(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸上に設けられた軸部と、
前記軸部の外周側に設けられ、前縁及び後縁を有する翼と、を備え、
前記前縁及び前記後縁の少なくとも一方には、切欠きが形成されており、
前記切欠きは、開き角が鋭角である一対の側縁部と、前記一対の側縁部の間に形成された底縁部と、を有しており、
前記底縁部には、開き角が鈍角である少なくとも１つの第１凸部が形成されており、
前記翼の径方向において前記切欠きの内周端となる頂点と前記回転軸との距離をｒ１とし、前記翼の前記径方向において前記切欠きの外周端となる頂点と前記回転軸との距離をｒ２としたとき、前記回転軸を中心とする半径（ｒ１＋ｒ２）／２の円は、前記第１凸部を通るプロペラファン。
【請求項２】
回転軸上に設けられた軸部と、
前記軸部の外周側に設けられ、前縁及び後縁を有する翼と、を備え、
前記前縁及び前記後縁の少なくとも一方には、切欠きが形成されており、
前記切欠きは、開き角が鋭角である一対の側縁部と、前記一対の側縁部の間に形成された底縁部と、を有しており、
前記底縁部には、開き角が鈍角である少なくとも１つの第１凸部が形成されており、
前記一対の側縁部のうち外周側に位置する側縁部には、第２凸部が形成されているプロペラファン。
【請求項３】
前記第１凸部は、１つ又は複数の円弧で構成されている請求項１又は請求項２に記載のプロペラファン。
【請求項４】
前記切欠きには、前記第１凸部を挟んで両側に配置された２つの凹部が形成されており、
前記２つの凹部の少なくとも一方の開き角は鈍角である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のプロペラファン。
【請求項５】
前記底縁部には、前記第１凸部が複数形成されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のプロペラファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、翼の前縁及び後縁の少なくとも一方に切欠きが形成されたプロペラファンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ブレードを備えた送風機が記載されている。ブレードの前縁には、先細状に突出する複数個の突起で構成された鋸歯状部が形成されている。突起は、根元側から先端側に向かうにつれて互いに近づく２つの傾斜外縁部と、突起の先端側において２つの傾斜外縁部同士を繋ぐ先端側外縁部と、を有している。２つの傾斜外縁部同士のなす角度は鋭角になっている。先端側外縁部は、ブレードの負圧面側にせり上がる気流同士が衝突することを抑制する形状を有している。特許文献１には、この構成によれば突起の先端近傍でブレードの負圧面側にせり上がる気流同士が衝突することを抑制できるので、騒音を効果的に低減できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−６３９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のブレードの鋸歯状部は、互いに隣接する２つの突起の根元側において傾斜外縁部同士を滑らかに繋ぐ曲線状の根元側外縁部を有している。根元側外縁部を挟んで隣接する２つの傾斜外縁部同士は鋭角をなしている。このような構成では、ブレードの回転により生じる応力が根元側外縁部で局所的に増大してしまうため、ブレードの強度が低下してしまうという課題があった。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、騒音を低減しつつ翼の強度を高めることができるプロペラファン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】
【０００６】
本発明に係るプロペラファンは、回転軸上に設けられた軸部と、前記軸部の外周側に設けられ、前縁及び後縁を有する翼と、を備え、前記前縁及び前記後縁の少なくとも一方には、切欠きが形成されており、前記切欠きは、開き角が鋭角である一対の側縁部と、前記一対の側縁部の間に形成された底縁部と、を有しており、前記底縁部には、開き角が鈍角である少なくとも１つの第１凸部が形成されており、前記翼の径方向において前記切欠きの内周端となる頂点と前記回転軸との距離をｒ１とし、前記翼の前記径方向において前記切欠きの外周端となる頂点と前記回転軸との距離をｒ２としたとき、前記回転軸を中心とする半径（ｒ１＋ｒ２）／２の円は、前記第１凸部を通るものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、翼の切欠きにおいて応力集中が生じる部分を、第１凸部と第１凸部を挟んで形成される２つの凹部とに分散させることができる。また、凸部の開き角が鈍角であるため、凸部及び２つの凹部のそれぞれでの応力の増大を緩和することができる。したがって、翼に切欠きが設けられていることによる騒音低減効果を維持しつつ、翼の強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るプロペラファンの切欠き３０を拡大して示す図である。
【図３】図１のＩＩＩ部の一部を拡大して示す図である。
【図４】比較例に係るプロペラファンの前縁の一部を拡大して示す図である。
【図５】図１のＶ部を拡大して示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。
【図７】図６のＶＩＩ部を拡大して示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。
【図９】図８のＩＸ部を拡大して示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。
【図１１】図１０のＸＩ部を拡大して示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ部を拡大して示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態６に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。
【図１５】図１４のＸＶ部を拡大して示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態７に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。
【図１７】図１６のＸＶＩＩ部を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るプロペラファンについて説明する。プロペラファンは、例えば、空気調和装置又は換気装置などに用いられるものである。図１は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図１に示すように、プロペラファンは、回転軸ＲＣ上に設けられ回転軸ＲＣを中心として回転するボス１０（軸部の一例）と、ボス１０の外周側に設けられた複数枚の板状の翼２０と、を有している。プロペラファンの回転方向は、図１中の矢印で示す反時計回り方向である。また、図１において、翼２０の手前側の面が負圧面となり、翼２０の奥側の面が圧力面となる。
【００１０】
翼２０は、前縁２１、後縁２２、外周縁２３及び内周縁２４を有している。前縁２１は、翼２０の回転方向前方に位置する縁部である。後縁２２は、翼２０の回転方向後方に位置する縁部である。外周縁２３は、翼２０の外周側に位置し、前縁２１の外周端と後縁２２の外周端との間に設けられた縁部である。内周縁２４は、翼２０の内周側に位置し、前縁２１の内周端と後縁２２の内周端との間に設けられた縁部である。内周縁２４は、ボス１０の外周面に接続されている。
【００１１】
翼２０の前縁２１及び後縁２２の少なくとも一方には、少なくとも１つの切欠きが形成されている。翼２０の前縁２１の内周寄り部分には、複数の切欠き３０が前縁２１に沿って連なって形成されている。図１に示す例では、同一の切欠き形状を有する１０個程度の切欠き３０が形成されている。これにより、前縁２１の内周寄り部分の形状は鋸歯状になっている。翼２０の後縁２２の径方向中央部近傍には、１つの切欠き４０が形成されている。後縁２２側の切欠き４０は、前縁２１側の複数の切欠き３０のそれぞれと比較して、広い切欠き幅及び深い切欠き深さを有している。後述するように、切欠き３０、４０のそれぞれの内側には、少なくとも１つの凸部が形成されている。
【００１２】
ここで、切欠き３０、４０の形状について、切欠き３０を例に挙げて詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係るプロペラファンの切欠き３０を拡大して示す図である。図２に示すように、１つの切欠き３０は、相対的に高い高さを有し互いに隣り合う２つの山部５０の間に形成されている。より具体的には、１つの切欠き３０は、一方の山部５０の頂点１０１と他方の山部５０の頂点１０２との間に形成されている。切欠き３０は、一対の側縁部３１、３２と、側縁部３１と側縁部３２との間に形成された底縁部３６と、を有している。
【００１３】
切欠き３０の一方の側縁部３１と他方の側縁部３２とがなす角度は、側縁部３１と側縁部３２との開き角α（以下、「切欠き３０の開き角α」という場合がある）となる。側縁部３１、３２が曲線状である場合には、側縁部３１の変曲点１０３での接線と側縁部３２の変曲点１０４での接線とのなす角度が、側縁部３１と側縁部３２との開き角αとなる。切欠き３０は、図中上方の縁部内側ほど幅が狭くなり、図中下方の縁部外側ほど幅が広くなるように形成されている。切欠き３０の開き角αは鋭角となっている（０°＜α＜９０°）。
【００１４】
切欠き３０の底縁部３６には、縁部外側に向かって凸となる凸部３３（第１凸部の一例）が形成されている。凸部３３を挟んで両側には、それぞれ縁部内側に向かって凸となる２つの凹部３４、３５が形成されている。凹部３４は、底縁部３６と側縁部３１とに跨がって形成されている。凹部３５は、底縁部３６と側縁部３２とに跨がって形成されている。凸部３３と凹部３４との間の変曲点１０５での接線と、凸部３３と凹部３５との間の変曲点１０６での接線とのなす角度は、凸部３３の開き角βとなる。凸部３３の開き角βは鈍角となっている（９０°＜β＜１８０°）。凸部３３は、１つ又は複数の円弧により構成されている。また、凹部３４、３５のそれぞれは、１つ又は複数の円弧により構成されている。
【００１５】
変曲点１０３での接線と変曲点１０５での接線とのなす角度は、凹部３４の開き角γ１となる。変曲点１０４での接線と変曲点１０６での接線とのなす角度は、凹部３５の開き角γ２となる。開き角γ１及び開き角γ２の少なくとも一方は鈍角となっていることが望ましい。図２に示した例では、凹部３４の開き角γ１は鈍角となっており、凹部３５の開き角γ２は鋭角となっている。
【００１６】
頂点１０１及び頂点１０２を通る直線１１０（例えば、隣り合う２つの山部５０に接する接線）と垂直な方向において、直線１１０と凹部３４との最長の距離が凹部３４の深さＤ１となる。同様に、直線１１０と垂直な方向において、直線１１０と凹部３５との最長の距離が凹部３５の深さＤ２となる。深さＤ１及び深さＤ２は同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。凸部３３の高さは山部５０の高さよりも低いため、凸部３３は直線１１０と接触も交差もしていない。
【００１７】
例えば凸部３３は、翼２０の径方向において、切欠き３０の中央部に位置している。すなわち、切欠き３０の外周端となる頂点１０１と回転軸ＲＣとの距離をｒ１とし、切欠き３０の内周端となる頂点１０２と回転軸ＲＣとの距離をｒ２としたとき、回転軸ＲＣを中心とする半径（ｒ１＋ｒ２）／２の円は、凸部３３を通る。これにより、凸部３３の一部は上記の円の内側に位置し、凸部３３の他部は上記の円の外側に位置する。このように、切欠き３０に設けられる凸部３３は、上記の円の内側及び外側の双方に凸部３３の少なくとも一部が含まれるように配置されるのが望ましい。切欠き３０に複数の凸部が設けられる場合であっても、複数の凸部は、上記の円の内側及び外側の双方に凸部の少なくとも一部が含まれるように配置されるのが望ましい。
【００１８】
図３は、図１のＩＩＩ部の一部を拡大して示す図である。図３に示すように、切欠き３０の開き角αは鋭角となっている。切欠き３０の底縁部３６には、１つの凸部３３が形成されている。凸部３３を挟んで両側には、２つの凹部３４、３５が形成されている。凸部３３の開き角βは鈍角である。凹部３４の深さＤ１は、凹部３５の深さＤ２よりも深くなっている（Ｄ１＞Ｄ２）。
【００１９】
図４は、比較例に係るプロペラファンの前縁の一部を拡大して示す図である。図４に示す比較例の切欠き１３０は、図３に示す本実施の形態の切欠き３０と同様に、鋭角となる開き角を有している。比較例の構成では、切欠き１３０によって流れの分散及び渦の分散が可能となるため、音源となる渦を細分化することができる。したがって、比較例の構成では、プロペラファンの騒音を低減できるとともに、プロペラファンの効率を向上させることができる。しかしながら、比較例の切欠き１３０では、本実施の形態の切欠き３０とは異なり、底縁部に凸部が形成されていない。このため、比較例の構成では、翼２０の回転により生じる応力が切欠き１３０の底縁部（例えば、図４のＤ部）で局所的に増大してしまうため、翼２０の強度が低下してしまう場合があった。
【００２０】
これに対し、図３に示す本実施の形態の切欠き３０の底縁部３６には、鈍角の開き角βを有する凸部３３が形成されている。また、凸部３３を挟んで両側には、２つの凹部３４、３５が形成されている。本実施の形態の構成では、応力集中が生じる部分を、凸部３３近傍のＡ部、凹部３４近傍のＢ部及び凹部３５近傍のＣ部を含む複数箇所に分散させることができる。また、凸部３３の開き角βが鈍角であるため、Ａ部、Ｂ部及びＣ部のそれぞれでの応力の増大を緩和することができる。これにより、翼２０の回転によって生じる応力が局所的に増大するのを防ぐことができるため、応力集中を緩和することができる。したがって、本実施の形態によれば、切欠き３０が設けられることによるプロペラファンの騒音低減効果及び効率向上効果を維持しつつ、翼２０の強度を高めることができる。
【００２１】
図５は、図１のＶ部を拡大して示す図である。図５に示すように、切欠き４０の開き角αは鋭角となっている。切欠き４０の底縁部３６には、１つの凸部３３が形成されている。凸部３３の開き角βは鈍角となっている。凸部３３を挟んで両側には、２つの凹部３４、３５が形成されている。凹部３４の深さＤ１と凹部３５の深さＤ２とは同一である（Ｄ１＝Ｄ２）。このように構成された切欠き４０によれば、図３に示した切欠き３０と同様に、応力集中が生じる部分を複数箇所に分散させることができる。したがって、切欠き４０が設けられることによるプロペラファンの騒音低減効果及び効率向上効果を維持しつつ、翼２０の強度を高めることができる。
【００２２】
以上説明したように、本実施の形態に係るプロペラファンは、回転軸ＲＣ上に設けられたボス１０（軸部の一例）と、ボス１０の外周側に設けられ、前縁２１及び後縁２２を有する翼２０と、を備えている。前縁２１及び後縁２２の少なくとも一方には、切欠き３０又は切欠き４０が形成されている。切欠き３０又は切欠き４０は、開き角αが鋭角である一対の側縁部３１、３２と、一対の側縁部３１、３２の間に形成された底縁部３６と、を有している。底縁部３６には、開き角βが鈍角である少なくとも１つの凸部３３（第１凸部の一例）が形成されている。
【００２３】
この構成によれば、切欠き３０又は切欠き４０において応力集中が生じる部分を、凸部３３と、凸部３３を挟んで形成される２つの凹部３４、３５と、に分散させることができる。また、凸部３３の開き角βが鈍角であるため、凸部３３及び２つの凹部３４、３５のそれぞれでの応力の増大を緩和することができる。したがって、翼２０に切欠き３０、４０が設けられていることによるプロペラファンの騒音低減効果及び効率向上効果を維持しつつ、翼２０の強度を高めることができる。
【００２４】
また、本実施の形態に係るプロペラファンにおいて、凸部３３は、翼２０の径方向において、切欠き３０又は切欠き４０の中央部に位置している。この構成によれば、切欠き３０又は切欠き４０において応力集中が生じる部分をより効果的に分散させることができるため、翼２０の強度をさらに高めることができる。
【００２５】
また、本実施の形態に係るプロペラファンにおいて、凸部３３は、１つ又は複数の円弧で構成されている。この構成によれば、凸部３３での応力の増大を緩和することができるため、翼２０の強度をさらに高めることができる。
【００２６】
また、本実施の形態に係るプロペラファンにおいて、切欠き３０又は切欠き４０には、凸部３３を挟んで両側に配置された２つの凹部３４、３５が形成されている。２つの凹部３４、３５の少なくとも一方の開き角（例えば、凹部３４の開き角γ１）は鈍角である。この構成によれば、凹部３４、３５の少なくとも一方での応力の増大を緩和することができるため、翼２０の強度をさらに高めることができる。
【００２７】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るプロペラファンについて説明する。図６は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図７は、図６のＶＩＩ部を拡大して示す図である。本実施の形態に係るプロペラファンは、切欠き４０の形状において実施の形態１と異なっている。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２８】
図６及び図７に示すように、本実施の形態では、切欠き４０の凹部３４、３５のうち翼２０の内周側に位置する凹部３４の深さＤ１は、翼２０の外周側に位置する凹部３５の深さＤ２よりも深くなっている（Ｄ１＞Ｄ２）。切欠き４０の開き角αが鋭角であり、凸部３３の開き角βが鈍角である点は、実施の形態１と同様である。本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００２９】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るプロペラファンについて説明する。図８は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図９は、図８のＩＸ部を拡大して示す図である。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
図８及び図９に示すように、本実施の形態では、切欠き４０の凹部３４、３５のうち翼２０の内周側に位置する凹部３４の深さＤ１は、翼２０の外周側に位置する凹部３５の深さＤ２よりも浅くなっている（Ｄ１＜Ｄ２）。切欠き４０の開き角αが鋭角であり、凸部３３の開き角βが鈍角である点は、実施の形態１と同様である。本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００３１】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るプロペラファンについて説明する。図１０は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図１１は、図１０のＸＩ部を拡大して示す図である。なお、実施の形態１又は３と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
図１０及び図１１に示すように、本実施の形態では、凸部３３が三角形状に形成されているため、凸部３３の先端３３ａがエッジ状にとがっている。その他の点は実施の形態３と同様である。凸部３３の先端３３ａがとがっていることにより、切欠き４０における流れの分散及び渦の分散が促進される。このため、音源となる渦をより効果的に細分化することができる。したがって、本実施の形態によれば、プロペラファンの騒音をさらに低減できるとともに、プロペラファンの効率をさらに向上させることができる。
【００３３】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係るプロペラファンについて説明する。図１２は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図１３は、図１２のＸＩＩＩ部を拡大して示す図である。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
図１２及び図１３に示すように、本実施の形態の切欠き４０の底縁部３６には、複数の凸部６１、６２、６３、６４（第１凸部の一例）と、複数の凹部６５、６６、６７、６８、６９とが、底縁部３６に沿って交互に形成されている。凸部６１、６２、６３、６４の開き角βは、いずれも鈍角になっている。凹部６５、６６、６７、６８、６９のそれぞれの深さは同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００３５】
以上のように、本実施の形態に係るプロペラファンでは、底縁部３６に複数の凸部６１、６２、６３、６４（第１凸部の一例）が形成されている。この構成によれば、応力集中が生じる部分をより多くの箇所に分散させることができるため、翼２０の強度をさらに高めることができる。
【００３６】
実施の形態６．
本発明の実施の形態６に係るプロペラファンについて説明する。図１４は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図１５は、図１４のＸＶ部を拡大して示す図である。なお、実施の形態１又は４と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
図１４及び図１５に示すように、切欠き４０の側縁部３１、３２のうちプロペラファンの外周側に位置する側縁部３２には、複数の凸部７１、７２、７３、７４、７５（第２凸部の一例）と、複数の凹部７６、７７、７８、７９とが、側縁部３２に沿って交互に形成されている。その他の点は実施の形態４と同様である。
【００３８】
本実施の形態では、図１４中の破線矢印で示す翼面上の流れが切欠き４０の外周側の側縁部３２に集中する際、側縁部３２で生じる大きな剥離流れを複数の凸部７１、７２、７３、７４、７５で分散させることができる。これにより、翼２０の空気力学的性能を向上させることができる。ここで、本実施の形態では、凸部７１、７２、７３、７４、７５のそれぞれの開き角は鈍角となっているが、側縁部３２には応力集中が生じにくいため、凸部７１、７２、７３、７４、７５のそれぞれの開き角は鋭角又は直角であってもよい。
【００３９】
以上のように、本実施の形態に係るプロペラファンでは、一対の側縁部３１、３２のうち外周側に位置する側縁部３２には、凸部７１、７２、７３、７４、７５（第２凸部の一例）が形成されている。この構成によれば、翼２０の空気力学的性能を向上させることができるため、プロペラファンの騒音をさらに低減できるとともに、プロペラファンの効率をさらに向上させることができる。
【００４０】
実施の形態７．
本発明の実施の形態７に係るプロペラファンについて説明する。図１６は、本実施の形態に係るプロペラファンの概略構成を示す正面図である。図１７は、図１６のＸＶＩＩ部を拡大して示す図である。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
図１６及び図１７に示すように、翼２０の後縁２２のうち切欠き４０よりも外周側の部分は、外周側ほど回転方向前方に位置するように傾斜している。また、翼２０の後縁２２のうち切欠き４０よりも外周側には、複数の切欠き８０が形成されている。本例の切欠き８０は、切欠き４０と比較して狭い切欠き幅及び浅い切欠き深さを有しており、かつ、前縁２１側の切欠き３０と比較して広い切欠き幅及び深い切欠き深さを有している。切欠き８０の凹部３４、３５のうち翼２０の内周側に位置する凹部３４の深さＤ１は、翼２０の外周側に位置する凹部３５の深さＤ２よりも深くなっている（Ｄ１＞Ｄ２）。これにより、図１６中の破線矢印で示す翼面上の流れに対し、凹部３４及び凹部３５の向きをそろえることができるため、剥離流れをより整流させることができる。したがって、翼２０の空気力学的性能を向上させることができるため、プロペラファンの騒音をさらに低減できるとともに、プロペラファンの効率をさらに向上させることができる。
【００４２】
上記の各実施の形態は、互いに組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ボス、２０  翼、２１  前縁、２２  後縁、２３  外周縁、２４  内周縁、３０  切欠き、３１、３２  側縁部、３３  凸部、３３ａ  先端、３４、３５  凹部、３６  底縁部、４０  切欠き、５０  山部、６１、６２、６３、６４  凸部、６５、６６、６７、６８、６９  凹部、７１、７２、７３、７４、７５  凸部、７６、７７、７８、７９  凹部、８０  切欠き、１０１、１０２  頂点、１０３、１０４、１０５、１０６  変曲点、１１０  直線、１３０  切欠き、ＲＣ  回転軸、α、β、γ１、γ２  開き角。
【図１】
0006775676.tif 000002
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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