(57)【要約】【課題】本発明の目的は、アキシャルギャップ型回転電機の回転子を溶接により組み立てる場合に、回転子を構成する永久磁石への熱伝達を防止又は低減することにより、永久磁石の熱減磁、又は永久磁石が磁性を失うのを防止することにある。【解決手段】本発明の回転子１４が、界磁部２０を支持する第一の押さえ部材２２と、界磁部収納孔２４を有し、第一の押さえ部材２２に溶接されるフレーム２６と、界磁部収納孔２４内に収納された永久磁石２８と、永久磁石２８に接するように界磁部収納孔２４内に収納された磁性体３０と、フレーム２６に溶接され、磁性体３０を界磁部収納孔２４内に固定することにより、永久磁石２８を界磁部収納孔２４内に固定する第二の押さえ部材３２と、を含んで構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、該回転軸方向における該回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機の該回転子の製造方法であり、
複数の界磁部収納孔を有するフレームを、第一の押さえ部材に溶接するステップと、
複数の永久磁石を、前記界磁部収納孔内に収納するステップと、
複数の磁性体を、前記永久磁石に接するように前記界磁部収納孔内に収納するステップと、
第二の押さえ部材を前記フレームに溶接して前記磁性体を前記界磁部収納孔内に固定することにより、該第二の押さえ部材が前記永久磁石に接触しない状態で該永久磁石を前記界磁部収納孔内に固定するステップと、
を含む回転子の製造方法。
【請求項２】
前記第二の押さえ部材の前記フレームへの溶接がレーザ溶接である請求項１に記載する回転子の製造方法。
【請求項３】
前記永久磁石を前記第一の押さえ部材に密着させる請求項１又は請求項２に記載する回転子の製造方法。
【請求項４】
前記永久磁石の前記第一の押さえ部材側の全てを、前記第一の押さえ部材に密着させる請求項１〜請求項３のいずれかに記載する回転子の製造方法。
【請求項５】
前記永久磁石が希土類焼結磁石である請求項１〜請求項４のいずれかに記載する回転子の製造方法。
【請求項６】
前記フレーム及び前記第二の押さえ部材が非磁性ステンレスである請求項１〜請求項５のいずれかに記載する回転子の製造方法。
【請求項７】
回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、該回転軸方向における該回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機の製造方法であり、
前記回転子の製造方法が、請求項１〜請求項６のいずれかに記載する回転子の製造方法であるアキシャルギャップ型回転電機の製造方法。
【請求項８】
回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、該回転軸方向における該回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機の該回転子であり、
界磁部を支持する第一の押さえ部材と、
複数の界磁部収納孔を有し、前記第一の押さえ部材に溶接されたフレームと、
前記界磁部収納孔内に収納された複数の永久磁石と、
前記永久磁石に接するように前記界磁部収納孔内に収納された複数の磁性体と、
前記フレームに溶接され、前記磁性体を前記界磁部収納孔内に固定することにより、前記永久磁石に接触しない状態で該永久磁石を前記界磁部収納孔内に固定する第二の押さえ部材と、
を含むアキシャルギャップ型回転電機の回転子。
【請求項９】
回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、該回転軸方向における該回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機であり、
前記回転子が、請求項８に記載する回転子であるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項１０】
前記第二の押さえ部材側の固定子が、前記磁性体に空隙を介して接近して配置された請求項９に記載するアキシャルギャップ型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接を用いた回転子の製造方法、アキシャルギャップ型回転電機の製造方法、アキシャルギャップ型回転電機の回転子、及びアキシャルギャップ型回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アキシャルギャップ型回転電機は、回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、回転軸方向における回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備える回転電機である。このアキシャルギャップ型回転電機は、その構造から薄型化できる点や、磁極面積を大きくしてトルク密度を向上できる点で他の構造の回転電機より好ましい。アキシャルギャップ型回転電機の回転子は、主として永久磁石により構成される界磁部を、所定の位置に配置し、回転軸に対して固定する固定手段が必要である。特許文献１には、界磁部を保持するためにコア（カバー部４）とフレーム（ディスク２）を溶接することにより固定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２６２８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１によれば、コアとフレームを溶接する場合、コアには、鉄損を低減するための電磁材料として磁性体、具体的には圧粉磁心や積層鋼板を用いるが、圧粉磁心は溶接による接合が不可能であり、積層鋼板は積層間の結合も含め積層面全体を溶接する必要がある。このため、溶接によるコアの層間短絡による渦電流損の増加や、熱応力による磁気特性の劣化の恐れがあった。また、コアに熱を加えて溶接するため、コアを伝導した熱が、コアに接触する永久磁石に伝わり、永久磁石の熱減磁、又はキュリー点を超えて磁性を失う恐れがあった。
【０００５】
よって、本発明の目的は、アキシャルギャップ型回転電機の回転子を溶接により組み立てる場合に、回転子を構成する永久磁石への熱伝達を防止又は低減することにより、永久磁石の熱減磁、又は永久磁石が磁性を失うのを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の回転子の製造方法は、回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、該回転軸方向における該回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機の該回転子の製造方法であり、複数の界磁部収納孔を有するフレームを、第一の押さえ部材に溶接するステップと、複数の永久磁石を、前記界磁部収納孔内に収納するステップと、複数の磁性体を、前記永久磁石に接するように前記界磁部収納孔内に収納するステップと、第二の押さえ部材を前記フレームに溶接して前記磁性体を前記界磁部収納孔内に固定することにより、該第二の押さえ部材が前記永久磁石に接触しない状態で該永久磁石を前記界磁部収納孔内に固定するステップと、を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の回転子の製造方法は、前記回転子の製造方法において、前記第二の押さえ部材の前記フレームへの溶接がレーザ溶接であることを特徴とする。また、前記回転子の製造方法において、前記永久磁石を前記第一の押さえ部材に密着させることを特徴とする。また、前記回転子の製造方法において、前記永久磁石の前記第一の押さえ部材側の全てを、前記第一の押さえ部材に密着させることを特徴とする。また、前記回転子の製造方法において、前記永久磁石が希土類焼結磁石であることを特徴とする。また、前記回転子の製造方法において、前記フレーム及び前記第二の押さえ部材が非磁性ステンレスであることを特徴とする。
【０００８】
本発明のアキシャルギャップ型回転電機の製造方法は、回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、該回転軸方向における該回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機の製造方法であり、前記回転子の製造方法が、前記本発明の回転子の製造方法であることを特徴とする。
【０００９】
本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子は、回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、該回転軸方向における該回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機の該回転子であり、界磁部を支持する第一の押さえ部材と、複数の界磁部収納孔を有し、前記第一の押さえ部材に溶接されたフレームと、前記界磁部収納孔内に収納された複数の永久磁石と、前記永久磁石に接するように前記界磁部収納孔内に収納された複数の磁性体と、前記フレームに溶接され、前記磁性体を前記界磁部収納孔内に固定することにより、前記永久磁石に接触しない状態で該永久磁石を前記界磁部収納孔内に固定する第二の押さえ部材と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明のアキシャルギャップ型回転電機は、回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、該回転軸方向における該回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機であり、前記回転子が、前記本発明の回転子であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のアキシャルギャップ型回転電機は、前記アキシャルギャップ型回転電機において、前記第二の押さえ部材側の固定子が、前記磁性体に空隙を介して接近して配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の回転子の製造方法、アキシャルギャップ型回転電機の製造方法、アキシャルギャップ型回転電機の回転子、及びアキシャルギャップ型回転電機は、第二の押さえ部材をフレームに溶接して磁性体を界磁部収納孔内に固定することにより、第二の押さえ部材が永久磁石に接触しない状態で永久磁石を磁部収納孔内に固定できる。このため、フレームを磁性体へ溶接しないため、また、熱容量の小さい側の溶接する部材が、直接永久磁石に接触しないため、溶接の熱は、第二の押さえ部材から磁性体を介して永久磁石に伝達され、永久磁石への熱伝達を低減できる。これにより、永久磁石の熱減磁又は磁性消滅を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のアキシャルギャップ型回転電機を示す側面断面図である。
【図２】図１のアキシャルギャップ型回転電機の製造方法を説明するための斜視図である。
【図３】図１のアキシャルギャップ型回転電機の製造方法を説明するための図であり、同図（ａ）は回転子の平面図であり  同図（ｂ）は回転子の底面図である。
【図４】図１のアキシャルギャップ型回転電機の製造方法を説明するための図であり、同図（ａ）は回転子の平面図であり  同図（ｂ）は回転子の底面図である。
【図５】本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子の他の実施形態を示す斜視図である。
【図６】本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子の更に他の実施形態を示す側面断面図である。
【図７】本発明のアキシャルギャップ型回転電機の更に他の実施形態を示す側面断面図である。
【図８】本発明のアキシャルギャップ型回転電機の更に他の実施形態を示す側面断面図である。
【図９】本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子の更に他の実施形態を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明について図面を用いて説明する。なお、図は模式的に示しており、実際の大きさとは異なる場合がある。
【００１５】
図１に示すように、本発明のアキシャルギャップ型回転電機１０は、回転軸１２を中心として回転自在に配設された回転子１４と、回転軸１２方向における回転子１４の両面側にギャップを隔てて配設された一対の固定子１６及び１８と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機である。すなわち、アキシャルギャップ型回転電機１０は、回転子１４が固定子１６及び１８によって挟まれた構成である。
【００１６】
本発明の回転子１４は、界磁部２０を支持する第一の押さえ部材２２と、６個の界磁部収納孔２４を有し、第一の押さえ部材２２に溶接されたフレーム２６と、第一の押さえ部材２２に接するように界磁部収納孔２４内に収納された６個の永久磁石２８と、永久磁石２８に接するように界磁部収納孔２４内に収納された６個の磁性体３０と、フレーム２６に溶接され、磁性体３０を界磁部収納孔２４内に固定することにより、永久磁石２８に接触しない状態で永久磁石２８を界磁部収納孔２４内に固定する第二の押さえ部材３２と、を含んで構成されている。
【００１７】
第一の押さえ部材２２は、軟磁性体から成る短絡鋼板（電磁鋼板）であり、界磁部２０の固定子１８側の磁束を部分的に短絡する機能を有するとともに、界磁部２０を支持する機能を有する。固定子１８側の磁束を部分的に短絡する機能を有することにより、固定子１８と回転子１４との間に働く磁気吸引力が、固定子１６と回転子１４との間に働く磁気吸引力よりも強い場合に、固定子１８と回転子１４との間に働く磁気吸引力を弱めることができる。この機能が必要ない場合は、第一の押さえ部材２２を非金属の板から構成してもよい。また、第一の押さえ部材２２は、一体的に構成されたものでなく、複数に分割されて構成されてもよい。例えば、１の界磁発生部につき１の押さえ部材２２が設けられるように分割する方法が考えられる。また、第一の押さえ部材２２として、リング状の第二の押さえ部材３２を使用してもよい。
【００１８】
フレーム２６は、第二の押さえ部材３２との溶接性を考慮すれば、非磁性のステンレス製であることが好ましく、例えば、ステンレス鋼板を打ち抜いて構成してもよく、焼結体であってもよい。フレーム２６の６個の界磁部収納孔２４は、６本のスポーク３４によって仕切られている。
【００１９】
永久磁石２８は、磁束密度を大きくするために、焼結された希土類磁石、特にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系（ネオジウム・鉄・ボロン）から構成することが好ましい。一方、希土類磁石、特に焼結した希土類磁石は導電率が高く、固定子１６から発生する回転磁界により渦電流損が生じやすい。このため、磁性体３０は、希土類磁石に比べて導電率の小さい磁性材から構成され、永久磁石２８に対して固定子１６側に配置されることにより、渦電流損を低減できる。特に、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する場合、キャリア成分の高周波の磁束の変化による渦電流損を低減できる。また、磁性体３０を、磁気的に等方性を有する圧粉磁心から構成すれば、磁性体３０において渦電流損を発生しにくくできる。他方、永久磁石２８が固定子１６側で発生させる界磁磁束のうちの殆どが磁性体３０を通るため、磁性体３０の固定子１６側の表面は、実質的に、界磁部２０の極磁面として機能することとなる。
【００２０】
第二の押さえ部材３２は、リング状部材３６及び３８から構成される。第二の押さえ部材３２は、フレーム２６との溶接性を考慮すれば、非磁性のステンレス製であることが好ましく、例えば、ステンレス鋼板の打ち抜き又は焼結によって構成される。
【００２１】
固定子１６は、バックヨーク４０と、バックヨーク４０の回転子１４側に配置されるティース４２と、ティース４２に巻回されたコイル部４４とから構成されている。バックヨーク４０は、中心部に回転軸１２が拘束されることなしに貫通する孔４６を有する円板形状を成しており、例えば、ティース４２が嵌設される孔又は溝を有している。コイル部４４は、３相コイルから成る。例えば、回転子１４が６極であれば、９個のティース４２が設けられ、各相のコイルは、夫々のティース４２に対してコイルが集中巻方式で巻回されて構成される。バックヨーク４０は、回転軸１２が貫通することがなければ中心部の孔４６は不要である。
【００２２】
固定子１８は、中心部に孔４８を有し、コイルを備えずに構成される。固定子１６及び１８は、図示しない容器内に固定される。回転子１４の回転軸１２は、固定子１６の孔４６及び固定子１８の孔４８を、回転可能に貫通する。
【００２３】
このような構成の回転子１４の製造方法について以下に説明する。
【００２４】
まず、フレーム２６に第一の押さえ部材２２をレーザ溶接する。レーザ溶接の形態Ｒは、図３（ｂ）に示すようなスポット溶接であっても、図４（ｂ）に示すような円周溶接であってもよい。また、フレーム２６のスポーク３４に溶接してもよい。
【００２５】
次に、図２に示すように、フレーム２６の界磁部収納孔２４に永久磁石２８を収納した後、磁性体３０を収納する。この時、永久磁石２８の着磁は、行われていても、行われていなくてもよい。界磁部収納孔２４に永久磁石２８及び磁性体３０が収納された状態で、リング状部材３６及び３８をフレーム２６にレーザ溶接する。このレーザ溶接の形態Ｒは、図３（ａ）に示すようなスポット溶接であっても、図４（ａ）に示すような円周溶接であってもよい。永久磁石２８の着磁が行われていない場合は、回転子１４が完成した状態で、着磁器、又はモータとして組んだ状態でステータ巻線に電流を流すことにより着磁が行われる。
【００２６】
このような、回転子の製造方法によれば、第二の押さえ部材３２をフレーム２６に溶接することにより、第二の押さえ部材３２が永久磁石２８に接触しない状態で永久磁石２８を磁部収納孔２４内に固定できる。よって、フレーム２６を磁性体３０へ溶接しない。このため、溶接の熱は、第二の押さえ部材３２から磁性体３０を介して永久磁石２８に伝達されることによる接触抵抗によって、永久磁石２８への熱伝達を低減できる。フレーム２６は、直接永久磁石と接触するが、溶接部と永久磁石接触部との距離が大きいこと、また、第二の押さえ部材３２に比べて体積があるために熱容量が大きいことにより、永久磁石に伝わる熱は極めて小さく成る。また、フレーム２６からの放熱によっても、永久磁石２８への熱伝達を低減できる。このようにして永久磁石２８への熱伝達を低減することにより、永久磁石２８の熱減磁又は磁性消滅を防止できる。
【００２７】
また、永久磁石２８が不可逆減磁である高温減磁が生じる希土類の場合、永久磁石２８への熱伝達を低減することにより不可逆減磁を防止でき、特に有利な効果が生じる。さらに、磁性体３０が圧粉磁心の場合、磁性体３０に対して溶接処理することが不可能であるため、本発明の回転子の製造方法は特に有利な効果が生じる。また、磁性体３０が積層鋼板の場合、積層鋼板が溶接により直接加熱されることがなく、積層間の短絡がないため、熱応力による磁気特性の劣化や積層間の短絡による渦電流の増大を防止できる。
【００２８】
以上、本発明について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば、本発明の回転子１４において、図５に示すように、フレーム２６のスポーク３４に径方向に延びる孔５０を設け、その孔５０に磁性体５２を嵌合してもよい。磁性体５２は径方向若しくは周方向に設けられた電磁鋼板、又は圧粉磁心から成る。磁性体５２は、嵌合方向においては、第一の押さえ部材２２及び第二の押さえ部材３２によって固定される。この場合、磁性体５２の周方向の位置が、界磁部２０特に磁極面を回避しており、ｑ軸インダクタンスを増大させてｑ軸インダクタンスとｄ軸インダクタンスとの差に比例して発生するリラクタンストルク増大のために有効に資することとなる。
【００２９】
また、本発明の回転子１４において、図６に示すように、磁性体３０の外周及び内周に段差を設け、その段差にリング状部材３６及び３８を嵌合して界磁部２０を固定してもよい。この場合、リング状部材３６及び３８が、磁性体３０のギャップ面高さを超えず、スポーク３４がギャップ面から退避するため、リング状部材３６及び３８、また、スポーク３４を磁束が通ることによる渦電流損を低減できる。
【００３０】
また、本発明のアキシャルギャップ型回転電機１０において、図７に示すように、固定子１８を設けず、第一の押さえ部材２２の代替として厚みの大きいバックヨーク６０（第一の押さえ部材６０）を備えてもよい。短絡鋼板としての第一の押さえ部材２２は、磁束の一部を短絡させるための薄いものであるが、バックヨーク６０は、界磁部２０の磁束の全部を短絡させるものであるため、十分な厚みを必要とする。例えば、回転軸を中心として巻回された巻鉄芯や、回転軸方向に複数枚積層された電磁鋼板等から構成される。組み立ては、フレーム２６をバックヨーク６０に、例えば、外周側からフレームとバックヨークの接触面をレーザ溶接し、永久磁石２８及び磁性体３０をフレーム２６に収納し、リング状部材３６及び３８をフレーム２６にレーザ溶接して行う。この場合、フレーム２６の外周部又は内周部の厚みが小さくても、永久磁石２８に直接熱が伝わることがない。
【００３１】
また、本発明のアキシャルギャップ型回転電機１０において、図８に示すように、固定子１６及び１８の両方にコイルを有する電機子とし、回転子１４の両面に等しい磁界を発生させるようにしてもよい。フレーム２６には、磁性体３０、永久磁石２８及び磁性体３０が３層状態で収納される。この回転子１４を組み立てる場合、フレーム２６に対して、先に第一の押さえ部材２２を溶接して最後に第二の押さえ部材３２を溶接しても、先に第二の押さえ部材３２を溶接して最後に第一の押さえ部材２２を溶接してもよい。
【００３２】
また、図７に示す回転子１４において、図９に示すように、バックヨークを周方向に分割し、フレームに収納してもよい。回転子形状としては、図８に示す回転子１４において、一方の磁性体３０（ａ）の厚みを他方の磁性体３０（ｂ）(バックヨークに相当)の厚みより小さくし、永久磁石２８及び一方の磁性体３０（ａ）をフレーム２６の上側に収納し、他方の磁性体３０（ｂ）をフレーム２６の下側に収納し、永久磁石２８及び一方の磁性体３０（ａ）と他方の磁性体３０（ｂ）とが円周方向において互い違いに位置するように収納する構成であってもよい。この場合、フレーム２６は、永久磁石２８及び一方の磁性体３０（ａ）に対応する上側のスポーク７０（ａ）と、他方の磁性体３０（ｂ）に対応する下側のスポーク７０（ｂ）とが互い違いに設けられる。フレーム２６は、一体成形が困難であれば、永久磁石２８及び一方の磁性体３０（ａ）に対応する部分と、他方の磁性体３０（ｂ）に対応する部分とを別個に成形した後に、溶接や焼結結合によって一体化してもよい。この回転子１４を備えるアキシャルギャップ型回転電機１０は、他方の磁性体３０（ｂ）側に固定子は対向せず、磁性体３０（ａ）がバックヨークとして機能する。磁性体３０（ｂ）は、一体的に構成されるのが好ましいが、フレーム２６へ収納するために分割して構成される。分割して構成する場合、永久磁石２８の磁束が極中心で両側に分れて流れることにより、極中心で分割することが好ましい。この回転子１４を組み立てる場合、フレーム２６に対して、先に第一の押さえ部材２２を溶接して最後に第二の押さえ部材３２を溶接しても、先に第二の押さえ部材３２を溶接して最後に第一の押さえ部材２２を溶接してもよい。いずれの方法で組み立てても、第一の押さえ部材２２と永久磁石２８との間に磁性体３０（ｂ）が介在し、第二の押さえ部材３２と永久磁石２８との間に磁性体３０（ａ）が介在するため、永久磁石２８への熱伝達を低減できる。
【００３３】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。例えば、第二の押さえ部材のフレームへの溶接は入熱の少ないレーザ溶接が好ましいが、その他の溶接であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の回転子の製造方法、アキシャルギャップ型回転電機の製造方法、アキシャルギャップ型回転電機の回転子、及びアキシャルギャップ型回転電機によれば、回転子の組み立て時の溶接により発生する熱であり、溶接部から永久磁石へ熱伝達される熱の量を低減でき、永久磁石の熱減磁又は磁性消滅を防止できる。このため、モータとして広く利用できる。特に、接着材やモールド等を用いないで溶接によって回転子を組み立てるため、冷媒内で使用される密閉型圧縮機への利用に適している。
【符号の説明】
【００３５】
１０：アキシャルギャップ型回転電機
１２：回転軸
１４：回転子
１６、１８：固定子
２０：界磁部
２２：第一の押さえ部材
２４：界磁部収納孔
２６：フレーム
２８：永久磁石
３０、５２：磁性体
３２：第二の押さえ部材
３４：スポーク
６０：バックヨーク（第一の押さえ部材）
【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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