(57)【要約】【課題】異常な設置状態における長時間の使用によりボビンにクラックが生じても、高圧巻線とコア間にスパークの発生を防止し、ＵコアＩコア間のギャップのばらつきを抑え、トランス特性の安定化を図る。【解決手段】コアは一次巻線または高圧巻線または一次巻線と高圧巻線の両方と対向する部分についてあらかじめボビンに挿入する前に絶縁物で覆る構成にするとともに、ボビンのクラックによる高圧巻線とコア間の高圧スパークを防止する構造とするとともに、ＵコアとＩコアを絶縁物で全周覆い、かつ、両コアの対向する面の絶縁物の厚みを一定に作ることにより、両コア間のギャップを一定にでき、昇圧トランスの特性をバラツキの無い安定したものにすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流するとともに、高周波化するインバータ部と、前記インバータ部により出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧ダイオードを含む高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンとを有し、前記昇圧トランスはアース電位に接続されたＵコアと該Ｕコアに対面しているＩコアを中心とした同心円上にボビンを隔てて外側にインバータ部側の一次巻線と昇圧側の高圧巻線が平行に周回されており、前記ＵコアおよびＩコアは全周を絶縁物で覆ってから前記昇圧トランス本体に挿入した高周波加熱装置。
【請求項２】
前記ＵコアとＩコアの対向する面の絶縁物の厚みは一定にした上で前記昇圧トランス本体に挿入した請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
前記Ｕコアを覆う絶縁物には高圧側巻線側の対向する部分について、前記高圧側巻線から前記一次側巻線間距離の最小値よりも高圧側巻線からの距離が近い位置にスリット部を設け、前記Ｕコアと高圧巻線間にあり絶縁の役割を担う前記ボビンが破壊し、絶縁性能が低下した場合に通常使用電圧では前記高圧巻線と前記コア間の高圧スパークを防止する構造とするとともに、異常電圧が発生した場合でも高圧側巻線から必ずＵコアのスリット部にスパークし、一次巻線側にはスパークしない請求項１または２に記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
前記キャップ状の絶縁物の材料は、前記ボビンの材料と同じ材料の樹脂を使用する構成にした請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
前記キャップ状の絶縁物の材料は、前記ボビンの材料と異なる材料の樹脂を使用する構成にした請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジ等の高周波加熱装置に用いられるインバータ電源用高圧トランスに関する技術であり、特にインバータの性能と安全性とを高める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ方式の高周波加熱装置としては、プリント基板にトランスを実装したトランスユニットを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、上記インバータ方式の高周波加熱装置におけるトランスユニットの回路構成を示すブロック構成図である。
【０００４】
図６において、商用電源１１からの交流は整流回路１３によって直流に整流される。整流された電圧は、整流回路１３の出力側のチョークコイル１４と平滑コンデンサ１５で平滑され、インバータ回路１０２の入力側に与えられる。
【０００５】
制御回路２９により、インバータ回路１０２中の半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）１７をオン／オフするよう制御されることで、昇圧トランス１８の１次側に所望の高周波（２０〜５０ｋＨｚ）の双方向電流が流れる。
【０００６】
この昇圧トランス１８の１次側に発生する高周波電力が昇圧トランス１８で昇圧され、２次側に高圧の高周波電力が発生する。昇圧トランス１８の２次側には、高圧ダイオード１９１、１９２と高圧コンデンサ１９３、１９４とからなる倍電圧全波整流方式の高圧回路１９が接続され、マグネトロン１０のアノード、カソード間に高圧直流電圧（例えば、−４ｋＶ）が印加される。
【０００７】
また、昇圧トランス１８のもう一つの高圧巻線（ヒータ巻線）５からマグネトロン１０のカソード（フィラメント）１２１に電力が供給され、加熱されたカソードから電子が発生し、アノードに到達することによって、マイクロ波エネルギーが加熱室内の被加熱物に照射される（図示せず）。
【０００８】
また制御回路２９は、コネクタ２６を通して高周波加熱装置の制御部からの指令に基づきインバータ１０２を制御する。このように、制御回路２９は、ＩＧＢＴ１７のオン／オフ制御により、２次側への電力供給を制御し、マグネトロン１０からの出力マイクロ波の強度を制御する。
【０００９】
図８は、従来のトランスユニットに実装された昇圧トランス１８の構造を示す概略断面図である。図８に示すように、上記のトランスユニットに用いられる昇圧トランス１８は、一次巻線３、高圧巻線４、及びヒータ巻線５が同心円状に巻かれたボビン２を有し、このボビン２の中心に、Ｕコア１とＩコア３９とが差し込まれた構造となっている。
【００１０】
高圧巻線４は、所定の昇圧比が得られるよう、一次巻線の約１０倍のターン数を有する。Ｕコア１はトランスの動作安定化および安全のためにアースされている。
【００１１】
また、Ｕコア１とＩコア３９との間には、ボビン２の一部から突出する樹脂製のギャップスペーサ３８が設けられている。
【特許文献１】特開２００４−３０４１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図７（Ａ）、（Ｂ）は昇圧トランス１８の主な構成要素の位置関係を示した簡略図であり、図７（Ａ）はコアの高さが長い場合、図７（Ｂ）はコアの高さが短い場合の例である。
【００１３】
Ｕコア１とＩコア３９は対向してボビン２の中に挿入されており、前記ＵＩコア１と３９を中心とした同心円上に前記ボビン２を隔てて外側に平行に一次巻線（Ｐ巻線）３と高圧巻線（Ｓ巻線）４が巻かれている。
【００１４】
Ｕコア１とＩコア３９はボビン２に挿入されているがボビン２外壁部５０（Ｕコア側）、５１（Ｉコア側）に当てて中に挿入されている。そもそもコアは鉄・マンガンなどの磁性材料を一定の寸法で固め焼成して完成させているが焼成時収縮するので出来上がりの寸法精度が悪い。よってＵコア１とＩコア３９の向き合っている隙間（ギャップ）ｇ５２の寸法ばらつきが大きくなる。
【００１５】
ギャップｇ５２のばらつきが大きいと昇圧トランス１８のインダクタンスのばらつきが大きくなり、前記昇圧トランス１８の性能や特性が悪くなるという課題を有していた。図７（Ａ）ではギャップｇ５２が小さくなり、図７（Ｂ）ではギャップｇ５２が大きくなる。
【００１６】
一方、図８において、この昇圧トランス１８高周波加熱時は通電するので一次巻線３や高圧巻線４、マグネトロン１０（図６）のカソード部（フィラメント）を暖めるヒータ巻線５は発熱するので、昇圧トランス１８は温度上昇する。高周波加熱終了後は発熱がストップするので昇圧トランス１８の温度は下がっていく。
【００１７】
すなわち、昇圧トランス１８は温度上昇と下降を繰り返す、いわゆる温度サイクルを繰り返すわけであるが、この時昇圧トランス１８を構成する材料が徐々にではあるが熱疲労で劣化していく。
【００１８】
通常使用状態では問題にならない劣化の進行ではあるが、高周波加熱装置の設置条件や使用条件で想定できないような悪い条件で異常使用をされた場合や、冷却部品用の他部品の故障時には、たとえば家具の中の上下左右奥の５面にくっつけて置いたりして、高周波加熱装置の給排気口が塞がれてしまうといった時や、あるいは高周波加熱装置の冷却ファンのモータコイル部が断線してしまい、冷却ファンが動作不能となるといったトラブル発生時、図８のようにボビンにクラック７が発生したりする懸念が出てくる。
【００１９】
昇圧トランス１８のボビン２部分にクラック７が生ずると高圧巻線４とアースに接続されたＵコア１部分間には約３０００Ｖの高圧がかかっており、空間距離が比較的大きくないのでスパークが発生する（拡大構造部分）。
【００２０】
スパークがあると、図６における高圧回路１９部分が電気的に大きく変化し、その影響でインバータ回路部分１０２も大きく変動し、この変化を検出して安全また部品保護の目的で高周波加熱を停止する。よってスパークの発生もこの時停止する。
【００２１】
しかしながら、使用者が再度高周波加熱を行おうとするとまたスパークが発生し、またこれを検知・停止を繰り返すようになる。さらにこれを繰り返すと、図８に示すように高圧巻線４の部分が異常発熱し絶縁破壊を起こし、レアショート状態になって、そのレアショート部分でさらに発熱が増し、発煙・発火が発生したりして、使用者にとって非常に不安感を与えるとともに不安全な状況にもなりうる。
【００２２】
ボビン２の劣化を防ぎ、寿命を伸ばす方法またはスパークを発生させない方法としては、高圧巻線４とＵコア１の距離をもっと大きくとる、または、高圧巻線４の外装の絶縁厚みを増し耐圧を高くする方法もある。
【００２３】
しかし、昇圧トランス１８の形状が大きくなり省スペースではなくなり、使用者の利便性を損なう。しかもコスト高ともなり、これも使用者の利便性に反するものとなる。
【００２４】
またＵコア１のアースをとらないようにすれば、クラック７が発生しても高圧巻線４コア１間にスパークは発生しないが、逆にボビン２のクラックがどんどん進行しいたるところでクラックまたは穴が開き始めると、今度は一次巻線３と高圧巻線４間でスパークが発生するようなことになる。
【００２５】
この時、もし使用者が高周波加熱装置のアースをとっていなかった場合、使用者が高周波加熱装置に触れたとき高圧感電するという大変な危険な状況になる。
【００２６】
この最悪の状況を回避するため、Ｕコア１のアースをとりボビン２のクラックや穴開きが発生しても、高圧巻線４からは必ず距離が一番近いＵコア１にスパークが飛ぶような一次巻線とのボビン２の距離・構造とする。
【００２７】
すなわち、高圧巻線とＵコア１との最短距離をｄ１、高圧巻線と一次巻線との最短距離をｄ２とすると、ｄ１＜＜ｄ２の位置関係でボビン設計を施し、かつ一次巻線と高圧巻線間には隔壁を２重に設けるなどして、クラックや穴開き発生で直接一次巻線と高圧巻線間がスパークする確率を低めるような実質はありえないような安全構造にもしている。
【００２８】
そこで本発明は、上記課題を解決するもので、ＵコアＩコア間のギャップばらつきを低く抑えトランスの特性を安定化させるとともに、異常使用、異常設置状態、超長期間の使用により、ボビンが熱疲労しクラックが発生して高圧巻線とコア間にスパークし、最終的に高圧巻線が絶縁破壊を起こし、レアショート状態になって、そのレアショート部分でさらに発熱が増し、発煙・発火が発生したりして、使用者に非常に不安感を与えたりまた不安全な状況になることを確実に防止する装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、交流電源を整流するとともに、高周波化するインバータ部と、前記インバータ部により出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧ダイオードを含む高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンとを有し、前記昇圧トランスはアース電位に接続されたＵコアと該Ｕコアに対面しているＩコアを中心とした同心円上にボビンを隔てて外側にインバータ部側の一次巻線と昇圧側の高圧巻線が平行に周回されており、前記ＵコアおよびＩコアは全周を絶縁物で覆ってから前記昇圧トランス本体に挿入したものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、絶縁物であらかじめ覆いかつＵコアＩコアそれぞれ対向する面側の絶縁物の厚みを一定値に管理することで両コア間のギャップばらつきを低く抑えトランスの特性を安定化させるとともに、超長期間の異常使用または設置と長期間の使用によりボビンにクラックが発生して高圧巻線とコア間にスパークし、最終的に高圧巻線が絶縁破壊を起こしレアショート状態になり、そのレアショート部分でさらに発熱を増し発煙・発火が発生したりして、使用者に非常に不安感をまた不安全な状況なることをコアがボビンとは別のもうひとつ追加の絶縁物で覆うことにより防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
第１の発明は、交流電源を整流するとともに、高周波化するインバータ部と、前記インバータ部により出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧ダイオードを含む高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンとを有し、前記昇圧トランスはアース電位に接続されたＵコアと該Ｕコアに対面しているＩコアを中心とした同心円上にボビンを隔てて外側にインバータ部側の一次巻線と昇圧側の高圧巻線が平行に周回されており、前記ＵコアおよびＩコアは全周を絶縁物で覆ってから前記昇圧トランス本体に挿入したものである。
【００３２】
第２の発明は、第１の発明において、前記ＵコアとＩコアの対向する面の絶縁物の厚みは一定にした上で前記昇圧トランス本体に挿入したものである。
【００３３】
第３の発明は、第１または２の発明において、前記Ｕコアを覆う絶縁物には高圧側巻線側の対向する部分について、前記高圧側巻線から前記一次側巻線間距離の最小値よりも高圧側巻線からの距離が近い位置にスリット部を設け、前記Ｕコアと高圧巻線間にあり絶縁の役割を担う前記ボビンが破壊し、絶縁性能が低下した場合に通常使用電圧では前記高圧巻線と前記コア間の高圧スパークを防止する構造とするとともに、異常電圧が発生した場合でも高圧側巻線から必ずＵコアのスリット部にスパークし、一次巻線側にはスパークしないものである。
【００３４】
第４の発明は、第１から３の発明のいずれかにおいて、前記キャップ状の絶縁物の材料は、前記ボビンの材料と同じ材料の樹脂を使用するものである。
【００３５】
第５の発明は、第１から３の発明のいずれかにおいて、前記キャップ状の絶縁物の材料は、前記ボビンの材料と異なる材料の樹脂を使用するものである。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係るマグネトロン駆動電源（インバータ）のブロック構成図は、従来のもの（図６）と同一であるので、その説明を省略する。また、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３７】
（実施の形態）
本発明の実施の形態にかかる昇圧トランス１８のＵコアとＩコアの構造を図１に示す。あらかじめ樹脂など絶縁物５５で覆われたＵコア１とＩコア３９は対向してボビンの中に挿入されており、Ｕコア１とＩコア３９の対向する面の絶縁物の厚みは一定にした上で昇圧トランス本体に挿入し互いの先端が当っている構造とした。
【００３８】
Ｉコア４６Ｕコア４７はコア高さが低い場合でＩコア４８Ｕコア４９はコア高さが高い場合であるが、どちらも対向する面の絶縁物の厚みを一定にしているので、Ｕコア４７や４９とＩコア４６や４８の向き合っている隙間（ギャップ）は、Ａ１＋Ｂ１でどちらも一定である。
【００３９】
図３に示すように、ボビン２本体に挿入する時、ボビン２に当っている面（Ｕコアの場合４５、Ｉコアの場合４４）もボビンとの勘合時の隙間が出ないように一定高さ（寸法）としている。
【００４０】
すなわち、Ｕコアの場合は図１ではＡ２、ＩコアではＢ２と一定としている。コア高さの違いは図１のＡ３やＢ３の寸法で、Ａ３やＢ３部分の絶縁物の厚みの厚い薄いで調整している。これによりコア高さのバラツキがあっても特性上重要な管理値となるギャップ寸
法Ａ１＋Ｂ１が一定にできる。
【００４１】
図２は、全周を絶縁物で覆ったＵコア１とＩコア３９をトランスボビン２に挿入した時の構造図（図１の補足）であり、Ｕコア１Ｉコア３９の対向面のギャップがコアの寸法バラツキにかかわらず一定であることを図示している。
【００４２】
図３も本発明になる昇圧トランス１８の主な構成要素の位置関係を示した簡略図（図１と図２を組み合わせた説明用の簡略図）で、図３（Ａ）はＵコア１とＩコア３９の高さが長い場合、図３（Ｂ）はＵコア１とＩコア３９の高さが低い場合である。どちらの場合でもボビン２の中に挿入され対向している面のギャップｇ５２は一定になることを図示している。
【００４３】
また、昇圧トランス１８の構造を図２と図４に示している。図２と図４は同じ内容（構造）であるが、通常時が図１でクラック発生時が図４である。図６において、インバータ部１０２側の１次巻線３と昇圧側の高圧巻線４がＵコア１とＩコア３９を中心とした同心円上にボビン２を隔てて外側に平行に所定の昇圧比（巻線比）が得られるよう約１０倍のターン数で周回され、Ｕコア１は昇圧トランスの動作安定化（雑防）および安全のためにアース電位に接続されている。
【００４４】
図４において、この昇圧トランス１８は、高周波加熱時には通電するので一次巻線３や高圧巻線４マグネトロン１０（図６）のカソード部（フィラメント）を暖めるヒータ巻線５は発熱するので昇圧トランス１８は温度上昇する。高周波加熱終了後は発熱がストップするので昇圧トランス１８の温度は下がっていく。
【００４５】
すなわち昇圧トランス１８は温度上昇と下降を繰り返す、いわゆる温度サイクルを繰り返すわけであるが、この時昇圧トランス１８を構成する材料が徐々にではあるが劣化していく。
【００４６】
通常使用状態では問題にならない劣化の進行ではあるが、高周波加熱装置の設置条件や使用条件で想定できないような悪い条件で異常使用をされた場合や冷却部品用の他部品の故障時には、たとえば家具の中の上下左右奥の５面にくっつけて置いたりして高周波加熱装置の給排気口が塞がれてしまうといった時や、高周波加熱装置の冷却ファンのモータコイル部が断線してしまい、冷却ファンが動作不能となるといったトラブル発生時に、図４のようにボビンにクラック７が発生したりする懸念が出てくる。
【００４７】
ただし、昇圧トランス１８のボビン２部分にクラック７が生じて高圧巻線４とアースに接続されたコア１部分間に約３０００ｖの高圧がかかってもコア１を周回して囲うようにキャップ状の絶縁物６が存在するのでスパークが発生しない（拡大構造部分）。
【００４８】
よって従来のようにクラック７部分を通じてスパークが何回も発生し高圧巻線４の部分が異常発熱し絶縁破壊をしレアショート状態になってそのレアショート部分でさらに発熱を増し発煙・発火が発生したりし使用者にとって非常に不安感を与えたり不安全な状況にはならないよう回避できる。
【００４９】
コアの全周を覆った絶縁物６は高圧が印加されしかも高い温度に発熱する巻線３や４に接触しているボビン２に近接しているため、絶縁性能の高いしかも湿度や温度環境や寿命の長い安定した材料が望ましい例えばボビン２に使用する樹脂の材料とは違うアラミド紙や高耐圧性能の絶縁テープを使っている。
【００５０】
すなわち材料が異なることにより熱変化したときの温度膨張係数や熱伝導度が違うので
熱応力による急な熱変化での材料の熱疲労のリスクを減らすことができるからである。どちらかの絶縁性能が劣化により大きく悪くなってももう一方の材料で守ることができるからである。
【００５１】
一方では絶縁物６とボビン２の材料を同じにして熱変化したときの温度膨張係数の違いによる影響を減らすこともできる。両材料を同じにするか異なるものにするかは使用目的や構造によって最適な選択をする。
【００５２】
図５において、Ｕコア１の全周を覆っている絶縁物６には途中の位置にスリット４０があり、ボビン２からＵコア１のスリット４０までの距離（図では距離b）はボビン２にクラックが発生しても高圧巻線４からＵコア１に高圧放電しない距離３２以上（図では距離a）とし、高圧巻線４から一次巻線３までの距離３０（図では距離ｃ＋距離ｄ）または３１（図では距離ｅ）の経路以下としている。すなわち、ａ＜ｂ＜ｃ＋ｄ、および、ａ＜ｂ＜ｅである。
【００５３】
これはあくまで万が一の場合であるが、ボビン２のクラックが頻発し一次側（巻線）と高圧側（巻線）が短絡し、使用者が高圧感電することを、高圧側からＵコア１（アース電位）の距離間隔をコントロールすることにより絶対阻止することを目的にしている。感電の安全確保を昇圧トランス１８からの発煙・発火に優先している。その理由は、高周波加熱装置使用時は使用者が必ず近傍におり発煙・発火に気づき拡大被害にならない為である。
【００５４】
また一方従来の構造である図８のＵコア１と対向するＩコア３９のギャップ精度、すなわち、両コア間の隙間距離は、インダクタンスなど昇圧トランス１８の特性を左右する重要なファクターであるが、従来はボビン２の一部から延長した突起樹脂部分でギャップスペーサ３８を形成し、Ｕコア１、Ｉコア３９間のギャップ距離を確定させている。
【００５５】
しかしながら、ボビン２から延長し形成したギャップスペーサ３８は樹脂の流れが疎になりやすく、その厚みばらつきは大きく結果としてトランスの特性のばらつきに大きい影響を与えるという課題があった。
【００５６】
そのため、本発明の昇圧トランスの構造である図１、２では、ボビン２の成形とは独立した絶縁物６でコアを覆い、対向するＵコア１とＩコア３９のギャップをあらかじめ一定の厚みにする構造なので、Ｕコア１、Ｉコア３９間のギャップばらつきを一定にし、昇圧トランス１８の特性を安定化させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、電子レンジ等のように、食品を加熱する高周波加熱装置に適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態に係るトランスＵコアとＩコアの組み合わせ構造図
【図２】全周を絶縁物で覆ったＵコア１とＩコア３９をトランスボビン２に挿入した時の構造図
【図３】本発明になる昇圧トランスの主な構成要素の位置関係図
【図４】本発明の実施に係る昇圧トランスの構造図（クラック部分の拡大図含む）
【図５】コア全周を覆った絶縁物に設けたスリット位置の構成説明図
【図６】従来および本発明実施の高周波加熱装置の制御部分の回路構成図
【図７】従来の昇圧トランスの主構成要素の位置関係図
【図８】従来の昇圧トランスの構造図（クラック部分の拡大図含む）
【符号の説明】
【００５９】
１  Ｕコア
２  ボビン
３  一次巻線
４  高圧巻線
５  ヒータ巻線
６  キャップ状の絶縁物（形状例１）
７  ボビンクラック部
８  高周波加熱装置
９  インバータユニット基板
１０  マグネトロン
１１  商用電源
１３  ダイオードブリッジ
１４  チョークコイル
１５  平滑コンデンサ
１６  共振コンデンサ
１７  パワートランジスタ（ＩＧＢＴ）
１８  昇圧トランス
１９  倍電圧全波整流回路
２７  コントロール基板（高周波加熱装置制御部基板）
２９  インバータ制御回路
３３  加熱室
３５  被加熱物
３８  ボビンから延長した突起樹脂部分でギャップスペーサ
３９  Ｉコア
４０  （放電用）スリット
４４  Ｉコアのボビン本体に挿入する時のボビンに当っている面
４５  Ｕコアのボビン本体に挿入する時のボビンに当っている面
４６  高さが低いＩコア
４７  高さが低いＵコア
４８  高さが高いＩコア
４９  高さが高いＵコア
５０  Ｉコアのボビン本体に挿入する時のボビン２に当っている面
５１  Ｕコアのボビン本体に挿入する時のボビン２に当っている面
５２  両コアの対向している面のギャップｇ
５５  コアを覆う絶縁物
１０１  整流フィルター部
１０２  インバータ部  
１２１  マグネトロンカソード（ヒータ）
１９１、１９２  高圧ダイオード
１９３、１９４  高圧コンデンサ
１９７  コアアース板
【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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