(57)【要約】【課題】  ３相ティースを軸方向にオフセットすることにより発生する誘起電圧位相差のずれを構造面で解消し、効率良くモータを駆動可能なステータを提供することである。【解決手段】  ３相のティースを有し２層の蛇行環状巻線を備えたステータであって、前記３相のティースは相互に軸方向にオフセットして配置され、前記３相のティースは周方向に隣接する３個のティースを一組として該一組の組が複数組周方向に一定のピッチで配置されており、軸方向オフセット量の差分が最も大きい隣接する第１の対のティースの周方向相互間の距離は、隣接する第２の対及び第３の対のティースの周方向相互間の距離に比べて大きく設定されており、前記３相のティースのロータ対向面の周方向相互間の距離は、前記３相のティースの軸方向オフセット量に基づいて設定されていることを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相のティースを有し２層の蛇行環状巻線を備えたステータであって、
前記３相のティースは相互に軸方向にオフセットして配置され、
前記３相のティースは周方向に隣接する３個のティースを一組として該一組の組が複数組周方向に一定のピッチで配置されており、
軸方向オフセット量の差分が最も大きい隣接する第１の対のティースの周方向相互間の距離は、隣接する第２の対及び第３の対のティースの周方向相互間の距離に比べて大きく設定されており、
前記３相のティースのロータ対向面の周方向相互間の距離は、前記３相のティースの軸方向オフセット量に基づいて設定されていることを特徴とするステータ。
【請求項２】
３相のティースを有し２層の蛇行環状巻線を備えたステータであって、
前記３相のティースは相互に軸方向にオフセットして配置され、
前記３相のティースは周方向に隣接する３個のティースを一組として該一組の組が複数組周方向に一定のピッチで配置されており、
軸方向オフセット量の差分が最も大きい隣接する第１の対のティースの周方向相互間の距離は、隣接する第２の対及び第３の対のティースの周方向相互間の距離に比べて大きく設定されており、
前記３相のティースの周方向相互間の距離は、前記３相のティースのロータ対向面の形状に基づいて設定されていることを特徴とするステータ。
【請求項３】
前記第２の対のティースの周方向相互間の距離は、前記３の対のティースの周方向相互間の距離と等しく設定されていることを特徴とする請求項１または２記載のステータ。
【請求項４】
前記３相のティースの各々は巻線と隣接する巻線隣接部と、ロータの永久磁石と磁束を授受するティース先端部とから構成され、
前記３相のティースの周方向相互間の距離は前記巻線隣接部を基準にすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のステータ。
【請求項５】
前記３相のティースの各々は巻線と隣接する巻線隣接部と、ロータの永久磁石と磁束を授受するティース先端部とから構成され、
前記３相のティースの周方向相互間の距離は前記ティース先端部を基準にすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータのステータ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両用モータ、又は電気自動車用モータとして、ロータに永久磁石を使用した永久磁石式交流同期モータ又はブラシレスＤＣモータが良く使用されている。この種のモータとして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の各相毎のステータコアにそれぞれ巻線（コイル）が集中巻きにより巻装されたステータを備え、このステータにより永久磁石からなるロータを３相駆動する永久磁石式３相同期モータが例えば特開平１１−２９９１３７号公報により知られている。
【０００３】
また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の各相毎の巻線が周方向で隣り合うティース（クローポール）間を縫うようにして周回させられることで巻線が波状に巻装されたステータを備え、このステータによりロータを３Ｕ相駆動する永久磁石式３相同期モータが、例えば特開２００２−１６５３９６号公報で知られている。
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る３相同期モータにおいては、３相の各相毎の巻線が必要であることから、ステータの構成に要する部品の部品点数の増大を抑制することが困難であり、各相毎の巻線を巻装する作業に煩雑な手間を要するという問題が生じる。
【０００５】
しかも、波巻により巻線が巻装されるステータにおいては、隣り合うティース間での巻線占積率を向上させることは困難であり、更に、コイルエンドの高さを低減してモータの軸線方向の寸法を低減し、車両等での搭載性を向上させることが困難であるという問題が生じる。
【０００６】
このような問題を解決するために、本出願人は、３相のステータリングと２相の環状巻線とを、軸線に平行な方向に沿って順次積み重ねるようにして交互に配置させ、しかもそれぞれの環状巻線に複数の蛇行部を形成して、ステータが発生する磁束を増大させるようにしたモータのステータを特開２００６−２８０１８９号公報及び特開２００６−２８０１９０号公報で提案した。
【特許文献１】特開平１１−２９９１３７号公報
【特許文献２】特開２００２−１６５３９６号公報
【特許文献３】特開２００６−２８０１８９号公報
【特許文献４】特開２００６−２８０１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献３では、２相１２０°短節巻きコイルを有するモータにおいて、ステータ幅の低減、コイル（巻線）銅損の低減のために、３相ティースを軸方向に千鳥状に配置（オフセット配置）したステータを開示している。
【０００８】
このように、１２０°短節巻きでステータティースのロータ対向面を軸方向にオフセットした場合、永久磁石からなるロータがステータ内で回転すると、Ｕ相ティース及びＷ相ティースに対して軸方向に磁石がはみ出るため、磁石からティースに入る磁束は通常の軸方向に等しく並んだティースと異なることになる。
【０００９】
特に、軸方向オフセット量の差分が最も大きいＷ相ティースからＵ相ティースにかけて磁石が移動する際は、ティースからはみ出た部分の磁石の磁束が磁気抵抗の低い隣のティースに逃げるため、Ｕ相巻線及びＷ相巻線の鎖交磁束はティースの構造的なピッチより狭まり、誘起電圧位相差が１２０°より小さくなってしまう。
【００１０】
この結果、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相間でそれぞれ１２０°の位相差を有する３相交流の電流に対する誘起電圧のずれが発生し、モータの出力が低下すると共に、その制御性が悪化するという問題が発生する。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、３相ティースを軸方向にオフセットすることにより発生する誘起電圧位相差のずれを構造面で解消し、効率良くモータを駆動可能なステータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の発明によると、３相のティースを有し２層の蛇行環状巻線を備えたステータであって、前記３相のティースは相互に軸方向にオフセットして配置され、前記３相のティースは周方向に隣接する３個のティースを一組として該一組の組が複数組周方向に一定のピッチで配置されており、軸方向オフセット量の差分が最も大きい隣接する第１の対のティースの周方向相互間の距離は、隣接する第２の対及び第３の対のティースの周方向相互間の距離に比べて大きく設定されており、前記３相のティースのロータ対向面の周方向相互間の距離は、前記３相のティースの軸方向オフセット量に基づいて設定されていることを特徴とするステータが提供される。
【００１３】
請求項２記載の発明によると、３相のティースを有し２層の蛇行環状巻線を備えたステータであって、前記３相のティースは相互に軸方向にオフセットして配置され、前記３相のティースは周方向に隣接する３個のティースを一組として該一組の組が複数組周方向に一定のピッチで配置されており、軸方向オフセット量の差分が最も大きい隣接する第１の対のティースの周方向相互間の距離は、隣接する第２の対及び第３の対のティースの周方向相互間の距離に比べて大きく設定されており、前記３相のティースの周方向相互間の距離は、前記３相のティースのロータ対向面の形状に基づいて設定されていることを特徴とするステータが提供される。
【００１４】
請求項３記載の発明によると、請求項１または２記載の発明において、前記第２の対のティースの周方向相互間の距離は、前記３の対のティースの周方向相互間の距離と等しく設定されていることを特徴とするステータが提供される。
【００１５】
請求項４記載の発明によると、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記３相のティースの各々は巻線と隣接する巻線隣接部と、ロータの永久磁石と磁束を授受するティース先端部とから構成され、前記３相のティースの周方向相互間の距離は前記巻線隣接部を基準にすることを特徴とするステータが提供される。
【００１６】
請求項５記載の発明によると、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記３相のティースの各々は巻線と隣接する巻線隣接部と、ロータの永久磁石と磁束を授受するティース先端部とから構成され、前記３相のティースの周方向相互間の距離は前記ティース先端部を基準にすることを特徴とするステータが提供される。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１及び請求項２記載の発明によると、３相ティースを軸方向にオフセットすることにより発生する誘起電圧位相差のずれを構造面で解消することができ、モータの制御性の悪化を防止し、効率良くモータを駆動することができる。
【００１８】
請求項３記載の発明によると、第２の対のティース及び第３の対のティースの周方向相互間の距離を等しく設定したので、請求項１及び２記載の発明の効果に加えてステータの構造を簡易化でき、製造性を向上できる。
【００１９】
請求項４記載の発明によると、３相ティースの周方向相互間の距離は巻線隣接部を基準にして設定され、請求項１または２記載の発明と同様な効果を達成できる。
【００２０】
請求項５記載の発明によると、３相ティースの周方向相互間の距離はティース先端部を基準にして設定され、請求項１または２記載の発明と同様な効果を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明第１実施形態に係る環状ステータの分解斜視図、図２は組み立てられたステータの斜視図を示している。
【００２２】
この環状ステータ２は、例えばエンジンとともに車両の駆動源としてハイブリッド車両に搭載される永久磁石式交流同期モータ（ブラシレスＤＣモータ又はクローポール型モータともいう）を構成し、例えば、エンジンとクローポール型モータとトランスミッションとを直列に連結した構造のパラレルハイブリッド車両では、少なくともエンジン又はクローポール型モータのいずれか一方の駆動力は、トランスミッションを介して車両の駆動輪に伝達されるようになっている。
【００２３】
また、車両の減速時に駆動輪側からクローポール型モータに駆動力が伝達されると、クローポール型モータは発電機として機能して所謂回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。更に、エンジンの出力がクローポール型モータに伝達された場合にも、クローポール型モータは発電機として機能して発電エネルギーを発生する。
【００２４】
図１に示すように、環状ステータ２は、Ｕ相ステータリング（ティースリング）４と、Ｖ相ステータリング（ティースリング）６と、Ｗ相ステータリング（ティースリング）８と、Ｕ相環状巻線２２と、Ｗ相環状巻線２６とから構成されている。
【００２５】
Ｕ相ステータリング４は、環状ヨーク９と、環状ヨーク９と一体的に形成され円周方向に等間隔で離間された複数個（本実施形態では１０個）のＵ相ティース（Ｕ相クローポール）１０と、環状ヨーク９と一体的に形成され円周方向に離間された複数個の結合部１２を有している。各Ｕ相ティース１０は軸方向一方側（図１で右側）に突出している。
【００２６】
Ｖ相ステータリング６は、環状ヨーク１３と、環状ヨーク１３と一体的に形成され円周方向に等間隔で離間された複数（本実施形態では１０個）のＶ相ティース１４と、環状ヨーク１３と一体的に形成され円周方向に離間された複数個の結合部１６を有している。各Ｖ相ティース１４は軸方向両側に突出している。
【００２７】
Ｗ相ステータリング８は、環状ヨーク１７と、環状ヨーク１７と一体的に形成され円周方向に等間隔で離間された複数（本実施形態では１０個）のＷ相ティース１８と、環状ヨーク１７と一体的に形成され円周方向に離間された複数の結合部２０を有している。各Ｗ相ティース１８は軸方向他方側（図１で左側）に突出している。すなわち、Ｕ相ティース１０とＷ相ティース１８は互いに近づく方向に突出している。
【００２８】
ここで注意すべきは、Ｕ相ティース１０、Ｖ相ティース１４及びＷ相ティース１８は、各結合部１２，１６，２０でＵ相ステータリング４、Ｖ相ステータリング６及びＷ相ステータリング８を積層結合したとき、互いに重ならないように相対的にずれた位置に配置されている。
【００２９】
Ｕ相環状巻線２２は銅線を環状に巻いて構成され、ステータ２の軸方向に蛇行する複数（本実施形態では１０個）の蛇行部２４を有している。同様に、Ｗ相環状巻線２６もステータ２の軸方向に蛇行する複数（本実施形態では１０個）の蛇行部２８を有している。
【００３０】
各ステータリング４，６，８の結合部１２，１６，２０を揃え、Ｕ相環状巻線２２及びＷ相環状巻線２６を周方向の所定の位置に配置して、各ステータリング４，６，８をボルト止めすると、図２に示すような環状ステータ２が完成する。
【００３１】
図２を観察すると明らかなように、Ｕ相ティース１０、Ｖ相ティース１４及びＷ相ティース１８は軸方向にオフセットして配置されている。また、図２からは明らかではないが、後で詳細に説明するように、軸方向オフセット量の差分が最も大きい隣接する一対のティース（Ｗ相ティース１８とＵ相ティース１０）の周方向相互間の距離は、隣接する他の二対のティース（Ｕ相ティース１０とＶ相ティース１４の対、Ｖ相ティース１４とＷ相ティース１８の対）の周方向相互間の距離に比べて大きく設定されている。
【００３２】
図１及び図２を観察すると明らかなように、各ティース１０，１４，１８は円周方向に所定順序（Ｕ相ティース１０、Ｗ相ティース１８、Ｖ相ティース１４、Ｕ相ティース１０、…）で配置され、周方向で隣り合うティース１０，１４間にＵ相環状巻線２２の蛇行部２４が配置され、周方向で隣り合うティース１４，１８間にＷ相環状巻線２６の蛇行部２８が配置されている。
【００３３】
すなわち、Ｕ相蛇行部２４には一つのＵ相ティース１０が配置され、Ｗ相蛇行部２８には一つのＷ相ティース１８が配置され、周方向で隣り合うＵ相蛇行部２４とＷ相蛇行部２８との間には一つのＶ相ティース１４が配置されている。
【００３４】
Ｕ層環状巻線２２の蛇行部２４とＷ相環状巻線２６の蛇行部２８は互いに異なる方向に向かい突出するように設けられ、Ｕ相環状巻線２２とＷ相環状巻線２６とは、電気角で２４０°の位相差を有するようにして、周方向に沿って相対的にずれた位置に配置されている。
【００３５】
これにより、周方向で隣り合う各ティース１０，１４間または１４，１８間を縫うようにして配置される２相の環状巻線２２，２６は所謂電気角で１２０°以下の短節巻きをなすように形成されている。
【００３６】
次に、図３及び図４を参照して、本発明が解決すべき課題について説明する。図３（Ａ）は軸方向にオフセット配置されたＷ相ティース１８、Ｕ相ティース１０とロータを構成する磁石３０との関係を示す模式的平面図であり、図３（Ｂ）はその側面図である。図４（Ａ）は磁石３０が矢印３２方向に僅かばかり移動した状態の平面図、図４（Ｂ）はその側面図である。
【００３７】
図３（Ａ）に示すように、Ｗ相ティース１８とＵ相ティース１０が軸方向にオフセット配置されているため、磁石３０のはみ出し部３４から出た磁束の一部は、図３（Ｂ）に示されているように、Ｗ相ティース１８より磁気抵抗の低い（近い）Ｕ相ティース１０に入ることになる。その結果、Ｕ相誘起電圧位相が早まる。
【００３８】
磁石３０が矢印３２方向に移動して（回転して）、図４（Ａ）に示した状態になると、磁石３０のはみ出し部分３６からの磁束の一部は、図４（Ｂ）に示すように、Ｕ相ティース１０より磁気抵抗の低い（近い）Ｗ相ティース１８に入ることになる。その結果、Ｗ相誘起電圧位相が遅くなる。
【００３９】
よって、図３の状態でＵ相誘起電圧位相が早まり、図４の状態でＷ相誘起電圧位相が遅くなるので、Ｕ−Ｗ相誘起電圧位相差が１２０°より小さくなってしまう。その結果、３相交流（１２０°）の電流に対する誘起電圧のずれが発生し、モータの出力が低下するとともに、制御性も悪化するという問題がある。
【００４０】
本発明はこの問題を解決するために成されたものであり、以下図５乃至図１０を参照して、本発明を詳細に説明する。図５は本発明の原理を説明するための、軸方向に相互にオフセットして配置された３相ティース１０，１４，１８とＵ相コイル２２，Ｗ相コイル２６との配置関係を示す模式図である。
【００４１】
本発明では、Ｕ相ティース１０、Ｖ相ティース１４及びＷ相ティース１８はモータ軸方向に相互にオフセットして配置されている。また、Ｕ相ティース１０、Ｖ相ティース１４及びＷ相ティース１８は周方向に隣接する３個のティースを一組として、この組が複数組周方向に一定のピッチで配置されている。
【００４２】
さらに、軸方向オフセット量の差分が最も大きい隣接するＷ相ティース１８とＵ相ティース１０の周方向相互間の距離が、Ｕ相ティース１０とＶ相ティース１４の周方向相互間の距離、及びＶ相ティース１４とＷ相ティース１８の周方向相互間の距離よりも大きく設定されている。
【００４３】
すなわち、Ｕ相ティース１０とＶ相ティース１４の周方向相互間距離をＡとすると、Ｖ相ティース１４とＷ相ティース１８の周方向相互間の距離はＡに、Ｗ相ティース１８とＵ相ティース１０の周方向相互間の距離がＡより大きく設定されている。然し、Ｖ相ティース１４とＷ相ティース１８の周方向相互間の距離は必ずしもＡに等しい必要はない。
【００４４】
具体的には、３相のティース１０，１４，１８のロータ対向面の周方向相互間の距離は、３相のティース１０，１４，１８の軸方向オフセット量に基づいて設定されている。代案として、３相のティース１０，１４，１８の周方向相互間の距離は３相のティース１０，１４，１８のロータ対向面の形状に基づいて設定されている。
【００４５】
次に、図６を参照して本発明の作用について説明する。図６（Ａ）は図５に示した配置関係にロータを構成する磁石３０を重ね合わせた状態の平面図であり、図６（Ｂ）はその側面図である。磁石３０の３相ティース１０，１４，１８対向面は交互にＮ，Ｓに着磁されている。ロータは矢印３８方向に回転（移動）する。
【００４６】
説明の便宜上、図６（Ｂ）に示した磁石３０を左から順に３０ａ，３０ｂ，３０ｃとする。磁石３０ａのＶ相ティース１４対向面はＳに着磁され、磁石３０ｂのＷ相ティース１８対向面はＮに着磁され、磁石３０ｃのＶ相ティース１４対向面はＳに着磁されているものとする。
【００４７】
よって、磁石３０ａから出た磁束は紙面に下向きとなって全てＶ相ティース１４を通過し、磁石３０ｃから出た磁束も紙面に下向きとなって全てＶ相ティース１４を通過する。更に、Ｗ相ティース１８とＵ相ティース１０の周方向の間隔は広く設定されているため、磁石３０ｂから出た磁束は紙面に上向きとなってＵ相ティース１０に漏れることなく、全てＷ相ティース１８を通過する。
【００４８】
その結果、誘起電圧の位相差のずれを解消して誘起電圧の位相差が約１２０°で揃うことになり、モータの制御性を向上できるとともに効率良くモータを駆動することができる。
【００４９】
図７は本発明第１実施形態のステータ２を概略的に示している。図７（Ａ）はステータ２の概略斜視図、図７（Ｂ）はステータ２の平面図である。図７（Ａ）に示すように、Ｖ相ティース１０はボディ部（巻線隣接部）１０ａと、ボディ部１０ａと一体的に形成された耳部（鍔部）１０ｂから構成される。耳部１０ｂはロータ対向面を形成する。
【００５０】
同様に、Ｖ相ティース１４もボディ部１４ａと、耳部１４ｂから構成され、Ｗ相ティース１８もボディ部１８ａと、耳部１８ｂから構成される。図８は図７（Ｂ）の８−８線断面図である。
【００５１】
本実施形態のステータ２は、Ｗ相ティース１８のボディ部１８ａとＵ相ティース１０のボディ部１０ａとの周方向間隔のみ拡大し、耳部１８ｂと１０ｂとの間隔は従来通り等ピッチのままとしたものである。
【００５２】
例えば、Ｗ相ティース１８のボディ部１８ａとＵ相ティース１０のボディ部１０ａとの間隔を電気角で１３７°に設定し、Ｕ相ティース１０とＶ相ティース１４との間隔及びＶ相ティース１４とＷ相ティース１８との間隔は共に電気角で１１１．５°に設定した。これにより、誘起電圧の位相差のずれを解消することができ、誘起電圧の位相差を概略１２０°に揃えることができた。
【００５３】
図９は本発明第２実施形態のステータ２Ａを示しており、図９（Ａ）はステータ２Ａの概略斜視図、図９（Ｂ）がその平面図を示している。本実施形態のステータ２Ａでは、Ｗ相ティース１８の耳部１８ｂとＵ相ティース１０の耳部１０ｂのみ周方向の間隔を拡大し、ボディ部１８ａと１０ａとの間隔は従来通り均等ピッチのままとしたものである。
【００５４】
このようにＷ相ティース１８とＵ相ティース１０の耳部１８ｂ，１０ｂの間のみ周方向の相互間距離を拡大した場合にも、誘起電圧の位相差のずれを解消することができる。本実施形態でも、Ｕ相ティース１０とＶ相ティース１４との間及びＶ相ティース１４とＷ相ティース１８との間は、従来通り等ピッチのままである。
【００５５】
図１０は本発明第３実施形態のステータ２Ｂを示しており、図１０（Ａ）はステータ２Ｂの概略斜視図、図１０（Ｂ）はその平面図をそれぞれ示している。本実施形態は、Ｗ相ティース１８のボディ部１８ａとＵ相ティース１０のボディ部１０ａとの周方向間隔を広げるとともに、耳部１８ｂ，１０ｂの周方向間隔も広げるようにしたものである。
【００５６】
本実施形態においては、Ｕ相ティース１０とＶ相ティース１４との間の周方向間隔は、Ｖ相ティース１４とＷ相ティース１８との間の周方向間隔と等しく設定されている。このように、ボディ部及び耳部ともＷ相ティース１８とＵ相ティース１０との周方向間隔を広げることにより、ボディ部１８ａと１０ａとの周方向間隔の拡大を抑制することができる。本実施形態でも、上述した第１及び第２実施形態と同様な効果をあげることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明第１実施形態のステータの分解斜視図である。
【図２】組み立てられたステータの斜視図である。
【図３】図３（Ａ）は本発明が解決すべき課題を説明するための平面図、図３（Ｂ）はその側面図である。
【図４】図４（Ａ）は本発明が解決すべき課題を説明するための平面図、図４（Ｂ）はその側面図である。
【図５】本発明の原理を示す３相ティースと巻線との配置関係を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は本発明の原理を説明するための３相ティースと磁石ロータの配置関係を示す平面図、図６（Ｂ）はその側面図である。
【図７】図７（Ａ）は本発明第１実施形態に係るステータの概略斜視図、図７（Ｂ）はその平面図である。
【図８】図７（Ｂ）の８−８線断面図である。
【図９】図９（Ａ）は本発明第２実施形態に係るステータの概略斜視図、図９（Ｂ）はその平面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は本発明第３実施形態に係るステータの概略斜視図、図１０（Ｂ）はその平面図である。
【符号の説明】
【００５８】
２    ステータ
４    Ｕ相ステータリング
６    Ｖ相ステータリング
８    Ｗ相ステータリング
１０    Ｕ相ティース（Ｕ相クローポール）
１４    Ｖ相ティース（Ｖ相クローポール）
１８    Ｗ相ティース（Ｗ相クローポール）
２２    Ｕ相環状巻線
２４，２８    蛇行部
２６    Ｗ相環状巻線
３０    磁石
３４，３６    磁石はみ出し部
【図１】
2008283732.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008283732.tif 000005
【図４】
2008283732.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008283732.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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