(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部位に固定される固定部に連結され、荷重体の荷重を荷重検出機構を介して検出し、検出された前記荷重を対応する流体圧力に変換する荷重検出部と、
前記荷重検出部に連結され、シリンダ室内に供給される流体圧力の作用下に変位するピストン及びピストンロッドを有すると共に、前記荷重が付与されるシリンダ部と、
前記荷重検出部に設けられ、前記シリンダ部に付与される荷重によって前記荷重検出部及び前記シリンダ部が前記固定部側に向かって変位することにより、弁開・弁閉状態が切り換えられる弁機構と、
を備え、
前記荷重検出部は、前記固定部と前記シリンダ部との間に配設され、前記荷重体の荷重が前記ピストンロッドに対して付与されることを特徴とする荷重検出機構付シリンダ。
【請求項２】
請求項１記載の荷重検出機構付シリンダにおいて、前記荷重検出部は、圧力流体が供給される圧力流体供給ポートと、前記圧力流体を排出する圧力流体排出ポートと、前記圧力流体供給ポートと前記圧力流体排出ポートとを連通させる弁開状態と、前記圧力流体供給ポートと前記圧力流体排出ポートとの連通を遮断する弁閉状態とを切り換える弁部とを有し、前記ピストンロッドが荷重検出部側に向かって変位するように荷重体の荷重が付与されることにより、前記弁部は弁閉状態から弁開状態へ切り換えられることを特徴とする荷重検出機構付シリンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷重体の荷重を対応する流体圧力に変換して、荷重と流体圧力とを平衡させるエアバランサシステム等に適用することが可能な荷重検出機構付シリンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、シリンダ部のピストンロッドに荷重変換器を吊り下げ、荷重体の重力方向の荷重を流体圧力に変換する引張型の荷重検出機構付シリンダが知られている。
【０００３】
例えば、特開平５−１７８５９８号公報には、この種の従来技術に係る荷重検出機構付シリンダが開示されている。図７に示すように、この荷重検出機構付シリンダ１では、シリンダ２のピストン３に連結されるピストンロッド４に荷重変換器５がワイヤロープ６にて吊り下げられており、前記荷重変換器５の下部に設けられる荷重受けロッド７に荷重体８が吊り下げられている。前記荷重変換器５は、この荷重体８の重力方向にかかる荷重を荷重受けロッド７を介してピストン９に伝達し、ピストン９の下部に連接された弁体１０がばね部材１１の弾発力に抗して弁座１２から離間されることにより、荷重体８の荷重に相当する圧力流体が供給ポート１３から流体室１４および排気ポート１５に供給される。
【０００４】
レバー部１６は、荷重体８の荷重との平衡状態を設定する流体圧力を調整できるように設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図８に示すように天井部２００に懸吊された前記荷重検出機構付シリンダ１の荷重受けロッド７に側壁２０２の所定部位を支点２０４として所定角度回動するアーム２０６を装着し、前記アーム２０６の他端部に荷重体８を吊り下げ、荷重体８の荷重を流体圧力に変換し、荷重体８と流体圧力とを平衡させるエアバランサシステムとして利用する場合、天井部２００、側壁２０２、支点２０４、アーム２０６および荷重検出機構付シリンダ１によって囲繞された第１エリアは空間的に閉じられているため、部品交換等の作業空間として有効活用することができないという問題がある。一方、荷重検出機構付シリンダ１の反対側の第２エリアの空間はレバー部１６が突出しているため、荷重体８の交換等に必要な作業空間を十分に確保できないという他の問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、荷重体の交換等に必要な作業エリアを広範囲に確保することができる荷重検出機構付シリンダを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、固定部位に固定される固定部に連結され、荷重体の荷重を荷重検出機構を介して検出し、検出された前記荷重を対応する流体圧力に変換する荷重検出部と、
前記荷重検出部に連結され、シリンダ室内に供給される流体圧力の作用下に変位するピストン及びピストンロッドを有すると共に、前記荷重が付与されるシリンダ部と、
前記荷重検出部に設けられ、前記シリンダ部に付与される荷重によって前記荷重検出部及び前記シリンダ部が前記固定部側に向かって変位することにより、弁開・弁閉状態が切り換えられる弁機構と、
を備え、
前記荷重検出部は、前記固定部と前記シリンダ部との間に配設され、前記荷重体の荷重が前記ピストンロッドに対して付与されることを特徴とする。
【０００８】
この場合、荷重検出部には、圧力流体が供給される圧力流体供給ポートと、前記圧力流体を排出する圧力流体排出ポートと、前記圧力流体供給ポートと前記圧力流体排出ポートとを連通させる弁開状態と、前記圧力流体供給ポートと前記圧力流体排出ポートとの連通を遮断する弁閉状態とを切り換える弁部とが設けられており、前記ピストンロッドが荷重検出部側に向かって変位するように荷重体の荷重が付与されることにより、前記弁部は弁閉状態から弁開状態に好適に切り換えられる。
【０００９】
本発明によれば、例えば、天井等の固定部位に固定された固定部側に向かって荷重検出部およびシリンダ部が一体的に変位するように荷重体の荷重が付与される。
【００１０】
従って、従来技術と比較して、荷重体の交換時等に必要な作業エリアを広範囲に確保することができる。また、固定部位として、天井部または基台部に固定されることにより、設置環境に対して柔軟に対応することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る荷重検出機構付シリンダについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る荷重検出機構付シリンダ２０が組み込まれ、荷重体２２のバランスを維持するエアバランサシステム２１を示す。
【００１３】
図１において、荷重検出機構付シリンダ２０は、天井部５５に固定された懸吊用金具５６に固定されている。前記荷重検出機構付シリンダ２０の下端部には、所定間隔離間し、天井部５５から下方に延設された支柱２２０に設けられた支点２２２を中心として所定角度回動するアーム２２４の一方が連結され、前記アーム２２４の他方には荷重体２２が吊り下げられる。
【００１４】
このとき、荷重体２２の荷重が下方向にかかるため、支点２２２を中心にアーム２２４の他方が下がり、アーム２２４の一方は上がる。このアーム２２４の一方が上がる力は、荷重体２２の荷重である。
【００１５】
エアバランサシステム２１はこの上方向に付与されるアーム２２４の押圧力Ｆ、すなわち荷重体２２の荷重を検出し、対応する流体圧力に変換して、荷重体２２の荷重と流体圧力とを平衡させている。
【００１６】
図２に示すように、このエアバランサシステム２１は、前記押圧力Ｆを検出し、対応する流体圧力に変換する荷重検出機構付シリンダ２０と、前記荷重検出機構付シリンダ２０からの出力圧力と同一圧力の圧力流体を出力する減圧弁２８と、流通する圧力流体の流量を調整する絞り弁３０と、エアタンク３２とから構成される。
【００１７】
荷重検出機構付シリンダ２０は、固定部位である天井部５５に固定される固定部２３と、押圧力Ｆを検出し、対応する流体圧力に変換する荷重検出部２４と、前記荷重検出部２４に連結されるシリンダ部２６とから構成される。
【００１８】
前記固定部２３は、ピン孔３４を有する第１ボディ３６と、その下部に複数のボルト部材５７によって連結される第２ボディ３８と、前記第２ボディ３８の略中央下部に複数のボルト６４によって連結される連結部材６２とから構成される。
【００１９】
荷重検出部２４は、外周部にエアを排気するブリード通路４０を有する第３ボディ４２と、前記第３ボディ４２の下方に固設される第４ボディ４８と、前記第４ボディ４８の下方に固設される第５ボディ５０とから構成される。
【００２０】
第３ボディ４２の中央孔にはブッシュ５８が装着され、前記ブッシュ５８の内部には、前記連結部材６２の円柱部が上下方向に摺動自在に挿入されている。
【００２１】
また、前記第２ボディ３８と第３ボディ４２との間には所定間隔だけ離間するクリアランス６３が画成されている。
【００２２】
この場合、固定部２３は第１ボディ３６の上部に所定間隔離間して形成される２箇所のピン孔３４にピン部材５４を挿入して、天井部５５に固定された懸吊用金具５６に固定されるため、押圧力Ｆに対して変位しないように設けられている。一方、押圧力Ｆを受けると、後述するように荷重検出部２４およびシリンダ部２６は、天井部５５に固定された固定部２３側に向かってクリアランス６３だけ、一体的に変位するように設けられている。
【００２３】
図３は、荷重検出部２４の詳細構成図である。第１ダイヤフラム７０の中央の孔部にはブリード金具７２の略中央部から上方に形成される突出部が挿入され、該突出部は第１ダイヤフラムシェル７４に形成された孔部に挿入される。
【００２４】
前記第１ダイヤフラム７０の中央部は、ブリード金具７２と第１ダイヤフラムシェル７４によって挟持され、また、第１ダイヤフラム７０の両端部は、第３ボディ４２と第４ボディ４８との間に挟持されている。
【００２５】
第３ボディ４２、連結部材６２、第１ダイヤフラム７０で囲まれた空間には第１の室８０が画成され、前記第１の室８０は、第３ボディ４２の外周側に設けられるブリード通路４０を通じて、大気に連通している。
【００２６】
また、第４ボディ４８の凹部と第１ダイヤフラム７０とによって閉塞された第２の室８２は第１流体排出ポート４６と連通している。
【００２７】
前記ブリード金具７２の略中央部には第１の室８０と第２の室８２とを連通させる貫通孔８３が形成され、前記貫通孔８３の一端部は弁本体７３（弁部）によって閉塞されている。前記弁本体７３の略中央部にはテーパ部９９が形成され、前記テーパ部９９の下方には第１のばね部材９６の一端部を保持する受け部材９７が装着されている。
【００２８】
また、第４ボディ４８の略中央上部には、前記弁本体７３のテーパ部９９に係合する弁座９４（弁部）が形成され、さらに略中央下部にはバルブガイド９２がＯリング８６を介し螺合されている。前記バルブガイド９２の中央部には前記弁本体７３の一部分が摺動する孔部が形成されており、さらに前記バルブガイド９２の上面には第１のばね部材９６の他端部を保持する受け部材９３が形成されている。
【００２９】
このようにして、弁本体７３は弁座９４を貫通し、バルブガイド９２の孔部に挿入され、弁本体７３の受け部材９７とバルブガイド９２の受け部材９３の間には第１のばね部材９６が介装される。
【００３０】
荷重体２２が吊り下げられていない無負荷の場合、第１のばね部材９６の付勢力によって弁本体７３のテーパ部９９が第４ボディ４８の弁座９４に着座して、第１流体供給ポート４４と第１流体排出ポート４６との連通が遮断されている。
【００３１】
シリンダ部２６は、図２に示されるように、筒状のシリンダチューブ９８と、前記シリンダチューブ９８に内装され、シリンダチューブ９８内に供給される圧力流体の作用下に軸線方向に沿って変位するピストン１００と、前記ピストン１００の一端部に連結されるピストンロッド１０２と、前記シリンダチューブ９８の内部に画成され、ヘッドカバー１０１ａとピストン１００とによって閉塞されるシリンダ室１０４と、ヘッドカバー１０１ａに設けられ、前記シリンダ室１０４に対して圧力流体を供給する圧力流体供給ポート１０６と、ロッドカバー１０１ｂ側に設けられ、大気と連通する呼吸ポート１０８とから構成される。
【００３２】
ピストン１００の外周面には、環状溝を介してシリンダ室１０４のシール性を保持するピストンパッキン１０７と、ウェアリング１０５と、シリンダチューブ９８の外壁に装着される図示しないセンサによって磁界を検知することにより、ピストン１００の位置が検出される磁石１１３とが装着される。
【００３３】
ピストンロッド１０２の一端部が挿入されるヘッドカバー１０１ａの挿入孔の摺動面端部には、ピストンの衝撃を吸収し、シリンダ室１０４のシール性を保持するクッションパッキン１０３が介挿される。
【００３４】
ロッドカバー１０１ｂには、ピストンロッド１０２の直線運動を円滑に支持するとともにガイド機能を営むボールブッシュ１１１が装着される。
【００３５】
減圧弁２８は、図５に示されるように、その内部にばね部材１０９を有するスプリングケース１１０と、前記スプリングケース１１０とボルトを介して固定され、外周部にパイロットポート１１２が形成される上部カバー部材１１４と、第１スペーサ１１６と、第２スペーサ１１８と、第２スペーサ１１８の下部に連結され、外周に流体が出入する第２流体供給ポート１２０および第２流体排出ポート１２２が形成される弁ボディ１２４とから構成され、前記第２流体供給ポート１２０と前記第２流体排出ポート１２２はそれぞれ入口室１２６と出口室１２８とに連通している。また、前記第２流体供給ポート１２０には、図示しないチューブを介して圧力流体供給源４３が接続される。
【００３６】
前記弁ボディ１２４の中央孔には、下端部が略球状に形成される排気ステム１３０が軸線方向に変位自在に設けられており、下部カバー部材１３２の略中央の下端には、排気ポート１３４が開口されている。排気ポート１３４の上方に弁ガイド孔１３６が形成され、弁ガイド孔１３６には、断面略Ｔ字状の吸気弁体１３８が軸線方向に変位自在に挿入されている。
【００３７】
第２のばね部材１４０は、吸気弁体１３８と下部カバー部材１３２との間に配設され、吸気弁体１３８を上方に押し上げて吸気用弁座１４２に当接させることにより、入口室１２６と出口室１２８との連通を遮断している。
【００３８】
また、吸気弁体１３８の中央上端部に設けられる排気用弁座１４４は、排気ステム１３０の略球状の下端部が当接することにより、排気ポート１３４と出口室１２８の連通を遮断している。
【００３９】
第２ダイヤフラム１４６は、中央部を第２ダイヤフラムシェル１４８により挟持され、両端部は、第２スペーサ１１８と弁ボディ１２４との間に挟持される。
【００４０】
また、第２ダイヤフラムシェル１４８の中央孔に排気ステム１３０の上端部が連結される。
【００４１】
第２ダイヤフラム１４６の上面と第２スペーサ１１８との間にノズル背圧室１５０が画成され、第２ダイヤフラム１４６の下面と弁ボディ１２４との間には、フィードバック室１５２が形成される。
【００４２】
また、フィードバック室１５２と出口室１２８とを連通するフィードバック通路１５４が弁ボディ１２４に形成される。
【００４３】
第３ダイヤフラム１５６は、中央部の上部を上側シェル１５８、下部を下側シェル１６０にて挟持されており、両端部は、上部カバー部材１１４と第１スペーサ１１６との間に挟持されている。
【００４４】
第３ダイヤフラム１５６および上側シェル１５８、下側シェル１６０の略中央部には、下端部に凹部が形成されるシャフト１６２が軸線方向に変位自在に設けられており、前記凹部は、フラッパ１６４と当接し、押圧することにより、前記第２スペーサ１１８の略中央を貫通するノズル１６６と当接し、閉塞される。
【００４５】
上部カバー部材１１４と第３ダイヤフラム１５６との間にパイロット室１６８が画成され、上部カバー部材１１４にパイロットポート１１２が形成され、パイロット室１６８は、パイロットポート１１２に連通されている。
【００４６】
また、図２に示されるように、荷重検出部２４の第１流体排出ポート４６と減圧弁２８のパイロットポート１１２との間の配管１７０に流量を調整可能な絞り弁３０とエアタンク３２が配設される。
【００４７】
前記減圧弁２８の第２流体排出ポート１２２とシリンダ部２６の圧力流体供給ポート１０６との間にも同様に配管１７０が接続されている。
【００４８】
前記絞り弁３０の絞り量、エアタンク３２の容量等を調整することにより、荷重体２２の変位量および変位速度を任意に設定することができる。
【００４９】
本発明の実施の形態に係る荷重検出機構付シリンダ２０が組み込まれたエアバランサシステム２１は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００５０】
図１に示すように、荷重検出機構付シリンダ２０の下端部には、天井部５５に固定された懸吊用金具５６に固定され、天井部５５から下方に延びる支柱２２０に設けられた支点２２２に支持されたアーム２２４の一方が連結され、前記アーム２２４の他方には荷重体２２が吊り下げられる。
【００５１】
ここで、前記アーム２２４の他方に荷重体２２が吊り下げられていない場合、すなわち、シリンダ部２６のピストンロッド１０２に押圧力Ｆが付与されていない場合、荷重検出部２４とシリンダ部２６にも押圧力Ｆは付与されていない。この場合、第１のばね部材９６の付勢力によって弁本体７３のテーパ部９９が弁座９４に着座して、第１流体供給ポート４４と第１流体排出ポート４６との連通が遮断された弁閉状態にある。従って、減圧弁２８のパイロット室１６８に対してパイロット圧が供給されることがなく、シリンダ部２６のシリンダ室１０４に対して何ら圧力流体が供給されていない状態を初期状態として、以下に説明する。
【００５２】
前記初期状態時において、図２に示すように、ピストンロッド１０２の下端に荷重体２２の荷重、すなわち押圧力Ｆが付与されると、シリンダ室１０４には圧力流体が供給されていないためピストン１００は容易にヘッドカバー１０１ａ側に移動を開始し、ピストン１００がヘッドカバー１０１ａに当接した変位終端位置に到達する。
【００５３】
さらに、前記押圧力Ｆによってシリンダ部２６と、シリンダ部２６に連結された荷重検出部２４とが、固定部２３側に向かって、クリアランス６３の間隔だけ一体的に変位する。
【００５４】
すなわち、荷重検出部２４を構成する第４ボディ４８の略中央上部に形成された弁座９４が前記クリアランス６３の間隔だけ変位し、一方、固定部２３を構成する連結部材６２にブリード金具７２を介して連結された弁本体７３が保持されるため、弁座９４と弁本体７３のテーパ部９９とが離間し、第１流体供給ポート４４と第１流体排出ポート４６とが連通し、弁開状態となる（図４参照）。
【００５５】
そして、第１流体供給ポート４４から供給される圧力流体は、弁座９４とテーパ部９９との間を通って第１流体排出ポート４６および第２の室８２に流入する。その後、圧力流体は、第１流体排出ポート４６から配管１７０を通じて、減圧弁２８のパイロットポート１１２へ流入する。
【００５６】
減圧弁２８において、パイロットポート１１２から流入した圧力流体の作用下にパイロット室１６８の圧力が上がり、第３ダイヤフラム１５６が押し下げられ、第３ダイヤフラム１５６を挟持する上側シェル１５８と下側シェル１６０とが一体的に変位するとともに、シャフト１６２も押し下げられる。
【００５７】
そして、シャフト１６２がフラッパ１６４を押圧することにより、該フラッパ１６４がノズル１６６を閉塞させる。また、ノズル背圧室１５０のノズル背圧が上昇することにより、第２ダイヤフラム１４６が押し下げられるとともに、第２ダイヤフラムシェル１４８に挿入された排気ステム１３０が第２のばね部材１４０を圧縮させながら吸気弁体１３８を押し下げ、吸気弁体１３８が開成する。
【００５８】
そして、圧力流体供給源４３に接続された第２流体供給ポート１２０から流入する圧力流体が、吸気弁体１３８と吸気用弁座１４２との間を通り、第２流体排出ポート１２２に接続された配管１７０を通じて、シリンダ部２６のシリンダ室１０４に流入する。
【００５９】
減圧弁２８のパイロット室１６８には、荷重検出部２４より出力された圧力が保持されており、シリンダ室１０４の圧力と前記パイロット室１６８の圧力とが等しくなるまで、圧力流体を圧力流体供給源４３から第２流体供給ポート１２０、第２流体排出ポート１２２、配管１７０を通してシリンダ室１０４に供給する。
【００６０】
その後、シリンダ室１０４の圧力が徐々に上昇し、最終的にはシリンダ室１０４の圧力と荷重検出部２４の第２の室８２の圧力とが等しくなり、バランスする。
【００６１】
以上のように、本実施の形態に係る荷重検出機構付シリンダ２０は、図１に示すような構成下で使用すると、支柱２２０および支点２２２を基準として、荷重体２２の交換時等に必要な作業空間である第２エリアを広くとることができる。
【００６２】
図６は、本実施の形態の荷重検出機構付シリンダ２０の他の使用例を示す概略構成図である。
【００６３】
図６に示す荷重検出機構付シリンダ２０は、図１と比して諒解されるように、取り付け方向を上下逆に構成されている。
【００６４】
すなわち、固定部２３を基台等の床部２３０に固定し、シリンダ部２６のピストンロッド１０２の端部には、荷重体２２を載置する載置板２３２を設け、該載置板２３２上に載置された荷重体２２の荷重（押圧力Ｆ）を検出し、対応する流体圧力に変換して、荷重体２２の荷重と流体圧力とを平衡させている。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態の荷重検出機構付シリンダ２０は、図１に示すように、固定部位である天井部５５に懸吊用金具５６を介して固定部２３を固定し、シリンダ部２６のピストンロッド１０２にアーム２２４を介して上方向に付与される荷重体２２の荷重を検出するようなエアバランサシステム２１に適用することができる。
【００６６】
また、本実施の形態の荷重検出機構付シリンダ２０は、図６に示すように、固定部２３を固定部位である基台等の床部２３０に固定し、シリンダ部２６のピストンロッド１０２に下方向（重力方向）に付与される荷重体２２の荷重を検出することもできる。
【００６７】
従って、本実施の形態の荷重検出機構付シリンダ２０は、設置状況に応じて柔軟に対応することができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、荷重体の交換時等に必要な作業エリアを広範囲に確保することができる。また、固定部位として、天井部または基台部に固定されることにより、設置状況に対して柔軟に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る荷重検出機構付シリンダを含むエアバランサシステムの使用例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る荷重検出機構付シリンダを含むエアバランサシステムの詳細構成図である。
【図３】荷重体の荷重が付与されていないときの荷重検出部の状態を示す詳細構成図である。
【図４】荷重体の荷重が付与されているときの荷重検出部の状態を示す詳細構成図である。
【図５】減圧弁の縦断面図である。
【図６】本発明に係る荷重検出機構付シリンダの他の使用例を示す概略構成図である。
【図７】従来技術に係る荷重検出機構付シリンダの部分縦断面図である。
【図８】従来技術に係る荷重検出機構付シリンダの使用例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２０…荷重検出機構付シリンダ      ２１…エアバランサシステム
２２…荷重体                      ２３…固定部
２４…荷重検出部                  ２６…シリンダ部
２８…減圧弁                      ３０…絞り弁
３２…エアタンク                  ３６…第１ボディ
３８…第２ボディ                  ４２…第３ボディ
４３…圧力流体供給源              ４４…第１流体供給ポート
４６…第１流体排出ポート          ４８…第４ボディ
５０…第５ボディ                  ５５…天井部
５６…懸吊用金具                  ６２…連結部材
６３…クリアランス                ７０…第１ダイヤフラム
７３…弁本体                      ７４…第１ダイヤフラムシェル
９２…バルブガイド                ９４…弁座
１００…ピストン                  １０１ａ…ヘッドカバー
１０１ｂ…ロッドカバー            １０２…ピストンロッド
１０４…シリンダ室                １０６…流体圧力供給ポート
１０８…呼吸ポート                １１２…パイロットポート
１２０…第２流体供給ポート        １２２…第２流体排出ポート
１３０…排気ステム                １３４…排気ポート
１３８…吸気弁体                  １４２…吸気用弁座
１４４…排気用弁座                １５０…ノズル背圧室
１６８…パイロット室              １７０…配管
２２０…支柱                      ２２２…支点
２２４…アーム
【図１】
0003803276.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003803276.tif 000004
【図４】
0003803276.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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