(57)【要約】      （修正有）【課題】ハードディスクドライブのスピンドルモータに用いられる流体軸受において、軸受を構成する部材の摩耗を抑制し、かつ使用中の蒸発が少ない潤滑剤を得ること。【解決手段】エステルなどの基油に、ナフテン酸塩、２位直鎖アルキルイミダゾール化合物及び脂肪族アミン化合物を配合する。また、必要に応じて、酸化防止剤、油性剤、極圧剤、摩擦調整剤、摩耗防止剤、防錆剤、腐食防止剤、金属不活性剤、清浄分散剤、粘度指数向上剤、導電性付与剤、加水分解安定剤などの添加剤を配合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑剤の主要材料としての基油、
前記基油に添加した、添加剤（Ａ）としてのナフテン酸塩、及び
添加剤（Ｂ）としてのアルキルイミダゾール化合物
を有する潤滑剤。
【請求項２】
前記添加剤（Ｂ）が、２位直鎖アルキルイミダゾール化合物である請求項１記載の潤滑剤。
【請求項３】
前記添加剤（Ａ）がナフテン酸亜鉛、前記添加剤（Ｂ）が２−ウンデシルイミダゾールである請求項１記載の潤滑剤。
【請求項４】
前記添加剤（Ａ）の添加量が０．１重量％から５重量％の範囲にあり、
前記添加剤（Ｂ）の添加量が０．０１重量％から２重量％の範囲にある請求項１から３のいずれかに記載の潤滑剤。
【請求項５】
前記添加剤（Ａ）の添加量が０．５重量％から２重量％の範囲にあり、
前記添加剤（Ｂ）の添加量が０．０５重量％から０．５重量％の範囲にある請求項１から３のいずれかに記載の潤滑剤。
【請求項６】
潤滑剤の主要材料としての基油、及び
前記基油に添加した、添加剤（Ａ）としてのナフテン酸塩、
添加剤（Ｂ）としてのアルキルイミダゾール化合物、及び
添加剤（Ｃ）としての脂肪族アミン化合物
を有する潤滑剤。
【請求項７】
前記添加剤（Ｂ）が、２位直鎖アルキルイミダゾール化合物であり、前記添加剤（Ｃ）が第一級アミン化合物である請求項６記載の潤滑剤。
【請求項８】
前記添加剤（Ａ）がナフテン酸亜鉛、前記添加剤（Ｂ）が２−ウンデシルイミダゾールであり、前記添加剤（Ｃ）がオクタデシルアミンである請求項６記載の潤滑剤。
【請求項９】
前記添加剤（Ａ）の添加量が０．１重量％から５重量％の範囲にあり、
前記添加剤（Ｂ）の添加量が０．０１重量％から２重量％の範囲にあり、
前記添加剤（Ｃ）の添加量が０．０１重量％から２重量％の範囲にある請求項６から８のいずれかに記載の潤滑剤。
【請求項１０】
前記添加剤（Ａ）の添加量が０．５重量％から２重量％の範囲にあり、
前記添加剤（Ｂ）の添加量が０．０５重量％から０．５重量％の範囲にあり、
前記添加剤（Ｃ）の添加量が０．０５重量％から０．５重量％の範囲にある請求項６から８のいずれかに記載の潤滑剤。
【請求項１１】
前記基油が、ポリ―α―オレフィン系化合物群、エステル系化合物群、エーテル系化合物群、フッ素系化合物群、アルキルベンゼン系化合物群から選択した少なくとも１つである請求項１から１０のいずれかに記載の潤滑剤。
【請求項１２】
さらに、前記基油に、酸化防止剤を添加したことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の潤滑剤。
【請求項１３】
流体軸受用として用いることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の潤滑剤。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の潤滑剤が充填された流体軸受。
【請求項１５】
請求項１４に記載の流体軸受を搭載したスピンドルモータ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のスピンドルモータを使用した磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体軸受用の潤滑剤、及びこの潤滑剤を用いた流体軸受を搭載したスピンドルモータ、並びにこのスピンドルモータを有する磁気ディスク装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体軸受は従来から磁気ディスク装置（ハードディスクドライブ）など情報記録装置におけるディスク駆動用スピンドルモータの軸受として広く使用されている。とくに近年は、ハードディスクドライブの小型化に対する要望が強く、磁気ディスクを駆動するスピンドルモータ等のモータの小型化が求められている。小型のハードディスクドライブは、携帯用の小型音楽記録再生装置に組み込む用途などが特に増加し、車載機器及び携帯電話などへの搭載も見込まれている。
【０００３】
上記の用途の小型ハードディスクドライブは、一般のパーソナルコンピュータに組み込まれているハードディスクドライブに比べると、電源のオン・オフを行う機会が多く、そのたびにハードディスクドライブのモータが起動・停止を繰り返す。このようなモータに組み込まれている流体軸受では、モータの起動及び停止の際に、軸がスリーブなどの金属支持部材に接触することがある。そのため、軸及びスリーブが摩耗するのを避けられない。長期間にわたって安定した回転精度などの性能を有するハードディスクドライブを得るためには、この摩耗を極力抑制する必要がある。
【０００４】
流体軸受を構成する金属部材の摩耗を抑制する従来の手段としては、流体軸受に充填されている潤滑剤に、リン酸エステルなどのリン系化合物を添加剤として加える方法がある（例えば特開２００１−２４０８８５号公報を参照）。リン系化合物は、金属の表面に極圧膜を形成するので、金属部材同士の接触が起こりにくくなり、摩耗が抑制される。極圧膜とは、リン系化合物等の極圧剤と摩耗により活性化された金属の新生面とが摩擦熱によって反応して形成される、金属よりも比較的軟らかい膜のことである。
モータの小型化にともなって流体軸受も小型化する必要があるが、小型の流体軸受では、軸受内の潤滑剤の量も少ない。流体軸受では高温時には使用中に潤滑剤が若干蒸発するが、元々少ない潤滑剤の一部が蒸発して減少すると、流体軸受の寿命に大きな影響を与えることになる。
【０００５】
潤滑剤の蒸発は以下の作用により生じるものと考えられている。
潤滑剤の基油として用いられる一般的な有機化合物は熱及び酸化により分子構造の一部の結合が切れ、低分子量の化合物が生成する。この化合物は蒸気圧が高いため、容易に蒸発することになる。さらに、この低分子量の化合物を生成する反応は金属の触媒作用によって加速されることが知られている。
小型のハードディスクドライブは、高速回転化が進んでいるうえ、車載機器にも採用され始めているため、従来より高い温度での使用が避けられない。また、携帯用の機器は屋外の直射日光の下で使用されることがあるので、使用中に高い温度になることがある。そのため、潤滑剤の耐熱性の向上も重要な課題である。
【特許文献１】特開２００１−２４０８８５号公報
【特許文献２】特開２００２−３４８５８６号公報
【特許文献３】特開２００３−２２１５８８号公報
【特許文献４】特開２００４−１５５８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モータが小型化するとともに、起動・停止の繰り返し頻度の高い機器に使用されるようになると、流体軸受の潤滑剤に前記のリン酸エステル等の極圧剤を添加する方法では、流体軸受内の金属部品の摩耗を良好に抑制することが困難になってきた。
本発明は、携帯用機器のハードディスクドライブ用途向けなど、小型でかつ耐摩耗性が要求される流体軸受においても軸受内の金属部品の摩耗が良好に抑制される潤滑剤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】
【０００７】
本発明の潤滑剤は、潤滑剤の主要材料としての基油、前記基油に添加した、添加剤（Ａ）としてのナフテン酸塩、及び添加剤（Ｂ）としてのアルキルイミダゾール化合物を有する。
この発明の潤滑剤を用いる流体軸受では、添加剤（Ａ）のナフテン酸塩と摩耗により活性化された金属の新生面が摩擦熱によって反応することにより、金属の表面に極圧膜が形成される。また、添加剤（Ｂ）のアルキルイミダゾール化合物のイミダゾール基と金属との反応により、金属の表面に反応生成被膜が形成されると推測される。金属の表面には、前記極圧膜と反応生成被膜の特定の組合せがもたらす相乗効果により、緻密で強固な被膜が形成されると推測される。これにより潤滑が増すとともに金属同士の接触が抑制されて摩耗が減少する。
【０００８】
本発明の他の観点の潤滑剤は、潤滑剤の主要材料としての基油、及び前記基油に添加した、添加剤（Ａ）としてのナフテン酸塩、添加剤（Ｂ）としてのアルキルイミダソール化合物、及び添加剤（Ｃ）としての脂肪族アミン化合物を有する。
この発明の潤滑剤を用いる流体軸受では、添加剤（Ａ）のナフテン酸塩と摩耗により活性化された金属の新生面が摩擦熱によって反応することにより、金属の表面に極圧膜が形成される。また、添加剤（Ｂ）のアルキルイミダゾール化合物のイミダゾール基と金属との反応により、金属の表面に反応生成被膜が形成されると推測される。さらに添加剤（Ｃ）の脂肪族アミン化合物が金属の表面に接すると、極性を有するアミノ基が金属の表面に静電気的に吸着されると推察される。これら前記の極圧膜、反応生成被膜及び吸着膜の特定の組合せがもたらす相乗効果により、金属の表面に緻密で強固な被膜が形成されると考えられ、これにより潤滑性が増すとともに、金属同士の接触が抑制されて、摩耗が減少する。
【０００９】
本発明の流体軸受は、請求項１から１３のいずれかに記載の潤滑剤が充填されている。本発明のスピンドルモータは請求項１４に記載の流体軸受を搭載している。本発明の磁気ディスク装置は、請求項１５に記載のスピンドルモータを使用している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の潤滑剤は、基油に前記の３種の添加剤（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を配合したことにより、特有の相乗効果が得られ、従来のリン系化合物のみを配合した場合に比べると、流体軸受内の金属部材の摩耗を抑制することができる。そのためモータの起動停止が頻繁に行われる用途のハードディスクドライブのモータの流体軸受の潤滑剤として用いた場合、信頼性の向上を図ることができる。
また、添加剤（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を配合すると金属の触媒作用による潤滑剤の劣化も抑制できるため、蒸発量が少なくなり、流体軸受を有するモータの長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明の最良の実施の形態を説明する。
本発明の潤滑剤は、ポリ―α―オレフィン系化合物群、エステル系化合物群、エーテル系化合物群、フッ素系化合物群、アルキルベンゼン系化合物群等から選択した少なくとも１種の化合物を基油として用いる。
この基油に添加剤の必須成分として、
添加剤（Ａ）のナフテン酸塩、及び添加剤（Ｂ）のアルキルイミダゾール化合物を配合する。
添加剤（Ａ）及び（Ｂ）に加えて更に、添加剤（Ｃ）の脂肪族アミン化合物を配合する。
【００１２】
前記添加剤（Ａ）のナフテン酸塩の具体例としては、ナフテン酸リチウム、ナフテン酸マグネシウム、ナフテン酸アルミニウム、ナフテン酸カルシウム、ナフテン酸マンガン、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸銅、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸バリウム、ナフテン酸鉛などが挙げられる。中でもナフテン酸亜鉛が極圧性能が高く、環境負荷が小さいため好ましい。
前記添加剤、（Ｂ）及び（Ｃ）のそれぞれの具体的な化合物名は、添加剤（Ｂ１）の２位直鎖アルキルイミダゾール、及び添加剤（Ｃ１）の第１級アミン化合物である。
【００１３】
前記添加剤（Ｂ１）の２位直鎖アルキルイミダゾールの具体例としては、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−プロピルイミダゾール、２−ブチルイミダゾール、２−ペンチルイミダゾール、２−ヘキシルイミダゾール、２−ヘプチルイミダゾール、２−オクチルイミダゾール、２−ノニルイミダゾール、２−デシルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−ドデシルイミダゾール、２−トリデシルイミダゾール、２−テトラデシルイミダゾール、２−ペンタデシルイミダゾール、２−ヘキサデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−オクタデシルイミダゾールなどが挙げられる。中でも２−ウンデシルイミダゾールが汎用性や被膜形成能力が高いため好ましい。
【００１４】
前記添加剤（Ｃ１）の第１級アミン化合物の具体例としては、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ヘプタデシルアミン、オクタデシルアミン、ノナデシルアミンが挙げられる。中でもオクタデシルアミンが汎用性や被膜形成能力が高いため好ましい。
上記各添加剤の添加量は以下の通りである。
【００１５】
添加剤（Ａ）のナフテン酸塩の添加量は、０．１重量％から５重量％であることが好ましく、０．５重量％から２重量％がさらに好ましい。
添加剤（Ｂ）のアルキルイミダゾール化合物の添加量は、０．０１重量％から２重量％であることが好ましく、０．０５重量％から０．５重量％がさらに好ましい。
添加剤（Ｃ）の脂肪族アミン化合物の添加量は、０．０１重量％から２重量％であることが好ましく、０．０５重量％から０．５重量％がさらに好ましい。
【００１６】
これら本発明の添加剤の添加量は前記の下限値未満であれば、摩耗の抑制効果はほとんどない。また、上記の添加量の上限値より多ければ効果はあるものの経済的に不利であるとともに、添加剤の溶解性が低下し、室温以下の低温で析出する場合が生じるため不適当である。
基油の酸化を抑制する目的で、酸化防止剤を１種または２種以上配合することが好ましい。酸化防止剤としては公知の化合物を選択することができる。具体的には、硫黄及び塩素を分子中に含まないフェノール系または同様のアミン系酸化防止剤が最適である。中でも、耐熱性の高い、フェノール基を２個以上含有するフェノール系酸化防止剤が好ましい。この場合、併せてアミン系酸化防止剤も添加すると、相乗効果が得られる場合があり好ましい。酸化防止剤の添加量は０．０１重量％から５重量％であることが好ましい。０．０１％未満であれば酸化の抑制効果がほとんどない。５％より多ければ効果はあるものの経済的に不利であり、酸化防止剤の潤滑剤に対する溶解性が低下し、室温以下の低温で析出する場合が生じるため、不適当である。より好ましくは、０．０５重量％から２重量％である。
【００１７】
また、必要に応じて、油性剤、極圧剤、摩擦調整剤、摩耗防止剤、防錆剤、腐食防止剤、金属不活性剤、清浄分散剤、粘度指数向上剤、導電性付与剤などの添加剤を配合してもよい。これらは、基油の性能を向上させ、補完する目的で用いる公知の化合物であり、これらの中から必要に応じて選択することができる。
《実施例１》
【００１８】
本発明の実施例１の潤滑剤を以下に説明する。
実施例１の潤滑剤は基油としてエステル系化合物であるセバシン酸ジオクチル(以下、ＤＯＳと略す)を用いる。このＤＯＳに添加剤として以下のものを添加する。
実施例１：基油に、ナフテン酸塩であるナフテン酸亜鉛を１重量％及び２位直鎖アルキルイミダゾールである２−ウンデシルイミダゾールを０．１重量％添加。
《実施例２から実施例４》
【００１９】
本発明の実施例２から実施例４の潤滑剤を説明する。
実施例２から実施例４の潤滑剤は基油としてＤＯＳを用いる。このＤＯＳに添加剤として以下のものを添加する。
実施例２：基油に、ナフテン酸塩であるナフテン酸亜鉛を１重量％及び２位直鎖アルキルイミダゾールである２−ウンデシルイミダゾールを０．１重量％及び第１級アミン化合物であるオクタデシルアミンを０．１重量％添加。
実施例３：基油に、ナフテン酸塩であるナフテン酸亜鉛を２重量％及び２位直鎖アルキルイミダゾールである２−ウンデシルイミダゾールを０．１重量％及び第１級アミン化合物であるオクタデシルアミンを０．１重量％添加。
実施例４：基油に、ナフテン酸塩であるネフテン酸亜鉛を１重量％及び２位直鎖アルキルイミダゾールである２−ウンデシルイミダゾールを０．５重量％及び第１級アミン化合物であるオクタデシルアミンを０．５重量％添加。
更に酸化防止剤として所望の添加剤を配合するのが好ましい。
【００２０】
実施例１から実施例４の潤滑剤、及び下記に挙げる複数の比較例１から比較例７の潤滑剤について耐摩耗性を調べるため、当技術分野ではよく知られているファレックス試験を行った。ファレックス試験では、φ５ｍｍのＳＵＳ４２０のシャフトとＮｉメッキした真鍮のＶ字ブロックを用いた。これらは流体軸受に使用される材料と同じ組合せの一例である。そして、シャフトＶブロックに荷重１０ｋｇを印加して、シャフトを回転させる。シャフトの回転数は３００ｒｐｍであり、試験時間は３時間である。
３時間の試験後、シャフト及びＶブロックの試験前の総重量と試験後の総重量を測定し、試験前後の総重量の差から摩耗量を算出した。
比較例１から比較例７の潤滑剤の成分は以下の通りである。基油はすべてＤＯＳを使用している。
【００２１】
比較例１：基油のみ。
比較例２：基油に、リン酸エステル系化合物である、リン酸トリオクチルを１重量％添加。
比較例３：基油に、ナフテン酸亜鉛を１重量％添加。
比較例４：基油に、ナフテン酸亜鉛を２重量％及びオクタデシルアミンを０．１重量％添加。
比較例５：基油に、２−ウンデシルイミダゾールを０．１重量％添加。
比較例６：基油に、２−ウンデシルイミダゾールを０．１重量％及びオクタデシルアミンを０．１重量％添加。
比較例７：基油に、オクタデシルアミンを０．１重量％添加。
【００２２】
また、添加剤による金属触媒作用の抑制効果を評価するため、潤滑剤の蒸発量試験を以下の方法で行った。
実施例１から実施例４の潤滑剤、及び比較例１から比較例７の潤滑剤をそれぞれ１０ｇ採取し、φ５０ｍｍのシャーレに入れる。それぞれのシャーレの潤滑剤の中にＳＵＳ４２０の粉末１０ｇを浸漬し、温度１５０℃に保って４８時間放置する。４８時間経過後それぞれ潤滑剤とＳＵＳ４２０の粉末の合計重量を計測する。試験前後の合計重量の差から蒸発量を算出した。
【００２３】
前記の２つの試験の結果から得られた摩耗量及び蒸発量を図１及び図２の棒グラフで表す。図１は摩耗量（単位ｍｇ）を示し、図２は蒸発量（単位ｇ）を示す。
通常、被膜形成能力を持つ添加剤は、複数添加しても金属表面に最も作用しやすい添加剤の効果しか得られない。しかし、図１及び図２から判るように、実施例１から実施例４の潤滑剤における摩耗量及び蒸発量は、比較例１から比較例７のものより少ない。これらは、本発明の組合せの場合にのみ発現する相乗効果がによるものと推察される。また実施例１から実施例４の潤滑剤を比較すると、実施例２の潤滑剤が摩耗量、蒸発量ともに最も少ない。
【００２４】
本発明の潤滑剤を用いて金属部材の潤滑を行うとき、各添加剤により以下のような潤滑作用が生じるものと思われる。
ナフテン酸亜鉛の作用は以下のように推察される。ナフテン酸亜鉛と摩耗により活性化された金属の新生面が摩擦熱によって反応することにより、金属の表面に極圧膜が形成される。この極圧膜が、摺動する２つの金属部材間に介在することにより、金属部材の直接接触を防ぎ摩耗を抑制し焼き付きを防止する。
２−ウンデシルイミダゾールの作用は以下のように推察される。２−ウンデシルイミダゾールのイミダゾール基と金属との反応により、金属の表面に反応生成被膜が形成される。
【００２５】
オクタデシルアミンの作用は以下のように推察される。オクタデシルアミンが金属表面に接すると、オクタデシルアミンの極性を有するアミノ基が金属表面に静電気的に吸着され、被膜を形成する。
本発明の潤滑剤は、添加剤（Ａ）による極圧膜、及び添加物（Ｂ）による反応生成被膜の特定の組合せがもたらす相乗効果により、金属表面に緻密で強固な被膜が形成され金属同士の接触が抑制されて、摩耗が少なくなると考えられる。
前記添加剤（Ａ）による極圧膜及び添加剤（Ｂ）による反応生成被膜に加えて、添加剤（Ｃ）による吸着膜が加わると、これらの特定の組合せがもたらす相乗効果により金属の表面にさらに緻密で強固な被膜が形成され、金属同士の接触が抑制されて摩耗が少なくなると考えられる。
【００２６】
本発明の実施例１から実施例４の潤滑剤では、前記のように金属の表面に添加剤による緻密で強固な被膜が形成されるため、基油が金属の表面に接触しにくくなる。そのため基油を構成する有機化合物の分子構造の一部の結合の切断を促進する金属の触媒作用が働きにくくなる。その結果として基油の蒸発が抑制される。潤滑剤の蒸発成分は基油であるので、基油の蒸発が抑制されると、潤滑剤の蒸発も抑制されることになる。
《実施例５》
【００２７】
実施例５は、前記実施例１から実施例４の潤滑剤を充填した流体軸受を用いたスピンドルモータに関するものであり、その要部の断面を図３に示す。図３に示すスピンドルモータに所定数の磁気ディスク１８を取り付けることによりハードディスクドライブが構成される。
図３に示すスピンドルモータは、ベース８に軸１０の一端が固定されている。軸１０の他端にはスラストフランジ１１が取り付けられている。軸１０はスリーブ１２の軸受孔１２ａに挿入されている。スリーブ１２のスラストフランジ１１を含む空間はスラストプレート１５により密閉されている。
【００２８】
軸１０の外周及び軸受孔１２ａの内周の少なくとも一方に、ラジアル動圧発生溝１３が形成されている。またスラストフランジ１１、スラストプレート１５及びスリーブ１２の段部の少なくとも１つに、スラスト動圧発生溝（図示省略）が形成されている。スリーブ１２にはハブ１６が取り付けられている。ハブ１６の内周部にはバックヨーク２１及びロータマグネット１７が取り付けられている。ベース８には、ロータマグネット１７に対向するようにステータコイル１９が取り付けられている。
軸１０とスリーブ１２の軸受孔１２ａとの間、スラストフランジ１１とスラストプレート１５との間には、本発明の実施例１から実施例４の少なくとも１種の潤滑剤２０が充填されている。
【００２９】
ステータコイル１９に通電すると、スリーブ１２及びハブ１６はロータマグネット１７に生じる駆動力により回転する。回転により潤滑剤に動圧が発生して、軸１０及びスラストフランジ１１は、スリーブ１２及びスラストプレート１５に非接触で回転する。
図３に示すスピンドルモータは、一般的な軸固定型の流体軸受を有するものであるが、本発明の潤滑剤は、軸回転型の流体軸受を含むあらゆる形式、形状の流体軸受にも適用可能であり、その場合でも前記の図１及び図２に示すように軸受部材の摩耗量が少なくかつ潤滑剤の蒸発量が少ないという効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、小型かつ長寿命のスピンドルモータの流体軸受に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１から４の潤滑剤と比較例１から７の潤滑剤とを比較した、摩耗量を示すグラフ
【図２】本発明の実施例１から４の潤滑剤と比較例１から７の潤滑剤とを比較した、蒸発量を示すグラフ
【図３】本発明の潤滑剤を充填した流体軸受を有するスピンドルモータの要部断面図
【符号の説明】
【００３２】
８  ベース
１０  軸
１１  スラストフランジ
１２  スリーブ
１２ａ  軸受孔
１３  ラジアル動圧発生溝
１５  スラストプレート
１６  ハブ
１７  ロータマグネット
１８  磁気ディスク
１９  ステータコイル
２０  潤滑剤
２１  バックヨーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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