(57)【要約】【課題】丸線を用いたコイルに凹凸状の絶縁体を形成することにより、コイル間距離を確保し、コイルの絶縁性および放熱性を向上できる回転電機用ステータおよびその製造方法を提供する。【解決手段】分割コア５のティース７に樹脂製のインシュレータ１６が装着され、リング状の１段目の凸部１３が丸線９の軸線方向に所定の間隔で連続して配設される。凹凸部１２が形成された丸線９をインシュレータ１６のティース絶縁部に層状に整列巻きしていき、分割コア５にコイル３が巻回されている。コイル３は周方向および径方向に隣り合う凹凸部１３が互いに嵌め合わさり、コイル３間の距離を保って、導線部１１間の距離を確保した状態で固定されている。コイル３の最外層面ではヨーク６から鍔部８に向って層数を減らして丸線９をティース絶縁部に階段状に巻き付けている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の積層された強磁性板により形成され、円環状のヨークから内周側に延出した複数のティースを有するステータコアと、
前記ティースの周囲に配設されたインシュレータと、
導体の周囲が絶縁被覆された皮膜層を有し、断面円形の丸線が前記インシュレータの巻付面に巻回されたコイルと、を備え、
前記丸線は、前記皮膜層の外周面上に前記丸線の軸線方向に所定の間隔で複数の凹凸部が配設された絶縁体を有し、
前記コイルは、前記丸線が隣り合う前記丸線の前記凹凸部同士が互いに嵌り合うように巻回されることを特徴とする回転電機用ステータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機用ステータにおいて、
前記凹凸部は、前記丸線の外周面上に形成された凹部と、前記凹部から径方向に延びるリング状の凸部と、を有し、前記丸線の軸線方向に連続的かつ一体に形成されていることを特徴とする回転電機用ステータ。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機用ステータにおいて、
前記凹凸部は、前記丸線の外周面からなる凹部と、前記外周面から径方向に延びる凸部と、を有し、平板状の前記絶縁体が前記丸線の軸線方向に螺旋状かつ一体に形成されていることを特徴とする回転電機用ステータ。
【請求項４】
複数枚の積層された強磁性板により形成され、円環状のヨークから内周側に延出した複数のティースを有するステータコアと、
前記ティースの周囲に配設されたインシュレータと、
導体の周囲が絶縁被覆された皮膜層を有し、断面円形の丸線が前記インシュレータの巻付面に巻回されたコイルと、を備え、
前記コイルは、前記丸線の前記皮膜層の外周面上に前記丸線の軸線方向に絶縁体が所定の間隔で配設された複数の凹凸部を形成する成形工程と、前記丸線が隣り合う前記丸線の前記凹凸部同士が互いに嵌り合うように巻回する巻線工程と、を備えたことを特徴とする回転電機用ステータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機用ステータおよびその製造方法に関し、特に、ステータコアの外周面に巻き付けられたステータコイルの放熱性を向上できる回転電機用ステータおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電動モータや発電機などの回転電機に用いられるステータにおいて、ステータコアの円環状のヨークから延出するティースに装着された絶縁ボビン（インシュレータ）にステータコイル（巻線、以下、コイルという）が巻回されている。コイルには、例えば線材として、銅線の周囲に絶縁皮膜が被覆された断面が円形の丸線からなるコイル、あるいは断面が略矩形の平角線からなるコイルが用いられている。これらのコイルを絶縁ボビンのティース部に巻回して形成されるステータおよびその巻線方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、絶縁ボビンの互いに平行面とした断面矩形状のティース部に平角線を層状に整列巻きしていき、絶縁ボビンのヨーク部からティース部端部の内面に沿って突出した延出部に向って層数を減らして巻き付けている。ステータは、平角線をステータコアのティースに階段状に巻き付けて形成され、コイルの最外層面がティースの軸線方向に傾斜した外周面になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７８６９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のようなコイルを絶縁ボビンのヨーク部から延出部の方向に巻き下がって積層していく場合には、コイルが巻き付け位置から滑って巻き崩れやモータ振動によりコイルが擦れて絶縁皮膜の損傷を生じやすい。このため、コイル間に液体状のワニス等を浸透固化させてコイルを固定する場合がある。また、コイルは通電時のジュール熱によって発熱するので、この発熱によりコイル同士が接触している部分がステータコアに接しているコイル部分に比べて温度上昇する。その熱が非常に高温になると絶縁皮膜の破損により絶縁破壊を生じてコイルの絶縁性能が維持できなくなる場合がある。また、コイル抵抗値の増加によるモータ出力などの低下を生じるおそれがある。
【０００６】
さらに、ステータのコイルに平角線を使用した場合には、平角線は占積率を大きくできて冷却効果も高いが、高コストで巻線時に平角線の幅方向に曲げ難い特性を有している。このため、安価な丸線を用いてよりコイルの放熱性を向上させることができるステータが要望されている。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、丸線を用いたコイルに凹凸状の絶縁体を形成することにより、コイル間距離を確保し、コイルの絶縁性および放熱性を向上できる回転電機用ステータおよびその製造方法を提供することにある。
【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、請求項１に記載の発明は、回転電機用ステータにおいて、複数枚の積層された強磁性板により形成され、円環状のヨークから内周側に延出した複数のティースを有するステータコアと、前記ティースの周囲に配設されたインシュレータと、導体の周囲が絶縁被覆された皮膜層を有し、断面円形の丸線が前記インシュレータの巻付面に巻回されたコイルと、を備え、前記丸線は、前記皮膜層の外周面上に前記丸線の軸線方向に所定の間隔で複数の凹凸部が配設された絶縁体を有し、前記コイルは、前記丸線が隣り合う前記丸線の前記凹凸部同士が互いに嵌り合うように巻回されることを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、コイルを巻回する丸線の外周面上に所定の間隔で絶縁体により形成された凹凸部を設け、コイルを隣り合う凹凸部同士を互いに嵌り合うようにしてステータコアのティースに装着されたインシュレータに巻回する。これにより、コイルをインシュレータに巻き滑りすることなく確実に巻き付け、巻線時やモータ振動時に発生するコイルの巻き崩れを防止することができる。また、巻回されたコイル間の距離を確保し、コイルの発熱による温度上昇を抑え、コイルの絶縁性および放熱性を向上させることが可能になる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転電機用ステータにおいて、前記凹凸部は、前記丸線の外周面上に形成された凹部と、前記凹部から径方向に延びるリング状の凸部と、を有し、前記丸線の軸線方向に連続的かつ一体に形成されていることを要旨とする。上記構成によれば、凹部とリング状の凸部とを一体形成するので、丸線の外周面上に連続して凹凸部を形成することができる。これにより、巻回されたコイル間の距離を確保し、コイルの発熱による温度上昇を抑え、コイルの絶縁性および放熱性を向上させることが可能になる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の回転電機用ステータにおいて、前記凹凸部は、前記丸線の外周面からなる凹部と、前記外周面から径方向に延びる凸部と、を有し、平板状の前記絶縁体が前記丸線の軸線方向に螺旋状かつ一体に形成されていることを要旨とする。上記構成によれば、平板状の絶縁体を螺旋状にして一体形成するので、丸線の外周面上に連続して凹凸部を形成することができる。これにより、巻回されたコイル間の距離を確保し、コイルの発熱による温度上昇を、コイルの絶縁性および放熱性を向上させることが可能になる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、回転電機用ステータの製造方法において、複数枚の積層された強磁性板により形成され、円環状のヨークから内周側に延出した複数のティースを有するステータコアと、前記ティースの周囲に配設されたインシュレータと、導体の周囲が絶縁被覆された皮膜層を有し、断面円形の丸線が前記インシュレータの巻付面に巻回されたコイルと、を備え、前記コイルは、前記丸線の前記皮膜層の外周面上に前記丸線の軸線方向に絶縁体が所定の間隔で配設された複数の凹凸部を形成する成形工程と、前記丸線が隣り合う前記丸線の前記凹凸部同士が互いに嵌り合うように巻回する巻線工程と、を備えたことを要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、コイルを巻回する丸線の外周面上に所定の間隔で絶縁体により形成された凹凸部を設け、隣り合う凹凸部同士を互いに嵌り合うようにしてステータコアにインシュレータを介してコイルを巻回することによりステータを形成する。これにより、コイルをステータコアに巻き滑りすることなく確実に巻き付け、巻線時やモータ振動時に発生するコイルの巻き崩れを防止することができる。また、巻回されたコイル間の距離を確保し、コイルの発熱による温度上昇を抑え、コイルの絶縁性および放熱性を向上させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、丸線を用いたコイルに凹凸状の絶縁体を形成することにより、コイル間距離を確保し、コイルの絶縁性および放熱性を向上できる回転電機用ステータおよびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転電機用ステータの全体断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る図１のコイルの概略構造を示す軸線方向断面図。
【図３】図１の分割コアのコイルをステータ側面から見た図。
【図４】図３のコイルをステータ正面から見た部分断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るコイルの螺旋状に形成された凹凸部をステータ側面から見た図。
【図６】本発明の他の実施形態に係るコイルの凹凸部をステータ側面から見た図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態の回転電機に用いられる回転電機用ステータ（以下、ステータという）１について、電動モータのステータの図に基づいて説明する。なお、以下の説明において、径方向および軸線方向とは、ステータ１（ステータコア２）の半径方向および軸方向を指す。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るステータ１の全体断面図である。
回転電機は、例えば車両に搭載され、ステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置や後輪に駆動力を発生させて走行する電動４輪駆動車の後輪駆動装置などの駆動源用電動モータ（例えば、３相のブラシレスモータなど）として用いられる。図１に示すように、電動モータは、インナロータ型のブラシレスモータである。電動モータは、回転軸１８に一体回転可能に連結された円筒状のロータ１９と、ロータ１９の周囲を取り囲む環状のステータ１と、ロータ１９およびステータ１を収容する筒状のモータハウジング２０とを備えている。
【００１８】
ステータ１は、円環状のステータコア２と、このステータコア２に巻回された複数（本実施形態では、１２個）のステータコイル（コイル）３とを含む。ステータコア２は、電磁鋼板を打ち抜いて所定の形状に形成された複数枚の薄板がステータコア２の軸線方向に積層固定された積層体である。すなわち、ステータコア２は、鉄を含む材料により形成されており、電磁鋼板としては、例えば表面に絶縁処理が施された珪素鋼板等の強磁性板を用いることができる。
【００１９】
ここで、ステータコア２は、所定角度に分割された複数のＴ字形状のプレート４が積層されて一体に連結された複数（本実施形態では、１２個）の分割コア５からなり、分割コア５が周方向に等間隔を隔てて環状に配置して締結されている。分割コア５は、円弧状のヨーク６と、このヨーク６から内周側（径方向内側）に延出する断面が略矩形のティース７とを備え、隣り合うヨーク６の周方向端面同士は、径方向において互いに当接するように構成されている。ティース７のロータ１９の外周面と対向する先端には、周方向両側に延出する鍔部８が設けられている。
【００２０】
ティース７とコイル３とを絶縁する図示しないインシュレータ（図３参照）がティース７に装着されて、コイル３がインシュレータの図示しない巻付面（図３参照）に沿って巻回されている。コイル３には、断面が円形のいわゆる丸線９が使用されている。さらに、電動モータが大出力用モータの場合には、コイル３に印加される高電圧による絶縁破壊を防止するために隣り合うコイル３同士の相間を電気的に絶縁する絶縁材（例えば、アラミド紙など）２１が設けられる場合がある。
【００２１】
モータハウジング２０は、例えば炭素鋼などの鉄、またはアルミニウムを含む材料によって形成されている。ステータコア２は、モータハウジング２０内に円環状に配列した分割コア５を挿入し、圧入により分割コア５の外周面がモータハウジング２０の内周面に固定される。また、隣接する分割コア５のティース７同士の間には、コイル３が配置されるスロットが設けられている。本実施形態では、スロット数は１２である。
【００２２】
ロータ１９には、図示しない複数の永久磁石が図示しないロータコア内にそれぞれ埋設あるいはロータコア表面に接着等により貼り付け固定されている。このように構成された電動モータは、ステータ１の各コイル３に駆動電力が供給されることにより形成される磁界と、永久磁石の磁束との間に生じる磁気的な吸引力および反発力によりロータ１９および回転軸１８が回転する構成となっている。
【００２３】
（第１の実施形態）
次に、図２は、本発明の第１の実施形態に係る図１のコイル３の概略構造を示す軸線方向断面図、図３は、図１の分割コア５のコイル３をステータ１の側面から見た図、図４は、図３のコイル３をステータ１の正面から見た部分断面図である。
【００２４】
図２に示すように、コイル３は、断面が円形の導線部（導体、例えば、銅線など）１０の外周に電気的に絶縁された絶縁皮膜（皮膜層）１１が被覆された丸線９からなる。絶縁皮膜１１の外周に高熱伝導性の絶縁部材（熱硬化性成形材料、例えば、不飽和ポリエステル（ＢＭＣ）、または、熱可塑性成形材料、例えば、ＰＰＳなどの樹脂）からなる複数の凹凸部１２が形成される（成形工程）。この凹凸部１２は、例えばリング状の１段目の凸部１３および２段目の凸部１４と、絶縁皮膜１１の外周上に形成された凹部１５とが丸線９の軸線方向に所定の間隔で連続的に配設され、高い寸法精度を有して一体に形成されている。
【００２５】
図３に示すように、分割コア５のティース７には、樹脂製（例えば、ＰＰＳなどの絶縁体）のインシュレータ１６が装着されている。例えば、リング状の１段目の凸部１３と凹部１５とからなる凹凸部１２が形成された丸線９をインシュレータ１６のティース絶縁部に層状に整列巻きしていき（巻線工程）、分割コア５にコイル３が巻回されている。コイル３は、分割コア５の周方向（図中前後）および径方向（図中上下）に隣り合って配置される凹凸部１２が互いに嵌め合わさり、コイル３間の距離を保って、すなわち、導線部１０間の距離を確保した状態で固定されている。なお、図示しないコイル３の最外層面では、ヨーク６から鍔部８に向って層数を減らしてティース７の軸線方向に傾斜して丸線９を階段状にティース絶縁部に巻き付けている。
【００２６】
詳細には、図４に示すように、インシュレータ１６が分割コア５のティース７の側面を取り囲むように配置され、断面が矩形状のインシュレータ１６の巻付面１７に丸線９からなるコイル３が層状に整列巻きされている。例えば、1段目のコイル３は、リング状の1段目の凸部１３が巻付面１７に接した状態で巻回され、1段目の凸部１３が径方向にコイル３の絶縁皮膜１１（図２参照）の外周面に互いに接した状態で巻き付けられて固定されている。上段の２段目のコイル３は、リング状の２段目の凸部１４が互いに隣り合う１段目および２段目のコイル３の絶縁皮膜１１（図２参照）の外周面に接した状態で１段目のコイル３の外層（上段）に巻き付けられて固定されている。
【００２７】
上記のように、成形工程および巻線工程によりコイル３が巻回されてステータ１が形成されている。成形工程において、リング状の絶縁部材からなる１段目および２段目の凸部１３，１４が丸線９の絶縁皮膜１２の外周面上に丸線９の軸線方向に所定の間隔で配設され、複数の凹凸部１２が連続的に一体に形成される。続いて、巻線工程において、分割コア５の周方向および径方向に互いに隣り合う凹凸部１２同士を互いに嵌り合うように丸線９が巻回される。
【００２８】
以上により、コイル３を巻回する丸線９の外周面上にリング状の絶縁部材からなる凹凸部１２を設けることで、絶縁膜厚が増加し、コイル３の絶縁性を向上させることができる。また、コイル３で発生した熱は、ステータコア２を経由してモータハウジング２０へと伝播する。したがって、ステータコア２から遠く、インシュレータ１６に巻回された外層側のコイル３の温度上昇が最も高くなる。このため、隣り合う凹凸部１２同士を互いに嵌り合うようにしてステータコア２に装着されたインシュレータ１６のティース絶縁部にコイル３を巻回することにより、コイル３間の距離を確保する。これにより、コイル３の発熱による温度上昇を抑え、コイル３の放熱性を向上させることができる。
【００２９】
さらに、コイル３をインシュレータ１６に巻き滑りすることなく確実に巻き付けることができるとともに、巻線時やモータ振動時に発生するコイル３の巻き崩れを防止し、コイル３同士の擦れによる絶縁皮膜１１の損傷を防止することができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
次に、図５は、本発明の第２の実施形態に係るコイル３の螺旋状に形成された凹凸部１２をステータ１の側面から見た図である。
図５に示すように、コイル３を形成する丸線９の外周面上に平板状の絶縁部材（熱硬化性成形材料、例えば、不飽和ポリエステル（ＢＭＣ）、または、熱可塑性成形材料、例えば、ＰＰＳなどの樹脂）を螺旋状に一体に形成して、連続して凸部２２を形成する。螺旋状の凸部２２を有した複数の凹凸部１２が巻回されて、分割コア５（図３参照）の周方向（図中前後）および径方向（図中上下）に隣り合って配置される凹凸部１２に嵌め合わさって固定される。これにより、リング状の１段目および２段目の凸部１３，１４を設けるのと同様に互いに隣り合う凹凸部１２を嵌め合うことができるので、コイル３の絶縁性および放熱性を向上させることが可能になる。
【００３１】
次に、上記のように構成された本発明の実施形態に係るステータ１の作用および効果について説明する。
【００３２】
上記第１および第２の実施形態によれば、コイル３を巻回する丸線９の外周面上に所定の間隔で熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂製の絶縁部材により形成された複数の凹凸部１２を設ける。隣り合う凹凸部１２同士を互いに嵌り合うようにしてインシュレータ１６を介してステータコア２にコイル３を巻回するので、コイル３をステータコア２に巻き滑りすることなく確実に巻き付けることができる。
【００３３】
第１の実施形態によれば、コイル３を形成する丸線９の外周面に形成される凹部１５および凹部１５から径方向に延びるリング状の凸部１３、１４を一体に形成するので、丸線９の外周面上に連続して複数の凹凸部１２を形成することができる。また、第２の実施形態によれば、平板状の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂製の絶縁部材を丸線９の外周面上に螺旋状に一体に形成するので、連続して複数の凹凸部１２を形成することができる。
【００３４】
これにより、コイル３をステータコア２に巻き滑りすることなく確実に巻き付けることができるとともに、巻線時やモータ振動時に発生するコイル３の巻き崩れを防止し、コイル３同士の擦れによる絶縁皮膜１１の損傷や絶縁破壊を防止することができる。また、コイル３間の距離を確保することにより、コイル３の発熱による温度上昇を抑え、コイル３の絶縁性および放熱性を向上させることが可能になる。
【００３５】
さらに、上記第１および第２の実施形態に係る製造方法によれば、ステータコア２に装着したインシュレータ１６のティース絶縁部に成形および巻線工程によりコイル３を確実に巻回してステータ１を形成することができる。丸線９の外周面上に所定の間隔で樹脂部材により形成された複数の凹凸部１２を形成する成形工程と、続いて、隣り合う凹凸部１２同士を互いに嵌り合うようにしてステータコア２に丸線９を巻回する巻線工程とにより、コイル３を巻回する。
【００３６】
これにより、コイル３をステータコア２に巻き滑りすることなく確実に巻き付けることができるとともに、巻線時やモータ振動時に発生するコイル３の巻き崩れを防止し、コイル３同士の擦れによる絶縁皮膜１１の損傷や絶縁破壊を防止することができる。また、コイル３間の距離を確保することにより、コイル３の発熱による温度上昇を抑え、コイル３の絶縁性および放熱性を向上させることが可能になる。
【００３７】
以上のように、本発明の実施形態によれば、丸線を用いたコイルに凹凸状の絶縁体を形成することによりコイル間距離を確保し、コイルの絶縁性および放熱性を向上できるステータおよびその製造方法を提供することができる。
【００３８】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
【００３９】
上記第１の実施形態では、樹脂製のリング状の１段目および２段目の凸部１３，１４をコイル３上に互いに嵌り合うように等間隔で設ける場合について説明したが、これに限定されるものでなく、１段目および２段目の凸部１３，１４の間隔を広げて配置してもよい。
【００４０】
図６は、本発明の他の実施形態に係るコイル３の凹凸部１３をステータ１の側面から見た図である。
図６に示すように、凹凸部１２はリング状の１段目および２段目の凸部１３，１４ならびに丸線９の外周面上に形成された凹部１５からなり、第１の実施形態の凹凸部１２に対して丸線９の軸線方向に倍の間隔を有して配置されている。例えば、１段目の凸部１３は径方向（上下）に１個ずつずれた状態で互いに隣り合って配置され、上段の２段目の凸部１４がさらに１個ずつずれるように互いに隣り合って配置されて、それぞれ隣り合うコイル３の外周面に接して固定されている。これにより、リング状の１段目および２段目の凸部１３，１４の個数および使用する絶縁部材の低減が可能になる。
【００４１】
また、上記第１の実施形態では、凹凸部１２は凹部１５およびリング状の１段目および２段目の凸部１３，１４がともに絶縁部材により一体に形成される例について説明したが、これに限定されるものでなく、例えば凹部１５をコイル３の丸線９の外周面として、リング状の１段目および２段目の凸部１３，１４のみ絶縁部材により形成してもよい。
【００４２】
上記実施形態において、ステータコア２は、分割コア５の形状に合わせて珪素鋼板を用いた電磁鋼板を積層して形成されていたが、これに限定されるものでなく、例えば軟磁性材料を含む粉末材料によって形成された圧粉体であってもよい。軟磁性材料としては、鉄、フェライト、パーマロイ等を用いることができる。
【００４３】
上記実施形態では、線材の形状が断面円形の丸線９でコイル３を巻回する例を説明したが、これに限定されるものでなく、整列巻き時にコイル３の層間で隙間を生じさせ難い、例えば断面が正６角形状などの多角形状の線材を用いてもよい。
【００４４】
上記実施形態では、１２個の分割コア５を併せることで１つのステータコア２を形成しているが、分割数はこれに限定されるものでなく、また、分割タイプでなく複数のティース７が設けられた円環状の一体型のステータコア２に適用してもよい。
【００４５】
上記実施形態では、本発明を車載用の電動パワーステアリング装置や後輪駆動装置などの駆動源として用いられる電動モータに具体化して説明したが、これに限定されるものでなく、他のモータ装置の駆動源用モータとして用いてもよく、また、発電機として用いてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１：ステータ、２：ステータコア、３：コイル、４：プレート、５：分割コア、
６：ヨーク、７：ティース、８：鍔部、９：丸線、１０：導線部（導体）、
１１：絶縁皮膜（皮膜層）、１２：凹凸部、１３：1段目の凸部、１４：２段目の凸部、１５：凹部、１６：インシュレータ、１７：巻付面、１８：回転軸、１９：ロータ、
２０：モータハウジング、２１：絶縁紙、２２：螺旋状の凸部
【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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