(57)【要約】【課題】  耐久性を向上させた回転ピストンポンプを提供することを目的とする。【解決手段】  ポンプケース１には、円形状のポンプ室７が設けられており、このポンプ室７内には、樹脂として例えばＰＰＳで形成されたロータ８が偏心して回転可能に設けられている。さらに、ポンプケース１には、ガイド孔１ａが設けられており、このガイド孔１ａには、永久磁石で構成されたベーン９が配設されている。ガイド孔１ａの下端には、ベーン９の永久磁石に対して磁気反発力が作用するように磁石１０が配設されている。これにより、ベーン９と磁石１０との間には磁気反発力が作用して、ベーン９がロータ８の外周面に当接するようになるので、ばねにより当接させる場合よりも、耐久性を向上させることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプケースのポンプ室に偏心して設けられたロータの外周面に、前記ポンプケースに前記ポンプ室内に対して出入可能に設けられたベーンを当接させることで当該ベーンにより前記ポンプ室内を複数の空間に区画し、前記ロータが回転されることに伴う、前記ポンプ室内の複数空間の容積変化により流体の吸入・排出を行う構成の回転ピストンポンプにおいて、
前記ベーンを永久磁石で構成し、このベーンと磁気反発力が作用するように前記ポンプケースに磁石を配置し、前記ベーンが磁気反発力の作用により前記ロータの外周面に当接するようにしたことを特徴とする回転ピストンポンプ。
【請求項２】
前記ベーンと前記磁石との距離を遠近させる距離調節機構を設け、
この距離調節機構は、前記磁石の前記ベーンに対する距離を変えることで、前記ベーンが前記ロータに当接する際の磁気反発力を調節可能であることを特徴とする請求項１記載の回転ピストンポンプ。
【請求項３】
前記距離調節機構は、ねじを備え、このねじの回転により前記磁石を移動させることを特徴とする請求項２記載の回転ピストンポンプ。
【請求項４】
前記ポンプケースには前記ベーンが移動可能に配置されると共に前記磁石が設けられたガイド溝が設けられ、
前記ガイド溝には、前記ベーンと前記磁石との間を仕切る非磁性体からなる隔壁が設けられていること特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転ピストンポンプ。
【請求項５】
前記ベーン及び前記磁石にはコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転ピストンポンプ。
【請求項６】
前記コーティング層は金メッキ、或いは、白金メッキにより構成されていることを特徴とする請求項５記載の回転ピストンポンプ。
【請求項７】
前記ポンプケースと前記ロータが樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の回転ピストンポンプ。
【請求項８】
冷媒を循環させるために、請求項１ないし７のいずれかに記載の回転ピストンポンプを用いたことを特徴とする冷却装置。
【請求項９】
請求項８記載の冷却装置を用いたことを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
燃料を供給するために、請求項１ないし７のいずれかに記載の回転ピストンポンプを用いたことを特徴とする燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベーンにより区切られたポンプ室内において偏心させたロータが回転されて生ずる、ポンプ室内の容積変化によって流体の吸入・排出を行う回転ピストンポンプ、その回転ピストンポンプを用いた冷却装置及び燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から回転ピストンポンプにおいては、ポンプ室を分割するベーンをロータに当接させる当接手段として、ばねを用いたものがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１００７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の回転ピストンポンプではベーンをロータに当接させるためにばねを用いて構成されており、そのばねには耐久寿命があり例えば１００万回を越える伸縮については動作が保証されないといった問題があった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、耐久性を向上させた回転ピストンポンプを提供することを目的とする。また、第２の目的は、耐久性を向上させた回転ピストンポンプを用いた冷却装置を提供することを目的とし、第３の目的は、耐久性を向上させた回転ピストンポンプを用いた電子機器を提供することを目的とし、第４の目的は、耐久性を向上させた回転ピストンポンプを用いた燃料電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記第１の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ポンプケースのポンプ室に偏心して設けられたロータの外周面に、前記ポンプケースに前記ポンプ室内に対して出入可能に設けられたベーンを当接させることで当該ベーンにより前記ポンプ室内を複数の空間に区画し、前記ロータが回転されることに伴う、前記ポンプ室内の複数空間の容積変化により流体の吸入・排出を行う構成の回転ピストンポンプにおいて、前記ベーンを永久磁石で構成し、このベーンと磁気反発力が作用するように前記ポンプケースに磁石を配置し、前記ベーンが磁気反発作用により前記ロータの外周面に当接するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
上記第２の目的を達成するために、請求項８記載の冷却装置は、冷媒を循環させるために請求項１ないし７のいずれかに記載の回転ピストンポンプを用いたことを特徴とする。
上記第３の目的を達成するために、請求項９記載の電子機器は、請求項８記載の冷却装置を用いたことを特徴とする。
上記第４の目的を達成するために、請求項１０記載の燃料電池装置は、燃料を供給するために請求項１ないし７のいずれかに記載の回転ピストンポンプを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、前記ベーンが永久磁石で構成され、このベーンとの間に磁気反発力が作用するように前記ポンプケースに磁石が配置されているので、磁気反発力の作用により前記ベーンが前記ロータの外周面に当接する。このため、ベーンを押圧する手段としてばねを用いたものに比べ、耐久性の向上を図ることができる。
【０００８】
請求項８記載の発明によれば、耐久性を向上させた回転ピストンポンプを用いた冷却装置を提供することができる。
請求項９記載の発明によれば、耐久性を向上させた回転ピストンポンプを用いた冷却装置を備えた電子機器を提供することができる。
請求項１０記載の発明によれば、耐久性を向上させた回転ピストンポンプを用いた燃料電池装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１の実施例）
以下、本発明の第１の実施例について、図１ないし６を参照して説明する。
図１は回転ピストンポンプの概略斜視図を示しており、この図１において、ポンプケース１は、樹脂として例えばポニフェニレンサルファイド（以下ＰＰＳと称する）で矩形状に形成され、このポンプケース１には、同じく樹脂として例えばＰＰＳで矩形状に形成されたポンプケースカバー２がねじにより固定されている。さらに、ポンプケース１には後述する吸入口３及び排出口４に連通するようにパイプ５が設けられている。また、ポンプケースカバー２には取付部２ａが設けられており、この取付部２ａには、モータ６がフランジ部６ａを介して固定されている。
【００１０】
図２は回転ピストンポンプの断面斜視図が示されており、この図２において、ポンプケース１には、円形状のポンプ室７が設けられており、このポンプ室７内には、ロータ８が設けられている。このロータ８は、樹脂として例えばＰＰＳで円形状に形成され、ロータ８の回転中心は偏心されている。このロータ８の回転中心には、モータ６の回転軸６ｂが連結されている。そして、ロータ８は、ポンプ室７の内周面に接触しながら回転するようになっている。この場合、ロータ８は回転ムラが発生しないように回転バランスが取られている。さらに、ポンプケース１には、パイプ５に連通して吸入口３及び排出口４が設けられている。
【００１１】
図３は回転ピストンポンプの要部拡大断面図であり、この図３にも示すように、ポンプケース１には、ガイド孔１ａが設けられており、このガイド孔１ａには、永久磁石で構成されたベーン９がポンプ室７に対して出没する方向に移動可能に配設されている。このベーン９は、その表面にコーティング層として例えば金メッキ層が設けられている。さらに、ガイド孔１ａの下端には、ベーン９の永久磁石に対して磁気反発力が作用するように磁石１０（永久磁石）が配設されている。この磁石１０は、ガイド孔１ａに圧入されて、このガイド孔１ａから流体の漏れを防止するように、シールとしても機能する。
ベーン９は、磁気反発力によりポンプ室７内に対して突出する方向に付勢されて、ベーン上面（先端面）９ａがロータ８の外周面に当接している。ベーン９がロータ８の外周面に当接することで、ポンプ室７内は複数の空間として例えば２つに区画されて、本実施例では、吸入口３に連通した吸入室１１及び排出口４に連通した排出室１２とに分割されている。
【００１２】
ここで、ベーン９の永久磁石及び磁石１０の着磁状態について説明する。図４（ａ）ないし図４（ｂ）はベーン９及び磁石１０の異なる着磁例を示している。この図４（ａ）ないし図４（ｂ）において、ベーン９のポンプ室７側に配置される面を前述のようにベーン上面９ａとし、磁石１０側に配置される面をベーン下面９ｂとする。また、磁石１０のベーン９側に配置される面を磁石上面１０ａとし、磁石１０のポンプ室外側に配置される面を磁石下面１０ｂとする。
【００１３】
図４（ａ）の例では、ベーン９については、ベーン下面９ｂをＳ極となるように、つまり上がＮ極、下がＳ極となるように着磁し、磁石１０については磁石上面１０ａがＳ極、磁石下面１０ｂがＮ極になるように着磁したものである。図４（ｂ）の例は、ベーン９については、ベーン下面９ｂをＮ極となるようにつまり上がＳ極、下がＮ極となるように着磁し、磁石１０については、磁石上面１０ａをＮ極になるように着磁したものである。図４（ｃ）の例は、ベーン９及び磁石１０共に左右方向にＮ極Ｓ極となるように着磁し、ベーン９及び磁石１０を、左と右とに同じ極がくるように配置した例である。このようにベーン９及び磁石１０を、互いに同じ極同士が向かい合うように配置することにより、それぞれに磁気反発力が作用し、ベーン上面９ａがロータ８の外周面に当接する。
【００１４】
そして、上述のようにして、回転ピストンポンプＰが構成されている。
一方図５は、上記回転ピストンポンプＰを用いた冷却装置１３を電気機器としてパーソナルコンピュータ１４に適用した例が概略的に示されている。パーソナルコンピュータ１４は、本体ケース１５と、この本体ケース１５に対して開閉可能に設けられたフタケース１６とを備えていて、本体ケース１５の上面部には、図示しないがキーボードが設けられ、フタケース１６の内部に、これも図示しないが液晶表示部が設けられている。
【００１５】
上記本体ケース１５の内部には、発熱部としてＣＰＵ１６が配置されていて、このＣＰＵ１６に、受熱ブロック１８が例えば伝熱性グリスを用いるなどして密着されている。この受熱ブロック１８には、冷却用の冷媒が通り、発熱部としてのＣＰＵ１６からの熱を受熱する流通路（図示しない）が設けられると共に、その流通路に連通する入口１８ａと出口１８ｂとが設けられている。本体ケース１５の内部には、冷媒を搬送するために回転ピストンポンプＰが設けられている。さらに、フタケース１６の内部には放熱部１９が設けられており、この放熱部１９には、冷却用の冷媒が通る流通路（図示せず）が設けられると共に、その流通路に連通する入口１９ａと出口１９ｂとが設けられている。
【００１６】
そして、回転ピストンポンプＰの吸入口３に連通したパイプ５は、接続チューブ２０を介して放熱部１９の出口１９ｂと接続され、回転ピストンポンプＰの排出口４に連通したパイプ５は、接続チューブ２０を介して受熱ブロック１８の入口１８ａと接続されている。この受熱ブロック１８の出口１８ｂは、接続チューブ２０を介して放熱部１９の入口１９ａと接続されている。この場合、回転ピストンポンプＰのポンプ室７内、受熱ブロック１８及び放熱部１９の流通路内には、冷却用の冷媒（不凍液等）が封入されている。尚、冷却装置１３は、回転ピストンポンプＰ、受熱ブロック１８、放熱部１９、接続チューブ２０及び冷媒を含んで構成されている。
【００１７】
次に上記構成の作用について説明する。
回転ピストンポンプＰのモータ６への通電を制御する（例えば２０００ｒｐｍ付近で制御する）ことにより、回転軸６ｂに設けられたロータ８が図６中の矢印方向へ回転し、排出室１２の容積が縮小するのに伴って排出口４より冷媒（流体）が排出されると共に、吸入室１１の容積が拡大するのに伴って吸入口３より冷媒が吸入されることにより、ポンプとして機能する。
【００１８】
そして、排出口４から排出された冷媒は、接続チューブ２０を通過して、受熱ブロック１８を通過し、さらに放熱部１９を通過して、吸入口３から吸入される。この受熱ブロック１８を通過するとき、発熱部としてＣＰＵ１６より発生する熱は、受熱ブロック１８を介して流通路を通過する冷媒により吸熱される。さらに、放熱部１９を通過するとき、冷媒が持つ熱は、放熱部１９の流通路を通過する際に冷媒から放熱し、この放熱して冷却された冷媒は、吸入口３から再び回転ピストンポンプＰに戻される。このようにして、発熱部としてＣＰＵ１６が、回転ピストンポンプＰを用いた冷却装置１３により冷却される。
【００１９】
上記した実施形態においては、次のような作用効果を得ることができる。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、ロータ８を回転させたときのベーンの動作を示したものである。ロータ８が回転すると、図６（ａ）に示すように、ポンプ室７の吸入口３及び排出口４側に空間が生じ、ベーン下面９ｂと磁石上面１０ａとの間に磁気反発力が作用することで、ベーン９がポンプ室７内に突出して、ベーン上面９ａがロータ８の外周面に常に当接するようになり、当該空間が吸入空１１及び排出室１２とに区画される。さらに、ロータ８が回転されると、図６（ｂ）に示すように、ベーン９はロータの外周面に当接しているので、磁気反発力が作用する方向とは逆方向に力が加わり、ベーン９がポンプケース１のガイド孔１ａの中に押し戻される。このようにベーン９は、ロータ８の回転に伴って、ガイド孔１ａを移動して出入を繰返すことで、ベーン上面９ａはロータ８の外周面に常に当接する。
これにより、ベーン９が永久磁石で構成され、磁気反発力が作用するポンプケース１のガイド孔１ａに磁石１０を配置したので、磁気反発力の作用によりベーン上面９ａがロータ８の外周面に当接し、ばねで構成したベーンと比しばねの付勢力を利用するのではなく磁石による磁気反発力を利用するため、耐久性の向上を図ることができる。
【００２０】
さらに、従来のばねを用いた回転ピストンポンプでは、酸性及びアルカリ性の流体を搬送する場合は、ばねの耐久寿命性を低下させることになり取り扱うのが難しいといった問題があったが、ベーン９及び磁石１０はコーティング層として金メッキ層が設けられ、さらに、ポンプケース１とロータ８とが樹脂としてＰＰＳ（ポニフェニレンサルファイド）で構成されているので、例えば冷媒が酸性或いはアルカリ性流体であったとしても、冷媒の搬送を可能とし、錆び難くい構成であり、寿命向上させることができる。
【００２１】
そして、液体や気体として例えば冷媒（例えば不凍液等）を搬送する冷却装置１３に、回転ピストンポンプＰを用いることで、耐久性がよく酸性或いはアルカリ性の流体を扱うことができ、さらに、電子機器としてたとえばパーソナルコンピュータ１４に、冷却装置１３を用いることで、耐久性がよく各種流体を扱うことができるようになる。
【００２２】
（第２の実施例）
図７ないし図１０は、本発明の第２の実施例を示すもので、第１の実施例と異なるところを説明する。第１の実施例においては、ポンプケース１のガイド孔１ａにベーン９を移動可能に設け、磁石１０を固定して設ける構成としたが、本実施例では、磁石１０の位置を変えることができるようにしている。即ち、ポンプケース１にその外側からガイド孔１ａを塞ぐ蓋２１が取外し可能になるように配設され、その蓋２１には、ねじ孔２１ａが形成されている。このねじ孔２１ａには、ねじ２２が螺合されており、そのねじ２２の先端には、磁石１０が設けられている。そして、ポンプケース１のガイド孔１ａのポンプ室７側に設けられたベーン９と磁石１０との間を仕切るように、非磁性体からなる隔壁２３が設けられている。そして、蓋２１と、ねじ２２とを含んで距離調節機構Ｋが構成されている。
【００２３】
このようにして、回転ピストンポンプＰ２が構成されている。
一方図７は、上記回転ピストンポンプＰ２を燃料電池装置２４に適用した例が概略的に示されている。燃料電池装置２４は、燃料として例えばメタノール（メチルアルコール）を燃焼させることにより発電を行う発電部２５と、この発電部２５に供給するメタノールを溜める燃料タンク２６と、この燃料タンク２６から発電部２５へ発電用のメタノールを供給するための回転ピストンポンプＰ２ａと、発電部２５に空気を供給するための回転ピストンポンプＰ２ｂとを含んで構成されている。
【００２４】
まず、燃料タンク２６は、接続チューブ２７を介して回転ピストンポンプＰ２ａの吸入口３に接続され、回転ピストンポンプＰ２ａの排出口４は、接続チューブ２７を介して、発電部２５に接続されている。また、回転ピストンポンプＰ２ｂの吸入口３は、そのまま空気中に開放され、回転ピストンポンプＰ２ｂの排出口４は、接続チューブ２７を介して、発電部２５に接続されている。
【００２５】
次に上記構成の作用について説明する。
回転ピストンポンプＰ２ａのモータ６への通電を制御することにより、吸入口３から吸入されたメチルアルコールは、排出口４から発電部２５に排出されると共に、回転ピストンポンプＰ２ｂのモータ６への通電を制御することにより、吸入口３から吸入された空気は、排出口４から発電部２５に排出される。尚、これらの回転ピストンポンプＰ２ａ，Ｐ２ｂからの排出量は、適当な比率になるように制御される。
【００２６】
また、排出量を変化させるため、回転ピストンポンプＰ２からの搬送圧力を調整する（上げる）場合は、回転ピストンポンプＰ２のモータ６の回転数を上げることになるが、この際、モータ６の回転数上昇に伴って、排出室１２の内圧が上昇することになる。この状態において、ポンプ室７の内圧がベーン９のロータ８に対する当接する力を上回る場合、ベーン上面９ａをロータ８の外周面に当接させる磁気反発力を上げるため、距離調節機構Ｋのねじ２２を螺進方向に回転させる。これにより、磁石１０がガイド孔１ａに沿って、ベーン９側に近づく方向に移動する。このとき、さらなる磁気反発力を上昇させる必要がある場合は、蓋２１を取り外し、ねじ２２の先端に設けられている磁石１０をさらに磁力の強い種類のものに交換するようにしてもよい。逆にベーン９のロータ８への押圧力を小さくするには、ねじ２２を螺退方向に回転させる。これにより、磁石１０がベーン９から遠ざかる方向に移動するので、ベーン９に作用する磁気反発力が弱くなり、ベーン９のロータ８への押圧力が小さくなる。
【００２７】
上記実施例においては、次のような効果を得ることができる。
従来では、回転ピストンポンプによる搬送圧力を調節した場合、ベーン９がロータ８に当接する力を調整する必要があるため、ばねを交換しなければならなかったが、本実施例の距離調節機構Ｋは、磁石１０の種類或いはねじ２２の送り量で磁気反発力の強さを変化させることで、ねじ２２によりベーン９がロータ８に当接する力を調節することができるので、ポンプ室７内部の圧力変化にも対応できて、負荷条件、仕様或いはポンプ性能が異なる場合でも、同一の回転ピストンポンプＰ２で対応させることができ、安価な燃料電池装置２４を構成することができるようになる。
【００２８】
ベーン９と磁石１０の間に非磁性体からなる隔壁２３を設けたため、ポンプ室７内の流体が、蓋２１から漏れるのを防止することができる。
燃料電池装置２４に、回転ピストンポンプＰ２を用いることで、耐久性が高く、小型な燃料電池装置２４とすることができる。
【００２９】
（その他の実施例）
本発明は、上記した各実施例の限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
上記第１の実施例において、冷却装置１３は、回転ピストンポンプＰを用いる構成としたが、距離調節機構Ｋを備えた回転ピストンポンプＰ２を用いる構成としてもよい。
上記第２の実施例において、燃料電池装置２４は、距離調節機構Ｋを備えた回転ピストンポンプＰ２を用いる構成としたが、回転ピストンポンプＰを用いる構成としてもよい。
上記実施例において、ベーン９の表面に金メッキ層を設ける構成としたが、白金メッキ層であってもよく、さらに腐食を防止する被膜（コーティング層）ならどんなものを用いてもよく、また、目的に応じてコーティング層の材質を選択すればよい。
上記実施例において、ポンプケース１及びロータ８を樹脂としてＰＰＳ（ポニフェニレンサルファイド）で構成したが、その他樹脂（例えばＡＢＳ等）を用いる構成としてもよい。
【００３０】
上記実施例において、電子機器としてパーソナルコンピュータを対象として、発熱部をＣＰＵ１６としたが、発熱部など冷却対象となる部分を備えた電子機器であればどのようなものにも適用可能である。
【００３１】
上記実施例においては、ポンプケース１にベーン９が一つのみ設けられる構成としたが、例えば騒音や振動の対策を行うため、複数のベーンを用いてポンプ室を複数の空間に区画してもよい。この場合、ポンプ室内が、複数のベーンをロータに当接させることにより、複数の空間に区画され、その区画された空間それぞれがロータの回転に伴って容積変化されて、流体が吸入・排出される。
【００３２】
上記第２の実施例の距離調節機構Ｋは、ねじ２２の送り量により磁石１０の距離を調節する構成としたが、ガイド孔１ａに調節棒を挿入する構成を採用し、磁石１０のベーン９に対する距離を調節する構成としてもよい。
【００３３】
上記実施例においては、吸入口３及び排出口４にパイプ５を設けたが、パイプに逆止弁を用いる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施例を示す回転ピストンポンプの斜視図
【図２】回転ピストンポンプの断面斜視図
【図３】回転ピストンポンプの要部の断面拡大図
【図４】磁石の着時状態を示す図
【図５】回転ピストンポンプを用いた冷却装置を備えた電子機器を示す概略図
【図６】回転ピストンポンプのロータの回転状態を示す断面図
【図７】本発明の第２の実施例を示す図１相当図
【図８】図２相当図
【図９】図３相当図
【図１０】回転ピストンポンプを備えた燃料電池装置を示す概略図
【符号の説明】
【００３５】
図面中、Ｐ，Ｐ２，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂは回転ピストンポンプ、Ｋは距離調節機構、１はポンプケース、１ａはガイド溝、２はポンプケースカバー、３は吸入口、４は排出口、５はパイプ、６はモータ、６ｂは回転軸、７はポンプ室、８はロータ、９はベーン、９ａはベーン上面、９ｂはベーン下面、１０は磁石、１０ａは磁石上面、１０ｂは磁石下面、１１は吸入室、１２は排出室、１３は冷却装置、１４はパーソナルコンピュータ（電子機器）、１５は本体ケース、１６はフタケース、１７はＣＰＵ（発熱部）、１８は受熱ブロック、１９は放熱部、２０は接続チューブ、２１は蓋、２２はねじ、２３は隔壁、２４は燃料電池装置、２５は発電部、２６は燃料タンク、２７は接続チューブを示す。
【図１】
2007051612.tif 000003
【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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