(57)【要約】【課題】装置を軸方向に小型化し低振動かつ低騒音で回転安定性の高い電動ポンプを提供する。【解決手段】ケース本体１内でモータ３側からクランク機構側へ延設された回転子軸１０に、開口部をモータ側軸端に向けて一体に組み付けられると共に開口部内に配置された中間軸受部１３に回転可能に支持されたカップ状に形成された回転子６と、回転子６の軸方向天面部と一体に設けられ回転子軸１０の軸心より偏心した偏心カム６ｄと、偏心カム６ｄの外周に一端側がカム軸受１１を介して組み付けられ、他端側がポンプ側に連なるクランク軸１２と、を具備し、中間軸受部１３からクランク軸１２が連繋する偏心カム１１までの距離を可及的に短くして、振動の発生や騒音の発生を抑えると共に回転子軸１０の軸長を短縮して装置を軸方向に小型化する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と当該電動機によって駆動されるクランク機構がポンプに隣接するケース本体内に一体に組み付けられた電動ポンプであって、
前記ケース本体内で前記電動機側から前記クランク機構側へ延設された回転子軸に、開口部を前記電動機側軸端に向けて一体に組み付けられると共に前記開口部内に配置された中間軸受部に回転可能に支持されたカップ状に形成された回転子と、
前記回転子の天面部と一体に設けられ前記回転子軸の軸心より偏心した偏心カムと、
前記偏心カムにカム軸受を介して一端側が組み付けられ、他端側が前記ポンプ側に連なるクランク軸と、を具備し、
前記電動機を回転駆動することで前記回転子軸を中心とする前記偏心カムの回転運動を前記クランク軸の往復運動に変換して前記ポンプを駆動することを特徴とする電動ポンプ。
【請求項２】
前記偏心カムには、前記カム軸受を介して組み付けられる前記クランク軸の前記回転子軸の軸心に対する偏心量を打ち消すバランスウェイトが一体に形成されている請求項１記載の電動ポンプ。
【請求項３】
前記電動機の回転子軸の前記偏心カムより前記クランク機構側に延設された軸端は、前記ケース本体に組み付けられたクランク側軸受部により回転可能に支持されている請求項１又は請求項２記載の電動ポンプ。
【請求項４】
前記クランク側軸受部は弾性体を介して前記ケース本体に組み付けられている請求項３記載の電動ポンプ。
【請求項５】
前記回転子の開口部内に当該回転子の天面部に近接して前記中間軸受部が組み付けられている請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の電動ポンプ。
【請求項６】
前記中間軸受部は複数の軸受部が軸方向に近接して組み付けられている請求項５記載の電動ポンプ。
【請求項７】
前記回転子は、筒状に形成された前記回転子ヨークの端面を閉止して組み付けられる回転子ハブと前記回転子軸が一体に組み付けられ、前記回転子ハブと固定子ハウジングとの間に組み付けられた前記中間軸受部を介して前記回転子が回転可能に支持されている請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の電動ポンプ。
【請求項８】
前記クランク軸の他端はポンプ室に臨むダイアフラムに連結されているダイアフラムポンプである請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の電動ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＯＡ機器、家電製品、産業機器、医療機器などに用いられる電動機でポンプを駆動する電動ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプ室に臨むダイアフラム（diaphragm pump）を、電動機の駆動をクランク機構によりコネクティングロッドの往復運動に変えてポンプを駆動する電動ポンプとして以下の技術が提案されている。
【０００３】
電動機としてモータケーシング内に回転子及び固定子と、モータケーシングからポンプ本体側に延設された回転子軸と、モータ駆動回路基板を備えている。またポンプ本体側に延設された回転子軸には、１対のコネクティングロッドの一端が一対の軸受部を介して各々組み付けられている。一対のコネクティングロッドは１８０°位相がずれた位置に各々組み付けられている。１対のコネクティングロッドの他端はリテーナを介してダイアフラムに各々連結されている。ポンプ本体には、ダイアフラムとバルブシートとポンプヘッド部が組み付けられている。ポンプ本体側に延設された回転子軸の軸端近傍には、１対のコネクティングロッドの偏心量を相殺するための筒状の偏心軸が組み付けられ、この偏心軸に対して軸受部を介してコネクティングロッドが組み付けられる。
【０００４】
モータケーシング内の電動機を回転させると、ポンプ本体側に延設された回転子軸に取り付けられた偏心軸も回転し、これによりコネクティングロッドが往復動する。このとき、ダイアフラムが変形してポンプ室内の流体がバルブ、流体通路を通じて吐出吸入される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９７７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に示す電動ポンプは、電動機の回転子がカップ状に形成されたアウターロータ型のモータであり、ロータヨークの天面部を軸端に向けて組み付けられ、ロータヨークの軸方向の両側でモータケーシングに設けられた一対の軸受部によって回転子軸の両端が回転可能に支持されている。また、モータケーシングとポンプ本体との界面部には、モータ駆動回路基板や固定子ハウジングが重ねて組み付けられているため、回転子軸の軸長が長くなるうえに、モータ側の軸受部（支点）からコネクティングロッド（作用点）までの距離が長くなり、装置が軸方向に大型化すると共に回転子軸が振動しやすくなりひいては騒音の要因となる。
【０００７】
また、ポンプ本体側に延設された回転子軸に筒状の偏心軸を組み付けてから軸受部を介してコネクティングロッドが組み付けられるため、回転子軸、偏心軸、軸受部、コネクティングロッドなどの多くの組付部品間の芯出しのずれによりがたつきや振動が発生しやすくなる。
また、電動機の回転安定性を考慮すると、モータ側に設けられる軸受部を小型化することは、回転子の回転安定性を低下させるため現実的ではない。
【０００８】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、装置を軸方向に小型化し低振動かつ低騒音で回転安定性の高い電動ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
電動機と当該電動機によって駆動されるクランク機構がポンプに隣接するケース本体内に一体に組み付けられた電動ポンプであって、前記ケース本体内で前記電動機側から前記クランク機構側へ延設された回転子軸に、開口部を前記電動機側軸端に向けて一体に組み付けられると共に前記開口部内に配置された中間軸受部に回転可能に支持されたカップ状に形成された回転子と、前記回転子の天面部と一体に設けられ前記回転子軸の軸心より偏心した偏心カムと、前記偏心カムにカム軸受を介して一端側が組み付けられ、他端側が前記ポンプ側に連なるクランク軸と、を具備し、前記電動機を回転駆動することで前記回転子軸を中心とする前記偏心カムの回転運動を前記クランク軸の往復運動に変換して前記ポンプを駆動することを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、カップ状に形成された回転子の開口部を電動機側軸端に向けて回転子軸に一体に組み付けられるので、回転子の開口部内の空スペースを利用して回転子の天面部に近づけて中間軸受部を配置できると共に回転子の天面部と偏心カムが一体に設けられているため、中間軸受部からクランク軸が連繋する偏心カムまでの距離を可及的に短くして、振動の発生や騒音の発生を抑えることができ、回転子軸の軸長を短縮して装置を軸方向に小型化することができる。また、回転子ヨークの開口部内に比較的大径の中間軸受部を用いることで、回転子の回転安定性が向上する。
また、回転子ヨークと偏心カムを一体に組み付けられることにより、回転子の慣性モーメントが増大し、クランク軸が往復動する際の推力を向上させることができる。
【００１１】
前記偏心カムには、前記カム軸受を介して組み付けられる前記クランク軸の偏心量を打ち消すバランスウェイト部が一体に形成されていることが好ましい。この場合には、回転子ヨーク、偏心カム及びバランスウェイト部が一体化して設けられているので、部品間の芯出しが行われかつ偏心量も相殺されているので振動が少なく、部品点数が少なく組み付け工数も減り組立性が向上する。
【００１２】
前記電動機の回転子軸の前記偏心カムより前記クランク機構側に延設された軸端は、前記ケース本体に組み付けられたクランク側軸受部により回転可能に支持されているのが好ましい。
これにより、回転子軸に外力が作用するクランク機構側の軸端をケース本体に組み付けられたクランク側軸受部により回転可能に支持することで、回転子軸の振れを抑えることができる。
【００１３】
特に前記クランク側軸受部は弾性体を介して前記ケース本体に組み付けられていると、回転子軸とクランク側軸受部の芯出しのずれ量を弾性体の変形によって吸収し、かつ回転子軸の軸端の振動を低減することもできる。
【００１４】
前記回転子の開口部内に当該回転子の天面部に近接して前記中間軸受部が組み付けられていると、偏心カムに連繋するクランク軸から中間軸受部までの距離を可及的に短くすることができるので、電動機の回転駆動によって往復動するクランク軸の振動が抑えられ、騒音の発生も抑えられる。
【００１５】
前記中間軸受部は複数の軸受部が軸方向に近接して組み付けられていてもよい。これにより、小型の軸受部を用いても回転子の回転安定性が向上する。
【００１６】
前記回転子は、筒状に形成された前記回転子ヨークの端面を閉止して組み付けられる回転子ハブと前記回転子軸が一体に組み付けられ、前記回転子ハブと固定子ハウジングとの間に組み付けられた前記中間軸受部を介して前記回転子が回転可能に支持されていてもよい。
これにより、回転子を構成する回転子ヨークと回転子ハブを分けて製造することで回転子ハブと偏心カムを芯出しして一体に形成しやすくなる。また、回転子ハブと回転子ヨークとの組み付け、回転子ハブ及び偏心カムと回転子軸の組み付けも容易に行える。
また、固定子ハウジングと回転子ハブとの間に組み付けられた中間軸受部を介して回転子が回転可能に支持されるので、回転子の開口部内に設けられる中間軸受部を偏心カムに可及的に近づけて配置できるため、支点−作用点間の距離が短くなり、回転子の回転安定性が向上する。
【００１７】
前記クランク軸の他端はポンプ室に臨むダイアフラムに連結されているダイアフラムポンプであってもよい。これにより、小型で振動の少ない電動ダイアフラムポンプを提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上述した電動ポンプを用いれば、装置を軸方向に小型化し低振動かつ低騒音で回転安定性の高い電動ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電動ポンプの斜視図である。
【図２】電動ポンプの平面図である。
【図３】図２の電動ポンプの矢印Ａ−Ａ方向断面図である。
【図４】図２の電動ポンプの矢印Ｂ−Ｂ方向断面図である。
【図５】図２の電動ポンプの矢印Ｃ−Ｃ方向断面図である。
【図６】他例に係る電動ポンプの応用例を示す平面図である。
【図７】図６の電動ポンプの正面図である。
【図８】図６の矢印Ｄ−Ｄ方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る電動ポンプの実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１に示すように、電動ポンプＰは、電動機と当該電動機によって駆動されるクランク機構がポンプケース１に隣接するケース本体２内に一体に組み付けられている。電動機の一例としてアウターロータ型ＤＣブラシレスモータ３が用いられ、ポンプの一例としてダイアフラムポンプ４が用いられる。尚、ダイアフラムポンプ４に変えてケース本体２にシリンダ及びピストンを設けたピストンポンプなどの他のポンプであってもよい。
【００２１】
まず、アウターロータ型ＤＣブラシレスモータ３の構造について図３を参照して説明する。アウターロータ型ＤＣブラシレスモータ３は固定子５と回転子６を備えている。固定子５は、ケース本体２に固定された筒状の固定子ハウジング７にモータ基板８が組み付けられ、固定子コア９が各々組み付けられている。モータ基板８は、固定子ハウジング７に形成された鍔部７ａに重ねて組み付けられている。モータ基板８としては、ホール素子等を搭載したセンサ基板やモータコイルへの給電端子等が設けられる。モータ基板８に接続するフレキシブルケーブル８ａがケース本体２より外側に引き出される（図１，図２参照）。固定子コア９に放射状に形成された極歯９ａには、図示しないモータコイルが巻き付けられている。
【００２２】
回転子６は、軸方向一端が開口したカップ状に形成されている。具体的には、筒状に形成された回転子ヨーク６ａの一端面を閉止して組み付けられる回転子ハブ６ｂに回転子軸１０が一体に組み付けられている。即ち、回転子６は、回転子ヨーク６ａの開口部を電動機側軸端に向けて天面部に設けた回転子ハブ６ｂに回転子軸１０が圧入されて一体に組み付けられている。回転子ヨーク６ａの内周面には環状のマグネット６ｃが設けられている。マグネット６ｃは、固定子コア９の極歯９ａと対向する位置に組み付けられている。また、回転子ハブ６ｂには偏心カム６ｄが一体に形成されている。更には、偏心カム６ｄには、バランスウェイト６ｅ（カウンターウェイト）が一体に形成されている。これは、偏心カム６ｄにカム軸受１１を介して一端側が組み付けられるクランク軸１２の偏心量を打ち消すために設けられている。
尚、回転子６は、金属磁性体（例えば亜鉛めっき鋼板）を絞り加工してカップ状に一体成形した回転子ヨーク６ａを用いて、この回転子ヨーク６ａの天面部に偏心カム６ｄが一体に組み付けられていてもよい。
【００２３】
固定子ハウジング７と回転子ハブ６ｂとの間には、中間軸受部１３が組み付けられている、即ち、中間軸受部１３は、回転子６の開口部内に天面部（回転子ハブ６ｂ）に近接して設けられている。中間軸受部１３は、回転子６を回転可能に支持している。これにより、中間軸受部１３からクランク軸１２が連繋する偏心カム６ｄまでの距離を可及的に短くして、振動の発生や騒音の発生を抑えることができ、回転子軸１０の軸長を短縮して装置を軸方向に小型化することができる。また、回転子６（回転子ハブ６ｂ）の開口部内に中間軸受部１２を設けることで、回転子６の回転安定性が向上する。尚、中間軸受部１３としては、複数の軸受部が軸方向に近接して組み付けられていてもよい。
【００２４】
回転子軸１０は、一端側を固定子ハウジング７の端部に組み付けられた電動機側軸受部１４によって回転可能に支持されている。電動機側軸受部１４は軸方向外側に向かって予圧をかけかつＥリング等に抜け止めされて固定子ハウジング７に組み付けられている。また、回転子軸１０は固定子ハウジング７を挿通して他端側はケース本体１のクランク機構側に延設されている。回転子軸１０の他端は、ケース本体１に組み付けられたクランク側軸受部１５に回転可能に支持されている。回転子軸１０は、ケース本体１に対してＥリング等に抜け止めされて組み付けられている。また、クランク側軸受部１５は、弾性体１６（Ｏリング、環状ゴム等）を介してケース本体１に組み付けられている。
【００２５】
これにより、回転子軸１０に外力が作用するクランク機構側の軸端をクランク側軸受部１５により回転可能に支持することで、回転子軸１０の振れを抑えることができる。特にクランク側軸受部１５は弾性体１６を介してケース本体１に組み付けられていると、回転子軸１０とクランク側軸受部１５の芯出しのずれ量を弾性体１６の変形によって吸収し、かつ回転子軸１０の軸端の振動を低減することもできる。
【００２６】
回転子６の天面部（回転子ハブ６ｂ）と一体に組み付けられた偏心カム６ｄの外周には、カム軸受１１が組み付けられている。このカム軸受１１を介してクランク軸１２の一端が組み付けられている。クランク軸１２の他端はダイアフラムポンプ４側のポンプ室１８に臨むダイアフラム１７に連結されている。
【００２７】
ダイアフラム１７は、ケース本体２とポンプ室１８が形成されたポンプケース１に挟み込まれて組み付けられている。ポンプケース１には、ポンプヘッド１９がシール材２０を介して一体に組み付けられている。ポンプヘッド１９は４隅においてボルト２１によりポンプケース１に固定されている。ポンプヘッド１９には、流体（気体、液体等）の吸込み口１９ａと吐出口１９ｂが形成されている。
【００２８】
図４に示すように、ポンプヘッド１９には吸込み口１９ａに連なる吸込通路１９ｃが形成されている。ポンプケース１には、吸込通路１９ｃに連なる吸込通路１ａが形成されている。吸込通路１ａは、ポンプ室１８に連通している。また、ポンプヘッド１９とポンプケース１との界面部には吸込側逆止弁２２ａが設けられている。吸込側逆止弁２２ａは、吸込み通路１９ａとこれに連なる吸込通路１ａとを仕切る位置に設けられている。吸込側逆止弁２２ａは、ポンプ室１８内の流体圧が負圧になると開弁し、流体圧が平衡若しくは正圧になると閉弁する。
【００２９】
図５に示すように、ポンプヘッド１９には吐出口１９ｂに連なる吐出通路１９ｄが形成されている。ポンプケース１には、吐出通路１９ｄに連なる吐出通路１ｂが形成されている。吐出通路１ｂは、ポンプ室１８に連通している。また、ポンプヘッド１９とポンプケース１との界面部には吐出側逆止弁２２ｂが設けられている。吐出側逆止弁２２ｂは、吐出通路１９ｂとこれに連なる吐出通路１ｂとを仕切る位置に設けられている。吐出側逆止弁２２ｂは、ポンプ室１８内の流体圧が正圧になると開弁し、流体圧が平衡若しくは負圧になると閉弁する。
【００３０】
図３において、電動機（アウターロータ型ＤＣブラシレスモータ３）を回転駆動することで、回転子軸１０を中心とする偏心カム６ｄの回転運動をクランク軸１２の往復運動に変換してダイアフラム１７を変形させてポンプ室１８内の流体を吐出口１９ｂから吐出し若しくは吸込み口１９ａから吸引する動作を繰り返す。
【００３１】
以上説明したように、カップ状に形成された回転子６が開口部を電動機側軸端に向けて回転子軸１０に一体に組み付けられるので、回転子６の開口部内の空スペースを利用して回転子６の天面部に近づけて中間軸受部１３を配置できると共に回転子６の天面部と偏心カム６ｄが一体に設けられているため、中間軸受部１３からクランク軸１２が連繋する偏心カム６ｄまでの距離を可及的に短くして、振動の発生や騒音の発生を抑えることができ、回転子軸１０の軸長を短縮して装置を軸方向に小型化することができる。また、回転子６の開口部内に比較的大径の中間軸受部１３を用いることで、回転子６の回転安定性が向上する。
また、回転子６と偏心カム６ｄが一体に組み付けられることにより、回転子６の慣性モーメントが増大し、クランク軸１２を往復動させる際の推力を向上させることができる。
【００３２】
また、回転子６、偏心カム６ｄ及びバランスウェイト６ｅが一体化して設けられているので、部品間の芯出しが行われかつ偏心量も相殺されているので、部品点数が少なく組み付け工数も減り、しかも振動が少なく回転子５の回転安定性も向上する。
【００３３】
また、回転子軸１０に外力が作用するクランク機構側の軸端をクランク側軸受部１５により回転可能に支持することで、回転子軸１０の振れを抑えることができる。特にクランク側軸受部１５は弾性体１６を介してケース本体１に組み付けられていると、回転子軸１０とクランク側軸受部１５の芯出しのずれ量を弾性体１６の変形によって吸収し、かつ回転子軸１０の軸端の振動を低減することもできる。
【００３４】
また回転子６の開口部内に当該回転子６の天面部に近接して中間軸受部１３が組み付けられていると、偏心カム６ｄに連繋するクランク軸１２から中間軸受部１３までの距離を可及的に短くすることができるので、電動機の回転駆動によって往復動するクランク軸１２の振動が抑えられ、騒音の発生も抑えられる。
【００３５】
上述した電動ポンプＰは、クランク軸１２が回転子軸１０に１カ所で連繋する場合（ポンプ室１８は１カ所）について説明したが、回転子軸１０にクランク軸１２が複数箇所で連繋して複数のポンプ室１８が設けられていてもよい。
例えば、回転子軸１０に１８０°位相がずれた位置で一対のクランク軸１２がカム軸受１１を介して各々設けられており、偏心カム６ｄには、一対のバランスウェイト６ｅがクランク軸１２と１８０°位相がずれた位置に各々設けられカウンターバランスを取るようになっていてもよい。
【００３６】
電動ポンプＰの応用例について図６乃至図８に示す。
電動ポンプＰの応用例として、電動機の両側にクランク機構を設けてダイアフラムポンプ４を複数設けるようにしてもよい。図６及び図７に示すように、ケース本体２にはポンプケース１及びポンプヘッド１９が２カ所に設けられている。図６に示すように、左右一対のダイアフラムポンプ４において、吸込み口１９ａと吐出口１９ｂは１８０°反転した位置に設けられている。
【００３７】
図８において、電動ポンプ（アウターロータ型ＤＣブラシレスモータ３及びダイアフラムポンプ４）の基本構成（図８左側）は、図３と同様であるので異なる構成（図８右側の増設分）を中心に説明する。尚、図３と同一部材には同一番号を付いて説明を援用するものとする。回転子軸１０は、アウターロータ型ＤＣブラシレスモータ２の電動機側軸受１４より延設され、軸端がケース本体１の増設側軸受部２３に回転可能に支持されている。回転子軸１０は、ケース本体１に対してＥリング等に抜け止めされて組み付けられている。また、増設側軸受部２３は、弾性体１６（Ｏリング、環状ゴム等）を介してケース本体１に組み付けられていることが望ましい。
【００３８】
電動機側に延設された回転子軸１０には、増設側偏心カム２４が一体に組み付けられている。増設側偏心カム２４には、バランスウェイト２４ａ（カウンターウェイト）が一体に形成されている。これは、増設側偏心カム２４にカム軸受１１を介して一端側が組み付けられる増設側クランク軸１２の偏心量を打ち消すために設けられている。尚、振動を抑えるため増設側偏心カム２４は可能な限り電動機側軸受１４に近づけて配置することが好ましい。
【００３９】
上記構成によれば、同一のＤＣブラシレスモータ３の回転子６の回転を、回転子軸１０に連繋する２つのクランク軸１２の往復動に変えて２つのダイアフラム４ポンプ４を同時に駆動することができる。
尚、ダイアフラムポンプ４に変えてケース本体２にシリンダ及びピストンを設けたピストンポンプを１対（２気筒）若しくは２対（４気筒）設けてもよい。
【００４０】
上記電動ポンプＰはＯＡ機器、家電製品、産業機器、医療機器など幅広い機器に用いられる。
【符号の説明】
【００４１】
Ｐ  電動ポンプ  １  ポンプケース  １ａ，１９ｃ  吸込通路  １ｂ，１９ｄ  吐出通路  ２  ケース本体  ３  アウターロータ型ＤＣブラシレスモータ  ４  ダイアフムポンプ  ５  固定子  ６  回転子  ６ａ  回転子ヨーク  ６ｂ  回転子ハブ  ６ｃ  マグネット  ６ｄ  偏心カム  ６ｅ，２４ａ  バランスウェイト  ７  固定子ハウジング  ８  モータ基板  ８ａ  フレキシブルケーブル  ９  固定子コア  ９ａ  極歯  １０  回転子軸  １１  カム軸受  １２  クランク軸  １３  中間軸受部  １４  電動機側軸受部  １５  クランク側軸受部  １６  弾性体  １７  ダイアフラム  １８  ポンプ室  １９  ポンプヘッド  １９ａ  吸込み口  １９ｂ  吐出口  ２０  シール材  ２１  ボルト  ２２ａ  吸込側逆止弁  ２２ｂ  吐出側逆止弁  ２３  増設側軸受  ２４  増設側偏心カム
【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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