(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するロータを浮上状態で囲むケーシング内に取付けられ、断面形状をコ字形状に形成するステータコアのコイルを配置する歯端部が軸方向に隣接してＮ極とＳ極を構成するホモポーラ形磁気軸受の製造方法であって、
巻付け金型に連続する鋼板に張力を付与しながら所定厚さまで巻取ると共に、巻取り中に鋼板の表面に接着剤を兼ねる絶縁材を塗布し接着させて積層鋼板の巻取コアを形成し、
次に、巻付け金型から解放した巻取コアを切断して積層状態の板目がコ字形状のステータコアを成形し、
次に、ステータコアの夫々の歯端部にコイルを配置する、ことを特徴とする磁気軸受構造の製造方法。
【請求項２】
前記ステータコアの前記成形の後、前記コイルの前記配置の前に、前記ステータコアの歯端部の内周面側で、ロータの外周面と直交配置される積層状態の板目の積層方向と平行方向に所定の回転切削加工を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気軸受の製造方法。
【請求項３】
回転するロータを浮上状態で囲むケーシング内に取付けられ、断面形状をコ字形状に形成するステータコアのコイルを配置する歯端部が軸方向に隣接してＮ極とＳ極を構成するホモポーラ形磁気軸受構造の製造方法であって、（Ａ）巻付け金型に連続する鋼板に張力を付与しながら所定厚さまで巻取ると共に、巻取り中に鋼板の表面に接着剤を兼ねる絶縁材を塗布し接着させて積層鋼板の巻取コアを形成し、（Ｂ）次に、巻付け金型から解放した巻取コアを等分に切断して積層状態の板目がコ字形状のステータコアを成形し、（Ｃ）次に、ステータコアの歯端部の内周面側でロータの外周面と直交配置される積層状態の板目の積層方向と平行方向に所定の回転切削加工を行い、（Ｄ）次に、ステータコアの夫々の歯端部にコイルを配置する、ことを特徴とする磁気軸受の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気軸受の製造方法により製造された磁気軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸を無接触で支持する磁気軸受構造、特にホモポーラ形の磁気軸受構造とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ圧縮機は、レシプロ圧縮機やスクリュウ圧縮機に比べて大容量化、小型化に適し、かつオイルフリー化が容易である。このため、工場の空気源、空気分離の原料空気やプロセス関係の空気源等の汎用圧縮機として多用されている。
【０００３】
一方、ターボ圧縮機には、ターボ圧縮機と直結駆動する高速モータ用の高速回転軸を支持するためにガス軸受やスベリ軸受、磁気軸受が従来から用いられている。特に、高速回転（例えば１０万ｍｉｎ-1以上）する高速回転軸用のラジアル磁気軸受の１つに、高速モータ用の高速回転軸を形成する回転中のロータに磁束を通して、その電磁吸引力で浮上させて無接触で支持するホモポーラ形磁気軸受がある。
【０００４】
図５は、従来のホモポーラ形磁気軸受の構成を示す模式図であり、図６は、図５のＣ−Ｃ矢視図である。
図５において、ホモポーラ形磁気軸受用の磁気軸受構造１は、ケーシング２の軸心でかつ軸線方向に平行に配置され高速回転自在で外径Ｄ１を有する所定の長さのロータ３と、ロータ３の外周面４と所定の隙間Ｇを有しケーシング２の内周面６の凹部７内に取付けられるコ字形状で板幅Ｗ１を有するステータコア８と、ステータコア８のロータ３の外周面４と対向する内周側に配置される２個所の歯端部９、９と、この歯端部９、９を取り囲むコイル１０、１０と、から構成されている。
【０００５】
更に、図６に示すようにステータコア８は、ロータ３の外周部４と所定の隙間Ｇを有して複数個（本図では４個）で等分（４等分）に配置されている。また、ステータコア８は図示しないが、通常ロータ３の軸線方向に所定の間隔で少なくとも２ケ所に配置されている。このため安定した状態で高速回転することができる。更に、ステータコア８は、板厚Ｔの薄い鋼板１１と、隣り合う鋼板１１の間に接着を兼ねる絶縁材１２を塗布し、順次１枚づつ貼り合せて所定の長さＬ１の積層状態で複数の板目１３からなる積層鋼板１４である。また、図６で示すように積層鋼板１４の積層状態の板目１３の貼り合せ（積層）方向は、ロータ３の軸線方向に対して水平方向となるように配置されている。
【０００６】
このように、ホモポーラ形磁気軸受用の磁気軸受構造１は、ロータ３を囲むステータコア８の歯端部９、９が軸線方向に隣接してコイル１０、１０により電磁石のＮ極とＳ極を構成するので、対向位置にある歯端部９、９の吸引力を制御してロータ３を無接触で浮上させて支持できる。従って、このホモポーラ形の磁界は、図５の点線矢印で示すようにロータ３の外周面４においてロータ軸線に沿った向きとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図７は、従来のステータコアの積層鋼板の積層形状を成形する工程を示す模式図である。一般的にホモポーラ形磁気軸受用の磁気軸受１のステータコア８は、図７（ａ）に示すような板厚Ｔで板幅Ｗ１の高さＨ１の矩形の薄い鋼板１１を、図示しない打ち抜き金型を使用して１枚つづコ字形状の打ち抜き加工で製作していた。しかし、打ち抜き金型は耐摩耗性の合金工具鋼等の高価な金型で成形するので手間が掛かり、また製作コストがアップするという問題点があった。更に、コ字形状の打ち抜き加工を行うため、中央部近傍の板幅Ｗ２で高さＨ２の部分がスクラップとなるので、材料の歩留りが低下するという問題点があった。また、図７（ｂ）に示すようコ字形状に打ち抜いた鋼板１１を１枚つづ絶縁材１２を塗布しながら順次積み重ねて、最終的に図７（ｃ）に示すよう所定長さＬ１の積層状態の積層鋼板１４を成形させるため、一層製作コストがアップするという問題点もあった。
【０００８】
一方、図８は、上述の図７で製作されたステータコアの積層鋼板の歯端部側への機械加工状態を示す模式図である。図８（ａ）において、４個のステータコア８を、図示しない取付け治具台上に夫々の積層状態の鋼板１１の板目１３の板目方向が、ロータ３の軸線方向に対して水平（本図で天井）方向で、かつステータコア８の歯端部９側を内側となるように固定する。次に、図示しない回転切削用工作機械、例えば普通旋盤や立旋盤等を操作して歯端部９の内周面１５を、内径Ｄ２（＝Ｄ１＋２Ｇ）で真円度を確保するまで斜線で示す面積Ｋ分を回転切削加工で切削する。しかし、図８（ｂ）に示すように、回転切削時に連続して大きな回転切削荷重が積層状態の鋼板１１の板目１３の側面から常時掛かるために、積層鋼板１４の先端部に曲りが発生し、この曲り荷重で絶縁材１２が回転方向に潰されたり、切削刃物で引き千切りられる等の剥離が生じる。このため図８（ｃ）に示すように、鋼板１１同士が接触して、ステータ部での渦電流が増大して、ロータ３への浮上力と回転特性等を劣化させるという問題点があった。また、これらの旋盤に替えて立削り盤等を使用して、積層状態の鋼板１１の板目１３と平行方向に歯端部９の内周面１５を内径Ｄ２となるように切削加工しても、隣り合う鋼板１１の板目１３間に段差が生じるため、円滑かつ真円度を確保することが難しいという問題点もあった。
【０００９】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、積層鋼板の製作を容易かつ鋼板の歩留りを向上し、積層鋼板への切削加工を容易かつ絶縁材の剥離を防止でき、製作・加工コストの低減でき、かつステータ部に発生する渦電流を低減できる磁気軸受構造とその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、回転するロータを浮上状態で囲むケーシング内に取付けられ、断面形状をコ字形状に形成するステータコアのコイルを配置する歯端部が軸方向に隣接してＮ極とＳ極を構成するホモポーラ形磁気軸受の製造方法であって、巻付け金型に連続する鋼板に張力を付与しながら所定厚さまで巻取ると共に、巻取り中に鋼板の表面に接着剤を兼ねる絶縁材を塗布し接着させて積層鋼板の巻取コアを形成し、次に、巻付け金型から解放した巻取コアを切断して積層状態の板目がコ字形状のステータコアを成形し、次に、ステータコアの夫々の歯端部にコイルを配置する、ことを特徴とする磁気軸受構造の製造方法が提供される。
【００１１】
上記本発明によれば、断面形状をコ字形状に形成する積層鋼板のステータコアのコイルを配置する夫々の歯端部の積層状態の鋼板の板目の積層方向をロータの軸線方向に対して直交方向に配置し、軸方向に隣接してＮ極とＳ極を構成するホモポーラ形磁気軸受構造としたので、ロータを囲むステータコアの夫々２ケ所の歯端部が、軸線方向に隣接して夫々２本のコイルを配置して電磁石のＮ極とＳ極とを構成できる。これにより、対向位置にある歯端部の吸引力を制御してロータを無接触で浮上させて、安定して高速回転で支持させることができる。
【００１２】
また、断面形状をコ字形状に形成する積層鋼板のステータコアを、後述する実施形態に示すような所定の大きさの矩形断面形状を有する巻付け金型の外周面に沿って、鋼板の表面に接着剤を兼ねる絶縁材を塗布し連続する帯板形状の薄い鋼板に所定の付与させて巻取りで所定の厚さの空間部を有する巻取り矩形形状を迅速、かつ容易に成形できる。更に、この巻取り矩形形状を切断機で等分に分割すれば、絶縁材で隔離されたコ字形状の積層鋼板が容易に製作できる。一方、高価な打ち抜き金型を使用せずに、単純で簡便な巻付け金型で製作できるので製作コストの低減化と、１枚づつ行っていた鋼板への絶縁材の塗布や積層作業を省略できるので生産性を向上できる。また、打ち抜き金型の打ち抜き作業の際に発生する鋼板の中央部近傍のスクラップ化を防止できるので、鋼板の歩留り率を大幅に向上できる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記ステータコアの前記成形の後、前記コイルの前記配置の前に、前記ステータコアの歯端部の内周面側で、ロータの外周面と直交配置される積層状態の板目の積層方向と平行方向に所定の回転切削加工を行う。従って、ロータの外周面との所定の隙間を保持させるために旋盤や立旋盤等を操作して歯端部の内周面への回転切削加工を、歯端部の内周面側で積層状態の板目の積層方向と水平方向から加工できる。これにより、回転切削荷重は歯端部の積層状態の鋼板の板目に対して常に水平方向に付与できるので、偏荷重や曲りを発生させないので鋼板の板目を確保し、かつ絶縁材を潰したり又は引き千切り等の剥離を防いで、円滑で真円度を確保できる。従って、機械加工による絶縁材の剥離等により生じる積層鋼板同士の接触を防ぎ、ステータ部での渦電流を防止して、ロータの浮上力と回転特性等を劣化させることがない。
【００１４】
また、本発明によれば、回転するロータを浮上状態で囲むケーシング内に取付けられ、断面形状をコ字形状に形成するステータコアのコイルを配置する歯端部が軸方向に隣接してＮ極とＳ極を構成するホモポーラ形磁気軸受構造の製造方法であって、（Ａ）巻付け金型に連続する鋼板に張力を付与しながら所定厚さまで巻取ると共に、巻取り中に鋼板の表面に接着剤を兼ねる絶縁材を塗布し接着させて積層鋼板の巻取コアを形成し、（Ｂ）次に、巻付け金型から解放した巻取コアを等分に切断して積層状態の板目がコ字形状のステータコアを成形し、（Ｃ）次に、ステータコアの歯端部の内周面側でロータの外周面と直交配置される積層状態の板目の積層方向と平行方向に所定の回転切削加工を行い、（Ｄ）次に、ステータコアの夫々の歯端部にコイルを配置する、ことを特徴とする磁気軸受の製造方法が提供される。
【００１５】
上記本発明の方法によれば、所定の大きさの矩形断面形状を有する巻付け金型の外周面に沿って、鋼板の表面に接着剤を兼ねる絶縁材を塗布し連続する帯板形状の薄い鋼板に所定の付与させて巻取りで所定の厚さの空間部を有する巻取り矩形形状を迅速、かつ容易に成形できる。更に、積層鋼板の巻取コアを単純で簡便な巻付け金型で製作できるので製作コストの低減化ができる。また、巻取り中に鋼板に絶縁材を塗布し接着できるので、生産性を向上できる。更に、鋼板を巻取りで積層鋼板の巻取コアを形成するので、スクラップの発生を防ぎ、鋼板の歩留り率を大幅に向上できる。更に、巻付け金型から解放した巻取コアを、切断機で等分に切断して積層状態の板目がコ字形状のステータコアを成形ができる。このため、絶縁材で隔離されたコ字形状の積層鋼板が容易、かつ効率的に製作できる。
【００１６】
次に、上述によりコ字形状に製作されたステータコアの歯端部の内周面側で、積層状態の鋼板の板目の積層方向と平行方向に所定の回転切削加工を行う。これにより偏荷重や曲りの発生を防ぐので回転切削荷重は、歯端部の積層状態の鋼板の板目に対して常に水平方向に付与できる。従って、鋼板の板目を確保し、かつ絶縁材を潰したり又は引き千切や剥離を防いで、所定の内径切削加工ができ、円滑な内周面と真円度を確保することができる。更に、機械加工による絶縁材の剥離等により生じる積層鋼板同士の接触が発生しないので、ステータ部での渦電流を防止して、ロータの浮上力と回転特性等を劣化させることがない。また、このような機械加工が完了した後に切粉等を除去して清掃されたステータコアの夫々の歯端部の外周に電磁石（コイル）を配置し、このコイルを配置したステータコアをケーシング内の内周面の凹部内に取付ける。従って、回転切削加工後に手間の掛かる切削加工不良による手当てが不要なため、生産性を向上できる。
また、本発明によれば、上述の磁気軸受の製造方法により製造された磁気軸受構造が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分は同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明によるホモポーラ形磁気軸受の構成を示す全体構成図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。図１において、本発明のホモポーラ形磁気軸受用の磁気軸受構造２１は、ケーシング２２の軸心で，かつ軸線方向に平行に配置され高速回転自在で外径Ｄ１を有する所定の長さのロータ２３と、ロータ２３の外周面２４と所定の隙間Ｇを有してケーシング２２の内周面２６の凹部２７内に取付けられ板厚Ｔで所定枚数の薄い鋼板２５で積層される積層鋼板２８からなるコ字形状の断面形状で長さＬ２を有するステータコア２９と、ステータコア２９のロータ２３の外周面２４と対向する内周側に配置される２個所の歯端部３０、３０と、この歯端部３０、３０を取囲み配置される電磁石（コイル）３１、３１とから構成されている。なお、断面形状がコ字形状に形成されるステータコア２９の夫々の歯端部３０、３０の積層鋼板２８の積層状態の鋼板２５の板目３２、３２の積層方向は、ロータ２３の軸線方向に対して夫々が直交方向となるように配置されている。
【００１９】
また、図２に示すように、板幅Ｗ２を有するステータコア２９は、ロータ２３の外周部２４と所定の隙間Ｇを有して複数個（本図では４個）で等分（４等分）にケーシング２２の内周面２６の凹部２７内に配置されている。また、ステータコア２９は図示しないが、通常ロータ２３の軸線方向に所定の間隔で少なくとも２ケ所に配置されている。このため安定した状態で高速回転することができる。
【００２０】
上述したように従来と比べ積層鋼板の積層状態の板目方向が、本発明ではロータの外周面に対して９０度回転して配置されている。このように積層状態の鋼板の板目方向を９０度回転して配置されるホモポーラ形磁気軸受用の磁気軸受構造は、従来と同様にロータを囲むステータコアの夫々の歯端部が、軸線方向に隣接して夫々のコイルにより電磁石のＮ極とＳ極を構成するので、対向位置にある２ケ所の歯端部の吸引力を制御してロータを無接触で浮上させて支持できる。従って、このホモポーラ形の磁界は、図１の点線矢印で示すように、ロータの外周面においてロータ軸線に沿った向きとなる。
【００２１】
図３は、本発明のステータスコアの積層鋼板の積層形状を成形する工程を示す製作図である。図３（ａ）に示すように、ステータコア２９は、巻付け金型４１に連続する板厚Ｔで板幅Ｗ２の帯板の鋼板２５の表面上に供給スプレ３３から絶縁材３４を塗布しながら巻取られて成形した後に、図３（ｂ）に示すように、切断機４３で巻取コア４２を等分に切断してコ字形状の積層鋼板２８として製造される。このように、断面形状がコ字形状に形成する積層鋼板のステータコアを迅速、かつ容易に成形できる。更に、高価な打ち抜き金型を使用せずに製作できるので製作コストの低減化と、１枚づつ行っていた鋼板への絶縁材の塗布や積層作業を省略できるので生産性を向上できる。また、連続する帯板で積層鋼板を製造できるので鋼板のスクラップ化を防いで、鋼板の歩留り率を大幅に向上できる。
【００２２】
図４は、上述の図３で製作されたステータコアの積層鋼板の歯端部側への機械（回転切削）加工状態を示す加工図である。図４（ａ）に示すように、図示しない取付け治具台上に固定されたステータコア２９は、ロータ２３の外周面２４と直交方向に配置される夫々の歯端部３０、３０の内周面３５側に積層状態の鋼板２５の板目３２の積層方向と水平方向に、内径Ｄ２（＝Ｄ１＋２Ｇ）で円滑な真円度を確保するまで斜線で示す面積Ｋ分を、旋盤や立旋盤等を操作して回転切削加工で切削する。これにより、回転切削荷重は歯端部の積層状態の板目に対して常に水平方向に付与する。従って、偏荷重や曲りを発生せず、図４（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である図４（ｂ）に示すように、鋼板２５の板目を適正に確保し、かつ太い実線で示す絶縁材３４を潰したり又は引き千切りや剥離を防ぎ、所定の内径切削加工を円滑に行うことができる。これにより、機械加工による鋼板の破損や絶縁材の剥離等により生じる積層鋼板同士の接触を防いで、ステータ部での渦電流を防止して、ロータの浮上力と回転特性等を劣化させることがない。
【００２３】
次に、図１、図３及び図４を使用して本発明のホモポーラ形磁気軸受の磁気軸受構造の製造方法を説明する。回転するロータ２３を浮上状態で囲むケーシング２２内に取付けられ、断面形状をコ字形状に形成するステータコア２９のコイル３１を配置する歯端部３０が、軸方向に隣接してＮ極とＳ極を構成するホモポーラ形磁気軸受構造であって、（Ａ）先ず、所定の大きさの矩形断面形状を有する巻付け金型４１に連続する板厚Ｔで板幅Ｗ２の鋼板２５に張力を付与しながら所定長さＬ２が形成するまで巻取ると共に、巻取り中に鋼板２５の表面上に供給スプレ３３から均一に絶縁材３４を塗布し接着させて積層鋼板２８の巻取コア４２を形成し、（Ｂ）次に、巻付け金型４１から解放した巻取コア４２を切断機４３で等分に切断して積層状態の鋼板２５の板目３２がコ字形状となすステータコア２９を成形し、（Ｃ）次に、ステータコア２９の歯端部３０の内周面３５側で、ロータ２３の外周面２４と直交配置される積層状態の鋼板２５の板目３２の積層方向と平行方向に所定（内径Ｄ２）の回転切削加工を行い、（Ｄ）次に、切粉等の清掃した後にステータコア２９の夫々の歯端部３０にコイル３１を取付けて配置する。最後に通常、ケースにステータコアを入れた後に、ステータコア内側を切削する。
【００２４】
このように、ステータコアを巻付け金型の外周面に沿って、鋼板の表面に接着剤を兼ねる絶縁材を塗布し連続する帯板形状の薄い鋼板に所定の張力を付与させながら、空間部を有する巻取り矩形形状を迅速、かつ容易に成形できる。更に、積層鋼板の巻取コアを単純で簡便な巻付け金型で製作できるので製作コストの低減化ができる。また、巻取り中に鋼板に絶縁材を塗布し接着できるので、生産性を向上できる。更に、鋼板を巻取りで積層鋼板の巻取コアを形成するので、スクラップの発生を防止して、鋼板の歩留り率を大幅に向上できる。更に、巻付け金型から解放した巻取コアを等分に切断して、積層状態の板目をコ字形状とするステータコアを容易に成形することができる。これにより、絶縁材で隔離されたコ字形状の積層鋼板が容易、かつ効率的に製作できる。
【００２５】
一方、コ字形状に製作されたステータコアの歯端部の内周面側に、積層状態の鋼板の板目の積層方向と平行方向に旋盤や立旋盤等で所定の回転切削加工ができる。このため偏荷重や曲りを発生させずに、回転切削荷重は歯端部の積層状態の板目に対し常に水平方向に付与できる。従って、鋼板の板目を適正に確保でき、かつ絶縁材を潰したり又は引き千切りや剥離を防ぎ、正確な内径切削加工により円滑な内周面と真円度を確保する歯端部に切削加工することができる。更に、機械加工による絶縁材の剥離等により生じる積層鋼板同士の接触が発生しないので、
ステータ部での渦電流を防止して、ロータの浮上力と回転特性等を劣化させることがない。また、このような機械加工が完了した後に切粉等を除去して清掃されたステータコアの夫々の歯端部の外周に電磁石（コイル）を配置する。最後に通常、ケースにステータコアを入れた後に、ステータコア内側を切削する。
【００２６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２７】
【本発明の効果】
上述したように本発明の磁気軸受構造とその製造方法によれば、積層鋼板の製作を容易かつ鋼板の歩留りを向上し、積層鋼板への切削加工を容易かつ絶縁材の剥離を防止でき、製作・加工コストの低減でき、かつステータ部に発生する渦電流の発生を低減できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるホモポーラ形磁気軸受の構成を示す全体構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明のステータスコアの積層鋼板の積層形状を成形する工程を示す製作図である。
【図４】製作されたステータコアの積層鋼板の歯端部側への機械（回転切削）加工状態を示す加工図である。
【図５】従来のホモポーラ形磁気軸受の構成を示す模式図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ矢視図である。
【図７】従来のステータコアの積層鋼板の積層形状を成形する工程を示す模式図である。
【図８】従来のステータコアの積層鋼板の歯端部側への機械加工状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１、２１  磁気軸受構造
２、２２  ケーシング
３、２３  ロータ
４、２４  外周面
６、１５、２６、３５  内周面
７、２７  凹部
８、２９  ステータコア
９、３０  歯端部
１０、３１  コイル（電磁石）
１１、２５  鋼板
１２、３４  絶縁材
１３、３２  板目
１４、２８  積層鋼板
３３  供給スプレ
４１  巻付け金型
４２  巻取コア
４３  切断機
Ｔ  板厚
Ｗ１、Ｗ２  板幅
Ｇ  隙間
Ｄ１  外径
Ｄ２  内径
Ｋ  面積
Ｌ１、Ｌ２  所定長さ
Ｈ１  Ｈ２  高さ
【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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