(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーク部と、前記ヨーク部から径方向に突出し、先端に周方向に突出する突起を有する磁極ティース部とを有する分割鉄心を、前記磁極ティース部が内側になるように円環状に組み合わせて構成する鉄心を備えた回転電機の固定子において、
隣接する前記磁極ティース部及び隣接する前記ヨーク部に囲まれて形成される複数のスロット部の内の、所定の２つの前記スロット部に、複数の前記磁極ティース部を跨いで配設される複数のコイルを備え、
予め巻線された前記コイルの前記スロット部に収納される部分は、前記スロット部の内側を包括するように形成された連結部を有する絶縁部材で覆われ、
前記絶縁部材は、一枚のフィルム状に形成され、前記コイルを取り囲んで前記絶縁部材の端部同士を係合する前記連結部としてのフックと切欠部を備えている回転電機の固定子。
【請求項２】
ヨーク部と、前記ヨーク部から径方向に突出し、先端に周方向に突出する突起を有する磁極ティース部とを有する分割鉄心を、前記磁極ティース部が内側になるように円環状に組み合わせて構成する鉄心を備えた回転電機の固定子において、
隣接する前記磁極ティース部及び隣接する前記ヨーク部に囲まれて形成される複数のスロット部の内の、所定の２つの前記スロット部に、複数の前記磁極ティース部を跨いで配設される複数のコイルを備え、
予め巻線された前記コイルの前記スロット部に収納される部分は、前記スロット部の内側を包括するように形成された連結部を有する絶縁部材で覆われ、
前記絶縁部材は、一枚のフィルム状に形成され、前記コイルを取り囲んで前記絶縁部材の端部同士を係合する前記連結部としての折り返し部を備えている回転電機の固定子。
【請求項３】
前記突起の、前記固定子の周方向の両端部内側の端部は、面取りされている請求項１又は請求項２に記載の回転電機の固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機の固定子のスロット内にコイルを装着する作業をきわめて容易におこなうことができ、コイル周長の短縮とスロット内およびコイル端部のコイル占積率を向上することができる回転電機の固定子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、励磁コイルを有する回転電機の固定子においては、コイルは、一般的に固定子鉄心のスロット内に収まっている。
コイルが複数の磁極を跨いで装着される分布巻きの固定子を製造する場合、予め、別途、周長に余裕を持たせて大きめにコイルを巻線し、これを後でスロットにはめ込む方法が採用されている。
【０００３】
このような固定子鉄心の軸方向端部では、周長に余裕を持たせたコイルが余り、高く積み重なるようになって無用の空間を有する形状になってしまう。
余ったコイルは、固定子の励磁コイルが作る磁界を強くすることに寄与しない部分（性能の向上に寄与しない部分）であるため、同じ大きさの鉄心に対してこの部分の体積を小さくすることが望ましい。
また、固定子鉄心のスロットの体積に対しコイルの体積をより大きくすることが回転電機の性能向上のために求められている。
【０００４】
このような固定子として、たとえば特許文献１のように、ティースを挿通させるティース挿通孔を有し挿通孔の外側全周にわたってコイル周回溝が形成された絶縁部材を用い、この絶縁部材にコイルを巻回した巻線体を形成し、複数の巻線体の一端部を円周上に配置し、円環状の巻線群を構成した後、鉄心のヨーク部を径方向に分割した分割鉄心の磁極ティース部を、巻線群のティース挿通孔に挿入して形成する固定子と、その製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３２６９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、回転電機は小型・高性能化のため、電機子の寸法を大きくせずに励磁コイルで発生させる磁界を強くし、回転電機の性能を向上させる要求がある。
しかし、特許文献１に記載の固定子は、複数のインシュレータに巻線したコイルを円環状に配置し、その外周側から分割鉄心を挿入して固定子の組立を行っている。
この方法では、コイルを円環状に配置する際に、固定子完成時と同じ位置にコイルを配置している。
回転電機の高出力化策のひとつとして、鉄心のスロット内のコイル占積率を向上させる方法として磁極ティース先端に突起を設ける方法がある。
しかし特許文献１の組み立て方法を突起を有する固定子に直接適用すると、磁極ティース先端の突起がコイルと干渉し、鉄心のスロット内のコイル占積率が高い状態で固定子を組み立てることができない。
また、鉄心のスロット内のコイル占積率を下げ、磁極ティース先端の突起との干渉がない状態にして組立を行うことは可能ではあるが、鉄心スロット内のコイル占積率の向上に限界があり、回転電機の高出力化が図りにくいとの問題があった。
【０００７】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、磁極ティース先端の突起がある分割鉄心においても組立作業を容易に行うことができ、コイルの周長の短縮と鉄心のスロット内のコイル占積率を向上させることができる回転電機の固定子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】
【０００８】
この発明に係る回転電機の固定子は、
ヨーク部と、前記ヨーク部から径方向に突出し、先端に周方向に突出する突起を有する磁極ティース部とを有する分割鉄心を、前記磁極ティース部が内側になるように円環状に組み合わせて構成する鉄心を備えた回転電機の固定子において、
隣接する前記磁極ティース部及び隣接する前記ヨーク部に囲まれて形成される複数のスロット部の内の、所定の２つの前記スロット部に、複数の前記磁極ティース部を跨いで配設される複数のコイルを備え、
予め巻線された前記コイルの前記スロット部に収納される部分は、前記スロット部の内側を包括するように形成された連結部を有する絶縁部材で覆われ、
前記絶縁部材は、一枚のフィルム状に形成され、前記コイルを取り囲んで前記絶縁部材の端部同士を係合する前記連結部としてのフックと切欠部を備えているものである。
また、この発明に係る回転電機の固定子は、
ヨーク部と、前記ヨーク部から径方向に突出し、先端に周方向に突出する突起を有する磁極ティース部とを有する分割鉄心を、前記磁極ティース部が内側になるように円環状に組み合わせて構成する鉄心を備えた回転電機の固定子において、
隣接する前記磁極ティース部及び隣接する前記ヨーク部に囲まれて形成される複数のスロット部の内の、所定の２つの前記スロット部に、複数の前記磁極ティース部を跨いで配設される複数のコイルを備え、
予め巻線された前記コイルの前記スロット部に収納される部分は、前記スロット部の内側を包括するように形成された連結部を有する絶縁部材で覆われ、
前記絶縁部材は、一枚のフィルム状に形成され、前記コイルを取り囲んで前記絶縁部材の端部同士を係合する前記連結部としての折り返し部を備えているものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る回転電機の固定子及び回転電機の固定子によれば、
分割鉄心の端部から軸方向に飛び出したコイルエンド部でのコイルの余りも最小限にできるので、コイル周長を短縮化することができる。
これにより、この固定子を使用する回転電機の性能向上と小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の平面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子鉄心の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子に装着する、中間巻線体の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るコイルに装着する絶縁部材の斜視図である。
【図５】図４（ａ）、（ｂ）の絶縁部材の連結部を、符号Ｘで示す方向から見た平面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るコイルに装着する絶縁部材の他の例を示す斜視図である。
【図７】図６（ａ）、（ｂ）の絶縁部材を、符号Ｙで示す方向から見た平面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る鉄心に装着するコイルの巻装状態を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る大型の中間巻線体を変形させた巻線体の斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る複数の巻線体を、それぞれの巻線体の２つの絶縁部材間の間隔を拡張し、全ての巻線体を固定子完成時の直径よりも大きい拡張位置において組み合わせて構成した巻線群の平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る分割鉄心と巻線群から製造する固定子の、各製造段階における断面を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る分割鉄心と巻線群から製造する固定子の、各製造段階における断面を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る分割鉄心と巻線群から製造する固定子の、各製造段階における断面を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態１に係る分割鉄心と巻線群から製造する固定子の、各製造段階における断面を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る固定子の製造段階における要部断面図である。
【図１６】図１５の要部拡大図である。
【図１７】本発明の実施の形態３に係る分割鉄心の斜視図である。
【図１８】本発明の実施の形態３に係る鉄心の平面図である。
【図１９】本発明の実施の形態３に係る第１鉄心片２、第２鉄心片のそれぞれの凹凸部間の周方向の挿入の可否を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子と回転電機の固定子の製造方法を、図を用いて説明する。
図１は、回転電機の固定子１００の平面模式図である。
図２は、固定子１００の鉄心１０の断面図である。
固定子１００は、複数の分割鉄心１を円環状に結合して形成された鉄心１０と、鉄心１０の複数の磁極ティース部１１に跨って巻回されたコイル３１と、鉄心１０とコイル３１との絶縁を保持するフィルム状の絶縁部材で構成されている。
【００１２】
分割鉄心１は、ヨーク部１２と、ヨーク部１２から鉄心１０の径方向中心側に向かって延出した磁極ティース部１１とで構成され、電磁鋼板からプレスで打ち抜いた鉄心片を所定の枚数積層する分割鉄心製造工程で生産される。
磁極ティース部１１の先端には、鉄心１０の周方向に突出する突起１３が設けられている。
図３は、磁極ティース部１１に装着する巻線体の中間成形体である中間巻線体３の構造を示す斜視図である。
中間巻線体３は、予め巻線工程において巻き回されたコイル３１の一部分に、２つの絶縁部材３２ａを装着する絶縁部材装着工程によって製造される。
コイル３１に絶縁部材３２ａを装着した部分は、鉄心１０の隣接する分割鉄心１の磁極ティース部及びヨーク部に囲まれて形成されるスロット部５に収納される部分である。
絶縁部材３２ａは、スロット部５の内周を包括するように形成され、コイル３１の当該部分も同形状に成型されている。
【００１３】
次に、絶縁部材３２ａについて説明する。
図４（ａ）は、絶縁部材３２ａを開いた状態を示す斜視図である。
図４（ｂ）は、絶縁部材３２ａを閉じた状態（コイルは図示せず）を示す斜視図である。
図５（ａ）、（ｂ）は、絶縁部材３２ａの連結部を、図４（ａ）、（ｂ）の符号Ｘで示す方向から見た平面図である。
図４（ａ）、図５（ａ）は、絶縁部材３２ａをコイル３１に装着する前の状態を示し、図４（ｂ）、図５（ｂ）は、絶縁部材３２ａをコイル３１に装着して絶縁部材３２ａの端部同士を連結した状態を示す図である。
【００１４】
絶縁部材３２ａは、上下に折り返し部を有しており、その折り返し部の端部に、絶縁部材３２ａの両端部を連結するためのフック３３と切り欠き３４（連結部）を備えている。
コイル３１に装着する際は、図５（ｂ）に示すように両端のフック３３同士を引っ掛けて固定する。
折り返し部は、絶縁部材３２ａの強度を確保するために設けているが、無くても良い。
【００１５】
図６（ａ）は、コイル３１に装着する絶縁部材の他の一例である絶縁部材３２ｂの、開いた状態を示す斜視図である。
図６（ｂ）は、絶縁部材３２ｂの両端を閉じた状態（コイルは図示せず）を示す斜視図である。
図７（ａ）、（ｂ）は、絶縁部材３２ｂを、図６（ａ）、（ｂ）の符号Ｙで示す方向から見た平面図である。
図６（ａ）、図７（ａ）は、絶縁部材３２ｂをコイル３１に装着する前の状態を示し、図６（ｂ）、図７（ｂ）は、絶縁部材３２ｂをコイル３１に装着して絶縁部材３２ｂの端部同士を連結した状態を示す図である。
【００１６】
この絶縁部材３２ｂは、上下端部に折り返し部を有しており、コイル３１の周方向の両端部にも折り返し部３５、３６（連結部）を備えている。一方の折り返し部３５は、コイル３１と反対側に、他方の折り返し部３６はコイル３１側に折り返して構成されている。
絶縁部材３２ｂは、コイル３１の外周に装着して、折り返し部３５と折り返し部３６を引っ掛けて連結する。
【００１７】
次に、複数の中間巻線体３を用いて回転電機の固定子１００を製造する工程を説明する。
既に図２を用いて、中間巻線体３を構成するコイル３１と絶縁部材３２ａ、３２ｂの関係を説明した。
実際には、中間巻線体３には、大小の２種類の中間巻線体が存在し、コイル３１にも、大小２種類のコイルが存在する。
図８は、鉄心１０に装着するコイル３１Ｌ１〜コイル３１Ｌ４及びコイル３１Ｓ１〜コイル３１Ｓ８までの巻装状態を示す図である。
図８において、スロット部５の開口部５１を通る線が、当該スロット部５に挿入されるコイルを表している。
すなわち、大型のコイル３１Ｌ１〜３１Ｌ４は、６つの磁極ティース部１１を跨いで２つの所定のスロット部５に挿入されている。
同様に、小型のコイル３１Ｓ１〜３１Ｓ８は、４つの磁極ティース部１１を跨いで２つの所定のスロット部５に挿入されている。
【００１８】
図９は、大型の中間巻線体３を巻線体成型工程において変形させた巻線体３Ｌの斜視図である。小型の中間巻線体も概略同様の形状をしている。
実際の巻線体３Ｌの形状は、製造する固定子のタイプによって様々なバリエーションを有するのでここでは基本形状を示す。
巻線体３Ｌは、中間巻線体３のコイルエンド部３７を成形し、更に、２つのスロット部５に挿入される部分がなす角度を、完成時の固定子１００の、当該部分が挿入される２つのスロット部５のなす角度とほぼ等しくなるように調整している。
【００１９】
図１０は、巻線体配置工程において、複数の大型の巻線体３Ｌと小型の巻線体３Ｓを固定子１００完成時の直径よりも大きい拡張位置において組み合わせて巻線群７を構成した状態を示す平面図である。先に述べ得たように、図９の巻線体３Ｌとはコイルエンド部の形状が若干異なる。
大型の巻線体３Ｌの下には、それぞれ１個の小型の巻線体３Ｓが隠れているので、巻線群７は、４個の大型の巻線体３Ｌと、８個の小型の巻線体３Ｓの合計１２個の巻線体で構成されている。
【００２０】
図１１〜図１４は、分割鉄心１と巻線群７から固定子１００を製造する各段階における、固定子１００の断面を示す図である。
まず、図１１に示すように、分割鉄心配置工程において、巻線群７の外周側に複数の分割鉄心１を配列する。
この時、すべての巻線体３Ｌ、３Ｓは、それぞれの巻線体の２つの絶縁部材を装着した部分の間隔を図９の矢印の示す方向、すなわち固定子１００の周方向に拡張する、図示しない治具に装着している。
次に、固定子結合工程において、図１２に示すように、磁極ティース部挿入工程において、巻線群７の複数の巻線体３Ｌ、３Ｓが構成する隙間（磁極ティース挿通孔）に分割鉄心１の磁極ティース部１１を挿入し、それぞれを巻線群７の中心に向かって移動させ、更に、図１３に示すように、巻線群７の中心に向かって移動させた磁極ティース部１１の先端の突起１３が巻線群７の間を通過した後、先述の治具を除去し各巻線体３Ｌ、３Ｓと、各分割鉄心１を同時に巻線群７の中心に向かって移動させる。
最後に、図１４に示すように、各分割鉄心１のヨーク部１２の端部が隣接する分割鉄心１のヨーク部１２の端部に付き合わされて固定子１００が成形される。
分割鉄心１のヨーク部１２の突き合わせ部を溶接、接着等で接合し、図１に示した回転電機の固定子１００が完成する。
【００２１】
本実施の形態に係る回転電機の固定子１００及びその製造方法によれば、巻線群７を構成する各巻線体３Ｌ、３Ｓを、それぞれ完成時の配置より外周側に拡張した状態で仮に配置し、隣り合うスロット部５に挿入される巻線体３Ｌ、３Ｓの周方向の間隔を広げておくことによって、磁極ティース１１の突起１３が、隣り合う巻線体の間を、それぞれの巻線体３Ｌ、３Ｓに干渉せずに通過することができる。
これにより、突起１３を通過させた後で、各分割鉄心１の周方向の間隔を縮めることにより、スロット部５内のコイル３１の占積率が大きい固定子１００を得ることができる。
また、分割鉄心１の端部から軸方向に飛び出したコイルエンド部３７でのコイル３１の余りも最小限にできるので、コイル周長を短縮化することができる。
これにより、この固定子を使用する回転電機の性能向上と小型化を図ることができる。
【００２２】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子と回転電機の固定子の製造方法を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１５は、実施の形態１における図１１に対応する図であり、分割鉄心２０１と巻線体２０３Ｌを示す要部断面図である。
図１６は、図１５の一部の拡大図である。
固定子の製品状態より外周側に拡張した位置に円環状に配置した分割鉄心２０１の磁極ティース部２１１を、全体を図示しない巻線群の巻線体２０３の間に挿入するためには、磁極ティース部２１１の内側先端の突起２１３と、巻線体２０３の間の隙間８をできるだけ小さくすることが重要である。
隙間８が小さくなるように分割鉄心２０１を配置できれば、巻線体２０３のコイルエンド部の固定子周方向の長さを短くすることができるからである。
【００２３】
しかし、隙間８を小さくすると、製造時に突起２１３が巻線体２０３に接触し、絶縁部材を傷つける可能性がある。
そこで、本実施の形態では、磁極ティース部２１１の先端の突起２１３の固定子の内側端部に面取り２１４を施している。
これにより、製造工程において、突起２１３と巻線体２０３が万一接触しても、巻線体２０３の絶縁部材を損傷することがない。
【００２４】
本発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子とその製造方法によれば、実施の形態１の効果に加えて、更にコイルの無駄を省くことができる。
【００２５】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子と回転電機の固定子の製造方法を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１７（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態で使用する分割鉄心３０１の斜視図である。
図１８は、分割鉄心３０１を組み合わせて構成された鉄心３１０の平面図である。
【００２６】
分割鉄心３０１は、ヨーク部３１２と、ヨーク部３１２から鉄心３１０の径方向中心側に向かって延出した磁極ティース部３１１とで構成されている。
鉄心３１０は、分割鉄心３０１を円環状に配置して構成されている。
ここで、実施の形態１では各分割鉄心３０１の互いに隣接するヨーク部の周方向の端部同士を溶接や接着により一体結合したが、本実施の形態では、分割鉄心３０１の周方向の両端面にそれぞれ形成されている第１凹部２２ａと第１凸部２１ａとを嵌め合わせることにより、端面同士を一体的に結合する。
【００２７】
第１鉄心片２ａのヨーク部の固定子周方向の一端には、固定子の軸方向に蟻溝形状の第１凹部２２ａが形成されている。
また、第１鉄心片２ａのヨーク部の固定子周方向の他端には、固定子の軸方向に蟻桟形状の第１凸部２１ａが形成されている。
【００２８】
第２鉄心片２ｂのヨーク部の固定子周方向の一端には、固定子の軸方向に第２凹部２２ｂが形成されている。
また、第２鉄心片２ｂのヨーク部の固定子周方向の他端には、固定子の軸方向に第２凸部２１ｂが形成されている。
【００２９】
図１９（ａ）〜（ｄ）は、第１鉄心片２ａ、第２鉄心片２ｂのそれぞれの凹凸部間の周方向の挿入の可否を示す図である。
図１９（ａ）に示すように、第１鉄心片２ａの第１凸部２１ａは、第１鉄心片２ａの第１凹部２２ａに対して固定子の周方向から挿入することはできないが、図１９（ｂ）に示すように、第２鉄心片２ｂの第２凹部２２ｂに対しては固定子の周方向から挿入できる。
また、図１９（ｃ）、（ｄ）に示すように、第２鉄心片２ｂの第２凸部２１ｂは、第１鉄心片２ａの第１凹部２２ａに対しても、第２鉄心片２ｂの第２凹部２２ｂに対しても固定子の周方向から挿入できる。
【００３０】
更に、図１７に示すように、固定子の周方向から第２凹部２２ｂに挿入した第１凸部２１ａは、そのまま分割鉄心３０１を固定子の軸方向（積層方向）にスライドさせることにより、隣の分割鉄心３０１の上層又は下層の第１鉄心片２ａの第１凹部２２ａに嵌合することができる形状である。
また、第１鉄心片２ａの第１凹部２２ａ、又は、第２鉄心片２ｂの第２凹部２２ｂに挿入した第２鉄心片２ｂの第２凸部２１ｂは、積層方向に隣接する鉄心片の第１凹部２２ａに対しても、第２凹部２２ｂに対しても、積層方向に挿入可能である。
【００３１】
各分割鉄心３０１の突き合わせた周方向の端面同士を一体的に結合するためには、分割鉄心３０１を、第１鉄心片２ａと第２鉄心片２ｂとを積層鉄心の積層方向に沿って所定枚数分ずつ交互に積層配置すれば良い。
このように分割鉄心３０１を構成する第１鉄心片２ａ、第２鉄心片２ｂを構成することにより、複数の隣接する分割鉄心３０１を交互に積層方向にずらして配置するだけで周方向からの凹凸部の挿入が可能となり、各凸部を対向する各凹部に挿入した後、積層方向に圧入するだけで第１鉄心片２ａ同士が嵌合される。
これにより、分割鉄心３０１の周方向の端面同士を一体的に結合することができるので、溶接や接着が不要となる。
これにより、溶接時の熱変形等の影響を受けない組立精度の高い、作業性の良い鉄心を提供できる。
【００３２】
尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１００  固定子、１，２０１，３０１  分割鉄心、１０，３１０  鉄心、
１１，２１１，３１１  磁極ティース部、１２，３１２  ヨーク部、
１３，２１３  突起、２ａ  第１鉄心片、２ｂ  第２鉄心片、２１ａ  第１凸部、
２１ｂ  第２凸部、２２ａ  第１凹部、２２ｂ  第２凹部、３  中間巻線体、
３Ｓ，３Ｌ，２０３，２０３Ｌ  巻線体、
３１，３１Ｌ１〜３１Ｌ４，３１Ｓ１〜３１Ｓ８  コイル、３２ａ，３２ｂ  絶縁部材、３３  フック、３５，３６  折り返し部、３７  コイルエンド部、５  スロット部、
５１  開口部、７  巻線群、８  隙間。
【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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【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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