(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源に接続される電源側端子および負荷に接続される負荷側端子を有する端子部を備え、三組の前記電源側端子および負荷側端子のうち、二組の電源側端子および負荷側端子に接続され、電源側端子と負荷側端子との間を断接する開閉器を内蔵した電力量計において、商用電源電圧のゼロクロスを検出する制御部を備え、その制御部でのゼロクロス検出のタイミングで前記開閉器の駆動部に商用電源電圧と同期した駆動電圧を印加すると共に、商用電源電圧のゼロクロスを検出することに基づいて次のゼロクロス付近で前記開閉器の接点を開閉するように設定することにより、前記制御部および開閉器の両方で開閉器の動作タイミングを制御するようにしたことを特徴とする電力量計。
【請求項２】
前記開閉器の駆動部は、前記接点を駆動する駆動コイルを有し、その駆動コイルの巻数を調整することにより、ゼロクロス検出に基づいて次のゼロクロス付近で前記接点を開閉するように設定可能とした請求項１に記載の電力量計。
【請求項３】
前記開閉器の駆動部は、前記駆動コイルのアーマチュアを介してアームの回動および補助スプリングによりスライダを移動させて前記接点を開閉する接点開閉機構を有し、前記補助スプリングの強さを調整することにより、ゼロクロス検出に基づいて次のゼロクロス付近で前記接点を開閉するように設定可能とした請求項１に記載の電力量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば一般家庭などの電力需要家が使用する電力量を計測して表示する電力量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、一般家庭、ビルや工場などの電力需要家が使用する電力量を計測して表示する電力量計として、電子式電力量計が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の電力量計は、電力量を計測する計測部を筐体に収容し、その筐体の前面に表示部を設けると共に、前述の計測部および表示部を囲撓するように透明カバーを筐体に取り付けた構造を備えている。
【０００３】
また、この電力量計では、前述の透明カバーの下方で筐体の下部に端子部が取り付けられている。この端子部は、電力供給設備からの配電線がねじ止めにより接続される電源側端子と、電力需要家内の負荷への配電線がねじ止めにより接続される負荷側端子とが並設された構造を具備する。
【０００４】
前述した構造を具備した電力量計は、単相用と三相用との共用を図るため、端子部に配設された三組の電源側端子および負荷側端子のうち、二組の電源側端子および負荷側端子間にリレー等の開閉器を設けている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７０７８７号公報
【特許文献２】特開２００８−２０３１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１，２に開示された電力量計では、商用電源から負荷への電力供給を停止したり、あるいは商用電源から負荷への電力供給を再開したりすることを容易にするため、前述したように、電力量計における端子部の電源側端子と負荷側端子との間を断接する開閉器が設けられている。
【０００７】
しかしながら、商用電源から負荷への電力供給を停止している状態から、負荷への電力供給を再開するに際して、電力需要家における負荷（家電製品の電源回路にコンデンサ負荷がある場合）が接続されている状態で開閉器を閉じようとすると、商用電源電圧が高いタイミングでその接点が閉じることがある。
【０００８】
このように、商用電源電圧が高いタイミングで開閉器の接点が閉じると、その接点に大きな突入電流が流れるために接点が溶着することになる。その結果、再度、商用電源から負荷への電力供給を停止するに際して、開閉器を開放しようとしても、その開閉器の接点が開かないという不具合が発生することになる。
【０００９】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、開閉器の接点が閉じる際の突入電流を低減することにより接点の溶着を未然に防止し得る電力量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、商用電源に接続される電源側端子および負荷に接続される負荷側端子を有する端子部を備え、三組の電源側端子および負荷側端子のうち、二組の電源側端子および負荷側端子に接続され、電源側端子と負荷側端子との間を断接する開閉器を内蔵した電力量計において、商用電源電圧のゼロクロスを検出する制御部を備え、その制御部でのゼロクロス検出のタイミングで開閉器の駆動部に商用電源電圧と同期した駆動電圧を印加すると共に、商用電源電圧のゼロクロスを検出することに基づいて次のゼロクロス付近で開閉器の接点を開閉するように設定することにより、制御部および開閉器の両方で開閉器の動作タイミングを制御するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る電力量計に内蔵された開閉器では、商用電源電圧のゼロクロスを検出することに基づいて次のゼロクロス付近で接点を開閉するように設定されている。これにより、商用電源から負荷への電力供給を停止している状態から、負荷への電力供給を再開するに際して、電力需要家における負荷（家電製品の電源回路にコンデンサ負荷がある場合）が接続されている状態で開閉器を閉じる場合、商用電源電圧が低いタイミングとなるゼロクロス付近で接点を閉じるため、その接点に流れる突入電流を低減することができ、突入電流による接点の溶着を未然に防止することができる。
【００１２】
本発明の電力量計は、商用電源電圧のゼロクロスを検出する制御部を備え、その制御部でのゼロクロス検出のタイミングで開閉器の駆動部に商用電源電圧と同期した駆動電圧を印加するように構成する。これにより、商用電源電圧のゼロクロス検出に基づいて次のゼロクロス付近で開閉器を開閉させる手段として、電力量計の制御部と開閉器との両方でその開閉器の動作タイミングを制御することができる。
【００１３】
ここで、開閉器の駆動部は、接点を駆動する駆動コイルのアーマチュアを介してアームの回動および補助スプリングによりスライダを移動させて接点を開閉する接点開閉機構を有する場合、駆動コイルの巻数あるいは補助スプリングの強さを調整することにより、ゼロクロス検出に基づいて次のゼロクロス付近で接点を開閉するように設定することが可能である。このように、駆動コイルの巻数あるいは補助スプリングの強さを調整することにより、商用電源電圧のゼロクロス検出から次のゼロクロス付近までの所要時間に接点の開閉動作時間を合わせることで、ゼロクロス付近で接点を開閉させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、開閉器は、商用電源電圧のゼロクロスを検出することに基づいて次のゼロクロス付近で接点を開閉するように設定されている。これにより、商用電源から負荷への電力供給を停止している状態から、負荷への電力供給を再開するに際して、電力需要家における負荷（家電製品の電源回路にコンデンサ負荷がある場合）が接続されている状態で開閉器を閉じる場合であっても、商用電源電圧が低いタイミングとなるゼロクロス付近で接点を閉じるため、その接点に流れる突入電流を低減することができ、突入電流による接点の溶着を未然に防止できる。その結果、長寿命で信頼性の高い開閉器を内蔵した電力量計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る電力量計の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】商用電源電圧波形と開閉器の動作タイミングによる電流波形を示す特性図である。
【図３】電力量計の制御部と開閉器の両方で開閉器の動作タイミングを制御する場合の電力量計を示す概略構成図である。
【図４】図３の構成において、商用電源電圧波形と開閉器の駆動電圧波形を示す特性図である。
【図５】電力量計の制御部のみで開閉器の動作タイミングを制御する場合の電力量計を示す概略構成図である。
【図６】図５の構成において、商用電源電圧波形と制御信号および投入信号を示す特性図である。
【図７】開閉器のみでその動作タイミングを制御する場合の電力量計を示す概略構成図である。
【図８】図７の構成において、商用電源電圧波形と投入信号および駆動電圧波形を示す特性図である。
【図９】開閉器の開状態における接点開閉機構を示す概略構成図である。
【図１０】開閉器の閉状態における接点開閉機構を示す概略構成図である。
【図１１】開閉器における接点開閉機構の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る電力量計の実施形態を以下に詳述する。この電力量計は、電力量を計測する計測部を筐体に収容し、その筐体の前面に表示部を設けると共に、前述の計測部および表示部を囲撓するように透明カバーを筐体に取り付けた構造を備えている。
【００１７】
この実施形態における電力量計は、図１に示すように、前述の透明カバー１１の下方で筐体１２の下部に端子部１３（端子ブロック）が取り付けられている。この端子部１３は、電力供給設備からの配電線がねじ止めにより接続される電源側端子１Ｓ，２Ｓ，３Ｓと、電力需要家内の負荷への配電線がねじ止めにより接続される負荷側端子１Ｌ，２Ｌ，３Ｌとが並設された構造を具備する。
【００１８】
前述した構造を具備した電力量計は、単相用と三相用との共用を図るため、端子部１３に配設された三組の電源側端子１Ｓ〜３Ｓおよび負荷側端子１Ｌ〜３Ｌのうち、二組の電源側端子１Ｓ，３Ｓおよび負荷側端子１Ｌ，３Ｌ、つまり、電源側端子１Ｓと負荷側端子１Ｌとの間、および電源側端子３Ｓと負荷側端子３Ｌとの間にリレーの接点１４，１５をそれぞれ接続している。これら二つのリレーの接点１４，１５からなる二回路を構成した一つの開閉器１６が内蔵されている。
【００１９】
ここで、電力量計を単相用として使用する場合、商用電源から負荷への電力供給を停止したり、あるいは商用電源から負荷への電力供給を再開したりすることを容易にするため、前述したように、電源側端子１Ｓと負荷側端子１Ｌとの間、および電源側端子３Ｓと負荷側端子３Ｌとの間に設けられた開閉器１６の接点１４，１５により、電源側端子１Ｓと負荷側端子１Ｌとの間、および電源側端子３Ｓと負荷側端子３Ｌとの間を断接するようにしている。
【００２０】
ここで、商用電源から負荷への電力供給を停止している状態から、負荷への電力供給を再開しようとする場合、接点１４，１５を開閉する開閉器１６の駆動部には、図２に示すように、商用電源電圧のゼロクロスのタイミング（矢印Ｘ参照）で商用電源電圧と同期した駆動電圧が印加される。この時、電力需要家における負荷（家電製品の電源回路にコンデンサ負荷がある場合）が接続されている状態で開閉器１６を閉じようとすると、従来では、商用電源電圧が高いタイミング（矢印Ｙ参照）で接点１４，１５が閉じることがある。この商用電源電圧が高いタイミングとは、商用電源電圧のゼロクロス（矢印Ｘで示す時点）から時間ｔ（例えば、６０Ｈｚの場合では、ｔ＝４．２ｍｓ、また、５０Ｈｚの場合では、ｔ＝５ｍｓ）が経過した時点を意味する。
【００２１】
このように、商用電源電圧が高いタイミングで開閉器１６の接点１４，１５が閉じると、商用電源から負荷への電力供給を停止している状態から、負荷への電力供給を再開しようとする場合に、接点１４，１５に大きな突入電流（電流波形Ａ参照）が流れるために接点１４，１５が溶着することになる。その結果、再度、商用電源から負荷への電力供給を停止するに際して、開閉器１６を開放しようとしても、その開閉器１６の接点１４，１５が開かないことになる。
【００２２】
そこで、この実施形態における電力量計の開閉器１６は、商用電源電圧のゼロクロス（矢印Ｘ参照）を検出することに基づいて次のゼロクロス付近（矢印Ｚ参照）で接点１４，１５を開閉するように設定されている。例えば、商用電源電圧のゼロクロス（矢印Ｘで示す時点）から既定時間Ｔ（例えば、６０Ｈｚの場合では、Ｔ＝８．３ｍｓ、また、５０Ｈｚの場合では、Ｔ＝１０ｍｓ）が経過した時点、つまり、次のゼロクロス付近（矢印Ｚで示す時点）で接点１４，１５が閉じるように設定している。このように商用電源電圧が低いタイミングとなるゼロクロス付近で接点１４，１５を閉じることにより、商用電源から負荷への電力供給を停止している状態から、負荷への電力供給を再開しようとする場合に、接点１４，１５に流れる突入電流を低減することができる（電流波形Ｂ参照）。その結果、突入電流による接点１４，１５の溶着を未然に防止することができる。
【００２３】
以上のように、商用電源から負荷への電力供給を停止している状態から、負荷への電力供給を再開しようとする場合、商用電源電圧のゼロクロス（矢印Ｘ参照）検出に基づいて次のゼロクロス付近（矢印Ｚ参照）で開閉器１６の接点１４，１５を閉じるように設定するには、電力量計の制御部１７と開閉器１６の両方でその開閉器１６の動作タイミングを制御する手段がある。
【００２４】
この手段では、図３に示すように、制御部１７のゼロクロス検出部１８で商用電源電圧のゼロクロスを検出し、そのゼロクロス検出部１８でのゼロクロス検出に基づいて制御部１７の駆動電圧生成部１９で商用電源電圧と同期した半波の駆動電圧を生成する。この制御部１７でのゼロクロス検出のタイミングで開閉器１６の駆動部２１に商用電源電圧と同期した半波の駆動電圧を印加する（図４参照）。一方、この開閉器１６は、駆動電圧の印加から接点１４，１５が閉じるまでの一定の動作時間Ｔ1を持つ。なお、ゼロクロス検出部１８としては、開閉器１６のリレーとは別に設けられたソリッドステートリレーで構成することが可能である。
【００２５】
このように、電力量計の制御部１７により、ゼロクロス検出のタイミングで開閉器１６の駆動部２１に商用電源電圧と同期した半波の駆動電圧を印加すると共に、開閉器１６では、接点１４，１５が閉じるまでの動作時間Ｔ1を駆動電圧の印加（ゼロクロス検出）から次のゼロクロス付近に達するまでの既定時間Ｔに設定することにより、次のゼロクロス付近で接点１４，１５を閉じるように開閉器１６の動作タイミングを制御することが可能となる。なお、接点１４，１５が閉じるまでの動作時間Ｔ1は、後述するように、開閉器１６を構成する駆動部２１あるいは接点開閉機構３０（図９および図１０参照）を調整することにより変更可能である。
【００２６】
以上では、電力量計の制御部１７と開閉器１６の両方でその開閉器１６の動作タイミングを制御する手段を説明したが、商用電源電圧のゼロクロス検出に基づいて次のゼロクロス付近でその開閉器１６の接点１４，１５を閉じるように設定する他の手段として、電力量計の制御部１７のみで開閉器１６の動作タイミングを制御する手段を採用することも可能である。
【００２７】
この場合、図５に示すように、制御部１７のゼロクロス検出部１８で商用電源電圧のゼロクロスを検出し、そのゼロクロス検出部１８でのゼロクロス検出に基づいて制御部１７の投入信号生成部２０で開閉器１６の動作タイミングが次のゼロクロス付近となるように投入信号を生成する。つまり、この制御部１７では、商用電源電圧のゼロクロスと同期した制御信号を生成することにより、ゼロクロス検出から次のゼロクロスまでの既定時間Ｔを認識する。このゼロクロス検出から次のゼロクロスまでの既定時間Ｔから、開閉器１６の接点１４，１５が閉じるまでの動作時間Ｔ1を差し引いた時間をＴ2とし、この時間Ｔ2がゼロクロス検出から経過した時点で、制御部１７の投入信号生成部２０から開閉器１６の駆動部２１に投入信号を出力する（図６参照）。この投入信号の出力により、次のゼロクロス付近で接点１４，１５を閉じるように開閉器１６の動作タイミングを制御することが可能となる。
【００２８】
以上では、電力量計の制御部１７のみで開閉器１６の動作タイミングを制御する手段を説明したが、商用電源電圧のゼロクロス検出に基づいて次のゼロクロス付近でその開閉器１６の接点１４，１５を閉じるように設定する他の手段として、開閉器１６のみでその動作タイミングを制御する手段を採用することも可能である。
【００２９】
この場合、図７に示すように、開閉器１６のゼロクロス検出部１８で商用電源電圧のゼロクロスを検出し、そのゼロクロス検出部１８でのゼロクロス検出に基づいて開閉器１６の駆動電圧生成部１９で商用電源電圧と同期した半波の駆動電圧を生成する。この開閉器１６でのゼロクロス検出のタイミングで開閉器１６の駆動部２１に商用電源電圧と同期した半波の駆動電圧を印加する（図８参照）。一方、この開閉器１６は、駆動電圧の印加から接点１４，１５が閉じるまでの一定の動作時間Ｔ1を持つ。なお、ゼロクロス検出部１８としては、開閉器１６のリレーとは別に設けられたソリッドステートリレーで構成することが可能である。
【００３０】
電力量計の制御部１７から投入信号が出力されると、開閉器１６では、ゼロクロス検出のタイミングで駆動部２１に商用電源電圧と同期した半波の駆動電圧を印加すると共に、接点１４，１５が閉じるまでの動作時間Ｔ1を駆動電圧の印加（ゼロクロス検出）から次のゼロクロス付近に達するまでの既定時間Ｔに設定することにより、次のゼロクロス付近で接点１４，１５を閉じるように開閉器１６の動作タイミングを制御することが可能となる。なお、接点１４，１５が閉じるまでの動作時間Ｔ1は、後述するように、開閉器１６を構成する駆動部２１あるいは接点開閉機構３０（図９および図１０参照）を調整することにより変更可能である。
【００３１】
ここで、前述の開閉器１６は、図９および図１０に示すような接点開閉機構３０を具備する。この接点開閉機構３０は、駆動電圧の印加により接点１４，１５を駆動する駆動部である駆動コイル２１と、その駆動コイル２１への駆動電圧の印加により支点Ｏを中心にして回動自在に配置されたアーム２２と、水平方向に移動可能に配置されたスライダ２３と、そのスライダ２３に設けられた補助スプリング２５と、固定接点板２６，２７に設けられた固定側接点２８，２９と、可動接点板３２，３３に設けられた可動側接点３４，３５と、スライダ２３の凹部３８，３９に設けられたコンタクトスプリング４０，４１とで主要部が構成されている。
【００３２】
前述のアーム２２は、駆動コイル２１のフレーム３６に接触するアーマチュア３７が一体的に設けられている。スライダ２３は、一端がアーム２２に嵌合されている。補助スプリング２５は、固定配置の突き当てリブ２４との間で図示右側に弾性力を付勢している。コンタクトスプリング４０，４１は、スライダ２３の凹部３８，３９に挿入配置された可動接点板３２，３３の先端を図示右側に押圧している。
【００３３】
なお、固定側接点２８，２９は、固定接点板２６，２７を介して端子部１３の電源側端子１Ｓ，３Ｓに接続され、可動側接点３４，３５は、可動接点板３２，３３を介して端子部１３の負荷側端子１Ｌ，３Ｌに接続されている。これら固定側接点２８，２９と可動側接点３４，３５とでリレーの接点１４，１５（図１参照）が構成されている。
【００３４】
以上の構成からなる接点開閉機構３０では、図１１に示すように、駆動コイル２１に駆動電圧が印加されると、アーマチュア３７を介してアーム２２が回動し、そのアーム２２の回動によりスライダ２３が水平方向に移動し、固定側接点２８，２９に対して可動側接点３４，３５が開閉動作する。
【００３５】
開閉器１６の投入時、図９の開放状態から図１０の投入状態へ移行することにより接点１４，１５（図１参照）が閉じる。つまり、図９に示すように、駆動コイル２１への駆動電圧の印加によりアーム２２が時計方向（図中矢印参照）に回動する。このアーム２２の回動によりスライダ２３が水平方向（図中矢印参照）へ移動する。この時、補助スプリング２５の弾性力によりスライダ２３の移動が補助される。このスライダ２３の移動により、コンタクトスプリング４０，４１でもって押圧された可動接点板３２，３３の可動側接点３４，３５が固定側接点２８，２９に接触する（図１０参照）。
【００３６】
なお、開閉器１６の開放時、図１０の投入状態から図９の開放状態へ移行することにより接点１４，１５（図１参照）が開く。つまり、図１０に示すように、駆動コイル２１への駆動電圧の印加によりアーム２２が反時計方向（図中矢印参照）に回動する。このアーム２２の回動によりスライダ２３が水平方向（図中矢印参照）へ移動する。この時、コンタクトスプリング４０，４１の弾性力によりスライダ２３の移動が補助される。このスライダ２３の移動により、スライダ２３に押された可動接点板３２，３３の可動側接点３４，３５が固定側接点２８，２９から解離する（図９参照）。
【００３７】
開閉器１６が、前述した構成のように、駆動コイル２１、アーム２２、スライダ２３、補助スプリング２５、コンタクトスプリング４０，４１、固定側接点２８，２９および可動側接点３４，３５からなる接点開閉機構３０を有する場合、駆動コイル２１の巻数あるいは補助スプリング２５の強さを調整することにより、投入時のゼロクロス検出に基づく接点閉信号により次のゼロクロス付近で接点１４，１５を閉じるように設定することが可能である。
【００３８】
つまり、開閉器１６の投入において、駆動コイル２１の巻数あるいは補助スプリング２５の強さを調整することにより、駆動コイル２１への駆動電圧の印加から接点１４，１５が閉じるまでの動作時間Ｔ1を変更することで、商用電源電圧のゼロクロス検出（図２の矢印Ｘで示す時点）から次のゼロクロス付近（図２の矢印Ｚで示す時点）までの既定時間Ｔに合わせることで、ゼロクロス付近で接点１４，１５が閉じるようにすることが可能となる。
【００３９】
例えば、駆動コイル２１の巻数を増やしたり、開閉器１６の投入時にスライダ２３の移動を補助する補助スプリング２５の弾性力を大きくしたりすれば、接点閉信号により駆動コイル２１に駆動電圧が印加された時点から、アーム２２、補助スプリング２５、スライダ２３を介して固定側接点２８，２９および可動側接点３４，３５からなる接点１４，１５が閉動作するまでに要する時間を短くすることができる。
【００４０】
逆に、駆動コイル２１の巻数を減らしたり、開閉器１６の投入時にスライダ２３の移動を補助する補助スプリング２５の弾性力を小さくしたりすれば、接点閉信号により駆動コイル２１に駆動電圧が印加された時点から、アーム２２、補助スプリング２５、スライダ２３を介して固定側接点２８，２９および可動側接点３４，３５からなる接点１４，１５が閉動作するまでに要する時間を長くすることができる。
【００４１】
従って、商用電源から負荷への電力供給を停止している状態から、負荷への電力供給を再開するに際して、電力需要家における負荷（家電製品の電源回路にコンデンサ負荷がある場合）が接続されている状態で開閉器１６を投入する場合であっても、駆動コイル２１の巻数あるいは補助スプリング２５の強さを調整して、駆動コイル２１への駆動電圧の印加から接点１４，１５が閉じるまでの動作時間Ｔ1を、商用電源電圧のゼロクロス検出から次のゼロクロス付近までの所要時間Ｔに合わせることで、次のゼロクロス付近で接点１４，１５が閉じるように設定することが可能となる。その結果、接点１４，１５に流れる突入電流を低減することができ、突入電流による接点１４，１５の溶着を未然に防止できる。
【００４２】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００４３】
１３  端子部
１４，１５  接点
１６  開閉器
１７  制御部
２１  駆動部（駆動コイル）
２２  アーム
２３  スライダ
２５  補助スプリング
３７  アーマチュア
１Ｓ〜３Ｓ  電源側端子
１Ｌ〜３Ｌ  負荷側端子
【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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