(57)【要約】      （修正有）【課題】旋回性能を向上可能なマルチコプターを提供する。【解決手段】マルチコプター１０では、プロペラ１４ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲ及び該プロペラを駆動するモータ１６ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲを各々が有する複数のロータ１２ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲが、機体１８のフレーム２０に取り付けられている。このフレームには、弾性要素及び減衰要素を含んだフレーム連結機構３４（ロータ傾動機構）が設けられている。このフレーム連結機構３４は、各プロペラの反トルクによって弾性要素を弾性変形させつつ各ロータを機体の左右方向に傾動させると共に、当該傾動に伴う各ロータの振動を減衰要素によって減衰する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラ及び前記プロペラを駆動するモータを各々が有する複数のロータと、
前記複数のロータが取り付けられたフレームを有する機体と、
弾性要素及び減衰要素を含んで前記フレームに設けられ、各前記プロペラの反トルクによって前記弾性要素を弾性変形させつつ各前記ロータを前記機体のヨーイング方向に傾動させると共に、当該傾動に伴う各前記ロータの振動を前記減衰要素によって減衰するロータ傾動機構と、
を備えたマルチコプター。
【請求項２】
前記ロータの数が４つのクワッドコプターであり、
前記機体の右前及び左後に位置する前記ロータの回転方向が平面視で時計回りとされ、
前記機体の左前及び右後に位置する前記ロータの回転方向が平面視で反時計回りとされている請求項１のマルチコプター。
【請求項３】
前記フレームは、
前記機体の前後方向に延在するメインフレーム部と、
前記メインフレーム部に対して前記前後方向の両側に配置され、前記左右方向に延在すると共に、長手方向両端部にそれぞれ前記ロータが固定された前後一対のロータフレーム部と、
を有し、
前記ロータ傾動機構は、前記メインフレーム部と各前記ロータフレーム部とを連結すると共に、前記メインフレーム部に対する各前記ロータフレーム部の上下方向の傾動を許容するフレーム連結機構である請求項１又は請求項２に記載のマルチコプター。
【請求項４】
前記フレーム連結機構は、
前記ロータフレーム部を前記メインフレーム部に締結した締結部材と、
前記メインフレーム部及び前記締結部材と前記ロータフレーム部と
の間に介在された前記弾性要素及び前記減衰要素としてのラバー部材と、
を有する請求項３に記載のマルチコプター。
【請求項５】
前記フレーム連結機構は、
前記メインフレーム部と前記ロータフレーム部とを繋いだ前記弾性要素としての金属板と、
前記メインフレーム部と前記ロータフレーム部とを繋いだ前記減衰要素としてのラバー板と、
を有している請求項３に記載のマルチコプター。
【請求項６】
前記フレーム連結機構は、前記弾性要素である金属板と前記減衰要素であるラバー板とが前記機体の上下方向に交互に積層されて構成され、前記メインフレーム部と前記ロータフレーム部とを繋いだエラスメトリックダンパを有する請求項３に記載のマルチコプター。
【請求項７】
前記フレームは、
前記機体の前後方向に延在するメインフレーム部と、
前記メインフレーム部に対して前記前後方向の両側に配置され、前記左右方向に延在すると共に、長手方向両端部にそれぞれ前記ロータが固定された前後一対のロータフレーム部と、
を有し、
前記ロータ傾動機構は、
前記メインフレーム部に対して各前記ロータフレーム部を前記前後方向に延びる軸線回りに回転可能に連結した回転連結部を有しており、
前記弾性要素及び前記減衰要素は、前記メインフレーム部と各前記ロータフレーム部との間にそれぞれ設けられている請求項１又は請求項２に記載のマルチコプター。
【請求項８】
前記減衰要素は、前記軸線と同軸的に配置されたロータリーダンパである請求項７に記載のマルチコプター。
【請求項９】
前記フレームは、
前記機体の前後方向に延在するメインフレーム部と、
前記メインフレーム部における前記前後方向の両端部に固定され、前記左右方向に延在すると共に、長手方向両端部にそれぞれ前記ロータが固定された前後一対のロータフレーム部と、
を有し、
前記ロータ傾動機構は、各前記ロータフレーム部の長手方向両端側の部分をそれぞれ構成する複数のエラスメトリックダンパを有し、
各前記エラスメトリックダンパは、前記弾性要素である金属板と前記減衰要素であるラバー板とが前記機体の上下方向に交互に積層されて構成されている請求項１又は請求項２に記載のマルチコプター。
【請求項１０】
前記フレームは、平面視で放射状に延出され、各々の軸線回りに弾性的に捩り変形可能とされた前記弾性要素としての複数のアーム部を有しており、
前記複数のロータは、各前記ロータの軸線が各前記アーム部の軸線に対して前記機体のヨーイング方向にずれた状態で前記各アーム部の先端部に取り付けられており、
前記減衰要素は、前記各アーム部の先端部と前記各ロータとの間にそれぞれ介在されている請求項１又は請求項２に記載のマルチコプター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチコプターに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、マルチコプター等の垂直離着陸可能飛行体の墜落の可能性を低減するための技術が開示されている。この文献に開示されている飛行体は、機体主部と、機体主部を支持する複数のフレーム（アーム部）とを備えている。各フレームの先端部には、それぞれプロペラ及びモータを有するロータが取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１８／０８４２６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、有人マルチコプターのような大型のマルチコプターでは、大型のフレームを軽量化することが求められる。しかしながら、フレームを軽量化すると、プロペラの反トルク等によってフレームが変形し易くなる。フレームの変形量が大きくなると、ロータが機体に対して不用意に変位する（傾く）ことになるため、例えば旋回性能が低下する原因となる。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、旋回性能を向上可能なマルチコプターを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明に係るマルチコプターは、プロペラ及び前記プロペラを駆動するモータを各々が有する複数のロータと、前記複数のロータが取り付けられたフレームを有する機体と、弾性要素及び減衰要素を含んで前記フレームに設けられ、各前記プロペラの反トルクによって前記弾性要素を弾性変形させつつ各前記ロータを前記機体のヨーイング方向に傾動させると共に、当該傾動に伴う各前記ロータの振動を前記減衰要素によって減衰するロータ傾動機構と、を備えている。
【０００７】
なお、請求項１に記載の「ヨーイング方向」は「ヨー軸回りの回転方向」と同義であり、機体のヨー軸を中心とした左回り（反時計回り）の方向及び右回り（時計回り）の方向である。また、請求項１において「各ロータを機体のヨーイング方向に傾動させる」には、各ロータを機体の左右方向に傾動させる場合が含まれる。また、上記の「ヨーイング方向に傾動させる」は、各ロータのプロペラの推力発生方向をヨーイング方向に傾かせることを意味している。
【０００８】
請求項１に記載のマルチコプターでは、プロペラ及び該プロペラを駆動するモータを各々が有する複数のロータが、機体のフレームに取り付けられている。このフレームには、弾性要素及び減衰要素を含んだロータ傾動機構が設けられている。このロータ傾動機構は、各プロペラの反トルクによって弾性要素を弾性変形させつつ各ロータを機体のヨーイング方向に傾動させると共に、当該傾動に伴う各ロータの振動を減衰要素によって減衰する。このため、本マルチコプターの旋回時に回転数を増加されるロータが機体の旋回方向（ヨーイング方向の一方側）に傾動するように各ロータの回転方向を設定すれば、上記の傾動によって上記の旋回が促進される。これにより、本マルチコプターでは、旋回性能を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明に係るマルチコプターは、請求項１において、前記ロータの数が４つのクワッドコプターであり、前記機体の右前及び左後に位置する前記ロータの回転方向が平面視で時計回りとされ、前記機体の左前及び右後に位置する前記ロータの回転方向が平面視で反時計回りとされている。
【００１０】
請求項２に記載のマルチコプターは、ロータの数が４つのクワッドコプターである。このクワッドコプターでは、機体の右前及び左後に位置するロータの回転方向が平面視で時計回り（右回り）とされ、機体の左前及び右後に位置するロータの回転方向が平面視で反時計回り（左回り）とされている。このクワッドコプターが左旋回する際には、機体の右前に位置するロータが回転数を増加されて機体の左側に傾動されると共に、機体の左後に位置するロータが回転数を増加されて機体の右側に傾動される。これにより、上記の左旋回が促進される。また、クワッドコプターが右旋回する際には、機体の左前に位置するロータが回転数を増加されて機体の右側に傾動されると共に、機体の右後に位置するロータが回転数を増加されて機体の左側に傾動される。これにより、上記の右旋回が促進される。
【００１１】
請求項３に記載の発明に係るマルチコプターは、請求項１又は請求項２において、前記フレームは、前記機体の前後方向に延在するメインフレーム部と、前記メインフレーム部に対して前記前後方向の両側に配置され、前記左右方向に延在すると共に、長手方向両端部にそれぞれ前記ロータが固定された前後一対のロータフレーム部と、を有し、前記ロータ傾動機構は、前記メインフレーム部と各前記ロータフレーム部とを連結すると共に、前記メインフレーム部に対する各前記ロータフレーム部の上下方向の傾動を許容するフレーム連結機構である。
【００１２】
請求項３に記載のマルチコプターでは、機体のフレームは、機体の前後方向に延在するメインフレーム部と、当該メインフレーム部に対して機体の前後方向両側に配置された前後一対のロータフレーム部とを有している。前後一対のロータフレーム部は、機体の左右方向に延在しており、長手方向両端部にそれぞれロータが固定されている。これら一対のロータフレーム部は、フレーム連結機構によってメインフレーム部と連結されている。このフレーム連結機構は、メインフレームに対する各ロータフレーム部の上下方向の傾動を許容する。これにより、各ロータフレーム部の長手方向両端部にそれぞれ取り付けられたロータを、機体の左側及び右側へ傾動させることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明に係るマルチコプターは、請求項３において、前記フレーム連結機構は、前記ロータフレーム部を前記メインフレーム部に締結した締結部材と、前記メインフレーム部及び前記締結部材と前記ロータフレーム部との間に介在された前記弾性要素及び前記減衰要素としてのラバー部材と、を有している。
【００１４】
請求項４に記載のマルチコプターでは、ロータフレーム部が締結部材によりメインフレーム部に締結されている。そして、メインフレーム部及び締結部材とロータフレーム部との間には、弾性要素及び減衰要素としてのラバー部材が介在されている。これにより、メインフレームに対するロータフレーム部の上下方向の傾動を許容することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明に係るマルチコプターは、請求項３において、前記フレーム連結機構は、前記メインフレーム部と前記ロータフレーム部とを繋いだ前記弾性要素としての金属板と、前記メインフレーム部と前記ロータフレーム部とを繋いだ前記減衰要素としてのラバー板と、を有している
【００１６】
請求項５に記載のマルチコプターでは、メインフレーム部とロータフレーム部とが、弾性要素としての金属板と、減衰要素としてのラバー板とによって繋がれている。これにより、メインフレームに対するロータフレーム部の上下方向の傾動を許容することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明に係るマルチコプターは、請求項３において、前記フレーム連結機構は、前記弾性要素である金属板と前記減衰要素であるラバー板とが前記機体の上下方向に交互に積層されて構成され、前記メインフレーム部と前記ロータフレーム部とを繋いだエラスメトリックダンパを有する。
【００１８】
請求項６に記載のマルチコプターでは、メインフレーム部とロータフレーム部とが、エラスメトリックダンパによって繋がれている。このエラスメトリックダンパは、弾性要素である金属板と減衰要素であるラバー板とが機体の上下方向に交互に積層されて構成されている。これにより、メインフレームに対するロータフレーム部の上下方向の傾動を許容することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明に係るマルチコプターは、請求項１又は請求項２において、前記フレームは、前記機体の前後方向に延在するメインフレーム部と、前記メインフレーム部に対して前記前後方向の両側に配置され、前記左右方向に延在すると共に、長手方向両端部にそれぞれ前記ロータが固定された前後一対のロータフレーム部と、を有し、前記ロータ傾動機構は、前記メインフレーム部に対して各前記ロータフレーム部を前記前後方向に延びる軸線回りに回転可能に連結した回転連結部を有しており、前記弾性要素及び前記減衰要素は、前記メインフレーム部と各前記ロータフレーム部との間にそれぞれ設けられている。
【００２０】
請求項７に記載のマルチコプターでは、機体のフレームは、機体の前後方向に延在するメインフレーム部と、当該メインフレーム部に対して機体の前後方向両側に配置された前後一対のロータフレーム部とを有している。前後一対のロータフレーム部は、機体の左右方向に延在しており、長手方向両端部にそれぞれロータが固定されている。これら一対のロータフレーム部は、ロータ傾動機構が有する回転連結部によってメインフレーム部に連結されており、メインフレーム部と各ロータフレーム部との間には、それぞれ弾性要素及び減衰要素が設けられている。上記の回転連結部は、メインフレーム部に対して各ロータフレーム部を機体の前後方向に延びる軸線回りに回転可能に連結している。この回転により、各ロータフレーム部の長手方向両端部にそれぞれ取り付けられたロータを、機体の左側及び右側へ傾動させることができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明に係るマルチコプターは、請求項７において、前記減衰要素は、前記軸線と同軸的に配置されたロータリーダンパである。
【００２２】
請求項８に記載のマルチコプターでは、減衰要素であるロータリーダンパが、メインフレーム部に対するロータフレーム部の回転軸線と同軸的に配置されている。これにより、メインフレーム部に対するロータフレーム部の回転を効率的に減衰することができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明に係るマルチコプターは、請求項１又は請求項２において、前記フレームは、前記機体の前後方向に延在するメインフレーム部と、前記メインフレーム部における前記前後方向の両端部に固定され、前記左右方向に延在すると共に、長手方向両端部にそれぞれ前記ロータが固定された前後一対のロータフレーム部と、を有し、前記ロータ傾動機構は、各前記ロータフレーム部の長手方向両端側の部分をそれぞれ構成する複数のエラスメトリックダンパを有し、各前記エラスメトリックダンパは、前記弾性要素である金属板と前記減衰要素であるラバー板とが前記機体の上下方向に交互に積層されて構成されている。
【００２４】
請求項９に記載のマルチコプターでは、機体のフレームは、機体の前後方向に延在するメインフレーム部と、当該メインフレーム部における機体前後方向の両端側に固定された前後一対のロータフレーム部とを有している。前後一対のロータフレーム部は、機体の左右方向に延在しており、長手方向両端部にそれぞれロータが固定されている。各ロータフレーム部の長手方向両端側は、それぞれエラスメトリックダンパによって構成されている。各エラスメトリックダンパは、弾性要素である金属板と減衰要素であるラバー板とが機体の上下方向に交互に積層されて構成されている。これにより、各ロータフレーム部の長手方向両端部にそれぞれ取り付けられたロータを、機体の左側及び右側へ傾動させることができる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明に係るマルチコプターは、請求項１又は請求項２において、前記フレームは、平面視で放射状に延出され、各々の軸線回りに弾性的に捩り変形可能とされた前記弾性要素としての複数のアーム部を有しており、前記複数のロータは、各前記ロータの軸線が各前記アーム部の軸線に対して前記機体のヨーイング方向にずれた状態で前記各アーム部の先端部に取り付けられており、前記減衰要素は、前記各アーム部の先端部と前記各ロータとの間にそれぞれ介在されている。
【００２６】
請求項１０に記載のマルチコプターでは、フレームは、平面視で放射状に延出された複数のアーム部を有している。複数のアーム部は、各々の軸線回りに弾性的に捩り変形可能とされている。各アーム部の先端部には、それぞれロータが取り付けられており、各ロータの軸線が各アーム部の軸線に対して機体のヨーイング方向にずれている。これにより、各ロータのプロペラの反トルクによって各アーム部を捩り変形させることができると共に、当該捩り変形によって各ロータを機体のヨーイング方向に傾動させることができる。また、各アーム部の先端部と各ロータとの間にそれぞれ介在された減衰要素によって上記の傾動に伴う各ロータの振動を減衰することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、本発明に係るマルチコプターによれば、旋回性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るマルチコプターを示す平面図である。
【図２】第１実施形態に係るマルチコプターの制御システムを示すブロック図である。
【図３】ロータ傾動機構としてのフレーム連結機構の第１例を示す斜視図である。
【図４】フレーム連結機構の第２例を示す斜視図である。
【図５】第２例が有する金属板及びラバー板の斜視図である。
【図６】フレーム連結機構の第３例を示す斜視図である。
【図７】第３例が有するエラスメトリックダンパの断面図である。
【図８】第１実施形態に係るマルチコプターにおいてロータが左方向に傾動した状態を後方側から見た図である。
【図９】第１実施形態に係るマルチコプターにおいてロータが右方向に傾動した状態を後方側から見た図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るマルチコプターを示す斜視図である。
【図１１】第２実施形態に係るマルチコプターの変形例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るマルチコプターを示す斜視図である。
【図１３】第３実施形態に係るエラスメトリックダンパを示す断面図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係るマルチコプターを示す斜視図である。
【図１５】第４実施形態に係るマルチコプターにおいてロータの回転方向を反転させた状態を示す図１４に対応した斜視図である。
【図１６】第４実施形態に係るマルチコプターのロータ周辺の構成を示す斜視図である。
【図１７】第４実施形態に係るマルチコプターの変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
＜第１の実施形態＞
以下、図１〜図９を用いて本発明の第１実施形態に係るマルチコプター１０について説明する。なお、各図に適宜記す矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、矢印ＬＨは、マルチコプター１０の前方向（進行方向）、上方向、左方向をそれぞれ示している。以下、単に前後、左右、上下の方向を用いて説明する場合、特に断りのない限り、マルチコプター１０についての方向を示すものとする。また、各図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３０】
（構成）
図１に示されるように、本実施形態に係るマルチコプター１０は、４つのロータ１２ＦＬ、１２ＦＲ、１２ＲＬ、１２ＲＲを備えたクワッドコプターであり、例えば人を乗せて飛行可能な有人マルチコプターとされている。このマルチコプター１０は、上記４つのロータ１２ＦＬ、１２ＦＲ、１２ＲＬ、１２ＲＲが取り付けられた略Ｈ型のフレーム２０を有する機体１８と、上記のフレーム２０に設けられたロータ傾動機構としてのフレーム連結機構３４とを備えている。先ず、マルチコプター１０の全体構成の概略について説明し、その後に本実施形態の要部であるフレーム連結機構３４について説明する。
【００３１】
上記のフレーム２０は、機体１８の前後方向に延在する左右一対のメインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒと、左右一対のメインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒに対して機体１８の前後方向の両側に配置された前後一対のロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒとを有している。左右一対のメインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒと、前後一対のロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒとは、例えばアルミニウム等の軽金属、又は繊維強化樹脂によって構成されている。前後一対のロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒは、機体１８の左右方向に延在している。前側のロータフレーム部２４Ｆの長手方向両端部には、それぞれロータ１２ＦＬ、１２ＦＲが固定されており、後側のロータフレーム部２４Ｒの長手方向両端部には、それぞれロータ１２ＲＬ、１２ＲＲが固定されている。左右一対のメインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒと前後一対のロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒとは、後で詳述するフレーム連結機構３４によって連結されている。
【００３２】
左右一対のメインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒには、機体１８の主要部分を構成するキャビン２６（図３、図４、図６では図示省略）が取り付けられている。このキャビン２６は、筐体状に形成されている。このキャビン２６の内側には、電源や処理回路等の図示しない電子部品が収容されると共に、乗員が着座する図示しない座席等が設けられている。
【００３３】
前後一対のロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒに固定されたロータ１２ＦＬ、１２ＦＲ、１２ＲＬ、１２ＲＲは、プロペラ１４ＦＬ、１４ＦＲ、１４ＲＬ、１４ＲＲと、これらのプロペラ１４ＦＬ、１４ＦＲ、１４ＲＬ、１４ＲＲを回転駆動するモータ１６ＦＬ、１６ＦＲ、１６ＲＬ、１６ＲＲとを各々が有している。このマルチコプター１０では、機体１８の右前及び左後に位置するロータ１２ＦＲ、１２ＲＬの回転方向が平面視で時計回りＣＷとされており、機体１８の左前及び右後に位置するロータ１２ＦＬ、１２ＲＲの回転方向が平面視で反時計回りＣＣＷとされている。
【００３４】
つまり、機体１８の右前及び左後に位置するロータ１２ＦＲ、１２ＲＬのプロペラ１４ＦＲ、１４ＲＬは、平面視で時計回りＣＷに回転することで揚力を発生させるようにピッチ角が調整されており、機体１８の左前及び右後に位置するロータ１２ＦＬ、１２ＲＲのプロペラ１４ＦＬ、１４ＲＲは、平面視で反時計回りＣＣＷに回転することで揚力を発生させるようにピッチ角が調整されている。なお、本実施形態では、各プロペラ１４ＦＬ、１４ＦＲ、１４ＲＬ、１４ＲＲがそれぞれ２枚のブレードを有しているが、ブレードの枚数は３枚以上であってもよい。以下の説明では、ロータ１２ＦＬ、１２ＦＲ、１２ＲＬ、１２ＲＲを「各ロータ１２」又は「ロータ１２」と称し、プロペラ１４ＦＬ、１４ＦＲ、１４ＲＬ、１４ＲＲを「各プロペラ１４」又は「プロペラ１４」と称し、モータ１６ＦＬ、１６ＦＲ、１６ＲＬ、１６ＲＲを「各モータ１６」又は「モータ１６」と称する場合がある。
【００３５】
上記のモータ１６ＦＬ、１６ＦＲ、１６ＲＬ、１６ＲＲは、例えばブラシレスＤＣモータ、又はブラシ付きＤＣモータとされている。これらのモータ１６ＦＬ、１６ＦＲ、１６ＲＬ、１６ＲＲは、図２に示されるように、インバータ２８ＦＬ、２８ＦＲ、２８ＲＬ、２８ＲＲと電気的に接続されている。インバータ２８ＦＬ、２８ＦＲ、２８ＲＬ、２８ＲＲは、フライトコントローラ３０と電気的に接続されており、フライトコントローラ３０は、指令部３２と電気的に接続されている。これらのインバータ２８ＦＬ、２８ＦＲ、２８ＲＬ、２８ＲＲ、フライトコントローラ３０及び指令部３２は、例えばキャビン２６の内側に収容されている。
【００３６】
指令部３２は、マルチコプター１０の飛行動作を示す指令信号をフライトコントローラ３０に出力する回路である。上記の飛行動作には、上昇、降下、前進、後進、左移動、右移動、左旋回、右旋回が含まれる。指令部３２は、例えば乗員が操作する図示しない操作部を有しており、当該操作部の操作に応じて上記の指令信号を出力する。
【００３７】
フライトコントローラ３０は、マルチコプター１０の速度、姿勢、方位、高度等の飛行状態を検出するための各種のセンサ（図示省略）を備えている。各種のセンサには、例えば、ロール軸方向、ピッチ軸方向及びヨー軸方向の加速度を検出する加速度センサと、前記３軸周りの角速度を検出することにより地表面に対する機体１８の姿勢を検出する角速度センサと、地磁気を検出することにより機体１８の方位を検出する方位センサと、気圧を検出することにより機体１８の高度を検出する高度センサと、飛行経路における固定障害物あるいは移動障害物を検出する障害物センサとが含まれる。
【００３８】
また、フライトコントローラ３０は、図示しない制御装置を備えている。制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び外部の装置との通信を行う入出力インターフェース部を含むマイクロコンピュータで構成されている。ＲＯＭには、マルチコプター１０の飛行動作を制御するための制御プログラムが記憶されている。この制御装置では、制御プログラムがＲＯＭから読み出されてＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開された制御プログラムがＣＰＵによって実行される。なお、制御装置は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。
【００３９】
この制御装置は、指令部３２から入力された指令信号に基づいて機体１８の目標状態を設定し、各種のセンサにより検出される飛行状態との差分から目標状態を達成するようなモータ１６ＦＬ、１６ＦＲ、１６ＲＬ、１６ＲＲの各回転数を示す制御信号を生成し、生成した制御信号をインバータ２８ＦＬ、２８ＦＲ、２８ＲＬ、２８ＲＲに出力する。これにより、モータ１６ＦＬ、１６ＦＲ、１６ＲＬ、１６ＲＲ（ロータ１２ＦＬ、１２ＦＲ、１２ＲＬ、１２ＲＲ）がそれぞれ独立して回転数を調整され、マルチコプター１０の飛行動作が制御される構成になっている。
【００４０】
具体的には、マルチコプター１０がホバリングする際には、各ロータ１２ＦＬ、１２ＦＲ、１２ＲＬ、１２ＲＲの回転数が同等に調整されることで、各ロータ１２ＦＬ、１２ＦＲ、１２ＲＬ、１２ＲＲの揚力が同等にされる。そして、各ロータ１２ＦＬ、１２ＦＲ、１２ＲＬ、１２ＲＲの回転数の増減により、上記の揚力の総和が増減されることで、マルチコプター１０が上昇及び下降される。
【００４１】
マルチコプター１０が前進する際には、機体１８の後側に配置されたロータ１２ＲＬ、１２ＲＲの回転数（揚力）が、機体１８の前側に配置されたロータ１２ＦＬ、１２ＦＲの回転数（揚力）よりも相対的に増加され、機体１８が前下がりにピッチングする。マルチコプター１０が後進する際には、機体１８の前側に配置されたロータ１２ＦＬ、１２ＦＲの回転数が、機体１８の後側に配置されたロータ１２ＲＬ、１２ＲＲの回転数よりも相対的に増加され、機体１８が後下がりにピッチングする。
【００４２】
マルチコプター１０が左移動する際には、機体１８の右側に配置されたロータ１２ＦＲ、１２ＲＲの回転数が、機体１８の左側に配置されたロータ１２ＦＬ、１２ＲＬの回転数よりも相対的に増加され、機体１８が左下がりにローリングする。マルチコプター１０が右移動する際には、機体１８の左側に配置されたロータ１２ＦＬ、１２ＲＬの回転数が、機体１８の右側に配置されたロータ１２ＦＲ、１２ＲＲの回転数よりも相対的に増加され、機体１８が右下がりにローリングする。
【００４３】
マルチコプター１０が左旋回する際には、機体１８の右前及び左後に配置されたロータ１２ＦＲ、１２ＲＬの回転数が、機体１８の左前及び右後に配置されたロータ１２ＦＬ、１２ＲＲの回転数よりも相対的に増加され、機体１８が平面視で反時計回りにヨーイングする。マルチコプター１０が右旋回する際には、機体１８の左前及び右後に配置されたロータ１２ＦＬ、１２ＲＲの回転数が、機体１８の右前及び左後に配置されたロータ１２ＦＲ、１２ＲＬの回転数よりも相対的に増加され、機体１８が平面視で時計回りにヨーイングする。以上により、マルチコプター１０は、縦横無尽に飛行することができる。
【００４４】
（本実施形態の要部）
次に、本実施形態の要部であるフレーム連結機構３４（ロータ傾動機構）について説明する。フレーム連結機構３４は、弾性要素及び減衰要素を含んで構成されており、機体１８のフレーム２０に設けられている。このフレーム連結機構３４は、各プロペラ１４の反トルクによって弾性要素を弾性変形させつつ各ロータ１２を機体１８のヨーイング方向（ここでは左右方向）に傾動させると共に、当該傾動を減衰要素によって減衰する構成になっている。具体的には、このフレーム連結機構３４は、左右一対のメインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒと前後一対のロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒとを連結すると共に、メインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒに対するロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒの上下方向の傾動を許容するように構成されている。これらのロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒの上記傾動により、各ロータ１２が機体１８の左右方向に傾動するようになっている。このフレーム連結機構３４は、通常時には各ロータ１２の軸線方向が機体１８の上下方向に沿うように各ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒを支持している。このフレーム連結機構３４としては、例えば、図１及び図３に示される第１例と、図４及び図５に示される第２例と、図６及び図７に示される第３例とが挙げられる。
【００４５】
図１及び図３に示される第１例では、ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒは、メインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒの前後両端部の上側に配置されている。この第１例では、フレーム連結機構３４は、ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒをメインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒに締結した締結部材３６と、メインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒ及び各締結部材３６と各ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒとの間にそれぞれ介在された複数のラバー部材４４とによって構成されている。
【００４６】
締結部材３６は、ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒとメインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒとが上下に重なった部分を上方側から下方側へ向けて貫通した複数（ここでは４つ）のボルト３８と、各ボルト３８の先端部（下端部）に螺合した複数（ここでは４つ）のナット４０とを備えている。更に、この締結部材３６は、ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒの上面側に配置され、各ボルト３８が貫通した複数（ここでは４つ）の金属板４２を備えている。
【００４７】
ラバー部材４４は、ゴム（エラストマ）によって板状に形成されており、ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒとメインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒとの間、及びロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒと各金属板４２との間にそれぞれ挟まれている。これらのラバー部材４４には、それぞれボルト３８が貫通している。
【００４８】
上記構成の第１例では、複数のラバー部材４４の弾性変形によって、メインフレーム２２Ｌ、２２Ｒに対するロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒの上下方向の傾動が許容される。つまり、ロータフレーム部２４Ｆは、左下がりに傾斜した状態（図８図示状態）と右下がりに傾斜した状態（図９図示状態）との間で傾動可能とされている。図８に示されるように、ロータフレーム部２４Ｆが左下がりに傾動すると、ロータ１２ＦＬ、１２ＦＲが左方向に傾動する。また、図９に示されるように、ロータフレーム部２４Ｆが右下がりに傾動すると、ロータ１２ＲＬ、１２ＲＲが右方向に傾動する。なお、図示は省略するが、ロータフレーム部２４Ｒもロータフレーム部２４Ｆと同様に傾動可能とされている。また、この第１例では、上記の傾動に伴うロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒ及び各ロータ１２の振動が、各ラバー部材４４の内部減衰によって減衰される構成になっている。
【００４９】
一方、図４及び図５に示される第２例では、メインフレーム部２２Ｌとロータフレーム部２４Ｆとが機体１８の上下方向において同等の高さに配置されており、ロータフレーム部２４Ｆとメインフレーム部２２Ｌとの間に隙間が形成されている。そして、フレーム連結機構３４は、メインフレーム部２２Ｌとロータフレーム部２４Ｆとを繋いだ弾性要素としての金属板４６と、メインフレーム部２２Ｌとロータフレーム部２４Ｆとを繋いだ減衰要素としてのラバー板４８とを有している。金属板４６及びラバー板４８は、複数のボルト５０及び図示しない複数のナットを用いてメインフレーム部２２Ｌ及びロータフレーム部２４Ｆに締結固定されている。なお図示は省略するが、この第２例では、メインフレーム部２２Ｒとロータフレーム部２４Ｆとが上記同様のフレーム連結機構３４により連結されると共に、メインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒとロータフレーム部２４Ｒとが上記同様のフレーム連結機構３４により連結されている。
【００５０】
この第２例でも、各プロペラ１４の反トルクによって金属板４６及びラバー板４８を弾性変形させつつロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒを機体１８の上下方向に傾動させることができるので、前記第１例と同様に、各ロータ１２を機体１８の左右方向に傾動させることができる（図８及び図９参照）。また、上記の傾動に伴うロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒ及び各ロータ１２の振動を、ラバー板４８によって減衰することができる。
【００５１】
図６及び図７に示される第３例は、第２例に類似した構成とされているが、この第３例に係るフレーム連結機構３４は、第２例に係る複数の金属板４６及び複数のラバー板４８の代わりに、複数のエラスメトリックダンパ５２を有している。各エラスメトリックダンパ５２は、弾性要素である金属板５４と減衰要素であるラバー板５６とが機体１８の上下方向に交互に積層されて構成されており、メインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒ及びロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒにボルト５０及び図示しないナットを用いて締結固定されている。これにより、メインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒとロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒとが複数のエラスメトリックダンパ５２を介して繋がれている。
【００５２】
この第２例でも、各プロペラ１４の反トルクによってエラスメトリックダンパ５２を弾性変形させつつ各ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒを機体１８の上下方向に傾動させることができるので、前記第１例と同様に、各ロータ１２を機体１８の左右方向に傾動させることができる（図８及び図９参照）。また、上記の傾動に伴うロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒ及び各ロータ１２の振動を、複数のラバー板５６によって減衰することができる。
【００５３】
（作用及び効果）
次に、第１実施形態の作用及び効果について説明する。
【００５４】
第１実施形態に係るマルチコプター１０では、プロペラ１４及び該プロペラ１４を駆動するモータ１６を各々が有する複数のロータ１２が、機体１８のフレーム２０に取り付けられている。このフレーム２０には、弾性要素及び減衰要素を含んだフレーム連結機構（ロータ傾動機構）３４が設けられている。このフレーム連結機構３４は、各プロペラ１４の反トルクによって弾性要素を弾性変形させつつ各ロータ１２を機体１８の左右方向に傾動させると共に、当該傾動に伴う各ロータ１２の振動を減衰要素によって減衰する。そして、本マルチコプター１０では、旋回時に回転数を増加されるロータ１２が機体１８の旋回方向（ヨーイング方向の一方側）に傾動するように各ロータ１２の回転方向が設定されている。
【００５５】
具体的には、マルチコプター１０が左旋回する際には、機体１８の右前及び左後に配置された時計回りのロータ１２ＦＲ、ＲＬの回転数が、機体１８の左前及び右後に配置された反時計回りのロータ１２ＦＬ、１２ＲＲの回転数よりも相対的に増加される。これにより、機体１８の右前に配置されたロータ１２ＦＲが左側に傾動すると共に、機体１８の左後に配置されたロータ１２ＲＬが右側に傾動する。その結果、ロータ１２ＦＲ、１２ＲＬが発生させる揚力の分力が機体１８の旋回方向を向くことになるため、機体１８の左旋回が促進される。一方、マルチコプター１０が右旋回する際には、機体１８の左前及び右後に配置された反時計回りのロータ１２ＦＲ、１２ＲＬの回転数が、機体１８の右前及び左後に配置された時計回りのロータ１２ＦＲ、１２ＲＬの回転数よりも相対的に増加される。これにより、機体１８の左前に配置されたロータ１２ＦＬが右側に傾動すると共に、機体１８の右後に配置されたロータ１２ＲＲが左側に傾動する。その結果、ロータ１２ＦＬ、１２ＲＲが発生させる揚力の分力が機体１８の旋回方向を向くことになるため、機体１８の右旋回が促進される。以上のことから、本マルチコプター１０では、旋回性能を向上させることができる。
【００５６】
また、このマルチコプター１０では、機体１８が有するフレーム２０は、機体１８の前後方向に延在するメインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒと、メインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒに対して機体１８の前後方向の両側に配置されたロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒとを有している。ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒは、機体１８の左右方向に延在しており、長手方向両端部にそれぞれロータ１２が固定されている。これらのロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒは、フレーム連結機構３４によってメインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒと連結されている。フレーム連結機構３４は、メインフレーム２２Ｌ、２２Ｒに対するロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒの上下方向の傾動を許容する。これにより、ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒの長手方向両端部にそれぞれ取り付けられたロータ１２を、機体１８の左右方向に傾動させることができる。
【００５７】
しかも、このマルチコプター１０では、メインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒとロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒとの間に、図３に示されるラバー部材４４、図４及び図５に示される金属板４６及びラバー板４８、又は、図６及び図７に示されるエラスメトリックダンパ５２が介在されるので、各ロータ１２の回転時の振動がキャビン２６側に伝わることを抑制することができ、乗員の快適性を向上させることができる。
【００５８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、前記第１実施形態と基本的に同様の構成及び作用については、前記第１実施形態と同符号を付与しその説明を省略する。
【００５９】
＜第２の実施形態＞
図１０には、本発明の第２実施形態に係るマルチコプター６０が斜視図にて示されている。このマルチコプター６０は、第１実施形態に係るマルチコプター１０に類似した構成とされているが、第１実施形態に係るフレーム連結機構（ロータ傾動機構）３４とは異なるロータ傾動機構６２を備えている。また、このマルチコプター６０では、機体１８のフレーム２０が有するメインフレーム部２２が長尺な平板状に形成されている。メインフレーム部２２は、機体１８の前後方向を長手方向とし、機体１８の上下方向を板厚方向とする姿勢で配置されている。
【００６０】
上記のロータ傾動機構６２は、メインフレーム部２２に対して各ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒを前後方向に延びる軸線ＡＸ回りに回転可能に連結した回転連結部（符号省略）を有している。この回動連結部は、各ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒの長手方向中間部にそれぞれ固定された前後一対の軸受６４と、メインフレーム部２２の前後両端面から前後方向両側へ突出されて各軸受６４に支持された前後一対の軸部６６とによって構成されている。
【００６１】
また、このロータ傾動機構６２では、メインフレーム部２２と各ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒとの間にそれぞれ弾性要素６８及び減衰要素７０が設けられている。弾性要素６８は、例えばゴムやバネ等の弾性体によって構成されており、メインフレーム部２２と各ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒとの間にそれぞれ架け渡されている。また、減衰要素７０は、例えばオイルダンパ等のダンパとされており、メインフレーム部２２と各ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒとの間にそれぞれ架け渡されている。
【００６２】
上記構成のロータ傾動機構６２は、各プロペラ１４の反トルクによって弾性要素６８を弾性変形させつつ各ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒを軸線ＡＸ回りに回転させることにより、各ロータ１２を機体１８のヨーイング方向（ここでは機体１８の左右方向）に傾動させる構成になっている。また、このロータ傾動機構６２は、各ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒの上記回転（各ロータ１２の上記傾動）を、減衰要素７０によって減衰する構成になっている。
【００６３】
この実施形態では、上記以外の構成は第１実施形態と同様とされている。したがって、この実施形態においても、第１実施形態と基本的に同様の作用効果が得られる。なお、この実施形態において、図１１に示されるように、軸線ＡＸと同軸的に配置されたロータリーダンパ７２を減衰要素としてもよい。
【００６４】
＜第３の実施形態＞
図１２には、本発明の第３実施形態に係るマルチコプター８０が斜視図にて示されている。このマルチコプター８０は、第１実施形態に係るマルチコプター１０に類似した構成とされているが、第１実施形態に係るフレーム連結機構（ロータ傾動機構）３４とは異なるロータ傾動機構８２を備えている。また、このマルチコプター８０では、ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒが例えば締結等の手段によってメインフレーム部２２Ｌ、２２Ｒの前後方向両端部に固定されている。
【００６５】
上記のロータ傾動機構８２は、各ロータフレーム部２４Ｆ、２４Ｒの長手方向両端側の部分をそれぞれ構成する複数（ここでは４つ）のエラスメトリックダンパ８４によって構成されている。各エラスメトリックダンパ８４は、第１実施形態に係るエラスメトリックダンパ５２と同様の構成とされており、図１３に示されるように弾性要素である金属板８６と減衰要素であるラバー板８８とが機体１８の上下方向に交互に積層されて構成されている。
【００６６】
この実施形態では、上記以外の構成は第１実施形態と同様とされている。この実施形態では、各プロペラ１４の反トルクによって各エラスメトリックダンパ８４が上下に撓る（撓む）ことにより、各ロータ１２を左右方向に傾動させることができる。また、当該傾動に伴う各ロータ１２の振動を、各エラスメトリックダンパ８４が有する複数のラバー板８８によって減衰することができる。したがって、この実施形態においても、第１実施形態と基本的に同様の作用効果が得られる。
【００６７】
＜第４の実施形態＞
図１４及び図１５には、本発明の第４実施形態に係るマルチコプター９０が斜視図にて示されている。このマルチコプター９０は、第１実施形態に係るマルチコプター１０と同様にクワッドコプターとされているが、第１実施形態に係る機体１８とは異なる機体９２を備えている。この機体９２のフレーム９４は、機体９２の中央部に設けられたキャビン（機体主部）２６から平面視で放射状に延出された複数（ここでは４つ）のアーム部１００を有するＸ型のフレームとされている。このフレーム９４は、例えばアルミニウム等の軽金属、又は繊維強化樹脂によって構成されている。複数のアーム部１００は、延出方向を軸線方向とする円筒状に形成されており、各々の軸線回りに弾性的に捩り変形可能とされている。これらのアーム部１００は、ロータ傾動機構９８の弾性要素を構成している。
【００６８】
各アーム部１００の先端部には、各ロータ１２が有する固定部１７がそれぞれ取り付けられている。各固定部１７は、例えば長尺な箱状に形成されており、各アーム部１００の先端部から機体９２のヨーイング方向の一方側へ突出している。各固定部１７には、それぞれモータ１６が取り付けられている。これにより、各ロータ１２は、各ロータ１２の軸線ＡＸ１（図１６参照）が、各アーム部１００の軸線ＡＸ２（図１６参照）に対して機体９２のヨーイング方向にずれた状態で各アーム部１００の先端部に取り付けられている。また、この実施形態では、各アーム部１００の先端部と、各固定部１７（各ロータ１２）との間には、それぞれロータ傾動機構９８の減衰要素としてのエラストマ１０２（図１６以外では図示省略）が介在されている。各エラストマ１０２は、例えば円筒状に形成されている。なお、各ロータ１２は、通常時には軸線ＡＸ１が機体９２の上下方向に沿う姿勢に保持されている。
【００６９】
この実施形態では、各ロータ１２のプロペラ１４の反トルクによって各アーム部１００を捩り変形させることができると共に、各アーム部１００の捩り変形によって各ロータ１２を機体９２のヨーイング方向に傾動させることができる。各ロータ１２が傾動する方向すなわち各アーム部１００が捩れる方向は、各ロータ１２の回転方向によって切り替わる。つまり、反時計回りＣＣＷのロータ１２が先端部に固定されたアーム部１００は、キャビン２６側から見て時計回りの方向（図１４〜図１６の矢印Ａ方向）に捩れる。また、時計回りＣＷのロータ１２が先端部に固定されたアーム部１００は、キャビン２６側から見て反時計回りの方向（図１４及び図１５の矢印Ｂ方向）に捩れる。したがって、本マルチコプター９０の旋回時に回転数を増加されるロータ１２が機体の旋回方向（ヨーイング方向の一方側）に傾動するように各ロータ１２の回転方向を設定すれば、上記の傾動によって機体９２の旋回を促進することができ、旋回性能を向上させることができる。また、各アーム部１００の先端部と各ロータ１２との間にそれぞれ介在されたエラストマ１０２によって、上記の傾動に伴う各ロータ１２の振動を減衰することができる。
【００７０】
＜実施形態の補足説明＞
なお、前記各実施形態では、マルチコプター１０、６０、８０、９０がクワッドコプターとされた場合について説明したが、これに限るものではない。例えば図１７に示されるように、ヘキサコプターに対しても本発明を適用することができる。また、図示は省略するが、本発明はオクトコプターに対しても適用可能である。さらに、本発明に係るマルチコプターは、２基のロータが上下方向に同軸状に並んで配置された同軸ロータを複数備えるものでもよい。
【００７１】
また、前記各実施形態では、マルチコプター１０、６０、８０、９０が単なる飛行体である場合について説明したが、本発明に係るマルチコプターは、地上を走行可能な車両としての機構を備えるもの（空飛ぶクルマ）であってもよい。
【００７２】
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が前記各実施形態に限定されないことは勿論である。
【符号の説明】
【００７３】
１０      マルチコプター
１２      ロータ
１４      プロペラ
１６      モータ
１８      機体
２０      フレーム
２２、２２Ｌ、２２Ｒ    メインフレーム部
２４Ｆ、２４Ｒ    ロータフレーム部
３４      フレーム連結機構（ロータ傾動機構）
３６      締結部材
４４      ラバー部材
４６      金属板
４８      ラバー板
５２      エラスメトリックダンパ
５４      金属板
５６      ラバー板
６０      マルチコプター
６２      ロータ傾動機構
６４      軸受（回転連結部）
６６      軸部（回転連結部）
６８      弾性要素
７０      減衰要素
７２      ロータリーダンパ
８０      マルチコプター
８２      ロータ傾動機構
８４      エラスメトリックダンパ
８６      金属板
８８      ラバー板
９０      マルチコプター
９２      機体
９４      フレーム
９８      ロータ傾動機構
１００    アーム部
１０２    エラストマ
【図１】
2020132098.tif 000003
【図２】
2020132098.tif 000004
【図３】
2020132098.tif 000005
【図４】
2020132098.tif 000006
【図５】
2020132098.tif 000007
【図６】
2020132098.tif 000008
【図７】
2020132098.tif 000009
【図８】
2020132098.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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