(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を１スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、隣接した前記コイル部同士の一方の端部は前記スロットと共有した回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士が均圧線で電気的に接続された回転電機のアマチュア。
【請求項２】
シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を１スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、隣接した前記コイル部間の空スロットの数が不均一である回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士が均圧線で電気的に接続された回転電機のアマチュア。
【請求項３】
シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を１スロットずつずらして前記コアの周方向に複数回周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、各前記コイル部の前記導線の巻回数が最初の周回とその後の後続周回とでは異なる回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士は均圧線で電気的に接続された回転電機のアマチュア。
【請求項４】
最初の周回のコイル部の導線の巻回数が後続周回のコイル部の導線の巻回数よりも少ない請求項３に記載の回転電機のアマチュア。
【請求項５】
最初の周回のコイル部の導線の巻回数が後続周回のコイル部の導線の巻回数よりも多い請求項３に記載の回転電機のアマチュア。
【請求項６】
シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を１スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子と、複数の同電位であるべき前記セグメント同士が電気的に接続された均圧線とを備えた回転電機のアマチュアの製造方法であって、前記スロットの数に対して割り切れない数の巻線装置のノズルから同時に前記導線を前記コアに供給して巻回する回転電機のアマチュアの製造方法。
【請求項７】
スロット数は２２であり、ノズル数は４である請求項６に記載の回転電機のアマチュアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば隣接したコイル部同士の一方の端部がスロットを共有した回転電機のアマチュア及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来のモータのアマチュア１の側面図であり、このアマチュア１は極数が４極の固定子（図示せず）の内部に回転自在に設けられている。アマチュア１は、モータ軸２と、このモータ軸２に固着されているとともに軸線方向に延びたスロット４を有するコア３と、このコア３にエナメルが被覆された導線５が巻回されて構成されたコイル６と、コア３の片側でモータ軸２に固着された整流子８とを備えている。
【０００３】
整流子８は２１個のセグメント１１と、セグメント１１を互いに電気的に絶縁した絶縁片１０と、各セグメント１１に突設され導線５と電気的に接続されたフック１２とを有している。
【０００４】
図１１はコア３の正面図であり、コア３は周方向に等分間隔で２１箇所のスロット４が形成されているとともに、スロット４間にはティース９が設けられている。コイル６は導線５を所謂重ね巻でコア３に巻回されて構成されている。
【０００５】
図１２ないし図１４はコア３に重ね巻方式で導線５が巻回された状態を説明する説明図である。
図１２はコア３に導線５を巻回する巻線装置のノズル（図示せず）から同時に導線５が供給され、第１Ａのコイル部３０、第１Ｂのコイル部３１、第１Ｃのコイル部３２がそれぞれ同時に形成されたときの図である。第１Ａのコイル部３０は、第１のノズルから供給された導線５が４個のスロット４を飛び越えてティースＮｏ．２のティース９とティースＮｏ．６のティース９との間を例えば十数回巻回して形成される。第１Ｂのコイル部３１は、第２のノズルから供給された導線５が４個のスロット４を飛び越えてティースＮｏ．９のティース９とティースＮｏ．１３のティース９との間を十数回巻回して形成される。第１Ｃのコイル部３２は、第３のノズルから供給された導線５が４個のスロット４を飛び越えてティースＮｏ．１６のティース９とティースＮｏ．２０のティース９との間を十数回巻回して形成される。
【０００６】
図１３は巻線装置のノズル（図示せず）から引き続き導線５が供給され、フック１２に係止された後さらに第２Ａのコイル部３６、第２Ｂのコイル部３７、第２Ｃのコイル部３８がそれぞれ形成されたときの図である。
【０００７】
図１４はコア３のティース９間に導線５の巻回が完了したときの図であり、第１のノズルから供給された導線５によりさらに第３Ａのコイル部４２、第４Ａのコイル部４５、第５Ａのコイル部４８、第６Ａのコイル部５１、第７Ａのコイル部５４が連続的に形成される。また、第２のノズルから供給された導線５によりさらに第３Ｂのコイル部４３、第４Ｂのコイル部４６、第５Ｂのコイル部４９、第６Ｂのコイル部５２、第７Ｂのコイル部５５が連続的に形成される。
【０００８】
上記のモータでは、セグメント１１に当接するブラシ（図示せず）を介して外部から電流をコイル６に供給することにより、アマチュア１は電磁作用によりモータ軸２を中心に回転する。なお、アマチュア１がどの回転位置でもアマチュア１に一定方向の回転力が働くように、ブラシに当接するセグメント１１は順次切り替えられて、コイル６に流れる電流方向は切り替えられている。
【０００９】
上述した従来のアマチュア１では、スロット４の総数が２１であり、それに対してノズルの数は３本であり、スロット４の総数はノズルの数で割り切れうようになっており、各コイル部では均一に導線５が巻回され、隣接したコイル部間ではインピーダンスは略同じである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えばトルク値を上げるためにスロット数を２１から２２に増加させ、このコアに４本のノズルを用いて導線を巻回しようとしたときには、図１６に示すように、隣接したコイル部同士の一方の端部はスロットを共有していることになる。
【００１１】
図１６は、図１５に示すように９８．２°と８１．８°との２種類の回動角度を有する巻線装置の４本のノズル（図示せず）から同時に導線がコアに供給され、第１Ａのコイル部１０８、第１Ｂのコイル部１０９、第１Ｃのコイル部１１０及び第１Ｄのコイル部１１１がそれぞれ同時に形成されたときの図である。
【００１２】
図１６の第１Ａのコイル部１０８は、第１のノズルから供給された導線が４個のスロット１０２を飛び越えてティースＮｏ．４のティース１０７とティースＮｏ．２２のティース１０７との間を例えば十数回巻回して形成される。第１Ｂのコイル部１０９は、第２のノズルから供給された導線が４個のスロット１０２を飛び越えてティースＮｏ．５のティース１０７とティースＮｏ．９のティース１０７との間を十数回巻回して形成される。第１Ｃのコイル部１１０は、第３のノズルから供給された導線が４個のスロット１０２を飛び越えてティースＮｏ．１１のティース１０７とティースＮｏ．１５のティース１０７との間を十数回巻回して形成される。第１Ｄのコイル部１１１は、第４のノズルから供給された導線が４個のスロット１０２を飛び越えてティースＮｏ．１６のティース１０７とティースＮｏ．２０のティース１０７との間を十数回巻回して形成される。
この場合、ティースＮｏ．４のティース１０７とティースＮｏ．５のティース１０７との間のスロット１０２には第１Ａのコイル部１０８の端部と第１Ｂのコイル部１０９の端部とが共有し、またティースＮｏ．１５のティース１０７とティースＮｏ．１６との間のスロット１０２には第１Ｃのコイル部１１０の端部と第１Ｄのコイル部１１１の端部とが共有している。
【００１３】
そのため、コイル部１０８〜１１１が共有するスロット１０２では、コイル部１０８〜１１１同士が干渉した状態で導線が巻回される結果、コイル部１０８〜１１１間でインピーダンスに差が生じてしまい、下記のような問題点があった。「コイル部１０８〜１１１で生じる誘起電圧に差が生じ、ブラシを通じて不平衡電流が流れてしまい、その結果、ブラシ整流作用の悪化、ブラシから発生する整流火花の増加に伴うブラシ・整流子の高温化、ブラシ・整流子の寿命低下、トルクリップルの増加、及びそれらの複合作用によりモータの作動音が顕著に増加する。」
【００１４】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、ブラシを通じて流れる不平衡電流の発生を防止し、ブラシ整流効果を維持しつつ作動音を低減できる回転電機のアマチュア及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る回転電機のアマチュアでは、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を１スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、隣接した前記コイル部同士の一方の端部は前記スロットと共有した回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士が均圧線で電気的に接続されている。
【００１６】
この発明の請求項２に係る回転電機のアマチュアでは、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を１スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、隣接した前記コイル部間の空スロットの数が不均一である回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士が均圧線で電気的に接続されている。
【００１７】
この発明の請求項３に係る回転電機のアマチュアでは、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を１スロットずつずらして前記コアの周方向に複数回周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、各前記コイル部の前記導線の巻回数が最初の周回とその後の後続周回とでは異なる回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士は均圧線で電気的に接続されている。
【００１８】
この発明の請求項４に係る回転電機のアマチュアでは、最初の周回のコイル部の導線の巻回数が後続周回のコイル部の導線の巻回数よりも少ない。
【００１９】
この発明の請求項５に係る回転電機のアマチュアでは、最初の周回のコイル部の導線の巻回数が後続周回のコイル部の導線の巻回数よりも多い。
【００２０】
この発明の請求項６に係る回転電機のアマチュアの製造方法では、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を１スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子と、複数の同電位であるべき前記セグメント同士が電気的に接続された均圧線とを備えた回転電機のアマチュアの製造方法であって、前記スロットの数に対して割り切れない数の巻線装置のノズルから同時に前記導線を前記コアに供給して巻回する。
【００２１】
この発明の請求項７に係る回転電機のアマチュアの製造方法では、スロット数は２２であり、ノズル数は４である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の回転電機であるモータのアマチュア１００の巻線図であり、このものは、４極で、スロット１０２の数が２２のコア１０１に、巻線装置の４個のノズル（図示せず）を同時に用いて導線１０３を巻回するときの図であり、エナメル被覆の導線１０３が複数のスロット１０２を飛び越えて重巻で巻回されている。また、整流子１０５は２２個のセグメント１０４を有しており、また同電位であるべきセグメント１０４間は均圧線１０６で電気的に接続されている。例えば、１番目のセグメント１０４は１２番目のセグメント１０４と接続され、２番目のセグメント１０４は１３番目のセグメント１０４と接続されている。
【００２３】
図２は巻線装置の各ノズルから導線１０３が供給されコア１０１に巻回される途中を示す図であり、セグメント１０４のフックに係止された後、第２Ａのコイル部１１２、第２Ｂのコイル部１１３、第２Ｃのコイル部１１４及び第２Ｄのコイル部１１５がそれぞれ形成されたときの図である。なお、各ノズルから導線１０３が供給されてコア１０１に最初にコイル部１０８〜１１１が形成されたときの状態は図１６に示したもので同じである。
【００２４】
図３は引き続き１スロットずつずらして導線１０３を巻回して最終的にコイル１１６が形成されたときのアマチュア１００の正面図である。
【００２５】
上記構成のアマチュア１００では、同電位であるべきセグメント１０４間は均圧線１０６で電気的に接続されているので、スロット１０２において隣接したコイル部１０８〜１１５同士の端部が共有し、コイル部１０８〜１１５同士が干渉した状態で導線が巻回されるものの、コイル部で生じる誘起電圧の差に起因してブラシを通じて不平衡電流が流れてしまうようなことはない。その結果、ブラシ整流作用の悪化、ブラシから発生する整流火花の増加に伴うブラシ・整流子の高温化、ブラシ・整流子の寿命低下、トルクリップルの増加、及びそれらの複合作用によりモータの作動音が顕著に増加するといった不都合は生じない。
【００２６】
実施の形態２．
スロットの数に対して割り切れない数の巻線装置のノズルから同時に導線がコアに供給され巻回されたときに、隣接したコイル部間にコイル部が存在しないコイル部の空スロットが生じ、その空スロットの数が不均一である場合（例えば１スロットの場合と２スロットの場合）も生じる。そして、この場合には、コアに導線が均一に巻回されず、コイル部間で誘起電圧に差が生じてしまうおそれがある。この場合にも、同電位であるべきセグメント同士を均圧線で電気的に接続することで、ブラシを通じて不平衡電流が流れてしまうようなことを防止できる。
【００２７】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３のモータのアマチュア２００の巻線図であり、この図は、巻線装置の２本のノズル（図示せず）から同時に導線１０３が供給され、第１Ａのコイル部２０１、第１Ｂのコイル部２０２がそれぞれ同時に形成されたときを示すものであり、また同電位であるべきセグメント１０４間は均圧線１０６で電気的に接続されている。例えば、１番目のセグメント１０４は１２番目のセグメント１０４と接続され、２番目のセグメント１０４は１３番目のセグメント１０４と接続されている。図５はそのときのコア１０１の正面図である。
【００２８】
図６は２個のノズルから引き続き導線１０３が供給され、セグメント１０４のフックに係止された後さらに第２Ａのコイル部２０３及び第２Ｂのコイル部２０４がそれぞれ形成されたときの図である。
【００２９】
図７は引き続き１スロットずつずらして、全部で１１スロットずらして導線１０３を巻回してコイル体２０５が形成されたときのコア１０１の正面図である。そして、ここまでは例えばコイル部の導線１０３の巻回数を６回とし、それ以降を例えば巻回数７回として巻線完了してコイル２０６が形成されたときのものが図８である。
【００３０】
このように、導線１０３の巻回数が最初の周回のときには６回とし、その後の後続周回のときには７回とすることにより、導線１０３を６．５回巻回したときと等価になり、モータ性能変更が容易となり、設計自由度が向上する。しかしながら、このままの状態では導線１０３の巻回数が異なることによりコイル部間でインピーダンスに差が生じ、コイル部で生じる誘起電圧の差に起因してブラシを通じて不平衡電流が流れてしまう虞れがある。しかしながら、この実施の形態でも、実施の形態１，２と同様に同電位であるべきセグメント１０４間は均圧線１０６で電気的に接続されているので、不平衡電流が流れるようなことはない。
【００３１】
実施の形態４．
図９は最初の周回のときの導線１０３の巻回数を７回とした場合の図であり、このときには第１Ａのコイル部２１１、第１Ｂコイル部２１２によりスロット１０２の斜線部Ｅの部分は覆われてしまい、この斜線部Ｅの面積は実施の形態３の場合（図５参照）よりも大きく。この結果、スロット１０２の面積が減少したことにより、巻線性は実施の形態３と比較して不利になるが、コイル部の径が小さい最初の周回のときに巻数の多い方を巻き、コイル部の径が大きい後続周回のときに巻数の少ない方を巻くことにより、最初の周回と後続周回との間ではインピーダンスの差は小さい。
【００３２】
なお、上記の各実施の形態では回転電機としてモータについて説明したが、この発明は発電機にも適用することができる。また、各実施の形態とも均圧線１０６の本数を１１本であるが、これに限定されないのは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の請求項１に係る回転電機のアマチュアによれば、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を１スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、隣接した前記コイル部同士の一方の端部は前記スロットと共有した回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士が均圧線で電気的に接続されたので、回転電機の性能及びブラシ整流効果を維持しつつ作動音を低減することができる。
【００３４】
この発明の請求項２に係る回転電機のアマチュアによれば、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を１スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、隣接した前記コイル部間の空スロットの数が不均一である回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士が均圧線で電気的に接続されたので、回転電機の性能及びブラシ整流効果を維持しつつ作動音を低減することができる。
【００３５】
この発明の請求項３に係る回転電機のアマチュアによれば、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を１スロットずつずらして前記コアの周方向に複数回周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、各前記コイル部の前記導線の巻回数が最初の周回とその後の後続周回とでは異なる回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士は均圧線で電気的に接続されたので、回転電機の性能及びブラシ整流効果を維持しつつ作動音を低減することができる。
【００３６】
この発明の請求項４に係る回転電機のアマチュアによれば、最初の周回のコイル部の導線の巻回数が後続周回のコイル部の導線の巻回数よりも少ないときでも、ブラシ整流効果を維持し、かつ作動音が小さい状態で、トルク値、回転数の性能変更を容易に行うことができ、回転電機の設計自由度が向上する。
【００３７】
この発明の請求項５に係る回転電機のアマチュアによれば、最初の周回のコイル部の導線の巻回数が後続周回のコイル部の導線の巻回数よりも多いときでも、最初の周回のコイル部と後続周回のコイル部との間でインピーダンスの差が少なくなり、回転電機の性能及びブラシ整流効果を維持しつつ作動音を低減することができる。
【００３８】
この発明の請求項６に係る回転電機のアマチュアの製造方法によれば、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部１スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子と、複数の同電位であるべき前記セグメント同士が電気的に接続された均圧線とを備えた回転電機のアマチュアの製造方法であって、前記スロットの数に対して割り切れない数の巻線装置のノズルから同時に前記導線を前記コアに供給して巻回するので、コイル時間を大幅に短縮することができ、ブラシ整流効果が維持された回転電機を短時間で製造することができる。
【００３９】
この発明の請求項７に係る回転電機のアマチュアの製造方法によれば、スロット数は２２であり、ノズル数は４であるので、隣接したコイル部同士の一方の端部はスロットと共有した状態でコイル部が形成されるものの、モータの性能及びブラシ整流効果を維持しつつ作動音を低減することができる回転電機のアマチュアを短時間で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１のアマチュアの巻線図である。
【図２】重ね巻による導線の巻線途中においてコアにコイル部が巻装されている状態を示す図である。
【図３】重ね巻による導線の巻線完了時におけるコアにコイルが巻装されている状態を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３のアマチュアの巻線図である。
【図５】図４のコアに重ね巻により導線が巻回されている途中を示す図である。
【図６】図４のコアに重ね巻により導線が巻回されている途中を示す図である。
【図７】重ね巻による導線の巻線途中において図４のコアにコイル体が巻装されている状態を示す図である。
【図８】重ね巻による導線の巻線完了時において図４のコアにコイルが巻装されている状態を示す図である。
【図９】重ね巻による導線の巻線途中において実施の形態４のアマチュアのコアにコイル部が巻装されている状態を示す図である。
【図１０】従来のアマチュアの側面図である。
【図１１】図１０のコアの正面図である。
【図１２】重ね巻による導線の巻線途中において図１１のコアにコイル部が巻装されている状態を示す図である。
【図１３】重ね巻による導線の巻線途中において図１１のコアにコイル部が巻装されている状態を示す図である。
【図１４】重ね巻による導線の巻線完了時において図１１のコアにコイルが巻装されている状態を示す図である。
【図１５】コアの別の例を示す正面図である。
【図１６】図１５のコアに重ね巻による導線が巻回されている途中を示す図である。
【符号の説明】
１００  アマチュア、１０１  コア、１０２  スロット、１０３  導線、１０４  セグメント、１０５  整流子、１０６  均圧線、１０８  第１Ａのコイル部、１０９  第１Ｂのコイル部、１１０  第１Ｃのコイル部、１１１  第１Ｄのコイル部、１１２  第２Ａのコイル部、１１３  第２Ｂのコイル部、１１４  第２Ｃのコイル部、１１５  第２Ｄのコイル部、１１６  コイル、２１１  第１Ａのコイル部、２１２  第１Ｂのコイル部、２００  アマチュア、２０１  第１Ａのコイル部、２０２  第１Ｂのコイル部、２０３  第２Ａのコイル部、２０４  第２Ｂのコイル部、２０５  コイル体、２０６  コイル。
【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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