(57)【要約】【課題】軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で旋回スクロールを構成し、硬質粒子のブリッジ作用によって旋回スクロールの焼付きを防止し、信頼性の高いスクロール圧縮機を提供すること。【解決手段】旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、前記旋回スクロールの鏡板の少なくともスラスト荷重を受ける摺動部分の前記硬質粒子を、他の部分より多く分布させたことを特徴とするスクロール圧縮機。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、前記旋回スクロールの鏡板の少なくともスラスト荷重を受ける摺動部分の前記硬質粒子を、他の部分より多く分布させたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、前記旋回スクロールの鏡板の少なくともスラスト荷重を受ける摺動部分に、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨を施して、当該摺動部分の前記硬質粒子を他の部分より多く分布させたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項３】
他の部分より前記硬質粒子を多く分布させる前記摺動部分を、前記旋回スクロールを固定スクロールに押し付ける背圧のかかる部分としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
他の部分より前記硬質粒子を多く分布させる前記摺動部分を、スラスト軸受と摺動する部分としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記軟質基材としてＡｌを、前記硬質粒子としてＳｉを用いて、前記旋回スクロールをＡｌ−Ｓｉ系合金としたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項６】
前記Ｓｉを、共晶Ｓｉ又は微細化された初晶Ｓｉとしたことを特徴とする請求項５に記載のスクロール圧縮機。
【請求項７】
前記Ｓｉを、面積率で４．７％以上露出させたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のスクロール圧縮機。
【請求項８】
加速電圧１５ｋＶ、ＳＣ電流１０ｎＡでのＥＰＭＡによる平均Ｓｉ強度が１７カウント以上としたことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項９】
前記軟質基材としてＦｅ系材料を用いたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項１０】
前記軟質基材としてＭｇ合金を用いたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項１１】
前記軟質基材として樹脂を用いたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項１２】
前記硬質粒子を、面積率で４．７％以上露出させたことを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍空調に使用されているスクロール圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクロール圧縮機に用いる旋回スクロールの構成を図６、図７に示す（例えば特許文献１）。図６は旋回スクロールの要部断面図、図７は旋回スクロールの外観を示す斜視図である。
旋回スクロールは、円板状の鏡板１と、その上面部１ｃから渦巻状に直立して形成されるラップ部２と、軸受部３から構成されている。ラップ部２の高さは、鏡板１の肉厚の約６倍程度になっている。鏡板１及びラップ部２は一体に形成されており、鏡板１の基材１ｂ及びラップ部２の基材２ｂは３０％のシリコンと、若干のニッケル、マグネシュームを含有したアルミニウムダイキャスト品である。また、鏡板１の上面部１ｃ及び側面部１ｄとラップ部２のラップ表層部２ａとは基材部と同じ材質の粉末燒結材で構成されている。
このように構成された旋回スクロールは、軽量であるため毎分１万回転前後の高速回転においても軸受機構等に対する面圧などのダメージが小さい。また、基材１ｂ、２ｂには偏析部が存在しても、表層部１ａ、２ａがシリコン等の均一に分散した粉末燒結材であるため、切削仕上げ面も良好で、表面に疲労破壊の起点となるようなシリコンの脱落部が生じない信頼性の高い旋回スクロール部材が形成される。
したがって、この旋回スクロールを搭載すればスクロール圧縮機は高速回転が可能となり、小形、軽量、かつ高効率、高信頼性が達成できる。
【０００３】
【特許文献１】
特公平１１−２９１５０４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、表層部１ａ、２ａはアルミニウム合金の粉末燒結体で形成されているが、加工によって表層部１ａ、２ａのＳｉはアルミニウムに覆われてしまい、最表面は薄いがアルミニウムリッチになっている。
一方、大容量で多冷媒となるシステムでは、液冷媒の戻りが激しい過渡運転時や差圧が大きくなる高負荷時に、旋回スクロールのスラスト面において潤滑油切れやそれに伴う急激な温度上昇が発生する。その結果、旋回スクロールのスラスト面において最表面のアルミニウムが起点となり焼付きに至る恐れがある。すなわち、十分な信頼性を保証するためには、旋回スクロールのスラスト面にある最表面のアルミニウムの処理が重要な課題となっている。
【０００５】
本発明はこのような従来の問題を解決するものであり、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で旋回スクロールを構成し、硬質粒子のブリッジ作用によって旋回スクロールの焼付きを防止し、信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、前記旋回スクロールの鏡板の少なくともスラスト荷重を受ける摺動部分の前記硬質粒子を、他の部分より多く分布させたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、前記旋回スクロールの鏡板の少なくともスラスト荷重を受ける摺動部分に、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨を施して、当該摺動部分の前記硬質粒子を他の部分より多く分布させたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載のスクロール圧縮機において、他の部分より前記硬質粒子を多く分布させる前記摺動部分を、前記旋回スクロールを固定スクロールに押し付ける背圧のかかる部分としたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載のスクロール圧縮機において、他の部分より前記硬質粒子を多く分布させる前記摺動部分を、スラスト軸受と摺動する部分としたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、前記軟質基材としてＡｌを、前記硬質粒子としてＳｉを用いて、前記旋回スクロールをＡｌ−Ｓｉ系合金としたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載のスクロール圧縮機において、前記Ｓｉを、共晶Ｓｉ又は微細化された初晶Ｓｉとしたことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項５又は請求項６に記載のスクロール圧縮機において、前記Ｓｉを、面積率で４．７％以上露出させたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項５から請求項７のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、加速電圧１５ｋＶ、ＳＣ電流１０ｎＡでのＥＰＭＡによる平均Ｓｉ強度が１７カウント以上としたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、前記軟質基材としてＦｅ系材料を用いたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、前記軟質基材としてＭｇ合金を用いたことを特徴とする。
請求項１１記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、前記軟質基材として樹脂を用いたことを特徴とする。
請求項１２記載の本発明は、請求項９から請求項１１のいずれかに記載のスクロール圧縮機において、前記硬質粒子を、面積率で４．７％以上露出させたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明における第１の実施の形態によるスクロール圧縮機は、旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、旋回スクロールの鏡板の少なくともスラスト荷重を受ける摺動部分の硬質粒子を、他の部分より多く分布させたものである。本実施の形態によれば、スラスト荷重を受ける摺動部分の硬質粒子を、他の部分より多く分布させることで、硬質粒子のブリッジ作用により摺動面での高い信頼性が得られる。
本発明における第２の実施の形態によるスクロール圧縮機は、旋回スクロールを、軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、旋回スクロールの鏡板の少なくともスラスト荷重を受ける摺動部分に、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨を施して、当該摺動部分の硬質粒子を他の部分より多く分布させたものである。本実施の形態によれば、スラスト荷重を受ける摺動部分の硬質粒子を、研磨によって他の部分より多く分布させることで、硬質粒子のブリッジ作用による摺動面での高い信頼性を低価格で得られる。
本発明における第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態によるスクロール圧縮機において、他の部分より硬質粒子を多く分布させる摺動部分を、旋回スクロールを固定スクロールに押し付ける背圧のかかる部分としたものである。本実施の形態によれば、特に高圧型スクロール圧縮機において、運転範囲を拡大することができる。
本発明における第４の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態によるスクロール圧縮機において、他の部分より硬質粒子を多く分布させる摺動部分を、スラスト軸受と摺動する部分としたものである。本実施の形態によれば、特に低圧型スクロール圧縮機において、高速運転が可能になり、立ち上げ運転時間や除霜時間を短縮することができる。
本発明における第５の実施の形態は、第１から第４の実施の形態によるスクロール圧縮機において、軟質基材としてＡｌを、硬質粒子としてＳｉを用いて、旋回スクロールをＡｌ−Ｓｉ系合金としたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
本発明における第６の実施の形態は、第５の実施の形態によるスクロール圧縮機において、Ｓｉを、共晶Ｓｉ又は微細化された初晶Ｓｉとしたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
本発明における第７の実施の形態は、第５又は第６の実施の形態によるスクロール圧縮機において、Ｓｉを、面積率で４．７％以上露出させたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
本発明における第８の実施の形態は、第５から第７の実施の形態によるスクロール圧縮機において、加速電圧１５ｋＶ、ＳＣ電流１０ｎＡでのＥＰＭＡによる平均Ｓｉ強度が１７カウント以上としたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
本発明における第９の実施の形態は、第１から第４の実施の形態によるスクロール圧縮機において、軟質基材としてＦｅ系材料を用いたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができるとともに、旋回スクロールの機械強度が高くなり、旋回スクロールのはねの高さを上げるだけで大型化することができる。
本発明における第１０の実施の形態は、第１から第４の実施の形態によるスクロール圧縮機において、軟質基材としてＭｇ合金を用いたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができるとともに、軽量化でき、その結果更なる高速化によって能力制御巾を大幅に向上することができる。
本発明における第１１の実施の形態は、第１から第４の実施の形態によるスクロール圧縮機において、軟質基材として樹脂を用いたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができるとともに、更に小型化が可能となり、空気圧縮機、真空ポンプ、又はファンなどの低圧流体機械の実現も可能となる。
本発明における第１２の実施の形態は、第９から第１１の実施の形態によるスクロール圧縮機において、硬質粒子を、面積率で４．７％以上露出させたものである。本実施の形態によれば、耐焼付き性能を確保することができる。
【０００８】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施例によるスクロール圧縮機の断面図、図２は本実施例によるスクロール圧縮機に用いる旋回スクロールの断面図である。
図１において、密閉容器４は、冷媒を吸入する吸入管５と、圧縮した冷媒を吐出する吐出管６を有している。密閉容器４内には、圧縮機構部７とモータ部（図示せず）が内蔵されている。圧縮機構部７は、フレーム８に固定された固定スクロール９と、固定スクロール９に対向して配置された旋回スクロール１０と、旋回スクロール１０とフレーム８との間に設けられたオルダムリング１１と、モータ部に連結されているクランク軸１２より構成されている。
【０００９】
固定スクロール９は、鏡板９ａ、はね９ｂ、吸入ポート９ｃ、及び吐出ポート９ｄから構成され、吸入ポート９ｃには吸入管５が接続されている。
旋回スクロール１０は、鏡板１０ａ、１０ｂ、はね１０ｃ、及び軸受１０ｄから構成され、はね１０ｃの高さは、固定スクロール９のはね９ｂの高さより低く設定されている。また、フレーム８と旋回スクロール１０との摺動面には環状溝１３が形成され、この環状溝１３にはリング状のシール部材１４が設けられている。ここで、シール部材１４の内側は高圧に設定されている。この圧力によって旋回スクロール１０は固定スクロール９に押付けられ、旋回スクロール１０と固定スクロール９の軸方向の隙間がシールされている。
旋回スクロール１０は、軟質基材であるＡｌに硬質粒子である微細な共晶Ｓｉを分散させたＡｌ−Ｓｉ系合金よりなる。そして、固定スクロール９の鏡板９ａ、特にはね９ｂの先端に押付けられて摺動する旋回スクロール１０の鏡板１０ａの少なくともシール部材１４の内側で高圧のかかる部分は、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨が施され、表層部の共晶Ｓｉを覆っているＡｌを除去し、その部分の共晶Ｓｉを他の部分より多く、面積率で４．７％以上露出させている。
【００１０】
ここで、表面に露出している共晶Ｓｉの面積率と焼付きとの関係を焼付き試験によって調べた結果を図３に示す。図３は、共晶Ｓｉの面積率に対する焼付き試験結果を示す表である。
図３に示す試験結果から、共晶Ｓｉの面積率は焼付きに影響を及ぼし、耐焼付き性を確保するためには、共晶Ｓｉの面積率は４．７％以上必要であることがわかる。
【００１１】
次に、本実施例によるスクロール圧縮機の動作について説明する。
モータ部の回転は、クランク軸１２を介して旋回スクロール１０に伝達され、オルダムリング１１と協働して旋回スクロール１０を旋回運動させる。この旋回運動によって、互いに噛合う位置に配置された旋回スクロール１０のはね１０ｃと固定スクロール９のはね９ｂは、吸入管５から吸入ポート９ｃを介して冷媒を吸入し圧縮する。圧縮された冷媒は、吐出ポート９ｄから密閉容器４内に吐出され、吐出管６から密閉容器４外に導き出される。密閉容器４内は高圧になっている。
さて、高負荷運転時においては、シール部材１４の内側に過大な圧力が発生し、旋回スクロール１０は固定スクロール９に強く押付けられ、旋回スクロール１０の鏡板１０ａと固定スクロール９の鏡板９ａ、特にはね９ｂの先端の潤滑状態が厳しくなる。また圧縮作用による温度上昇を伴うため、固定スクロール９のはね９ｂが伸びて潤滑状態は更に厳しくなるが、適度に露出された微細な共晶Ｓｉの粒子が固定スクロール９のはね９ｂの先端を支えるため、そのブリッジ作用によって焼付きは防止され、信頼性の高いスクロール圧縮機が得られる。その結果、高圧型スクロール圧縮機における運転可能な負荷範囲を拡大することができる。
また、表層部の共晶Ｓｉ量を、ＥＰＭＡによる平均Ｓｉ強度で１７カウント以上に分布させても、同様の作用効果が得られる。
【００１２】
ここで、表面から２μｍ深さまでの共晶Ｓｉ量と焼付きとの関係を焼付き試験によって調べた結果を図４に示す。図４は、平均Ｓｉ強度に対する焼付き試験結果を示す表である。
表面から２μｍ深さまでの共晶Ｓｉ量については、ＥＰＭＡで相対的な量として把握した。すなわち、Ａｌ−Ｓｉ系合金に対して加速電圧を１５ｋＶに設定し、電子ビームを２μｍ深さまで入射させ、ＳＣ電流を１０ｎＡに設定して電子ビーム径を極力絞り、０．５１２×０．５１２ｍｍの面積における平均Ｓｉ強度を測定した。
図４に示す試験結果から、平均Ｓｉ強度は焼付きに影響を及ぼし、耐焼付き性を確保するためには平均Ｓｉ強度が１７カウント以上必要であることがわかる。
また、軟質基材としてＦｅ系材料を用い、硬質粒子を面積率で４．７％以上露出させると、上記と同じ作用効果が得られるが、更に旋回スクロール１０の機械強度が高くなり、はね１０ｃの高さを上げるだけでスクロール圧縮機を大型化できる。
また、軟質基材としてＭｇ合金を用い、硬質粒子を面積率で４．７％以上露出させると、上記と同じ作用効果が得られるが、更に軽量化でき、その結果更なる高速化によって能力制御巾を大幅に向上できる。
また、軟質基材として樹脂を用い、硬質粒子を面積率で４．７％以上露出させると、上記と同様の作用効果が得られるが、スクロール圧縮機を更に小型化ができる。また空気圧縮機、真空ポンプやファンなどの低圧流体機械の実現も可能となる。
【００１３】
図５は本発明の第２の実施例によるスクロール圧縮機の断面図である。
実施例１と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。
本実施例においては、吸入管５ａは固定スクロール９の吸入ポートに直接接続されていない。また、本実施例においては、フレーム８と旋回スクロール１０との間には、スラスト軸受１５が設けられている。
旋回スクロール１０の旋回運動によって、冷媒は吸入管５ａより密閉容器４の下部空間に流入する。従って、密閉容器４の下部空間は低圧になっている。また、圧縮された冷媒は、吐出ポート９ｄより上部空間に吐出され、密閉容器４外に導かれる。従って、密閉容器４の上部空間は高圧になっている。冷媒の圧縮によって発生する、クランク軸１２方向のスラスト荷重は、スラスト軸受１５によって支持される。
【００１４】
旋回スクロール１０は、軟質基材であるＡｌに硬質粒子である微細な共晶Ｓｉを分散させたＡｌ−Ｓｉ系合金よりなる。そして、スラスト軸受１５に押付けられる旋回スクロール１０の鏡板１０ｂの、少なくともスラスト軸受１５と摺動する部分は、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨が施され、表層部の共晶Ｓｉを覆っているＡｌを除去し、その部分の共晶Ｓｉを他の部分より多く、面積率で４．７％以上露出させている。
大容量で多冷媒となるシステムでは、過渡運転時にスクロール圧縮機への激しい液戻りが発生する。従って、液冷媒で潤滑油が洗われ、旋回スクロール１０の鏡板１０ｂとスラスト軸受１５の潤滑状態は厳しくなるが、適度に露出された微細な共晶Ｓｉの粒子がスラスト軸受１５と摺動し、そのブリッジ作用によってスラスト軸受１５と旋回スクロール１０との焼付きが防止されるため、信頼性の高いスクロール圧縮機が得られる。その結果、低圧型スクロール圧縮機の高速運転が可能となり、始動時間や除霜時間を短縮できる。
以上述べた作用効果は、熱処理などのプロセスによってＳｉを分布させたり、Ｓｉ量の違うＡｌ−Ｓｉ系合金を複合化させることによっても同様に得られる。
【００１５】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、本発明は、旋回スクロールを軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、旋回スクロールの鏡板の少なくともスラスト荷重を受ける摺動部分の硬質粒子を、他の部分より多く分布させることで、硬質粒子のブリッジ作用により信頼性の高いスクロール圧縮機が実現できる。
また本発明は、旋回スクロールを軟質基材に硬質粒子を分散させた材料で構成し、旋回スクロールの鏡板の少なくともスラスト荷重を受ける摺動部分に、研削、バレル、バフ、流体などによる機械的研磨、又はエッチングなどによる化学的研磨を施して、当該摺動部分の硬質粒子を他の部分より多く分布させたものであり、硬質粒子のブリッジ作用による摺動面での高い信頼性を低価格で得られる。
また本発明は、他の部分より硬質粒子を多く分布させる摺動部分を、旋回スクロールを固定スクロールに押し付ける背圧のかかる部分としたことで、特に高圧型スクロール圧縮機において、運転範囲を拡大することができる。
また本発明は、他の部分より硬質粒子を多く分布させる摺動部分を、スラスト軸受と摺動する部分としたことで、特に低圧型スクロール圧縮機において、高速運転が可能になり、立ち上げ運転時間や除霜時間を短縮することができる。
また本発明は、軟質基材としてＡｌを、硬質粒子としてＳｉを用いて、旋回スクロールをＡｌ−Ｓｉ系合金としたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
また本発明は、Ｓｉを、共晶Ｓｉ又は微細化された初晶Ｓｉとしたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
また本発明は、Ｓｉを、面積率で４．７％以上露出させたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
また本発明は、加速電圧１５ｋＶ、ＳＣ電流１０ｎＡでのＥＰＭＡによる平均Ｓｉ強度が１７カウント以上としたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
また本発明は、軟質基材としてＦｅ系材料を用いたことで、耐焼付き性能を確保することができるとともに、旋回スクロールの機械強度が高くなり、旋回スクロールのはねの高さを上げるだけで大型化することができる。
また本発明は、軟質基材としてＭｇ合金を用いたことで、耐焼付き性能を確保することができるとともに、軽量化でき、その結果更なる高速化によって能力制御巾を大幅に向上することができる。
また本発明は、軟質基材として樹脂を用いたことで、耐焼付き性能を確保することができるとともに、更に小型化が可能となり、空気圧縮機、真空ポンプ、又はファンなどの低圧流体機械の実現も可能となる。
また本発明は、硬質粒子を、面積率で４．７％以上露出させたことで、耐焼付き性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のスクロール圧縮機を示す断面図
【図２】本実施例のスクロール圧縮機に用いる旋回スクロールの断面図
【図３】共晶Ｓｉの面積率に対する焼付き試験結果を示す表
【図４】平均Ｓｉ強度に対する焼付き試験結果を示す表
【図５】本発明の第２の実施例のスクロール圧縮機を示す断面図
【図６】従来例の旋回スクロールを示す要部断面図
【図７】従来例の旋回スクロールの外観を示す斜視図
【符号の説明】
９  固定スクロール
９ａ  鏡板
１０  旋回スクロール
１０ａ、１０ｂ  鏡板
１５  スラスト軸受
【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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