(57)【要約】【課題】回転数に比例するパルスを生成するための端子及び電源を別途必要とすること、および、直流モータとしての構造の複雑化を招くことのない、回転数を検出可能な直流モータを提供すること。【解決手段】本発明の直流モータ１は、ブラシ２ａ、２ｂ及び整流子３と電源供給線４ａ、４ｂと、電流のパルスをカウントして回転数を検出する回転数検出手段１３とを有する直流モータであって、整流子３に接触して電源供給線４ａ、４ｂと導通及び非導通を繰り返す検出用ブラシ６を備えるとともに、検出用ブラシ６と電源供給線４ａまたは４ｂとの間に接続されるコンデンサ７の充電電流をパルスとして電源供給線４ａまたは４ｂを流れる電流に重畳するパルス生成回路８を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシ及び整流子と電源供給線と、電流のパルスをカウントして回転数を検出する回転数検出手段とを有する直流モータであって、
前記整流子に接触して前記電源供給線と導通及び非導通を繰り返す検出用ブラシを備えるとともに、当該検出用ブラシと前記電源供給線との間に接続されるコンデンサの充電電流を前記パルスとして前記電源供給線を流れる電流に重畳するパルス生成回路を備えることを特徴とする直流モータ。
【請求項２】
前記パルス生成回路が前記コンデンサに直列に充電抵抗を備えることを特徴とする請求項１に記載の直流モータ。
【請求項３】
前記パルス生成回路が前記コンデンサと並列に放電抵抗を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の直流モータ。
【請求項４】
前記検出用ブラシを前記整流子の軸方向端面に接触させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の直流モータ。
【請求項５】
前記整流子の軸方向端面を平坦に形成することを特徴とする請求項４に記載の直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシおよび整流子を有する直流モータであって、回転数を検出することができる直流モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ブラシおよび整流子を有する直流モータの回転数の検出にあたっては、エンコーダやパルスジェネレータなどの速度検出センサが必要となり、別途エンコーダやパルスジェネレータ、速度検出センサを設けることになるためコストアップにつながっていた。
【０００３】
そこで、エンコーダやパルスジェネレータ、速度検出センサを用いずに正確な回転数を検出する手段として、モータの回転数に比例するパルスを生成して、このパルスをカウンタによりカウントすることにより、回転数を検出することができる直流モータが、特許文献１に記載されている。
【０００４】
図１１に示すように、この直流モータ５１は、整流子５２に接触して電源装置５３の負極側と導通非導通を繰り返す検出用ブラシ５４を電源供給用のブラシ５５とは別に設け、電源装置５２の負極側と検出用ブラシ５３との間に電池等の電源５５により端子５６を介して電圧を印加する構成となっている。
【０００５】
この構成の直流モータ５１においては、直流モータ５１の回転に伴ってこの検出用ブラシ５４と電源装置５３の負極側との間が導通非導通を繰り返すことにより、直流モータ５１の回転数に比例する数のパルスを生成して直流モータ５１の電流に重畳させ、このパルスをカウンタ５７によりカウントして直流モータ５１の回転数を検出し、回転数設定器５８により設定した設定回転数と比較して、制御装置５９により直流モータ５１の電流を制御して回転数の制御を行っている。
【０００６】
ここでパルスの生成数は、検出用ブラシ５４と電源装置５３の負極側との導通及び非導通の繰り返し回数により決定し、この繰り返し回数は整流子を構成する整流子片の数と直流モータの回転数との積により求められるため、カウント数を当該積により除した値が回転数となる。
【特許文献１】特開２００４−８０９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところがこのような装置においては、回転数に比例するパルスを生成するための端子及び電源が別途必要となり、直流モータとしての構造が複雑になるという問題点があった。
【０００８】
そこで本発明は、回転数に比例するパルスを生成するための端子及び電源を別途必要とすること、および、直流モータとしての構造の複雑化を招くことのない、回転数を検出可能な直流モータ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】
【０００９】
上記の問題を解決するため、本発明に係る直流モータは、
ブラシ及び整流子と電源供給線と、電流のパルスをカウントして回転数を検出する回転数検出手段とを有する直流モータであって、
前記整流子に接触して前記電源供給線と導通及び非導通を繰り返す検出用ブラシを備えるとともに、当該検出用ブラシと前記電源供給線との間に接続されるコンデンサの充電電流を前記パルスとして前記電源供給線を流れる電流に重畳するパルス生成回路を備えることを特徴とする。
【００１０】
なお、当該検出用ブラシが前記整流子と導通非導通を繰り返すためには、当該検出用ブラシの前記整流子との接触面の周方向長さを、前記整流子を構成する隣接する整流子片との間に形成される絶縁部分の周方向長さよりも短く形成する必要がある。
【００１１】
ここで、前記パルス生成回路が前記コンデンサに直列に充電抵抗を備えることが好ましい。
【００１２】
これによれば、前記整流子を介して前記電源供給線と前記検出用ブラシが導通して、前記コンデンサに充電電流が流れる場合の充電時間を、前記コンデンサの静電容量と当該充電抵抗の抵抗値との積により定まる定数により制御することができる。これとともに、充電電流のピーク値を当該抵抗値に逆比例させて制御することができる。
【００１３】
加えて、前記パルス生成回路が前記コンデンサと並列に放電抵抗を備えることが好ましい。
【００１４】
これによれば、前記電源供給線と前記検出用ブラシが非導通となって、前記コンデンサが放電する場合の放電電流を、放電抵抗により消費することができるとともに、前記放電時間を、前記コンデンサの静電容量と当該放電抵抗の抵抗値の積により定まる定数により、制御することができる。
【００１５】
さらに、前記検出用ブラシを前記整流子の軸方向端面に接触させることが好ましい。これによれば、前記整流子の周面に前記ブラシと前記検出用ブラシを軸方向に並べて設けることに比べて、前記整流子の軸方向長さを短くすることができる。
【００１６】
さらに、前記整流子の軸方向端面を平坦に形成するつまりは前記整流子を構成する絶縁部分にアンダーカット（絶縁部分の整流子軸方向のくぼみ）を設けないことが好ましい。これによれば、前記整流子の周面においては、隣接する整流子片間の絶縁部分においては前記ブラシの摩耗粉の付着による隣接する整流子片間の短絡を防止するためにアンダーカット（絶縁部分の整流子半径方向のくぼみ）を設ける必要が生じるところを、前記整流子片の軸方向端面においては当該アンダーカット（絶縁部分の整流子軸方向のくぼみ）を設ける必要を廃することができることに起因して、当該検出用ブラシが前記整流子片に接触するにあたって、当該アンダーカットが存在することにより、直流モータの回転に伴って、前記整流子の軸方向端面を前記検出用ブラシが接触しながら周方向に移動するにあたり、いったんアンダーカットに落ち込んでから前記整流子片の周方向端に接触することの繰り返しにより異常摩耗が発生することを防止することができる。
【００１７】
さらに、従来技術においては、これらの異常摩耗を防止するためには前記検出用ブラシを金属ブラシとする必要があったが、この必要を廃して、通常の例えばカーボンブラシを用いることを可能としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、回転数に比例するパルスを生成するための端子及び電源を別途必要とすること、および、直流モータとしての構造の複雑化を招くことのない、回転数を検出可能な直流モータ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】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明による直流モータの一実施例を示す模式図である。
【００２１】
本実施例の直流モータ１は、電源供給用のブラシ２ａ、２ｂ及び整流子３と電源供給線４ａ、４ｂと電源供給用端子５ａ、５ｂと、整流子３の平坦に形成された軸方向端面３ａに接触して整流子３を介して電源供給線４ａ、４ｂと導通及び非導通を繰り返すカーボンブラシよりなる検出用ブラシ６と、検出用ブラシ６と負極側の電源供給線４ｂとの間に接続される静電容量Ｃのコンデンサ７と、コンデンサ７の充電電流をパルスとして電源供給線４ｂを流れる電流に重畳するパルス生成回路８とを備えて構成される。さらに、パルス生成回路８は、コンデンサ７の正極側に直列に位置する抵抗値Ｒｃの充電抵抗９と、コンデンサ７と並列に位置する抵抗値Ｒｄの放電抵抗１０とを備える。整流子３は電機子１１の軸方向端部に設けられる。
【００２２】
電源供給用端子５ａはバッテリ１２の正極側に接続される。バッテリ１２の負極側は接地されるとともに、電源供給用端子５ｂにカウンタ１３を介して接続される。
【００２３】
ブラシ２ａ、２ｂはバッテリ１２からの電流を、整流子３を介して電機子１１の後述するコイルに供給するものであり、円筒状に形成された整流子３の周面３ｂに接触するように、整流子３の半径方向に延在させて設けられるものである。
【００２４】
整流子３はブラシ２ａ、２ｂから供給されるバッテリ１２からの電流を、電機子１１の後述するコイルに供給するものであり、ここでは図示しないが整流子片と絶縁部分を周方向に交互に並べて形成されるものである。
【００２５】
検出用ブラシ６は、後述するように整流子３の軸方向端面３ａに接触して、電源供給線４ａと導通非導通を繰り返すことにより、コンデンサ７にバッテリ１２からの電流を断続的に供給するものであり、整流子３の軸方向に延在させて設けられるものである。
【００２６】
コンデンサ７は、検出用ブラシ６が整流子３を介して電源供給線４ａと導通している間は、検出用ブラシ６から供給される電流により充電されるとともに、検出用ブラシ６が整流子３を介して電源供給線４ａと非導通である間は、放電抵抗１０を介して放電する。
【００２７】
カウンタ１３は、例えばＪＫフリップフロップあるいはＴフリップフロップを組み合わせて構成され、直流モータ１の電流の電流値が閾値αを超えた場合に、当該電流をパルスとしてカウントし、そのカウント数を直流モータ１の停止及び回転数制御に提供するものである。
【００２８】
電源供給線４ｂには、検出用ブラシ６が整流子３を介して電源供給線４ｂと導通している間は、コンデンサ７の充電電流Ｉｃがパルスとして電源供給線４ｂを流れる電機子電流ＩＭに重畳されて流され、カウンタ１３は重畳された充電電流Ｉｃをパルスとしてカウントする。
【００２９】
以下に、上述したブラシ２ａ、２ｂおよび整流子３、検出用ブラシ６の機能及び作用をより詳細に説明するとともに、本発明による直流モータ１のパルス生成回路８の生成するパルスの形態及びカウンタ１３によるカウント手法について詳細に説明する。
【００３０】
図２は、本発明による直流モータの一実施例の整流子とブラシおよび検出用ブラシを示す模式斜視図であり、図３は、本発明による直流モータの一実施例の整流子とブラシおよび検出用ブラシを軸方向から視て示す模式図であり、図４は、本発明による直流モータの一実施例の整流子を軸方向から視て示す模式図であり、図５は、本発明による直流モータの整流子と電機子のコイルとを平面展開して相互の接続態様を示す模式図である。
【００３１】
図２に示すように、整流子３はほぼ円筒形状に形成され、円筒を周方向に分割した円弧筒状をなす整流子片３ｃと、整流子片３ｃよりも小さい周方向長さｅを有する絶縁部分３ｄとを、周方向に交互に並べて形成される。
【００３２】
また、図３に示すように、整流子３の周面には絶縁部分３ｄの半径方向の厚みを整流子片３ｃの半径方向の厚みよりも小さく形成することにより、アンダーカット３ｅ（絶縁部分３ｄの整流子３半径方向のくぼみ）を設ける。これにより、ブラシ２ａ、２ｂが整流子３と接触することにより発生する摩耗粉が、絶縁部分３ｄに付着することにより、隣接する整流子片３ｃ間が短絡することを防止している。
【００３３】
なお、図２に示すように、整流子３の軸方向端面３ａは平坦状に形成し、絶縁部分３ｄにアンダーカット（絶縁部分３ｄの整流子３軸方向のくぼみ）は設けない。
【００３４】
ブラシ２ａ、２ｂは整流子３の半径方向に延在する直方体状に形成され、整流子３の周面３ｂとの接触する面は周面３ｂに沿った円弧筒状に形成される。
【００３５】
検出用ブラシ６は整流子３の軸方向に延在する直方体状に形成され、整流子３の軸方向端面３ａと接触する面は平坦状に形成される。
【００３６】
さらに、図２および図４に示すように、検出用ブラシ６の周方向長さをｂ、整流子３の絶縁部分３ｄの周方向長さをｅ、ブラシ２ａ、２ｂの周方向長さをａとした場合に、検出用ブラシ６の周方向長さｂを絶縁部分３ｄの周方向長さｅよりも小さく（ｂ＜ｅ）する。これにより、検出用ブラシ６を整流子片３ｃに対して交互に連続して導通あるいは非導通とすることができる。また、ブラシ２ａ、２ｂの周方向長さａを絶縁部分３ｄの周方向長さｅよりも大きく（ａ＞ｅ）する。これにより、ブラシ２ａ、２ｂを整流子片３ｃに対して常に導通させることができる。
【００３７】
加えて図５に示すように、整流子３は整流子片３ｃを周方向に１５個ここでは図示しない絶縁部分を挟んで並べて形成され、それぞれの整流子片３ｃは電機子１１内のコイル１４に接続され、整流子片３ｃ相互間は常に導通させ、コイル１４は、４極、３０導体、直列巻きとし、これに対応させて、固定子側の永久磁石１５を周方向に相互に極性を異ならせて４極設けている。整流子片３ｃのうち整流子片３ｃ（図５中Ｉ）にブラシ２ａを接触させ、整流子片３ｃ（図５中Ｖ）にブラシ２ｂを接触させるように、ブラシ２ａ、２ｂを整流子３の周面上に配置する。
【００３８】
以上述べた整流子３の構成により、図１に示したバッテリ１２から、電源供給端子５ａ、電源供給線４ａ、ブラシ２ａおよび整流子３を介して電機子１１のコイル１４に電流が供給されると、コイル１４に磁束が発生し、この磁束が固定子側の永久磁石１５の磁束と吸引反発を繰り返して、電機子１１は回転する。
【００３９】
電機子１１が回転すると、検出用ブラシ６は整流子３の軸方向端面３ａに対して周方向に接触しながら回転し、検出用ブラシ６は整流子３の整流子片３ｃと絶縁部分３ｄとに交互に接触して、整流子３の整流子片３ｃを介してバッテリ１２の正極側と導通非導通を繰り返すため、コンデンサ７には周期的かつ断続的にバッテリ１２の電圧が印加され、コンデンサ７の充電電流Ｉｃが電源供給線４ｂに流れ込み、電源供給線４ｂを流れる電機子電流ＩＭに重畳する。
【００４０】
つまり、図１に示した直流モータは、図６に示すような等価回路を構成する。電機子１１の回転に伴い、検出用ブラシ６は整流子３の軸方向端面３ａに接触しながら周方向に移動するため、仮想的なスイッチＳを構成する。このスイッチＳは、整流子片３ｃの周方向に配置数１５と電機子１１の単位時間あたりの回転数の積により決定される周波数でオンオフを繰り返すため、スイッチＳがオンしている間は、バッテリ１２によりパルス生成回路８にバッテリ１２からの電圧が印加されてコンデンサ７に充電電流Ｉｃが流れてこの充電電流Ｉｃは電源供給線４ｂに供給され、電源供給線４ｂを流れる電機子１１のコイル１４の電機子電流ＩＭに重畳される。スイッチＳがオフしている間は、パルス生成回路８にバッテリ１２からの電圧が印加されず、コンデンサ７から放電電流が流れ、この放電電流は、放電抵抗１０により消費される。
【００４１】
これらの電流をタイムチャートで示すと以下のようになる。図７は本発明に係わる直流モータのパルス生成回路８に印加される電圧、コンデンサ７の電圧およびパルス生成回路８の生成するパルスを示すタイムチャートである。
【００４２】
上述したように、整流子３の絶縁部分３ｄから整流子片３ｃに検出用ブラシ６が移動して、仮想的なスイッチＳがオンするタイミングをｔ１、ｔ３、整流子片３ｃから絶縁部分３ｄに検出用ブラシ６が移動して、仮想的なスイッチＳがオフするタイミングをｔ２、ｔ４とすると、コンデンサ７と充電抵抗９とにより構成される回路に印加される電圧Ｖは、図７の上段に示すような方形波となる。
【００４３】
ｔ１においてパルス生成回路８にバッテリ１２からの電圧Ｖが印加されると、コンデンサ７は充電されて、コンデンサ７の電圧ＶＣは、コンデンサ７の静電容量Ｃと充電抵抗Ｒｃとの積ＣＲｃにより定まる時定数により、図７の中段に示すような積分波を描いて立ち上がる。時定数ＣＲｃが大きくなるほど電圧ＶＣ立ち上がる速度は遅くなり、充電時間は長くなる。
【００４４】
ｔ２においてパルス生成回路８にバッテリ１２からの電圧Ｖが印加されなくなると、コンデンサ７は放電し、コンデンサの電圧ＶＣは、コンデンサ７の静電容量Ｃと放電抵抗Ｒｄとの積ＣＲｄにより定まる時定数により、図７の中段に示すような微分波を描いて立ち下がる。時定数ＣＲｄが大きくなるほど電圧ＶＣが立ち下がる速度は遅くなり、放電時間は長くなる。以下、ｔ３においても同様にコンデンサ７の電圧ＶＣは積分波を描いて立ち上がり、ｔ４においても同様にコンデンサ７の電圧ＶＣは微分波を描いて立ち下がる。
【００４５】
このようにコンデンサ７の電圧ＶＣは積分波と微分波を交互に繰り返す鋸波状の波形を描く。ｔ２からｔ３、ｔ４以降の放電期間中はコンデンサ７の放電電流は放電抵抗１０により消費されるので、この放電電流は電源供給線４ｂには供給されず、電機子１１の電機子電流ＩＭには重畳されない。
【００４６】
従って、電源供給線４ｂを流れる電機子電流ＩＭに重畳されるパルスは図７の下段に示すような断続的なピーク形状をなすコンデンサ７の充電電流Ｉｃとなる。
【００４７】
つまり、カウンタ１３に入力される直流モータ１の電流波形は、電機子電流ＩＭにコンデンサ７の充電電流Ｉｃが重畳されたものであるため、図８に示すようなものとなる。図８は、本発明による直流モータの一実施例による電流波形を示す模式図である。
【００４８】
電機子電流ＩＭは、バッテリ１２からの電流をブラシ２ａ、２ｂと整流子３により供給していることに起因して、整流子片３ｃの周方向の配置数と電機子１１の回転数に比例したリップル成分を含んでおり、これに、放電電流Ｉｃが重畳するため、直流モータ１の電流波形は、図８に示すような波形となる。
【００４９】
この電流波形の電流値が閾値αを超えた場合に、カウンタ１３は電流をパルスとしてカウントして、このカウント数を整流子片３ｃの周方向の配置数で除して直流モータ１の回転数を求める。
【００５０】
以上述べたように、本実施例によれば、コンデンサ７を用いた簡単なパルス生成回路８を追加することにより、整流子片３ｃの周方向の配置数に比例した周波数の櫛波状の放電電流Ｉｃをパルスとして、電機子１１の電機子電流ＩＭに重畳させて、そのパルスをカウンタ１３によりカウントすることで、直流モータ１の回転数を検出することができる。
【００５１】
加えて、従来技術のように、電源供給端子５ａ、５ｂ以外の回転数を検出するための端子を直流モータ１に別途設けることを廃することができるので、直流モータ１の構造の複雑化を招くことなく回転数を検出することが可能になる。
【００５２】
さらに、従来技術のように、回転数を検出するためのパルスを電機子電流ＩＭに重畳させるために別途電源を設ける必要がないので、これによっても直流モータ１の構造の複雑化を招くことなく、回転数を検出することが可能となる。また、別途電源を用いないので、電源交換等の保守作業が発生することも廃することができるとともに、振動や衝撃に対する耐久性をも高めることができる。
【００５３】
さらに、本実施例による直流モータ１では追加するパルス生成回路８が、コンデンサ７を用いた簡単な回路であるため、上述したような端子数の削減と別途電源の削減のみならず、追加部品の小型軽量化、堅牢化、耐久性の向上を図り、ひいては直流モータ１自体の小型軽量化、堅牢化および耐久性の向上も図ることができる。
【００５４】
なお上述した実施例では、検出用ブラシ６を正極側の電源供給用のブラシ２ａ側に設け、パルス生成回路８の正極側を検出用ブラシ６に接続し、パルス生成回路８の負極側を負極側の電源供給線４ｂに接続したが、図９に示すように、検出用ブラシ６を負極側のブラシ２ｂ側に設け、パルス生成回路８の負極側を検出用ブラシ６に接続し、パルス生成回路８の正極側を正極側の電源供給線４ａに接続する構成とすることもできる。この場合の等価回路は、図１０に示すようなものとなる。
【００５５】
これによっても、コンデンサ７を用いた簡単なパルス生成回路８を追加するだけで、整流子片３ｃの周方向の配置数に比例した周波数のパルスを、電機子１１の電機子電流ＩＭに重畳させて、そのパルスをカウントすることにより直流モータの回転数を検出することができる。
【００５６】
以上本発明の一実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。例えば、カウンタ１３を図１においてバッテリ１２の正極側に設けることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、自動車のメモリシートシステムやパワーウィンドウ装置、サンルーフ装置などに適用される直流モータの回転数検出に関するものであり、エンコーダなどの速度検出装置を用いずに、かつパルス生成のための端子や電源を別途設けずに回転数を検出して、直流モータの停止及び回転制御に供することができるので、種々の自動車に適用可能であるとともに有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による直流モータの一実施例を示す模式図である。
【図２】本発明による直流モータの一実施例の整流子とブラシおよび検出用ブラシを示す模式斜視図である。
【図３】本発明による直流モータの一実施例の整流子とブラシおよび検出用ブラシを軸方向から視て示す模式図である。
【図４】本発明による直流モータの一実施例の整流子を軸方向から視て示す模式図である。
【図５】本発明による直流モータの整流子と電機子のコイルとを水平面展開して相互の接続態様を示す模式図である。
【図６】本発明による直流モータの一実施例の、等価回路である。
【図７】本発明に係わる直流モータのパルス生成回路に印加される電圧、コンデンサの電圧およびパルス生成回路の生成するパルスを示すタイムチャートである。
【図８】本発明による直流モータの一実施例による電流波形を示す模式図である。
【図９】本発明による直流モータの他の実施例を示す模式図である。
【図１０】本発明による直流モータ他の一実施例の、等価回路である。
【図１１】従来の直流モータを用いた回転数検出装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１      直流モータ
２ａ    ブラシ（正極側）
２ｂ    ブラシ（負極側）
３      整流子
３ａ    軸方向端面
３ｂ    周面
３ｃ    整流子片
３ｄ    絶縁部分
４ａ    電源供給線（正極側）
４ｂ    電源供給線（負極側）
５ａ    電源供給端子（正極側）
５ｂ    電源供給端子（負極側）
６      検出用ブラシ
７      コンデンサ
８      パルス生成回路
９      充電抵抗
１０      放電抵抗
１１      電機子
１２      バッテリ
１３      カウンタ
１４      コイル
１５      永久磁石
【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】
2007274771.tif 000007
【図６】
2007274771.tif 000008
【図７】
2007274771.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007274771.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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