(57)【要約】【課題】  リード長が短く且つボール径が大きい場合であってもリターンパイプを用いてボールの無限循環路を構築することが可能であり、しかもリターンパイプとナット部材の負荷転動溝との継ぎ目がボールの循環に対して悪影響を及ぼすことのないボールねじ装置を提供する。【解決手段】  ボールの無限循環路の一部をなす無負荷ボール通路が、ナット部材に対してその内周面の接線方向に沿って形成されると共に前記ボールの直径よりも僅かに大きな内径に形成され、前記負荷転動溝の両端部と夫々連続する一対のボール通し孔と、前記ナット部材の外側に装着されると共に前記ボール通し孔の開口縁に接続され、前記一対のボール通し孔の間でボールを往来させるリターンパイプと、から構成されている。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のボールと、これらボールの転動溝が外周面に対して螺旋状に形成されたねじ軸と、略円筒状に形成されると共に前記ボールを介してねじ軸に螺合するナット部材と、このナット部材の内周面に形成されて前記ねじ軸の転動溝と対向し、ねじ軸の転動溝と相まってボールの負荷通路を形成する螺旋状の負荷転動溝と、前記負荷通路の始端と終端を連通連結し該負荷通路と相まってボールの無限循環路をなす無負荷ボール通路とを備えたボールねじ装置において、
前記無負荷ボール通路は、
前記ナット部材に形成され、前記負荷転動溝の両端部と夫々連続する一対のボール通し孔と、
前記ナット部材の外側に装着されると共に前記ボール通し孔の開口縁に接続され、前記一対のボール通し孔の間でボールを往来させるリターンパイプと、から構成されることを特徴とするボールねじ装置。
【請求項２】
前記ボール通し孔は前記ナット部材の内周面の接線方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
【請求項３】
前記ナット部材がボールの無限循環路を複数経路有する場合、前記ナット部材の内周面には複数の負荷転動溝が連続することなく、個々に独立して形成されていることを特徴とする請求項１記載のボールねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナット部材がボールを介してねじ軸に螺合し、例えば工作機械のワークテーブル等においてモータの回転運動を直線運動に変換するボールねじ装置に係り、詳細には、略Ｕ字状のリターンパイプをナット部材に装着してボールの無限循環路を形成するタイプのボールねじ装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
所謂リターンパイプを用いてボールの無限循環路を形成したボールねじ装置としては種々のものが知られている。これらボールねじ装置は、多数のボールと、これらボールが転走する螺旋状の転動溝が形成されたねじ軸と、前記転動溝に対向する螺旋状の負荷転動溝を有すると共にボールを介して前記ねじ軸に螺合するナット部材と、このナット部材に装着されてボールの無限循環路を形成するリターンパイプとを備えている。
【０００３】
前記ねじ軸の転動溝とナット部材の負荷転動溝は互いに対向することでボールの負荷通路を形成しており、ボールはこの負荷通路において荷重を負荷しながら転動する。また、前記リターンパイプはナット部材に形成された負荷転動溝の数巻分を跨ぐようにして該ナット部材に装着され、前記負荷通路を転動し終えたボールをねじ軸の転動溝から離脱させ、負荷通路の開始位置に戻すように構成されている。
【０００４】
従来のリターンパイプは、ナット部材に挿入される一対の脚部と、これら脚部同士を連結する連絡通路部とを備えて断面略Ｕ字状に形成されており、一方の脚部から他方の脚部に向けて内部をボールが転走し得るようになっている。前記ナット部材にはリターンパイプの脚部を挿入するためのパイプ装着孔がナット部材の中心軸線を挟むようにして一対形成されている。また、これらのパイプ装着孔は負荷転動溝の数巻分を隔てて形成されている。
【０００５】
そして、このパイプ装着孔に対してリターンパイプの脚部を挿入すると、各脚部がナット部材の内周面に僅かに突出し、ねじ軸のボール転走溝からボールをリターンパイプ内に掬い上げるように構成されている。従って、ねじ軸のボール転動溝とナット部材の負荷転動溝との間で荷重を負荷しながら転動してきたボールは、リターンパイプの脚部が突出する位置に到達すると、荷重から開放されると共にねじ軸のボール転動溝から離脱し、リターンパイプ内を無負荷状態で転動して数巻分前のボール転動溝に戻される。すなわち、リターンパイプをナット部材に装着することによってボールの無限循環路が形成されることになる。
【０００６】
前記負荷通路においてボールはねじ軸の周囲を螺旋状に旋回しながら転動しているが、このときのボールの旋回軌道の直径をｄとすると、ねじ軸の外径は直径ｄよりも小さく、また、ナット部材の内径は直径ｄよりも大きく設定されている。何故ならば、負荷通路を転動するボールの中心は前記旋回軌道上に位置するため、ねじ軸及びナット部材に対してボールの半径よりも浅い転動溝あるいは負荷転動溝を形成しようとすると、自ずと前述のような制限が必要となるからである。
【０００７】
その一方、負荷通路を転動しているボールをねじ軸の転動溝から掬い上げるためには、リターンパイプの先端をナット部材側から前記旋回軌道を超えてねじ軸側に近接させる必要が生じ、このために従来のボールねじ装置ではパイプ装着孔に挿入されたリターンパイプの先端がナット部材の内周面からねじ軸側へ僅かに突出している。
【特許文献１】特開２００２−９８２１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ナット部材に前記パイプ挿入孔を設ける場合、かかるパイプ挿入孔としてはその内径が少なくともボール直径よりもリターンパイプの肉厚分だけは大きくなければならず、いきおいパイプ挿入孔の内径が大きくなってしまう。ナット部材の内周面には所定のリード角で負荷転動溝が形成されていることから、内径の大きなパイプ挿入孔をナット部材に対してその中心軸線と垂直な方向から開設した場合には、かかるパイプ挿入孔が隣接する負荷転動溝と干渉してしまう懸念もあり、特に、リード長が短く、しかもボール径が大きい場合には、パイプ挿入孔を開設することが困難であった。
【０００９】
また、リターンパイプの脚部をナット部材のパイプ挿入孔に対して挿入し、かかるリターンパイプ内の通路をナット部材の負荷転動溝に対して連続させると、これらの接続位置にナット部材とリターンパイプの継ぎ目が生じてしまう。通常、ナット部材の負荷転動溝の加工誤差は数μｍ程度であるが、リターンパイプの加工誤差は負荷転動溝のそれの数百倍程度存在し、両者の加工精度の相違から前記継ぎ目には段差が発生し易く、ボールの円滑な循環が阻害されてしまう懸念があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、リード長が短く且つボール径が大きい場合であってもリターンパイプを用いてボールの無限循環路を構築することが可能であり、しかもリターンパイプとナット部材の負荷転動溝との継ぎ目がボールの循環に対して悪影響を及ぼすことのないボールねじ装置を提供することにある。
【００１１】
すなわち、本発明は、多数のボールと、このボールの転動溝が外周面に対して螺旋状に形成されたねじ軸と、略円筒状に形成されると共に前記ボールを介してねじ軸に螺合するナット部材と、このナット部材の内周面に形成されて前記ねじ軸の転動溝と対向し、ねじ軸の転動溝と相まってボールの負荷通路を形成する螺旋状の負荷転動溝と、前記負荷通路の始端と終端を連通連結し該負荷通路と相まってボールの無限循環路をなす無負荷ボール通路とを備えたボールねじ装置であって、前記無負荷ボール通路が、前記ナット部材に対してその内周面の接線方向に沿って形成されると共に前記ボールの直径よりも僅かに大きな内径に形成され、前記負荷転動溝の両端部と夫々連続する一対のボール通し孔と、前記ナット部材の外側に装着されると共に前記ボール通し孔の開口縁に接続され、前記一対のボール通し孔の間でボールを往来させるリターンパイプと、から構成されている。
【００１２】
従来のボールねじ装置ではナット部材にリターンパイプの脚部を挿入し、かかる脚部をナット部材の内周面に形成された負荷転動溝と連続させていたため、ナット部材にはパイプ挿入孔を設けており、かかるパイプ挿入孔は最低でもリターンパイプの脚部と同程度の直径に設定する必要があった。しかし、本発明のボールねじ装置では、リターンパイプをナット部材に対して挿入せず、ナット部材に対してボール直径よりも僅かに大きな内径のボール通し孔を形成すると共に、かかるボール通し孔を負荷転動溝の端部と連続させるように構成した。そして、前記リターンパイプはナット部材の外側において前記ボール通し孔の開口縁に接続するように構成している。
【００１３】
前記ボール通し孔はナット部材に対して直接加工されることから、その加工精度はナット部材の内周面に形成される負荷転動溝の加工精度と略同程度に維持することができ、かかるボール通し孔を負荷転動溝の端部と連続するように加工しても、両者の間に段差が発生する可能性は極めて低く、また発生したとしてもその大きさを数μｍ程度に抑えることが可能である。従って、負荷転動溝とボール通し孔との間におけるボールの往来を円滑に行うことが可能となる。
【００１４】
一方、リターンパイプの脚部はボール通り孔に挿入されないので、かかるボール通し孔の内径はボールが無負荷状態で転動し得る程度のものであれば足り、ボールの直径よりも僅かに大きい程度に設定される。このため、従来のパイプ挿入孔に比べてボール通し孔の内径は小さく設定することができ、リード長が短く且つボール径が大きい場合であっても、隣接する負荷転動溝と干渉することなくボール通し孔をナット部材に設けることが可能となる。
【００１５】
このように構成された本発明のボールねじ装置において、前記ナット部材の内周面に形成される負荷転動溝は、その始端及び終端において前記ボール通し孔と連続していることが必要である。換言すれば、かかる負荷転動溝は一対のボール通し孔の間にだけ螺旋状に存在し、ナット部材の内周面においてボール通し孔が負荷転動溝の途中に開口している状態を含まない。これは、ねじ軸の転動溝を転動するボールがボール通し孔の開口位置に到達した際に、かかるボールをボール通し孔へ確実に送り込むためである。このような構成によれば、ボールはねじ軸とナット部材との間の負荷通路を転動した後、ナット部材におけるボール通し孔の開口位置に到達すると、かかるボール通し孔の開口位置に負荷転動溝の終端が合致していることから、そのままねじ軸の転動溝を転動することが不可能となり、次々とボール通し孔に侵入することになる。従って、ボールをねじ軸の転動溝から離脱させるための部材を何らナット部材に装着することなく、ボールを負荷通路と無負荷ボール通路との間で往来させることができ、ナット部材の構成を簡略化することが可能となる。
【００１６】
このように、負荷転動溝はその端部位置においてボール通し孔と連続していることから、前記ナット部材に対してボールの無限循環路を複数経路設ける場合には、各無限循環路の一部となる負荷転動溝をナット部材の内周面に対して連続させることなく個々に独立した状態で複数設けることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を用いて本発明のボールねじ装置を詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明を適用したボールねじ装置の実施形態の一つを示すものである。このボールねじ装置は、多数のボールと、これらボールの転動溝が外周面に対して螺旋状に形成されたねじ軸１と、略円筒状に形成されると共に前記ボールを介してねじ軸１に螺合するナット部材２と、このナット部材２に装着されてボールの無限循環路を形成するリターンパイプ３とから構成されている。
【００１９】
前記ねじ軸１は外周面に対して所定のリードでボールの転動溝が螺旋状に形成されたものであり、従来公知のボールねじ装置と何ら変わるところがない。それ故、図１中には一点鎖線の仮想線でねじ軸を描いている。前記転動溝のリードとは、ねじ軸１が１回転した際に転動溝がねじ軸１の軸方向へ進行する距離であり、換言すれば、ねじ軸の１回転によってナット部材２が軸方向へ送られる距離である。このリードはボールねじ装置の使用用途によって適宜設計変更することが可能である。
【００２０】
図２は前記ナット部材２を示す斜視図である。このナット部材２は、前記ねじ軸１が僅かな隙間を保って挿入される貫通孔２０を有して略円筒状に形成されており、前記リターンパイプ３はこのナット部材２の外周面に装着されるようになっている。また、ナット部材２の軸方向の一端にはフランジ部２１が設けられており、ナット部材２はこのフランジ部２１を利用してテーブル等の被取付体に対してボルトで固定されるように構成されている。
【００２１】
前記ナット部材２の内周面にはボールの負荷転動溝２２が螺旋状に形成されている。この負荷転動溝２２はねじ軸１の転動溝と同一のリードで、かかる転動溝と対向して形成されており、ナット部材２の負荷転動溝２２とねじ軸１の転動溝とが互いに対向することにより、ボールがナット部材２とねじ軸１との間で荷重を負荷しながら転動する負荷通路が形成されるようになっている。この実施形態におけるナット部材２にはボールの無限循環路が３経路形成されており、ナット部材２の内周面には３条の負荷転動溝２２が形成されている。各負荷転動溝２２はナット部材２の内周面に対して約３．５巻の巻数で形成されており、３条の負荷転動溝２２が互いに重なることなくナット部材２の軸方向に沿って直列に設けられている。
【００２２】
また、ナット部材２には内周面と外周面との間を貫通するようにして複数のボール通し孔２４が形成されている。これらボール通し孔２４はその内径がボールの直径よりも僅かに大きく設定されており、ボールは無負荷状態でこのボール通し孔２４を通過する。また、ボール通し孔２４は前述した各負荷転動溝２２の両端に対応する位置に形成されており、ナット部材２の中心軸を挟んで位置する２個のボール通し孔２４が一対となって１条の負荷転動溝２２と対応している。この実施形態では前記ナット部材２に３条の負荷転動溝２２が形成されていることから、かかるナット部材２には３組６個のボール通し孔２４が形成されている。
【００２３】
図３は前記リターンパイプ３を示す斜視図、図４は前記リターンパイプ３の分解斜視図である。このリターンパイプ３は一対の脚部３０とこれら脚部３０を繋ぐ連結部３１を備えて略Ｕ字状に形成されており、前記ナット部材２の中心軸線を跨ぐようにして該ナット部材２の外周面に装着されると共に、各脚部３０が前記ボール通し孔２４を覆っている。前記脚部３０と連結部３１にはボールの直径よりも僅かに大きな内径を有するボール戻し通路３２が形成されており、このボール戻し通路３２はナット部材２のボール通し孔２４と接続されている。ボール戻し通路３２の内径は前記ボール戻し通路２４と同様にボールの直径よりも僅かに大きく設定されており、ボールは無負荷状態でリターンパイプ３のボール戻し通路３２を転動するように構成されている。
【００２４】
前記ナット部材２の外周面には前記ボール通し孔２４の周囲に凹所２５が形成されており、リターンパイプ３をナット部材２に装着すると、リターンパイプ３の脚部３０はこの凹所２５に嵌合し、ナット部材２に対するリターンパイプ３の位置決めがなされるようになっている。ナット部材２の凹所２５の底面は平坦面に形成されており、その中央には前記ボール通し孔２４が開口している。一方、リターンパイプ３の脚部３０の先端面も平坦に形成されており、前記凹所２５に対してリターンパイプ３の脚部３０を嵌合させると、脚部３０の先端面が凹所２５内の底面に突き当たり、これによって前記ボール通し孔２４の開口縁がリターンパイプ３のボール戻し通路３２と接続されるようになっている。
【００２５】
図４に示すように、前記リターンパイプ３は一対のパイプ半体３ａ，３ｂを組み合わせて構成されており、各パイプ半体３ａ，３ｂにはボールの転動方向に沿って二分された断面半円状のボール戻し通路３２が形成されている。また、各パイプ半体３ａ，３ｂの接合面にはスタッド３３が突設されると共に、このスタッド３３が嵌合する貫通孔３４が形成されており、一方のパイプ半体３ａのスタッド３３を他方のパイプ半体３ｂの貫通孔３４に嵌合させることで、一対のパイプ半体３ａ，３ｂを正確に組み合わせることができるようになっている。一対のパイプ半体３ａ，３ｂを組み合わせると、図３に示すように、前記スタッド３３の先端は貫通孔３４から突出するので、この先端を押し潰すことによって一対のパイプ半体３ａ，３ｂを分離不能に結合することができる。
【００２６】
更に、各パイプ半体３ａ，３ｂにはフランジ部３５が突設されており、このフランジ部３５を利用することで、組上がったリターンパイプ３をナット本体２にねじ止めできるようになっている。
【００２７】
尚、図３及び図４に示したリターンパイプ３の具体的構成はあくまでも一例であり、ナット部材２の外周面に開口した一対のボール戻し孔２４をボール戻し通路３２によって連結するものであれば、具体的形状等は適宜設計変更して差し支えない。
【００２８】
図５は図２のＶ−Ｖ線断面図であり、リターンパイプ３のボール戻し通路３２に沿ってナット部材２を切断した断面図である。ナット部材２に形成されたボール通し孔２４は、かかるナット部材２の内周面において負荷転動溝２２の端部と連続しており、負荷転動溝２２を転動するボール４は該負荷転動溝２２をいずれの方向へ転動しても、負荷転動溝２２の端部に達した後にそのままボール通し孔２４に入り込むようになっている。一方、前記リターンパイプ３のボール戻し通路３２は負荷転動溝２２の両端に位置する一対のボール通し孔２４を連結しており、一方のボール通し孔２４からボール戻し通路３２に進入したボール４を他方のボール通し孔２４へ導く。すなわち、ボール４は負荷転動溝２２をいずれの方向へ転動しても、リターンパイプ３のボール戻し通路３２を経て負荷転動溝２２の元の位置に戻されるようになっており、ナット部材２に対してボール４の無限循環路が与えられていることになる。
【００２９】
ねじ軸１の転動溝とナット部材２の負荷転動溝２２との間を転動するボール４、すなわち負荷通路に存在するボール４はねじ軸１とナット部材２との間に作用する荷重を負荷しながら転動している。一方、前記ボール通し孔２４はボール４の直径よりも僅かに大きな内径に設定されていることから、かかるボール通し孔２４に進入したボール４は荷重から開放され、無負荷状態でボール通し孔２４を通過し、更にその無負荷状態のままリターンパイプ３のボール戻し通路３２を転走する。そして、ボール４はボール通し孔２４から負荷転動溝２２に戻されると、再び荷重を負荷しながら転動することになる。すなわち、前記ボール通し孔２４及びボール戻し通路３２が無負荷ボール通路を構成している。
【００３０】
前記ボール通し孔２４はナット部材２に対して穴あけ加工で形成されおり、かかるボール通し孔２４のナット部材２の内周面における開口位置は負荷転動溝２２の端部と正確に合致している。ボール４が負荷転動溝２２とボール通し孔２４とを円滑に往来すことができるよう、ボール通し孔２４はナット部材２の内周面の接線方向に合致して形成されている。
【００３１】
図６は負荷転動溝２２の端部におけるボール通し孔２４の開口部２４ａを示す拡大図である。ナット部材２の内周面に対してその接線方向に合致してボール通し孔２４を形成すると、ナット部材２の内周面には略楕円形状の開口部２４ａが形成される。そして、この開口部２４ａが負荷転動溝２２と連続している。従って、負荷転動溝２２を転動してきたボール４は、かかる負荷転動溝２２の端部に達すると、略楕円形状に開口するボール通し孔２４に徐々に進入し、それに伴ってボール通し孔２４の開口部２４ａはボール４を抱え込むようにして徐々に狭くなり、最終的にボール４はボール通し孔２４の内部に完全に収容される。このようにして開口部２４ａがボール４を抱え込む作用により、ボール４はねじ軸１の転動溝から離脱し、無負荷状態となってボール通し孔２４に進入する。また、ナット部材２の内周面をねじ軸の周囲におけるボールの旋回軌道（ＢＣＤ）により接近させれば、ボール通し孔２４の開口部２４ａがボールを抱え込む形状を形成し易くなる。
【００３２】
従来のボールねじ装置では、ナット部材の内周面に形成された負荷転動溝は実際にボールが転動する領域よりも余分に長く形成されており、負荷転動溝上におけるボールの転動範囲を制限するために、ボールをねじ軸の転動溝から離脱させてボール通し孔へ送り込む部材をナット部材の内周面に設けていた。例えば、ナット部材に装着したリターンパイプの脚部をナット部材の内周面からねじ軸に向けて突出させ、かかる脚部によって負荷転動溝上におけるボールの転動範囲を制限し、ボールをリターンパイプ内に誘導していた。
【００３３】
しかし、この実施形態に示すボールねじ装置では、実際にボール４がナット部材２の内周面を転動する領域にのみ負荷転動溝２２を形成しており、かかる負荷転動溝２２の両端部に対して前記ボール通し孔２４を接続している。従って、負荷転動溝２２の端部に達したボール４はねじ軸１の転動溝をそのまま転動することはできず、前述のようにボール通し孔２４の開口部２４ａに抱えられるようにしてねじ軸の転動溝から離脱し、ボール通し孔２４に進入することになる。つまり、本発明のボールねじ装置では、ナット部材２に対して負荷転動溝２２の端部に合致するボール通し孔２４を加工するのみで、ボール４をねじ軸１の転動溝から離脱させてボール通し孔２４へ導くことが可能であり、極めて簡易な構成でボール４の無限循環路を構築することができる。
【００３４】
また、従来のボールねじ装置では、ナット部材がボールの無限循環路を複数有している場合であっても、ナット部材の内周面の負荷転倒溝は個々の無限循環路毎に区分されておらず、連続する一条の負荷転動溝として形成されていた。しかし、本発明のボールねじ装置では、ナット部材２に対してボール４の無限循環路を複数具備させるのであれば、ナット部材２の内周面に形成する複数の負荷転動溝２２は連続することなく、個々に区分され、互いに独立して形成されていることが必要である。図５に示すナット部材２の内周面には３条の負荷転動溝２２が軸方向に沿って直列に形成されているが、互いに隣接する負荷転動溝２２の間には溝が形成されていない領域２６が存在している。
【００３５】
そして、以上のように構成された本実施形態のボールねじ装置によれば、前記負荷転動溝２２はナット部材２の内周面に対して切削加工又は研削加工によって形成されており、また、ボール通し孔２４もドリルによる穴あけ加工によって形成されることから、ボール通し孔２４のナット部材２の内周面における開口位置を負荷転動溝２２の端部と正確に合致させることで、負荷転動溝２２とボール通し孔２４の接続部を段差なく滑らかに連続させることが可能である。それにより、負荷転動溝２２とボール通し孔２４との間を往来するボール４の挙動を安定させ、無限循環路内におけるボール４の循環の円滑化を図ることが可能となる。
【００３６】
また、このボールねじ装置では、ボール通し孔２４の内径はボール４の直径よりも僅かに大きい程度であり、それよりも大きな内径のボール通し孔を必要としないことから、負荷転動溝２２の端部に連続して形成されたボール通し孔２４が一巻分前の負荷転動溝２２に干渉してしまうおそれがなく、特にねじ軸１の転動溝のリードが小さいボールねじ装置を製作する場合に有利である。
【００３７】
更に、この実施形態のボールねじ装置の構成部品はねじ軸１、ナット部材２及びリターンパイプ３及びボール４の４点のみであり、しかもリターンパイプ３はナット部材２に形成されたボール通し孔２４の開口縁に接続されているのみであり、ナット部材２の外周面に対してのみ正確に装着されればその機能を充分に発揮するので、組立に当たって高精度の位置合わせは不要であり、極めて単純にボールねじ装置を組み立てることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を適用したボールねじ装置の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図２】実施形態に係るナット部材を示す斜視図である。
【図３】実施形態に係るリターンパイプを示す斜視図である。
【図４】リターンパイプの分解斜視図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿ってボールの循環経路を示す断面図である。
【図６】負荷転動溝とボール通し孔の接続部を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…ねじ軸、２…ナット部材、３…リターンパイプ、４…ボール、２２…負荷転動溝、２４…ボール通し孔、３２…ボール戻し通路
【図１】
2009162264.tif 000003
【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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