(57)【要約】【課題】本明細書は、積層鋼板を積層して構成されるロータコアを有するモータにおいて、積層鋼板を誤った位置、順序で組み立てることを簡易な構造で防止するための技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する回転電機は、複数の積層鋼板が積層されているとともに積層方向の位置に応じて穿設位置が異なる冷媒流路が設けられているロータコアと、ロータコアを貫通しているシャフト４を備えている。シャフトは、その長手方向の位置に応じて形状の異なるシャフト側キー溝４０が設けられている。複数の積層鋼板は、夫々にシャフトに係止される位置に応じて、シャフト側キー溝に嵌合するコア側キーが設けられている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の積層鋼板が積層されているとともに、積層方向の位置に応じて穿設位置が異なる冷媒流路が設けられているロータコアと、
前記ロータコアを貫通しているシャフトと、
を備えており、
シャフトは、その長手方向の位置に応じて形状の異なるシャフト側キー又はシャフト側キー溝が設けられており、
前記複数の積層鋼板は、夫々に、シャフトに係止される位置に応じて、前記シャフト側キーに嵌合するコア側キー溝、あるいは、前記シャフト側キー溝に嵌合するコア側キーが設けられている、
ことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、回転電機（モータ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、回転電機（モータ）は、コイルが巻回されたステータと、ステータの内側に配置されたロータコアと、ロータコアと同心軸に固定され回転可能に支持されたシャフトを備えている。近年では、電気自動車の普及に伴いモータの高出力化が進んでいる。高出力のモータは、出力が大きいので、発熱量も大きい。
【０００３】
特許文献１では、モータの冷却効率を高めるために、ロータコア内に冷媒流路を備えたモータが開示されている。ここで、ロータコアは複数の積層鋼板を積層することで組み立てられている。ロータコアは、その内部にシャフトからロータコアの半径方向に伸びる第１流路と、第１流路に接続されておりロータコアの外周面に向かって開口している第２流路を備えている。シャフト内に供給された冷媒は、ロータが回転することによる遠心力で第１流路、第２流路の順に半径方向に移動し、第２流路の開口部からロータコアの外に流出する。冷媒は典型的にはモータのケース内の潤滑油である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される冷媒流路を有しているロータコアは、冷媒流路の穿設位置が異なる３種類の積層鋼板を正しい順序でシャフトに取り付ける必要がある。取り付け順序を誤ると、冷媒流路が正しく繋がらない。それゆえ、作業者は順序を間違えないように気を使いながら積層鋼板を取り付けなければならない。本明細書は、積層鋼板の取り付け順序を誤ってしまうことを簡易な構造で防止する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する回転電機は、複数の積層鋼板が積層されているとともに、積層方向の位置に応じて積層鋼板の平面視における穿設位置が異なる冷媒流路が設けられているロータコアと、ロータコアを貫通しているシャフトを備えている。シャフトは、その長手方向の位置に応じて形状の異なるシャフト側キー又はシャフト側キー溝が設けられている。また、複数の積層鋼板は、夫々に、シャフトに係止される位置に応じて、シャフト側キーに嵌合するコア側キー溝、あるいは、シャフト側キー溝に嵌合するコア側キーが設けられている。別言すれば、複数の積層鋼板は、夫々に、シャフトに係止される位置に応じて、シャフト側キーの断面形状と同じ形状のコア側キー溝、あるいは、シャフト側キー溝の断面形状と同じ形状のコア側キーが設けられている。なお、「キー」及び、「キー溝」とは、円筒とこれに嵌合するシャフトにおいて、相対的な回転を防止する凸条と溝を意味する。「キー」とは、シャフトの外面（あるいはシャフトに嵌合する円筒の内面）に、軸線に沿って設けられる凸条であり、「キー溝」は、「キー」と嵌合する溝である。また、複数の積層鋼板は、流路の穿設位置が異なる少なくとも２種類の積層鋼板で構成されていればよい。複数の積層鋼板の全てにおいて流路の穿設位置が相互に異なっていなくともよい。積層鋼板の形状の種類の数と同じ数だけ、異なる形状のキーが設けられていればよい。
【０００７】
この構成によれば、シャフトの長手方向の或る位置に係止される積層鋼板の種類が一意に決まる。別言すれば、シャフトの上記位置に係止されることが一意に決められている積層鋼板以外の積層鋼板は上記位置に係止されない。このため、積層鋼板がシャフトに取り付けられる順番が一意に決まる。よって、作業者が、積層鋼板の取り付け順序を誤ることを防止することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本明細書が開示する技術によれば、ロータコアの積層鋼板が積層される順序をシャフトに設けられたキー溝又はキー形状とそれに対応した積層鋼板のキー又はキー溝形状により一意に規定することができる。その結果、作業者がロータコアを誤って組み立てることを防止することができ、ロータコア内部の冷媒流路を正確に組み合わせることができる。
【０００９】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例のモータをその回転軸方向に垂直な方向から視た模式的断面図である。
【図２】図１の矢印II−II線方向から視たロータの横断面図である。
【図３】実施例のモータに備えられたシャフトをその軸線方向から視た図である。
【図４】実施例のモータに備えられたシャフトをその軸線に垂直な方向から視た図である。
【図５】図４の矢印V−V線方向から視た縦断面図である。
【図６】シャフトの１段目に係止する積層鋼板の平面図である。
【図７】シャフトの２段目に係止する積層鋼板の平面図である。
【図８】シャフトの３段目に係止する積層鋼板の平面図である。
【図９】シャフトの４段目に係止する積層鋼板の係止孔及びキーの部分図である。
【図１０】シャフトの５段目に係止する積層鋼板の係止孔及びキーの部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して実施例のモータ２を説明する。図１に、モータ２の縦断面図を示す。モータ２は主要な部品としてロータ５とコイルが巻回されたステータ６を備えている。ロータ５には、円筒状のロータコア３を同軸に貫通するようにシャフト４が取り付けられている。ロータコア３はステータ６の内側に位置し、シャフト４がケースに回転可能に支持されている。ここで、図１のロータ５の断面図は、図２（ロータの横断面図）の矢印I−I線から視た断面形状である。なお、モータ２はケース内にオイルポンプ９を備えている。オイルポンプ９は、シャフト４に固定されたギア７と、オイルポンプ９の主軸に固定されたギア８を介して、シャフト４の回転で駆動される。ここで、図面に示されたＺ軸が、モータ２の回転軸と一致している。
【００１２】
モータ２は、シャフト４及びロータコア３の内部に冷媒流路（１３、１４、１５）を備えている。オイルポンプ９により汲み上げられたケース内の冷媒は、回転継手１２を介してシャフト内に設けられた軸内流路１３に導かれる。ここで、冷媒は、潤滑油を兼ねたオイルである。軸内流路１３は、ロータコア３に向かって開口している開口部１３ａを備えており、開口部１３ａがロータコア３内に設けられたコア内第１流路１４に繋がっている。コア内第１流路１４は、ロータコア３の半径方向に沿って伸びており、ロータコア３内に設けられたコア内第２流路１５に繋がっている。コア内第２流路１５は、Ｚ軸方向と平行であり、ロータコア３のＺ軸方向の両端に開口部１６を有している。よって、オイルポンプ９で圧送される冷媒は、軸内流路１３、コア内第１流路１４、コア内第２流路１５を通り、開口部１６からロータ５の外部に流れ出す。
【００１３】
図２を参照して、ロータコア３について説明をする。ロータコア３は後述する複数種類の積層鋼板３１、３２、３３、３４、３５をＺ軸方向に積層して構成されている。なお、図２は、図１の矢印II−II線から視た横断面図であるが、図を見やすくするため、積層鋼板の断面を示すハッチは省略して描かれている。ロータコア３の中心にはシャフト４が嵌合される嵌合孔３６が設けられている。嵌合孔３６は、後述する複数種類の積層鋼板の夫々に設けられた係止孔１９、２１、２３、２５、２７が組み合わされて構成されている。嵌合孔３６は、シャフト４のキー溝４０に嵌合する複数の積層鋼板夫々で形状の異なるキー２０、２２、２４、２６、２８を有している。夫々の積層鋼板の係止孔及びキーの形状については後述する。
【００１４】
図２に示されるように、ロータコア３の積層されている積層鋼板には夫々Ｚ軸方向からの平面視において穿設位置の異なる冷媒流路１４、１５が設けられている。冷媒流路１４、１５については後述する。なお、ロータコア３は、内部に永久磁石１８を備えている。永久磁石１８は各積層鋼板に設けられた挿入孔１７をＺ方向に繋げることで構成される貫通孔の内部に挿入される。挿入孔１７は、ロータコア３の断面形状である円形の中心を通る線から左右対称である１対の長方形の孔で構成されており、ロータコア３の外周面の近傍に設けられている。挿入孔１７は、Ｚ軸（ロータコア軸線）を中心に円周方向に等間隔に８か所設けられている。
【００１５】
図３、図４、図５を参照してシャフト４について説明する。シャフト４には、Ｚ軸方向と平行な外周面にＺ軸方向と平行な矩形のキー溝４０が設けられている。キー溝４０には、その底面に、Ｚ軸方向に沿って階段状に窪んでいる階段部４１が設けられている。すなわち、シャフト４に設けられたキー溝４０は、Ｚ軸方向の位置に応じて形状が異なっている。階段部４１は、階段の各段差を構成している段差面４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅを有している。階段部４１は、階段部４１が設けられていない平面４０ａから始まりシャフト４のＺ軸方向の一方の端面に向かって順番に深くなるように設けられる。すなわち、図５に示すように、階段部４１は、段差面４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅの順番に深くなっている。また、階段部４１の各段差面のＺ軸方向からみた断面形状は半円形状であり、段差面４０ｂの半径が最も小さく、段差面４０ｃ、４０ｄ、４０ｅの順番に大きくなっている。Ｚ軸方向からみたとき段差面４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅは夫々同心円状に位置し、各段差面は夫々シャフト４の外周面と平行である。
【００１６】
図６から図１０を参照してロータコア３を構成する複数の円形の積層鋼板について説明する。複数の積層鋼板は、夫々前述のＺ軸方向に形状の異なるシャフト４のキー溝４０の断面形状と同じ形状のキーを有する係止孔が中心に設けられている。キー溝４０の断面形状と同じ形状のキーを有する積層鋼板が、そのキー溝４０の断面形状となるシャフトのＺ軸方向の位置に係止される。
【００１７】
図６に示される積層鋼板３１には、その中心に係止孔１９が設けられており、係止孔１９の内面にキー２０が設けられている。キー２０の形状は、シャフト４のキー溝４０の階段部４１が設けられていない平面４０ａが位置する部分におけるＸ軸方向の断面形状と同じである。すなわち、積層鋼板３１は、シャフト４の段差面４０ｂよりも一段浅い平面４０ａ（階段部４１が設けられていない平面４０ａ）が存在する位置に係止される。
【００１８】
次に図７に示される積層鋼板３２には、その中心に係止孔２１が設けられており、係止孔２１の内面にキー２２が設けられている。キー２２の形状は、シャフト４の段差面４０ｂが位置する部分におけるＸ軸方向の断面形状と同じである。キー２２は、段差面４０ｂの断面形状に対応した半円形状の凸部２２ａを有している。これにより、積層鋼板３２は、シャフト４の段差面４０ｂが有る位置に係止される。
【００１９】
以下、同様に、図８、図９、図１０の夫々に示される積層鋼板３３、３４、３５には、係止孔２３、２５、２７の内面にキー２４、２６、２８が設けられている。なお、図９と図１０は、係止孔の外周部分が省略して示されている。図９に示される積層鋼板３４の係止孔２５の外周部分は図７に示される積層鋼板３２と同一であり、図１０に示される積層鋼板３５の係止孔２７の外周部分は図６に示される積層鋼板３１と同一である。積層鋼板３３のキー２４の形状は、シャフト４の段差面４０ｃが位置する部分におけるＸ軸方向の断面形状と同じである。同様に、積層鋼板３４のキー２６はシャフト４の段差面４０ｄが位置する部分の断面形状と、積層鋼板３５のキー２８はシャフト４の段差面４０ｅが位置する部分の断面形状と夫々同一である。キー２４は、段差面４０ｃの断面形状に対応した半円形状の凸部２４ａを有している。同様にキー２６は、段差面４０ｄの断面形状に対応した凸部２６ａを有しており、キー２８は、段差面４０ｅの断面形状に対応した凸部２８ａを有している。よって、積層鋼板３３はシャフト４の段差面４０ｃが存在する位置に係止され、同様に積層鋼板３４は段差面４０ｄが存在する位置に係止され、積層鋼板３５は段差面４０ｅが存在する位置に係止される。なお、以下の説明では、シャフト４の階段部４１が設けられていない平面４０ａを有する部分を１段目と称し、段差面４０ｂを有する部分を２段目と称し、段差面４０ｃ、４０ｄ、４０ｅを有する部分を夫々３段目、４段目、５段目と称する。
【００２０】
上述したシャフト４と積層鋼板の構造により得られる技術的な効果について説明する。シャフト４の１段目には、１段目の断面形状に対応した積層鋼板３１が係止される。積層鋼板３２は、キー２２に凸部２２ａを有しているため、その凸部２２ａが１段目の平面４０ａに当たり、１段目に係止されない。さらに、積層鋼板３３、３４、３５は、積層鋼板３２の凸部２２ａより大径の凸部を有しているため１段目に係止されることはない。次に、シャフト４の２段目には、２段目の断面形状に対応した積層鋼板３２が係止される。３段目に対応した積層鋼板３３は２段目に位置する段差面４０ｂの断面形状よりも大径の凸部２４ａを有している。このため、凸部２４ａが段差面４０ｂに当たり、積層鋼板３３は２段目に係止されない。さらに、積層鋼板３４、３５は、積層鋼板３３の凸部２４ａよりも大径の凸部２６ａ、２８ａを有しているため、２段目に係止されない。以下、３段目、４段目、５段目には夫々積層鋼板３３、３４、３５が係止され、それ以外の積層鋼板が係止されることはない。よって、シャフト４の１段目、２段目、３段目、４段目、５段目には夫々積層鋼板３１、３２、３３、３４、３５が一意に係止される。
【００２１】
ロータコア３内に設けられている冷媒流路について説明する。積層鋼板を積層すると図２に示すように、ロータコア３の中心から外側に向かって伸びる冷媒流路１４、１５が構成される。冷媒流路１４、１５は、形状の異なる積層鋼板夫々に分割されており、それらを組み合わせることで構成されている。以下で、夫々の積層鋼板について順に説明する。
【００２２】
図６に示すように、積層鋼板３１は、永久磁石１８が挿入される挿入孔１７の近傍にコア内第２流路１５を構成する長方形状の流路孔１５ａを有している。流路孔１５ａは、１対の挿入孔１７の対称線を基準に長手方向に左右対称に配置されている。流路孔１５ａは挿入孔１７よりも積層鋼板３１の内側に位置している。流路孔１５ａは、Ｚ軸を中心とした円周方向に等間隔に８か所設けられている。
【００２３】
次に図７に示すように、積層鋼板３２は、積層鋼板３１と同様に設けられた流路孔１５ａの中央から積層鋼板３２の中心に向かって長方形状に設けられたコア内第１流路１４を構成する流路孔１４ｂを有している。流路孔１５ａと流路孔１４ｂを合わせた形状は略Ｔ字形状となる。流路孔１５ａと流路孔１４ｂは共にＺ軸を中心とした円周方向に等間隔に８か所設けられている。
【００２４】
次に図８に示すように、積層鋼板３３は、係止孔２３と連通するようにコア内第１流路１４を構成する流路孔１４ａを有している。流路孔１４ａは、積層鋼板３３の外形である円形の中心線に沿って、係止孔２３から積層鋼板３３の外部に向かって伸びており、その伸びた先から円周方向に円弧状に伸びている。流路孔１４ｂの円弧状の部分は、積層鋼板３３と同心円状に設けられている。図２に示すように、流路孔１４ａの円弧状の部分の両端は、その両端が積層鋼板３２の流路孔１４ｂの流路孔１５ａと接続されていない一端とＺ軸方向からみたときに重なっている。流路孔１４ａはＺ軸を中心とした円周方向に等間隔に４か所設けられている。また、積層鋼板３３は、積層鋼板３１、３２と同様に流路孔１５ａを有している。
【００２５】
なお、前述したように、積層鋼板３４の係止孔２５以外の形状は、積層鋼板３２（図７）と同様であり、積層鋼板３５の係止孔２７以外の形状は、積層鋼板３１（図６）と同様である。
【００２６】
上述のように積層鋼板夫々に設けられた流路孔により構成される冷媒流路１４，１５について説明する。前述のようにシャフト４の３段目には、積層鋼板３３が係止される。シャフト４の３段目に積層鋼板３３が積層されることで、３段目に対応する部分に流路孔１４ａが組み合わされ、コア内第１流路１４の一部が構成される。また、シャフト４の２段目と４段目には、夫々積層鋼板３２、３４が係止される。２段目と４段目に積層鋼板３３を挟むように積層鋼板３２と３４が積層される。これにより、２段目と４段目に対応する部分に流路孔１４ｂが組み合わされ、コア内第１流路１４の一部が構成される。３段目と２段目の境目では、積層鋼板３３の流路孔１４ａと積層鋼板３２の流路孔１４ｂが接続される。３段目と４段目の境目も同様に積層鋼板３３の流路孔１４ａと積層鋼板３４の流路孔１４ｂが接続される。これにより、ロータコア３内の２段目から４段目に対応する部分にコア内第１流路１４が構成される。なお、シャフト４はその中心軸に軸内流路１３を有している。軸内流路１３の開口部１３ａは、シャフト４の３段目に位置しており、３段目に係止された積層鋼板３３の流路孔１４ａと接続される。よって、コア内第１流路１４と軸内流路１３が接続される。
【００２７】
また、シャフト４の１段目と５段目には、夫々積層鋼板３１、３５が係止される。積層鋼板３１、３５にはコア内第２流路１５を構成する流路孔１５ａが設けられている。さらに、２段目から４段目に係止されている積層鋼板３２、３３、３４にもコア内第２流路１５を構成する流路孔１５ａが設けられている。これにより、１段目から５段目に積層鋼板３１、３２、３３、３４、３５が積層されることでロータコア３内にコア内第２流路１５が構成される。なお、２段目と４段目に積層されている積層鋼板３２、３４では流路孔１４ｂと流路孔１５ａが連通している。これにより、コア内第１流路１４とコア内第２流路１５が接続されている。
【００２８】
本明細書が開示する技術により得られる効果について説明する。上述の冷媒流路１４、１５は、積層鋼板３１、３２、３３、３４、３５が夫々シャフト４の１段目から５段目の位置に取り付けられたときに正しくロータコア３内に構成される。前述のように積層鋼板３１、３２、３３、３４、３５がシャフト４に係止される位置が一意に決められる。これにより、シャフト４に積層鋼板３１、３２、３３、３４、３５を積層する製造工程において、その取り付け順序は一通りに決められる。夫々の積層鋼板はシャフト４の段差面４０ｅが設けられている端面からシャフト４に挿入される。最初に積層鋼板３１が挿入されると共に、シャフト４の１段目（平面４０ａの位置する部分）に積層される。次に積層鋼板３２がシャフト４の２段目（段差面４０ｂの位置する部分）に積層される。後は順番に積層鋼板３３が３段目に、積層鋼板３４が４段目に、積層鋼板３５が５段目に積層される。
【００２９】
これにより、ロータコア３内に構成される冷媒流路１４、１５は、作業者により誤って組み合わされることが防止される。従来では、ロータコア内に有る冷媒流路が正しく組み合わされていることを外観から判別することが困難であった。そこで、積層鋼板の組合せが正しく行われているかを識別するために、ロータコアの外周やロータコアの軽量化のための軽量穴に外観から識別することができる形状を設ける方法が考えられる。しかし、この方法は、モータのトルク等の性能に影響を与えるため、積極的に採用することはできない。また、画像検査や赤外線検査などの検査設備を利用することで、積層鋼板の形状を認識して、誤った順序で積層鋼板が積層されることを防止することもできる。しかし、検査設備を設ける必要があり、検査工程の増加と設備投資が必要になる。本明細書が開示する技術では、例えば、順序を間違えて一段目に積層鋼板３５を組み立てようとした場合、積層鋼板３５は段差面４０ｄに当たり、それ以上先に進まない。よって、組み立て順序を間違えたことに作業者が外観から容易に気付くことができる。また、シャフトのキー溝４０及び係止孔のキーは、シャフトに対するロータコアの相対的な回転を防止する機能であり、モータの性能に直接影響を与えることは無い。よって、モータ性能を従来と同等に保つことができる。
【００３０】
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。本実施例では、シャフト４側にキー溝を設け、ロータコア３を構成する夫々の積層鋼板側にキーを設けているが、シャフト４側にキーを設け、積層鋼板側にキー溝を設けてもよい。キー及びキー溝を設けることはロータコア３がシャフト４に対して相対的に回転することを防止するための機能であり、シャフトと積層鋼板のどちらにキー及びキー溝を設けても同一の技術的機能を達成することができる。
【００３１】
また、本実施例では、階段部４１がシャフト４に対して窪むように設けられていたが、シャフト４対して突出するように設けられてもよい。この場合、シャフトに係止される積層鋼板の係止孔には、突出した階段部に応じた凹部が設けられる。モータが、シャフトのＺ軸方向に応じて形状の異なるシャフト側キー溝を有している点で、本実施例と同一の技術的思想である。
【００３２】
また、本実施例では、段差面４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅの断面形状が半円形状であったが、それ以外の形状であっても構わない。例えば、長方形状等の多角形状であってもよい。
【００３３】
実施例では、形状（即ち、冷媒流路の穿設位置）が異なる５種類の積層鋼板３１、３２、３３、３４、及び、３５の組み合わせでロータコア３が作られている。一方、図１によく示されているように、各形状の積層鋼板が複数枚積層されている。即ち、本明細書が開示する技術は、ロータコアを構成している全ての積層鋼板が相互に異なる形状を有している必要はない。ロータコアを構成している複数の積層鋼板は、２種類以上の形状に分かれていればよい。従って本明細書が開示する技術は、積層方向の位置に応じて位置が異なる冷媒流路が設けられており、冷媒流路の穿設位置に応じて形状が異なる複数種類の積層鋼板が積層されているロータコアを備えたモータ（回転電機）が対象である。そして、複数種類の積層鋼板は、シャフトを通す貫通孔に、冷媒流路の穿設位置に応じて異なる形状のコア側キー又はコア側キー溝を備えている。そしてシャフトはコア側キー又はコア側キー溝に対応したシャフト側キー溝又はシャフト側キーを備えている。
【００３４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３５】
２：モータ
３：ロータ
４：シャフト
５：ロータコア
６：ステータ
１３：軸内流路
１４：コア内第１流路
１５：コア内第２流路
１９、２１、２３、２５、２７：係止孔
２０、２２、２４、２６、２８：キー
３１、３２、３３、３４、３５：積層鋼板
４０：キー溝
４１：階段部
４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ：段差面
【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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