JP5813132B2 - 電磁クラッチ及び電磁クラッチのアーマチャ製造方法 - Google Patents
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Description
電磁クラッチは、電磁力により動力の伝達、もしくは非伝達を選択して行なうことができ、たとえば図19に示すように、電磁コイル1の磁力によりアーマチャ(armature)2をロータ(rorter)3へ吸引することで、アーマチャ2とロータ3とを一体に結合させて動力の伝達を行うように構成されている(例えば、特許文献1参照。)。図示の構成例では、アーマチャ2の半径方向幅が2分割され、かつ、ロータ3の半径方向幅が3分割されることにより、アーマチャ2とロータ3との接触面(ギャップ)4は、半径方向に4分割されたものとなる。なお、以下の説明では、接触面4のロータ3側についてはアーマチャ接触面4aと呼び、アーマチャ2側についてはロータ接触面4bと呼ぶことにする。
また、アーマチャ2の半径方向についても、たとえば図20(b)に示すように、溝幅をbとした溝7により内周部2a及び外周部2bに2分割されている。そして、アーマチャ2側の溝7についても、内周部2a及び外周部2bを繋ぐブリッジ8により、円周方向が複数に分断されている。この場合のアーマチャ2は、板状素材から打ち抜き加工により作製される。
溝5、7は、よく知られているように、磁束又は磁気を遮断するために形成されており、磁気ギャップとも称される。
この問題に対して、アーマチャ2とロータ3の接触面積を増大させることが考えられる。そのためには、アーマチャ2及びロータ3の外径を大きくすればよいが、電磁クラッチの外径寸法が大きくなるため好ましくない。
一つ目の形態は、始めに、アーマチャ素材に磁気ギャップとなる、打ち抜きにより、幅の広い溝を形成する。次に、その溝の周囲に押圧力を付与することで、溝の幅を狭くする。つまり、溝の周囲に塑性流動を起こさせることで溝の幅を狭くし、その分だけアーマチャとロータの接触面積を増大させるのである。打ち抜きで形成するのは幅の広い溝であるから、剛性の高い打ち抜き型を用いることができるので、打ち抜き型の負担を抑えることができる。
二つ目の形態は、始めに、溝の形成が予定され領域に押圧力を付与することで、アーマチャ素材に局部的に薄肉化された領域を形成する。次に、打ち抜きにより磁気ギャップとなる幅の狭い溝を形成する。当該領域は、薄肉化されているので、打ち抜き型への抵抗が小さい。したがって、幅が狭く剛性の低い打ち抜き型を用いても、付与される負担を抑えることができる。
以上の通りであり、二つの形態ともに、量産において幅の狭い溝を無理なく成形できる。
この電磁クラッチは、アーマチャのロータ接触面に形成された溝が、溝の幅方向の中央に向けて塑性流動されたアーマチャの周縁により区画され、この周縁は、ロータ接触面と面一であることを特徴とする。
このアーマチャは、塑性流動されたアーマチャの周縁である被押圧部は、その周囲よりも厚さが薄い、という形状的な特徴を備えている。
このアーマチャは、上述した一つ目の形態によるものである。
一つ目の形態によれば、溝の幅を狭くすることで、アーマチャ及びロータの外径を大きくすることなく、アーマチャとロータの間の吸引力を増加できる。しかも、素材作製工程においては、打ち抜き型の剛性が不足しない範囲で打ち抜きにより幅w1の溝を形成すればよいのでコストの上昇を伴わず、その後の押圧力を付与する狭小化加工は低コストで済むから、本発明によれば、コストの上昇を最小限に抑えることができる。
押込み型及び下型を用いて押圧力を付与する場合、アーマチャを支持する下型の支持面は、アーマチャの被押圧部に対応する部位に窪みが形成されていてもよいし、アーマチャの被押圧部に対応する部位を含め平坦に形成されていてもよい。
図1は、電磁クラッチを備えたスクロール型圧縮機の構成例を示す縦断面図である。このスクロール型圧縮機(圧縮機)10は、フロントハウジング11とリアハウジング12とを備え、これらフロントハウジング11とリアハウジング12とをボルト(図示せず)により一体的に締め付け固定したハウジング13を備えている。
なお、メイン軸受15とサブ軸受16との間には、メカニカルシール(リップシール)19が設けられており、これによってハウジング13内と大気との間を気密にシールしている。
また、偏心ピン14cには、バランスブッシュ20及びドライブ軸受21を介して、旋回スクロール部材22が連結されており、クランク軸14が回転されることにより、旋回スクロール部材22が旋回駆動されるようになっている。
ハウジング13の内部には、スクロール型圧縮機構23を構成する一対の固定スクロール部材24と旋回スクロール部材22が組み込まれている。
固定スクロール部材24は、固定端板24aと、この固定端板24aから立設された渦巻き状ラップ24bとを備えており、一方、旋回スクロール部材22は、旋回端板22aと、この旋回端板22aから立設された渦巻き状ラップ22bとを備えている。
また、旋回スクロール部材22は、フロントハウジング11に形成されているスラスト受け面11bに旋回端板22aの背面が支持されており、このスラスト受け面11bと旋回スクロール部材22の背面との間に介装される自転阻止用ピンリング機構27により、旋回スクロール部材22は、自転を阻止されながら固定スクロール部材24に対して公転旋回駆動されるように構成されている。
なお、これらピン穴11c及びリング穴22cは、周方向に複数箇所、一般的には3ないし4箇所(本実施形態では4箇所)設けられている。
また、固定スクロール部材24の固定端板24aの背面には、リアハウジング12の内面に密接されるようOリング等のシール部材(図示せず)が設置され、リアハウジング12との間でハウジング13の内部空間(密閉空間)から区画された吐出チャンバー29が形成されている。これにより、吐出チャンバー29を除くハウジング13の内部空間が、吸入チャンバー30として機能するようになっている。
なお、フロントハウジング11とリアハウジング12との間の接合面には、Oリング等のシール部材31が設置され、ハウジング13内の吸入チャンバー30を大気から気密にシールしている。
また、本実施形態の電磁クラッチMは、たとえば図2、図3(b)に示すように、ロータ43の半径方向が幅aとした2本の溝(内周溝)45A、溝(外周溝)45Bにより3分割され、内周リング43a、中央リング43b及び外周リング43cを形成している。そして、2本の溝45A、45Bは、内周リング43a、中央リング43b及び外周リング43cを繋ぐブリッジ51A、51Bにより、円周方向が複数箇所で分断されている。ブリッジ51A、51Bにより分割された溝45A、45Bは、それぞれが溝幅をaとする同一幅の円弧を形成している。
ここで、第一接触面A1、第二接触面A2、第三接触面A3、第四接触面A4は、その吸引力が均等になるよう、その環状のエリアの面積が互いにほぼ等しくなるように溝44、45A、45Bを形成するのが好ましい。また、アーマチャ42とロータ43とが互いに吸引したときの回転トルクに対する力を高めるために、第一接触面A1、第二接触面A2、第三接触面A3、第四接触面A4のうち、最外周の第四接触面A4の面積が最大となるようにしても良い。
以下、この溝44の幅を狭くする狭小化加工の第1実施形態を図5、図6に基づいて説明する。
図5、図6に示すように、溝44の幅を狭くするために、押込み型60及び下型70を用意する。
押込み型60は、図6に示すように、中空円筒状をなしており、軸線方向の一端側に押圧部61が形成される。押圧部61は、径方向の中央部を頂部とする山形状に形成されている。
下型70は、リング状をなしており、支持面71に窪み72が形成されている。窪み72は周方向に沿って形成されており、幅方向の中央部を頂部とする山形状に窪んでいる。
押込み型60及び下型70は、図5(a)に示すように、突出の頂点と窪みの頂点とを一致させ、かつ、これら頂点とアーマチャ42(アーマチャ素材)の溝44の幅方向の中央が一致するように配置されて、溝44の狭小化加工をアーマチャ42に施す。なお、図5(a)は、理解を容易にするために、アーマチャ42を下型70から離して示しているが、狭小化加工を行なう前に、アーマチャ42は下型70に載せられる。
押込み型60及び下型70は、JIS SKD11に代表される冷間金型用鋼、及び冷間金型用鋼と同等以上の強度、耐摩耗性を備えた材料で構成される。これら材料は、アーマチャ42を構成する磁性材料に比べて、硬度及び強度が高い。
そのために、下型70により支持されたアーマチャ42に対して押込み型60を下降させる(図5(b))。押込み型60の押圧部61がアーマチャ42の表面に触れ、さらに押込み型60を下降させると、押圧部61に接する溝44の周囲の被押圧部47は、押込み型60と下型70に挟まれて加圧力を受けて厚さがt1より薄いt2になる。被押圧部47は薄肉化された分だけ溝44の幅方向の中央に向けて延びる。このように被押圧部47が塑性流動を起こすことで狭小化された溝44は、塑性流動された被押圧部47、つまりアーマチャ42の周縁により区画され、その幅w2は例えば0.5〜1.5mm程度とされる。
次に、狭小化加工の第2実施形態を、図7、図8に基づいて説明する。なお、第1実施形態と同じ構成部分には、図7、図8に図5、図6と同じ符号を付して、その説明を省く。
第2実施形態は、押込み型60、下型70に加えて、押さえ型80を用いる。押さえ型80は、円柱状の内筒部81と、中空円筒状の外筒部82と、を備え、内筒部81は外筒部82の内部に同軸状に配置される。押込み型60は、内筒部81と外筒部82の間に配置され、内筒部81と外筒部82に対して、軸線方向に摺動可能に配置される。つまり、押込み型60と押さえ型80は、各々独立して昇降が可能である。なお、内筒部81の外径と押込み型60の内径は、及び、外筒部82の内径と押込み型60の外径は、この摺動を許容する寸法に仕上げられる。また、押さえ型80も、押込み型60、下型70と同様の材料で構成すればよい。
次に、押さえ型80と下型70でアーマチャ42を拘束したままで、押込み型60を下降させてアーマチャ42の溝44の周囲を薄肉化することで溝44の幅を狭くする。この狭小化加工の作用は第1実施形態と同じである。
狭小化加工の際に、アーマチャ42が押込み型60で押圧されると、被押圧部47及びその周囲に溝44よりも矢印yで示す外側への力が加わり、被押圧部47及びその周囲には外側(矢印y)に向けて逃げが生じる。そうすると、塑性流動により得られる溝44の狭小化の一部が相殺される。そこで第2実施形態は、この逃げを生じさせないように、押さえ型80と下型70でアーマチャ42を平面方向に機械的に拘束するのである。このように、第2実施形態によると、狭小化加工の際の塑性流動の向きを溝44の中央に可能な限り限定することで、溝44の狭小化をより確実なものにする。
(1)押さえ型80と下型70によるアーマチャ42の拘束力向上
押さえ型80(内筒部81、外筒部82)がアーマチャ42と接触する押圧面83、84の面粗度を大きくするか、又は、下型70がアーマチャ42と接触する支持面71の面粗度を大きくする。前述したように、押さえ型80及び下型70は、通常、アーマチャ42よりも高硬度である。したがって、面粗度を大きくすることで形成される表面の凹凸がアーマチャ42に接触することで、各々とアーマチャ42の間の摩擦力が大きくなり、狭小化加工の際の拘束力を大きくすることができる。もちろん、押圧面83、84及び支持面71の両者の面粗度を大きくすることができる。アーマチャ42の面粗度を大きくしても、以上と同様の効果が期待できる。
拘束力を大きくする手段は、面粗度を大きくすることに限らない。例えば、押圧面83、84及び支持面71の少なくとも一方に微小な突起を設けると、この突起がアーマチャ42に食い込むので、面粗度を大きくするのと同様の効果が期待できる。
アーマチャ42の被押圧部47は、狭小化加工の際に、矢印yで示す外側への力が強いと、溝44の周囲に座屈が生じ、塑性流動が妨げられるおそれがある。これを防止するためには、平面方向の拘束力を大きくして、被押圧部47が下向きに加工されやすくすることが好ましい。そこで、押込み型60の押圧部61の表面は、アーマチャ42に対する摩擦係数を上げることが推奨される。そのためには、押圧部61の表面の表面粗度を大きくする、あるいは、摩擦係数の大きい材料を被覆する、という手段を適用できる。
一方、下型70の窪み72の表面の摩擦係数を下げると、被押圧部47の窪み72での変形が容易になり、所期の塑性流動が得られやすい。したがって、当該部位の表面粗度を小さくする、当該部位に潤滑剤を塗布する、あるいは、摩擦係数の低い材料、例えばフッ素樹脂で被覆する、という手段を適用することができる。
このように、押圧部61の表面よりも窪み72の表面の摩擦係数を相対的に下げることが第1実施形態において好ましい。
以上説明した第1(第2)実施形態は、以下説明するように、その要素を変更することができる。
(1)下型70の支持面71の形状
上記実施形態の下型70は、支持面71に窪み72を設けているが、これは本発明において必須ではない。つまり、図9に示すように、下型70の支持面71の全面を平坦な面のみで構成することができる。
そうすることにより、上記実施形態では必要な狭小化加工の後の突出部分の除去工程を省くことができる。また、アーマチャ42に対する押圧力の平面方向、特に外向き(図中のyの向き)の成分が小さくなり、塑性流動を内側に優先的に向けることができる利点がある。
(2)押込み型60の押圧部61
上記実施形態の押圧部61は、下向きに突出する形状を有しているが、図10に示すように、平坦な押圧部61とすることもできる。
押圧部61が平坦だと、下型70の支持面71の全面を平坦にするのと同様に、アーマチャ42に対する押圧力の平面方向、特に外向きの成分が小さくなり、塑性流動を内側に優先的に向けることができる。
(3)被押圧部47の流動(変形)規制
本実施形態は、被押圧部47に塑性流動が生じる結果、溝44の幅を狭くすることができるが、無秩序に幅が狭小化されるのを避けることが望ましい。そのために、図11に示すように、押圧部61の頂部から突出する変位規制体63を設けることができる。変位規制体63は、ブリッジ50に対応する位置を除いて、押圧部61の頂部に沿って円弧状に形成される。
変位規制体63は、狭小化加工の際に、図11(b)に示すように、アーマチャ42の溝44の内部に挿入されることで、平面方向の内側への被押圧部47の変形を規制する。
なお、変位規制体63は、ここでは押込み型60に設ける例を示したが、以下に説明するように下型70に設けてもよいし、押込み型60及び下型70とは独立した部材とすることもできる。
特に下型70は、狭小化加工時に、窪み72の底部72aに応力が集中する。そこで、図12(a)に示すように、窪み72の底部72aで径方向に分割し、分割された位置よりも内側に配置される内型70aと、分割された位置よりも外側に配置される外型70bとで下型70を構成するとで、応力集中による亀裂発生を回避することができる。
この場合、図12(b)に示すように、上記(3)の変位規制体63と同じ機能を果たすリング状の変位規制体70cを、内型70aと外型70bの間に設けることもできる。この変位規制体70cが欠損した場合には、それだけを交換すれば足りるので、下型70全体を交換するのに比べてコスト低減に寄与する。
図13(a)に示すように、上型に相当する押し込み型60と同様に突状の押圧部66を備える下型65を用いることができる。
上・下の型ともに突状の押圧部61、66を備える場合、図13(b)に示すように狭小化された窪み42cが、アーマチャ42の表裏両面に形成される。そこで、図13(c)に示すように、いずれか一方の面は、窪み42cがなくなるように、表面を研磨などして平坦面にする。
以上では、溝が当初より形成されたアーマチャ素材を用い、溝の周囲を押圧することで幅の狭い溝を実現しているが、本発明はこの手法に限らず、幅の狭い溝を備えるアーマチャを作製できる。第3実施形態は、アーマチャ素材42rの溝の形成が予定される領域及びその周囲を薄肉化した後に、打ち抜き型を用いて溝を形成することを要旨とする。以下、第3実施形態を、図14、図15に基づいて説明する。なお、第1実施形態と同じ構成部分には、同じ符号を付して、その説明を省く。
薄肉化工程は、押し込み型90と、下型95と、押さえ型80とを用いて行なわれる。
押し込み型90は、中空円筒状をなしており、軸線方向の一端側に押圧部91が形成される。押圧部91は、内周縁及び外周縁を除く中央部を頂部とする形状に形成されている。
下型95は、第1実施形態の下型70の窪み72の代わりに、下型95の厚さ方向に延びるスリット96が形成されている。スリット96は下型95の周方向に沿って形成されている。
押込み型90と下型95は、押圧部91の幅方向中央とスリット96の幅方向中央が一致するように相対的な位置が定められている。
押さえ型80は、第2実施形態と同様に、内筒部81及び外筒部82とを備える。
また、第3実施形態は、打ち抜き工程が最終工程になるので、その後に加工を施すことなく、溝44について高い寸法精度が得られる。
上型100は、図15に示すように、内側から順に配列される内筒部101、中筒部102及び外筒部103と3つの要素からなる。中筒部102は、内筒部101及び外筒部103に対して、独立して昇降が可能とされる。
薄肉化工程においては、図15(a)に示すように、内筒部101、中筒部102及び外筒部103が同期してアーマチャ素材42rに対して動作することで、薄肉部48を形成する。
打ち抜き工程においては、内筒部101、中筒部102及び外筒部103を一旦上昇させてアーマチャ素材42rから退避させたのちに、図15(b)に示すように、中筒部102を下降して打ち抜きを行う。つまり、中筒部102は打ち抜き型として機能する。
第4実施形態は、第3実施形態と同様に、アーマチャ素材42rの溝の形成が予定される領域及びその周囲を薄肉化した後に、打ち抜き型を用いて溝を形成することを要旨とする。以下、第4実施形態を、図16〜18に基づいて説明する。なお、第1実施形態および第3実施形態と同じ構成部分には、同じ符号を付して、その説明を省く。
薄肉化工程は、押し込み型110と、下型115とを用いて行われる。
押し込み型110は、中空円筒状をなしており、軸線方向の一端側に押圧部111が形成される。押圧部111は、平坦な面を有する形状に形成することができ、また、径方向の中央部を頂部とする形状に形成することもできる。
下型115は、径方向に分割し、分割された位置よりも内側に配置される内型115aと、分割された位置よりも外側に配置される外型115bとで構成される。内型115aと外型115bは、薄肉化工程においては互いに接触しているが、打ち抜き工程においては互いの間にスペース116が形成されるように構成されている。
押込み型110と下型115は、押圧部111の幅方向中央とスペース116の幅方向中央が一致するように相対的な位置が定められている。
また、第4実施形態においても、打ち抜き工程が最終工程になるので、その後に加工を施すことなく、溝44について高い寸法精度が得られる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。例えば、押込み型60は一体的に形成されているが、周方向に分割した型とすることもできる。
また、溝44の周囲の被押圧部47に塑性流動が生じる結果、狭小化加工後にはブリッジ50が狭くなることが想定される。そこで、狭小化加工に供される素材段階のアーマチャ42は、ブリッジ50の寸法を設計値よりも広くしておくことが好ましい。
41 電磁コイル
42 アーマチャ(アーマチャ素材)
42a 内周リング
42b 外周リング
42c 窪み
42r アーマチャ素材
43 ロータ
43a 内周リング
43b 中央リング
43c 外周リング
44,45A 溝
46 ロータ接触面
46a ロータ接触面
46b アーマチャ接触面
47 被押圧部
48 薄肉部
60,90,110 押込み型
61,91,111 押圧部
63 変位規制体
65 下型
66,111 押圧部
70,95,115 下型
70a,115(a) 内型
70b,115(b) 外型
70c 変位規制体
71 支持面
72 窪み
80,120 押さえ型
81,121 内筒部
82,122 外筒部
83 押圧面
96 スリット
98,117 打ち抜き型
116 スペース
130 隆起
・ M 電磁クラッチ
Claims (15)
- アーマチャのロータ接触面が、当該アーマチャと同心状に形成された磁束遮断用の環状の溝によって、径方向に複数のリング形状に分割され、
電磁コイルの磁力により前記アーマチャをロータの接触面に吸引し、前記アーマチャと前記ロータとを一体結合させて動力を伝達する電磁クラッチにおいて、
前記アーマチャの前記ロータ接触面に形成された前記溝は、
前記溝の幅方向の中央に向けて塑性流動された前記アーマチャの周縁により区画され、
前記周縁は、前記ロータ接触面と面一である、
ことを特徴とする電磁クラッチ。 - 塑性変形された前記アーマチャの前記周縁は、その周囲よりも厚さが薄い、
請求項1に記載の電磁クラッチ。 - アーマチャのロータ接触面が、当該アーマチャと同心状に形成された磁束遮断用の環状の溝によって、径方向に複数のリング形状に分割され、
電磁コイルの磁力により前記アーマチャをロータの接触面に吸引し、前記アーマチャと前記ロータとを一体結合させて動力を伝達する電磁クラッチにおいて、
前記アーマチャは、
前記ロータ接触面に形成された前記溝が、前記溝の幅方向の中央に向けて塑性流動された前記アーマチャの周縁により区画され、前記周縁は、前記ロータ接触面と面一であり、
前記アーマチャは、
前記溝の形成が予定される領域である被押圧部に押圧力を付与することで、アーマチャ素材に局部的に薄肉部を形成する薄肉化工程と、
前記薄肉部を打ち抜き型で打抜いて前記溝を形成する打ち抜き工程と、
を経て作製され、
前記薄肉化工程における前記押圧力は、
下型の支持面に支持された前記アーマチャ素材に、前記被押圧部に対応する押圧部を備える押込み型を押し付けることにより付与され、
前記下型には、前記押込み型を押し付けることで前記アーマチャ素材に生ずる塑性流動を受け入れるスリットが形成されていることを特徴とする電磁クラッチのアーマチャの製造方法。 - 前記押込み型は、その一部が前記打ち抜き型を兼ねる分割構造をなしている、
請求項3に記載のアーマチャの製造方法。 - アーマチャのロータ接触面が、当該アーマチャと同心状に形成された磁束遮断用の環状の溝によって、径方向に複数のリング形状に分割され、
電磁コイルの磁力により前記アーマチャをロータの接触面に吸引し、前記アーマチャと前記ロータとを一体結合させて動力を伝達する電磁クラッチにおいて、
前記アーマチャは、
幅がw1とされた前記溝が形成されたアーマチャ素材を得る素材作製工程と、
前記アーマチャ素材の前記溝の周囲の被押圧部に、押圧力を付与して前記アーマチャ素材の平面方向に塑性流動を起こさせることで、前記溝の幅をw1よりも小さいw2に狭小化する狭小化加工工程と、
を経て作製されることを特徴とする電磁クラッチのアーマチャの製造方法。 - 前記狭小化加工工程における前記押圧力は、
下型の支持面に支持された前記アーマチャに、前記被押圧部に対応する押圧部を備える押込み型を押し付けることにより付与される、
請求項5に記載のアーマチャの製造方法。 - 前記下型の前記支持面は、
前記アーマチャの前記被押圧部に対応する部位に窪みが形成されている、
請求項6に記載のアーマチャの製造方法。 - 前記下型の前記支持面は、
前記アーマチャの前記被押圧部に対応する部位を含め平坦に形成されている、
請求項5に記載のアーマチャの製造方法。 - 前記狭小化加工工程において、
前記押込み型の周囲に設けられる押さえ型と、前記下型と、により挟むことで前記アーマチャを拘束しながら、前記押込み型により前記押圧力を前記被押圧部に付与する、
請求項6〜8のいずれか一項に記載のアーマチャの製造方法。 - 前記被押圧部に対応する部位を除いて、
前記下型の前記支持面、及び、前記押込み型の周囲に設けられる押さえ型が前記アーマチャと接触する面の一方又は双方に、摩擦力増加処理が施されている、
請求項6に記載のアーマチャの製造方法。 - 前記押込み型の前記押圧部、及び、前記下型における前記被押圧部に対応する部位の一方又は双方に、摩擦力低減処理が施されている、請求項6に記載のアーマチャの製造方法。
- 前記押込み型の前記押圧部は、
前記アーマチャとの接触部位が、湾曲又は平坦な形状をなしている、
請求項6に記載のアーマチャの製造方法。 - 前記下型は、
前記窪みの底部で分割され、
分割された位置よりも内側に配置される内型と、
分割された位置よりも外側に配置される外型と、からなる、
請求項7に記載のアーマチャの製造方法。 - 前記狭小化加工工程において、前記アーマチャの前記溝の内部に挿入されることで、平面方向の内側への被押圧部の変形を規制する変位規制体を設ける、請求項5に記載のアーマチャの製造方法。
- 前記狭小化加工工程の後に、前記被押圧部が属する表面、及び、前記ロータの前記接触面に対向する面の一方又は双方を平坦に加工する、
請求項6に記載のアーマチャの製造方法。
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