(57)【要約】【課題】外径を小型化し、薄型化して、軽量化することが可能な自転車用ダイナモを提供する。【解決手段】車輪３側に磁石保持部２０が設けられ、ホーク２側に鉄芯保持部２２が設けられ、磁石保持部２０に複数の磁石１９が配置され、鉄芯保持部２２に、コイル４６を巻き付けた複数のコア２１が配置され、磁石１９はハブ軸心方向ＡにおいてＮ極とＳ極とを有し、Ｎ極とＳ極とのいずれか一方の極に第１極片３１が当接し、他方の極に第２極片３２が当接し、第１極片３１は車輪３の径方向Ｂにおける内向きに拡張された第１拡張部３１ｂを有し、第２極片３２は径方向Ｂにおける外向きに拡張された第２拡張部３２ｂを有し、ハブ軸心方向Ａにおいて、コア２１と、第１および第２拡張部３１ｂ，３２ｂとが対向する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪側とホーク側とのいずれか一方に磁石保持部が設けられると共に他方に鉄芯保持部が設けられ、
磁石保持部に、複数の磁石がハブを取り囲むようにして車輪の周方向に配置され、
鉄芯保持部に、コイルを巻き付けた複数のコアがハブを取り囲むようにして車輪の周方向に配置され、
磁石は、ハブ軸心方向における一側面がＮ極とＳ極のいずれか一方の極で、反対の他側面が他方の極であり、
磁石の一側面に第１極片が当接し、
磁石の他側面に第２極片が当接し、
第１極片は磁石との当接部から車輪の径方向における内向きに拡張された第１拡張部を有し、
第２極片は磁石との当接部から車輪の径方向における外向きに拡張された第２拡張部を有し、
第１および第２拡張部はハブ軸心方向における磁石保持部の側面に面し、
ハブ軸心方向において、コアと、第１および第２拡張部とが対向することを特徴とする自転車用ダイナモ。
【請求項２】
第１極片の第１拡張部と第２極片の第２拡張部とは、ハブ軸心に直交する平面内に配置されていることを特徴とする請求項１記載の自転車用ダイナモ。
【請求項３】
磁石保持部は車輪に設けられ、
鉄芯保持部はホーク側に固定され、
第１および第２拡張部はハブ軸心方向における磁石保持部の外側面に面し、
コアは、ハブ軸心方向において、外側方から第１および第２拡張部に対向することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の自転車用ダイナモ。
【請求項４】
鉄芯保持部は、車輪と共に、ハブナットでホーク側に固定されていることを特徴とする請求項３記載の自転車用ダイナモ。
【請求項５】
鉄芯保持部は、ハブ軸心方向において、ホークと重複する位置に配置され、車輪の周方向において、ホークの箇所を除いた所定範囲に形成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の自転車用ダイナモ。
【請求項６】
上記請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の自転車用ダイナモが備えられていることを特徴とする自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライトに電力を供給する自転車用ダイナモ、および、自転車用ダイナモを備えた自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の自転車用ダイナモとしては、例えば、図１２に示すように、自転車の前車輪１０１と前ホーク１０２との間に設けられるダイナモ１０３がある。このダイナモ１０３では、固定側ハウジング１０４がロックナット１０５により車軸１０６に固定され、固定側ハウジング１０４の内側にコイル１０７が配設されている。また、前車輪１０１のスポーク１０８には回転側ハウジング１０９が取付けられ、回転側ハウジング１０９の内部に磁石１１０が設けられている。
【０００３】
コイル１０７は車軸１０６を取り囲むように円環状に形成されている。また、磁石１１０は、Ｎ極とＳ極とが分極着磁された複数の磁石片を、隣接する磁石片との極性が互いに異なるように円環状に固着した多極構造を有しており、コイル１０７の外周側を取り囲むように配置されている。
【０００４】
これによると、前車輪１０１が回転すると、前車輪１０１と共に磁石１１０が固定されたコイル１０７の周囲を回転し、コイル１０７に作用する磁束が変化するので、コイル１０７に電磁誘導による起電力が発生して電流が流れる。
【０００５】
尚、上記のような構成のダイナモ１０３については下記特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１０８４２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来形式では、コイル１０７は、車輪１０１の径方向Ｂにおいて、磁石１１０とハブ１１１の円筒部１１１ａとの間に配置されている。このため、磁石１１０とハブ１１１の円筒部１１１ａとの間のスペース１１３を径方向Ｂにおいて大きく確保する必要があり、磁石１１０の内径１１５が増大し、その分、ダイナモ１０３の外径１１６が増大し、重量軽減が困難になるといった問題がある。
【０００８】
本発明は、外径を小型化して、軽量化することが可能な自転車用ダイナモおよび自転車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本第１発明における自転車用ダイナモは、車輪側とホーク側とのいずれか一方に磁石保持部が設けられると共に他方に鉄芯保持部が設けられ、
磁石保持部に、複数の磁石がハブを取り囲むようにして車輪の周方向に配置され、
鉄芯保持部に、コイルを巻き付けた複数のコアがハブを取り囲むようにして車輪の周方向に配置され、
磁石は、ハブ軸心方向における一側面がＮ極とＳ極のいずれか一方の極で、反対の他側面が他方の極であり、
磁石の一側面に第１極片が当接し、
磁石の他側面に第２極片が当接し、
第１極片は磁石との当接部から車輪の径方向における内向きに拡張された第１拡張部を有し、
第２極片は磁石との当接部から車輪の径方向における外向きに拡張された第２拡張部を有し、
第１および第２拡張部はハブ軸心方向における磁石保持部の側面に面し、
ハブ軸心方向において、コアと、第１および第２拡張部とが対向するものである。
【００１０】
これによると、車輪が回転すると、車輪と共に磁石保持部と鉄芯保持部とのいずれか一方が他方に対して回転し、磁石保持部の磁石と鉄芯保持部のコアとのいずれか一方が他方に対して回転する。回転方向において、磁石の位置とコアの位置とが重複した際、第１および第２拡張部とコアとがハブ軸心方向において対向し、磁石の磁束が、Ｎ極から第１極片を通り、第１極片の第１拡張部からコアを通り、コアから第２極片の第２拡張部を通り、第２極片から磁石のＳ極へ到達する。
【００１１】
また、回転方向において、磁石の位置とコアの位置とがずれた際、磁石の磁束はコアを通らない。このように、車輪の回転に応じて、磁石の磁束がコアを通る状態と通らない状態とが交互に繰り返し発生し、交番磁束となって、コイルに電流が流れ、発電される。
【００１２】
また、第１および第２極片を磁石に当接することにより、コアと磁石とをハブ軸心方向において対向させることができる。これにより、車輪の径方向において、磁石とハブとの間に、コアを配置するためのスペースを確保する必要は無く、ダイナモの外径を小型化して、ダイナモを軽量化することができる。
【００１３】
本第２発明における自転車用ダイナモは、第１極片の第１拡張部と第２極片の第２拡張部とは、ハブ軸心に直交する平面内に配置されているものである。
これによると、ハブ軸心方向における磁石の厚みを薄くすることができるため、磁石保持部の厚さを薄くすることができ、ダイナモをさらに軽量化することができる。
【００１４】
本第３発明における自転車用ダイナモは、磁石保持部は車輪に設けられ、
鉄芯保持部はホーク側に固定され、
第１および第２拡張部はハブ軸心方向における磁石保持部の外側面に面し、
コアは、ハブ軸心方向において、外側方から第１および第２拡張部に対向するものである。
【００１５】
これによると、車輪が回転すると、車輪と共に磁石保持部が鉄芯保持部に対して回転し、磁石がコアに対して回転する。回転方向において、磁石の位置がコアの位置に重複した際、ハブ軸心方向において第１および第２拡張部がコアに対向し、磁石の磁束が、Ｎ極から第１極片を通り、第１極片の第１拡張部からコアを通り、コアから第２極片の第２拡張部を通り、第２極片から磁石のＳ極へ到達する。
【００１６】
また、回転方向において、磁石の位置がコアの位置からずれた際、磁石の磁束はコアを通らない。このように、車輪の回転に応じて、磁石の磁束がコアを通る状態と通らない状態とが交互に繰り返し発生し、交番磁束となって、コイルに電流が流れ、発電される。
【００１７】
本第４発明における自転車用ダイナモは、鉄芯保持部は、車輪と共に、ハブナットでホーク側に固定されているものである。
これによると、車輪をハブナットでホーク側に取付ける際、鉄芯保持部も車輪と共に固定することができるため、鉄芯保持部を容易に取付けることができる。
【００１８】
本第５発明における自転車用ダイナモは、鉄芯保持部は、ハブ軸心方向において、ホークと重複する位置に配置され、車輪の周方向において、ホークの箇所を除いた所定範囲に形成されているものである。
【００１９】
本第６発明は、上記第１発明から第５発明のいずれか１項に記載の自転車用ダイナモが備えられていることを特徴とする自転車である。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように本発明によると、自転車用ダイナモの外径を小型化して、自転車用ダイナモを軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態におけるダイナモを備えた自転車の前車輪の側面図である。
【図２】同、ダイナモの上下方向における断面図である。
【図３】図２におけるＶ−Ｖ矢視図である。
【図４】図２におけるＷ−Ｗ矢視図である。
【図５】同、ダイナモの磁石保持部の磁石カバーを取り外して磁石保持部の内部を示した側面図である。
【図６】図２におけるＸ−Ｘ矢視図である。
【図７】同、ダイナモの磁石保持部の磁石取付盤と磁石カバーとの取付構造を示す一部拡大断面図である。
【図８】図２におけるＹ−Ｙ矢視図である。
【図９】図２におけるＺ−Ｚ矢視図である。
【図１０】同、車輪の径方向における外側から見たダイナモの磁石とコアとの配置を示す模式図である。
【図１１】図１０におけるＸ−Ｘ矢視図である。
【図１２】従来の自転車に備えられたダイナモの上下方向における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、１は自転車であり、前ホーク２（ホークの一例）と、前車輪３（車輪の一例）と、前ホーク２に取り付けられた前照灯４と、前照灯４に電力を供給するダイナモ５等を有している。
【００２３】
前照灯４には光センサーと振動センサーが搭載されており、走行時に周囲が暗くなると、光センサーの検知に基づいて、自動的に前照灯４が点灯するように構成されている。前ホーク２は左右一対のホーク足７を有している。前車輪３は、回転中心部に設けられたハブ９と、ハブ９から放射状に設けられた複数本のスポーク１０と、スポーク１０の外周端に設けられた円環状のリム１１と、リム１１に外嵌されたタイヤ１２とを有している。
【００２４】
図２に示すように、ハブ９は、両端部に鍔１３を備えた円筒状のハブ体１４と、ハブ体１４に挿通されたハブ軸１５とを有している。ハブ体１４は軸受を介して回転自在にハブ軸１５に支持されている。ハブ軸１５は、両端部に螺合されたハブナット１６により、前ホーク２の両ホーク足７の下端部間に取付固定されている。これにより、前車輪３が前ホーク２に回転自在に取付けられる。
【００２５】
図１，図３に示すように、前車輪３と共に、前かご５１を支持するステー５２と泥除け５３を支持するステー５４とが、ハブナット１６により、ホーク足７の下端部に取付固定されている。両ステー５２，５４は、ほぼ鉛直方向と水平方向に設けられて、ほぼ直交している。ホーク足７は両ステー５２，５４間において斜め方向に設けられている。
【００２６】
図２に示すように、ダイナモ５は、複数の磁石１９を保持する磁石保持部２０と、複数のコア２１を保持する鉄芯保持部２２とを有している。磁石保持部２０は前車輪３に設けられている。また、鉄芯保持部２２は、前車輪３と共に、ハブナット１６で前ホーク２側に固定されている。
【００２７】
磁石保持部２０は、円環状の磁石取付盤２５と、磁石取付盤２５に着脱自在に取付けられた磁石カバー２６と、磁石取付盤２５を前車輪３に固定する固定手段２７とを有している。磁石取付盤２５は、例えば樹脂等の非磁性体材料で作成されており、ハブ軸心方向Ａにおける外側方から、前車輪３のスポーク１０に当て付けられている。ハブ９の一端部が磁石取付盤２５の中央の開口部を貫通している。
【００２８】
図２，図６に示すように、磁石取付盤２５の内側面には、磁石取付盤２５を前車輪３の径方向Ｂおよび周方向Ｃに位置決めするための複数の位置決め突部３０が設けられている。これら位置決め突部３０はハブ９の鍔１３を取り囲むようにして一定間隔おきに円周状に配置されており、これにより、磁石取付盤２５が前車輪３の径方向Ｂにおいて位置決めされる。また、位置決め突部３０はＶ字状に交差した２本のスポーク１０に当接しており、これにより、磁石取付盤２５が前車輪３の周方向Ｃにおいて位置決めされる。
【００２９】
図２，図５に示すように、磁石１９はそれぞれ、磁石取付盤２５に形成された凹部２９内に嵌め込まれ、ハブ９の周囲を取り囲むようにして、前車輪３の周方向Ｃに所定間隔おきに円周状に配置されている。また、磁石１９は、ハブ軸心方向Ａにおける外側面（一側面の一例）がＮ極であり、反対の内側面（他側面の一例）がＳ極である。
【００３０】
図２，図５，図７に示すように、各磁石１９の外側面すなわちＮ極には第１極片３１が当接し、各磁石１９の内側面すなわちＳ極には第２極片３２が当接している。各第１極片３１はそれぞれ、磁石１９のＮ極に面接触する第１当接部３１ａと、第１当接部３１ａから前車輪３の径方向Ｂにおける内向きに拡張された第１拡張部３１ｂとを有している。また、各第２極片３２はそれぞれ、磁石１９のＳ極に面接触する第２当接部３２ａと、第２当接部３２ａから前車輪３の径方向Ｂにおける外向きに拡張された第２拡張部３２ｂとを有している。尚、第１および第２極片３１，３２は、磁気を通す材質、例えば鉄等の金属で作成されている。
【００３１】
前車輪３の径方向Ｂにおける磁石１９の外側には、第１極片３１と第２極片３２とが接触しないように第１極片３１と第２極片３２とを隔てるためのリング３３が嵌め込まれている。このリング３３は、例えば銅やアルミニウム或は樹脂等の非磁性体材料で作成され、磁石取付盤２５に嵌め込まれている。
【００３２】
磁石カバー２６は、例えばステンレス等の非磁性体材料で作成されており、外周縁に複数の爪３５を有し、磁石取付盤２５の外側面と内周面と外周面と、磁石１９とを覆っている。図６，図７に示すように、爪３５はハブ軸心方向Ａにおいて磁石取付盤２５の内側面に係合しており、これにより、磁石カバー２６が、磁石取付盤２５から離脱することなく、磁石取付盤２５に取付けられる。
【００３３】
図２，図４に示すように、第１および第２拡張部３１ｂ，３２ｂは、ハブ軸心方向Ａにおける磁石保持部２０の外側面に面しており、磁石カバー２６に形成された複数の開口窓３６から磁石カバー２６の外側方に露出している。尚、図２，図１１に示すように、第１拡張部３１ｂと第２拡張部３２ｂとは、ハブ９の軸心１７に直交する仮想の平面３９内に配置されている。
【００３４】
図２，図６に示すように、固定手段２７は、一箇所が切断された円環状の固定ブラケット３７と、固定ブラケット３７を磁石取付盤２５に締結する複数の固定ねじ３８とを有している。固定ブラケット３７は、磁石取付盤２５との間で、複数のスポーク１０を挟み付けており、これにより、磁石取付盤２５が複数のスポーク１０に取付けられて固定される。
【００３５】
図２，図９に示すように、鉄芯保持部２２は、扇状の鉄芯取付部材４１と、鉄芯取付部材４１に着脱自在に取付けられた鉄芯カバー４２とを有している。鉄芯取付部材４１は、円弧状の内周板４１ａと、円弧状の外周板４１ｂと、内周板４１ａと外周板４１ｂとの間に設けられた扇状の内側板４１ｃとを有している。鉄芯カバー４２は、例えばステンレス等の非磁性体材料で作成されており、複数の固定ねじ４３により鉄芯取付部材４１に取付けられ、鉄芯取付部材４１の外側面を覆っている。
【００３６】
また、鉄芯カバー４２は、その中心部に、内周板４１ａの内側に嵌め込まれる嵌込部４２ａを有している。嵌込部４２ａには貫通孔４４が形成され、ハブ軸１５が貫通孔４４に挿入されている。これにより、鉄芯カバー４２がハブナット１６でホーク足７に固定される。
【００３７】
図２，図８，図９に示すように、複数のコア２１はそれぞれ、鉄芯取付部材４１の内部に収納され、ハブ９を取り囲むようにして、前車輪３の周方向Ｃに所定間隔おきに配置されている。各コア２１にはそれぞれ、コイルボビン４５を介してコイル４６が巻き付けられている。尚、各コア２１のコイル４６同士は直列に接続されている。また、コア２１は、鉄損を軽減して発電効率を高めるために、電磁鋼板を積層して構成されている。
【００３８】
コア２１は、ハブ軸心方向Ａにおいて、外側方から第１および第２拡張部３１ｂ，３２ｂに対向している。尚、図２，図９に示すように、前車輪３の径方向Ｂにおける各コア２１の両端部はそれぞれ、鉄芯取付部材４１の内側板４１ｃに形成された複数の開口窓４９から外部に露出している。コア２１の露出部分２１ａ，２１ｂが第１および第２拡張部３１ｂ，３２ｂに対向する。
【００３９】
図２に示すように、鉄芯保持部２２すなわち鉄芯取付部材４１と鉄芯カバー４２とは、ハブ軸心方向Ａにおいて、前ホーク２の片方のホーク足７と重複する位置に配置され、図３に示すように、前車輪３の周方向Ｃにおいて、片方のホーク足７とステー５２，５４との箇所を除いた約２７０°の所定範囲Ｄに扇状に形成されている。尚、コア２１も、同様に、鉄芯取付部材４１内において、所定範囲Ｄに複数配置されている。
【００４０】
コイル４６の一端は出力端子４７に接続され、他端は鉄芯カバー４２に接触して自転車１の車体にアースされている。出力端子４７はコア２１のコイルボビン４５に取付けられている。出力端子４７と前照灯４とはコード４８を介して電気的に接続されている。
【００４１】
以下、上記構成における作用を説明する。
自転車１を走行させて前車輪３が回転すると、前車輪３と共に磁石保持部２０が鉄芯保持部２２に対して回転し、磁石１９がコア２１に対して回転する。図１０，図１１に示すように、前車輪３の回転方向において、磁石１９の位置がコア２１の位置に重複した際、ハブ軸心方向Ａにおいて第１および第２拡張部３１ｂ，３２ｂがコア２１に対向し、図１１の矢印で示すように、磁石１９の磁束が、Ｎ極から第１極片３１を通り、第１極片３１の第１拡張部３１ｂからコア２１を通り、コア２１から第２極片３２の第２拡張部３２ｂを通り、第２極片３２から磁石１９のＳ極へ到達する。
【００４２】
また、前車輪３の回転方向において、磁石１９の位置がコア２１の位置からずれた際、磁石１９の磁束はコア２１を通らない。このように、前車輪３の回転に応じて、磁石１９の磁束がコア２１を通る状態と通らない状態とが交互に繰り返し発生し、交番磁束となって、コイル４６に電流が流れ、発電される。このようにしてコイル４６に発生した電流は出力端子４７からコード４８を流れて前照灯４に供給され、周囲の明るさに応じて前照灯４が自動的に点灯する。
【００４３】
また、第１および第２極片３１，３２を磁石１９のＮ極およびＳ極に当接することにより、コア２１と磁石１９とをハブ軸心方向Ａにおいて対向させることができる。これにより、図２に示すように、前車輪３の径方向Ｂにおいて、磁石１９とハブ９との間に、コア２１を配置するためのスペースを確保する必要は無く、ダイナモ５の外径Ｅを小型化して、ダイナモ５を軽量化することができる。
【００４４】
また、ハブ軸心方向Ａにおける磁石１９の厚みｔ（図１１参照）を薄くすることができるため、磁石保持部２０の厚さＴ（図２参照）を薄くすることができ、ダイナモ５をさらに軽量化することができる。
【００４５】
また、前車輪３をハブナット１６で前ホーク２のホーク足７に取付ける際、ハブ軸１５を鉄芯カバー４２の貫通孔４４に挿入することにより、鉄芯カバー４２を介して鉄芯保持部２２も前車輪３と共にホーク足７に固定することができるため、鉄芯保持部２２を容易に取付けることができる。
【００４６】
また、図２，図６に示すように、磁石取付盤２５は位置決め突部３０によって前車輪３の径方向Ｂおよび周方向Ｃに位置決めされるため、磁石取付盤２５が前車輪３に対して径方向Ｂおよび周方向Ｃに位置ずれするのを防止することができる。
【００４７】
上記実施の形態では、図２に示すように、磁石１９の外側面をＮ極とし、磁石１９の内側面をＳ極としたが、Ｎ極とＳ極とを反対にしてもよい。また、隣同士の磁石１９のＮ極とＳ極とが交互に入れ替わるように配置してもよい。
【００４８】
上記実施の形態では、第１極片３１の第１拡張部３１ｂを前車輪３の径方向Ｂにおける内向きに拡張し、第２極片３２の第２拡張部３２ｂを前車輪３の径方向Ｂにおける外向きに拡張したが、第１拡張部３１ｂを外向きに拡張し、第２拡張部３２ｂを内向きに拡張してもよい。
【００４９】
上記実施の形態では、磁石保持部２０を前車輪３に設け、鉄芯保持部２２を前ホーク２のホーク足７に設けたが、磁石保持部２０をホーク足７に設け、鉄芯保持部２２を前車輪３に設けてもよい。
【００５０】
上記実施の形態では、磁石保持部２０を前車輪３に設け、鉄芯保持部２２を前ホーク２に設けたが、磁石保持部２０を後車輪に設け、鉄芯保持部２２を後ホークに設けてもよい。或は、磁石保持部２０を後ホークに設け、鉄芯保持部２２を後車輪に設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、ダイナモで発電された電気を前照灯に給電しているが、前照灯以外の電気機器（例えば尾灯等）に給電してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１      自転車
２      前ホーク（ホーク）
３      前車輪（車輪）
５      ダイナモ
９      ハブ
１６    ハブナット
１７    軸心
１９    磁石
２０    磁石保持部
２１    コア
２２    鉄芯保持部
３１    第１極片
３１ｂ  第１拡張部
３２    第２極片
３２ｂ  第２拡張部
３９    平面
４６    コイル
Ａ      ハブ軸心方向
Ｂ      前車輪の径方向
Ｃ      前車輪の周方向
Ｄ      所定範囲
【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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