(57)【要約】【課題】駆動用半導体素子の冷却を小型でしかも通風抵抗になり難い構成で実現する。【解決手段】送風機部の羽根車２０１の下流に設けるディフューザ翼２０３をファンケーシング２０７の内面から起立させ、駆動用半導体スイッチング素子４０１を前記ファンケーシングにおける外面に取り付けて設置することにより、前記駆動用半導体スイッチング素子で発生した熱をファンケーシングを介してディフューザ翼に伝達し、このディフューザ翼に沿って流れる高流速の気流に効率良く放散する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機部と送風機部を備え、前記送風機部は、羽根車の外周に位置するようにディフューザ翼を起立させたディフューザと、前記羽根車とディフューザを包囲するように設けたファンケーシングを備え電動送風機において、
前記ディフューザ翼は、前記ファンケーシングの内側から一体的に起立させ、このファンケーシングにおける前記ディフューザ翼起立位置の外側に位置させて駆動用半導体素子を取り付けたことを特徴とする電動送風機。
【請求項２】
請求項１において、前記駆動用半導体素子を覆う保護カバーを設けたことを特徴とする電動送風機。
【請求項３】
請求項２において、前記駆動用半導体素子と制御信号発生回路は一体化してシステムパワーモジュールとなし、このシステムパワーモジュールを前記ファンケーシングの外側に取り付けたことを特徴とする電動送風機。
【請求項４】
請求項１〜３の１項に記載した電動送風機を備えたことを特徴とする電気掃除機。
【請求項５】
請求項４において、前記電動送風機は、前記送風機部の吸気口に嵌着した防振ゴムおよび電動機部のハウジングの底部の軸受室の外周に嵌着した防振ゴムを介して掃除機本体に支持させたことを特徴とする電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動送風機および電気掃除機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家庭用の電気掃除機などに使用するブラシレス直流電動機を駆動するためには、駆動用制御回路が必要である。この制御回路（半導体素子等の電子部品）は、電力損失により発熱することから冷却が必要である。ブラシレス直流電動機を使用した電動送風機の駆動用制御回路の冷却構造としては、例えば特開平１１−３３６６９６号公報や特公平７−３５７９７号公報に記載されている。
【０００３】
特開平１１−３３６６９６号公報に記載された電動送風機は、電動機等を保持するフレームの外側に外筒を設け、この外筒に駆動用の半導体素子を取り付けている。そして、フレームと外筒の間にインペラからの排気空気を流すような流路を構成し、前記外筒を冷却フィンとして利用して電動送風機の駆動用制御回路の冷却を行うようにしている。
【０００４】
また、特公平７−３５７９７号公報に記載された電動送風装置は、送風機の吸気口にダクトを有する放熱カバーを設置し、この放熱カバーに駆動用制御回路を取り付け、送風機に流入する空気流によって駆動用制御回路の冷却を行う構成である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１−３３６６９６号公報に記載された電動送風機は、フレームの外側に冷却フィンとして外筒を設置しているために、電動送風機の大型化やコスト上昇につながる。また、外筒を放熱フィンとしていることから放熱面積は広くなるが、フレームと外筒の間の流路断面積は広くなり、そこを流れる空気の流速が遅くなることから放熱作用が低下して冷却効果が不十分になる可能性がある。流速を早くするために流路断面積を狭くすると、流路内の通風抵抗が増大して電動送風機の効率が低下してしまう。
【０００６】
特公平７−３５７９７号公報に記載された電動送風装置は、ダクトを有する放熱カバーを設けることから電動送風機の大型化につながる。また、吸気側の流路断面積は小さいために流速が早く、ダクト内での摩擦損失が大きくなり、通風抵抗が増大することから電動送風機の効率が低下してしまう。
【０００７】
本発明の１つの目的は、電動送風機における電動機を制御する駆動用半導体素子を冷却する冷却機構を比較的に簡単な構成で小型に実現することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、電動送風機における電動機を制御する駆動用半導体素子を冷却する冷却機構を比較的に簡単且つ小型に構成し、しかも通風抵抗の増加を抑制することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、羽根車の外周に設置するディフューザ翼をファンケーシングの内側に該ファンケーシングから一体的に起立させ、このディフューザ翼の起立位置の外側に位置するようにファンケーシングに駆動用半導体素子を取り付け、この駆動用半導体素子で発生した熱をファンケーシングを介してディフューザ翼に伝達し、そこを流れる高速気流に効率良く放散させるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
具体的には、電動機部と送風機部を備え、前記送風機部は、羽根車の外周に位置するようにディフューザ翼を起立させたディフューザと、前記羽根車とディフューザを包囲するように設けたファンケーシングを備え電動送風機において、
前記ディフューザ翼は、前記ファンケーシングの内側から一体的に起立させ、このファンケーシングにおける前記ディフューザ翼起立位置の外側に位置させて駆動用半導体素子を取り付けたことを特徴とし、
前記駆動用半導体素子を覆う保護カバーを設けたことを特徴とし、
前記駆動用半導体素子と制御信号発生回路は一体化してシステムパワーモジュールとなし、このシステムパワーモジュールを前記ファンケーシングの外側に取り付けたことを特徴とし、
前記電動送風機は、前記送風機部の吸気口に嵌着した防振ゴムおよび電動機部のハウジングの底部の軸受室の外周に嵌着した防振ゴムを介して掃除機本体に支持させたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
第１の実施の形態
この第１の実施の形態は、電動送風機における送風機部の羽根車の下流に設けるディフューザ翼をファンケーシングの内面から起立させ、電動機の駆動電流を制御する駆動用半導体素子である駆動用半導体スイッチング素子を前記ファンケーシングにおける外面に取り付けて設置することにより、前記駆動用半導体スイッチング素子で発生した熱をファンケーシングを介してディフューザ翼に伝達し、このディフューザ翼に沿って流れる高流速の気流に効率良く放散して冷却する構成である。
【００１３】
この第１の実施の形態を図１〜図５を参照して具体的に説明する。図１は、この実施の形態における電動送風機の横断平面図である。この実施の形態における電動送風機は、電気掃除機に使用するものであり、電動機としてブラシレス直流電動機を使用している。図２は、この電動送風機における羽根車とディフューザの正面図である。図３は、この電動送風機のエンドブラケットとガイドプレートの表面図である。図４は、この電動送風機における電気回路部品を実装したファンケーシングの正面図である。図５は、この電動送風機を使用する電気掃除機の電気的回路図である。
【００１４】
まず、電動機部１００について説明する。回転子１０１は、コアの外周側に永久磁石（磁極）を配置した構成であり、回転軸１０２に嵌着する。固定子１０３は、駆動巻線１０４を備え、前記回転子１０１の外周に位置するようにハウジング１０５内に固定する。このハウジング１０５は、有底円筒形態に絞り加工した部材であり、底部側に形成した軸受室内に軸受１０６を保持し、開放側部に止めねじ１０７によって取り付けたバー状のエンドブラケット１０８に軸受１０９を保持し、この２つの軸受１０６，１０９によって前記回転軸１０２を支持する。なお、前記駆動巻線１０４は、回転子１０１の磁極（永久磁石）との相対位置に応じて駆動用半導体スイッチング素子をオンオフ制御して給電制御することにより回転子１０１の磁極位置に応じた回転磁界を発生する。回転子１０１の磁極の回転位置検出は、回転位置検出基板１１０に実装したホール素子などのセンサによって行う。また、ハウジング１０５には、固定子１０３の両側に位置するように複数の排気窓１１１を設ける。
【００１５】
次に、送風機部２００について説明する。電動機部１００から伸びる回転軸１０２に取り付けた遠心型の羽根車２０１は、複数の羽根車翼２０２を有する。この羽根車２０１の外周側には、複数のディフューザ翼２０３を設けたディフューザ２０４を設置する。羽根車２０１の背面側には複数の案内翼２０５を設けたガイドプレート２０６を前記エンドブラケット１０８に固定するようにして設置する。このガイドプレート２０６の案内翼２０５は、略流線形に形成する。
【００１６】
ファンケーシング２０７は、熱伝導性に優れた金属製部材で構成し、中央部に吸気口２０８を設け、その内側に前記ディフューザ翼２０３を一体的に起立させ、前記羽根車２０２とディフューザ２０４を内包するように前記電動機部１００のハウジング１０５の開放側端部に嵌着する。このファンケーシング２０７における前記ディフューザ翼２０３の起立位置の外側に位置するように駆動用半導体スイッチング素子４０１を該ファンケーシング２０７に密着状態に固定する。この駆動用半導体スイッチング素子４０１をオンオフ制御する制御回路基板４０２，４０３は、吸入口２０８を避けるように環状に構成し、ファンケーシング２０７に起立させた複数の基板支持ピン２０９と基板スペーサ２１０によって２段に支持し、ねじ２１１によって固定する。なお、ここでは、制御回路基板４０２，４０３に実装したＩＣや抵抗器などの電気回路部品の図示説明は省略する。駆動用半導体スイッチング素子４０１および制御回路基板４０２，４０３と駆動巻線１０４や回転位置検出基板１１０および電動送風機の外部の電気回路と接続する配線４０４は、ファンケーシング２０７およびハウジング１０５の外周面に沿って配置する。
【００１７】
ファンケーシング２０７に対する駆動用半導体スイッチング素子４０１および制御回路基板４０２，４０３の組み付けは、次のように行う。
【００１８】
まず、ファンケーシング２０７に駆動用半導体スイッチング素子４０１を止めねじ４０５で固定する。ファンケーシング２０７および該ファンケーシング２０７の内側に起立させたディフューザ翼２０３は、駆動用半導体スイッチング素子４０１から受熱して羽根車２０１からの吹き出す高速の気流に放熱する放熱器として機能させるものであることから、駆動用半導体スイッチング素子４０１とファンケーシング２０７の間に熱伝導グリースや熱伝導シートなどを介在させて両者間の伝熱抵抗を小さくすることが望ましい。次に、制御回路基板４０２を３個の基板支持ピン２０９に嵌着し、駆動用半導体スイッチング素子４０１の端子と半田付け接続する。その上に基板スペーサ２１０を介在させて制御回路基板４０３を嵌着してねじ２１１で締め付け固定する。
【００１９】
次に、この電動送風機を電気掃除機に使用する場合の電気的回路について説明する。
【００２０】
電動機部１００における駆動巻線１０４は、３相星型接続とし、３相インバータ接続した駆動用半導体スイッチング素子４０１を介して直流駆動電源（電池）４０６に接続する。駆動用半導体スイッチング素子４０１としては、各種のパワートランジスタやゲートターンオフスイッチのように制御信号によってオンオフ制御可能な半導体スイッチング素子が好ましい。商用交流電源を使用する場合には、整流回路と平滑回路を付加して直流駆動電源を得るように構成する。
【００２１】
駆動用半導体スイッチング素子４０１をオンオフ制御する制御信号発生回路４０７は、制御回路基板４０２，４０３に実装し、回転位置検出基板１１０に実装したセンサ１１２からの回転位置検出信号に応じて給電（励磁）を制御すべき駆動巻線１０４に接続した駆動用半導体スイッチング素子４０１をオンオフ制御する制御信号を発生する。また、この制御信号発生回路４０７は、掃除機本体部に実装した主制御回路４０８に接続し、操作スイッチ４０９からの運転／停止や速度制御などの操作信号に応じて電動機部１００を制御する信号処理を実行する。
【００２２】
このように構成した電動送風機は、操作スイッチ４０９から運転および速度指示の操作信号が発生すると、主制御回路４０８は、電動機部１００の回転子１０１を指示速度で回転させるように制御信号発生回路４０７に指示する。
【００２３】
この指示を受けた制御信号発生回路４０７は、センサ１１２からの回転位置検出信号を参照して回転子１０１の磁極の位置を検出し、この回転子１０１に回転トルクを発生させる駆動巻線１０４に給電を行うように駆動用半導体スイッチング素子４０１をオンオフ制御する。また、制御信号発生回路４０７は、回転位置検出信号に基づく演算処理によって回転子１０１の回転速度を求め、指示速度となるように給電制御を行う。
【００２４】
回転子１０１の回転に伴って回転軸１０２に取り付けた羽根車２０１が高速回転することによって生じる気流は、吸気口２０８から吸引され、羽根車２０１の外周に吹き出してディフューザ２０４のディフューザ翼２０３で減速されて圧力を回復する。ディフューザ２０４から出た気流は、ガイドプレート２０６の外周で折り返して該ガイドプレート２０６から起立する案内翼２０５の間を通って電動機部１００のハウジング１０５内に流れ込む。ハウジング１０５内に流れ込んだ気流は、その一部は、固定子１０３の上流側で該固定子１０３および駆動巻線１０４を冷却しながら排気窓１１１から機外に排気され、残りは、固定子１０３の下流側まで流れて該固定子１０３および駆動巻線１０４を冷却しながら排気窓１１１から機外に排気される。
【００２５】
電動機部１００の駆動巻線１０４への給電制御に伴って駆動用半導体スイッチング素子４０１に発生した熱は、ファンケーシング２０７に伝わり、更に、このファンケーシング２０７から一体的に起立したディフューザ翼２０３に伝わる。そして、これらの表面から気流中に放散する。ディフューザ２０４には、羽根車２０１の外周から吹き出した高速気流が流れているので、ディフューザ翼２０３が放熱フィンとしても機能して駆動用半導体スイッチング素子４０１で発生して熱を気流中に効率良く放散することができる。
【００２６】
このように、送風機部２００の構成要素であるディフューザ翼２０３を放熱フィンとして利用することにより、駆動用半導体スイッチング素子４０１を冷却するための別個の放熱フィンが不要となることから、空気の流れを阻害することがなく、また、気流に対する摩擦損失も増加しない。従って、冷却機構を簡単且つ小型に構成し、通風抵抗の増加を抑制することができる。
【００２７】
駆動用半導体スイッチング素子４０１で発生した熱をディフューザ翼２０３に効率良く伝えて放熱させるためには、ファンケーシング２０７を熱伝導性に優れた金属板材を絞り加工し、あるいは熱伝導性に優れた金属部材を鍛造して作り、同様にして作ったディフューザ翼２０３をろう付けや溶着などで結合して起立させ、または、アルミダイカストで一体に形成すると良い。
【００２８】
また、駆動用半導体スイッチング素子４０１に近接して制御回路基板４０２，４０３を設けたことにより、両者を結ぶ配線が短くなり、従って、電気的損失が小さくなると共に配線重量が軽くなる。更に、駆動用半導体スイッチング素子４０１および制御回路基板４０２，４０３と電源４０６を結ぶ給電線、駆動用半導体スイッチング素子４０１と駆動巻線１０４を結ぶ給電線、回転位置検出信号を伝達する信号線をファンケーシング２０７の外側を通すことによって、給電や信号などの配線４０４が通風路を横切ることがなくなり、気流の抵抗や乱れの原因となることがないことから、送風効率の低下や騒音の増加を抑制することができる。
【００２９】
第２の実施の形態
この第２の実施の形態は、前述した第１の実施の形態における駆動用半導体スイッチング素子および制御回路基板の外周を保護カバーで包囲して保護すると共に該保護カバーによって送風機部の吸気効率の良い吸気口を形成するようにした構成である。
【００３０】
この第２の実施の形態を図６を参照して具体的に説明する。図６は、この実施の形態におけ電動送風機の横断平面図である。なお、前述した第１の実施の形態と同一または相応する構成部品には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３１】
この実施の形態では、ファンケーシング２０７の吸気口に相当する開口部分は、前方に向けて筒状に起立させた開放状態に形成し、その外側に前記駆動用半導体スイッチング素子４０１および制御回路基板４０２，４０３を覆うように保護カバー２１２をファンケーシング２０７に嵌着し、この保護カバー２１２の中央部に大きな曲率で形成した吸気口２１３を羽根車２０１に対向させた構成である。保護カバー２１２は、ファンケーシング２０７の外周および筒状に起立した前記開口部分の先端に気密状態に接触させて前記駆動用半導体スイッチング素子４０１と制御回路基板４０２，４０３を収容する制御手段収容空間２１４を形成し、羽根車２０１の吸気や排気が駆動用半導体スイッチング素子４０１と制御回路基板４０２，４０３に触れない構造にする。
【００３２】
このように構成した電動送風機は、羽根車２０１が高速回転することによって生じる気流は、保護カバー２１２に形成した吸気口２１３から羽根車２０１に吸い込まれるが、曲率の大きい吸気口２１３は、均一な流れで羽根車２０１に吸気させることができるので、送風効率の向上を図ることができる。また、羽根車２０１の吸気および排気が制御手段収容空間２１４を流れることがないので、電気掃除機の集塵袋が破損して気流に塵埃が混入しても該塵埃が駆動用半導体スイッチング素子４０１や制御回路基板４０２，４０３に付着して電気的トラブルが発生するのを防ぐことができる。
【００３３】
この実施の形態では、吸込口２１３を保護カバー２１２に設けたが、第１の実施の形態と同様に、ファンケーシング２０７に吸込口を設け、保護カバー２１２は、駆動用半導体スイッチング素子４０１や制御回路基盤４０２，４０３の保護機能に限定した構成に変形することもできる。
【００３４】
第３の実施の形態
この第３の実施の形態は、前述した第１の実施の形態における駆動用半導体スイッチング素子および制御回路基板を一体化してシステムパワーモジュールとなし、このシステムパワーモジュールをファンケーシングに取り付けた構成である。従って、この実施の形態は、塵埃付着による電気的トラブルの発生がなく、電動送風機の組み立て作業も一段と容易になる。
【００３５】
この第３の実施の形態を図７を参照して具体的に説明する。図７は、この実施の形態における電動送風機の横断平面図である。なお、前述した第１の実施の形態と同一または相応する構成部品には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３６】
この実施の形態におけるシステムパワーモジュール４１０は、駆動用半導体スイッチング素子４０１とそれをオンオフ制御する制御回路基板４０２，４０３（制御信号発生回路４０７）を一体化した環状体である。このシステムパワーモジュール４１０は、配線４０４の引出部をシリコンゴムなどの絶縁性の材料を用いてモールドして保護する。そして、このシステムパワーモジュール４１０は、ファンケーシング２０７におけるディフューザ翼２０３の起立位置の表側に位置するように該ファンケーシング２０７に密着状態に固定する。システムパワーモジュール４１０とファンケーシング２０７の間の伝熱抵抗を小さくするためには、両者間に熱伝導グリースや熱伝導シートなどを介在させると良い。
【００３７】
この実施の形態における電動送風機は、駆動用半導体スイッチング素子４０１および制御信号発生回路４０７をシステムパワーモジュール４１０として一体化しているので、電気回路手段が一段と小型化し、ファンケーシング２０７への取り付け作業も容易となる。そして、駆動用半導体スイッチング素子４０１および制御信号発生回路４０７で発生した熱は、周囲の雰囲気に放散すると共にファンケーシング２０７とディフューザ翼２０３に伝わって羽根車２０１から吹き出す高速気流に効率良く放散する。また、駆動用半導体スイッチング素子４０１とそれをオンオフ制御する制御信号発生回路４０７を一体的にシステムパワーモジュール４１０に内蔵し、外部の配線４０４との接続部を絶縁性材料でモールドしているために、塵埃付着などによる電気的トラブル発生を防止することができる。
【００３８】
第４の実施の形態
この第４の実施の形態は、前述した第１の実施の形態の電動送風機におけるファンケーシングの吸気口を変形して掃除機本体部に合理的に実装した電気掃除機である。
【００３９】
この第４の実施の形態を図８を参照して具体的に説明する。図８は、この実施の形態の電気掃除機における電動送風機の部分の横断平面図である。電気掃除機の全体的な構成は、従来の電気掃除機と同様であるので、ここでは、電動送風機の部分のみを図示説明する。なお、前述した第１の実施の形態と同一または相応する構成部品には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４０】
掃除機本体部５００は、電動送風機支持板５０１，５０２を備え、支持板５０１には送風機部１００への吸入口５０３を形成する。この支持板５０１の上流側には、掃除機本体部５００の集塵室部と電動送風機部を仕切る仕切り板５０４を設け、この仕切り板５０４の略中央部に電動送風機部への通風窓５０５を形成し、この通風窓５０５には格子状のガード５０６を取り付ける。
【００４１】
送風機部２００のファンケーシング２０７の吸気口２０８は、筒状に突出するように形成し、支持板５０１との間に防振ゴム５０７を介在させて該支持板５０１に支持させ、支持板５０１と防振ゴム５０７と吸気口２０８によって大きな曲率の通風路（吸気口）を形成する。また、電動機部１００のハウジング１０５の底部の軸受室の外周にも防振ゴム５０８を嵌着して支持板５０２に支持させる。
【００４２】
このように電動送風機をファンケーシング２０７の吸気口２０８とハウジング１０５の軸受室を防振ゴム５０７，５０８を介して掃除機本体部５００に支持させる構成は、電動送風機の高速回転による振動が掃除機本体部５００に伝わり難くなり、低振動および低騒音化を実現するのに好適である。
【００４３】
また、防振ゴム５０７は、ファンケーシング２０７の吸気口２０８と支持板５０１の通気を阻止するシールとしても機能するために、駆動用半導体スイッチング素子４０１や制御回路基板４０２，４０３の周囲の通風を軽減することから、塵埃付着により電気的トラブルが発生するのを抑制することができる。
【００４４】
このように構成した電気掃除機において、電動送風機を運転すると、集塵室部の空気は、通風窓５０５から吸入口５０３，吸気口２０８を経て羽根車２０１に流れ込み、この羽根車２０１の外周に吹き出してディフューザ翼２０３，案内翼２０５で減速してハウジング１０５内に流れ込み、固定子１０３および駆動巻線１０４を冷却して排気窓１１１から機外に排気する。
【００４５】
このような気流は、羽根車２０１から高流速で吹き出してディフューザ翼２０３に衝突することにより該ディフューザ翼２０３から効率良く熱を奪うことから、駆動用半導体スイッチング素子４０１で発生した熱をファンケーシング２０７を介して効率良く放散させることができる。
【００４６】
前述した各実施の形態において、電動機部１００におけ回転子１０１の磁極のる回転位置を検出するためにセンサを実装した位置検出基板１１０を設けたが、駆動巻線１０４に流れる電流に基づいて検出する構成に変形することができる。
【００４７】
また、前述した各実施の形態における構成部品を適宜に組み替えて変形した形態で実施することもできる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、ファンケーシングに起立させたディフューザ翼を放熱器として利用して駆動用半導体素子を効率良く冷却するように構成したことにより、電動送風機における電動機を制御する駆動用半導体素子を冷却する冷却機構を比較的に簡単且つ小型に構成し、しかも通風抵抗の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である電動送風機の横断平面図である。
【図２】図１に示した電動送風機における羽根車とディフューザの正面図である。
【図３】図１に示した電動送風機のエンドブラケットとガイドプレートの表面図である。
【図４】図１に示した電動送風機における電気回路部品を実装したファンケーシングの正面図である。
【図５】図１に示した電動送風機を使用する電気掃除機の電気的回路図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における電動送風機の横断平面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における電動送風機の横断平面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態における電気掃除機の電動送風機の部分の横断平面図である。
【符号の説明】
１００…電動機部、２００…送風機部、２０１…羽根車、２０３…ディフューザ翼、２０４…ディフューザ、２０７…ファンケーシング、２１２…保護カバー、４０１…駆動用半導体スイッチング素子、４０２，４０３…制御回路基板、４１０…システムパワーモジュール、５００…掃除機本体部、５０７，５０８…防振ゴム。
【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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