(57)【要約】【課題】小型化、薄型化を図り、小型機器等に容易に搭載できる電磁式ダイアフラムポンプを提供する。【解決手段】フレーム体２２にダイアフラム２０を取り付けることにより該ダイアフラム２０とフレーム体２２との間にダイアフラム室２６を設け、該ダイアフラム室２６に連通して吸引用のバルブ２７と送出用のバルブ３９とを設け、ダイアフラム２０の外面に永久磁石３０を取り付け、永久磁石３０に対向するフレーム体２２の外面に、永久磁石３０に作用させる電磁力の発生手段４０を設けたことを特徴とする。【選択図】　　　　　　　　図１
2004060641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のフレーム体と第２のフレーム体を有するフレーム体に、外周縁部を第１のフレーム体と第２のフレーム体で挟み込んでダイアフラムを取り付けることにより、該ダイアフラムと第１のフレーム体との間にダイアフラム室を設け、
該ダイアフラム室に連通して吸引用のバルブと送出用のバルブとを設け、
前記ダイアフラムの外面に永久磁石を取り付け、
前記ダイアフラム室を挟んで前記永久磁石とは反対側となる前記第１のフレーム体に、前記永久磁石に作用させる電磁力の発生手段を設けたことを特徴とする電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項２】
第１のフレーム体と第２のフレーム体を有するフレーム体に、外周縁部を第１のフレーム体と第２のフレーム体で挟み込んでダイアフラムを取り付けることにより、該ダイアフラムと第１のフレーム体との間にダイアフラム室を設け、
該ダイアフラム室に連通して吸引用のバルブと送出用のバルブとを設け、
前記ダイアフラムの外面に永久磁石を取り付け、
前記ダイアフラム室に対して前記永久磁石と同じ側となる前記第２のフレーム体に、前記永久磁石に作用させる電磁力の発生手段を設けたことを特徴とする電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項３】
第１のフレーム体と第２のフレーム体を有するフレーム体に、外周縁部を第１のフレーム体と第２のフレーム体で挟み込んでダイアフラムを取り付けることにより、該ダイアフラムと第１のフレーム体との間にダイアフラム室を設け、
該ダイアフラム室に連通して吸引用のバルブと送出用のバルブとを設け、
前記第１のフレーム体に永久磁石を取り付け、
前記ダイアフラム室を挟んで前記永久磁石とは反対側となる前記ダイアフラムの外面に、前記永久磁石に作用させる電磁力の発生手段を設けたことを特徴とする電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項４】
第１のフレーム体と第２のフレーム体を有するフレーム体に、外周縁部を第１のフレーム体と第２のフレーム体で挟み込んでダイアフラムを取り付けることにより、該ダイアフラムと第１のフレーム体との間にダイアフラム室を設け、
該ダイアフラム室に連通して吸引用のバルブと送出用のバルブとを設け、
前記第２のフレーム体に永久磁石を取り付け、
該永久磁石と対向して、前記ダイアフラムの外面に前記永久磁石に作用させる電磁力の発生手段を設けたことを特徴とする電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項５】
前記ダイアフラムと前記第２のフレーム体との間は大気に連通していることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項６】
前記永久磁石の、前記電磁力発生手段と対向する面と反対側の面にバックヨークが取り付けられていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項７】
前記電磁力の発生手段として、空芯の扁平な通電コイルあるいは空芯の鉄心を有する扁平な通電コイルが設けられていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項８】
前記フレーム体の前記通電コイルの巻線の内側の領域内に、吸引用のバルブと送出用のバルブのうちの一方のバルブが取り付けられていることを特徴とする請求項７記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項９】
ポンプ駆動時に変形する部分である、前記ダイアフラムの、前記フレーム体へ固定される外周縁部の内側となるリング状部の断面形状が、曲線、複数の角度の異なる直線の組み合わせ、または曲線と直線との組み合わせの形状で構成されていることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項１０】
前記ダイアフラムのリング状部の肉厚をダイアフラムの他の部位の肉厚よりも薄くしたことを特徴とする請求項９記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項１１】
前記ダイアフラムの外面にダイアフラムを平坦状に支持する支持プレートが固定され、
支持プレートに設けた開口部内に前記永久磁石が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項１２】
前記ダイアフラムの外面に、ダイアフラムが駆動された際に前記第２のフレーム体の内面に当接するストッパー突起が設けられていることを特徴とする請求項１、２または１１記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項１３】
前記ストッパー突起が、ダイアフラムと一体に形成されていることを特徴とする請求項１２記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項１４】
前記通電コイルの通電を制御する駆動回路を搭載した制御用基板が前記フレーム体内に収納されていることを特徴とする請求項７〜１３いずれか１項記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項１５】
前記ダイアフラムの移動位置を検知する位置検出素子が設けられ、前記位置検出素子の検知信号に基づいて前記ダイアフラムが駆動制御されることを特徴とする請求項１〜１４いずれか１項記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項１６】
前記永久磁石が、１つの永久磁石であって、同心状に、中心エリアから１または複数のリング状の外周エリアに向けて交互に逆向きに着磁され、
前記通電コイルが、前記永久磁石の隣接するエリア間を通過する１または同心状の複数の通電コイルであることを特徴とする請求項７〜１５いずれか１項記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項１７】
前記永久磁石が、中心に配置した第１の磁石と、該第１の磁石を囲んで配置された１または複数のリング状の第２の磁石からなり、これら磁石が、中心側のものから外周側のものに向けて交互に逆向きに着磁され、
前記通電コイルが、前記永久磁石の隣接する磁石間を通過する１または同心状の複数の通電コイルであることを特徴とする請求項７〜１５いずれか１項記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項１８】
前記永久磁石が円板状に形成され、
前記通電コイルが該円板状の永久磁石の外周部近傍を通過するコイルに形成され、
前記バックヨークが、前記永久磁石の外周部から外方に突出する大きさに形成されていることを特徴とする請求項７〜１５いずれか１項記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項１９】
前記バックヨークの外周部が、前記通電コイルの外周部に接近する方向に曲折されていることを特徴とする請求項１８記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項２０】
前記永久磁石がリング状に形成され、
前記バックヨークが該リング状の永久磁石を覆うように設けられ、
前記通電コイルが、前記永久磁石の内周部近傍を通過するコイルに形成されていることを特徴とする請求項７〜１５いずれか１項記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項２１】
前記バックヨークの中央部が前記通電コイルの内周部に接近する方向に曲折されていることを特徴とする請求項２０記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項２２】
前記永久磁石がリング状に形成され、
前記バックヨークが該リング状の永久磁石を覆い、且つ永久磁石の外周部から突出する大きさに形成され、
前記通電コイルが、前記永久磁石の外周部近傍を通過するコイルと、前記永久磁石の内周部近傍を通過するコイルとを有することを特徴とする請求項７〜１５いずれか１項記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【請求項２３】
前記永久磁石の前記ダイアフラム側の面に、前記通電コイルの内周側が通過するヨークが配設されていることを特徴とする請求項７〜１５いずれか１項記載の電磁式ダイアフラムポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池、ノートパソコン、医療用機器等に好適に利用できる電磁式ダイアフラムポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイアフラムポンプは、ダイアフラムを往復駆動させることによりダイアフラム室を容積変化させ、これにともなって空気等の流体の吸排を可能にする装置である。一般的なダイアフラムポンプはダイアフラムを機械的に往復駆動してダイアフラム室を容積変化させるものである。
図２４は、ダイアフラムを駆動する駆動力に電磁力を利用する従来例（特開２００１−５０１６５）を示す。同図で、１０ａ、１０ｂは対向して配置したポンプ室であり、各々のポンプ室１０ａ、１０ｂは、弾性を有するダイアフラム１２により２つのダイアフラム室に仕切られている。１４は各々のダイアフラム１２の面内の中央部に固定した永久磁石であり、１６はポンプ室１０ａ、１０ｂの中間に配置した電磁石である。
【０００３】
電磁石１６はコイルに交流電源を通電することにより、磁石の両端の極性をＮ極とＳ極に交互に変化させ、電磁石１６とダイアフラム１２に固定された永久磁石１４との間で生じる磁力によりダイアフラム１２を互いに反発させあるいは吸引させる。ダイアフラム１２によって仕切られた各々のダイアフラム室には吸気弁１８と排気弁１９が設けられており、ダイアフラム１２、１２が駆動されることによってダイアフラム室に空気が吸引され排気されて所要のポンプ作用をなす。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−５０１６５
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空気等の流体の吸排作用をなすポンプは、きわめて多様な用途に使用されているが、燃料電池への空気や燃料の供給、ノートパソコンの冷却等に使用するポンプは、薄型で、小型、軽量に形成されるものである必要がある。しかしながら、従来のポンプは小型化の点においては十分に満足できるものではない。上述した電磁式ダイアフラムポンプの場合も、ポンプ室の外部に単に電磁石を配置した構成とされたもので、効果的に小型化が図られているものではない。また、燃料電池や医療用機器等に使用するポンプでは清浄な状態で空気や燃料、血液等を供給できることが求められる。
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、ダイアフラムを用いたポンプの小型化、薄型化を好適に図ることができ、燃料電池やノートパソコン等の機器に好適に使用することができるとともに、空気や燃料等を清浄状態で供給することができる電磁式ダイアフラムポンプを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
すなわち、本発明に係る電磁式ダイアフラムポンプは、第１のフレーム体と第２のフレーム体を有するフレーム体に、外周縁部を第１のフレーム体と第２のフレーム体で挟み込んでダイアフラムを取り付けることにより、該ダイアフラムと第１のフレーム体との間にダイアフラム室を設け、該ダイアフラム室に連通して吸引用のバルブと送出用のバルブとを設け、前記ダイアフラムの外面に永久磁石を取り付け、前記ダイアフラム室を挟んで前記永久磁石とは反対側となる前記第１のフレーム体に、前記永久磁石に作用させる電磁力の発生手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
また本発明に係る電磁式ダイアフラムポンプは、第１のフレーム体と第２のフレーム体を有するフレーム体に、外周縁部を第１のフレーム体と第２のフレーム体で挟み込んでダイアフラムを取り付けることにより、該ダイアフラムと第１のフレーム体との間にダイアフラム室を設け、該ダイアフラム室に連通して吸引用のバルブと送出用のバルブとを設け、前記ダイアフラムの外面に永久磁石を取り付け、前記ダイアフラム室に対して前記永久磁石と同じ側となる前記第２のフレーム体に、前記永久磁石に作用させる電磁力の発生手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る電磁式ダイアフラムポンプは、第１のフレーム体と第２のフレーム体を有するフレーム体に、外周縁部を第１のフレーム体と第２のフレーム体で挟み込んでダイアフラムを取り付けることにより、該ダイアフラムと第１のフレーム体との間にダイアフラム室を設け、該ダイアフラム室に連通して吸引用のバルブと送出用のバルブとを設け、前記第１のフレーム体に永久磁石を取り付け、前記ダイアフラム室を挟んで前記永久磁石とは反対側となる前記ダイアフラムの外面に、前記永久磁石に作用させる電磁力の発生手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
さらに本発明に係る電磁式ダイアフラムポンプは、第１のフレーム体と第２のフレーム体を有するフレーム体に、外周縁部を第１のフレーム体と第２のフレーム体で挟み込んでダイアフラムを取り付けることにより、該ダイアフラムと第１のフレーム体との間にダイアフラム室を設け、該ダイアフラム室に連通して吸引用のバルブと送出用のバルブとを設け、前記第２のフレーム体に永久磁石を取り付け、該永久磁石と対向して、前記ダイアフラムの外面に前記永久磁石に作用させる電磁力の発生手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
前記電磁力の発生手段としては、空芯の通電コイルあるいは空芯の鉄心を有する通電コイルが使用できる。
該通電コイルの巻線の内側の領域内に、吸引用のバルブと送出用のバルブのうちの一方のバルブを取り付けることができる。これによって、ポンプの薄型化を図り、吸排用の流路の構成を簡素化することができる。
また、前記ダイアフラムと前記第２のフレーム体との間は大気に連通していることを特徴とする。これによって、電磁式ダイアフラムポンプの組み立てを容易にし、フレーム体を薄型に形成することができ、かつフレーム体内でダイアフラムを可動にする所要の空間を確保することが可能になる。
【００１１】
また、前記ダイアフラムの外面にダイアフラムを平坦状に支持する支持プレートが固定され、支持プレートに設けた開口部内に永久磁石が配置されていることを特徴とする。
また、前記ダイアフラムの外面に、ダイアフラムが駆動された際に本体のフレーム体の内面に当接するストッパー突起が設けられていることを特徴とし、前記ストッパー突起が、ダイアフラムと一体に形成されていることが好適である。
【００１２】
また、前記通電コイルの通電を制御する駆動回路を搭載した制御用基板が本体内に収納されていることを特徴とする。
また、前記ダイアフラムの移動位置を検知する位置検出素子が設けられ、前記位置検出素子の検知信号に基づいて前記ダイアフラムが駆動制御されることによって、的確にダイアフラムを駆動することが可能になる。
【００１３】
また、前記永久磁石が、１つの永久磁石であって、同心状に、中心エリアから１または複数のリング状の外周エリアに向けて交互に逆向きに着磁され、前記通電コイルが、前記永久磁石の隣接するエリア間を通過する１または同心状の複数の通電コイルであることを特徴とする。
【００１４】
また、前記永久磁石が、中心に配置した第１の磁石と、該第１の磁石を囲んで配置された１または複数のリング状の第２の磁石からなり、これら磁石が、中心側のものから外周側のものに向けて交互に逆向きに着磁され、前記通電コイルが、前記永久磁石の隣接する磁石間を通過する１または同心状の複数の通電コイルであることを特徴とする。
【００１５】
また、前記永久磁石が円板状に形成され、前記通電コイルが該円板状の永久磁石の外周部近傍を通過するコイルに形成され、前記バックヨークが、前記永久磁石の外周部から外方に突出する大きさに形成されていることを特徴とする。この場合に、前記バックヨークの外周部を、前記通電コイルの外周部に接近する方向に曲折するようにすると好適である。
【００１６】
また、前記永久磁石がリング状に形成され、前記バックヨークが該リング状の永久磁石を覆うように設けられ、前記通電コイルが、前記永久磁石の内周部近傍を通過するコイルに形成されていることを特徴とする。この場合に、前記バックヨークの中央部を前記通電コイルの内周部に接近する方向に曲折するようにすると好適である。
【００１７】
また、前記永久磁石がリング状に形成され、前記バックヨークが該リング状の永久磁石を覆い、且つ永久磁石の外周部から突出する大きさに形成され、前記通電コイルが、前記永久磁石の外周部近傍を通過するコイルと、前記永久磁石の内周部近傍を通過するコイルとを有することを特徴とする。
また、前記永久磁石の前記ダイアフラム側の面に、前記通電コイルの内周側が通過するヨークが配設されていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面とともに詳細に説明する。図１、２は本発明に係る電磁式ダイアフラムポンプの実施形態の構成を示す断面図であり、図１はダイアフラム２０が上位置（吸気状態）にある状態、図２はダイアフラム２０が下位置（排気状態）にある状態を示す。
本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプは、第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂとから成る本体（フレーム体）２２内にダイアフラム２０を可動に収納する収納空間を設けて組み立てられている。すなわち、第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂの対向面には、ダイアフラム２０を収納するための凹部２３ａ、２３ｂが各々設けられ、ダイアフラム２０はこの凹部２３ａ、２３ｂによって形成された空間内で本体２２の厚さ方向に可動に支持されている。
【００１９】
２０ａはダイアフラム２０の外周縁に沿って所定幅で設けられたクランプ部である。
図３に第１のフレーム体２２ａにダイアフラム２０をセットした状態の平面図を示す。図のように、ダイアフラム２０は円形状に形成した部材であり、クランプ部２０ａはダイアフラム２０の外周縁部の全周にわたって設けられている。すなわち、ダイアフラム２０は、第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂの凹部２３ａ、２３ｂの開口縁部に沿って、その外周縁部の全周が第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂによって挟圧されて支持される。２４がダイアフラム２０を挟圧した状態で、第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂとを挟圧して固定する固定ねじである。
【００２０】
図１で、ダイアフラム２０とダイアフラム２０に対向して配置される第１のフレーム体２２ａとがダイアフラム室２６を構成し、第１のフレーム体２２ａが固定壁、ダイアフラム２０が可動壁に相当する。２５は第１のフレーム体２２ａの中央部に開口して設けた吸気孔、２７は吸気孔２５とダイアフラム室２６との連通を制御する吸気バルブである。吸気バルブ２７は外気が吸気孔２５からダイアフラム室２６内に流入する際に吸気孔２５を開放し、逆に、ダイアフラム室２６から空気が外部に流出する際には吸気孔２５を閉塞して空気の流れを遮断するように作用する。
一方、第２のフレーム体２２ｂは中央部に開口部２８が設けられ、開口部２８を介して第２のフレーム体２２ｂの内外で空気が流通可能に設けられている。
【００２１】
ダイアフラム２０は第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂとにより外周縁部がクランプされた状態で本体（フレーム体）２２の厚さ方向に往復動するものであり、ゴム等の一定の弾性と耐久性を有する素材によって形成される。もちろん、ダイアフラム２０は所要の柔軟性、耐久性を有する素材であればとくに材質が限定されるものではない。
本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプでは、ダイアフラム室２６の外部となるダイアフラム２０の外面に永久磁石３０を取り付ける。本実施形態では、図３に示すように、矩形の平板状に形成した永久磁石３０を使用しているが、円形等の適宜形状の永久磁石を使用することができる。永久磁石３０はダイアフラム２０の中央に固定する。永久磁石３０は厚さ方向に磁化しており、Ｎ−Ｓ極の極性はどちらでもかまわない。
【００２２】
３２はダイアフラム２０の外面に固定して設けた支持プレートである。永久磁石３０はこの支持プレート３２の中央に設けた開口部内に固定して取り付けられる。
支持プレート３２はダイアフラム２０のクランプ部（外周縁部）２０ａとの間（外周縁部の内側）に所定幅のリング状部（可動部）２０ｂを残して、ダイアフラム２０の外面を覆うように設けられる。支持プレート３２はダイアフラム２０が平坦面を保持して本体２２の厚さ方向に平行に駆動されるようにダイアフラム２０を支持する作用をなす。こうして、ダイアフラム２０は支持プレート３２とクランプ部２０ａとで挟まれたリング状部２０ｂの部分のみ変形して押動されることになる。
【００２３】
このようにダイアフラム２０の全体を変形させず、ダイアフラム２０のクランプ部２０ａに沿ったリング状部２０ｂの部位のみ変形させる構成とすることでダイアフラム２０の耐久性が向上し長寿命化を図ることができる。本実施形態では、リング状部２０ｂをダイアフラム２０の他の部位よりも若干薄厚に形成してダイアフラム２０の応答性を良好にし、また、ダイアフラム２０が下位置に移動した際に、第１のフレーム体２２ａに設けた凹部２３ａの内面（テーパ面）との間が若干離間して流通空間が形成されるようにしている。
【００２４】
リング状部２０ｂの断面形状は、図１８に示されるように円弧状等の曲線、図１９に示されるように、角度の異なる複数の直線の組み合わせ、または図２０に示されるように曲線と直線との組み合わせの形状で構成するようにするとよい。具体的には、図１９に示されるリング状部２０ｂは、クランプ部２０ａからそのまま直線状に延びる直線部２０ｂ１、直線部２０ｂ１と傾斜して接続する直線部２０ｂ２、直線部２０ｂ１と平行に直線部２０ｂ２に接続する直線部２０ｂ３の３つの直線部の組み合わせからなる。もちろん３つの直線部には限定されない。また、図２０に示されるリング状部２０ｂは、クランプ部２０ａと接続する円弧部２０ｂ４と、この円弧部２０ｂ４と接続する直線部２０ｂ５との組み合わせからなる。
すなわち、リング状部２０ｂは、クランプ部（固定部）２０ａと支持プレート３２に支持される部位との間で、たるみをもった断面形状に形成されている。
なお、図１８、図１９、図２０は、いずれも非駆動時におけるダイアフラム２０の状態を示すものである。
【００２５】
このように、たるみをもった断面形状のリング状部２０ｂに形成したので、ダイアフラム２０が往復駆動される際、リング状部２０ｂ自身の内部に生じる抗力（内部応力）が小さくなり、なめらかに変形する。したがって、比較的小さな力によってもダイアフラム２０を駆動でき、ポンプの小型化が図れる。あるいはポンプ効率を高めることができる。特に、ダイアフラム２０を挟んで永久磁石３０と通電コイル４０とを反対側に設けた本実施の形態においては、通電コイル４０と永久磁石３０間の電磁力が若干小さくなる可能性があるが、上記のようにリング状部２０ｂの断面形状とすることで比較的小さな力でダイアフラム２０を駆動できるので有用である。
【００２６】
支持プレート３２には所定配置で貫通孔３２ａが設けられ、この貫通孔３２ａにダイアフラム２０の外面に、ダイアフラム２０と一体に形成されたストッパー突起２０ｃが嵌入する。ストッパー突起２０ｃは、ダイアフラム２０が第２のフレーム体２２ｂの内面に衝突する際にダイアフラム２０の衝撃を緩衝させるために設けたものであり、図１に示すように、支持プレート３２の外面よりも端面が突出するように設けられている。本実施形態では、ストッパー突起２０ｃを、図３に示すように、周方向に均等間隔となる４個所に設けているが、ストッパー突起２０ｃの配置数等は適宜選択可能である。
【００２７】
図１で、３４は永久磁石の背面に設けたバックヨークである。このバックヨーク３４は永久磁石に磁界が効率的に作用するように設けたもので、鉄等の磁性体によって形成される。本実施形態では、永久磁石３０と同形の平板状にバックヨーク３４を形成し、永久磁石３０に重ねてバックヨーク３４を取り付けている。
【００２８】
また、図１において、４０は第１のフレーム体２２ａの外面に取り付けた通電コイル（電磁力発生手段）である。この通電コイル４０は永久磁石３０に磁力を作用させてダイアフラム２０を駆動するためのものである。図のように、通電コイル４０は第１のフレーム体２２ａの中央に配置した吸気バルブ２７の周囲を巻回するように設ける。こうして、通電コイル４０はダイアフラム２０に対向する配置で第１のフレーム体２２ａに取り付けられる。なお、通電コイル４０は第１のフレーム体２２ａに収納できるように、できるだけ巻き線の厚さが薄くなるように扁平に形成するのがよい。
図４に、第１のフレーム体２２ａを下面側から見た状態を示す。第１のフレーム体２２ａの中央に吸気孔２５が開口し、吸気バルブ２７の周囲に通電コイル４０が配置されている。
【００２９】
なお、本実施形態においては永久磁石３０に電磁力を作用させる電磁力の発生手段として空芯の通電コイル４０を使用したが、電磁力の発生手段は必ずしも空芯の通電コイル４０に限定されるものではない。鉄心を備えた通電のコイルであっても空芯の鉄心を使用することで本実施形態と同様な配置とすることができる。また、本実施形態では通電コイル４０の巻線領域内の中央に吸気バルブ２７を配置したが、吸気バルブ２７を配置する位置も通電コイル４０の巻線領域内に限らず、第１のフレーム体２２ａで適宜位置を選択することができる。
【００３０】
３６は第１のフレーム体２２ａの下面に取り付けた制御用基板である。本実施形態では、第１のフレーム体２２ａの下面で通電コイル４０が配置されている領域を除いた一半部に制御用基板３６を取り付けている。制御用基板３６は通電コイル４０に通電する時間、極性等を制御する駆動回路を搭載したものであり、これによって電磁式ダイアフラムポンプをモジュール化したユニットとして適宜商品に搭載することが可能となる。図１に示すように、制御用基板３６も第１のフレーム体２２ａの厚さ内に収納することによって、ダイアフラムポンプを駆動する所要のモジュールがすべて本体２２内に収納され、きわめてコンパクトな電磁式ダイアフラムポンプが構成される。
【００３１】
図４において、３８は第１のフレーム体２２ａから延設した排気管を示す。第１のフレーム体２２ａの内部には排気管３８とダイアフラム室２６とを連通する流路３８ａが設けられている。
図５に第１のフレーム体２２ａの内部に設けられている流路３８ａを示す。流路３８ａの端部は、第１のフレーム体２２ａに形成された凹部２３ａの周縁部に設けられているテーパ面内で開口する。これによって、流路３８ａがダイアフラム室２６に連通するとともに、ダイアフラム２０が下位置にまで移動した際においてもダイアフラム室２６と流路３８ａとの連通が維持される。
【００３２】
排気管３８と流路３８ａとの中途には排気バルブ３９が取り付けられている。この排気バルブ３９はダイアフラム室２６から外部に空気が流出する際には開放し、逆に、排気管３８からダイアフラム室２６に空気が流入する際には空気の流れを遮断する作用をなす。
【００３３】
続いて、上記実施形態の電磁式ダイアフラムポンプの作用について説明する。図１は、ダイアフラム２０が上位置にある状態で、ダイアフラム室２６に吸気された状態である。すなわち、通電コイル４０に永久磁石３０を反発させる向きの電流が通電されると、磁力によって永久磁石３０が反発し、ダイアフラム２０が第２のフレーム体２２ｂに向けて移動開始する。この動作は吸気操作であり、排気バルブ３９が閉止し、吸気バルブ２７が開放してダイアフラム室２６に外気が流入しはじめる。そして、通電コイル４０に対する通電が継続することによりダイアフラム２０は第２のフレーム体２２ｂの内面に当接するまで移動し、ダイアフラム室２６に外気が導入される。
【００３４】
ダイアフラム２０はストッパー突起２０ｃの端面が第２のフレーム体２２ｂの内面に当接することによって停止する。ダイアフラム２０の動作は制御用基板３６に搭載されている駆動回路によって制御され、ダイアフラム２０の移動ストローク量を考慮して、実際にはダイアフラム２０が高速で第２のフレーム体２２ｂの内面に衝突したりしないように制御されるが、本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプでは、ストッパー突起２０ｃを第２のフレーム体２２ｂの内面に当接させるようにすることで騒音の発生を防止している。ストッパー突起２０ｃはゴム等の柔軟性を有するダイアフラム２０と一体に形成されているから、第２のフレーム体２２ｂと当接した際の騒音は小さくなる。なお、静音化を図るためにストッパー突起２０ｃに緩衝性の高い別部材を取り付けることも可能である。
【００３５】
次いで、通電コイル４０に逆向きの電流が通電開始されると、永久磁石３０が通電コイル４０側に吸引され、ダイアフラム２０が第１のフレーム体２２ａに向けて移動開始する。この動作が排気操作であり、このときは吸気バルブ２７が遮断され、排気バルブ３９が開放して、ダイアフラム室２６内の空気が排気管３８から排出されはじめる。
図２は、ダイアフラム２０が第１のフレーム体２２ａに近接する向きに移動して、最終的にダイアフラム２０が第１のフレーム体２２ａの内面に当接した状態である。ダイアフラム２０が第１のフレーム体２２ａに当接する際には、ダイアフラム２０自体が第１のフレーム体２２ａに当接するから騒音の問題は回避される。通電コイル４０の電磁的な吸引力と支持プレート３２によってダイアフラム２０が平坦状に支持されていることから、ダイアフラム室２６に導入された空気が効率的に流路３８ａを経由して排気管３８から排出される。
【００３６】
とくに、本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプでは、ダイアフラム２０の外面に永久磁石３０を配置する構成としているから、ダイアフラム２０を完全に第１のフレーム体２２ａの内面に当接する位置まで移動させることができ、これによってダイアフラム室２６に導入された空気をほぼ完全に排出させることができる。
また、ダイアフラム室２６の空気を排出する際に、もっとも大きな排出力を要するのはダイアフラム室２６に残っている空気を最後に排出する時であるが、本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプの場合は、ダイアフラム２０が第１のフレーム体２２ａの内面に当接した時点が、ダイアフラム２０に取り付けた永久磁石３０と通電コイル４０とが最も接近して磁力がもっとも強くなる時点であり、ダイアフラム室２６のエアの排出操作として最も効率的な配置になっている。
【００３７】
ダイアフラム室２６から空気を排出した後は、再度、通電コイル４０に対する通電方向を逆にすることによって、吸気操作に移る。こうして、通電コイル４０に対する通電を制御することにより、ダイアフラム２０による吸排気操作を連続的に行うことが可能になる。実際には、通電コイルに通電する電流、周波数等を適宜制御することによってダイアフラム２０を駆動制御する。
図６、７および８に電磁式ダイアフラムポンプを駆動する駆動回路の例を示す。図６に示す駆動回路５０は、制御回路５２に駆動指令信号と電流遮断信号とを入力し、駆動指令信号が入力された際に通電コイル４０に通電してダイアフラム２０を駆動するように構成した例である。この場合、ダイアフラム２０は吸気あるいは排気の一方の位置に自動復帰するように構成され、通電コイル４０に通電された際に、電磁力が永久磁石３０に作用して他方の位置に移動するように制御される。ダイアフラム２０に復帰用のスプリングを装着する等により、ダイアフラム２０が一方の位置に自動復帰するように構成することができる。
【００３８】
図７に示す駆動回路５０は、制御回路５２に入力される駆動指令信号と電流遮断指令信号にしたがって、通電コイル４０に正方向と逆方向に通電させ、永久磁石３０との間で吸引力と反発力を交互に発生させて駆動するように構成した例である。通電コイル４０には交流電流あるいはパルス電流を通電させて制御することができる。
図８に示す駆動回路５０は、通電コイル４０に通電して電磁力によりダイアフラム２０を駆動する際に、ダイアフラムの位置検出素子５４によってダイアフラム２０の移動位置を検知してダイアフラム２０を駆動制御する例である。図１に、ダイアフラム２０の位置検出素子５４として、第１のフレーム体２２ａに反射式光センサー５６ａを設け、反射式光センサー５６ａに対向するダイアフラム２０の内面に光反射用コーティング５６ｂを設けた例を示す。この場合、ダイアフラム２０の移動位置を光学的に検知するため、第１のフレーム体２２ａは透光性材料によって形成する必要がある。図２は、ダイアフラムの位置検出素子５４として、第１のフレーム体２２ａに磁気検出センサー５７ａを設け、磁気検出センサー５７ａに対向してダイアフラム２０の外面に位置検出用マグネット５７ｂを取り付けた例である。
【００３９】
図８に示す駆動回路５０では、位置検出素子５４によりダイアフラム２０の移動位置を常時検知し、位置検出素子５４の検知信号に基づいて通電コイル４０に対する電流および周波数を制御することによって、ダイアフラム２０の動作を精度よく制御することが可能である。たとえば、ダイアフラム２０が第１のフレーム体２２ａあるいは第２のフレーム体２２ｂの内面に衝突する際の衝撃力を和らげ、騒音の発生を抑え、ダイアフラム２０を長寿命とするといった制御が可能である。
電流検出素子５８は通電コイル４０に流れる電流をモニターすることにより、駆動指令信号に対してダイアフラム２０の動きにずれが生じた際に、駆動回路から通電コイル４０に供給する電流を調整し、的確にずれを補正するために用いられる。電流制御によることから応答性が良く、高精度の制御が可能となる。
【００４０】
本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプは、上述したように、第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂとからなる本体（フレーム体）２２にダイアフラム２０を収納してダイアフラム室２６を形成し、電磁力を利用して吸排気操作をなすように構成したものである。図１、２に示すようにダイアフラムポンプの主要部の構成はきわめて簡素であり、薄型にきわめてコンパクトに形成されるという特徴がある。また、ダイアフラム２０は薄型に形成された本体２２内で大きな可動領域（容積）を占有するように設計されているから、装置全体をコンパクトに形成し、かつ効率的な吸排気作用がなされるように構成されているという特徴がある。
【００４１】
本体２２を構成する第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂは、所定の強度を有するものであれば、非磁性金属に限らず、樹脂等によって形成することももちろん可能である。なお、本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプは、第１のフレーム体２２ａにじかに通電コイル４０を取り付けた構成としているから、通電コイル４０から発生する熱が第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂに効率的に伝達される。したがって、第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂとを熱伝導の良好な材料によって形成することで、ダイアフラム室２６に導入された空気（流体）を暖めて排出することが可能になる。
【００４２】
本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプは、きわめて小型に形成できるから、ノートパソコンの冷却用、燃料電池の空気や燃料を供給する装置、医療器具等の種々の用途に利用することができる。燃料電池では空気を温めて供給することによって電池の反応を促進させることができるという利点がある。また、医療用機器等に使用する際にも流体を温めて供給することで使いやすいポンプとして利用することが可能になる。
【００４３】
また、本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプでは、ダイアフラム室２６の外部となるダイアフラム２０の外面に永久磁石３０を取り付けたことによって、ダイアフラム室２６の内部には永久磁石３０を取り付けるための留め金具や接着剤がなく、したがって、ダイアフラム室２６に吸引された空気、燃料、血液を汚染することがなく、清浄状態のまま供給することができる。とくに、永久磁石や、留め具、接着剤等から発生する塵やガスは、燃料電池に使用されている触媒を被毒し、燃料電池の機能低下をひきおこす金属イオン等を含む可能性が高い。したがって、ダイアフラム室２６内に永久磁石３０を設置しない構成とした電磁式ダイアフラムポンプを燃料電池に好適に利用することが可能となる。
【００４４】
なお、上記実施形態においては、空気の吸排気を例に説明したが、本発明に係る電磁式ダイアフラムポンプは空気等の気体に限らず、液体等の流体の給排にも利用することができる。また、上記実施形態においては、第１のフレーム体２２ａの正面から吸気して本体２２の側面（第１のフレーム体２２ａの側面あるいはダイアフラム室２６の側面）から排気する構成としたが、これとは逆に、本体２２の側面から吸気して第１のフレーム体２２ａから排気する構成とすることも可能である。また、給排気とも第１のフレーム体２２ａの側面から行うようにすれば、フレーム体をより扁平に薄く形成することが可能となる。
【００４５】
図９〜図１７は、永久磁石３０、バックヨーク３４、通電コイル４０の、相互の配置、大きさ、形状等についての他の実施の形態を示す。
ダイアフラム２０に対する、永久磁石３０、通電コイル４０の配置、およびフレーム体２２の構造等については、図１〜図５に示す実施の形態と基本的に同じであるので、図示を省略してある。
【００４６】
図９に示すものにおいては、永久磁石３０が、１つの永久磁石であって、同心状に、中心エリア３０ａからリング状の外周エリア３０ｂに向けて交互に逆向きに着磁されたものが用いられている。また、通電コイル４０に、永久磁石３０の隣接するエリア間を通過する通電コイルが用いられている。この場合、外周エリア３０ｂや通電コイル４０は１つに限られず、複数であってもよい。図１０に示すものにおいては、２つの外周エリア３０ｂ、３０ｃが設けられ、中心エリア３０ａから外周エリア３０ｂ、３０ｃに向けて交互に逆向きに着磁されている。また通電コイルも、永久磁石３０の隣接するエリア間を通過する同心状の２つの通電コイル４０ａ、４０ｂが配設されている。この通電コイル４０ａ、４０ｂには逆向きに通電される。
【００４７】
上記のように、永久磁石３０に、同心状の複数エリアに交互に逆向きとなるように着磁したものを用い、また、通電コイル４０に、永久磁石３０の隣接するエリア間を通過するものを用いることによって、図９、図１０の矢印に示すように、通電コイル４０のコイル線を直角に横切る磁束密度が高くなり、永久磁石３０に作用する電磁力をより大きくでき、ダイアフラム２０の応答速度を速くでき、またポンプの出力も大きくできる。特に図１０のものにおいては、永久磁石３０に発生する磁束をより多くのスペースで電磁力に利用でき、ポンプ効率がよくなる。また同心状に複数個の磁気回路を作ることにより、スペースを大きくすることなく出力を大きく取ることができる。
【００４８】
次に、図１１に示すものにおいては、永久磁石３０に、中心に配置した第１の磁石３０ａと、該第１の磁石３０ａを囲んで配置された１または複数のリング状の第２の磁石３０ｂ（図示の例では１つ）とで構成し、これら磁石を、中心側のものから外周側のものに向けて交互に逆向きに着磁した永久磁石を用いている。また、通電コイル４０に、永久磁石３０の上記隣接する磁石間を通過する１または複数の通電コイル４０（図示の例では１つ）を用いるようにしたものである。この図１１に示すものも、図９および図１０に示すものと同様に、通電コイル４０のコイル線を直角に横切る磁束密度が高くなり、永久磁石３０に作用する電磁力をより大きくでき、ダイアフラム２０の応答速度を速くでき、またポンプの出力も大きくできる。
【００４９】
次に、図１２に示すものは、永久磁石３０が円板状に形成され、通電コイル４０が円板状の永久磁石３０の外周部近傍を通過するコイルに形成され、バックヨーク３４が、永久磁石３０の外周部から外方に突出する大きさに形成されてなる。
バックヨーク３４の周縁部が通電コイル４０の外周部にほぼ対応位置している。これにより、図に矢印で示すように、漏れ磁束を減じ、通電コイル４０に有効に磁束が通り易くなり、ポンプ効率を高めることができる。
図１３に示すものは、図１２のものにおいて、バックヨーク３４の外周部が、通電コイル４０の外周部に接近する方向に曲折されているものを示す。これにより、より漏れ磁束を少なくでき、ポンプ効率を高めることができる。
【００５０】
次に図１４に示すものは、永久磁石３０がリング状に形成され、バックヨーク３４が該リング状の永久磁石３０を覆うように設けられ、また通電コイル４０が、永久磁石３０の内周部近傍を通過するコイルに形成されているものである。これによっても図の矢印で示すように、漏れ磁束を少なくでき、ポンプ効率を高めることができる。
また、図１５に示すものは、図１４に示すものにおいて、バックヨーク３４の中央部が通電コイル４０の内周部に接近する方向に曲折されて曲折部３４ａが形成されたものである。これによっても、バックヨーク３４が通電コイル４０に接近して漏れ磁束が少なくなり、ポンプ効率を高められる。
【００５１】
次に、図１６に示すものは、永久磁石３０がリング状に形成され、バックヨーク３４が該リング状の永久磁石３０を覆い、且つ永久磁石３０の外周部から突出する大きさのものに形成され、また、通電コイル４０が、永久磁石３０の外周部近傍を通過するコイル４０ｃと、永久磁石３０の内周部近傍を通過するコイル４０ｄとに形成されたものである。
これにより、永久磁石３０に発生する磁束をより多くのスペースで電磁力に利用でき、ポンプ効率がよくなる。また同心状に複数個の磁気回路を作ることにより、スペースを大きくすることなく出力を大きく取ることができる。
なお、図示のように、バックヨーク３４の外周部を通電コイル４０ｃの外周部に接近する方向に曲折したり、バックヨーク３４の中央部を通電コイル４０ｄの内周部に接近するように曲折するとさらに好適である。
【００５２】
図１７に示すものは、永久磁石３０のダイアフラム２６側の面（通電コイル４０側の面）に、通電コイル４０の内周側が通過するヨーク４１を配設したものである。
また、図示のように、バックヨーク３４の外周側を永久磁石３０からさらに外方に突出させ、この突出部を通電コイル４０に接近する方向に曲折するとさらに好適である。
この実施の形態においても、漏れ磁束をさらに少なくでき、ポンプ効率を高めることができる。
【００５３】
上記実施の形態では、通電コイル（電磁力発生手段）４０を第１のフレーム体２２ａ側に配設したが、通電コイルを、ダイアフラム２０の外面に取り付けた永久磁石３０に対向させて第２のフレーム体２２ｂ側に取り付けてもよい（図示せず）。
この場合には、磁束漏れを防止するバックヨーク３４は、永久磁石の、通電コイルと対向する面とは反対側の面、すなわちダイアフラム側の面に取り付けることになる（図示せず）。この実施形態においても、バックヨークの形状や通電コイルの配置を図９〜図１７に示す実施形態のものにすることが可能である。
【００５４】
上記各実施の形態では、永久磁石３０をダイアフラム２０に取り付け、通電コイル（電磁力発生手段）をフレーム体側に取り付けるようにしたが、この逆、すなわち、永久磁石をフレーム体側に取り付け、通電コイル（電磁力発生手段）をダイアフラム側に取り付けるようにしてもよい。
【００５５】
図２１は、通電コイル４０をダイアフラム２０の外面に取り付け、永久磁石３０ａ、３０ｂを第１のフレーム体２２ａの外面に取り付けた実施の形態を示す。上記実施の形態と同一の部材は同一符号を付し、説明を省略する。
６０は通電コイル４０をダイアフラム２０の外面に保持するための保持プレートである。またこの場合、通電コイル４０はダイアフラム２０と共に動くことになるので、フレキシブルケーブル６１で駆動回路５０に電気的に接続するようにするとよい。この実施形態においても、バックヨークの形状や通電コイルの配置を図９〜図１７に示す実施形態のものにすることが可能である。
【００５６】
図２２は、通電コイル４０をダイアフラム２０の外面に取り付け、永久磁石３０ａ、３０ｂを通電コイルに対向させるようにして第２のフレーム体２２ａに取り付けた実施の形態を示す。上記実施の形態と同一の部材は同一符号を付し、説明を省略する。
６０は通電コイル４０をダイアフラム２０の外面に保持するための保持プレートである。またこの場合、通電コイル４０はダイアフラム２０と共に動くことになるので、フレキシブルケーブル６１で駆動回路５０に電気的に接続するようにするとよい。この実施形態においても、バックヨークの形状や通電コイルの配置を図９〜図１７に示す実施形態のものにすることが可能である。
【００５７】
例えば図２３は、図２２の実施形態のものにおいて、バックヨーク３４と通電コイル４０とを図１７に示すのと同様な配置にした実施の形態を示す。すなわち、永久磁石３０のダイアフラム２６側の面（通電コイル４０側の面）に、通電コイル４０の内周側が通過するヨーク４１を配設したものである。
また、図示のように、バックヨーク３４の外周側を永久磁石３０からさらに外方に突出させ、この突出部を通電コイル４０に接近する方向に曲折するようにした。これにより漏れ磁束をさらに少なくでき、ポンプ効率を高めることができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明による電磁式ダイアフラムポンプによれば、上述したように、ダイアフラムポンプの小型化、薄型化を好適に図ることができ、ノートパソコン等の小型機器に容易に搭載して使用することが可能となる。また、永久磁石あるいは通電コイルをダイアフラムの外面に取り付ける構成としたことにより、ダイアフラム室内が常時、清浄空間に保持され、ダイアフラム室から供給される空気や燃料、血液が汚染されず、燃料電池、医療用機器等に好適に利用することができる。
また、バックヨークの形状、配置、通電コイルの数を容易に変更でき、漏れ磁束を少なくでき、ポンプ出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁式ダイアフラムポンプの内部構成を示す断面図（ダイアフラム上位置）である。
【図２】本発明に係る電磁式ダイアフラムポンプの内部構成を示す断面図（ダイアフラム下位置）である。
【図３】電磁式ダイアフラムポンプの第２のフレーム体を外した状態での上面図である。
【図４】電磁式ダイアフラムポンプの底面図である。
【図５】電磁式ダイアフラムポンプの排気部分の構成を示す断面図である。
【図６】実施形態の電磁式ダイアフラム式ポンプを駆動する駆動回路の例を示すブロック図である。
【図７】駆動回路の他の例を示すブロック図である。
【図８】駆動回路のさらに他の例を示すブロック図である。
【図９】永久磁石を同心のリング状に着磁した例を示す説明図である。
【図１０】永久磁石を同心のリング状に着磁し、通電コイルを複数同心状に配置した例を示す説明図である。
【図１１】永久磁石を同心のリング状のものに形成した例を示す説明図である。
【図１２】バックヨークの外周部を永久磁石から外方に突出させた例を示す説明図である。
【図１３】バックヨークの突出外周部を通電コイル方向に曲折した例を示す説明図である。
【図１４】永久磁石をリング状に形成し、通電コイルを永久磁石の内周部近傍を通過させた例を示す説明図である。
【図１５】図１４に示すものにおいて、バックヨークの中心部を通電コイルに接近する方向に曲折した例を示す説明図である。
【図１６】永久磁石をリング状に形成し、通電コイルを同心状に２つ配設した例を示す説明図である。
【図１７】永久磁石のダイアフラム側の面にヨークを取り付けた例を示す説明図である。
【図１８】リング状部の断面形状を円弧状に形成した例を示す部分断面図である。
【図１９】リング状部の断面形状を複数の直線の組み合わせとした例を示す部分断面図である。
【図２０】リング状部の断面形状を円弧と直線の組み合わせとした例を示す部分断面図である。
【図２１】通電コイルをダイアフラムに、永久磁石を第１のフレーム体にそれぞれ取り付けた実施の形態の説明図である。
【図２２】通電コイルをダイアフラムに、永久磁石を第２のフレーム体にそれぞれ取り付けた実施の形態の説明図である。
【図２３】図２２の実施の形態のものにおいて、永久磁石のダイアフラム側にもヨークを取り付けた実施の形態を示す説明図である。
【図２４】電磁式ダイアフラムポンプの従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ａ、１０ｂ　ポンプ室
１２　ダイアフラム
１４　永久磁石
２０　ダイアフラム
２０ａ　クランプ部
２０ｂ　可動部
２０ｃ　ストッパー突起
２２　本体
２２ａ　第１のフレーム体
２２ｂ　第２のフレーム体
２３ａ、２３ｂ　凹部
２５　吸気孔
２６　ダイアフラム室
２７　吸気バルブ
２８　開口部
３０　永久磁石
３２　支持プレート
３２ａ　貫通孔
３４　バックヨーク
３６　制御用基板
３８　排気管
３９　排気バルブ
４０　通電コイル
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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