(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内に電機子巻線が施された固定子を有し、前記回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔に永久磁石が納められた回転子が、該固定子の内周に所定のギャップを介して回転自在に支承され、前記回転子鉄心の前記永久磁石間の外周面にカット面を形成し、該永久磁石の上部に位置する回転子磁極の開度をθ１とし、前記固定子鉄心のティース幅の開度をθ２、前記固定子鉄心に形成された複数のスロットのスロットピッチをθ３としたとき、θ２≦θ１≦θ３の条件が満足されるように構成すると共に、比（θ２／θ３）を５５％以上にし、該ティース内周側にあって周方向に延びた磁極片の開度をθ４としたとき、比（θ２／θ４）を６４％以上にし、
磁極開度の広い電磁鋼板を積層した第１の回転子の間に、磁極開度の狭い電磁鋼板を積層した第２の回転子が、軸方向に挟まれるように配置し、前記第１および第２の回転子の周方向端部によって軸方向に形成される段差がＶ字状となっており、このＶ字状の段差が周方向に向かい合うように構成したことを特徴とする洗濯乾燥機のファン駆動用永久磁石式回転電機。
【請求項２】
請求項１において、前記回転子鉄心の軸方向長さよりも前記永久磁石の軸方向長さが短いことを特徴とする洗濯乾燥機のファン駆動用永久磁石式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は洗濯乾燥機のファン駆動用に用いられる集中巻固定子を採用した永久磁石式回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
洗濯乾燥機のファン駆動用回転電機にはインバータ駆動の永久磁石式電動機が採用されている。最近では洗濯乾燥機が主流となり、省エネを図るにはファンの風量を増加させ、洗濯物の乾燥時間を短くする必要がある。ファンの風量を増加させるには永久磁石式電動機を高速化する必要がある。この種の回転電機の従来例としては特開２００５−９４９５９号公報に記載のように、回転子の中に２極の永久磁石を内蔵したものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９４９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開２００５−９４９５９号公報に記載のものにおいては、軽負荷時の温度上昇の問題については開示されていない。すなわち、洗濯乾燥機のファンは低速から高速までの運転範囲が広く、特に軽負荷時の温度が異常に増加する問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、低速から高速回転に対応し、特に軽負荷時の温度上昇を抑えることができる洗濯乾燥機のファン駆動用永久磁石式回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記の目的を解決するために、本発明は、固定子鉄心に形成された複数のスロット内に電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔に永久磁石が納められた回転子が、固定子の内周に所定のギャップを介して回転自在に支承され、回転子鉄心の永久磁石間の外周面にカット面を形成し、永久磁石の上部に位置する回転子磁極の開度をθ１とし、ティース幅の開度をθ２、スロットのスロットピッチをθ３としたとき、θ２≦θ１≦θ３の条件を満足するように構成すると共に、比（θ２／θ３）を５５％以上にし、ティース内周側にあって周方向に延びた磁極片の開度をθ４としたとき、比（θ２／θ４）を６４％以上にし、磁極開度の広い電磁鋼板を積層した第１の回転子の間に、磁極開度の狭い電磁鋼板を積層した第２の回転子が、軸方向に挟まれるように配置し、前記第１および第２の回転子の周方向端部によって軸方向に形成される段差がＶ字状となっており、このＶ字状の段差が周方向に向かい合うように構成したことを特徴とする。
（２）上記（１）に記載の洗濯乾燥機のファン駆動用永久磁石式回転電機において、回転子鉄心の軸方向長さよりも永久磁石の軸方向長さが短いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の形態によれば、永久磁石の上部に位置する回転子磁極の開度をθ１とし、ティース幅の開度をθ２、スロットのスロットピッチをθ３としたとき、θ２≦θ１≦θ３の条件を満足するように構成すると共に、比（θ２／θ３）を５５％以上にし、ティース内周側にあって周方向に延びた磁極片の開度をθ４としたとき、比（θ２／θ４）を６４％以上にしたことにより、コイルの漏れ磁束が増加してインダクタンスが大きくなるため、インバータから供給されるヒゲ電流が減少し、軽負荷時の温度上昇を抑えることができる洗濯乾燥機のファン駆動用永久磁石式回転電機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照し、説明する。
（第１実施例）
以下に、本発明の実施例を示す。
【０００９】
図１は本発明による集中巻固定子を有する永久磁石式回転電機の径方向断面図を示す一実施例である。
【００１０】
図２は図１の永久磁石式回転電機の固定子の拡大図である。
【００１１】
図３は図１の永久磁石式回転電機の回転子の拡大図である。
【００１２】
図４は図１の永久磁石式回転電機の回転子の斜視図である。
【００１３】
図１〜図４を同時に参照して説明する。各図中において、共通する符号は同一物を示す。また、ここでは６極９スロットの永久磁石式回転電機について示す。また、図１（ａ）と図１（ｃ）は図３（ａ）に示す回転子を組み込み、図１（ｂ）は図３（ｂ）に示す回転子を組み込んだ永久磁石式回転電機である。
【００１４】
集中巻固定子を有する永久磁石式回転電機１は固定子２と回転子３とから構成される。固定子２は、ティース４とコアバック５からなる固定子鉄心６と、ティース４間のスロット７内にはティース４を取り囲むように巻装された集中巻の電機子巻線８（三相巻線のＵ相巻線８ａ，Ｖ相巻線８ｂ，Ｗ相巻線８ｃからなる）から構成される。ここで、永久磁石式回転電機１は６極９スロットであるから、スロットピッチは機械角で４０度、電気角で１２０度である。ティース４の回転子３と対抗する内周面には図２に示すように、円弧状部分９とベベリング１０を施した、ティース４内周側にあって周方向に延びた磁極片１１がある。
【００１５】
ここで、ティース４の側面と磁極片１１の上面が交差する点の開度をティース幅の開度θ２とし、スロット７のスロットピッチをθ３とし、磁極片１１の周方向端面の開度を磁極片の開度θ４とする。
【００１６】
回転子３は回転子鉄心１２に形成した一文字状の永久磁石挿入孔１３中に永久磁石１４が納められ、シャフト（図示せず）と嵌合するためのシャフト孔１５からなる。ここで、回転子３の磁極中心方向に延びる軸をｄ軸。磁極中心方向と電気角で９０°隔たった磁極間方向に延びる軸をｑ軸とする。回転子鉄心１２の外周面の極間（ｑ軸）側に直線状にカットした略Ｖ字状の２つを組み合わせた形状の凹部１６を設けることにより、永久磁石１４の磁束を磁極側へ集束させる役目をなす回転子磁極１７を形成する。この回転子磁極１７には図３（ａ）に示す磁極開度θ１１の電磁鋼板を複数枚積層した回転子Ｉと、図３（ｂ）に示す磁極開度θ１１より狭くした磁極開度θ１２の電磁鋼板を複数枚積層した回転子IIを持つ２種類としている。回転子Ｉと回転子IIの回転子磁極の開度を総称してθ１とする。この回転子Ｉどうしで挟まれるように回転子IIを配置したのが図４に示す回転子３である。そして、回転子磁極１７は磁極中心に対して対称となるように構成している。
【００１７】
本発明では、回転子鉄心の永久磁石間の外周面にカット面を形成し、永久磁石の上部に位置する回転子磁極の開度をθ１とし、ティース幅の開度をθ２、スロットのスロットピッチをθ３としたとき、条件［θ２≦θ１≦θ３］を満足するように構成すると共に、比（θ２／θ３）を５５％以上にし、磁極片の開度をθ４としたとき、比（θ２／θ４）を６４％以上にしたものである。
【００１８】
図５は図１の永久磁石式回転電機を軽負荷運転したときの電動機電流波形である。図５中には特開２００５−９４９５９号公報に記載の比（θ２／θ３）を４１.７％にしたときの電動機電流波形を比較して示した。図５より、従来の電動機では無負荷に近い軽負荷運転であるためにヒゲ電流が大きいのに対し（最大値１.６７Ａ）、本発明の電動機ではヒゲ電流が小さくなっている（最大値０.３５Ａ）ことが分かる。
【００１９】
この原因はインバータ電源（図示せず）がＡＣ１００Ｖを主電源とし、倍電圧整流回路によってコンデンサの充電電圧が最大２８２.８Ｖになり、このＤＣ電圧をＰＷＭ変調によって電動機への印加電圧を絞る関係上、ファン負荷のように低速運転時には軽負荷となり、トルク発生のための電流が小さいが、ＤＣ電圧が高いためにヒゲ電流が大きくなる。
【００２０】
このヒゲ電流は固定子と回転子にとって非同期磁界となるために、固定子鉄心と回転子鉄心に鉄損が発生し、温度上昇の原因となる。
【００２１】
図６は図１の永久磁石式回転電機を運転したときの温度上昇曲線である。図６（ｂ）には従来の特開２００５−９４９５９号公報に記載の比（θ２／θ３）を４１.７％にしたときの軽負荷運転時と定格運転時の電機子巻線の温度上昇試験結果である。図より、軽負荷運転時，定格運転時とも温度上昇の立ち上がりが早く、鉄損が異常に大きいことが推定できる。また、通常では考えられない、定格運転時よりも軽負荷運転時の温度上昇が高い結果となった。これに対し、図６（ａ）には本発明の永久磁石の上部に位置する回転子磁極の開度をθ１とし、ティース幅の開度をθ２、スロットのスロットピッチをθ３としたとき、条件［θ２≦θ１≦θ３］を満足するように構成すると共に、比（θ２／θ３）を５５％以上にし、磁極片の開度をθ４としたとき、比（θ２／θ４）を６４％以上に設定した、軽負荷運転時と定格運転時の電機子巻線の温度上昇試験結果である。図より、軽負荷運転時，定格運転時とも温度上昇の立ち上がりが遅く、鉄損が小さいことが推定できる。また、定格運転時と軽負荷運転時の温度上昇度合いがほぼ同じになる結果となった。
【００２２】
この鉄損が小さくなる要因は、開度θ１，θ２，θ３，θ４を［θ２≦θ１≦θ３］、比（θ２／θ３）を５５％以上、比（θ２／θ４）を６４％以上に設定したことにより、スロットが極端に幅狭く、かつ高くなるため、スロット漏れ磁束が大きくなり、電機子巻線のスロット漏れインダクタンスが大きくなり、インバータから供給される電流の立ち上がりを遅くなり、ヒゲ電流が小さくなるためである。
【００２３】
図７には本発明の集中巻固定子を有する永久磁石式回転電機を搭載した洗濯乾燥機を縦断面して示す模式図である。図７において、２０は、外郭を構成する四角筒状の外枠である。外枠２０は、クロムフリープレコート鋼板で製作されている。
【００２４】
２１は洗濯兼脱水槽であり、その周壁に通水および通風のための小穴２１ａを有し、その上縁部に流体バランサー２２を備え、底部の内側には回転自在に攪拌翼２３を設置する。２４は洗濯兼脱水槽２１を内包し洗濯水およびすすぎ水を溜める外槽であり、底部の外側には駆動装置２５を鋼板製の取り付けベース２６によって取り付け、外枠２１の上端部の四隅部に係止した４本の防振支持装置２７によって外槽２４を四方から均等に吊り下げることにより外枠２１の中心部に懸垂するように支持する。
【００２５】
攪拌翼２３は、洗濯兼脱水槽２１の底部の大部分を覆う大径（外径寸法が洗濯兼脱水槽の内径寸法の９０％以上）である。攪拌翼２３の詳細を図示していないが、中央部と周縁部が高く、その間を低く形成しており、周縁部は外周に行くほど迫り上げるように上向きに湾曲させ、洗濯物２８を受け支えて回転するものである。
【００２６】
駆動装置２５は、ブラシレスＤＣモータ２９と電動操作クラッチ機構３０と遊星歯車減速機構３１を内蔵し、洗濯兼脱水槽２１を静止させた状態で攪拌翼２３を回転させ（攪拌モード）、洗濯兼脱水槽２１と攪拌翼２３をそれぞれ反対方向に回転させ（洗濯モード）、洗濯兼脱水槽２１と攪拌翼２３を一体に回転（脱水・乾燥モード）させるような選択的な駆動機能を有する。
【００２７】
外槽２４の底に形成した排水口２４ｂは、排水電磁弁３２を介して排水ホース３３に接続する。エアートラップ２４ｃは、エアーチューブ３４を介して水位センサ３５に接続する。外枠２０の下端縁には、四隅に脚３６を取り付けた合成樹脂で成形されたベース３７を装着する。
【００２８】
外側衣類投入口３８を形成したトップカバー３９は、外枠２０の上部開口を覆うように開口端縁に嵌めこみ、フロントパネル４０およびバックパネル４１と共に取り付け、ねじによって外枠２０に取り付けられる。
【００２９】
トップカバー３９に形成した外側衣類投入口３８は、詳細を図示していないが２つ折り（山折り）に開くようにヒンジ４２によってトップカバー３９に取り付けた外蓋４３によって開閉自在に覆い、外槽２４の上端に取り付けた外槽上カバー４４に形成した内側衣類投入口４５は、ヒンジ４６によって外槽上カバー４４に取り付けた内蓋４７によって開閉自在に覆うように構成する。
【００３０】
トップカバー３９とフロントパネル４０の間に形成される前部収納部であるフロントパネルボックス４８には、電源スイッチ４９と操作パネル５０と、アンバランス検出センサ５１，蓋スイッチ５２を内蔵する。アンバランス検出センサ５１は、洗濯兼脱水槽２１を回転させたときに洗濯兼脱水槽２１内の洗濯物２８のアンバランスによって、洗濯兼脱水槽２１（外槽２４）が所定値以上に大きく振れるのを検出するセンサである。蓋スイッチ５２は、外蓋４３の開閉を検知する。
【００３１】
操作パネル５０は洗濯コース，乾燥コース，洗濯乾燥コースなど決める設定ボタンが設けられている。
【００３２】
トップカバー３９とバックパネル４１の間に形成されるバックパネルボックス５３には、後述する洗濯水供給手段と高濃度洗剤液生成・供給手段を横並びにして内蔵すると共に、外槽２４内の水位に応じた水位信号を発生する水位センサ３５と、コントローラ５４を内蔵する。
【００３３】
洗濯水供給手段は、入水側を水栓接続口５５に接続し、洗剤溶解容器５６を経由して出水側を注水口５７に接続した主給水電磁弁５８によって構成する。
【００３４】
高濃度洗剤液生成・供給手段は、補助給水電磁弁５９を経由して洗剤溶解容器５６に洗剤溶解水を供給し、この洗剤溶解容器５６内に投入されている粉末合成洗剤を攪拌しながら高濃度洗剤液を生成し、更なる給水によって希釈しながら洗剤溶解容器５６から溢水させて注水口５７に供給するように構成する。洗剤溶解容器５６には仕上げ剤投入室が付設されており、補助給水電磁弁６０から給水することによって、洗剤溶解容器５６内に投入されている柔軟仕上げ剤を仕上げ剤投入室から溢水させて注水口５７に供給するように構成する。
【００３５】
温風循環乾燥手段は、外槽２４の下部の側壁に形成した吸い出し口６１から外槽２４の後側の外壁面に沿って垂直状態で上向きに伸びるように形成した吸い出し口６１から侵入した洗濯水を堰き止める除湿風路部である水冷除湿ダクト６２と、この水冷除湿ダクト６２内の上部に位置してダクト内に冷却水を供給する水冷除湿手段である冷却水散水部６３と、洗濯工程における外槽２４の水位よりも高い位置で折り返して外槽２４の外壁面に沿って外槽２４の下側に向かって垂直に伸びる下降風路部である下降風路ダクト６４と、外槽２４の下側の空間に配置されて下降風路ダクト６４から吸い込み口に空気を吸い込んで循環空気を生成する循環ファン６５と、この循環ファン６５の吹き出し口から外槽２４の外壁面に沿って上方向に垂直状態に伸びる上昇風路部である上昇風路ダクト６６と、外槽２４の上端部に取り付けた外槽上カバー４４上に設置されて上昇風路ダクト６６から送り込まれる循環空気を加熱する加熱手段であるヒータ（ＰＴＣヒータ）６７を内蔵し、加熱した循環空気を洗濯兼脱水槽２１内に向けて吹き込む吹き込み口６８を備える。
【００３６】
水冷除湿ダクト６２から下降風路ダクト６４への折り返し部分には、糸屑捕集手段６９を備える。また、下降風路ダクト６４内下部には湿度センサ７０と温度センサ７１を設置し、吹き込み口６８のヒータ６７の下流側風路内には第２の温度センサ７２を設置する。冷却水散水部６３への給水は、冷却散水電磁弁７３から行い、両者は蛇腹ホース７４で接続されている。
【００３７】
循環風路を構成する水冷除湿ダクト６２，下降風路ダクト６４および上昇風路ダクト６６は、外槽２４の後側の外壁面に外槽２４の周方向に並べてその一部を外槽２４と一体成形して実装し、これらの外側を覆う裏側蓋７５は、外側に膨出する形状に構成してねじ止めする。
【００３８】
この温風循環乾燥手段は、洗濯後に外槽２４内の洗濯水を排水し、洗濯兼脱水槽２１を高速回転させて脱水した後に高速回転させながら、あるいは、低速回転させながら、または、攪拌翼２３を正逆反転させながら循環ファン６５を運転することによって、外槽２４および洗濯兼脱水槽２１内の湿潤空気を吸い出し口６１から吸い出し、水冷除湿ダクト６２内を上昇させる過程において冷却水散水部６３から水冷除湿ダクト６２内に供給される冷却水によって冷却して除湿する。その後、除湿した空気を下降風路ダクト６４を下降させて循環ファン６５に吸い込み、この循環ファン６５から上昇風路ダクト６６とヒータ６７を通して吹き込み口６８に送り込み、ヒータ６７によって加熱して洗濯兼脱水槽２１内の中央部に向けて吹き込む。このように洗濯兼脱水槽２１に吹き込まれた循環空気は、洗濯兼脱水槽２１内の洗濯物２８に触れて洗濯物を乾燥する。この循環ファン６５は水を扱う機械なので、水分が入り込まないように全開型を採用する関係上、温度上昇率が厳しくなる。
【００３９】
上記洗濯乾燥機の循環ファン６５に本発明の永久磁石式回転電機１を適用した場合を考える。循環ファン６５は２乗負荷であり、運転スタートから定格運転時まで運転範囲が広い。例えば従来の場合、１／２負荷で運転しようと回転速度を下げた場合、負荷電流そのものは小さくてもヒゲ電流が大きく、電気子巻線の温度上昇の関係から長時間の運転ができなくなる。逆に定格運転時においても電気子巻線の温度上昇の関係から長時間の運転ができなくなる。
【００４０】
これに対し、本発明の永久磁石式回転電機を使用した場合、１／２負荷で運転しようと定格運転しようと、電機子巻線の温度上昇が低いことから、任意の負荷で運転でき、長時間の連続運転が可能となるため、洗濯物２８の乾燥時間を早め、省エネに貢献できる。
【００４１】
さらに、本発明ではティース幅の開度θ２と磁極片の開度θ４に対し、（θ２／θ４）＞６４％と数値限定しているが、この限界値が軽負荷運転時の電機子巻線の温度上昇が定格運転時より低くなる構造で規定したものであり、θ２＝θ４の１００％では電機子巻線の係止部がなくなるものであり、上限値は電機子巻線の固定方法や支持方法によって決められるものである。
【００４２】
また、本発明ではティース幅の開度θ２とスロットピッチθ３に対し（θ２／θ３）＞５５％と数値限定しているが、この限界値が軽負荷運転時の電機子巻線の温度上昇が定格運転時より低くなる構造で規定したものであり、θ２＝θ３の１００％ではスロットの開口部１８がなくなるが、分割コアなどの製造方法で対応によって決められるものである。
以上の構成によれば、回転子鉄心の永久磁石間の外周面にカット面を形成し、永久磁石の上部に位置する回転子磁極の開度をθ１とし、ティース幅の開度をθ２、スロットのスロットピッチをθ３としたとき、条件［θ２≦θ１≦θ３］を満足するように構成すると共に、比（θ２／θ３）を５５％以上にし、磁極片の開度をθ４としたとき、比（θ２／θ４）を６４％以上に設定したことにより、コイルの漏れ磁束が増加してインダクタンスが大きくなるため、インバータから供給されるヒゲ電流が減少し、軽負荷運転時の温度上昇を抑えることができる洗濯乾燥機のファン駆動用永久磁石式回転電機を提供できる。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施の形態による永久磁石式回転電機について、図８を用いて説明する。
【００４４】
図８は本発明の第２の実施の形態による永久磁石式回転電機の回転子の断面図であり、図４のＸ−Ｙ断面方向を示したものである。
【００４５】
図８において、回転子３は回転子鉄心１２に形成した一文字状の永久磁石挿入孔１３中に永久磁石１４が納められるが、回転子鉄心１２の軸方向長さよりも永久磁石１４の軸方向長さを短くしたものである。
【００４６】
これにより、永久磁石１４が挿入されていない回転子鉄心１２の部位に電機子巻線が作る磁束が流れるため、電機子反作用磁束によるインダクタンスが大きくなり、ヒゲ電流が小さくなって低速運転時の温度上昇を抑えることができる洗濯乾燥機のファン駆動用永久磁石式回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による集中巻固定子を有する永久磁石式回転電機の径方向断面図。
【図２】図１の永久磁石式回転電機の固定子の拡大図。
【図３】図１の永久磁石式回転電機の回転子の拡大図。
【図４】図１の永久磁石式回転電機の回転子の斜視図。
【図５】図１の永久磁石式回転電機を低速運転したときの電動機電流波形。
【図６】図１の永久磁石式回転電機を運転したときの温度上昇曲線。
【図７】本発明の集中巻固定子を有する永久磁石式回転電機を搭載した洗濯乾燥機を縦断面して示す模式図。
【図８】本発明の第２の実施の形態による永久磁石式回転電機の回転子の断面図。
【符号の説明】
【００４８】
１  永久磁石式回転電機
２  固定子
３  回転子
４  ティース
５  コアバック
６  固定子鉄心
７  スロット
８  電機子巻線
９  円弧状部分
１０  ベベリング
１１  磁極片
１２  回転子鉄心
１３  永久磁石挿入孔
１４  永久磁石
１５  シャフト孔
１６  凹部
１７  回転子磁極
１８  スロット開口部
２０  外枠
２１  洗濯兼脱水層
２２  流体バランサー
２３  攪拌翼
２４  外槽
２５  駆動装置
２６  取り付けベース
２７  防振支持装置
２８  洗濯物
２９  ブラシレスＤＣモータ
３０  電動操作クラッチ機構
３１  遊星歯車減速機構
３２  排水電磁弁
３３  排水ホース
３４  エアーチューブ
３５  水位センサ
３６  脚
３７  ベース
３８  外側衣類投入口
３９  トップカバー
４０  フロントパネル
４１  バックパネル
４２，４６  ヒンジ
４３  外蓋
４４  外槽上カバー
４５  内側衣類投入口
４７  内蓋
４８  フロントパネルボックス
４９  電源スイッチ
５０  操作パネル
５１  アンバランス検出センサ
５２  蓋スイッチ
５３  バックパネルボックス
５４  コントローラ
５５  水栓接続口
５６  洗剤溶解容器
５７  注水口
５８  主給水電磁弁
５９，６０  補助給水電磁弁
６１  吸い出し口
６２  水冷除湿ダクト
６３  冷却水散水部
６４  下降風路ダクト
６５  循環ファン
６６  上昇風路ダクト
６７  ヒータ
６８  吹き込み口
６９  糸屑補修手段
７０  湿度センサ
７１  温度センサ
７２  第２の温度センサ
７３  冷却散水電磁弁
７４  蛇腹ホース
７５  裏側蓋
【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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