(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の外周側に配置された複数のパッドと、
複数のピボットを介して前記複数のパッドを傾動可能に支持する軸受ハウジングと、
前記複数のパッドの間にそれぞれ配置され、前記複数のパッドの摺動面に潤滑油を供給する複数のノズルと、を備えたティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
前記複数のパッドの摺動面は、それぞれ、前縁部から後縁部へ向かうに従って幅が増加するように形成されており、
前記複数のノズルのうちの少なくとも１つの先端部は、上流側パッドの摺動面の後縁部から下流側パッドの摺動面の前縁部への油流れに対して、幅方向両外側から幅方向中央に向かう流れを誘起させる溝部を備えたことを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
【請求項２】
請求項１記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
前記複数のノズルの先端部は、それぞれ、前記パッドの摺動面の後縁部の幅寸法以上の外形幅寸法を有する先端面を備え、
前記溝部は、前記少なくとも１つのノズルの前記先端面に形成されたことを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
【請求項３】
請求項２記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
前記複数のノズルは、それぞれ、前記溝部を有しない場合に前記先端面に油噴出口が形成され、前記溝部を有する場合に前記溝部の底部に油噴出口が形成されたことを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
【請求項４】
請求項２記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
前記回転軸は、水平方向に延在しており、
前記溝部は、前記複数のノズルのうち、前記回転軸の下側に位置するパッドの上流側に位置する１つのノズルに形成されず、それ以外の他のノズルに形成されたことを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
【請求項５】
請求項２記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
前記回転軸は、水平方向に延在しており、
前記溝部は、前記複数のノズルのうち、前記回転軸の下側に位置する１つのノズルと１つのパッドを挟んでそのノズルの上流側に位置する１つのノズルに形成されず、それら以外の他のノズルに形成されたことを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
【請求項６】
請求項１記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、
前記パッドは、前記摺動面の軸方向両外側に形成されて前記摺動面より凹んだ段差面を有し、前端から後端まで、前記摺動面及び前記段差面を含む全体の幅が一定となるように構成されたことを特徴とするティルティングパッド型ジャーナル軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ティルティングパッド型ジャーナル軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
すべり軸受は、薄い流体膜を介して回転軸を支持する軸受であり、転がり軸受と比較して耐荷重性能が高く、振動減衰性や耐衝撃性にも優れる。そのため、高い信頼性が必要とされる産業用回転機械（詳細には、例えば蒸気タービン、発電機、ガスタービン、圧縮機等）に広く採用されている。これらの回転機械に使用されるすべり軸受の一つとして、振動安定性に優れたティルティングパッド型ジャーナル軸受が知られている。
【０００３】
ティルティングパッド型ジャーナル軸受は、回転軸の外周側に配置された複数のパッドと、複数のピボットを介して複数のパッドを傾動可能に支持する軸受ハウジングとを備えている。そして、回転軸の外周面とパッドの摺動面の間に潤滑油を供給して油膜を形成し、この油膜の圧力によって回転軸を支持する。このとき、油膜の圧力分布に応じてパッドの傾きが変化するので、オイルホップ等の不安定振動を抑制することができる。
【０００４】
ティルティングパッド型ジャーナル軸受には、大別して、油浴方式と直接給油方式がある。油浴方式では、パッドが収納される軸受室のシール性を高め、この軸受室に潤滑油を貯留することにより、回転軸の外周面とパッドの摺動面の間に潤滑油を供給するようになっている。一方、直接給油方式では、例えばパッド間に配置されたノズルを介して、回転軸の外周面とパッドの摺動面の間に潤滑油を供給するようになっている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９７８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受において、パッドの摺動面は、周方向上流側の前縁から周方向下流側の後縁まで、軸方向幅が一定となるように形成されている。そのため、ノズルからパッドの摺動面の前縁部に供給された潤滑油の一部は、摺動面の後縁部に向かって流れるものの、残りの潤滑油は、摺動面の側縁に向かって流れて漏洩する。詳しく説明すると、上述したようにパッドが傾くことから、回転軸の外周面とパッドの摺動面の間に形成される油膜の厚さ（言い換えれば、回転軸の外周面とパッドの摺動面との間隔）は、周方向下流側に向かうに従って減少するようになっている。そのため、上述したように軸方向幅が一定であるパッドの摺動面であれば、回転軸の外周面とパッドの摺動面の間に形成される油膜の断面積（言い換えれば、回転軸の外周面とパッドの摺動面の間に形成される隙間の断面積）も、周方向下流側に向かうに従って減少する。そして、油膜の断面積が減少するぶん、パッドの摺動面の側縁から油が漏洩する。したがって、パッドの摺動面の側縁からの油漏洩量が少なからず、この油漏洩量を考慮して、ノズルからの給油量を多めにしなければならなかった。
【０００７】
また、一般的に、パッドの摺動面の後縁部を通過した潤滑油の一部は、ノズルからの潤滑油と合流して、下流側のパッドの摺動面の前縁部に流入する（キャリーオーバー）。そのため、パッドの摺動面の温度上昇量が比較的小さいという条件のもと、キャリーオーバーの油量を増加させれば、ノズルからの給油量を低減することが可能である。
【０００８】
本発明の目的は、給油量を低減できるティルティングパッド型ジャーナル軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、回転軸の外周側に配置された複数のパッドと、複数のピボットを介して前記複数のパッドを傾動可能に支持する軸受ハウジングと、前記複数のパッドの間にそれぞれ配置され、前記複数のパッドの摺動面に潤滑油を供給する複数のノズルと、を備えたティルティングパッド型ジャーナル軸受において、前記複数のパッドの摺動面は、それぞれ、前縁部から後縁部へ向かうに従って幅が増加するように形成されており、前記複数のノズルのうちの少なくとも１つの先端部は、上流側パッドの摺動面の後縁部から下流側パッドの摺動面の前縁部への油流れに対して、幅方向両外側から幅方向中央に向かう流れを誘起させる溝部を備える。
【００１０】
このように本発明において、パッドの摺動面は、前縁部から後縁部へ向かうに従って幅が増加するように形成されている（言い換えれば、前縁部の幅が小さく、後縁部の幅が大きくなるように形成されている）。これにより、回転軸の外周面とパッドの摺動面の間に形成される油膜の断面積は、周方向下流側に向かうに従って減少しないか、若しくはその減少を抑制する。そのため、パッドの摺動面の側縁からの油漏洩量を低減できる。したがって、ノズルからの給油量を低減できる。
【００１１】
また、ノズルの先端部の溝部は、上流側パッドの摺動面の後縁部から下流側パッドの摺動面の前縁部への油流れに対して、幅方向両外側から幅方向中央に向かう流れを誘起させる。これにより、上流側パッドの摺動面の後縁部から流出した潤滑油のうち、ノズルからの潤滑油と合流して、下流側のパッドの摺動面の前縁部に流入する潤滑油の割合を増加できる。すなわち、キャリーオーバーの油量を増加できる。したがって、ノズルからの給油量を低減できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、軸受の給油量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるティルティングパッド型ジャーナル軸受の構造を表す周方向断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるパッドの傾動状態を表すとともに、回転軸の外周面とパッドの摺動面の間に形成された油膜の厚さ変化を表す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるパッドの構造を表す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるノズルの構造を表す斜視図である。
【図５】第１の比較例におけるティルティングパッド型ジャーナル軸受の構造を表す周方向断面図である。
【図６】第１の比較例におけるパッドの構造を表す斜視図である。
【図７】第１の比較例におけるノズルの構造を表す斜視図である。
【図８】第２の比較例におけるティルティングパッド型ジャーナル軸受の構造を表す周方向断面図である。
【図９】第１の比較例におけるパッド摺動面及びノズル先端面上の油流れを示す展開図である。
【図１０】第２の比較例におけるパッド摺動面及びノズル先端面上の油流れを示す展開図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態におけるパッド摺動面及びノズル先端面上の油流れを示す展開図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態におけるティルティングパッド型ジャーナル軸受の構造を表す周方向断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態におけるティルティングパッド型ジャーナル軸受の構造を表す周方向断面図である。
【図１４】本発明の一変形例におけるパッドの構造を表す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態におけるティルティングパッド型ジャーナル軸受の構造を表す周方向断面図である。図２（ａ）は、本実施形態におけるパッドの傾動状態を表す周方向断面図であり、図２（ｂ）は、回転軸の外周面とパッドの摺動面の間に形成された油膜の厚さ変化を表す図である。図３は、本実施形態におけるパッドの構造を表す斜視図である。図４は、本実施形態におけるノズルの構造を表す斜視図である。
【００１６】
本実施形態のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、例えば鉛直方向に延在する回転軸１の径方向荷重を支持する軸受である。この軸受は、回転軸１の外周側に配置された複数（図示では５つ）のパッド２と、複数（図示では５つ）のピボット３を介して複数のパッド２を傾動（揺動）可能に支持する軸受ハウジング４と、複数のパッド２の間にそれぞれ配置された複数（図示では５つ）のノズル５とを備えている。
【００１７】
軸受ハウジング４の外周側には、周方向に延在する導油溝６が形成されている。また、軸受ハウジング４の導油溝６には、径方向に貫通する複数の導油孔７が形成され、各導油孔７にノズル５が接続されている。軸受ハウジング４の導油溝６は、ケーシング８の導油孔９、配管１０、及びポンプ１１を介してオイルタンク１２に接続されている。
【００１８】
そして、ポンプ１１の駆動により、オイルタンク１２で貯蔵された潤滑油が軸受ハウジング４の導油溝６に供給され、さらに、軸受ハウジング４の導油孔７及びノズル５を介して、回転軸１の外周面１３とパッド２の摺動面１４の間に供給されるようになっている。なお、パッド２の摺動面１４は、ホワイトメタル等の低融点金属若しくは樹脂で形成されている。
【００１９】
回転軸１の外周面１３とパッド２の摺動面１４の間に供給された潤滑油は、回転軸１に連れ回り、油膜（図示せず）を形成する。この油膜の圧力によって回転軸１を支持するようになっている。このとき、図２（ａ）で示すように、油膜の圧力分布に応じてパッド２が傾く。すなわち、図２（ｂ）で示すように、回転軸１の外周面１３とパッド２の摺動面１４の間に形成された油膜の厚さは、周方向下流側（すなわち、図１及び図２（ａ）中矢印Ａで示す回転軸１の回転方向）に向かうに従って減少する。詳細には、パッド２の摺動面１４の前縁（周方向位置θ＝０）で油膜の厚さが最大値となり、周方向下流側に向かうに従って油膜の厚さが減少し、周方向位置θ＝θＢで油膜の厚さが最小値に達する。さらに、摺動面１４の後縁（周方向位置θ＝θＡ）に向かうに従って油膜の厚さが若干増加する。
【００２０】
パッド２の摺動面１４は、図３で示すように、前縁の幅寸法がＷ１であり、後縁の幅寸法がそれより大きいＷ２である。（すなわち、Ｗ２＞Ｗ１）。そして、前縁から後縁まで、周方向下流側に向かうに従って幅が増加するように形成されている。なお、後述の図１１では、直線的に増加するように形成された場合を示しているが、これに限られず、曲線的に増加するように形成されてもよい。
【００２１】
ノズル５は、図４で示すように、軸受ハウジング４の導油孔７に接続された円管１５と、この円管１５の先端側に接続された中空のヘッダ１６（先端部）とで構成されている。ヘッダ１６は、上述したパッド２の後縁の幅寸法Ｗ２より大きい幅寸法Ｗ３を有している。すなわち、ヘッダ１６の先端面１７は、幅寸法Ｗ３を有している。
【００２２】
ヘッダ１６の先端面１７には溝部１８が形成され、この溝部１８は、先端面１７の法線方向から見て略台形形状をなしている。本実施形態では、溝部１８の前端の幅寸法は、パッド２の摺動面１４の後縁の幅寸法と同じＷ２であり、溝部１８の後端の幅寸法は、パッド２の摺動面１４の前縁の幅寸法と同じＷ１である。溝部１８の底部には、円管１５及びヘッダ１６の内部に連通する複数の油噴出口１９が形成されており、これら油噴出口１９から噴出された油が下流側のパッド２の摺動面１４に供給されるようになっている。
【００２３】
油噴出口１９の周囲（すなわち、溝部１８の一部）には油溜り用の窪み２０が形成されている。これにより、何らかの理由でポンプ１１が一時的に停止しても、パッド２の摺動面１４への油供給が行えるようになっている。但し、後述の図１１で示すように、窪み２０が形成されていなくともよい。
【００２４】
次に、本実施形態の作用効果を、比較例を用いて説明する。
【００２５】
図５は、第１の比較例におけるティルティングパッド型ジャーナル軸受の構造を表す周方向断面図である。図６は、第１の比較例におけるパッドの構造を表す斜視図である。図７は、第１の比較例におけるノズルの構造を表す斜視図である。図８は、第２の比較例におけるティルティングパッド型ジャーナル軸受の構造を表す周方向断面図である。図９は、第１の比較例におけるパッド摺動面及びノズル先端面上の油流れを示す展開図である。図１０は、第２の比較例におけるパッド摺動面及びノズル先端面上の油流れを示す展開図である。図１１は、本実施形態におけるパッド摺動面及びノズル先端面上の油流れを示す展開図である。なお、第１及び第２の比較例において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。
【００２６】
第１の比較例のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、複数（図示では５つ）のパッド３０と、複数のパッド３０の間にそれぞれ配置された複数（図示では５つ）のノズル３１とを備えている。パッド３０の摺動面３２は、図６で示すように、前縁から後縁まで、幅が一定（Ｗ２）となるように形成されている。
【００２７】
ノズル３１は、図７で示すように、円管１５と、この円管１５の先端側に接続された中空のヘッダ３３とで構成されている。ヘッダ３３の先端面１７には、溝部１８が形成されず、複数の油噴出口１９が形成されている。なお、ヘッダ３３の幅寸法（すなわち、ヘッダ３３の先端面１７の幅寸法）はＷ３である。
【００２８】
そして、ノズル３１からパッド３０の摺動面３２の前縁部に供給された潤滑油の一部は、図９中矢印Ｆ１で示すように、摺動面３２の後縁部に向かって流れるものの、残りの潤滑油は、図９中矢印Ｆ２で示すように、摺動面３２の側縁に向かって流れて漏洩する。詳しく説明すると、上述の図２（ａ）及び図２（ｂ）で示したように油膜の厚さが周方向下流側に向かうに従って減少するため、油膜の断面積も周方向下流側に向かうに従って減少する。そして、油膜の断面積が減少するぶん、パッド３０の摺動面３２の側縁から油が漏洩する。したがって、パッド３０の摺動面３２の側縁からの油漏洩量が少なからず、この油漏洩量を考慮して、ノズル３１からの給油量を多めにしなければならない。
【００２９】
第２の比較例のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、複数のパッド３０に代えて、複数のパッド２を備えている。上述した通り、パッド２の摺動面１４は、前縁から後縁まで、周方向下流側に向かうに従って幅が増加するように形成されている。これにより、油膜の断面積は、周方向下流側に向かうに従って減少しないか、若しくはその減少を抑制することができる。したがって、パッド２の摺動面１４の側縁からの油漏洩量を低減できる。すなわち、ノズル３１からパッド２の摺動面１４の前縁部に供給された潤滑油の大部分は、図１０中矢印Ｆ１で示すように、摺動面１４の後縁部に向かって流れる。したがって、第１の比較例と比べ、ノズル３１からの給油量を低減できる。
【００３０】
しかし、第２の比較例では、上流側パッド２の摺動面１４の後縁部から流出した潤滑油（図１０中矢印Ｆ３参照）のうち、ノズル３１の油噴出口１９からの潤滑油と合流して、下流側パッド２の摺動面１４の前縁部に流入する潤滑油（図１０中矢印Ｆ４参照）の割合が少なくなる。すなわち、キャリーオーバーの油量が減少する。
【００３１】
本実施形態のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、複数のノズル３１に代えて、複数のノズル５を備えている。上述した通り、ノズル５の先端面１７には、溝部１８が形成されている。この溝部１８は、上流側パッド２の摺動面１４の後縁部から下流側パッド２の摺動面１４の前縁部への油流れに対して、幅方向両外側から幅方向中央に向かう流れを誘起させる（図１１中矢印Ｆ５参照）。これにより、上流側パッド２の摺動面１４の後縁部から流出した潤滑油（図１１中矢印Ｆ５参照）のうち、ノズル５の油噴出口１９からの潤滑油と合流して、下流側パッド２の摺動面１４の前縁部に流入する潤滑油（図１１中矢印Ｆ６参照）の割合を増加できる。すなわち、キャリーオーバーの油量を増加できる。したがって、ノズル５からの給油量を低減できる。
【００３２】
以上のように、本実施形態では、第１及び第２の比較例と比べ、軸受の給油量を低減できる。
【００３３】
本発明の第２の実施形態を、図１２により説明する。図１２は、本実施形態におけるティルティングパッド型ジャーナル軸受の構造を表す周方向断面図である。なお、本実施形態において、上記実施形態や比較例と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３４】
本実施形態のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、例えば水平方向に延在する回転軸１の径方向荷重を支持する軸受である。また、回転軸１の下側（真下）に１つのパッド２を配置しており、このパッド２にかかる負荷が他のパッド２にかかる負荷より大きくなる。すなわち、回転軸１の下側に位置する１つのパッド２の摺動面１４の温度上昇量が、他のパッド２の摺動面１４の温度上昇量より大きくなる。
【００３５】
そこで、本実施形態では、回転軸１の下側に位置する１つのパッド２の上流側に１つのノズル３１を配置する。これにより、回転軸１の下側に位置するパッド２に対するキャリーオーバーの油量を低減させ、そのパッド２の摺動面１４の温度上昇を抑制する。一方、他のパッド２の上流側にはノズル５を配置し、他のパッド２に対するキャリーオーバーの油量を増加させる。したがって、本実施形態においても、上述した第１及び第２の比較例と比べ、軸受の給油量を低減できる。
【００３６】
本発明の第３の実施形態を、図１３により説明する。図１３は、本実施形態におけるティルティングパッド型ジャーナル軸受の構造を表す周方向断面図である。なお、本実施形態において、上記実施形態や比較例と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３７】
本実施形態のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、例えば水平方向に延在する回転軸１の径方向荷重を支持する軸受である。また、回転軸１の下側（真下）に１つのノズルを配置しており、このノズルの上流側及び下流側に位置する２つのパッド２にかかる負荷が他のパッド２にかかる負荷より大きくなる。すなわち、回転軸１の下側に位置する１つのノズルの上流側及び下流側に位置する２つのパッド２の摺動面１４の温度上昇量が、他のパッド２の摺動面１４の温度上昇量より大きくなる。
【００３８】
そこで、本実施形態では、回転軸１の下側に１つのノズル３１を配置するとともに、１つのパッド２を挟んでそのノズル３１の上流側に１つのノズル３１を配置する。これにより、回転軸１の下側に位置する１つのノズル３１の上流側及び下流側に位置する２つのパッド２に対するキャリーオーバーの油量を低減させ、それらパッド２の摺動面１４の温度上昇を抑制する。一方、他のパッド２の上流側にはノズル５を配置し、他のパッド２に対するキャリーオーバーの油量を増加させる。したがって、本実施形態においても、上述した第１及び第２の比較例と比べ、軸受の給油量を低減できる。
【００３９】
なお、上記第２及び第３の実施形態においては、特に説明しなかったが、ノズル３１の油噴出口１９は、ノズル５の油噴出口１９と比べ、その数を増やすか、若しくはその径を大きくしてもよい。
【００４０】
また、上記第２の実施形態においては、４つのノズル５を有する場合（言い換えれば、４つのノズルの先端部に溝部１８を形成した場合）、上記第３の実施形態においては、３つのノズル５を有する場合（言い換えれば、３つのノズルの先端部に溝部１８を形成した場合）を例にとって説明したが、これに限られず、少なくとも１つのノズル５を有すればよい（言い換えれば、少なくとも１つのノズルの先端部に溝部１８を形成すればよい。
【００４１】
また、上記第１〜第３の実施形態において、ノズル５（又は３１）の先端面１７の外形幅寸法は、パッド２の摺動面１４の後縁の幅寸法Ｗ２より大きい場合を例にとって説明したが、これに限られず、パッド２の摺動面１４の後縁の幅寸法Ｗ２と同じであってもよい。
【００４２】
また、上記第１〜第３の実施形態において、パッド２の摺動面１４は、図３及び図１１で示すように、前縁から後縁まで、周方向下流側に向かうに従って軸方向幅が増加するように形成された場合（言い換えれば、前縁部及び後縁部も、周方向下流側に向かうに従って軸方向幅が増加するように形成された場合）を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、パッドの摺動面の前縁部（例えば摺動面の周方向長さの１／５以下の前側部分）は、軸方向幅が一定であってもよい。また、パッドの摺動面の後縁部（例えば油膜の厚さが最小値に達する周方向位置θＢから後縁までの部分、若しくは摺動面の周方向長さの１／５以下の後側部分）は、軸方向幅が一定であってもよい。これらの変形例でも、パッドの摺動面の側縁からの油漏洩量を低減でき、給油量を低減できる。
【００４３】
また、上記第１〜第３の実施形態において、パッド２は、周方向上流側の前端から周方向下流側の後端まで、全体の軸方向幅が周方向下流側に向かうに従って増加するように構成された場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、例えば図１４で示すように、パッド２Ａの摺動面１４の軸方向両外側に段差面２１（詳細には、摺動面１４より凹み、回転軸１の外周面との間で油膜を形成しない段差面２１）が形成されてもよい。そして、パッド２Ａは、周方向上流側の前端から周方向下流側の後端まで、摺動面１４及び段差面２１を含む全体の軸方向幅が一定（Ｗ２）となるように構成されてもよい。このような変形例においても、上記実施形態と同様、軸受の給油量を低減できる。また、本変形例では、上記実施形態と比べ、パッド２Ａの側面と壁面との隙間が小さくなるので、パッド２Ａが軸方向に可動し難く、パッド２Ａの取付性が良くなる。
【符号の説明】
【００４４】
１      回転軸
２      パッド
３      ピボット
４      軸受ハウジング
５      ノズル
１４    摺動面
１６    ヘッダ（先端部）
１７    先端面
１８    溝部
１９    油噴出口
２１    段差面
３１    ノズル
３３    ヘッダ（先端部）
【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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