(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動用プレートと筐体ケースとを備える筐体と、
回転中心部を中心として傾斜回動可能な状態で前記筐体に支持されるシャフトと、
外力が加えられることにより前記シャフトを傾斜回動させる操作部と、
前記シャフトに挿通支持された、前記シャフトに沿って移動可能な可動スプリング受けと、前記シャフトに固定された固定スプリング受けと、前記可動スプリング受けと前記固定スプリング受けとによって挟持されたスプリングと、を備え、前記スプリングにより前記シャフトを前記摺動用プレートに垂直に保持した状態から、前記操作部に加えられた外力により前記シャフトを傾斜回動させて前記スプリングを圧縮して、前記可動スプリング受けを前記シャフトに沿って変位させるスプリングリターン機構部と、
前記可動スプリング受けの変位を検出する検出部と、を備えたジョイスティックコントローラであって、
前記検出部は、
前記シャフトの外周面に形成された溝部と、前記可動スプリング受けに設けられた、前記溝部と係合可能なボールプランジャと、を有するディテント機構である
ジョイスティックコントローラ。
【請求項２】
前記溝部は、前記シャフトの径方向全周にわたって形成されている
請求項１に記載のジョイスティックコントローラ。
【請求項３】
前記溝部は、前記シャフトに沿って複数設けられている
請求項２に記載のジョイスティックコントローラ。
【請求項４】
前記ボールプランジャを複数設け、前記複数のボールプランジャの先端位置が前記可動スプリング受けの長さ方向において一致するように配置されている
請求項１〜３のいずれか一項に記載のジョイスティックコントローラ。
【請求項５】
前記シャフトの傾斜回動をガイドする複数のガイド部材を設けた
請求項１〜４のいずれか一項に記載のジョイスティックコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトの変位を検出し、それに応じて対象機器を制御するジョイスティックコントローラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ジョイスティックコントローラは、シャフトの変位（傾倒角度）に応じて対象機器を制御できることから、様々な分野で使用されている。
【０００３】
シャフトの外周面に設けられた磁石部材の磁束の変化を検出するセンサを用いて、シャフトの傾倒角度を検出するジョイスティックコントローラが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許６６２９９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたジョイスティックコントローラでは、シャフトの傾倒角度が所定の角度（指定傾倒角度）に到達したことを操作者に知らせるためには、その旨をモニタの画面に表示したり、ランプを点灯させたり、通知音を鳴らしたりする必要がある。このため、表示画面、ランプ、ブザーなどの物理的手段を準備する必要があり、コスト面や、物理的手段の設置スペースの確保などの問題が生じる。
【０００６】
さらには、ジョイスティックコントローラを作業する環境によっては、操作者がモニタの表示やランプの点灯を見落としたり、ブザーの通知音を聞き漏らしたりする恐れもあった。
【０００７】
本発明は、シャフトが指定傾倒角度に到達したことを、確実に操作者に伝達することのできるジョイスティックコントローラ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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のジョイスティックコントローラは、摺動用プレートと筐体ケースとを備える筐体と、回転中心部を中心として傾斜回動可能な状態で筐体に支持されるシャフトと、外力が加えられることによりシャフトを傾斜回動させる操作部と、シャフトに挿通支持された、シャフトに沿って移動可能な可動スプリング受けと、シャフトに固定された固定スプリング受けと、可動スプリング受けと固定スプリング受けとによって挟持されたスプリングと、を備える。さらに、スプリングによりシャフトを摺動用プレートに垂直に保持した状態から、操作部に加えられた外力によりシャフトを傾斜回動させてスプリングを圧縮して、可動スプリング受けをシャフトに沿って変位させるスプリングリターン機構部と、可動スプリング受けの変位を検出する検出部と、を備える。また、検出部は、シャフトの外周面に形成された溝部と、可動スプリング受けに設けられた溝部と係合可能なボールプランジャと、を有するディテント機構である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ジョイスティックコントローラのシャフトが指定傾倒角度に到達したことを、確実に操作者に伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るジョイスティックコントローラの斜視図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線で切断した本発明の実施形態に係るジョイスティックコントローラの断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るジョイスティックコントローラの指定角度検出部（ディテント機構）の拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態で使用するボールプランジャの一部断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るディテント機構（溝部）の拡大断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るディテント機構（ボールプランジャ）の拡大断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るジョイスティックコントローラの傾倒角度検出部を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係るジョイスティックコントローラの組み立て手順を示す分解図である。
【図９】本発明の実施形態に係るジョイスティックコントローラの動作を説明するための説明図及び指定角度検出部の動作を説明するための一部拡大図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るジョイスティックコントローラの出力特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のジョイスティックコントローラの実施の形態例（以下、「本例」という。）について、図面を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、各図において、センサと中継基板を接続するリード線の表記は適宜省略する。
【００１２】
図１は、本例のジョイスティックコントローラ１の外観斜視図である。
図１に示すように、本例のジョイスティックコントローラ１は、筐体１０と、筐体１０によって傾斜回動（傾倒）可能に支持される操作体２０を備えている。そして、図１には図示されていないが、傾倒操作された操作体２０の変位を検出し、変位に応じた電気信号を出力する傾倒角度検出部３０（図７参照）を有している。
【００１３】
図２は、図１に示すＡ−Ａ線で切断した本例のジョイスティックコントローラの断面図である。
図２に示すように、筐体１０は、固定用フランジ１１と、固定用フランジ１１に設置される摺動用プレート１２と、筐体ケース１４とを有する。固定用フランジ１１は、フランジ面に開口を有する。摺動用プレート１２は、固定用フランジ１１の開口と対応する位置に開口を有する。筐体ケース１４は、ドーム形状に形成され、ドーム上部の固定用フランジ１１の開口と対応する位置に開口を有する。筐体ケース１４の開口を覆うように、円環状の段差が形成されたゴムカバー２７が装着される。ゴムカバー２７は、円環状のゴムカバー押さえ２８によって、固定用フランジ１１に固定される。
【００１４】
筐体ケース１４は、その開口の縁辺部にストッパ１５を備え、ストッパ１５は、操作体２０の傾倒操作の終端で操作体２０の傾倒を停止させる。ストッパ１５は、筐体ケース１４と一体に形成されていてもよく、別体として筐体ケース１４に取り付けるようにしてもよい。
【００１５】
操作部としての操作体２０は、シャフト２１と、操作者が傾倒操作をし易くするためにシャフト２１に取り付けられた摘み２２と、を有し、シャフト２１は、回転中心１７を中心に回動しながら傾倒変位する。また、シャフト２１の下部には可動スプリング受け２３が、上部には固定スプリング受け２４が取り付けられる。
【００１６】
可動スプリング受け２３は、シャフト２１に対して、シャフト２１の長さ方向に沿って摺動可能に挿通されている。可動スプリング受け２３は、摺動用プレート１２と接しながら摺動回動する鍔部２３ａと、シャフト２１と接しながら上下方向に摺動する円筒部２３ｂと、を備えている。鍔部２３ａは、円盤状の肉厚部２３１と、肉厚部から下方先端に向かって傾斜するテーパ部２３２とで構成されている。固定スプリング受け２４は、シャフト２１の上端部に固定されている。
【００１７】
可動スプリング受け２３と固定スプリング受け２４との間には、スプリング２６が配置されている。そして、可動スプリング受け２３と、固定スプリング受け２４と、スプリング２６と、により、スプリングリターン機構部５０が構成される。すなわち、本例のスプリングリターン機構部５０では、スプリング２６の力によって、可動スプリング受け２３の鍔部２３ａは常に下方の摺動用プレート１２に押し当てられる状態となっており、摘み２２に操作力が加えられていない場合は、操作体２０（シャフト２１）は直立の状態に保持される。
【００１８】
固定用フランジ１１の下方には、傾倒角度検出部３０が設けられており、シャフト２１の傾倒角度を検出する。傾倒角度検出部３０の下方には中継基板６とコネクタ５が配置されており、これらを覆うように下カバー２９が固定用フランジ１１に固定されている。
【００１９】
また、スプリングリターン機構部５０の中に、傾倒されたシャフト２１が所定の傾倒角度（指定傾倒角度）まで傾倒されたことを検知する検出部としての指定角度検出部４０が設けられている。本例の指定角度検出部４０は、後述するようにディテント機構で構成されている。
【００２０】
図３は、本例のジョイスティックコントローラの指定角度検出部４０の拡大断面図であり、図２の回転中心１７付近を拡大した状態を示す。
【００２１】
本例の指定角度検出部４０は、シャフト２１の外周面にＶ字状に形成された溝部２５と、この溝部２５と係合可能な可動スプリング受け２３に設けられたボールプランジャ４１と、を有するディテント機構で構成される。ディテント機構とは、人為的に作り出された抵抗によって、移動体を所定位置に保持する機構であって、抵抗に打ち勝つ力を加えることにより、移動体を別の位置に移動させることができる。本例のディテント機構は、ボールプランジャ４１と溝部２５を係合させることにより生じた抵抗により、シャフト２１を指定傾倒角度になる特定の状態に誘導して、一時的にその状態を保持することができる。また、さらに力を加えることにより、その特定の状態を解除することができる。
【００２２】
溝部２５は、シャフト２１の径方向全周にわたって形成されたＶ字状の溝で構成されている。シャフト２１に形成される溝部２５の位置は、シャフト２１を指定傾倒角度まで傾倒させた際に、可動スプリング受け２３に固定されたボールプランジャ４１の先端が対向する場所に形成される。
【００２３】
ボールプランジャ４１は、鍔部２３ａの肉厚部２３１の外側面に形成された挿通孔４２に挿入された状態で、可動スプリング受け２３に保持される。挿通孔４２は、孔の中心線が可動スプリング受け２３の円筒部２３ｂ内径の軸線と直交する方向に形成されている。すなわち、可動スプリング受け２３がシャフト２１に挿入された際に、挿通孔４２がシャフト２１の外周面に直交するように形成されている。
【００２４】
図４は、本例で使用するボールプランジャの一部断面図である。
図４に示すように、ボールプランジャ４１は、内部に中空部を有する円筒状筐体４１ａと、中空部に内蔵されたボール４１ｂと、ボール４１ｂを外側に付勢するスプリング４１ｃと、で構成される。また、筐体４１ａの表面には、雄ねじ部が形成されている。ボールプランジャ４１は、通常はボール４１ｂの一部が外に突出した状態で筐体４１ａに保持されており、ボール４１ｂが加圧されると、スプリング４１ｃに抗してボール４１ｂが筐体４１ａ内部に沈み込むように機能する。
【００２５】
本例では、ボール４１ｂが溝部２５と係合したときに、ガタつきが発生しないようにボールプランジャ４１を挿通孔４２に配置する。雄ねじ部を回すことにより、挿通孔４２内におけるボールプランジャ４１の位置を調整した後、接着剤を用いて、ボールプランジャ４１を固定する。
【００２６】
操作者が摘み２２を把持して操作体２０を傾倒させる場合には、可動スプリング受け２３がシャフト２１の外周面を摺動しながら長さ方向に移動する。このとき、筐体４１ａに押し込まれた状態のボール４１ｂは、シャフト２１の外周面を転がりながら移動する。シャフト２１の傾倒角度が指定傾倒角度に到達すると、ボール４１ｂへの加圧が溝部２５の空間によって解除される。これにより、ボール４１ｂがスプリング４１ｃの付勢力により押し出されて溝部２５と係合し、シャフト２１は指定傾倒角度の状態に保持される。このとき、ボール４１ｂと溝部２５とが係合する際に生じる振動により、操作者は、操作体２０の傾倒動作により、シャフト２１が所定の指定傾倒角度に到達したことを感知することができる。
【００２７】
なお、溝部２５の形状や、ボールプランジャ４１の構造は、本例に限定される必要はなく、係合することにより、操作体２０を特定の状態に保持できるものであればよい。
【００２８】
また、本例では、シャフト２１の外周表面に形成される溝部２５の数を１つとしたが、図５に示すように、シャフト２１の長さ方向に沿って、複数の溝部２５を設けるようにしてもよい。
【００２９】
図５は、他の例における指定角度検出部（溝部）の拡大断面図である。
図５に示すように、本例では、シャフト２１の長さ方向に沿って、２つの溝部２５ａ、２５ｂが形成されている。シャフト２１の下側（先端側）に形成されている溝部２５ａが、傾倒角度が小さい方の指定傾倒角度に対応する。本例では、下側の溝部２５ａが±７．５°の指定傾倒角度に対応する溝部であり、溝部２５ａの上側に形成された溝部２５ｂが、±１５°の指定傾倒角度に対応する。なお、さらに大きい指定傾倒角度の検出を行う場合には、溝部２５ｂの上側に溝部を形成すればよく、さらに小さい指定傾倒角度の検出を行う場合には、溝部２５ａの下側に溝部を形成すればよい。このように、複数の溝部２５を設けることにより、異なる値の指定傾倒角度の検出を行うことができる。
【００３０】
また、本例では、ボールプランジャ４１の数を１つとしたが、図６に示すように、複数個のボールプランジャを設けてもよい。
図６は、他の例における指定角度検出部（ボールプランジャ）の拡大断面図である。
図６に示すように、本例では、シャフト２１を挟んで対向するように、２つのボールプランジャ４１、４１’を設けている。また、互いのボールプランジャの先端の高さが、可動スプリング受け２３の長さ方向において一致するように配置されている。この場合、ボールプランジャを挿通するための挿通孔４２も、２箇所に形成される。なお、本例では、使用するボールプランジャの数を２個としたが、３個以上用いてもよい。このように、ボールプランジャを複数設けることにより、溝部２５とボールプランジャ４１とによる係合箇所を増やして、シャフト２１の保持力を向上させることができる。
【００３１】
図７は、本例のジョイスティックコントローラ１の傾倒角度検出部３０を示す斜視図であり、図２の下カバー２９を取り外した状態を示す。
図７に示すように、ジョイスティックコントローラ１の傾倒角度検出部３０は、固定フランジ１１の下方において、操作体２０のシャフト２１と連結された状態で、シャフト２１をＸ軸方向に揺動するガイド部材としてのＸ軸アーム３１及びＹ軸方向に揺動するガイド部材としてのＹ軸アーム３２と、Ｘ軸アーム３１の変位を検出するＸ軸センサ３３及びＹ軸アーム３２の変位を検出するＹ軸センサ３４とを有している。Ｘ軸アーム３１及びＹ軸アーム３２の先端には磁石３６（図２参照）が取り付けられており、Ｘ軸センサ３３及びＹ軸センサ３４はホルダにより磁石３６と対向する位置に保持されている。
【００３２】
傾倒角度検出部３０は、Ｘ軸センサ３３及びＹ軸センサ３４で、傾倒操作によるＸ軸アーム３１またはＹ軸アーム３２の揺動により変化した磁石３６の磁束の変化を検出することで、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のシャフト２１の傾倒角度をそれぞれ取り出すことができる。Ｘ軸センサ３３及びＹ軸センサ３４により取り出された傾倒角度は、電気信号として図示しないリード線を介して中継基板６に伝達された後、中継基板６上のコネクタ５を介して外部の装置に伝達される。
【００３３】
なお、本例では、ボールプランジャ４１と溝部２５とが係合する際に生じる振動により、シャフト２１が指定傾倒角度に到達したことを検出することができるので、傾倒角度検出部３０のＸ軸センサ３３及びＹ軸センサ３４に電気的な影響を及ぼすことがない。これにより、傾倒角度検出部３０の検出精度を向上させることができる。
【００３４】
また、本例では、溝部２５をシャフト２１の径方向全周にわたって形成しているので、操作者による操作体２０の傾倒操作方向がＸ軸方向若しくはＹ軸方向であっても、指定角度検出部４０でシャフト２１が指定傾倒角度に到達したことを検出できる。
【００３５】
次に、図８の分解図を用いて、本例のジョイスティックコントローラ１の組み立て方法の一例について説明する。
図８に示されるように、固定用フランジ１１に対して、シャフト２１を揺動可能に支持する。つぎに、筐体ケース固定用ねじ５２を用いて、固定用フランジ１１の上に筐体ケース１４を取り付ける。そして、ボールプランジャ４１が接着固定された可動スプリング受け２３をシャフト２１に挿通し、続いて、シャフト２１にスプリング２６を挿入する。そして、スプリング２６をある程度圧縮させた状態で、固定スプリング受け２４をシャフト２１の上部に固定する。最後に、つまみ用固定ねじ５１を用いて、シャフト２１の先端に摘み２２を取り付け、操作体２０を組み立てる。なお、組み立てられた操作体２０は、傾倒可能に支持されている。
【００３６】
つぎに、図９を用いて、本例のジョイスティックコントローラ１の動作について説明する。
図９は、本例のジョイスティックコントローラの動作を説明するための説明図及び指定角度検出部４０の動作を説明するための拡大図である。
【００３７】
ジョイスティックコントローラ１は、操作者が操作体２０の摘み２２を操作して、シャフト２１を、回転中心１７を支点として傾倒変位させることにより動作する。
【００３８】
操作者が摘み２２を操作しないときは、スプリング２６のバネの力で、可動スプリング受け２３が、摺動用プレート１２に押し付けられる。すなわち、摘み２２から操作力を除いた状態においては、図９Ａに示すように、スプリングリターン機構部５０によって、操作体２０は直立した状態に保持されている。また、ボールプランジャ４１は、シャフト２１の外周面からの加圧により、ボール４１ｂが筐体４１ａ内部に沈み込んだ状態で、可動スプリング受け２３に保持されている。
【００３９】
操作者が、摘み２２を操作して、シャフト２１を指定傾斜角度（本例では１５°）まで傾倒させると、図９Ｂに示すように、可動スプリング受け２３が摺動用プレート１２に押し上げられ、スプリング２６の付勢力に抗して、スプリング２６を圧縮する。スプリング２６が圧縮されると、可動スプリング受け２３がシャフト２１に沿って上方へ摺動移動し、ボールプランジャ４１は、シャフト２１の外周面に形成されている溝部２５と対向する位置に移動する。このとき、溝部２５のＶ字状の空間部分により、ボール４１ｂへ加圧が解除され、拡大図にしめすように、スプリング４１ｃの付勢力により押し出されたボール４１ｂと溝部２５とが係合し、シャフト２１が指定傾斜角度で傾いた状態に保持される。
【００４０】
このように、ボール４１ｂと溝部２５とが係合する際に生じる振動により、操作者は、シャフト２１の傾倒角度が、指定傾斜角度（１５°）に到達したことを感知することができる。なお、本例では、溝部２５をシャフト２１の径方向全周にわたって形成しているので、可動スプリング２３の鍔部２３ａが、スプリング２６の反発力によりシャフト２１の円周方向に回動してしまった場合であっても、確実に指定傾倒角度に到達したことを検出できる。
【００４１】
操作者が、摘み２２を操作して、さらにシャフト２１を傾倒させると、図９Ｃに示すように、可動スプリング受け２３が、スプリング２６の付勢力に抗して、シャフト２１に沿ってさらに上方へ摺動する。このとき、ボールプランジャ４１は、再び、シャフト２１の外周面からの加圧を受け、拡大図に示すように、ボール４１ｂが筐体４１ａ内部に沈み込んだ状態で可動スプリング受け２３に保持される。さらに、シャフト２１を傾倒させると、固定スプリング受け２４が筐体ケース１４の上端部に設けられたストッパ１５に押し付けられて、操作体２０の傾倒動作は停止する。
【００４２】
なお、本例では、図９Ｂに示した状態におけるシャフト２１の傾倒角度（±１５°）を指定傾斜角度として設定しているが、指定傾斜角度は任意の値でよく、また、上述したように複数の溝部２５を設けることにより、複数の傾斜指定角度を設定することができる。
【００４３】
図１０は、本例のジョイスティックコントローラ１の出力特性図である。
図１０は、アナログ出力電圧を例にした傾倒角度検出部３０の出力特性図を示す。
図１０に示すように、操作体２０の傾倒操作の範囲が傾倒角度（−１５°〜＋１５°）の範囲内である場合は、コネクタ５から取り出されるＸ軸センサ３３及びＹ軸センサ３４の出力電圧が出力電圧２０〜８０％の範囲になるように設定されている。また、操作体２０の操作範囲が傾倒角度約±１５°を超えて傾倒角度±２０°までの範囲に到達している場合は、出力電圧が１０〜２０％及び８０〜９０％の範囲になるように設定されている。なお、本例では、操作体２０の傾倒操作ができる傾倒角度の範囲は約±２０°までに設定されている。また、図に示した出力電圧比の傾きは一例であって、また、操作体２０を傾倒操作できる傾倒角の範囲は任意の範囲に設定することができる。
【００４４】
以上述べたように、本例のジョイスティックコントローラ１によれば、シャフト２１が指定傾倒角度に到達したことを、確実に操作者に伝達することができる。
【００４５】
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、可動スプリング受け２３の構成は、本例に限定されるものではなく、摺動用プレート１２と摺動し、シャフト２１に沿って移動できるものであればよい。
【００４６】
また、Ｘ軸センサ３３及びＹ軸センサ３４として、無接触式センサまたは接触式センサを用いてもよい。また、本例では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の検出を行う２次元ジョイスティックコントローラを用いているが、Ｘ軸方向のみの検出を行う１次元ジョイスティックコントローラにも適用することができる。また、摘み２２にＺ軸方向の検出を行うセンサを追加した３次元ジョイスティックコントローラにも適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・ジョイスティックコントローラ、５・・・コネクタ、６・・・中継基板、１０・・・筐体、１１・・・固定用フランジ、１２・・・摺動用プレート、１４・・・筐体ケース、１５・・・ストッパ、１７・・・回転中心、２０・・・操作体、２１・・・シャフト、２２・・・摘み、２３・・・可動スプリング受け、２３ａ・・・鍔部、２３ｂ・・・円筒部、２４・・・固定スプリング受け、２５・・・Ｖ字溝、２６・・・スプリング、２９・・・下カバー、３０・・・傾倒角度検出部、３１・・・Ｘ軸アーム、３２・・・Ｙ軸アーム、３６・・・磁石、４０・・・指定角度検出部（ディテント機構）、４１・・・ボールプランジャ、４１ａ・・・プランジャ本体、４１ｂ・・・ボール、４１ｃ・・・スプリング、４２・・・挿通孔、５０・・・スプリングリターン機構部、２３１・・・肉厚部、２３２・・・テーパ部
【要約】
【課題】シャフトが指定傾倒角度に到達したことを、確実に操作者に伝達することのできるジョイスティックコントローラを提供する。
【解決手段】ジョイスティックコントローラ１は、可動スプリング受け２３をシャフト２１に沿って変位させるスプリングリターン機構部５０と、可動スプリング受け２３の変位を検出する検出部４０と、を備える。検出部４０は、シャフト２１の外周面に形成された溝部２５と、可動スプリング受け２３に設けられた溝部２５と係合可能なボールプランジャ４１と、を有するディテント機構である。
【選択図】図３【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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