(57)【要約】【課題】簡単な構成で停止時から起動時にモータ等による格別の起動加速手段を設ける必要がなく、生産性の向上、組立の容易性、発電効率の向上等を図ることができる垂直軸風車装置を提供すること。【解決手段】垂直に立設する回転軸１１にアーム１２を介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車１４を具備する垂直軸風車装置であって、回転軸１１と同一軸上又は回転軸１１と連動して回転する部材に抗力型風車の翼１７を翼開閉機構１９を介して開閉可能に取付けた。これにより、起動時にモータ等による格別の起動加速手段を設ける必要がなく、且つ起動後は抗力型風車の翼１７を閉じることにより、揚力型の風車である垂直軸風車のみで運転するため風車効率がよい。【選択図】      図２
2004301088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
前記回転軸と同一軸上又は前記回転軸と連動して回転する部材に抗力型風車の翼を開閉可能に取付けたことを特徴とする垂直軸風車装置。
【請求項２】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
前記アームの取付け角度を可変できるアーム取付け角度可変機構を設けたことを特徴とする垂直軸風車装置。
【請求項３】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
前記ブレード及び／又はアームの表面に弾性を有する材料からなるコーティング層を設けたことを特徴とする垂直軸風車装置。
【請求項４】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
前記ブレードの端部に該ブレードの長手方向に直交するか又は所定の角度で補助翼を設けたことを特徴とする垂直軸風車装置。
【請求項５】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
前記ブレードを内部が空洞の樹脂成形品とし、該空洞部にその断面がコ字型が連続した形状の補強部材を長手方向に嵌挿したことを特徴とする垂直軸風車装置。
【請求項６】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
前記アームを内部が空洞の樹脂成形品とし、該空洞部にその断面がコ字型が連続した形状の補強部材を長手方向に嵌挿したことを特徴とする垂直軸風車装置。
【請求項７】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
前記ブレード及びアームを内部が空洞の樹脂成形品とし、それぞれ空洞部にその断面がコ字型が連続した形状の補強部材を長手方向に嵌挿すると共に、該アームの補強部材の端部に嵌合する断面コ字型の補強部材をブレードの補強部材に嵌合させて結合したことを特徴とする垂直軸風車装置。
【請求項８】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
前記ブレード及び／又はアームはその長手方向に直交する断面が湾曲した形状の２枚の樹脂成形体片を内部に空洞を形成して接合した構成であり、該ブレード及び／又はアームの頭部接合部にキャップ状の樹脂成形体片を接合したことを特徴とする垂直軸風車装置。
【請求項９】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
前記アームは主構造部分とアーム外観形状体からなり、該主構造部分をパイプとし、該パイプを介して前記ブレードを回転軸に取り付けると共に、該パイプを覆うように前記アーム外観形状体を該パイプに取付けたことを特徴とする垂直軸風車装置。
【請求項１０】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
前記アームとブレードを分割できる構造とし、該アームの反回転軸側端部にブレードを取付けたことを特徴とする垂直軸風車装置。
【請求項１１】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
前記アーム及び／ブレードを内部が空洞の樹脂成形品とし、該アーム及び／ブレードの空洞部に発泡材を充填したことを特徴とする垂直軸風車装置。
【請求項１２】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
前記ブレード及び／又はアームの外表面に鳥の接近を抑止する模様又は光を反射する部材を取付けたことを特徴とする垂直軸風車装置。
【請求項１３】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
風が前記垂直軸風車に効率よく当るように該風を整流する整流装置を設けると共に、該整流装置の向きを風向によって自動的に変える整流装置方向調整手段を設けたことを特徴とする垂直軸風車装置。
【請求項１４】
垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、
前記ブレードを垂直方向にスライド自在に構成すると共に、前記アームの回転軸への取付け位置も可変自在に構成したことを特徴とする垂直軸風車装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の垂直軸風車装置としては、図１に示すように、垂直に立設する回転軸１１にアーム１２を介して複数のブレード１３を取り付けた構成の揚力型直線翼の垂直軸風車１４を具備するものが知られている。回転軸１１は基台部１５に垂直に立設する円筒状のケーシング１６内に挿入し、軸受（図示せず）を介して回転自在に支持されている。ケーシングの内部には発電機等（図示せず）が配置され、垂直軸風車１４が回転すると該発電機で発電できるようになっている。
【０００３】
上記構成の垂直軸風車装置の垂直軸風車１４は風向きによる風車効率の影響を受け難いという利点を有しているが、種々の点で改良すべき点があった。例えば、揚力型の垂直軸風車は風が吹いても停止時の発生トルクが殆ど零であるため、起動時はモータ（上記発電機をモータとして使用する）により起動加速させたり、抗力型風車をクラッチを介して設け、起動時はクラッチを入れて該抗力型風車で起動加速し、所定の回転数に達したらクラッチを切る等々の複雑な構造の対策が必要であった。
【０００４】
また、ブレード１３やアーム１２を軽量化のため肉薄構造（例えば、肉薄の繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ等）構造）とするため、その強度を補強する必要があり、重量を増加することなく、簡単な構造で効果的に補強できる補強構造が要望されていた。また、アーム１２やブレード１３が肉薄構造であるため、飛翔体が衝突するとその外表面に傷がついたり、破損するという問題もあった。
【０００５】
また、ブレード１３とアーム１２が一体構造となっている場合が多く、製作や組立が困難になるという問題もあった。また、上記のようにブレード１３を肉薄構造としているため、比較的軽い飛翔体、特に鳥が飛来して衝突しても、破損するという問題もあった。また、垂直軸風車は上記のように、風向きにより風車効率の影響を受け難いが、それでも風の乱れにより風車効率が左右されるという問題もあった。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５８−１８７５８７号公報
【特許文献２】
特開昭６２−２８２１７５号公報
【特許文献３】
特開平１１−１３４１８０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で停止時から起動時にモータ等による格別の起動加速手段を設ける必要のない垂直軸風車装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、垂直軸風車を構成する各部を改良し、生産性の向上、組立の容易性、発電効率の向上等を図ることができる垂直軸風車装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、回転軸と同一軸上又は回転軸と連動して回転する部材に抗力型風車の翼を開閉可能に取付けたことを特徴とする。
【００１０】
上記のように回転軸と同一軸上又は回転軸と連動して回転する部材に抗力型風車の翼を開閉可能に取付けたことにより、垂直軸風車、即ち揚力型の風車は自己起動性がないため、風車の停止時からの起動時に、抗力型風車の翼を開くことにより、垂直軸風車を起動加速できるから、起動に際し、従来のようにモータ等により複雑な起動加速手段を設ける必要がない。また、起動加速後は抗力型風車の翼を閉じることにより、揚力型の風車である垂直軸風車のみで運転するため風車効率がよい。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、アームの取付け角度を可変できるアーム取付け角度可変機構を設けたことを特徴とする。
【００１２】
上記のようにアームの取付け角度を可変できるアーム取付け角度可変機構を設けることにより、風車の停止時からの起動時に、アームの取付け角度を変え、該アームに抗力型風車の翼として機能させることにより、垂直軸風車を起動加速させることができるから、上記と同様起動に際し、複雑な起動加速手段を設ける必要がない。また、起動加速後はアーム取付け角度を変え抗力型風車の翼としての機能を無くすることにより、揚力型の風車である垂直軸風車のみで運転するため風車効率がよい。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、ブレード及び／又はアームの表面に弾性を有する材料からなるコーティング層を設けたことを特徴とする。
【００１４】
上記のようにブレード及び／又はアームの表面に弾性を有する材料からなるコーティング層を設けたことにより、該コーティング層が緩衝層となり、特に飛翔体が小石等の小さいものである場合はブレードやアームに損傷を与えることがない。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、ブレードの端部に該ブレードの長手方向に直交するか又は所定の角度で補助翼を設けたことを特徴とする。
【００１６】
上記のようにブレードの端部に該ブレードの長手方向に直交するか又は所定の角度で補助翼を設けたことにより、この翼が飛行機のウインレッドの作用を奏することになり、誘導抗力を減少させるから風車の性能が向上する。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、ブレードを内部が空洞の樹脂成形品とし、該空洞部にその断面がコ字型が連続した形状の補強部材を長手方向に嵌挿したことを特徴とする。
【００１８】
上記のようにブレードを内部が空洞の樹脂成形品とし、該空洞部にその断面がコ字型が連続した形状の補強部材を長手方向に嵌挿したので、簡単で且つ安価な補強構造でブレードの強度を補強できる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、アームを内部が空洞の樹脂成形品とし、該空洞部にその断面がコ字型が連続した形状の補強部材を長手方向に嵌挿したことを特徴とする。
【００２０】
上記のようにアームを内部が空洞の樹脂成形品とし、該空洞部にその断面がコ字型が連続した形状の補強部材を長手方向に嵌挿したので、簡単で且つ安価な補強構造でアームの強度を補強できる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、ブレード及びアームを内部が空洞の樹脂成形品とし、それぞれ空洞部にその断面がコ字型が連続した形状の補強部材を長手方向に嵌挿すると共に、該アームの補強部材の端部に嵌合する断面コ字型の補強部材をブレードの補強部材に嵌合させて結合したことを特徴とする。
【００２２】
上記のようにアームの空洞に挿入した補強部材の端部に嵌合する断面コ字型の補強部材をブレードの補強部材に嵌合させて結合したことにより、アームとブレードとの接合部も補強部材により補強されることになる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、ブレード及び／又はアームはその長手方向に直交する断面が湾曲した形状の２枚の樹脂成形体片を内部に空洞を形成して接合した構成であり、該ブレード及び／又はアームの頭部接合部にキャップ状の樹脂成形体片を接合したことを特徴とする。
【００２４】
上記のようにブレード及び／又はアームは２枚の樹脂成形体片を内部に空洞を形成して接合した構成とすることにより、製作及び組立が容易になる。また、ブレード及び／又はアームの頭部接合部にキャップ状の樹脂成形体片を接合したことにより、頭部接合部がキャップ状の樹脂成形体片で覆われるので、この部分の空気の流れが滑らかになると共に、美観上も優れたものとなる。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、アームは主構造部分とアーム外観形状体からなり、該主構造部分をパイプとし、該パイプを介して前記ブレードを回転軸に取り付けると共に、該パイプを覆うように前記アーム外観形状体を該パイプに取付けたことを特徴とする。
【００２６】
上記のように主構造部分をパイプとし、該パイプを介してブレードを回転軸に取り付けると共に、該パイプを覆うようにアーム外観形状体を該パイプに取付けたので、アームの軽量化が可能になると共に、強度が高くなり、且つ価格も安価にできる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、アームとブレードを分割できる構造とし、該アームの反回転軸側端部にブレードを取付けたことを特徴とする。
【００２８】
上記のようにアームとブレードを分割できる構造とすることにより、アームとブレードを別々に製造できると共に、輸送及び据え付けが容易となる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、アーム及び／ブレードを内部が空洞の樹脂成形品とし、該アーム及び／ブレードの空洞部に発泡材を充填したことを特徴とする。
【００３０】
上記のようにアーム及び／ブレードの空洞部に発泡材を充填したことにより、アームやブレードの重量を大きくすることなく、簡単にアームやブレードの強度を補強することができる。
【００３１】
請求項１２に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、ブレード及び／又はアームの外表面に鳥の接近を抑止する模様又は光を反射する部材を取付けたことを特徴とする。
【００３２】
上記のようにブレード及び／又はアームの外表面に鳥の接近を抑止する模様又は光を反射する部材を取付けたことにより、垂直軸風車の回転時、この模様又は反射部材が回転することになるから、鳥が近寄ってこなくなり、鳥の衝突によるブレード、アームや風車本体の破損という問題を解消できる。
【００３３】
請求項１３に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、風が垂直軸風車に効率よく当るように該風を整流する整流装置を設けると共に、該整流装置の向きを風向によって自動的に変える整流装置方向調整手段を設けたことを特徴とする。
【００３４】
上記のように風を整風する整流装置を設けると共に、整流装置方向調整手段を設けたので、風の整流効果により、風車効率が向上し、発電効率の向上を図ることができる。
【００３５】
請求項１４に記載の発明は、垂直に立設する回転軸にアームを介して複数のブレードを取り付けた構成の垂直軸風車を具備する垂直軸風車装置であって、ブレードを垂直方向にスライド自在に構成すると共に、アームの回転軸への取付け位置も可変自在に構成したことを特徴とする。
【００３６】
上記のようにブレードを垂直方向にスライド自在に構成すると共に、アームの回転軸への取付け位置も可変自在に構成したので、１モデルで多出力に対応でき、コストダウンが図れると共に、ブレードを構成する部品の共用化が可能となる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。なお、本発明に係る垂直軸風車装置の基本構成は、図１に示す構成と略同一であるので、ここでは相違する部分のみを図面に基づいて説明する。
【００３８】
図２は請求項１に記載の発明に係る垂直軸風車装置の構成例を示す図である。図示するように、回転軸１１に翼開閉機構１９を介して抗力型風車の翼（風杯）１７、１７が開閉自在に設けられている。翼開閉機構１９は図３に示すように、ウォーム・ギヤ１９ａを具備している。翼１７、１７は回転軸１８、１８の一端に取付けられ、回転軸１８、１８の他端は、それぞれ翼開閉機構１９のウォーム・ギヤ１９ａのギヤ部にその軸心を一致させて取り付けられている。ウォーム・ギヤ１９ａのウォームを回転することにより、翼１７、１７は図３（ａ）に示す状態（翼１７、１７を閉じた状態）から同図（ｂ）に示す状態（翼１７、１７を開いた状態）に、またその逆にも回動させることができる。
【００３９】
垂直軸風車１４は、揚力型風車であるから、自己起動性がない。そこで風車の停止時からの起動に際しては、翼１７、１７を閉じた図３（ａ）の状態から、翼１７、１７を開いた図３（ｂ）の状態にすることにより、垂直軸風車１４は回転を開始（起動）し、加速する。抗力型風車は高速回転では揚力型風車よりも風車効率が低下するから、垂直軸風車１４が所定の回転速度となったら、翼１７、１７を閉じた状態、即ち図３（ａ）の状態にする。これにより、高速回転では、揚力型の風車である垂直軸風車１４のみで運転されるから、風車効率がよい。また、垂直軸風車１４の高速回転時、抗力型風車の翼１７、１７を図３（ｂ）の開いた状態にすることにより、翼１７、１７はブレーキとしての作用を奏する。即ち、上記のように翼開閉機構１９を介して翼１７、１７を開閉自在に設けることにより、翼１７、１７を垂直軸風車１４の起動加速機構とブレーキ機構として使用できる。
【００４０】
なお、図２及び図３では風杯からなる翼１７が２枚の場合を示したが、３枚以上の複数枚であってもよい。また、図２及び図３では、翼１７が回転軸１１と同一軸上であり、ブレード１３とアーム１２に囲まれた中心に配置されているが、回転軸１１の延長上、即ちブレード１３とアーム１２より上側に翼１７を設置してもよい。また、逆にブレード１３とアーム１２とケーシング１６の間に設置してもよい（図示は省略）。一方、同一軸上ではなく、例えばプーリ、チェーンや歯車等で回転軸１１と連動された別設置の回転軸上に風杯からなる翼１７を取付けてもよい。
【００４１】
図４は請求項２に記載の発明に係る垂直軸風車の構成例を示す図で、同図（ａ）は垂直軸風車１４の上部を示す図で、同図（ｂ）はブレードの正面図である。図示するように、アーム１２の一端はブレード１３に対し回動軸２０を中心に回動自在に取付けられ、アーム１２の他端も回転軸１１に対して回動軸２０を中心に回動自在に取付けられ、アーム１２の回動軸２０は回動機構２１により回動できるようになっている。回動機構２１としては、例えば図３に示すような、ウォーム・ギヤを用いる回動機構２１を用いる。このように、回動機構２１を介してアーム１２を回動できるようにすることにより、回動機構２１はアーム１２の取付け角度可変機構となる。
【００４２】
上記のようにアーム１２の取付け角度を可変にすることにより、垂直軸風車１４の停止時から起動する時に、アーム１２の取付け角度を変え、該アーム１２を抗力型風車の翼として機能させることができる。即ち、停止時はアーム１２の取付け角度をブレード１３に対して直交する方向（水平方向）とし、起動に際してはブレード１３に対して所定の角度とすることにより、アーム１２を抗力型風車の翼としての機能をさせることができる。また、起動加速後はアーム取付け角度を変え抗力型風車の翼としての機能を無くすることにより、揚力型の風車である垂直軸風車１４のみで運転するため風車効率がよい。また、垂直軸風車１４は所定以上の高速回転となった場合、アーム１２を垂直方向にすることにより、該アーム１２をブレーキとして作用させることもできる。
【００４３】
図５は請求項３に記載の発明に係る垂直軸風車のブレードの長手方向に直交する断面図である。図示するように、ブレード１３の外表面に弾性を有する材料からなるコーティング層２２を設けている。このようにブレードの外表面に弾性を有する材料からなるコーティング層２２を設けることにより、飛翔体がブレード１３に衝突した場合、このコーティング層２２が緩衝層となりブレードの損傷を防止できる。特に飛翔体が小石等の小さいものである場合に効果的である。
【００４４】
なお、図示は省略するが、アームの外表面にも上記のような、弾性を有する材料からなるコーティング層を設けることにより、飛翔体、特に小石等の飛翔体がアーム１２に衝突した場合の損傷を防止するのに効果がある。また、コーティング層はアーム１２とブレード１３の双方に設けるとよいが、どちらか一方、特にブレード１３だけに設けても効果的である。
【００４５】
図６（ａ）は請求項４に記載の発明に係る垂直軸風車の構成例を示す図で、図６（ｂ）はＡ部分の平面図である。図示するように、本垂直軸風車１４は、ブレード１３、１３の上下端部にそれぞれ補助翼２３を設けている。補助翼２３は繊維強化プラスチック等からなる板体でブレード１３の長手方向に直交するか又は所定の角度でブレードに対して直線或いはＶ字形状に設けられている。
【００４６】
通常の飛行機では、翼端に生ずる渦によって抗力が発生する。これは、翼端部で翼上面の負圧に翼下面の正圧が流れ込む渦によって発生する抗力で、誘導抗力という。このような誘導抗力は、垂直軸風車１４の上下端部でも発生する。この誘導抗力を減少させるため、飛行機においては翼の先端部にウイングレットと称される補助翼を設け、この誘導抗力を減少させている。垂直軸風車１４では、この誘導抵抗力を減少させるため、ブレード１３の上下端部に長手方向に直交するか又は所定の角度で補助翼２３を設けたことにより、誘導抗力を減少させることができるから風車の性能が向上する。
【００４７】
図７は請求項５に記載の発明に係る垂直軸風車のブレードの長手方向に直交する断面図である。図示するように、本ブレード１３は内部に空洞Ｂが形成された、例えば繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ等）の樹脂成形体からなる。そして空洞Ｂ内に断面がコ字型が連続した形状の補強部材２４を長手方向に嵌挿し、補強部材２４とブレード１３の内壁面を接着剤で接着して固定した構成である。ブレード１３のコ字型は空洞Ｂの略頭部から尾部に渡って連続して形成されている。この補強部材２４には繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ等）の樹脂成形体が用いられる。更に、補強部材２４とブレード１３の密着度を強めるために接着剤と共に、リベットを併用してもよい。
【００４８】
上記のようにブレード１３を内部が空洞Ｂの樹脂成形体とし、該空洞Ｂに断面がコ字型が連続した形状の補強部材２４を長手方向に嵌挿したことにより、簡単で且つ安価にブレード１３の強度を補強できる。
【００４９】
なお、図示は省略するが、アーム１２も内部が空洞の樹脂成形体とし、該空洞に断面がコ字型が連続した形状の補強部材を長手方向に嵌挿したことにより、上記と同様、簡単で且つ安価にアーム１２の強度を補強できる（請求項６に記載の発明の実施形態）。
【００５０】
図８乃至図１０は請求項７に記載の発明に係る垂直軸風車のアームとブレードの結合部の構成例を示す図で、図８はアームとブレードの結合部を示す側断面図（図９のＥ−Ｅ矢視断面図）、図９は図８のＣ−Ｃ矢視断面図、図１０は図９のＤ−Ｄ矢視断面図である。図示するように、ブレード１３及びアーム１２は繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ等）の樹脂成形体で一体的に形成されている。ブレード１３の空洞部には図７と同様、コ字型が連続した形状の断面の補強部材２４が長手方向に嵌挿され、補強部材２４とブレード１３の内壁面を接着剤で接着して固定している。
【００５１】
また、アーム１２の空洞部にもコ字型が連続した形状の断面の補強部材２５が長手方向に嵌挿され、補強部材２４とブレード１３の内壁面を接着剤で接着して固定している。アーム１２の空洞部の補強部材２５のブレード１３側の端部には断面コ字型の補強部材２６が嵌合し、接着されており、該補強部材２６の端部はブレード１３内に延び、該ブレード１３内の補強部材２４に嵌合し接着剤で接着結合されている。このようにアーム１２の空洞に挿入した補強部材２５の端部に嵌合する断面コ字型の補強部材２６をブレード１３の補強部材２４に嵌合させて接着剤で接着結合したことにより、アーム１２のブレード１３との接合部も補強部材２６により補強されることになる。
【００５２】
図１１は請求項８に記載の発明に係る垂直軸風車のブレードの長手方向に直交する断面図である。図示するように、ブレード１３は長手方向に直交する断面が湾曲した形状の２枚の樹脂成形体片１３−１、１３−２を内部に空洞Ａを形成して接合した構成である。そして該樹脂成形体片１３−１、１３−２の頭部接合部にキャップ状の樹脂成形体片１３−３を接合した構成である。樹脂成形体片１３−３と樹脂成形体片１３−１及び樹脂成形体片１３−２の外表面は連続した滑らかな表面となるように、樹脂成形体片１３−１及び樹脂成形体片１３−２の頭部には樹脂成形体片１３−３が嵌り込む形状寸法の凹部が形成されている。なお、ブレード１３の空洞Ａ内には補強部材２４がその長手方向に挿入されている。
【００５３】
上記のようにブレードは２枚の樹脂成形体片１３−１と１３−２を内部に空洞Ａを形成して接合した構成とすることにより、翼の製作及び組立が容易になる。また、樹脂成形体片１３−１と１３−２の頭部接合部にキャップ状の樹脂成形体片１３−３を接合したことにより、頭部接合部がキャップ状の樹脂成形体片１３−３で覆われるので、この部分の空気の流れが滑らかになると共に、美観上も優れたものとなる。
【００５４】
なお、図示は省略するが、アーム１２も長手方向に直交する断面が湾曲した形状の２枚の樹脂成形体片を内部に空洞を形成して接合した構成とし、樹脂成形体片と樹脂成形体片の頭部接合部にキャップ状の樹脂成形体片を接合した構成とする。アーム１２もこのように構成することにより、上記ブレードと同様の作用効果が得られる。なお、ブレード１３とアーム１２の双方に上記構成を採用してもよいし、いずれか一方、特にブレード１３のみを上記構成としてもよい。
【００５５】
図１２乃至図１４は請求項９に記載の発明に係る垂直軸風車の構成例を示す図で、図１２は回転軸とアームとブレードを示す図で、図１３は回転軸とアームの結合部を示す図、図１４は結合部の側面図である。アーム１２はパイプ１２−１からなる主構造部分とアーム１２の外観形状をしたアーム外観形状体１２−２からなり、アーム外観形状体１２−２は該パイプ１２−１を覆うように、パイプ１２−１に取付けられている。パイプ１２−１の一端にブレード１３が固定されている。パイプ１２−１の他端は、回転軸１１の上端端部に固定されたフランジ２７にブラケット２８を介して取り付ける。
【００５６】
ブラケット２８は矩形状の板体部２８ａとその端部にパイプ挿入突起部２８ｂが一体に形成された形状で、板体部２８ａは複数本（図では４本）のボルトナット２９を介してフランジ２７に締付固定され、パイプ１２−１の他端にパイプ挿入突起部２８ｂを挿入し、該挿入部を複数本のボルトナット３０で締め付けることにより、パイプ１２−１、即ちアーム１２を回転軸１１に取り付ける。なお、上記取付け構造は、上側のアーム１２の回転軸１１への取付け構造を説明したが、下側のアーム１２も同様にして取付けることができる。
【００５７】
上記のようにアーム１２の主構造部分をパイプ１２−１とし、該パイプ１２−１を介してブレード１３を回転軸に取り付けると共に、該パイプを覆うようにアーム外観形状体１２−２を該パイプ１２−１に取付けたので、アーム１２の軽量化が可能になると共に、強度が高くなり、且つ価格も安価にできる。
【００５８】
図１５乃至図１７は請求項１０に記載の発明に係る垂直軸風車のアームとブレードの接着部の構成例を示す図で、図１５はアームとブレードの接着合部を示す側断面図（図１６のＨ−Ｈ矢視断面図）、図１６は図１５のＦ−Ｆ矢視断面図、図１７（ａ）は図１６のＧ−Ｇ矢視断面図、図１７（ｂ）はアーム部の断面である。ここではアーム１２とブレード１３は分割できる構造で、別々に製造されるようになっている。
【００５９】
ブレード１３及びアーム１２はそれぞれ繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ等）の樹脂成形体で形成されている。ブレード１３の空洞部にはコ字型が連続した形状の断面の補強部材２４が長手方向に嵌挿され、補強部材２４とブレード１３の内壁面を接着剤で接着して固定している。また、アーム１２の空洞部にもコ字型が連続した形状の断面の補強部材２５が長手方向に嵌挿され、補強部材２４とブレード１３の内壁面を接着剤で接着して固定している。
【００６０】
ブレード１３の側部にはアーム１２と接続するための接合用突起部１３ａが一体に形成されている。また、アーム１２の端部はこの接合用突起部１３ａの外側に所定長さＬで挿入できるようになっている。接合用突起部１３ａの先端から所定長さＬはアーム１２の端部が挿入できるように、その外径がアーム１２の内径に等しいか若干小さく形成され、且つ挿入された状態でアーム１２の外表面と接合用突起部１３ａの外表面が段差なく一致するようになっている。
【００６１】
上記所定長さＬの範囲のアーム１２の内壁面と接合用突起部１３ａの外壁面を接着剤を介して接着し、アーム１２の端部にブレード１３を固定する。なお、アーム１２の補強部材２５のブレード１３側の端部には断面コ字型の補強部材２６が嵌合し接着されており、該補強部材２６の端部はブレード１３内に延び、該ブレード１３内の補強部材２４に嵌合し接着剤で接着結合されている点は、図８乃至図１０の場合と同じである。
【００６２】
図１８乃至図２０は請求項１０に記載の発明に係る垂直軸風車のアームとブレードの接着部の構成例を示す図で、図１８はアームとブレードの接着部を示す側断面図（図１９のＨ−Ｈ矢視断面図）、図１９は図１８のＦ−Ｆ矢視断面図、図２０（ａ）は図１９のＧ−Ｇ矢視断面図、図２０（ｂ）はアーム部の断面図、図２０（ｃ）はリベットの接合状態を示す断面図である。ここでアーム１２とブレード１３は分割できる構造で、別々に製造されるようになっている点は、図１５乃至図１７の場合と同一である。
【００６３】
図１８乃至図２０に示すアームとブレードの接着部の構成が、図１５乃至図１７に示す接着部と相違する点は、アーム１２の補強部材２５の端部とブレード１３の補強部材２４に嵌合する補強部材２６を軽金属であるアルミニウム合金を用い、アーム１２とブレード１３の接合用突起部１３ａの接着範囲、即ち図１９の長さＬの範囲を接着剤で接着するのみではなく、多数のリベット３２を用いて接合している点である。即ち、図２０（ｃ）に示すように、アーム１２と接合用突起部１３ａと補強部材２６の積層部をリベット３２で締付固定している。なお、図示は省略するが、リベットを用いる代りに接合用突起部１３ａの端部にナットを埋め込み、アーム１２とブレード１３の接合時にアーム１２の外部からボルトを挿入し、ボルトとナットの結合力によりアーム１２とブレード１３を接合してもよい。
【００６４】
上記のようにアーム１２とブレード１３を分割できる構造とすることにより、アーム１２とブレード１３を別々に製造でき、製造が容易であると共に、現地まで別々にトレーラ等に積載可能であるため輸送が容易となり、且つ現地据え付け時に単一部材の大きさ及び重量が低減することから、据え付けが容易となる。
【００６５】
図２１は請求項１１に係る垂直軸風車のブレードの長手方向に直交する断面図である。図示するように、ブレード１３はその空洞部に発泡材３３を充填している。このようにブレード１３の空洞部に発泡材３３を充填することにより、ブレード１３の重量を大きくすることなく、簡単にブレード１３の強度を補強することができる。
【００６６】
なお、図示は省略するが、アーム１２もその空洞部に発泡材３３を充填することにより、アームの重量を大きくすることなく、簡単にアーム１２の強度を補強することができる。アーム１２とブレード１３の双方の空洞に発泡材３３を充填すると、これらの重量も増大させることなく、強度が補強される点で好ましいが、双方ではなくいずれか一方でもよい。
【００６７】
図２２は請求項１２に記載の発明に係る垂直軸風車のブレードの正面図である。図示するように、ブレード１３の外表面に光を反射する部材３４を取付ける。上記のように、通常垂直軸風車のブレードの表面は繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ等）の肉薄の成形体で構成されているから、このブレード１３に鳩等の鳥が衝突した場合、破損するおそれがある。鳩等の鳥類は光を反射する動く物体があると、その近くには寄ってこないという習性がある。そこで垂直軸風車のブレードの外表面に光を反射する金属板やミラー板を貼り付けることにより、鳥類の衝突を防止することができる。
【００６８】
勿論、ブレード１３の外表面だけでなく、アーム１２の外表面にも光を反射する部材を設けるとよい。なお、鳥が近寄るのを防止するためには、光を反射する部材のみだけではなく、鳥が近寄るのを嫌がる模様を描いた部材を取付けたり、場合によってはブレード１３やアーム１２に直接このような模様を描いてもよい。例えば鳩が近寄るのを防止するためには、隼やオオタカ等の天敵の絵をブレード１３やアーム１２の外表面に描いたり、このような絵を描いた部材をブレード１３やアーム１２の外表面に取付けてもよい。
【００６９】
図２３は請求項１３に記載の発明に係る垂直軸風車装置の構成を示す平面図である。図示するように、本垂直軸風車装置は回転軸１１にアーム１２を介して複数のブレード１３を取り付けた構成の垂直軸風車１４を具備し、その回りに円環状のレール４０が配置されている。該レール４０上を風を整流する整流装置４１が移動できるようになっている。整流装置４１は風洞４２を具備し、該風洞４２はラッパ状で、風１００を整流し、該風１００が効率よく垂直軸風車１４に当るようにするものである。
【００７０】
図２４は整流装置４１の構成を示す図で、図２４（ａ）は図２３の矢印Ｊ方向から見た図、図２４（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。図示するように、整流装置４１はレール４０上を車輪４５、４６、４６を介して移動できる台車４３上に支柱４４を介して風洞４２を設けた構成である。台車４３はモータ等で自走できる構成であり、風洞４２の頂部に設けた風向計４７からの風向検出信号を受け、レール４０上を自動的に移動し、風洞４２からの風を最も効率よく垂直軸風車１４に当るようにする整流装置方向調整手段（図示せず）が設けられている。
【００７１】
上記のように風１００を整流する整流装置４１を設けると共に、整流装置方向調整手段を設けることにより、風洞４２の整流効果により、垂直軸風車１４の風車効率を向上させることができ、発電効率の向上を図ることができる。
【００７２】
図２５及び図２６は請求項１４に記載の発明に係る垂直軸風車の一部の構成を示す図である。本垂直軸風車１４はブレード１３が複数のブレード部材１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、…を具備し、図２５の場合は３個のブレード部材１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを接続部材５０を介してボルト５１で締め付けて接続し、長いブレード１３を構成している。図２６の場合は中間のブレード部材１３Ｂを除いた２個のブレード部材１３Ａ、１３Ｃを接続部材５２を介してボルト５１で締め付け接続し、短いブレード１３を構成している。即ち、ここでは、垂直軸風車１４のブレード１３が伸縮自在となっている。
【００７３】
また、ブレード１３が伸縮自在となっていることから、アーム１２の回転軸１１への取付け位置も可変自在に構成する必要がある。ここでは、回転軸１１を複数の回転軸部材１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…を具備する構成とし、これらの回転軸部材１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…を伸縮自在とし、所定の長さに調整し、ボルト５３を締め付けることにより、回転軸１１の長さを所定の長さに保持することができる。これにより、アーム１２の取付け位置も所定の位置に調整して固定することができる。
【００７４】
上記のようにブレード１３を複数のブレード部材１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、…で垂直方向に伸縮自在（スライド自在）に構成すると共に、回転軸１１も複数の回転軸部材１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…で伸縮自在（スライド自在）に構成することにより、１モデルで多出力に対応できる。即ち、高出力の時は図２５に示すように、ブレード１３の長さを長くして対応でき、低出力の時は図２６に示すように、ブレード１３の長さを短くして対応できる。これにより、コストダウンが図れると共に、ブレード１３を構成する部品の共用化が可能となる。
【００７５】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【００７７】
請求項１に記載の発明によれば、回転軸と同一軸上又は回転軸と連動して回転する部材に抗力型風車の翼を開閉可能に取付けたことにより、風車の停止時からの起動時に、抗力型風車の翼を開くことにより、垂直軸風車を起動加速できるから、起動に際し、従来のようにモータ等により複雑な起動加速手段を設ける必要がない垂直軸風車装置を提供できる。また、起動加速後は抗力型風車の翼を閉じることにより、揚力型の風車である垂直軸風車のみで運転するため風車効率のよい垂直軸風車装置となる。
【００７８】
請求項２に記載の発明によれば、アームの取付け角度を可変できるアーム取付け角度可変機構を設けることにより、風車の停止時からの起動時に、アームの取付け角度を変え、該アームに抗力型風車の翼として機能させることにより、垂直軸風車を起動加速させることができるから、上記と同様起動に際し、複雑な起動加速手段を設ける必要がない垂直軸風車装置を提供できる。また、起動加速後はアーム取付け角度を変え抗力型風車の翼としての機能を無くすることにより、揚力型の風車である垂直軸風車のみで運転するため風車効率のよい垂直軸風車装置となる。
【００７９】
請求項３に記載の発明によれば、ブレード及び／又はアームの表面に弾性を有する材料からなるコーティング層を設けたことにより、該コーティング層が緩衝層となり、特に飛翔体が小石等の小さいものである場合はブレードやアームに損傷を与えることがない垂直軸風車装置を提供できる。
【００８０】
請求項４に記載の発明によれば、ブレードの端部に該ブレードの長手方向に直交するか又は所定の角度で補助翼を設けたことにより、この翼が飛行機のウインレッドの作用を奏することになり、誘導抗力を減少させるから風車の性能が向上する垂直軸風車装置を提供できる。
【００８１】
請求項５に記載の発明によれば、ブレードを内部が空洞の樹脂成形品とし、該空洞部にその断面がコ字型が連続した形状の補強部材を長手方向に嵌挿したので、簡単で且つ安価な補強構造でブレードの強度を補強できる垂直軸風車装置を提供できる。
【００８２】
請求項６に記載の発明によれば、アームを内部が空洞の樹脂成形品とし、該空洞部にその断面がコ字型が連続した形状の補強部材を長手方向に嵌挿したので、簡単で且つ安価な補強構造でアームの強度を補強できる垂直軸風車装置を提供できる。
【００８３】
請求項７に記載の発明によれば、アームの空洞に挿入した補強部材の端部に嵌合する断面コ字型の補強部材をブレードの補強部材に嵌合させて結合したことにより、アームとブレードとの接合部も補強部材により補強された垂直軸風車装置を提供できる。
【００８４】
請求項８に記載の発明によれば、ブレード及び／又はアームは２枚の樹脂成形体片を内部に空洞を形成して接合した構成とすることにより、製作及び組立が容易な垂直軸風車装置を提供できる。また、ブレード及び／又はアームの頭部接合部にキャップ状の樹脂成形体片を接合したことにより、頭部接合部がキャップ状の樹脂成形体片で覆われるので、この部分の空気の流れが滑らかになると共に、美観上も優れたものとなる。
【００８５】
請求項９に記載の発明によれば、アームの主構造部分をパイプとし、該パイプを介してブレードを回転軸に取り付けると共に、該パイプを覆うようにアーム外観形状体を該パイプに取付けたので、アームの軽量化が可能になると共に、強度が高くなり、且つ価格も安価にできる。
【００８６】
請求項１０に記載の発明によれば、アームとブレードを分割できる構造とすることにより、アームとブレードを別々に製造できると共に、輸送及び据え付けが容易な垂直軸風車装置を提供できる。
【００８７】
請求項１１に記載の発明によれば、アーム及び／ブレードの空洞部に発泡材を充填したことにより、アームやブレードの重量を大きくすることなく、簡単にアームやブレードの強度を補強することができる。
【００８８】
請求項１２に記載の発明によれば、ブレード及び／又はアームの外表面に鳥の接近を抑止する模様又は光を反射する部材を取付けたことにより、垂直軸風車の回転時、この模様又は反射部材が回転することになるから、鳥が近寄ってこなくなり、鳥の衝突によるブレード、アームや風車本体の破損という問題を解消できる垂直軸風車装置を提供できる。
【００８９】
請求項１３に記載の発明によれば、風を整風する整流装置を設けると共に、整流装置方向調整手段を設けたので、風の整流効果により、風車効率が向上し、発電効率の向上を図ることができる垂直軸風車装置を提供できる。
【００９０】
請求項１４に記載の発明によれば、ブレードを垂直方向にスライド自在に構成すると共に、アームの回転軸への取付け位置も可変自在に構成したので、１モデルで多出力に対応でき、コストダウンが図れると共に、ブレードを構成する部品の共用化が可能となる垂直軸風車装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の垂直軸風車装置の構成例を示す図である。
【図２】請求項１の発明に係る垂直軸風車装置の構成例を示す図である。
【図３】図２に示す垂直軸風車装置の抗力型風車の翼開閉機構の構成例を示す図である。
【図４】請求項２の発明に係る垂直軸風車装置の風車の一部構成例を示す図である。
【図５】請求項３の発明に係る垂直軸風車装置の風車のブレード断面図である。
【図６】請求項４の発明に係る垂直軸風車装置の風車の構成例を示す図である。
【図７】請求項５の発明に係る垂直軸風車装置の風車のブレード断面図である。
【図８】請求項７の発明に係る垂直軸風車装置の風車のアームとブレードの結合部を示す側断面図（図９のＥ−Ｅ矢視断面図）である。
【図９】図８のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ矢視断面図である。
【図１１】請求項８の発明に係る垂直軸風車装置の風車のブレード断面図である。
【図１２】請求項９の発明に係る垂直軸風車装置の風車の概略構成例を示す図である。
【図１３】請求項９の発明に係る垂直軸風車装置の風車の回転軸とアームの結合部の構成例を示す外観斜視図である。
【図１４】請求項９の発明に係る垂直軸風車装置の風車の回転軸とアームの結合部の構成例を示す側面図である。
【図１５】請求項１０の発明に係る垂直軸風車装置のアームとブレードの接着部の側断面図（図１６のＨ−Ｈ矢視断面図）である。
【図１６】図１５のＦ−Ｆ矢視断面図である。
【図１７】図１７（ａ）は図１６のＧ−Ｇ矢視断面図、図１７（ｂ）はアーム部の断面図である。
【図１８】請求項１０の発明に係る垂直軸風車装置のアームとブレードの接着部の側断面図（図１６のＨ−Ｈ矢視断面図）である。
【図１９】図１８のＦ−Ｆ矢視断面図である。
【図２０】図２０（ａ）は図１９のＧ−Ｇ矢視断面図、図２０（ｂ）はアーム部の断面図、図２０（ｃ）はリベットの接着状態を示す断面図である。
【図２１】請求項１１の発明に係る垂直軸風車装置の風車のブレード断面図である。
【図２２】請求項１２の発明に係る垂直軸風車装置の風車のブレード正面図である。
【図２３】請求項１３の発明に係る垂直軸風車装置の構成を示す平面図である。
【図２４】請求項１２の発明に係る垂直軸風車装置の整流装置の構成を示す図で、図２４（ａ）は正面図、図２４（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図２５】請求項１４の発明に係る垂直軸風車装置の風車の一部構成例を示す外観斜視図である。
【図２６】請求項１４の発明に係る垂直軸風車装置の風車の一部構成例を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
１１            回転軸
１２            アーム
１２−１        パイプ
１２−２        アーム外観形状体
１３            ブレード
１３−１        樹脂成形体片
１３−２        樹脂成形体片
１３−３        樹脂成形体片
１４            垂直軸風車
１５            基台部
１６            ケーシング
１７            翼
１８            回転軸
１９            翼開閉機構
２０            回動軸
２１            回動機構
２２            コーティング層
２３            補助翼
２４            補強部材
２５            補強部材
２６            補強部材
２７            フランジ
２８            ブラケット
２９            ボルトナット
３０            ボルトナット
３２            リベット
３３            発泡材
３４            部材
４０            レール
４１            整流装置
４２            風洞
４３            台車
４４            支柱
４５            車輪
４６            車輪
４７            風向計
５０            接続部材
５１            ボルト
５２            接続部材
１１Ａ〜Ｃ      回転軸部材
１３Ａ〜Ｃ      ブレード部材
【図１】
2004301088.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004301088.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004301088.tif 000007
【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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【図２５】
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【図２６】
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