(57)【要約】    【課題】  バッテリーの状態監視機能を備えなくても、主電源からの給電時におけるバッテリーの異常を検出することができるバッテリー異常検出装置を提供する。    【解決手段】  交流入力電力AC_INが正常に供給されているＡＣ給電時では、主電源部８によりバッテリー５の定電圧定電流充電が行われる。過充電時等には、保護回路７により保護スイッチ６がオフすると共に、それに連動して定電圧ダミー回路20がオンする。定電圧ダミー回路20の動作により、主電源部８の充電出力は、定電圧ダミー回路20の所定の電圧になるため、分圧電圧Ｖｄを基準電圧Ｖｒｅｆ以下とすることができる。従って、定電圧ダミー回路20をラッチ動作させることにより、強制的にコンパレータ13からＬレベルのバッテリー不足電圧信号BATT_Lowが出力される。【選択図】  図１
2006262606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーの充放電電力に関する検出条件の成立から直接前記バッテリーの異常を判断するバッテリー異常検出装置において、前記バッテリーに取り付けられた保護回路の動作に連動して強制的に当該検出条件を成立させる条件発生手段を設けたことを特徴とするバッテリー異常検出装置。
【請求項２】
前記検出条件が所定時間継続して成立した場合に前記バッテリーの異常と判断する異常判定手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のバッテリー異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例えばリチウムイオン電池などの充放電可能なバッテリー（二次電池）の異常を検出するための二次電池の異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばパソコンなどのコンピュータは、停電などの原因により入力電源が遮断されると内部に保存されているデータが破壊，消去される虞があり、このような入力電源遮断時にシステムを安全にシャットダウンするための電力を供給する装置としてＵＰＳ（無停電電源装置）がある。このＵＰＳはコンピュータ以外の通信装置や医療機器など瞬間的若しくは短時間の停止において重大な問題となる電子機器に多く使用され、停電時負荷に電力を供給し続けるバックアップ電源として幅広い分野で使用されている。一般に、ＵＰＳは、主電源としての商用交流電源からの入力電圧が正常に発生している場合に、電源本体の主電源部から負荷に所要の直流または交流電圧を供給し、かつこの主電源部を介してバッテリーを充電する一方で、前記入力電圧が著しく低下若しくは停電すると、バックアップ電源としてのバッテリーが放電して、主電源部から負荷に引き続き電力を供給するようになっている。ここで使用するバッテリーは、安価で充放電管理が簡単な鉛蓄電池や、小形で高性能なリチウムイオン電池などが使用されている。
【０００３】
しかし、商用電源が停電になり、いざバッテリーを使おうとしたときに、当該バッテリーユニットが故障していると、バックアップ電源としての本来の役割を果たすことができない。そこで、ＵＰＳに搭載されているバッテリーユニットが故障していないかどうかを常に監視しておく必要がある。ＵＰＳからの信号処理方法は、通信信号方式と接点信号方式とで大きく分かれるが、ＵＰＳ本体と外部機器とのインターフェースのうちバッテリー不足電圧信号BATT_Low機能は共通している。
【０００４】
図４はＵＰＳ本体１の外部機器との入出力を示す概要図である。ＵＰＳ本体１には、商用交流電源２からの交流入力電力AC_INと、バックアップ電源としてのバッテリーユニット３からのバッテリー電力BATとが入力される。バッテリーユニット３は、図中では外部機器として図示してあるが、通常ＵＰＳ本体１の外郭部材となるケーシング内に収容される。ここで示されているＵＰＳ本体１はＤＣ出力のものである。ＵＰＳ本体１は、商用交流電源２からの交流入力電力AC_INが正常に供給されている場合は、図示しない負荷に所要の直流出力電力DC_OUTを供給し、同時に、バッテリーユニット３を充電する一方で、交流入力電力AC_INが著しく低下若しくは停電すると、バッテリーユニット３が放電してバッテリー電力BATがＵＰＳ本体１に供給され、前記負荷に引き続き直流出力電力DC_OUTを供給する。ＵＰＳ本体１から出力されるアラーム信号としては、交流入力電力AC_INが著しく低下若しくは停電した場合に出力されるＡＣ給電信号AC_FAILと、後述するバッテリー不足電圧信号BATT_Lowとがあり、これらのアラーム信号をＵＰＳ管理ソフト15を搭載した例えばパソコンなどの外部機器へ出力することで、ＵＰＳ本体１をＵＰＳ管理ソフト15により管理することが可能となる。ＵＰＳ管理ソフト15は、ＡＣ給電信号AC_FAILとバッテリー不足電圧信号BATT_Lowを監視して異常を判断したり、ＵＰＳ本体１にシャットダウン信号shut_downを送出することでＵＰＳ本体１を停止することができる。
【０００５】
ここで、バッテリー不足電圧信号BATT_Lowについて詳述する。バッテリー不足電圧信号BATT_Lowは、バッテリー５の電圧低下時にＵＰＳ本体１から出力されるアラーム信号であるが、前述のように、バッテリー不足電圧信号の方式には通信信号方式と接点信号方式がある。
【０００６】
通信信号方式では、ＵＰＳ本体１に搭載したマイクロコンピュータ（以下、マイコン）でバッテリーユニット３の状態を監視し、シリアル通信やインターネット通信などによりバッテリー不足電圧信号BATT_Lowおよびバッテリーユニット状態をＵＰＳ管理ソフト15へ送出している。バッテリー５は劣化してくると、容量が低下してくるので、負荷を繋いで放電させると、正常なものに比較して、電圧の低下が速いことが知られている。例えば特許文献１では、二次電池としての蓄電池が満充電に達すると、当該蓄電池への充電を終了して蓄電池を開放し、そこから一定の待機時間が経過した時点で、この蓄電池の開放電圧や、場合によっては周辺の温度を加味して、蓄電池の容量を算出するようにした二次電池の劣化診断装置が開示されている。このように、通信信号方式においては、バッテリーユニット状態を判断することができる。
【０００７】
一方、接点信号方式ではマイコンによるバッテリーユニット状態の判断は行っておらず、バッテリーユニット３から供給されるバッテリー電力BATの電圧低下を検出してバッテリー不足電圧信号BATT_Lowを送出する。図５は、接点信号方式におけるバッテリー不足電圧信号BATT_Lowの出力回路を示した回路図である。バッテリーユニット３は、例えばリチウムイオン電池などのバッテリー５と、例えばＭＯＳＦＥＴなどの保護スイッチ６と、バッテリー５の例えば過充電，過電圧，過電流，過熱などを検出し保護スイッチ６をオン・オフさせる保護回路７とからなる。保護スイッチ６と保護回路７は、バッテリー５を過充電等から保護するために設けられている。通常、例えばリチウムイオン電池などの二次電池には、このような保護回路が設けられており、特許文献２では、電圧検出回路により二次電池の両端間に異常電圧が検出されると、スイッチ素子がオフされ、二次電池の保護が図られている。ＵＰＳ本体１側には主電源部８があり、保護スイッチ６を介してバッテリー５を充電又は放電する。また、ＵＰＳ本体１側における主電源部８とバッテリーユニット３との接続ライン間には、抵抗11，12の直列回路からなる電圧検出手段10が接続されており、バッテリー５の両端間に発生するバッテリー電圧Ｖｂが抵抗11，12により分圧されることにより、分圧電圧Ｖｄがコンパレータ13の非反転端子へ入力される。一方コンパレータ13の反転入力端子には基準電源14から所定の基準電圧Ｖｒｅｆが入力されている。
【０００８】
コンパレータ13は、分圧電圧Ｖｄが、閾値としての基準電圧Ｖｒｅｆより高ければＨレベルを出力し、基準電圧Ｖｒｅｆ以下であればＬレベルを出力する。すなわち、コンパレータ13は、バッテリー電圧Ｖｂが低下して分圧電圧Ｖｄ≦基準電圧Ｖｒｅｆという検出条件が成立した時に、ローアクティブ（負論理）のバッテリー不足電圧信号BATT_Lowを出力する。最終的にバッテリー不足電圧信号BATT_Lowは、ＵＰＳ管理ソフト15で監視され、バッテリーユニット３の異常が判断される。このように接点信号方式のＵＰＳ本体１では、マイコンを搭載していないためバッテリー５の状態を判断することができず、バッテリーユニット３から供給されるバッテリー電力BATに関する検出条件を満たすバッテリー電圧Ｖｂの低下を、直接バッテリー５の不足電圧として判断することにより、バッテリー不足電圧信号BATT_Lowが出力されている。
【特許文献１】特開平８−２２８４４１号公報
【特許文献２】特開２００４−１０３４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、接点信号方式のＵＰＳ本体１及びこれに接続されたＵＰＳ管理ソフト15においては、商用交流電源２から交流入力電力AC_INが正常に供給されているＡＣ給電時に、バッテリーユニット３の異常を検出することができないという問題があった。
【００１０】
バッテリー５に過充電や過電圧などが発生すると、保護回路７が保護スイッチ６をオフさせるため、主電源部８とバッテリー５が切り離された状態となる。交流入力電力AC_INが正常に供給されているＡＣ給電時では、バッテリー５の充電が行われることとなるが、バッテリー５に異常が発生し保護回路７が保護動作している場合でも、主電源部８により当該接続ライン間の電圧が高いレベルに保たれるため、電圧検出手段10ではバッテリー５に発生した異常を検出することができない。
【００１１】
バッテリー不足電圧信号BATT_Lowは、バックアップ中にバックアップエネルギーが残り少ないという警報である。そのため、ＡＣ給電時は、バッテリー５に対し、充電という正常な動作を行っているため、例えバッテリー５が不足電圧という状態でも、警報を送出しないようＵＰＳ管理ソフト15の信号マスク手段16でマスクしている。
【００１２】
図６は、ＵＰＳ本体１及びＵＰＳ管理ソフト15のシーケンスを例示したものであるが、バッテリー電圧Ｖｂの低下に応じてバッテリー不足電圧信号BATT_Lowが出力されているが、ＡＣ給電信号AC_FAILとバッテリー不足電圧信号BATT_Lowが共にＬレベルとなる条件でしかバッテリー不足電圧と判定しないように動作させている。従って、バッテリーユニット３が故障している場合でも、ＡＣ給電時にはバッテリーユニット３の故障が検出されず、いざという時にバックアップ電源としての本来の役割を果たすことができない虞がある。
【００１３】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、バッテリーの状態監視機能を備えなくても、主電源からの給電時におけるバッテリーの故障を検出することができるバッテリー異常検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明における請求項１のバッテリー異常検出装置では、バッテリーの充放電電力に関する検出条件の成立から直接前記バッテリーの異常を判断するバッテリー異常検出装置において、前記バッテリーに取り付けられた保護回路の動作に連動して強制的に当該検出条件を成立させる条件発生手段を設けている。
【００１５】
本発明は、バッテリーに取付けられた保護回路が、主電源からの給電時においてもバッテリーの異常を検出できることに着目してなされたものであり、条件発生手段が保護回路の保護動作に連動して強制的に検出条件を成立させることにより、既存の検出部をそのまま利用して、バッテリーの異常検出範囲を主電源からの給電時にまで拡張することができる。
【００１６】
本発明における請求項２のバッテリー異常検出装置では、前記検出条件が所定時間継続して成立した場合に前記バッテリーの異常と判断する異常判定手段を設けている。
【００１７】
このようにすると、バッテリーの異常検出条件の成立が例えば停電による放電などによる一時的なものなのか、条件発生手段による継続的なものなのかどうかを判別して異常を検出することができるため、主電源からの給電時におけるバッテリーの異常検出を可能とした場合でも、バッテリー異常の誤検出を防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１によると、バッテリーの状態監視機能を備えなくても、主電源からの給電時におけるバッテリーの異常を検出することができるバッテリー異常検出装置を提供することができる。
【００１９】
本発明の請求項２によると、バッテリーの異常検出範囲を主電源からの給電時にまで拡張した場合でも、バッテリー異常の誤検出を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明におけるバッテリー異常検出装置の好ましい実施例を説明する。なお、従来例と同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。
【００２１】
図１は、本実施例におけるバッテリー異常検出装置に相当するＵＰＳのバッテリー不足電圧信号BATT_Lowの出力回路を示した回路図である。なお、場合によってはＵＰＳ管理ソフト15もバッテリー異常検出装置に含まれる。
【００２２】
本実施例では、ＵＰＳ本体１側の構成は従来のものと同様である。すなわち、ＵＰＳ本体１は、バッテリー５を充電又は放電する主電源部８と、主電源部８とバッテリーユニット３との接続ライン間に接続された、抵抗11，12の直列回路からなる電圧検出手段10と、電圧検出手段10の検出対象となる検出電圧Ｖａを抵抗11，12で分圧した分圧電圧Ｖｄが非反転端子へ入力される一方、基準電源14から所定の基準電圧Ｖｒｅｆが反転入力端子に入力されるコンパレータ13とを備えている。コンパレータ13は、バッテリー電圧Ｖｂが低下して分圧電圧Ｖｄ≦基準電圧Ｖｒｅｆという検出条件が満たされた時に、ローアクティブのバッテリー不足電圧信号BATT_Lowを出力する。もちろんコンパレータ13を逆極性に構成してもよい。最終的にバッテリー不足電圧信号BATT_Lowは、例えばパソコンなどの外部機器に搭載されたＵＰＳ管理ソフト15で監視され、バッテリーユニット３の異常が判断される。
【００２３】
ＵＰＳ本体１に接続されたバッテリーユニット３の基本構成は従来と同様であり、例えばリチウムイオン電池などのバッテリー５と、例えばＭＯＳＦＥＴなどの保護スイッチ６と、バッテリー５の例えば過充電，過電圧，過電流などを検出し保護スイッチ６をオン・オフさせる保護回路７とを備えている。本実施例におけるバッテリーユニット３は、これら基本構成の他に、条件発生手段としての定電圧ダミー回路20を備えており、バッテリー５及び電圧検出手段10と並列になるよう主電源部８とバッテリーユニット３との接続ライン間に接続されている。定電圧ダミー回路20は保護回路７と接続されており、保護スイッチ６と同じドライブ信号が入力される。
【００２４】
次に、本発明の特徴部である定電圧ダミー回路20のＡＣ給電時における作用について説明する。
【００２５】
交流入力電力AC_INが正常に供給されているＡＣ給電時では、主電源部８によりバッテリー５の充電が行われ、バッテリー電圧Ｖｂが所定値に維持される。バッテリー５に過充電等が発生すると、保護回路７が保護スイッチ６をオフさせるため、主電源部８とバッテリー５とが切り離された状態となる。このとき、検出電圧Ｖａは、バッテリー５のバッテリー電圧Ｖｂから、主電源部８より出力される所定の充電電圧になる。
【００２６】
本実施例のバッテリーユニット３は、定電圧ダミー回路20を内蔵しているため、過充電時等に保護回路７により保護スイッチ６がオフするのに連動して、定電圧ダミー回路20がオンし、バッテリー不足電圧検出電圧よりも低い所定の電圧になるよう定電圧ダミー回路20が制御する。従って、定電圧ダミー回路20をラッチ動作させることにより、定電圧ダミー回路20のオン時における分圧電圧Ｖｄを強制的に基準電圧Ｖｒｅｆ以下に低下させることができる。すなわち、定電圧ダミー回路20は、バッテリー５に取り付けられた保護スイッチ６及び保護回路７の動作に連動して強制的に当該検出条件である分圧電圧Ｖｄ≦基準電圧Ｖｒｅｆを成立させる作用をする。定電圧ダミー回路20の作用により、分圧電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒｅｆ以下となると、コンパレータ13からＬレベルのバッテリー不足電圧信号BATT_Lowが出力される。
【００２７】
バッテリー５に取付けられた保護回路７は、商用交流電源２からのＡＣ給電時になされる充電時に発生する過充電等のバッテリー５の異常を検出し、保護スイッチ６をオフさせてバッテリー５を保護する。これに連動して、バッテリーユニット３に設けられた定電圧ダミー回路20が強制的にバッテリー不足電圧の検出条件を成立させることにより、ＵＰＳ本体１側にある電圧検出手段10，コンパレータ13等の既存の検出回路をそのまま利用して、バッテリー５の異常検出範囲を商用交流電源２からのＡＣ給電時にまで拡張することができる。バッテリーユニット３に定電圧ダミー回路20を設けることにより、ＵＰＳ本体１にバッテリー５の状態監視機能を備えなくても、商用交流電源２からのＡＣ給電時におけるバッテリー５ひいてはバッテリーユニット３の異常を検出することができる。
【００２８】
ところで、前述のように、従来のＵＰＳ管理ソフト15では、ＡＣ給電時にバッテリー不足電圧信号BATT_Lowが出力されても、信号マスク手段16によりＵＰＳ管理ソフト15側で異常と判断しないようにしている。本実施例のＵＰＳ本体１では、ＡＣ給電時におけるバッテリー５の不足電圧信号を検出することができるため、ＡＣ給電時でも異常を判断するようにＵＰＳ管理ソフト15の仕様を変更する必要がある。但し、単にＵＰＳ管理ソフト15から信号マスク手段16を除去して、バッテリー不足電圧信号BATT_Lowの出力から直ちにバッテリー異常と判定するだけでは、前述のように、バッテリー５の停電による放電により出力されるものまでバッテリー異常と判定してしまうため、当該誤検出の防止策を講じる必要がある。停電による放電によるバッテリー電圧Ｖｂの低下は、ある程度時間が経過すれば主電源部８により充電されて復帰する一時的な電圧低下であるため、バッテリー不足電圧信号BATT_Lowは比較的短い時間しか出力されない。そこに着目し、本実施例のＵＰＳ管理ソフト15では、バッテリー不足電圧信号BATT_Lowにタイマー回路を持たせ、バッテリー不足電圧信号BATT_Lowの出力が一定時間継続した場合にのみ、バッテリー異常と判定する異常判定手段17を設けている。
【００２９】
図２は、本実施例におけるＵＰＳ本体１及びＵＰＳ管理ソフト15のシーケンスを例示したものであるが、ＡＣ給電信号AC_FAILの出力レベルに関係なくバッテリー電圧Ｖｂの低下に応じてバッテリー不足電圧信号BATT_Lowが出力されているが、ＵＰＳ管理ソフト15側では、バッテリー不足電圧信号BATT_Lowが所定時間Ｔ継続した条件でしかバッテリー異常と判定しないように動作させている。すなわち、ＵＰＳ管理ソフト15に設けられた異常判定手段17は、バッテリーユニットの状態が正常のときに短時間に出力されるバッテリー不足電圧信号BATT_Lowはバッテリー異常と判断せず、バッテリー不足電圧信号BATT_Lowが出力される検出条件が所定時間Ｔ継続して成立した場合にのみ、バッテリーユニット３の異常と判断している。異常判定手段17がバッテリー不足電圧信号BATT_Lowの処理を行うことにより、バッテリーユニット３の異常検出条件の成立が例えば停電による放電などによる一時的なものなのか、定電圧ダミー回路20による継続的なものなのかどうかを判別して異常を検出することができるため、商用交流電源２からのＡＣ給電時におけるバッテリーユニット３の異常検出を可能とした場合でも、バッテリー異常の誤検出を防止することができる。
【００３０】
図３は、本実施例におけるバッテリー異常検出装置の変形例を示したものであり、図１で示した構成に、充電電流検出手段としてのカレントトランス25を追加した構成になっている。カレントトランス25は、主電源部８からバッテリー５へ供給される充電電流が流れるライン上に挿入され、カレントトランス25で検出した充電電流を抵抗26で電圧に変換し、バッテリー不足電圧信号BATT_Lowとして出力するようにしている。カレントトランス25を過電流が流れることにより抵抗26にＨレベルの電圧が発生するが、バッテリー不足電圧信号BATT_Lowはローアクティブであるため、ＮＯＴ素子30を出力段に接続することにより出力レベルを反転させている。なお、コンパレータ13を逆極性に構成した場合には、ＮＯＴ素子30を設ける必要はない。
【００３１】
当該変形例では、主電源部８からの充電電圧より低い電圧に設定されており、過充電・過電圧時などに保護回路７により保護スイッチ６がオフするのに連動して、定電圧ダミー回路20がラッチ動作をすると、電圧検出手段10間が低インピーダンス状態となり、カレントトランス25に強制的に主電源部８の充電出力の定電流が流れる。すなわち、定電圧ダミー回路20は、バッテリー５に取り付けられた保護スイッチ６及び保護回路７の動作に連動して強制的に当該検出条件である定充電電流を成立させる作用をする。定電圧ダミー回路20の作用により、カレントトランス25に定充電電流が流れると抵抗26にＨレベルの電圧が発生し、ＮＯＴ素子30からＬレベルのバッテリー不足電圧信号BATT_Lowが出力される。なお、電圧検出手段10を設けずに、カレントトランス25による定充電電流検出のみとしてもよい。
【００３２】
以上のように本実施例では、バッテリー５の充放電電力としてのバッテリー電力BATに関する検出条件（分圧電圧Ｖｄ≦基準電圧Ｖｒｅｆ又は定充電電流）の成立から直接バッテリー５の異常を判断するバッテリー異常検出装置において、バッテリー５に取り付けられた保護スイッチ６及び保護回路７の動作に連動して強制的に当該検出条件を成立させる条件発生手段としての定電圧ダミー回路20を設けている。
【００３３】
本発明は、バッテリー５に取付けられた保護回路７が、主電源としての商用交流電源２からのＡＣ給電時におけるバッテリー５の不足電圧を検出できることに着目してなされたものであり、定電圧ダミー回路20が保護スイッチ６及び保護回路７の保護動作に連動して強制的に検出条件を成立させることにより、電圧検出手段10，コンパレータ13等の既存の検出回路をそのまま利用して、バッテリー５の異常検出範囲を商用交流電源２からのＡＣ給電時にまで拡張することができる。従って、バッテリー５の状態監視機能を備えなくても、商用交流電源２からのＡＣ給電時におけるバッテリーユニット３の異常を検出することができるバッテリー異常検出装置を提供することができる。
【００３４】
また本実施例のＵＰＳ管理ソフト15では、前記検出条件が所定時間Ｔ継続して成立した場合にバッテリーユニット３の異常と判断する異常判定手段17を設けている。
【００３５】
このようにすると、バッテリー５の異常検出条件の成立が例えば停電による放電などによる一時的なものなのか、定電圧ダミー回路20による継続的なものなのかどうかを判別して異常を検出することができるため、商用交流電源２からのＡＣ給電時におけるバッテリー５の異常検出を可能とした場合でも、バッテリー異常の誤検出を防止することができる。従って、バッテリーユニット３の異常検出範囲を商用交流電源２からのＡＣ給電時にまで拡張した場合でも、バッテリー異常の誤検出を防止することができる。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。定電圧ダミー回路20のラッチ動作時に、保護スイッチ６がオフしない、すなわちバッテリー５を切り離さないように構成してもよく、この場合、定電圧ダミー回路20でバッテリー５の放電を行うことにより、バッテリー電圧Ｖｂをバッテリー不足電圧信号BATT_Lowが出力される程度にまで低下させればよい。また、異常判定手段17の機能をＵＰＳ本体１側に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施例におけるバッテリー異常検出装置の構成を示す回路図である。
【図２】同上、バッテリー異常検出装置の各信号の状態を示すタイミング図である。
【図３】同上、バッテリー異常検出装置の変形例の構成を示す回路図である。
【図４】無停電電源装置の各信号入出力端子を示す概要図である。
【図５】従来例におけるバッテリー異常検出装置の構成を示す回路図である。
【図６】同上、バッテリー異常検出装置の各信号の状態を示すタイミング図である。
【符号の説明】
【００３８】
５  バッテリー
６  保護スイッチ（保護回路）
７  保護回路
17  異常判定手段
20  ダミー回路（条件発生手段）
【図１】
2006262606.tif 000003
【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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