(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源をスイッチング素子でスイッチングして高圧トランスの一次巻線に印加し、この高圧トランスの二次巻線に発生する交流出力を整流して出力を取り出す高圧電源装置であって、上記二次巻線の低電位側と第一の基準電源又は相当の安定電位との間に電流検出抵抗を接続し、この電流検出抵抗に発生した電圧を一次側の制御、駆動部に帰還するとともに、この高圧電源装置の出力電圧を分圧する第一の抵抗と第二の抵抗とを直列接続した電圧検出抵抗を出力部と二次巻線の低電位側に接続し、この第一の抵抗と第二の抵抗の接続点に発生する電圧を誤差増幅器の一方の入力に接続し、この誤差増幅器の他方の入力は第二の基準電源に接続し、この誤差増幅器の出力と上記二次巻線の低電位側をインピーダンス素子で接続し、上記誤差増幅器の出力により発生した電圧と上記電流検出抵抗に発生した電圧とを合成した電圧が一定に保たれるように制御されることを特徴とする高圧電源装置。
【請求項２】
誤差増幅器の出力と高圧トランスの二次巻線の低電位側をダイオードで接続した請求項１に記載の高圧電源装置。
【請求項３】
誤差増幅器の出力をスイッチ素子のコントロール端子部に接続し、そのスイッチ素子を直流電源又は接地間と高圧トランスの二次巻線の低電位側との間に接続した請求項１に記載の高圧電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真装置の感光体などに電位を供給する高圧電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の高圧電源装置は図７に示すように構成されていた。図７において１は直流電源であり、この直流電源１には高圧トランス２の一次巻線３とスイッチング素子５が直列に接続され、このスイッチング素子５のドライブ側には制御、駆動回路６が接続されており、上記一次巻線３に交流電圧を供給している。上記高圧トランス２の一次巻線３に供給された交流電圧は上記高圧トランス２の二次巻線４に昇圧され、二次巻線４に接続されるダイオード７とコンデンサ８と抵抗１１により構成される整流、平滑及び放電回路により直流高電圧が得られる。
【０００３】
更には、上記高圧トランス２の二次巻線４の低電位側と第一の基準電源１０との間又は接地等の安定電位との間に電流検出抵抗９を接続し、この電流検出抵抗９に発生した電圧を一次側の制御、駆動回路６に帰還するように構成し、上記高圧電源装置の出力に接続される負荷１２に流れる電流Ｉ０と電流検出抵抗９に流れる電流Ｉ１は等しく、電流検出抵抗９に発生した電圧を一定に保つように制御され、高圧電源装置の出力は定電流制御される。
【０００４】
このような定電流の高圧電源装置の場合、高圧電源装置の出力に接続される負荷１２が無負荷となると電流検出抵抗９に流れる電流Ｉ１も無くなるため、最大出力が発生するように制御され、図８に示すように高圧電源装置の出力は発生し得る最大電圧まで上昇する。
【０００５】
上記のような高圧電源装置において、定電流制御と同時に軽負荷時の電圧抑制などの定電圧制御を行う場合について従来の高圧電源装置での回路例を図９、図１１により説明する。
【０００６】
図９は図７の高圧電源装置の高圧トランスに電圧検出巻線を付加したものである。図９において、上記図７の高圧電源装置の高圧トランス２に電圧検出巻線２０を付加し、同二次巻線４に発生する交流電圧に比例した交流電圧を電圧検出巻線２０にて検出し、その検出電圧をダイオード２１とコンデンサ２２からなる整流回路により整流、平滑した電圧を一次側の制御、駆動回路６に帰還するように構成し、その電圧により電流制御と合わせて電圧制御を行うものである。
【０００７】
次に、電圧検出巻線を設けずに、二次側にて電圧検出を行う方法について、図１１を用いて説明する。図１１は図７の高圧電源装置に電圧検出回路を付加したものである。図１１において、上記図７の高圧電源装置の出力電圧を分圧する第一の抵抗１１と第二の抵抗１３を直列接続した電圧検出抵抗を出力部ａ点と第二の基準電源１９との間又は出力部ａ点と接地等の安定電位との間に接続し、この第一の抵抗１１と第二の抵抗１３の接続点に発生する電圧を誤差増幅器１５の一方の入力に接続し、この誤差増幅器１５の他方の入力は第三の基準電源２０に接続し、この誤差増幅器１５の出力を一次側の制御、駆動回路６に帰還するように構成し、電流制御と合わせて電圧制御を行うものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９の回路の場合、高圧トランス２に設けた電圧検出巻線２０に発生する交流電圧は高圧トランス２の巻線間の結合等により、二次巻線４に発生する交流電圧との相似形を実現するのが困難であり、その波形差が検出誤差となり、図１０のように理想の定電圧特性に対し定電圧精度の悪いものとなっていた。
【０００９】
又、図１１の場合、高圧電源装置の出力電圧を二次側にて直接検出するため、高圧トランス２の結合等による検出誤差はなく定電圧精度は良くなるが、電流検出抵抗９に流れる電流Ｉ１は、出力に接続される負荷１２に流れる電流Ｉ０と、出力電圧Ｖ０を分圧する第一の抵抗１１と第二の抵抗１３を直列に接続した電圧検出抵抗に流れる電流Ｉ３との総和であるＩ２が流れ込むため、電流検出抵抗９に発生するフィードバック電圧は電圧検出抵抗１１及び１３へ流れる電流Ｉ３を含んだ値Ｉ１に比例するため、図１２のように理想の定電流特性に対し定電流精度の悪いものとなっていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の高圧電源装置は、直流電源をスイッチング素子でスイッチングして高圧トランスの一次巻線に印加し、この高圧トランスの二次巻線に発生する交流出力を整流して出力を取り出す高圧電源装置であって、高圧トランスの二次巻線の低電位側と第一の基準電源又は相当の安定電位との間に電流検出抵抗を接続し、この電流検出抵抗に発生した電圧を一次側の制御、駆動部に帰還するとともに、この高圧電源装置の出力電圧を分圧する第一の抵抗と第二の抵抗とを直列接続した電圧検出抵抗を出力部と二次巻線の低電位側に接続し、この第一の抵抗と第二の抵抗の接続点に発生する電圧を誤差増幅器の一方の入力に接続し、この誤差増幅器の他方の入力は第二の基準電源に接続し、この誤差増幅器の出力と上記二次巻線の低電位側をインピーダンス素子等で接続し、上記誤差増幅器の出力により発生した電圧と上記電流検出抵抗に発生した電圧とを合成した電圧が一定に保たれるように制御される構成を有するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、直流電源をスイッチング素子でスイッチングして高圧トランスの一次巻線に印加し、この高圧トランスの二次巻線に発生する交流出力を整流して出力を取り出す直流高圧電源装置であって、上記二次巻線の低電位側と第一の基準電源又は相当の安定電位との間に電流検出抵抗を接続し、この電流検出抵抗に発生した電圧を一次側の制御、駆動部に帰還するとともに、この高圧電源装置の出力電圧を分圧する第一の抵抗と第二の抵抗とを直列接続した電圧検出抵抗を出力部と二次巻線の低電位側に接続し、この第一の抵抗と第二の抵抗の接続点に発生する電圧を誤差増幅器の一方の入力に接続し、この誤差増幅器の他方の入力は第二の基準電源に接続し、この誤差増幅器の出力と上記二次巻線の低電位側をインピーダンス素子で接続し、上記誤差増幅器の出力により発生した電圧と上記電流検出抵抗に発生した電圧とを合成した電圧が一定に保たれるように制御される構成を有するものであり、この構成により、出力電圧の検出手段を電流制御の手段の中へ取り入れることができるため、精度の高い定電流、定電圧特性を得ることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の誤差増幅器の出力と高圧トランスの二次巻線の低電位側をダイオードで接続したものであり、この構成とすることにより電流の検出ループを一つとすることができ、請求項１の特性に加え、定電圧出力値の可変と合わせて定電流出力値の可変も容易に実現できる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の誤差増幅器の出力をスイッチ素子のコントロール端子部に接続し、そのスイッチ素子を直流電源又は接地間と高圧トランスの二次巻線の低電位側との間に接続したものであり、この構成とすることによっても電流の検出ループを一つとすることができ、請求項１の特性に加え、定電圧出力値の可変と合わせて定電流出力値の可変も容易に実現できる。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
本発明の高圧電源装置の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態１における高圧電源装置を示す回路図である。
【００１５】
図１において、１は直流電源であり、この直流電源１には高圧トランス２の一次巻線３とスイッチング素子５が直列に接続され、このスイッチング素子５のドライブ側には制御、駆動回路６が接続されており、上記一次巻線３に交流電圧を供給している。
【００１６】
上記高圧トランス２の一次巻線３に供給された交流電圧は、上記高圧トランス２の二次巻線４に昇圧され、二次巻線４に接続されるダイオード７とコンデンサ８により構成される整流、平滑回路により直流高電圧が得られる。
【００１７】
更には、上記高圧トランス２の二次巻線４の低電位側と第一の基準電源１０との間又は相当の安定電位との間に電流検出抵抗９を接続し、この電流検出抵抗９に発生した電圧を一次側の制御、駆動回路６に帰還するように構成し、ｂ点の電圧を一定に保つように制御されて高圧電源装置の出力が制御される。
【００１８】
又、上記のように構成された高圧電源装置の出力電圧Ｖ０を検出する手段を次のように接続する。
【００１９】
上記高圧電源装置の出力電圧Ｖ０を分圧する第一の抵抗１１と第二の抵抗１３を直列に接続した電圧検出抵抗を出力部ａ点と上記高圧トランス２の二次巻線４の低電位側に接続し、この第一の抵抗１１と第二の抵抗１３の接続点に発生する電圧を誤差増幅器１５の一方の入力に接続し、この誤差増幅器１５の他方の入力は第二の基準電源１４に接続し、この誤差増幅器１５の出力と上記二次巻線４の低電位側をインピーダンス素子１６で接続する。この電圧検出抵抗１１及び１３はコンデンサ８の放電抵抗も兼ねるものである。
【００２０】
では、この高圧電源装置の動作について出力が負極性の場合について説明する。正極性の場合はダイオード７が逆接続になっており、それぞれ流れる電流Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４の方向が逆であるのみであるため説明は省略する。
【００２１】
上記高圧電源装置の出力部ａ点に接続される負荷１２に流れる電流Ｉ０は誤差増幅器１５により発生する電圧とインピーダンス素子１６によって決まる電流Ｉ４と電流検出抵抗９に流れる電流Ｉ１との総和によって制御される。また、電圧検出抵抗の第一の抵抗１１、第二の抵抗１３に流れる電流Ｉ３による定電流精度の悪化も発生しない。この関係を次式で表わす。
【００２２】
Ｉ０＝Ｉ１＋Ｉ４＝Ｉ２−Ｉ３……式（１）
この時、ｂ点の電圧を一定に保つように高圧電源装置の出力が制御されるため、誤差増幅器１５の出力電圧が最小であれば、出力電流はＩ１＋Ｉ４の最大値に定電流制御されることになり、逆に誤差増幅器１５の出力電圧が最大にて｜Ｉ１｜≦｜Ｉ４｜であれば、出力電流Ｉ０は絞り込まれ高圧電源装置の出力電圧Ｖ０が抑制されることになる。
【００２３】
誤差増幅器１５の出力が最小と最大に反転する状態での高圧電源装置の出力特性を図２に示す。通常、出力電圧検出抵抗である第一の抵抗１１と第二の抵抗１３との接続点に発生する電圧は、第二の基準電源１４の電圧より高く設定されており、誤差増幅器１５の出力が最小となり、上記のようにＩ１＋Ｉ４に定電流制御される。
【００２４】
ここで、上記高圧電源装置の出力電圧が高くなり電圧検出抵抗である第一の抵抗１１と第二の抵抗１３との接続点に発生する電圧が、第二の基準電源１４の電圧より低くなった場合、誤差増幅器１５の出力が最大となり、誤差増幅器１５よりインピーダンス素子１６を介して電流Ｉ４がｂ点に供給される。このとき、電流検出抵抗９に流れる電流Ｉ１より、誤差増幅器１５からインピーダンス素子１６を介して流れる電流Ｉ４が大きい場合、回路動作上、負荷電流が増加した場合と同様の動作となり、出力電流Ｉ０が絞り込まれ高圧電源装置の出力電圧Ｖ０が抑制されることになる。
【００２５】
このように、定電流精度を悪化させることなく、出力電圧の検出を行い、精度の良い定電圧特性を合わせて実現することが可能である。
【００２６】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について図３、図４を用いて説明する。図３、図４は本発明の実施の形態２における高圧電源装置を示す回路図であり、基本的な構成は図１に示したものと同じである、異なる点は誤差増幅器１５の出力と高圧トランス２の二次巻線４の定電位側をダイオード１７で接続した点である。又、図３、図４の違いは、この高圧電源装置で得られる出力の極性が異なる点であり、動作は同様である。
【００２７】
通常、上記高圧電源装置の出力部ａ点に接続される負荷１２に流れる電流Ｉ０と、電流検出抵抗９に流れる電流Ｉ２は等しく、上記電流検出抵抗９のｂ点の電圧を一定に保つように制御されて定電流制御される。
【００２８】
一方、上記高圧トランス２の二次巻線４及び整流、平滑回路であるダイオード７、コンデンサ８に流れる電流Ｉ２は、上記電圧検出抵抗であり放電抵抗でもある抵抗１１，１３に流れる電流Ｉ３と上記負荷１２に流れる電流Ｉ０との総和が流れ、下記の式が成り立つため、電圧検出抵抗の抵抗１１，１３に流れる電流Ｉ２による定電流精度の悪化は発生しない。
【００２９】
Ｉ０＝Ｉ２−Ｉ３＝Ｉ１……式（２）
この時、上記電流検出抵抗９に発生したｂ点の電圧を一定に保つように制御され、Ｉ１が一定となるため、高圧電源装置の出力は定電流に保たれる。
【００３０】
この定電流制御されている時に出力電圧が高くなった場合について、図３により説明する。
【００３１】
上記高圧電源装置の出力電圧Ｖ０を分圧する第一の抵抗１１と第二の抵抗１３の接続点に発生する電圧が第二の基準電源１４の電圧を下回ると、誤差増幅器１５よりダイオード１７を介して上記二次巻線４の低電位側へ電流Ｉ４を供給し、その供給された電流Ｉ４と負荷１２に流れる電流Ｉ０との総和がＩ１となる。つまり、回路動作上、負荷電流Ｉ０が増加した場合と同様の動作となり、電流検出抵抗９に発生したｂ点の電圧を一定に保つように制御がかかることにより、出力電圧が抑制されることになる。この関係を次式に表わす。
【００３２】
Ｉ０＝Ｉ２−Ｉ３＋Ｉ４＝Ｉ１……式（３）
回路動作上、負荷電流Ｉ０がＩ０＋Ｉ４に増加した場合と同様の動作となり上記電流検出抵抗９に発生したｂ点の電圧を一定に保つように制御がかかることにより、負荷電流Ｉ０はＩ０−Ｉ４に絞られ出力電圧が抑制される。
【００３３】
逆に、出力電圧Ｖ０が低くなり上記高圧電源装置の出力電圧Ｖ０を分圧する第一の抵抗１１と第二の抵抗１３の接続点に発生する電圧が第二の基準電源１４の電圧を上回ると、誤差増幅器１５からの出力がダイオード１７により遮断されるため、通常の定電流制御に戻るものである。
【００３４】
同様に、上記高圧電源装置と出力が逆極性の場合において、定電流制御されている時に出力電圧が高くなった場合について、図４により説明する。
【００３５】
上記高圧電源装置の出力電圧Ｖ０を分圧する第一の抵抗１１と第二の抵抗１３の接続点に発生する電圧が第二の基準電源１４の電圧を上回ると、上記二次巻線４の低電位側より、ダイオード１７を介して誤差増幅器１５へ電流Ｉ４を吸い込み、その吸い込んだ電流Ｉ４と、負荷１２に流れる電流Ｉ０との総和がＩ１となる。つまり、回路動作上、負荷電流Ｉ０が増加した場合と同様の動作となり、電流検出抵抗９に発生したａ点の電圧を一定に保つように制御がかかることにより、出力電圧が抑制されることになる。この関係は式（３）と同様である。
【００３６】
逆に、出力電圧Ｖ０が低くなり上記高圧電源装置の出力電圧Ｖ０を分圧する第一の抵抗１１と第二の抵抗１３の接続点に発生する電圧が第二の基準電源１４の電圧を下回ると、誤差増幅器１５からの出力がダイオード１７により遮断されるため、通常の定電流制御に戻るものである。
【００３７】
このように実施の形態１と同様に本発明の高圧電源装置で得られる出力特性は図２に示すように定電流精度を悪化させることなく、精度の良い定電圧特性を合わせて実現することが可能である。更に、この構成とすることにより電流の検出ループを一つとすることができるため、定電圧出力値の可変と合わせて定電流出力値の可変も第一の基準電源１０及び第二の基準電源１４の電圧を可変することにより容易に実現できる。
【００３８】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３について図５、図６を用いて説明する。図５、図６は本発明の実施の形態３における高圧電源装置を示す回路図であり、基本的な構成は図３、図４に示したものと同じであり、異なる点は誤差増幅器１５の出力をスイッチ素子１８のコントロール端子部に接続し、そのスイッチ素子１８を直流電源１又は接地間と高圧トランス２の二次巻線４の低電位側との間に接続した点である。また、図５、図６の違いは、スイッチ素子１８の接続箇所であり、この高圧電源装置で得られる出力の極性が異なる点であって、動作は同様である。
【００３９】
では、図５の動作について、スイッチ素子１８をトランジスタにて構成した場合を例に、図３と異なる点について説明する。図３と同様に定電流制御されている時において、出力電圧が高くなった場合、上記高圧電源装置の出力電圧Ｖ０を分圧する第一の抵抗１１と第二の抵抗１３との接続点に発生する電圧が第二の基準電源１４の電圧を下回ると、誤差増幅器１５の出力が“Ｌ”となり、直流電源１よりスイッチ素子１８のベースへ電流が流れ、増幅されたコレクタ電流が図３と同様に上記二次巻線４の低電位側へ電流Ｉ４を供給し、その供給された電流Ｉ４により出力電圧が抑制される。又、逆に出力電圧が低くなった場合、出力電圧Ｖ０を分圧する第一の抵抗１１と第二の抵抗１３との接続点に発生する電圧が第二の基準電源１４の電圧を上回ると、誤差増幅器１５の出力が“Ｈ”となり、直流電源１からのスイッチ素子１８のベース電流が流れなくなり、スイッチ素子１８は遮断し通常の定電流制御に戻るものである。
【００４０】
次に、図６の動作について、図４と異なる点について説明する。図５と同様に定電流制御されている時において、出力電圧が高くなった場合、上記高圧電源装置の出力電圧Ｖ０を分圧する第一の抵抗１１と第二の抵抗１３との接続点に発生する電圧が第二の基準電源１４の電圧を上回ると、誤差増幅器１５の出力が“Ｈ”となり、スイッチ素子１８のベースへ電流が流れ、増幅されたコレクタ電流が図４と同様に、上記二次巻線４の低電位側より接地へ電流Ｉ４を吸い出し、その吸い出された電流Ｉ４により出力電圧が抑制される。
【００４１】
又、逆に出力電圧が低くなった場合、出力電圧Ｖ０を分圧する第一の抵抗１１と第二の抵抗１３との接続点に発生する電圧が第二の基準電源１４の電圧を下回ると、誤差増幅器１５の出力が“Ｌ”となり、スイッチ素子１８へのベース電流が流れなくなり、スイッチ素子１８は遮断し通常の定電流制御に戻るものである。
【００４２】
この場合も実施の形態２と同様の出力特性が得られるが、誤差増幅器１５の出力がスイッチ素子１８により増幅されるため、誤差増幅器１５の出力電流の吸い込み、吐き出し能力に左右されず、更に高圧電源装置の制御範囲を広げることが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明の高圧電源装置は、直流電源をスイッチング素子でスイッチングして高圧トランスの一次巻線に印加し、この高圧トランスの二次巻線に発生する交流出力を整流し出力を取り出す直流高圧電源装置であって、上記二次巻線の低電位側と第一の基準電源又は相当の安定電位との間に電流検出抵抗を接続し、この電流検出抵抗に発生した電圧を一次側の制御、駆動部に帰還するとともに、この高圧電源装置の出力電圧を分圧する第一の抵抗と第二の抵抗とを直列に接続した電圧検出抵抗を出力部と二次巻線の低電位側に接続し、この第一の抵抗と第二の抵抗との接続点に発生する電圧を誤差増幅器の一方の入力に接続し、この誤差増幅器の他方の入力は第二の基準電源に接続し、この誤差増幅器の出力と上記二次巻線の低電位側をインピーダンス素子で接続し、上記誤差増幅器の出力により発生した電圧と上記電流検出抵抗に発生した電圧とを合成した電圧が一定に保たれるように制御されるよう構成したものであり、この構成により、出力電圧の検出手段を電流制御の手段の中へ取り入れることができ、精度の高い定電流特性を保ったまま出力電圧の検出を行い、精度の良い定電圧特性を合わせ得ることを安価に実現するものである。
【００４４】
これにより、使用環境、紙質の違い等による高圧電源装置の出力の負荷条件の変動による出力変動を容易に安定化することができ、しかも定電流出力の過電圧抑制、定電圧出力の過電流抑制を同一回路で実現できる。このことより、回路の標準化の面からも応用範囲は広い。又、高圧トランスに出力電圧の検出巻線、検出用整流回路等を設ける必要が無く、高圧トランス及び高圧電源装置の小型化、低コスト化が可能である。更に過電圧の抑制値並びに過電流の抑制値について、双方とも兼ね備えた高精度の設定が可能であり、実使用範囲との余裕度を必要としないため、放電電極間距離を火花放電などの発生を防止しつつ、短縮できる等、小型で安全な電子写真装置が実現可能となる。このようなことからも産業的価値の大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における高圧電源装置の回路図
【図２】本発明の実施の形態１、実施の形態２及び実施の形態３における出力特性図
【図３】本発明の実施の形態２における負極性の高圧電源装置の回路図
【図４】本発明の実施の形態２における正極性の高圧電源装置の回路図
【図５】本発明の実施の形態３における負極性の高圧電源装置の回路図
【図６】本発明の実施の形態３における正極性の高圧電源装置の回路図
【図７】従来の高圧電源装置の回路図
【図８】従来の高圧電源装置における出力特性図
【図９】従来の高圧電源装置の回路図
【図１０】従来の高圧電源装置における出力特性図
【図１１】従来の高圧電源装置の回路図
【図１２】従来の高圧電源装置における出力特性図
【符号の説明】
１  直流電源
２  高圧トランス
３  一次巻線
４  二次巻線
５  スイッチング素子
６  制御、駆動回路
７  ダイオード
８  コンデンサ
９  電流検出抵抗
１０  基準電源又は相当の安定電位
１１  抵抗
１２  負荷
１３  抵抗
１４  基準電源
１５  誤差増幅器
１６  インピーダンス素子
１７  ダイオード
１８  スイッチ素子
１９  基準電源又は相当の安定電位
２０  電圧検出巻線
２１  ダイオード
２２  コンデンサ
【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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【図１２】
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