(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールが固定されたスタッド軸と、ボールを収容しボールをボールシートを介して揺動可能に支持するカップ状のソケットとを備え、
上記ボールシートおよびソケットには、スタッド軸が挿通された開口部がそれぞれ形成され、
上記ボールシートは、互いに独立して設けられて、相対的に硬い複数の第１のシートと、相対的に柔らかい第２のシートとを互いの組み合わせ部で組み合わせてなり、
上記ボールシートは、上記第１のシートと第２のシートとがソケットの周方向に交互に配置された領域を含み、
上記ボールシートは、スタッド軸を介してソケットの上記開口部からボールを抜く方向に力が働いたときに、その力を受ける第１の受圧領域と、スタッド軸を介してボールをソケットの底に押し付ける方向に力が働いたときに、その力を受ける第２の受圧領域とを含み、
上記複数の第１のシートと第２のシートの一部とが上記第１の受圧領域を構成していることを特徴とするボールジョイント。
【請求項２】
請求項１において、上記第１のシートが相対的に薄肉であり、上記第２のシートが相対的に厚肉であるボールジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
通例、ボールジョイントは、筒状のハウジング内にボールが収容された構成を有している。ハウジングとボールとの間には、弾性体製のシートが介在しており、ボールがシートに対して摺動する。シートは、例えば、２つ割構造をなしている（例えば、特許文献１参照）。シートの一方の部材は、軟質に形成され、ボールの表面のうちのハウジング底側の半分を支持している。シートの他方の部材は、硬質に形成され、ボールの表面のうちのハウジング底側とは反対側の半分を支持している。
【特許文献１】特公平６−８６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ボールジョイントにおいて、異音の発生を長期に亘って防止するとともに、ボールの摺動抵抗のばらつきを小さくすることが要請されている。本発明は、これらの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明は、ボール（７）が固定されたスタッド軸（８）と、ボールを収容しボールをボールシート（６Ｃ）を介して揺動可能に支持するカップ状のソケット（５）とを備え、上記ボールシートおよびソケットには、スタッド軸が挿通された開口部（１９，１５）がそれぞれ形成され、上記ボールシートは、互いに独立して設けられて、相対的に硬い複数の第１のシート（２１Ｃ）と、相対的に柔らかい第２のシート（２２Ｃ）とを互いの組み合わせ部（３１Ｃ，３２Ｃ）で組み合わせてなり、上記ボールシートは、上記第１のシートと第２のシートとがソケットの周方向に交互に配置された領域を含み、上記ボールシートは、スタッド軸を介してソケットの上記開口部からボールを抜く方向（Ｕ１）に力（Ｆ１）が働いたときに、その力を受ける第１の受圧領域（４１）と、スタッド軸を介してボールをソケットの底（１１）に押し付ける方向（Ｕ２）に力（Ｆ２）が働いたときに、その力を受ける第２の受圧領域（４２）とを含み、上記複数の第１のシートと第２のシートの一部とが上記第１の受圧領域を構成していることを特徴とするボールジョイント（１Ｃ）である（請求項１）。
【０００５】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施の形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
ボールシートには、スタッド軸を挿通させるための開口部が形成されている関係上、通例、第１の受圧領域の面積が、第２の受圧領域の面積よりも狭くなっている。したがって、第１の受圧領域での面圧が、第２の受圧領域での面圧よりも高くなる傾向にある。
【０００６】
本発明によれば、第１の受圧領域が、相対的に硬い第１のシートおよび相対的に柔らかい第２のシートで構成されている。したがって、第１の受圧領域に相対的に硬い第１のシートのみが配置される場合と比較して、下記の利点がある。すなわち、ボールおよびソケットの寸法精度のばらつきに拘らず、相対的に柔らかい第２のシートが相対的に大きく変形し、相対的に硬い第１のシートの変形量が低く抑えられる。したがって、第１の受圧領域での面圧のばらつきが小さい。その結果、ボールがソケット内で回転するときの摺動抵抗のばらつきが小さい。しかも、スタッド軸を介してソケットからボールを抜く方向に強い力が働いても、その力を相対的に硬い第１のシートで受けることができるので、相対的に柔らかい第２のシートのへたり等の劣化を防止することができる。これにより、ボールとボールシートとの間に隙間ができることを長期に亘って防止でき、この隙間に起因するボールのがたつき音（異音）の発生を防止できる。
【０００７】
また、スタッド軸を介してソケットからボールを抜く方向に力が働いたときに、その力を受けるソケットの部分（開口部を取り囲む環状の部分）は、通例、ソケットの製造中間体を塑性変形させて形成される。その塑性変形させるときに、上記第１の受圧領域が変形するが、相対的に柔らかい第２のシートが相対的に大きく変形し、相対的に硬い第１のシートの変形量を低く抑えられる。
また、第１のシートを必要最小限だけ設けることができ、第２のシートをより多くの領域に配置できる。これにより、第２のシートがボールとソケットとの間で確実に大きく弾性変形することができ、第１のシートの変形量を抑える効果をより確実に発揮できる。ボールがソケット内で回転するときの摺動抵抗のばらつきをより小さくできる。
【０００８】
また、本発明において、上記第１のシートが相対的に薄肉であり、上記第２のシートが相対的に厚肉である場合がある（請求項２）。この場合、第２のシートがボールとソケットとの間で確実に大きく弾性変形することができ、その結果、第１のシートの変形量を低く抑える効果をより確実に発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかるボールジョイント１の概略構成を示す一部断面図である。図２は、ボールジョイント１の製造中の状態を示す一部断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
図１を参照して、ボールジョイント１は、例えば、ラックアンドピニオン式の車両用操舵装置に備えられており、ラック軸２の一端とタイロッド３の一端とを連結する。
【００１２】
ボールジョイント１は、ボールスタッド４と、カップ状のソケット５と、環状のボールシート６とを備えている。ボールスタッド４は、例えば鋼等の金属製の部材であり、ボール７と、ボール７が固定されたスタッド軸８とを含んでいる。
ボール７の表面には、球面の一部を含む球状部９が形成されている。このボール７にスタッド軸８の一端が接続されている。スタッド軸８の他端は、タイロッド３の一端に固定されている。スタッド軸８の中心軸線Ｌ１上にボール７の中心Ｃが配置されている。
【００１３】
ソケット５は、ボール７を収容し、且つボールシート６を介してボール７を揺動可能に支持するものである。このソケット５は、例えば鋼等の金属製の単一の部材を用いた一体成形品である。ソケット５は、ボール７を取り囲む環状の周壁１０と、周壁１０の軸方向の一端に連なる底壁１１とを含んでいる。周壁１０の内周面１２は、ボール７の球状部９に対向している。
【００１４】
底壁１１の一側面１３は、周壁１０の内周面１２と連なっており、これら一側面１３および内周面１２によって、ボール７およびボールシート６を収容する収容空間１４が区画されている。底壁１１には、ラック軸２の一端が固定されている。底壁１１とラック軸２の一端との固定は、例えば、底壁１１に形成されたねじ軸（図示せず）が、ラック軸２の一端に形成されたねじ孔（図示せず）にねじ込まれることにより達成される。
【００１５】
周壁１０の他端（先端）には開口部１５が形成されており、開口部１５を通してボール７が収容空間１４に挿通される。開口部１５にスタッド軸８が挿通されている。周壁１０の開口部１５の周縁部１６は、周壁１０の他端に比べて縮径されており、ボール７およびボールシート６がソケット５から抜けないようにされている。
図１および図２を参照して、この周縁部１６は、ソケットの製造中間体１７であって、周壁１０の外径が略一定の製造中間体１７の周壁１０の他端（先端）をかしめる（塑性変形させる）ことにより縮径されている。
【００１６】
ボールシート６は、互いに別体に形成され且つ互いに組み合わされた環状の第１のシート２１および第２のシート２２を含んでいる。
図１および図３を参照して、第１のシート２１は、ソケット５の開口部１５から相対的に近く配置されている。第１のシート２１の内周面２３は、ボール７の球状部９の形状に沿う形状に形成されている。この内周面２３は、ボール７の球状部９のうち、ソケット５の開口部１５に近い開口側部２４を摺動可能に支持している。スタッド軸８の中心軸線Ｌ１とボールシート６の中心軸線Ｌ２とが一致しているとき、開口側部２４は、ボール７の中心Ｃを通り中心軸線Ｌ１に直交する平面Ａに対してスタッド軸８側に配置されている。
【００１７】
第１のシート２１の外周面２５は、ソケット５の周壁１０の内周面１２に支持されている。第１のシート２１の軸方向の一端には、スタッド軸８が挿通された開口部１９が形成されている。この開口部１９が、ボールシート６の開口部とされている。
第１のシート２１は、例えば、ホモポリマーやコポリマー等のポリアセタール（ＰＯＭ）を用いて形成されており、相対的に硬くされている。なお、第１のシート２１は、ポリアセタール以外のエンジニアリングプラスチックを用いて形成されていてもよい。第１のシート２１の肉厚Ｔ１は、相対的に薄くされている。第１のシート２１が相対的に薄肉にされている。なお、第１のシート２１の肉厚Ｔ１は、第１のシート２１に外力が作用していない自由状態における厚みをいう。
【００１８】
ボールシート６の中心軸線Ｌ２とスタッド軸８の中心軸線Ｌ１とが一致している状態（図１に示す状態）において、第１のシート２１は、ボール７の中心Ｃに対してスタッド軸８側に位置している。ソケット５の軸方向Ｓに関して、第１のシート２１は第２のシート２２よりも短く形成されている。
第２のシート２２は、ソケット５の開口部１５から相対的に遠く配置されている。第２のシート２２の内周面２６は、ボール７の球状部９の形状に沿う形状に形成されている。この内周面２６は、ボール７の球状部９のうち、ソケット５の底壁１１に近い底側部２８、および上記開口側部２４の双方を摺動可能に支持している。スタッド軸８の中心軸線Ｌ１とボールシート６の中心軸線Ｌ２とが一致しているとき、底側部２８は、ボール７の中心Ｃを通り中心軸線Ｌ１に直交する平面Ａよりも、ソケット５の開口部１５から遠い位置に配置されている。第２のシート２２の外周面２７は、ソケット５の周壁１０の内周面１２に支持されている。
【００１９】
第２のシート２２は、例えば、ポリウレタンやポリエステル等のゴム状の材料（エラストマー）を用いて形成されており、相対的に柔らかくされている。第２のシート２２の肉厚Ｔ２は、相対的に厚くされている。第２のシート２２が相対的に厚肉にされている。なお、第２のシート２２の肉厚Ｔ２は、第２のシート２２に外力が作用していない自由状態における厚みをいう（図３において、自由状態のときの第２のシート２２は、第２のシート２２を示す実線および２点鎖線で示す部分の双方を含む）。
【００２０】
第２のシート２２の一端には、通孔２９が形成されている。この通孔２９は、ボールシート６の中心軸線Ｌ２と同心に形成されている。通孔２９が設けられていることにより、ボール７から第２のシート２２に力が作用したときに、第２のシート２２の変形を促して衝撃を緩和することができる。通孔２９には、グリース等の潤滑剤が充填されている。
ボールシート６は、第１のシート２１と第２のシート２２とがソケット５の周方向Ｐに交互に配置された領域３０を含んでいる。この領域３０は、スタッド軸８の中心軸線Ｌ１とボールシート６の中心軸線Ｌ２とが一致している状態において、上記平面Ａに対してスタッド軸８側に形成されている。
【００２１】
第１および第２のシート２１，２２は、互いに組み合わされた組み合わせ部３１，３２をそれぞれ含んでいる。これら組み合わせ部３１，３２が互いに組み合わされることにより、上記領域３０が形成されている。
第１のシート２１の組み合わせ部３１は、第１のシート２１の軸方向の他端面を含んでいる。第２のシート２２の組み合わせ部３２は、第２のシート２２の軸方向の一端面を含んでいる。各上記組み合わせ部３１，３２が互いに当接している。
【００２２】
ソケット５の径方向Ｒに沿って見たとき、各上記組み合わせ部３１，３２は、波形形状、例えば、正弦波形状をなしている。ソケット５の軸方向Ｓに関して、ボールシート６のうち各上記組み合わせ部３１，３２が存在している領域が領域３０となる。
第１のシート２１および第２のシート２２のうち、ボール７の中心Ｃを通り中心軸線Ｌ１に直交する平面Ａに対してソケット５の開口部１５側に位置している領域が、第１の受圧領域４１とされている。
【００２３】
第１の受圧領域４１は、スタッド軸８を介してソケット５の開口部１５からボール７を抜く方向Ｕ１（例えば、ボールシート６の中心軸線Ｌ２に沿う方向の一方）に力Ｆ１が働いたときに、この力Ｆ１を受ける領域である。
第１の受圧領域４１は、第１のシート２１と第２のシート２２の一部４３とによって構成されている。上記第２のシート２２の一部４３とは、上記中心軸線Ｌ１，Ｌ２が一致しているときにおいて、第２のシート２２のうち、平面Ａに対してソケット５の開口部１５側に配置されている部分をいう。
【００２４】
上記中心軸線Ｌ１，Ｌ２が一致しているときにおいて、第２のシート２２のうち、ボール７の中心Ｃを通り中心軸線Ｌ１に直交する平面Ａよりもソケット５の開口部１５から遠い側に位置している領域が、第２の受圧領域４２とされている。
第２の受圧領域４２は、スタッド軸８を介してボール７をソケット５の底壁１１に押し付ける方向Ｕ２（例えば、ボールシート６の中心軸線Ｌ２に沿う方向の他方）に力Ｆ２が働いたときに、その力Ｆ２を受ける受圧領域である。
【００２５】
図１および図２を参照して、ソケットの製造中間体１７の周壁１０の開口周縁部１６がかしめられることにより、ボールシート６およびボール７が収容されたソケット５が形成されるとき、第１および第２のシート２１，２２のうちの第２のシート２２のみが、ソケット５とボール７との間で弾性変形する。
すなわち、ボールジョイント１に外力が作用していない状態のとき、ボールシート６のうち、第２のシート２２のみが、ソケット５とボール７との間で弾性変形している。
【００２６】
このとき、第１のシート２１は弾性変形しない。すなわち、ボールジョイント１に外力が作用していない状態のとき、第１のシート２１は、ソケット５とボール７との間で弾性変形していない。なお、このとき、第１のシート２１がソケット５とボール７との間でわずかに弾性変形されるようにしてもよい。
ボール７からボールシート６に、ボール７を抜く方向Ｕ１の力Ｆ１が作用したとき、この力Ｆ１の値が所定値以下であれば、第１および第２のシート２１，２２のうちの第２のシート２２が主にこの力Ｆ１を受ける。一方、力Ｆ１の値が所定値を超えていれば、第１および第２のシート２１，２２のうちの第１のシート２１が主にこの力Ｆ１を受ける。
【００２７】
また、ボール７からボールシート６に、ボール７をソケット５の底壁１１に押し付ける方向Ｕ２の力Ｆ２が作用したとき、第２のシート２２がこの力Ｆ２を受ける。
ボールシート６には、スタッド軸８を挿通させるための開口部１９が形成されている関係上、第１の受圧領域４１の面積が、第２の受圧領域４２の面積よりも狭くなっている。したがって、第１の受圧領域４１での面圧が、第２の受圧領域４２での面圧よりも高くなる傾向にある。
【００２８】
第１の受圧領域４１が、相対的に硬い第１のシート２１および相対的に柔らかい第２のシート２２で構成されている。したがって、第１の受圧領域に相対的に硬い第１のシートのみが配置される場合と比較して、下記の利点がある。
すなわち、ボール６およびソケット５の寸法精度のばらつきに拘らず、相対的に柔らかい第２のシート２２が相対的に大きく変形し、相対的に硬い第１のシート２１の変形量を低く抑えられる。したがって、第１の受圧領域４１での面圧のばらつきが小さい。その結果、ボール７がソケット５内で回転するときの摺動抵抗のばらつきが小さい。
【００２９】
しかも、スタッド軸８を介してソケット５からボール７を抜く方向Ｕ１に強い力Ｆ１が働いても、その力Ｆ１を相対的に硬い第１のシート２１で受けることができるので、相対的に柔らかい第２のシート２２のへたり等の劣化を防止することができる。これにより、ボールシート６内に隙間ができることを長期に亘って防止でき、この隙間に起因するボール７のがたつき音（異音）の発生を防止できる。
【００３０】
また、スタッド軸８を介してソケット５からボール７を抜く方向Ｕ１に力Ｆ１が働いたときに、その力Ｆ１を受けるソケット５の開口部１５の周縁部１６は、ソケットの製造中間体１７を塑性変形させて形成される。
その塑性変形させるときに、ボールシート６の第１の受圧領域４１が変形するが、相対的に柔らかい第２のシート２２が相対的に大きく変形し、相対的に硬い第１のシート２１の変形量を低く抑えられる。
【００３１】
さらに、第１のシート２１が相対的に薄肉であり、第２のシート２２が相対的に厚肉であることにより、第２のシート２２がボール７とソケット５との間で確実に大きく弾性変形することができ、その結果、第１のシート２１の変形量を低く抑える効果をより確実に発揮できる。
また、第１のシート２１をソケット５の開口部１５から相対的に近く配置し、第２のシート２２をソケット５の開口部１５から相対的に遠く配置している。これにより、スタッド軸８を介してソケット５からボール７を抜く方向Ｕ１に力Ｆ１が働いたときに、ボールシート６のうち、面圧が最も高くなる、開口部１９の周縁部を、相対的に硬い第１のシート２１で構成することにより、ボールシート６のへたり等の劣化をより少なくできる。
【００３２】
さらに、第１のシート２１と第２のシート２２とがソケット５の周方向Ｐに交互に配置された領域３０を設けている。これにより、第２のシート２２を、ボールシート６の開口部１９側へより延ばすことができる。
その結果、ボール７やソケット５の寸法精度のばらつきに拘らず、第１の受圧領域４１での面圧のばらつきをより小さくできる。また、開口部１９側に延びた第２のシート２２の近傍に第１のシート２１が配置されることとなり、相対的に柔らかい第２のシート２２のへたり等の劣化を確実に防止できる。
【００３３】
また、第１および第２のシート２１，２２の組み合わせ部３１，３２が、ソケット５の径方向Ｒからみたときに波形形状をなしている。このような波形形状にするという簡易な構成により、第１および第２のシート２１，２２をソケット５の周方向Ｐに交互に配置することができる。
さらに、ソケット５の開口部１５側に第１のシート２１を配置することにより、ボール７を抜く方向Ｕ１に力Ｆ１が作用したときに、この力Ｆ１を受ける面積の小さい開口部１９近傍の部分の耐荷重を高くできる。ボールシート６の耐荷重を高くできる。
【００３４】
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。なお、以下では、図１〜図３に示す実施の形態と異なる点について主に説明し、同様の構成には図に同様の符号を付してその説明を省略する。
例えば、図４に示すように、シートの径方向に沿ってみたとき、第１および第２のシート２１，２２の互いの組み合わせ部３１Ａ，３２Ａが、三角波形状をなしていてもよい。また、図５に示すように、シートの径方向に沿ってみたとき、第１および第２のシート２１，２２の互いの組み合わせ部３１Ｂ，３２Ｂが、矩形波形状をなしていてもよい。
【００３５】
なお、各上記実施の形態において、ボールシート６の第１のシート２１と第２のシート２２は、２色成形等によって、互いに溶着される等して一体化されていてもよい。
また、図６に示すボールシート６Ｃを用いてもよい。ボールシート６Ｃの第１のシート２１Ｃは、互いに独立して設けられた複数の第１のシート２１Ｃと、第２のシート２２Ｃとを含んでいる。
【００３６】
このボールシート６Ｃは、例えば、２色成形によって形成されており、第１のシート２１Ｃと第２のシート２２Ｃとが互いに溶着する等して一体化されている。なお、第２のシート２２Ｃの成形後に、第２のシート２２Ｃとは別途成形された第１のシート２１Ｃの組み合わせ部３１Ｃを第２のシート２２Ｃの組み合わせ部３２Ｃに固定することにより、ボールシート６Ｃを形成してもよい。
【００３７】
スタッド軸８の中心軸線Ｌ１とボールシート６Ｃの中心軸線Ｌ２とが一致しているとき、第２のシート２２Ｃは、ソケット５の軸方向Ｓに関して、ボール７の底側部２８から開口側部２４に亘って延びている。
このとき、第２のシート２２Ｃの内周面３３が、ボール７の開口側部２４および底側部２８の双方に摺接している。第２のシート２２Ｃの外側面３４は、ソケット５の周壁１０の内周面１２および底壁１１の一側面１３の双方に支持されている。
【００３８】
図６および図７を参照して、ボールジョイント１Ｃに外力が作用していない状態のとき、第１および第２のシート２１Ｃ，２２Ｃのうちの、第２のシート２２Ｃのみが、ソケット５とボール７とに挟まれて弾性変形している。なお、第１のシート２１Ｃは、わずかに弾性変形されていてもよい。
各第１のシート２１Ｃは、ソケット５の径方向Ｒに沿ってみたとき、例えば矩形形状をなしている。各第１のシート２１Ｃは、互いに離隔して配置されており、ボールシート６Ｃの周方向Ｐに沿って等間隔に配置されている。ソケット５の軸方向Ｓに関して、ボールシート６Ｃのうち第１のシート２１Ｃが設けられている部分が、第１および第２のシート２１Ｃ，２２Ｃがソケット５の周方向Ｐに交互に配置された領域３０Ｃとされている。この領域３０Ｃにおいて、第２のシート２２Ｃと対応する第１のシート２１Ｃとの互いの組み合わせ部３１Ｃ，３２Ｃは、ソケット５の径方向Ｒに沿ってみて矩形形状をなしている。
【００３９】
この場合、第１のシート２１Ｃを必要最小限だけ設けることができ、第２のシート２２Ｃをより多くの領域に配置できる。これにより、第２のシート２２Ｃがボール７とソケット５との間で確実に大きく弾性変形することができ、第１のシート２１Ｃの変形量を抑える効果をより確実に発揮できる。ボール７がソケット５内で回転するときの摺動抵抗のばらつきをより小さくできる。
【００４０】
その他、本発明のボールジョイントは、ラック軸とタイロッドとを連結する用途以外の用途に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態にかかるボールジョイントの概略構成を示す一部断面図である。
【図２】ボールジョイントの製造中の状態を示す一部断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の別の実施の形態のシートの要部の展開図である。
【図５】本発明のさらに別の実施の形態のシートの要部の展開図である。
【図６】本発明のさらに別の実施の形態にかかるボールジョイントの概略構成を示す一部断面図である。
【図７】図６のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１，１Ｃ…ボールジョイント、５…ソケット、６，６Ｃ…ボールシート、７…ボール、８…スタッド軸、１１…底壁（ソケットの底）、１５…（ソケットの）開口部、１９…（ボールシートの）開口部、２１，２１Ｃ…第１のシート、２２，２２Ｃ…第２のシート、３０，３０Ｃ…領域、３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ…（第１のシートの）組み合わせ部、３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ…（第２のシートの）組み合わせ部、４１…第１の受圧領域、４２…第２の受圧領域、４３…第２のシートの一部、Ｆ１，Ｆ２…力、Ｐ…周方向、Ｒ…径方向、Ｕ１，Ｕ２…方向。
【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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