(57)【要約】【課題】本発明は、大きな面圧が発生する中心側チップシールの摺動面積を低減し、摺動ロス、即ち動力低減を可能とする一方で、圧縮性能を確保したスクロール流体機械を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、鏡板とラップ部とを有する第１のスクロールと、鏡板とラップ部を有し、前記第１のスクロールと対向する第２のスクロールとを備え、前記第１のスクロールおよび前記第２のスクロールのラップ部の対向する鏡板側の面に溝を有し、前記シール溝内に前記第１のスクロールと前記第２のスクロールとの間をシールするチップシールを有し、前記第１のスクロールと前記第２のスクロールのうち、少なくとも一方において、前記チップシールおよびシール溝の中心側の径方向幅寸法は外周側の径方向幅寸法よりも小さいスクロール式流体機械を提供する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板とラップ部とを有する第１のスクロールと、
鏡板とラップ部を有し、前記第１のスクロールと対向する第２のスクロールとを備え、
前記第１のスクロールおよび前記第２のスクロールのラップ部の対向する前記スクロールの前記鏡板側の面にシール溝を有し、
前記シール溝内に前記第１のスクロールと前記第２のスクロールとの間をシールするチップシールを有し、
前記第１のスクロールと前記第２のスクロールのうち、少なくとも一方において、前記チップシールおよび前記シール溝の中心側の端部の径方向幅寸法は外周側の端部の径方向幅寸法よりも小さいスクロール式流体機械。
【請求項２】
前記第１のスクロールと前記第２のスクロールのうち、少なくとも一方において、前記チップシールおよび前記シール溝を中心側から外周側に向かい連続的に径方向幅寸法が変化することを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項３】
前記第１のスクロールと前記第２のスクロールのうち、少なくとも一方において、前記チップシールおよび前記シール溝を中心側から外周側に向かい階段状に径方向幅寸法が変化することを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項４】
前記第１のスクロールと前記第２のスクロールのうち、少なくとも一方において、前記シール溝の中心側の端部の径方向幅寸法は前記チップシールの外周側の端部の幅寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項５】
前記第１のスクロールと前記第２のスクロールのうち、少なくとも一方において、中心側の前記チップシールと外周側の前記チップシールとを別体であることを特徴とする請求項３に記載のスクロール式流体機械。
【請求項６】
鏡板とラップ部とを有する第１のスクロールと、
鏡板とラップ部を有し、前記第１のスクロールと対向する第２のスクロールとを備え、
前記第１のスクロールおよび前記第２のスクロールのラップ部の対向する前記スクロールの前記鏡板側の面にシール溝を有し、
前記シール溝内に前記第１のスクロールと前記第２のスクロールとの間をシールするチップシールを有し、
前記第１のスクロールまたは前記第２のスクロールの少なくとも一方において、前記チップシールは中心側の端部を含む中心側チップシールと外周側の端部を含む外周側チップシールとから構成され、前記シール溝は、中心側の端部を含む中心側シール溝と外周側の端部を含む外周側シール溝とから構成され、
前記中心側チップシールの径方向幅寸法は前記外周側チップシールの径方向幅寸法よりも小さく、前記中心側シール溝の径方向幅寸法は前記外周側シール溝の径方向幅寸法よりもことを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項７】
前記第１のスクロールと前記第２のスクロールのうち、少なくとも一方において、前記中心側シール溝の径方向幅寸法は、前記外周側チップシールの径方向幅寸法よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載のスクロール式流体機械。
【請求項８】
前記第１のスクロールと前記第２のスクロールのうち、少なくとも一方において、前記中心側チップシールと前記外周側チップシールとは別体であることを特徴とする請求項６に記載のスクロール式流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール式流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景技術として、特許文献１、特許文献２がある。特許文献１には「チップシール５０は、幅寸法は渦巻き方向に亘って一定で、可動歯部１１ｂの中心側部分１７ｂの溝部１３の幅寸法は、渦巻き方向に亘って一定である。外周側部分１７ａの溝部１３の幅寸法は、可動歯部１１ｂのうち中心側部分１７ｂの溝部１３の幅寸法Ｗｂに比べて小さい」スクロール型コンプレッサが記載されている。特許文献２には「組み立て時の凹溝部２５とチップシール２６とが、それぞれの間のクリアランスをスクロール側板部２３の渦巻外周部から渦巻中心部に向けて漸次大きくする・・・スクロール基板部の回転軸心方向及び前記スクロール基板部の対向面と平行の方向、又は前記スクロール基板部の回転軸心方向若しくは前記スクロール基板部の対向面と平行の方向のいずれか一方に係るシール部材の寸法が、スクロール側板部の渦巻外周部から渦巻中心部に向けて漸次小さく設定された」スクロール圧縮機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９６６８８号公報
【特許文献２】特開平６−２３５３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、チップシールの幅寸法は渦巻き方向に亘って一定である一方で、可動歯部１１ｂの溝部１３（旋回スクロールのラップ部に形成されたチップシール溝）の中心側部分の幅寸法は外周部分の幅寸法よりも大きい。
【０００５】
また、特許文献２では、凹溝部２５とチップシール２６との間のクリアランスが渦巻外周部から渦巻中心部に向けて漸次大きくなっている。また、スクロール側板部２３の渦巻外周部から渦巻中心部に向シール部材（チップシール）の幅寸法が渦巻外周部から渦巻中心部に向けて漸次小さくなっている。
【０００６】
しかし、特許文献１、特許文献２の場合、渦巻内周側のチップシールと溝との間のクリアランスを大きくすることによって、チップシールが熱膨張して適正寸法になるまでの間、流体の漏れが大きくなり圧縮性能確保が困難である。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、大きな面圧が発生する中心側チップシールの摺動面積を低減し、摺動ロス、即ち動力低減を可能とする一方で、圧縮性能を確保したスクロール流体機械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】
上記課題を解決するために、本発明は、鏡板とラップ部とを有する第１のスクロールと、鏡板とラップ部を有し、前記第１のスクロールと対向する第２のスクロールとを備え、前記第１のスクロールおよび前記第２のスクロールのラップ部の対向する鏡板側の面にシール溝を有し、前記シール溝内に前記第１のスクロールと前記第２のスクロールとの間をシールするチップシールを有し、前記第１のスクロールと前記第２のスクロールのうち、少なくとも一方において、前記チップシールおよびシール溝の中心側の径方向幅寸法は外周側の径方向幅寸法よりも小さいスクロール式流体機械を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、動力低減を可能とする一方で、圧縮性能を確保したスクロール流体機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例に係るスクロール式流体機械の断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る旋回スクロールおよびチップシールの斜視図である。
【図３】本発明の実施例に係る旋回スクロールおよびチップシールの断面図である。
【図４】図３のＭ部拡大図である。
【図５】本発明の実施例に係るスクロールラップ先端部の断面図である。
【図６】図５に相手スクロール歯底面を記載した図である。
【図７】本発明の変形例に係る旋回スクロールおよびチップシールの斜視図である。
【図８】本発明の変形例に係る旋回スクロールおよびチップシールの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例によるスクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙げて、添付図面に従って詳細に説明する。
【００１２】
本発明の実施例を図１〜５を用いて説明する。
【００１３】
図１に本実施例におけるスクロール式圧縮機の断面図を示す。スクロール式空気圧縮機のケーシング１は、筒状に形成されると共に、旋回スクロール８の外側に設けられ、その内部に駆動軸１５を回転可能に支持している。
【００１４】
ケーシング１の開口側に設けられた固定スクロール２は、図１に示すように、軸線Ｏ−Ｏを中心として略円板状に形成された鏡板３と、鏡板３の表面となる歯底面に軸方向に立設された渦巻状のラップ部４と、ラップ部４を取囲んで鏡板３の外径側に設けられた筒状の外周壁部５と、鏡板３の背面に突設された複数の冷却フィン６とによって大略構成されている。
【００１５】
ここで、ラップ部４は、例えば最内径端を巻始め端として、最外径端を巻終り端としたときに、径方向内側から径方向外側に向けて例えば４巻前後の渦巻状に巻回されている。そして、ラップ部４の歯先面は、相手方となる旋回スクロール８の鏡板９の歯底面から所定の軸方向寸法だけ離間している。
【００１６】
また、ラップ部４の歯先面（相手方の旋回スクロール８の鏡板９に対向する側の面）には、ラップ部４の巻回方向に沿ってシール溝４Ａ，４Ｂが設けられ、該シール溝４Ａ，４Ｂ内には、旋回スクロール８の鏡板９に摺接するシール部材としてのチップシール７Ａ，７Ｂが設けられている。さらに、外周壁部５は、略円形状をなしている。そして、外周壁部５は、旋回スクロール８のラップ部１０との干渉を避けるため、ラップ部１０よりも径方向外側に配置されている。
【００１７】
ケーシング１の径方向内側に旋回可能に設けられた旋回スクロール８は、固定スクロール２の鏡板３と対向して配置された略円板状の鏡板９と、鏡板９の表面となる歯底面に立設された渦巻状のラップ部１０と、鏡板９の背面に突設された複数の冷却フィン１１とによって大略構成されている。冷却フィン１１の先端側には、駆動軸１５に接続される背面プレート１２が設けられている。
【００１８】
ここで、ラップ部１０は、固定スクロール２のラップ部４とほぼ同様に、径方向内側から径方向外側に向けて例えば３巻前後の渦巻状をなしている。そして、ラップ部１０の歯先面は、相手方となる固定スクロール２の鏡板３の歯底面から所定の軸方向寸法だけ離間している。また、ラップ部１０の歯先面（相手方の固定スクロール２の鏡板３に対向する側の面）には、ラップ部１０の巻回方向に沿ってシール溝１０Ａ，１０Ｂが設けられ、該シール溝１０Ａ，１０Ｂ内には、固定スクロール２の鏡板３に摺接するシール部材としてのチップシール１３Ａ，１３Ｂが設けられている。
【００１９】
また、背面プレート１２の中央側には、旋回軸受１４a、軸受ハウジング１４bを介して駆動軸１５のクランク部１５Ａと連結される筒状のボス部１４が一体形成されている。このとき、駆動軸１５の一端側には、ケーシング１の外部に位置してプーリ１５Ｂが設けられ、このプーリ１５Ｂは、例えば駆動源としての電動モータの出力側にベルト（いずれも図示せず）等を介して連結されている。これにより、駆動軸１５は、電動モータ等によって回転駆動し、固定スクロール２に対して旋回スクロール８を旋回運動させる。なお、本実施例では、駆動軸１５と電動モータの駆動軸が別体となったものを例として説明したが、駆動軸１５を電動モータの駆動軸として、電動モータの駆動軸の先端に偏心したクランク部１５Ａが形成され、クランク部１５Ａが背面プレート１２に接続するものであってもよい。
【００２０】
また、プーリ１５Ｂにはボルト等を用いて冷却ファン１６が取付けられ、該冷却ファン１６は、ファンケーシング１７内で冷却風を発生させる。これにより冷却ファン１６は、冷却風をファンケーシング１７内のダクト等に沿ってケーシング１の内部や各スクロール２，８の背面側に送風し、ケーシング１、固定スクロール２、旋回スクロール８等を冷却する。
【００２１】
さらに、背面プレート１２とケーシング１との間には、旋回スクロール８の自転を防止する例えば３個の自転防止機構としての補助クランク１８（１個のみ図示）が設けられている。補助クランク１８は、ケーシング１と背面プレート１２にそれぞれ形成された補助クランクボス部１８b内に補助クランク軸受１８aを介して配置されている。
【００２２】
固定スクロール２と旋回スクロール８との間に設けられた複数の圧縮室１９は、ラップ部４，１０の間に位置して径方向外側から径方向内側にわたって順次形成され、チップシール７Ａ，７Ｂ，１３Ａ，１３Ｂによって気密に保持されている。そして、各圧縮室１９は、旋回スクロール８が順方向に旋回運動するときに、ラップ部４，１０の径方向外側から径方向内側に向けて移動しつつ、これらの間で連続的に縮小される。
【００２３】
これにより、各圧縮室１９のうち径方向外側に位置する圧縮室１９Ａには、後述する吸込口２０から外部の空気が吸込まれ、この空気は径方向内側に位置する圧縮室１９Ｂに達するまでに圧縮されて圧縮空気となる。そして、この圧縮空気は吐出口２２から吐出され、外部の貯留タンク（図示せず）に貯えられる。
【００２４】
固定スクロール２の外径側に設けられた吸込口２０は、鏡板３の外径側から外周壁部５にかけて開口し、径方向外側に位置する圧縮室１９Ａに連通している。また、吸込口２０は、固定スクロール２の鏡板３のうち旋回スクロール８のラップ部１０の径方向外側に位置して、チップシール１３Ｂが摺接しない範囲（非摺動領域）に開口している。そして、吸込口２０は、例えば大気圧の空気を吸込フィルタ２１を通じて径方向外側に位置する圧縮室１９Ａ内に空気を吸込むものである。
【００２５】
なお、吸込口２０は、加圧された空気を吸込む構成としてもよい。この場合、吸込フィルタ２１を取外して、加圧空気が供給される配管に吸込口２０を接続する構成としてもよい。
【００２６】
固定スクロール２の鏡板３の径方向内側（中心側）に設けられた吐出口２２は、径方向内側に位置する圧縮室１９Ｂに連通し、この圧縮室１９Ｂ内の圧縮空気を外部に吐出させるものである。
【００２７】
固定スクロール２のラップ部４より径方向外側に位置するフランジ２４は、固定スクロール２をケーシング１にケーシング１のフランジ１a部で固定するものである。固定スクロール２とケーシング１との位置合わせは位置決め穴３７にて位置決め部材を挿通することにより行われる。
【００２８】
旋回スクロール８の鏡板９と対面する固定スクロール２の端面（フランジ２４）に設けられたフェイスシール溝２５は、外周壁部５の径方向外側に位置し、外周壁部５を取囲む円環状に形成されている。また、フェイスシール溝２５内には円環状のフェイスシール２６が取付けられている。そして、フェイスシール２６は、固定スクロール２の端面（フランジ２４）と旋回スクロール８の鏡板９との間を気密にシールし、これらの間から外周壁部５内に塵埃などが侵入するのを防止している。
【００２９】
本実施例によるスクロール式空気圧縮機は上述したような構成を有するもので、次に、このスクロール式空気圧縮機の動作について説明する。
【００３０】
まず、電動モータ等の駆動源（図示せず）により駆動軸１５を回転駆動すると、旋回スクロール８は、自転防止機構によって自転が防止された状態で、駆動軸１５の軸線Ｏ−Ｏを中心として旋回運動を行ない、固定スクロール２のラップ部４と旋回スクロール８のラップ部１０間に画成される圧縮室１９は連続的に縮小する。これにより、固定スクロール２の吸込口２０から吸込んだ空気は各圧縮室１９で順次圧縮しつつ、固定スクロール２の吐出口２２から圧縮空気として外部のタンク（図示せず）に向け吐出することができる。
【００３１】
本実施例による、スクロール式空気圧縮機の冷却構造について説明する。冷却ファン１６によって発生した冷却風は、ファンケーシング１７内のダクト等に沿ってケーシング１の内部や、固定スクロール２、旋回スクロール８の背面側に流通し、ケーシング１、固定スクロール２、旋回スクロール８等を冷却する。
【００３２】
図２−７を用いて本実施例におけるチップシール７Ａ，７Ｂ，１３Ａ，１３Ｂおよびシール溝４Ａ，４Ｂ，１０Ａ，１０Ｂの詳細な構成を説明する。
【００３３】
図２、３、４に本実施例における旋回スクロール８のラップ部１０とその先端に設けたシール溝１０Ａ，１０Ｂおよびチップシール１３Ａ，１３Ｂを示す（旋回スクロール８側のみ図示するが、固定スクロール２側も同様である）。チップシール１３Ａ，１３Ｂは最内径端を含む中心側１３Ａと最外径端を含む外周側１３Ｂとから構成されている。同時に中心側チップシール１３Ａの径方向幅寸法：ｔは外周側チップシール１３Ｂの径方向幅寸法：Ｔよりも小さく構成している（図５）。また、チップシール１３Ａ，１３Ｂを挿入するシール溝１０Ａ、１０Ｂについてもチップシールの幅に適合するようチップシール同様、中心側１０Ａと外周側１０Ｂとから構成され、中心側の径方向幅寸法を外周側の幅方向寸法よりも小さく構成している。
【００３４】
本実施例では階段状に２段階でチップシール７Ａ，７Ｂ，１３Ａ，１３Ｂおよびシール溝４Ａ，４Ｂ，１０Ａ，１０Ｂの径方向幅寸法を変化させた。チップシール７Ａ，７Ｂ，１３Ａ，１３Ｂおよびシール溝４Ａ，４Ｂ，１０Ａ，１０Ｂの径方向幅寸法は３段階以上で変化させてもよい。また、階段状ではなく、連続的にチップシール７Ａ，７Ｂ，１３Ａ，１３Ｂおよびシール溝４Ａ，４Ｂ，１０Ａ，１０Ｂの径方向幅寸法を変化させてもよい。これらの場合、少なくともチップシールおよびシール溝の中心側の端部の径方向幅寸法は、外周側の端部の径方向幅寸法よりも小さく構成されている。
【００３５】
チップシール７Ａ，７Ｂ，１３Ａ，１３Ｂおよびシール溝４Ａ，４Ｂ，１０Ａ，１０Ｂの径方向幅寸法を３段階以上、そして連続的に変化させることにより階段状に２段階で変化させた場合よりもさらに圧縮機の軸動力を低減と圧縮機の性能向上を図ることができる。
【００３６】
また、中心側シール溝１０Ａの径方向幅寸法は外周側チップシール１３Ｂの径方向幅寸法：Ｔよりも小さく構成している。これにより、シール溝１０Ａ，１０Ｂにチップシール１３Ａ，１３Ｂを装着する際に、外周側チップシール１３Ｂが中心側シール溝１０Ａに入り込むことがなくなる。そのため、チップシール１３Ａ，１３Ｂの中心側と外周側の境界面をシール溝１０Ａ，１０Ｂの境界面に押し付けることにより、シール溝１０Ａ，１０Ｂにチップシール１３Ａ，１３Ｂを容易かつ高精度に装着することができる。
【００３７】
ここで、固定スクロール２の吸込口２０から吸込んだ空気は各圧縮室１９で順次圧縮しつつ、固定スクロール２の吐出口２２に向かう間に、その一部がチップシール７Ａ，７Ｂ，１３Ａ，１３Ｂの背面（シール溝４Ａ，４Ｂ，１０Ａ，１０Ｂと対向する面）を押圧し、相手面（鏡板３、９）をシールするよう作用する。この背圧は圧縮室の中心に向うにしたがって増大するため、中心側のチップシール７Ａ，１３Ａは外周側のチップシール７Ｂ，１３Ｂよりも大きな面圧を受けることになる。そのため、チップシールの幅が中心側から外周側にかけて一定の場合、チップシールの押付け荷重が中心側で強くなる。この時、中心側でチップシールと鏡板との間の摺動部で摩擦力が増えることによって摺動ロスが増えてしまう。
【００３８】
この背圧によるチップシール押付け荷重はシール摺動面積が低減すると小さくなり、摩擦力が減ることによって摺動ロスが低減するから圧縮機の軸動力を低減できる。本実施例では、中心側のチップシール７Ａ，１３Ａの径方向幅寸法を外周側のチップシール７Ｂ，１３Ｂの径方向幅寸法よりも小さくし、圧縮機の軸動力を低減した。
【００３９】
また、摺動ロスが低減するため、発熱量も減少し、特に中心側のチップシール７Ａ，１３Ａの摺動面が温度低減できるためチップシール７Ａ，７Ｂ，１３Ａ，１３Ｂの寿命延長と信頼性が向上できる。
【００４０】
さらに、中心側のチップシール７Ａ，１３Ａの幅を小さくすることによって体積が減少するため、材料費を低減できコストダウンが可能となる。
【００４１】
一方、外周側のチップシール７Ｂ，１３Ｂは低圧であるため背圧を受けにくく、相手面への押付け荷重が小さいため、シール性を確保するためには受圧面積を大きく構成するのが望ましい。本実施例では、外周側のチップシール７Ｂ，１３Ｂを中心側のチップシール７Ａ，１３Ａと比較して幅方向寸法を大きく構成しているのでシール性が低下することなく、吐出し性能（吐出し空気量）を維持できる。
【００４２】
以上より、本実施例によれば、チップシール７Ａ，７Ｂ，１３Ａ，１３Ｂのの摺動ロスを低減でき、摺動温度も低減できることから圧縮機の性能向上、信頼性向上を図ることができる。さらに、チップシールの体積を小さくできるためコストを低減でき、機械加工面積が減少するため加工工数(加工時間)も低減できる。
【００４３】
図６、７に本実施例の変形例に係るチップシール７Ａ，７Ｂ，１３Ａ，１３Ｂおよびシール溝４Ａ，４Ｂ，１０Ａ，１０Ｂの詳細な構成を説明する。図６、７に本実施例における旋回スクロール８のラップ部１０とその先端に設けたシール溝１０Ａ，１０Ｂおよびチップシール１３Ａ，１３Ｂを示す（旋回スクロール８側のみ図示するが、固定スクロール２側も同様である）。
【００４４】
変形例では、中心側のチップシール７Ａ，１３Ａと外周側のチップシール７Ｂ，１３Ｂとをそれぞれ別体として形成した。このようにすることで中心側のチップシール７Ａ，１３Ａと外周側のチップシール７Ｂ，１３Ｂと一体に形成するよりも、加工やシール溝４Ａ，４Ｂ，１０Ａ，１０Ｂへの装着を容易にすることができる。また、加工やシール溝４Ａ，４Ｂ，１０Ａ，１０Ｂへの装着を高精度にできるため、圧縮機のシール性能をさらに向上させることができる。
【００４５】
本実施例では、スクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機、真空ポンプ等の他のスクロール式流体機械に適用してもよい。また、スクロール式流体機械を備えたタンク一体型パッケージ圧縮機や窒素ガス発生装置といったシステムに適用してもよい。
【００４６】
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  ケーシング
１a  フランジ
２  固定スクロール
３，９  鏡板
４，１０  ラップ部
４Ａ，４Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ  シール溝
５  外周壁部
６，１１  冷却フィン
７Ａ，７Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ  チップシール
８  旋回スクロール
１２  背面プレート
１４  ボス部
１４a 旋回軸受
１４b 軸受ハウジング
１５  駆動軸
１５Ａ  クランク部
１５Ｂ  プーリ
１６  冷却ファン
１７  ファンケーシング
１８  補助クランク
１８a 補助クランク軸受
１８b 補助クランクボス部
１９  圧縮室
１９Ａ  圧縮室
１９Ｂ  圧縮室
２０  吸込口
２１  吸込フィルタ
２２  吐出口
２４  フランジ
２５  フェイスシール溝
２６  フェイスシール
３７  位置決め穴
４０  補助クランク軸受
４１  ボルト
【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】
2018071359.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018071359.tif 000009
【図８】
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