(57)【要約】      （修正有）【課題】ベーンのロータからの離脱機構（背圧構造）を必要とせず、背圧管理を不要にすることが可能なベーン型圧縮機を提供する。【解決手段】ロータ４の外周縁に設けられた枢支部（円弧状凹部）に末端部（円柱状部）が回転可能に支持され、先端部がシリンダ２の内周面に形成されたカム面２ａに当接してロータ４の外周面とカム面２ａとの間に圧縮室１７を画成する揺動ベーン５とを備える。この揺動ベーン５の先端部を、駆動軸３の軸中心と円柱状部の回転中心とを含む仮想面よりロータ４の回転方向の前方側に配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面にカム面が形成されたシリンダと、
駆動軸に固装されて前記シリンダ内に回転可能に収容されたロータと、
前記ロータの外周面に設けられた枢支部に末端部が回転可能に支持され、先端部が前記カム面に当接して前記ロータの外周面と前記カム面との間に圧縮室を画成する揺動ベーンとを備え、
前記揺動ベーンの前記先端部は、前記駆動軸の軸中心と前記末端部の回転中心とを含む仮想面より前記ロータの回転方向の前方側に配置されていることを特徴とするベーン型圧縮機。
【請求項２】
前記ロータの外周面に、円弧状の内周面を有する円弧状凹部とこの円弧状凹部に続いて前記ロータの周方向に延設された退避凹部とを有するベーン収容部を設け、
前記枢支部は、前記円弧状凹部によって構成され、
前記揺動ベーンは、前記円弧状凹部に回転自在に係合される円柱状部と、この円柱状部に続いて径方向に延設され、前記退避凹部に収容可能であると共に先端部が前記カム面に当接するベーン本体部とから構成されることを特徴とする請求項１記載のベーン型圧縮機。
【請求項３】
前記円弧状凹部は、円周角で１８０度を超える内周面を有することを特徴とする請求項２記載のベーン型圧縮機。
【請求項４】
前記揺動ベーンには、該揺動ベーンの先端部を前記カム面に向けて付勢する付勢手段からの付勢力が常時作用していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のベーン型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内部に回転可能に支持されたロータを有し、ロータの周方向に設けられるベーンを背圧を利用せずにシリンダの内周面に形成されたカム面に当接させる構造を備えたベーン型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ベーン型圧縮機は、両端が閉塞されると共にカム面が内周面に形成されたシリンダと、シリンダ内に回転可能に支持されたロータと、このロータの外周面から内部に向けて形成されたベーン溝と、このベーン溝に出没可能に収容されたベーンとを有し、ロータの回転による遠心力およびベーン溝の底部に設けられた背圧室から作用する背圧によってベーンをシリンダの内周面（カム面）に接触支持させる構造となっている。
【０００３】
たとえば、下記の特許文献１においては、ベーン溝の底に圧力を導いてベーンをシリンダ内周面（カム面）に向けて押し出す背圧構造を構成するために、ロータに隣接するサイドブロックに吐出圧圧力より低い圧力のオイルが導かれるサライ溝と、高圧導入孔とが設けられており、これらが背圧室と連通可能となっている。サライ溝と高圧導入孔とは、背圧室を介して連通しないように所定の間隔を空けて隔てられるとともに、起動初期などのようにサライ溝の圧力が吸入圧力より低いときには、低圧室から比較的高い圧力を圧力調整弁を介してサライ溝に導くようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３２７６９２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、上述した構成においては、ベーン溝の背圧を制御するために、高圧を導入する高圧供給穴や、吸入室圧を導入するサライ溝、サライ溝と吸入室とを連通制御する圧力調整弁等が必要となるため、構造が複雑化する不都合がある。
【０００６】
また、上述した構成においては、サライ溝や高圧導入穴を、ベーン溝が双方に同時に連通しないように形成する必要があるため、サライ溝と高圧導入孔との間隔が製造ばらつきにより小さく加工された場合であってもサライ溝と高圧導入孔の双方にベーン溝が同時に連通しないような寸法設定とする必要があるため、製造ばらつきを考慮してサライ溝と高圧導入孔との間隔をベーン溝よりも余裕をもって大きく設定する必要がある。このため、ベーン溝がどちらにも連通していないときは、ベーン底は完全に袋小路となるため、ベーンがカム面を摺動して押し込まれていくと、この袋小路に溜まったオイルが行き場を失って背圧室の圧力が上昇し、ベーンとシリンダとの摺接荷重が過度に高まる恐れがある。
このように背圧構造によりベーンを飛び出させる構成においては、背圧を適切に保つための複雑な構造や背圧管理が必要となる。
【０００７】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、背圧構造を採用することに起因する上述した不都合を解消し、ベーンをカム面に押しつける背圧構造を必要とせず、したがって背圧管理を不要にすることが可能なベーン型圧縮機を提供することを主たる課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、本発明に係るベーン型圧縮機は、内周面にカム面が形成されたシリンダと、駆動軸に固装されて前記シリンダ内に回転可能に収容されたロータと、前記ロータの外周面に設けられた枢支部に末端部が回転可能に支持され、先端部が前記カム面に当接して前記ロータの外周面と前記カム面との間に圧縮室を画成する揺動ベーンとを備え、前記揺動ベーンの前記先端部は、前記駆動軸の軸中心と前記末端部の回転中心とを含む仮想面より前記ロータの回転方向の前方側に配置されていることを特徴としている。
【０００９】
したがって、ロータが回転すると、このロータの外周面に設けられた枢支部に回転可能に設けられた揺動ベーンが、遠心力により、また、揺動ベーンの前後の圧力差により、末端部を中心として回動し、先端部がシリンダの内周面に形成されたカム面に当接してロータの外周面とカム面との間に圧縮室が画成される。しかも、揺動ベーンの先端部は、駆動軸の軸中心と末端部の回転中心とを含む仮想面よりロータの回転方向の前方側に配置されているので、揺動ベーンの先端部は、ロータが回転すると、圧縮室の圧力によってカム面に押し付けられることになり、遠心力と相俟ってこの状態が持続されるので、ベーンをカム面に押し付けるための背圧機構が不要となる。
【００１０】
上述した構成の具体例としては、前記ロータの外周面に、円弧状の内周面を有する円弧状凹部とこの円弧状凹部に続いて前記ロータの周方向に延設された退避凹部とを有するベーン収容部を設け、前記枢支部を前記円弧状凹部によって構成し、前記揺動ベーンを、前記円弧状凹部に回転自在に係合される円柱状部と、この円柱状部に続いて径方向に延設され、前記退避凹部に収容可能であると共に先端部が前記カム面に当接するベーン本体部とによって構成するようにしてもよい。
【００１１】
このような構成においては、ベーン収容部の円弧状凹部に揺動ベーンの円柱状部が係合され、また、ベーン収容部の退避凹部に揺動ベーンのベーン本体部が収容可能となるので、揺動ベーンは、円柱状部を中心として回動し、ベーン本体部の先端部をカム面に摺接させつつも、ベーン本体部の背面を、ロータ外周面と一致させた状態とすることが可能となり、ロータの円滑な回転や圧縮機能が損なわれる不都合を回避することが可能となる。
【００１２】
ここで、前記円弧状凹部は、円周角で１８０度を超える内周面を有するようにするとよい。このような構成とすることで、圧縮機の組み付け時やロータ停止時のロータの逆回転時において、揺動ベーンの円柱状部が円弧状凹部から脱落することを防止することが可能となる。
【００１３】
また、上述した揺動ベーンには、該揺動ベーンの先端部をカム面に向けて付勢する付勢手段からの付勢力を常時作用させるようにしてもよい。
【００１４】
吸入工程においては、揺動ベーンに対して回転方向前方側の圧縮室の圧力も吸入圧となるため、揺動ベーンの前後に圧力差は生ぜず、ベーン本体部をカム面に向けて回動させるようなモーメントは作用しない。このような場合でも、ベーン本体部に作用する遠心力によって揺動ベーンがカム面に向けて回動するが、上述した付勢手段を設けることによって遠心力に加えて付勢手段による付勢力が常時揺動ベーンに与えられるので、より確実に揺動ベーン（ベーン本体部）の先端部をカム面に当接させた状態を保持することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように、本発明によれば、ロータの外周縁に設けられた枢支部に末端部が回転可能に支持され、先端部がカム面に当接する揺動ベーンを備え、この揺動ベーンの先端部を駆動軸の軸中心と末端部の回転中心とを含む仮想面よりロータの回転方向の前方側に配置する構成としたので、揺動ベーンの先端部を、遠心力により、また、揺動ベーンの前後の圧力差により、カム面に当接した状態とすることが可能となり、ベーンをカム面に押し付けるための背圧機構が不要となる。
また、揺動ベーンの先端部をカム面に向けて付勢する付勢手段を更に設けるようにすることで、揺動ベーンの前後に圧力差がないような場合であっても揺動ベーンの先端部をカム面に常時当接した状態とすることが可能となり、揺動ベーンのチャタリングをより確実に回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明に係るベーン型圧縮機を示す図であり、（a）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１で示すベーン型圧縮機のロータと揺動ベーンとを示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明に係るベーン型圧縮機のロータを示す図であり、（a）は軸方向から見た図、（ｂ）は斜視図である。
【図４】図４は、本発明に係るベーン型圧縮機の揺動ベーンを示す図であり、（a）は揺動ベーンを背面から見た図、（ｂ）は揺動ベーンをロータの軸方向から見た図、（ｃ）は揺動ベーンの斜視図である。
【図５】図５は、本発明に係るベーン型圧縮機のロータと揺動ベーンの変形例を示す図であり、ロータの軸方向の略中央で軸心に対して垂直に切断した状態を示す斜視図である。
【図６】図６は、図５で示すロータを示す図であり、（a）は軸方向から見た図、（ｂ）は斜視図である。
【図７】図７は、図５で示す揺動ベーンを示す図であり、（a）は揺動ベーンを前面から見た図、（ｂ）は揺動ベーンをロータの軸方向から見た図、（ｃ）は揺動ベーンの斜視図である。
【図８】図８は、付勢手段の他の例を示す図であり、（ａ）は揺動ベーンとこれに取り付けられるねじりコイルバネとを示す斜視図であり、（ｂ）は、揺動ベーンにねじりコイルバネを取り付けてロータに装着した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るベーン型圧縮機について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１において、冷媒を作動流体とする冷凍サイクルに適したベーン型圧縮機１が示されている。このベーン型圧縮機１は、内周面にカム面２ａが形成されたシリンダ２と、このシリンダ内に回転可能に収容され、駆動軸３に固定されたロータ４と、このロータ４に設けられた複数（本例においては５つ）の揺動ベーン５と、シリンダ２のリア側端面に固定されるリアサイド部材６と、シリンダ２のフロント側端面及び外周面を包囲し、前記リアサイド部材６に嵌合するシェル部材７とを有して構成されている。
【００１９】
これらシリンダ２、リアサイド部材６、及びシェル部材７は、ボルト８を介して軸方向に締結され、シェル部材７とシリンダ２との間、リアサイド部材６とシリンダ２やシェル部材７との間は、適宜シール部材（Ｏリング９ａ，９ｂ，９ｃ）によって気密よくシールされている。
なお、図１において、左側をフロント側、右側をリア側とする。
【００２０】
駆動軸３は、シェル部材７及びリアサイド部材６にベアリング１１，１２を介して回転可能に支持されている。シェル部材７には、作動流体（冷媒ガス）を吸入する図示しない吸入口とこの吸入口に連通する吸入室（低圧室）１３が形成され、リアサイド部材６には、作動流体を吐出する図示しない吐出口とこの吐出口に連通する吐出室（高圧室）１４が形成されている。
【００２１】
シリンダ２には、内周面を前記カム面２ａとする断面楕円形の孔１５が形成されており、この孔１５の内部に、ロータ４及び揺動ベーン５が収納されている。ロータ４は、中央に駆動軸３を挿着する挿通孔４ａが軸方向に穿設され、孔１５の短径に対して僅かに小さい直径を有する断面真円の円柱形状に形成されている。したがって、このロータ４の外周面は、孔１５の短径部の２箇所で近接することになり、孔１５とロータ４との間には、孔１５の長径部を含むように２つの圧縮空間１６が画成されている。そして、各圧縮空間１６は揺動ベーン５によって仕切られて複数の圧縮室１７に画成され、各圧縮室１７の容積はロータ４の回転によって変化するようになっている。
【００２２】
シェル部材７は、シリンダ２に当接するサイドブロック部７ａとこのサイドブロック部７ａを包囲するシェル状のヘッド部７ｂとが一体化されているもので、サイドブロック部７ａからフロント側に突出したボス部７ｃにプーリ１８が回転自在に外装され、このプーリ１８から電磁クラッチ１９を介して回転動力が駆動軸３に伝達されるようになっている。
【００２３】
リアサイド部材６は、シリンダ２に当接するサイドブロック部６ａと、このサイドブロック部６ａを包囲するヘッド部６ｂとが一体化されているもので、シェル部材７のヘッド部７ｂの開口端部にＯリング９ｃを介して気密よく嵌合され、また、シリンダ２と対峙する端面を凹ませて前記吐出室（高圧室）１４が形成されている。
【００２４】
また、シリンダ２には、その両端部に径方向に突出するフランジ部２ｂ、２ｃが形成されている。フロント側のフランジ部２ｂは、シェル部材７の内周形状に合わせた形状に形成され、シェル部材７の内部に挿入されてサイドブロック部７ａの端面に当接されており、シェル部材７の内周面との間がＯリング９ａにより気密よくシールされている。また、リア側のフランジ部２ｃは、シェル部材７の内周形状に合わせた形状に形成され、シェル部材７の内部に挿入されてシェル部材７の開口端部に嵌合されたリアサイド部材６のサイドブロック部６ａの端面に当接されており、リアサイド部材６の端面との間がヘッド部６ｂに設けられたＯリング９ｂにより気密よくシールされている。
【００２５】
シリンダ２の外周面には、圧縮空間１６に対応して吐出弁２３によって開閉される吐出ポート２４が設けられている。また、シリンダ２の外周面とシェル部材７の内周面との間には、シリンダ２の両端に形成されたフランジ部２ｂ、２ｃによって画成された吐出弁収容室２０が形成され、前記吐出ポート２４はこの吐出弁収容室２０に開口し、前記ベーン間に形成される圧縮室１７が吐出ポート２４を介して連通可能となっている。
【００２６】
この吐出弁収容室２０と前記吐出室（高圧室）１４とは、シリンダ２に設けられた前記フランジ部２ｃにより分離されており、このフランジ部２ｃを貫通する通孔２１（フランジに形成される通路の一形態）を介してのみ連通されている。
【００２７】
また、リアサイド部材６には、シリンダ２のフランジ部２ｃに形成された通孔２１よりも下流側に吐出ガスに混在するオイルを分離するための遠心分離式のオイル分離器２２が設けられている。なお、オイル分離器２２でオイルが分離された圧縮冷媒は、図示しない吐出口を介して外部に送出され、また、分離されたオイルは、オイル貯留室２５に貯留され、図示しないオイル戻し通路を介して圧縮機の潤滑部分に戻されるようになっている。
【００２８】
ところで、前記ロータ４の外周面には、図２及び図３にも示されるように、軸方向に沿ってロータ４の一端から他端にかけて延設され、内周面が円弧状に形成された円弧状凹部３０ａと、この円弧状凹部３０ａに続いてロータ４の周方向に延設された退避凹部３０ｂとを備えるベーン収容部３０が形成されている。このベーン収容部３０は、ロータ４の周方向に等間隔に５つ設けられており、ロータ４の回転方向に対して円弧状凹部３０ａが退避凹部３０ｂの後方側となるように形成されている。
【００２９】
この円弧状凹部３０ａは、後述する揺動ベーン５の円柱状部５ａを収容する枢支部として機能するもので、円周角で１８０度を超える内周面を有するように形成され、また、円弧状凹部３０ａの側縁のエッジ部分は、丸められている。
【００３０】
揺動ベーン５は、図４にも示されるように、前記円弧状凹部３０ａに回転自在に係合される断面円形の円柱状部５ａと、この円柱状部５ａに続いて径方向に延設され、前記退避凹部３０ｂに収容可能であるベーン本体部５ｂとを有して構成されている。
【００３１】
円柱状部５ａとベーン本体部５ｂは、前記ロータ４の軸方向の長さに略等しく形成され、円柱状部５ａは、前記円弧状凹部３０ａの内径にほぼ等しい外径を有しており、円弧状凹部３０ａに緩く係合されてスムーズに回転するようになっている。また、ベーン本体部５ｂは、退避凹部３０ｂに収容した際に背面がロータ４の外周面と段差なくほぼ連続的な曲面となるように形成されており、ベーン本体部５ｂの円柱状部５ａからの長さや退避凹部３０ｂに収容した状態から外側へ回動する範囲は、ロータ４がどの回転角にあっても、先端部がカム面２ａに当接できるように設定されている。
なお、円柱状部５ａからベーン本体部５ｂに移行する背面部位には、円弧状凹部３０ａのエッジとの干渉を回避するための窪み５ｃが揺動ベーン５の全幅に亘って形成されている。
【００３２】
したがって、ロータ４の外周面に設けられた枢支部としての円弧状凹部３０ａに揺動ベーン５の円柱状部５ａを回転可能に支持させ、この状態でロータ４をシリンダ２に組み付けた状態においては、各揺動ベーン５の先端部は、駆動軸３の軸中心と円柱状部（末端部）５ａの回転中心とを含む仮想面よりロータ４の回転方向の前方側に配置された状態となり、ロータ４を図１（ｂ）の矢視方向に回転させた状態においては、遠心力により、又は、揺動ベーン５の前後の圧力差により、揺動ベーン５のベーン本体部５ｂの先端部がカム面に向かって回動されるようになっている。
【００３３】
即ち、上述の構成によれば、ロータ４の回転により生じる遠心力やロータ４の回転により上昇する圧縮室１７の圧力が、揺動ベーン５のベーン本体部５ｂをカム面２ａに向かって回動させるように前面に作用するので、従来の背圧を利用してベーンをカム面に押し付ける構成のように、背圧が高まらずにベーンをカム面に付勢することができないような起動初期においても、揺動ベーン５に作用する遠心力や圧縮室圧により、揺動ベーン５をカム面２ａに押し付けることが可能になり、揺動ベーン５の先端部をカム面２ａに当接させた状態を維持させてチャタリングの発生を抑えることが可能となる。
【００３４】
なお、吸入行程にある揺動ベーン５においては、先行する圧縮室の圧力も吸入圧のままであるため、揺動ベーン前後の圧力差によって揺動ベーン５をカム面２ａに向かって回動させるようなモーメントが作用しないことになるが、そのような場合でも、揺動ベーン５に作用する遠心力によって、揺動ベーン５をカム面に向かって回動させることが可能となる。
【００３５】
しかも、上述のような構成とすることで、揺動ベーン５のベーン本体部５ｂの先端部および揺動ベーン５の円柱状部（末端部）５ａのみが相手部材（カム面２ａ、円弧状凹部３０ａ）と摺動することになるので、従来のベーン溝に出没可能に支持されていたベーンのように、ベーンの側面をベーン溝によって片持ち支持する構成に比べて、ベーンの側面エッジフォースが作用しない。これにより、ベーン側面の磨耗を抑えることが可能となり、また、揺動ベーン５の側面にコーティングの塗布が不要となる。
【００３６】
さらに、上述した構成においては、枢支部である円弧状凹部３０ａが、円周角で１８０度を超える内周面を有しているので、ロータ４の円弧状凹部３０ａに揺動ベーン５の円柱状部５ａを軸方向にスライドさせて一旦取り付ければ、ロータ４を組み付ける際や、圧縮機の停止時にロータ４が逆回転するような場合でも、揺動ベーン５がロータ４の円弧状凹部３０ａからロータ４の径方向または周方向に抜ける恐れがなくなる。
【００３７】
以上の構成においては、起動初期においても、ロータ４が回転すれば、揺動ベーン５の先端部をカム面２ａに当接させることが可能になるものであるが、上述の構成に対して、さらに揺動ベーン５をカム面２ａに向かって付勢する付勢手段を設けるようにしてもよい。
【００３８】
図５乃至図７において、そのような付勢手段の一例が示され、ここで示される付勢手段は、揺動ベーン５を開かせるように（揺動ベーン５の先端部をカム面２ａに向かって動かすように）揺動ベーン５の前面側からバネ力を付勢するようにしている。具体的には、ロータ４の円弧状凹部３０ａから退避凹部３０ｂに移行する部分に圧縮スプリング３１を弾装するスプリング収容孔３２を形成し、このスプリング収容孔３２に弾装された圧縮スプリング３１を揺動ベーン５の円柱状部５ａの前面側中央部分、即ち、円柱状部５ａ中央のベーン本体部５ｂよりも前面側の部分に設けられた受け凹部５ｄにボール３３を介して係合させ、この円柱状部５ａにベーン本体部５ｂをカム面２ａに向かって回動させる付勢力を圧縮スプリング３１から付与するようにしている。
【００３９】
なお、この例では、圧縮スプリング３１によるバネ力を揺動ベーン５の円柱状部５ａの中央の一箇所に対して付勢するようにしているが、複数の圧縮スプリングによる付勢力を揺動ベーンの複数個所に作用させてもよい。
【００４０】
このような構成によれば、遠心力や揺動ベーン５の前後の圧力差に拘らず、揺動ベーン５の先端部がカム面２ａに向かって回動するようにバネ力により付勢されるので、ロータ４の停止時においても揺動ベーン５の先端部をカム面２ａに当接させた状態とすることが可能となり、チャタリングの発生をより確実に防ぐことが可能となる。
【００４１】
揺動ベーン５の先端部をカム面に向けて付勢する付勢手段は、上述の例に限らず、図８に示されるように、揺動ベーン５の円柱状部５ａの軸方向の一端面にねじりコイルバネ３５を装着する環状溝３６を設け、この環状溝３６にねじりコイルバネ３５の巻回部３５ａを装填し、ねじりコイルバネ３５の一方の脚端３５ｂを円柱状部５ａに設けられた係止溝３７に係止させ、また、ねじりコイルバネ３５の他方の脚端３５ｃを円柱状部５ａの端面に所定の角度範囲に亘って設けられた脚端可動凹部３８を介してロータ４の円弧状凹部３０ａに設けられた係止溝３９に係止させ、揺動ベーンの先端部をカム面に向かって常時付勢するようにしてもよい。
【００４２】
このような構成においても、遠心力や揺動ベーンの前後の圧力差に拘らず、揺動ベーンの先端部をカム面に向かって回動するようにバネ力が付勢されるので、ロータの停止時においても揺動ベーンの先端部をカム面に当接させた状態とすることが可能となり、チャタリングの発生をより確実に防ぐことが可能となる。
【００４３】
尚、上述の例では、シリンダ４に断面楕円形の孔１５が形成され、ロータ４の外周面と孔１５の短径部の２箇所で近接する構成を示したが、シリンダに断面真円の孔を形成し、ロータ４の外周面と孔１０の内周面とを１箇所でのみ近接するようにしたベーン型圧縮機について、同様の構成を採用してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  ベーン型圧縮機
２  シリンダ
２ａ  カム面
３  駆動軸
４  ロータ
５  揺動ベーン
５ａ  円柱状部
５ｂ  ベーン本体部
１７  圧縮室
３０  ベーン収容部
３０ａ  円弧状凹部
３０ｂ  退避凹部
３１  圧縮スプリング
３５  ねじりコイルバネ
【図１】
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【図２】
2015068239.tif 000004
【図３】
2015068239.tif 000005
【図４】
2015068239.tif 000006
【図５】
2015068239.tif 000007
【図６】
2015068239.tif 000008
【図７】
2015068239.tif 000009
【図８】
2015068239.tif 000010