(57)【要約】【課題】安価で且つ簡素な構成で、保護材の表面に付着した水分を蒸発し易くして、モータ部内の部材を水分から保護したポンプ及びそれを備えた液体循環装置を提供する。【解決手段】この課題を解決するために、ポンプを、回転により液体を加圧する羽根車４と、羽根車４を内部に収納したポンプ室３と、羽根車４を回転させるモータと、モータのステータ１０を内部に収納したモータ部８と、モータ部８内に充填された保護材１４と、を備え、モータが制御部１８をモータ部８内に有し、制御部１８が、基板１９と、基板１９に実装されてモータ制御を行う電子部品と、を備え、電子部品のうち、少なくとも一部の部品が発熱する発熱部材３６であり、発熱部材３６を基板１９の一方の端辺２０側に集めて配置したものとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転により液体を加圧する羽根車と、前記羽根車を内部に収納したポンプ室と、前記羽根車を回転させるモータと、前記モータを構成する部材のうち少なくともステータを内部に収納したモータ部と、前記モータ部内に充填された保護材と、を備え、前記モータがモータ制御を行う制御部を前記モータ部内に有し、前記制御部が、基板と、前記基板に実装されて前記モータ制御を行う電子部品と、を備え、前記電子部品のうち、少なくとも一部の部品が発熱する発熱部材であり、前記発熱部材を前記基板の一方の端辺側に集めて配置したものであることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記基板の前記ポンプ室に対して背向した側に前記発熱部材を配置したものであることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記制御部と外部電源を電気的に接続する接続部を有し、前記接続部を前記基板の他方の端辺側に設置したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記制御部と前記ステータを電気的に接続すると共に前記制御部から前記ステータに電力を供給する給電部を有し、前記給電部を前記基板の他方の端辺側に設置したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のポンプ。
【請求項５】
前記モータ部の外殻を形成するモータケースを備えると共に、前記モータケースの内面にテーパー部を設けたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のポンプ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のポンプを備えたものであることを特徴とする液体循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ及び該ポンプを備えた液体循環装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ポンプは、液体を流動させる羽根車と、羽根車を回転させるモータと、外殻を形成するケーシングと、を備えている。そして、ケーシングに囲まれた内部空間は、羽根車を収容したポンプ室と、モータの制御部やステータ等の導電部材を収容すると共に内部に樹脂製の保護材を充填されたモータ部と、に区画されている。更に、モータ部は一端側にポンプ室から区画する分離板を備え、他端側に開口を有すると共に、該開口が脱着自在のカバーで封止されている（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０４１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のポンプでは、外部から飛散した水がカバーとケーシングの間からモータ部内に浸入したり、保護材の表面に結露水を生じたりして、保護材の表面に水分が付着することがある。そして、付着した水分は自重で下方に流動してモータ部の内部下方に溜り易く、溜まった水分は保護材とケーシングの下方の界面に浸入することがある。界面に水分が浸入すると、該水分によってモータ部に配置した制御部等のモータの構成部材に腐食や電気的な短絡等を生じる恐れがある。また、カバーとケーシングの間からの水分の浸入を抑制するには、Ｏリング等のシール部材を間に介在させるため、カバーの取付構造が複雑化したり、ポンプの生産費用が増加したりすることがある。
【０００５】
そこで、この事情を鑑み、安価で且つ簡素な構成で、保護材の表面に付着した水分を蒸発し易くして、モータ部内の部材を水分から保護したポンプ及びそれを備えた液体循環装置を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のポンプは、回転により液体を加圧する羽根車と、前記羽根車を内部に収納したポンプ室と、前記羽根車を回転させるモータと、前記モータを構成する部材のうち少なくともステータを内部に収納したモータ部と、前記モータ部内に充填された保護材と、を備え、前記モータがモータ制御を行う制御部を前記モータ部内に有し、前記制御部が、基板と、前記基板に実装されて前記モータ制御を行う電子部品と、を備え、前記電子部品のうち、少なくとも一部の部品が発熱する発熱部材であり、前記発熱部材を前記基板の一方の端辺側に集めて配置したものであることを特徴とする。
【０００７】
このポンプとして、前記基板の前記ポンプ室に対して背向した側に前記発熱部材を配置したものであることが好ましい。
【０００８】
このポンプとして、前記制御部と外部電源を電気的に接続する接続部を有し、前記接続部を前記基板の他方の端辺側に設置したものであることが好ましい。
【０００９】
このポンプとして、前記制御部と前記ステータを電気的に接続すると共に前記制御部から前記ステータに電力を供給する給電部を有し、前記給電部を前記基板の他方の端辺側に設置したものであることが好ましい。
【００１０】
このポンプとして、前記モータ部の外殻を形成するモータケースを備えると共に、前記モータケースの内面にテーパー部を設けたものであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の液体循環装置は、前述のポンプを備えたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
このような構成としたことで、安価で且つ簡素な構成で、従来のものに比べて保護材の表面に付着した水分を蒸発し易くできて、モータ部内の部材を水分から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の一例のポンプの軸方向に切断した断面図である。
【図２】同上のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図３】同上のモータ部を開口側から視た正面図である。
【図４】同上のモータの電気回路を模式的に説明する回路図である。
【図５】同上の制御部の正面図である。
【図６】同上の変形例の断面図である。
【図７】図６のモータ部を開口側から視た正面図である。
【図８】図１にカバーを設けた例の断面図である。
【図９】図５にカバーを設けた例の断面図である。
【図１０】実施形態の他の一例の液体循環装置の構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を例示して説明する。
【００１５】
実施形態の一例のポンプは、図１〜３に示すように、ケーシングによって外殻が形成されると共に、外殻に囲まれた内部空間が、液体が流動するポンプ室３と、液体が流動しないモータ部８と、に区画されている。該ケーシングは、モータ部８の外殻を形成するモータケース２と、ポンプ室３の外殻を形成するポンプケース１と、ポンプ室３とモータ部８を区画する分離板７と、からなる。
【００１６】
そして、ポンプケース１は、液体をポンプ室３内に吸入する吸入管５と、液体をポンプ室３外に吐出する吐出管６と、を備え、吸入管５及び吐出管６は夫々内部がポンプ室３内に連通している。更に、モータケース２と分離板７は一体で形成されている。そのため、モータ部８はモータケース２の一端側が分離板７で封止されており、他端側が開口を有している。なお、分離板７は、モータケース２と一体で形成したものに限らず、ポンプケース１と一体で形成したものや、モータケース２及びポンプケース１と別部材で形成したもの等であってもよい。
【００１７】
また、ポンプは、駆動源であるモータと、ポンプ室３に配置されモータに駆動される作用部である羽根車４と、で構成されており、羽根車４はポンプ室３内に配置されている。そのため、モータで羽根車４を回転させることで、ポンプは吸入管５から外部の液体をポンプ室３内に吸入すると共に、ポンプ室３内の液体を吐出管６から外部に吐出している。
【００１８】
詳しくは、モータが、コイル１１を有した環状のステータ１０と、モータ制御を行う制御部１８と、複数の磁極を有した円筒状のロータ１２と、ロータ１２を軸回りに回転自在で支持した軸１３と、外部装置と電気的に接続する接続部１６と、で構成されている。
【００１９】
そして、ロータ１２及び軸１３は略同芯でステータ１０の内周に位置すると共に、ポンプ室３に配置されており、ロータ１２とステータ１０の間には分離板７が配置されている。更に、ロータ１２は、軸１３の軸方向に沿った一端に、上記羽根車４が設けられており、ロータ１２と羽根車４は一体で回転するものとなっている。そのため、羽根車４はロータ１２と共に回転してポンプ室３内の液体を加圧することで、ポンプによる液体の吸排が行われるものとなっている。なお、軸１３は軸方向の端部で分離板７とポンプケース１の一方或いは両方に固定されている。以下、特に規定しない限り、軸１３の軸方向を単に軸方向と記載し、軸１３のラジアル方向を単にラジアル方向と記載し、更に上記羽根車４の回転円を単に回転円と記載する。
【００２０】
また、ステータ１０及び制御部１８はモータ部８内に配置されると共に、接続部１６がモータ部８の内外を貫通して配置されている。そして、モータ部８内には保護材１４が充填されており、該保護材１４がステータ１０及び制御部１８への結露水や液体等の付着を抑制している。
【００２１】
接続部１６は、例えば、外部装置と制御部１８を電気的に接続するコネクタとなっている。そして、外部装置は、例えば、モータに電力を供給する外部電源４０や、指令信号を出力する外部スイッチ等の指令装置４１等であり、指令信号とは、モータの駆動のオンオフや回転速度或いは回転方向等を制御部１８に指令する電気信号である。更に、外部電源４０は外部からポンプにモータ駆動用の電力を供給するものであり、例えば、商用電源や、外部のバッテリ或いは発電機等となっている。
【００２２】
すなわち、接続部１６は、外部電源４０と制御部１８を電気的に接続する電源接続部と、指令装置４１と制御部１８を電気的に接続する指令入力部と、を有している。符号１７は導電性部材で形成された接続ピンであり、接続ピン１７は一端が外部装置と電気的に接続され、他端が制御部１８に接続されることで、外部装置と制御部１８を電気的に接続する。以下、電気的な接続を単に接続と記載する。
【００２３】
制御部１８は、図３〜５に示すように、矩形状の基板１９と、電子部品からなる各種回路と、電力をステータ１０に供給する給電部３５と、を有しており、外部電源４０からのモータ駆動用の電力は制御部１８を介してステータ１０へ給電されている。そして、基板１９は間に分離板７を介在してロータ１２の他端側に位置すると共に、板面が軸方向に略直交してモータ部８内に配置されている。すなわち、基板１９は板面を回転円と平行に位置すると共に、該板面に各種回路が実装されている。
【００２４】
各種回路は、スイッチング動作を行う駆動回路２９と、駆動回路２９を制御する制御回路２２と、制御回路２２に電力を供給するレギュレータ２５と、外部電源４０からの電流を整流する整流部２３と、ロータ１２の回転を検出する検出部２４と、からなる。
【００２５】
そして、外部電源４０からの電力は接続部１６を介して整流部２３に供給されると共に、整流部２３で整流された後、レギュレータ２５と給電部３５に夫々供給されている。そのため、整流部２３にはレギュレータ２５及びステータ１０に流れる電流の略全てが流れており、本例では、例えば、整流部２３としてダイオードを用いている。すなわち、整流部２３は整流動作に伴って発熱するため、発熱部材３６の一つとなっている。そして、該整流動作は、モータが回転駆動するモータ駆動時に加えて、モータが回転駆動していない駆動待機時にも行われている。
【００２６】
また、レギュレータ２５はモータ駆動用の電力を所定の電圧に降下させて制御回路２２用の動作電力を作る制御電源回路となっている。そして、該レギュレータ２５は、例えば、トランジスタ２６と、抵抗器２７と、ツェナーダイオード２８と、からなる。
【００２７】
トランジスタ２６は、コレクタ端子に整流部２３のカソード端子と抵抗器２７の一端が接続され、エミッタ端子に制御回路２２が接続され、ベース端子に抵抗器２７の他端とツェナーダイオード２８のカソード端子が接続されている。そして、ツェナーダイオード２８は抵抗器２７から電流が供給されると共に、アノード端子に制御部１８の電気経路の負極側が接続されている。
【００２８】
すなわち、レギュレータ２５は整流部２３からの電力を受けて、ツェナーダイオード２８のツェナー電圧に応じた値にトランジスタ２６のエミッタ電圧に調整した後、電圧を調整した電力を制御回路２２用の動作電力として制御回路２２に出力している。そして、トランジスタ２６はモータ駆動用の電力の電圧を制御回路２２用の電圧に降下させる際に発熱するため、発熱する発熱部材３６の一つとなっている。更に、該電圧降下動作はモータ駆動時及び駆動待機時に行われている。
【００２９】
制御回路２２はレギュレータ２５から動作電力が供給されると共に、指令入力部を介した指令信号と検出部２４からの検出結果が夫々入力されており、制御回路２２は指令信号及び検出結果に基づきモータ制御を行っている。そして、制御回路２２は、例えば、ＩＣチップや集積回路等であり、モータ制御とは、例えば、モータの回転駆動の開始や停止或いは回転速度や回転方向の変更等を行う制御である。
【００３０】
検出部２４は、例えば、ホール素子等の磁極位置を検出する磁気センサからなり、基板１９のポンプ室３側の板面に実装されると共に、該板面から軸方向に突出しており、ステータ１０とロータ１２のラジアル方向に沿った間に位置している。もちろん、検出部２４は磁気センサに限らず、ステータ１０の電流から回転を検出するもの等であってもよく、電流から検出するものでは制御回路２２が検出部２４を兼ねてもよい。
【００３１】
また、給電部３５は導電部材で形成された二本の端子ピンからなり、各端子ピンは一端が駆動回路２９に接続され、他端が夫々コイル１１の異なる端部に接続されている。そのため、駆動回路２９は給電部３５を介してコイル１１に接続されている。
【００３２】
そして、駆動回路２９は複数のスイッチング素子３０を有すると共に、該スイッチング素子３０にスイッチング動作を行わせながら、コイル１１に電力を供給している。例えば、本例では、駆動回路２９が四つのスイッチング素子３０で構成された所謂Ｈブリッジ回路となっており、スイッチング素子３０が制御回路２２にゲート端子を接続した電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと記載する）となっている。
【００３３】
詳しくは、図４に示すように、Ｈブリッジ回路が、Ｐチャネル型ＦＥＴを用いたスイッチング素子３１，３２と、Ｎチャネル型ＦＥＴを用いたスイッチング素子３３，３４と、を夫々二つずつ備えている。そして、スイッチング素子３１，３２のソース端子が電気経路の正極に接続され、スイッチング素子３３，３４のソース端子が電気経路の負極に接続されている。
【００３４】
更に、スイッチング素子３１とスイッチング素子３３のドレイン端子が給電部３５を介してコイル１１の一端に接続されている。一方、スイッチング素子３２とスイッチング素子３４のドレイン端子が給電部３５を介してコイル１１の他端に接続されている。そして、各スイッチング素子３０とコイル１１の通電のオンオフ（スイッチング素子３０内のゲートのオンオフ）等はゲート端子を介して制御回路２２により制御が行われている。
【００３５】
そのため、コイル１１には、スイッチング素子３１とスイッチング素子３４を経由する電流と、スイッチング素子３２とスイッチング素子３３を経由する電流と、の二種類が制御回路２２の制御に応じて選択的に供給されている。そして、この二種類の電流は互いに反対向きの流れでコイル１１に供給されるため、該電流の供給によってステータ１０に生じる磁界も各電流の流れに応じて夫々逆向きに生じるものとなっている。更に、ステータ１０に磁界が発生することで、該磁界に対してロータ１２の磁極が吸引或いは反発を起して、ロータ１２が軸１３の軸回りに回転する。
【００３６】
すなわち、駆動回路２９は、スイッチング素子３１とスイッチング素子３４がコイル１１を介して対を成すと共に、スイッチング素子３２とスイッチング素子３３がコイル１１を介して対を成した構成となっている。そして、これら対を成すスイッチング素子３０を経由してコイル１１に電流を流すことで、ステータ１０に磁界を発生させて、ロータ１２を回転させている。
【００３７】
更に、制御回路２２のゲート端子を介した通電制御によって、経由する（通電する）スイッチング素子３０の対を交互に切り替えることで、コイル１１に交番電流を供給してステータ１０に交番磁界を発生させ、ロータ１２の回転を維持している。そして、スイッチング素子３０は、通電制御により通電のオンオフが交互に切り換わるスイッチング動作を行うため、該動作を行うポンプ駆動時（モータ駆動時）に発熱する発熱部材３６の一つとなっている。
【００３８】
また、発熱部材３６である整流部２３（ダイオード）とトランジスタ２６とスイッチング素子３０は、図１，３に示すように、夫々基板１９のロータ１２に背向した板面に実装されると共に、該板面の一方の端辺２０側に寄せ集められて配置されている。そのため、制御部１８は、モータ駆動時等の通電時に、板面の一方の端辺２０側の温度が板面の他の部位に比べて温度が高くなるものとなっている。
【００３９】
そして、一方の端辺２０側のポンプ外殻（ケーシングの外面）は構造体の床面等の設置対象に当接される当接面９となっており、当接面９は基板に対して略直交した平面を有しており、ポンプは当接面９を設置対象に当接して設置対象に設置される。更に、板面の上記一方の端辺２０と平行な他方の端辺２１側には、図１〜３に示すように、接続部１６及び給電部３５が設置されると共に、軸方向に視た正面図では、他方の端辺２１側のポンプケース１外方に吐出管６が突出している。
【００４０】
そのため、床面等の設置面を上向きに有した設置対象に、ポンプを設置すると、上記一方の端辺２０側のケーシングの外面（当接面９）が設置面に当接されて、軸方向が設置面に沿って位置すると共に、基板１９の板面が設置面に対して略直交する。すなわち、ポンプは、基板１９の一方の端辺２０を下方側に位置させると共に、他方の端辺２１を上方側に位置させて、基板１９を略垂直に立てた姿勢で、設置面に当接面９を当接して、設置対象に載置されるものとなっている。
【００４１】
なお、当接面９はケーシングのうち、少なくともモータケース２の外面に形成されてあればよく、モータケース２とポンプケース１の両方に略面一で形成されたものであってもよい。もちろん、保護材１４でモータ部８の外殻を形成したものでは、一方の端辺２０側の保護材１４の外面が当接面９となる。更に、基板１９を羽根車４の回転円に対向した位置に設けたものに限らず、基板１９をステータ１０の外周側に配置して、保護材１４の表面１５がステータ１０の外周側に位置すると共に、当接面９を上記回転円に対向して有したものであってもよい。
【００４２】
また、外部からの飛散水や結露水の発生等で保護材１４の表面１５に水分が付着すると、該水分が自重により表面１５に沿って下方側へ流れる。そして、下方側に流れた水分は、表面１５の一方の端辺２０側に位置すると、保護材１４を介して発熱部材３６の熱を受けて蒸発し易くなり、モータ部８の内部に溜まり難い構成となっている。そのため、モータ部８の内部を乾燥した状態に保持し易くできると共に、保護材１４に付着した水分から制御部１８を容易に保護することができる。
【００４３】
すなわち、既存の構成部材でモータ部８の内部に水分を溜まり難くできるため、ヒーター等の加熱手段をモータ部８に追加せずにすみ、ポンプの構成を簡素に抑えられると共に、生産費用の増加を抑えることができる。
【００４４】
そして、発熱部材３６を下方側に配置したことで、ポンプの非使用時に結露水が生じて、モータ部８の内部に結露水が溜まっても、ポンプ駆動時に結露水を容易に除去することができる。
【００４５】
また、モータケース２と保護材１４の界面への水分の浸入も抑制できるため、界面上に位置する接続ピン１７に界面を介して水分が付着することを抑制できて、接続ピン１７の腐食や接続ピン１７間のマイグレーションを生じ難くすることができる。そして、接続部１６や給電部３５（端子ピン）を上方側に配置したことで、ポンプの非使用時に結露水が生じても、自重で下方に流れて、接続部１６や接続ピン１７や給電部３５等に付着し難いものとなっている。
【００４６】
更に、基板１９のポンプ室３に背向した側の板面に発熱部材３６を実装したため、ポンプ室３側の板面に実装したものに比べて、保護材１４の表面１５に熱を伝達し易くできる。そのため、水分を蒸発可能な状態（温度）に保護材１４の表面１５を効率良く発熱部材３６で加熱することができる。
【００４７】
また、図６，７に示すように、モータケース２の内面の他端側にテーパー部３７を設けると共に、該テーパー部３７の傾斜を開口側に向かう程モータケース２の外面側に近づく形状とすることで、モータ部８内に水分をより溜まり難くすることができる。
【００４８】
そして、保護材１４の表面１５がテーパー部３７の軸方向の寸法の略中間に位置しており、下方側に流れた水分はテーパー部３７の傾斜に沿って開口側に流れ易く、モータケース２と保護材１４の下方側の界面により浸入し難くすることができる。
【００４９】
また、図８，９に示すように、モータ部８の他端側に脱着自在でカバー３８を設けると共に、該カバー３８で開口を封止することで、外部からの飛散水が保護材１４の表面１５に付着し難くなり、モータ部８内に水分をより溜まり難くすることができる。
【００５０】
そして、発熱部材３６の熱で内部下方の水分が蒸発し易いため、カバー３８とモータケース２の間にシール部材の配設等の水密構造を設けなくても、水分が溜まり難く、ポンプの構成を簡素にできると共に、生産費用を削減することができる。
【００５１】
また、前述したポンプは、例えば、ハイブリッド自動車の冷却装置や、燃料電池装置や、給湯装置等のヒートポンプや、情報処理装置等の各種冷却システムや、温水循環型暖房システム等の液体循環装置の循環ポンプに用いることが好ましい。
【００５２】
例えば、液体循環装置の一例では、図１０に示すように、エンジン５０と駆動モータ５１とを組み合わせてタイヤを駆動させるハイブリッドシステムを搭載した自動車において、インバータ冷却装置５４に前述のポンプを循環ポンプ５５として組み込んである。
【００５３】
該インバータ冷却装置５４は駆動モータ５１を駆動制御するインバータ５３を冷却する冷却装置となっており、インバータ５３には半導体素子が実装されており、インバータ５３は駆動制御時に発熱するものとなっている。更に、インバータ５３は、エンジン５０駆動時に駆動モータ５１が発電機として機能してバッテリ５２の充電を行う際に、駆動モータ５１とバッテリ５２との間で整流回路として機能するため、該充電時にも発熱するものとなっている。そのため、自動車は、エンジン５０を冷却する冷却水経路と、インバータ５３を冷却する冷却水経路と、を夫々備えており、前述のポンプはインバータ５３用の冷却水経路における液体循環装置（インバータ冷却装置５４）に備えられている。
【００５４】
そして、発熱部材３６を一端側に集めて備えたポンプを、インバータ冷却装置５４に備えたことで、保護材１４の表面１５に水分が付着しても、容易に蒸発させることができて、モータ部８内を乾燥した状態に保持し易いものとなっている。そのため、自動車の走行に伴う振動等で車内の結露水等の水分がモータ部８に飛散しても、発熱部材３６の熱で蒸発してモータ部８内に溜まり難くできて、保護材１４に付着した水分からポンプの制御部１８を容易に保護することができる。
【００５５】
なお、液体循環装置は熱交換を伴うものに限らず、プール等の水循環システムや風呂の追焚き装置等であってもよい。もちろん、ポンプは液体循環装置用に限らず、シャワーやカラン等の加圧ポンプや井戸の汲出しポンプ等の流動手段等に用いてもよい。ましてや、本例における液体とは、水や冷却液、あるいは液状熱交換流体（熱媒）等に限らず、微細気泡を混入させた気液混合流体であってもよく、前述のポンプを微細気泡発生装置の気液撹拌手段として用いてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
３  ポンプ室
４  羽根車
８  モータ部
９  当接面
１０  ステータ
１４  保護材
１６  接続部
１８  制御部
１９  基板
２０  一方の端辺
３５  給電部
３６  発熱部材
３７  テーパー部
【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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【図９】
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【図１０】
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