(57)【要約】　　　（修正有）【課題】従来型軸流ファンのブレードは、入射角が特定角まで増加した時、失速効果が生じる。失速効果は、軸流ファンの効率を著しく低下させる。【解決手段】複数のセグメントブレードを備えた軸流ファンが記載されている。軸流ファンは、ベースと、ハブ２００と、複数のブレードユニット２０２とを有する。ハブは、ベースに取り付けられるか、それを中心にして回動して、ブレードユニットを支持している。各ブレードユニットは、ハブの外面に連結されて、ベースから半径方向外向きに延出しており、複数のセグメントブレードを有する。セグメントブレード間のセグメント空間２０６が、セグメントブレードを通り越える流体の境界層を改善して、ブレード表面上の境界層の厚さを減少させる。【選択図】　　　図３
2004116511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブと、
該ハブの外面に連結されて、該外面から半径方向外向きに延出した複数のブレードユニットとを有し、該ブレードユニットの各々が、少なくとも第１ブレードおよび第２ブレードを有し、前記第１ブレードおよび第２ブレードの表面領域を通り越える流体の層流を保つために、前記第１ブレードおよび第２ブレード間にセグメント空間が設けられている多重セグメントブレードを備えたブレード構造体。
【請求項２】
流体の流れ方向において前記第１ブレードおよび第２ブレード間の前記セグメント空間は、分離状態を有する請求項１記載の多重セグメントブレードを備えたブレード構造体。
【請求項３】
流体の流れ方向において前記第１ブレードおよび第２ブレード間の前記セグメント空間は、重合状態を有する請求項１記載の多重セグメントブレードを備えたブレード構造体。
【請求項４】
流体の流れ方向における前記第１ブレードの第１長さが、流れ方向に沿った前記第２ブレードの第２長さより大きい請求項１記載の多重セグメントブレードを備えたブレード構造体。
【請求項５】
前記第１ブレードは、第１先端縁部および第１後端縁部を有して、第１弦を定めており、第１入射角（Ａ１）が、前記第１先端縁部に入る流体の流入方向と前記第１弦との間の角度として定められ、前記第１後端縁部付近の流体の層流を保つために、前記第１入射角（Ａ１）が、約０°＜Ａ１≦３０°の範囲である請求項１記載の多重セグメントブレードを備えたブレード構造体。
【請求項６】
前記第２ブレードは、第２先端縁部および第２後端縁部を有して、第２弦を定めており、第２入射角（Ａ２）が、前記第２先端縁部に入る流体の流入方向と前記第２弦との間の角度として定められ、前記第２後端縁部付近の流体の層流を保つために、前記第２入射角（Ａ２）が、約０°＜Ａ２≦３０°の範囲である請求項１記載の多重セグメントブレードを備えたブレード構造体。
【請求項７】
ハブと、
該ハブの外面に連結されて、該外面から半径方向外向きに延出した複数のブレードユニットとを有し、該ブレードユニットの各々が、少なくとも第１ブレードおよび第２ブレードを有し、流体の流れ方向における前記第１ブレードの第１長さが、流れ方向における前記第２ブレードの第２長さより大きく、前記第１ブレードおよび第２ブレード間のセグメント空間が、前記第１ブレードおよび第２ブレードの表面領域を通り越える流体の層流を保つようにした多重セグメントブレードを備えたブレード構造体。
【請求項８】
流体の流れ方向において前記第１ブレードおよび第２ブレード間の前記セグメント空間は、分離状態を有する請求項７記載の多重セグメントブレードを備えたブレード構造体。
【請求項９】
流体の流れ方向において前記第１ブレードおよび第２ブレード間の前記セグメント空間は、重合状態を有する請求項７記載の多重セグメントブレードを備えたブレード構造体。
【請求項１０】
前記第１ブレードは、第１先端縁部および第１後端縁部を有して、第１弦を定めており、第１入射角（Ａ１）が、前記第１先端縁部に入る流体の流入方向と前記第１弦との間の角度として定められ、前記第１後端縁部付近の流体の層流を保つために、前記第１入射角（Ａ１）が、約０°＜Ａ１≦３０°の範囲である請求項７記載の多重セグメントブレードを備えたブレード構造体。
【請求項１１】
前記第２ブレードは、第２先端縁部および第２後端縁部を有して、第２弦を定めており、第２入射角（Ａ２）が、前記第２先端縁部に入る流体の流入方向と前記第２弦との間の角度として定められ、前記第２後端縁部付近の流体の層流を保つために、前記第２入射角（Ａ２）が、約０°＜Ａ２≦３０°の範囲である請求項７記載の多重セグメントブレードを備えたブレード構造体。
【請求項１２】
多重セグメントブレードを備えた軸流ファンであって、
フレームベースと、
フレームベースに回動式に連結されて、多重セグメントブレードを支持するハブと、
該ハブの外面に連結されて、該外面から半径方向外向きに延出した複数のブレードユニットとを有し、該ブレードユニットの各々が、少なくとも第１ブレードおよび第２ブレードを有し、該第１ブレードおよび第２ブレード間のセグメント空間が、前記第１ブレードおよび第２ブレードの表面領域を通り越える流体の層流を保つようにした軸流ファン。
【請求項１３】
流体の流れ方向において前記第１ブレードおよび第２ブレード間の前記セグメント空間は、分離状態を有する請求項１２記載の多重セグメントブレードを備えた軸流ファン。
【請求項１４】
流体の流れ方向において前記第１ブレードおよび第２ブレード間の前記セグメント空間は、重合状態を有する請求項１２記載の多重セグメントブレードを備えた軸流ファン。
【請求項１５】
流体の流れ方向における前記第１ブレードの第１長さが、流れ方向に沿った前記第２ブレードの第２長さより大きい請求項１２記載の多重セグメントブレードを備えた軸流ファン。
【請求項１６】
前記第１ブレードは、第１先端縁部および第１後端縁部を有して、第１弦を定めており、第１入射角（Ａ１）が、前記第１先端縁部に入る流体の流入方向と前記第１弦との間の角度として定められ、前記第１後端縁部付近の流体の層流を保つために、前記第１入射角（Ａ１）が、約０°＜Ａ１≦３０°の範囲である請求項１２記載の多重セグメントブレードを備えた軸流ファン。
【請求項１７】
前記第２ブレードは、第２先端縁部および第２後端縁部を有して、第２弦を定めており、第２入射角（Ａ２）が、前記第２先端縁部に入る流体の流入方向と前記第２弦との間の角度として定められ、前記第２後端縁部付近の流体の層流を保つために、前記第２入射角（Ａ２）が、約０°＜Ａ２≦３０°の範囲である請求項１２記載の多重セグメントブレードを備えた軸流ファン。
【請求項１８】
多重セグメントブレードを備えた軸流ファンであって、
フレームベースと、
該フレームベースに回動式に連結されて、複数の回転ブレードユニットを支持するハブと、
前記フレームベースに取り付けられて、外面から半径方向外向きに延出して前記回転ブレードユニット内へ流体を取り入れる複数の静止ブレードユニットとを有し、該静止ブレードユニットの各々が、第１ブレードおよび第２ブレードを有し、該第１ブレードおよび第２ブレード間のセグメント空間が、前記第１ブレードおよび第２ブレードの表面領域を通り越える流体の層流を保つようにした軸流ファン。
【請求項１９】
流体の流れ方向において前記第１ブレードおよび第２ブレード間の前記セグメント空間は、分離状態を有する請求項１８記載の多重セグメントブレードを備えた軸流ファン。
【請求項２０】
流体の流れ方向において前記第１ブレードおよび第２ブレード間の前記セグメント空間は、重合状態を有する請求項１８記載の多重セグメントブレードを備えた軸流ファン。
【請求項２１】
流体の流れ方向における前記第１ブレードの第１長さが、流れ方向に沿った前記第２ブレードの第２長さより大きい請求項１８記載の多重セグメントブレードを備えた軸流ファン。
【請求項２２】
前記第１ブレードは、第１先端縁部および第１後端縁部を有して、第１弦を定めており、第１入射角（Ａ１）が、前記第１先端縁部に入る流体の流入方向と前記第１弦との間の角度として定められ、前記第１入射角（Ａ１）が、約０°＜Ａ１≦３０°の範囲である請求項１８記載の多重セグメントブレードを備えた軸流ファン。
【請求項２３】
前記第２ブレードは、第２先端縁部および第２後端縁部を有して、第２弦を定めており、第２入射角（Ａ２）が、前記第２先端縁部に入る流体の流入方向と前記第２弦との間の角度として定められ、前記第２入射角（Ａ２）が、約０°＜Ａ２≦３０°の範囲である請求項１８記載の多重セグメントブレードを備えた軸流ファン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、包括的にはブレードに関し、特に多重セグメントブレードを備えた軸流ファンに関する。
【０００２】
【背景技術】
工業技術の急速な発展に伴って、ファンの用途が増加している。たとえば、熱交換器またはコンピュータ装置のファンは、その内部の温度を低下させることができる。具体的に言うと、軸流ファンが空気をコンピュータ装置に直接的に吹き付けるか、空気を急速循環させて装置を冷却する。
【０００３】
図１は、従来型軸流ファンのブレードの立体図である。軸流ファンは、ハブ１００と、複数のブレード１０２とを有する。ブレード１０２の各々は、等しくハブ１００の外面１０４から延出している。軸流ファンが方向１０６に旋回する時、空気がブレード１０２の領域に流れ込み、次にブレード１０２の周囲の空気が圧縮されて空気流を形成する。
【０００４】
図２は、図１に示された軸流ファンのブレード１０２の断面図である。入射角１１２が、線１０８と空気の流れ方向１１０との間の角度として定められる。線１０８は、先端縁部と後端縁部とを結んで描かれる。空気とブレード１０２の表面との間に分離があり、その結果として、入射角１１２が特定角まで増加した時、失速効果が生じる。そして、ブレード１０２の上表面に乱流が形成される。失速効果は、ブレードによって生じる仕事量を減少させるので、軸流ファンの効率が著しく低下する。
【０００５】
本発明の１つの目的は、多重セグメントブレードを備えた軸流ファンであって、セグメントブレード上の流体の境界層を改善することによって、その上の層流の厚さを減少させるようにした軸流ファンである。その結果、セグメントブレードおよび流体間の分離効果が防止されることによって、セグメントブレード付近の流体の層流が保たれる。
【０００６】
本発明の別の目的は、ブレードユニットの全入射角をセグメントブレードの複数の入射角に分割し、その結果としてセグメントブレードの入射角によってブレードの表面領域に対する流体衝撃を減少させることである。
【０００７】
本発明のさらに別の目的は、セグメントブレードの表面領域における流体抵抗を減少させて、軸流ファンの作動電流を減少できるようにすることである。
【０００８】
【発明の開示】
上記目的に従って、本発明は、多重セグメントブレードを備えた軸流ファンを説明する。軸流ファンは一般的に、ハブと、複数のブレードユニットとを有する。ハブは、ブレードユニットを支持するために使用されている。ブレードユニットは、ハブの外面に連結されて、ハブの外面から半径方向外向きに延出している。各ブレードユニットは、少なくとも第１ブレードおよび第２ブレードを有する。第１ブレードおよび第２ブレード間のセグメント空間が、第１ブレードおよび第２ブレードを通過する境界層を改善する。したがって、セグメントブレード上の境界層の厚さが薄くなって、セグメントブレードおよび流体が分離効果を示すことを防止することができる。
【０００９】
本発明の１つの好適な実施形態では、軸流ファンは、フレームベースと、ハブと、複数のブレードユニットとを有する。ハブは、フレームベースに回動式に連結されて、ブレードユニットを支持している。ブレードユニットは、ハブの外面に連結されて、ハブの外面から半径方向外向きに延出している。ブレードユニットの各々が、少なくとも複数のブレードを有する。第１ブレードおよび第２ブレード間のセグメント空間が、境界層の改善によってブレードの表面領域を通過する流体の層流を保つ。
【００１０】
本発明の別の好適な実施形態では、多重セグメントブレードを備えた軸流ファンは、フレームベースと、ハブと、複数の回転ブレードユニットと、複数の静止ブレードユニットとを有する。ハブは、フレームベースに取り付けられて、それを中心にして回動し、回転ブレードユニットがハブから延出している。フレームベースに取り付けられた静止ブレードユニットは、静止構造を形成している。静止ブレードユニットの各々が、複数のセグメントブレードを有する。第１ブレードおよび第２ブレード間のセグメント空間が、静止ブレードユニットの表面および流体の分離を防止することができる。
【００１１】
一般的に軸流ファンは、上記のセグメントブレードまたは単一セグメントブレードのような静止ブレードユニットおよび回転ブレードユニットを用いている。フレームベースに取り付けられた静止ブレードユニットは、軸流ファンの組み立て中に回転ブレードユニットと整合する。軸流ファンが作動している時、静止ブレードユニットおよびフレームベースは静止している。その時、流体が回転ブレードユニット内に取り入れられて、流体は徐々に圧縮されて移送される。
【００１２】
要約すると、本発明は、セグメントブレードの表面上の境界層を改善することによって境界層の厚さを減少させるために、多重セグメントブレードを備えた軸流ファンを用いている。さらに、ブレードユニットの全入射角をセグメントブレードの複数の入射角に分割することによって、ブレードユニットの表面領域に対する流体衝撃を減少させることができる。さらに重要な点として、セグメントブレードを使用することによって、表面における抵抗を減少させることができるため、軸流ファンが作動している時、作動電流を減少させて、電力消費量を少なくすることができる。
【００１３】
本発明の以上の態様および付随した利点の多くは、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば理解されるので、さらに容易にはっきりするであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、ハブの外面の周囲に配置された複数のブレードユニットによって流体を取り入れるための多重セグメントブレードを備えた軸流ファンを対象としている。セグメントブレードを通過する流体の境界層を改善することによって、セグメントブレードの表面上の境界層の厚さを減少させることができる。その結果、セグメントブレードおよび流体間の分離効果を防止することによって、セグメントブレード付近の流体の層流が保たれる。
【００１５】
また、ブレードユニットの全入射角をセグメントブレードの複数の入射角に分割し、その結果としてそれぞれのセグメントブレードの入射角によってブレードユニットの表面領域に対する流体衝撃を減少させることができる。セグメントブレードはさらに、セグメントブレードの表面領域における抵抗を減少させて、ブレードユニットの作動電流を節約することができる。セグメントブレードは、軸流ファンまたは他の形式のファンに適し、本発明では、流体が空気または液体である。
【００１６】
図３は、本発明に従った軸流ファンのブレード構造の立体図である。ブレード構造体は一般的に、ハブ２００と、複数のブレードユニット２０２とを有する。ハブ２００は、各ブレードユニット２０２のセグメントブレードを支持している。ブレードユニット２０２は、ハブ２００の外面に連結して、ハブ２００の外面２０４から半径方向外向きに延出している。ブレードユニット２０２の各々は、少なくとも第１ブレード２０２ａおよび第２ブレード２０２ｂを有する。第１ブレード２０２ａおよび第２ブレード２０２ｂ間のセグメント空間２０６が、第１ブレード２０２ａの表面を越えて第２ブレード２０２ｂを通過する流体を層状に保つ。
【００１７】
本発明の好適な実施形態では、各ブレードユニット２０２が、ハブ２００のリムに沿って配置されて、空間がブレードユニット２０２を分離している。各ブレードユニット２０２は、２つ以上のセグメントブレード２０２ａ、２０２ｂを有する。流れ方向２０８においてセグメント空間２０６は、第１ブレード２０２ａおよび第２ブレード２０２ｂ間に分離または重合状態を生じる。重合状態では、流体がセグメントブレード上を循環しやすくなる。
【００１８】
本発明では、ブレードユニット２０２のセグメントブレード２０２ａ、２０２ｂが流体を取り入れて、第１ブレード２０２ａおよび第２ブレード２０２ｂを通過する流体の境界層を改善することによって、表面上の境界層の厚さを減少できるようにする。したがって、第１ブレード２０２ａおよび第２ブレード２０２ｂ間のセグメント空間２０６は、ブレードユニット２０２の表面と流体との間の分離効果を防止する。
【００１９】
図４は、本発明に従った図３の軸流ファンのセグメントブレードの断面図である。第１ブレード２０２ａは、各ブレードユニット２０２の第１先端縁部２１０ａおよび第１後端縁部２１２ａを有する。第１先端縁部２１０ａおよび第１後端縁部２１２ａによって第１弦２１４ａが定められる。第１先端角２１０ａに入る流体の流入方向と第１弦２１４ａとの間の角度が、第１入射角（Ａ１）２１６ａを定める。第１入射角（Ａ１）２１６ａは任意角度を有する。流体が第１後端縁部２１２ａへ流れる時に層流であるために、好ましくは第１入射角（Ａ１）２１６ａが、約０°＜Ａ１≦３０°の範囲である。
【００２０】
第２ブレード２０２ｂは、第２先端縁部２１０ｂおよび第２後端縁部２１２ｂを有して、第２弦２１４ｂを定めている。第２先端縁部２１０ｂに入る流体の流入方向と第２弦２１４ｂとの間の角度が、第２入射角（Ａ２）２１６ｂを定める。第２入射角（Ａ２）２１６ｂは任意角度を有する。第２後端縁部２１２ｂ付近の流体を層状に保つために、好ましくは第２入射角（Ａ２）２１６ｂが、０°＜Ａ２≦３０°の範囲である。また、ハブの半径と第１または第２弦２１４ａ、２１４ｂとの間の角度が、据付け角２１８ａ、２１８ｂを定める。第１入射角２１６ａおよび第２入射角２１６ｂは一般的に、据付け角に比例している。
【００２１】
具体的に言うと、ブレードユニット２０２は、第１および第２入射角２１６ａ、２１６ｂの合計に等しい全入射角を有する。一般的に、ブレードユニットの入射角が大きいほど、仕事量が大きくなる結果、軸流ファンの作動効率が増加する。セグメントブレード２０２ａ、２０２ｂの表面領域上の流体が層流である時に本発明でより大きい仕事量を生じるために、セグメントブレード２０２ａ、２０２ｂの各々が最大入射角２１６ａ、２１６ｂを有する。さらに、本発明は、一定の全入射角を用いて、軸流ファンの効率増加を得るためのセグメントブレード２０２ａ、２０２ｂのそれぞれの入射角を計算して調整することができる。
【００２２】
したがって、本発明は、第１ブレード２０２ａの第１入射角（Ａ１）２１６ａおよび第２角２０２ｂの第２入射角（Ａ２）２１６ｂを用いている。第２ブレード２０２ｂの第２先端縁部２１０ｂが第１ブレード２０２ａの第１後端縁部２１２ａ付近の乱流を吸収して乱れをなくすことによって、セグメントブレード２０２ａ、２０２ｂの表面領域に対する流体衝撃を減少させることができる。
【００２３】
第１ブレード２０２ａおよび第２ブレード２０２ｂは、図４の任意形状を有する。本発明の好適な実施形態では、第１ブレード２０２ａの寸法が第２ブレード２０２ｂの寸法より大きいため、流体の流れ方向に沿った第１ブレード２０２ａの第１長さ２１１が、流れ方向に沿った第２ブレード２０２ｂの第２長さ２１３より大きい。ブレード構造体の第１ブレード２０２ａが流体をセグメントブレード内に取り入れ、次に第２ブレード２０２ｂが流体を第１ブレード２０２ａから受け取ることによって、第１ブレード２０２ａの乱流を除去することができる。
【００２４】
第１入射角２１６ａおよび第２入射角２１６ｂは、個別に最大仕事量を生じることができる。据付け角２１８ａ、２１８ｂの選択によって、各ブレードユニット２０２の全入射角を最適化して、ブレードユニットの失速現象を防止することができる。
【００２５】
その結果、第１および第２ブレード２０２ａ、２０２ｂの寸法、入射角２１６ａ、２１６ｂおよび第１および第２ブレード２０２ａ、２０２ｂの相対位置によて、流体およびブレードユニット間の失速現象をなくし、流体がブレードユニット上を流れる時の流体からの衝撃力を減少させることができる。
【００２６】
図５は、本発明の１つの好適な実施形態に従った多重セグメントブレードを備えた軸流ファンの立体図である。軸流ファンは、フレームベース２０２ａと、ハブ２００と、複数のブレードユニット２０２とを有する。ハブ２００は、フレームベース２０２ａに連結されてそれを中心に回動し、多重セグメントブレードを支持する。ブレードユニット２０２は、ハブ２００の外面に連結されて、外面から半径方向外向きに延出している。ブレードユニットの各々は、第１ブレード２０２ａおよび第２ブレード２０２ｂを有する。第１ブレードおよび第２ブレード間にセグメント空間２０６が設けられて、セグメントブレードの表面上で境界層を改善することによって、第１ブレード２０２ａおよび第２ブレード２０２ｂの表面領域を通り越える流体の層流を保つ。
【００２７】
軸流ファンが特定方向に作動している時、セグメントブレードが流体を吸収し、各セグメントブレードが流体を徐々に圧縮することによって、流体を送る。
【００２８】
図６は、本発明の別の好適な実施形態に従った多重セグメントブレードを備えた軸流ファンの立体図である。多重セグメントブレードを備えた軸流ファンは、フレームベース２２０ｂと、複数の回転ブレードユニット２２２と、ハブ２００と、複数の静止ブレードユニット２０２とを有する。ハブ２００は、フレームベース２２０ｂを中心にして回動し、また、ハブ２００は回転ブレードユニット２２２を有する。フレームベース２２０ｂに取り付けられた静止ブレードユニット２０２は、静止構造を形成して、半径方向外向きに延出している。本発明の第１実施形態で述べたように、各回転ブレードユニット２２２も、複数のブレードを有する。第２実施形態の主要特徴は、静止ブレードユニット２０２がフレームベース２２０ｂに固定されて、固定構造を形成していることである。第１ブレード２０２ａおよび第２ブレード２０２ｂ間のセグメント空間２０６が、第１ブレード２０２ａおよび第２ブレード２０２ｂの表面領域を通り越える流体の層流を保つ。
【００２９】
一般的に軸流ファンは、上記のセグメントブレード２０２または単一ブレードのような静止ブレードユニット２０２および回転ブレードユニット２２２を用いている。フレームベースに取り付けられた静止ブレードユニット２０２は、軸流ファンの組み立ての際に回転ブレードユニットと整合する。軸流ファンが作動している時、静止ブレードユニットおよびフレームベースは静止している。その時、流体が回転ブレードユニット２２２内に取り入れられるので、流体は徐々に圧縮されて移送される。
【００３０】
本発明の好適な実施形態では、複数のセグメントブレード２０２ａ、２０２ｂが流体の移動方向に沿って配置されて、軸流ファンの寸法を大きくしないので、製造コスト削減に好都合である。さらに重要な点として、セグメントブレードは、表面における抵抗を減少させるのに役立つため、軸流ファンの作動電流を減少させて、電力消費量を少なくすることができる。
【００３１】
以上によれば、本発明は、複数のブレードユニットによって流体を取り入れるために、多重セグメントブレードを備えた軸流ファンを用いている。セグメントブレードを通過する流体の境界層を改善することによって、ブレード表面上の境界層の厚さを減少させることができる。その結果、ブレード表面および流体間の分離が防止されて、セグメントブレード付近の流体を層流に保つことができる。さらに、ブレードユニットの全入射角をセグメントブレードの複数の入射角に分割して、ブレードの表面領域に対する流体衝撃を減少させることができる。さらに、セグメントブレードの表面領域における流体抵抗の減少によって、軸流ファンの作動電流を減少させることができる。
【００３２】
当該技術分野の専門家には理解されるように、本発明の以上の好適な実施形態は、本発明を制限するのではなく、説明のためのものである。それらはさまざまな変更を網羅し、同様な構造が添付の特許請求項の精神および範囲に含まれ、その範囲は、そのような変更および同様な構造すべてを含むように、最も幅広く解釈されるべきものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に従った軸流ファンのブレードの立体図である。
【図２】従来技術の図１の軸流ファンのブレードの断面図である。
【図３】本発明に従った軸流ファンのセグメントブレードの立体図である。
【図４】本発明に従って図３に表す軸流ファンのセグメントブレードの断面図である。
【図５】本発明の１つの好適な実施形態に従った多重セグメントブレードを備えた軸流ファンの立体図である。
【図６】本発明の別の好適な実施形態に従った多重セグメントブレードを備えた軸流ファンの立体図である。
【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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