(57)【要約】【課題】ベーンポンプを作動させる際にポンプ室内に形成する圧縮室の密閉性を高めることができるベーンを提供する。【解決手段】上記課題を解決するためのベーンポンプ用ベーンは、ベーンポンプ１０のロータ２０に形成された嵌挿溝２２に出入自在に配置される板状のベーン３０であって、ベーン３０の突出方向に対して±９０°未満の傾斜角を持たせたラインに沿って、ベーン３０を幅方向に分割し、各個片の突出量にズレを生じさせる構成としたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベーンポンプのロータに形成された嵌挿溝に出入自在に配置される板状のベーンであって、
ベーンの突出方向に対して±９０°未満の傾斜角を持たせたラインに沿って、ベーンを幅方向に分割し、突出時における各個片の突出量にズレが生じる構成としたことを特徴とするベーンポンプ用ベーン。  
【請求項２】
ベーンポンプのロータに形成された嵌挿溝に出入自在に配置される板状のベーンであって、
ベーンを幅方向に複数分割し、分割した複数の個片のうちの少なくとも１つの個片と他の個片との接触面が、ベーンの突出方向に対して±９０°未満の傾斜角を有することを特徴とするベーンポンプ用ベーン。
【請求項３】
ベーンの突出側先端部の板厚をベーン自体の板厚の平均板厚よりも薄くしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のベーンポンプ用ベーン。
【請求項４】
前記ベーンの構成部材をカーボン焼結体、又はエンジニアリングプラスチックを含浸させたカーボン焼結体、あるいはエンジニアリングプラスチックを基材としたカーボン繊維材料としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載のベーンポンプ用ベーン。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載のベーンポンプ用ベーンをロータの嵌挿溝に出入自在に配置したことを特徴とするベーンポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベーンポンプ用のベーン、及びこのベーンを搭載したベーンポンプに係り、特にベーンポンプの容積効率を向上させるのに好適なベーンポンプ用のベーン、及びベーンポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ベーンポンプは、図７に示すように円筒状のポンプ室２内に偏心して配置された円筒状のロータ３と、このロータ３の全長に亙って設けられた複数の嵌挿溝４に出入自在に備えられた、前記嵌挿溝４よりも若干狭い幅（若干短い長さ）に形成されたベーン５とを有することを基本とする。このような構成要素を基本とするベーンポンプ１では、前記ロータ３は回転軸６により支持され、ポンプ室２の両端部がサイドカバー７ａ，７ｂ、あるいはポンプ室２を構成するハウジング面によって抑えられることで、ロータ３が固定され、ポンプ室２はベーン５によって複数の圧縮室へと区分けされる構成とされている。このような構成のベーンポンプ１は、前記回転軸６に回転が加えられることに伴ってロータ３が回転し、このロータ３の回転に伴って前記ベーン５がポンプ室２の内周面に沿って出入するようになっている。このようなベーン５とロータ３、及びポンプ室２の作用により、ロータ３を矢印Ａで示すように反時計回りに回転させると、ベーン５によって区分けされた圧縮室が拡大され、外部流体が吸引される。この状態でさらにロータ３を回転させると、圧縮室は閉塞されてその容積が小さくなり内圧が高くなる。さらにロータ３を回転させてベーン５によって区分けされた圧縮室とベーンポンプ１の排出口とが連通すると、圧縮流体は外部空間へ放出される。このような構成及び作用を伴うベーンポンプとしては、例えば特許文献１に開示されているものを挙げることができる。
【特許文献１】特開２００４−３０８５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような構成のベーンポンプでは、ベーンによってポンプ室を複数の圧縮室に区分けしている。このような構造を有するポンプでは、ロータの回転、及びベーンの出入を促すために、ベーン側端部とサイドカバーとの間の交差幅は、双方の部材間に若干の隙間が設けられるように調整されており、前記圧縮室はいわゆる側面開放型に近い状態とされていた。このため、圧縮室からは収容流体の漏れが生じやすく、ポンプの容積効率が低くなるという問題があった。容積効率を向上させる解決策として、ベーンとサイドカバーとの隙間を無くすように嵌め合いを変更するということが考えられるが、この場合、組立時にベーンがサイドカバーと接触した状態となってしまっては、ベーンがロータに対して出入する際に過度の抵抗を生じることとなり、動作に不具合をきたす虞がある。また、熱膨張の影響によりベーンとサイドカバーとの間に過度の抵抗が生じる虞もある。
【０００４】
そこで、本発明では、上記課題を解決し、ベーンポンプを作動させる際にポンプ室内に形成する圧縮室の密閉性を高めることができるベーンを提供することを目的とする。また、本発明では、上記のような構成のベーンを搭載したベーンポンプ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】
上記目的を達成するための本発明に係るベーンポンプ用ベーンは、ベーンポンプのロータに形成された嵌挿溝に出入自在に配置される板状のベーンであって、ベーンの突出方向に対して±９０°未満の傾斜角を持たせたラインに沿って、ベーンを幅方向に分割し、突出時における各個片の突出量にズレが生じる構成としたことを特徴とする。遠心力で先端部がポンプ室内周面に押し付けられるベーンは、このような構成とすることにより、先端部の割合が小さい個片の摩耗が他の個片の先端部よりも進行することとなる。先端部の摩耗量が大きい個片は、実質的に他の個片よりも突出量が多くなるため、突出により、いわゆる楔の作用を生じさせる。このため、突出方向への遠心力を受けることによりベーンを構成する個片間には、分割面に沿ったズレが生じ、幅方向への推力が作用することとなる。この幅方向の推力が働くことにより、ベーンは実質的に拡幅されることとなる。
【０００６】
また、上記目的を達成するための本発明に係るベーンポンプ用ベーンは、ベーンポンプのロータに形成された嵌挿溝に出入自在に配置される板状のベーンであって、ベーンを幅方向に複数分割し、分割した複数の個片のうちの少なくとも１つの個片と他の個片との接触面が、ベーンの突出方向に対して±９０°未満の傾斜角を有することを特徴とするものであっても良い。このような構成のベーンであっても、上記構成のベーンポンプ用ベーンと同様に、ベーンの拡幅作用を奏することができる。
【０００７】
また、上記のような構成のベーンポンプ用ベーンでは、ベーンの突出側先端部の板厚をベーン自体の板厚の平均板厚よりも薄くすると良い。このような構成とすることにより、ベーン先端部の摩耗量が増加し、個片が楔作用を生じさせるまでの時間を短くすることができる。
【０００８】
また、上記のような構成のベーンポンプ用ベーンでは、前記ベーンの構成部材をカーボン焼結体、又はエンジニアリングプラスチックを含浸させたカーボン焼結体、あるいはエンジニアリングプラスチックを基材としたカーボン繊維材料とすると良い。ベーンの構成部材をいわゆるカーボンとすることにより、個片先端部の摩耗量を増加させ、個片に楔作用を生じさせるまでの時間を短くすることができる。
また、上記目的を達成するための本発明に係るベーンポンプは、上記構成のベーンポンプ用ベーンをロータの嵌挿溝に出入自在に配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記のようなベーンポンプ用ベーンによれば、ベーンの拡幅作用により、ロータとサイドカバーとの間に設けられた隙間を閉塞することができる。よって、ベーンポンプを作動させる際にポンプ室内に形成する圧縮室の密閉性を高めることができる。
また、上記のようなベーンを搭載したベーンポンプは、容積効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明のベーンポンプ用ベーン、及びこれを搭載したベーンポンプに係る実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る一部の実施形態に過ぎず、本発明はその主要部を変えない限度において種々の形態を採るものとする。
【００１１】
まず、図１を参照して本発明に係るベーンポンプの概要構成を説明する。なお、図１（Ａ）は同図（Ｂ）のＡ−Ａ断面を示し、図１（Ｂ）は同図（Ａ）における部分断面側面を示す図である。
【００１２】
本実施形態のベーンポンプ１０は、ポンプ室１８を形成したポンプ本体（ハウジング）１２と、前記ポンプ室１８内に配置されるロータ２０と、前記ロータ２０に備えられるベーン３０及び前記ロータ２０を回転支持する回転軸６０とを基本的な構成とする。
【００１３】
前記ポンプ室１８は、前記ポンプ本体１２に形成された円筒状の孔であり、詳細を後述する蓋体（サイドカバー）４０，５０によって両端部を封止されることで密閉空間の体を成す。ポンプ本体１２には、圧縮性流体（例えば空気：以下気体という）を吸入するための吸入口１４と、同じく気体を排出するための排出口１６とが設けられている。また、前記ポンプ室１８には、前記吸入口１４と連通する吸入路１４ａと、前記排出口１６と連通する排出路１６ａとが設けられており、ポンプ室１８内への気体の吸入、ポンプ室１８内からの気体の排出を可能な構成とされている。
【００１４】
前記ロータ２０は、円柱形状をしており、断面中央には詳細を後述する回転軸６０を挿通させるための孔が形成されている。前記ロータ２０には、定められた角度で放射状に形成された複数（図では８つ）の溝（嵌挿溝）２２が形成されている。なお、前記嵌挿溝２２は、ロータ２０の全長に亙って形成されている。
【００１５】
前記ベーン３０は、前記嵌挿溝２２に嵌挿する平板状の翼であり、ロータ２０の回転に伴って生じる遠心力によって嵌挿溝２２から突出して前記ポンプ室１８の内周面に当接して摺動し、ポンプ室１８の空間を複数の圧縮室１８ａに分割する。前記ベーン３０は前述したように、ポンプ室１８の内周面に沿って摺動する構成とされているため、その突出量は前記ポンプ室１８の内周面の形状に倣って変化することとなる。
【００１６】
前記回転軸６０は、前記ロータ２０の中心に形成された孔に挿通される棒状部材であり、前記ロータ２０を前記ポンプ室１８の中心から予め定められた距離だけ偏心させた状態で回転支持する構成を採る。当該回転軸６０は、前記ポンプ室１８を密閉するためのサイドカバー４０，５０に設けられた孔によって固定位置が決定されるものであり、サイドカバー４０，５０の前記孔に備えられたベアリング４２，５２によって支持されることで、回転自在な構成とされる。
【００１７】
前記サイドカバー４０，５０は前記ポンプ室１８の端面に当接して固定されることで密閉空間を形成する。サイドカバー４０，５０の外側面には、前記回転軸６０を支持するためのベアリング４２，５２の脱落を防止するためのキャップ４４，５４が設けられている。なお、前記回転軸６０と前記ロータ２０との固定は、図示しないキー溝とキー部材などによれば良い。
【００１８】
このような構成を有するベーンポンプ１０に備えられる本発明のベーンポンプ用ベーンに係る第１の実施形態について、図２を参照して詳細に説明する。本実施形態のベーン３０は、図２に示すように複数（図２では３つ）に分割されている。ベーン３０の分割は、ベーン３０の突出方向に対して±９０°未満の傾斜角を持たせたラインをベーンの板面に想定し、このラインに沿ってベーンを幅方向に分割する構成とした。したがって、分割されたベーンの個片同士の接触面はベーン３０の突出方向に対して斜めに形成されることとなる。このため、本実施形態では、両サイドに位置することとなる個片３４及び個片３６は片側の辺が垂直な台形、中央に位置することとなる個片３２は前記台形のテーパ面に合致する辺を有する台形に形成されることとなる。なお、このとき、台形の上側の辺となるベーン先端側の辺の長さが、下側の辺の長さよりも短くなるように、角度を調整して個片３２を形成する。このような形状に分割したベーン３０では、個片３２は、いわゆる楔の作用を成し、矢印Ａで示す方向の力を受けた際に個片３４及び個片３６を矢印Ｂ及び矢印Ｃで示す方向へ押し広げることとなる。また、図２に示すように、個片３２は個片３４，３６に比べて板面の面積に対する先端部（ポンプ室内周面との接触部）３８の割合が少ない。このため、個片３２は、個片３４，３６に比べて先端部の摩耗量が多くなる。
【００１９】
このような構成のベーン３０には、ロータ２０の回転によって個片３２〜３６のそれぞれに矢印Ｄで示す方向の遠心力が生じる。上述したように、個片３２の先端部３８は、個片３４，３６の先端部３８に比べて摩耗量が多い。このため、個片３２は遠心力の影響を受けることで個片３４，３６よりも僅かに突出量が多い状態となる。ここで、個片３２は楔の作用を成すため、個片３２が突出しようとする力（矢印Ａ）によって個片３４と個片３６とは、それぞれ矢印Ｂ及び矢印Ｃで示す横方向の推力を受けることとなる。このため、個片３４と個片３６は矢印Ｂ及び矢印Ｃで示す方向へ広がるように移動しつつ遠心力を受けることとなる。これにより、個片３４及び個片３６はそれぞれサイドカバー４０，５０に密接しつつ摺動することとなり、設計上僅かに設けられていたベーン３０とサイドカバー４０，５０との間の隙間が閉塞される。ここで、ベーン３０の拡幅は、ベーン３０を構成する個片３２，３４，３６がそれぞれスライドすることによって成されるものであるため、個片間に隙間が生じることは無い。したがって、ベーン３０によって構成される圧縮室１８ａの密閉性を向上させた容積効率の高いベーンポンプ１０を実現することができる。なお、このような作用によってベーン３０とサイドカバー４０，５０との隙間を閉塞することによれば、一枚の板で構成されるベーンによって隙間を閉塞する場合と異なり、ベーンの幅の拡縮が自在とされるため、サイドカバー４０，５０との間に過度の摩擦や抵抗が生じることは無く、ベーンポンプ１０の稼動に支障をきたすことが無い。なお、個片をサイドカバーへ押し付ける力（矢印Ｂ及び矢印Ｃで示す力）は、図２に示す角度θ、すなわち個片３２，３４，３６間における傾斜を持つ辺の角度を変えることにより、調整することができる。例えばθを大きくした場合には、個片間のズレ量に対する拡幅の割合が大きくなるため、あるズレ量における矢印Ｂ及び矢印Ｃで示す力は大きくなる。逆に、θを小さくした場合には、個片間のズレ量に対する拡幅の割合が小さくなるため、あるズレ量における矢印Ｂ及び矢印Ｃで示す力は小さくなる。
【００２０】
また、本実施形態のベーンは、図３（Ａ）から図３（Ｄ）に示すように、ポンプ室１８内周面との接触部である先端部３８にテーパ、あるいはＲを持たせる構造としている。先端部３８の形状をこのような構造とすることにより、ベーン３０先端部の板厚が、他の部分の板厚よりも薄くなり、先端部３８に作用する摩擦力が大きくなり、個片３２の先端部３８の磨耗の進行を促進させることができる。これにより、短期間でベーン３０の拡幅作用を奏することが可能となる。また、個片３２の先端部３８の摩耗の進行を促進させる構造としては、個片３２の先端部３８の摺動面を予め荒らし、抵抗を大きくしておくという手段も採ることができる。
【００２１】
上記のような構成のベーン３０を有するベーンポンプ１０は、前記回転軸６０を矢印Ｅで示す方向へ回転させる（図１（Ａ）においては左方向）ことにより、回転軸６０に固定されたロータ２０も同一方向へと回転する。ロータ２０の回転に伴いベーン３０に遠心力が作用すると、嵌挿溝２２に嵌挿されたベーン３０が突出し、ロータ２０の配置位置とポンプ室１８との偏心量に伴って変化するロータ２０の外周面とポンプ室１８の内周面との距離に倣って突出量を変化させ、前記ポンプ室１８の内周面に沿って先端部を摺動させる。
【００２２】
本実施形態におけるベーン３０は上述したように、個片３２，３４，３６に分割された構造を有するため、個片３２が楔作用を成し、個片３４及び個片３６をサイドカバー４０，５０側へそれぞれ押し広げ、ベーン３０が拡幅される。この作用によりベーン３０とサイドカバー４０，５０との間に設けられていた隙間が閉塞され、ベーン３０によって区分けされた圧縮室１８ａの気密性が高められる。
【００２３】
ベーン３０によって圧縮室１８ａとして区分けされたポンプ室１８には、図１（Ａ）の左側では、圧縮室１８ａの拡開に伴って吸入口１４から吸入路１４ａを介して気体が流入する。圧縮室１８ａ内に流入した気体は、ベーン３０とポンプ室１８の内周面、及びサイドカバー４０，５０の内側面とによって気密性が保たれたままロータ２０の回転方向に移動し、ポンプ室１８の内周面とロータ２０の外周面との距離の変化に伴って圧縮されることとなる。圧縮されつつポンプ室１８内を移動させられた気体は、図１（Ａ）右側において、圧縮室１８ａの縮閉に伴い、排出路１６ａを介して排出口１６から排出される。
【００２４】
上記のようなベーン３０を有するベーンポンプ１０は、ベーン３０の拡幅作用によりベーン３０とサイドカバー４０，５０との間に設けられた隙間を閉塞することができるため、ベーン３０によって構成される圧縮室１８ａの密閉性が高められる。このため、圧縮室１８ａから漏れ出る気体の量が減ることとなり、容積効率を向上させることができる。
【００２５】
次に、本実施形態のベーンポンプ用ベーンに係る形態の例について、図４、及び図５を参照して説明する。図４に示すベーン３０ａは、図２に示すベーン３０と同様にベーン３０ａを３つの個片３２ａ，３４ａ，３６ａに分割した形態のものであるが、個片３２ａの形状を図２に示すベーン３０と異ならせている。図４に示すベーン３０ａは、両サイドに位置することとなる個片３４ａ及び個片３６ａを台形、中央に位置することとなる個片３２ａを前記個片３４ａ及び個片３６ａのテーパ面に合致する辺を有する三角形に形成している。個片３２を図示するような形状とすることにより、先端部３８ａの摩耗速度は図２に示す個片３２よりも速くなり、早期にベーン３０ａを拡幅させる作用を奏することとなる。
【００２６】
また、図５に示すベーン３０ｂは、上記２つの形態とは異なり、ベーン３０ｂを２つの個片３２ｂ，３４ｂに分割した場合の例を示すものである。このように分割する個片を２つとした場合であっても、分割面がベーン３０ｂの突出方向に対して±９０°未満の傾斜角を持ったラインに沿ったテーパ面であれば、上述した２つのベーン３０，３０ａと同様にベーンの拡幅作用を奏することができる。
【００２７】
なお、上述した本実施形態に係るベーンポンプ用ベーンは、一枚の板を分割し、個片先端部３８，３８ａ，３８ｂの摩耗によってベーン３０，３０ａ，３０ｂの拡幅作用を促すというものであるが、分割した個片の高さを予め異ならせてベーン３０，３０ａ，３０ｂを形成するようにしても良い。例えば楔作用を奏する個片（図２では個片３２）の先端部を予め僅かに削っておき、他の個片（図２では個片３４及び個片３６）の高さに比べて低くなるように形成しておくのである。このような構成とすることにより、個片３２の先端部３８の摩耗を待つことなくベーン３０の拡幅作用を奏することができる。
【００２８】
次に、本発明のベーンポンプ用ベーンに係る第２の実施形態について図６を参照して説明する。なお、図６において、図６（Ａ）はベーンの正面図、図６（Ｂ）は同図Ａの上面図、図６（Ｃ）はベーンを個片に分割した際の形態を示す図である。
【００２９】
上記第１の実施形態に示したベーン３０，３０ａ，３０ｂは、いずれもベーンの突出方向に対して±９０°未満の傾斜角を持たせた直線に沿って個片に分割されていたが、本実施形態に係るベーンは、複数（図６では３つ）に分割されたベーン３０ｃの個片３２ｃ，３４ｃ，３６ｃのうちの少なくとも１つが他の個片との接触面に突出方向に対して±９０°未満の傾斜角を持たせることとしたことを特徴とした。
【００３０】
詳細は次の通りである。本実施形態のベーン３０ｃは、個片３２ｃ、個片３４ｃ、及び個片３６ｃの３つに分割されている。個片３４ｃと個片３６ｃとには、それぞれ段差を有する噛合い部３７が形成されており、図面上、左右方向へのスライドが生じた場合であっても２つの個片３４ｃ，３６ｃ間に隙間が生じ無い構成とされている。また、個片３４ｃ、個片３６ｃの重なり部の後端側にはそれぞれ、ベーン３０ｃの突出方向に対して±９０°未満の傾斜角を持たせた直線で切り取られたテーパ面３３、テーパ面３５が設けられている。そして、テーパ面３３，３５の間には、前記テーパ面３３，３５に合致する摺動面を有する個片３２ｃが配置されている。
【００３１】
このような構成のベーン３０ｃによれば、ロータ２０の回転によって生じた遠心力を受けると個片３２ｃが矢印Ａの方向へ移動することとなる。個片３２ｃの移動の作用により個片３４ｃと個片３６ｃは矢印Ｂ，Ｃで示す方向へ押しのけられる。この作用によりベーン３０ｃ（図１における３０）とサイドカバー４０，５０との間に設けられていた隙間を閉塞することができ、ベーン３０ｃによって形成される圧縮室１８ａの気密性を良好に保つことが可能となる。また、このような構成のベーン３０ｃでは、ベーン３０ｃの先端部３８ｃに段差を生じさせることなくベーンの幅を広げることができる。
【００３２】
上記実施形態のベーン３０ｃでは、特に規定していないが、個片３２ｃを構成する部材として、個片３４ｃ、個片３６ｃを構成する部材よりも比重の大きな部材を選択しても良い。このような構成とすることによれば、個片３２ｃの割合が小さな場合であっても、遠心力の作用により十分な運動エネルギーを得ることができ、大きな個片である個片３４ｃ、個片３６ｃを矢印Ｂ、矢印Ｃの方向へ移動させ、拡幅作用を得ることができる。
【００３３】
また、本実施形態のベーン３０，３０ａ，３０ｃは、その構成材料をカーボン焼結体とすると良い。ベーンの構成材料をカーボン焼結体とすることにより、個片３２，３２ａ，３２ｃの先端部３８，３８ａ，３８ｃの摩耗量を多くしつつ、個片３４，３４ａ，３４ｃ、個片３６，３６ａ，３６ｃとサイドカバー４０，５０との摺動性を良好に保つことが可能となる。なお、当然に、ベーン３０ｂについても構成部材をカーボンとすることができる。ベーンをこのような部材で構成することにより、金属製のベーンに比べて硬く、自己潤滑性に優れるため、潤滑材を不要とするポンプのドライ化を実現することができる。また、ベーンの構成部材としてさらに好適な部材として、ポリイミド系のエンジニアリングプラスチックを含浸させたカーボン焼結体を挙げることができる。このような部材によってベーンを構成した場合、上述したベーンの硬度、自己潤滑性はいずれも向上し、ドライ運転でのポンプ、及びベーンの寿命を延ばすことができると考えられる。
【００３４】
また、上記ポリイミド系のエンジニアリングプラスチックを含浸させたカーボン焼結体と同等の硬度、自己潤滑性等を有する部材として、ポリイミド系エンジニアプラスチックを基材としたカーボン繊維強化複合材料を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るベーンポンプの構成を示す図である。
【図２】本発明のベーンポンプ用ベーンに係る第１の実施形態を示す正面図である。
【図３】本発明のベーンポンプ用ベーンの側面形状を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係るベーンに関する他の形態の例を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係るベーンに関する他の形態の例を示す図である。
【図６】本発明のベーンポンプ用ベーンに係る第２の実施形態を示す図である。
【図７】従来のベーンポンプの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０………ベーンポンプ、１２………ポンプ本体、１４………吸入口、１６………排出口、１８………ポンプ室、２０………ロータ、２２………嵌挿溝、３０………ベーン、３２………個片、３４………個片、３６………個片、４０………サイドカバー、５０………サイドカバー、６０………回転軸。
【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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