(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有した回転子と、巻き線を有した固定子と、固定子を内包し回転軸を支持する軸受けを保持したフレームとにより構成されたブラシレスモータを備えるとともに、複数枚のブレードを有し、回転軸に固着されたインペラと、インペラの外周に配置されたエアガイドと、インペラおよびエアガイドを内包し、中央部に吸気口を配置し、フレームに固定されたファンケースとを備え、前記フレームの外側に外筒を設け、インペラによって発生させ、エアガイドに導かれた空気をフレーム外周に沿って流す通気路を外筒とフレーム間に構成し、この間に多孔質体のフィルタを設置し、このフィルタの下流側に駆動用半導体素子を設置した電動送風機。
【請求項２】
回転軸を有した回転子と、巻き線を有した固定子と、固定子を内包し、回転軸を支持する軸受けを保持したフレームとにより構成されたブラシレスモータを備えるとともに、複数枚のブレードを有し、回転軸に固着されたインペラと、インペラの外周に配置されたエアガイドと、インペラおよびエアガイドを内包し、中央部に吸気口を配置し、フレームに固定されたファンケースとを備えるとともに、前記フレームの外側に外筒を設け、この外筒との間に、インペラによって発生させ、エアガイドに導かれた空気をフレーム外周に沿って流す通気路を構成し、この外筒の外側に駆動用半導体素子を設置し、外筒の内部には冷却フィンを設けた電動送風機。
【請求項３】
回転軸を有した回転子と、巻き線を有した固定子と、固定子を内包し、回転軸を支持する軸受けを保持したフレームとにより構成されたブラシレスモータを備えるとともに、複数枚のブレードを有し、回転軸に固着されたインペラと、インペラの外周に配置されたエアガイドと、インペラおよびエアガイドを内包し、中央部に吸気口を配置し、フレームに固定されたファンケースとを備え、前記フレームの外側に設けた外筒との間に、インペラによって発生させ、エアガイドに導かれた空気をフレーム外周に沿って流す通気路を構成し、この外筒の外側に駆動用半導体素子を設置し、外筒の内部には、他端がフレームに当接し、気流と長手方向が一致するような冷却フィンを設け、冷却フィンと外筒、フレームによって囲まれた独立通路の断面積が下流方向に徐々に拡大するようにフレーム又は外筒が傾斜した電動送風機。
【請求項４】
回転軸を有した回転子と、巻き線を有した固定子と、固定子を内包し、回転軸を支持する軸受けを保持したフレームとにより構成されたブラシレスモータを備えるとともに、複数枚のブレードを有し、回転軸に固着されたインペラと、インペラの外周に配置されたエアガイドと、インペラ、エアガイドを内包し、中央部に吸気口を配置し、フレームに固定されたファンケースと、このファンケースに直接密着固定され、フレームの外周に設けた外筒と、外筒とフレームの間に構成された通気路と、吸気口の外側にファンケースと空間を残して密着して設けられたガイドケースとを備え、ファンケースとガイドケースの間の空間に駆動用半導体素子をガイドケースと当接して設けた電動送風機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用電気掃除機等に使用される電動送風機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭用電気掃除機に使用される電動送風機の電動機は、殆どが交流整流子電動機であり、わずかにブラシレス電動機が使われている。ブラシレス電動機の場合は駆動用半導体素子が必要であり、交流整流子電動機の場合も最近では入力調整用に駆動用半導体素子を利用している場合が多く、これら駆動用半導体素子の冷却は大きな課題となっている。
【０００３】
従来の交流整流子電動機を用いた電動送風機は、図８に示すように、回転子１０５に巻き線１０７が施され、又ブラシ１１０、整流子１０６を有しており、これらの冷却のため、電動機フレーム１０１内を通風路としている場合が多い。なお、１０２は電動機の回転軸１０３に取り付けたインペラ、１０４はインペラ１０５からの気流をフレーム１０１内に導くエアガイドで、矢印１０９のように気流が流れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、駆動用半導体素子を効果的に冷却するには大風量の風で冷やすことが必要であるが、電動送風機の通風路を塞ぐと通風損失が増大し、電動送風機の効率が悪くなる。しかし、風速の小さなあまり損失にならない場所に駆動用半導体素子を設置すれば、大きな冷却フィンが必要になり、電動送風機を使用する電気掃除機の外形が大きくなってしまう。又、直接、電動送風機の排気風を駆動用半導体素子に当てることは、電気掃除機本体の集塵袋が破損した場合は種々の塵埃が駆動用半導体素子に当たることになり、電気的な不良の原因となるため好ましくない。このように、駆動用半導体素子の冷却はできるだけコンパクトで低圧損で、しかもできるだけ清浄な風を利用できる構成を実現できることが好ましい。
【０００５】
本発明は、ブラシレス電動機を使用した電動送風機において、その駆動用半導体素子の冷却をコンパクトでしかも通風損失になりにくい構成で実現することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、回転軸を有した回転子と、巻き線を有した固定子と、固定子を内包し回転軸を支持する軸受けを保持したフレームとにより構成されたブラシレスモータを備えるとともに、複数枚のブレードを有し、回転軸に固着されたインペラと、インペラの外周に配置されたエアガイドと、インペラおよびエアガイドを内包し、中央部に吸気口を配置し、フレームに固定されたファンケースとを備え、前記フレームの外側に外筒を設け、インペラによって発生させ、エアガイドに導かれた空気をフレーム外周に沿って流す通気路を外筒とフレーム間に構成し、この間に多孔質体のフィルタを設置し、このフィルタの下流側に駆動用半導体素子を設置したことにより、外筒を放熱フィンとして利用でき、またフィルタを設置しているので清浄な空気で直接駆動用半導体素子を冷却できるため、コンパクトでかつ安全な冷却構成が実現できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、回転軸を有した回転子と、巻き線を有した固定子と、固定子を内包し回転軸を支持する軸受けを保持したフレームとにより構成されたブラシレスモータを備えるとともに、複数枚のブレードを有し、回転軸に固着されたインペラと、インペラの外周に配置されたエアガイドと、インペラおよびエアガイドを内包し、中央部に吸気口を配置し、フレームに固定されたファンケースとを備え、前記フレームの外側に外筒を設け、インペラによって発生させ、エアガイドに導かれた空気をフレーム外周に沿って流す通気路を外筒とフレーム間に構成し、この間に多孔質体のフィルタを設置し、このフィルタの下流側に駆動用半導体素子を設置したものである。この構成では、外筒を放熱フィンとして利用でき、またフィルタを設置しているので清浄な空気で直接駆動用半導体素子を冷却できるため、コンパクトでかつ安全な冷却構成が実現できる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、回転軸を有した回転子と、巻き線を有した固定子と、固定子を内包し、回転軸を支持する軸受けを保持したフレームとにより構成されたブラシレスモータを備えるとともに、複数枚のブレードを有し、回転軸に固着されたインペラと、インペラの外周に配置されたエアガイドと、インペラおよびエアガイドを内包し、中央部に吸気口を配置し、フレームに固定されたファンケースとを備えるとともに、前記フレームの外側に外筒を設け、この外筒との間に、インペラによって発生させ、エアガイドに導かれた空気をフレーム外周に沿って流す通気路を構成し、この外筒の外側に駆動用半導体素子を設置し、外筒の内部には冷却フィンを設けることにより、より冷却効果を高め、しかも、通風路内のフィンは流れに沿って配置されるため圧損の原因にならず、冷却効果に優れたコンパクトで低圧損なしかも安全な冷却構成が実現できる。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発明は、回転軸を有した回転子と、巻き線を有した固定子と、固定子を内包し、回転軸を支持する軸受けを保持したフレームとにより構成されたブラシレスモータを備えるとともに、複数枚のブレードを有し、回転軸に固着されたインペラと、インペラの外周に配置されたエアガイドと、インペラおよびエアガイドを内包し、中央部に吸気口を配置し、フレームに固定されたファンケースとを備え、前記フレームの外側に設けた外筒との間に、インペラによって発生させ、エアガイドに導かれた空気をフレーム外周に沿って流す通気路を構成し、この外筒の外側に駆動用半導体素子を設置し、外筒の内部には、他端がフレームに当接し、気流と長手方向が一致するような冷却フィンを設け、冷却フィンと外筒、フレームによって囲まれた独立通路の断面積が下流方向に徐々に拡大するようにフレーム又は外筒が傾斜したものである。この構成では、外筒の内部には、他端がフレームに当接し、気流と長手方向が一致するような冷却フィンを設け、冷却フィンと外筒、フレームによって囲まれた独立通路の断面積が下流方向に徐々に拡大するようにフレーム又は外筒が傾斜させているので、冷却フィンを排気のディフューザとして利用でき、コンパクトで冷却効果に優れ、安全でしかも、送風効率を改善できる冷却構成が実現できる。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の発明は、回転軸を有した回転子と、巻き線を有した固定子と、固定子を内包し、回転軸を支持する軸受けを保持したフレームとにより構成されたブラシレスモータを備えるとともに、複数枚のブレードを有し、回転軸に固着されたインペラと、インペラの外周に配置されたエアガイドと、インペラ、エアガイドを内包し、中央部に吸気口を配置し、フレームに固定されたファンケースと、このファンケースに直接密着固定され、フレームの外周に設けた外筒と、外筒とフレームの間に構成された通気路と、吸気口の外側にファンケースと空間を残して密着して設けられたガイドケースとを備え、ファンケースとガイドケースの間の空間に駆動用半導体素子をガイドケースと当接して設けることにより、外筒を駆動用半導体素子の放熱フィンとして利用でき、吸気側の空いた空間に駆動用半導体素子を設置でき、ガイドケースの内側に駆動用半導体素子を設置するため、安全でしかも吸気の抵抗にならず、送風効率を良くすることができ、冷却効果に優れた、省スペースで安全な、かつ通風抵抗にならない冷却構成を実現できる。
【００１１】
【実施例】
（実施例１）
図１に本発明の第１の実施例を示す。図は家庭用の電気掃除機などに使用されている電動送風機を示しており、送風機部と、電動機部に分けられる。電動機はブラシレスモータが使用されている。（ａ）はエアガイド、インペラ部を示す平面図、（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は排気側からみた平面図である。
【００１２】
図において、１は回転子で、回転子１は図２に示すように、磁石２が外周に設置されたコア部３と、回転軸４により構成されている。５は回転子１の外周側に配置され、巻き線６を有した固定子である。固定子５はフレーム７に固着されており、又このフレーム７にはブラケット８、９を介して軸受け１０、１１が保持され、回転軸４を支持している。１２は遠心型のインペラを示し、複数枚のブレード１２ａを有している。１３はインペラ１２の外周に配置されたエアガイドであり、複数チャンネルの独立したディフューザ部１４で構成され、インペラ１２から排出された気流を徐々に減速し、圧力回復を行っている。１５はファンケースを示しており、中央部に空気が流入するための吸気口１６が設けられている。ファンケース１５は電動機のブラケット８の外周に圧入固定されている。エアガイド１３のディフューザ部１４の外側のブラケット部８には電動機の外部に開口した連通口１７が設けられている  電動機フレーム７の外周にはファンケース１５と連結した外筒１８が固定されており、フレーム７との間で通気路１９を構成している。
【００１３】
２１は通気路内に設置された円筒状の多孔質体のフィルタである。２０は駆動用半導体素子であり、フィルタ２１の下流側の外筒に固着されている。この素子をオンオフすることにより固定子５の巻き線６を順次励磁している。巻き線６は普通３相に巻かれており各相にオンオフ２個の駆動用半導体素子２０が必要なため、合計６個の駆動用半導体素子２０が使われる。
【００１４】
次に作用について述べる。インペラ駆動用の電動機は、回転子１が磁石２で構成されており、インバータ回路からの信号で駆動用半導体素子２０を順次オンオフし固定子５に巻かれた巻き線６を励磁する事により、回転磁界を生じさせ、この磁界と同期して回転子１が回転する。
【００１５】
この種のブラシレスモータは、整流子を有した交流整流子モータに比べ、発熱量が小さく、又機械的な接触により給電する必要が無く、固定子側を冷却するだけで十分である。インペラ１２を高速で回転させることによって生じる気流は吸気口１６から吸引され、エアガイド１３のディフューザ部１４で拡大圧力回復される。ディフューザ部１４より出た気流は、ブラケット部８の外周に設けられた連通口１７を通って、通気路１９に導かれ、フレーム７を冷却し排気される。この通気路１９中で流れが徐々に減速し、流れの損失を小さく抑える役目も果たしている。又騒音も通気路１９中で減衰する。
【００１６】
駆動用半導体素子２０は抵抗を有し発熱するため、排気気流は駆動用半導体素子２０も冷却している。すなわち、排気によって冷却される外筒１８自身が放熱フィンとなり駆動用半導体素子２０を冷却するとともに、排気気流が直接駆動用半導体素子２０にあたることにより冷却している。駆動用半導体素子２０はフィルタ２１の下流側に位置しているため、たとえ電気掃除機本体の集塵袋が破損するような事があっても、駆動用半導体素子２０を流れる排気流には塵埃等を含まず、直接駆動用半導体素子２０に当たっても電気的な不良を誘発する事はない。
【００１７】
このように従来の交流整流子電動機を使用した場合に比べ、電動機内部に風を流す必要が無く、全閉構造をとれるため、軸受けの寿命が長くなり、又安全性も向上する。図２に示すように、フレーム７と固定子５の間に通風路を設ける必要が無く、コンパクトな電動機が構成される。又、ディフューザ部１４から出た気流を電動機フレーム７内部に導くために、気流を再び内側に曲げる必要が無く、通過圧損が低減され効率の向上が図られる。駆動用半導体素子２０には直接排気流が当たり冷却され、又通気路１９を構成する外筒１８自身は排気気流により冷却され、駆動用半導体素子２０からみれば放熱フィンとして動作するため、コンパクトな冷却構成が実現でき、しかもフィルタ２１が設置されているため電気的トラブルも少なく安全性も高い。
【００１８】
（実施例２）
本発明の第２の実施例を図３を用いて説明する。なお、上記実施例１と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１９】
図３において、２５は電動機フレームの外周に設置された外筒であり、この外周のフラット部２７に駆動用半導体素子２６が密着して固定されている。外筒２５自身は本例ではアルミ等の熱伝達特性に優れた金属で作られている。外筒２５は駆動用半導体素子２６の放熱フィンとして働き、排気流によって外筒２５を介して駆動用半導体素子２６が冷却される。排気流自身は電動機の冷却にも使われるため温度は上昇しているが、駆動用半導体素子２６自身に比べ十分低く、必要な冷却効果が得られる。この構成では直接排気流が駆動用半導体素子２６に当たることがないので、塵埃、水分などの付着による電気的トラブルの危険性も少ない。
【００２０】
（実施例３）
本発明の第３の実施例を図４を用いて説明する。なお、上記実施例２と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２１】
図において、２８は外筒であり、フレーム７との間に通気路１９を構成している。２９は通気路１９内に位置し外筒２８と一体で構成された複数の冷却フィンであり、その一つ一つは薄い板状の形状を有している。外筒２８及び冷却フィン２９は熱伝達の比較的良いアルミ等の金属で作られている。３０は外筒２８の外側フラット部２７に密着して固着された駆動用半導体素子である。
【００２２】
通気路１９内に複数の冷却フィンが在るため、外筒２８を介して駆動用半導体素子３０はより良く冷却され温度的な過負荷になることはない。冷却フィン自身は排気流から見て抵抗にはなるが、通気路１９内を通る排気流の整流の効果もあり、実質的にはほとんど抵抗にはならない。又、排気流が直接当たることが無く安全性も高い。
【００２３】
（実施例４）
本発明の第４の実施例を図５を用いて説明する。なお、上記実施例３と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２４】
図において、３１は外筒であり、電動機フレーム３２との間に通気路３４を構成している。フレーム３２は傾斜しており、このため、通気路３４は下流に従ってその断面積が大きくなっている。３３は通気路内に設けられた冷却フィンであり、外筒３１と一体構造を有している。冷却フィンのうち等間隔にいくつかは、その端部３５が電動機フレーム３２に当接し、独立した空気通路を構成している。この独立通路はフレームが傾斜しているため下流にいくに従ってその断面積が大きくなっている。
【００２５】
駆動用半導体素子３６は外筒３１の外側フラット部２７に密着固定され、外筒３１及び冷却フィン３３は熱伝達の良いアルミなどの金属で作られており、駆動用半導体素子３６は冷却フィン３３を有した外筒３１を介して、通気路３４内の排気流によって効果的に冷却される。エアガイド１３から排気された排気流は十分に減速されていないため大きな動圧成分を有しているが、この動圧成分は通気路３４内の独立通路で減速され、圧力回復がなされ損失が低減される。すなわち通気路３４内の冷却フィン３５は、駆動用半導体素子３６を冷却すると共に、通気路３４内に下流に行くに従って断面積が大きくなる独立通路を形成し、ディフューザの役目を果たし、送風損失の低減にも役立つ。
【００２６】
なお、エアガイド１３から出た気流はまだ少し旋回成分を有しているため、冷却フィン３５はこの流れに沿うように若干傾斜している方が良い場合もある。
【００２７】
（実施例５）
本発明の第５の実施例を図６を用いて説明する。なお、上記実施例１と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
図において、３８はフレーム７の外側に設けられた外筒であり、ファンケース１５に密着固定されている。３９はゴム等の弾性体でできた吸排気のシール兼支持部材であり隔壁４０のリング状のリブ４１と当接している。４５は駆動用半導体素子であり、吸気側、すなわちシール材３９より上流側でファンケース１５に密着固定されている。気流の流れは矢印４３で示すように、掃除機本体の隔壁４０の連通孔４４をとおり、吸気口１６から吸い込まれ、エアガイド１３、通気路１９を通って排気される。
【００２９】
吸気側の空気の温度は排気側よりも低く、この風が駆動用半導体素子４５に直接当たるため効果的に駆動用半導体素子４５を冷却できる。又、排気によっても外筒３８、ファンケース１５を介して駆動用半導体素子４５は冷却されるため、より冷却性能は向上する。又駆動用半導体素子４５が設置されている空間は、送風性能上確保されているものであり、スペースの有効利用ができる。
【００３０】
外筒３８の内側に冷却フィンを用いるのは実施例３，４で記載したものと同じくこの実施例でも効果が現れる。
【００３１】
（実施例６）
本発明の第６の実施例を図７を用いて説明する。なお、上記実施例５と同一構成部品には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
図７において、４６は吸気口１６の外側にファンケース１５と空間４７を残して密着して設けられたガイドケースであり、ファンケース１５とガイドケース４６の間の空間４７に駆動用半導体素子４５がガイドケース４６に密着して取り付けられている。本例では、このガイドケース４６はフレーム７の外側に位置した外筒４８と一体の構成を成している。４９は掃除機本体の集塵室との隔壁であり、５０は連通孔を示している。ガイドケース４６、外筒４８はそれぞれ流入する吸気流及び排気流によって冷却され、ガイドケース４６に取り付けられた駆動用半導体素子４５にとって放熱フィンとしての役目を果たす。すなわち駆動用半導体素子４５はガイドケース４６、外筒４８を介して効果的に冷却される。
【００３３】
ガイドケース４６の上面５１は吸気口１６に向かって隔壁４９からの距離が増大するように傾斜しているため、連通孔５０から流入した気流はこのガイドケース４６に沿ってなだらかに電動送風機へ流入し入口での損失が小さく抑えられる。又、駆動用半導体素子４５には直接気流が当たらないため、電気的なトラブルに対しての信頼性は高い。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の発明は、電動機をブラシレスタイプにし、インペラから送出される気流を流す通気路を外筒を設ける事により構成しているので、簡単な構造の通気路が実現でき、この通気路にフィルタを介在させ通気路内部でフィルタの下流側に外筒に固着して駆動用半導体素子を固定すれば、排気によって冷却される外筒が、駆動用半導体素子の放熱ファインとしての役目を果たし、しかもフィルタの下流側に位置するため、塵埃が駆動用半導体素子に付着する危険性も少なく、安全で信頼性の高い、コンパクトでしかも冷却特性に優れた駆動用半導体素子の冷却構成を有した電動送風機が実現できる。
【００３５】
本発明の請求項２記載の発明は、通気路を構成する外筒の外側に駆動用半導体素子を固着し、通気路側に冷却フィンを風の流れに沿って配置することにより、駆動用半導体素子の冷却特性により優れた、しかも排気流に対する圧損の小さい、コンパクトで信頼性の高い冷却構成を有する電動送風機が実現できる。
【００３６】
本発明の請求項３記載の発明は、通気路を構成する外筒の外側に駆動用半導体素子を固着し、通気路側に冷却フィンを風の流れに沿って配置し、その中の一部の冷却フィンを等間隔にフレームに当接するまで延ばし、しかも通気路の断面積が下流側にいくに従い大きくなるようにすれば、独立したディフューザが構成され、排気流の損失低減もでき、コンパクトで信頼性が高く、冷却性に優れ、しかも送風効率を改善できる冷却構成を有する電動送風機が実現できる。
【００３７】
本発明の請求項４記載の発明は、ファンケースを、外筒に直結したガイドケースで覆い、その空間にガイドケースに密着して駆動用半導体素子を固着すれば、外筒、ガイドケースを介して駆動用半導体素子が冷却され、しかも吸気が直接当たることなく信頼性の高い冷却構成が得られる。又、ガイドケース自身が吸気を整流する効果があり、送風効率も改善できる。このように、コンパクトで、冷却性能に優れ、信頼性の高い、しかも送風効率の改善が図れる冷却構成を有した電動送風機が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）本発明の第１の実施例を示す電動送風機のエアガイド、インペラ部の平面図
（ｂ）同電動送風機の一部破断正面図
（ｃ）同電動送風機の排気側からみた平面図
【図２】  同電動送風機の回転子周辺の断面図
【図３】  （ａ）本発明の第２の実施例を示す電動送風機の一部破断正面図
（ｂ）同電動送風機の排気側からみた平面図
【図４】  （ａ）本発明の第３の実施例を示す電動送風機の一部破断正面図
（ｂ）同電動送風機の排気側からみた平面図
【図５】  （ａ）本発明の第４の実施例を示す電動送風機の一部破断正面図
（ｂ）同電動送風機の排気側からみた平面図
【図６】  （ａ）本発明の第５の実施例を示す電動送風機の吸気側から見た平面図
（ｂ）同電動送風機の一部破断正面図
【図７】  （ａ）本発明の第６の実施例を示す電動送風機の吸気側から見た平面図
（ｂ）同電動送風機の一部破断正面図
【図８】  （ａ）従来の電動送風機の一部破断正面図
（ｂ）同電動送風機の回転子周辺の断面図
【符号の説明】
１  回転子
４  回転軸
５  固定子
７  フレーム
１２  インペラ
１３  エアガイド
１５  ファンケース
１６  吸気口
１８  外筒
１９  通気路
２０  駆動用半導体素子
２１  フィルタ
２５  外筒
２６  駆動用半導体素子
２８  外筒
２９  冷却フィン
３０  駆動用半導体素子
３１  外筒
３２  フレーム
３３  冷却フィン
３４  通気路
３５  端部
３６  駆動用半導体素子
３８  外筒
３９  シール兼支持部材
４５  駆動用半導体素子
４６  ガイドケース
４８  外筒
【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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