(57)【要約】【課題】運用回転数の範囲内において、励振周波数とコンプレッサ羽根車の固有振動数とが一致することを回避し、共振による破損を防止すること。【解決手段】コンプレッサ羽根車８とコンプレッサハウジング７とを備えた圧縮機５であって、前記コンプレッサ羽根車８の底面と対向する前記コンプレッサハウジング７に、板厚方向に貫通する少なくとも１つの噴出穴２０が形成され、この噴出穴２０には、冷却空気供給管２１の一端部が接続されており、この冷却空気供給管２１の途中には、制御器２４からの指令信号により作動するアクチュエータ２２によって開閉されるバルブ２３が接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体とを備えたコンプレッサ羽根車と、
前記コンプレッサ羽根車を回転軸回りに回転可能に収容するとともに、作動流体を前記コンプレッサ羽根車に導く作動流体入口が形成されたコンプレッサハウジングとを備えた圧縮機であって、
前記コンプレッサ羽根車の底面と対向する前記コンプレッサハウジングに、板厚方向に貫通する少なくとも１つの噴出穴が形成され、この噴出穴には、冷却空気供給管の一端部が接続されており、この冷却空気供給管の途中には、制御器からの指令信号により作動するアクチュエータによって開閉されるバルブが接続されているとともに、
前記制御器は、前記コンプレッサ羽根車の回転数が、前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数と同じになった時、あるいは前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数に近づいた時に、前記アクチュエータに前記バルブを全開状態とする指令信号を出力し、前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数から外れた時、あるいは前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数から遠ざかった時に、前記アクチュエータに前記バルブを全閉状態とする指令信号を出力することを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体とを備えたコンプレッサ羽根車と、
前記コンプレッサ羽根車を回転軸回りに回転可能に収容するとともに、作動流体を前記コンプレッサ羽根車に導く作動流体入口が形成されたコンプレッサハウジングとを備えた圧縮機であって、
前記作動流体入口の、前記コンプレッサ羽根車の上流側近傍に、少なくとも１つの噴霧ノズルが設けられ、この噴霧ノズルには、液体供給管の一端部が接続されており、この液体供給管の途中には、制御器からの指令信号により作動するアクチュエータによって開閉されるバルブが接続されているとともに、
前記制御器は、前記コンプレッサ羽根車の回転数が、前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数と同じになった時、あるいは前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数に近づいた時に、前記アクチュエータに前記バルブを全開状態とする指令信号を出力し、前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数から外れた時、あるいは前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数から遠ざかった時に、前記アクチュエータに前記バルブを全閉状態とする指令信号を出力することを特徴とする圧縮機。
【請求項３】
複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体とを備えたコンプレッサ羽根車と、
前記コンプレッサ羽根車を回転軸回りに回転可能に収容するとともに、作動流体を前記コンプレッサ羽根車に導く作動流体入口が形成されたコンプレッサハウジングとを備えた圧縮機であって、
前記コンプレッサ羽根車の底面と対向する前記コンプレッサハウジングに、板厚方向に貫通する少なくとも１つの噴出穴が形成され、この噴出穴には、冷却空気供給管の一端部が接続されており、この冷却空気供給管の途中には、制御器からの指令信号により作動する第１のアクチュエータによって開閉される第１のバルブが接続され、
前記作動流体入口の、前記コンプレッサ羽根車の上流側近傍に、少なくとも１つの噴霧ノズルが設けられ、この噴霧ノズルには、液体供給管の一端部が接続されており、この液体供給管の途中には、前記制御器からの指令信号により作動する第２のアクチュエータによって開閉される第２のバルブが接続されているとともに、
前記制御器は、前記コンプレッサ羽根車の回転数が、前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数と同じになった時、あるいは前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数に近づいた時に、前記第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを全開状態とする指令信号を出力し、前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数から外れた時、あるいは前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数から遠ざかった時に、前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータに前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを全閉状態とする指令信号を出力することを特徴とする圧縮機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮機を備えてなることを特徴とする排気タービン過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機に関するものであり、特に、舶用の排気タービン過給機に用いられて好適な斜流圧縮機または遠心圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
舶用の排気タービン過給機に用いられて好適な圧縮機としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
【特許文献１】特開２００２−７０５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、圧縮機を構成するコンプレッサ羽根車は、流入する空気量の不均一、コンプレッサハウジングの空気入口の形状、出口スクロールの形状等の影響により、回転数の整数倍の周波数の励振力を受ける。また、下流側に（翼列）ディフューザが配置されている場合に、ディフューザの翼枚数×回転数の周波数でコンプレッサ羽根車に励振力が作用するのもその一例である。そして、この励振周波数にコンプレッサ羽根車の固有振動数が一致すると、共振を起こし、破損に至るおそれがある。
このような現象は、一定の回転数で回転する、例えば、発電用のガスタービンやディーゼル機関に搭載される排気タービン過給機の圧縮機においては、容易に回避することができるが、種々の回転数で運用される舶用のディーゼル機関に搭載される排気タービン過給機の圧縮機においては、コンプレッサ羽根車の固有振動数が、運用回転数の範囲内に複数存在するため、これらの全てを回避しながら運転することは困難であった。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、運用回転数の範囲内において、励振周波数とコンプレッサ羽根車の固有振動数とが一致することを回避し、共振による破損を防止することができる圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る圧縮機は、複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体とを備えたコンプレッサ羽根車と、前記コンプレッサ羽根車を回転軸回りに回転可能に収容するとともに、作動流体を前記コンプレッサ羽根車に導く作動流体入口が形成されたコンプレッサハウジングとを備えた圧縮機であって、前記コンプレッサ羽根車の底面と対向する前記コンプレッサハウジングに、板厚方向に貫通する少なくとも１つの噴出穴が形成され、この噴出穴には、冷却空気供給管の一端部が接続されており、この冷却空気供給管の途中には、制御器からの指令信号により作動するアクチュエータによって開閉されるバルブが接続されているとともに、前記制御器は、前記コンプレッサ羽根車の回転数が、前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数と同じになった時、あるいは前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数に近づいた時に、前記アクチュエータに前記バルブを全開状態とする指令信号を出力し、前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数から外れた時、あるいは前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数から遠ざかった時に、前記アクチュエータに前記バルブを全閉状態とする指令信号を出力する。
【０００６】
本発明に係る圧縮機によれば、例えば、回転計で検出されたコンプレッサ羽根車の回転数が、コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数と同じになった時、あるいはコンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数に近づいた時に、バルブが全開状態とされ、冷却空気供給管およびバルブを通過した（冷却用）空気が、噴出穴からコンプレッサ羽根車の底面に向かって吹き付けられ、コンプレッサ羽根車が冷却されることとなる。コンプレッサ羽根車が冷却されて、コンプレッサ羽根車の温度が低下すると、コンプレッサ羽根車のヤング率が上昇し、コンプレッサ羽根車の固有振動数が上昇して、コンプレッサ羽根車の固有振動数が励振周波数よりも高くなる。
これにより、運用回転数の範囲内における励振周波数とコンプレッサ羽根車の固有振動数との一致を回避することができ、共振による破損を防止することができる。
【０００７】
本発明に係る圧縮機は、複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体とを備えたコンプレッサ羽根車と、前記コンプレッサ羽根車を回転軸回りに回転可能に収容するとともに、作動流体を前記コンプレッサ羽根車に導く作動流体入口が形成されたコンプレッサハウジングとを備えた圧縮機であって、前記作動流体入口の、前記コンプレッサ羽根車の上流側近傍に、少なくとも１つの噴霧ノズルが設けられ、この噴霧ノズルには、液体供給管の一端部が接続されており、この液体供給管の途中には、制御器からの指令信号により作動するアクチュエータによって開閉されるバルブが接続されているとともに、前記制御器は、前記コンプレッサ羽根車の回転数が、前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数と同じになった時、あるいは前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数に近づいた時に、前記アクチュエータに前記バルブを全開状態とする指令信号を出力し、前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数から外れた時、あるいは前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数から遠ざかった時に、前記アクチュエータに前記バルブを全閉状態とする指令信号を出力する。
【０００８】
本発明に係る圧縮機によれば、例えば、回転計で検出されたコンプレッサ羽根車の回転数が、コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数と同じになった時、あるいはコンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数に近づいた時に、バルブが全開状態とされ、液体供給管および噴霧ノズルを通過した（冷却用）液体が、噴霧ノズルからコンプレッサ羽根車の前縁に向かって吹き付けられ、コンプレッサ羽根車の羽根（ブレード）が冷却されることとなる。コンプレッサ羽根車の羽根が冷却されて、コンプレッサ羽根車の温度が低下すると、コンプレッサ羽根車のヤング率が上昇し、コンプレッサ羽根車の固有振動数が上昇して、コンプレッサ羽根車の固有振動数が励振周波数よりも高くなる。
これにより、運用回転数の範囲内における励振周波数とコンプレッサ羽根車の固有振動数との一致を回避することができ、共振による破損を防止することができる。
【０００９】
本発明に係る圧縮機は、複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体とを備えたコンプレッサ羽根車と、前記コンプレッサ羽根車を回転軸回りに回転可能に収容するとともに、作動流体を前記コンプレッサ羽根車に導く作動流体入口が形成されたコンプレッサハウジングとを備えた圧縮機であって、前記コンプレッサ羽根車の底面と対向する前記コンプレッサハウジングに、板厚方向に貫通する少なくとも１つの噴出穴が形成され、この噴出穴には、冷却空気供給管の一端部が接続されており、この冷却空気供給管の途中には、制御器からの指令信号により作動する第１のアクチュエータによって開閉される第１のバルブが接続され、前記作動流体入口の、前記コンプレッサ羽根車の上流側近傍に、少なくとも１つの噴霧ノズルが設けられ、この噴霧ノズルには、液体供給管の一端部が接続されており、この液体供給管の途中には、前記制御器からの指令信号により作動する第２のアクチュエータによって開閉される第２のバルブが接続されているとともに、前記制御器は、前記コンプレッサ羽根車の回転数が、前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数と同じになった時、あるいは前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数に近づいた時に、前記第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを全開状態とする指令信号を出力し、前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数から外れた時、あるいは前記コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数から遠ざかった時に、前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータに前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを全閉状態とする指令信号を出力する。
【００１０】
本発明に係る圧縮機によれば、例えば、回転計で検出されたコンプレッサ羽根車の回転数が、コンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数と同じになった時、あるいはコンプレッサ羽根車の固有振動数に対応する回転数に近づいた時に、第１のバルブが全開状態とされ、冷却空気供給管および第１のバルブを通過した（冷却用）空気が、噴出穴からコンプレッサ羽根車の底面に向かって吹き付けられるとともに、第２のバルブが全開状態とされ、液体供給管および噴霧ノズルを通過した（冷却用）液体が、噴霧ノズルからコンプレッサ羽根車の前縁に向かって吹き付けられ、コンプレッサ羽根車が冷却されることとなる。コンプレッサ羽根車が冷却されて、コンプレッサ羽根車の温度が低下すると、コンプレッサ羽根車のヤング率が上昇し、コンプレッサ羽根車の固有振動数が上昇して、コンプレッサ羽根車の固有振動数が励振周波数よりも高くなる。
これにより、運用回転数の範囲内における励振周波数とコンプレッサ羽根車の固有振動数との一致を回避することができ、共振による破損を防止することができる。
【００１１】
本発明に係る排気タービン過給機は、運用回転数の範囲内における励振周波数とコンプレッサ羽根車の固有振動数との一致を回避することができ、共振による破損を防止することができる圧縮機を備えている。
【００１２】
本発明に係る排気タービン過給機によれば、運用回転数の範囲内における共振による破損が防止され、信頼性が向上することとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、運用回転数の範囲内において、励振周波数とコンプレッサ羽根車の固有振動数とが一致することを回避し、共振による破損を防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る圧縮機の第１実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る圧縮機を具備した排気タービン過給機の断面図、図２は図１に示す圧縮機の要部断面図である。
【００１５】
本発明に係る圧縮機は、例えば、図１に示すような排気タービン過給機に適用され得るものである。
また、本発明に係る圧縮機を具備した排気タービン過給機は、例えば、図示しない舶用ディーゼル機関（例えば、低速２サイクルディーゼル機関）に装着されて、舶用ディーゼル機関を構成するシリンダライナ（図示せず）の内部と連通する給気マニホールド（図示せず）に、圧縮された空気を供給する舶用排気タービン過給機である。
【００１６】
図１において、符号１０はタービンハウジング、符号１０ａは排気ガスの出口通路、符号１０ｂは排気ガスの入口通路、符号１２は軸流型のタービン翼、符号３はタービン翼１２の入口に設置されたタービンノズルであり、このタービンノズル３で静圧膨張された軸方向の排気ガス流によりタービン翼１２が回転駆動されるようになっている。
【００１７】
圧縮機５は、例えば、アルミニウム合金からなるコンプレッサ羽根車８と、ディフューザ４と、これらコンプレッサ羽根車８およびディフューザ４を収容するコンプレッサハウジング７とを備えている。コンプレッサハウジング７内には空気入口（作動流体入口）９が形成されており、この空気入口９からコンプレッサ羽根車８に空気（作動流体）が供給されるようになっている。そして、コンプレッサ羽根車８で加圧（圧縮）された空気は、ディフューザ４および出口スクロール７ａを通って、図示しない舶用ディーゼル機関（エンジン）に供給される。
なお、図１中の符号２は、ディスク１２ｓを備え、２個のラジアル軸受１６で支持されたタービンロータ軸、符号１ａは軸方向のスラストを受圧するスラスト軸受、符号１００は排気タービン過給機の回転軸である。
【００１８】
このような構成からなる排気タービン過給機の作動時において、舶用ディーゼル機関からの排気ガスは、排気ガスの入口通路１０ｂを通り、タービンノズル３で静圧膨張された軸方向の排気ガス流によりタービン翼１２が回転駆動される。そして、タービン翼１２を駆動した排気ガスは、排気ガスの出口通路１０ａから外部に排出される。
タービン翼１２の回転は、タービンロータ軸２を介してコンプレッサ羽根車８を回転させ、コンプレッサハウジング７の空気入口９を通って吸入された空気は、コンプレッサ羽根車８で加圧され、ディフューザ４および出口スクロール７ａを通って、舶用ディーゼル機関に供給される。
【００１９】
さて、図１および図２に示すように、コンプレッサ羽根車８の底面（大径側の端面）外周部と対向するコンプレッサハウジング７には、板厚方向に貫通する少なくとも１つの噴出穴２０が形成されており、この噴出穴２０には、冷却空気供給管２１の一端部が接続されている。
また、図２に示すように、冷却空気供給管２１の途中には、アクチュエータ（第１のアクチュエータ）２２によって開閉されるバルブ（第１のバルブ）２３が接続されている。冷却空気供給管２１の他端部は、出口スクロール７ａから吐出されて、空気冷却器（図示せず）で冷却された空気（５０℃程度の空気）を舶用ディーゼル機関に導く配管（図示せず）の途中に接続されている。そして、アクチュエータ２２によってバルブ２３が全開状態にされると、冷却空気供給管２１およびバルブ２３を通過した（冷却用）空気が、噴出穴２０からコンプレッサ羽根車８の底面に向かって吹き付けられ、これにより、コンプレッサ羽根車８が冷却される（コンプレッサ羽根車８の温度が低下する）こととなる。一方、アクチュエータ２２によってバルブ２３が全閉状態にされると、噴出穴２０からコンプレッサ羽根車８の底面への空気の噴出が停止され、コンプレッサ羽根車８の冷却が停止されることとなる。
【００２０】
アクチュエータ２２は、制御器２４からの出力信号（指令信号）により作動し、制御器２４には、コンプレッサ羽根車８（またはディスク１２ｓもしくはタービンロータ軸２）の回転数を検知する回転計Ｒから送られてきた回転数信号が常時入力されるようになっている。また、制御器２４には、コンプレッサ羽根車８の固有振動数（コンプレッサ羽根車８の底面への空気の吹き付けがない時の固有振動数）および、コンプレッサ羽根車８の底面への空気の吹き付けがある時の固有振動数に対応する回転数がデータベースとして制御器２４に予め保存（記憶）されている。
【００２１】
すなわち、回転計Ｒで検出された回転数が、コンプレッサ羽根車８の固有振動数（コンプレッサ羽根車８の底面への空気の吹き付けがない時の固有振動数）に対応する回転数と同じになった時、あるいはコンプレッサ羽根車８の固有振動数に対応する回転数に近づいた時（コンプレッサ羽根車８の固有振動数±２％の範囲内に入った時）に、制御器２４はアクチュエータ２２にバルブ２３を全開状態とする信号を出力し、コンプレッサ羽根車８の固有振動数に対応する回転数から外れた時、あるいはコンプレッサ羽根車８の固有振動数に対応する回転数から遠ざかった時（コンプレッサ羽根車８の固有振動数に対応する回転数±２％の範囲内から外れた時）に、制御器２４はアクチュエータ２２にバルブ２３を全閉状態とする信号を出力するようになっている。
【００２２】
本実施形態に係る圧縮機５によれば、回転計Ｒで検出された回転数が、コンプレッサ羽根車８の固有振動数に対応する回転数と同じになった時、あるいはコンプレッサ羽根車８の固有振動数に対応する回転数に近づいた時に、バルブ２３が全開状態とされ、冷却空気供給管２１およびバルブ２３を通過した（冷却用）空気が、噴出穴２０からコンプレッサ羽根車８の底面に向かって吹き付けられ、コンプレッサ羽根車８の外周部が冷却されることとなる。コンプレッサ羽根車８の外周部が冷却されて、コンプレッサ羽根車８の外周部の温度が低下すると、コンプレッサ羽根車８のヤング率が上昇し、コンプレッサ羽根車８の固有振動数が上昇して、コンプレッサ羽根車８の固有振動数が励振周波数よりも高くなる。
これにより、運用回転数の範囲内における励振周波数とコンプレッサ羽根車の固有振動数との一致を回避することができ、共振による破損を防止することができる。
【００２３】
本発明に係る圧縮機の第２実施形態について、図３を参照しながら説明する。
図３は本実施形態に係る圧縮機の要部断面図であって、図２と同様の図である。
図３に示すように、本実施形態に係る圧縮機３１は、噴出穴２０および冷却空気供給管２１の代わりに、噴霧ノズル３２および液体供給管３３を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００２４】
噴霧ノズル３２は、液体供給管３３を介して供給された液体（例えば、水）を霧状の液体（コンプレッサ羽根車８を通過する間に蒸発してしまうような微細な液体）にするものであり、空気入口９の、コンプレッサ羽根車８の上流側近傍（前縁近傍）に、少なくとも１つ設けられている。また、噴霧ノズル３２は、コンプレッサ羽根車８の前縁に向かって開口しており、この噴霧ノズル３２には、液体供給管３３の一端部が接続されている。
なお、本実施形態においては、アクチュエータ（第２のアクチュエータ）２２によってバルブ（第２のバルブ）２３が全開状態にされると、液体供給管３３および噴霧ノズル３２を通過した（冷却用）液体が、噴霧ノズル３２からコンプレッサ羽根車８の前縁に向かって吹き付けられ、これにより、コンプレッサ羽根車８が冷却される（コンプレッサ羽根車８の温度が低下する）こととなる。一方、アクチュエータ２２によってバルブ２３が全閉状態にされると、噴霧ノズル３２からコンプレッサ羽根車８の前縁への液体の噴出が停止され、コンプレッサ羽根車８の冷却が停止されることとなる。
【００２５】
本実施形態に係る圧縮機３１によれば、回転計Ｒで検出された回転数が、コンプレッサ羽根車８の固有振動数に対応する回転数と同じになった時、あるいはコンプレッサ羽根車８の固有振動数に対応する回転数に近づいた時に、バルブ２３が全開状態とされ、液体供給管３３および噴霧ノズル３２を通過した（冷却用）液体が、噴霧ノズル３２からコンプレッサ羽根車８の前縁に向かって吹き付けられ、コンプレッサ羽根車８の羽根（ブレード）が冷却されることとなる。コンプレッサ羽根車８の羽根が冷却されて、コンプレッサ羽根車８の温度が低下すると、コンプレッサ羽根車８のヤング率が上昇し、コンプレッサ羽根車８の固有振動数が上昇して、コンプレッサ羽根車８の固有振動数が励振周波数よりも高くなる。
これにより、運用回転数の範囲内における励振周波数とコンプレッサ羽根車の固有振動数との一致を回避することができ、共振による破損を防止することができる。
【００２６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、上述した第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせて実施することもできるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧縮機を具備した排気タービン過給機の断面図である。
【図２】図１に示す圧縮機の要部断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る圧縮機の要部断面図であって、図２と同様の図である。
【符号の説明】
【００２８】
５  圧縮機
７  コンプレッサハウジング
８  コンプレッサ羽根車
９  空気入口（作動流体入口）
２０  噴出穴
２１  冷却空気供給管
２２  アクチュエータ
２３  バルブ
２４  制御器
３１  圧縮機
３２  噴霧ノズル
３３  液体供給管
１００  回転軸
【図１】
2010138874.tif 000003
【図２】
2010138874.tif 000004
【図３】
2010138874.tif 000005