(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸周りに第１のシャフトを回転させるように動作可能なモータ駆動部と；
それぞれが第２の軸周りに回転可能な複数の第２のシャフトと；
前記第１のシャフトと前記複数の第２のシャフトとの間で動作可能な、それぞれの前記第２の軸周りの前記第２の軸の回転のための、カップリングと；
前記複数の第２のシャフトとともに動作可能な複数の回転永久磁石であって、前記複数の回転永久磁石のそれぞれは、平面内のＮ極及び反対側のＳ極によって画定され、前記複数の回転永久磁石のそれぞれは、前記Ｎ極と前記Ｓ極との間に延びる前記第２の軸周りに前記第２のシャフトによって回転する、複数の回転永久磁石と；
前記第１の軸に概して平行な直線運動のためにスライド可能に支持されるシャトルと；
前記シャトルに取付けられた複数の固定永久磁石であって、
対向する前記固定永久磁石は、前記第２のシャフトそれぞれによって支持されたそれぞれ対向する前記回転永久磁石と相互作用するように前記シャトルに配置され、
前記固定永久磁石のそれぞれは、平面内のＮ極及び反対側のＳ極によって画定され、
前記回転永久磁石と前記固定永久磁石は、前記第２の軸に沿って並べられ、
それぞれの前記第２の軸周りのそれぞれの前記回転永久磁石の回転は、前記シャトルに取付けられた前記固定永久磁石の反発および吸引をもたらし、したがって前記シャトルの直線往復運動をもたらす、
複数の固定永久磁石と、を有する、
装置。
【請求項２】
前記往復運動中の前記シャトルの衝撃を受け止めるように動作可能であるショックアブソーバをさらに有し、前記ショックアブソーバは、前記シャトルによって与えられる慣性力を克服するとともに前記シャトルに反発力を伝える、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ショックアブソーバは第１及び第２のショックアブソーバを有し、前記第１のショックアブソーバは、前記シャトルの第１の方向への運動に起因する衝撃を受け止めるように配置され、前記第２のショックアブソーバは、前記シャトルの第２の反対方向への運動に起因する衝撃を受け止めるように配置される、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の第２のシャフトは４個の補助シャフトを有し、前記複数の永久磁石は、８個の回転永久磁石及び８個の固定永久磁石を有する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記第２のシャフトの対向する端部の前記固定永久磁石は、それらの極性に関して互いに１８０度配置がずれている、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
少なくとも１つの前記永久磁石によって作られる磁界に作用するように配置された磁気収束材料をさらに有する、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記磁気収束材料は、前記永久磁石の一部の周りに少なくとも延びる鋼のさやを有する、
請求項６に記載の装置。
【請求項８】
回転運動を往復直線運動に変換するための装置であって：
ベースと；
前記ベースに取付けられ、軸周りに動作可能な駆動シャフトを回転させるように動作可能なモータと；
前記ベースに取付けられ、対向する第１及び第２の側部を有するブラケットと；
前記ブラケットに回転可能に支持され、前記ブラケットの第１及び第２の側部を通って延びる端部を有する、複数の補助シャフトと；
前記駆動シャフトと前記複数の補助シャフトとの間で、前記駆動シャフトによる前記複数の補助シャフトの回転のための歯車組立体と；
前記複数の補助シャフトに取付けられた複数の回転永久磁石であって、それぞれの前記複数の回転永久磁石が、回転のためにそれぞれの前記複数の補助シャフトの端部に支持される、複数の回転永久磁石と；
前記駆動シャフトの前記軸に概して平行な直線運動のために、前記ベースによってスライド可能に支持されるシャトルと；
前記シャトルに取付けられた複数の固定永久磁石であって、１つの固定永久磁石が前記補助シャフトの前記端部に支持された前記回転永久磁石と相互作用するように前記シャトルに配置され、前記モータによる前記回転永久磁石の回転が前記シャトルに取付けられた前記固定永久磁石の反発および吸引をもたらし、したがって前記シャトルの直線往復運動をもたらす、複数の固定永久磁石と；
前記ブラケットの前記対向する側部に前記ベースに取付けられた第１及び第２のショックアブソーバであって、それぞれの前記第１及び前記第２のショックアブソーバは、前記往復運動中の前記シャトルの衝撃を受け止めるとともに運動を制限するように動作可能である、
装置。
【請求項９】
それぞれの前記複数の回転永久磁石は、対向するＮ極とＳ極との間に延びる回転軸周りに前記補助シャフトによって回転され、前記ブラケットのそれぞれの側部の前記複数の回転永久磁石は、それぞれ互いにＮがＮ及びＳがＳに対向するそれぞれの極を有する、
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記補助シャフトの対向する端部の前記固定永久磁石は、それらの極性に関して互いに１８０度配置がずれている、
請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
前記固定永久磁石及び前記回転永久磁石のそれぞれによって作られる磁界に作用するように配置された磁気収束材料をさらに有する、
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記固定永久磁石及び前記回転永久磁石の少なくとも一部を囲むシューを有し、前記磁石の前方側部及び後方側部が前記シューで囲まれる一方前記磁石の上方の対向する側部が露出される、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記シューは、前記磁石の前記前方側部及び前記後方側部を覆う鋼板を有し、前記鋼板の下方部分は曲線を付けられ、前記磁石の端部において、前記端部の近くの前記鋼板の材料より少ない前記鋼板の材料を有する、
請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記シャトルの前記直線運動に起因する電力を発生させるための前記シャトルとともに動作可能なリニア発電機をさらに有する、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記回転永久磁石及び前記固定永久磁石の対向面は、前記シャトルの往復運動中、離間した関係にあり、形成されるギャップは、前記往復運動中、前記シャトルの第１の端の位置における０．０４５インチから第２の反対側の端の位置における１．１７インチに及ぶ寸法を有する、
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記シャトルの前記平行な前記直線運動のアライメントを維持するように前記シャトルをスライド可能に受けるガイドをさらに有する、
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１０年９月１日にＭａｇｎｅｔｉｃ  Ｄｒｉｖｅ  Ｍｏｔｏｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄの名称で出願された米国仮特許出願第６１／３７８，９８４号、及び２０１０年１１月２３日にＭａｇｎｅｔｉｃ  Ｄｒｉｖｅ  Ｍｏｔｏｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓの名称で出願された米国仮特許出願第６１／４１６，４０５号の利益を主張し、参照によりその全体が本明細書に援用されるとともに、同一出願人に所有されている。
【０００２】
本発明は概して、駆動力を提供するための磁界を利用する装置及び方法、より具体的には、モータからの動力を増強するために永久磁石を用いるモータ駆動に関する。
【背景技術】
【０００３】
駆動力を提供するための磁界の使用は良く知られている。標準的な種類の燃料の利用可能な源を減らすこと及び環境を保護することへの関心がパワーシステムを駆動するためにエネルギを供給するための代替源を開発するさらなる努力につながっている。燃料の必要性を取り除くと共に燃料消費の環境上の欠点も取り除く１つの種類のパワーシステムは、磁気モータを用いるシステムである。Ｈａｎａｇａｎの特許文献１に記載のように、化石燃料だけに依存しない原動機があることは望ましい。車両及び同様のものに用いられるように適合された代替的な形態の原動機の利点は技術分野でよく知られている。エネルギ源として化石燃料に依存しない車両用原動機の開発の望ましさは、多くの刺激を受けている。それに応じて、Ｈａｎａｇａｎは、磁気的に駆動されるモータとして記載された磁気クラッチ装置を提供している
Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｍｅａｎｓの名称のＫｉｎｎｉｓｏｎの特許文献２は、反対の極性に配置された固定磁石及び回転運動を直線運動に変換するための、ソレノイド等のダイバータによって、固定磁石の磁界内を交互に移動可能であるもう１つの永久磁石を使用する磁気モータを開示する。
【０００４】
実際、いくつかの種類の磁気モータが知られており、このモータでは、回転する磁石のセットが、対向するマグネットによって作られる引力及び斥力によって影響される。Ｓｔａｈｏｖｉｃの特許文献３は、回転磁石の回転が可動部材の往復直線運動を生じさせるように、回転磁石の対向する側部の可動部材に付けられた弓形に形成された永久磁石を開示する。Ｓｃｈｏｌｉｎの特許文献４は、１つは回転するとともに１つは回転しない磁石間の磁力の変動を往復直線運動に変換するための装置を開示し、この開示は参照によって組み込まれる。Ｔｒａｃｙ他の特許文献５は、軸周りの回転のために取付けられた磁石のセットを開示し、最初に対応する固定磁石に向かって引き付けられる。回転磁石が固定磁石と位置合わせされた後、固定磁石の磁界は次に、回転磁石に対して斥力を与えるように、変えられ、したがって回転磁石の継続する回転をもたらす。引力及び斥力を交互に提供するために、固定磁石の極性のこの効果的な反転を達成するように、回転磁石が固定磁石の位置に近づいているとき、固定磁石は磁性プレートによって最初は覆われる。これらの磁性プレートは実際には、静止磁石に回転磁石への引力を生じさせる。回転磁石が次に静止磁石と位置合わせされるとき、これらの磁性プレートは取り除かれるとともに静止磁石は次に回転磁石に斥力を与え、したがって回転磁石の継続する回転をもたらす。
【０００５】
さらにまた、リニア発電機が良く知られているとともに、誘導コイルとともに磁石の往復運動によって電気エネルギを発生するために使用される。典型的にはリニア発電機は、複数の誘導コイル、それぞれの誘導コイルに挿入されるとともに誘導コイルの２つの反対側の端部の間でスライド可能な複数の永久磁石、磁石の端部に接続された機械的組立体、及び機械的組立体を通じて磁石に移動力を発生させるとともに働かせるモータを有する。様々なリニア発電機が特許文献６及び７に記載され、この開示は参照によって本願に援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，０３８，５７２号
【特許文献２】米国特許第３，８９９，７０３号
【特許文献３】米国特許第４，２０７，７７３号
【特許文献４】米国特許第４，０１１，４７７号
【特許文献５】米国特許第３，７０３，６５３号
【特許文献６】米国特許第４，９２４，１２３号
【特許文献７】米国特許出願公開第２００８／０２７７９３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
動力をもたらすために経済的且つ効率的に作動され得る磁気モータを提供するための試みが続いている。仕事を行うための磁界のこのような広範な使用とともに、動力源の効率の向上させる及びモータ等の装置からの出力を高めるために利用できる磁力を使用する既知の機械の働きを高めるための効率的な手段を提供する必要性が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、軸周りに且つ対向する極の間で回転可能なＮ極及び反対側のＳ極を有する回転永久磁石を用いる。軸に概して平行な直線運動に制限されるシャトルがシャトルに付けられた第１及び第２の固定永久磁石を含むことができ、回転永久磁石はそれらの間に支持される。第１及び第２の固定永久磁石のそれぞれは、Ｎ極及び反対側のＳ極をそれらの間に延びる軸とともに有する。永久磁石は、回転永久磁石の回転が第１及び第２の固定永久磁石の反発および吸引を交互にもたらし、したがってシャトルの直線往復運動をもたらすように、配置される。
【０００９】
本発明のより完全な理解のために、本発明の様々な実施形態を説明する添付の図面に関連して理解される、以下の詳細な説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の１つの実施形態の部分的な斜視図である。
【図２】図２は、追加的な特徴を示す図１の実施形態の部分的な平面図である。
【図３】図３は、本発明の代替実施形態の前方左斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、回転永久磁石の望ましい配置及び回転を示す図３の実施形態の一部の部分的な正面図である。
【図４】図４は、図３の実施形態の後方左斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、リニア発電機に隣接する図４の装置の一部を示す部分的な拡大斜視図である。
【図５】図５は、図３の実施形態の平面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図３の実施形態の端面図である。
【図６】図６は、磁界の収束のためにシュー内に支持された永久磁石の前方右斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図６の実施形態の正面図。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６の実施形態の側面図。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６の実施形態の平面図。
【図７】図７は、本発明の他の実施形態の斜視図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態の平面図である。
【図９】図９は、本発明の他の実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明が添付の図面を参照して以下により完全に記載される。この図面では、本発明の好適な実施形態が示される。しかし、この発明は、多くの異なる形態で実施され得るとともに、ここに記載された実施形態に限定されると理解されるべきでない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が詳細且つ完全になるとともに本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。同様の番号は、全体を通して同様の要素を示し、ダッシュ表記が代替実施形態の類似する要素を示すために使用される。
【００１２】
最初に図１を参照すると、運動変換を対象にする本発明の教示を踏まえて１つの実施形態が、例示の目的で、平面１８内に並べられたＮ極１４及び反対側のＳ極１６を有する回転永久磁石１２を備える装置１０として記載される。回転永久磁石１２は、平面１８内の軸２０周りに回転可能であるとともに対向する極１４、１６の間に位置している。シャトル２２は、軸２０に概して平行な直線往復運動２４に制限される。回転永久磁石１２は、シャトル２２の対向する第１及び第２の側部３０、３２に付けられた第１及び第２の固定永久磁石２６、２８の間に配置される。第１及び第２の固定永久磁石２６、２８のそれぞれは、Ｎ極３４及び反対側のＳ極３６を有し、軸２０がそれらの間を延びる。磁石は、回転永久磁石１２の回転が第１及び第２の固定永久磁石２６、２８の反発および吸引と交互に、そしてシャトル２２の直線往復運動２４と同期するように配置される。
【００１３】
当業者は、例として、運動の方向の変換が直線運動を回転運動に変換すること及び回転運動を直線運動に変換することを含み得ることを理解するであろうが、本明細書に記載されたように本発明の実施形態は、回転運動を直線運動に変換するときの効率を向上させることを対象にする。より具体的には、再び図１そして今図２を参照して示されるとともに説明される回転永久磁石は、固定永久磁石２６、２８の直線運動及びシャトル２２の往復直線運動２４に作用する回転のためのモータ駆動部２８で動作可能である。本明細書に記載された実施形態に関して、モータ駆動部３８は電動モータを含むが、他の良く知られた駆動部が本発明の教示を離れることなしに利用され得ることが理解されるであろう。
【００１４】
継続して図１及び２を参照すると、単一の回転永久磁石１２が用いられ得るが、好ましい改良は、少なくとも２つの対向する回転永久磁石１２ａ、１２ｂを含む。シャフト４２はモータ駆動部３８によって軸２０周りに回転される。
【００１５】
図２を再び参照すると、装置１０は、シャトル２２の対向する側部３０、３２に付けられた第１及び第２のショックアブソーバ４４、４６をさらに有する。各ショックアブソーバ４４、４６は、往復運動中にシャトル２２の衝撃を受けるとともに、各ショックアブソーバはシャトルによって与えられる慣性力を克服することによって衝撃を吸収するとともにシャトルに反発力を伝える。
【００１６】
継続して図１及び２を参照すると、回転永久磁石１２ａ、１２ｂ及び固定永久磁石２６、２８の対向面１２ｆ、２６ｆ、２８ｆは、シャトル２２の往復運動２４中、離間した関係にあり、それによって形成されたギャップ４８は、往復運動中、シャトル２２の第１の端の位置５０における０．０４５インチから第２の反対側の端の位置５２における１．１７インチまでの寸法を有する。さらに、図１を再び参照して示されるように、第１の固定永久磁石２６の極３４、３６が第２の永久磁石２８の極３４、３６と１８０度位相がずれているとき、改善された効率が生じる。
【００１７】
継続して図１及び２を参照すると、ガイド５４が軸２０に平行な往復運動２４のアライメント(位置合わせ)を維持するためにシャトル２２をスライド可能に受け止める。ガイド５４は、本明細書に図１及び２を参照して示されるように、複数の支持部５６を含む。リニア発電機５８がシャトル２２の直線運動２４による電力を発生するために、シャトル２２とともに動作可能である。電気モータ４０を使用する場合、リニア発電機５８からの電気的な出力６０を測定するとともに、それを電気モータへの電気的な入力と、装置１０の効率の基準として比較することが適切である。
【００１８】
効率は、複数の永久磁石対を用いる場合に増加することが示されている。例示として本明細書に示されている１つの実施形態が、モータ駆動部３８によって提供される回転運動をシャトル２２の往復直線運動に変換するための装置１０Ａに関して、図３−５を参照して示される。装置１０Ａはここでは、ベース６４及びベースに取付けられた電気モータ４０を含むように記載される。モータ４０はベース６４に取付けられるとともに、駆動シャフト６６を軸２０と一致するその軸周りに回転させる。複数の補助シャフト６８がベース６４に取付けられたブラケット７０によって回転可能に支持される。例としてここに記載されるように、４つの補助シャフト６８が用いられる。それぞれの補助シャフトは、ブラケット７０の第１及び第２の側部７６、７８を通って延びる端部７２、７４を有する。歯車組立体８０が、駆動シャフト６６と補助シャフト６８との間で駆動シャフトによる回転のために動作可能である。複数の回転永久磁石１２が複数の補助シャフト６８に取り付けられる。それぞれの回転永久磁石１２は、補助シャフト６８のそれぞれの端部７２、７４に、それぞれの補助シャフトによる回転のために支持される。支持部５６はベース６４に取付けられ、シャトル２２は、軸２０に概して平行な直線運動２４のために支持部によってスライド可能に案内される。複数の固定永久磁石２６、２８がシャトル２２に取付けられ、固定永久磁石は、補助シャフトの端部に支持された協働回転永久磁石と相互作用するようにシャトルに配置される。例として、図５を継続して参照すると、装置１０Ａに使用される磁石のバランスのために、固定磁石２６Ａの磁界は回転磁石１２Ａの磁界と相互作用し、固定磁石２６Ｂの磁界は回転磁石１２ｂの磁界と相互作用し、固定磁石２８Ａの磁界は回転磁石１２Ｃの磁界と相互作用し、固定磁石２８Ｂの磁界は回転磁石１２Ｄの磁界と等、相互作用する。
【００１９】
図１及び２の装置１０に対して記載されたように、モータ４０による回転永久磁石１２の回転は、シャトル２２に取付けられた固定永久磁石２６、２８の反発及び吸引を生じるので、シャトルの直線往復運動２４をもたらす。
【００２０】
装置１０Ａに関して、ショックアブソーバ４４、４６は、それぞれのショックアブソーバが往復運動２４中のシャトルの衝撃を受け止めるとともにその運動を制限するために動作可能である状態で、ブラケット７０の側部と対向してベース６４に取付けられる。リニア発電機５８は、シャトル２２の延長部８４に取付けられた可動シャフト８２を有し、ここでは、図４及び５を再び参照するとともに、図４Ａの拡大部分斜視図を参照して示されるように、ブラケット８４Ａを使用して取付けられる。
【００２１】
図１の実施形態に関して記載されたように、補助シャフト６８によって回転するそれぞれの回転永久磁石が対向するＮ極とＳ極との間に延びるようにすること、及び図３Ａを参照して示されるように、ブラケットの各側部の複数の回転永久磁石がＮはＮそしてＳはＳに互いに対向するそれぞれの極を有するようにすることが望ましい。また、シャトル及び磁石は、１つの動作に対する例として、ギャップ４８が往復運動中２４にシャトルの第１の端の位置における０．０４５インチから第２の反対側の端の位置において１．１７インチに及ぶようになる。さらに、固定永久磁石２６、２８は、それらの極性に関して互いに好ましくは１８０度アライメントがずれている。
【００２２】
（例として図３Ａの１つの四分の１区分、例として図１を参照して記載されるように）１対の対向する磁石で作動する実施形態に関して、向上した不足する効率が、２つの四分の１区分での動作（図３Ａを再び参照して示されるように磁石の組の反対側のセット）で実現され、効率のかなりの増加が、（図３Ａを参照して示されるとともに、現在のところ好適な実施形態の例として、本明細書に図３−５の実施形態として記載されるように）全ての４つの四分の１区分での作動で実現される。相乗効果が、このように記載された磁石の組の配置から生じる。更なる改良が圧縮において３から１の変更を有するホックアブソーバ４４、４６の使用によって実現されている。更なる例として、装置１０Ａの１つの動作が、シャトルの振動とともに作動する間、約５００ＲＰＭの直線往復運動２４及び１．１８インチから３０／１０００インチに及びギャップ４８のシャトルの動程の、望ましい結果を示した。本発明の教示の利益を有する、他の特性が、当業者の心に浮かぶであろう。
【００２３】
再び図３−５を参照するとともに、今図６及び６Ａ−６Ｃを参照して示されるように、シュー８６を形成する磁気収束材料が、それぞれの固定及び回転永久磁石によって作られた磁界に作用するように、永久磁石１２、２６、２８の周りに配置される。磁石１２、２６、２８は、鋼板８８を含むシュー８６内に支持される。磁石の側部の周りに配置された鋼板８８の使用が磁界の望ましい収束及び動作中の固定及び回転磁石間の向上した磁界の効果を提供することが見出されている。示されたように、１つの実施形態は、磁石１２、２６及び２８の最上側部１２Ａ、２６Ａ、２８Ａを露出させる一方、前部及び後部１２Ｂ、２６Ｂ、２８Ｂを板８８によって囲ませることによって相互作用する磁界を強化するの効果的であることが示されている。またさらに、磁石の前部及び後部を覆うために使用される板８８の下方部分８８Ａはシュー８６のベース部分８９に向かって下方に曲線を付けられる。本明細書に記載されたよう回転磁石の使用は、用いられる全ての磁石に対して、持続的な磁気強さをもたらしている。
【００２４】
図７−９を参照して更なる例として示されるように、代替実施形態が、本発明の教示内に保ちながら構成され得る。図示されるように一般的に、同様の数字が前述のような要素を示すために使用される。
【００２５】
図７−９を継続して参照すると、図１を参照して前述されたガイド５４は、軸２０に平行な直線運動のアライメントを維持するために、シャトル２２をスライド可能に受けるガイドレール９０を含み得る。ここに例として記載されるように、ガイドレール９０は、ベース６４に取付けられるとともに従動アーム９２は、ガイドレール内をたどる従動アームを持つシャトルの安定した直線運動を提供するために、シャトル２２の受け板９４に取付けられる。結果として、磁石は望ましく整列したままである。
【００２６】
前述の記載及び付随する図面に示された教示の利益を有する、本発明の多くの変更及び他の実施形態が当業者の頭に浮かぶであろう。したがって、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるべきではないこと、並びに変更及び他の実施形態が添付の請求項の範囲内に含まれることが意図されることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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