(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同心に且つ互いに独立した回転自在に支持された入力側、出力側両ディスクと、これら入力側、出力側両ディスクの中心軸に対し交差しないがこれら両ディスクの中心軸の方向に対し直角方向位置である捻れの位置にある、互いに同心の１対の枢軸を中心として揺動する複数個のトラニオンと、これら各トラニオン毎に支持された変位軸と、これら各変位軸に軸受により回転自在に支持され、上記入力側、出力側両ディスクの内側面同士の間に挟持されたパワーローラとを備え、上記入力側、出力側両ディスクの互いに対向する内側面を、それぞれ断面が円弧形の凹面とし、上記各パワーローラの周面を球面状の凸面として、これら各周面と上記各内側面とを当接させて成るトロイダル型無段変速機を構成する、上記入力側、出力側両ディスクのうちの少なくとも何れかのディスクであって、内周面に、当該ディスクの外側面側から順番に、このディスクをこのディスクと共に回転する部材に外嵌する為の嵌合部と、このディスクの内側に挿通した回転軸の外周面との間に設けるニードル軸受の外輪軌道と、円筒面部とを、互いに直列に形成して成るトロイダル型無段変速機用ディスクの製造方法であって、上記嵌合部及び外輪軌道と上記円筒面部とを設けたディスクの内周面のうち、少なくとも当該ディスクの内側面寄り部分に、ショット・ピーニングによる残留圧縮応力層を形成した後、この残留圧縮応力層のうちで上記円筒面部に形成された部分はそのままとして、上記外輪軌道部分の残留圧縮応力層の少なくとも一部を研削加工により除去し、この外輪軌道部分を平滑面とするトロイダル型無段変速機用ディスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係るトロイダル型無段変速機用ディスクの製造方法は、例えば自動車用の変速機として、或は各種産業機械用の変速機として利用するトロイダル型無段変速機を構成する、入力側ディスク又は出力側ディスクを造る為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用変速機として、図１〜２に略示する様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究されている。このトロイダル型無段変速機は、例えば実開昭６２−７１４６５号公報に開示されている様に、入力軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、この入力軸１と同心に配置した出力軸３の端部に出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内側には、上記入力軸１並びに出力軸３に対し捻れの位置にある枢軸５、５を中心として揺動するトラニオン６、６を設けている。
【０００３】
即ち、上記両ディスク２、４の中心軸から外れた部分に配置したこれら各トラニオン６、６は、それぞれの両端部外面に上記枢軸５、５を、上記両ディスク２、４の中心軸の方向に対し直角方向に、且つ、互いに同心に設けている。又、これら各トラニオン６、６の中間部には変位軸７、７の基端部を支持し、上記枢軸５、５を中心として上記各トラニオン６、６を揺動させる事により、上記各変位軸７、７の傾斜角度の調節を自在としている。上記各トラニオン６、６に支持した変位軸７、７の周囲には、それぞれパワーローラ８、８を回転自在に支持している。そして、これら各パワーローラ８、８を、上記入力側、出力側両ディスク２、４の、互いに対向する内側面２ａ、４ａ同士の間に挟持している。これら各内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、上記枢軸５を中心とする円弧を回転させて得られる凹面をなしている。そして、球状凸面に形成した上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａを、上記内側面２ａ、４ａに当接させている。
【０００４】
上記入力軸１と入力側ディスク２との間には、ローディングカム装置９を設け、このローディングカム装置９によって、上記入力側ディスク２を出力側ディスク４に向け弾性的に押圧しつつ、この入力側ディスク２を回転駆動自在としている。このローディングカム装置９は、入力軸１と共に回転するローディングカム１０と、保持器１１により転動自在に保持した複数個（例えば４個）のローラ１２、１２とから構成している。上記ローディングカム１０の片側面（図１〜２の右側面）には、円周方向に亙る凹凸であるカム面１３を形成し、上記入力側ディスク２の外側面（図１〜２の左側面）にも、同様の形状を有するカム面１４を形成している。そして、上記複数個のローラ１２、１２を、上記入力軸１の中心に関し放射方向の軸を中心とする回転自在に支持している。
【０００５】
上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の使用時、入力軸１の回転に伴ってローディングカム１０が回転すると、カム面１３が複数個のローラ１２、１２を、入力側ディスク２の外側面に形成したカム面１４に押圧する。この結果、上記入力側ディスク２が、上記複数のパワーローラ８、８に押圧されると同時に、上記両カム面１３、１４と複数個のローラ１２、１２との押し付け合いに基づいて、上記入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、上記複数のパワーローラ８、８を介して出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定の出力軸３が回転する。
【０００６】
入力軸１と出力軸３との回転速度比（変速比）を変える場合で、先ず入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、前記各枢軸５、５を中心として前記各トラニオン６、６を所定方向に揺動させる。そして、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図１に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接する様に、前記各変位軸７、７を傾斜させる。反対に、増速を行なう場合には、上記枢軸５、５を中心として上記各トラニオン６、６を反対方向に揺動させる。そして、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図２に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、上記各変位軸７、７を傾斜させる。各変位軸７、７の傾斜角度を図１と図２との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間で、中間の変速比を得られる。
【０００７】
又、図３〜４は、実願昭６３−６９２９３号（実開平１−１７３５５２号）のマイクロフィルムに記載された、より具体化されたトロイダル型無段変速機の１例を示している。入力側ディスク２と出力側ディスク４とは円管状の入力軸１５の周囲に、それぞれニードル軸受１６、１６を介して、回転自在に支持している。即ち、上記入力側ディスク２及び出力側ディスク４の中心部には断面形状が円形である貫通孔１７、１７を、それぞれ上記各ディスク２、４の内側面と外側面とを軸方向（図３の左右方向）に貫通する状態で形成している。上記各ニードル軸受１６、１６は、上記各貫通孔１７、１７の内周面と上記入力軸１５の中間部外周面との間に設けている。又、上記各貫通孔１７、１７の内側面寄り端部内周面に形成した係止溝１８、１８には止め輪１９、１９を係止して、上記各ニードル軸受１６、１６が上記各貫通孔１７、１７から、上記各ディスク２、４の内側面２ａ、４ａ側に抜け出る事を防止している。又、ローディングカム１０は上記入力軸１５の端部（図３の左端部）外周面にスプライン係合させ、外向フランジ状の鍔部２０により上記入力側ディスク２から離れる方向への移動を阻止している。そして、このローディングカム１０とローラ１２、１２とにより、上記入力軸１５の回転に基づいて上記入力側ディスク２を、上記出力側ディスク４に向け押圧しつつ回転させるローディングカム装置９を構成している。上記出力側ディスク４には出力歯車２１を、キー２２、２２により結合し、これら出力側ディスク４と出力歯車２１とが同期して回転する様にしている。
【０００８】
１対のトラニオン６、６の両端部は１対の支持板２３、２３に、揺動並びに軸方向（図３の表裏方向、図４の左右方向）に亙る変位自在に支持している。そして、上記各トラニオン６、６の中間部に形成した円孔２４、２４部分に、変位軸７、７を支持している。これら各変位軸７、７は、互いに平行で且つ偏心した支持軸部２５、２５と枢支軸部２６、２６とを、それぞれ有する。このうちの各支持軸部２５、２５を上記各円孔２４、２４の内側に、ラジアルニードル軸受２７、２７を介して、回転自在に支持している。又、上記各枢支軸部２６、２６の周囲にパワーローラ８、８を、請求項に記載した軸受に相当する、別のラジアルニードル軸受２８、２８を介して、回転自在に支持している。
【０００９】
尚、上記１対の変位軸７、７は、上記入力軸１５に対して１８０度反対側位置に設けている。又、これら各変位軸７、７の各枢支軸部２６、２６が各支持軸部２５、２５に対し偏心している方向は、上記入力側、出力側両ディスク２、４の回転方向に関し同方向（図４で左右逆方向）としている。又、偏心方向は、上記入力軸１５の配設方向に対しほぼ直交する方向としている。従って、上記各パワーローラ８、８は、上記入力軸１５の配設方向に亙る若干の変位自在に支持される。この結果、回転力の伝達状態で構成各部材に加わる大きな荷重に基づく、これら構成各部材の弾性変形に起因して、上記各パワーローラ８、８が上記入力軸１５の軸方向（図３の左右方向、図４の表裏方向）に変位する傾向となった場合でも、上記構成各部品に無理な力を加える事なく、この変位を吸収できる。
【００１０】
又、上記各パワーローラ８、８の外側面と上記各トラニオン６、６の中間部内側面との間には、パワーローラ８、８の外側面の側から順に、スラスト玉軸受２９、２９とスラストニードル軸受３０、３０とを設けている。このうちのスラスト玉軸受２９、２９は、上記各パワーローラ８、８に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これら各パワーローラ８、８の回転を許容するものである。又、上記各スラストニードル軸受３０、３０は、上記各パワーローラ８、８から上記各スラスト玉軸受２９、２９を構成する外輪３１、３１に加わるスラスト荷重を支承しつつ、前記各枢支軸部２６、２６及び上記外輪３１、３１が、前記支持軸部２５、２５を中心に揺動する事を許容するものである。
【００１１】
更に、上記各トラニオン６、６の一端部（図４の左端部）にはそれぞれ駆動ロッド３２、３２を結合し、これら各駆動ロッド３２、３２の中間部外周面に駆動ピストン３３、３３を固設している。そして、これら各駆動ピストン３３、３３を、それぞれ駆動シリンダ３４、３４内に油密に嵌装している。
【００１２】
上述の様に構成するトロイダル型無段変速機の場合、入力軸１５の回転は、ローディングカム装置９を介して入力側ディスク２に伝わる。そして、この入力側ディスク２の回転が、１対のパワーローラ８、８を介して出力側ディスク４に伝わり、更にこの出力側ディスク４の回転が、出力歯車２１より取り出される。入力軸１５と出力歯車２１との間の回転速度比を変える場合には、上記１対の駆動ピストン３３、３３を互いに逆方向に変位させる。これら各駆動ピストン３３、３３の変位に伴って上記１対のトラニオン６、６が、それぞれ逆方向に変位し、例えば図４の下側のパワーローラ８が同図の右側に、同図の上側のパワーローラ８が同図の左側に、それぞれ変位する。この結果、これら各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記入力側ディスク２及び出力側ディスク４の内側面２ａ、４ａとの当接部に作用する、接線方向の力の向きが変化する。そして、この力の向きの変化に伴って上記各トラニオン６、６が、支持板２３、２３に枢支された枢軸５、５を中心として、互いに逆方向に揺動する。この結果、前述の図１〜２に示した様に、上記各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと上記各内側面２ａ、４ａとの当接位置が変化し、上記入力軸１５と出力歯車２１との間の回転速度比が変化する。
【００１３】
尚、この様に上記入力軸１５と出力歯車２１との間で回転力の伝達を行なう際には、構成各部材の弾性変形に基づいて上記各パワーローラ８、８が、上記入力軸１５の軸方向に変位し、これら各パワーローラ８、８を枢支している前記各変位軸７、７が、前記各支持軸部２５、２５を中心として僅かに回動する。この回動の結果、前記各スラスト玉軸受２９、２９の外輪３１、３１の外側面と上記各トラニオン６、６の内側面とが相対変位する。これら外側面と内側面との間には、前記各スラストニードル軸受３０、３０が存在する為、この相対変位に要する力は小さい。従って、上述の様に各変位軸７、７の傾斜角度を変化させる為の力が小さくて済む。
【００１４】
図５〜６は、上述の様に構成し作用する、図３〜４に示したトロイダル型無段変速機に組み込む出力側ディスク４を取り出した状態で示している。この出力側ディスク４の中心部に形成した貫通孔１７には、外側面の側（図５〜６の右側）から順に、円筒面部３５と、スプライン部３６と、外輪軌道部３７と、第二円筒面部３８とを設けている。このうちの円筒面部３５は、請求項に記載した嵌合部に相当するもので、上記出力側ディスク４と共に回転する出力歯車２１の内周縁部に固設したスリーブ３９（図３）の一部にがたつきなく嵌合して、このスリーブ３９と上記出力側ディスク４とを同心にする。前記キー２２、２２を設ける場合は、上記円筒面部３５とスリーブ３９との間に掛け渡す。但し、スリーブ３９と出力側ディスク４とをスプライン係合させる場合には、上記キー２２、２２は不要である。反対に、キー２２、２２を設ける場合には、スプライン部に代えて、キー溝を設ける。上記スプライン部３６を設けた場合、このスプライン部３６は、上記スリーブ３９の一部外周面に設けた雄スプライン部と係合して、このスリーブ３９と上記出力側ディスク４との相対回転を防止する。尚、これらスリーブ３９と出力側ディスク４との相対回転を防止する為の構造は、スプライン係合やキー係合に限らず、軸方向に亙る凹凸係合等、他の係合構造とする事もできる。又、前記止め輪１９（図３）を係止する為の係止溝１８は、このうちの外輪軌道部３７と第二円筒面部３８との間部分に設けている。この様な形状を有する上記出力側ディスク４（更に必要に応じて入力側ディスク２の内周面）には、ショット・ピーニングにより、残留圧縮応力層を形成する事が好ましい。この理由に就いて、図７〜９により説明する。
【００１５】
トロイダル型無段変速機の運転時にパワーローラ８、８の周面８ａ、８ａと入力側、出力側両ディスク２、４の内側面２ａ、４ａとは、ローディングカム装置９の働きにより強く当接する。そして、これら各面８ａ、２ａ、４ａの当接部には、減速時には図７に矢印で示す方向の、増速時には図８に矢印で示す方向の、それぞれ強い力が加わる。そして、この強い力に基づいて、上記入力側、出力側両ディスク２、４が弾性変形する。例えば、図７に示した減速時には、出力側ディスク４の内側面４ａの直径方向反対側２個所位置の外径寄り部分が、スラスト方向に強く押される。この結果上記出力側ディスク４が、図９に実線で示す状態から鎖線で誇張して示す状態にまで、弾性変形する。この様に上記出力側ディスク４が弾性変形する際、この出力側ディスク４の中心部に設けた貫通孔１７のうち、特に内側面４ａ寄りの第二円筒面部３８部分に引っ張り応力が加わる。
【００１６】
この様な引っ張り応力は、上記出力側ディスク４の回転に伴って繰り返し加わる為、何らの対策も施さないと、上記第二円筒面部３８部分に亀裂が発生し易くなる等、上記出力側ディスク４の耐久性確保が難しくなる。そこで、この出力側ディスク４の内周面のうちで、内側面４ａ寄り部分である、上記第二円筒面部３８部分に、ショット・ピーニングによる残留圧縮応力層を形成すれば、上記繰り返し加わる引っ張り応力に拘らず、上記第二円筒面部３８部分に亀裂が発生しにくくできる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に、第二円筒面部３８部分に亀裂防止の為の残留圧縮応力層を形成する場合に、この第二円筒面部３８に隣接する外輪軌道部３７部分にもショット・ピーニングが施されて、この外輪軌道部３７の表面粗さが悪化してしまう。この結果、この外輪軌道部３７を含んで構成するニードル軸受１６（図３）の耐久性が損なわれる。上記第二円筒面部３８にショット・ピーニングを施す際に、上記外輪軌道部３７にマスキングを施せば、この外輪軌道部３７の表面粗さが悪化する事を防止できるが、貫通孔１７の奥に設けた上記外輪軌道部３７に有効なマスキングを行なう事は、実際上は非常に難しい。
本発明のトロイダル型無段変速機用ディスクの製造方法は、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１８】
【課題を解決する為の手段】
本発明の製造方法の対象となるディスクを組み込んだトロイダル型無段変速機は、前述した従来のトロイダル型無段変速機と同様に、互いに同心に且つ互いに独立した回転自在に支持された入力側、出力側両ディスクと、これら入力側、出力側両ディスクの中心軸に対し交差しないがこれら両ディスクの中心軸の方向に対し直角方向位置である捻れの位置にある、互いに同心の１対の枢軸を中心として揺動する複数個のトラニオンと、これら各トラニオン毎に支持された変位軸と、これら各変位軸に軸受により回転自在に支持され、上記入力側、出力側両ディスクの内側面同士の間に挟持されたパワーローラとを備える。又、上記入力側、出力側両ディスクの互いに対向する内側面を、それぞれ断面が円弧形の凹面とし、上記各パワーローラの周面を球面状の凸面として、これら各周面と上記各内側面とを当接させている。
更に、本発明の製造方法の対象となるトロイダル型無段変速機用ディスクの場合には、上記入力側、出力側両ディスクのうちの少なくとも何れかのディスクの内周面に、当該ディスクの外側面側から順番に、このディスクをこのディスクと共に回転する部材に外嵌する為の嵌合部と、このディスクの内側に挿通した回転軸の外周面との間に設けるニードル軸受の外輪軌道と、円筒面部とを、互いに直列に形成している。
そして、本発明のトロイダル型無段変速機用ディスクの製造方法の場合には、上記嵌合部及び外輪軌道と上記円筒面部とを設けたディスクの内周面のうち、少なくとも当該ディスクの内側面寄り部分に、ショット・ピーニングによる残留圧縮応力層を形成した後、この残留圧縮応力層のうちで上記円筒面部に形成された部分はそのままとして、上記外輪軌道部分の残留圧縮応力層の少なくとも一部を研削加工により除去し、この外輪軌道部分を平滑面とする。
【００１９】
【作用】
上述の様に構成する本発明の製造方法により造られたディスクを組み込んだトロイダル型無段変速機により、入力側ディスクと出力側ディスクとの間で回転力の伝達を行なわせる作用、並びにこれら両ディスク同士の間の変速比を変化させる作用は、前述した様な従来から知られているトロイダル型無段変速機の場合と同様である。
特に、本発明の製造方法により造られたディスクを組み込んだトロイダル型無段変速機の場合には、嵌合部及び外輪軌道と円筒面部とを設けたディスクの内周面部分に残留圧縮応力層を形成しているので、パワーローラから加わる大きなスラスト荷重に基づき、内周面部分に繰り返し加わる引っ張り応力に拘らず、上記ディスクの耐久性を確保できる。
更に、外輪軌道部分を平滑面としているので、この外輪軌道部分を含んで構成するニードル軸受の耐久性も確保できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明のトロイダル型無段変速機用ディスクの製造方法の特徴は、出力側ディスク４等、内周面に嵌合部及び外輪軌道と円筒面部とを設けたディスクの内周面の性状を適正にする点にある。このディスク以外の部分の構造及び作用は、前述した従来構造を含め、従来から知られ、或は考えられている各種トロイダル型無段変速機と同様であるから、同等部分に関する説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００２１】
本発明の製造方法により造られて、トロイダル型無段変速機を構成する出力側ディスク４も、前述した従来のトロイダル型無段変速機を構成する出力側ディスク４と同様、図５〜６に示す様に構成している。即ち、入力側ディスク４の中心部に形成した貫通孔１７には、外側面の側（図５〜６の右側）から順に、請求項に記載した嵌合部に相当する円筒面部３５と、スプライン部３６と、外輪軌道部３７と、請求項に記載した円筒面部に相当する第二円筒面部３８とを設けている。上記出力側ディスク４の製造時には、上記貫通孔１７の内周面のうち、内側面４ａ寄り部分には、この第二円筒面部３８側開口部からショット・ピーニングを施す事により、残留圧縮応力層を形成する。このショット・ピーニングを施す際、上記貫通孔１７の内周面の何れの部分にもマスキングを施さない。この為、上記残留圧縮応力層は、上記第二円筒面部３８だけでなく、上記外輪軌道部３７にも形成される。これに対して本発明のトロイダル型無段変速機用ディスクの製造方法により上記出力側ディスク４を造る場合には、上記外輪軌道部３７部分に形成された残留圧縮応力層は、上記ショット・ピーニング後に、研削加工により除去し、この外輪軌道部３７部分を平滑面とする。上記第二円筒面部３８部分に形成された残留圧縮応力層をそのままとする事は勿論である。
【００２２】
上述の様に構成する本発明の製造方法により造られた、上記出力側ディスク４を組み込んだトロイダル型無段変速機の場合には、上記出力側ディスク４の中心部に形成した貫通孔１７のうち、トロイダル型無段変速機の運転に伴って最も大きな引っ張り応力が加わる第二円筒面部３８部分に残留圧縮応力層が存在する。この為、トロイダル型無段変速機の運転に伴って、パワーローラ８、８（図３〜４）から加わる大きなスラスト荷重に基づき、上記貫通孔１７の内周面部分に繰り返し加わる引っ張り応力に拘らず、上記出力側ディスク４の耐久性を確保できる。
更に、上記外輪軌道部３７部分を平滑面としているので、この外輪軌道部３７部分を含んで構成するニードル軸受１６（図３、７、８）の耐久性も確保できる。
尚、本発明の特徴であるディスクは、嵌合部及び外輪軌道と円筒面部とを設けたディスクであれば、図示の例の様に出力側ディスクに限らず、入力側ディスクであっても良い。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は以上に述べた通り構成され作用する為、ディスク及びこのディスクを支持する為のニードル軸受の耐久性を十分に確保して、トロイダル型無段変速機の実用化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の製造方法の対象となるディスクを組み込んだトロイダル型無段変速機の基本的構成を、最大減速時の状態で示す略側面図。
【図２】同じく最大増速時の状態で示す略側面図。
【図３】トロイダル型無段変速機の具体的構造の１例を示す断面図。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図。
【図５】出力側ディスクのみを取り出して示す断面図。
【図６】同じく半部断面図。
【図７】減速時に各ディスクに加わる力を説明する為の、トロイダル型無段変速機の部分断面図。
【図８】増速時の状態を示す、図７と同様の図。
【図９】スラスト荷重に基づく出力側ディスクの変形状態を誇張して示す、出力側ディスクのみを取り出して図７の左方から見た状態で示す図。
【符号の説明】
１    入力軸
２    入力側ディスク
２ａ  内側面
３    出力軸
４    出力側ディスク
４ａ  内側面
５    枢軸
６    トラニオン
７    変位軸
８    パワーローラ
８ａ  周面
９    ローディングカム装置
１０    ローディングカム
１１    保持器
１２    ローラ
１３、１４  カム面
１５    入力軸
１６    ニードル軸受
１７    貫通孔
１８    係止溝
１９    止め輪
２０    鍔部
２１    出力歯車
２２    キー
２３    支持板
２４    円孔
２５    支持軸部
２６    枢支軸部
２７    ラジアルニードル軸受
２８    ラジアルニードル軸受
２９    スラスト玉軸受
３０    スラストニードル軸受
３１    外輪
３２    駆動ロッド
３３    駆動ピストン
３４    駆動シリンダ
３５    円筒面部
３６    スプライン部
３７    外輪軌道部
３８    第二円筒面部
３９    スリーブ
【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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