(57)【要約】  回転子１２における各スリット５４の内周側端部と各磁石収容孔５２との間隔を小さく設定するとともに、各スリットの外周側端部と回転子１２の外周縁との間隔が小さく設定する。そして、各スリット５３の内周側端部の相互間隔Ｗｎを、各スリット５４の外周側端部の位置θ１，θ２，…θｎに対応した半波正弦波の面積の割合に合せて配分する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線が装着される固定子と、
中心部に回転軸が通される回転子と、
この回転子の前記回転軸を囲む位置に形成された複数の磁石収容孔と、
これら磁石収容孔に収容された複数の永久磁石と、
前記回転子の径方向に沿う細長形状を有し、前記回転子における前記各磁石収容孔の外側に同回転子の周方向に沿って順に形成された複数のスリットと、
を備え、
前記各スリットの内周側端部と前記各磁石収容孔との間隔を小さく設定するとともに、前記各スリットの外周側端部と前記回転子の外周縁との間隔が小さく設定し、
前記回転子の周方向に沿う前記各永久磁石の幅がＷ、前記永久磁石ごとに対応する前記各スリットの数がｎ、前記各永久磁石の幅Ｗが電気角０°〜１８０°で表わされる場合に前記各永久磁石の個々に対する前記各スリットの外周側端部が電気角θ１，θ２，…θｎの位置にあって、前記電気角０°〜１８０°と同じ半波正弦波の波形面積がＳ、この半波正弦波における前記電気角θ１，θ２，…θｎの相互間隔Δθに対応する領域の波形面積がＳｎである場合、各スリットの内周側端部の相互間隔Ｗｎを、Ｗｎ／Ｗ＝Ｓｎ／Ｓの条件により設定する、
ことを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項２】
前記電気角θ１，θ２，…θｎの相互間隔Δθは、前記各永久磁石の幅Ｗの両端部から中央部にかけて徐々に小さくなることを特徴とする請求項１記載の永久磁石電動機。
【請求項３】
前記固定子は、巻線を集中巻するための複数の歯部を有し、
前記電気角θ１，θ２，…θｎは、前記電気角０°〜１８０°より狭い電気角の範囲内で設定される、
ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石電動機。
【請求項４】
前記固定子の巻線に三相正弦波の交流電圧が印加されることを特徴とする請求項１記載の永久磁石電動機。
【請求項５】
密閉ケース内に、請求項１乃至４のいずれかの永久磁石電動機と、この永久磁石電動機により駆動される圧縮機構部とを収納したことを特徴とする密閉型圧縮機。
【請求項６】
請求項５に記載の密閉型圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、巻線を有する固定子および永久磁石を有する回転子からなる永久磁石電動機、この永久磁石電動機を収納した密閉型圧縮機、およびこの密閉型圧縮機を有する冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石電動機は、巻線を有する固定子および永久磁石を有する回転子からなる。回転子は、円形の多数枚の鋼板を積層してなる回転子鉄心の中心部に回転軸が挿通され、その回転軸を囲む位置に複数の直線状の磁石収容孔を有する。磁石収容孔は、回転軸に沿って回転子鉄心を貫通する深さ形状を持ち、それぞれ永久磁石を収容している。これら永久磁石の磁界と固定子の巻線が発する磁界との相互作用により、回転子に回転力が生じる。【０００３】
このような永久磁石電動機の例として、図１０に示すように、回転子における各磁石収容孔の外側位置に多数のスリットを形成し、これらスリットの低透磁率機能により永久磁石の磁束を回転子の中央部側に集中させてトルクの増大を図るようにしたものがある（例えば特開２００５−９４９６８号公報）。【０００４】
すなわち、図１０において、１００は回転子で、円形の多数枚の鋼板を積層してなる回転子鉄心１０１、この回転子鉄心１０１の中心部に形成された回転軸挿通孔１０１ａ、この回転軸挿通孔１０１ａを囲む略正方形の四辺の位置にそれぞれ形成された直線状の磁石収容孔１０２を有している。各磁石収容孔１０２は、回転軸挿通孔１０１ａに沿って回転子鉄心１０１を貫通する深さ形状を有する。これら磁石収容孔１０２に板状の永久磁石１０３が収容され、これら永久磁石１０３の磁界と固定子側の巻線が発する磁界との相互作用により、回転子鉄心１０１が回転する。そして、回転子鉄心１０１における各磁石収容孔１０２の外側位置に、かつ回転子鉄心１０１の周方向に沿って、多数のスリット１０４が順に形成されている。【０００５】
各スリット１０４は、回転子鉄心１０１の径方向に沿う細長形状を有するとともに、回転軸挿通孔１０１ａに沿って回転子鉄心を貫通する深さ形状を有し、各永久磁石１０３の個々と対応する位置に１２個ずつ設けられている。【０００６】
また、各スリット１０４は、一部を図１１に拡大して示すように、回転子鉄心１０１の径方向における内周側端部と磁石収容孔１０２との間隔が小さく設定されるとともに、回転子鉄心１０１の径方向における外周側端部と回転子鉄心１０１の外周縁との間隔が小さく設定されている。これらの設定により、各スリット１０４の相互間部分が磁路として確保され、そこを永久磁石１０３の磁束が効率よく通るようになる。【０００７】
また、各スリット１０４の外周側端部の相互間隔は永久磁石１０３の幅内で均等に設定され、内周側端部の相互間隔は永久磁石１０３の幅の中央部から両側部に向かってＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５＞Ｐ６）と徐々に小さくなる状態に設定されている。Ｐ７は、永久磁石１０３の両側部にそれぞれ対応するスリット１０４の内周側端部と永久磁石１０３の両側部との間隔を示している。【０００８】
各永久磁石１０３の幅を電気角０°〜１８０°で表わし、その電気角０°〜１８０°と同じ電気角の半波正弦波に相互間隔Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７を割り当てたのが図１２である。すなわち、各スリット１０４の相互間部分を通る磁束数がその相互間部分に対応する磁石の量（幅）に依存することから、相互間間隔Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７を上記半波正弦波の高さに合せてそれぞれ設定することにより、固定子巻線に誘起する電圧を正弦波状にして、振動および騒音の低減を図るようにしている。
【発明の開示】
【０００９】
しかしながら、各スリット１０４の内周側端部の相互間隔Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７を半波正弦波の高さに合せるだけでは、各スリット１０４の相互間部分の磁路を通る磁束数を適切に設定することが困難であり、図１３に示すように、固定子の巻線に誘起する電圧に多くのリップルが生じてしまう。
【００１０】
とくに、各スリット１０４の外周側端部の相互間隔（磁路幅）が大きい場合には、回転子鉄心１０１と固定子の巻線装着用の歯部との相対位置が回転によって少しぐらい変わっても、回転子鉄心１０１と固定子との間を通る磁束数に大きな変化は生じなくなる。この場合の回転子鉄心１０１および固定子における磁束分布を実験により確かめたのが図１４および図１５である。１１０は固定子の歯部で、この歯部１１０に巻線１１１が装着されている。図１４の円で囲んだ部分について見ると、磁束は各スリット１０４間の磁路を通って１つの歯部１１０に達している。この状態から回転子鉄心１０１が反時計方向に少し回転すると、図１５の磁束分布となり、円で囲んだ部分について見ると、磁束は各スリット１０４間の磁路から同じ歯部１１０に向かって集束するように到達する。つまり、図１４の回転位置で巻線１１１の磁界に対し鎖交する磁束数と、図１５の回転位置で巻線１１１の磁界に対し鎖交する磁束数とを比較すると、両者の差は小さい。この結果、誘起電圧に多くのリップルが生じるのである。
【００１１】
このリップルを減少させるための対策として、図１６に示すように、永久磁石１０３ごとのスリット１０４の数を例えば１４個に増やし、これにより各スリット４の相互間の磁路を狭くして磁路を通る磁束数を減らすことが考えられる。しかしながら、この場合、各スリット１０４の内周側端部の磁路が永久磁石１０３の両端部側で極端に狭くなるため、回転子鉄心１０１における磁束分布が半波正弦波から崩れてしまい、リップルの改善は困難である。
【００１２】
この発明は、上記の事情を考慮したもので、その目的は、複数のスリットによるトルク増大の効果を確保しながら、巻線の誘起電圧をリップルの少ない正弦波状に維持することができて、振動および騒音の低減が確実に図れる永久磁石電動機、密閉型圧縮機、および冷凍サイクル装置を提供することである。
【００１３】
この発明の永久磁石電動機は、巻線が装着される固定子と、中心部に回転軸が通される回転子と、この回転子の前記回転軸を囲む位置に形成された複数の磁石収容孔と、これら磁石収容孔に収容される複数の永久磁石と、前記回転子の径方向に沿う細長形状を有し、前記回転子における前記各磁石収容孔の外側に同回転子の周方向に沿って順に形成された複数のスリットと、を備える。そして、前記各スリットの内周側端部と前記各磁石収容孔との間隔を小さく設定するとともに、前記各スリットの外周側端部と前記回転子の外周縁との間隔を小さく設定する。さらに、前記回転子の周方向に沿う前記各永久磁石の幅がＷ、前記永久磁石ごとに対応する前記各スリットの数がｎ、前記各永久磁石の幅Ｗが電気角０°〜１８０°で表わされる場合に前記各永久磁石の個々に対する前記各スリットの外周側端部が電気角θ１，θ２，…θｎの位置にあって、前記電気角０°〜１８０°と同じ半波正弦波の波形面積がＳ、この半波正弦波における前記電気角θ１，θ２，…θｎの相互間隔Δθに対応する領域の波形面積がＳ１，Ｓ２，…Ｓｎである場合、各スリットの内周側端部の相互間隔Ｗｎを、Ｗｎ／Ｗ＝Ｓｎ／Ｓの条件により設定する。
【００１４】
また、この発明の密閉型圧縮機は、密閉ケース内に、前記永久磁石電動機と、この永久磁石電動機により駆動される圧縮機構部とを収納している。
【００１５】
さらに、この発明の冷凍サイクル装置は、前記密閉型圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】各実施形態における冷凍サイクル装置の構成及びこの冷凍サイクル装置に搭載された密閉型圧縮機の内部の構成を示す図。
【図２】各実施形態における相巻線および駆動回路を示すブロック図。
【図３】各実施形態における永久磁石電動機の回転子の構成を示す図。
【図４】図３における各スリットの構成を拡大して示す図。
【図５】第１の実施形態における永久磁石の幅を表わす電気角０°〜１８０°と各スリットの外周側端部の位置を表わす電気角θ１，θ２，…θｎとの対応を示す図。
【図６】第２の実施形態における永久磁石電動機の回転子の構成を示す図。
【図７】第２の実施形態における誘起電圧の波形を示す図。
【図８】第３の実施形態における永久磁石の幅を表わす電気角０°〜１８０°と各スリットの外周側端部の位置を表わす電気角θ１，θ２，…θｎとの対応を示す図。
【図９】第３の実施形態における固定子と回転子の構成を示す図。
【図１０】従来の永久磁石電動機の回転子の構成を示す図。
【図１１】図１０における各スリットの構成を拡大して示す図。
【図１２】図１０における永久磁石の幅を表わす電気角０°〜１８０°と各スリットの内周側端部に位置を表わす電気角Ｐ１，Ｐ２，…Ｐｎとの対応を示す図。
【図１３】図１０における誘起電圧の波形を示す図。
【図１４】図１０の回転子および固定子における磁束分布を示す図。
【図１５】図１４の磁束分布が回転子の少しの回転に伴ってどのように変化するかを示す図。
【図１６】従来の永久磁石電動機の別の回転子の構成を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。  
空気調和機や冷蔵庫等の冷凍サイクル装置の構成及びこの冷凍サイクル装置に搭載された密閉型圧縮機の内部の構成を図１に示している。密閉型圧縮機１は、金属製の密閉ケース１ａで覆われている。この密閉ケース１ａの下部に２つの吸込口２ａ，２ｂが取付けられ、上部に１本の吐出管３が取付けられている。この吐出管３に高圧側配管を介して凝縮器３１の一端が接続され、その凝縮器３１の他端に膨張装置たとえば膨張弁３２を介して蒸発器３３の一端が接続されている。そして、蒸発器３３の他端がアキュームレータ３４および２本の吸込管３５を介して上記吸込口２ａ，２ｂに接続されている。【００１８】
密閉ケース１ａの内部には、永久磁石電動機１０および圧縮機構部２０が上下に分かれて収容されている。【００１９】
永久磁石電動機１０は、密閉ケース１ａの内周面に接するように設けられた筒状の固定子１１、この固定子１１の内側に回転可能に設けられた回転子１２からなる。この回転子１２の中心部に回転軸（シャフトともいう）１３が挿通され、その回転軸１３が下方の圧縮機構部２０へ延びている。【００２０】
圧縮機構部２０は、上記吸込口２ａ，２ｂにそれぞれ連通する２つの圧縮室２１ａ，２１ｂ、およびこの圧縮室２１ａ，２１ｂ内で上記回転軸１３の回動を受けて偏心回転するローラ２２ａ，２２ｂを有し、ローラ２２ａ，２２ｂの偏心回転により圧縮室２１ａ，２１ｂ内のガス冷媒を圧縮して密閉ケース１ａ内に吐出する。吐出されたガス冷媒は、吐出管３を通って凝縮器３１に流れる。【００２１】
上記永久磁石電動機１０の固定子には、図２に示すように、中性点Ｃで星形結線された３つの相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗが装着されている。そして、これら相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに対し、順変換部４１およびスイッチング回路４２からなるインバータ回路が接続されている。順変換部４１は、商用交流電源４０の交流電圧を直流電圧に変換する。スイッチング回路４２は、一対のスイッチング素子の直列回路を３相分設けたもので、Ｕ相用としてスイッチング素子Ｕ＋，Ｕ−の直列回路、Ｖ相用としてスイッチング素子Ｖ＋，Ｖ−の直列回路、Ｗ相用としてスイッチング素子Ｗ＋，Ｗ−の直列回路を有し、順変換部４１から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換する。【００２２】
このスイッチング回路４２のスイッチング素子Ｕ＋，Ｕ−の相互接続点に相巻線Ｌｕの非結線端が接続され、スイッチング素子Ｖ＋，Ｖ−の相互接続点に相巻線Ｌｖの非結線端が接続され、スイッチング素子Ｗ＋，Ｗ−の相互接続点に相巻線Ｌｗの非結線端が接続されるとともに、各スイッチング素子のベースに制御部４３が接続される。【００２３】
制御部４３は、スイッチング回路４２における１つの相の一方のスイッチング素子をオンして他方のスイッチング素子をオフし、同時に別の１つの相の一方のスイッチング素子をオフして他方のスイッチング素子をオンする２相通電を順次に切換えることにより、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの２つの相巻線に順次に電流を流す。この２相通電の切換えに際し、非通電状態の相巻線に電圧が誘起し、その誘起電圧が位置検出部４４に取り込まれる。位置検出部４４は、取り込んだ誘起電圧から回転子１２の回転位置を検出する。この検出結果が制御部４３に供給される。制御部４３は、位置検出部４４の検出結果に応じてスイッチング回路４２の各スイッチング素子に対するオン，オフタイミングを制御する。【００２４】
一方、永久磁石電動機１０の回転子１２は、図３に示すように、円形の多数枚の鋼板を積層してなる回転子鉄心５１、この回転子鉄心５１の中心部に形成された回転軸挿通孔５１ａ、この回転軸挿通孔５１ａを囲む略正方形の四辺の位置にそれぞれ形成された直線状の磁石収容孔５２を有している。各磁石収容孔５２は、回転軸挿通孔５１ａに沿って回転子鉄心５１を貫通する深さ形状を有する。これら磁石収容孔５２に、その細長方向の幅と略同じ長さを有する板状の永久磁石５３が収容され、これら永久磁石５３の磁界と固定子側の巻線が発する磁界との相互作用により、回転子鉄心５１が回転する。そして、回転子鉄心５１における各磁石収容孔５２の外側位置に、かつ回転子鉄心５１の周方向に沿って、多数のスリット５４が順に形成されている。【００２５】
各スリット５４は、回転子鉄心５１の径方向に沿う細長形状を有するとともに、回転軸挿通孔５１ａに沿って回転子鉄心を貫通する深さ形状を有し、永久磁石５３の個々と対応する位置に１２個ずつ設けられている。【００２６】
また、各スリット５４は、一部を図４に拡大して示すように、回転子鉄心５１の径方向における内周側端部と磁石収容孔５２との間隔が小さく設定されるとともに、回転子鉄心５１の径方向における外周側端部と回転子鉄心５１の外周縁との間隔が小さく設定されている。これらの設定により、各スリット５４の相互間部分が磁路として確保され、そこを永久磁石５３の磁束が効率よく通るようになる。【００２７】
各スリット５４の外周側端部の位置は、対応する永久磁石５３の幅Ｗを電気角０°〜１８０°で表わした場合に、電気角θ１，θ２，…θ１２の位置に設定される。この位置θ１，θ２，…θ１２の相互間隔Δθは均等の１２°となっているが、必ずしも均等である必要はない。【００２８】
とくに、各スリット５４の内周側端部の相互間隔Ｗｎについては、永久磁石５３の幅の中央部から両側部に向かってＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６（Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３＞Ｗ４＞Ｗ５＞Ｗ６）と徐々に小さくなる状態に設定される。Ｗ７は、永久磁石５３の両側部にそれぞれ対応するスリット５４の内周側端部と永久磁石５３の両側部との間隔を示す。【００２９】
この相互間隔Ｗｎの設定に際しては、次の条件が満足される。【００３０】
すなわち、永久磁石５３の幅がＷ、永久磁石５３ごとに対応する各スリット５４の数がｎ、永久磁石５３の幅Ｗが電気角０°〜１８０°で表わされる場合に永久磁石５３の個々に対する各スリット５４の外周側端部が電気角θ１，θ２，…θｎ（＝θ１，θ２，…θ１２）の位置にあって、その電気角０°〜１８０°と同じ図５に示す半波正弦波の波形面積がＳ、この半波正弦波における電気角θ１，θ２，…θｎの相互間隔Δθに対応する領域の波形面積がＳｎ（＝Ｓ１，Ｓ２，…Ｓ１２）である場合、各スリット５３の内周側端部の相互間隔Ｗｎ（＝Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６）は、Ｗｎ／Ｗ＝Ｓｎ／Ｓの条件により設定される。【００３１】
このように、各スリット５３の内周側端部の相互間隔Ｗｎを、各スリット５４の外周側端部の位置θ１，θ２，…θｎに対応した半波正弦波の面積の割合に合せて配分することにより、各スリット５４の外周側端部の位置θ１，θ２，…θｎおよびその相互間隔Δθがどのように設定されていても、回転子鉄心５１における磁束分布を半波正弦波に維持することができる。【００３２】
したがって、各スリット５４を設けていることによるトルク増大の効果を確保しながら、相巻線への誘起電圧をリップルの少ない正弦波状に維持することができる。これにより、振動および騒音の低減が確実に図れる。【００３３】
［２］第２の実施形態について説明する。  
図６に示すように、永久磁石５３の個々と対応する位置に１４個のスリット１４が形成されている。これらスリット５４の外周側端部の位置は、対応する永久磁石５３の幅Ｗを電気角０°〜１８０°で表わした場合に、電気角θ１，θ２，…θ１４の位置に設定される。この位置θ１，θ２，…θ１４の相互間隔Δθは、両端部が１４°に設定され、そこから中央部およびその付近にかけて１２°，１０°，８°と徐々に小さくなるように設定されている。【００３４】
他の構成および作用は第１の実施形態と同じである。よってその説明は省略する。【００３５】
この場合、図７に示すように、相巻線への誘起電圧がリップルの少ない正弦波状となる。【００３６】
［３］第３の実施形態について説明する。  
この実施形態では、永久磁石５３の幅Ｗが電気角０°〜１８０°で表わされる場合に、永久磁石５３の個々に対する各スリット５４の外周側端部がその電気角０°〜１８０°より狭い範囲内の電気角θ１，θ２，…θｎ（＝θ１，θ２，…θ１２）の位置に設定される。電気角０°〜１８０°より狭い範囲の電気角θ１〜θｎに対応する半波正弦波を図８に実線で示している。【００３７】
他の構成および作用は第１の実施形態と同じである。よってその説明は省略する。【００３８】
このような構成とすることにより、図９に示すように、固定子１１の歯部１１ａの先端の幅が回転子１２の各永久磁石５３の幅Ｗよりも小さい場合に、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗへの誘起電圧をリップルの少ない正弦波状にすることができる。【００３９】
図９に示す４極集中巻の固定子１１の場合、永久磁石５３の幅Ｗに対応する電気角０°〜１８０°より狭い範囲の電気角θ１〜θｎとして、電気角１０°〜１７０°や電気角２０°〜１６０°が最適である。【００４０】
［４］変形例  
なお、上記各実施形態では、スリット５４の個数が永久磁石５３ごとに１２個または１４個の場合を例に説明したが、その個数について限定はなく、回転子鉄心５１の大きさなどに応じて適宜に設定可能である。  
その他、この発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
この発明の永久磁石電動機は、例えば空気調和機等の密閉型圧縮機および冷凍サイクル装置への利用が可能である。
【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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【国際調査報告】
2009142060.tif 000019
2009142060.tif 000020