(57)【要約】【課題】  回路規模を小さくし得るバリスタ寿命検出装置等を提供する。【解決手段】  バリスタ寿命検出装置１１は、バリスタ２１に印加されたサージに起因するノイズを受信する誘電ノイズ受信部３０と、誘電ノイズ受信部３０で受信されたノイズを検出するノイズ検出部４１と、ノイズ検出部４１で検出されたノイズの大きさ及び検出回数に基づいてバリスタ２１の寿命を検証するバリスタ寿命検証部４２と、バリスタ寿命検証部４２でバリスタ２１が寿命に達したと検証された時にアラーム情報を出力するアラーム送信部４３と、を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バリスタに印加されたサージに起因するノイズを受信する誘電ノイズ受信部と、
この誘電ノイズ受信部で受信された前記ノイズを検出するノイズ検出部と、
このノイズ検出部で検出された前記ノイズの大きさ及び検出回数に基づいて前記バリスタの寿命を検証するバリスタ寿命検証部と、
このバリスタ寿命検証部で前記バリスタが寿命に達したと検証された時にアラーム情報を出力するアラーム送信部と、
を備えたバリスタ寿命検出装置。
【請求項２】
前記誘電ノイズ受信部は、前記バリスタに対して静電結合又は電磁結合した抵抗器を有する、
請求項１記載のバリスタ寿命検出装置。
【請求項３】
前記バリスタ寿命検証部は、前記ノイズ検出部で検出された前記ノイズの大きさに対応するサージ波尾長ごとに複数に区分し、各区分ごとに検出回数を記憶し、その検出回数が所定数に達した時に前記バリスタが寿命に達したと検証する、
請求項１又は２記載のバリスタ寿命検出装置。
【請求項４】
バリスタに印加されたサージに起因するノイズであって誘電ノイズ受信部で受信された前記ノイズを検出するノイズ検出ステップと、
このノイズ検出ステップで検出された前記ノイズの大きさ及び検出回数に基づいて前記バリスタの寿命を検証するバリスタ寿命検証ステップと、
このバリスタ寿命検証ステップで前記バリスタが寿命に達したと検証された時にアラーム情報を出力するアラーム送信ステップと、
を含むバリスタ寿命検出方法。
【請求項５】
前記誘電ノイズ受信部は、前記バリスタに対して静電結合又は電磁結合した抵抗器を有する、
請求項４記載のバリスタ寿命検出方法。
【請求項６】
前記バリスタ寿命検証ステップは、前記ノイズ検出ステップで検出された前記ノイズの大きさに対応するサージ波尾長ごとに複数に区分し、各区分ごとに検出回数を記憶し、その検出回数が所定数に達した時に前記バリスタが寿命に達したと検証する、
請求項４又は５記載のバリスタ寿命検出方法。
【請求項７】
バリスタに印加されたサージに起因するノイズであって誘電ノイズ受信部で受信された前記ノイズを検出するノイズ検出機能と、
このノイズ検出機能で検出された前記ノイズの大きさ及び検出回数に基づいて前記バリスタの寿命を検証するバリスタ寿命検証機能と、
このバリスタ寿命検証機能で前記バリスタが寿命に達したと検証された時にアラーム情報を出力するアラーム送信機能と、
をコンピュータに実現させるためのバリスタ寿命検出プログラム。
【請求項８】
前記誘電ノイズ受信部は、前記バリスタに対して静電結合又は電磁結合した抵抗器を有する、
請求項７記載のバリスタ寿命検出プログラム。
【請求項９】
前記バリスタ寿命検証機能は、前記ノイズ検出機能で検出された前記ノイズの大きさに対応するサージ波尾長ごとに複数に区分し、各区分ごとに検出回数を記憶し、その検出回数が所定数に達した時に前記バリスタが寿命に達したと検証する、
請求項７又は８記載のバリスタ寿命検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雷サージなどから電子機器を保護するバリスタに関し、詳しくはバリスタの寿命を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器において、誘導雷サージから電源回路を保護するために、バリスタが多く使用されている。バリスタは、雷サージが繰り返し印加されることによって、最終的にはショートモードで故障する場合がある。通常は、このような事態を防止するため、バリスタの前段にヒューズを実装している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４‐２７３３６２号公報
【特許文献２】特開２００８‐２９５２５４号公報
【特許文献３】特開２００９‐２２２６６３号公報
【特許文献４】特開２０１２‐１６１１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、バリスタがいつ故障モードに至るかについては不明であるため、ヒューズが切れるまでバリスタの劣化に気付くことができない。この欠点の解決策として、バリスタの寿命を検出しアラームを発する技術が知られている（例えば特許文献１〜４）。しかしながら、いずれの技術も、大きな回路構成が必要であるため、小型の電子機器には適用できなかった。
【０００５】
例えば、特許文献１には、雷サージ電流の検出方法として、サージ電流をコイルによって検出する技術が開示されている。しかしこの検出回路は、コイルを実装する大きなスペースが必要となるため、小型な電子機器等には実装することができないばかりか、高コストになる。
【０００６】
また、特許文献３には、パターン結合を用いた電磁誘導で雷サージ電流を検出する技術が開示されている。しかし、パターン結合による検出回路では、綿密な机上検討をした場合でも、実際のパターンのバラツキ等により安定したサージ電流を検出することが難しい。また、パターン修正が必要になった場合には、プリント配線板の全体を作り直す必要があるため、多くの開発工数を要することになる。
【０００７】
そこで、本発明の主な目的は、回路規模を小さくし得るバリスタ寿命検出装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るバリスタ寿命検出装置は、
バリスタに印加されたサージに起因するノイズを受信する誘電ノイズ受信部と、
この誘電ノイズ受信部で受信された前記ノイズを検出するノイズ検出部と、
このノイズ検出部で検出された前記ノイズの大きさ及び検出回数に基づいて前記バリスタの寿命を検証するバリスタ寿命検証部と、
このバリスタ寿命検証部で前記バリスタが寿命に達したと検証された時にアラーム情報を出力するアラーム送信部と、
を備えたものである。
【０００９】
本発明に係るバリスタ寿命検出方法は、
バリスタに印加されたサージに起因するノイズであって誘電ノイズ受信部で受信された前記ノイズを検出するノイズ検出ステップと、
このノイズ検出ステップで検出された前記ノイズの大きさ及び検出回数に基づいて前記バリスタの寿命を検証するバリスタ寿命検証ステップと、
このバリスタ寿命検証ステップで前記バリスタが寿命に達したと検証された時にアラーム情報を出力するアラーム送信ステップと、
を含むものである。
【００１０】
本発明に係るバリスタ寿命検出プログラムは、
バリスタに印加されたサージに起因するノイズであって誘電ノイズ受信部で受信された前記ノイズを検出するノイズ検出機能と、
このノイズ検出機能で検出された前記ノイズの大きさ及び検出回数に基づいて前記バリスタの寿命を検証するバリスタ寿命検証機能と、
このバリスタ寿命検証機能で前記バリスタが寿命に達したと検証された時にアラーム情報を出力するアラーム送信機能と、
をコンピュータに実現させるためのものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、バリスタに印加されたサージに起因するノイズを受信し、そのノイズの大きさ及び検出回数に基づいてバリスタの寿命を検証することにより、検出回路の規模を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１のバリスタ寿命検出装置を示すブロック図である。
【図２】実施形態１における静電結合及び電磁結合を示す説明図である。
【図３】実施形態１におけるバリスタのインパルス寿命特性を示すグラフである。
【図４】実施形態１におけるノイズ検出方法を示す波形図である。
【図５】実施形態１のバリスタ寿命検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】実施形態２のバリスタ寿命検出装置を示すブロック図である。
【図７】実施形態３のバリスタ寿命検出装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。
【００１４】
図１は、実施形態１のバリスタ寿命検出装置を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００１５】
実施形態１のバリスタ寿命検出装置１１は、バリスタ２１に印加されたサージに起因するノイズを受信する誘電ノイズ受信部３０と、誘電ノイズ受信部３０で受信されたノイズを検出するノイズ検出部４１と、ノイズ検出部４１で検出されたノイズの大きさ及び検出回数に基づいてバリスタ２１の寿命を検証するバリスタ寿命検証部４２と、バリスタ寿命検証部４２でバリスタ２１が寿命に達したと検証された時にアラーム情報を出力するアラーム送信部４３と、を備えている。誘電ノイズ受信部３０は、バリスタ２１に対して静電結合又は電磁結合した抵抗器３１を有する。バリスタ寿命検証部４２は、ノイズ検出部４１で検出されたノイズの大きさに対応するサージ波尾長ごとに複数に区分し、各区分ごとに検出回数を記憶し、その検出回数が所定数に達した時にバリスタ２１が寿命に達したと検証する。本実施形態１によれば、バリスタ２１に印加されたサージに起因するノイズを受信し、そのノイズの大きさ及び検出回数に基づいてバリスタの寿命を検証することにより、検出回路の規模を小さくすることができる。
【００１６】
本実施形態１のバリスタ寿命検出方法は、バリスタ寿命検出装置１１の動作を、方法の発明として捉えたものである。本実施形態１のバリスタ寿命検出プログラムは、ノイズ検出部４１、バリスタ寿命検証部４２及びアラーム送信部４３の各機能を、コンピュータに実現させるためのものである。本プログラムは、非一時的な記録媒体（non-transitory storage medium）、例えば光ディスク、半導体メモリなどに記録されてもよい。その場合、本プログラムは、記録媒体からコンピュータによって読み出され、実行される。
【００１７】
次に、バリスタ寿命検出装置１１の構成について更に詳しく説明する。
【００１８】
バリスタ寿命検出装置１１は、バリスタ２１に流れるサージ電流によって発生する誘電ノイズを抵抗器３１を使って検出し、検出した誘電ノイズに対応するサージ電流値に基づいてバリスタ２１の寿命を検出する。商用電源入力部２０には、ＡＣ／ＤＣ部２３などを雷サージから保護するためのバリスタ２１と、バリスタ２１を保護するためのヒューズ２２とが設けられている。商用電源入力部２０は、商用交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ部２３を挟んで、誘電ノイズ受信部３０に繋がっている。誘電ノイズ受信部３０には、雷サージが発生した際に発生する誘電ノイズを誘起させるための抵抗器３１が設けられている。抵抗器３１は、抵抗値が固定された固定式である。
【００１９】
ＣＰＵ４０は、メモリ、入出力インタフェース、Ａ／Ｄ変換器などを内蔵しており、コンピュータとして動作する。ＣＰＵ４０内には、ノイズ検出部４１、バリスタ寿命検証部４２、アラーム送信部４３などの各機能が、コンピュータプログラムによって実現されている。ノイズ検出部４１は、メモリ４４とバリスタ寿命検証部４２に繋がっており、抵抗器３１に発生したノイズを検出し、検出したノイズ情報をメモリ４４に保存するとともに、ノイズ検出が完了したことをバリスタ寿命検証部４２へ通知する。バリスタ寿命検証部４２は、メモリ４４とアラーム送信部４３に繋がっており、メモリ４４の保存データと印加された雷サージ情報とを照合し、バリスタ２１が寿命に至っていれば、アラーム送信部４３へアラーム情報を送信する。アラーム送信部４３は、通信インタフェース部５１やＬＥＤ表示部５２と接続されており、アラーム情報をこれらへ通知する。
【００２０】
次に、バリスタ寿命検出装置１１の動作について説明する。
【００２１】
図１において、商用電源入力部２０に雷サージが印加されると、バリスタ２１がＯＮし商用電源入力部２０には雷サージ電圧Ｖ１及び雷サージ電流Ｉ１が発生する。雷サージ電流Ｉ１と雷サージ電圧Ｖ１は、誘電ノイズ受信部３０にある抵抗器３１に誘電ノイズによるノイズ電圧Ｖｎを誘起させる。
【００２２】
ここで、抵抗器３１の抵抗値の調整方法を説明する。図２に誘導ノイズの発生原理を示す。図２を参照すると、抵抗器３１の抵抗値であるインピーダンスＲ１に発生するノイズ電圧Ｖｎは、静電結合による場合でも電磁結合による場合でも、インピーダンスＲ１に比例して高くなることがわかる。
【００２３】
＜ノイズ電圧の計算式＞
・静電結合：Ｖｎ＝２πｆ・Ｃｓ・Ｒ１・Ｖ１
・電磁結合：Ｖｎ＝２πｆ・Ｌｍ・Ｒ１・Ｉ１
Ｖｎ：ノイズ電圧
ｆ：ノイズ周波数
Ｃｓ：ノイズ源とノイズ発生部間の静電容量
Ｌｍ：ノイズ源とノイズ発生部間の相互インダクタンス
Ｒ１：ノイズ発生部のインピーダンス
【００２４】
抵抗器３１の抵抗値は、机上計算から静電容量Ｃｓや相互インダクタンスＬｍを算出して求めても良いし、実験において実際にサージ電流を流して調整しても良い。実験による場合でも、抵抗器３１を１個交換するだけであるので、簡単かつ正確にノイズ電圧Ｖｎを調整できる。例えば、雷サージ電流Ｉ１が１０００Ａ流れた時に誘電ノイズ電圧Ｖｎが２Ｖになるように調整する場合、抵抗器３１に１００ｋΩを実装し１０００Ａの雷サージ電流Ｉ１を流すことにより、抵抗器３１に発生するノイズ電圧Ｖｎを観測してみる。仮にノイズ電圧Ｖｎが１Ｖだった場合、抵抗値を２００ｋΩへ変更して調整すれば良い。
【００２５】
抵抗器３１の抵抗値は、上記調整方法を使って、使用するバリスタ２１のインパルス寿命特性（図３）と、ノイズ検出部４１を含むＣＰＵ４０の入力特性（Ｈｉｇｈレベルの検出電圧）とを、考慮して決定すれば良い。インパルス寿命特性とは、インパルス電流及びインパルス波尾長とインパルス印加回数（寿命）との関係である。
【００２６】
ＣＰＵ４０内に内蔵されたノイズ検出部４１は、抵抗器３１に発生したノイズ電圧Ｖｎをサンプリングし検出する。具体的には、図４に示すように、バリスタ３１の劣化が発生する雷サージ波形の波尾長時間を、サンプリングにより検出する。このとき、サンプリング間隔は、バリスタ２１のインパルス寿命特性の最低値（例えば２０μｓ）を検出できるような値にする必要がある。例えば、サンプリング間隔は１μｓ程度にすると良い。ノイズ検出部４１は、検出したノイズ情報をメモリ４４に書き込むと同時に、バリスタ寿命検証部４２へノイズ検出が完了したことを通知する。
【００２７】
バリスタ寿命検証部４２は、ノイズ検出部４１の完了信号をトリガにして、入力されたノイズ情報と予め記憶していたバリスタの寿命情報とを比較検証する。図５に、バリスタ寿命検証部４２の動作を記す。図５のフローチャートによれば、先ず、メモリ４４からノイズ検出部４１が書き込んだノイズ情報を読み出し、読み出したデータが雷サージによるものか否かを検証する（ステップ５ａ）。波尾長が例えば２０μｓ以下のノイズであれば、雷サージ以外のノイズと判断し、スタートへ戻る。一方、波尾長が２０μｓ以上のノイズであれば、読み出したデータから波尾長の長さを確認する（ステップ５ｂ）。そして、バリスタ２１のインパルス寿命特性（図３）を参考にして、例えば、雷サージ印加回数、１００回、１０回、２回、１回で寿命に達する波尾長時間毎に、波尾長の長さを区分けして、波尾長の長さごとにカウントアップする（ステップ５ｃ）。続いて、メモリ４４に予め保管しておいたバリスタ２１のインパルス寿命特性データを読み出す（ステップ５ｄ）。読み出したバリスタ寿命データとカウントアップした印加回数データとを照合し（ステップ５ｅ）、バリスタ２１が寿命に達しているか否かを判断する（ステップ５ｆ）。バリスタ２１が寿命に到達していれば、アラーム送信部４３へアラーム情報として通知する（ステップ５ｇ）。寿命に達していない場合はスタートへ戻る。
【００２８】
図１において、アラーム送信部４３は、受け取ったバリスタ寿命情報をアラーム情報として、ＬＥＤ表示部５２や、電子機器が通信装置等であれば通信インタフェース部５１へ送信する。通信インタフェース部５１は、アラームメール等によりアラーム情報を保守員へ知らせることができる。また、ＬＥＤ表示部５２によりＬＥＤ等でアラーム情報を出力しても良い。これにより、保守員は、バリスタ２１が寿命を迎えたことを知ることができるため、バリスタ２１が完全に劣化する前に交換することが可能となる。
【００２９】
図６は、実施形態２のバリスタ寿命検出装置を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００３０】
本実施形態２のバリスタ寿命検出装置１２は、誘電ノイズ受信部３０ａが高耐圧バッファ部３２を有する。高耐圧バッファ部３２は、抵抗器３１とノイズ検出部４１との間に設けられている。すなわちＣＰＵ４０の前段に高耐圧バッファ部３２を挿入するメリットは、想定外の高い雷サージが発生し、ＣＰＵ４０の入力端子の耐圧以上のノイズが印加された場合に、ＣＰＵ４０の破壊を防ぐことができる点にある。
【００３１】
図７は、実施形態３のバリスタ寿命検出装置を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００３２】
本実施形態３のバリスタ寿命検出装置１３は、液晶モニタ部５３を更に備えている。バリスタ２１の劣化情報は、アラーム送信部４３から液晶モニタ部５３へも出力される。液晶モニタ部５３を追加することにより、保守員へより詳細な劣化情報を示すことが可能となる。
【００３３】
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【００３４】
次に、本発明について総括する。
【００３５】
本発明は、商用電源を使用する小型電子機器において、雷サージ対策用に実装しているバリスタの寿命を検証するため、バリスタに流れる雷サージ電流を、雷サージによって発生する静電結合ノイズや電磁結合ノイズを固定抵抗器を介して検出することで、小規模な回路構成でバリスタに流れた雷サージ電流を検出できるようにした、サージ電流検出方法及びその検出方法を使ったバリスタ寿命検出回路である。
【００３６】
換言すると、本発明は、バリスタに流れる雷サージ電流を検出する方法として、雷サージによって発生する静電結合ノイズや電磁結合ノイズを、回路内の固定抵抗器を介して検出することで、小規模な回路構成を実現している。また、抵抗器の場所によって静電容量や相互インダクタンス値が変化しても、抵抗器の抵抗値を替えることによって、必要なノイズ電圧を調整することが可能となり、抵抗器を電子機器内の任意の位置に実装することができるため、開発工数を抑えた雷サージ電流検出回路を実現している。
【００３７】
本発明によれば、バリスタに流れる雷サージ電流を検出する方法として、雷サージによって発生する静電結合ノイズや電磁結合ノイズを、回路内の固定抵抗器を介して検出することにより、検出回路の規模を小さくすることができる。また、固定抵抗器の抵抗値を変えるだけで必要なノイズ電圧を簡単に調整できるため、開発工数を抑えることもできる。なお、固定抵抗器の代わりに可変抵抗器を用いてもよく、その場合は抵抗器を交換することなく抵抗値を調整することができる。
【００３８】
上記の実施形態の一部又は全部は以下の付記のようにも記載され得るが、本発明は以下の構成に限定されるものではない。
【００３９】
［付記１］バリスタに印加されたサージに起因するノイズを受信する誘電ノイズ受信部と、
この誘電ノイズ受信部で受信された前記ノイズを検出するノイズ検出部と、
このノイズ検出部で検出された前記ノイズの大きさ及び検出回数に基づいて前記バリスタの寿命を検証するバリスタ寿命検証部と、
このバリスタ寿命検証部で前記バリスタが寿命に達したと検証された時にアラーム情報を出力するアラーム送信部と、
を備えたバリスタ寿命検出装置。
【００４０】
［付記２］前記誘電ノイズ受信部は、前記バリスタに対して静電結合又は電磁結合した抵抗器を有する、
付記１記載のバリスタ寿命検出装置。
【００４１】
［付記３］前記バリスタ寿命検証部は、前記ノイズ検出部で検出された前記ノイズの大きさに対応するサージ波尾長ごとに複数に区分し、各区分ごとに検出回数を記憶し、その検出回数が所定数に達した時に前記バリスタが寿命に達したと検証する、
付記１又は２記載のバリスタ寿命検出装置。
【００４２】
［付記４］バリスタに印加されたサージに起因するノイズであって誘電ノイズ受信部で受信された前記ノイズを検出するノイズ検出ステップと、
このノイズ検出ステップで検出された前記ノイズの大きさ及び検出回数に基づいて前記バリスタの寿命を検証するバリスタ寿命検証ステップと、
このバリスタ寿命検証ステップで前記バリスタが寿命に達したと検証された時にアラーム情報を出力するアラーム送信ステップと、
を含むバリスタ寿命検出方法。
【００４３】
［付記５］前記誘電ノイズ受信部は、前記バリスタに対して静電結合又は電磁結合した抵抗器を有する、
付記４記載のバリスタ寿命検出方法。
【００４４】
［付記６］前記バリスタ寿命検証ステップは、前記ノイズ検出ステップで検出された前記ノイズの大きさに対応するサージ波尾長ごとに複数に区分し、各区分ごとに検出回数を記憶し、その検出回数が所定数に達した時に前記バリスタが寿命に達したと検証する、
付記４又は５記載のバリスタ寿命検出方法。
【００４５】
［付記７］バリスタに印加されたサージに起因するノイズであって誘電ノイズ受信部で受信された前記ノイズを検出するノイズ検出機能と、
このノイズ検出機能で検出された前記ノイズの大きさ及び検出回数に基づいて前記バリスタの寿命を検証するバリスタ寿命検証機能と、
このバリスタ寿命検証機能で前記バリスタが寿命に達したと検証された時にアラーム情報を出力するアラーム送信機能と、
をコンピュータに実現させるためのバリスタ寿命検出プログラム。
【００４６】
［付記８］前記誘電ノイズ受信部は、前記バリスタに対して静電結合又は電磁結合した抵抗器を有する、
付記７記載のバリスタ寿命検出プログラム。
【００４７】
［付記９］前記バリスタ寿命検証機能は、前記ノイズ検出機能で検出された前記ノイズの大きさに対応するサージ波尾長ごとに複数に区分し、各区分ごとに検出回数を記憶し、その検出回数が所定数に達した時に前記バリスタが寿命に達したと検証する、
付記７又は８記載のバリスタ寿命検出プログラム。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、雷サージ対策用などのバリスタを有する電子機器一般に利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１１，１２，１３  バリスタ寿命検出装置
２０  商用電源入力部
２１  バリスタ
２２  ヒューズ
２３  ＡＣ／ＤＣ部
３０，３０ａ  誘電ノイズ受信部
３１  抵抗器
３２  高耐圧バッファ部
４０  ＣＰＵ
４１  ノイズ検出部
４２  バリスタ寿命検証部
４３  アラーム送信部
４４  メモリ
５１  通信インタフェース部
５２  ＬＥＤ表示部
５３  液晶モニタ部
【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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