(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ部とロータ部とを複数本の支柱により結合して構成された可変コンデンサであって、
前記ステータ部は、
断面形状がほぼ正方形とされた絶縁性の誘電体板と、
該誘電体板の一面に取り付けられた円筒状とされた金属製のステータ導体とを備え、
前記ロータ部は、
前記誘電体板とほぼ同形状とされ、一面に軸受が設けられている金属製のアース板と、
前記軸受に形成されているネジに螺合されて、前記アース板に対して出没自在とされたネジ部と、該ネジ部から延伸されている径が大きくされた中央部と、該中央部から延伸されている径が細くされた先端部とを有する金属製とされている回転調整軸と、
一端が閉じた円筒状とされ、前記回転調整軸における前記中央部とほぼ同軸に配置され、前記中央部を覆うように前記回転調整軸に固着された金属製のロータ導体とを備え、
前記誘電体板と前記アース板とが所定間隔で対面するように、前記誘電体板と前記アース板との四隅を前記支柱によりそれぞれ結合させた際に、前記ステータ導体が、前記ロータ導体と前記中央部との間の空間内にほぼ同心円状に非接触で配置されると共に、前記先端部が、前記誘電体板のほぼ中央に形成されている摺動孔内に挿通されて軸支され、前記回転調整軸を回転させることにより、前記ロータ導体および前記中央部と前記ステータ導体との対向面積が変化して静電容量が変化することを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項２】
前記軸受に所定間隙を持って対面して設けられると共に、前記ネジ部に螺合するリング状とされたロック用リングが前記軸受にロック用ネジで取り付けられており、該ロック用ネジを締着することにより、前記ネジ部が前記軸受に対して回転できないようロックされることを特徴とする請求項１記載の可変コンデンサ。
【請求項３】
金属製のケース内に、請求項１または２記載の第１可変コンデンサと第１共振用コイルとが直列に接続された第１ヘリカル型共振回路と、請求項１または２記載の第２可変コンデンサと第２共振用コイルとが直列に接続された第２ヘリカル型共振回路とが収納されており、
入力信号が供給される前記第１ヘリカル型共振回路と、出力信号を出力する前記第２ヘリカル型共振回路とが電磁気的に結合していることを特徴とするバンドパスフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高耐電圧の可変コンデンサおよびバンドパスフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、静電容量が可変できるコンデンサとしては種々のものが知られているが、半導体を用いたものとしては、可変容量ダイオード（バリキャップ）がある。可変容量ダイオードは、直流制御電圧に伴う接合容量の変化を利用して、可変静電容量を得ている。また、機構部品からなる可変コンデンサとしては、対向する半円板形の金属板を回転させて静電容量を変化させるバリアブルコンデンサ（通称バリコン）や、金属円筒内に金属棒を挿入する構造のシリンダー型トリマーコンデンサ等がある。
ところで、近年の通信においてはアナログからデジタルへの移行が加速しており、π／４シフトＱＰＳＫや６４ＱＡＭ等のデジタル変調が主流となっている。これらのデジタル変調波は従来のアナログ変調波に比べピーク電力が大きく、必然的に瞬時の電圧も高いと言う特徴がある。特にそれらを複数多重化した場合にはより顕著となる。従って、送信装置のフィルタ等に内蔵されている可変コンデンサには、送信電力に耐える耐電圧特性が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−４５７８５号公報
【特許文献２】特開平６−６１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バリコンやシリンダー型トリマーコンデンサは、家電用電気機器や受信機器用のものは多数市販されている。バリコンはステータに対してロータを０°〜約１８０°の間で回転させることにより静電容量を可変としていることから、静電容量の微調を行うことが困難であった。また、シリンダー型トリマーコンデンサでは、複数回回転可能とされて静電容量を可変していることから静電容量の微調を行うことができるが、送信用で特に高耐電圧とするには電極間の間隔を広げるように大型化することになる。しかし、シリンダー型トリマーコンデンサを大型化すると、ロータの回転時に芯ぶれを起こしやすく安定して静電容量を可変することができないと云う問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、大きな送信電力に耐え得る安定して静電容量を可変することができる構造の可変コンデンサおよびバンドパスフィルタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の可変コンデンサは、断面形状がほぼ正方形とされた絶縁性の誘電体板と、該誘電体板の一面に取り付けられた円筒状とされた金属製のステータ導体とを備えるステータ部と、前記誘電体板とほぼ同形状とされ、一面に軸受が設けられている金属製のアース板と、前記軸受に形成されているネジに螺合されて、前記アース板に対して出没自在とされたネジ部と、該ネジ部から延伸されている径が大きくされた中央部と、該中央部から延伸されている径が細くされた先端部とを有する金属製とされている回転調整軸と、一端が閉じた円筒状とされ、前記回転調整軸における前記中央部とほぼ同軸に配置され、前記中央部を覆うように前記回転調整軸に固着された金属製のロータ導体とを備えるロータ部とからなり、前記誘電体板と前記アース板とが所定間隔で対面するように、前記誘電体板と前記アース板との四隅を支柱によりそれぞれ結合させた際に、前記ステータ導体が、前記ロータ導体と前記中央部との間の空間内にほぼ同心円状に非接触で配置されると共に、前記先端部が、前記誘電体板のほぼ中央に形成されている摺動孔内に挿通されて軸支され、前記回転調整軸を回転させることにより、前記ロータ導体および前記中央部と前記ステータ導体との対向面積が変化して静電容量が変化することを最も主要な特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転調整軸の回転機構によりアース板と誘電体板の間をロータ導体が移動でき、ステータ導体との間に一定のギャップを保って対向面積が変化するため、所望の可変静電容量特性を得ることができる。この時のギャップやロータ導体およびステータ導体の長さを任意に選択できることから、高耐電圧で大容量の可変コンデンサを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例の可変コンデンサの構成を示す正面図、側面図、背面図である。
【図２】本発明の実施例の可変コンデンサの構成を示す分解組立図である。
【図３】本発明の実施例の可変コンデンサにおけるロータ部の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例の可変コンデンサにおけるステータ部の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例の可変コンデンサにおける最小容量の状態の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例の可変コンデンサにおける最大容量の状態の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施例の可変コンデンサを使用した本発明の実施例のバンドパスフィルタの構成を示す平面図、側面図、正面図、背面図である。
【図８】本発明の実施例のバンドパスフィルタの等価回路図である。
【図９】本発明の実施例のバンドパスフィルタのリターンロス特性および減衰量の周波数特性を示す図である。
【図１０】本発明の実施例のバンドパスフィルタの他のリターンロス特性および減衰量の周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施例の可変コンデンサの構成を図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に、分解組立図を図２に示す。図１（ａ）は本発明にかかる可変コンデンサの構成を示す正面図であり、図１（ｂ）は本発明にかかる可変コンデンサの構成を示す側面図であり、図１（ｃ）は本発明にかかる可変コンデンサの構成を示す背面図である。
図１（ａ）〜（ｃ）および図２に示すように、本発明にかかる可変コンデンサ１はステータ部２とロータ部３とを備え、ステータ部２の誘電体板１０とロータ部３のアース板２０とが対向して配置されるように、その間を４本の支柱１６で結合した構成とされている。本発明にかかる可変コンデンサ１を説明する前に、ステータ部２およびロータ部３の構成について説明する。
【００１０】
ロータ部３の構成を図３（ａ）〜（ｄ）に示す。図３（ａ）はロータ部３の構成を示す正面図であり、図３（ｂ）はロータ部３の構成を示す側面図であり、図３（ｃ）はロータ部３の構成を断面図で示す側面図であり、図３（ｄ）はロータ部３の構成を示す背面図である。
これらの図に示すように、ロータ部３は一辺が長さＨ１とされている断面形状がほぼ正方形とされた所定の厚みの金属製のアース板２０を有しており、アース板２０の一面から断面形状が円形の軸受２１が突出して形成されている。アース板２０および軸受２１のほぼ中央にはネジが切られたネジ穴が形成されており、アース板２０の四隅にはそれぞれ挿通孔２０ａが形成され、挿通孔２０ａの間にそれぞれネジが切られた取付穴２０ｃが形成されている。アース板２０および軸受２１に形成されたネジ穴には金属製とされた回転調整軸２３においてネジが形成されているネジ部２３ａが螺合されて、回転調整軸２３を回転させることにより、回転調整軸２３はアース板２０に対して出没自在とされている。ネジ部２３ａの端部に形成された溝部２４ｄは、マイナスドライバー等を係合して回転調整軸２３を回転させるための溝とされている。
【００１１】
ネジ部２３ａから延伸している中央部２３ｂは外径がφ２とされてネジ部２３ａより径が大きくされており、中央部２３ｂからさらに先端部２３ｃが延伸されて形成されている。先端部２３ｃの外径は中央部２３ｂより細くされている。そして、一端が閉じた円筒状とされているロータ導体２２の閉じた面のほぼ中央にネジが切られたネジ穴が形成されており、このネジ穴に回転調整軸２３のネジ部２３ａを螺合して中央部２３ｂとネジ部２３ａとの境界に、ロータ導体２２を螺着している。この際に、中央部２３ｂを覆うようにロータ導体２２が配置されるようになる。ロータ導体２２の内径はφ２とされて、長さはＬ３とされている。
【００１２】
次に、ステータ部２の構成を図４（ａ）〜（ｄ）に示す。図４（ａ）はステータ部２の構成を示す正面図であり、図４（ｂ）はステータ部２の構成を示す側面図であり、図４（ｃ）はステータ部２の構成を断面図で示す側面図であり、図４（ｄ）はステータ部２の構成を示す背面図である。
これらの図に示すように、ステータ部２は一辺が長さＨ１とされてアース板２０と同様とされ、その断面形状がほぼ正方形とされた所定の厚みの絶縁性の誘電体板１０を有している。そして、誘電体板１０は例えば三フッ化樹脂等の耐熱性に優れた絶縁材料により作成されている。誘電体板１０のほぼ中央に円形の摺動孔１０ａが形成されており、四隅にはそれぞれネジが挿通される嵌挿孔１０ｂが形成されている。摺動孔１０ａには、回転調整軸２３の先端部２３ｃが挿通可能とされている。
【００１３】
また、誘電体板１０の一面に円筒状とされた金属製のステータ導体１５が配置され、誘電体板１０の他面には金属製のリング状電極１１が配置されている。ステータ導体１５の内径はφ３とされ外径はφ４とされており、その長さはＬ５とされている。内径φ３は回転調整軸２３における中央部２３ｂの外径φ２より大きく、外径φ４はロータ導体２２の内径φ１より小さくされており、長さＬ５はロータ導体２２の長さＬ３より若干短くされている。リング状電極１１に形成された４つの挿通孔にそれぞれ挿通されたネジ１３は、摺動孔１０ａの周囲に形成されている誘電体板１０における４つの挿通孔にそれぞれ挿通されて、ステータ部２の円筒状の壁部に軸方向に形成された４つのネジ穴にそれぞれ螺着されている。これにより、誘電体板１０の一面にステータ導体１５が固着される。なお、ネジ１３の一本にはラグ端子１２を挿通した後にリング状電極１１に挿通され、リング状電極１１にラグ端子１２が電気的に接続されている。ラグ端子１２は、可変コンデンサ１から他の部品へ配線するための端子である。
【００１４】
次に、本発明にかかる可変コンデンサ１の組み立て工程について図２を参照して説明する。
まず、ステータ部２の四隅に形成されている嵌挿孔１０ｂのそれぞれに金属製の支柱の先端に形成されている細径部１６ａを嵌挿し、ネジ１４にスプリングワッシャ１７および平ワッシャ１８を挿通して細径部１６ａから支柱１６にネジ１４を螺合していく。これにより、４本の支柱１６が誘電体板１０の一面に固着される。次いで、ロータ部３をステータ部２に挿入していく。この際に、回転調整軸２３の先端部２３ｃが誘電体板１０に形成された摺動孔１０ａに挿通されると共に、回転調整軸２３の中央部２３ｂとロータ導体２２との間の空間に非接触でステータ導体１５が挿入されるようになる。
【００１５】
そして、アース板２０の四隅に形成された挿通孔２０ａに皿ネジ２６をそれぞれ挿通して支柱１６の他端にそれぞれ螺着する。これにより、ステータ部２の誘電体板１０にロータ部３のアース板２０が対面するように、ステータ部２にロータ部３を４本の支柱１６により固着することができる。さらに、中央にネジが切られたネジ穴が形成されたロック用リング２４をネジ部２３ａの端部から螺合していき、軸受２１とロック用リング２４とを所定間隙を持って対面させる。次いで、４本のロック用ネジ２５のそれぞれにスプリングワッシャ２７を挿通して、ロック用リング２４のネジ穴の周囲に形成された挿通孔にそれぞれ挿通し、軸受２１の周辺部に形成されているネジ穴２１ａにそれぞれ螺合させる。ロック用ネジ２５を緩めている場合は、回転調整軸２３を自由に回転させることができるが、ロック用ネジ２５を締着すると回転調整軸２３がロック用リング２４の作用によりロックされて回転させることができないようになる。
【００１６】
このようにして組み立てられた可変コンデンサ１が図１に示す構成の可変コンデンサ１とされる。図１に戻り、ロック用ネジ２５を緩めておいて、回転調整軸２３の溝部２４ｄにマイナスドライバ等の先端を係合して、回転調整軸２３を右回転させていくとロータ導体２２が誘電体板１０側に移動していき、ステータ導体１５との対向面積が増加して静電容量が増加していくようになる。また、回転調整軸２３を左回転させていくとロータ導体２２がアース板２０側に移動していき、ステータ導体１５との対向面積が減少して静電容量が低減していくようになる。この際に、回転調整軸２３の先端部２３ｃは誘電体板１０に形成されている摺動孔１０ａにより軸支され、ネジ部２３ａは軸受２１により軸支されることから、回転調整軸２３は芯振れを起こすことなく回転できるようになる。従って、本発明にかかる可変コンデンサ１においては、静電容量を安定して可変することができるようになる。静電容量を調整した後は、ロック用ネジ２５を締着しておく。
【００１７】
ここで、本発明にかかる可変コンデンサ１における最小容量の状態の構成を側面図および断面で示す側面図で図５（ａ）（ｂ）に示す。これらの図に示す状態では、回転調整軸２３を回転させることによりロータ導体２２の閉じた面がアース板２０に接触するまで右側に移動されており、ステータ導体１５とロータ導体２２とはほぼ対面していない状態とされている。この状態においても、回転調整軸２３の先端部２３ｃは摺動孔１０ａに軸支されていることが分かる。
また、本発明にかかる可変コンデンサ１における最大容量の状態の構成を側面図および断面で示す側面図で図６（ａ）（ｂ）に示す。これらの図に示す状態では、回転調整軸２３を回転させることによりロータ導体２２の開放されている先端面が誘電体板１０に接触するまで左側に移動されており、ステータ導体１５とロータ導体２２との対向面積が最も大きい状態とされている。
【００１８】
次に、本発明にかかる可変コンデンサ１の寸法例について説明する。可変コンデンサ１における誘電体板１０の外面からアース板２０の外面までの長さＬ１は例えば約４９ｍｍとされ、誘電体板１０の内面からアース板２０の内面までの長さＬ２は例えば約４２ｍｍとされる。また、誘電体板１０およびアース板２０の一辺の長さＨ１は約４６ｍｍとされる。さらに、ステータ導体１５の内径φ３は約１４ｍｍ、外径φ４は約２４ｍｍ、長さＬ５は約１８ｍｍとされ、ロータ導体２２の内径φ１は約２７ｍｍ、長さＬ３は約２２ｍｍとされている。さらに、回転調整軸２３の中央部２３ｂの外径φ２は約１０ｍｍとされている。このような寸法とされた可変コンデンサ１において、図５に示す状態の最小容量は約１ｐＦとなり、図６に示す状態の最大容量は約１２ｐＦと大きな可変容量範囲となる。また、耐電圧試験の結果、スパーク開始電圧は５０００Ｖ以上となり、市販されている可変コンデンサにおいては耐電圧が５００〜１０００Ｖであるのに対して、本発明にかかる可変コンデンサ１の耐電圧特性は大幅に改善されている。
【００１９】
次に、本発明にかかる可変コンデンサ１を使用した本発明の実施例のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５０の構成を図７（ａ）〜（ｄ）に示す。図７（ａ）はＢＰＦ５０の構成を一部破断して示す平面図であり、図７（ｂ）はＢＰＦ５０の構成を断面図で示す側面図であり、図７（ｃ）はＢＰＦ５０の構成を示す正面図であり、図７（ｄ）はＢＰＦ５０の構成を示す背面図である。また、本発明にかかるＢＰＦ５０等価回路図を図８に示す。
これらの図に示すように、ＢＰＦ５０は金属製のケース５１を有しており、ケース５１の前面板には第１コネクタ５４および第２コネクタ５５が設けられている。第１コネクタ５４は入力信号が入力される同軸端子であり、第２コネクタ５５は出力信号が出力される同軸端子である。第１コネクタ５４の中心導体は接続線５３ａにより第１共振用コイル５３の中途に接続されている。第１共振用コイル５３の一端の近傍はケース５１の下面に固定された金属台５６に固着されており、第１共振用コイル５３の他端側はケース５１の下面板に固定された絶縁台５７に固着されている。金属台５６により第１共振用コイル５３の一端側がケース５１にアースされている。
【００２０】
第１共振用コイル５３の他端は接続線５３ｂにより、図１に示す可変コンデンサ１と同様の構成とされている第１可変コンデンサ５２のラグ端子に接続されて、第１共振用コイル５３と第１可変コンデンサ５２とが直列に接続される。これにより、図８の等価回路図に示す第１ヘリカル型共振回路６０が構成されている。また、ケース５１の後面板から挿通されたネジが、第１可変コンデンサ５２のアース板に形成されている取付穴に螺着されることにより、第１可変コンデンサ５２はケース５１内に取り付けられている。また、第２共振用コイル５９と第２可変コンデンサ５８とが直列に接続され、図８の等価回路図に示す第２ヘリカル型共振回路６０が構成されている。第２コネクタ５５は、図示してないが第２共振用コイル５９の中途に接続されている。また、ケース５１の後面板から挿通されたネジが、第２可変コンデンサ５８のアース板に形成されている取付穴に螺着されることにより、第２可変コンデンサ５８はケース５１内に取り付けられている。
【００２１】
第１ヘリカル型共振回路６０と第２ヘリカル型共振回路６１とは、その間に設けられている仕切り板に形成された結合窓５１ａを介して電磁気的に結合（Ｍ結合）されて、ＢＰＦ５０は２段のヘリカル型共振回路６０，６１からなるバンドパスフィルタとされている。２段のヘリカル型共振回路６０，６１における各段の共振周波数は、第１可変コンデンサ５２および第２可変コンデンサ５８により調整することができる。ケース５１の寸法の一例を挙げると、ケース５１の長さＬ１０は約１８０ｍｍ、幅Ｗ１０は約１４０ｍｍ、高さＨ１０が約７０ｍｍとされている。第１可変コンデンサ５２および第２可変コンデンサ５８が約１ｐＦ〜約１２ｐＦで可変される時に、ＢＰＦ５０は５４ＭＨｚ〜７６ＭＨｚの広い周波数帯域において共振可能となる。
【００２２】
ＢＰＦ５０を５４ＭＨｚに共振するよう第１可変コンデンサ５２および第２可変コンデンサ５８を調整した際の、ＢＰＦ５０におけるリターンロス特性および減衰量の周波数特性を図９に示す。図９を参照すると、５４．０００ＭＨｚにおいてリターンロスは約３６．４５９ｄＢが得られており、通過損失は約０．６９８３０ｄＢと良好な特性が得られている。また、減衰量は５２．０００  ＭＨｚにおいて約２０．６３６ｄＢ、５６．０００ＭＨｚにおいて約２０．１３０ｄＢ、５０．０００ＭＨｚにおいて約３２．９３６ｄＢ、５８．０００ＭＨｚにおいて約３２．２２７ｄＢが得られている。
【００２３】
また、ＢＰＦ５０を７６ＭＨｚに共振するよう第１可変コンデンサ５２および第２可変コンデンサ５８を調整した際の、ＢＰＦ５０におけるリターンロス特性および減衰量の周波数特性を図１０に示す。図１０を参照すると、７６．０００ＭＨｚにおいてリターンロスは約２８．７５２ｄＢが得られており、通過損失は約０．７３４１０ｄＢと良好な特性が得られている。また、減衰量は７４．０００  ＭＨｚにおいて約２０．３２２ｄＢ、７８．０００ＭＨｚにおいて約２０．３９７ｄＢ、７２．０００ＭＨｚにおいて約３２．７６８ｄＢ、８０．０００ＭＨｚにおいて約３２．６００ｄＢが得られている。
なお、第２コネクタ５５に入力信号を入力し、第１コネクタ５４から出力信号を出力するようにしても、ＢＰＦ５０は前述した通りに動作する。また、本発明にかかるＢＰＦ５０においても、スパーク開始電圧は５０００Ｖ以上となり、耐電圧特性は大幅に改善されている。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
以上説明した本発明の可変コンデンサにおいて、誘電体板１０の硬度が低い場合は、摺動孔１０ａの周囲に形成されている誘電体板１０における４つの挿通孔にそれぞれ誘電体板１０の厚さと同じ長さの金属リングを圧入しておいてもよい。このようにすると、ネジ１３を締着した際に、その圧力で誘電体板１０が変形しない構造とできる。
また、本発明の可変コンデンサにおいて、回転調整軸における先端部の外径が細くされていることから、図５に示す状態における可変コンデンサの最小容量を小さくすることができ、回転調整軸における中央部の外径を大きくしたことから、図６に示す状態における可変コンデンサの最大容量を大きくすることができるようになる。
【符号の説明】
【００２５】
１  可変コンデンサ、２  ステータ部、３  ロータ部、１０  誘電体板、１０ａ  摺動孔、１０ｂ  嵌挿孔、１１  リング状電極、１２  ラグ端子、１３  ネジ、１４  ネジ、１５  ステータ導体、１６  支柱、１６ａ  細径部、１７  スプリングワッシャ、１８  平ワッシャ、２０  アース板、２０ａ  挿通孔、２０ｃ  取付穴、２１  軸受、２１ａ  ネジ穴、２２  ロータ導体、２３  回転調整軸、２３ａ  ネジ部、２３ｂ  中央部、２３ｃ  先端部、２４  ロック用リング、２４ｄ  溝部、２５  ロック用ネジ、２６  皿ネジ、２７  スプリングワッシャ、５１  ケース、５１ａ  結合窓、５２  第１可変コンデンサ、５３  第１共振用コイル、５３ａ  接続線、５３ｂ  接続線、５４  第１コネクタ、５５  第２コネクタ、５６  金属台、５７  絶縁台、５８  第２可変コンデンサ、５９  第２共振用コイル、６０  第１ヘリカル型共振回路、６１  第２ヘリカル型共振回路
【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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【図９】
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【図１０】
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