(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の周波数より高い周波数で発振する発振回路と、該発振回路の出力信号に応答して前記交流電源からの交流信号をスイッチングして単相モータに供給するスイッチング回路と、前記交流電源の極性が変化する毎に切替信号を出力するフライホイール切替回路と、該切替回路からの切替信号により導通して前記単相モータの逆起電力を吸収するフライホイール回路とを配置した配線基板を備えた単相モータの制御装置において、
前記配線基板の一方の面に前記各回路の配線を設け、該配線面に絶縁層を介して近接するベタ面とされた導体層を対向するように設け前記配線面と前記導体層の間に寄生容量を生成し、かつ前記導体層を前記スイッチング回路の配線と接続し低インピーダンスのバイパス回路としたことを特徴とする単相モータの制御装置。
【請求項２】
前記配線に絶縁層を介して近接する導体層を設ける代わりに前記配線基板を前記絶縁層として共用し、該基板の他方の面に前記導体層を形成したことを特徴とする請求項1記載の単相モータの制御装置。
【請求項３】
前記導体層は前記絶縁層を構成する樹脂板内に内蔵されてなることを特徴とする請求項１記載の単相モータの制御装置。
【請求項４】
前記配線に絶縁層を介して近接する導体層を設ける代わりに前記配線基板の一方の面に前記各回路の配線を覆うように、前記絶縁層及び前記導体層を順に厚膜印刷法により形成したことを特徴とする請求項１記載の単相モータの制御装置。
【請求項５】
圧縮機、室内熱交換器、膨張機構及び室外熱交換器から冷凍サイクルを構成し前記室内熱交換器及び前記室外熱交換器それぞれに単相モータ駆動の送風機を備えてなる空気調和機において、前記室内熱交換器用の送風機及び前記室外熱交換器用の送風機の少なくとも一方の制御装置として、交流電源の周波数より高い周波数で発振する発振回路と、該発振回路の出力信号に応答して前記交流電源からの交流信号をスイッチングして単相モータに供給するスイッチング回路と、前記交流電源の極性が変化する毎に切替信号を出力するフライホイール切替回路と、該切替回路からの切替信号により導通して前記単相モータの逆起電力を吸収するフライホイール回路とを配置した配線基板を備え、前記配線基板の一方の面に前記各回路の配線を設け、該配線面に絶縁層を介して近接するベタ面とされた導体層を対向するように設け前記配線面と前記導体層の間に寄生容量を生成し、かつ前記導体層を前記スイッチング回路の配線と接続し低インピーダンスのバイパス回路としたことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は単相モ−タの制御装置に係わり、特に空気調和機の送風機用モータの速度制御のため該モータへの印加電圧を制御するスイッチング回路から生じた高周波ノイズを低減するのに好適な単相モ−タの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術である特開平９−２１９９８７号公報においては、単相モ−タの制御装置にスイッチング回路を用いて、低コストで信頼性の高い制御装置を得るために、スイッチング切替回路とフライホイール切替回路の切替タイミングに時間差を持たせたことが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなスイッチング回路の高周波ノイズを低減するために、スイッチング回路にフィルタ回路を設けることは一般的であるが、フィルタ回路で抑制できるノイズ低減量には限りがあり、上記公報では、スイッチング動作した際に発生する高周波ノイズに関しては触れられていない。更に発生した高周波ノイズを低減するための制御装置に関しても触れられていない。
【０００４】
また、一般に高周波ノイズを低減するためにスイッチング回路にフィルタ回路を設けることは行なわれているが、寄生容量を付加してノイズとなる高周波電流の側路を構成し、ノイズをスイッチング回路に戻してノイズ放出量を低減することは行なわれていない。
【０００５】
本発明の目的は、スイッチング回路の高周波ノイズを低減できる単相モータの制御装置およびその単相モータの制御装置を用いた空気調和機を提供することにある。
【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、本発明の一の手段は、交流電源の周波数より高い周波数で発振する発振回路と、該発振回路の出力信号に応答して前記交流電源からの交流信号をスイッチングして単相モータに供給するスイッチング回路と、前記交流電源の極性が変化する毎に切替信号を出力するフライホイール切替回路と、該切替回路からの切替信号により導通して前記単相モータの逆起電力を吸収するフライホイール回路とを配置した配線基板を備えた単相モータの制御装置において、前記配線基板の一方の面に前記各回路の配線を設け、該配線面に絶縁層を介して近接するベタ面とされた導体層を対向するように設け前記配線面と前記導体層の間に寄生容量を生成し、かつ前記導体層を前記スイッチング回路の配線と接続し低インピーダンスのバイパス回路としたことを特徴とする。
【０００７】
このように、スイッチング回路を実装した配線基板の配線面に近接して絶縁層及び導体層を設けることにより、配線面と導体層の間に寄生容量を発生させ、スイッチング回路の動作で生じる高周波電流を側路させ、導体層からスイッチング回路に戻すので、制御装置から外部へ放出するノイズ量は低減される。
【０００８】
本発明の単相モータの制御装置において、配線に絶縁層を介して近接する導体層を設ける代わりに配線基板を絶縁層として共用し、この配線基板の他方の面に導体層を形成してもよい。あるいは、導体層は絶縁層を構成する樹脂板内に内蔵して構成し、これを配線基板の一方の面に設けた配線に近接して配置してもよい。あるいは、配線に絶縁層を介して近接する導体層を設ける代わりに、配線基板の一方の面に各回路の配線を覆うように、絶縁層及び導体層を順に厚膜印刷法により形成してもよい。
【０００９】
また、本発明の他の手段は、圧縮機、室内熱交換器、膨張機構及び室外熱交換器から冷凍サイクルを構成し前記室内熱交換器及び前記室外熱交換器それぞれに単相モータ駆動の送風機を備えてなる空気調和機において、前記室内熱交換器用の送風機及び前記室外熱交換器用の送風機の少なくとも一方の単相モータの制御装置として、交流電源の周波数より高い周波数で発振する発振回路と、該発振回路の出力信号に応答して前記交流電源からの交流信号をスイッチングして単相モータに供給するスイッチング回路と、前記交流電源の極性が変化する毎に切替信号を出力するフライホイール切替回路と、該切替回路からの切替信号により導通して前記単相モータの逆起電力を吸収するフライホイール回路とを配置した配線基板を備え、前記配線基板の一方の面に前記各回路の配線を設け、該配線面に絶縁層を介して近接するベタ面とされた導体層を対向するように設け前記配線面と前記導体層の間に寄生容量を生成し、かつ前記導体層を前記スイッチング回路の配線と接続し低インピーダンスのバイパス回路を構成したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１１により説明する。
図１は本発明の実施の形態1となる単相モータの制御装置1の構成を示すブロック図である。制御装置1は、その入力端子11、12に交流電源10を接続し、その出力端子21、22に単相誘導モータ20を負荷として接続する。この制御装置１は、交流電源10からの電力を電源周波数より高い周波数で正負両方向のスイッチングを行って電圧を制御し、単相誘導モータ20に供給するスイッチング回路30と、このスイッチング回路30に、上記電源周波数より高い周波数で発振してパルス信号を出力する発振回路50と、出力端子21、22に設けた正負両方向のフライホイール回路40と、フライホイール回路40を交流電源10の極性変化に応じて正又は負方向に切替えるフライホイール切替回路60と、さらにスイッチング回路30から生じた高周波ノイズを制御装置から放出するのを抑制する導体層90とを有している。構造的には、単相モータの制御装置1は、各回路30、40、50、60を搭載する配線基板25と、配線基板25の配線面99（図４〜７等参照）に近接して設けられた導体層90とから構成される。
【００１１】
スイッチング回路30は全波整流回路31とスイッチング用トランジスタ32で構成されており、発振回路50の出力にてスイッチング動作する。フライホイール回路40はフライホイール用トランジスタ41、42とフライホイール用ダイオ−ド43、44で構成されており、フライホイール切替回路60にてフライホイ−リングすべきトランジスタを選択する。
【００１２】
全波整流回路31はスイッチング用トランジスタ32に流れる電流の向きを一定にするための回路である。スイッチング用トランジスタ32は交流電源10より供給された電圧を交流電源10よりも高い周波数でスイッチングして負荷にかかる電圧を制御する。スイッチング用トランジスタ32は発振回路50にて制御され、発振回路50は所定の周期でスイッチングを行い、スイッチングＯＮ時間を設定する。スイッチングＯＮ時間を制御することで負荷にかかる電圧を制御するわけである。フライホイール回路40は単相誘導モータ20より発生した逆起電力を吸収する回路である。モータの逆起電力はモータに電圧がかからなくなった際に発生し、モータに交流が流れることにより正方向の逆起電力と負方向の逆起電力を発生する。よって、正負両方向の逆起電力を吸収するため、フライホイール回路40はフライホイール用トランジスタとフライホイール用ダイオードの直列接続した回路が並列に構成されており、逆起電力が正方向あるいは負方向に発生しても確実に吸収回路が構成できるよう互いに逆向きの電流が流れるように配置されている。フライホイール用トランジスタ41、42は逆起電力の発生向きにあった回路を切替えるためのものであり、ダイオード43、44は単相誘導モータ20に電圧がかかっている際に回路が電源に対して短絡しないように設けられたものである。なお、フライホイール回路40がない場合はモータの逆起電力でスイッチング用トランジスタ32をサージ破壊する可能性がある。
【００１３】
ここで、単相モータの制御装置１において、配線基板25の配線面99（図４〜７等参照）に近接して導体層90を設けることにより配線面99と導体層90の間に寄生容量Cs1〜Cs4を生成できる。また、導体層90とスイッチング回路30の配線とを接続する回路100を設けることにより低インピ−ダンスのバイパス回路を構成することができ、スイッチング動作によって発生した高周波電流ｉ1〜ｉ4は寄生容量Cs1〜Cs4を介してスイッチング回路30に戻すことができる。その結果、高周波電流ｉ1〜ｉ4が単相モータの制御装置１の入力端子11〜12より配線を介して交流電源10に流れたり、出力端子21〜22より配線を介して単相誘導モ−タ20に流れるのを抑制でき、ノイズの発生を低減することができる。
【００１４】
図２は本発明の実施の形態２となる単相モータの制御装置２のブロック図である。制御装置２はスイッチング回路30、フライホイール回路40、発振回路50、フライホイール切替回路60、ゼロクロス検出回路70、スイッチング切替回路80、さらにスイッチング回路30から生じた高周波ノイズを制御装置から放出するのを抑制する導体層90より構成されている。制御装置２はその入力端子11、12には交流電源10を接続し、その出力端子21、22には単相誘導モ−タ20を接続する。また、スイッチング回路30はスイッチング用トランジスタ33、34とスイッチング用ダイオ−ド35、36で構成されており、ゼロクロス検出回路70にてスイッチングすべきトランジスタを選択し、発振回路50の出力にてスイッチング動作する。フライホイール回路40はフライホイル用トランジスタ41、42とフライホイール用ダイオ−ド43、44で構成されており、ゼロクロス検出回路70の信号を経てフライホイール切替回路60によりフライホイ−リングすべきトランジスタを選択する。また、単相モータの制御装置２は、構造的には、各回路30、40、50、60、70、80を搭載する配線基板25と、配線基板25の配線面に近接して設けられた導体層90とから構成される。
【００１５】
ここで、単相モータの制御装置２の配線面99に近接して導体層90を設けることにより制御装置２と導体層90との間に寄生容量Cs1〜Cs4を生成できる。また、導体層90とスイッチング回路30とを接続する回路100を設けることにより低インピ−ダンスのバイパス回路を構成することができ、スイッチング動作によって発生した高周波電流ｉ1〜ｉ4は寄生容量Cs1〜Cs4を介してスイッチング回路30に戻すことができる。その結果、高周波電流ｉ1〜ｉ4が単相モータの制御装置１の入力端子11、12より配線を介して交流電源10に流れたり、出力端子21、22より配線を介して単相誘導モ−タ20に流れるのを低減することができる。
【００１６】
図３は本発明によるノイズ低減効果を示す図であり、オシログラムａは比較例として導体層無しの場合の電源端子ノイズレベルであり、オシログラムｂは本発明として導体層有りの場合の電源端子ノイズレベルである。なお、ノイズ測定に用いた単相モータの制御装置１は従来からのフィルタ回路付きである。導体層90を設けることによりフィルタ回路では低減が困難な低域（５００ｋＨｚ以下の領域）に効果がある。したがって、 単相モータの制御装置 １に導体層90を設けることにより減衰特性に優れた高価なフィルタ部品を使用する必要が無くなり、コスト低減を図ることができる。
【００１７】
次に、本発明の単相モータの制御装置１、２の構造例を、制御装置２で代表させて、図４から図７にて説明する。
図４は、単相モータの制御装置として、図２に示すようにスイッチング回路31、発振回路50、フライホイール回路40、フライホイール切替回路60、他を有する配線基板25と、別に寄生容量発生用の導体層95を設けた片面配線基板95とから構成する構造例を示す。配線基板25の表面には各回路の構成部品を配設し、裏面に構成部品を接続する配線を設けている。ここでは各回路の構成部品として、代表的に図2に示すスイッチング回路の部品であるトランジスタ33、ダイオ−ド36を図示している。以下、同様に各回路の構成部品をトランジスタ33、ダイオ−ド36で代表して図示する。
【００１８】
片面配線基板95は、配線基板25の裏面である配線面99に近接して配置される。片面配線基板95はコア材91と配線をベタ面とした導体層90を有し、このコア材91との配線面99が対向するように近接して配置され、そして配線面99と導体層90は配線101にて接続する。このような制御装置２において、スイッチング動作によって発生した高周波電流ｉ1〜ｉ4は導体層90と配線面99の間に生成した寄生容量Cs1〜Cs4と配線101を介してスイッチング回路30に戻すことができる。制御装置1においても、同様に、スイッチング動作で発生した高周波電流ｉ1〜ｉ4はスイッチング回路30に戻すことができる。
【００１９】
図５は、図４と同じく、表面に各回路の構成部品を配設し、裏面に構成部品を接続する配線を設けて配線面99とする配線基板25で、表面に寄生容量発生用の導体層90を設けた構造例を示す図である。配線基板25は両面配線基板であって、配線面99とコア材92と配線面99の逆側の面をベタ面とした導体層90とを有し、導体層90と配線面99とはスルーホール102にて接続する。スイッチング動作によって発生した高周波電流ｉ1〜ｉ4は導体層90と配線面99の間に生成した寄生容量Cs1〜Cs4とスルーホール102を介してスイッチング回路30に戻すことができる。
【００２０】
図６は、図４と同じく各回路を有する配線基板として、多層配線基板97を用い、多層配線基板97内に寄生容量発生用の導体層90を設けた構造を示す図である。多層配線基板97は最下層のコア材93裏面をスイッチング回路30等の配線面99とし、コア材93上面にベタ面とした導体層90を有し、導体層90とスイッチング回路30の配線面99とは半田付け103にて接続する。各回路の構成部品は多層配線基板97の最上面に配設されている。スイッチング動作によって発生した高周波電流ｉ1〜ｉ4は導体層90と配線面99の間に生成した寄生容量Cs1〜Cs4と半田付け103を介してスイッチング回路30に戻すことができる。
【００２１】
図７は、図４と同じく各回路を有する配線基板として、各回路の実装部品を配設する面と配線面とを同一面（表面）とする面付けタイプで、裏面に導体層90を形成した構造を示す図である。配線基板としてこの両面配線基板98は実装部品を面付けタイプに対応したものであり、配線面99とコア材94、配線面99とは逆側の面をベタ面とした導体層90を有し、導体層90とスイッチング回路の配線面99とはスルーホール102にて接続する。スイッチング動作によって発生した高周波電流ｉ1〜ｉ4は導体層90と配線面99の間に生成した寄生容量Cs1〜Cs4とスルーホール102を介してスイッチング回路30に戻すことができる。また、実装部品を面付けタイプにすることにより導体層90の面積を大きくすることができ、導体層90と配線面99の間に生成した寄生容量Cs1〜Cs4を大きくすることができる。その結果、高周波電流ｉ1〜ｉ4が寄生容量Cs1〜Cs4に流れやすくなる。したがって、高周波電流ｉ1〜ｉ4が 単相モータの制御装置 １の入力端子11〜12より配線を介して交流電源10に流れたり、出力端子21〜22より配線を介して単相誘導モ−タ20に流れるのを低減することができる。
【００２２】
なお、図４から図７で説明した構造において、配線基板のコア材91、92、93、94を高誘電率の材料を使用することにより寄生容量Cs1〜Cs4を大きくすることができ、高周波電流ｉ1〜ｉ4が寄生容量Cs1〜Cs4に流れやすくする効果がある。その結果、高周波電流ｉ1〜ｉ4が 単相モータの制御装置 １の入力端子11〜12より配線を介して交流電源10に流れたり、出力端子21〜22より配線を介して単相誘導モ−タ20に流れるのを更に低減することができる。
【００２３】
引き続いて、本発明の制御装置の構造例を図８〜図１０により説明する。
図８は、図４と同じく各回路の部品を表面側に配置し部品の配線を裏面に設けた配線基板25と、配線基板25とは別の独立した樹脂成形品902の中に寄生容量発生用の導体層90とを組み合わせた構造を示す図である。樹脂成形品902は、配線基板25で各回路の構成部品を配置する面とは逆の配線面99に配置する。樹脂成形品902は銅箔等の導体層90とポリイミド若しくはポリエチレンテレフタレ−ト等の樹脂材（絶縁層）901を有する。導体層90とスイッチング回路30を接続することにより、スイッチング動作によって発生した高周波電流ｉ1〜ｉ4は導体層90と配線面99の間に生成した寄生容量Cs1〜Cs4を介する側路を流れる。その結果、高周波電流ｉ1〜ｉ4が 単相モータの制御装置 １の入力端子11〜12より配線を介して交流電源10に流れたり、出力端子21〜22より配線を介して単相誘導モ−タ20に流れるのを低減することができる。また、導体層90を樹脂材（絶縁層）901で覆うことにより配線面99の導電部と導体層90の空間距離を確保する必要がなくなり、導体層90の面積を稼ぐことができ、より大きな寄生容量Cs1〜Cs4を得ることができる。
【００２４】
図９は、図８と同じく各回路の部品を表面側に配置し裏面側を配線面99とする配線基板25の配線面99に、導体層90を内蔵したフレキシブル基板903を配置した構造を示す。フレキシブル基板903中の導体層90とスイッチング回路30とは接続する。このようにフレキシブル基板903は、樹脂材(絶縁層)901で覆われていることにより配線面99の導電部と導体層90の空間距離を確保する必要がなくなり、導体層90の面積を稼ぐことができ、より大きな寄生容量Cs1〜Cs4を得ることができる。
【００２５】
図１０は、図８と同じくスイッチング回路を含む各回路を有する配線基板25の配線面99に印刷技術を用いて寄生容量発生用の導体層904を設けた構造を示す図である。配線面99には予め厚膜印刷法で絶縁層905と導体層904が交互に印刷されている。厚膜導体層904とスイッチング回路30を接続することにより、スイッチング動作によって発生した高周波電流ｉ1〜ｉ4は導体層90と配線面99の間に生成した寄生容量Cs1〜Cs4を介する側路を流れる。その結果、高周波電流ｉ1〜ｉ4が単相モータの制御装置 １の入力端子11〜12より配線を介して交流電源10に流れたり、出力端子21〜22より配線を介して単相誘導モ−タ20に流れるのを低減することができる。また、厚膜導体層904は厚膜絶縁層905で覆われていることより配線面99の導電部と厚膜導体層904の空間距離を確保する必要がなくなり、厚膜導体層904の面積を稼ぐことができ、より大きな寄生容量Cs1〜Cs4を得ることができる。
【００２６】
図１１は、本発明の単相モータの制御装置を備える空気調和機の一例を示す図である。この空気調和機は、圧縮機501、室内熱交換器502、室内膨張弁503、室外熱交換器504、アキュムレータ505を順次連結して成る冷凍サイクルを形成し、室外熱交換器504に送風する室外送風機510と室内熱交換器502に送風室内送風機520とを備え、各送風機510、520は前述の図１〜図１０で説明したいずれかの単相モータの制御装置512、522により制御される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、単相モータの制御装置は、交流電源からの電力を高い周波数でスイッチングして電圧を制御し単相モータに供給するスイッチング回路や単相モータの逆起電力を吸収するフライホイール回路等を備えた配線基板の配線面に、絶縁層を介して近接して導体層を設け、かつ導体層をスイッチング回路の配線に結線して構成したので、配線面と導体層との間に寄生容量を発生させ、スイッチング回路の動作で生じる高周波電流を側路させ、導体層からスイッチング回路に戻すので、制御装置から外部へ放出するノイズ量を低減できる効果がある。
【００２８】
また、上記のように配線面に絶縁層を介して近接する導体層を設ける代わりに配線基板の基板を絶縁層として共用し、配線面と反対の基板面に導体層を形成することにより、あるいは、導体層を絶縁層を構成する樹脂板内に内蔵して配線面上に配置することにより、あるいは、配線面に絶縁層及び導体層を順に厚膜印刷法により形成することによっても、上記同様に寄生容量を発生させ高周波電流をスイッチング回路に戻して制御装置から外部へ放出するノイズ量を低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態1としての単相モータの制御装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２としての単相モータの制御装置のブロック図である。
【図３】本発明によるノイズ低減効果を示す図である。
【図４】スイッチング回路等を有する配線基板の配線面に、寄生容量発生用の導体層を形成した片面配線基板を近接させた制御装置の構造図である。
【図５】スイッチング回路等を有する両面配線基板の配線面とは逆の面に寄生容量発生用の導体層を設けた制御装置の構造図である。
【図６】スイッチング回路等を有する多層配線基板内に寄生容量発生用の導体層を設けた制御装置の構造図である。
【図７】スイッチング回路等の実装部品を面付けタイプとしその裏面に寄生容量発生用の導体層を設けた制御装置の構造図である。
【図８】スイッチング回路等を有する配線基板の配線面に接して、寄生容量発生用の導体層を内封した樹脂成形品を配置した制御装置の構造図である。
【図９】スイッチング回路等を有する配線基板の配線面にに接して、寄生容量発生用の導体層を内封したフレキシブル基板を配置した制御装置の構造図である。
【図１０】スイッチング回路等を有する配線基板の配線面に印刷技術を用いて寄生容量発生用の絶縁層及び導体層を設けた制御装置の構造図である。
【図１１】本発明の単相モータの制御装置を備えた空気調和機の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  単相モータの制御装置
２  単相モータの制御装置
１０  交流電源
１１、１２  入力端子
２０  単相誘導モ−タ
２１、２２  出力端子
２５  配線基板
３０  スイッチング回路
３１  全波整流回路
３２、３４  スイッチング用トランジスタ
３５、３６  スイッチング用ダイオ−ド
４０  フライホイール回路
４１、４２  フライホイール用トランジスタ
４３、４４  フライホイール用ダイオ−ド
５０  発振回路
６０  フライホイール切替回路
７０  ゼロクロス検出回路
８０  スイッチング切替回路
９０  導体層
９１〜９４  基板のコア材
９５  片面配線基板
９６  両面配線基板
９７  多層配線基板
９８  面付け部品実装用配線基板
９９  配線面
１００  接続回路
１０１  接続用配線
１０２  接続用スルーホール
Ｃｓ１〜Ｃｓ４  寄生容量
ｉ１〜ｉ４  高周波電流
９０１  樹脂材(絶縁材)
９０２  樹脂成形品
９０３  フレキシブル基板
９０４  厚膜印刷導体層
９０５  厚膜印刷絶縁層
【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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【図１１】
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