(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体機関である蒸気タービンにおける調整段に設けられる翼列であって、形状成形された多数の翼であって、吸い込み側（ＳＳ）と、圧力側（ＤＳ）と、正中線（Ｓｋ）と、翼前縁と翼後縁の間の弦長（ｓ）とを有する多数の翼を具備する翼列において、
前記吸い込み側（ＳＳ）は断面において、最大高さ（ｆｓｓ）を有しており、当該最大高さの前記弦長（ｓ）に対する比（ｆｓｓ／ｓ）は、０．５２と０．５６の間の範囲にあり、かつ前記圧力側（ＤＳ）は断面において、最大高さ（ｆＤＳ）を有しており、当該最大高さの前記弦長（ｓ）に対する比（ｆＤＳ／ｓ）は、０．１８と０．２２の間の範囲にあり、かつ前記正中線（Ｓｋ）は断面において、最大高さ（ｆＳｋ）を有しており、当該最大高さの前記弦長（ｓ）に対する比（ｆＳｋ／ｓ）は、０．３５と０．３９の間の範囲にあり、
前記吸い込み側（ＳＳ）は当該吸い込み側の最大高さ（ｆｓｓ）を、翼前縁から測定された場合、前記弦長（ｓ）に対して、０．３９と０．４３の間の範囲（Ｘｆｓｓ／ｓ）に有しており、前記圧力側（ＤＳ）は当該圧力側の最大高さ（ｆＤＳ）を、翼前縁から測定された場合、前記弦長（ｓ）に対して、０．５０と０．５４の間の範囲（ＸｆＤＳ／ｓ）に有しており、前記正中線（Ｓｋ）は当該正中線の最大高さ（ｆＳｋ）を、翼前縁から測定された場合、前記弦長（ｓ）に対して、０．４１と０．４５の間の範囲（ＸｆＳｋ／ｓ）に有しており、
前記翼の翼弦（５）は、周方向（Ｕ）と、食い違い角（βｓ）を成しており、当該食い違い角は７３°と８３°の間の範囲にあり、
前記周方向（Ｕ）において隣接する翼の、吸い込み側（ＳＳ）における軸に平行な接線間の距離（ｔ）が、前記弦長（ｓ）に対して有するピッチ比（ｔ／ｓ）は、０．７０と０．７９の間の範囲にあることを特徴とする翼列。
【請求項２】
流体機関である蒸気タービンにおける調整段に設けられる翼列であって、形状成形された多数の翼であって、吸い込み側（ＳＳ）と、圧力側（ＤＳ）と、正中線（Ｓｋ）と、翼前縁と翼後縁の間の弦長（ｓ）とを有する多数の翼を具備する、請求項１に記載の翼列において、
吸い込み側と圧力側との間に内接する最大円は、前記弦長（ｓ）に関して、０．３３と０．３６の間の範囲に直径（Ｄｍａｘ／ｓ）を有し、かつ中心間距離（ＸＤｍａｘ／ｓ）を、翼前縁から測定された場合、０．３６と０．４０の間の範囲に有し、かつ断面における中心高さ（ｆｘＤｍａｘ／ｓ）を０．３４と０．３８の間の範囲に有し、かつ前縁の円（３）は、前記弦長（ｓ）に関して、０．０２４と０．０４６の間の範囲に直径（Ｄｅ／ｓ）を有し、かつ後縁の円（４）は、前記弦長（ｓ）に関して、０．００９９と０．０２１の間の範囲に直径（Ｄａ／ｓ）を有することを特徴とする翼列。
【請求項３】
流体機関である蒸気タービンにおける調整段に設けられる翼列であって、形状成形された多数の翼であって、吸い込み側（ＳＳ）と、圧力側（ＤＳ）と、正中線（Ｓｋ）と、翼前縁と翼後縁の間の弦長（ｓ）とを有する多数の翼を具備する、請求項１または請求項２に記載の翼列において、
前記吸い込み側（ＳＳ）は前記翼前縁から測定した場合、前記弦長（ｓ）の０．１倍である距離（ＸＲｋＳＳ０．１）において、曲率半径（ＲｋＳＳ０．１）を有し、当該曲率半径の前記弦長（ｓ）に対する比（ＲｋＳＳ０．１／ｓ）は、０．３８と０．４２の間の範囲にあり、かつ前記翼前縁から測定した場合、前記弦長（ｓ）の０．７５倍である距離（ＸＲｋＳＳ０．７５）において、曲率半径（ＲｋＳＳ０．７５）を有し、当該曲率半径の前記弦長（ｓ）に対する比（ＲｋＳＳ０．７５／ｓ）は、０．８２と０．８６の間の範囲にあり、かつ前記圧力側（ＤＳ）は前記翼前縁から測定した場合、前記弦長（ｓ）の０．１５倍である距離（ＸＲＫＤ０．１５）において、曲率半径（ＲｋＤＳ０．１５）を有し、当該曲率半径の前記弦長（ｓ）に対する比（ＲｋＤＳ０．１５／ｓ）は、０．７３と０．７７の間の範囲にあり、かつ前記翼前縁から測定した場合、前記弦長（ｓ）の０．８０倍である距離（ＸＲｋＤＳ０．８０）において、曲率半径（ＲｋＤＳ０．８０）を有し、当該曲率半径の前記弦長（ｓ）に対する比（ＲｋＤＳ０．８０／ｓ）は、０．５４と０．５８の間の範囲にあることを特徴とする翼列。
【請求項４】
前記弦長（ｓ）は７０ｍｍよりも小さいか、または７０ｍｍに等しいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の翼列。
【請求項５】
少なくとも請求項１から４のいずれか一項に記載の少なくとも一つの翼列を調整段に有する流体機関である蒸気タービン。
【請求項６】
前記翼前縁への流入が前記周方向に対して成す流入角（β１）が、２６°と３８°の間の範囲にあることを特徴とする請求項５に記載の流体機関である蒸気タービン。
【請求項７】
前記翼後縁からの流出が前記周方向に対して成す流出角（β２）が、２０°と３０°の間の範囲にあることを特徴とする請求項５または６に記載の流体機関である蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体機関、特に蒸気タービンのための翼列であって、形状成形された多数の翼、特に形状成形された多数の動翼であって、吸い込み側と、圧力側と、正中線と、翼前縁と、翼後縁とを有する多数の翼を具備する翼列と、このような翼列を有する流体機関とに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体機関、例えば蒸気タービンにおいて、例えば蒸気などの、特に圧縮可能な流体は、一つまたは複数の翼列によって方向を変えられ、その際、流体は翼列に力を及ぼす。当該翼列が可動であれば、流体は、当該動翼列を駆動し、当該駆動の際に作用する。流体の向きを変えるために、特に下流の動翼列には、定置式のいわゆる案内翼列が設けられている場合がある。
【０００３】
今日の翼列、特に蒸気タービンの動翼では、翼の圧力側と、周方向において隣接する翼の吸い込み側とによって画定されている流路において、流体には有意な加速が生じる。それに応じて当該流体の静圧は、向きを変える翼列の背後においてはるかに小さくなるので、流路において流体は膨張させられる。
【０００４】
現在の所、用いられている食い違い角、すなわち、翼前縁および翼後縁に接する接線が周方向と成す角は、６４°と７２°の間の範囲にある。このとき翼前縁と翼後縁の間の弦長は６３ｍｍまでになるとともに、ピッチ比、すなわち、弦長に対する、隣り合う翼の吸い込み側における軸に対して平行な接線間の周方向の距離の比は、０．８５と１．１の間の範囲となる。これに対して、翼前縁に入射する流れが、周方向に対して成す最適な流入角は、適応領域に応じて３７°と４７°の間にあるが、翼後縁からの流出角は２１°と２９°の間の範囲にある。すなわち流出角は流入角と有意に相違する。
【０００５】
このような既知の翼列は最善の水準に次ぐものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、流体機関のための翼列を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題は、請求項１、請求項５もしくは６に記載の特徴を有する翼列によって解決される。請求項１０はこのような翼列を有する流体機関について保護を求めており、従属請求項は有利なさらなる構成に関する。
【０００８】
流体機関、例えば蒸気タービンまたはガスタービン、コンプレッサなどのための翼列は、吸い込み側と圧力側と正中線と弦長とを有するとともに形状成形された多数の翼を有しており、当該翼は、周方向において隣接して設けられている。
【０００９】
「周」方向、「径」方向、「軸」方向などの方向の記載は、当該技術において、流体機関のロータに関する。正中線または（断面）中心線もしくはキャンバ線とは、通常用いられているように、好適に軸方向および／または径方向に湾曲した線であって、吸い込み側および圧力側から等しい距離を有している。すなわち、断面において圧力側と吸い込み側の中心にある線のことである。従って、翼の断面形状は正中線を中心として対称である。言い換えれば、正中線とは、断面に内接する円の中心を結ぶ線である。吸い込み側もしくは圧力側は、径方向に対して垂直な動翼断面の、周方向において離間している二つの外面によって画定されている。
【００１０】
翼列は、例えば動翼列として、蒸気タービンの段を形成し得る。この場合、吸い込み側と圧力側とは、タービンロータの回転方向において好適に凸型に湾曲しており、吸い込み側は、回転方向において圧力側の前にあるので、タービンを貫流する流体は、翼列と当該翼列を担持するタービンロータとを回転方向に回転させ、それによって、例えばタービンロータと連結された発電機を駆動するなどの作用を成す。
【００１１】
翼の弦、特に当該翼の前縁および後縁の成す円に対する接線は、軸方向に対して傾斜していてよい。従って、他の記載がなされない限り、高さと距離の記載は二接線システムに該当し、当該二接線システムの一方の軸は翼弦に対して平行であって、当該二接線システムの他方の軸は翼前縁に対して接線方向にある。これによって、例えば断面における高さは、翼弦からの距離として規定されている。従って弦長とは、流体機関を貫流する流体の流れ方向において上流の翼前縁と、下流の翼後縁との翼弦の長手方向における距離を表す。
【００１２】
本発明は、以下のような認識に基づいている。すなわち、上記の弦長に対する、所定の翼高さ、翼の円および／または翼湾曲の比が、所定の範囲にある場合、翼列は改良され得るというものである。当該認識において、すでに弦長に対して、一つまたは複数の翼高さ、あるいは一つまたは複数の翼の円、あるいは一つまたは複数の翼湾曲が、以下に記載される範囲にある場合、有利な翼列が生じている。特に有利な翼列は、一つまたは複数の翼高さと翼の円、一つまたは複数の翼高と翼湾曲、一つまたは複数の翼の円と翼湾曲、特に一つまたは複数の翼高さと翼の円と翼湾曲とがこれらの範囲にある場合に実現され得る。
【００１３】
このとき、翼高さ、翼の円もしくは翼湾曲についての以下の記載は、常に径方向に対して垂直な少なくとも一つの断面に関する。従って、翼の圧力側および吸い込み側が、径方向に対して平行に延伸するとき、個々の翼断面は、径方向内側にある翼底部における断面を径方向に沿って純粋に並進移動させることによって生じる。すなわち、記載は全ての断面に該当する。しかしながら、圧力側および／または吸い込み側は、径方向において同様に湾曲していてもよい。その場合、少なくとも一つの断面において、例えば翼底部において、翼頭部において、および／または径方向における翼中心において、一つまたは複数の翼高さ、翼の円、および／または翼湾曲が、弦長に対して、以下に記載される範囲にある必要がある。
【００１４】
従って、本発明の第１の態様では、吸い込み側が断面において最大高さを有していることが提案され、弦長に対する当該高さの比は０．５２と０．５６の間の範囲にあり、特に０．５３と０．５５の間の範囲にある。付加的または代替的に、圧力側が断面において最大高さを有しており、弦長に対する当該高さの比は０．１８と０．２２の間の範囲にあり、特に０．１９と０．２１の間の範囲にある。付加的または代替的に、正中線が断面において最大高さを有していることが提案され、弦長に対する当該高さの比は０．３５と０．３９の間の範囲にあり、特に０．３６と０．３８の間の範囲にある。吸い込み側と圧力側と正中線とのうちの少なくとも二つの最大高さが、それぞれ上記の範囲にあるのが好ましく、吸い込み側と圧力側と正中線との最大高さが、それぞれ上記の範囲にあるのが特に好ましい。
【００１５】
このとき、高さとは、すでに述べた通り、側部もしくは正中線が、断面で表した場合に、正中線の軸方向の起点と終点との間を結ぶ線、特に前縁の円および後縁の円に対する接線から有している、特に最短の距離を表している。
【００１６】
吸い込み側は、好適には、翼前縁から測定した場合、翼の二接線システムにおいて、かつ、弦長に対して、最大高さを０．３９と０．４３の間の範囲、特に０．４０と０．４２の間に実現する。言い換えれば、本発明に係る翼の断面における最大延伸は、翼形状の軸方向最前の点から測定した場合、好適には、翼弦の長手方向において弦長の約０．４０倍から０．４２倍になる。
【００１７】
同様に、圧力側は、翼前縁から測定した場合、翼の二接線システムにおいて、弦長に対する最大高さを好適に０．５０と０．５４の間の範囲、特に０．５１と０．５３の間に実現する。正中線は、翼前縁から測定した場合、翼の二接線システムにおいて、弦長に対する最大高さを好適に０．４１と０．４５の間の範囲、特に０．４２と０．４４の間に実現する。
【００１８】
本発明の第２の態様では、上記の第１の態様に対して付加的または代替的に、以下の提案がなされる。すなわち、吸い込み側と圧力側との間に内接する最大円は、弦長に対して０．３３と０．３６の間、特に０．３４と０．３６の間の範囲に直径を有し、および／または翼前縁から測定した場合、翼の二接線システムにおいて、０．３６と０．４０の間、特に０．３７と０．３９の間の範囲に中心間距離を有し、および／または翼弦から測定した場合、断面における高さを０．３４と０．３８の間、特に０．３５と０．３７の間の範囲に有し、前縁の円は、弦長に対して、０．０２４と０．０４６との間、特に０．０２５と０．０４５との間の範囲に直径を有し、および／または後縁の円は、弦長に対して、０．００９９と０．０２１との間、特に０．０１と０．０２との間の範囲に直径を有している。
【００１９】
圧力側と吸い込み側との間に円が内接され得る。当該円の中心は正中線上にあって、圧力側もしくは吸い込み側に内側から接触している。これらの円のうち最大の円が、最大内接円を形成する。前縁の円もしくは後縁の円は、翼の外形が圧力側と吸い込み側との移行部において、前縁の円もしくは後縁の円の半径と一致する曲率半径を有するように翼の前縁もしくは後縁を規定する。
【００２０】
本発明の第三の態様では、上記の第１および／または第２の態様に対して付加的または代替的に、以下の提案がなされる。すなわち、吸い込み側は、翼の二接線システムにおいて翼前縁から測定した場合、弦長の０．１倍の距離に曲率半径を有し、当該曲率半径が弦長に対して有する比は０．３８と０．４２の間、特に０．３９と０．４１の間の範囲にあり、および／または吸い込み側は軸方向において弦長の０．７５倍の距離に曲率半径を有し、当該曲率半径が弦長に対して有する比は０．８２と０．８６の間、特に０．８３と０．８５の間の範囲にあり、および／または圧力側は、翼の二接線システムにおいて翼前縁から測定した場合、軸方向において弦長の０．１５倍の距離に曲率半径を有し、当該曲率半径が弦長に対して有する比は０．７３と０．７７の間、特に０．７４と０．７６の間の範囲にあり、および／または軸方向において弦長の０．８０倍の距離に曲率半径を有し、当該曲率半径が弦長に対して有する比は０．５４と０．５８の間、特に０．５５と０．５７の間の範囲にある。
【００２１】
第１、第２および／または第三の態様による翼列において、媒体は好適に概ね方向転換されるのみで、有意に加速されないため、圧力は翼列の前と後で比較的小さく減少するだけである。また、圧力側および吸い込み側に沿って逸脱の少ない境界層流および／または比較的大きな向きの変更が好適に実現され得る。すなわち、流体から翼列に伝達される衝撃は増大され得る。それによって流体翼列の効率は高められる。特に、多くの場合、部分流入のみである蒸気タービンの調整段において、圧力が有意に減少せずに向きが変えられることは有利に作用する。さらなる有利点は、本発明に係る翼列が容易に製造可能であり、特に障害となる改造プロセスなしに成形可能なことである。
【００２２】
好適に、翼弦もしくは翼前縁および翼後縁に対する接線は、周方向と、いわゆる食い違い角を成す。当該食い違い角は７３°と８３°の間、特に７４°と８２°の間の範囲にある。この点は従来の食い違い角とは異なり、効率に対して同様に有利な作用を及ぼす。
【００２３】
本発明に係る翼列では好適に、周方向において隣り合う翼の、軸方向に対して平行である吸い込み側の接線間の距離が、弦長に対して有するピッチ比は、０．７０と０．７９の間、特に０．７１と０．７８の間の範囲にあってよい。外形の周方向の延伸がピッチよりも小さい場合は、基底部あるいは台部を菱形にする必要がない。これは製造の際、特に器具や材料の在庫を持ちこたえさせるという点に関して有利に作用する。
【００２４】
小さなピッチ比によって、弦長が同じである場合、翼の数が多くなる。当該弦長は大きくても７０ｍｍ、特に大きくても６３ｍｍである。これによって好適に剛性が向上するだけでなく、剛性が向上することによって、体積流量もより大きくなる。本発明の実施の形態では、翼の数はこのように弦長が同じである場合、およそ２０％増大され得る。
【００２５】
本発明に係る流体機関では、好適に、軸方向に対する翼前縁の入射流の入射角の傾斜をより大きく実施することができる。当該入射角は特に２６°と３８°の間、好ましくは２７°と３７°の間の範囲にあってよい。これによって、流れは好適に、より大きな衝撃を有して翼列の前で処理され得る。本発明に係る翼列によって、特に前縁領域における圧力の頂点が減少する。
【００２６】
さらなる有利点および特徴は従属請求項と、実施の形態に記載されている。図に示すのは以下の通りであり、図は部分的に概略化されている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態による翼列の動翼を示す斜視図である。
【図２】図１に示す動翼を、径方向に対して垂直なＩＩ−ＩＩによる断面で、二接線システムにおける特徴的な翼高さと翼の円によって示す図である。
【図３】図１に示す動翼を、図２に対応する表し方で、特徴的な翼湾曲によって示す図である。
【図４】図１に示す翼列の、周方向において隣接する二つの動翼を、対応する断面において示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、三分された翼脚部を有して成る、本発明の実施の形態による翼列の、形状成形された動翼１を示している。図１には、方向を決定するために、径方向ｒと周方向Ｕと軸方向ａとが定義されている。
【００２９】
図２は、径方向に対して垂直な断面ＩＩ−ＩＩ（図１参照）における、図１に示す動翼の断面図であり、二接線システムにおける特徴的な翼高さと翼の円とによって示している。当該二接線システムの軸は、軸方向もしくは周方向とそれぞれ、以下により詳しく説明する食い違い角βｓを成す。このとき、二接線システムの第１の軸（図２において左から右に向かう）は、動翼１の翼弦５に対して平行、すなわち前縁の円および後縁の円３，４に接する。以下において大きさの記載は二接線システムに関するものである。第２の軸（図２において下から上に向かう）は前縁に対して接線方向にある。図に示されていないさらなる動翼は、寸法において同一である。
【００３０】
動翼１は、回転方向において前の吸い込み側ＳＳ（図１の上方）と、回転方向において後の圧力側ＤＳと、正中線Ｓｋとを有している。当該正中線はどの点のおいても、吸い込み側と圧力側とから等しい距離を有している。すなわち、当該正中線は断面において圧力側と吸い込み側とのちょうど間にある。
【００３１】
翼前縁と翼後縁との間の翼弦５の弦長ｓは、６０ｍｍである。以下に説明する特徴となる翼の円、翼高さおよび翼湾曲は、本発明において、当該弦長によって規定される比率を有しているため、図２および３において弦長ｓは「１」に統一されている。
【００３２】
吸い込み側ＳＳは、二接線システムにおいて測定した場合、断面において翼弦５からの最大高さｆｓｓを有している。当該最大高さの弦長ｓに対する比ｆｓｓ／ｓは、０．５４である。圧力側ＤＳは、断面において最大高さｆＤＳを有している。当該最大高さの弦長ｓに対する比ｆＤＳ／ｓは、０．２０である。正中線Ｓｋは、断面において最大高さｆＳｋを有している。当該最大高さの弦長ｓに対する比ｆＳｋ／ｓは、０．３７である。
【００３３】
【数１】
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【００３４】
吸い込み側ＳＳは、位置Ｘｆｓｓにおいて最大高さｆｓｓを有している。当該位置Ｘｆｓｓは、二接線システムにおいて（図２において左から右に向かう）翼弦５の長手方向において測定した場合、弦長ｓに関して翼前縁から０．４１となる。言い換えれば、比Ｘｆｓｓ／ｓは、０．４１である。圧力側ＤＳは、軸方向における位置ＸｆＤＳにおいて最大高さｆＤＳに到達する。当該位置ＸｆＤＳは、弦長ｓに関して０．５２である。正中線Ｓｋは、軸方向における位置ＸｆＳｋにおいて最大高さｆＳｋ有している。当該位置ＸｆＳｋは、弦長ｓに関して０．４３である。
【００３５】
【数２】
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【００３６】
吸い込み側と圧力側との間に内接する最大円２は、同様に弦長ｓに関して直径Ｄｍａｘ／ｓ、この場合には０．３５を有している。当該最大円の中心は、二接線システムにおける翼弦５の長手方向において、翼前縁からの距離ＸＤｍａｘ／ｓ、この場合には０．３８を有しており、翼弦５からの高さｆｘＤｍａｘ／ｓ、この場合には０．３６を有している。弦長ｓに関して、前縁の円３は、直径Ｄｅ／ｓ、この場合には０．０３５を有しており、後縁の円４は、直径Ｄａ／ｓ、この場合には０．０１５を有している。
【００３７】
【数３】
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【００３８】
図３に示すように、吸い込み側ＳＳは、弦長ｓの０．１倍である、軸方向における距離ＸＲｋＳＳ０．１において、翼弦５の長手方向において、翼前縁から測定した場合、曲率半径ＲｋＳＳ０．１を有している。当該曲率半径の弦長ｓに対する比ＲｋＳＳ０．１／ｓは、０．４０である。弦長ｓの０．７５倍である距離ＸＲｋＳＳ０．７５において、弦長ｓに対する曲率半径ＲｋＳＳ０．７５の比ＲｋＳＳ０．７５／ｓは、０．８４である。
【００３９】
【数４】
0005478617.tif 000005
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【００４０】
圧力側において、弦長ｓの０．１５倍である距離ＸＲｋＤＳ０．１５において、翼弦５の長手方向において翼前縁から測定した場合、曲率半径ＲｋＤＳ０．１５が弦長と形成している比ＲｋＤＳ０．１５／ｓは、０．７５である。曲率半径ＲｋＤＳ０．８０の比ＲｋＤＳ０．８０／ｓは、弦長ｓの０．８０倍である軸方向における距離ＸＲｋＤＳ０．８０において、０．５６である。
【００４１】
【数５】
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【００４２】
翼前縁および翼後縁における翼弦５もしくは接線は、周方向Ｕと食い違い角βｓとを成す。当該食い違い角は、図４に表わすように、７８°である。周方向において隣接する翼の、吸い込み側ＳＳにおける軸に平行な接線同士の距離ｔ（図４を参照）の、弦長ｓに対するピッチ比ｔ／ｓは、０．７４である。
【００４３】
図４において矢印で示されている流れが、周方向に対して成す翼前縁の流入角β１は３２°であり、対応する流出角β２は２５°である。
【符号の説明】
【００４４】
１  動翼
２  最大内接円
３  前縁の円
４  後縁の円
５  翼弦
ＳＳ  吸い込み側
ＤＳ  圧力側
Ｓｋ  正中線
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005478617.tif 000010
【図４】
0005478617.tif 000011