(57)【要約】【課題】容量素子モジュールにおいて、互いに逆方向に並走する電流経路による相互インダクタンスの低下の影響を抑制することである。【解決手段】容量素子モジュール１０は、複数の筒形状の容量素子１２，１３と、一対のバスバー２０，３０とを含んで構成される。バスバー２０は、容量素子１２，１３の負極側電極１４を相互に接続する接続板部２２と外部接続用の外部接続部２４とを有する。バスバー３０は、容量素子１２，１３の正極側電極１６を相互に接続する接続板部３２と外部接続用の外部接続部３４とを有し、接続板部３２から外部接続部３４に向かって引き出される引出板部３６を含み、引出板部３６とこれに最近接する容量素子１２との間には、予め定められた空隙間隔Ｄが設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの端面の一方端面に一方側電極が他方端面に他方側電極が設けられ、各端面がそれぞれ同一平面上に位置するように並列に配列された複数の容量素子と、
各容量素子の一方端面の一方側電極を相互に接続する一方側接続板部と外部接続用の一方側外部接続部とを有する一方側バスバーと、
各容量素子の他方端面の他方側電極を相互に接続する他方側接続板部と外部接続用の他方側外部接続部とを有する他方側バスバーであって、他方側接続板部から他方側外部接続部に向かって容量素子の1つの側面に平行に配置されながら引き出される引出板部を含む他方側バスバーと、
を備え、
引出板部は、最近接する容量素子に対し予め定めた空隙距離を設けて配置されることを特徴とする容量素子モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載される容量素子モジュールにおいて、
複数の容量素子は、予め設定された体積利用効率の下で配置された構成から、引出板部に最も近接する容量素子を省略し、引出板部と次に近接する容量素子の側面との間に予め定めた空隙距離を確保することを特徴とする容量素子モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載される容量素子モジュールにおいて、
予め定めた空隙間隔を設けるか否かは、容量素子モジュールの耐熱特性に応じて決定されることを特徴とする容量素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量素子モジュールに係り、特に、対向する両端に電極を有する複数の容量素子を一対のバスバーで接続して構成される容量素子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両に代表される車両駆動用途や産業用途などのパワーインバータシステムに用いられる平滑コンデンサには、大容量で定格電圧が高く、耐電流の大きなコンデンサが要求される。コンデンサは２つの電極の間の電荷によって静電容量を形成する容量素子である。定格電圧が高く耐電流性能に優れる容量素子としてフィルムコンデンサが知られるが、１つ１つの素子の容量が小さいため、複数個の容量素子を必要な個数接続した容量素子モジュールが用いられる。
【０００３】
ところで、複数の容量素子を接続すると、電流が必ずしも均等に流れずに、局部的に電流集中が生じ、そのために発熱が不均一となって、耐熱性能を満たさないことが生じ得る。
【０００４】
例えば、特許文献１には、両端に電極を有する複数の筒状のコンデンサ素子を互いに交差する２方向に並べて形成されたコンデンサモジュールにおいて、相互のコンデンサ素子の電極を接続するために第１バスバーと第２バスバーを用い、コンデンサモジュールの同一側面に第１バスバーから第１電極端子、第２バスバーから第２電極端子を取り出す場合に、各電極端子に近いコンデンサ素子に電流集中が起こることを指摘している。ここでは、各バスバーに、第１電極端子と第２電極端子が接続される部分から各バスバーの中央に向かって延びるようにスリットを設けて、これによって各コンデンサ素子に均等に電流が流れるようにする構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１１６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術によれば、電流経路の長さを均等化するように、あるいは隣接する電流経路の干渉を抑制するために、バスバー等にスリットを設けることが示されている。
【０００７】
ところで、２つの電流経路が互いに逆方向で並走する場合には、この２つの電流によって誘起される磁界が相互に相殺されるので、その部分の相互インダクタンスが非常に低い値となることが生じる。局部的に相互インダクタンスが低いところが生じると、高周波成分の電流がその部分に集中し、局部的な発熱と温度上昇を生じる。
【０００８】
本発明の目的は、互いに逆方向に並走する電流経路による相互インダクタンスの低下の影響を抑制することができる容量素子モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る容量素子モジュールは、対向する２つの端面の一方端面に一方側電極が他方端面に他方側電極が設けられ、各端面がそれぞれ同一平面上に位置するように並列に配列された複数の容量素子と、各容量素子の一方端面の一方側電極を相互に接続する一方側接続板部と外部接続用の一方側外部接続部とを有する一方側バスバーと、各容量素子の他方端面の他方側電極を相互に接続する他方側接続板部と外部接続用の他方側外部接続部とを有する他方側バスバーであって、他方側接続板部から他方側外部接続部に向かって容量素子の1つの側面に平行に配置されながら引き出される引出板部を含む他方側バスバーと、を備え、引出板部は、最近接する容量素子に対し予め定めた空隙距離を設けて配置されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る容量素子モジュールにおいて、複数の容量素子は、予め設定された体積利用効率の下で配置された構成から、引出板部に最も近接する容量素子を省略し、引出板部と次に近接する容量素子の側面との間に予め定めた空隙距離を確保することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る容量素子モジュールにおいて、予め定めた空隙間隔を設けるか否かは、容量素子モジュールの耐熱特性に応じて決定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成により、容量素子モジュールは、一対のバスバーのうち、接続板部から外部接続部に向かって容量素子の1つの側面に平行に配置されながら引き出される引出板部を含むバスバーにおいて、引出板部は、最近接する容量素子の側面に対し予め定めた空隙距離を設けて配置される。互いに逆方向に並走する電流経路による相互インダクタンスの低下の影響は、並走する電流経路の間の距離が近いほど大きく、遠いほど小さい。引出板部とこれに最近接する容量素子に対し予め定めた空隙距離を設けることで、相互インダクタンスの低下の影響を適切に抑制することができる。
【００１３】
また、複数の容量素子は、予め設定された体積利用効率の下で配置された構成から、引出板部に最も近接する容量素子を省略し、引出板部と次に近接する容量素子の側面との間に予め定めた空隙距離を確保するので、簡単な処理で相互インダクタンスの低下の影響を適切に抑制することができる。
【００１４】
また、予め定めた空隙間隔を設けるか否かは、容量素子モジュールの耐熱特性に応じて決定されるので、耐熱特性からみて必要な場合にのみ、引出板部とこれに最近接する容量素子に対し予め定めた空隙距離を設けるものとできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る容量素子モジュールの構成を説明する斜視図である。
【図２】本発明に係る容量素子モジュールの構成を説明する平面図である。
【図３】従来技術の容量素子モジュールにおいて、互いに逆方向に並走する電流によって相互インダクタンスが低下する理由を説明し、これと比較して本発明に係る容量素子モジュールの作用効果を説明する図である。
【図４】本発明に係る容量素子モジュールにおいて、引出板部とこれに最近接する容量素子に対し予め定めた空隙距離を設けるか否かの手順を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、容量素子モジュールが用いられる対象として、ハイブリッド車両の駆動回路に用いられる平滑コンデンサを説明するが、対向する両端に電極を有する複数の容量素子を一対のバスバーで接続して構成される容量素子モジュールであればよく、産業用途等、他の用途に用いられるものであってもよい。
【００１７】
以下では、容量素子モジュールを構成する容量素子をフィルムコンデンサとして説明するが、対向する両端に電極を有する容量素子であればよく、フィルムコンデンサ以外のセラミックコンデンサ、電解コンデンサ等であってもよい。また、容量素子モジュールを構成する容量素子の数を１２個として説明するが、勿論、これ以外の個数であっても構わない。
【００１８】
また、以下で説明する材料、温度等は説明のための例示であって、容量素子モジュールの仕様に応じて適宜変更が可能である。
【００１９】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２０】
図１は、容量素子モジュール１０の構成を説明する斜視図であり、図２はその平面図である。容量素子モジュール１０は、ハイブリッド車両の駆動回路の平滑コンデンサとして用いられるもので、複数の容量素子を並列に接続して、ハイブリッド車両駆動回路用として必要な静電容量を形成するコンデンサモジュールである。
【００２１】
図１には、互いに直交する３軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向が示されている。ここでは、Ｚ軸が容量素子１２の筒形状の軸方向に平行に取られ、Ｚ軸に垂直な平面をＸＹ平面とするようにＸ軸とＹ軸とが取られている。なお、図２以下にも、この３軸に対応する方向がそれぞれ示した。
【００２２】
容量素子モジュール１０は、１２個の筒形状の容量素子１２と、一対のバスバー２０，３０とを含んで構成される。１２個の筒状の容量素子１２は、Ｙ方向に平行に４個、３個、５個と配置され、これらの３つの列がＸ方向に沿って配置され、全体として、ＸＹ平面上においてほぼ矩形面積の中に１２個が配置されている。このように、１２個の容量素子１２が配置された容量素子モジュール１０は、ＸＺ平面に平行な側面とＹＺ面に平行な側面とを有する。
【００２３】
なお、図１、図２から分かるように、１２個の容量素子１２から構成される容量素子モジュール１０は、１３個の容量素子１２，１３を配置した方が体積利用効率の面からいえばよい。その１３個の容量素子１２，１３のうちで１つの容量素子１３を省略し、後述する引出板部３６とこれに最も近接する容量素子１２との間に適当な空隙距離Ｄを確保するものとしている。そのことを示すために、空隙間隔Ｄを確保するために省略した容量素子１３が想像線で示されている。この省略した容量素子１３と、実際に配置されている１２個の容量素子１２はいずれも同じ形状、同じ特性を有し、相互の間で区別が無い。
【００２４】
容量素子１２は、筒形状のフィルムコンデンサであり、ここでは１２個で1つの容量素子モジュール１０を構成する。各容量素子１２のそれぞれは、対向する２つの端面の一方端面に一方側電極が他方端面に他方側電極が設けられる。図１の例では、Ｚ軸方向に各容量素子１２が筒形状の軸方向を揃えて配置され、Ｚ軸の正方向である筒形状の上方側に負極側電極１４、Ｚ軸の負方向である下方側に正極側電極１６がそれぞれ同一平面上に位置するように並列に配置される。同一平面はＸＹ平面に平行な平面である。すなわち、筒形状の上方側の端面が一方側端面で、下方側の端面が他方側端面で、負極側電極１４が一方側電極、正極側電極１６が他方側電極に相当する。
【００２５】
一対のバスバー２０，３０のうち、バスバー２０は、各容量素子１２の負極側電極１４を相互に接続する導体板である。バスバー２０は、１枚の導体板の端部の一部を折り曲げた形状を有し、折り曲げる元々の本体部に相当する平板部分が各容量素子１２の負極側電極１４と相互に接続される接続板部２２である。
【００２６】
この接続板部２２の端部の一部を折り曲げて適当な外部接続用穴を設けた部分が外部接続部２４である。接続板部２２は、ＸＹ平面に平行として各容量素子１２の上方側に配置され、その端部の一部がＸＺ平面に平行に折り曲げられ、そのＸＺ平面に平行な折り曲げ面に外部接続部２４が設けられる。外部接続部２４は、容量素子モジュール１０の負極側電極接続部、つまり、マイナス端子またはＮ端子に相当することになる。なお、負極側を一方側とするので、接続板部２２は一方側接続板部に相当し、外部接続部２４は一方側外部接続部に相当する。
【００２７】
かかるバスバー２０としては、適当な金属板をプレス成形等で所望の形状に加工したものを用いることができる。容量素子１２の負極側電極１４との接続には、半田付け等の適当な接続方法を用いることができる。
【００２８】
一対のバスバー２０，３０のうち、バスバー３０は、各容量素子１２の正極側電極１６を相互に接続する導体板である。バスバー２０に関連して説明したように、導体板としては適当な金属板を用いることができ、接続方法としては半田付け等を用いることができる。
【００２９】
バスバー３０は、１枚の導体板の端部を折り曲げた形状を有し、折り曲げる元々の本体部に相当する平板部分が各容量素子１２の正極側電極１６と相互に接続される接続板部３２である。外部と接続するために適当な外部接続用穴を設けた部分が外部接続部３４は、この接続板部３２の端部を折り曲げた先端部に設けられる。外部接続部３４は、容量素子モジュール１０の正極側電極接続部、つまり、プラス端子またはＰ端子に相当することになる。正極側を他方側とするので、接続板部３２は他方側接続板部に相当し、外部接続部３４は他方側接続部に相当する。
【００３０】
バスバー３０は、この接続板部３２から外部接続部３４に向かって、容量素子１２の１つの側面に平行に配置されながら引き出される引出板部３６を有する。図１、図２では、引出板部３６は、省略された容量素子１３の１つの側面に平行に配置されながら引き出される様子が示されている。
【００３１】
バスバー２０に引出板部３６に相当するものが設けられずに、バスバー３０に引出板部３６が設けられるのは、バスバー２０の外部接続部２４とバスバー３０の外部接続部３４の高さ関係を同じとするためである。なお、高さとは、容量素子モジュール１０において、容量素子１２の筒形状の軸方向であるＺ方向に沿った寸法である。すなわち、引出板部３６の高さは、容量素子１２の筒形状の軸方向高さに対応した寸法に設定される。
【００３２】
また、接続板部３２からの引出板部３６の折り曲げは、バスバー３０の外部接続部３４がバスバー２０の外部接続部２４と平行になるように、容量素子モジュール１０の４つの側面の中の１つの側面に沿って行われる。
【００３３】
図１の例では、接続板部３２はＸＹ平面に平行として容量素子１２の下方に配置される。すなわち、バスバー３０の接続板部３２は、容量素子１２を介して、バスバー２０の接続板部２２と平行に配置される。
【００３４】
そして、引出板部３６は、接続板部３２の端部においてＸＺ平面に平行に折り曲げられて形成される。つまり、容量素子モジュール１０は、ＸＺ平面に平行な側面と、ＹＺ平面に平行な側面とを有するが、バスバー３０の引出板部３６は、容量素子モジュール１０におけるＸＺ平面に平行な側面に沿って接続板部３２から折り曲げられる。したがって、バスバー３０の外部接続部３４は、ＸＺ平面に平行な面を有する。
【００３５】
上記のように、バスバー２０の外部接続部２４もＸＺ平面に平行な面を有するので、２つの外部接続部２４，３４は、ＸＺ平面に平行な面を有して、さらにＺ方向の高さ関係が揃えられていることになる。このように、バスバー２０の外部接続部２４とバスバー３０の外部接続部３４を互いに平行な面を有するようにして、その高さ関係を同じとすることで、ハイブリッド車両の駆動回路に容量素子モジュール１０を接続することが容易になる。
【００３６】
バスバー３０の引出板部３６は、上記のように、接続板部３２からＸＺ平面に平行となるように折り曲げられて引き出されるが、これに最も近接する容量素子１２に対し予め定めた空隙距離Ｄを設けて配置される。図１、図２の場合、引出板部３６に最も近接する容量素子１２として、Ｘ軸の最も負方向に配置される４個の容量素子１２の列の中で引出板部３６に最も近い容量素子１２が採られているが、配置によっては、Ｘ軸に沿って中央の列に配置される３個の容量素子１２の中で引出板部３６に最も近い容量素子１２の場合もあり得る。
【００３７】
いずれにしても、引出板部３６とこれに最近接の容量素子１２との間には予め定めた空隙距離Ｄが設けられる。この空隙距離Ｄは、引出板部３６とこれに最近接の容量素子１２との間で互いに逆方向に並走する電流経路による相互インダクタンスの低下の影響を抑制することができるように設定される。具体的には、相互インダクタンスの低下によって容量素子モジュール１０に局部的な温度差が生じるが、その温度差が、容量素子モジュール１０に要求される耐熱特性を満たす範囲となるように、空隙距離Ｄが設定される。
【００３８】
図１、図２では、この空隙距離Ｄは、円筒状の容量素子１２の軸方向断面における径寸法よりも小さいことが予め分かっていたとして、ちょうど、１つの容量素子１３を省略し、空隙距離Ｄをそれにより確保した例が示されている。
【００３９】
上記構成の作用効果について、図３を用いて、堆積利用効率を考えて空隙間隔Ｄを特別に設けない従来技術と比較して説明する。なお、図３では、引出板部３６の近傍のみを抜き出して示してある。図３において上段に示される図は、予め設定された体積利用効率の下で容量素子を配置した容量素子モジュール８の構成を示す正面図である。
【００４０】
ここでは、図１では省略された容量素子１３が引出板部３６に僅かな隙間を空けて配置されている。この配置は、図１、図２に示される１２個の容量素子１２で構成される容量素子モジュール１０について想像線で示された容量素子１３を加えて、合計１３個の容量素子１２，１３によって容量素子モジュール８を構成したものに相当する。
【００４１】
図３の上段の図において、容量素子モジュール８をハイブリッド車両の駆動回路の正極母線と負極母線との間に接続配置することを考えると、容量素子モジュール８のプラス端子であるバスバー３０の外部接続部３４が駆動回路の正極母線に、マイナス端子であるバスバー２０の外部接続部２４が駆動回路の負極母線に接続されることになる。
【００４２】
このときに、容量素子モジュール８から放電が行われるとすると、バスバー３０の外部接続部３４から駆動回路の正極母線側に電流が流れる。これに対応し、各容量素子１２，１３には、バスバー２０に接続される負極側電極１４からバスバー３０に接続される正極側電極１６に向かって電流５０が流れ、バスバー３０の接続板部３２から引出板部３６を経由し外部接続部３４に向かって電流５４が流れる。なお、図３の上段の図では、引出板部３６に最も近接する容量素子１３に流れる電流５０のみが示されている。
【００４３】
このように、容量素子モジュール８が静電容量として機能するときは、引出板部３６に流れる電流５４と、容量素子１３に流れる電流５０とは、互いに逆方向で並走することになる。したがって、電流５０によって誘起される磁界５２と、電流５４によって誘起される磁界５６とは、その方向が互いに逆となり相殺しあうことになる。これにより、引出板部３６に対する容量素子１３の相互インダクタンスが小さい値となる。
【００４４】
この互いに逆方向となる磁界５２，５６の相殺によって相互インダクタンスが低下する効果は、互いに逆方向に並走する電流５０，５４の間の距離が近いほど顕著になる。図３の上段の図の例では、引出板部３６に最も近接する容量素子１３において、相互インダクタンスの低下が顕著となり、磁界５２，５６がほぼ相殺されるような極端な場合には、相互インダクタンスが極端に小さい値となる。
【００４５】
このように、容量素子１３において相互コンダクタンスが他の容量素子１２に比べ極端に低い値となると、例えば、高周波リップル信号等による電流成分が容量素子１３に集中的に流れることになり、電流のアンバランスが容量素子モジュール８の中で生じる。その結果、容量素子モジュール８において、容量素子１３の発熱が他の容量素子１２よりも多くなり、局所的な温度上昇が生じることになる。
【００４６】
図３の下段の図は、図１、図２で説明したように、引出板部３６に最も近接する容量素子１２との間に空隙間隔Ｄを設ける容量素子モジュール１０の正面図である。ここでは、空隙間隔Ｄを確保するために、図３の上段の図で説明した容量素子１３を省略してある。
【００４７】
図３の上段の図と比較して、引出板部３６に僅かな隙間で配置されていた容量素子１３が省略されるので、この円筒状の容量素子１３の軸方向断面の径寸法分は引出板部３６とこれに最も近接する容量素子１２との間の空隙間隔が確保される。したがって、容量素子１３が省略されたときに引出板部３６に最も近接する容量素子１２を流れる電流５０と、引出板部３６を流れる電流５４とは空隙間隔Ｄよりも十分に離間する。
【００４８】
これによって、電流５０によって誘起される磁界５２と、電流５２によって誘起される磁界５６とは互いに逆方向ではあるが、その間が図３の上段の図に比べ十分に離間しているので、磁界５２，５６の間の相殺の程度が少なくなる。したがって、図３の下段の図において引出板部３６に最も近接している容量素子１２における相互インダクタンスの低下の程度は、図３の上段の図における容量素子１３における相互インダクタンスの低下の程度よりも少なくなる。
【００４９】
このように、引出板部３６とこれに最も近接する容量素子１２との間に予め定めた空隙間隔Ｄを設けることで、空隙間隔Ｄを設けない場合に比して、容量素子モジュール１０における相互インダクタンスの低下による電流アンバランスを抑制でき、温度差を抑制することができる。
【００５０】
上記のように、引出板部３６とこれに最も近接する容量素子１２との間に予め定めた空隙間隔Ｄを設ける方法として、予め設定された体積利用効率の下で配置された構成から、引出板部に最も近接する容量素子を省略できる。この方法は、特に、予め設定された体積利用効率の下で配置された構成の容量素子モジュール８が標準的仕様のときに効果的である。すなわち、通常の仕様においては、１３個の容量素子１２，１３から構成される容量素子モジュール８を用い、通常よりも使用温度が高く耐熱特性に余裕が無い高温仕様においては、容量特性を考慮しながら、引出板部に最も近接する容量素子から順に省略してゆく。このようにすることで、高温仕様のための特別の構成設計を要せずに対応が可能となる。
【００５１】
図４は、容量素子モジュールにおいて、引出板部とこれに最近接する容量素子に対し予め定めた空隙距離を設けるか否かの手順を説明するフローチャートである。具体的には、予め設定された体積利用効率の下で配置された通常仕様の構成から、引出板部に最も近接する容量素子を省略できるか否かの手順に関するフローチャートである。
【００５２】
図４において、まず、容量素子モジュールの仕様から見て、容量素子温度が予め定めた耐熱温度Ｔ0以下で収まるか否かを判断する（Ｓ１０）。収まれば、通常仕様の構成のままの容量素子モジュールを使用する（Ｓ１２）。通常仕様の構成の容量素子モジュールとは、図３の上段の図で説明したように、体積利用効率を考慮して１３個の容量素子を用いる構成である。
【００５３】
Ｓ１０の判断が否定されると、次に、通常仕様の容量素子モジュールから１つの容量素子を省略しても静電容量の仕様を満足するか否かが判断される（Ｓ１４）。静電容量の仕様は、寿命劣化を考慮して判断される。例えば、１３個から１つの容量素子を省略すると、公称の静電容量は１２／１３に減少し、寿命劣化を考慮した静電容量も１２／１３に低下する。例えば、１３個の構成の場合、１３年の製品寿命としたとき、１個省略すると１２年の製品寿命となると考えることができる。
【００５４】
高温仕様の場合、１２年の製品寿命でよい、と判断されるときはＳ１４の判断が肯定され、引出板部に最も近接する容量素子を１つ省略する。場合によって、耐熱特性から見て２つの容量素子を省略することが必要な場合も同様にして、それらの省略が可能か否かについてＳ１４において判断される。
【００５５】
Ｓ１４の判断が否定されると、容量素子の省略ができないので、その場合には高温仕様についての特別な構成のための設計変更が行われる（Ｓ１８）。設計変更の内容としては、引出板部において、互いに逆向きで並走する電流成分を抑制するような工夫が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る容量素子モジュールは、ハイブリッド車両に代表される車両駆動用途や産業用途などのパワーインバータシステムに用いられる平滑コンデンサとして利用される。
【符号の説明】
【００５７】
８，１０  容量素子モジュール、１２，１３  容量素子、１４  負極側電極、１６  正極側電極、２０，３０  バスバー、２２，３２  接続板部、２４，３４  外部接続部、３６  引出板部、５０，５４  電流、５２，５６  磁界。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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