特許第6896083号(P6896083)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6896083商用車用のスクリュコンプレッサシステム
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6896083
(24)【登録日】2021年6月10日
(45)【発行日】2021年6月30日
(54)【発明の名称】商用車用のスクリュコンプレッサシステム
(51)【国際特許分類】
   F04C 28/28 20060101AFI20210621BHJP
   F04C 28/06 20060101ALI20210621BHJP
   F04C 29/02 20060101ALI20210621BHJP
   F04C 28/08 20060101ALI20210621BHJP
   B60T 17/00 20060101ALI20210621BHJP
【FI】
   F04C28/28 B
   F04C28/06 C
   F04C29/02 331Z
   F04C28/08 A
   B60T17/00 B
【請求項の数】6
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2019-536680(P2019-536680)
(86)(22)【出願日】2017年9月19日
(65)【公表番号】特表2019-536943(P2019-536943A)
(43)【公表日】2019年12月19日
(86)【国際出願番号】EP2017073581
(87)【国際公開番号】WO2018054879
(87)【国際公開日】20180329
【審査請求日】2019年5月13日
(31)【優先権主張番号】102016011508.4
(32)【優先日】2016年9月21日
(33)【優先権主張国】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】597007363
【氏名又は名称】クノル−ブレムゼ ジステーメ フューア ヌッツファールツォイゲ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】Knorr−Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス=ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100135633
【弁理士】
【氏名又は名称】二宮 浩康
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】ジル エブラール
(72)【発明者】
【氏名】ジャン−バプティスト マールスコ
(72)【発明者】
【氏名】イェアク メラー
(72)【発明者】
【氏名】トーマス ヴァインホルト
【審査官】 大瀬 円
(56)【参考文献】
【文献】 独国特許出願公開第03422398(DE,A1)
【文献】 特開2003−003981(JP,A)
【文献】 独国特許出願公開第102013114374(DE,A1)
【文献】 特開2015−078607(JP,A)
【文献】 中国特許出願公開第103913024(CN,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F04C 23/00−29/12
B60T 17/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
商用車用のスクリュコンプレッサシステム(100)であって、少なくとも1つのスクリュコンプレッサ(10)と、少なくとも1つのスクリュコンプレッサ駆動装置と、前記スクリュコンプレッサ(10)のケーシング(20)に設けられていて前記スクリュコンプレッサ(10)内の温度を監視する少なくとも1つの温度センサ(38)と、少なくとも1つの開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット(110)とを有しており、前記開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット(110)は前記スクリュコンプレッサ駆動装置と前記温度センサ(38)とに接続されており、前記開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット(110)は、前記温度センサ(38)から受け取った温度閾値信号に基づいて、前記スクリュコンプレッサ駆動装置を回転数に関して制御するように構成されており、前記スクリュコンプレッサ駆動装置の回転数により、前記スクリュコンプレッサ(10)の温度が影響を受けるようになっており、前記スクリュコンプレッサシステム(100)はオイル冷却のための熱交換器(74)を有しておらず、
前記スクリュコンプレッサ(10)のスクリュ(16,18)の出口側には、上昇管路(36)を備えた空気出口管路(34)が設けられ、前記上昇管路(36)の端部の領域には前記温度センサ(38)が設けられており、
前記開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット(110)は、前記スクリュコンプレッサ(10)とは別個の開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット(110)であり、
前記開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット(110)は、前記スクリュコンプレッサ(10)における予め規定された温度限界値の超過を知らせる温度閾値信号を受け取った際に、前記スクリュコンプレッサ駆動装置をオフにするように構成されている、
商用車用のスクリュコンプレッサシステム(100)。
【請求項2】
前記開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット(110)は、前記商用車の空気処理システムの構成部分である、請求項1記載のスクリュコンプレッサシステム(100)。
【請求項3】
前記開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット(110)は、前記商用車のエンジン制御装置または車両制御装置の構成部分である、請求項1記載のスクリュコンプレッサシステム(100)。
【請求項4】
前記開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット(110)は、記商用車の空気処理システムの構成部分とも、更には前記商用車のエンジン制御装置または車両制御装置の構成部分とも異なる、別個の開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット(110)である、請求項1記載のスクリュコンプレッサシステム(100)。
【請求項5】
前記開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット(110)は、前記スクリュコンプレッサ(10)における予め規定された温度限界値を下回ったことを知らせる温度閾値信号を受け取った際にのみ、前記スクリュコンプレッサ駆動装置をオンにすることができるように構成されている、請求項1からまでのいずれか1項記載のスクリュコンプレッサシステム(100)。
【請求項6】
前記スクリュコンプレッサシステム(100)は、前記ケーシング(20)に設けられていて、前記ケーシング(20)内のオイルのオイル温度を監視する温度調整弁(66)を有していない、請求項1からまでのいずれか1項記載のスクリュコンプレッサシステム(100)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも1つのスクリュコンプレッサと、このスクリュコンプレッサを駆動開ループ制御および/または駆動閉ループ制御するための少なくとも1つの開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニットとを有している、商用車用のスクリュコンプレッサシステムに関する。
【0002】
従来技術により既に、商用車用のスクリュコンプレッサが公知である。このような形式のスクリュコンプレッサは、例えば商用車のブレーキシステムのために必要な圧縮空気を準備するために使用される。
【0003】
この関連で特に、オイルが充填されたコンプレッサ、特にスクリュコンプレッサも公知であり、このようなコンプレッサでは、オイル温度の制御が課題である。オイル温度の制御は通常、オイルが充填されたコンプレッサおよびオイル循環路に温度調整弁を介して接続されている外部のオイルクーラを設けることにより実施される。この場合、オイルクーラは、互いに分離された2つの循環路を有する熱交換器であって、高温の流体、すなわちコンプレッサオイル用の第1の循環路と、冷却流体用の第2の循環路とが設けられている。冷却流体としては例えば、空気、凍結防止剤を含む混合水、またはその他のオイルを使用することができる。
【0004】
そしてこのオイルクーラは、管路またはホースを介してコンプレッサオイル循環路に接続されなければならず、オイル循環路は漏れに対して防護されていなければならない。
【0005】
さらに、この外部の容積には、オイルを充填しなければならないので、オイルの総量も増大される。これによりシステム慣性は増大される。さらに、オイルクーラは、周囲に存在している保持体、または別個の保持体によって、機械的に収納されて取り付けられなければならず、このことは付加的な取付け手段、ひいては構成スペースも必要とする。
【0006】
米国特許第4780061号明細書(US 4,780,061)により既に、組み込まれたオイル冷却部を備えたスクリュコンプレッサが公知である。
【0007】
さらに、独国特許出願公開第3717493号明細書(DE 37 17 493 A1)には、コンパクトなケーシング内に配置されたスクリュ圧縮機装置が開示されており、このスクリュ圧縮機装置は、スクリュコンプレッサの電気モータ上にあるオイルクーラを有している。
【0008】
冒頭で述べた形式のスクリュコンプレッサは例えば既に独国特許発明第102004060417号明細書(DE 10 2004 060 417 B4)により公知である。
【0009】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式のスクリュコンプレッサシステムを改良して、特に、スクリュコンプレッサの駆動開ループ制御および/または駆動閉ループ制御を簡単かつ確実に構成できるようにすることである。
【0010】
この課題は、本発明によれば、請求項1の特徴を備えた商用車用のスクリュコンプレッサシステムにより解決される。これによると、商用車用のスクリュコンプレッサシステムであって、少なくとも1つのスクリュコンプレッサと、少なくとも1つのスクリュコンプレッサ駆動装置と、少なくとも1つの温度センサと、少なくとも1つの開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニットとを有しており、開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニットはスクリュコンプレッサ駆動装置と温度センサとに接続されており、開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニットは、温度センサから受け取った温度閾値信号に基づいて、スクリュコンプレッサ駆動装置を回転数に関して制御するように構成されている、商用車用のスクリュコンプレッサシステムが設けられている。
【0011】
本発明の根底を成す思想は、スクリュコンプレッサ内の温度に依存して、スクリュコンプレッサ駆動装置を相応に制御することにより、スクリュコンプレッサシステムの温度管理を行うことができる、というものである。スクリュコンプレッサ駆動装置の回転数により、スクリュコンプレッサの温度も大きく影響を受ける。所定の温度に達すると、スクリュコンプレッサ駆動装置の回転数の適合により、温度を相応に上げるまたは下げることもできる。特に、スクリュコンプレッサシステムは比較的大きく形成されているので、スクリュコンプレッサ内に存在するオイル量に基づき、温度変化につながる所定の慣性が生じることが考えられる。さらに、通常は部分負荷運転または比較的僅かな負荷による運転のために設計されていて、常に全負荷運転で作動される必要がないスクリュコンプレッサシステムであることも考えられる。
【0012】
例えば、開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニットは、スクリュコンプレッサシステムの構成部分であってよい。これによりコンパクトな構造が形成され、外部の構成要素に関与する必要はない。
【0013】
基本的には、開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニットは、商用車の空気処理システムの構成部分であることも考えられる。この場合、簡単に一緒に使用することができる相応の制御装置が既に存在している。
【0014】
開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニットは、商用車のエンジン制御装置または車両制御装置の構成部分であることも考えられる。この場合も、商用車の既存の構成要素を利用することができる。
【0015】
しかしながら基本的には、開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニットは、別個の開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニットとして形成されていることも考えられる。これにより、例えば簡単な組み立ておよび簡単な交換もしくは簡単なアップグレードも可能である。
【0016】
さらに、開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニットは、スクリュコンプレッサにおける予め規定された温度限界値の超過を知らせる温度閾値信号を受け取った際に、スクリュコンプレッサ駆動装置をオフにするように構成されていることが考えられる。これにより、簡単かつ効果的に極めて短時間で、スクリュコンプレッサ内の温度低下を達成することができる。
【0017】
スクリュコンプレッサ駆動装置のオフにより達成されるスクリュコンプレッサの無作動状態では、スクリュコンプレッサ内でそれ以上熱は発生しないので、スクリュコンプレッサを冷却することができる。
【0018】
さらに、開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニットは、スクリュコンプレッサにおける予め規定された温度限界値を下回ったことを知らせる温度閾値信号を受け取った際にのみ、スクリュコンプレッサ駆動装置をオンすることができるように構成されていることが考えられる。基本的には、スクリュコンプレッサにおける予め規定された温度限界値を下回ったことを知らせる温度閾値信号は、開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニットによって受け取られる、スクリュコンプレッサ駆動装置のオフを発動する温度閾値信号とは異なっていてよい。しかしながらこれらの温度閾値信号は同一であってもよい。温度が高すぎる場合のスクリュコンプレッサの始動または再始動を阻止することにより、スクリュコンプレッサシステムもしくはスクリュコンプレッサにおける温度の簡単であると同時に確実な開ループ制御もしくは閉ループ制御が可能となる。
【0019】
スクリュコンプレッサシステムは温度調整弁を有していなくてよい。基本的には、開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニットを構成することにより、スクリュコンプレッサの温度管理を効果的に行うことができ、この場合、通常は温度調整弁を有しているオイル冷却回路の熱に応じた接続は不要である。したがって、スクリュコンプレッサシステムのこのような構成部分を省くことができる。
【0020】
基本的にはさらに、スクリュコンプレッサシステムはオイル冷却のための熱交換器も有していなくてよい。比較的高価なこのような構成部分を省くことにより全体として、スクリュコンプレッサシステムの構造を簡単にすることができる。
【0021】
本発明のさらなる詳細および利点は、図示した実施例につき詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】本発明によるスクリュコンプレッサの概略的な断面図である。
図2】本発明によるスクリュコンプレッサシステムを概略的に示す図である。
【0023】
図1には、本発明の実施例によるスクリュコンプレッサ10が概略的な断面図で示されている。
【0024】
スクリュコンプレッサ10は、このスクリュコンプレッサ10を、ここには図示されていない電気モータに機械的に取り付けるための取付けフランジ12を有している。
【0025】
しかしながら入力軸14は示されており、この入力軸を介して、電気モータからトルクが両スクリュ16および18のうちの一方に、すなわちスクリュ16に伝達される。
【0026】
スクリュ18はスクリュ16に噛み合っていて、スクリュ16によって駆動される。
【0027】
スクリュコンプレッサ10はケーシング20を有していて、このケーシング内に、スクリュコンプレッサ10の主要な構成要素が収容されている。
【0028】
ケーシング20にはオイル22が充填されている。
【0029】
スクリュコンプレッサ10のケーシング20の空気入口側には入口管片24が設けられている。この場合、入口管片24は、この入口管片にエアフィルタ26が配置されているように形成されている。さらに、空気入口管片24には半径方向で空気入口28が設けられている。
【0030】
入口管片24と、ケーシング20に入口管片24が取り付けられている個所との間の領域には、ばね荷重が加えられたバルブインサート30が設けられており、この場合、軸方向シールとして構成されている。
【0031】
このようなバルブインサート30は逆止弁として機能する。
【0032】
バルブインサート30の下流には、空気を両スクリュ16,18に供給する空気供給通路32が設けられている。
【0033】
両スクリュ16,18の出口側には、上昇管路36を備えた空気出口管34が設けられている。
【0034】
上昇管路36の端部の領域には温度センサ38が設けられており、この温度センサによってオイル温度を監視することができる。
【0035】
さらに、空気出口領域には、空気/オイル分離エレメント42のためのホルダ40が設けられている。
【0036】
空気/オイル分離エレメントのためのホルダ40は、(図1に示したような)組み付け状態で底面側の領域に、空気/オイル分離エレメント42を有している。
【0037】
さらに、空気/オイル分離エレメント42の内部には、相応のフィルタスクリーンもしくは公知の濾過およびオイル分離装置44が設けられているが、これについてはより詳しくは特記しない。
【0038】
空気/オイル分離エレメントのためのホルダ40は、組み付け状態および作動準備完了状態(すなわち図1に示したような状態)に関して中央上方領域に、空気出口開口46を有しており、この空気出口開口は逆止弁48および最低圧力弁50に通じている。 逆止弁48および最低圧力弁50は、組み合わせられた1つの共通の弁として形成されてもよい。
【0039】
逆止弁48に続いて、空気出口51が設けられている。
【0040】
空気出口51は、通常、相応に公知の圧縮空気消費器に接続されている。
【0041】
空気/オイル分離エレメント42内に存在する分離されたオイル22を再びケーシング20内に戻し案内するために、上昇管路52が設けられていて、この上昇管路は、空気/オイル分離エレメント42のためのホルダ40から出発して、ケーシング20内へ移行するところに、濾過および逆止弁54を有している。
【0042】
濾過および逆止弁54の下流では、ケーシング孔内にノズル56が設けられている。オイル戻し案内管路58は、スクリュ16またはスクリュ18のほぼ真ん中の領域に戻されて、このスクリュに再びオイル22を供給する。
【0043】
組み付け状態にあるケーシング20の底面領域には、オイル排出ねじ59が設けられている。オイル排出ねじ59を介して、相応のオイル排出開口が開かれ、この開口を介してオイル22を排出することができる。
【0044】
ケーシング20の下方領域には、オイルフィルタ62が取り付けられる付設部60も設けられている。ケーシング20内に配置されているオイルフィルタ入口通路64を介して、オイル22はまずは温度調整弁66に案内される。
【0045】
温度調整弁66の代わりに、ケーシング20内にあるオイル22のオイル温度を監視することができ、かつ目標値へと調整することができる開ループ制御装置および/または閉ループ制御装置が設けられてよい。
【0046】
次いで温度調整弁66の下流には、オイルフィルタ62のオイル入口があり、このオイルフィルタは、中央の戻し案内管路68を介してオイル22を再び、スクリュ18へと、またはスクリュ16へと戻し案内するが、軸14のオイル潤滑される軸受70にも戻し案内する。軸受70の領域にはノズル72も設けられていて、このノズルはケーシング20内で戻し案内管路68に連通して設けられている。
【0047】
クーラ74は付設部60に接続されている。
【0048】
ケーシング20の(組み付け状態に関して)上方領域には、ケーシング20内の高すぎる圧力を減圧することができる安全弁76が位置している。
【0049】
最低圧力弁50の手前に、放圧弁80に通じるバイパス管路78が位置している。空気供給通路32との接続によって制御されるこの放圧弁80を介して、空気入口28の領域に空気を戻し案内することができる。この領域には、示されていない空気抜き弁およびノズル(供給管路の縮径部)が設けられていてよい。
【0050】
さらに、ケーシング20の外壁にほぼ管路34の高さにオイルレベルセンサ82を設けることができる。このオイルレベルセンサ82は例えば、光学センサであってよく、センサ信号により、作動中に油面がオイルレベルセンサ82の上方にあるかどうか、またはオイルレベルセンサ82が露出していて、これにより油面が相応に低下しているかどうかを検知することができるように構成され、調整されている。
【0051】
このような監視との関連で、相応のエラー報知または警告をシステムの使用者に発する、もしくは伝えるアラームユニットを設けることもできる。
【0052】
図1に示されたスクリュコンプレッサ10の機能は以下の通りである:
空気は、空気入口28を介して供給され、逆止弁30を介してスクリュ16,18に到り、ここで空気は圧縮される。5〜16倍に圧縮された空気オイル混合物は、スクリュ16,18を出た後、出口管34を通って上昇管路36を介して上昇し、温度センサ38へと直接吹き付けられる。
【0053】
まだ部分的にオイル粒子を含む空気は、次いで、ホルダ40を介して空気/オイル分離エレメント42へと案内され、相応の最低圧力に達すると空気出口管路51へと到る。
【0054】
ケーシング20内に存在するオイル22は、オイルフィルタ62を介して、かつ場合によっては熱交換器74を介して作動温度に保持される。
【0055】
冷却が不要な場合は、熱交換器74は使用されず、オンにもされていない。
【0056】
相応のスイッチオンは、温度調整弁66を介して行われる。オイルフィルタ62における浄化後、オイルは管路68を介してスクリュ18にまたはスクリュ16に供給されるが、軸受70にも供給される。スクリュ16またはスクリュ18には、戻し案内管路52,58を介してオイル22が供給され、この場合、オイル22の浄化は、空気/オイル分離エレメント42内で行われる。
【0057】
図示されていない電気モータのトルクは、軸14を介してスクリュ16に伝達され、このスクリュ16はスクリュ18に噛み合っており、この電気モータを介してスクリュコンプレッサ10のスクリュ16,18は駆動される。
【0058】
詳しくは図示されていない放圧弁80に基づいて、作動準備状態で例えばスクリュ16,18の出口側に形成される高圧が、供給管路32の領域で閉じ込められることがなく、特にコンプレッサの始動時に供給管路32の領域には常に低い入口圧が、特に大気圧が存在していることが保証される。さもないと、コンプレッサの始動により最初に、駆動モータに過剰に負荷をかける極めて高い圧力がスクリュ16,18の出口側に発生してしまう恐れがある。
【0059】
図2には概略図で、図1に示したスクリュコンプレッサ10を有している本発明によるスクリュコンプレッサシステム100が示されている。
【0060】
スクリュコンプレッサシステム100はさらに、開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット110を有しており、この制御ユニットは、温度センサ38と、スクリュコンプレッサ10のスクリュ16,18の駆動装置と、(トルクを入力軸14に伝達する、図示されていない電気モータと)に接続されている。
【0061】
開ループ制御ユニットおよび閉ループ制御ユニット110はこの場合、スクリュコンプレッサ10の構成部分として形成されている。
【0062】
しかしながら基本的には、開ループ制御ユニットおよび閉ループ制御ユニット110が、商用車の図示されていない空気処理システムの構成部分、商用車のエンジンまたは車両制御装置の構成部分、または別個の開ループ制御ユニットおよび閉ループ制御ユニット110として形成されていることを想定することができる。
【0063】
開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット110は、温度センサ38から受け取った温度閾値信号に基づいて、スクリュコンプレッサ駆動装置を回転数に関して制御するように構成されている。
【0064】
この場合、特に、開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット110は、スクリュコンプレッサ10における予め規定された温度限界値の超過を知らせる温度閾値信号を受け取った際に、スクリュコンプレッサ駆動装置をオフにすることが想定されている。
【0065】
スクリュコンプレッサ10における予め規定された温度限界値を下回ったことを知らせる温度閾値信号が、温度センサ38から開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット110に伝えられて初めて、スクリュコンプレッサの始動が再び可能となる。
【0066】
簡単なインプリメンテーション(実装)を可能とするために、スクリュコンプレッサ10のオンおよびオフのための温度限界値は好適には同一のものとして選択される。
【0067】
しかしながら基本的にはこのために異なる限界値を設定することも考えられる。
【0068】
温度限界値は、例えば通常の作動温度を約10〜30%上回るものとして選択することができる。
【0069】
図2に示した構成により、スクリュコンプレッサシステム100もしくはスクリュコンプレッサ10は温度調整弁66および熱交換器74をもはや有していなくてよい、ということが可能となる。
【符号の説明】
【0070】
10 スクリュコンプレッサ
12 取付けフランジ
14 入力軸
16 スクリュ
18 スクリュ
20 ケーシング
22 オイル
24 入口管片
26 エアフィルタ
28 空気入口
30 バルブインサート
32 空気供給通路
34 空気出口管
36 上昇管路
38 温度センサ
40 空気/オイル分離エレメントのためのホルダ
42 空気/オイル分離エレメント
44 フィルタスクリーンもしくは公知の濾過もしくはオイル分離装置
46 空気出口開口
48 逆止弁
50 最低圧力弁
51 空気出口
52 上昇管路
54 濾過および逆止弁
56 ノズル
58 オイル戻し案内管路
59 オイル排出ねじ
60 付設部
60a 外側リング
60b 内側リング
62 オイルフィルタ
64 オイルフィルタ入口通路
66 温度調整弁
68 戻し案内管路
70 軸受
72 ノズル
74 クーラ、熱交換器
76 安全弁
78 バイパス管路
80 放圧弁
82 オイルレベルセンサ
100 スクリュコンプレッサシステム
110 開ループ制御ユニットおよび/または閉ループ制御ユニット
図1
図2