(57)【要約】【課題】スラスト軸受部材１７の潤滑性を向上することによりスラスト軸受部材１７の磨耗を抑制し、信頼性、耐久性に優れたスクロール圧縮機１を低コストで提供する。【解決手段】圧力容器の内部に、固定スクロール４と該固定スクロール４に対して旋回運動する可動スクロール５をかみ合わせてなる圧縮機構２１と、前記可動スクロール５を支持する可動スクロール支持部材６と、該可動スクロール支持部材６の可動スクロール側の面上に円周方向に複数配設され、該面上において可動スクロール支持部材内に収容され、可動スクロール５のスラスト力を受けるスラスト軸受部材１７と、前記可動スクロール５の主軸１０が嵌合される偏心軸受１５と、前記可動スクロール５に前記偏心嵌合を介して旋回運動を付与するクランク軸１２とを有するスクロール圧縮機１において、各スラスト軸受部材１７に溝幅がテーパ状に拡がるテーパ溝を設けるとともに、各テーパ溝に連通する窪み部を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器の内部に、固定スクロールと該固定スクロールに対して旋回運動する可動スクロールをかみ合わせてなる圧縮機構と、前記可動スクロールを支持する可動スクロール支持部材と、該可動スクロール支持部材の可動スクロール側の面上に円周方向に複数配設され、該面上において可動スクロール支持部材内に収容され、可動スクロールのスラスト力を受けるスラスト軸受部材と、前記可動スクロールの主軸が嵌合される偏心軸受と、前記可動スクロールに前記偏心軸受を介して旋回運動を付与するクランク軸とを有するスクロール圧縮機において、各スラスト軸受部材に溝幅がテーパ状に拡がるテーパ溝を設けるとともに、各テーパ溝に連通する窪み部を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
前記スラスト軸受部材が円板状部材からなることを特徴とする、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
前記スラスト軸受部材の可動スクロール側の摺動面のテーパ溝以外の部分の外周部に、面が可動スクロールから離れる方向のクラウニング形状を付与したことを特徴とする、請求項１または２のスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記スラスト軸受部材が、前記可動スクロールおよび可動スクロール支持部材とは異なる材料から形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記窪み部が、スラスト軸受部材の略中央部に設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項６】
前記テーパ溝が、スラスト軸受部材の中央部から自身のラジアル方向外側に向かって直線状に延設されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項７】
前記圧縮機構の駆動源が内蔵モータからなることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項８】
前記可動スクロール支持部材が、前記圧力容器のハウジングの一部を構成しており、その両側または片側に位置するハウジング部材と外径が略同径に形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項９】
被圧縮流体が二酸化炭素からなることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項１０】
圧縮機が二酸化炭素を冷媒とする冷凍システムに使用されることを特徴とする、請求項９に記載のスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば車両用空調装置等に利用されるスクロール圧縮機に関し、とくにスラスト軸受部の摺動性、耐摩耗性を向上し、二酸化炭素を被圧縮流体として好適なスクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール圧縮機においては、固定スクロールに対し可動スクロールが旋回運動することにより流体（冷媒）が圧縮される。また、可動スクロールが旋回し流体を圧縮する際には、可動スクロールにはスラスト方向に大きな力が作用する。このため、通常、可動スクロールの背後に可動スクロール支持部材を設け可動スクロールに加わるスラスト荷重が受けられるようになっている。たとえば、可動スクロールの背後に該可動スクロールを支持する可動スクロール支持部材を設け、該可動スクロール支持部材の可動スクロール側の面上に凹部を設け該凹部内に、たとえば円板状のスラスト軸受部材を収容し、可動スクロールのスラスト力を受けるような構成が採用されている。
【０００３】
しかし、可動スクロールの旋回半径は数ｍｍ程度であるため低摺動速度となりスラスト軸受部材に油膜が形成、保持され難くなるおそれがある。油膜の形成、保持が不十分になると摺動損失が増大し、可動スクロールとスラスト軸受部材との間で金属接触が生じスラスト軸受部材が磨耗するおそれがある。なお、可動スクロール支持部材の凹部と該凹部に収容されるスラスト軸受部材との間には、スラスト軸受部材の組み付けおよび取り外しを容易にするため１ｍｍ以下のクリアランスが設けられている。このため、スラスト軸受部材は可動スクロールの旋回運動に伴い凹部の径方向に移動するので、スラスト軸受部材の反可動スクロール側の摺動面と可動スクロール支持部材との間にも磨耗が発生するおそれがある。
【０００４】
このため、スラスト軸受部材の油膜の形成性、保持性を向上させるべく、スラスト軸受部材に複数のスパイラル形状の溝を形成し、スラスト軸受部材の油膜の形成性、保持性を向上する提案もなされているが（たとえば、特許文献１）、スパイラル形状の溝は形状が複雑であるため、加工工数が増大しスラスト軸受部材ひいては装置全体のコストアップを招くおそれがある。
【特許文献１】特開平８−３１９９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の課題は、スラスト軸受部材の潤滑性を向上することによりスラスト軸受部材の磨耗を抑制し、信頼性、耐久性に優れたスクロール圧縮機を低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るスクロール圧縮機は、圧力容器の内部に、固定スクロールと該固定スクロールに対して旋回運動する可動スクロールをかみ合わせてなる圧縮機構と、前記可動スクロールを支持する可動スクロール支持部材と、該可動スクロール支持部材の可動スクロール側の面上に円周方向に複数配設され、該面上において可動スクロール支持部材内に収容され、可動スクロールのスラスト力を受けるスラスト軸受部材と、前記可動スクロールの主軸が嵌合される偏心軸受と、前記可動スクロールに前記偏心軸受を介して旋回運動を付与するクランク軸とを有するスクロール圧縮機において、各スラスト軸受部材に溝幅がテーパ状に拡がるテーパ溝を設けるとともに、各テーパ溝に連通する窪み部を設けたことを特徴とするものからなる。このような構成においては、各スラスト軸受部材に溝幅がテーパ状に拡がるテーパ溝が設けられるとともに、各テーパ溝に連通する窪み部が設けられているので、可動スクロールの旋回運動に伴いスラスト軸受部材の外周側からテーパ溝内に潤滑油が取り込まれる。そして、該潤滑油により、スラスト軸受部材の可動スクロール側の摺動面全体に油膜面が確実に形成、保持されるので、スラスト軸受部材の摩耗が防止され円滑な摺動性が確保される。したがって、スクロール圧縮機の信頼性、耐久性を向上できるとともに、スクロール圧縮機の成績係数（ＣＯＰ）を向上できる。さらに、スラスト軸受部材の円滑な摺動性の確保により、スクロール圧縮機運転時の所要動力が低減されるので、省エネルギー化に寄与できる。また、各テーパ溝は、窪み部に連通されているので、テーパ溝内の潤滑油が不足した場合には、可動スクロールの旋回に伴い、窪み部に溜められた潤滑油が各テーパ溝に供給される。したがって、上記窪み部を、スラスト軸受部材の略中央部に設ければ、スラスト軸受部材の摺動時における遠心力により各テーパ溝に対し、均一に潤滑油を供給することができるので、スラスト軸受部材の可動スクロール側の摺動面全体に油膜が形成され、スラスト軸受部材のより一層円滑な摺動性を確保することができる。
【０００７】
上記スラスト軸受部材は、たとえば従来のスパイラル形状の溝が形成されるスラスト軸受部材に比べ、構造が簡素であり容易に加工することができるので、スラスト軸受部材ひいてはスクロール圧縮機のコストを低減することができる。
【０００８】
上記テーパ状溝および窪み部は、スラスト軸受部材の両面に設けられることが好ましいが、少なくともスラスト軸受部材の可動スクロール側の摺動面に設ければ、上記作用を奏し本発明の目的を十分達成することが可能である。
【０００９】
上記スラスト軸受部材は円板状に形成することが可能であるが、これに限定されるものではなく、たとえば、楕円形、多角形に形成することも可能である。スラスト軸受部材を楕円形、多角形に形成すれば、たとえば、スクロール支持部材の凹部に収容されたスラスト軸受部材の自転を防止することも可能である。
【００１０】
上記スラスト軸受部材の可動スクロール側の摺動面のテーパ溝以外の部分の外周部には、面が可動スクロールから離れる方向のクラウニング形状を付与することが好ましい。このようなクラウニング形状を付与すれば、スラスト軸受部材への可動スクロールの当りを弱めることができるので、スラスト軸受部材と可動スクロールの摩擦力を低減できる。また、スラスト軸受部材の反可動スクロール側の摺動面にも窪み部およびテーパ溝を設ける構成においては、スラスト軸受部材の反可動スクロール側の摺動面のテーパ溝以外の部分の外周部に、面が可動スクロール支持部材から離れる方向のクラウニング形状を付与することが好ましい。
【００１１】
上記スラスト軸受部材は、可動スクロールおよび可動スクロール支持部材とは異なる材料から形成されることが好ましい。このような構成においては、スラスト軸受部材と可動スクロールおよびスクロール支持部材との接触面における摩擦力を低減できるのでかじりを効果的に防止することができる。
【００１２】
上記テーパ状溝は、スクロール支持部材の中央部から自身のラジアル方向外周に向かって直線状に延設されることが好ましい。このような構成によれば、たとえば、テーパ溝をスラスト軸受部材の中央部から放射状に設けることができるので、スラスト軸受部材の可動スクロール側の摺動面全体に油膜を形成することができる。
【００１３】
上記圧縮機構の駆動源は、とくに限定されるものではないが、たとえば内蔵モータを挙げることができる。また、スクロール圧縮機が、車両用空調装置の冷凍システムに利用される場合には、車両用原動機、たとえば車両駆動用モータ、エンジン等を駆動源とすることができる。
【００１４】
上記可動スクロール支持部材は、圧力容器ハウジングの一部を構成し、その両側または片側に位置するハウジング部材と外径が略同径に形成されることが好ましい。このような構成においては、少なくともスクロール支持部材の一部がスクロール圧縮機の外部に露出された状態に形成され、可動スクロール支持部材が外気等により冷却されるので、該スクロール支持部材の過熱を効果的に防止することができる。
【００１５】
本発明に係るスクロール圧縮機は、とくに超臨界状態にまで圧縮される二酸化炭素を被圧縮流体とするスクロール圧縮機に好適であるが、その他の代替冷媒、該代替冷媒用の潤滑油を使用するスクロール圧縮機にも適用できる。
【００１６】
また、本発明に係るスクロール圧縮機は、とくに二酸化炭素を冷媒とする冷凍システムに好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
このような本発明に係るスクロール圧縮機によれば、各スラスト軸受部材に溝幅がテーパ状に拡がるテーパ溝が設けられるとともに、各テーパ溝に連通する窪み部が設けられているので、スラスト軸受部材の可動スクロール側の摺動面全体に油膜面を確実に形成、保持できる。したって、スラスト軸受部材の摩耗が防止され円滑な摺動性が確保されるので、スクロール圧縮機の信頼性、耐久性を向上できるとともに、スクロール圧縮機の成績係数（ＣＯＰ）を向上できる。さらに、スラスト軸受部材の円滑な摺動性の確保により、スクロール圧縮機運転時の所要動力が低減されるので、省エネルギー化に寄与できる。さらに、従来のスパイラル形状の溝が形成されたスラスト軸受部材に比べ、構造が簡素化され加工も容易であるから、装置全体のコストダウンに寄与できる。
【００１８】
上記スラスト軸受部材は円板状部材から構成することができるが、たとえば、楕円形、多角形に形成することも可能である。スラスト軸受部材を楕円形、多角形に形成すれば、スクロール支持部材の凹部に収容されたスラスト軸受部材の自転を防止することができるので、スラスト軸受部材の摩耗のおそれを一層確実に解消することができる。
【００１９】
上記スラスト軸受部材の可動スクロール側の摺動面のテーパ溝以外の部分の外周部に、面が可動スクロールから離れる方向のクラウニング形状を付与すれば、スラスト軸受部材への可動スクロールの当りを弱めることができるので、スラスト軸受部材の摩耗を確実に防止できる。また、本発明においては、スラスト軸受部材の反可動スクロール側の摺動面上にも窪み部およびテーパ溝を設ける構成を採用できるが、この場合にはスラスト軸受部材の反可動スクロール側の摺動面のテーパ溝以外の部分の外周部に、面が可動スクロール支持部材から離れる方向のクラウニング形状を付与すれば、スラスト軸受部材への可動スクロール支持部材の当りを弱めることができるので、スラスト軸受部材の摩耗を確実に防止できる。
【００２０】
また、スラスト軸受部材を、可動スクロールおよび可動スクロール支持部材とは異なる材料から形成すれば、スラスト軸受部材と可動スクロールおよびスクロール支持部材との接触面における摩擦力を低減できるのでかじりを効果的に防止することができる。
【００２１】
上記テーパ状溝を、スクロール支持部材の中央部から自身のラジアル方向外周に向かって直線状に延設すれば、テーパ溝をスラスト軸受部材の中央部から放射状に設けることができるので、スラスト軸受部材の可動スクロール側の摺動面全体に油膜を形成することができる。
【００２２】
上記可動スクロール支持部材を、圧力容器ハウジングの一部を構成し、その両側または片側に位置するハウジング部材と外径を略同径に形成すれば、少なくともスクロール支持部材の一部がスクロール圧縮機の外部に露出された状態に形成され、可動スクロール支持部材が外気等により冷却されるので、該スクロール支持部材の過熱を効果的に防止することができる。
【００２３】
本発明に係るスクロール圧縮機は、とくに超臨界状態にまで圧縮される二酸化炭素を被圧縮流体とするスクロール圧縮機に好適であるが、その他の代替冷媒、該代替冷媒用の潤滑油を使用するスクロール圧縮機にも適用できる。また、本発明に係るスクロール圧縮機は、とくに二酸化炭素を冷媒とする冷凍システムに好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明に係るスクロール圧縮機の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施態様に係るスクロール圧縮機を示している。図１において、１はスクロール圧縮機を示している。本実施態様においては、スクロール圧縮機１は、二酸化炭素を被圧縮流体とするスクロール圧縮機に構成されており、二酸化炭素を冷媒とする冷凍システム、たとえば、車両用空調装置の冷凍サイクルに利用されるようになっている。
【００２５】
スクロール圧縮機１は、モータハウジング２とリアハウジング３とを有している。モータハウジング２とリアハウジング３との間には、固定スクロール４と、該固定スクロール４に角度をずらせてかみ合わされる可動スクロール５と、該可動スクロール５を支持する可動スクロール支持部材６が設けられている。本実施態様においては、可動スクロール支持部材６は、図１、図２に示すようにモータハウジング２、リアハウジング３と外径が略同径に形成されており、モータハウジング２、リアハウジング３、固定スクロール４とともに圧力容器ハウジング７の一部を構成するようになっている。モータハウジング２、リアハウジング３、固定スクロール４、可動スクロール支持部材６は周方向に複数設けられて締結ボルト８により締結されている。
【００２６】
モータハウジング２内には、電動モータ９が内蔵されており、電動モータ９には可動スクロール５の主軸１０が接続されている。主軸１０の一端にはクランク機構１１が一体的に形成されており、該クランク機構１１のクランクピン１２は偏心ブッシュ１３に嵌合されている。偏心ブッシュ１３は、可動スクロール６の突部１４内に設けられた偏心軸受１５に挿入されている。
【００２７】
可動スクロール支持部材６の可動スクロール側の面上には周方向に、図３に示すような凹部１６が複数設けられており、該凹部１６には可動スクロール５のスラスト力を受けるスラスト軸受部材１７が収容されている。なお、図３においてスラスト軸受部材１７は断面を表示するものではないが、他の部位に対しスラスト軸受部材１７を明示するためハッチングを施してある。
【００２８】
スラスト軸受部材１７は、図４に示すように円板状部材から構成されている。本実施態様においては、スラスト軸受部材１７は可動スクロール５および可動スクロール支持部材６とは異なる材料から形成されている。スラスト軸受部材１７の略中央部には窪み部１９が設けられており、該窪み部１９にはテーパ溝１８ａが連通されている。テーパ溝１８ａは、スラスト軸受部材１７の中央部から該スラスト軸受部材１７のラジアル方向外側に向かって直線状に延設されている。テーパ溝１８ａは、上記ラジアル方向に向かって溝幅が徐々に拡がるテーパ溝に形成されており、本実施態様においては、テーパ溝１８ａの深さは５０μｍ程度に設定されており、一方、窪み部１９の深さは１００μｍ程度に設定されている。なお、本実施態様においては、上記のようなテーパ溝１８ａ、窪み部１９がスラスト軸受部材１７の可動スクロール側の摺動面１７ａおよび反可動スクロール側の摺動面１７ｂの両面に形成されている。
【００２９】
スラスト軸受部材１７の可動スクロール側の摺動面１７ａのテーパ溝以外の部分１８ｂの外周部１８ｃには、図４、図５に示すように、面が可動スクロール５から離れる方向のクラウニング形状が付与されている。なお、図４において、クラウニング形状が付与された外周部１８ｃは断面を表示するものではないが、他の部分に対しクラウニング形状付与部を明示すべくハッチングを施してある。一方、スラスト軸受部材１７の反可動スクロール側の摺動面１７ｂのテーパ溝以外の部分１８ｂの外周部１８ｃには、面が可動スクロール支持部材６から離れる方向のクラウニング形状が付与されている。このように、テーパ溝以外の部分１８ｂの外周部１８ｃにクラウニング形状を付与すれば、可動スクロール５および可動スクロール支持部材６のスラスト軸受部材１７への当りを弱めることができるので、スラスト軸受部材１７の摩耗を一層効果的に防止できる。
【００３０】
図１に示すスクロール圧縮機１においては、吸入ポート２０から圧力容器内に取り込まれた二酸化炭素冷媒は、固定スクロール４および可動スクロール５から構成される圧縮機構２１の流体ポケット内に取り込まれる。そして、可動スクロール５が旋回運動するに伴い流体ポケットがその容積を徐々に減じながら圧縮機構２１の中央に向かって移動し、二酸化炭素冷媒が吐出孔２２を介して、吐出室２３内に吐出され、さらに吐出ポート２４を介して外部に送られるようになっている。
【００３１】
本実施態様においては、各スラスト軸受部材１７に溝幅がテーパ状に拡がるテーパ溝１８ａが設けられるとともに、各テーパ溝１８ａに連通する窪み部１９が設けられているので、可動スクロール５の旋回運動に伴いスラスト軸受部材１７の外周側からテーパ溝１８ａ内に潤滑油が取り込まれる。そして、該潤滑油によりスラスト軸受部材１７の可動スクロール側の摺動面１７ａ全体に油膜面が確実に形成、保持されるので、スラスト軸受部材１７の摩耗が防止され円滑な摺動性が確保される。したがって、スクロール圧縮機１の信頼性、耐久性を向上できるとともに、スクロール圧縮機１の成績係数（ＣＯＰ）を向上できる。さらに、スラスト軸受部材１７の円滑な摺動性の確保により、スクロール圧縮機運転時の所要動力が低減されるので、省エネルギー化に寄与できる。また、各テーパ溝１８ａは、窪み部１９に連通されているので、テーパ溝１８ａ内の潤滑油が不足した場合には、スラスト軸受部材１７の摺動に伴い、窪み部１９に溜められた潤滑油が各テーパ溝１８ａに供給される。このため、本実施態様においては窪み部１９が、スラスト軸受部材１７の略中央部に設けられている。スラスト軸受部材１７の摺動時における遠心力により各テーパ溝１８ａに対し、均一に潤滑油を供給することができるので、スラスト軸受部材１７の可動スクロール側の摺動面１７ａ全体に油膜が形成され、スラスト軸受部材１７のより一層円滑な摺動性を確保することができる。さらに、スラスト軸受部材１７は、たとえば従来のスパイラル形状の溝が形成されるスラスト軸受部材に比べ、構造が簡素であり容易に加工することができるので、スラスト軸受部材１７ひいてはスクロール圧縮機１のコストダウンに寄与することができる。
【００３２】
また、本実施態様においては、テーパ状溝１８および窪み部１９は、スラスト軸受部材１７の摺動面１７ａ、摺動面１７ｂの両面に形成されているので、スラスト軸受部材１７の摺動に伴う摩耗を確実に防止できる。ただし、テーパ状溝１８および窪み部１９を少なくともスラスト軸受部材１７の可動スクロール側の摺動面１７ａに設ければ、上記作用を奏し本発明の目的を十分達成することが可能である。
【００３３】
また、スラスト軸受部材１７は、可動スクロール５および可動スクロール支持部材６とは異なる材料から形成されているので、摺動面１７ａ可動スクロール５との接触面および摺動面１７ｂとスクロール支持部材６との接触面における摩擦力を低減できるのでかじりを効果的に防止することができる。
【００３４】
本実施態様におけるテーパ状溝１８は、スクロール支持部材１７の中央部から自身のラジアル方向外周に向かって直線状に延設されている。このような構成によれば、たとえば、テーパ溝１８ａをスラスト軸受部材１７の中央部から放射状に設けることができるので、スラスト軸受部材１７の可動スクロール側の摺動面１７ａ全体に油膜を形成することができる。
【００３５】
また、本実施態様における可動スクロール支持部材６は、圧力容器ハウジング７の一部を構成し、その両側ハウジング２、３と外径が略同径に形成されているので、スクロール支持部材６の一部がスクロール圧縮機１の外部に露出された状態に形成される。このため、可動スクロール支持部材６が外気等により効果的に冷却されるので、該スクロール支持部材６の過熱を効果的に防止され、装置の耐久性、信頼性の向上に寄与することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係るスクロール圧縮機は、とくに臨界状態にまで圧縮される二酸化炭素を被圧縮流体とするスクロール圧縮機に好適であるが、その他の代替冷媒、該代替冷媒用の潤滑油を使用するスクロール圧縮機にも適用できる。また、本発明に係るスクロール圧縮機は、とくに二酸化炭素を冷媒とする冷凍システム、たとえば車両用空調装置の冷凍システムのスクロール圧縮機に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施態様に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】図１のスクロール圧縮機の部分拡大縦断面図である。
【図３】図１のスクロール圧縮機のＩＩＩ矢視図である。
【図４】図１のスクロール圧縮機に用いられるスラスト軸受部材の正面図である。
【図５】図４のスラスト軸受部材の外周部の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  スクロール圧縮機
２  モータハウジング
３  リアハウジング
４  固定スクロール
５  可動スクロール
６  可動スクロール支持部材
７  圧力容器ハウジング
８  締結ボルト
９  電動モータ
１０  主軸
１１  クランク機構
１２  クランクピン
１３  偏心ブッシュ
１４  突部
１５  偏心軸受
１６  凹部
１７  スラスト軸受部材
１７ａ  可動スクロール側の摺動面
１７ｂ  反可動スクロール側の摺動面
１８ａ  テーパ溝
１８ｂ  テーパ溝以外の部分
１８ｃ  外周部
１９  窪み部
２０  吸入ポート
２１  圧縮機構
２２  吐出孔
２３  吐出室
２４  吐出ポート
【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】
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