(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受けプレートと、該軸受けプレートに取り付けられた内側回転軸受けと、前記内側回転軸受けおよび前記軸受けプレートの両方を貫いて突出し、前記軸受けプレートの外側に位置する先端部で終端するクランクシャフトと、電気モータとを含み、該電気モータは、ステータフレームと、該ステータフレーム内に固定的に取り付けられたステータと、前記クランクシャフトに固定的に取り付けられてそれと共に回転可能であり、前記ステータの内部に配置されたロータとを有し、さらに、前記ステータフレーム、前記ステータおよび前記ロータの軸方向外側に配置された外側回転軸受けを含む電気モータ駆動式空気圧縮機の前記クランクシャフトを軸方向に延長して外側回転軸受けに係合できるようにするため、前記クランクシャフトに取り付けられるシャフト延長部であって、
円筒形状の延長部材と、
該延長部材を前記クランクシャフトの前記先端部に連結する連結手段とを含むシャフト延長部。
【請求項２】
前記連結手段は、前記延長部材の長手方向軸線に沿って延在する止まり穴を含む、請求項１記載の電気モータ駆動式空気圧縮機のクランクシャフトに取り付けられるシャフト延長部。
【請求項３】
さらに、前記延長部材に形成されたトルク伝達部分を含む、請求項１記載の電気モータ駆動式空気圧縮機のクランクシャフトに取り付けられるシャフト延長部。
【請求項４】
軸受けプレートと、該軸受けプレートに取り付けられた内側回転軸受けと、該内側軸受けによって回転支持されて前記軸受けプレートを貫通し、前記軸受けプレートの外側に位置する先端部で終端するクランクシャフトと、電気モータとを含み、該電気モータは、ステータフレームと、該ステータフレーム内に固定的に取り付けられたステータと、前記クランクシャフトに固定的に取り付けられてそれと共に回転可能であり、前記ステータの内部に配置されたロータとを有し、さらに、前記ステータフレーム、前記ステータおよび前記ロータの軸方向外側に配置された外側回転軸受けを含む電気モータ駆動式空気圧縮機と組み合わせるための改良型シャフト延長部であって、
円筒形状の延長部材と、
該延長部材を前記クランクシャフトの前記先端部に連結する連結手段とを含む改良型シャフト延長部。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、電気モータによって駆動される空気圧縮機に関する。
【０００２】
特に、本発明は、鉄道車両（例えば、列車または軽便車両）の空気ブレーキシステムに圧縮空気を供給するために使用される、電気モータ駆動式の空気圧縮機に関する。
【０００３】
さらに特定すると、本発明は、ブレーキシステムに圧縮空気を供給し、電気モータによって駆動される空気圧縮機を、空気圧縮機のクランクシャフトの外側端部が「第３」すなわち「外側」軸受けによって支持されるように改良することができるシャフト延長部に関する。十分に後述するように、そのような「第３」すなわち「外側」軸受けを設けて使用することによって、電気モータのロータが電気モータのステータに対して「傾斜する」可能性が大幅に減少する。ロータおよびステータ間のそのような相対的角変位は、電動式空気圧縮機の性能を大幅に低下させ、結合装置の故障を生じることもある。
【０００４】
【関連出願】
本出願は、同日付けで出願した整理番号ＳＡＳ１４６２２の「空気圧縮機駆動用電気モータのステータフレームに取付けられるエンドプレート、電気モータ駆動式空気圧縮機と組合わされる改良型エンドプレート、及び電気モータ駆動式空気圧縮機を後付けするためのキット」、及び、整理番号ＳＡＳ１４６２１の「電気モータ駆動空気圧縮機用の軸受けプレートおよびステータフレーム結合体、電気モータ駆動空気圧縮機と組み合わせる改良型軸受けプレートおよびステータフレーム結合体、及び、電気モータによって駆動される空気圧縮機」と関連している。また、本出願は、平成１３年６月１日付けで出願した特願２００１−１６６７７６号の「電気モータによって駆動される回転シャフト部材を支持する組立体、及び、多シリンダ２段式空気圧縮機と該空気圧縮機の回転シャフト部材を支持する外部取付け組立体との結合体」に開示されている主題、および、平成１３年６月１日付けで出願した特願２００１−１６６７７７号の「モータによって駆動される回転シャフト部材を支持する組立体、及び、多シリンダ２段式空気圧縮機と電気モータによって駆動される回転シャフト部材を支持する外部取付け組立体との結合体」に開示されている主題と同様な主題に関している。上記の米国特許出願の各々は、参照として本出願に明確に援用され、上記の米国特許出願の各々の全文が本明細書に記載されている場合と同じ効果を有する。
【０００５】
【従来の技術】
以下の背景情報は、ここに記載して請求されている発明を読者が理解し易くするためのものである。従って、本説明に使用されている用語は、特記されていなければ、特定の狭い解釈に制限されるものではない。
【０００６】
空気ブレーキシステムの作動用に圧縮空気を供給するために空気圧縮機を使用することは、周知である。鉄道車両においては、空気圧縮機は、一般的に、列車などの機関車に配置されている。従来の列車用空気圧縮機は、機関車のエンジンから動力取り出しリンク機構を介して駆動されることが多かった。より最近のディーゼル機関車は、一般的に、牽引力を供給するために電気モータを用いており、電力を車上で発生している。従って、ディーゼル機関車の空気圧縮機は、一般的に、車上で容易に入手できる電力によって駆動される。
【０００７】
通常は、主圧縮空気溜めが用いられている。主圧縮空気溜めは、圧縮空気を列車の全長に延びた「ブレーキ管」に供給する。空気圧縮機を駆動する電気モータは、一般的に、主圧縮空気溜め内の圧縮空気圧力を所定限界内に維持するために、「必要に応じた」ベースで起動および停止される。このため、電気モータは、装置の運用寿命にわたって起動および停止を繰り返すであろう。
【０００８】
図１は、空気ブレーキシステム、すなわち、ワブテック（Wabtec）・コーポレーション（登録商標）（ペンシルベニア州、ウィルマーディング、エヤー・ブレーキ・アベニュー１００１）のウエスチングハウス・エヤー・ブレーキ・テクノロジーズ・コーポレイション（登録商標）が製造している「３−ＣＤ」空気圧縮機に使用される圧縮空気を供給するために、鉄道産業で広く用いられている空気圧縮機装置の簡略化した斜視図である。「３−ＣＤ」空気圧縮機の詳細は、上記ウエスチングハウス・エヤー・ブレーキ・コンパニー（登録商標）が発行している「『３−ＣＤ』空気圧縮機の分解、修理および組み立ての説明」と題するパンフレット（１９９４年著作権取得）に記載されており、この書類は、本出願に参照として明確に援用され、本明細書に全文が記載されている場合と同様な効果を有する。
【０００９】
図１において、「３−ＣＤ」空気圧縮機は、包括的に参照符号１０で表されている。空気圧縮機１０は、クランクシャフト１２を含み、これは外部電源によって駆動されて、空気圧縮機１０の内部圧縮部品（例えば、ピストン、弁など）を駆動する。クランクシャフト１２は、一般的に、２つの内側回転軸受けによって回転支持されて位置決めされており、そのような内側軸受け１４の一つが図１に点線で示されている。内側軸受け１４は、ほぼキー形の軸受けプレート１６によって支持されて位置決めされており、この軸受けプレート１６は、空気圧縮機１０のクランクケースの一部分を閉鎖する機能も果たしている。クランクシャフト１２が軸受けプレート１６からその先に突出していることが分かるであろう。
【００１０】
図２は、空気圧縮機１０に動力を与えるために、包括的に参照符号１８で表された電気モータを空気圧縮機１０と組み合わせる、これまでのやり方を示している。電気モータは、一般的に、ステータフレーム２０と、ステータ２２と、ロータ２４とを含む。ステータフレーム２０は、従来は、ステータフレーム２０の後面に設けられた内向き突出リップ２８に設けられた穴２６に挿通させたボルト２５によって、軸受けプレート１６の露出面に連結されていた。ボルトは、その後、軸受けプレート１６の外側露出面に設けられた一連のねじ付き止まり穴３０に係合する。従って、ステータフレーム２０は、軸受けプレート１６の露出面から「片持ち式に」支持され、ボルトによって、この位置に固定されている。
【００１１】
ステータフレーム２０は、電気モータ１８の「ハウジング」と見なすことができ、静止ステータ２２および回転ロータ２４を包囲することができる。電気モータ１８は、一般的に誘導型モータであり、多くの場合は、三相交流誘導型モータである。ステータ２２は、一般的に、複数のコイル巻線を含み、ステータフレーム２０の内表面に固定的に取り付けられている。ロータ２４は、クランクシャフト１２の突出部分へ非回転的に係合しており（すなわち、クランクシャフト１２に対して固定的に取り付けられており）、従って、固定ステータ２２によって取り囲まれている。一般的に、ロータ２４は、クランクシャフト１２に圧力嵌めされており、ロータ２４の円筒形内表面に設けられた突出軸方向スプラインが、クランクシャフト１２に設けられた溝と噛み合う。
【００１２】
エンドナット３２を、クランクシャフト１２の外側先端部に設けられたねじ部分３４にねじ付けることによって、ロータ２４をクランクシャフト１２に軸方向に保持することができる。
【００１３】
ステータ２２の内径とロータ２４の外径との寸法差は、比較的小さく、一般的に約１０２／１０００〜１２７／１０００センチ（約４０／１０００〜５０／１０００インチ）程度である。ロータ２４が周囲のステータ２２に対してほぼ中央整合位置に維持されないと、ロータ２４は、ステータ２２と接触するであろう。そのような擦りは、性能を低下させる。重大な場合、ロータ２４がステータ２２と接触することによって、ステータ２２の巻線がショートして、電気モータ１８が「焼き付き」を発生するであろう。
【００１４】
電気モータ１８の起動時に、非対称半径方向力がロータ２４に、従ってクランクシャフト１２に加わることが分かっている。このため、起動時に、ロータ２４をステータ２２に対して「傾斜」させようとする力がロータ２４に加わる。使用していく間に、これらの力によって上記擦りが発生し、最終的に電気モータ１８の上記ショートおよび焼き付きが発生する可能性がある。
【００１５】
上述した特願２００１−１６６７７６号、および、特願２００１−１６６７７７号に、本明細書で「第３」すなわち（代替的に）「外側」軸受けと呼ぶものを装備するための様々な構造が開示されている。そのような第３すなわち外側軸受けは、クランクシャフト１２の外側先端部の追加支持を行い、ステータ２２に対するクランクシャフト１２およびそれに取り付けられたロータ２４の傾斜を相当に防止する（すなわち、少なくとも大幅に減少させる）。
【００１６】
極めて多数の「３−ＣＤ」型空気圧縮機が使用されている。従って、そのような使用中の空気圧縮機にそのような第３すなわち外側軸受けを「後付けする改良」を行うための装置および方法を提供することが望ましい。そのような改良を実施する装置および方法は、本明細書に開示されている。
【００１７】
（最終的にステータ２２の位置を決定する）ステータフレーム２０と（最終的にロータ２４の位置を決定する）クランクシャフト１２との間の整合は、比較的狭い公差にすることが必要であるので、ロータ２４がステータ２２に対して、かなり正確にセンタリングした状態にあるようにするために、軸受けプレート１６の外側露出面およびステータフレーム２０の後面（すなわち、ステータフレーム２０の後面に設けられた内向き突出リップ２８を含む）の両方を、比較的正確な寸法に注意深く機械加工するのが、これまでの当該産業でのやり方であった。
【００１８】
予め分離している軸受けプレート１６およびステータフレーム２２のそのように正確な機械加工は、高コストの処理であり、必ずしも完全には満足できるように実施されない。軸受けプレートおよびステータフレームを別々に必要な上記狭い公差に個別機械加工する必要性をなくすと共に、使用する間に、ロータ２４をステータ２２内に整合させる正確度を大幅に増す軸受けプレートおよびステータフレーム結合体が、本明細書に開示されている。
【００１９】
【発明の目的】
従って、本発明の１つの目的は、既存の電気モータ駆動式空気圧縮機を、空気圧縮機のクランクシャフトの端部が外側回転軸受け内で終端するように改良し、それによってクランクシャフトに相当な構造的支持を与えて、電気モータのロータおよびステータが互いに対して傾斜することによる性能低下または故障が空気圧縮機に生じる可能性を大幅に減少させることができるシャフト延長部を提供することである。
【００２０】
本発明の別の目的は、低コストで製造でき、作動信頼性が高い、そのようなシャフト延長部を提供することである。
【００２１】
上記の目的および利点に加えて、本明細書の詳細な説明を読めば、当該技術分野の専門家には様々な他の目的および利点がさらに容易に明らかになるであろう。それらの他の目的および利点は、詳細な説明を図面および請求項と合わせて考えたとき、特に明らかになるであろう。
【００２２】
【発明の概要】
上記目的および利点は、以下に要約した本発明の様々な実施形態によって達成される。
【００２３】
１つの態様では、本発明は、包括的に、電気モータ駆動式空気圧縮機のクランクシャフトを軸方向に延長して外側回転軸受けに係合できるようにするため、クランクシャフトに取り付けられるシャフト延長部を特徴としている。電気モータ駆動式空気圧縮機は、軸受けプレートと、該軸受けプレートに取り付けられた内側回転軸受けと、内側回転軸受けおよび軸受けプレートの両方を貫いて突出し、軸受けプレートの外側に位置する先端部で終端するクランクシャフトとを含む。空気圧縮機は、さらに電気モータを含み、該電気モータは、ステータフレームと、該ステータフレーム内に固定的に取り付けられたステータと、クランクシャフトに固定的に取り付けられてそれと共に回転可能であり、ステータの内部に配置されたロータとを有する。空気圧縮機は、さらに、ステータフレーム、ステータおよびロータの軸方向外側に配置された外側回転軸受けを含む。シャフト延長部は、円筒形状の延長部材と、該延長部材をクランクシャフトの先端部に連結する連結機構とを含む。
【００２４】
別の態様では、本発明は、包括的に、電気モータ駆動式空気圧縮機と組み合わせる改良型シャフト延長部を特徴としている。空気圧縮機は、軸受けプレートと、該軸受けプレートに取り付けられた内側回転軸受けと、該内側回転軸受けによって回転支持されて軸受けプレートを貫通し、軸受けプレートの外側に位置する先端部で終端するクランクシャフトとを含む。空気圧縮機は、さらに、ステータフレームと、該ステータフレーム内に固定的に取り付けられたステータと、クランクシャフトに固定的に取り付けられてそれと共に回転可能であり、ステータの内部に配置されたロータとを有する電気モータを含む。空気圧縮機は、さらに、ステータフレーム、ステータおよびロータの軸方向外側に配置された外側回転軸受けを含む。改良型シャフト延長部は、円筒形状の延長部材と、該延長部材をクランクシャフトの先端部に連結する連結機構とを含む。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図３を参照するに、空気圧縮機１０に第３すなわち外側軸受けを後付けするための装置（すなわち「キット」）は、包括的に、エンドプレート３６とシャフト延長部３８とを含む。ステータフレーム２０は、空気圧縮機１０の軸受けプレート１６の外側露出面から適当な手段によって片持ち式に支持されている。例えば、ステータフレーム２０の後（すなわち、内側）面に形成されて内向きに延出した半径方向リップ２８に設けられた穴２６に挿通されるボルト２５を使用することによって、ステータフレーム２０を軸受けプレート１６に固定することができ、ボルト２５は、軸受けプレート１６に形成されたねじ付き止まり穴３０内で終端をなしている。
【００２６】
エンドプレート３６は、第３すなわち外側軸受け４２用の取り付け部となる軸受けハウジング４０を含む。ステータ２２は、ステータフレーム２０に固定的に取り付けられており、ロータ２４は、例えば上記のような従来方法で、クランクシャフト１２に固定的に取り付けられている。
【００２７】
シャフト延長部３８は、ほぼ円筒形であり、クランクシャフト１２の先端部にねじ付けられるねじ付き止まり穴４４を有する。このため、シャフト延長部によって、シャフト１２は、その先端部を第３すなわち外側軸受け４２内に回転可能に取り付けて、それによって位置決めすることができる長さに延長される。
【００２８】
エンドプレート３６は、一連の貫通穴４６を備えており、対応する一連のラグ４８が、ステータフレーム２０の軸方向外側の周縁部に取り付けられるように設けられている。対応する一連のボルト５０が穴４６に挿通されてラグ４８に螺着されており、それによってエンドプレート３６をステータフレーム２０に対して固定的に位置決めすることができる。従って、第３すなわち外側軸受け４２は、ステータフレーム２０に対して、ひいては軸受けプレート１６に対して固定的に位置決めされる。
【００２９】
図３に関連して以上に説明した装置は、図２に示されている構造に取り付けられたとき、クランクシャフト１２の先端部用の外側回転軸受け支持部を与えることによって、ロータ２４がステータ２２に対して傾斜する傾向が大幅に減少する。
【００３０】
次に図４および図５を参照すると、これらに詳細に示されているエンドプレート３６は、包括的に、好ましくは、ディスク形部分５２の形で与えられるキャップ部材と、ディスク形部分５２の周縁部から軸方向に突出した外側リム５４と、外側リム５４から半径方向内側に間隔を置いて設けられた内側フランジ５６とを含む。内側フランジ５６は、ステータフレーム２０の軸方向外側縁部と密接するように適当に機械加工されている。例えば、嵌め合い階段状表面を対応表面の各々に機械加工してもよい。貫通穴４６は、好ましくは、ほぼ外側リム５４および内側フランジ５６間に位置する支柱５８内に設けられている。軸受けハウジング４０は、好ましくは、ディスク形部分５２から内向きに突出したカラー６０の形で設けられており、好ましくは、これに補強リブ６２および通気開口６４が設けられている。
【００３１】
次に図６を参照するに、シャフト延長部３８は、ほぼ円筒形であり、好ましくは、クランクシャフト１２のねじ付き部分３４に対してねじって着脱させるために、それにトルクを加えることができるようにする工具係合部分６６（例えば、向き合った平坦部すなわち六角頭）を備えている。前述したように、止まり穴４４には、雌ねじ６８を設けるなどによって内側にねじが付けられている。
【００３２】
図７は、包括的に参照符号７０で示される軸受けプレートおよびステータフレーム結合体を空気圧縮機１０内に使用した例を示している。クランクシャフト１２の先端部を回転支持するために、軸受けプレートおよびステータフレーム結合体７０をエンドプレート３６および第３すなわち外側軸受け４２と組み合わせて使用することは必須ではないが、これは好適な組み合わせである。しかし、軸受けプレートおよびステータフレーム結合体７０を単独で使用することもでき、その場合でも、軸受けプレートおよびステータフレームを個別に必要な狭い公差に機械加工する必要がないという利点が得られるであろう。
【００３３】
軸受けプレートおよびステータフレーム結合体７０を用いるとき、図７に参照符号７２で示されているように、クランクシャフト１２に当該業界で現在使用されている長さより延長した追加延長部を設けることが好ましい。従って、一般的に、単一鋳造品として製造されるクランクシャフト１２は、好ましくは、軸受けプレートおよびステータフレーム結合体７０を用いるときには、延長した長さにする。しかし、図７にオプションとして示されているように、図６に具体的に示されているシャフト延長部３８を使用してクランクシャフト１２の長さを延長する場合、軸受けプレートおよびステータフレーム結合体７０を従来の長さのクランクシャフト１２に使用することもできる。
【００３４】
好ましくは、軸受けプレートおよびステータフレーム結合体７０は、単一鋳造品として製造されてから、空気圧縮機１０に連結するために、またエンドプレート３６および他の構成部材を取り付けるために必要な公差に機械加工される。
【００３５】
次に、特に図８および図９を参照するに、軸受けプレートおよびステータフレーム結合体７０は、包括的に、円筒形あるいはボウル形のステータフレーム部分７４と、軸受けプレート部分７６とを含む。ボウル形ステータフレーム部分７４は、円筒形壁部分７８を含み、それの一端部８０がステータ２２を収容できるように開放されており、端部壁８２が円筒形壁部分７８の他端部を部分的に包囲している。軸受けプレート部分７６は、端部壁８２に当接して重なり、それと一体成形されている。端部壁８２に開口８４が形成されて、好ましくは、突出カラー８８の形で設けられた軸受け収容部分８６によって取り囲まれている。軸受けプレート部分７６は、好ましくは、開口８４および軸受け収容部分８６の両方を取り囲む馬蹄形部分９０と、この馬蹄形部分９０から半径方向外向きに延出したくさび形部分９２とを含む。
【００３６】
ラグ４８が、開放端部８０に隣接した位置で円筒形壁部分７８から半径方向に延出して、ボルト５０を使用してエンドプレート３６を軸受けプレートおよびステータフレーム結合体７０に固定できるようにしている。
【００３７】
軸受けプレートおよびステータフレーム結合体７０は、空気圧縮機１０の従来の軸受けプレート１６が通常、収容されている場所である、図７に参照符号９４で示されている開放空間に嵌まる寸法である。空気圧縮機１０の従来の内側軸受け１４は、軸受けプレートおよびステータフレーム結合体７０の内側面に形成された軸受け収容部分８６内に取り付けられる。
【００３８】
以上に本発明を多くの特に好適な実施形態の説明によって開示してきたが、請求項に記載されている本発明の精神すなわち範囲のいずれからも逸脱することなく同等物の様々な代用を行うことができることは、当該技術分野の専門家には容易に明らかになるであろう。それゆえ、本発明は、添付の請求項だけでなく、下記の項目に記載の概念も、その保護の対象とすることができる。
（１）  前記延長部材は、前記長軸に関して軸方向にほぼ対称的である、請求項６記載の空気圧縮機と組み合わせる改良型シャフト延長部。
（２）  前記連結手段は、前記延長部材の前記長軸に沿って延在する止まり穴を含む、請求項６記載の空気圧縮機と組み合わせる改良型シャフト延長部。
（３）  前記延長部材は、ほぼ円筒形周縁部分を含む、請求項６記載の空気圧縮機と組み合わせる改良型シャフト延長部。
（４）  さらに、前記延長部材に形成されたトルク伝達部分を含む、請求項６記載の空気圧縮機と組み合わせる改良型シャフト延長部。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本明細書に記載されている型式の「３−ＣＤ」型空気圧縮機の簡略斜視図である。
【図２】  当該業界でこれまで使用されていた実際に従った電気モータを装備した「３−ＣＤ」型空気圧縮機の分解斜視図である。
【図３】  電気モータを装備すると共に、第３すなわち外側軸受けを設けた「３−ＣＤ」型空気圧縮機の分解斜視図である。
【図４】  エンドプレートの斜視図である。
【図５】  図４のエンドプレートを逆の平面から見た斜視図である。
【図６】  シャフト延長部分の斜視図である。
【図７】  電気モータを装備すると共に、第３すなわち外側軸受けを設けた、軸受けプレートおよびステータフレーム結合体を有する「３−ＣＤ」型空気圧縮機の分解斜視図である。
【図８】  軸受けプレートおよびステータフレーム結合体の斜視図である。
【図９】  図８の軸受けプレートおよびステータフレーム結合体を逆の平面から見た斜視図である。
【符号の説明】
１０…空気圧縮機、１２…クランクシャフト、１４…内側軸受け、１６…軸受けプレート、１８…電気モータ、２０…ステータフレーム、２２…ステータ、２４…ロータ、２５…ボルト、２６…穴、２８…内向き突出リップ（半径方向リップ）、３０…ねじ付き止まり穴、３２…エンドナット、３４…ねじ部分、３６…エンドプレート、３８…シャフト延長部、４０…軸受けハウジング、４２…第３軸受け（外側軸受け）、４４…ねじ付き止まり穴、４６…貫通穴、４８…ラグ、５０…ボルト、５２…ディスク形部分、５４…外側リム、５６…内側フランジ、５８…支柱、６０…カラー、６２…補強リブ、６４…通気開口、６６…工具係合部分、７０…軸受けプレートおよびステータフレーム結合体、７２…追加延長部、７４…ボウル形ステータフレーム部分（円筒形ステータフレーム部分）、７６…軸受けプレート部分、７８…円筒形壁部分、８０…一端部、８２…端部壁、８４…開口、８６…軸受け収容部分、８８…突出カラー、９０…馬蹄形部分、９２…くさび形部分、９４…開放空間。
【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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