(57)【要約】【課題】回転体の締結時にスラスト軸受にかかる荷重を軽減する軸受ユニット及びこの軸受ユニットを用いたロータを提供する。【解決手段】軸２と、軸２の周回り方向の支持を行うラジアル軸受３と、軸２のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受４と、スラスト軸受４を支持する弾性部材５と、軸２を支持したラジアル軸受３、スラスト軸受４及び弾性部材５とを内部に有し軸２を回転自在に支持すると共に、粘性流体６が充填されたハウジング７とを備え、軸２は、スラスト軸受４に支持される一端側に段差部８を有し、ハウジング７は、軸２が挿通されるハウジング本体１１内に軸２の段差部８を係止する係止段部１５が形成されている。【選択図】図１
2004132478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、
上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、
上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、
上記スラスト軸受を支持する弾性部材と、
上記軸を支持した上記ラジアル軸受、上記スラスト軸受及び上記弾性部材とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングとを備え、
上記軸は、上記スラスト軸受に支持される一端側に段差部を有し、
上記ハウジングは、上記軸が挿通されるハウジング本体内に上記軸の段差部を係止する係止段部が形成されている軸受ユニット。
【請求項２】
上記軸は、上記スラスト軸受に支持される一端側に弾性を有するワッシャ部材が配設されることにより上記段差部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の軸受ユニット。
【請求項３】
ステータに対してロータを回転可能に支持する軸受ユニットを備えたモータにおいて、
上記軸受ユニットは、
軸と、上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、上記スラスト軸受を支持する弾性部材と、上記軸を支持した上記ラジアル軸受、上記スラスト軸受及び上記弾性部材とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングとを備え、
上記軸は、上記スラスト軸受に支持される一端側に段差部を有し、
上記ハウジングは、上記軸が挿通されるハウジング本体内に上記軸の段差部を係止する係止段部が形成されている軸受ユニットであるモータ。
【請求項４】
上記軸は、上記スラスト軸受に支持される一端側に弾性を有するワッシャ部材が配設されることにより上記段差部が形成されていることを特徴とする請求項３記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸を回転可能に支持し、あるいは軸に対し回転体を回転可能に支持する軸受ユニット及びモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より回転軸を回転可能に支持する軸受ユニットとして、図１６に示すように構成されたものが知られている。この軸受ユニット１００は、回転軸１０１を回転可能に支持するものであり、一端を開放した筒状をなす金属製のハウジング１０２内に回転軸１０１を回転可能に支持するラジアル軸受１０３を取り付けている。ハウジング１０２の一方の開放端側には、ラジアル軸受１０３に回転可能に支持された回転軸１０１のスラスト方向を支持するスラスト軸受１０４が取り付けられている。回転軸１０１は、軸部本体１０１ｂのスラスト軸受１０４によって支持される軸受支持部１０１ａを円弧状若しくは先端先細り状に形成し、他端側に回転体である例えばモータのロータが取り付けられる。
【０００３】
この軸受ユニット１００において、ラジアル軸受１０３には動圧流体軸受が用いられている。動圧流体軸受は、ラジアル軸受１０３の回転軸１０１と対向する内周面に動圧を発生させるための動圧発生溝が設けられている。
【０００４】
ハウジング１０２内には、回転軸１０１が回転するときに動圧発生溝内を流通することによって動圧を発生させる粘性流体である潤滑油が充填されている。
【０００５】
回転軸１０１は、ラジアル軸受１０３に挿入され、一端側をスラスト軸受１０４により支持されてハウジング１０２内に回転可能に支持されている。
【０００６】
ハウジング１０２の他方の開放端側には、ハウジング１０２に充填された潤滑油のハウジング１０２内からの漏れを防止する金属製の円環状に形成されたオイルシール１０５が取り付けられている。回転軸１０１は、オイルシール１０５の中心部に設けた軸挿通孔１０６を介してハウジング１０２の外部に突出されている。
【０００７】
オイルシール１０５とハウジング１０２との間の接合部１０７は、ハウジング１０２内に充填された潤滑油の漏出を防止するようにするため、紫外線硬化型の接着剤等からなるパッキン部材により完全に封止されている。オイルシール１０５の内周面には、回転軸１０１の回転により発生する遠心力などにより潤滑油が軸挿通孔１０６からハウジング１０２の外方へ移動することを防止するように界面活性剤が塗布されている。
【０００８】
図１６に示すように構成された軸受ユニット１００は、ハウジング１０２に充填された潤滑油の流出経路が回転軸１０１の外周面とオイルシール１０５に設けた軸挿通孔１０６の内周面とによって形成される空隙１０８のみとなる。ここで、空隙１０８の幅を小さくすることにより、空隙１０８に臨む潤滑油の表面張力により、潤滑油のハウジング１０２外部への漏出を防止することができる。
【０００９】
更に、回転軸１０１の軸挿通孔１０６の内周面と対向する外周面に、ハウジング１０２の外方に向かって縮径されるように形成されたテーパ部１０９を設ける。このようなテーパ部１０９を設けることにより、回転軸１０１の外周面と軸挿通孔１０６の内周面とによって形成される空隙１０８に圧力勾配が形成され、回転軸１０１が回転したときに発生する遠心力により、ハウジング１０２内に充填された潤滑油をハウジング１０２の内部に引き込む力が発生する。回転軸１０１の回転時に、潤滑油がハウジング１０２内部に引き込まれるようになるので、動圧流体軸受により構成されたラジアル軸受１０３の動圧発生溝に潤滑油が浸入して動圧を発生させ、回転軸１０１の安定した支持が実現され、しかもハウジング１０２に充填された潤滑油の漏洩を防止できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような軸受ユニット１００は、予め潤滑油が充填されているため回転軸１０１を抜き出すとこの潤滑油が漏れ出るのみならず、ラジアル軸受１０３の内周面と回転軸１０１との間に空気が混入してしまう。軸受ユニット１００は、一端空気が混入すると気温が上昇することにより膨張して、更に潤滑油が漏洩してしまう。
【００１１】
従って、軸受ユニット１００は、回転軸１０１の一端にロータ等を取り付けた後にハウジング１０２内に挿入するのではなく、図１７に示すように、予め回転軸１０１が挿入された軸受ユニット１００を形成した後に回転軸１０１の一端にロータ１１０等を圧入、締結する必要がある。
【００１２】
軸受ユニット１００の回転軸１０１にロータ１１０を圧入して締結するとき、スラスト軸受１０４は、回転軸１０１の先端から数十ｋｇｆから数百ｋｇｆの荷重を受ける。これによりスラスト軸受１０４は、歪みや座屈を生じてしまい、回転軸１０１の良好な潤滑が得られなくなってしまう。
【００１３】
また、スラスト軸受に荷重が及ばないように回転軸とロータとを締結する方法もあるが、上述した回転軸１０１の一端にロータ１１０を圧入して締結する方法に比べて、締結強度、作業の利便性に劣る欠点がある。
【００１４】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するために、ロータ等の回転体の締結時にスラスト軸受にかかる荷重を軽減する軸受ユニット及びこの軸受ユニットを用いたロータを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明に係る軸受ユニットは、軸と、上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、上記スラスト軸受を支持する弾性部材と、上記軸を支持した上記ラジアル軸受、上記スラスト軸受及び上記弾性部材とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングとを備え、上記軸は、上記スラスト軸受に支持される一端側に段差部を有し、上記ハウジングは、上記軸が挿通されるハウジング本体内に上記軸の段差部を係止する係止段部が形成されている。
【００１６】
また、本発明にかかるロータは、ステータに対してロータを回転可能に支持する軸受ユニットを備えたモータにおいて、上記軸受ユニットは、軸と、上記軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、上記スラスト軸受を支持する弾性部材と、上記軸を支持した上記ラジアル軸受、上記スラスト軸受及び上記弾性部材とを内部に有し上記軸を回転自在に支持すると共に、粘性流体が充填されたハウジングとを備え、上記軸は、上記スラスト軸受に支持される一端側に段差部を有し、上記ハウジングは、上記軸が挿通されるハウジング本体内に上記軸の段差部を係止する係止段部が形成されている軸受ユニットである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された軸受ユニットについて、図面を参照しながら詳細に説明する。この軸受ユニット１は、図１に示すように、一端にロータ等が圧入されて締結される回転軸２と、回転軸２の周回り方向の支持を行うラジアル軸受３と、回転軸２のスラスト方向の支持を行うスラスト軸受４と、スラスト軸受４を支持する弾性部材５と、これら及び回転軸の円滑な回転を図る潤滑油６を収納したハウジング７とを備える。
【００１８】
ハウジング７内に挿入され、回転自在に支持される回転軸２は、軸本体部２ａと、軸本体部２ａの一端側に設けられスラスト軸受４によって支持される軸受支持部２ｂと、軸本体部２ａの他端側に設けられ回転体である例えばモータのロータが取り付けられる取付部２ｃとを有する。回転軸２は、スラスト軸受４に支持される軸受支持部２ｂが円弧状若しくは先端先細り状に形成されている。また、回転軸２は、軸本体部２ａと取付部２ｃとは同径に形成されている。一方、回転軸２は、軸本体部２ａと軸受支持部２ｂとは、軸受支持部２ｂが軸本体部２ａよりも縮径されて形成されている。すなわち、図１に示すように、回転軸２は、軸本体部２ａの一端側が縮径され、段差部８が形成されている。この段差部８は、後述するハウジング７の軸挿通孔内において係止される。
【００１９】
回転軸２は、図１に示すように、一端側に形成された軸受支持部２ｂを後述するスラスト軸受４によって支持され、また、軸本体部２ａの外周面をラジアル軸受３により支持され、更に、他端側に形成された取付部２ｃをハウジング７から突出させてハウジング７に支持されている。
【００２０】
回転軸２の外周面を支持するラジアル軸受３は、焼結メタルにより円筒状に形成されている。ラジアル軸受３は、ハウジング７に充填される潤滑油６と共に動圧流体軸受を構成するものであって、回転軸２が挿通される内周面には、動圧発生溝９が形成されている。動圧発生溝９は、図２に示すように、ラジアル軸受３の内周面にＶ字状をなす一対の溝９ａを周回り方向に連結溝９ｂにより連続するように形成して構成されている。動圧発生溝９は、Ｖ字状をなす一対の溝９ａの先端が回転軸２の回転方向Ｒ１に向くように形成されている。本例にあっては、動圧発生溝９は、円筒状をなすラジアル軸受３の軸方向の上下に並列して一対形成されている。ラジアル軸受３に設けられる動圧発生溝９の数や大きさは、ラジアル軸受３の大きさや長さ等により適宜選択される。
【００２１】
動圧流体軸受として形成されたラジアル軸受３は、このラジアル軸受３に挿通される回転軸２が、図２中矢印Ｒ１方向に連続して回転すると、ハウジング７内に充填された潤滑油６が動圧発生溝９内を流通し、回転軸２の外周面とラジアル軸受３の内周面との間に動圧を発生させて回転する回転軸２を支持する。このとき、発生する動圧は、回転軸２とラジアル軸受３との間の摩擦係数を極めて小さくするものであって、回転軸２の円滑な回転を実現する。
【００２２】
回転軸２の軸受支持部２ｂを支持するスラスト軸受４は、円弧状若しくは先端先細り状に形成された回転軸２の軸受支持部２ａを点で支持するピボット軸受として形成されている。そして、スラスト軸受４は、回転軸２がハウジング７内に挿入されると、回転軸２の一端部に設けた軸受支持部２ａが当接され、この回転軸２を回転可能に支持する。
【００２３】
このスラスト軸受４を支持する弾性部材５は、スラスト軸受４の回転軸２と当接する面と反対側に設けられ、回転軸２にロータ等が取り付けられる際に軸受支持部２ｂよりスラスト軸受４に加わる荷重を吸収する。
【００２４】
回転軸２を回転自在に支持したラジアル軸受３、スラスト軸受４及び弾性部材５を収納するハウジング７は、円筒状に形成されたラジアル軸受３を収容して囲むような形状を有し、合成樹脂を一体成形して形成された単一の部材である。
【００２５】
ハウジング７は、図１に示すように、ハウジング本体１１に回転軸２が挿通される軸挿通孔１３が形成されている。軸挿通孔１３は、ハウジング本体１１の一端部１１ａ側を閉塞すると共に、ハウジング本体１１の他端部１１ｂ側に、回転軸２の挿入端となる軸挿通孔１３の開口１４が形成されている。
【００２６】
軸挿通孔１３の最深部には、弾性部材５が配設されると共に、この弾性部材５に支持され、回転軸２のスラスト方向の一端部に設けた軸受支持部２ａを回転可能に支持するスラスト軸受４が配設されている。
【００２７】
また、ハウジング７は、軸挿通孔１３の最深部近傍に、回転軸２の軸本体部２ａに形成された段差部８を係止する係止段部１５が形成されている。係止段部１５は、回転軸２の段差部８が形成された位置の径よりも小さい径を有すると共に、回転軸２の軸受支持部２ｂよりも広い径を有する。従って、ハウジング７は、軸挿通孔１３内に回転軸２が挿入されると、係止段部１５により回転軸２の段差部８が係止され、係止段部１５よりも奥に回転軸２が挿入されることを防止する。このとき、回転軸２は、軸受支持部２ｂの径が係止段部１５の径よりも小さいため、軸受支持部２ｂを係止段部１５よりも奥に配設されているスラスト軸受４に当接させることができる。従って、この軸受ユニット１は、回転軸２の取付部１７にロータを圧入して締結するときにも、回転軸２がハウジング本体１１の軸挿通孔１３内において係止段部１５に段差部８が係止されるため、スラスト軸受４が軸受支持部２ｂより受ける荷重を軽減することができる。これにより軸受ユニット１は、回転軸２の軸受支持部２ｂからの荷重によるスラスト軸受４の歪みや座屈を防止することができる。
【００２８】
上述のように構成されたハウジング７は、筒状をなすラジアル軸受３を包むようにして合成樹脂材料をアウトサート成形することにより、ラジアル軸受３がハウジング本体１１の内周側に配されて一体に形成される。
【００２９】
ハウジング７を構成する合成樹脂材料は、特に限定されるものではないが、ハウジング７内に充填される潤滑油６を弾き潤滑油６に対する接触角を大きくするような材料を用いることが望ましい。従って、ハウジング５は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアセタール等のフッ素系の合成樹脂、ポリテトラフルオロエチレンテフロン（テフロンは登録商標）、ナイロン等の合成樹脂を用いて形成することが好ましい。更には、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）などの合成樹脂を用いてもよい。更にまた、極めて高精度の成形が可能な液晶ポリマーによって形成してもよい。
【００３０】
ところで、ハウジング５の軸挿通孔１３は、この軸挿通孔１３に挿通された回転軸２が軸挿通孔１３の内周面に摺接することなく回転するように、回転軸２の軸本体部２ａの外径よりやや大きな内径をもって形成されている。このとき、軸挿通孔１３は、その内周面と軸本体部２ａの外周面との間にハウジング５内に充填された潤滑油６がハウジング５内から漏れるのを防止するに足る間隔ｃの空隙１９を有するように形成される。
【００３１】
ハウジング本体１１の他端部１１ｂに形成された開口１４は、軸挿通孔１３内に充填されている潤滑油６に対する接触角として６０度程度が確保されている。本発明が適用された軸受ユニット１は、ハウジング本体１１の開口１４の内周面を含んで軸挿通孔１３内に界面活性剤を塗布することなく潤滑油６の軸挿通孔１３に対する接触角を大きくすることができるので、回転軸２が回転することによって発生する遠心力により潤滑油６が開口１４を介してハウジング７の外部へ移動することを防止できる。
【００３２】
更に、開口１４の回転軸２の外周面と対向する内周面には、テーパ部２０が形成されている。テーパ部２０は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４の内周面との間に形成される空隙１９をハウジング７の外方に向かって拡大させるように傾斜されている。このテーパ部２０は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の内周面とによって形成される空隙１９に圧力勾配を形成し、ハウジング７内に充填された潤滑油６をハウジング７の内部に引き込む力が発生する。回転軸２の回転時に、潤滑油６がハウジング７の内部に引き込まれるようになるので、動圧流体軸受により構成されたラジアル軸受３の動圧発生溝９に潤滑油６が確実に浸入して動圧を発生させ、回転軸２の安定した支持が実現され、且つハウジング７に充填された潤滑油６の漏洩を防止することができる。
【００３３】
本発明が適用された軸受ユニット１において、動圧流体軸受を構成するラジアル軸受３に設けた動圧発生溝９に浸入して動圧を発生させる潤滑油６は、図１及び図３に示すように、ハウジング７内から軸挿通孔１３の開口１４形成されたテーパ部２０と回転軸２の外周面とによって形成された空隙１９に臨むように充填される。即ち、潤滑油６は、ハウジング７内の隙間に充填され、更に燒結金属からなるラジアル軸受３に含浸される。
【００３４】
ここで、回転軸２に形成されたテーパ部２０と軸挿通孔１３の開口１４との間に形成された空隙１９について説明する。この空隙１９の最小の間隔は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間に形成される図３中間隔ｃに相当し、この間隔ｃは２０μｍ〜２００μｍが好ましく、１００μｍ程度が最も好ましい。間隔ｃが２０μｍよりも小さいと、軸受ユニット１のハウジング５を合成樹脂により一体成形で作る際の成形精度を確保することが難しい。空隙１９の間隔ｃが２００μｍよりも大きいと、軸受ユニット１に衝撃が加えられたとき、ハウジング７に充填された潤滑油６がハウジング７の外部に飛散してしまう耐衝撃性が低下してしまう。
【００３５】
ハウジング７に充填された潤滑油６が衝撃によりハウジング７の外部に飛散するに耐衝撃性Ｇに関しては、下記の式（１）に示すように、
Ｇ＝（１２γｃｏｓβ／２ρｃ２）／ｇ　・・・（１）
で表される。
【００３６】
ここで、γ：潤滑油の表面張力
β：潤滑油の接触角
ρ：潤滑油の密度
ｃ：回転軸と軸挿通孔との間の間隔
ｇ：自然落下加速度
である。
【００３７】
式（１）より、耐衝撃性Ｇは、空隙１９の間隔ｃの２乗に反比例する。
【００３８】
また、熱膨張による油面上昇量ｈは、下記の式（２）式に示すように、
ｈ＝ＶαΔｔ／２πＲｃ　　・・・（２）
で示される。
【００３９】
ここで、Ｖ　：潤滑油充填量、
α　：熱膨張係数
Δｔ：温度変化量
Ｒ　：軸半径
である。
【００４０】
式（２）より、油面上昇量ｈは、間隔ｃの大きさに反比例するので、間隔ｃを狭くすれば、耐衝撃性Ｇは向上するが、温度の上昇による潤滑油６の油面高さｈの上昇は激しくなり、開口１４の軸方向の厚さが必要になってしまう。
【００４１】
計算によれば、直径２ｍｍ〜直径３ｍｍの軸径の回転軸２を有する軸受ユニット１では、回転軸２と開口１４との間に形成される空隙１９の間隔ｃを１００μｍ程度とし、開口１４の高さＨ１が１ｍｍ程度であると、耐衝撃性は１０００Ｇ以上であり、耐温度特性８０℃に耐えることができ、ハウジング７内に充填した潤滑油６の飛散を防止した信頼性の高い軸受ユニット１を構成できる。
【００４２】
また、本発明が適用された軸受ユニット１は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間に形成される空隙１９の間隔ｃをハウジング７の外方に向かって拡大させるように傾斜させたテーパ部２０が設けられるので、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４とによって形成される空隙１９の間隔ｃに圧力勾配が形成され、回転軸２が回転したときに発生する遠心力により、ハウジング７内に充填された潤滑油６をハウジング７の内部に引き込む力が発生する。
【００４３】
即ち、本発明が適用された軸受ユニット１において、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間に形成される空隙１９は、表面張力シールにより、潤滑油６の飛散を防止している。
【００４４】
ここで表面張力シールについて説明する。表面張力シールは、流体の毛細管現象を利用したシール方法である。図４に示すような毛細管による液体の上昇高さｈ１は、下記のように求められる。
【００４５】
２πｒγｃｏｓθ＝ｍｇ　・・・（３）
ｍは、下記の式（４）で表される。
【００４６】
ｍ＝πｒ２ｈρ　・・・（４）
ここで、ｍ：管内のｈの範囲の流体質量
ｒ：毛細管半径
γ：粘性流体の表面張力
θ：粘性流体の接触角
ρ：粘性流体の密度
ｇ：重力加速度
である。
【００４７】
式（３）、式（４）より下記の式（５）が導き出される。
【００４８】
ｈ＝２γｃｏｓθ／ｒρｇ　・・・（５）
一般的に、圧力Ｐと流体高さとの関係は下記の式（６）で表される。
【００４９】
Ｐ＝ρｇｈ　・・・（６）
ここで式（５）、式（６）から圧力Ｐは、式（７）のように得ることができる。
【００５０】
Ｐ＝２γｃｏｓθ／ｒ　・・・（７）
式（７）において、圧力Ｐは流体を引き込む引き込み圧力を意味する。式（７）より引き込み圧力Ｐは、毛細管が細い程大きくなる。
【００５１】
上述した説明は、毛細管の断面形状が円形のときの式であるが、本発明が適用された軸受ユニット１は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間に形成される空隙１９に浸入した潤滑油６は、図５に示す円環状となっている。この場合の液体としての潤滑油６の上昇高さｈ１は、下記の式（８）に示すように求められる。
【００５２】
２π（Ｒ＋ｒ）γｃｏｓθ＝ｍｇ　・・・（８）
ｍは、下記の式（９）で表される。
【００５３】
ｍ＝π（Ｒ２−ｒ２）ｈρ　・・・（９）
式（８）、式（９）から下記の式（１０）が得られる。
【００５４】
ｈ１＝（２γｃｏｓθ）／（（Ｒ−ｒ）ρｇ）　・・・（１０）
（Ｒ−ｒ）を回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間に形成される空隙１９の間隔ｃとすると、式（１０）は式（１１）に示すようになる。
【００５５】
ｈ＝（２γｃｏｓθ）／（ｃρｇ）　・・・（１１）
よって、潤滑油６の断面形状が円環状であった場合は、引き込み圧力は式（１２）に示すように表される。
【００５６】
Ｐ＝２γｃｏｓθ／ｃ　・・・（１２）
ここで、具体的な計算例を示す。
【００５７】
回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間に形成される空隙１９の間隔ｃを０．０２ｃｍ（０．２ｍｍ）、粘性流体の表面張力γを３０ｄｙｎ／ｃｍ２、潤滑油６の接触角θを１５°としたとき、引き込み圧力は式（１３）より２．８６×１０−３気圧（ａｔｍ）となる。
【００５８】
Ｐ＝２×３０×ｃｏｓ１５°／０．０２＝３．００×１０３ｄｙｎ／ｃｍ２
＝２．８６×１０−３気圧（ａｔｍ）　・・・（１３）
上記式（１２）により、引き込み圧力Ｐは、空隙１９の間隔ｃが狭いほど増大する。よって、回転軸２にテーパ部２０を設けることは、粘性流体としての潤滑油６を空隙１９の間隔ｃが狭い方向、すなわちハウジング７の内部方向へと引き込むことを可能とする。
【００５９】
例えば、図６のように、開口１４に設けたテーパ部２０の径の異なる部分ｔ１及びｔ２での引き込み圧力Ｐ１、Ｐ２は、ｔ１の部分における回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間隔ｃ１とｔ２の部分における回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間隔ｃ２の関係が、ｃ１＜ｃ２であるので、式（１２）により、Ｐ１＞Ｐ２であり、潤滑油６のハウジング７内部への引き込み圧力Ｐは、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間に形成される空隙１９の間隔ｃが狭い程増大することがわかる。
【００６０】
このように、ハウジング７に充填した潤滑油６のハウジング７外部への漏れを防止する軸挿通孔１３の開口１４と回転軸２の外周面との間に形成される空隙１９の間隔ｃがハウジング７の内方に向かって小さくなるようなテーパ部２０を設けることにより、空隙１９に位置する潤滑油６に圧力勾配を生じさせる。即ち、潤滑油６に付与される圧力勾配は、空隙１９の間隔ｃが小さくなるハウジング７の内方に向かって大きくなる。潤滑油６にこのような圧力勾配が発生することにより、潤滑油６は、常時ハウジング７の内方に引き込まれる圧力Ｐが作用してしているので、回転軸２が回転した場合であっても、空隙１９に存在する潤滑油６中に空気を巻き込むようなことがない。
【００６１】
上述したようなテーパ部２０を設けない場合、即ち、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間の空隙１９の間隔ｃが、図７に示すように、開口１４の高さ方向で一定である場合には、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間の空隙１９に浸入した潤滑油６に圧力勾配が発生しないので、潤滑油６は空隙１９中に均一に存在する。即ち、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間の間隔ｃを狭めることによってシール機能を有する空隙１９に浸入した潤滑油６は、回転軸２の回転によって空隙１９内を移動して空気Ｅを巻き込んでしまうことがある。このように、潤滑油６中に空気Ｅを巻き込むと、温度変化、気圧変化等により空気が膨張し、潤滑油６を空隙１９からハウジング７の外部に飛散させてしまう。
【００６２】
これに対して、本発明が適用された軸受ユニット１は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間に形成される空隙１９の間隔ｃがハウジング７の内方に向かって小さくなるようなテーパ部２０を設けることにより、空隙１９に浸入した潤滑油６に、ハウジング７の内方に向かって圧力が大きくなる圧力勾配が発生するので、回転軸２が回転したとき、潤滑油６中に空気Ｅを巻き込むことを防止できる。
【００６３】
更に、上述したようなテーパ部２０を設けることにより、軸受ユニット１は、ハウジング７に設けた軸挿通孔１３に対し回転軸２が偏芯した際にも、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間に形成される空隙１９に浸入した潤滑油６のハウジング７の外方への飛散を防止できるばかりか、回転軸２の全周に亘って潤滑油６を浸入させることができ、回転軸２周囲の潤滑油６が切れることが防止でき、回転軸２の安定した回転を保証できる。
【００６４】
ハウジング７に設けた軸挿通孔１３に対し回転軸２が偏芯した際に、上述したようなテーパ部２０が設けられていない場合には、図８に示すように、潤滑油６は、回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間の間隔ｃが狭い方へと集中し、その反対側の間隔ｃの広い部分では潤滑油６が切断され、空気Ｅを巻き込んでしまう。潤滑油６中に空気Ｅが巻き込まれると、温度変化、気圧変化等により空気Ｅが膨張し、潤滑油６をシール部を構成する空隙１９からハウジング７の外部に飛散してしまう。
【００６５】
これに対し、本発明に係る軸受ユニット１は、開口１４にテーパ部２０を設けることにより、ハウジング７に設けた軸挿通孔１３に対し回転軸２が偏芯した際にも、図９に示すように、偏心した回転軸２が回転する楕円軌道上に必ず同じ間隔ｃの空隙１９が存在し、その楕円軌道上での回転軸２の外周面と軸挿通孔１３の開口１４との間に形成される空隙１９の間隔ｃは、図１０に示すように、回転軸２の全周に亘って一定となるので、潤滑油６が間隔ｃの狭い方へと集中するような現象が発生せず、潤滑油６の空隙１９、ひいてはハウジング７内からの放出を防止することが可能となる。
【００６６】
なお、上述した軸受ユニット１は、テーパ部２０を軸挿通孔１３の開口１４側に設けているが、図１１に示すように、回転軸２の外周面にテーパ部を設けるようにしてもよい。
【００６７】
次いで、以上のように構成された本発明が適用された軸受ユニット１を製造する工程について説明する。
【００６８】
軸受ユニット１を製造するには、ラジアル軸受３の外周囲に上述した何れかの合成樹脂をアウトサート成形してハウジング７を形成する。このとき、ハウジング７は、内部に係止段部１５が一体に形成される。ラジアル軸受３は、ハウジング７がアウトサート成形されるとき、ハウジング７の内部に一体化される。
【００６９】
次に、ハウジング本体１１の軸挿通孔１３の最深部に弾性部材５及びスラスト軸受４を挿入する。
【００７０】
次に、回転軸２をハウジング本体１１の他端部１１ｂに形成された開口１４より軸挿通孔１３に挿入する。回転軸２は、軸本体部２ａがラジアル軸受３に支持されると共に、軸受支持部２ｂがスラスト軸受４に当接される。ラジアル軸受３及びスラスト軸受４によって支持された回転軸２は、ハウジング７内で回転可能に支持される。また、このとき、回転軸２は、軸受支持部２ｃがハウジング本体１１の軸挿通孔１３の最深部に配設されたスラスト軸受４に当接される。このときスラスト軸受４は、弾性部材５に支持されて、回転軸２の軸受支持部２ｃから受ける荷重が軽減される。
【００７１】
回転軸２をハウジング７に挿入したところで、ハウジング７に潤滑油６を充填する。潤滑油６の充填は、潤滑油６が収容されている充填槽に回転軸２を挿入したハウジング７を投入する。次いで、ハウジング７が投入された充填槽を真空装置により真空吸引する。その後、真空吸引された充填槽を大気中に取り出すことにより、ハウジング７内に潤滑油６が充填される。
【００７２】
このとき、潤滑油６は、温度変化により膨張した場合に、軸挿通孔１３内からハウジング７の外部に漏洩することを防止し、また温度変化により収縮した場合には、回転軸２と軸挿通孔１３との間に形成された空隙１９への充填不足が発生しないように充填される。すなわち、温度変化による潤滑油６の油面高さの変化は、軸挿通孔１３内の範囲にあるように設定される。
【００７３】
潤滑油６のハウジング７への充填を真空装置を用いて真空吸引して行うことにより、ハウジング７の内部の圧力が外部より低い状態になる。その結果、潤滑油６は、容易にハウジング７から漏洩することが防止される。
【００７４】
本発明が適用された軸受ユニット１は、ラジアル軸受３を焼結メタルにより形成しているので、このラジアル軸受３に潤滑油６が充填され、更に、回転軸２の回転により動圧を発生させる動圧発生溝９中にも潤滑油６が充填される。すなわち、潤滑油６はハウジング７内の全ての空隙に充填される。
【００７５】
なお、上述した軸受ユニット１は、ハウジング７を合成樹脂の成型体により形成しているが、合成樹脂に限られず、金型装置を用いて成形可能な金属材料を混合した合成樹脂やその他の成形材料を用いて形成したものであってもよい。なお、ハウジングを合成樹脂以外の材料により形成したとき、ハウジングに充填された潤滑油の軸挿通孔内周面との接触角が十分に維持できなくなる場合がある。このように潤滑油の接触角を大きく維持できなくなるおそれがある場合には、軸挿通孔の内周面、さらには軸挿通孔の内周面を含んで開口の内周面に、界面活性剤を塗布して接触角を大きくするようにすればよい。
【００７６】
潤滑油６が充填された軸受ユニット１は、ハウジング本体１１の開口１４より突出している回転軸２の取付部２ｃにロータ等の回転体が圧入されることにより締結される。
【００７７】
以上のように製造される本発明が適用された軸受ユニット１によれば、軸挿通孔１３に挿入された回転軸２は、軸受支持部２ｃが弾性部材５に支持されたスラスト軸受４に当接されることにより、段差部８が軸挿通孔１３内に形成されている係止段部１５に当接されることなく、段差部８と係止段部１５とが若干の空隙（３μｍ程度）を保ちながら軸挿通孔１３内に支持されている。そして、軸受ユニット１は、回転軸２の取付部２ｃにロータ等が圧入されて締結される際、回転軸２の段差部８が、ハウジング本体１１の軸挿通孔１３内に形成された係止段部１５に係止される。従って、軸受ユニット１は、回転軸２のスラスト方向に係る荷重を、弾性部材５及び軸挿通孔１３の係止段部１５で受けとめ、スラスト軸受４が回転軸２の軸受支持部２ｂより受ける荷重を軽減することができる。これにより軸受ユニット１は、ロータ等の圧入時に回転軸２にかかる荷重によるスラスト軸受４の歪みや座屈を防止することができる。
【００７８】
また、本発明が適用された軸受ユニットは、以下のように形成してもよい。なお、以下に述べる軸受ユニットにおいて、上述した軸受ユニット１と同一の部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。この軸受ユニット３０は、図１２に示すように、ハウジング本体１１内に形成された軸挿通孔１３内にラジアル軸受３及び弾性部材５に支持されたスラスト軸受４を配設すると共に、回転軸２のスラスト方向にかかる荷重を受ける係止段部３１を設ける。また、回転軸２の軸受支持部２ｃにリング状の係止部材３２を配設し、軸挿通孔１３の係止段部３１に係止させることにより、回転軸２からスラスト軸受４にかかる荷重を軽減させるものである。
【００７９】
ハウジング本体１１の軸挿通孔１３内に形成される係止段部３１は、ハウジング本体１１内に配設されているラジアル軸受３の下方に所定のクリアランスを隔てて軸挿通孔１３の周回り方向に亘って中心方向に張り出し形成されている。係止段部３１は、回転軸２の軸受支持部２ｃが挿通可能な径を有する。
【００８０】
この係止段部３１に係止される係止部材３２は、ステンレスや真鍮等をリング状に形成され、回転軸２の軸受支持部２ｂに嵌挿されている。係止部材３２は、軸挿通孔１３に形成された係止段部３１よりも大きな径を有する。従って、回転軸２は、係止部材３２が嵌挿されることにより、スラスト方向に荷重がかかると、係止部材３２が係止段部３１に当接され、この荷重を係止段部３１で受けることができる。
【００８１】
このような軸受ユニット３０は、係止部材３２が嵌挿された回転軸２が軸挿通孔１３内に挿入されると、回転軸２が、軸受支持部２ｃが弾性部材５に支持されたスラスト軸受４に当接されることにより、係止部材３２が軸挿通孔１３内に形成されている係止段部３１に当接されることなく、係止部材３２と係止段部３１とが若干の空隙を保ちながら軸挿通孔１３内に支持される。そして、軸受ユニット３０は、回転軸２の取付部２ｃにロータ等が圧入されて締結される際、回転軸２の係止部材３２が、ハウジング本体１１の軸挿通孔１３内に形成された係止段部３１に係止される。従って、軸受ユニット３０は、回転軸２のスラスト方向に係る荷重を、弾性部材５及び軸挿通孔１３の係止段部３１で受けとめ、スラスト軸受４が回転軸２の軸受支持部２ｂより受ける荷重が軽減され、スラスト軸受４の歪みや座屈を防止することができる。
【００８２】
このような軸受ユニット３０は、回転軸２の径が細く、上述した軸受ユニット１の回転軸のごとく段差部８を設けることが困難な場合に有効となる。また、軸挿通孔１３内に設けられる係止段部３１と回転軸２に嵌挿される係止部材３２との接触面積を適宜大きくすることにより、回転軸２の取付部２ｃにロータ等の回転体が圧入される際に回転軸２のスラスト方向にかかる応力の許容範囲を増やすことができる。
【００８３】
次いで、本発明が適用された軸受ユニットをファンモータに用いた場合について説明する。このファンモータは、コンピュータ等の電子機器の内部に発生する熱を放熱する冷却装置５０として用いられる。電子機器に内蔵される冷却装置５０は、図１３に示すように、電子機器本体を構成する筐体５１内に収納されている。冷却装置５０は、図１４に示すように、金属製のベース５２と、このベース５２に取り付けられたファンモータ５３と、このファンモータ５３によって回転操作されるファン５４と、ファン５４を収納したファンケース５５と、ヒートシンク５６とを有する。
【００８４】
ベース５２は、図１４に示すように、略Ｌ字状に形成されている。ベース５２の一端側の一方の面５２ａには、ＣＰＵ（中央処理装置）の如く通電されて駆動することによって発熱する発熱素子５７が取り付けられている。発熱素子５７は、熱伝達シール５８を介してベース５２の一方の面５２ａ側に取り付けられている。
【００８５】
ベース５２の一方の面５２ａ側の略中央部には、ファンモータ５３が取り付けられると共に、このファンモータ５３によって回転操作されるファン５４を収納するファンケース５５が取り付けられている。ファンケース５５には、ファンモータ５３によって回転されるファン５４の中央部に対応する位置を開放する円形の吸気口５９が設けられている。筐体５１の底面側のファンケース５５に設けた吸気口５９に対向する位置には、この吸気口５９に連通するように、開口６０が設けられている。更に、ファンケース５５には、吸気口５９から吸引したエアーを外部に排気するための排気口６１が設けられている。
【００８６】
ベース５２の他端側の一方の面５２ａには、ヒートシンク５６が固定されている。ヒートシンク５６は、コルゲート状若しくはフィン状のヒートシンクであり、放熱性に優れた金属、例えばアルミニウムにより作成されている。ベース５２及びファンケース５５も、放熱性に優れた金属であるアルミニウムや鉄により作成することが望ましい。
【００８７】
発熱素子５７が取り付けられ、この発熱素子５７から発生する熱を放熱する冷却装置５０及びヒートシンク５６を取り付けたベース５２には、筐体５１内に取り付けられるときに用いられるネジが挿通される複数の取付孔６２が設けられている。ベース５２は、取付孔６２に挿通される固定用のネジを、図１３に示すように筐体５１の内部に設けたボス６３に固定することによって、筐体５１内に取り付けられる。
【００８８】
ヒートシンク５６は、ベース５２が筐体５１内に取り付けられたとき、図１３及び図１４に示すように、筐体５１の側面に設けた貫通口６４に対向する位置に配置される。
【００８９】
上述したように構成された冷却装置５０は、ファンモータ５３が駆動され、ファン５４が図１４中矢印Ｒ２方向に回転操作されると、筐体５１に設けた開口６０を介して装置外部のエアーを図１３及び図１４中矢印Ｄ１方向に吸引し、更に吸気口５９を介してファンケース５５内に吸引する。ファン５４の回転によってファンケース５５内に吸引されたエアーは、図１３及び図１４中矢印Ｄ２方向に流通し、更にヒートシンク５６中を流通するように図１４中矢印Ｄ３方向に流通し、貫通口６４を介して筐体５１の外部に排気される。
【００９０】
ところで、ベース５２に取り付けられた発熱素子５７が駆動されて発生する熱は、放熱性に優れた金属により形成されたベース５２を介して、このベース５２に取り付けられたヒートシンク５６に伝達される。このとき、冷却装置５０のファン５４が回転され筐体５１の外部から吸引されたエアーが、ヒートシンク５６の複数のフィン中を流通することにより、ヒートシンク５６に伝達されている熱を貫通口６４を介して筐体５１の外部に放熱する。
【００９１】
次に、上述した冷却装置５０のファン５４を回転駆動するファンモータ５３について説明する。本発明に係る軸受ユニット１，３０を用いたファンモータ５３は、図１５に示すように、ロータ６６とステータ６７とを備える。
【００９２】
ステータ６７は、ファンモータ５３と共にこのファンモータ５３によって回転操作されるファン５４を収納したファンケース５５の上面板５５ａ側に一体に設けられている。ステータ６７は、ステータヨーク６８と、本発明にかかる軸受ユニット１，３０と、コイル６９とこのコイル６９が巻回されるコア７０とを備える。ステータヨーク６８は、ファンケース５５の上面部５５ａと一体に形成されたもの、すなわち、ファンケース５５の一部によって構成したものでもよく、別体に形成したものであってもよい。ステータヨーク６８は、例えば鉄により形成されている。軸受ユニット１，３０は、ステータヨーク６８の中心部に筒状に形成されたホルダー７１中に圧入若しくは接着、さらには圧入と共に接着により固定されている。
【００９３】
なお、軸受ユニット１，３０が圧入されるホルダー７１は、ステータヨーク６８と一体に円筒状に形成されている。
【００９４】
ステータヨーク６８に一体に形成されたホルダー７１の外周部には、図１５に示すように、駆動電流が供給されるコイル６９が巻回されたコア７０が取り付けられている。
【００９５】
ステータ６７と共にファンモータ５３を構成するロータ６６は、軸受ユニット１，３０に回転可能に支持された回転軸２に取り付けられ、回転軸２と一体に回転する。ロータ６６は、ロータヨーク７５と、このロータヨーク７５と一体に回転する複数の羽根７６を有するファン５４とを有する。ファン５４の羽根７６は、ロータヨーク７５の外周面にアウトサート成形することにより、ロータヨーク７５と一体に形成される。
【００９６】
ロータヨーク７５の筒状部７５ａの内周面には、ステータ６７のコイル６９と対向するように、リング状のロータマグネット７７が設けられている。このロータマグネット７７は、周回り方向にＳ極とＮ極が交互に着磁されたプラスチックマグネットであり、接着剤によりロータヨーク７５内周面に固定されている。
【００９７】
ロータヨーク７５は、軸受ユニット１，３０に支持された回転軸２の先端側に設けた取付部２ｃに、平板部７５ｂの中心部に設けた貫通孔７８ａが設けられたボス部７８を圧入することによって回転軸２と一体に回転可能に取り付けられる。
【００９８】
このとき、軸受ユニット１は、上述したように、回転軸２に形成された段差部８がハウジング本体１１の軸挿通孔１３内に形成された係止段部１５に係止される。従って、ファンモータ５３は、軸受ユニット１の回転軸２にかかるスラスト方向の荷重を、弾性部材５及び軸挿通孔１３の係止段部１５で受け止め、スラスト軸受４が回転軸２の軸受支持部２ｂより受ける荷重を軽減することができる。これにより、ファンモータ５３は、軸受ユニット１の回転軸２にロータヨーク７５を圧入するときに回転軸２にかかる荷重により、スラスト軸受４が歪みまた座屈することを防止することができる。
【００９９】
また、上述のような構成を備えたファンモータ５３は、ステータ６７側のコイル６９に、ファンモータ５３の外部に設けた駆動回路部から所定の通電パターンにより駆動電流が供給されると、コイル６９に発生する磁界とロータ６６側のロータマグネット７７からの磁界との作用によって、ロータ６６が回転軸２と一体に回転する。ロータ６６が回転することにより、このロータ６６に取り付けられた複数の羽根７６を有するファン５４もロータ６６と一体に回転する。ファン５４が回転されることにより、筐体５１に設けた開口６０を装置外部のエアーが図１３中及び図１４中矢印Ｄ１方向に吸引され、更に同図中矢印Ｄ２方向に流通し、ヒートシンク５６中を流通しながら貫通口６４を介して筐体５１の外部に排気される。これにより発熱素子５７から発生する熱を装置本体の外部に放熱し、電子機器本体内を冷却することができる。
【０１００】
なお、本発明が適用されるモータは、上述したファンモータ以外にも上記軸受ユニットにより回転可能に支持されている各種モータにも適宜採用することができる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る軸受ユニットによれば、回転軸の取付部にロータ等が圧入されて締結される際に、回転軸の段差部が、ハウジング本体の軸挿通孔内に形成された係止段部に係止される。従って、軸受ユニットは、回転軸のスラスト方向に係る荷重を軸挿通孔の係止段部で受けとめ、スラスト軸受が回転軸より受ける荷重が軽減され、スラスト軸受の歪みや座屈を防止することができる。
【０１０２】
また、本発明に係るモータによれば、軸受ユニットの回転軸にかかるスラスト方向の荷重を、弾性部材及び軸挿通孔の係止段部で受け止め、スラスト軸受が回転軸より受ける荷重を軽減することができる。これにより、モータは、軸受ユニットの回転軸に回転体を圧入するときに回転軸にかかる荷重により、スラスト軸受が歪みまた座屈することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された軸受ユニットを示す断面図である。
【図２】ラジアル軸受の内周面に形成された動圧発生溝を示す斜視図である。
【図３】回転軸の外周面とハウジングに設けた軸挿通孔の内周面とによって形成される空隙を示す断面図である。
【図４】流体の毛細管現象を説明する図である。
【図５】回転軸の外周面と軸挿通孔の内周面との間に形成される空隙に浸入した潤滑油の状態を示す横断面図である。
【図６】回転軸に設けたテーパ部の径の異なる部分での引き込み圧力の違いの説明に用いる回転軸の外周面と軸挿通孔の内周面との間に形成される空隙を示す縦断面図である。
【図７】回転軸の外周面と軸挿通孔の内周面との間に形成される空隙中に浸入した潤滑油中に空気が巻き込まれた状態を示す縦断面図である。
【図８】回転軸の外周面と軸挿通孔の内周面との間に形成される空隙中に浸入した潤滑油が切断された状態を示す横断面図である。
【図９】ハウジングに設けた軸挿通孔に対し回転軸が偏芯している状態を示す縦断面図である。
【図１０】ハウジングに設けた軸挿通孔に対し回転軸が偏芯しているときの空隙中に浸入した潤滑油の状態を示す断面図である。
【図１１】回転軸にテーパ部を設けた本発明に係る軸受ユニットの他の例を示す断面図である。
【図１２】回転軸に係止部材を嵌挿させると共に、軸挿通孔に係止段部を設けた本発明に係る軸受ユニットの他の例を示す断面図である。
【図１３】本発明に係るモータが適用された電子機器の断面図である。
【図１４】本発明に係るモータを用いた冷却装置を示す斜視図である。
【図１５】本発明に係るモータを備えた冷却装置を示す断面図である。
【図１６】従来用いられている軸受ユニットを示す断面図である。
【図１７】従来用いられている軸受ユニットに回転体を圧入する様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１，３０　軸受ユニット、２　回転軸、３　ラジアル軸受、４　スラスト軸受、５　弾性部材、６　潤滑油、７　ハウジング、８　段差部、１１　ハウジング本体、１３　軸挿通孔、１４　開口、１５　係止段部、１９　空隙、２０　テーパ部、３１　係止段部、３２　係止部材、５０　冷却装置、５１　筐体、５２　ベース、５３　ファンモータ、５４　ファン、５６　ヒートシンク、５７　発熱素子、６６　ロータ、６７　ステータ、６８　ステータヨーク、７１　ホルダ、７５　ロータヨーク、７６　羽根、７７　ロータマグネット
【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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【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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