(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽歯車と、遊星腕に回動可能に取り付けられ、前記太陽歯車と歯合する複数の遊星歯車と、前記複数の遊星歯車と歯合するリング歯車とを有する遊星歯車列であって、前記太陽歯車と、遊星歯車と、リング歯車とは、それぞれがやまば歯車であり、前記太陽歯車と、前記遊星腕と、前記リング歯車のうちの少なくとも２つが中心軸を中心として回動可能にされている遊星歯車列の潤滑システムにおいて、
前記遊星腕に対して静止しているとともに、前記遊星歯車のそれぞれの対の中間の周方向位置に配設され、かつ、前記歯車列へと新たなオイルを供給するためのオイル供給用導管と、
前記リング歯車のそれぞれの歯車端面に隣接し、かつ、それぞれの歯車端面の軸方向外側にあるとともに、前記中心軸に対して静止している使用済みオイルを受けるオイル収集用チャネルと、
前記それぞれのチャネルから延び、かつ、使用済みオイルを導入するための入り口を有する少なくとも一つの吐出通路と、
を有しており、かつ、
前記遊星腕に対して静止し、かつ、対となったそれぞれの遊星歯車の中間の周方向位置に配設されているとともに、前記遊星腕の複数の内側面の間に軸方向に延びた複数のバッフルを有しており、それぞれのバッフルの径方向外側端は、軸方向に延びていて、遊星腕に入り込んだ溝を形成しており、使用済みオイルを径方向、かつ、軸方向外側に向かって流して、複数の前記オイル収集チャネルへと吐出させていることを特徴とする潤滑システム。
【請求項２】
前記オイル供給用導管は、スプレーバーであることを特徴とする請求項１に記載の潤滑システム。
【請求項３】
回動する歯車の歯によって形成されるそれぞれの頂点は、歯車の回転方向の進行方向にある残りの歯の方向に進行して、それぞれの歯車の歯合部内にあるオイルを軸方向外側へと押し出すようになっていることを特徴とする請求項１に記載の潤滑システム。
【請求項４】
回動する歯車によって形成されるそれぞれの頂点は、前記歯車の回動方向後方にある歯の部分へと戻されるようにされ、歯車の歯合部内のオイルが、軸方向内側に押し出されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の潤滑システム。
【請求項５】
前記太陽歯車と、前記遊星歯車と、前記リング歯車とは、連続やまば歯車であることを特徴とする請求項３に記載の潤滑システム。
【請求項６】
前記太陽歯車と、前記遊星歯車と、前記リング歯車とは、不連続やまば歯車であることを特徴とする請求項４に記載の潤滑システム。
【請求項７】
太陽歯車と、遊星腕に回動可能に取り付けられ、前記太陽歯車と歯合する複数の遊星歯車と、前記複数の遊星歯車と歯合するリング歯車と、を有する遊星歯車列であって、前記太陽歯車と前記遊星腕と、前記リング歯車のうちの少なくとも２つが中心軸を中心として回動可能にされているとともに、前記太陽歯車と、前記遊星歯車と、前記リング歯車とは、それぞれがやまば歯車である遊星歯車列において、潤滑システムは、
前記やまば歯車は、互いに回動して、前記各回動可能な歯車の上記歯部によって形成されるそれぞれの頂点が、歯車が回動して行く方向にある残りの歯に沿って前方に進行して、それぞれの歯車歯合部内のオイルを軸方向外側に押し出すようになっており、
前記遊星腕に対して静止しているとともに、前記遊星歯車のそれぞれの対の中間の周方向位置に配設され、かつ、前記歯車列へと新たなオイルを供給するためのオイル供給用スプレーバーと、
前記リング歯車のそれぞれの歯車端面に隣接し、かつ、それぞれの歯車端面の軸方向外側にあるとともに、前記中心軸に対して静止して使用済みオイルを受けるオイル収集用チャネルと、
前記それぞれのチャネルから延び、かつ、使用済みオイルを導入するための入り口を有する少なくとも一つの吐出通路と、
対となったそれぞれの遊星歯車の中間の周方向位置に配設されているとともに、前記遊星腕に対して静止したバッフルと、を有しており、
それぞれのバッフルの径方向内側端は、隣接した前記スプレーバーのうちの一つから周方向に離間しているとともに、前記複数のバッフルは、前記遊星腕の前記複数の内側面の間において軸方向に延びており、それぞれのバッフルの径方向外側端は、軸方向に延びた溝を形成していて、この溝は、前記遊星腕に入り込んでいて、使用済みオイルを径方向かつ、軸方向外側に向けて前記オイル収集チャネル内に流すようになっていることを特徴とする潤滑システム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、遊星歯車列に関するものであり、より詳細には、消費した潤滑剤を迅速、かつ、効果的に補給することを特徴とする改善された潤滑システムに関するものである。本発明は、高い出力変換効率が重要な、航空機用エンジンに特に有効に利用できる。
背景技術
遊星歯車列には、オイルといった好適な潤滑剤が供給されていて、摩擦を低減させ、かつ、歯車の歯や、ベアリング表面や、互いに相対的に接触する他の面を摩耗しないようにしている。上記潤滑剤は、また、上記歯車列から熱を取り去る伝導媒体となっている。
典型的な従来の歯車列では、上記オイルが消費されると、すなわち、潤滑され、上記歯車列が冷却されると、上記オイルは、重力によって上記歯車列の底にある溜めに排出されていた。上記溜めに集められたオイルは、再使用するべく上記潤滑システムの冷却器と、フィルタと、脱気装置とを通して循環される。
使用済みオイルを、この様に受動的に集めるのは、上記歯車列からオイルを迅速に除去するには都合が良くない。上記ギアシステムに残留している使用済みオイルは、上記それぞれの面に対して流体的に抵抗を与え、かつ、ウインデージを増加させてしまうことになるとともに、上記歯合部に再度侵入して、ギアの歯によってかき回されることになる。これによって、余分で、かつ、大きな出力損失が生じるとともに、上記消費オイルを迅速に取り除く場合に比較して、オイル温度が高くなる。さらに、使用済みオイルは、上記歯車列から取り除かれるまでは、冷却されず、かつ、上記潤滑システムにおいて熱交換媒体として使用されつづけることになるため、上記ギアシステムに消費したオイルが滞留すると、上記オイルの熱交換効率を低下させることになる。
上記歯車列がオイルを蓄積するため、上記潤滑システムは、上記システムから上記オイルが迅速に取り除き、かつ、再循環する場合に比べて大量のオイルを含有しなければならない。このことは、重量とコンパクトさが重要視される航空機への応用では、不都合を生じていた。
従って、上記従来の受動型の使用オイル除去方法、すなわち溜めにドレインする方法では、余計な出力損失を生じさせてしまい、熱交換を非効率とし、かつ、上記潤滑システムを好ましくない重量と、大きさと、にしてしまっていた。これまで概説したように、上記使用済みオイルを迅速に取り除いて、余計な出力損失を低減し、かつ、熱交換を向上させることのできるオイル補給システムが望まれていた。
発明の開示
本発明によれば、やまば歯車（ヘリンボーン歯車;herringbone gear teeth）の歯を有する遊星歯車列に新たなオイルを供給するため、オイル供給は、導管を通じて行われるようになっている。上記歯車列を冷却し、かつ、上記ギア歯を潤滑した使用済みオイルは、上記歯車列から上記やまば歯車の軸方向へのポンプ作用を利用して、上記歯車列からの使用済みオイル排出通路を有しているオイル収集チャネルへと軸方向強制的に上記使用済みオイルを、排出させるようになっている。
本発明の上記オイル供給用導管は、上記対となった複数の遊星歯車を取り囲むように、それらの中間部に配設されている。各導管は、新たなオイルを、太陽歯車と、遊星歯車のうちの一つと、に向かってスプレーしている。上記オイルのうちの一部は、上記ギアから跳ね返されてしまうが、上記オイルは、そのほとんどが上記遊星歯車と、リング歯車との間の歯合部の他、上記太陽歯車と、それを取り囲んでいる遊星歯車の歯合部とに供給されることになる。上記オイルがそれぞれのギア歯を潤滑、かつ、冷却した後、上記オイルは、上記歯合部から、実質的に接線方向の速度をもって排出される。
本発明は、やまば歯車を使用しているが、これらのやまば歯車は、その動作がスムーズなことでも良く知られている。やまば歯車は、また、上記ギアの端面に向かって軸方向へと、又は、上記歯車の中心面に向かって内側へと、すべての歯合部内にあるオイルを、歯車の回転方向に応じて押し出すことができる。好適な実施例では、オイルをギアの回転方向に応じた、軸方向に向けて押し出すという、この独特の押し出し特性の利点を使用している。従って、上記歯車の歯合部から排出されたオイルは、接線方向の速度成分を有するとともに、軸方向外側への速度成分をも有する。上記軸方向外向きの速度成分は、上記オイルを、周方向に延びたオイル収集チャネルへと向かわせるようになっている。また、このチャネルは、上記リング歯車の上記端面の軸方向外側に配設されている。少なくとも上記使用済みオイルはその一部が、上記オイル収集チャネルへと流れて行く。このオイル収集チャネルは、少なくとも一つの排出通路を有しており、この排出通路は、上記オイルを上記潤滑システムのフィルタと熱交換器と、脱気装置と、に導くようになっている。
複数のバッフルは、それぞれが対となった複数の遊星歯車の中間部に配設されており、それぞれの遊星歯車／太陽歯車の歯合部から排出されたオイルが余分な出力損失を生じさせないよう、互いに跳ね返されて、隣接する遊星歯車に影響を与えないようにしている。それぞれのバッフルは、軸方向に延びた収集部を有していて、これらの収集部は、オイル収集チャネルへと流れてきた上記回収されたオイルを、軸方向外側へと向かわせるようになっている。上記オイル補給用導管は、コンパクト化のため、上記複数のバッフルの径方向内側端に一体化されている。
本発明の別実施例では、上記複数の歯車は、２重はすば歯車（バイヘリカルギア;bihelical gear）になっていて、上記歯合部から排出される前に、上記歯合部間のオイルが、左ネジが切られたギア歯と、右ネジが切られたギア歯との間のギャップ内で軸方向内側に向けて押し出すようにされている。上記オイルは、複数の上記オイル収集チャネルから軸方向に離れる向きに押しやられるため、上記配置では、上記した遊星歯車間の複数のバッフルと、複数の溝とによる効果が上記軸方向外側に向かって押し出すような実施例よりもさらに重要となっている。上述した好適な実施例では、上記複数の溝は、上記オイルを軸方向外側に向け直すようになっているとともに、上記複数のバッフルは、隣接した遊星歯車から排出されたオイルからそれぞれの遊星歯車をシールドするようになっている。
上述した構成と、本発明の実施及びその効果は、図面と、詳細な説明と、によってより詳細に後述する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の上記潤滑システムを有する遊星歯車列の前面から見た断面立面図である。
図２は、２−２に沿って上記遊星歯車列を断面として、図１の通常では見えない領域を示した立面図であり、上記太陽歯車と、上記遊星歯車との一部が示されているとともに、上記断面の面外に出た上記ギア歯については断面とせずにそのまま示している。
図３は、本発明による上記太陽歯車と、遊星歯車列のうちの選択した複数の歯車と、を示した簡略化した断面図であり、一つの太陽歯車／遊星歯車歯合部から排出されるオイルのフローパターンを示している。
発明の最良の実施態様
図１〜図３に示すように、遊星歯車列６は、典型的な遊星歯車列であり、これらの上記歯車は、単に機械的出力を伝達するようにされている。この遊星歯車列６は、長軸12を中心として回転する太陽歯車８を有している。上記太陽歯車は、複数の遊星歯車、例えば10aと歯合していて、上記遊星歯車10aはそれぞれが、遊星遊星腕14にジャーナルピン16によって回動可能に取り付けられている。リング歯車18は、また、複数の上記遊星歯車と歯合している。上記リング歯車は、機械的に、例えば複数のスプライン20によって、回動しないリング歯車ハウジング22に静止している。また、上記リング歯車は、中心軸に対して静止している。典型的には、一つ以上のリング歯車と、太陽歯車と、遊星歯車とは、上記軸に垂直な面に沿って２つの部分に分けられており、歯車列が脱着自在とされている。
入力シャフト23は、上記太陽歯車に、複数のスプライン24や、その他の連結手段によって連結されている。上記シャフトは、ガスタービンエンジン等の回転運動源（図示せず）によって駆動されていて、上記太陽歯車を回動させている。上記太陽歯車の回転は、複数の上記遊星歯車をそれぞれのジャーナルピンを中心として回動させる。上記リング歯車が、静止していることから、複数の上記遊星歯車は、上記太陽歯車を公転して、上記遊星腕をそれぞれの中心軸を中心として回動させる（符号25で示す）。上記遊星腕の運動は、上記歯車列の出力運動となっており、これが、上記歯車列からシャフトやその他の好適な機械的な組み合わせによって伝達されるようになっているが、これらについては、本発明には関連しないので、図示してはいない。
本発明によれば、複数のオイル供給導管は、供給源（図示せず）から、上記ギアシステム部品へとオイルを供給するようになっている。複数の通路30は、オイルを複数のスプレーバー32といった軸方向に延びたオイル供給用導管（その一部を途中で切り取って示している）へと供給するようになっている。これらのオイル供給用導管は、それぞれ対となった複数の遊星歯車の中間部にあって周方向に配置されているとともに、上記太陽歯車と上記遊星歯車のそれぞれの歯に向けてオイル34、36をスプレーするようになっている。上記複数のスプレーバーは、上記遊星腕に対して静止している。別の複数の通路38は、上記複数のジャーナルピンの内側にオイルを供給している。通路40、42は、それぞれのピンの内側に設けられており、これらは、上記オイルを上記ピンの外側周辺へと導いて、上記ピンの外面44と、それに対応した遊星歯車のボア46を潤滑するようになっている。
周方向に延びたオイル収集チャネル56は、それぞれのリング歯車端面に近接し、かつ、軸方向外側に位置決めされている。上記チャネルは、上記中心軸に対して静止しており、各チャネルは、径方向内側に向いたオイル収集面58と、内側側壁59と、外側側壁60とを有している。少なくとも一つの吐出通路62は、各チャネルから延びており、上記収集されたオイルを、複数の上記オイルシステムクーラーと、複数の上記フィルタと、複数の上記脱気装置と、に通すようになっている。それぞれの吐出通路の端部のインレット64は、オイルを受け取るようになっている。このオイルは、上記吐出通路内に、実質的な接線方向の速度成分をもって上記歯車歯合部から排出されたものである。上記複数の側壁60を図２の鎖線により示されている延長部61のように延長して、上記複数の側壁59と、60と、上記収集面58と、上記遊星遊星腕14と、が略環状のチャンバを形成して上記オイルをいっそう良好に保持するようにすることも効果的である。これとは別に、オイルの封じ込めは、図２の別の鎖線で示されるように、それぞれの側壁60から軸方向に向かって延びたカバー66を設けることによっても改善することができる。
本発明は、また、それぞれ対となった遊星歯車の中間部に位置決めされた複数のバッフル80を有しており、これらのバッフルは、それぞれの遊星歯車を、それらに隣接する太陽歯車／遊星歯車の歯合部から飛び出すオイルや、上記太陽歯車から跳ね返るオイルからシールドして、これらのオイルを径方向外側にガイドするようになっている。上記複数のバッフルは、上記遊星腕に対して静止しており、複数の上記遊星腕の内側面68の間において軸方向に向かって延びている。オイル収集用の溝82は、それぞれのバッフルの径方向外側にあり、上記使用済みオイルを集めるようになっている。上記溝は、複数の上記遊星腕壁内部に入り込んでおり、各溝の双方の端部において、それらの排出部84が、上記収集チャネルにオイルを吐出するようになっている。図２に最も良く示されているが、上記溝の面94は、その軸方向に沿って傾いている部分のある面を有していることが好ましく、これらの面は上記中心軸12から、上記溝への径方向の距離が、上記中心面90からの軸方向の距離が増加するとともに、増加するようになっている。このような配置とすることで、上記溝内のオイルは上記複数の吐出口84に向かって流れ易くされているとともに、遊星腕の回転に応じて大きな接線方向速度をもって上記収集チャネルへと排出されることになる。
各バッフルの上記径方向内側端は、隣接するスプレーバーから遊星腕の回転する方向に、周方向に離間していて、上記太陽歯車から跳ね返ったオイルが、径方向外側に十分な時間が得られるようにして移動し、上記バッフルで捕らえられるようになっており、上記バッフルの径方向内側に通過してしまって、上記太陽歯車とそれに隣接する遊星歯車に達しないようになっていることが好ましい。
本発明のギア８と、10と、18とは、連続やまば歯車、又は不連続やまば歯車でも良い。やまば歯車は、共通の軸状に横並びに位置決めされた互いに反対向きに切られているはすば歯車の対である。連続やまば歯車では、互いに反対回りに切られた歯は、上記歯車の軸に対して斜めにされており、上記歯車の中心面で頂点を形成するようになっている。不連続やまば歯車は、より普通には２重はすば歯車として知られており、これは、互いに反対向きに切られた歯が中央部において、それぞれ対応する右ネジの切られた歯と、左ネジが切られた歯との間に、ギャップ86のように僅かなギャップを形成するようになったものである。従って、２重はすば歯車は、真の頂点を形成するのではなく、図２に示すような仮想的な頂点、例えば88を形成する。
２つの歯合するやまば歯車の歯の間に形成される接触ラインは、上記歯の側面に沿って進行し、上記歯合部内の上記オイルの多くは、上記接触ラインの進行方向に向かって押し向けられる、すなわち搬送されることになる。やまば歯車が回動して、それぞれの歯の頂点が歯車の回動する方向前部にある残りの歯の方向へと進行すると、上記ギア歯合部内のオイルは、軸方向に外側に押し出される。逆に、歯車の回転が上記歯の残りの部分の反対側に向かってそれぞれの歯の頂点が戻ってゆく場合には、上記歯車の歯合部内のオイルは、軸方向内側へと押し戻されることになる。本発明は、やまば歯車を使用しているので、このポンプ特性を、迅速なオイル補給を確実に行わせるために活用できる。本発明の好適な実施例では、上記それぞれの歯車は、連続やまば歯車又は、不連続やまば歯車のいずれを使用する場合であっても、オイルが軸方向外側に向かって押し出されるようにされる。
上記太陽歯車、又は、上記リング歯車のいずれかが上記長手方向軸に垂直な中央面90に沿って２つの部分に分かれるようになっているので、それらを上記遊星歯車と、遊星腕とで完全な歯車列を形成するように組み合わすことができる。どの歯車を分離するかというという選択は、少なくとも部分的には、軸方向ポンプ動作の方向によって決定されるが、これは、この方向に応じて、上記ギアに対して軸方向に原動力が加えられるようになるためである。上記好適な実施例である軸方向外側へ向かって押し出す配置では、反動力は、上記リング歯車に対して軸方向外側に向かって加えられる。この力は、上記リング歯車を右と左に分離するように作用し、また、上記太陽歯車に対しては、軸方向内側に向かい、かつ、それぞれを左右から挟み込むような力を加える。従って、上記リング歯車は、上記分離力に最も抵抗するように一つの部品とされ、また、上記太陽歯車は、上記挟み込む力が２つの部品を互いに安定化させるため、２つの部品8aと8bとに分離されている。
上記オイル補給システムの運転は、オイルの流れ、34と、36と、を調べることによって理解することができるが、このオイルは、遊星歯車10aと10bと（図１）の間に配設された上記スプレーバーによって導入される。上記太陽歯車の歯にスプレーされる上記オイル34のうちのある部分は、歯から跳ね返されたり上記バッフル80に捕らえられ、跳ね返ったオイルが当たったり、隣接した遊星歯車10bによってかき回されてオイルが跳ね返されるのを防止して、余分な出力低下が防止されている。オイル34の残りの部分は、上記太陽歯車と遊星歯車10bとの間に輸送され、上記歯車の歯によって軸方向へと外側に向かって押し出される。この様にして、図３に最も良く示されるように、上記歯が歯合部からでてくると、使用済みオイル34´は、歯上の凹凸部から接線方向（上記太陽歯車と遊星歯車とに相対的に）への速度をもって、上記歯車と上記遊星腕の回転方向に応じて、上記遊星腕25の回転方向へと排出される。その際の軸方向速度は、上記歯合する歯車の歯の軸方向への押し出しにより与えられるものである。上記押し出し作用が、上記オイルのほとんどを軸方向外側に向かって押し出すため、上記排出されたオイルは、上記歯車の軸方向長さに向かっては不均一に分布しており、排出されるオイルは、上記歯車端面近傍により多くの存在し、かつ、上記中心面90近傍にはより少なく分布することになる。従って、上記排出された多くのオイルは、上記遊星腕と、上記遊星歯車との間の空間92へと流れ、その後上記収集チャネル56内へと流れて行く。上記排出されたオイルの残りは上記バッフルによって捕捉されることになる。上記バッフルは、上記太陽歯車からのオイルの跳ね返りを防止するほか、上記排出されたオイルが、上記遊星歯車10bの上記歯によってかき回されて飛散するのを防止するようになっている。上記排出されたオイルは、上記遊星歯車に対して大きな接線方向の速度を有しているとともに、上記回動している遊星腕と、バッフルと、に対しては径方向の速度成分を有している。従って、上記オイルは、上記バッフルに沿って径方向外側に向かって上記収集溝82へと流れて行くことになる。
遊星歯車10aにスプレーされるオイル36は、上記遊星歯車によって、上記リング歯車の歯合部に輸送される。上記遊星歯車を通過した後にオイルは排出され、歯合部から出てくるリング歯車は、歯合する歯車の歯による押し出し効果のために、軸方向に向かう速度を有しているとともに、上記遊星腕の回転により、遊星腕の回転する方向に向かった接線方向の速度を有している。この結果、上記オイルは、上記収集チャネル56へと向かって軸方向外側、かつ、上記吐出通路62の開口64に向かって接線方向に排出される。
オイルは、また、複数の上記面44と、遊星歯車の上記ボアの面46と、に供給されているとともに、それぞれのジャーナルピンの周方向外側に供給されている。上記オイルは、加圧下で供給されているので、ギアの回転方向に拘わらず、複数の面44と46との間にある環状部を通して軸方向外側に流れる。上記オイルは、このオイルが、上記太陽歯車／遊星歯車歯合部から排出されるのと同様に、それぞれの遊星歯車の端面に吐出され、さらに、上記遊星腕に対して径方向外側に向かって、上記オイル収集チャネルへと流れる。別の実施例では、歯車の回転する方向は、これまで説明してきたものとは逆となっており、上記ギア歯合部内のオイルは、軸方向内側に向かって押し出される。複数の上記歯車は、２重はすば歯車とされており、上記複数の歯の間のギャップ86に向けてオイルを流している。上記した好適な実施例では、オイルは上記歯車の歯合部から接線方向の速度と軸方向の速度との双方をもって排出されるが、この場合の軸方向の速度成分は、上記中心面と内側とに向いている。従って、上記内側へと押し出す実施例を効率よく運転するためには、遊星歯車間の複数のバッフルと溝とを利用することがよりいっそう必要であり、これらによって、上記収集チャネルに向けて軸方向外側にオイルを跳ね返すとともに、回転方向の隣接した歯車から排出されるオイルから、それぞれの遊星歯車を遮蔽している。加えて、上記複数の歯車による軸方向の押し出し動作による反動力は、上記太陽歯車を軸方向外側に向かって押し出すようにしており、また、上記リング歯車を軸方向内側に向かって押しているため、一体となった太陽歯車と、分離したリング歯車とを使用することができる。
上記内向きに押し出す配置では、使用済みオイルが、上記ギャップ86の間に蓄積され、上記歯合部からの使用済みオイルの排出が妨害されるために、上記外側押し出し配置ほどには余分な出力損失を低減させることはできない。さらに、上記遊星歯車の間のバッフルと溝とは、内向き押し出し配列のためには、より必須とされるので、重量、価格、複雑さといった特徴的な点においての利点は少ない。
本発明は、入力のための太陽歯車と、出力のための遊星遊星腕と、非回転のリング歯車とを有する遊星歯車列との関連において説明を加えてきたが、当然のことながら、上記太陽歯車以外が入力歯車とされ、出力歯車が上記遊星歯車以外の歯車列であっても動作する。
上記オイル供給用導管は、上記したように、上記スプレーバーと一体に、あるいは上記スプレーバーと上記バッフルとの双方と一体として形成することができる。上記一体型バッフル／導管配置は、遊星歯車間の間隔に制限があるような場合に好適に利用されるものの、この配置は、上記太陽歯車から跳ね返されるオイルを捕捉するには向いていない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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