(57)【要約】【課題】チップシール外周側端部の破損や摩耗を防止することにより信頼性を向上させるとともに、クリーンな吐出空気を供給できる空気供給装置を提供すること。【解決手段】固定スクロールラップ２２Ａの開始角及び終了角を旋回スクロールラップ２１Ａの開始角及び終了角に一致させ、固定スクロールラップ２２Ａのチップシール２２Ｂ終了角を旋回スクロールラップ２１Ａのチップシール２１Ｂ終了角より早めるようにした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機構部と該圧縮機構部を駆動する駆動部とを備え、前記圧縮機構部が互いに噛合する固定スクロールと旋回スクロールとを有し、前記駆動部が前記旋回スクロールを前記固定スクロールに対し旋回運動させることにより吸入された空気を圧縮する空気供給装置であって、
前記固定スクロールが、固定スクロール鏡板と、該固定スクロール鏡板上に立設された固定スクロールラップと、該固定スクロールラップの先端面に取り付けられたチップシールとを有するとともに、前記旋回スクロールが、旋回スクロール鏡板と、該旋回スクロール鏡板上に立設された旋回スクロールラップと、該旋回スクロールラップの先端面に取り付けられたチップシールとを有し、前記固定スクロールラップの開始角及び終了角を前記旋回スクロールラップの開始角及び終了角に一致させ、前記固定スクロールラップのチップシール終了角を前記旋回スクロールラップのチップシール終了角より早めたことを特徴とする空気供給装置。
【請求項２】
前記固定スクロールラップのチップシールの外周側端部の一部を常に前記旋回スクロール鏡板の軌道面の内部に位置させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の空気供給装置。
【請求項３】
前記固定スクロールラップのチップシールの外周側端部を、その形状長さの１／３〜１／２が前記旋回スクロール鏡板の軌道面に常に残るようにしたことを特徴とする請求項２に記載の空気供給装置。
【請求項４】
圧縮機構部と該圧縮機構部を駆動する駆動部とを備え、前記圧縮機構部が互いに噛合する固定スクロールと旋回スクロールとを有し、前記駆動部が前記旋回スクロールを前記固定スクロールに対し旋回運動させることにより吸入された空気を圧縮する空気供給装置であって、
前記固定スクロールが、固定スクロール鏡板と、該固定スクロール鏡板上に立設された固定スクロールラップと、該固定スクロールラップの先端面に取り付けられたチップシールとを有するとともに、前記旋回スクロールが、旋回スクロール鏡板と、該旋回スクロール鏡板上に立設された旋回スクロールラップと、該旋回スクロールラップの先端面に取り付けられたチップシールとを有し、前記旋回スクロール鏡板の外周部における前記固定スクロールラップとの対向面の一部に半径方向に傾斜したスロープを形成したことを特徴とする空気供給装置。
【請求項５】
前記スロープの傾斜角を、前記旋回スクロール鏡板のラップ取付面に対し１０°〜３０°に設定したことを特徴とする請求項４に記載の空気供給装置。
【請求項６】
前記スロープの周方向範囲を、前記固定スクロールラップ先端部のチップシール終了角を中心に３０°〜６０°に設定したことを特徴とする請求項４あるいは５に記載の空気供給装置。
【請求項７】
前記スロープの径方向長さを、前記旋回スクロール鏡板の外縁部から前記固定スクロールラップの厚みの０．５倍〜１．５倍内側までの範囲に設定したことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばエンジンのスーパーチャージャーや燃料電池のエアコンプレッサとして利用される空気供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オイルレススクロール型流体機械は、通常固定スクロールと固定スクロールに対し旋回運動を行う旋回スクロールとを有しており、その信頼性の面からスクロールラップ同士を接触させずに運転している。径方向にはシャフトのたわみ量を考慮した隙間を設けるとともに、軸方向にはスクロールラップの熱膨張を考慮した隙間を設けている。これらの隙間は圧縮の際には漏れ隙間となってしまうため、性能低下は避けられない。特に軸方向隙間に関しては、ラップ全長に関わるため、性能への影響は大きい。この性能低下を抑える一つの手段としてチップシールがあり、チップシールをスクロールラップ先端に嵌装させることで、軸方向隙間を大幅に縮めた状態となり、漏れ損失の低減を図ることができる。
【０００３】
しかしながら、チップシールの取り付けには寸法的に限界がある。一般的にスクロール圧縮機においては、固定スクロールはメカケーシングに取り付けられ、その空間内で旋回スクロールが旋回運動を行っている。したがって、旋回スクロールの鏡板径は固定スクロールの鏡板径より必然的に小さくなってしまう。すなわち、旋回スクロールのスクロールラップ先端部に嵌装されたチップシールは必ず固定スクロール鏡板と面しているが、固定スクロールのスクロールラップ先端部に嵌装されたチップシールは必ずしも旋回スクロール鏡板と面しているわけではない。チップシールが長いと、チップシールの外周側端部が旋回スクロールの鏡板から外れ、背面圧力により押し出されてしまい、旋回スクロールの鏡板と衝突して破損してしまう。
【０００４】
この防止策として、チップシールの外周側端部を、旋回スクロール鏡板の旋回軌跡外側近傍に位置させるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２２１１７６号公報（第５頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載のようなスクロール型流体機械においては、チップシール外周側端部が１回転に必ず１回、旋回スクロールの鏡板から外れるため、再度乗り上がる際に多少なりともチップシール外周側端部と旋回スクロール鏡板とで衝突が起こる。これは、旋回スクロールの回転方向からすると、チップシール外周側端部と旋回スクロール鏡板には、背面圧力がかかっている限り、必ず段差ができてしまうためである。これはチップシール端部の摩耗を促進し、さらにオイルレス機構の場合には摩耗粉が圧縮空気とともに吐出される可能性もある。
【０００７】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、チップシール外周側端部の破損や摩耗を防止することにより信頼性を向上させるとともに、クリーンな吐出空気を供給できる空気供給装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、圧縮機構部と該圧縮機構部を駆動する駆動部とを備え、前記圧縮機構部が互いに噛合する固定スクロールと旋回スクロールとを有し、前記駆動部が前記旋回スクロールを前記固定スクロールに対し旋回運動させることにより吸入された空気を圧縮する空気供給装置であって、前記固定スクロールが、固定スクロール鏡板と、該固定スクロール鏡板上に立設された固定スクロールラップと、該固定スクロールラップの先端面に取り付けられたチップシールとを有するとともに、前記旋回スクロールが、旋回スクロール鏡板と、該旋回スクロール鏡板上に立設された旋回スクロールラップと、該旋回スクロールラップの先端面に取り付けられたチップシールとを有し、前記固定スクロールラップの開始角及び終了角を前記旋回スクロールラップの開始角及び終了角に一致させ、前記固定スクロールラップのチップシール終了角を前記旋回スクロールラップのチップシール終了角より早めたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記固定スクロールラップのチップシールの外周側端部の一部を常に前記旋回スクロール鏡板の軌道面の内部に位置させるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記固定スクロールラップのチップシールの外周側端部を、その形状長さの１／３〜１／２が前記旋回スクロール鏡板の軌道面に常に残るようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、圧縮機構部と該圧縮機構部を駆動する駆動部とを備え、前記圧縮機構部が互いに噛合する固定スクロールと旋回スクロールとを有し、前記駆動部が前記旋回スクロールを前記固定スクロールに対し旋回運動させることにより吸入された空気を圧縮する空気供給装置であって、前記固定スクロールが、固定スクロール鏡板と、該固定スクロール鏡板上に立設された固定スクロールラップと、該固定スクロールラップの先端面に取り付けられたチップシールとを有するとともに、前記旋回スクロールが、旋回スクロール鏡板と、該旋回スクロール鏡板上に立設された旋回スクロールラップと、該旋回スクロールラップの先端面に取り付けられたチップシールとを有し、前記旋回スクロール鏡板の外周部における前記固定スクロールラップとの対向面の一部に半径方向に傾斜したスロープを形成したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、前記スロープの傾斜角を、前記旋回スクロール鏡板のラップ取付面に対し１０°〜３０°に設定したことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、前記スロープの周方向範囲を、前記固定スクロールラップ先端部のチップシール終了角を中心に３０°〜６０°に設定したことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明は、前記スロープの径方向長さを、前記旋回スクロール鏡板の外縁部から前記固定スクロールラップの厚みの０．５倍〜１．５倍内側までの範囲に設定したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明にかかる空気供給装置の軸心に沿った断面図であり、空気供給装置の全体構成を示している。
【００１６】
図１に示されるように、本発明にかかる空気供給装置は、駆動部（モータ部）１０と圧縮機構部２０と吐出ケーシング部５０から構成されている。
【００１７】
駆動部１０は、円筒状のモータフレーム１１と、このモータフレーム１１内面に固定されるステータ１２と、モータシャフト４１に固定されてステータ１２内で回転するロータ１３と、モータフレーム１１の一端側端面を封止するモータ軸受プレート１４とから構成される。モータ軸受プレート１４は、プレートの中心部に第１の軸受７１を備え、この第１の軸受７１によってモータシャフト４１の一端側端部を回転自在に保持している。
【００１８】
圧縮機構部２０は、メカシャフト４２によって動作する旋回スクロール２１と、旋回スクロール２１との間で圧縮空間２６を形成する固定スクロール２２と、旋回スクロール２１を旋回動作させる自転拘束部材２３とから構成される。旋回スクロール２１には、鏡板上に所定の高さで立設された旋回スクロールラップ２１Ａが、固定スクロール２２には、鏡板上に所定の高さで立設された固定スクロールラップ２２Ａが設けられており、旋回スクロールラップ２１Ａと固定スクロールラップ２２Ａとは、互いに噛合するように配置されている。
【００１９】
なお、旋回スクロールラップ２１Ａの側面と固定スクロールラップ２２Ａの側面とは、互いに接触しないように隙間を設けている。また、旋回スクロールラップ２１Ａの先端面と固定スクロールラップ２２Ａの先端面には、それぞれチップシール２１Ｂ，２２Ｂが設けられている。したがって、旋回スクロールラップ２１Ａの先端部と固定スクロール２２とはチップシール２１Ｂを介して接触し、固定スクロールラップ２２Ａの先端部と旋回スクロール２１とは、チップシール２２Ｂを介して接触する。
【００２０】
メカケーシング３１は、モータフレーム１１の他端側端面と圧縮機構部２０の一端側端面とを封止する円盤状の仕切板３１Ａと、圧縮機構部２０の外周部を覆う円筒部材３１Ｂによって構成される。仕切板３１Ａの中心部には貫通穴３３を有し、この貫通穴３３には第２の軸受７２が設けられている。モータシャフト４１の他端側端部は、この第２の軸受７２によって回転自在に保持されている。円筒部材３１Ｂには、圧縮機構部２０に空気を導入する吸入口２４が形成されている。
【００２１】
吐出ケーシング５１は、円盤状のプレート５１Ａと、プレート５１Ａの外周端に連続する円筒部材５１Ｂとによって構成されており、プレート５１Ａの中心部には第３の軸受７３が設けられている。また、メカシャフト４２の他端側端部には、アダプタ４８が取り付けられており、アダプタ４８は、その中心とモータシャフト４１の回転中心を合わせた状態で第３の軸受７３によって回転自在に保持されている。また、プレート５１Ａには、圧縮機構部２０で圧縮された空気を導出する吐出口２５が形成されている。
【００２２】
自転拘束部材２３は、メカシャフト４２を中心とする旋回スクロール２１の回転を拘束しており、旋回スクロール２１は、モータシャフト４１を中心とする旋回動作のみを行う。具体的には、自転拘束部材２３は、メカケーシング３１と旋回スクロール２１との間に配置されるクランクピン２３Ａによって構成され、クランクピン２３Ａは、それぞれの軸端に軸受２３Ｂ，２３Ｃを備えている。軸受２３Ｂ，２３Ｃとしては、グリスが封入されたボールベアリングが好ましい。クランクピン２３Ａは、仕切板３１Ａと旋回スクロール２１との間に複数（例えば、三つ以上）設けられ、各クランクピン２３Ａは、メカシャフト４２から等しい距離で、それぞれ等間隔に設けられている。
【００２３】
シャフト４０は、一体的に形成されたモータシャフト４１とメカシャフト４２とにより構成されており、一端側を第１の軸受７１によって、中間位置を第２の軸受７２によって、他端側をアダプタ４８を介して第３の軸受７３によって回転自在に保持されている。さらに、第１の軸受７１と第２の軸受７２によってモータシャフト４１が保持され、第２の軸受７２と第３の軸受７３によってメカシャフト４２が保持されているため、モータシャフト４１もメカシャフト４２も両端支持の構成となっている。メカシャフト４２は、クランク部においてモータシャフト４１に対して偏心して設けられている。
【００２４】
メカシャフト４２には、ベアリング等の軸受７４，７５が設けられており、旋回スクロール２１は、この２つの軸受７４，７５によって回転自在に保持されている。また、軸受７４は旋回スクロールラップ２１Ａの付け根側に、軸受７５は旋回スクロールラップ２１Ａの先端側に配置されている。
【００２５】
さらに、メカシャフト４２には予圧ばね４４が設けられており、予圧ばね４４は、バランスウェイト４７と軸受７５との間に、圧縮負荷が加えられた状態で配設される。したがって、予圧ばね４４は、軸受７５の内輪側部材を駆動部１０側に押圧し、軸受７５の内輪側部材が駆動部１０側に押圧されることで、その押圧力は、ボールを介して軸受７５の外輪側部材に伝わり、結果として旋回スクロール２１を駆動部１０側に押圧する。旋回スクロール２１に加わる押圧力は、クランクピン２３Ａが受けることになり、低速運転時における旋回スクロール２１の転覆を押さえ、振動を抑制する。
【００２６】
また、メカシャフト４２にはシャフトシール４５が設けられており、シャフトシール４５は、軸受７４と軸受７５との間の位置で、軸受７５に隣接して設けられている。シャフトシール４５は、圧縮空気が軸受７４に漏れるのを防止するためのものである。
【００２７】
実施の形態１．
図２は、本発明の実施の形態１にかかる空気供給装置の固定スクロールと旋回スクロールを噛合させた状態を示す正面図であり、図３は固定スクロールのラップ巻き終わり部を示す正面図である。
【００２８】
図２に示されるように、固定スクロールラップ２２Ａの開始角及び終了角は、旋回スクロールラップ２１Ａの開始角及び終了角と一致しており、対称型インボリュート形状を呈している。対称型インボリュート形状は、対向する圧縮室同士は圧力上昇が同じであるため、これらの２圧縮室での漏れはないが、一つ前の圧縮室とは圧力差があるため、漏れが発生する。この漏れを防止するために、スクロールラップ先端部にはチップシール２１Ｂ，２２Ｂが取り付けられている。チップシール２１Ｂ，２２Ｂはスクロールラップ２１Ａ，２２Ａの先端面に形成されたシール溝２１Ｃ，２２Ｃにそれぞれ嵌入され、シール溝２１Ｃ，２２Ｃの開始角２１Ｓ，２２Ｓは一致している。シール溝２１Ｃ，２２Ｃの終了角２１Ｔ，２２Ｔに関しては、固定スクロール終了角２２Ｔの方が、旋回スクロール終了角２１Ｔより早めてあり、固定スクロール２２に嵌装されるチップシール２２Ｂが、旋回スクロール鏡板２１Ｆから外れ、衝突して破損するのを防止している。特に、図３に示されるように、チップシール２２Ｂの外周側端部の一部を常に旋回スクロール鏡板２１Ｆの軌道面の内部に位置させるのが好ましく、チップシール２２Ｂの外周側端部の形状長さ（弧ＴｉＴｏ）の１／３〜１／２が旋回スクロール鏡板２１Ｆの軌道面（軌道線２１Ｇの内側）に常に残るようにするのがさらに好ましい。こうすることで、完全にチップシール２２Ｂが旋回スクロール鏡板２１Ｆに面するようになるため、再度鏡板２１Ｆに乗り上がる必要性がなくなる。すなわち、衝突による摩耗がなくなるため、摩耗粉の発生が低減し、クリーンな吐出空気を供給できるとともに、信頼性の向上を図ることができる。
【００２９】
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２にかかる空気供給装置の固定スクロールと旋回スクロールを噛合させた状態を示す正面図であり、図５は図４に示される旋回スクロールの正面図であり、図６は図５の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
【００３０】
本実施の形態においては、図４に示されるように、旋回スクロールラップ２１Ａの先端面に取り付けられたチップシール２１Ｂと固定スクロールラップ２２Ａの先端面に取り付けられたチップシール２２Ｂの長さを等しく設定して、対称型インボリュート形状におけるトルクバランスを保つようにしている。
【００３１】
また、図５に示されるように、旋回スクロール鏡板２１Ｆの外周部における固定スクロールラップ２２Ａとの対向面の一部（固定スクロールラップ２２Ａのチップシール２２Ｂが摺接する部位）に半径方向に傾斜したスロープ（傾斜面）２１Ｌが形成されている。旋回スクロール鏡板２１Ｆにスロープ２１Ｌを設けたことで、固定スクロールラップ２２Ａのチップシール２２Ｂが旋回スクロール鏡板２１Ｆから外れた場合でも、旋回スクロール鏡板２１Ｆの側面に衝突して破損することなく、スロープ２１Ｌに摺接して再度鏡板２１Ｆに乗り上がることができる。
【００３２】
その結果、圧縮空間２６に閉じ込められる空気量が増大し、体積効率が向上する。また、旋回スクロール２１と固定スクロール２２に同じ長さのチップシールを嵌装すると、固定スクロール用チップシールと旋回スクロール用チップシールは表裏の関係となっているため、両面の仕上げが施されていれば、一つの金型で製作することができる。
【００３３】
さらに図６に示されるように、スロープ２１Ｌの形状は、その傾斜角を旋回スクロール鏡板２１Ｆのラップ取付面に対し１０°〜３０°の鋭角に設定するのが好ましい。このように設定することで、チップシール２２Ｂが旋回スクロール鏡板２１Ｆに乗り上がる際に、スロープ２１Ｌがチップシール２２Ｂのガイドとして役割を確実に果たすことができ、チップシール端部の破損や摩耗を防止できる。
【００３４】
また、図７はスロープ２１Ｌの加工位置を示しており、同図に示されるように、スロープ２１Ｌの周方向範囲は固定スクロール２２のチップシール終了角２２Ｔを中心に３０°〜６０°の角度に設定されている。すなわち、旋回スクロール鏡板２１Ｆの全周にわたりスロープを設けるのに対し、特定の部分に限定してスロープ２１Ｌを設けるようにすることで、スクロールラップ形状を鏡板外周部にまで延長させ、吸入容積を大きくすることができる。
【００３５】
さらに図７に示されるように、スロープ２１Ｌの幅（径方向の長さ）は、固定スクロールラップ２２Ａの厚みＴｓ程度に設定するのが好ましい。具体的には、旋回スクロール２１の外縁部から固定スクロールラップ２２Ａの厚みＴｓの０．５倍〜１．５倍内側までの範囲に設定するのがよい。このように設定することで、圧縮行程中に閉じ込められた空気がスロープ２１Ｌを介して外部へ漏れることがないため、体積効率の向上を図ることができる。また、スクロールラップ形状を鏡板外周部付近にまで延長できるので、吸入容積を増大することができ、小型化も可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明によれば、固定スクロールラップの開始角及び終了角を旋回スクロールラップの開始角及び終了角に一致させ、固定スクロールラップのチップシール終了角を旋回スクロールラップのチップシール終了角より早めたので、固定スクロールのチップシール外周側端部が旋回スクロール鏡板と衝突して破損するのを防止することができる。
【００３７】
また、固定スクロールのチップシールの外周側端部の一部が、旋回スクロール鏡板の軌道面内部に位置しているので、チップシール外周側端部の破損はもちろん摩耗も防止でき、信頼性の向上を図ることができる。
【００３８】
さらに、固定スクロールのチップシールの外周側端部が、その端部形状長さの１／３〜１／２が旋回スクロール鏡板の軌道面に常に残るので、チップシール外周側端部が旋回スクロール鏡板に再度乗り上がることがなく、チップシール端部の摩耗が抑制される。したがって、摩耗粉の発生が低減し、クリーンな吐出空気を供給できる。
【００３９】
また、旋回スクロール鏡板の外周部における固定スクロールラップとの対向面の一部に半径方向に傾斜したスロープを形成したので、チップシールの長さを縮めることなく端部の破損を防止することができるとともに、漏れ損失の低減を図ることができる。
【００４０】
また、スロープの傾きを、旋回スクロールの鏡板のラップ取付面に対し１０°〜３０°に設定したので、チップシール外周側端部が旋回スクロール鏡板に乗り上がる際のガイドの役割を確実に果たすことができ、チップシール端部の破損や摩耗を防止することができる。
【００４１】
また、スロープの周方向範囲を、固定スクロールラップ先端部のチップシール終了角を中心に３０°〜６０°に設定したので、旋回スクロール鏡板の全周にわたりスロープを設けるのに対し、一部分に限定されているため、スクロールラップ形状を鏡板外周部にまで延長させ、吸入容積を大きくすることができる。
【００４２】
また、スロープの径方向長さを、旋回スクロール鏡板の外縁部から固定スクロールラップの厚みの０．５倍〜１．５倍内側までの範囲に設定したので、圧縮行程中に閉じ込められた空気がスロープを通って外部へ漏れることがなく、体積効率の向上を図ることができる。また、スクロールラップ形状を鏡板外周部付近にまで延長できるので、吸入容積を増大することができ、小型化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる空気供給装置の軸心に沿った断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる空気供給装置の固定スクロールと旋回スクロールを噛合させた状態を示す正面図である。
【図３】図２に示される固定スクロールのラップ巻き終わり部を示す正面図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる空気供給装置の固定スクロールと旋回スクロールを噛合させた状態を示す正面図である。
【図５】図４に示される旋回スクロールの正面図である。
【図６】図５の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
【図７】図４に示される旋回スクロールの正面図であり、特にスロープの加工位置を示している。
【符号の説明】
１０  駆動部、  １１  モータフレーム、  １２  ステータ、  １３  ロータ、  ２０  圧縮機構部、  ２１  旋回スクロール、  ２１Ａ  旋回スクロールラップ、  ２１Ｂ  チップシール、  ２１Ｆ  旋回スクロール鏡板、  ２１Ｇ  鏡板軌道線、  ２１Ｌ  スロープ、  ２１Ｓ  シール溝開始角、  ２１Ｔ  シール溝終了角、  ２２  固定スクロール、  ２２Ａ  固定スクロールラップ、  ２２Ｂ  チップシール、  ２２Ｓ  シール溝開始角、  ２２Ｔ  シール溝終了角、  ２３  自転拘束部材、  ２６  圧縮空間、  ３１  メカケーシング、  ４０  シャフト、  ４１  モータシャフト、  ４２  メカシャフト、  ５０  吐出ケーシング部、  ７１  第１の軸受、  ７２  第２の軸受、  ７３  第３の軸受、  Ｔｓ  固定スクロールラップ厚み。
【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】
2005009334.tif 000007
【図６】
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【図７】
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