット１は、図示しないストッカの高層化に対応するために複数ブロックに分けられたコラム１２が連結された構造となっている。このように各コラムブロック１６を順次連結することで高層に対応した高さをもつ多関節ロボット１を形成している。本実施例では、４つのコラムブロック１６が連結された構造となっている。各コラムブロック１６の両端面は、コラムブロック１６間が連結されるように嵌合構造となっており、さらに、リニアガイドからなる案内機構を精度良く配置するために図示しない位置決め穴を有し、位置決め冶具を用いて調整することで組み立てられる。
また、本発明の多関節ロボット１は、関節部３，４，５により回転可能に連結されて回転駆動源よる回転力を伝達し所望の動作をさせるアーム２を二組備えている。また、アーム２によりワーク９を保持するハンド部８は図中矢印Ｘで示すワーク９の取り出し・供給方向に直線移動可能であるように構成される。また、二組のアーム２に設けられる基端の関節部３の回転中心軸の関係は、図２に示すように、上アーム２１の基端の関節部３に対してハンド部８の移動方向にずれるように下アーム２２の基端の関節部３が配置するように構成されている。
また、アーム２が設けられている支持部材１０を上下に移動させる上下移動部材１１を備えて、アーム２の上下位置を調整可能としている。また、上下移動機構１１の台座１３は回動可能に設けられ、多関節ロボット１を旋回して向きを変えられるようにしている。ここで、上下移動機構１１は、ハンド部８の移動方向と同方向に配置され、支持部材１０は上下駆動機構１１からハンド部８の移動方向に対して直交する方向に突出し、アーム２の基端の関節部３に連結されている。また、下アーム２２に連結する支持部材１０は、アーム２が上下移動機構１１により下方へ移動した際に、台座１３に干渉しないように図２に示すようにハンド部８の移動方向にオフセットした形状を形成している。また、上下移動機構１１は、図示しないシールド機能を有する保護カバーで覆われ、コラム１２内部からの発塵を抑制している。
次に、台座１３の構造について図４を用いて説明する。台座１３の内部には台座１３を駆動するモータ３１と減速機構３６が内包されている。台座１３の厚さを薄く構成するために内部にはリブ５１が形成され、コラム１２に取り付けられたアーム体の重量を保持できるように高剛性な構造となっている。台座１３の詳細な構造について説明する。モータ３１は台座１３にボルトなどで固定されており、モータ３１の出力軸３２はモータ用軸受３３で回転自在に支持され、出力軸３２にはベルト３４の一端が装着されている。ベルト３４のもう一端は、減速機カバー４５の直下に配置された入力ギヤ用軸受３５で回転自在に支持された入力ギヤ３６に装着され、モータ３１の動力がベルト３４を介して入力ギヤ３６に伝達される。入力ギヤ用軸受３５の外輪は軸受保持部材４９に固定され、軸受保持分材４９は差動減速機３７の出力軸３９に締結されている。このように出力軸３９に軸受保持部材４９を締結する構成で出力軸３９を軸受保持部材４９の取り付けベースを兼用したことにより、台座の高さ方向への無駄な空間を取り除くことができる。つまり、ハンド部の底面は台座の高さまで低く配置できるようになり、低パスラインでのワークの搬送が実現できる。また、差動減速機３７と減速機カバー４５までの高さは、入力ギヤ軸受３５の軸受厚さとベルト３４の幅で求められ、最小寸法となっている。また、入力ギヤ３６は、差動減速機３７に入力される。差動減速機３７の固定部３８は、ベース１７に固定され、差動減速機３７の出力軸３９は出力軸固定ボルト４０によって台座１３に固定される固定部材４１に固定されている。差動減速機３７部分の高さは、差動減速機３７、入力ギヤ軸受３５の軸受厚さとベルト３４の幅で求められ、最小寸法となっている。
また、台座１３の厚さを薄くするために台座１３の旋回動作を支持する軸受に多段済みする必要がなく、あらゆる方向からの荷重を保持できるクロスローラベアリング４２で構成している。クロスローラベアリング４２の内輪は、台座１３と固定される固定部材４３に保持され、台座１３を回転自在に支持している。また、クロスローラベアリング４２の外輪は、ベース１７に固定される固定部材４４に動かないように保持されている。旋回時のコラム１２の振動や倒れを防止するために、クロスローラベアリング４２のアキシャルすきまは、例えば、０から１５μｍ程度のマイナス公差で構成されている。こうすることで、クロスローラベアリングのアキシャルすきまのゼロとなるのでコラム１２の振動や倒れが生じない構成となっている。
クロスローラベアリング４２と差動減速機３７の関係について説明する。差動減速機３７の入力ギヤ３６の回転中心を旋回中心としたときに、差動減速機３７の出力軸３９は、旋回中心を中心として、入力ギヤ３６の回転半径よりも外側に回転半径を持つように差動減速機３７の出力軸３９は回転する。また、クロスローラベアリング４２は、旋回中心を中心にして、差動減速機３７の出力軸３９の回転半径よりも外側に回転半径を持つようにクロスローラベアリング４２の内輪は回転する。このように、クロスローラベアリング４２と差動減速機３７は回転中心を同じくし、差動減速機３７よりも外側に回転半径を持つようにクロスローラベアリング４２は配置されている。また、高さ方向としては、差動減速機３７の出力軸３９と台座１３とを固定する固定部材４１との固定面の高さがクロスローラベアリング４２の略高さ中心になるように配置されている。つまり、こうすることで、コラムや上下移動機構、上下アームのモーメント荷重を大きなクロスローラベアリングで支えることができるようになっており、高さを出力軸の固定面とクロスローラベアリングの略高さ中心を合せることで、台座の駆動する際のねじれを抑制するものである。
このような構成とすることで、台座１３の回転支持は、クロスローラベアリング４２で行い、台座１３の回転は差動減速機３７の出力により行うことにより、たとえ減速機３７を交換する場合でも、台座１３はクロスローラベアリング４２で支持されているので、減速機３７だけを自由に取り外すことが可能となる。
本発明が特許文献１と異なる部分は、上アームの基端の関節部に対してハンド部の移動方向にずれるように下アームの基端の関節部が配置するように構成されるとともに、台座の回転支持は、クロスローラベアリングで行い、台座の回転は差動減速機の出力により行う部分である。
尚、本実施例では減速機について差動減速機を用いて説明したが、例えば、遊星減速機のようなものでも良いことは当然である。
【０００８】
次に、動作について図１を用いて説明する。本発明の多関節ロボット１に備えられる二組のアーム２は、例えば、複数の関節部を有するものであり、即ち多関節ロボット１は、水平多関節型ロボットとして構成される。本実施形態でのアーム２は、従来のアーム２の構造と同様な構造を備えている。
上腕６の基端は、支持部材１０に駆動軸を介して連結されて、回動可能な肩関節部３を構成する。この肩関節部３がアーム２の基端の関節部３となる。また、上腕６の先端と前腕７の基端とが駆動軸を介して連結されて、回動可能な肘関節部４を構成する。また、前腕７の先端とハンド部８とが駆動軸を介して連結されて、回動可能なハンド関節部５を構成する。
アーム２は、図示しない回転駆動源により肩関節部３と肘関節部４とハンド関節部５とを回動させて、ハンド部８をワーク取り出し・供給方向に移動させる。この際、アーム２では、その機構上、ハンド部８が一方向を向いて、上腕６と前腕７とを伸ばしきった伸長位置と、上腕６と前腕７とを折り畳んだ状態とした縮み位置との間を直線移動するように、伸縮動作を行う。
【０００９】
ここで、本実施例の多関節ロボット１の旋回半径について下アーム２２を用いて説明する。図５に示すアーム２２の縮み位置において、ハンド部８により保持されるワーク９の中心が、台座１３の回転中心と一致するものとなるように設計されている。さらに、肩関節部３の回転中心と、ハンド関節部５の回転中心と、台座１３の回転中心とがハンド部８の移動方向の軸線上に一致するようにオフセットすることで台座１３を回動させる際に多関節ロボット１の周囲に必要となる最小領域円１５から肘関節部４やハンド部８が突出することがないようにして、多関節ロボット１の旋回半径を小さくすることができる。
ここでは、図面が煩雑になるのを避けるために下アームを用いて説明したが、上アーム２１についても同様に、ワーク９の中心は台座１３の回転中心と一致するように設計されており、肩関節部３、ハンド関節部５と台座１３の回転中心の位置関係も下アームと同じ構成である。
次に上下方向の動作について説明する。アーム２は、支持部材１０に取り付けられ、上下移動機構１１に上下方向に図示しないコントローラの指令により移動する。図３に示すように下方に移動する際には、支持部材１０が台座１３に衝突しないようにハンド８の移動方向にオフセットした形状を形成していることから支持部材１０は、上下移動機構１１の最下点の移動位置まで下降することが可能である。
【００１０】
次に、減速機の交換作業の例について図４を用いて説明する。はじめに減速機カバー４５をカバー用ボルト４６が抜かれて取り除く。そうすると、入力ギヤ用軸受３５および台座１３に固定された固定部材４１を確認できる。次に、入力ギヤ３６の固定ボルト４７を抜き、入力ギヤ３６とベルト部分を切り離す。そうすることでベルト３４を取り外す。次に、出力軸固定ボルト４０を抜き取り、台座１３に固定される固定部材４１を外す。そうすることで差動歯車機３７の出力軸３９は自由に取り出せる状態となる。次に、差動歯車減速機３７の固定部３８を締結している固定部用ボルト４８を抜き取り、差動歯車減速機３７の固定部３８をベース１７から取り外す。このようにして差動歯車減速機３７は自由に台座１３から取り出すことができる。
以上の通り、差動歯車減速機を取り出すことができる。この際、台座はクロスローラベアリングで支持されているので、台座に取り付けられたコラムおよび上下移動機構に特別な器具を備えることなく、作業することができる。
また、モータの交換においてもモータ上部に配置されたカバーを取り外すことにより容易に交換作業が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例を示す多関節ロボットの斜視図
【図２】本発明の実施例を示す多関節ロボットの上面図
【図３】本発明の実施例を示す多関節ロボットの正面図
【図４】本発明の実施例を示す台座の側断面図
【図５】本発明の実施例を示す多関節ロボットの旋回半径を示す図
【図６】従来の多関節ロボットの斜視図
【図７】従来の多関節ロボットの旋回半径を示す図
【図８】従来の多関節ロボットの旋回構造を示す正面図
【符号の説明】
【００１２】
１  多関節ロボット
２  アーム
２１  上アーム
２２  下アーム
３  肩関節部
４  肘関節部
５  ハンド関節部
６  上腕
７  前腕
８  ハンド部
９  ワーク
１０  支持部材
１１  上下移動機構
１２  コラム
１３  台座
１４  基台
１５  最小領域円
１６  コラムブロック
１７  ベース
３１  モータ
３２  出力軸
３３  モータ用軸受
３４  ベルト
３５  入力ギヤ用軸受
３６  入力ギヤ
３７  差動減速機
３８  固定部
３９  出力軸
４０  出力軸固定ボルト
４１  固定部材
４２  クロスローラベアリング
４３  固定部材
４４  固定部材
４５  減速機カバー
４６  カバー用ボルト
４７  固定ボルト
４８  固定部用ボルト
４９  軸受保持部材
５０  開口部
５１  リブ
【要約】
【課題】本発明はメンテナンスが容易な多関節ロボットを提供する。
【解決手段】搬送物を載置するハンド部８と、前記ハンド部８と連結され、少なくとも２つ以上の回転関節３、４、５を備え、前記ハンド部８を１方向に移動するように伸縮し、上下方向に対向するように配置された多関節アーム２１、２２と、上下に移動するようにコラム１２に取り付けられた上下方向に移動する移動機構１１と前記多関節アーム２１、２２とを連結する支持部材１０と、前記コラム１２の下端部に連結され、前記コラム１２に取り付けられた前記多関節アーム２１、２２を旋回する台座１３とからなる多関節ロボットにおいて、前記台座１３を旋回させる減速機３７の出力軸３９の固定面が前記台座１３を支持する前記軸受４２の厚みの略中心に位置するものである。
【選択図】    図４【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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