(57)【要約】【課題】ブラシと整流子との間に発生する火花の発生元となる電機子鉄心の改良を図ることにより、ブラシと整流子との間に発生する火花を抑制することができる整流子モータを得る。【解決手段】複数の鋼板が積層されて構成され、内周部に複数の磁極が形成された固定子２０と、複数の鋼板が積層されて構成された電機子鉄心１１に電機子巻線１２が巻装され、磁極の内周部側に回動自在に設けられた電機子１０と、電機子１０の回転軸４に設けられ、電機子巻線１２が接続された整流子５と、整流子５に接触するブラシ６とを備えた整流子モータ１において、電機子鉄心１１は、無方向性電磁鋼板よりも保磁力の小さい鋼板から構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鋼板が積層されて構成され、内周部に複数の磁極が形成された固定子と、
複数の鋼板が積層されて構成された電機子鉄心に電機子巻線が巻装され、前記磁極の内周部側に回動自在に設けられた電機子と、
該電機子の回転軸に設けられ、前記電機子巻線が接続された整流子と、
該整流子に接触するブラシとを備えた整流子モータにおいて、
前記電機子鉄心は、無方向性電磁鋼板よりも保磁力の小さい鋼板から構成されていることを特徴とする整流子モータ。
【請求項２】
前記電機子鉄心は、方向性電磁鋼板から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の整流子モータ。
【請求項３】
前記電機子鉄心は、
前記方向性鋼板の磁化容易方向を所定角度でずらしながら積層して構成されていることを特徴とする請求項２に記載の整流子モータ。
【請求項４】
前記所定角度は、
前記方向性電磁鋼板の積層枚数をｎ枚（ｎは２以上の自然数）とした場合、
１８０°／ｎであることを特徴とする請求項３に記載の整流子モータ。
【請求項５】
前記固定子は、無方向性電磁鋼板よりも保磁力の小さい鋼板から構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の整流子モータ。
【請求項６】
複数の鋼板が積層されて構成され、内周部に複数の磁極が形成された固定子と、
複数の鋼板が積層されて構成された電機子鉄心に電機子巻線が巻装され、前記磁極の内周部側に回動自在に設けられた電機子と、
該整流子に接触するブラシとを備えた整流子モータにおいて、
前記固定子は、無方向性電磁鋼板よりも保磁力の小さい鋼板から構成されていることを特徴とする整流子モータ。
【請求項７】
前記固定子は、方向性電磁鋼板から構成されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の整流子モータ。
【請求項８】
前記固定子は複数に分割されたブロックで構成されており、
前記ブロックに生じる磁束の方向と、前記ブロックの磁化容易方向とが同方向となるように前記固定子が構成されていることを特徴とする請求項７に記載の整流子モータ。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の整流子モータを搭載したことを特徴とする電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は整流子モータ及びこの整流子モータを搭載した電気掃除機に関し、特に、ブラシと整流子との間に発生する火花の抑制を図った整流子モータ及びこの整流子モータを搭載した電気掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、整流子モータに設けられたブラシの寿命を延ばすには、ブラシと整流子との間に発生する火花を抑制することが有効であると知られている。このようにブラシと整流子との間に発生する火花を抑制した従来の整流子モータとして、例えば「５は交流電源、６は交流電源の出力を全波整流された脈流に変換する整流器、８はプラス側のカーボン系ブラシ、９はマイナス側の金属黒鉛質ブラシ、７はブラシと摺動接触して回転位置により回転子巻線に通電する電流を選択切換する整流子、４はロータで回転子巻線（図示せず）が巻装されており、整流子から電流が選択されて通電される。２はフレームに内蔵された磁石で、回転子巻線に流れる電流との間で電磁力を発生してロータ４を回転させる磁束を供給している。ここでマイナス側ブラシとして金属黒鉛質ブラシを使用しているのでブラシの電気抵抗が小さく、火花  放電が起こり易い条件となっているが、電源に並列にコンデンサを挿入することにより脈流に起因する断続した電流を連続したものにしてやることにより火花  放電を抑制している。」（例えば特許文献１参照）というものが提案されている。
また、例えば「整流子５は、絶縁部材７にモールドされた複数のセグメント８を円筒状に配置して構成され、電機子軸２の一端側外周に絶縁部材７を圧入等により嵌合して組み付けられる。セグメント８は、ブラシ６が摺動する整流子面（セグメント８の表面）に電気抵抗が異なる低抵抗層８ａと高抵抗層８ｂとが設けられている（図１参照）。低抵抗層８ａと高抵抗層８ｂは、例えば、銅の含有量が高抵抗層８ｂより低抵抗層８ａの方が多く、その低抵抗層８ａの方が高抵抗層８ｂより電気抵抗が小さくなる様に構成されている。この低抵抗層８ａと高抵抗層８ｂは、図１に示す様に、整流子面の両端側、つまり、整流子５の回転方向（図中矢印方向）に対し、整流子面を形成するセグメント８の前端側と後端側とに高抵抗層８ｂが配置され、両高抵抗層８ｂの間に低抵抗層８ａが配置されている。」（例えば特許文献２参照）というものが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１６９９号公報（段落００２２、図１）
【特許文献２】特開２００８−１１６７９号公報（段落００１４，００１５、図１，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、ブラシや整流子の部材や構造を変更することにより、ブラシと整流子との間に発生する火花の抑制を図っていた。しかしながら、これらはブラシと整流子との間に発生した火花を抑制するための発明であって、火花の発生そのものを抑制する発明ではないという問題点があった。
【０００５】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、ブラシと整流子との間に発生する火花の発生元となる電機子鉄心及び固定子のうち少なくとも一方の改良を図ることにより、ブラシと整流子との間に発生する火花を抑制することができる整流子モータ及びこの整流子モータを搭載した電気掃除機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る整流子モータは、複数の鋼板が積層されて構成され、内周部に複数の磁極が形成された固定子と、複数の鋼板が積層されて構成された電機子鉄心に電機子巻線が巻装され、前記磁極の内周部側に回動自在に設けられた電機子と、該電機子の回転軸に設けられ、前記電機子巻線が接続された整流子と、該整流子に接触するブラシとを備えた整流子モータにおいて、前記電機子鉄心は、無方向性電磁鋼板よりも保磁力の小さい鋼板から構成されているものである。
【０００７】
また、本発明に係る電気掃除機は、上記整流子モータを搭載したものである。
【発明の効果】
【０００８】
発明者の研究により、ブラシ−整流子間に発生する火花の大きさと電機子鉄心の保磁力とは相関関係があることがわかった。つまり、電機子鉄心の保磁力が小さいほど、ブラシと整流子との間に発生する火花の大きさも小さいことがわかった。本発明においては、電機子鉄心に通常用いられる無方向性電磁鋼板よりも保磁力の小さい鋼板で電機子鉄心が構成されているので、ブラシと整流子との間に発生する火花を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における整流子モータの回転軸と平行方向の断面模式図である。整流子モータ１は、フレーム２、軸受３、回転軸４、整流子５、ブラシ６、電機子１０、固定子２０等から構成されている。フレーム２は、中空有底で略直方体形状のフレーム２ａ及びフレーム２ｂから構成されており、互いの開口部外周側に形成された鍔部で接合されている。フレーム２ａ及びフレーム２ｂの底部略中央には、軸受３ａ及び軸受３ｂがそれぞれ設けられており、これら軸受３ａ及び軸受３ｂによって回転軸４が回動自在に支持されている。
【００１０】
回転軸４には、外周部に複数の歯部が形成された電機子鉄心１１が設けられている。これら歯部のそれぞれには電機子巻線１２が券装され、電機子１０を構成している。また、回転軸４には、複数の整流子片で構成された整流子５が設けられており、各整流子片には、歯部に巻装された電機子巻線１２が接続されている。この整流子５には、整流子片を介して電機子巻線１２に電流を供給する二つのブラシ６が接触している。これらブラシ６は、フレーム２ａに設けられたブラシホルダー７に取り付けられている。
【００１１】
一方、フレーム２ａの内周部には、電機子１０の外周部と所定の間隙を介して固定子２０が設けられている。この固定子２０の内周部には、互いに対向した二つの磁極片２１が形成されており（図３に示す）、これら磁極片２１のそれぞれには界磁巻線２２が巻装されて、磁極を形成している。界磁巻線２２のそれぞれは、一端がモータの端子（図示せず）に接続され、他端がブラシ６に接続されている。
【００１２】
図２は、本発明の実施の形態１における電機子の正面図（回転軸方向から見た図）である。この図は、複数枚の電機子片が積層されて構成される電機子を、各電機子片ごとに分解した図面である。なお、各電機子片に示した矢印は、方向性電磁鋼板の圧延方向を示す。
【００１３】
図２に示すように、電機子鉄心１１は略円形状をしており、外周部には複数の歯部が形成されている。また、略中心部には回転軸４が挿入される貫通孔が形成されている。この電機子鉄心１１は、それぞれ同一形状をしたｎ枚（ｎは自然数）の鋼板１０１〜１０ｎを積層して形成している。これら鋼板１０１〜１０ｎは、方向性電磁鋼板からプレス等により打ち抜いて形成されている。また、各鋼板１０１〜１０ｎは、方向性電磁鋼板の圧延方向を１８０°／ｎずつずらして積層されている。
【００１４】
方向性電磁鋼板は、その圧延方向に磁束が通りやすい性質を有している（以下、この磁束が通りやすい方向を磁化容易方向という）。つまり、電機子鉄心１１は、各鋼板１０１〜１０ｎの磁化容易方向を１８０°／ｎずつずらして積層されて構成されている。これは、電機子鉄心１１での磁束密度を平均化し、電機子１０の回転ムラ（リップル）を防止するためである。
【００１５】
図３は、本発明の実施の形態１における固定子の正面図（回転軸方向から見た図）である。なお、図中に示した矢印は磁化容易方向を示す。
固定子２０の外郭部は、略正方形の額縁形状をしており、内周部には略三日月形状をした二つの磁極片２１が対向して形成されている。
【００１６】
この固定子２０は複数のブロックに分割されている。具体的には、ブロック２０ａ〜２０ｆと、ブロック２１ａ，２１ｂとに、固定子２０は分割されている。ブロック２１ａ及びブロック２１ｂのそれぞれは、一部が磁極片２１となる。ブロック２０ａ及びブロック２０ｂはブロック２１ａの両側部に設けられ、固定子２０の外郭部の一辺を形成する。ブロック２０ｄ及びブロック２１ｅはブロック２１ｂの両側部に設けられ、ブロック２０ａ及びブロック２０ｂで形成される一辺と対向した固定子２０の外郭部の一辺を形成する。ブロック２０ｃはブロック２０ｂとブロック２０ｄとの間に設けられ、ブロック２０ａ及びブロック２０ｂで形成される一辺とブロック２０ｄ及びブロック２０ｅで形成される一辺とを接続する固定子２０の外郭部の一辺を形成する。ブロック２０ｆはブロック２０ａとブロック２０ｅとの間に設けられ、ブロック２０ａ及びブロック２０ｂで形成される一辺とブロック２０ｄ及びブロック２０ｅで形成される一辺とを接続し、ブロック２０ｃで形成される一辺と対向した固定子２０の外郭部の一辺を形成する。
【００１７】
これらブロック２０ａ〜２０ｆ及びブロック２１ａ，２１ｂのそれぞれは、方向性電磁鋼板からプレス等によって打ち抜かれたブロック片を、その磁化容易方向をそろえて複数積層することにより形成されている。そして、各ブロックの磁化容易方向は、固定子２０に生じる磁束の方向と同方向となっている。具体的には、磁極片２１となるブロック２１ａ及びブロック２１ｂのそれぞれの磁化容易方向は、互いの対向方向となっている。固定子２０の外郭部を形成するブロック２０ａ〜２０ｆのそれぞれの磁化容易方向は、外郭部の辺方向となっている。
【００１８】
次に、このように構成された整流子モータ１の運転動作について説明する。モータの端子間に交流電圧を印加すると、磁極片２１の一方に巻装された界磁巻線２２を介してブラシ６の一方に電流が流れる。そして、ブラシ６と整流子５との摺動接触による通電で電機子巻線１２に電流が流れる。そして、他方のブラシ６を介して磁極片２１の他方に巻装された界磁巻線２２に電流が流れることにより、整流子モータ１に駆動力を発生させている。
【００１９】
この整流子モータ１の駆動力は、電機子巻線１２及び界磁巻線２２を電流が流れることにより電機子鉄心１１及び磁極片２１に発生する磁界によって得られる。このとき、磁極片２１に発生する磁束の方向は、上述したように磁極片２１の対向方向となっている。また、上述したように、固定子２０は外郭部にも磁界が発生しており、このときの磁束の方向は外郭部の辺方向となっている。
【００２０】
ここで、整流子モータの電機子や固定子に一般的に使用される電磁鋼板には、電機子巻線や界磁巻線に流れる電流を停止しても、つまり磁化力Ｈ［Ａ／ｍ］（磁界の強さ）を０にしても磁束密度Ｂ［Ｔ］が０にならないヒステリシス現象が発生する。
【００２１】
図４に、電磁鋼板の一般的なヒステリシス曲線の一例を示す。電磁鋼板にｈ１［Ａ／ｍ］の外部磁場（磁化力）を与えると、電磁鋼板の磁束密度はｂ１［Ｔ］となる。外部磁場を減少させていくと電磁鋼板の磁束密度も減少するが、外部磁場を０としても電磁鋼板にはｂ２［Ｔ］の磁束が残留する。ｈ１［Ａ／ｍ］と逆方向の外部磁場−ｈ２［Ａ／ｍ］をさらに与えることにより、電磁鋼板の磁束密度は０となる。電磁鋼板に−ｈ１［Ａ／ｍ］の外部磁場（磁化力）を与えると、電磁鋼板の磁束密度は−ｂ１［Ｔ］となる。外部磁場を減少させていくと電磁鋼板の磁束密度も減少するが、外部磁場を０としても電磁鋼板には−ｂ２［Ｔ］の磁束が残留する。外部磁場ｈ２［Ａ／ｍ］をさらに与えることにより、電磁鋼板の磁束密度は０となる。この外部磁場ｈ２［Ａ／ｍ］が電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］である。
【００２２】
図５は、無方向性電磁鋼板の一例である無方向性珪素鋼板（ＪＦＥスチール株式会社製、品名「３５ＪＮ２００」）を２５ｃｍエプスタイン試験（ＪＩＳＣ２５５０）で測定したヒステリシス曲線である。また、図６は、方向性電磁鋼板の一例である方向性珪素鋼板（ＪＦＥスチール株式会社製、品名「２７ＪＧＳＤ０９０」）を、磁化容易方向を長手方向として（つまり、磁化容易方向と試験片に発生する磁束の方向を同方向として）２５ｃｍエプスタイン試験（ＪＩＳＣ２５５０）で測定したヒステリシス曲線である。なお、これら図５及び図６は、図４における横軸より上側の図を示している。図５に示すように、無方向性珪素鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］は約３０［Ａ／ｍ］となっている。また、図６に示すように、磁化容易方向と同方向に磁束が発生するときの方向性珪素鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］は約５［Ａ／ｍ］となっている。つまり、磁化容易方向と同方向に磁束が発生するときの方向性珪素鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］は、無方向性珪素鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］よりも小さくなっている。
【００２３】
無方向性珪素鋼板と方向性珪素鋼板以外にも、上記の関係が成立する。つまり、磁化容易方向と同方向に磁束が発生するときの方向性電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］は、無方向性電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］よりも小さくなる。なお、磁化容易方向と垂直方向に磁束が発生するときの方向性電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］は、磁化容易方向と同方向に磁束が発生するときの方向性電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］よりも大きく、無方向性電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］よりも小さくなる。
【００２４】
ブラシ６と整流子５との摺動接触による通電において、ブラシ６が整流子片を乗り換えす際などに、ブラシ６と整流子５との間に火花が発生する。発明者は、この火花と電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］との関係を研究し、図７に示す相関関係を見出した。
【００２５】
図７は、電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］とブラシ６−整流子５間に発生する火花の大きさとの関係を示す特性図である。この図は、横軸に整流子モータ１の電機子鉄心及び固定子として使用した電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］を示し、縦軸にブラシ６−整流子５間に発生した火花の大きさを示す。また、横軸には、方向性珪素鋼板（ＪＦＥスチール株式会社製、品名「２７ＪＧＳＤ０９０」）を磁化容易方向を長手方向として（つまり、磁化容易方向と試験片に発生する磁束の方向を同方向として）２５ｃｍエプスタイン試験（ＪＩＳＣ２５５０）で測定した保磁力と、無方向性珪素鋼板（ＪＦＥスチール株式会社製、品名「３５ＪＮ２００」）を２５ｃｍエプスタイン試験（ＪＩＳＣ２５５０）で測定した保磁力を示す。なお、縦軸の火花の大きさは、保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］が５［Ａ／ｍ］のときの火花の大きさを基準（＝１）としている。
【００２６】
図７に示すように、電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］とブラシ６−整流子５間に発生した火花の大きさには相関関係があり、保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］が大きくなるにしたがって火花の大きさも大きくなっている。
【００２７】
つまり、本実施の形態１のように構成した整流子モータ１においては、電機子鉄心の部材として通常使用される無方向性電磁鋼板よりも保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］の小さい方向性電磁鋼板で電機子鉄心１１を構成したので、ブラシ６と整流子５との間に発生する火花を抑制することができる。なお、本実施の形態１では、電機子鉄心１１を方向性電磁鋼板で構成したが、無方向性電磁鋼板よりも保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］の小さい鋼板で電機子１０を構成することにより、同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また、電機子１０は、各鋼板１０１〜１０ｎの磁化容易方向を１８０°／ｎずつずらして積層されて構成されているので、電機子１０全体での磁束密度を平均化し、電機子１０の回転ムラ（リップル）を防止することができる。なお、各電機子片のずらし角度は１８０°／ｎに限らず、電機子鉄心１１で発生する磁束密度を平均化できれば任意の角度でよい。
【００２９】
また、本実施の形態１における整流子モータ１は、固定子の部材として通常使用される無方向性電磁鋼板よりも保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］の小さい方向性電磁鋼板で固定子２０を構成したので、ブラシ６と整流子５との間に発生する火花を抑制することができる。なお、本実施の形態１では、電機子１０を方向性電磁鋼板で構成したが、無方向性電磁鋼板よりも保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］の小さい部材で電機子１０を構成することにより、同様の効果を得ることができる。
【００３０】
また、固定子２０は複数のブロック（ブロック２０ａ〜２０ｆ及びブロック２１ａ，２１ｂ）に分割され、各ブロックの磁化容易方向は、固定子２０に生じる磁束の方向と同方向となっているので、ブラシ６と整流子５との間に発生する火花をさらに抑制することができる。
【００３１】
なお、本実施の形態１では、電機子鉄心１１及び固定子２０の双方を方向性電磁鋼板で構成したが、どちらか一方を方向性電磁鋼板で構成しても、ブラシ６と整流子５との間に発生する火花を抑制することができる。また、固定子２０の磁極は磁極片２１に界磁巻線２２を巻装して構成したが、固定子２０の磁極を永久磁石としてもよい。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態１では、固定子２０を複数のブロックに分割して構成したが、複数のブロックに分割することなく固定子２０を構成することも可能である。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【００３３】
図８は、本発明の実施の形態２における固定子の正面図（回転軸方向から見た図）である。なお、図中に示した矢印は磁化容易方向を示す。
固定子２０の外郭部は、略正方形の額縁形状をしており、内周部には略三日月形状をした二つの磁極片２１が対向して形成されている。この固定子２０は、方向性電磁鋼板からプレス等によって打ち抜かれた固定子片を、その磁化容易方向をそろえて複数積層することにより形成されている。磁化容易方向は、磁極片２１の対向方向となっている。
【００３４】
このように構成された整流子モータ１においては、固定子２０の実施の形態１におけるブロック２０ａ，２０ｂ，２０ｄ，２０ｅに相当する範囲では磁化容易方向と磁束方向が異なるため、ブラシ６と整流子５との間に発生する火花の抑制効果は若干減少するものの、固定子２０の製作が容易となるので、整流子モータ１の製造コストを低減することができる。
【００３５】
以上、実施の形態１及び実施の形態２に示すブラシレスモータ１を電気掃除機に搭載することにより、上記効果を有する電気掃除機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態１における整流子モータの回転軸と平行方向の断面模式図である。
【図２】実施の形態１における電機子の正面図である。
【図３】実施の形態１における固定子の正面図である。
【図４】電磁鋼板の一般的なヒステリシス曲線の一例である。
【図５】無方向性電磁鋼板の一例である無方向性珪素鋼板（ＪＦＥスチール株式会社製、品名「３５ＪＮ２００」）を２５ｃｍエプスタイン試験（ＪＩＳＣ２５５０）で測定したヒステリシス曲線である。
【図６】方向性電磁鋼板の一例である方向性珪素鋼板（ＪＦＥスチール株式会社製、品名「２７ＪＧＳＤ０９０」）を、磁化容易方向を長手方向として２５ｃｍエプスタイン試験（ＪＩＳＣ２５５０）で測定したヒステリシス曲線である。
【図７】電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］とブラシ６−整流子５間に発生する火花の大きさとの関係を示す特性図である。
【図８】実施の形態１における固定子の正面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  整流子モータ、２（２ａ，２ｂ）  フレーム、３（３ａ，３ｂ）  軸受、４  回転軸、５  整流子、６  ブラシ、７  ブラシホルダー、１０  電機子、１０ｎ  鋼板、１１  電機子鉄心、１２  電機子巻線、２０  固定子、２０ａ〜２０ｆ  ブロック、２１  磁極片、２１ａ，２１ｂ  ブロック、２２  界磁巻線。
【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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