(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略四角形状の断面を有するブラシを挿通状態に保持する筒状のブラシ保持部と前記ブラシの先端が整流子に摺接するように前記ブラシ保持部を電動機のフレームに固定するフレーム固定部を熱硬化性樹脂で一体成形し、前記ブラシ保持部の内壁における前記ブラシの４つの側面に対向する部位にそれぞれブラシ保持部の長手方向に貫通する冷却用の空隙が形成されたブラシホルダを備えたことを特徴とする電動機。
【請求項２】
略四角形状の断面を有するブラシを挿通状態に保持する筒状のブラシ保持部と前記ブラシの先端が整流子に摺接するように前記ブラシ保持部を電動機のフレームに固定するフレーム固定部を熱硬化性樹脂で一体成形し、前記ブラシ保持部の内壁における前記ブラシの４つの側面に対向する部位にそれぞれブラシ保持部の長手方向に貫通する冷却用の空隙が形成され、前記ブラシ保持部の整流子側一端の４箇所には前記空隙とそれぞれ連通する通風用のスリットが、ブラシ保持部の長さ寸法の２０％以内で幅寸法の５０％以内に設定されて設けられているブラシホルダを備えたことを特徴とする電動機。
【請求項３】
略四角形状の断面を有するブラシを挿通状態に保持する筒状のブラシ保持部と前記ブラシの先端が整流子に摺接するように前記ブラシ保持部を電動機のフレームに固定するフレーム固定部を熱硬化性樹脂で一体成形し、前記ブラシ保持部の内壁における前記ブラシの４つの側面に対向する部位にそれぞれブラシ保持部の長手方向に貫通する冷却用の空隙が形成され、前記ブラシ保持部の側面の４箇所には前記空隙とそれぞれ連通する通風用の孔が、ブラシ保持部の面積の５％以上の穴面積に設定されて形成されているブラシホルダを備えたことを特徴とする電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気掃除機及び電動工具等の回転機器に搭載される電動機のブラシホルダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、例えば実開昭５４−５７０９号公報に示されるように、電動機の整流子に通電するブラシは、高速回転する整流子の表面との摩擦および電流のスパークによって発熱するため、このブラシを保持するブラシホルダは、熱変形を考慮して耐熱性のある金属製の枠体を絶縁性の支持部に固定して使用するものが知られている。ここで、図２４は従来のブラシホルダの分解斜視図である。２１は金属製の枠体であり、上部に絶縁性支持部２２に固定するためのかしめ爪２３が形成されている。一方、絶縁性支持部２２にもこのかしめ爪２３に適合するかしめ孔２４が形成されている。また、絶縁性支持部２２の内壁２５に金属製の枠体２１を挿入すると、この金属製の枠体２１は内壁２５に設けられた係止段部２６に係止する。このとき、かしめ爪２３を折り曲げてかしめ孔２４にかしめることで、金属製の枠体２１と絶縁性支持部２２が固定される。ここで、この絶縁性支持部２２のかしめ孔２４と係止段部２６は略同一高さに形成されている。
【０００３】
上記構成を有しているため、ブラシと絶縁性支持部２２は直接接することはなく、また、絶縁性支持部２２が高温になって熱変形を生じた場合であっても、金属の枠体２１と絶縁性支持部２２との固定位置は略同一高さであり、熱変形による位置ずれが起こらず、ブラシの摺動特性に悪影響を及ぼすことがないような工夫がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のブラシホルダは金属製の枠体と絶縁性の支持部の２部品で構成されていたため、製造工程のバラツキ等により金属製の枠体と絶縁性支持部の直角度にどうしてもずれが生じてしまい、整流子電動機の給電を行なうブラシと整流子の摺動に悪影響を与えていた。特に、整流改善のために整流子と接触するブラシの先端部分を整流子のＲ形状に沿う形で成形している場合には、直角度の面当たりずれが少しでもあると整流不良がおき易く、これが原因による真空度不足及び火花不良によるブラシの寿命が劣化するといった問題点があった。一方、ブラシホルダを金属製の枠体を設けずに、合成樹脂で一体成形した場合にはブラシと接触するホルダ部分の温度が高くなり、熱変形を起こす可能性があるという問題もあった。
【０００５】
この発明は、前述のような問題点を解決するためになされたもので、ブラシホルダを合成樹脂等で一体成形することで直角度のずれの問題を解消して生産性を向上させ、ブラシを保持する部分の形状を工夫してブラシを冷却させることによって、ブラシホルダの温度も低下させ、熱変形を起こさずにブラシの摺動特性の優れたブラシホルダを備えた電動機を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、略四角形状の断面を有するブラシを挿通状態に保持する筒状のブラシ保持部と前記ブラシの先端が整流子に摺接するように前記ブラシ保持部を電動機のフレームに固定するフレーム固定部を熱硬化性樹脂で一体成形し、前記ブラシ保持部の内壁における前記ブラシの４つの側面に対向する部位にそれぞれブラシ保持部の長手方向に貫通する冷却用の空隙が形成されたブラシホルダを備えたものである。
【０００７】
また、本発明は、略四角形状の断面を有するブラシを挿通状態に保持する筒状のブラシ保持部と前記ブラシの先端が整流子に摺接するように前記ブラシ保持部を電動機のフレームに固定するフレーム固定部を熱硬化性樹脂で一体成形し、前記ブラシ保持部の内壁における前記ブラシの４つの側面に対向する部位にそれぞれブラシ保持部の長手方向に貫通する冷却用の空隙が形成され、前記ブラシ保持部の整流子側一端の４箇所には前記空隙とそれぞれ連通する通風用のスリットが、ブラシ保持部の長さ寸法の２０％以内で幅寸法の５０％以内に設定されて設けられているブラシホルダを備えたものである。
【０００８】
また、本発明は、略四角形状の断面を有するブラシを挿通状態に保持する筒状のブラシ保持部と前記ブラシの先端が整流子に摺接するように前記ブラシ保持部を電動機のフレームに固定するフレーム固定部を熱硬化性樹脂で一体成形し、前記ブラシ保持部の内壁における前記ブラシの４つの側面に対向する部位にそれぞれブラシ保持部の長手方向に貫通する冷却用の空隙が形成され、前記ブラシ保持部の側面の４箇所には前記空隙とそれぞれ連通する通風用の孔が、ブラシ保持部の面積の５％以上の穴面積に設定されて形成されているブラシホルダを備えたことを特徴とする電動機。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係わる電動機の断面図、図２はこの電動機のカーボンブラシ及びブラシホルダの上面図、図３はこの電動機のカーボンブラシ及びブラシホルダの側面図である。
【００１１】
図１〜３において、１は電動機の外殻をなすフレームで、回転子２と固定子３と整流子４がこの電動機のフレーム１内に設けられている。５は略四角柱のカーボンブラシであり、高速回転する整流子４の表面と接触して整流子４に通電するため先端はＲ形状に形成されている。６はカーボンブラシ５を保持するブラシホルダであり、整流子４の左右に２つ設けられている。このブラシホルダ６は、内部にカーボンブラシを挿入する挿入口を有するブラシ保持部７と、このブラシ保持部７をフレーム１に支持・固定するフレーム固定部８とから構成される。このブラシ保持部７とフレーム固定部８は、ともに熱硬化性樹脂、例えばフェノール系樹脂で一体成形されている。
【００１２】
図４は図３で示されたブラシホルダのIII−III断面図である。ここで、９はブラシ保持部７のカーボンブラシを直接保持する内壁である。この挿入口の形状は、カーボンブラシ５の４つ角を支持する支持部９ａと、カーボンブラシ５とブラシ保持部７との間の空隙を形成する凹部９ｂ及び円弧部９ｃと、から形成されている。従って、このブラシ保持部内壁９に略四角柱のカーボンブラシ５を挿入すると、カーボンブラシ５の側面に凹部９ｂまたは円弧部９ｃの各空隙が生じる。
【００１３】
この空隙は、図４に示すような凹形状と円弧状の組み合わせに限られず、図５・６に示すように円弧状の組み合わせや凹形状同士の組み合わせ、その他のものでも良い。また、凹部９ｂとカーボンブラシ５との距離及び円弧部９ｃの頂点とカーボンブラシ５との距離は、大きければ大きいほど冷却効果は大きいが、ブラシ支持部７の強度面から０．５（ｍｍ）〜５（ｍｍ）の間で設定するのが望ましい。
また、図７に示すように空隙を形成する凹部９ｂ及び円弧部９ｃはブラシホルダ６の長手方向を貫通して空気流が流れるようになっている。即ち、図７のＣ方向からブラシホルダ６を見た図（図８）に示す凹部９ｂ及び円弧部９ｃから形成される穴より風が流出する。
【００１４】
ここで、ブラシホルダ６を成形する樹脂材料の熱時強度（曲げ強さ）に関して以下に述べる。熱可塑性樹脂のＰＰＳ（ガラス４０％入り）、ＰＥＴ（ガラス４５％入り）、ＰＢＴ（ガラス３０％入り）などでは、常温で曲げ強さが２００〜２５０（Ｍｐａ）で曲げ弾性率が１００００〜１４０００（Ｍｐａ）であるが、２５０℃では曲げ強さが０（Ｍｐａ）で曲げ弾性率が２０００（Ｍｐａ）まで低下する。一方、熱硬化性フェノール系樹脂は、常温で曲げ強さが１８０〜１９０（Ｍｐａ）で曲げ弾性率が１８０００（Ｍｐａ）であるが、２５０℃では曲げ強さが１００（Ｍｐａ）で曲げ弾性率が１２０００〜１４０００（Ｍｐａ）を維持している。
また、高温域（２００℃）における寸法変化においても、熱可塑性樹脂の場合短時間で−０．２％〜−０．６％と変化するが、熱硬化性フェノール系樹脂の場合には５００〜６００時間で−０．１％、１０００時間で−０．２％と安定しており、反りについても同様の傾向を示している。従って、ブラシホルダ６には熱硬化性のフェノール系樹脂を用いるのが望ましい。
【００１５】
次に、前述の様に構成された実施の形態１におけるブラシホルダの作用について説明する。例えば、電気掃除機用電動機に使用された場合、電動機の始動によりカーボンブラシ５を経由して整流子４に給電されるため、カーボンブラシ５の温度が摩擦等によって上昇する。特に、このカーボンブラシ５の先端からアークが発生すると、その温度は更に上昇して２００℃を超えることがある。しかし、本実施の形態においてはブラシ保持部７にカーボンブラシ５との間に空隙が設けられているためカーボンブラシ５及びブラシ保持部７を冷却することができる。
【００１６】
即ち、ブラシ保持部内壁９に形成された凹部９ｂと円弧部９ｃの空隙には、ブロワーから吸引した風が図１中のＡから矢印の方向に従ってフレーム１の通風口を通過してＢの方向に流れるため、ブロワ−排出風がカーボンブラシ５とブラシ保持部７の間の空隙に入りこみ、カーボンブラシ５を冷却する作用を有している。また、この冷却作用によってカーボンブラシ５の熱抵抗を減らすことができるため、抵抗損失も低減する。
【００１７】
図９は空隙を設けた場合と設けない場合のカーボンブラシ５の温度分布図である。図９において、縦軸は温度（℃）で横軸は本発明のブラシホルダを電動送風機に配置した場合の送風機の風量である。ここで、○は従来のブラシホルダの金属製の枠体の温度分布を示したものである。これに対し●及び△はブラシホルダ６をフェノール系樹脂で一体成形したもので、●は空隙を設けない場合のブラシ保持部７の温度分布、△は空隙を設けた本実施の形態に係わるブラシ保持部７の温度分布である。これより、空隙を設けたことによる冷却効果によって、ブラシ保持部７の温度が約１０℃程度低下することがわかる。
【００１８】
また、このブラシ保持部７は熱硬化性のフェノール系樹脂で成形されているため、曲げ強さや曲げ弾性率においても十分な強度を維持することができ、高温域（２００℃）における寸法変化においても、５００〜６００時間で−０．１％、１０００時間で−０．２％となる。また、この程度の寸法変化があった場合においても、このブラシ保持部７とフレーム固定部８は一体成形されているため、ブラシ保持部７とフレーム固定部８との間での位置ずれが生じず、整流子４とカーボンブラシ５との摺動特性に影響を与えることはない。
【００１９】
本実施の形態では、略四角形状の断面を有するカーボンブラシ５の４つの側面に対向して冷却用の空隙を設けているが、本発明はこれに限られるものではなく、ブラシ保持部７の強度及びカーボンブラシ５の保持力等の関係上、図１０の様にカーボンブラシ５の２つの側面に対向して空隙を設けたものでも良い。
【００２０】
また、本実施の形態では、風は図１中のＡから矢印の方向に従ってフレーム１の通風口を通過してＢの方向に流れるため、ブロワ−で攪拌された暖かい排出風がカーボンブラシ５とブラシ保持部７の間の空隙に流れ込むようになっているが、本発明はこれに限られるものではなく、特別な送風手段等を設けて図１中のＢからＡの方向に風を流しても良い。この場合は、ブロワ−排出風よりも冷たい空気（自然風）がカーボンブラシ５とブラシ保持部７の間の空隙に流れ込むので、よりカーボンブラシ５及びブラシ保持部７を冷却することができる。
【００２１】
実施の形態２．
図１１〜１３は図３で示したブラシホルダの他のIII−III断面図である。図１１〜１３において９ｄは凹凸溝、９ｅは波形溝、９ｆは三角溝である。従って、実施の形態１で説明したよりも、よりブラシ保持部７とカーボンブラシ５との接触面が多いため、カーボンブラシ５を冷却する効果は減少するが、カーボンブラシ５の保持をより確実にすることができる。従って、ブラシホルダ６が配置される電動機の用途等によって、カーボンブラシ５の保持性能と冷却作用のバランスを考えて、ブラシホルダ６に形成される空隙の形状を溝形に変更することもできる。
【００２２】
実施の形態３．
図１４はこの電動機のカーボンブラシ及びブラシホルダの上面図、図１５はこの電動機のカーボンブラシ及びブラシホルダの側面図、図１６〜１８は図１５で示したブラシホルダのIII−III断面図である。図１４〜図１８において、実施形態１と同一の符号は同一又は相当部分を示す。
図１４，１５において、１０はブラシ保持部７の側面に長手方向に向かって形成されたスリットであり、ブラシ保持部７の側面の２箇所または４箇所設けられており、その寸法はブラシ保持部７の強度を一定以上保っておくために、ブラシ保持部７の長さ寸法の２０％以内で幅寸法の５０％以内に設定されている。
【００２３】
本実施の形態では、スリット１０からブラシ保持部７内（図１４，１５の矢印方向）にブロワ−排出風を流入させ、ブラシ保持部７内の空隙９ｂ，９ｃを通過させることができる。従って、カーボンブラシ５に直接ブロワ−排出風を当てることができるとともに、ブロワ−排出風の流入開口面積が大きくなることでよりカーボンブラシ５にブロワ−排出風を流すことができ、カーボンブラシ５の冷却効果も一層高まり、ブラシホルダ６のブラシ保持部７の温度もより低下させることができる。
更に、このスリット１０はブラシ保持部内壁９の空隙と連通するように形成されているため、カーボンブラシ５の支持・固定に影響を与えることもなく、整流子４とカーボンブラシ５との摺動特性に悪影響を及ぼさない。
【００２４】
実施の形態４．
図１９はこの電動機のカーボンブラシ及びブラシホルダの上面図、図２０はこの電動機のカーボンブラシ及びブラシホルダの側面図、図２１〜２３は図２０で示したブラシホルダのIII−III断面図である。図１９〜図２３において、実施形態１と同一の符号は同一又は相当部分を示す。
【００２５】
図１９，２０において１１はブロワ−排出風を流入させる流入口で、ブラシ保持部内壁９に貫通している。また、図２１〜２３に示すように、この流入口は２箇所又は４箇所、ブラシ保持部内壁９の空隙にそれぞれ対応して形成されている。更に、この穴面積は、ブラシ保持部７の面積の５％以上であるため、十分にブロワ−排出風を流入させることができる。
実施の形態３では、スリット１０からブラシ保持部７内にブロワ−排出風を流入させているが、本実施の形態ではスリット１０ではなくブラシ保持器７の側面及び上下面に穴を空けて、そこからブロワ−排出風を流入させるものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上の発明から明らかなように本発明に係わる電動機は、略四角形状の断面を有するブラシを挿通状態に保持する筒状のブラシ保持部と前記ブラシの先端が整流子に摺接するように前記ブラシ保持部を電動機のフレームに固定するフレーム固定部を熱硬化性樹脂で一体成形し、前記ブラシ保持部の内壁における前記ブラシの４つの側面に対向する部位にそれぞれブラシ保持部の長手方向に貫通する冷却用の空隙が形成されたブラシホルダを備えたものである。この結果、生産時に生じる直角度のずれを防止して生産性を向上させ、各空隙を通過する空気流によってブラシ及びブラシ保持部を冷却でき、熱変形を起こさずにブラシの摺動特性が優れた電動機を提供することができる。特に、ブラシ保持部とフレーム固定部を熱硬化性樹脂で一体成形しているので、高温域においてもブラシホルダの曲げ強さや曲げ弾性率を維持することができ、かつ寸法変化や反りを小さく抑えることができる電動機を提供することができる。
【００２７】
また、本発明に係わる電動機は、略四角形状の断面を有するブラシを挿通状態に保持する筒状のブラシ保持部と前記ブラシの先端が整流子に摺接するように前記ブラシ保持部を電動機のフレームに固定するフレーム固定部を熱硬化性樹脂で一体成形し、前記ブラシ保持部の内壁における前記ブラシの４つの側面に対向する部位にそれぞれブラシ保持部の長手方向に貫通する冷却用の空隙が形成され、前記ブラシ保持部の整流子側一端の４箇所には前記空隙とそれぞれ連通する通風用のスリットが、ブラシ保持部の長さ寸法の２０％以内で幅寸法の５０％以内に設定されて設けられているブラシホルダを備えたものである。この結果、生産時に生じる直角度のずれを防止して生産性を向上させ、各スリットから流入して各空隙を通過する空気流によってブラシ及びブラシ保持部を冷却でき、熱変形を起こさずにブラシの摺動特性が優れた電動機を提供することができる。特に、ブラシ保持部とフレーム固定部を熱硬化性樹脂で一体成形するとともに、スリットの大きさを、ブラシ保持部の長さ寸法の２０％以内で幅寸法の５０％以内に抑えているので、ブラシの支持・固定に影響を与えることがなく、高温域においてもブラシホルダの曲げ強さや曲げ弾性率を維持することができ、かつ寸法変化や反りを小さく抑えることができる電動機を提供することができる。
【００２８】
また、本発明に係わる電動機は、略四角形状の断面を有するブラシを挿通状態に保持する筒状のブラシ保持部と前記ブラシの先端が整流子に摺接するように前記ブラシ保持部を電動機のフレームに固定するフレーム固定部を熱硬化性樹脂で一体成形し、前記ブラシ保持部の内壁における前記ブラシの４つの側面に対向する部位にそれぞれブラシ保持部の長手方向に貫通する冷却用の空隙が形成され、前記ブラシ保持部の側面の４箇所には前記空隙とそれぞれ連通する通風用の孔が、ブラシ保持部の面積の５％以上の穴面積に設定されて形成されているブラシホルダを備えたものである。この結果、生産時に生じる直角度のずれを防止して生産性を向上させ、各孔から流入して各空隙を通過する空気流によってブラシ及びブラシ保持部を冷却でき、熱変形を起こさずにブラシの摺動特性が優れた電動機を提供することができる。特に、ブラシ保持部とフレーム固定部を熱硬化性樹脂で一体成形するとともに、通風用の孔の大きさを、ブラシ保持部の面積の５％以上に設定しているので、空隙内に十分に空気流を流入させることができるとともに、高温域においてもブラシホルダの曲げ強さや曲げ弾性率を維持することができ、かつ寸法変化や反りを小さく抑えることができる電動機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施形態１の構成を示す電動機の構成を示す断面図である。
【図２】  この発明の実施形態１の構成を示す電動機のブラシホルダの上面図である。
【図３】  この発明の実施形態１の構成を示す電動機のブラシホルダの側面図である。
【図４】  この発明の実施形態１の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図３のIII−III線に沿う）である。
【図５】  この発明の実施形態１の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図３のIII−III線に沿う）である。
【図６】  この発明の実施形態１の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図３のIII−III線に沿う）である。
【図７】  この発明の実施形態１の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図２のII−II線に沿う）である。
【図８】  この発明の実施形態１の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの背面図である。
【図９】  カーボンブラシとブラシ保持部の間に空隙がある場合とない場合のブラシ保持部の温度分布図である。
【図１０】  この発明の実施形態１の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図３のIII−III線に沿う）である。
【図１１】  この発明の実施形態２の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図３のIII−III線に沿う）である。
【図１２】  この発明の実施形態２の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図３のIII−III線に沿う）である。
【図１３】  この発明の実施形態２の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図３のIII−III線に沿う）である。
【図１４】  この発明の実施形態３の構成を示す電動機のブラシホルダの上面図である。
【図１５】  この発明の実施形態３の構成を示す電動機のブラシホルダの側面図である。
【図１６】  この発明の実施形態３の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図１５のIII−III線に沿う）である。
【図１７】  この発明の実施形態３の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図１５のIII−III線に沿う）である。
【図１８】  この発明の実施形態３の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図１５のIII−III線に沿う）である。
【図１９】  この発明の実施形態４の構成を示す電動機のブラシホルダの上面図である。
【図２０】  この発明の実施形態４の構成を示す電動機のブラシホルダの側面図である。
【図２１】  この発明の実施形態４の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図２０のIII−III線に沿う）である。
【図２２】  この発明の実施形態４の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図２０のIII−III線に沿う）である。
【図２３】  この発明の実施形態４の構成を示すカーボンブラシが挿入されたブラシホルダの断面図（図２０のIII−III線に沿う）である。
【図２４】  従来のブラシホルダの分解斜視図である。
【符号の説明】
１  電動機のフレーム、  ２  回転子、  ３  固定子、  ４  整流子、  ５  カーボンブラシ、  ６  ブラシホルダ、  ７  ブラシ保持部、  ８  フレーム固定部、  ９  ブラシ保持部内壁、  ９ａ  固定部、  ９ｂ  凹部、  ９ｃ  円弧部、  ９ｄ  凹凸溝部、  ９ｅ  波形溝部、  ９ｆ  三角溝部、  １０  スリット、  １１  流入口、  ２１  金属製の枠体、  ２２  絶縁性支持部、  ２３  かしめ爪、  ２４  かしめ孔、  ２５  ブラシ保持部内壁、  ２６  係止段部。
【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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【図２１】
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【図２２】
0003711484.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
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