(57)【要約】【課題】  固定子端部の固定子コイルエンド部の内径側に、円筒状のガイド部材を支持する構造であっても、その固定に工数が掛かることなく、簡単に固定作業を行うことができること。【解決手段】  本発明の回転電機は、上記課題を解決するために、回転子と、該回転子と径方向に所定の間隙をもって対向配置された固定子とから成り、前記固定子は、固定子鉄心と、該固定子鉄心に形成されたスロット内に周方向に所定の間隔をもって配置された固定子コイルと、該固定子コイルの前記固定子鉄心の端部から軸方向に突出している固定子コイルエンド部の内径側に設けられ、機内を冷却する冷却媒体を案内する円筒状のガイド部材とを備え、前記ガイド部材は、該ガイド部材の端部が、少なくとも前記固定子の内径側の一部に固定されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、該回転子と径方向に所定の間隙をもって対向配置された固定子とから成り、前記固定子は、固定子鉄心と、該固定子鉄心に形成されたスロット内に周方向に所定の間隔をもって配置された固定子コイルと、該固定子コイルの前記固定子鉄心の端部から軸方向に突出している固定子コイルエンド部の内径側に設けられ、機内を冷却する冷却媒体を案内する円筒状のガイド部材とを備え、
前記ガイド部材は、該ガイド部材の端部が、少なくとも前記固定子の内径側の一部に固定されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記ガイド部材は、前記回転子の回転軸に設けられたファンの径方向外周端部に近接して配置されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機であって、
前記ガイド部材は、前記固定子の端部に放射状に設置されたエンドダクトスペーサの内径側に固定されていることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機であって、
前記ガイド部材は、前記エンドダクトスペーサの内径側にボルト締結されていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の回転電機であって、
前記エンドダクトスペーサの軸方向外側に、当て板が設置されていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項５に記載の回転電機であって、
前記当て板は、前記固定子コイルエンド部が前記固定子鉄心の端部から軸方向に突出して通過する部分の前記エンドダクトスペーサとの間に形成される隙間を塞ぐように設置されていることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項３又は４に記載の回転電機であって、
前記ガイド部材は、前記固定子鉄心の軸方向端部に接するように設置されていることを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項３又は４に記載の回転電機であって、
前記エンドダクトスペーサは、その内径側端部が軸方向又は周方向に伸長していることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項８に記載の回転電機であって、
前記ガイド部材は、前記エンドダクトスペーサの軸方向又は周方向に伸長している内径側端部を含む内径側に複数のボルトで締結されていることを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記固定子コイルエンド部の外周側に、軸方向に伸長したステーを周方向に複数配置し、前記ステーと前記ガイド部材の軸方向外側端部は、連結部材を介して連結されていることを特徴とする回転電機。
【請求項１１】
請求項１０に記載の回転電機であって、
前記ステーと前記ガイド部材の軸方向外側端部との前記連結部材による連結位置が、前記固定子コイルエンド部より軸方向外側であることを特徴とする回転電機。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記ガイド部材は、非導電性部材で構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項１３】
機内を冷却する冷却媒体を案内するガイド部材を有する固定子と回転子を個別に組み立て、前記固定子の内径側に回転子を挿入する手順で行われる回転電機の組み立て方法であって、
前記固定子は、固定子フレーム内に電磁鋼板を積層して固定子鉄心を形成した後、前記固定子鉄心の内径側に形成された軸方向のスロット内に固定子コイルを挿入して組み立てられ、その後、前記ガイド部材の端部を前記固定子の内径側の一部に固定し、しかる後に、前記回転子を前記固定子に挿入することを特徴とする回転電機の組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機及びその組み立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動機などの回転電機は、回転子と固定子を冷却する必要があり、そのための冷却構造が設けられている。
【０００３】
こうした回転電機における冷却構造の代表的な冷却構造としては、電動機の内部に冷却媒体を流通させて回転子と固定子を冷却する方式がある。
【０００４】
このような冷却方式を用いた比較的大容量の回転電機においては、回転子と固定子の間の間隙（エアギャップ）に、軸方向外側から内側に向かって冷却媒体を流入させ、更に、この冷却媒体を、軸方向に所定の間隔をもち、かつ、固定子の径方向に設けた複数の通風ダクトを内径側から外径側へと流通させる構造が知られている。
【０００５】
また、冷却媒体の一部は、回転子に設けた軸方向流路へ流入し、固定子と同様、軸方向に所定の間隔を持ち、かつ、回転子の径方向に設けた複数の通風ダクトを内径側から外径側へと流通させ、エアギャップを流れる冷却媒体へ合流させる場合もある。固定子の通風ダクトを通過した冷却媒体は、冷却器に導かれて除熱された後に、回転電機の内部へと還流される。
【０００６】
更に、冷却媒体の一部を分流させ、固定子鉄心の端部から軸方向に突出した固定子コイルの端部（以下では、固定子コイルエンド部という）を冷却する構造が一般的である。この固定子コイルエンド部を冷却した冷却媒体は、そのまま冷却器へと流入して除熱される。冷却器を出た冷却媒体は、回転軸の両端に設置された軸流ファンにより、再び回転電機の軸方向内側に送出される。
【０００７】
また、冷却器から軸流ファンへと冷却媒体を導くために、通常は、固定子コイルエンド部の軸方向外側に、固定子コイルエンド部を覆うようにガイド板を設置し、このガイド板とケーシングとの間に通風ダクトを形成している。
【０００８】
このような回転電機の一例の構成を、図８に示す。
【０００９】
図８に示す回転電機は、固定子２と、この固定子２の内径側にエアギャップ３を介して配置された回転子１と、固定子２の上方側に位置する固定子フレーム８に設置され、固定子２及び回転子１を冷却した冷却媒体１８を除熱する冷却器１０と、固定子２と回転子１及び冷却器１０を格納するケーシング１９と、回転子１の回転軸１１の両端に設置され、冷却器１０で除熱された冷却媒体１８を機内に還流する軸流ファン７とを備え、固定子２は、固定子鉄心６と、この固定子鉄心６の内径側に形成された複数のスロット（図示せず）内に収納された固定子コイル４とから成り、この固定子コイル４は、固定子鉄心６の端部から軸方向に突出した固定子コイルエンド部９が形成されていると共に、この固定子コイルエンド部９を覆うようにガイド板５を有して構成されている。
【００１０】
そして、冷却器１０で除熱された冷却媒体１８は、回転子１の内部へ向かう冷却媒体１８ａ、エアギャップ３へ向かう冷却媒体１８ｂ、固定子コイルエンド部９へ向かう冷却媒体１８ｃに分流する。
【００１１】
回転子１の内部へ向かう冷却媒体１８ａは、回転子１を冷却した後、エアギャップ３へ向かう冷却媒体１８ｂと合流して固定子２を冷却し、固定子フレーム８内に流入する。固定子コイルエンド部９へ向かう冷却媒体１８ｃは、固定子コイルエンド部９を冷却した後、固定子１を支持する主板２０と固定子フレーム８の隙間を通って固定子フレーム８内に流入して他の冷却媒体と合流する。固定子フレーム８の外周から流出した冷却媒体１８は、冷却器１０に流入し除熱され、ケーシング１９とガイド板５とで形成される通風路２１ａを通り軸流ファン７へと戻る。
【００１２】
上記のような従来の回転電機の冷却構造では、固定子コイルエンド部９に接触しないように所定の間隔でガイド板５を設置し、更に、このガイド板５とケーシング１９の間に通風路２１ａを、ガイド板５を境に固定子コイルエンド部９が位置する部分に通風路２１ｂを形成し通風路を二重構造とする必要があるため、回転電機が軸方向に大型化するという問題がある。
【００１３】
これを解決可能な構成として、特許文献１には、固定子コイルエンド部９の内径側に概略円筒状のガイド部材を設けた構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１３−０３４３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述した特許文献１に記載されている従来の冷却技術は、固定子コイルエンド部とケーシング軸方向端面の間に、冷却器から軸流ファンへと冷却媒体を導くための独立した通風路を設ける必要が無いので、その分、軸方向の長さを短縮することができる。
【００１６】
しかしながら、固定子コイルエンド部の内径側の円筒状ガイドの具体的支持方法は、開示されていない。
【００１７】
即ち、特許文献１では、円筒状のガイド部材の軸方向内側に径方向外向きのフランジ（特許文献１の図１において、固定子３の軸方向端部側におけるガイド部材（第二の案内板１５）の先端の軸方向から径方向外側に延びている部分）を設け、固定子鉄心の端面内径側に設置されている。
【００１８】
しかし、固定子鉄心の内径側には軸方向のスロットが周方向に複数設けられ、このスロット内には固定子コイルが収納されており、更に、固定子コイルは、固定子鉄心の端部から軸方向に突出して固定子コイルエンド部を形成している。このため、上記円筒状のガイド部材を設置するためには、フランジに固定子コイルエンド部を避けるための切欠きを設け、櫛歯状にする必要がある。
【００１９】
更に、櫛歯状にしたフランジの歯の部分を、内側から外側に向けて固定子コイルエンド部のコイル間に挿入する作業が必要であるが、円筒状のガイド部材を一体構造としたままでは、この挿入作業はできない。このため、円筒状のガイド部材を周方向に複数に分割してコイル間に櫛歯状のフランジ部を挿入した後に、分割された円筒状のガイド部材を互いに連結する必要がある。
【００２０】
また、円筒状のガイド部材のフランジ部を固定子鉄心の端面に固定するためには、例えば、ボルト締めなどの作業を実施する必要があるが、作業空間となる円筒状のガイド部材の外面と固定子コイルエンド部の内面との隙間は狭隘であり、固定作業は困難である。
【００２１】
以上のように、特許文献１に開示された構造では、円筒状のガイド部材を固定子鉄心に設置し固定することに工数が掛かり、かつ、固定作業が難しいという課題がある。
【００２２】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、固定子端部の固定子コイルエンド部の内径側に、円筒状のガイド部材を支持する構造であっても、その固定に工数が掛かることなく、簡単に固定作業を行うことができる回転電機及びその組み立て方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、回転子と、該回転子と径方向に所定の間隙をもって対向配置された固定子とから成り、前記固定子は、固定子鉄心と、該固定子鉄心に形成されたスロット内に周方向に所定の間隔をもって配置された固定子コイルと、該固定子コイルの前記固定子鉄心の端部から軸方向に突出している固定子コイルエンド部の内径側に設けられ、機内を冷却する冷却媒体を案内するガイド部材を有する円筒状のガイド部材とを備え、前記ガイド部材は、該ガイド部材の端部が、少なくとも前記固定子の内径側の一部に固定されていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の回転電機の組み立て方法は、上記目的を達成するために、機内を冷却する冷却媒体を案内するガイド部材を有する固定子と回転子を個別に組み立て、前記固定子の内径側に回転子を挿入する手順で行われる回転電機の組み立て方法であって、前記固定子は、固定子フレーム内に電磁鋼板を積層して固定子鉄心を形成した後、前記固定子鉄心の内径側に形成された軸方向のスロット内に固定子コイルを挿入して組み立てられ、その後、前記ガイド部材の端部を前記固定子の内径側の一部に固定し、しかる後に、前記回転子を前記固定子に挿入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、固定子端部の固定子コイルエンド部の内径側に、円筒状のガイド部材を支持する構造であっても、その固定に工数が掛かることなく、簡単に固定作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の回転電機の実施例１の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１のガイド部材の固定部の周辺を拡大して示す部分断面図である。
【図３】本発明の回転電機の実施例２を示すガイド部材の固定部の周辺を拡大して示す部分断面図である。
【図４】本発明の回転電機の実施例３を示すガイド部材の固定部の周辺を拡大して示す部分断面図である。
【図５】本発明の回転電機の実施例４を示すガイド部材の固定部の周辺を拡大して示す部分断面図である。
【図６】本発明の回転電機の実施例５の全体構成を示す断面図である。
【図７】本発明の回転電機の実施例６の全体構成を示す断面図である。
【図８】従来の回転電機の全体構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図示した実施例に基づいて、本発明の回転電機及びその組み立て方法を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。
【実施例１】
【００２８】
図１及び図２に、本発明の回転電機の実施例１を示す。該図に示す本実施例の回転電機は、図８で説明した構成の回転電機と略同様な構成である。以下に、その概略構成を説明する。
【００２９】
図１及び図２に示すように、本実施例の回転電機は、回転子１と、この回転子１と径方向に所定の間隙（エアギャップ３）をもって対向配置された固定子２とから成り、固定子２は、固定子鉄心６と、この固定子鉄心６に形成されたスロット（図示せず）内に周方向に所定の間隔をもって配置された固定子コイル４と、この固定子コイル４の固定子鉄心６の端部から軸方向に突出している固定子コイルエンド部９の内径側に設けられ、後述する機内を冷却する冷却器１０からの冷却媒体を案内する略円筒状のガイド部材１２とを備えて概略構成されている。
【００３０】
そして、本実施例の回転電機は、ガイド部材１２の端部が、少なくとも固定子の内径側の一部、具体的には、図２に示すように、エンドダクトスペーサ１３の内径側に固定ボルト１４により固定されていると共に、ガイド部材１２は、回転子１の回転軸１１に設けられた軸流ファン７の径方向外周端部に近接して配置されている。
【００３１】
なお、エンドダクトスペーサ１３は、固定子２の端部に放射状に設置された棒状の部材であり、図１に示すように、クランプ１５により挟み込むことで、電磁鋼板を積層して形成された固定子鉄心６を一体に保持している。
【００３２】
このように構成された本実施例の回転電機では、冷却器１０から流出した冷却媒体１８が、ガイド部材１２の外径側を流れて最初に固定子コイルエンド部９を冷却し、その後に、ガイド部材１２の内径側へ流入し、軸流ファン７により圧送され、回転子１の内部へ向かう冷却媒体１８ａ、エアギャップ３へ向かう冷却媒体１８ｂに分流する。
【００３３】
上記したように冷却媒体１８を、回転子１の内部へ向かう冷却媒体１８ａとエアギャップ３へ向かう冷却媒体１８ｂとに分流して流通させることにより、図８に示したような軸方向最端部の通風路２１ａを省略でき、回転電機の軸方向寸法を短縮することができる。
【００３４】
また、本実施例では、ガイド部材１２をエンドダクトスペーサ１３の内径側に固定する方法として、固定ボルト１４により締結した例を示している。
【００３５】
このような固定ボルト１４による固定方法を用いることで、容易にガイド部材１２を設置することができる。この理由を以下に説明する。
【００３６】
通常、回転電機の組み立ては、固定子２と回転子１を個別に組み立て、固定子２の内径側に回転子１を挿入する手順で行われる。また、固定子２は、固定子フレーム８（図１参照）内に電磁鋼板を積層して固定子鉄心６を形成した後、固定子鉄心６の内径側に形成された軸方向のスロット内に固定子コイル４を挿入して組み立てられる。
【００３７】
このような回転電機の組み立て手順において、ガイド部材１２を組み付けることができるのは、固定子組立後、回転子挿入前の段階である。即ち、固定子コイル４は内径側からスロットに挿入するので、固定子コイル４の挿入前にガイド部材１２を組み付けると、ガイド部材１２が邪魔になり、固定子コイル４の挿入が不可能となる。
【００３８】
また、回転子１を固定子２の内径側に挿入したのちにガイド部材１２を設置しようとしても、回転子１と固定子２の間には狭隘な空間しか無いために、ガイド部材１２の組み付け作業ができない。
【００３９】
従って、固定子２の組立後、回転子１の挿入前の段階でガイド部材１２を組み付ける手順は、必須のものである。
【００４０】
更に、ガイド部材１２は、固定子２の内径側に固定する必要がある。これは、ガイド部材１２の設置に必要な作業スペースが、固定子２の内径側にしかないためである。
【００４１】
本実施例のように、ガイド部材１２の端部をエンドダクトスペーサ１３の内径側に接するように設置し、内径側から固定ボルト１４で締結すれば、ガイド部材１２の固定作業を固定子２の内径側から実施することができる。
【００４２】
このようなガイド部材１２の固定方法によれば、作業スペースを確保することができ、ガイド部材１２を容易に固定子２に固定することができる。
【００４３】
従って、本実施例によれば、固定子端部の固定子コイルエンド部９の内径側に、円筒状のガイド部材１２を支持する構造であっても、その固定に工数が掛かることなく、簡単に固定作業を行うことができる。
【００４４】
なお、ガイド部材１２は、大きな磁場変化に晒されており、渦電流損失の発生を防止するために、ガラス繊維強化プラスチックのような非導電性部材で構成されていることが望ましい。
【実施例２】
【００４５】
図３に、本発明の回転電機の実施例２を示す。
【００４６】
該図に示すように、本実施例の回転電機は、エンドダクトスペーサ１３の軸方向外側に、鉄板等に金属からなる当て板１６を設けている。
【００４７】
前述のように、エンドダクトスペーサ１３は固定子２の端部に放射状に設置されており、周方向に隣接するエンドダクトスペーサ１３との間に間隙を有し、エンドダクトを構成している。軸流ファン７からエアギャップ３へと向かう冷却媒体１８ｂの一部は、固定子鉄心６とガイド部材１２との隙間を通り、前記のエンドダクトを径方向外側に流れて、固定子端部を冷却する。
【００４８】
しかし、固定子コイルエンド部９が固定子鉄心６の端部から軸方向に突出して通過する部分のエンドダクトスペーサ１３との間に、冷却媒体１８が軸方向外側に漏れる隙間があり、固定子端部の冷却性能が低下する可能性がある。
【００４９】
そこで、本実施例では、冷却媒体１８が上記隙間から軸方向に漏れるのを防ぐ当て板１６を、エンドダクトスペーサ１３の軸方向外側に上記隙間を塞ぐように設ける構成とすることにより、冷却性能の低下を防止する効果を持つ。
【００５０】
このような本実施例の構成とすることにより、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、固定子端部の冷却性能の低下を防止することができる。
【実施例３】
【００５１】
図４に、本発明の回転電機の実施例３を示す。
【００５２】
該図に示すように、本実施例の回転電機は、ガイド部材１２を固定子鉄心６の軸方向端部に接するように設置し、固定子鉄心６とガイド部材１２との隙間をなくしている。
【００５３】
このような本実施例の構成にすると、エンドダクトスペーサ１３間の周方向間隙を径方向外側に流れる冷却媒体１８ｂが無くなる代わりに、冷却器１０から流出した冷たい冷却媒体１８ｄの一部が固定子２の端部を冷却することになる。
【００５４】
クランプ１５で覆われている固定子２の端部の外径側は、一部冷却性能が低下するが、一般に、固定子２の外径側の損失は小さいことが期待できるので、十分な冷却性能を持つ場合が多い。
【００５５】
このような本実施例の構成によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、実施例２のような当て板１６を設けなくとも、エンドダクトからの冷却媒体の漏れも発生せず、固定子２の端部を冷却することができる。
【実施例４】
【００５６】
図５に、本発明の回転電機の実施例４を示す。
【００５７】
該図に示すように、本実施例の回転電機は、エンドダクトスペーサ１３の内径側端部を軸方向外側に伸長させた伸長部１３ａを設け、ガイド部材１２が、エンドダクトスペーサ１３の軸方向に伸長している内径側端部（伸長部１３ａ）を含む内径側に複数の固定ボルト（本実施例では２本の固定ボルト１４ａ、１４ｂ）で締結されている。
【００５８】
これにより、実施例２と同様な効果が得られることは勿論、１本のエンドダクトスペーサ１３にガイド部材１２を固定するための固定ボルト１４の本数を増加することができ、ガイド部材１２の固定支持をより確実にすることができる。
【００５９】
なお、本実施例では、１本のエンドダクトスペーサ１３に２本の固定ボルト１４ａ、１４ｂで固定している例を示しているが、固定ボルトの本数を２本に限定するものではない。また、本実施例では、エンドダクトスペーサ１３の内径側端部を軸方向に伸長しているが、周方向に伸長してもよい。
【実施例５】
【００６０】
図６に、本発明の回転電機の実施例５を示す。
【００６１】
該図に示すように、本実施例の回転電機は、固定子端部の固定子コイルエンド部９の外周側に、軸方向に伸長した棒状のステー２２を周方向に複数本配置すると共に、このステー２２とガイド部材１２の軸方向外側端部は、連結部材である長さが変更可能な支持ボルト２３により連結されている。
【００６２】
固定子コイルエンド部９の周方向に隣接するコイル間に十分な間隔がある場合には、本実施例のように、コイル間隙間に支持ボルト２３を通すことができる。
【００６３】
このような本実施例の構成によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、ガイド部材１２の支持をより強固にすることができる。
【００６４】
また、支持ボルト２３の長さは変更可能であるため、軸流ファン７に対するガイド部材１２の設置位置を調整でき、軸流ファン７の外周部とガイド部材１２の内周との隙間を小さくしても接触することが無いので、軸流ファン７のファン特性を向上させることができるというメリットがある。
【実施例６】
【００６５】
図７に、本発明の回転電機の実施例６を示す。
【００６６】
該図に示すように、本実施例の回転電機の構成は、実施例５とほぼ同じであるが、支持ボルト２３による連結位置が、固定子コイルエンド部９より軸方向外側である点が実施例１と異なる。
【００６７】
このような本実施例の構成の場合、回転電機の軸方向寸法を低減する効果は減少するが、固定子コイルエンド部９の周方向に隣接するコイル間に十分な間隔が無い場合でも、ガイド部材１２の支持をより強固にでき、また、軸流ファン７の外周部とガイド部材１２の内周との隙間を小さくして、軸流ファン７のファン特性を向上させることができるというメリットがある。
【００６８】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加える事も可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をする事が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１…回転子、２…固定子、３…エアギャップ、４…固定子コイル、５…ガイド板、６…固定子鉄心、７…軸流ファン、８…固定子フレーム、９…固定子コイルエンド部、１０…冷却器、１１…回転軸、１２…ガイド部材、１３…エンドダクトスペーサ、１３ａ…エンドダクトスペーサの伸長部、１４、１４ａ、１４ｂ…固定ボルト、１５…クランプ、１６…当て板、１８…冷却媒体、１８ａ…回転子の内部へ向かう冷却媒体、１８ｂ…エアギャップへ向かう冷却媒体、１８ｃ…固定子コイルエンド部へ向かう冷却媒体、１８ｄ…冷却器で除熱された冷却媒体、１９…ケーシング、２０…主板、２１ａ、２１ｂ…通風路、２２…ステー、２３…支持ボルト。
【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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