(57)【要約】【課題】冷却性能が向上して信頼性の低下が抑制された軸受を備える回転電機と、この回転電機を備える車両を提供する。【解決手段】本発明による回転電機１は、固定子２と、軸受１０と軸受１０に回転可能に支持された回転軸であるシャフト８とを備え、固定子２と対向して設けられた回転子３と、軸受１０の周囲に設けられ、軸受１０に供給される潤滑剤が充填された潤滑剤保持部２３と、軸受１０を冷却するための冷却風を発生させるファン２０とを備える。軸受１０は、軸方向の機外側のみにシールド材１２を備える。潤滑剤保持部２３は、軸受１０に対して軸方向の機内側のみに設けられる。ファン２０は、軸受１０に対して軸方向の機外側に設けられる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
軸受と前記軸受に回転可能に支持された回転軸であるシャフトとを備え、前記固定子と対向して設けられた回転子と、
前記軸受の周囲に設けられ、前記軸受に供給される潤滑剤が充填された潤滑剤保持部と、
前記軸受を冷却するための冷却風を発生させるファンと、
を備え、
前記軸受は、軸方向の機外側のみにシールド材を備え、
前記潤滑剤保持部は、前記軸受に対して軸方向の機内側のみに設けられ、
前記ファンは、前記軸受に対して軸方向の機外側に設けられる、
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記ファンは、前記シャフトに固定されて前記軸受を支持する軸受支持部材に設けられている、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記固定子と前記回転子との外側に設置されたフレームを備え、
前記フレームは、前記ファンが発生させた冷却風が通過する通気孔を備え、
前記通気孔は、前記軸受に対して軸方向の機外側の部分に設けられ、径方向に延伸して両端が機外に開口する、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記固定子と前記回転子との外側に設置されたフレームを備え、
前記フレームは、前記ファンが発生させた冷却風が通過する通気孔を備え、
前記通気孔は、
径方向に延伸して前記軸受に対して軸方向の機外側で機外に開口する部分と、軸方向に延伸して機内に開口する部分とを備える第１通気孔と、
前記第１通気孔よりも径方向の外側に位置し、軸方向に延伸して一端が機内に開口し他端が機外に開口する第２通気孔と、
を備える、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
前記シールド材は、軸方向の機外側にフィンを備える、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
前記ファンは、前記軸受支持部材の軸方向の機外側の面に周方向に沿って複数設けられた、軸方向に突出する突起部で構成されている、
請求項２に記載の回転電機。
【請求項７】
前記ファンは、前記軸受支持部材の外周部に周方向に沿って複数設けられた、径方向に突出する突起部で構成されている、
請求項２に記載の回転電機。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の回転電機を備える駆動装置を備え、前記駆動装置に駆動されることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機と回転電機を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、回転電機は、回転子を支持するための軸受を備え、この軸受には、潤滑剤としてグリースが用いられる。また、軸受の周囲には、グリースを充填したグリースポケットを備える。回転電機は、長時間の運転に耐えられるように、このグリースポケットに新しいグリースを送って、温度上昇によるグリースの劣化を緩和させる。軸受は、グリースが劣化して潤滑機能を失うと損傷し、回転子が円滑に回転しなくなって、信頼性が低下する可能性がある。
【０００３】
回転電機は、固定子巻線や回転子巻線などの導体の銅損、固定子鉄心の鉄損、風損、及び軸受から発生する機械損などによる発熱のため、運転中に各部の温度が上昇する。回転電機の各部材は、温度が高くなると寿命や強度が低下する。このため、回転電機の各部材には、定められた許容温度が存在する。回転電機は、各部材をこの許容温度以下に保つために冷却する必要がある。特に、軸受の潤滑剤として使用されるグリースは、温度が上昇すると著しく性能が劣化するために、他の部材よりも許容温度が低い。従って、軸受とその周囲を局所的に冷却することが重要である。
【０００４】
軸受の冷却方法の例として、特許文献１に開示されている技術がある。特許文献１に記載の電動機では、回転子鉄心の両端側に放熱板を備え、放熱板と軸受支持部材（ベアリングブラケット）との間に環状の外気導入空間を備え、この外気導入空間を用いて外気を導入する。外気は、軸受支持部材と放熱板を冷却し、機外へ排出される。軸受は、外気導入空間を流通する外気と軸受支持部材からの伝熱とによって冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２４７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の電動機は、軸受支持部材と軸受との間の伝熱と外気導入空間を流通する外気によって軸受を冷却する構成を備えるため、軸受の発熱を効率よく冷却できないことが懸念される。このように、従来の回転電機には、軸受を効率よく冷却できず、グリースの劣化を招き、軸受の信頼性が低下するおそれがあるという課題がある。
【０００７】
本発明の目的は、冷却性能が向上して信頼性の低下が抑制された軸受を備える回転電機と、この回転電機を備える車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による回転電機は、固定子と、軸受と前記軸受に回転可能に支持された回転軸であるシャフトとを備え、前記固定子と対向して設けられた回転子と、前記軸受の周囲に設けられ、前記軸受に供給される潤滑剤が充填された潤滑剤保持部と、前記軸受を冷却するための冷却風を発生させるファンとを備える。前記軸受は、軸方向の機外側のみにシールド材を備える。前記潤滑剤保持部は、前記軸受に対して軸方向の機内側のみに設けられる。前記ファンは、前記軸受に対して軸方向の機外側に設けられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、冷却性能が向上して信頼性の低下が抑制された軸受を備える回転電機と、この回転電機を備える車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１による回転電機の軸方向に沿った断面図である。
【図２】従来の回転電機の軸方向に沿った断面図であり、回転子の軸受の周辺を拡大して示す図である。
【図３】本発明の実施例１による回転電機の軸方向に沿った断面図であり、回転子の軸受の周辺を拡大して示す図である。
【図４】本発明の実施例２による回転電機の軸方向に沿った断面図であり、回転子の軸受の周辺を拡大して示す図である。
【図５】本発明の実施例３による回転電機の軸方向に沿った断面図であり、回転子の軸受の周辺を拡大して示す図である。
【図６】本発明の実施例４による回転電機の軸方向に沿った断面図であり、回転子の軸受の周辺を拡大して示す図である。
【図７】実施例４において、内輪固定用支持部材の軸方向に垂直な断面図であり、ファンの一例を示す図である。
【図８】本発明の実施例５による車両である鉄道車両を示す図である。
【図９】実施例１において、内輪固定用支持部材の軸方向に垂直な断面図であり、ファンの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明による回転電機は、回転子とグリースポケット（潤滑剤保持部）とファンとを備え、回転子がシャフトとシャフトを支持する軸受とを備える。軸受は、軸方向の機外側のみにシールド材を備える。グリースポケットは、軸受に対して軸方向の機内側のみに設けられる。ファンは、軸受に対して軸方向の機外側、すなわちシールド材に対して軸方向の機外側に設けられ、軸受を冷却する。
【００１２】
本発明による回転電機では、ファンによりシールド材を備える側から軸受を直接冷却することができるので、軸受の冷却性能を向上でき、軸受に用いられるグリースの性能の劣化を緩和でき、軸受の寿命を延ばすことができる。本発明によると、さらに、軸受の信頼性の低下を抑制できるとともに、回転電機の信頼性を高めることができる。
【００１３】
以下、本発明の実施例による回転電機と回転電機を備える車両を、図面を用いて説明する。以下の実施例では回転電機として誘導回転電機を例に挙げて説明するが、本発明は、永久磁石式回転電機やスイッチトリラクタンス式回転電機などの、誘導回転電機以外の回転電機にも適用できる。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。
【００１４】
以下では、回転電機の回転軸の延伸する方向を「軸方向」と呼び、回転軸の回転方向を「周方向」と呼び、回転軸の半径方向を「径方向」と呼ぶ。また、回転電機の外部を「機外」と呼び、回転電機の内部を「機内」と呼ぶ。
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例１による回転電機を、図１〜図３を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施例１による回転電機１の軸方向に沿った断面図である。図１には、回転電機１の径方向の半分を示している。回転電機１は、固定子２と、回転子３と、固定子２と回転子３との外側に設置されたフレームを備える。
【００１７】
固定子２は、固定子鉄心４と、固定子鉄心４に巻回された多相の固定子巻線５を備える。固定子鉄心４は、環状のヨーク鉄心から径方向に突出した複数のティース鉄心を備える。
【００１８】
回転子３は、回転子鉄心７と、押さえ板１５と、シャフト８と、軸方向の両端部に設けられた軸受１０を備え、固定子２の径方向の内側に固定子２と対向して設けられる。回転子３と固定子２との間には、空隙が設けられる。回転子鉄心７は、導体からなる回転子導体棒１３を収容した複数の回転子スロット６を備える。回転子導体棒１３は、回転子３の両軸端部でエンドリング１４と接続する。押さえ板１５は、回転子鉄心７を軸方向の両端部で軸方向に押圧して固定する。シャフト８は、回転電機１の回転軸であり、軸受１０により回転可能に支持されている。
【００１９】
軸受１０の周囲には、グリースポケット２３が設けられている。グリースポケット２３は、潤滑剤保持部で、軸受１０に供給される潤滑剤であるグリースが充填されており、軸受１０にグリースを供給可能な構造（例えば、熱で温められたグリースが流れて軸受１０に供給される構造）を備える。後述するように、本実施例では、グリースポケット２３は、軸受１０に対して軸方向の片側（機内側）に設けられている。
【００２０】
フレームは、ハウジング１１と、カバー２１と、エンドブラケット９を備える。ハウジング１１は、その内周面で固定子鉄心４を保持する。カバー２１は、ハウジング１１の軸方向の一端部に固定されており、軸方向の一端部の軸受１０を支持する。エンドブラケット９は、ハウジング１１の軸方向の他端部に固定されており、軸方向の他端部の軸受１０を支持する。
【００２１】
回転電機１は、軸受１０に対して軸方向の機外側に、軸受１０を冷却するための冷却風を発生させるファン２０を備える。
【００２２】
フレームは、後述するように、ファン２０が発生させた冷却風が通過する通気孔を備える。
【００２３】
ここで、従来の回転電機について説明する。
【００２４】
図２は、従来の回転電機の軸方向に沿った断面図であり、回転子３の軸受１０の周辺を拡大して示す図である。軸受１０は、径方向の内側の円環部材１０Ａと、径方向の外側の円環部材１０Ｂと、軸方向に開口する開口部１０Ｃを備え、内輪固定用支持部材２２とハウジング１１に支持される。内輪固定用支持部材２２は、軸受１０の内側の円環部材１０Ａを支持する部材である。ハウジング１１は、軸受１０の外側の円環部材１０Ｂを支持する。軸受１０の軸方向の両側には、グリースが充填されたグリースポケット２３が設けられている。軸受１０の軸方向の機内側には、軸受１０を冷却するためのファン２０が設けられている。ハウジング１１は、機外から機内へ軸方向に貫通する通気孔ａ３０と、機内から機外へ軸方向に貫通する通気孔ｂ３１を備える。
【００２５】
ファン２０によって発生した冷却風は、通気孔ａ３０を通って機内に流入してハウジング１１を冷却し、通気孔ｂ３１を通って機外に排出される。軸受１０は、ハウジング１１と軸受１０との間の伝熱によって冷却される。従来の回転電機では、このような伝熱によって軸受１０を冷却する構成を備えるため、軸受１０の発熱を効率よく冷却できないことが懸念される。
【００２６】
以下では、本実施例による回転電機について説明する。
【００２７】
図３は、本実施例による回転電機１の軸方向に沿った断面図であり、回転子３の軸受１０の周辺を拡大して示す図である。
【００２８】
軸受１０は、例えば転がり軸受であり、内輪である径方向の内側の円環部材１０Ａと、外輪である径方向の外側の円環部材１０Ｂと、軸方向の機外側に開口する開口部１０Ｃを備える。開口部１０Ｃには、シールド材１２が設けられている。シールド材１２は、軸受１０の軸方向の機外側に位置する開口部１０Ｃを塞ぐ部材であり、軸受１０の内部に塵埃などが入るのを防止する。シールド材１２は、金属で構成されるのが好ましい。
【００２９】
グリースポケット２３は、軸受１０に対して軸方向の機内側だけに設けられている。すなわち、グリースポケット２３は、軸受１０に対してシールド材１２の軸方向の反対側に位置する。シールド材１２は、グリースポケット２３から軸受１０にグリースが供給されるように、軸受１０の軸方向の機外側の開口部１０Ｃだけに設けられる。シールド材１２は、グリースを軸受１０の中に封入する働きも持つ。
【００３０】
軸受１０の内側の円環部材１０Ａは、内輪固定用支持部材２２に支持される。内輪固定用支持部材２２は、シャフト８の径方向の外側に設けられてシャフト８に固定された軸受支持部材である。内輪固定用支持部材２２は、内側の円環部材１０Ａを軸方向に挟んで、軸受１０を支持する。
【００３１】
軸受１０の外側の円環部材１０Ｂは、カバー２１とハウジング１１に支持される。カバー２１とハウジング１１は、外側の円環部材１０Ｂを軸方向に挟んで、軸受１０を支持する。
【００３２】
カバー２１は、ハウジング１１に固定され、軸受１０に対して軸方向の機外側に設けられる。すなわち、カバー２１は、フレームの、軸受１０に対して軸方向の機外側の部分である。カバー２１は、径方向に貫通し周方向に複数設けられた通気孔Ａ２４を備える。通気孔Ａ２４は、径方向に延伸し、少なくとも一端が軸受１０に対して軸方向の機外側で機外に開口する。本実施例では、通気孔Ａ２４の両端が機外に開口する。
【００３３】
軸受１０を冷却するための冷却風を発生させるファン２０は、軸受１０に対して軸方向の機外側に設けられる。すなわち、ファン２０は、軸受１０に対してシールド材１２側に設けられる。
【００３４】
ファン２０は、内輪固定用支持部材２２に設けられた複数の突起部で構成され、シャフト８の回転とともに周方向に回転することで、冷却風を発生させる。ファン２０の回転によって発生した冷却風は、機外から流入してファン２０の位置を通過し、軸受１０の軸方向の機外側の部分を冷却した後に、カバー２１の通気孔Ａ２４を通過し、機外に排出される。
【００３５】
軸受１０は、冷却風によって、シールド材１２を含む軸方向の機外側の部分が直接冷却される。
【００３６】
図９は、内輪固定用支持部材２２の軸方向に垂直な断面図であり、ファン２０の一例を示す図である。図９には、内輪固定用支持部材２２の径方向の半分を示している。ファン２０は、内輪固定用支持部材２２の軸方向の機外側の面に設けられた、軸方向に突出する複数の突起部（羽根）で構成されている。ファン２０を構成する突起部は、径方向に延在し、周方向に沿って複数設けられている。ファン２０は、シャフト８が回転すると内輪固定用支持部材２２とともに周方向に回転することで、冷却風を発生させる。
【００３７】
本実施例による回転電機１は、軸受１０を冷却風で直接冷却するため、軸受１０の温度を効率よく低減することができ、軸受１０の冷却性能を向上できる。このため、グリースの劣化を抑制でき、軸受１０の信頼性の低下を抑制できるとともに、軸受１０の寿命を延ばすことができる。
【００３８】
なお、図１に示した回転電機１は、本実施例で説明した軸受１０とその周囲の構成を、軸方向の一方（図１の右側）のみに備える。本実施例で説明した軸受１０とその周囲の構成は、軸方向の両側に備えることもでき、軸方向の両側に備えても軸方向の一方のみに備えた場合と同様の効果が得られる。
【実施例２】
【００３９】
本発明の実施例２による回転電機を、図４を用いて説明する。
【００４０】
図４は、本発明の実施例２による回転電機１の軸方向に沿った断面図であり、回転子３の軸受１０の周辺を拡大して示す図である。以下では、本実施例による回転電機１について、実施例１による回転電機１と異なる構成を主に説明する。
【００４１】
ハウジング１１は、通気孔Ｂ２５と、機内から機外へ軸方向に貫通する通気孔Ｃ２６を備える。通気孔Ｂ２５は、径方向に延伸する部分と軸方向に延伸する部分を備え、径方向に延伸する部分が通気孔Ａ２４に接続し、軸方向に延伸する部分が軸受１０に対して径方向の外側で機内に開口する。通気孔Ａ２４は、実施例１で説明したように、カバー２１を径方向に延伸して貫通する。本実施例では、通気孔Ａ２４の一端が、軸受１０に対して軸方向の機外側で、機外に開口する。通気孔Ａ２４の他端は、通気孔Ｂ２５の径方向に延伸する部分に接続する。通気孔Ｃ２６は、通気孔Ｂ２５に対して径方向の外側に位置する。
【００４２】
従って、通気孔Ａ２４と通気孔Ｂ２５とが互いに接続して構成された孔は、径方向に延伸し軸受１０に対して軸方向の機外側で機外に開口する部分と、軸方向に延伸し軸受１０に対して径方向の外側で機内に開口する部分を備える。
【００４３】
なお、通気孔Ａ２４と通気孔Ｂ２５と通気孔Ｃ２６は、周方向に複数設けられる。
【００４４】
ファン２０の回転によって発生した冷却風は、機外から流入して、軸受１０の軸方向の機外側の部分を冷却した後に、通気孔Ａ２４と通気孔Ｂ２５を通って機内に流入してハウジング１１を冷却し、通気孔Ｃ２６を通って機外に排出される。
【００４５】
軸受１０は、冷却風によって、シールド材１２を含む軸方向の機外側の部分が直接冷却され、さらにハウジング１１と軸受１０との間の伝熱によって冷却される。このため、本実施例による回転電機１は、軸受１０の温度を効率よく低減することができ、軸受１０の冷却性能を向上できる。このため、グリースの劣化を抑制でき、軸受１０の信頼性の低下を抑制できるとともに、軸受１０の寿命を延ばすことができる。
【実施例３】
【００４６】
本発明の実施例３による回転電機を、図５を用いて説明する。
【００４７】
図５は、本発明の実施例３による回転電機１の軸方向に沿った断面図であり、回転子３の軸受１０の周辺を拡大して示す図である。以下では、本実施例による回転電機１について、実施例１による回転電機１と異なる構成を主に説明する。
【００４８】
本実施例による回転電機１では、軸受１０に設けられたシールド材１２は、軸方向の機外側にフィン２８を備える。すなわち、フィン２８は、軸受１０の、軸方向の機外側に設けられている。フィン２８は、放熱のための突起部材である。
【００４９】
本実施例による回転電機１は、軸受１０のシールド材１２にフィン２８を備えるので、フィン２８を備えない回転電機よりも軸受１０の放熱面積が大きく、軸受１０の温度をさらに効率よく低減でき、軸受１０の冷却性能をさらに向上できる。このため、グリースの劣化を抑制でき、軸受１０の信頼性の低下を抑制できるとともに、軸受１０の寿命を延ばすことができる。
【実施例４】
【００５０】
本発明の実施例４による回転電機を、図６と図７を用いて説明する。
【００５１】
図６は、本発明の実施例４による回転電機１の軸方向に沿った断面図であり、回転子３の軸受１０の周辺を拡大して示す図である。図７は、内輪固定用支持部材２２の軸方向に垂直な断面図であり、ファン２０の一例を示す図である。図７には、内輪固定用支持部材２２の径方向の半分を示している。以下では、本実施例による回転電機１について、実施例１による回転電機１と異なる構成を主に説明する。
【００５２】
本実施例による回転電機１は、内輪固定用支持部材２２の外周部に、複数の突起部（羽根）で構成されたファン２０を備える。ファン２０を構成する突起部は、内輪固定用支持部材２２の外周部に設けられた径方向に突出する突起部であり、周方向に沿って複数設けられている。ファン２０は、シャフト８が回転すると内輪固定用支持部材２２とともに周方向に回転することで、冷却風を発生させる。
【００５３】
本実施例による回転電機１は、実施例１による回転電機１と同様に、軸受１０を冷却風で直接冷却するため、軸受１０の温度を効率よく低減することができ、軸受１０の冷却性能を向上できる。このため、グリースの劣化を抑制でき、軸受１０の信頼性の低下を抑制できるとともに、軸受１０の寿命を延ばすことができる。
【実施例５】
【００５４】
本発明の実施例５による車両を、図８を用いて説明する。本実施例による車両は、本発明による回転電機を備える鉄道車両である。なお、本発明による車両は、鉄道車両だけでなく、例えば、ダンプトラック、ショベルカー、及びホイールローダを含む建設機械やハイブリッド自動車、及び電気自動車を含む自動車などの、回転電機を備える車両にも適用できる。
【００５５】
図８は、本実施例による車両である鉄道車両５０を示す図である。鉄道車両５０は、電力変換装置６１と本発明による回転電機１（例えば、実施例１から４のいずれか１つの実施例による回転電機１）とを備える駆動装置と、集電装置６５と、車軸に設けられた車輪６４を備え、駆動装置に駆動される。鉄道車両５０は、架線６２からの電力を用いてレール６３上を走行する。
【００５６】
鉄道車両５０の駆動装置は、架線６２から集電装置６５を介して電力変換装置６１に電力が供給され、電力変換装置６１から回転電機１に交流電力が供給されることで、鉄道車両５０を駆動する。回転電機１は、鉄道車両５０の車軸と連結されており、交流電力が供給されると車輪６４を回転させ、鉄道車両５０をレール６３上で走行させる。鉄道車両５０の電気的なグランドは、レール６３を介して接続されている。なお、架線６２の電圧は、直流と交流のどちらでもよい。
【００５７】
鉄道車両５０は、長距離を走行することが多い。このため、鉄道車両５０が備える回転電機１では、軸受１０の周囲にグリースポケット２３が設けられており、グリースの劣化による軸受１０の損傷を防ぐために、鉄道車両５０がある一定時間又はある一定距離を走行した後に、メンテナンスでグリースポケット２３にグリースを再充填する作業が発生する。本実施例による鉄道車両５０は、本発明による回転電機１を備えるので、軸受１０の冷却性能を向上でき、グリースの劣化を抑制できて、グリースの再充填の頻度を減少させることができる。さらに、本実施例による鉄道車両５０は、軸受１０の信頼性の低下を抑制できるとともに、軸受１０の寿命を延ばすことができる。
【００５８】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、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、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様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ことが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１…回転電機、２…固定子、３…回転子、４…固定子鉄心、５…固定子巻線、６…回転子スロット、７…回転子鉄心、８…シャフト、９…エンドブラケット、１０…軸受、１０Ａ…内側の円環部材、１０Ｂ…外側の円環部材、１０Ｃ…開口部、１１…ハウジング、１２…シールド材、１３…回転子導体棒、１４…エンドリング、１５…押さえ板、２０…ファン、２１…カバー、２２…内輪固定用支持部材、２３…グリースポケット、２４…通気孔Ａ、２５…通気孔Ｂ、２６…通気孔Ｃ、２８…フィン、３０…通気孔ａ、３１…通気孔ｂ、５０…鉄道車両、６１…電力変換装置、６２…架線、６３…レール、６４…車輪、６５…集電装置。
【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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