(57)【要約】【課題】分割コアを筒状に配設して形成される固定子コアにおいて、分割コアの寸法精度を上げることなく、ティース部の先端面の位置精度を向上させることができる回転電機の固定子及び回転電機を提供すること。【解決手段】固定子コア３０は、分割コア３２のティース部３２１の先端面を、基準部６０２の外周面に圧接させた状態で円筒状に配設され、樹脂によって一体的に固定される。そのため、分割コアを筒状に配設して形成される固定子コアにおいて、分割コア３２の寸法精度を上げることなく、ティース部３２０の先端面の位置精度を向上させることができる。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分割コアを筒状に配設して形成され、筒状のコアバックと、前記コアバックから径方向に突出し、先端面が回転子の周面と径方向に対向する複数のティースとを有する固定子コアと、
複数の前記ティースによって区画されるスロットに組付けられる固定子巻線と、
を備えた回転電機の固定子において、
前記分割コアは、前記コアバックを形成するコアバック部と、前記ティースを形成するティース部と、備え、
前記固定子コアは、前記分割コアの前記ティース部の先端面を基準治具に圧接させた状態で樹脂によって一体的に固定されていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項２】
前記分割コアは、前記スロットに前記固定子巻線が組付けられた状態で一体的に固定され前記固定子コアを形成することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
【請求項３】
前記固定子巻線は、前記分割コアとともに樹脂によって一体的に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の固定子。
【請求項４】
前記分割コアは、複数の前記ティース部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
【請求項５】
前記固定子コアは、前記分割コアの前記ティース部の先端面の全面を前記基準治具に圧接させた状態で一体的に固定され、前記固定子コアを形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
【請求項６】
前記基準治具の周面は、当接する前記ティース部の先端面に対応した形状に成形されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機の固定子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機の固定子を用いてなることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の固定子及び回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機及び発電機として使用される回転電機において、小型高出力及び品質の向上が求められている。例えば、車両に搭載される回転電機においては、車両のエンジンルームで回転電機を搭載するためのスペースが小さくなってきている一方で、車両負荷の増大による発電出力の向上が求められている。特に、回転電機の小型高出力については、各相巻線の巻線抵抗値の低減、固定子の磁気回路内に納める電気導体の占積率の向上、さらには各相巻線のターン部の整列化及び高密度化が必要であった。
【０００３】
このような回転電機の固定子として、例えば特許文献１に開示されている回転電機の固定子がある。この回転電機の固定子は、分割された固定子コアと、コイルと、内側ケース部と、外側ケース部とを備えている。分割された固定子コアには、コイルが巻回されている。分割されたコアは、その外周面を内側ケース部の内周面に当接させた状態で円環状に配置され、内側ケース部に仮保持される。そして、加熱膨張した外側ケース部が、内側ケース部の外周側に嵌装される。これにより、分割された固定子コア、内側ケース部及び外側ケース部が一体的に固定される。
【０００４】
ところで、回転電機は、固定子コアの内周面と対向する回転子を有する。固定子コアの内周面と、回転子の外周面との間の距離が変動すると、回転電機の出力トルクが変動してしまう。そのため、固定子コアの内径精度、つまり、分割された固定子コアの内周面の位置精度を向上させる必要がある。しかし、前述したように、分割された固定子コアは、外周面を基準として円環状に配置され固定されている。そのため、分割された固定子コアの内周面の位置精度を向上させるためには、分割された固定子コア自体の寸法精度を上げなければならず、コストが上昇してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５１４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、分割コアを筒状に配設して形成される固定子コアにおいて、分割コアの寸法精度を上げることなく、ティース部の先端面の位置精度を向上させることができる回転電機の固定子及び回転電機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、分割コアを筒状に配設して形成される固定子コアにおいて、ティース部の先端面を基準治具の周面に圧接させた状態で分割コアを一体的に固定することで、分割コアの寸法精度を上げることなく、ティース部の先端面の位置精度を向上できることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の回転電機の固定子は、分割コアを筒状に配設して形成され、筒状のコアバックと、コアバックから径方向に突出し、先端面が回転子の周面と径方向に対向する複数のティースとを有する固定子コアと、複数のティースによって区画されるスロットに組付けられる固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、分割コアは、コアバックを形成するコアバック部と、ティースを形成するティース部と、備え、固定子コアは、分割コアのティース部の先端面を基準治具に圧接させた状態で樹脂によって一体的に固定されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、分割コアを筒状に配設して形成される固定子コアにおいて、分割コアの寸法精度を上げることなく、ティース部の先端面の位置精度を向上させることができる。また、固定子コアは、分割コアを樹脂によって一体的に固定して形成されるため、回転電機の固定子を軽量化することができる。
【００１０】
請求項２に記載の回転電機の固定子は、分割コアは、スロットに固定子巻線が組付けられた状態で一体的に固定され固定子コアを形成することを特徴とする。この構成によれば、分割コアを一体的に固定して固定子コアを形成してから固定子巻線を組付ける場合に比べ、製造工程を簡素化することができる。
【００１１】
請求項３に記載の回転電機の固定子は、固定子巻線は、分割コアとともに樹脂によって一体的に固定されていることを特徴とする。この構成によれば、固定子巻線を別途固定する必要がなく製造工程を簡素化することができる。
【００１２】
請求項４に記載の回転電機の固定子は、分割コアは、複数のティース部を有することを特徴とする。この構成によれば、基準治具の周面に複数のティース部が当接することとなり、分割コアのがたつきを確実に抑えることができる。
【００１３】
請求項５に記載の回転電機の固定子は、固定子コアは、分割コアのティース部の先端面の全面を基準治具に圧接させた状態で一体的に固定され、固定子コアを形成することを特徴とする。この構成によれば、ティース部の先端面を安定して基準治具の周面に当接させることができる。そのため、ティース部の先端面の位置精度を確実に向上させることができる。
【００１４】
請求項６に記載の回転電機の固定子は、基準治具の周面は、当接するティース部の先端面に対応した形状に成形されていることを特徴とする。この構成によれば、ティース部の全面を基準面の周面に確実に当接させることができる。
【００１５】
請求項７に記載の回転電機は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機の固定子を用いてなることを特徴とする。この構成によれば、分割コアを筒状に配設して形成される固定子コアにおいて、分割コアの寸法精度を上げることなく、ティース部の先端面の位置精度を向上させることができる。そのため、回転電機の出力トルクの変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の回転電機の軸方向断面図である。
【図２】本実施形態の固定子の斜視図である。
【図３】本実施形態の固定子コアの軸方向から見た平面図である。
【図４】本実施形態の分割コアの平面図である。
【図５】変形例の固定子コアの軸方向から見た平面図である。
【図６】変形例の分割コアの平面図である。
【図７】本実施形態の固定子巻線を構成する巻線の断面図である。
【図８】本実施形態の固定子巻線の結線を示す図である。
【図９】本実施形態の固定子巻線となる巻取り体の斜視図である。
【図１０】本実施形態の固定子巻線の展開図である。
【図１１】変形例の固定子巻線の展開図である。
【図１２】変形例の固定子巻線となる巻取り体の軸方向端面から見た平面図である。
【図１３】本実施形態の組付け体の斜視図である。
【図１４】本実施形態の固定子成形金型の上面図である。
【図１５】図１４におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１６】本実施形態の組付け体配置後の固定子成形金型の上面図である。
【図１７】図１６におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図１８】本実施形態の組付け体加圧後の固定子成形金型の上面図である。
【図１９】図１８におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図２０】本実施形態の固定子の軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る回転電機の固定子を用いた回転電機の例を示す。
【００１８】
まず、図１〜図１０を参照して回転電機の構造について説明する。ここで、図１は、本実施形態の回転電機の軸方向断面図である。図２は、本実施形態の固定子の斜視図である。なお、固定子巻線の状態を表すため、本来、固定子巻線及び固定子コアを一体的に固定している樹脂成形部については、固定子コアの軸端部分を一部省略している。図３は、本実施形態の固定子コアの軸方向から見た平面図である。図４は、本実施形態の分割コアの平面図である。図５は、変形例の固定子コアの軸方向から見た平面図である。図６は、変形例の分割コアの平面図である。図７は、本実施形態の固定子巻線を構成する巻線の断面図である。図８は、本実施形態の固定子巻線の結線を示す図である。図９は、本実施形態の固定子巻線となる巻取り体の斜視図である。図１０は、本実施形態の固定子巻線の展開図である。
【００１９】
この回転電機１は、図１に示すように、略有底筒状の一対のハウジング部材１００、１０１が開口部同士で接合されてなるハウジング１０と、ハウジング１０に軸受け１１０、１１１を介して回転自在に支承された回転軸２０と、回転軸２０に固定された回転子２と、ハウジング１０の内部で回転子２を包囲する位置でハウジング１０に固定された固定子３とを備えている。
【００２０】
回転子２は、永久磁石により周方向に交互に異なる磁極を、固定子３の内周側と向き合う外周側に複数形成している。回転子２の磁極数は、回転電機により異なるため限定されるものではない。本実施形態では、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられている。
【００２１】
固定子３は、図２に示すように、固定子コア３０と、複数の各相巻線から形成された三相の固定子巻線４と、樹脂成形部５とを備えた構成を有している。なお、図２では、固定子巻線４を表すため省略しているが、樹脂成形部５は、固定子コア３０及び固定子巻線４を一体的に固定している。
【００２２】
固定子コア３０は、図３に示すように、円環状のコアバック３００と、コアバック３００の内周面から径方向内方に突出する複数のティース３０１とを有し、円環状を呈している。複数のティース３０１によって区画されることで、その深さ方向が径方向と一致する複数のスロット３１が内周に形成されている。固定子３０に形成されたスロット３１の数は、回転子２の磁極数に対し、固定子巻線４の一相あたり２個の割合で形成されている。本実施形態では、８×３×２＝４８より、スロット数は４８個とされている。
【００２３】
固定子コア３０は、図４に示す分割コア３２を所定の数（本実施形態では、２４個）だけ周方向に円筒状に連結して形成されている。分割コア３２は、１つのスロット３１を区画するとともに、周方向に隣接する分割コア３２との間で１つのスロット３１を区画する形状を呈している。具体的には、分割コア３２は、固定子コア３０のコアバック３００を形成する略円弧状のコアバック部３２０と、コアバック部３２０から径方向内方に突出し、固定子コア３０のティース３０１を形成する２つのティース部３２１とを有している。コアバック部３２０は、周方向端面が径方向と一致する略矩形状となっている。
【００２４】
固定子コア３０を構成する分割コア３２は、電磁鋼板を積層させて形成されている。なお、積層された電磁鋼板の間には、絶縁被膜が配置されている。固定子コア３０を構成する分割コア３２は、この電磁鋼板の積層体からだけでなく、従来公知の金属薄板及び絶縁薄膜を用いていてもよい。
【００２５】
なお、本発明に適用可能な固定子コアの形状は、図３及び図４に示したものに限られるものではなく、例えば、図５及び図６に示す形状のものであってもよい。この図５及び図６に示す例の固定子コア３０’は、分割コア３２’を周方向に連結して形成されている。分割コア３２’は、１つのスロット３１を区画するとともに、周方向に隣接する分割コア３２’との間で１つのスロット３１’を区画する形状を呈している。具体的には、分割コア３２’は、固定子コア３０’のコアバック３００’を形成する略円弧状のコアバック部３２０’と、コアバック部３２０’から径方向内方に突出し、固定子コア３０’のティース３０１’を形成する２つのティース部３２１’とを有している。コアバック部３２０’は、周方向端面が径方向に対して所定の角度だけ傾斜した略並行四辺形状となっている。なお、分割コア３２’の数や材質等は、図４に示した分割コア３２と同様である。
【００２６】
固定子巻線４は、複数の巻線４０を所定の巻回方法で巻回してなる。この固定子巻線４を構成する巻線４０は、図７（Ａ）に示すように、銅製の導体４１と、導体４１の外周を覆い導体４１を絶縁する内層４２０及び外層４２１からなる絶縁被膜４２とから形成されている。
【００２７】
このように、内層４２０及び外層４２１からなる絶縁被膜４２の厚みが厚いので、巻線４０同士を絶縁するために巻線４０同士の間に絶縁紙等を挟み込む必要がなくなっているが、巻線４０同士の間、又は、固定子コア３０と固定子巻線４の間に絶縁紙を配設してもよい。
【００２８】
さらに、固定子４の巻線４０は、図７（Ｂ）に示すように、内層４２０及び外層４２１からなる絶縁被膜４２の外周をエポキシ樹脂等からなる融着材４９で被覆して形成してもよい。この場合、回転電機１に発生する熱により融着材４９が絶縁被膜４２よりも早く溶融するので、同じスロット３１に設置されている複数の巻線４０が一体化し巻線４０同士が鋼体化することで、スロット３１内の巻線４０の機械的強度が向上する。
【００２９】
固定子巻線４は、図８に示すように、それぞれが２本の三相巻線（Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２）により形成されている。
【００３０】
固定子巻線４は、図９に示すように、複数の巻線４０を所定の形状に組み込んだ組込み体４７（図１０参照）を巻回してなる巻取り体４８である。固定子巻線４を構成する巻線４０は、固定子コア３０の内周側で周方向に沿って波巻きされる形状で成形されている。
【００３１】
固定子巻線４を構成する巻線４０は、固定子コア３０のスロット３１に収容される直線状のスロット収容部４３と、隣り合ったスロット収容部４３同士を接続するターン部４４とを備えている。スロット収容部４３は、所定のスロット数（本実施形態では、３相×２個＝６個）毎のスロット３１に収容されている。ターン部４４は、固定子コア３０の軸方向の端面から突出して形成されている。
【００３２】
固定子巻線４は、複数の巻線４０の両端を固定子コア３０の軸方向の端面から突出させ、かつ、複数の巻線４０を周方向に沿って波状に巻装した状態で形成されている。固定子巻線４の１相は、第１の巻線部４０ａと第２の巻線部４０ｂとの端部同士を溶接により接合して形成されている。すなわち、２本の電気導体線から成形した２つの成形体の端部同士を接合して形成された１つの組体から固定子巻線４の１相が形成されている。
【００３３】
第１の巻線部４０ａのスロット収容部４３と第２の巻線部４０ｂのスロット収容部４３とは、同一スロット３１に収容される。このとき、第１の巻線部４０ａのスロット収容部４３と、第２の巻線部４０ｂのスロット収容部４３とは、スロット３１の深さ方向で交互に位置するように設置されている。そして、第１の巻線部４０ａと第２の巻線部４０ｂとの接合部４５は、第１の巻線部４０ａと第２の巻線部４０ｂの巻装される方向が反転するスロット収容部４３よりなる折り返し部４６に形成されている。
【００３４】
固定子巻線４は、互いに巻装方向が異なる第１の巻線部４０ａと第２の巻線部４０ｂとからなる組体を６組有し、６組の組体を用いて、３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）×２個（倍スロット）の固定子巻線とされている。各組体において、第１の巻線部４０ａの中性点側（又は相端子側）の端部とは反対側の端部と、第２の巻線部４０ｂ相端子側（又は中性点側）の端部とは反対側の端部とが、折り返し部４６よりなるスロット収容部４３を介して接続されている。各相の巻線４０の結線方法は同様である。
【００３５】
なお、本発明に適用可能な固定子巻線は、図１０に示した組込み体を巻回して構成される、図９にした巻取り体に限られるものではなく、例えば、図１１に示す組込み体を巻回して構成される、図１２に示す巻取り体であってもよい。図１１に示す組込み体４７’は、所定の波形形状に成形した１２本の導線を所定の状態に積重ねて帯状に形成したものである。図１２に示す巻取り体４８’は、この組込み体４７’を渦巻き状巻回して構成されている。
【００３６】
次に、図９及び図１３〜図２０を参照して固定子３の製造方法について説明する。ここで、図１３は、本実施形態の組付け体の斜視図である。図１４は、本実施形態の固定子成形金型の上面図である。図１５は、図１４におけるＡ−Ａ矢視断面図である。図１６は、本実施形態の組付け体配置後の固定子成形金型の上面図である。なお、ティース部の先端面の状態を表すため、固定子巻線については省略している。図１７は、図１６におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。図１８は、本実施形態の組付け体加圧後の固定子成形金型の上面図である。なお、ティース部の先端面の状態を表すため、固定子巻線については省略している。図１９は、図１８におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。図２０は、本実施形態の固定子の軸方向断面図である。
【００３７】
図９に示す巻取り体４８に対して、径方向外方から分割コア３２のティース部３２１を隣り合うスロット収容部４３同士の間の隙間に挿入し、隣り合う分割コア３２同士を連結して組付け、図１３に示す組付け体５０を得る。
【００３８】
組付け体５０は、図１４及び図１５に示す固定子成形金型６を用い、樹脂によって一体的に固定され成形される。固定子成形金型６は、下型６０と、加圧治具６１と、上型６２とを備えている。
【００３９】
下型６０は、組付け体５０を収容する金属からなる有底円筒状の部材である。下型６０は、底部６００と、周壁部６０１と、基準部６０２（基準治具）とを備えている。底部６００は、組付け体５０の下方端部を覆う円板状の部位である。  周壁部６０１は、組付け体５０の外周を覆う円筒状の部位である。周壁部６０１は、分割コア３２の数と同じ、２４個の円弧板状の部材６０１ａを所定の間隔を隔て円筒状に配置して構成されている。円弧板状の部材６０１ａの周方向の隙間６０１ｂは、加圧治具６１が径方向に摺動可能、かつ、加圧治具６１との間から溶融した樹脂が漏れ出さない寸法に設定されている。また、周壁部６０１の内径は、組付け体５０の外径よりわずかに大きく設定されている。周壁部６０１は、底部６００に固定されている。  基準部６０２は、ティース部３２１の先端面と径方向に対向し、その外周面がティース部３２１の先端面と当接する略円柱状の部位である。基準部６０２の外周面は、ティース部３２１の先端面の全面が当接するよう、ティース部３２１と対向する部分がティース部３２１の先端面に対応した形状に成形されている。基準部６０２は、底部６００の中心部に固定されている。
【００４０】
加圧治具６１は、分割コア３２毎に設けられ、それぞれの分割コア３２の外周面を径方向であって基準部６０２側に押圧して、ティース部３２１の先端面を基準部６０２の外周面に圧接させる略矩形板状の部材である。加圧治具６１は、円弧板状の部材６０１ａの周方向の隙間６０１ｂに、径方向に摺動可能に配設されている。
【００４１】
上型６２は、下型６０の上方の開口部を覆う金属からなる円板状の部材である。上型６２には、下型６０と上型６２とによって形成される空間に溶融した樹脂を加圧注入する樹脂流入通路６２０が形成されている。
【００４２】
図１６及び図１７に示すように、組付け体５０は、ティース部３２１の先端面を基準部６０２の外周面と径方向に対向させた状態で、下型６０に収容される。そして、上型６２が下型６０の上方の開口部を覆い型締めされる。その後、図１８及び図１９に示すように、加圧治具６１によって分割コア３２の外周面が径方向であって基準部６０２側に押圧される。これにより、ティース部３２１の先端面が基準部６０２の外周面に圧接される。この状態で、樹脂注入通路６２０から溶融した樹脂が加圧注入される。注入された樹脂は、分割コア３２の外周面及び軸方向端面を覆う。また、分割コア３２の軸方向端面から突出した固定子巻線４を覆う。これにより、図２０に示すように、分割コア３２及び固定子巻線４が樹脂成形部５によって一体的に固定される。
【００４３】
なお、図２０では、分割コア３２及び固定子巻線４を樹脂によって一体的に固定しているが、少なくとも分割コア３２が一体的に固定されていればよい。また、その固定方法も樹脂による方法に限られるものではなく、従来公知の溶接等の方法を用いてもよい。
【００４４】
最後に、効果について説明する。本実施形態によれば、固定子コア３０は、分割コア３２のティース部３２１の先端面を、基準部６０２の外周面に圧接させた状態で円筒状に配設され、樹脂によって一体的に固定される。そのため、分割コア３２の寸法精度を上げることなく、ティース部３２０の先端面の位置精度を向上させることができる。そのため、回転電機１の出力トルクの変動を抑えることができる。また、分割コア３２を樹脂によって一体的に固定して固定子コア３０を形成するため、回転電機１の固定子３を軽量化することができる。
【００４５】
また、本実施形態によれば、分割コア３２は、スロット３１に固定子巻線４が組付けられた組付け体５０の状態で樹脂によって一体的に固定されている。そのため、分割コア３２を一体的に固定してから固定子巻線４を組付ける場合に比べ、製造工程を簡素化することができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、固定子巻線４は、分割コア３２とともに樹脂によって一体的に固定されている。そのため、固定子巻線４を別途固定する必要がなく製造工程を簡素化することができる。
【００４７】
さらに、本実施形態によれば、分割コア３２は、２つのティース部３２１を有している。そのため、分割コア３２を基準部６０２側に押圧したとき、２箇所が当接することとなり、ティース部３２１の先端面を安定して基準部６０２の外周面に圧接させることができる。従って、ティース部の先端面の位置精度を確実に向上させることができる。
【００４８】
加えて、本実施形態によれば、基準部６０２の外周面は、ティース部３２１と対向する部分がティース部３２１の先端面に対応した形状に成形されている。そのため、ティース部３２１の全面を基準部６０２の外周面に確実に当接させることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・回転電機、１０・・・ハウジング、１００、１０１・・・ハウジング部材、１１０、１１１・・・軸受け、２・・・回転子、  ２０・・・回転軸、３・・・固定子、３０、３０’・・・固定子コア、３００、３００’・・・コアバック、３０１、３０１’・・・ティース、３１、３１’・・・スロット、３２、３２’・・・分割コア、３２０、３２０’・・・コアバック部、３２１、３２１’・・・ティース部、４・・・固定子巻線、４０・・・巻線、４０ａ、４０ｂ・・・巻線部、４１・・・導体、４２・・・絶縁皮膜、４２０・・・内層、４２１・・・外層、４３・・・スロット収容部、４４・・・ターン部、４５・・・接合部、４６・・・折り返し部、４７、４７’・・・組込み体、４８、４８’・・・巻取り体、４９・・・融着材、５・・・樹脂成形部、５０・・・組付け体、６・・・固定子成形金型、６０・・・下型、６００・・・底部、６０１・・・周壁部、６０１ａ・・・円弧板状の部材、６０１ｂ・・・隙間、６０２・・・基準部（基準治具）、６１・・・加圧治具、６２・・・上型、６２０・・・樹脂注入通路
【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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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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