(57)【要約】【課題】回転電機において、固定子の円環振動による騒音を低減する。【解決手段】回転電機は、回転子と、複数の電磁鋼板からなる複数の積層体とその径方向の変形を抑制する固定子制振構造とを有する円筒状の固定子鉄心と固定子巻線とを有する固定子と、２つの軸受とを備える。固定子制振構造１５０は、２つの外側クランパと、周方向に互いに間隔をもって積層体の径方向の外側部分と接触するように配されて外側クランパとともに積層体を軸方向の両外側から締め付ける複数の締め付けロッドと、互いに隣接する積層体間に配されて、径方向外側への冷却用気体の流路を形成する間隙形成部１３２と軸方向の両側に隣接する複数の電磁鋼板の径方向外側を拘束する環状の拘束リング部１３１とを有する複数の中間拘束部材１３０とを具備する。２つの外側クランパおよび中間拘束部材１３０は、複数の締め付けロッドを径方向に拘束する。【選択図】図４
2019205312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、
前記回転子の径方向外側に設けられ軸方向に積層された複数の電磁鋼板からなる複数の積層体と前記複数の積層体の径方向の変形を抑制する固定子制振構造とを有する円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を前記軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、
前記回転子を回転可能に支持する２つの軸受と、
を備える回転電機であって、
前記固定子制振構造は、
前記複数の積層体を軸方向に挟むように配された２つの外側クランパと、
周方向に互いに間隔をもって前記積層体の径方向の外側部分と接触するように配されて、前記外側クランパとともに前記積層体を前記軸方向の両外側から締め付ける複数の締め付けロッドと、
互いに隣接する前記積層体間に配されて、径方向外側への冷却用気体の流路を形成する間隙形成部と、軸方向の両側に隣接する複数の前記電磁鋼板の径方向外側を拘束する環状の拘束リング部とを有する複数の中間拘束部材と、
を具備し、
前記２つの外側クランパおよび前記中間拘束部材は、前記複数の締め付けロッドを径方向に拘束する、
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記間隙形成部は、周方向に互いに間隔を有するように配されて、前記拘束リング部から径方向内側に向かって延びた複数の間隙形成要素を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記拘束リング部は、互いに隣接する前記間隙形成要素が形成された部分に挟まれた周方向の領域において径方向に沿って形成された通風孔を有する請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記間隙形成部は、前記拘束リング部の前記間隙形成要素のそれぞれの付け根部に形成された前記締め付けロッドが貫通するロッド貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
回転子と、軸方向に積層された複数の電磁鋼板からなる複数の積層体を有する円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を前記軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子を回転可能に支持する２つの軸受と、を備える回転電機の固定子制振構造であって、
前記複数の積層体を軸方向に挟むように配された２つの外側クランパと、
周方向に互いに間隔をもって前記積層体の径方向の外側部分と接触するように配されて、前記外側クランパとともに前記積層体を前記軸方向の両外側から締め付ける複数の締め付けロッドと、
互いに隣接する前記積層体間に配されて、径方向外側への冷却用気体の流路を形成する間隙形成部と、軸方向の両側に隣接する複数の前記電磁鋼板の径方向外側を拘束する環状の拘束リング部とを有する複数の中間拘束部材と、
を具備し、
前記２つの外側クランパおよび前記中間拘束部材は、前記複数の締め付けロッドを径方向に拘束する、
ことを特徴とする固定子制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機および固定子制振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機において、回転子鉄心および固定子鉄心においては、運転中に生ずる渦電流等による鉄損が発熱の一因となり、効率の低下の要因となる。したがって、回転子鉄心および固定子鉄心それぞれの内部における電流の流れを低減することが、回転電機の効率確保の上で有効である。
【０００３】
このため、回転電機における回転子鉄心および固定子鉄心には、それぞれ、中央に開口を有する円板状の強磁性体の電磁鋼板を軸方向に積層した積層鉄心構造を用いることが一般に行われている。
【０００４】
固定子鉄心は、空隙を介して、回転子鉄心の径方向の外側に回転子鉄心を囲むように配され、全体として円筒状に形成されている。また、固定子鉄心の径方向の内側表面には、周方向に互いに間隔をおいて配され軸方向に固定子鉄心を貫通する複数のスロットが形成されている。それぞれのスロットには、固定子巻線の導体が収納されている。
【０００５】
このような固定子鉄心を形成するために、積層鉄心構造を構成する電磁鋼板のそれぞれには、中心の開口および各スロットに対応する凹部が形成される。軸方向に積層された電磁鋼板は、軸方向の両端に配された内側クランパおよび外側クランパにより挟まれて２つの外側クランパの軸方向の両外側に突出する締め付けロッドにより締め付けられ全体として一体形状を維持している。
【０００６】
内側クランパは、積層鉄心構造に形成された互いに隣接するスロットが形成するそれぞれの歯部を押さえるために設けられており、外側クランパは、内側クランパを介して軸方向に積層された電磁鋼板を、軸方向の両側から締め付けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−５０５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
回転界磁型の回転電機においては、その運転時に、磁気吸引力を有する所定の極数の回転子の回転によって、固定子が軸に垂直な方向の平面内で、楕円状に変形する円環振動が発生する（特許文献１参照）。この円環振動をもたらす電磁振動は、固定子の極間の電磁力に起因することから電源周波数の２倍の周波数を有する。
【０００９】
以上のように構成された回転電機においては、電磁振動により電磁騒音が発生し、現場での作業にも悪影響を及ぼす。
【００１０】
そこで、本発明は、回転電機において、固定子の円環振動による騒音を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本発明は、回転子と、前記回転子の径方向外側に設けられ軸方向に積層された複数の電磁鋼板からなる複数の積層体と前記複数の積層体の径方向の変形を抑制する固定子制振構造とを有する円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を前記軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子を回転可能に支持する２つの軸受と、を備える回転電機であって、前記固定子制振構造は、前記複数の積層体を軸方向に挟むように配された２つの外側クランパと、周方向に互いに間隔をもって前記積層体の径方向の外側部分と接触するように配されて、前記外側クランパとともに前記積層体を前記軸方向の両外側から締め付ける複数の締め付けロッドと、互いに隣接する前記積層体間に配されて、径方向外側への冷却用気体の流路を形成する間隙形成部と、軸方向の両側に隣接する複数の前記電磁鋼板の径方向外側を拘束する環状の拘束リング部とを有する複数の中間拘束部材と、を具備し、前記２つの外側クランパおよび前記中間拘束部材は、前記複数の締め付けロッドを径方向に拘束する、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、回転子と、軸方向に積層された複数の電磁鋼板からなる複数の積層体を有する円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を前記軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子を回転可能に支持する２つの軸受と、を備える回転電機の固定子制振構造であって、前記複数の積層体を軸方向に挟むように配された２つの外側クランパと、周方向に互いに間隔をもって前記積層体の径方向の外側部分と接触するように配されて、前記外側クランパとともに前記積層体を前記軸方向の両外側から締め付ける複数の締め付けロッドと、互いに隣接する前記積層体間に配されて、径方向外側への冷却用気体の流路を形成する間隙形成部と、軸方向の両側に隣接する複数の前記電磁鋼板の径方向外側を拘束する環状の拘束リング部とを有する複数の中間拘束部材と、を具備し、前記２つの外側クランパおよび前記中間拘束部材は、前記複数の締め付けロッドを径方向に拘束する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転電機において、固定子の円環振動による騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る回転電機の構成を示す立断面図である。
【図２】実施形態に係る回転電機の固定子鉄心およびその周辺の構成を示す上半部分立断面図である。
【図３】実施形態に係る回転電機の固定子鉄心の軸方向の端部の構成を示す側面図である。
【図４】実施形態に係る固定子制振構造の中間拘束部材の構成を示す図５のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【図５】実施形態に係る固定子制振構造の中間拘束部材の構成を示す図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図６】実施形態に係る固定子制振構造の中間拘束部材の構成を示す図４のＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。
【図７】実施形態に係る固定子制振構造の中間拘束部材の構成を示す径方向内側からの矢視の周方向の展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る回転電機および固定子鉄心制振構造について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１６】
図１は、実施形態に係る回転電機の構成を示す立断面図である。図２は、固定子鉄心およびその周辺の構成を示す上半部分立断面図である。また、図３は、固定子鉄心の軸方向の端部の構成を示す側面図である。
【００１７】
回転電機２００は、回転子１０、固定子２０、２つの軸受３０、フレーム４０、および２つの軸受ブラケット４５を有する。以降、回転軸の延びる方向をｚ方向、回転子の回転軸から径方向外側に向かう方向をｒ方向、回転子の回転方向、すなわち周方向をθ方向と呼ぶものとする。
【００１８】
回転子１０は、ロータシャフト１１および回転子鉄心１２を有する。ロータシャフト１１は、水平方向（ｚ方向）に延びている。回転子鉄心１２は、円筒状であり、ロータシャフト１１の径方向（ｒ方向）外側に取り付けられている。
【００１９】
固定子２０は、固定子鉄心１００および固定子巻線２２を有する。固定子鉄心１００は、空隙１８を介して回転子鉄心１２の径方向外側に配され円筒状である。固定子巻線２２は、固定子鉄心１００内を軸方向に貫通し、固定子鉄心１００の軸方向の外側で互いに接続され、あるいは外部の配線と接続されている。詳細には、固定子鉄心１００には径方向内側に周方向に互いに間隔をあけて軸方向に延びる複数の固定子スロット（図示せず）が形成されており、固定子巻線２２は、固定子スロット内を貫通している。
【００２０】
２つの軸受３０は、ロータシャフト１１の回転子鉄心１２を挟んだ軸方向の両側で、回転子１０を回転可能に支持する。フレーム４０は、固定子２０の径方向外側に配されて、回転子鉄心１２および固定子２０を収納する。２つの軸受ブラケット４５は、フレーム４０の軸方向の両端に接続し、それぞれ、軸受３０を静止支持している。
【００２１】
固定子鉄心１００は、積層体１１０、２枚の内側クランパ１２１および固定子制振構造１５０を有する。
【００２２】
積層体１１０は、軸方向に積層された強磁性体製で中央に開口を有する円板状の複数の電磁鋼板１１１を有する。電磁鋼板１１１が積層された積層体１１０は円筒状であり、径方向内側には周方向に互いに間隔をおいて径方向内側にそれぞれが突出して軸方向に延びる歯部（図示せず）が形成されている。互いに隣接する歯部により、固定子巻線２２が通過するためのスロット（図示せず）が形成されている。それぞれの積層体１１０は、互いに軸方向に並んで配列されている。
【００２３】
互いに隣接する積層体１１０間には、１つの径方向ダクト１１５が形成されている。すなわち、径方向ダクト１１５は、軸方向に積層体１１０ごとに、互いに間隔をあけて形成されている。径方向ダクト１１５は、それぞれ、たとえば空気などの機内冷却用の冷却用気体が、空隙１８から固定子鉄心１００に流入し、固定子鉄心１００を冷却して、固定子鉄心１００の径方向外側に流出するための流路となり、周方向にわたって形成されている。
【００２４】
内側クランパ１２１は、配列された複数の積層体１１０の軸方向の両外側に設けられている。内側クランパ１２１は、環状、すなわち径方向に拡がった円板状で中央に開口を有し、電磁鋼板１１１よりも軸方向に厚い平板である。内側クランパ１２１の外径は、積層された複数の電磁鋼板１１１の外径にほぼ等しい。また、内側クランパ１２１の径方向の内側には、電磁鋼板１１１に形成された歯部を軸方向の外側から拘束するための複数の歯部押さえ１２１ａが形成されている。
【００２５】
固定子制振構造１５０は、２つの外側クランパ１２２、複数の締め付けロッド１２３および中間拘束部材１３０を有する。ここで、２つの外側クランパ１２２および複数の締め付けロッド１２３は、積層体１１０および２つの内側クランパ１２１を軸方向の両外側から締め付ける機能も有する。
【００２６】
２枚の外側クランパ１２２のそれぞれは、２枚の内側クランパ１２１のそれぞれの軸方向外側に設けられている。外側クランパ１２２は、電磁鋼板１１１よりも軸方向に厚い平板である。外側クランパ１２２は、環状、すなわち径方向に拡がった円板状で中央に開口１２２ｂを有し、内側クランパ１２１よりも径方向外側に拡がっている。具体的には、外側クランパ１２２の外径は、内側クランパ１２１の外径よりも大きく、かつ、外側クランパ１２２の開口１２２ｂの径は、内側クランパ１２１の歯部押さえ部１２１ａの付け根を包絡した円の径よりも大きい。開口１２２ｂの縁部には、径方向内側になるほど軸方向の厚さが薄くなるようなテーパが形成されている。
【００２７】
複数の締め付けロッド１２３は、周方向に、互いに間隔をあけて配されている。また、径方向には、それぞれの中心部分が、ほぼ積層体１１０および内側クランパ１２１の径方向の外側表面を通る位置に配されており、積層体１１０の径方向外側部分を径方向に拘束する。締め付けロッド１２３の断面形状は、矩形である。締め付けロッド１２３の径方向の厚さＨ１は、径方向に必要な曲げ剛性を確保するに十分な寸法とする。なお、締め付けロッド１２３の断面形状は、矩形に限定しない。必要な曲げ剛性を確保できれば、矩形以外の多角形、あるいは、円形や半円形であってもよい。
【００２８】
それぞれの積層体１１０の径方向の外側部分には、締め付けロッド１２３が軸方向に通過可能なように、周方向に互いに間隔をあけて軸方向に延びる溝が形成されている。同様に、内側クランパ１２１にも、周方向に互いに間隔をあけて凹部１２１ｂが形成されている。
【００２９】
外側クランパ１２２には、締め付けロッド１２３が貫通するためのロッド貫通孔１２２ａが形成されている。それぞれの締め付けロッド１２３の両端は、両側の外側クランパ１２２のロッド貫通孔１２２ａを貫通して外側に突出している。締め付けロッド１２３のこれら両外側の突出部分は、固定部１２４により外側クランパ１２２に結合している。固定部１２４は、たとえば、締め付けロッド１２３を外側クランパ１２２に溶接またはろう付けにより結合させた部分である。固定部１２４は、あるいは、締め付けロッド１２３の一端にボルトの頭が設けられて、他方にはおねじが形成されてナットにより締め付けられることでもよい。
【００３０】
積層体１１０に形成された溝および内側クランパ１２１に形成された凹部１２１ｂは、軸方向に透視して外側クランパ１２２に形成されたロッド貫通孔１２２ａの径方向内側部分と、互いに実質的に重なり、また、締め付けロッド１２３の径方向の内側部分の表面が周方向にわたり接触するような形状、寸法に形成されている。
【００３１】
図４は、実施形態に係る固定子制振構造の中間拘束部材の構成を示す図５のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ矢視断面図であり、図６は、図４のＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。また、図７は、中間拘束部材の構成を示す径方向内側からの矢視の周方向の展開図である。
【００３２】
中間拘束部材１３０は、前述のように、互いに軸方向に隣接する２つの積層体１１０間に形成される径方向ダクト１１５を形成するとともに、積層体１１０を径方向に拘束し電磁振動による積層体１１０の径方向の変形を抑制する固定子制振構造１５０を構成する要素である。
【００３３】
中間拘束部材１３０は、拘束リング部１３１および間隙形成部１３２を有する。なお、図４から図７において、中間拘束部材１３０の間隙形成部１３２と積層体１１０とは、軸方向に密着しているが、図では、関係を明示するために、間隔を有するように表示している。また、中間拘束部材１３０の拘束リング部１３１の径方向内側面１３１ｂと積層体１１０の径方向外側面とは、互いに接触しているが、同様に間隔を有するように表示している。
【００３４】
拘束リング部１３１は、軸方向に幅を持った環状の部材である。拘束リング部１３１の径方向内側面１３１ｂは、積層体１１０の径方向外側表面と互いに接触する。拘束リング部１３１の径方向の厚さＨ２は、目的とする程度まで電磁振動を低減させるための曲げ剛性を確保するために必要な高さであり、解析、実験、あるいは実機データ等に基づいて決定される。拘束リング部１３１の断面形状は矩形であり、径方向内側面１３１ｂは積層体１１０と互いに接触するために平面状あるいは積層体表面に密着可能な曲面状である必要があるが、その他の面については、曲げ剛性が確保されていれば、断面形状はたとえば円弧等を有する形状あるいは多角形等であってもよい。
【００３５】
拘束リング部１３１の径方向内側面１３１ｂの軸方向の中央部分から、径方向内側に向かって、複数の間隙形成要素１３２ａが延びている。間隙形成要素１３２ａは、周方向に互いに間隔をおいて配されており、それぞれ、軸方向に見た正面の形状は、ほぼ台形である。それぞれの間隙形成要素１３２ａの軸方向に垂直な断面における大きさは、積層体１１０の径方向内側に形成されたスロットから突出しない大きさに設定される。間隙形成要素１３２ａの軸方向の厚さＴ１は、径方向ダクト１１５の軸方向の幅となる厚さである。拘束リング部１３１の軸方向の厚さＴ２は、間隙形成部１３２の軸方向の厚さに比べて十分に大きい。複数の間隙形成要素１３２ａは、中間拘束部材１３０において、固定子鉄心１００内に径方向ダクト１１５のための軸方向の間隙を形成する機能を有する部分である間隙形成部１３２を構成する。
【００３６】
間隙形成部１３２が互いに隣接する２つの積層体１１０の間に挟まれることによって、ｚ方向には互いに対向する積層体１１０のそれぞれの軸方向の端面に挟まれる。また、θ方向には互いに隣接する２つの間隙形成要素１３２ａに挟まれる。このようにｚ方向およびθ方向に挟まれることにより、ｒ方向に延びた径方向個別流路１３５が形成される。
【００３７】
拘束リング部１３１において互いに隣接する間隙形成要素１３２ａの間の周方向の領域には、周方向に拡がり、径方向内側から径方向外側に貫通する通風孔１３１ａが形成されている。通風孔１３１ａのｚ方向の幅は、間隙形成要素１３２ａの厚さより薄くなくかつ同程度である。なお、通風孔１３１ａの互いに対向する対向面１３１ｃは、互いに平行である。ただし、互いに対向する対向面１３１ｃが、冷却用気体の径方向外側への流出時の拡流による圧力損失を低減させるために、径方向外側になるに従って互いの間隔が徐々に拡がるように形成されていてもよい。
【００３８】
中間拘束部材１３０には、周方向に互いに間隔をおいて複数のロッド貫通孔１３３が形成されている。それぞれのロッド貫通孔１３３は、径方向には、拘束リング部１３１と間隙形成部１３２とにまたがっている。ロッド貫通孔１３３は、外側クランパ１２２に形成されている複数のロッド貫通孔１２２ａと、軸方向に透視してそれぞれ同一の位置に形成されている。なお、拘束リング部１３１の径方向内側面１３１ｂにおいて、ロッド貫通孔１３３の軸方向の両側の部分には、ロッド貫通溝１３３ａが形成される。
【００３９】
次に、以上のように形成された回転電機２００および固定子制振構造１５０の作用について説明する。
【００４０】
まず、中間拘束部材１３０の冷却用気体の流路構成機能について説明する。冷却用気体は、空隙１８から、固定子鉄心１００の互いに隣接する積層体１１０間のそれぞれの径方向ダクト１１５に流入する。径方向ダクト１１５に流入した冷却用気体は、径方向個別流路１３５内を径方向外側に流れる。
【００４１】
積層体１１０内の径方向個別流路１３５内を流れて拘束リング部１３１に到達した冷却用気体は、拘束リング部１３１において、それぞれの流路の下流側に形成された通風孔１３１ａに流入する。通風孔１３１ａを通過した冷却用気体は、通風孔１３１ａから拘束リング部１３１の径方向外側、すなわち、積層体１１０の径方向外側に流出する。このようにして、固定子鉄心１００内の冷却流路が確保される。
【００４２】
次に、中間拘束部材１３０の固定子鉄心の径方向の変形の抑制機能について説明する。
【００４３】
中間拘束部材１３０の拘束リング部１３１がｚ方向に延びている範囲では、積層体１１０の径方向外側表面は、径方向にも十分な高さＨ２による曲げ剛性を有する拘束リング部１３１により拘束されている。
【００４４】
また、その他の部分では、径方向にも高さＨ１による十分な曲げ剛性を有し、ｚ方向に延びる複数の締め付けロッド１２３によって、周方向が拘束されている。この締め付けロッド１２３は、軸方向に互いに間隔をあけた位置において、外側クランパ１２２および中間拘束部材１３０により、径方向への移動が拘束されている。
【００４５】
このように、固定子制振構造１５０は、外側クランパ１２２、中間拘束部材１３０、および複数の締め付けロッド１２３が互いに組み合わさって、径方向に剛性の高い籠状に形成されている。複数の積層体１１０は、このような固定子制振構造１５０によって、径方向外側への変形を拘束される。
【００４６】
この結果、積層体１１０の円環振動が抑制され、円環振動による騒音を低減することができる。
【００４７】
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態では、ロータシャフト１１が水平方向に延びた横型の回転電機の場合を例にとって示しているが、これに限定されない。ロータシャフトが鉛直方向に延びた立形の回転電機であってもよい。
【００４８】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、１８…空隙、２０…固定子、２２…固定子巻線、３０…軸受、４０…フレーム、４５…軸受ブラケット、１００…固定子鉄心、１１０…積層体、１１１…電磁鋼板、１１５…径方向ダクト、１２１…内側クランパ、１２１ａ…歯部押さえ、１２１ｂ…凹部、１２２…外側クランパ、１２２ａ…ロッド貫通孔、１２２ｂ…開口、１２３…締め付けロッド、１２４…固定部、１３０…中間拘束部材、１３１…拘束リング部、１３１ａ…通風孔、１３１ｂ…径方向内側面、１３１ｃ…対向面、１３２…間隙形成部、１３２ａ…間隙形成要素、１３３…ロッド貫通孔、１３３ａ…ロッド貫通溝、１３５…径方向個別流路、１５０…固定子制振構造、２００…回転電機
【図１】
2019205312.tif 000003
【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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