(57)【要約】【課題】本発明の目的は、磁束の漏洩を最小限に抑えつつ遠心力に対する強度を向上させるロータ、ロータコア、及びロータ製造方法を提供することにある。【解決手段】スリット１６を有する複数枚のコアシート１８が積層されることにより磁石２０を埋設するためのスリット積層孔２２が形成され、コアシート１８は、一端ブリッジ２６が設けられるとともに他端ブリッジ３０が設けられたロータコア３２と、ロータコア３２のスリット積層孔２２内に埋設された磁石２０と、を備えたロータ１０において、一部のコアシート１８のスリット１６に、スリット１６をスリット１６の長手方向に二つに分割する分割ブリッジ３４を、スリット１６の中間部に設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端から他端まで延びるスリットを有する複数枚のコアシートが積層されることにより磁石を埋設するためのスリット積層孔が形成され、該コアシートは、該スリットの一端と該コアシートの外周との間に一端ブリッジが設けられるとともに該スリットの他端と該コアシートの外周との間に他端ブリッジが設けられたロータコアと、
前記ロータコアのスリット積層孔内に埋設された磁石と、
を備え、
各磁極毎に、前記複数のコアシートの中の一部のスリットに、該スリットを該スリットの長手方向に複数に分割する１又は２以上の分割ブリッジが設けられたロータ。
【請求項２】
前記分割ブリッジが、前記スリットの中間部に設けられた請求項１又は請求項１に記載するロータ。
【請求項３】
一端から他端まで延びるスリットを有する複数枚のコアシートが積層されることにより磁石を埋設するためのスリット積層孔が形成され、該コアシートは、該スリットの一端と該コアシートの外周との間に一端ブリッジが設けられるとともに該スリットの他端と該コアシートの外周との間に他端ブリッジが設けられ、
各磁極毎に、前記複数のコアシートの中の一部のスリットに、該スリットを該スリットの長手方向に複数に分割する１又は２以上の分割ブリッジが設けられたロータコア。
【請求項４】
前記分割ブリッジが、前記スリットの中間部に設けられた請求項３に記載するロータコア。
【請求項５】
一端から他端まで延びるスリットを有するコアシートであり、該スリットの一端と該コアシートの外周との間に一端ブリッジが設けられるとともに該スリットの他端と該コアシートの外周との間に他端ブリッジが設けられた第一のコアシートを製造するステップと、
一端から他端まで延びるスリットを有し、複数枚積層されることにより磁石を埋設するためのスリット積層孔を有するロータコアを形成できるコアシートであり、該スリットの一端と該コアシートの外周との間に一端ブリッジが設けられるとともに該スリットの他端と該コアシートの外周との間に他端ブリッジが設けられ、該スリットを該スリットの長手方向に複数に分割する１又は２以上の分割ブリッジが設けられた第二のコアシートを製造するステップと、
少なくとも１枚の前記第二のコアシートを使用して、前記第一のコアシート及び前記第二のコアシート、又は前記第二のコアシートを、複数枚積層することにより、磁石を埋設するためのスリット積層孔を有するロータコアを形成するステップと、
前記スリット積層孔内に磁石原材料を導入するステップと、
を含むロータ製造方法。
【請求項６】
コアシートの中のスリットのうち、一部の磁極のスリットにのみ、該スリットを該スリットの長手方向に複数に分割する１又は２以上の分割ブリッジが設けられたコアシートを、１枚または複数毎ごとに磁極ピッチまたは磁極ピッチの複数倍で回転させながら積層することで、各磁極毎に、前記複数のコアシートの中の一部のスリットに、該スリットを該スリットの長手方向に複数に分割する１又は２以上の分割ブリッジが設けられたロータコアを提供する請求項５に記載するロータ製造方法。
【請求項７】
前記分割ブリッジが、前記スリットの中間部に設けられる請求項５に記載するロータ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機を製造するためのロータ、ロータコア、及びロータ製造方法である。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、回転軸を中心として回転自在に配設されたロータと、ロータを磁力によって回転させるステータとから構成される。例えば図９に示すロータ１０１は、一端１０２から他端１０３まで延びるスリット１０４を３層有する複数枚のコアシート１０５が積層されることにより磁石１０６を埋設するためのスリット積層孔１０７が形成されたロータコア１０８と、ロータコア１０８の３層のスリット積層孔１０７内に成形される磁石１０６と、図示しない回転軸と、を備えて構成される。
【０００３】
各コアシート１０５は、図９（ｂ）に示すように、スリット１０４の一端１０２とコアシート１０５の外周１０９との間に一端ブリッジ１１０が設けられるとともにスリット１０４の他端１０３とコアシート１０５の外周１０９との間に他端ブリッジ１１１が設けられている。コアシート１０５の３層のスリット１０４は、互いに平行であり、１個のスリット群１１２を成し、４個のスリット群１１２が、中心点Ｃのまわりに点対称位置に配設されている。
【０００４】
このような複数のスリット積層孔を有するロータに関して出願がなされている（特許文献１、２及び３参照。）。特許文献１に示すロータは、ロータを構成する各磁路に凹凸部を設け、ロータを構成する各電磁鋼板をロータ軸方向に積層したときに、各磁路が機械的に凹凸部により連結する構造として、強度を向上させている。特許文献２に示すロータは、分割鉄心が連結部で連結された第１のコアシートと、ｑ軸方向に分割されていない第２のコアシートと、を備え、第１のコアシートと第２のコアシートとを適宜積層配置して構成することにより、ｄ軸磁束は通しやすく、ｑ軸磁束を通しにくくし、ｑ軸インダクタンスを小さくしている。特許文献３には、外周円に対して逆方向に湾曲する円弧状溝を多層に形成した薄板状の高透磁率材をロータ軸方向に積層することにより、ｑ軸インダクタンスを小さくする一方でｄ軸インダクタンスを大きくしたロータを有するリラクタンスモータについて記載されている。
【０００５】
しかし、スリットを有するロータの場合には、回転によってロータに生じる遠心力によって、ブリッジを支点として外周に向かってロータが膨らむように曲げ応力及び曲げモーメントが負荷される。例えば、図９に示すロータ１０１の場合、一端ブリッジ１１０及び他端ブリッジ１１１を支点として、スリット１０４の中間部において、磁石１０６から外側部１１３へ、最大の曲げ応力Ｎが負荷され、Ｎによる曲げモーメントが負荷される。外側部１１３とは、コアシート１０５の中、スリット１０４よりもコアシート１０５の外周１０９側の部分である。この曲げ応力Ｎ及びＮによる曲げモーメントによってロータ１０１が変形した場合には、磁力特性が変化し、ロータ１０１の性能低下を招く。このため、遠心力に対する強度の向上を図る必要がある。一方で、遠心力に対する強度を向上させるために、ロータ１０１の形状を変えた場合には、磁束の漏洩が増大することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１９１６１８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４７２５９号公報
【特許文献３】特開平９−２８５０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、磁束の漏洩を最小限に抑えつつ遠心力に対する強度を向上させるロータ、ロータコア、及びロータ製造方法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】
【０００８】
本発明のロータは、一端から他端まで延びるスリットを有する複数枚のコアシートが積層されることにより磁石を埋設するためのスリット積層孔が形成され、該コアシートは、該スリットの一端と該コアシートの外周との間に一端ブリッジが設けられるとともに該スリットの他端と該コアシートの外周との間に他端ブリッジが設けられたロータコアと、前記ロータコアのスリット積層孔内に埋設された磁石と、を備え、各磁極毎に、前記複数のコアシートの中の一部のスリットに、該スリットを該スリットの長手方向に複数に分割する分割ブリッジが設けられたことを特徴とする。
【０００９】
本発明のロータは、前記ロータにおいて、前記分割ブリッジが、前記スリットの中間部に設けられたことを特徴とする。
【００１０】
本発明のロータコアは、一端から他端まで延びるスリットを有する複数枚のコアシートが積層されることにより磁石を埋設するためのスリット積層孔が形成され、該コアシートは、該スリットの一端と該コアシートの外周との間に一端ブリッジが設けられるとともに該スリットの他端と該コアシートの外周との間に他端ブリッジが設けられ、各磁極毎に、前記複数のコアシートの中の一部のスリットに、該スリットを該スリットの長手方向に複数に分割する分割ブリッジが設けられたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のロータコアは、前記ロータコアにおいて、前記分割ブリッジが、前記スリットの中間部に設けられたことを特徴とする。
【００１２】
本発明のロータ製造方法は、一端から他端まで延びるスリットを有するコアシートであり、該スリットの一端と該コアシートの外周との間に一端ブリッジが設けられるとともに該スリットの他端と該コアシートの外周との間に他端ブリッジが設けられた第一のコアシートを製造するステップと、一端から他端まで延びるスリットを有し、複数枚積層されることにより磁石を埋設するためのスリット積層孔を有するロータコアを形成できるコアシートであり、該スリットの一端と該コアシートの外周との間に一端ブリッジが設けられるとともに該スリットの他端と該コアシートの外周との間に他端ブリッジが設けられ、該スリットを該スリットの長手方向に複数に分割する分割ブリッジが設けられた第二のコアシートを製造するステップと、少なくとも１枚の前記第二のコアシートを使用して、前記第一のコアシート及び前記第二のコアシート、又は前記第二のコアシートを、複数枚積層することにより、磁石を埋設するためのスリット積層孔を有するロータコアを形成するステップと、前記スリット積層孔内に磁石原材料を導入するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明のロータ製造方法は、前記ロータ製造方法において、コアシートの中のスリットのうち、一部の磁極のスリットにのみ、該スリットを該スリットの長手方向に複数に分割する１又は２以上の分割ブリッジが設けられたコアシートを、１枚または複数毎ごとに磁極ピッチまたは磁極ピッチの複数倍で回転させながら積層することで、各磁極毎に、前記複数のコアシートの中の一部のスリットに、該スリットを該スリットの長手方向に複数に分割する１又は２以上の分割ブリッジが設けられたロータコアを提供することを特徴とする。
【００１４】
本発明のロータ製造方法は、前記ロータ製造方法において、前記分割ブリッジが、前記スリットの中間部に設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のロータ、ロータコア、及びロータ製造方法によれば、ロータの回転による遠心力が生じた時に、分割ブリッジにより分割され重量の少ない分割磁石から外側部へ、最大の曲げ応力が負荷されるため、最大の曲げ応力が小さくなる。また、最大の曲げ応力の支点と最大の曲げ応力が負荷される点との距離が短くなるため、最大の曲げ応力による曲げモーメントがより小さくなる。磁石が分割ブリッジのあるコアシートの変形量で決まる位置で固定されるため、分割ブリッジのないコアシートの磁石外側の部分に磁石の遠心力が作用しない。このため、軸方向全てに分割ブリッジを設けた場合漏れ磁束が増大してトルクが低下するという課題を解決しつつ、事項方向全てに分割ブリッジを設けた場合と同等の、ロータの遠心力に対する強度を向上させることができる。しかも、分割ブリッジを設ける以外にはコアシートの形状の変化を伴うことなく、ロータの遠心力に対する強度を向上させることができるため、磁束の漏洩が増大することなくロータの遠心力に対する強度を向上させることができる。また、分割ブリッジが磁石のスリット積層孔内での移動を規制し、磁石がスリット積層孔内で振動したりスリット積層孔から抜け出るのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】同図（ａ）は、本発明のロータを示す斜視図であり、同図（ｂ）は、Ｖカシメを示す斜視図である。
【図２】図１のロータを示す一部拡大平面図である。
【図３】図１のロータのＶカシメの作用を説明するための図であり、同図（ａ）は正面断面図であり、同図（ｂ）はＡ−Ａ線切断断面図である。
【図４】本発明のロータの他の実施形態を示す斜視図である。
【図５】図４のロータを組み立てる状態を示す斜視図である。
【図６】同図（ａ）は本発明のロータの更に他の実施形態を示す平面図であり、同図（ｂ）は分割ブリッジを設けないロータを示す平面図である。
【図７】本発明のロータの更に他の実施形態を示す正面図である。
【図８】本発明のロータの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図９】従来のロータを示す図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は一部拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明について図面を用いて説明する。なお、図は模式的に示しており、実際の大きさとは異なる場合がある。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本発明のロータ１０は、一端１２から他端１４まで延びるスリット１６を有する複数枚のコアシート１８が積層されることにより磁石２０を埋設するためのスリット積層孔２２が形成され、コアシート１８は、スリット１６の一端１２とコアシート１８の外周２４との間に一端ブリッジ２６が設けられるとともにスリット１６の他端１４とコアシート１８の外周２４との間に他端ブリッジ３０が設けられたロータコア３２と、ロータコア３２のスリット積層孔２２内に埋設された磁石２０と、を備え、複数のコアシート１８のうちの一部に(本例では両端)、全ての磁極の全ての層のスリット１６に、スリット１６をスリット１６の長手方向に二つに分割する分割ブリッジ３４が、スリット１６の中間部に設けられ、その他のロータコアシートには、分割ブリッジがない構成である。かつ、磁石は、分割ブリッジ部のみ分離された一体の磁石を用いている。分割ブリッジ３４を有する本発明のロータ１０、ロータコア３２、及びコアシート１８については、図２に示すように、スリット１６が分割ブリッジ３４によって分割されることにより径方向線４０に対して線対称となる一対の分割スリット１７（ａ）及び１７（ｂ）を一のスリット１６として説明する。磁石２０は分割ブリッジ３４によって分割されるが、分割ブリッジのない部分において一体化されている。
【００１９】
各コアシート１８において、互いに平行な３層のスリット１６が１個のスリット群３６を成し、４個のスリット群３６が、中心点Ｃのまわりに点対称位置に配設されている。スリット１６の形状は、平面図において、コアシート１８の外周２４の円に対して逆方向に湾曲する円弧形状である。４個のスリット群３６において、分割ブリッジ３４がスリット１６の中間部に設けられている。
【００２０】
ロータコア３２は、コアシートを打ち抜く際に図１に示すＶカシメ３８を施して、複数枚のコアシート１８を重ね合わせるときに、複数枚のコアシート１８をＶカシメ３８により固着することにより製造される。複数枚のコアシート１８が重ね合わされることにより、スリット積層孔２２が形成される。Ｖカシメ３８の長手方向は、コアシート１８の外周２４の方向であり、複数枚のコアシート１８が円形外周２４の径方向線４０の方向へ移動することを特に規制できる。Ｖカシメの効果は、後で詳述する。固着は、カシメの他、溶接、接着又はワニス塗りであってもよい。
【００２１】
ロータ１０は、ボンド磁石（磁石原材料）を加熱し、上述のようにして製造したロータコア３２のスリット積層孔２２内に射出成形し、冷却することにより、磁石２０が形成される。ボンド磁石は、フェライト磁石や希土類磁石等の磁石粉末を、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂に練り込んだ柔軟性のある磁石原材料のことである。ボンド磁石は、柔軟性のある磁石原材料を加熱し射出成形し冷却した後に帯磁させてもよい。ロータ１０には、端板及びカシメピンを設けてもよい。
【００２２】
以上のようにしてロータ１０が製造され、ロータ１０と図示しないステータが組み合わされて回転電機が製造される。なお、ロータ１０に端板を設けるか否かは任意である。
【００２３】
このような構成のロータ１０、ロータコア３２、及びコアシート１８の作用について説明する。
【００２４】
ロータ１０によって製造された回転電機が稼働すると、ロータ１０が回転し、ロータ１０に遠心力が生じる。この遠心力によって、一端ブリッジ２６及び分割ブリッジ３４、又は他端ブリッジ３０及び分割ブリッジ３４を支点として、一端ブリッジ２６及び分割ブリッジ３４の中間付近において、又は他端ブリッジ３０及び分割ブリッジ３４の中間付近において、磁石２０から外側部４２へ、最大の曲げ応力Ｎが負荷され、Ｎによる曲げモーメントが負荷される。外側部４２とは、コアシート１８の中、スリット１６よりもコアシート１８の外周２４側の部分である。
【００２５】
ロータ１０は、分割ブリッジ３４が設けられているため、ロータ１０の回転による遠心力が生じた時に、図９に示す従来のロータ１０１と異なり、最大の曲げ応力Ｎの支点と最大の曲げ応力Ｎが負荷される点との距離が短くなるため、最大の曲げ応力Ｎによる曲げモーメントがより小さくなる。このため、ロータ１０の遠心力に対する強度を向上させることができる。また、分割ブリッジのないコアシートとも、外側部４２がＶカシメにより、分割ブリッジのあるコアシートと固着されるため、また、磁石が分割ブリッジのあるコアシートの変形量で決まる位置で固定されるため、分割ブリッジのないコアシートの磁石外側の部分に磁石の遠心力が作用しない。このため、軸方向全てに分割ブリッジを設けた場合漏れ磁束が増大してトルクが低下するという課題を解決しつつ、事項方向全てに分割ブリッジを設けた場合と同等の、ロータの遠心力に対する強度を向上させることができる。しかも、分割ブリッジ３４を設ける以外にはコアシート１８の形状の変化を伴うことなく、ロータ１０の遠心力に対する強度を向上させることができるため、磁束の漏洩が増大することなくロータ１０の遠心力に対する強度を向上させることができる。
【００２６】
また、従来最大の曲げ応力が負荷されていたスリット１６の中間部において、図２に示すように、３個の分割ブリッジ３４が径方向線４０に沿って繋がっているため、スリット１６の中間部を通る径方向線４０の方向の引張に対する抗力よってロータコア３２の変形を防止できる。
【００２７】
また、Ｖカシメ３８の長手方向は、コアシート１８の外周２４の方向であるため、ロータ１０に生じた遠心力によって上部のコアシート１８と下部のコアシート１８との間で径方向線４０の方向に互いに移動する力が負荷されても、図３に示すように、上部のＶカシメ３８の下方突起４４と下部のＶカシメ３８の凹部側壁面４６との間に生じる反力Ｒによって、上部のコアシート１８と下部のコアシート１８とが互いに移動することがない。このため、Ｖカシメ３８の長手方向がコアシート１８の外周２４の方向であることによっても、ロータ１０の遠心力に対する強度を向上させることができる。
【００２８】
以上、本発明について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば、本発明のロータ１０、ロータコア３２、及びコアシート１８において、図４に示すように、４個のスリット群３６の中の一つのスリット群３６においてのみ、スリット１６をスリット１６の長手方向に二つに分割する分割ブリッジ３４を、スリット１６の中間部に設けてもよい。
【００２９】
この場合、ロータコア３２は、図５に示すように、１枚のコアシート１８に他のコアシート１８を、分割ブリッジ３４を設けたスリット群３６が互いに９０度回転させられた状態で重ね合わせ、この重ね合わせを順次行って積層した後に、Ｖカシメ３８を施して複数枚のコアシート１８を固着することにより製造される。また、コアシート１８を１枚ずつ重ね合わせて固着しても、一定枚数重ね合わせて固着したものを、回転しながら重ね合わせていってもよい。分割ブリッジ３４を設けたスリット群３６が互いに９０度回転させられた状態で重ね合わされることにより、スリット積層孔２２が形成される。なお、分割ブリッジ３４を設けたスリット群３６が互いに１８０度回転させられた状態で重ね合わせた状態で固着してもよい。コアシートの種類を１種類とすることができるので、金型が単純になる。
【００３０】
この場合においても、分割ブリッジ３４が設けられた一つのスリット群３６においては、最大の曲げ応力Ｎ及びＮによって生じる曲げモーメントを減少させて、ロータ１０の遠心力に対する強度を向上させるという効果が生じる。さらに、スリット１６の中間部を通る径方向線４０の方向の引張に対する抗力よってロータコア３２の変形を防止できる。また、分割ブリッジ３４を設けた多数のスリット群３６が互いに９０度又は１８０度回転させられた状態で重ね合わせられてロータ１０が製造されることにより、ロータ全体として均一に遠心力に対する強度を向上させることができる。また、Ｖカシメ３８の長手方向がコアシート１８の外周２４の方向であることによっても、ロータ１０の遠心力に対する強度を向上させることができる。なお、磁石は、軸方向に分割されず、全長にわたって一体とすることが必要である。
【００３１】
また、本発明のロータ１０は、図６（ａ）に示すように、コアシート１８の外周２４の一部に凹部４８を有し、スリット１６の一端１２と凹部４８との間に一端ブリッジ２６を設けるとともにスリット１６の他端１４と凹部４８との間に他端ブリッジ３０を設け、スリット１６をスリット１６の長手方向に二つに分割する分割ブリッジ３４を、スリット１６の中間部に設けてもよい。なお、コアシート１８の外周２４の一部に凹部４８を有し、スリット１６の一端１２と凹部４８との間に一端ブリッジ２６を設けるとともにスリット１６の他端１４と凹部４８との間に他端ブリッジ３０を設け、分割ブリッジ３４を設けないロータ１２０を図６（ｂ）に示す。
【００３２】
また、本発明のロータ１０は、分割ブリッジ３４を有するコアシートの軸方向における位置も限定されない。例えば、図７（ａ）に示すロータ１０は、積層方向両端に分割ブリッジ３４を有する本発明のコアシート１８を備え、積層方向中間部に分割ブリッジ３４を有しない従来のコアシート１０５を備えている。また、図７（ｂ）に示すロータ１０は、積層方向中間部にのみ分割ブリッジ３４を有する１枚のコアシート１８を備えている。また、図７（ｃ）に示すロータ１０は、積層方向途中部に２枚のコアシート１８を備えている。いずれの場合においても、射出成形したボンド磁石が収縮しても、分割ブリッジ３４が磁石２０のスリット積層孔２２内での移動を規制し、磁石２０がスリット積層孔２２内で振動したりスリット積層孔２２から抜け出るのを防止できる。特に、図７（ａ）に示すロータ１０は、積層方向両端の分割ブリッジ３４により、磁石２０がスリット積層孔２２から抜け出るのを防止できる。
【００３３】
また、本発明のロータ１０は、４個のスリット群３６の中の全て又は１個が分割ブリッジ３４を有するものに限定されない。例えば、図８（ａ）に示すロータ１０は、相対向する２個のスリット群３６が分割ブリッジ３４を有し、図８（ｂ）に示すロータ１０は、隣接する２個のスリット群３６が分割ブリッジ３４を有し、図８（ｃ）に示すロータ１０は、３個のスリット群３６が分割ブリッジ３４を有している。
【００３４】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。例えば、スリット及びスリット積層孔は、３層設けることに限定されず、１層、２層、又は４層以上設けてもよい。また、分割ブリッジは、一つのスリットに対して一つ設けることに限定されず、二つ以上設けてもよい。また、スリットの形状は、コアシートの外周の円に対して逆方向に湾曲する円弧形状に限定されることはなく、コの字を外周に向かって広げた形状であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のロータ、ロータコア、及びロータ製造方法によれば、磁束の漏洩が増大することなくロータの遠心力に対する強度を向上させることができる。このため、回転電機の製造のために広く利用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１０：ロータ
１２：一端
１４：他端
１６：スリット
１８：コアシート
２０：磁石
２２：スリット積層孔
２４：外周
２６：一端ブリッジ
３０：他端ブリッジ
３２：ロータコア
３４：分割ブリッジ
３６：スリット群
３８：Ｖカシメ
４０：径方向線
【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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