(57)【要約】【課題】カラーホイールケースの内部温度の上昇を効果的に抑制し得るカラーホイールユニットを提供する。【解決手段】複数の色領域に分割されたカラーホイール３と、カラーホイール３を回転させるモータ１０と、カラーホイール３及びモータ１０を収容するカラーホイールケース４２とを含むカラーホイールユニット３０において、カラーホイールケース４２の外側表面に放熱手段３７を設け、かつ、モータ１０のロータ３１の外周表面に第１の突出部３２を設けると共に、カラーホイールケース４２の内側表面に第２の突出部３８を設け、第１および第２の突出部３２、３８は、ロータ３１の回転に伴って、第１の突出部３２のロータ３１の回転軸に直交する平面への射影と第２の突出部３８のその平面への射影とが、重なる部分を有するように形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の色領域に分割されたカラーホイールと、該カラーホイールを回転させるモータと、前記カラーホイール及び前記モータを収容するカラーホイールケースとを含むカラーホイールユニットにおいて、
前記カラーホイールケースの外側表面に放熱手段を設け、かつ、前記モータのロータの外周表面に前記カラーホイールケースの内側表面に向けて突出する第１の突出部を設けると共に、前記カラーホイールケースの内側表面に前記ロータの外周表面に向けて突出する第２の突出部を設け、
前記第１および第２の突出部は、前記ロータの回転に伴って、前記第１の突出部の前記ロータの回転軸に直交する平面への射影と前記第２の突出部の前記平面への射影とが、重なる部分を有するように形成されることを特徴とするカラーホイールユニット。
【請求項２】
前記第１及び第２の突出部のそれぞれは、前記ロータの回転軸に直交する平面に対して傾斜する面を有することを特徴とする請求項１に記載のカラーホイールユニット。
【請求項３】
前記カラーホイールケースは、前記第１の突出部の回転によって生じる空気流の入口となる開口と、前記空気流の出口となる開口とを有していることを特徴とする請求項１または２に記載のカラーホイールユニット。
【請求項４】
前記第１及び第２の突出部のそれぞれは、複数のブレードからなることを特徴とする請求項２または３に記載のカラーホイールユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時分割方式あるは色順次方式によりカラー映像をスクリーン等に投射する投射型表示装置に用いられるカラーホイールユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型表示装置は、光変調器で生成した映像光をスクリーン等に投射することにより画像を表示する装置であり、光源から出射される白色光を、カラーホイールを用いて赤、緑、及び青の３原色光に分離し、分離した赤、緑、及び青の光を液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の光変調器によって、赤、緑、及び青の映像光に変調し、スクリーン等に投射するものである。
【０００３】
図４は、従来の投射型表示装置の一例を示す構成図であり、ランプ１、反射鏡２、カラーホイール３、ロッドレンズ４、及びリレーレンズ５、６を備える照明系と、凹面反射鏡７、例えばＤＭＤである鏡面反射型光変調器８、及び投射レンズ９を備える結像系とから構成されている。
【０００４】
照明系において、光を生成するランプ１は、反射鏡２の第１の焦点に位置するように設けられており、ランプ１からの光は反射鏡２の第２の焦点に集光され、カラーホイール３によって、時分割色分離が行われる。カラーホイール３を通過した光は、ロッドレンズ４、及び、リレーレンズ５、６を経て結像系に伝達される。結像系において、リレーレンズ５、６からの出射光は、凹面反射鏡７を介して鏡面反射型光変調器８に入射し、鏡面反射型光変調器８により映像光に変調された反射光が、投射レンズ９によってスクリーン等に投射される。ここで、ロッドレンズ４は、鏡面反射型光変調器８に照射される光の分布を均一化し、リレーレンズ５、６は、ロッドレンズ４からの出射光を、効率良く鏡面反射型光変調器８に伝達するものであり、凹面反射鏡７は、鏡面反射型光変調器８に向けて入射光の方向を変換すると共に、投射レンズ９に効率良く光を集光するものである。
【０００５】
カラーホイール３は、光学ガラスなどの光透過性材料からなる円盤状の基板上に、赤、緑、及び青それぞれの波長を有する光を透過させる誘電体多層膜を略扇型に形成して、それぞれの色フィルタとしたものであり、ハブを介してモータ１０に同軸に固定され、モータ１０の回転に連動して回転する。
【０００６】
このように、カラーホイール３は、高速に回転しつつランプ１からの出射光を順次色分離するものであるため、高速回転による風切り音が発生して騒音が大きくなるという問題を有しており、従来、この風切り音を遮断するため、カラーホイール３をモータ１０と共にカラーホイールケース（図示省略）に収容することが実施されている。このカラーホイールケースは、万一カラーホイール３が破損した時に、飛散する破片に対する防護カバーとしても機能するものであり、安全対策としても重要である。
【０００７】
一方、投射型映像表示装置において、ランプ１には、投射映像を十分に明るいものとするために高出力の高圧水銀ランプなどが用いられることが多く、その結果、ランプ１からの輻射熱により表示装置内が高温化するという問題がある。さらに、カラーホイール３には、各色フィルタにおける光の透過及び反射の際に生じる吸収損失によって発生する熱も存在するため、上述したカラーホイールケースの内部は、ランプ１からの輻射熱とカラーホイール３の吸収損失による熱によって高温化し、モータ１０の信頼性等が損なわれるおそれがある。
【０００８】
従来、密閉されたカラーホイールケース内部の温度上昇を抑制するために、カラーホイールケースの外側表面に放熱用フィンを設けたカラーホイールユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
図５及び図６は、特許文献１に記載されたカラーホイールユニットの構成を示す図である。図５及び図６に示すカラーホイールユニットは、カラーホイールケース蓋１１、カラーホイールケース本体１２、カラーホイール３、モータ１０から構成されており、カラーホイールケース蓋１１には光入射開口部１４が形成されている。モータ１０は、カラーホイールケース本体１２に固定され、カラーホイール３は、カラーホイールケース蓋１１を閉じることにより、カラーホイールケース１１、１２内に格納されている。カラーホイールケース蓋１１には、放熱用フィン１３が一体に形成されており、これによって、カラーホイールケース１１、１２に伝わる熱を空気中に放熱することが図られている。
【００１０】
また、投射型映像表示装置の高温化を抑制する手段として、複数のブレードを有するファンブレードアセンブリをモータの周りに設けたカラーホイールアセンブリも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
図７は、特許文献２に記載されたカラーホイールアセンブリの構成を示す図である。図７に示すカラーホイールアセンブリは、カラーホイール３と、モータ２１と、ファンブレードアセンブリ２３とを備えている。ファンブレードアセンブリ２３は、モータ２１の周りに設けられた複数のブレード２５からなり、このカラーホイールアセンブリでは、モータ２１の回転と共にファンブレードアセンブリ２３を回転させることで装置内部に空気流を発生させ、それによって、装置を冷却することが図られている。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−９０８８６号公報
【特許文献２】特開２００６−２３７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図５及び図６に示したようなカラーホイールユニットは、カラーホイールケース１１、１２の表面積を大きくすることによって、その放熱性の向上を図るものであるが、カラーホイールケース１１、１２内部の熱の放熱性に関して改善の余地がある。また、図７に示したようなカラーホイールアセンブリは、空気流を発生させて熱を分散させる手段としては有効なものであるが、図５及び図６に示すようなカラーホイールユニットに対して、単にこのカラーホイールアセンブリを組み込んだだけでは、カラーホイールケース１１、１２内部の熱の放熱性を改善することに関して、必ずしも十分な効果を奏するものとはならない。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、カラーホイールケースの内部温度の上昇を効果的に抑制し得るカラーホイールユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の色領域に分割されたカラーホイールと、該カラーホイールを回転させるモータと、前記カラーホイール及び前記モータを収容するカラーホイールケースとを含むカラーホイールユニットにおいて、前記カラーホイールケースの外側表面に放熱手段を設け、かつ、前記モータのロータ外周表面に前記カラーホイールケースの内側表面に向けて突出する第１の突出部を設けると共に、前記カラーホイールケースの内側表面に前記ロータ外周表面に向けて突出する第２の突出部を設け、前記第１および第２の突出部は、前記ロータの回転に伴って、前記第１の突出部の前記ロータの回転軸に直交する平面への射影と前記第２の突出部の前記平面への射影とが、重なる部分を有するように形成されることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、モータのロータ外周表面に設けられた第１の突出部と、カラーホイールケース（以下、単にケースともいう）の内側表面に設けられた第２の突出部は、ロータの回転に伴って、ロータの回転軸に直交する平面へのそれぞれの射影が重なる部分を有するように形成されるため、カラーホイールユニットの動作期間中、重なり部分の配置に応じた一定の割合で第１の突出部と第２の突出部とが対向することになり、ロータから第１の突出部を介してケースの第２の突出部に（例えば輻射や対流等によって）熱が伝わることで、ケースの内部からケース表面への熱伝導性が向上するため、ケース内部で発生する熱を、ケースの外側表面に設けられた放熱手段から、外部環境へ効率良く放熱することが可能となる。
【００１７】
また、本発明におけるカラーホイールユニットでは、ロータの外周表面に設けられた第１の突出部がロータの回転に伴って回転し、それによって、ケース内に空気流が発生する。したがって、例えば、ケースが密閉されている場合でも、ケース内で発生する熱を分散させ、カラーホイールユニットが局所的に著しく高温になることを防止するものである。
【００１８】
さらに、ケースの内部と外部環境との間の空気の流通が可能な場合には、第１の突出部の回転によって発生する空気流によって、ケースの内部で発生した熱を、空気流と共に外部環境へ排出することが可能となる。この場合、ケースの内部に設けられている第１及び第２の突出部は、上述したようなケースの内部からケース表面への伝熱経路として作用することに加えて、それぞれ、ロータからの熱を放熱する放熱手段及びカラーホイールケースの熱を放熱する放熱手段として、直接作用するものとなるため、カラーホイールユニットの放熱面積が増大すると共に、カラーホイールユニットをケース内部から効果的に冷却することができる。
【００１９】
本発明の一態様において、前記第１及び第２の突出部のそれぞれは、前記ロータの回転軸に直交する平面に対して傾斜する面を有するものである。
【００２０】
第１及び第２の突出部がロータの回転軸に直交する平面に対して傾斜する面を有することにより、第１の突出部の回転により生じる空気流に軸流成分が含まれることになるため、ケース内部の熱を効果的に分散させることができる。また、第１の突出部と第２の突出部との上述した重なりを保持してそれらの間の十分な熱結合を維持しつつ、風切り音を低減することができる。
【００２１】
また、本発明に係るカラーホイールユニットにおいて、その冷却効果を向上させる観点からは、ケース内部と外部環境との間に空気の流通が可能である構成が望ましく、本発明の一態様において、前記カラーホイールケースは、前記第１の突出部の回転によって生じる空気流の入口となる開口と、前記空気流の出口となる開口とを有しているものである。
【００２２】
さらに、好ましくは、一方の開口部（例えば、入口）をカラーホイールに近接した位置に設け、他方の開口部（例えば、出口）をモータに近接した位置に設けることによって、軸流成分を含む空気流を有効に利用して、ケース内部を一層効果的に冷却することができる。
【００２３】
本発明の一態様では、前記第１及び第２の突出部のそれぞれは、複数のブレードからなるものである。これによって、ケース内に発生する空気流の流量が増大すると共に、第１および第２の突出部における風切り音を低減することができる。第１及び第２の突出部を構成する各ブレードは、例えば、その表面に沿って流れる空気流に対する前端部及び後端部の厚みを中央部付近の厚みよりも薄くした翼形を有するものであっても、または、上記前端部から後端部にかけて湾曲する翼形を有するものであっても、あるいは、それらの両方の特徴を有するものであってもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、このように構成したため、カラーホイール及びモータをカラーホイールケース内に収容する構成を備えたカラーホイールユニットにおいて、カラーホイールケース内部の温度上昇を効果的に抑制し、信頼性の高いカラーホイールユニットを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態におけるカラーホイールユニット３０の要部を示す側断面図、図２はカラーホイールアセンブリ２０の要部を示す側面図、図３は、図１のＢ−Ｂ断面を概略的に示す断面図である。
【００２６】
本実施形態におけるカラーホイールユニット３０は、カラーホイール３と、モータ１０と、カラーホイール３及びモータ１０を収容するカラーホイールケース４２とを含んでいる。カラーホイール３は、略扇形の複数の色フィルタを組み合わせることによって、円盤状のカラーホイール３を構成するものであり、各色フィルタは、光学ガラスなどの光透過性材料からなる略扇形の基板上に、赤、緑、及び青のそれぞれの波長の光を透過させる誘電体多層膜を形成したものである。
【００２７】
モータ１０は、ステータコア（図示省略）と、ステータコアの外周面に対向するロータマグネットを有するロータ３１とを主要な構成要素とするアウタロータ型のＤＣブラシレスモータであり、ロータ３１の回転軸（図示省略）に固定されたハブ（図示省略）には、フランジ３３が固定されている。カラーホイール３を構成する各色フィルタは、フランジ３３上に載置されて接着剤により接着され、その上からモータ１０のハブに嵌合される支持体３４によって押圧されることによってモータ１０に固着されており、これによって、モータ１０と、モータ１０の回転動作に伴って回転するようにモータ１０に固着されたカラーホイール３とからなるカラーホイールアセンブリ２０が構成される。
【００２８】
モータ１０において、ロータ３１の外周表面には、ケース４２の内側表面に向けて半径方向外向きに突出する４枚のブレード３２（第１の突出部）が等間隔に設けられており、これらのブレード３２は、ロータ３１の回転軸（図１〜３にその軸心をＡで示す）に直交する平面に対して傾斜するように形成されている。
【００２９】
ケース４２は、ベース部３６とカバー部３９から構成されており、カラーホイールユニット３０は、カラーホイールアセンブリ２０を、モータ１０のボス部３５をベース部３６の底壁３６ｂに嵌合させることによって、ベース部３６に固定し、その後、カバー部３９とベース部３６を閉じ合わせてケース４２内に収容することにより構成されるものである。
【００３０】
本実施形態におけるケース４２には、そのベース部３６の外側表面に放熱フィン３７が設けられる共に、ベース部３６のカラーホイール３に対向する側壁３６ａ及び底壁３６ｂには、空気流の流通口となる複数の開口４０、４１がそれぞれ設けられている。
【００３１】
ここで、モータ１０のロータ３１の外周表面に設けられるブレード３２は、カラーホイールアセンブリ２０をケース４２のベース部３６に固定した際に、底壁３６ｂの内側表面とモータ１０のフランジ部３３との間に回転軸方向に一定幅の間隔が生じるように、その回転軸方向の配設位置及び幅が設定されており、本実施形態では、図１に示すように、ケース４２の底壁３６ｂの内側表面とブレード３２からなるブレード列との間に、この間隔が設けられている。そして、ベース部３６の内側表面には、この間隔中に、ロータ３１の外周表面に向けて半径方向内向きに突出する４枚のブレード３８（第２の突出部）が、等間隔に設けられており、これらのブレード３８も、ロータ３１の回転軸に直交する平面に対して傾斜するように形成されているものである。
【００３２】
さらに、図３に示すように、ロータ３１の外周表面に設けられたブレード３２の半径方向の外縁は、ベース部３６の内側表面に設けられたブレード３８の半径方向の外縁よりも、軸心Ａから離れた位置にあり、したがって、ロータ３１の回転に伴ってブレード３２が回転すると、ブレード３２の一部がブレード３８の（図３の紙面上）後側に回り込み、ブレード３２のロータ３１の回転軸に直交する平面（図３における紙面）への射影と、ブレード３２のこの平面への射影とが、重なる部分を有するものである。
【００３３】
さらに、本実施形態では、ブレード３８の周方向の長さは、等間隔に配列された各ブレード３２同士の間隔よりも僅かに短く形成されており、ブレード３２とブレード３８との回転に伴う相対位置には、図３に示すように、ブレード３２とブレード３８との間に上述したような重なり部分が存在しないような配置状態が存在する。本実施形態において、モーターアセンブリ２０をケース４２のベース部３６に固定する際には、図３に示す配置状態で組み付けることが好ましい。
【００３４】
なお、本実施形態において、ロータ３１はアルミ合金等の金属材料からなり、その外周表面に設けられる各ブレード３２は、アルミダイキャスト等により、ロータ３１と一体に成形されるものであり、同様に、ケース４２を構成するベース部３６及びカバー部３９も、アルミ合金等の金属材料からなり、ベース部３６の外側表面に形成された放熱フィン３７及び内側表面に形成されたブレード３８は、アルミダイキャスト等によりベース部３６と一体に成形されるものである。
【００３５】
次に、以上のように構成されたカラーホイールユニット３０の作用と、作用に関連するより詳細な構成について説明する。なお、以下の説明において、必要に応じて、図１に即してカラーホイールユニット３０の左右方向について言及するが、この方向は、現実の配置状態を限定するものではない。
【００３６】
まず、本実施形態におけるカラーホイールユニット３０では、カラーホイールユニット３０の動作期間中、図３に示す配置状態を取る期間を除いて、ブレード３２とブレード３８とが軸Ａ方向に対向する部分を有しており、ロータ３１からブレード３２を介してブレード３８に熱が伝わることで、ケース４２の内部からケース４２表面への熱伝導性が向上するため、ケース４２内部で発生する熱を、ケース４２の外側表面に設けられた放熱フィン３７から、外部環境へ効率良く放熱することが可能となる。
【００３７】
また、カラーホイールユニット３０の動作において、図１に示す矢印Ｃ方向をロータ３１の回転方向とすると、各ブレード３２は、回転方向の前端部３２ａ側が回転方向に対して左側に、後端部３２ｂ側が回転方向に対して右側にずれるように傾斜しており、言い換えれば、ブレード３２は、ロータ３１の回転に伴って前端部３２ａから後端部３２ｂに流れる空気流に対して一定の仰え角をもって対向するものである。この構成では、各ブレード３２の右側に正圧が発生し、左側に負圧が発生する結果、ケース４２内部に、右方向の（カラーホイール３側から底壁３６ｂ側に向かう）軸流成分を含む空気流が発生する。
【００３８】
したがって、ケース４２の側壁３６ａに設けられた複数の開口４０が、主として外部環境からケース４２内部への空気の入口として機能し、ケース４２の底壁３６ｂに設けられた複数の開口４１は、主としてケース４２内部から外部環境への空気の出口として機能するものとなり、ケース４２内部に、開口４０からケース４２内部に流入した空気が、カラーホイール３に沿って流れた後、軸方向に沿って底壁３６ｂに向かって流れ、開口４１から流出するといった空気流が発生する。これによって、ケース４２内部で発生した熱を、空気流と共に効果的に外部環境に排出することが可能となる。
【００３９】
その際、ロータ３１の外周表面に設けられたブレード３２およびケース４２の内側表面に設けられたブレード３８は、上述したようなケース４２の内部からケース表面への伝熱経路として作用することに加えて、それぞれ、ロータ３１からの熱を放熱する放熱フィン及びケース４２の熱を放熱する放熱フィンとして、直接作用するものとなるため、カラーホイールユニット３０の放熱面積が増大すると共に、カラーホイールユニット３０をケース４２内部から効果的に冷却することができる。
【００４０】
さらに、各ブレード３２は、先端部３２ａ及び後端部３２ｂの厚みが中央部付近の厚みよりも薄くなるように形成されており、かつ、先端部３２ａから後端部３２ｂにかけてブレード３２の左側（負圧側）が膨れた凸状となるように湾曲しているものである。ブレード３２の断面形状（翼形）を、このように構成することで、軸方向の空気流の流量が増大すると共に、ブレード３２の表面に沿って流れる空気流に対して剥離流の発生を低減してその風切り音を低減することができる。
【００４１】
また、ケース４２の内側表面に設けられるブレード３８も同様の翼形を有することが好ましく、これによって、ブレード３８からなるブレード列を通過する空気流による風切り音を低減させることができる。その際、ブレード３８の傾斜方向は、ロータ３１と共に回転するブレード３６及びケース４２に固定されたブレード３８からなる動翼−静翼系に生じる空気流の特性に応じて、適宜設定されるものである。
【００４２】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、本発明に係るカラーホイールユニットは、上述した形態に限定されるものではない。例えば、本発明に係るカラーホイールユニットにおいて、図４に示した従来の投射型表示装置と同様に、円盤状の基板上に、赤、緑、青の波長に対応するそれぞれ略扇形の色フィルタを形成したカラーホイールを用い、このようなカラーホイールをロータ３１の回転軸に同軸に固定することにより、カラーホイールアセンブリを構成するものであってもよい。
【００４３】
また、ロータ３１の外周表面に設けられるブレード３２は、ロータ３１と一体に成形されるものとしたが、ブレード３２を別部材として、任意の適切な固着手段によりロータに固着するものであってもよい。そのような固着手段としては、例えば、ロータ３１に孔またはスリットを設けて、ブレード３２をそれらの孔またはスリットに嵌合することによってロータ３１に組み付けるものであっても、あるいは、円環状の取り付けベースとブレード３２を一体に形成し、その取り付けベースをロータ３１に嵌合することによって、ブレード３２をロータ３１に組み付けるものであってもよい。
【００４４】
その際、ブレード３２を樹脂材料により構成することも可能であるが、その放熱性を考慮すれば、金属材料から構成することが好ましい。
【００４５】
同様に、ケース４２の外側表面に設けられる放熱フィン３７、及び、内側表面に設けられるブレード３８も、ケース４２とは別体に構成した部材を、ケース４２に組み付けることにより配設することができる。
【００４６】
さらに、ブレード３２、３８の枚数、大きさ、形状、傾斜角度、配置位置等は、図１〜図３に示して説明した態様に限定されるものではなく、ブレード３２、３８間の伝熱性及びそれぞれのブレード３２、３８の放熱性、及び、ブレード３２の回転によって発生する空気流の所望の特性等に応じて適切に設定されるものである。勿論、このような条件を勘案の上、ブレード３２及びブレード３８の一方または両方を、均一な厚みを有する薄板から構成してもよく、及び／または、湾曲を有さない平板状のものとしてもよい。
【００４７】
加えて、ロータ３１の外周表面に設けられるブレード３２からなるブレード列、及び、ケース４２の内側表面に設けられるブレード３８からなるブレード列の一方または両方を複数列とすることもできる。例えば、ブレード３２からなるブレード列を、軸方向に一定の間隔をおいて２列構成し、それらの２列の間に、ブレード３８からなるブレード列を１列配設するものであってもよい。
【００４８】
なお、上述した実施形態では、ケース４２の側壁３６ａに設けられた開口４０を空気流の入口、ケース４２の底壁３６ｂに設けた開口４１を空気流の出口としたが、逆に開口４０を出口、開口４１を入口とするような空気流が発生するように、ブレード３２及びブレード３８を構成するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態におけるカラーホイールユニットの要部を示す側断面図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるカラーホイールアセンブリの要部を示す側面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面を概略的に示す断面図である。
【図４】従来の投射型表示装置の一例を示す構成図である。
【図５】従来のカラーホイールユニットの構成を示す斜視図である。
【図６】図５に示すカラーホイールユニットの断面図である。
【図７】従来のカラーホイールアセンブリを示す側面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０：モータ、２０：カラーホイールアセンブリ、３０：カラーホイールユニット、３１：ロータ、４２：カラーホイールケース、３７：放熱フィン（放熱手段）、３２：ブレード（第１の突出部）、３８：ブレード（第２の突出部）
【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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【図７】
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