(57)【要約】【課題】製造及び巻線が容易である電気モータ用ステータユニットを提供する。【解決手段】巻線３４を収容するための複数のステータポール部１０と略環形状のステータ保磁子部１２が設けられる略円筒形状のステータコア体とを有し、各ステータポール部１０が、ステータ保磁子部１２から半径方向の内周側に延伸されて、その内周側端部に極片部分１４が設けられて電気モータに用いられるステータユニットであって、ステータコア体は、隣接する各ステータポール部１０の極片部分１４を、結合部１６で側面を結合させることで内周側が閉じられるように形成される。ステータポール部１０は、第１の状態が強磁性であり、第２の状態が常磁性である磁性材料により形成される。ステータポール部１０の磁性材料の磁気特性は、結合部１６の領域が常磁性であり、残りの部分が強磁性である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を収容するための複数のステータポール部と略環形状のステータ保磁子部が設けられる略円筒形状のステータコア体を有し、
前記各ステータポール部が、前記ステータ保磁子部から半径方向の内周側に延伸されて、その内周側端部に極片部分が設けられて電気モータに用いられるステータユニットであって、
前記ステータコア体は、隣接する前記各ステータポール部の極片部分が、結合部で側面が結合されることで内周側が閉じられるように形成され、
前記ステータポール部は、第１の状態が強磁性であり、第２の状態が常磁性である磁性材料により形成され、
前記ステータポール部の前記磁性材料の磁気特性は、前記結合部の領域が常磁性であり、残りの部分が強磁性である
ことを特徴とするステータユニット。
【請求項２】
前記ステータポール部の磁性材料は、出荷時には強磁性であり、熱処理により常磁性に磁気特性を変化させることが可能な材料である
ことを特徴とする請求項１に記載のステータユニット。
【請求項３】
前記ステータポール部の磁性材料は、安定した化学組成を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のステータユニット。
【請求項４】
前記ステータポール部の磁性材料は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系合金を基本組成とする二相合金（複合磁性材料）である
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のステータユニット。
【請求項５】
前記ステータ保磁子部は、軟質磁性材料の粉末冶金製品により形成される
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のステータユニット。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のステータユニットの製造方法であって、
前記ステータポール部は、強磁性の磁性材料を用いて製造され、
前記磁性材料を局所的に制限して常磁性の状態に変化させるように、前記ステータポール部の前記結合部の領域が加熱される
ことを特徴とするステータユニットの製造方法。
【請求項７】
前記結合部は、レーザ光又は誘導加熱により加熱される
ことを特徴とする請求項６に記載のステータユニットの製造方法。
【請求項８】
前記結合部は、１１５０℃よりも高い温度に加熱される
ことを特徴とする請求項６又は７に記載のステータユニットの製造方法。
【請求項９】
前記ステータポール部は、磁性材料により構成された金属薄板から型抜きされ、
複数の前記型抜きされた金属薄板が、積層のパッケージを形成する
ことを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載のステータユニットの製造方法。
【請求項１０】
前記ステータポール部は、各ステータポール部が直線的な列で平行に並んで配置されて結合されるように、磁性材料から型抜きされ、
前記直線的な列が、環形状を形成するよう曲げて結合されることで閉じた環形状を形成する
ことを特徴とする請求項９に記載のステータユニットの製造方法。
【請求項１１】
前記各ステータポール部には、外周の開口側から巻線が巻回され、
それから、前記ステータ保磁子部が接続されて結合される
ことを特徴とする請求項６〜１０の何れか１項に記載のステータユニットの製造方法。
【請求項１２】
前記各ステータポール部には、予め巻回された巻線が外周の開口側から差込まれ、
それから、前記各ステータポール部に、前記ステータ保磁子部が接続されて結合される
ことを特徴とする請求項６〜１０の何れか１項に記載のステータユニットの製造方法。
【請求項１３】
前記二相合金（複合磁性材料）は、高Ｂｓ（飽和磁束密度）型複合磁性材ＹＥＰ  ＦＡ１鋼（日立金属株式会社製）である
ことを特徴とする請求項４に記載のステータユニット。
【請求項１４】
前記ステータ保磁子部の軟質磁性材料は、ニッカロイＥＵ−６７Ｈｘ（日立粉末冶金株式会社製）である
ことを特徴とする請求項５に記載のステータユニット。
【請求項１５】
前記ステータユニットは、ブラシレス直流モータに用いられる
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のステータユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に相当する電気モータ、特にブラシレス直流モータに用いられるステータユニット及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータ、特に、ブラシレス直流モータに用いられるようなステータユニットは、巻線を収容するための複数のステータポール部と、略環形状のステータ保磁子部が設けられる略円筒形状のステータコア体とを有している。それらのステータポール部は、ステータ保磁子部から半径方向の内周側に延伸されて、各ステータポール部の内周側端部には極片部分が設けられる。このような構成のステータユニットが、モータ構成上でインナーロータ型であるブラシレス直流モータ及びその他の永久磁石型モータの分野で利用されており、その他の電気モータの分野でも利用されている。
【０００３】
インナーロータ型電気モータは、１個又は複数個の永久磁石を含んでシャフトに取り付けられるロータユニットと、例えば複数の金属薄板を積層させたパッケージで構成されるステータコア体を備えるステータユニットを含んでいる。その金属薄板を積層させたパッケージは、巻線を担持するためのスロットを備えて形成される。ロータユニットは、上記のステータユニットの中に同軸になるように挿入される。
【０００４】
図４は、従来技術のブラシレス直流モータの概略構成を示す縦断面図である。図４には、ロータユニット２４、ステータユニット２６、及び、ロータユニット２４を回転可能に軸支する軸受２８、３０が収容されている筐体２２を備える電気モータの基本的な構造が図示されている。
【０００５】
ステータユニット２６は、金属薄板が複数枚積層されてスロットを備えた金属薄板積層パッケージ３２を含んでおり、その金属薄板積層パッケージ３２には、ステータ保磁子部及びそのステータ保磁子部から半径方向内側に突出する複数のステータポール部が設けられている。各ステータポール部には巻線３４が巻回される。各ステータポール部には、その内周側端部に、ロータユニット２４を挿入する空間を区切れるように極片部分が設けられている。
【０００６】
ロータユニット２４は、シャフト３６、ロータ保磁子３８、及び永久磁石４０を含んでいる。軸受２８、３０は、ロータユニット２４を軸支するために用いられており、フランジ又は筐体２２と一体化させることができる。
【０００７】
従来技術では、ステータコア体は、そのステータコア体のスロットを備えた断面形状に対応して型抜きされた複数の金属薄板を積層し、積層された金属薄板積層パッケージ３２を組み立てることで形成できることが知られている。そのような積層された複数の薄板から構成される金属薄板積層パッケージ３２は、ステータコア体全体に充分で均等な磁界分布を提供でき、渦電流も減少させることができる。
【０００８】
更に従来の技術では、ステータコア体を多数のステータポール部材を用いて製造できることが知られている。その際の１個のステータポール部材は、通常、極片部分を備える１個のステータポール部を含んでおり、１個の環状のステータ保磁子部に各ステータポール部材が結合される。そのようなステータユニットは、例えば、以下の特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、及び特許文献９に記載されている。
【０００９】
そのような複数の部材を用いて製造されるステータコア体の利点は、各ステータポール部材に予め巻回された巻線３４を収容することができるか、又は、個々のステータポール部材を分離させて巻線３４を巻回できる点である。その場合、まず、各ステータポール部材のステータポール部に巻線３４が取り付けられ、それから各ステータポール部材は、円筒形状のステータユニットとなるように組み合わされる。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６３５９３５５号明細書
【特許文献２】国際公開第０２／４７２３８号パンフレット
【特許文献３】米国特許第５７８６６５１号明細書
【特許文献４】独国特許発明第１９８４２９４８号明細書
【特許文献５】欧州特許第０９１５５５３号明細書
【特許文献６】米国特許第６０４９１５３号明細書
【特許文献７】米国特許第５７９６１９５号明細書
【特許文献８】欧州特許第１０１４５３６号明細書
【特許文献９】国際公開第０２／４７２４０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このようなステータユニットは、多数のステータポール部材を組み合わせて製造する必要があることから、上記した利点がある一方でステータコア体の製造に労力と費用が多くかかるという欠点を有している。又、このようなステータコア体を機械精度的に安定して製造することは、構造を精密にする方法に依存していることから、場合によっては追加の処置が必要になることがあった。
【００１２】
本発明は上記したような課題を解決するためになされたもので、製造及び巻線が容易である電気モータ用ステータユニット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】
【００１３】
この課題を解決するために、本発明に係るステータユニットは請求項１に記載された特徴を備え、本発明に係るステータユニットの製造方法は請求項６に記載された特徴を備える。
すなわち、本発明に係るステータユニットは、巻線を収容するための複数のステータポール部と略環形状のステータ保磁子部が設けられる略円筒形状のステータコア体を有し、各ステータポール部が、ステータ保磁子部から半径方向の内周側に延伸されて、その内周側端部に極片部分が設けられて電気モータに用いられるステータユニットであって、ステータコア体は、隣接する各ステータポール部の極片部分を、結合部で側面を結合させることで内周側が閉じられるように形成され、ステータコア体は、第１の状態が強磁性であり、第２の状態が常磁性である磁性材料により形成され、ステータポール部の磁性材料の磁気特性は、結合部の領域が常磁性であり、残りの部分が強磁性であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るステータユニットの製造方法では、ステータポール部は、強磁性の磁性材料を用いて製造され、磁性材料を局所的に制限して常磁性の状態に変化させるように、ステータポール部の結合部の領域が加熱されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のステータコア体では、隣接する各ステータポール部の極片部分の内周側が閉じられるように結合部で側面が結合されて形成されるので、製造及び巻線が容易である電気モータ用ステータユニットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明を、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態に係るステータユニットの一例の概略の内部構成を示す平面図である。尚、図面を明確に表示するために、巻線３４は、一部のみで他が省略された記載になっている。
図１に示された例の場合には、ステータユニットは６個のステータポール部１０を有し、それらの外周に沿ってステータ保磁子部１２が結合されている。それらのステータポール部１０は、略環形状のステータ保磁子部１２から半径方向の内周側に延伸されており、その内周側端部には極片部分１４が設けられている。それらの極片部分１４は、ブリッジ部（結合部）１６で側面が結合されている。それらのブリッジ部（結合部）１６は、互いに隣接する各極片部分１４の側端部により形成することができる。ステータポール部１０の間には、巻線３４を収容するためのスロット１８が形成される。
【００１８】
本実施の形態に係る各ステータポール部１０の各極片１４は、第１の状態が強磁性であり、第２の状態が常磁性である磁性材料により形成される。但し、各極片部分１４と各ステータポール部１０において、その磁性材料の磁気特性が常磁性の状態に維持されるのは、ブリッジ部（結合部）１６の領域のみであり、極片部分１４を含むステータポール部１０の残りの部分については強磁性の状態が維持される。
【００１９】
本実施の形態に係るステータユニット２６のステータポール部１０は、好適には、下記する特性を備える金属薄板積層パッケージにより形成される。尚、ステータ保磁子部１２も、そのような金属薄板積層パッケージにより形成することができ、ステータポール部１０の各金属薄板を結合させる結合部分２０が設けられる。結合させる技術としては、溶接や接着が可能である。尚、ステータ保磁子部１２は、軟質磁性材料により形成され、例えば、日立粉末冶金株式会社のＥＵ−６７Ｈｘという名称の軟質磁性材料（粉末冶金製品：ニッカロイ）により製造することができる。
【００２０】
ステータポール部１０の材料は、好適には、日立金属株式会社（日本国、東京都）から「高ＢＳ（飽和磁束密度）型複合磁性材ＹＥＰ  ＦＡ１鋼」という名称で発売されているＦｅ−Ｃｒ−Ｃ系合金を基本組成とする二相を有する合金（複合磁性材料）である。その（二相）合金には、更に、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ又はＡｌが含有されている。上記した材料は、磁気特性として強磁性の状態（比透磁率：約９００）及び常磁性の状態（比透磁率：１．０１未満）を有し、出荷時には強磁性であり、１０５０℃以上、特に１１００℃以上、好ましくは１１００℃から１２００℃の範囲で加熱する熱処理により、強磁性の状態から常磁性の状態に変化させることが可能な材料である。ここで特に好適な温度範囲は、１１５０℃から材料の溶解温度の間である。その他の詳細事項については、例えば、米国特許第６２５５００５号明細書及び後述の日本国公開公報に開示されている。
【００２１】
図２は、本実施の形態に係るステータユニットを製造するための金属薄板の形成形状を示す平面図であり、図３は、図２に示した領域Ｘを拡大して示す拡大断面図である。
本実施の形態に係るステータユニットは、好適には、図２及び図３に関連して以下に示したような方法により製造される。先ず、金属材料の１枚の薄板から、複数のステータポール部１０と極版１４が平行に並んで互いに繋がった一直線状のユニットが型抜きされる。金属薄板積層パッケージ３２は、そのような金属薄板が複数枚積層されて形成される。ここで、各ステータポール部１０は、その時点では、極片部分１４の間のブリッジ部（結合部）１６のみにより連結されている。本実施の形態に係る磁性材料の磁気特性は、この時点では強磁性の状態である。
【００２２】
各極片部分１４のブリッジ部（結合部）１６が熱処理され、それによって、そのブリッジ部における比透磁率μｒが＝１．０１にまで低下する。そのような熱処理は、誘導巻線による方法又はレーザ光による処理で実施することができる。
【００２３】
図２に示されているステータ保磁子部１２を除いた一直線状のステータコア体は、ブリッジ部（結合部）１６を加熱する前又は加熱した後に、環形状に曲げ加工され、図２の両端の結合部１６’のところで、例えば、レーザ溶接により結合され、それにより閉じられる。ステータポール部１０（の極片部分１４）をそのように加工することにより、ブリッジ部（結合部）１６により内周に沿って連結されることになり、ステータ保磁子部１２以外も閉じられた環形状のユニットが形成できることになる。図３に示したブリッジ部（結合部）１６の結合厚み（幅）寸法ｄは、０．５ｍｍ未満であり、好適には、約０．３５ｍｍである。このように内周側が環形状に閉じられたステータコア体には、外周の開口側から容易に巻線を巻回すことができる。
【００２４】
又、本実施の形態に係るステータユニット２６では、比較的太い巻線を使用することができる。それは、各ステータポール部１０の間の隙間に巻線を通過させなければならないという作業が、外周側が開口されているため何の制約もなくできるからである。さらに本実施の形態では、巻線の制約が無いことから高い導体占積率を得ることができ、予め巻回された巻線３４を使用することも可能である。そのような予め巻回された巻線３４は、外周の開口側からステータポール部１０に差し込むことができる。
【００２５】
それから、図１に示されているような環形状のステータ保磁子部１２が、ステータポール部１０（極片部分１４）に接続されて、そのステータ保磁子部１２とステータポール部１０（極片部分１４）が、例えば、レーザ溶接、接着、又は、圧入により結合される。あるいは図２に示したように、ステータ保磁子部１２についても金属薄板から一直線状に打ち抜き、さらに環形状に曲げて繋ぐことで、環形状を閉じることも可能である。
【００２６】
本実施の形態に係るステータユニット２６が備える更なる利点は、ステータユニット内部におけるステータコア体に対向するロータ空間が閉じられており、ステータコア体の外周側と同様に内周側もステータポール部１０（の極片部分１４）の側面で繋がっていることから、ステータコア体の外周側と内周側の何れか一方でのみ繋がっているものと比べた場合、ステータポール部１０に対する磁力及び衝撃に基づく機械的な作用が内周側も繋がる方では明らかに小さくなる点である。本実施の形態に係るステータユニット２６は、トルクリップル及びディテントトルクに関して際立つ特性を有し、場合によっては、各要求に応じて温度範囲を部分的に変化させることで、目標値に調整することができる。
【００２７】
本実施の形態に係るステータユニット２６では、隣接する各ステータポール部１０の極片部分１４を、ブリッジ部（結合部）１６で側面を結合させることで内周側が閉じられているステータコア体が形成される。
【００２８】
本実施の形態では、上記した種類のステータユニット２６のステータポール部１０は、第１の状態が強磁性であって、第２の状態が常磁性である（二相）合金（複合磁性材料）から製造される。各ステータポール部１０は、強磁性の状態の磁性材料により、互いに繋げられて製造される。その後で、各ステータポール部１０の極片部分１４の結合部１６が加熱されることで、磁性材料を局所的に制限して常磁性の状態に変化させる。この方法により、ステータポール部１０が強磁性材料から構成され、且つ、極片部分１４に形成された結合部１６でステータコア体の内周側が結合され、磁気短絡が発生することがないインナーロータ型電気モータ用のステータユニット２６を製造することができる。磁気短絡は、ステータポール部１０の磁性材料の磁気特性を、結合部１６の領域で強磁性から常磁性に変化させることで阻止することができる。それにもかかわらず、ステータポール１０の磁性材料は、非常に安定した化学組成を有している。
【００２９】
本実施の形態では、先ず、ステータポール部１０の内周側に沿って、極片部分１４で繋がっている環形状を形成することにより、巻線３４を極片部分１４の外周側から巻回できるようにステータユニット２６を製造することが可能である。次いで、巻線３４が巻回されたステータポール部１０に、ステータユニット２６を更に安定させることができるように、環形状のステータ保磁子部１２が外周側から接続される。尚、各ステータポール部１０の内周側は、常磁性の結合部１６が磁気的には互いに分離されているので、常磁性の結合部１６が機械的には繋がっている状態に留めておくことができる。
【００３０】
本実施の形態に係るステータユニット２６の構成では、特別に、巻線３４をステータポール部１０の外周側から巻回せるだけではなく、より太い巻線を使用でき、同様に、各ステータポール部１０間のスロット１８における巻線の導体占積率も高めることができる。さらに、ステータポール部１０に外周の開口側から差し込みできるように予め巻回された巻線３４の使用も可能である。各ステータポール部１０を、内周に沿った結合部１６と同様に外周に沿ってステータ保磁子部１２を接続させて結合させることで、特に機械的に安定させることができる。更に、本実施の形態に係るステータユニット２６の場合、ステータユニット２６のロータユニット２４への対向部が閉じられており、環形状のステータ保磁子部１２が同時に筐体２２として機能も請け負うことができるという利点を有している。
【００３１】
本実施の形態に係るステータポール部１０を製造するのに適している材料は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系合金を基本組成とする（二相）合金（複合磁性材料）であり、例えば、日立金属株式会社（日本国、東京）により「高ＢＳ（飽和磁束密度）型複合磁性材ＹＥＰ  ＦＡ１鋼」の名称で製造されている。その（二相）合金は、例えば、米国特許第６、２５５、００５号明細書、及び、米国特許第６、３９０、４４３号明細書、並びに、日本国の特開２００４−０９１８４２号公報、特開２００４−１４３５８５号公報、及び、特開２００４−２８１７３７号公報に記載されている。それらの特許文献は、磁性材料の構成成分に関して利用できるのと同様に、その中で開示されている温度範囲、特に、磁性材料の磁気特性を第１の状態の強磁性の状態から第２の状態の常磁性の状態に変化させる温度の範囲に関しても利用できる。尚、上記の公開された特許文献では、電磁弁及びその他の磁性部材に磁性材料を用いることについては記載されているが、上記特許文献の何れにもステータユニットにその磁性材料を用いることについては記載も示唆もされていない。
【００３２】
本実施の形態に係る各ステータポール部１０は、各極片部分１４に関して強磁性の磁性材料を用いて繋げられて製造され、それから、その磁性材料を局所的に制限して常磁性の状態に変化させるように、各ステータポール部１０の結合部１６の領域が加熱される。その熱は、例えば、レーザ光又は誘導加熱により発生される。結合部１６は、好適には、１１５０℃よりも高い温度（＞１１５０℃）に加熱される。
【００３３】
本実施の形態に係るステータポール部１０は、好適には、磁性材料により構成された金属薄板から型抜きされ、その後、複数の型抜きされたステータポール部１０用の金属薄板により、積層パッケージ３２が形成される。本実施の形態に係るステータポール部１０用の各金属薄板は、特に好適には、各ステータポール部１０が直線的な列で平行に並んで配置されて結合されるように、１枚の磁性金属薄板から型抜きされる。そうすることで、打ち抜き後の材料屑の発生を非常に少量にすることができる。その後、型抜きで得られたステータポール部１０用の直線的な列の金属薄板は、積層され、その後、１個の環形状（ステータ環）を形成するよう曲げ加工（巻き加工）され、曲げ加工による開口の対向する端部が閉じられるように結合される。
【００３４】
上述したように形成されたステータ環は、外週側から巻線を巻回すことができ、巻回後は、ステータ保磁子部１２が接続されて結合されることにより閉じられる。そのように構成することで、容易な巻線技術を使用できるようになり、巻線の高い導体占積率も得ることができ、ステータポール部１０間の内周側間隙により巻線時の巻線の太さが制約される事態がなくなることから、より太い巻線を用いることが可能になる。
【００３５】
本実施の形態に係るステータ保磁子部１２の材料としては、好適には、軟質磁性材料が用いられ、例えば、日立粉末冶金株式会社により「軟質磁性材料（粉末冶金製品としての名称はニッカロイ）：圧粉磁心：ＥＵ−６７Ｈｘ」の名称で製造されている材料が用いられる。そうすることで、ステータ保磁子部１２は、単に、磁力線の戻り経路としてだけではなく、選択的に、外部に対する密封機能を有する筐体２２を構成することができる。しかしながら、ステータ保磁子部１２を、例えば、型抜きされた薄板が積層されて構成される金属薄板積層パッケージで形成させることも可能である。さらにその場合には、ステータ保磁子部１２用の金属薄板を、先ず線形（一直線）に型抜きし、曲げ加工の後接続して環形状を形成し、それから、その環形状を、例えば、レーザ溶接により閉じることが可能である。
【００３６】
本願明細書、図面及び請求項に開示した特徴は、単独であろうと任意の組み合わせであろうと本発明における様々の形態の実現に寄与する。
【００３７】
このように本実施の形態のステータコア体は、隣接する各ステータポール部の極片部分１４の内周側が閉じられるように、結合部１６で側面が結合されて形成されるので、製造及び巻線が容易である電気モータ用ステータユニットを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のステータユニットは、インナーロータ型のモータ構成であるブラシレス直流モータ及びその他の永久磁石型モータの分野で利用可能である。しかし、本発明は、その他の電気モータの分野でも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るステータユニットの一例の概略の内部構成を示す平面図である。
【図２】本発明に係るステータユニットを製造するための金属薄板の形成形状を示す平面図である。
【図３】図２に示した領域Ｘを拡大して示す拡大断面図である。
【図４】本発明のステータユニットを組み込み可能である従来技術のブラシレス直流モータの概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ステータポール部、
１２  ステータ保磁子部、
１４  極片部分、
１６  ブリッジ部（結合部）、
１６’  ブリッジ部（結合部）、
１８  スロット、
２０  結合部分、
２２  筐体、
２４  ロータユニット、
２６  ステータユニット、
２８、３０  軸受、
３２  金属薄板積層パッケージ、
３４  巻線、
３６  シャフト、
３８  ステータ保磁子部、
４０  永久磁石。
【図１】
2006304590.tif 000003
【図２】
2006304590.tif 000004
【図３】
2006304590.tif 000005
【図４】
2006304590.tif 000006