(57)【要約】【課題】バスバーの製造コストを低くすることができ、パワー端子の長さの設計自由度が高い電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１は、パワー端子２０が本体部２４から突出した複数個の半導体モジュール２と、半導体モジュール２を冷却する複数個の冷却チューブ３とを積層した積層体７を備える。また、パワー端子２０の突出方向にコンデンサ４が配置されている。そして、電力変換装置１は、金属板から構成され、積層体７とコンデンサ４との間に介在するとともに、積層体７の積層方向Ｘに並んだ複数個のパワー端子２０と、コンデンサ４とに電気的に接続し、金属板の両主面が積層体７とコンデンサ４とに対向するよう配置されたバスバー５を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路を構成するスイッチング素子を内蔵する本体部を有し、該スイッチング素子に導通するパワー端子が上記本体部から突出した複数個の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する複数個の冷却チューブとを積層した積層体と、
上記パワー端子の突出方向に配置されたコンデンサと、
金属板から構成され、上記積層体と上記コンデンサとの間に介在するとともに、上記積層体の積層方向に並んだ複数個の上記パワー端子と、上記コンデンサとに電気的に接続し、上記金属板の両主面が上記積層体と上記コンデンサとに対向するよう配置されたバスバーとを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、上記半導体モジュールは、上記コンデンサに接続される上記パワー端子であるコンデンサ接続側パワー端子と、上記コンデンサに接続されない上記パワー端子であるコンデンサ非接続側パワー端子とを有し、上記バスバーは、上記パワー端子に直交すると共に上記コンデンサ接続側パワー端子に接続した第１部分と、該第１部分に平行に配されると共に該第１部分よりも上記コンデンサに近い側に配置された第２部分と、上記第１部分と上記第２部分とを繋ぐ第３部分とを有する段形状に形成されており、上記第２部分は上記コンデンサ非接続側パワー端子と上記コンデンサとの間に配置していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、直流電源の正極と電気的に接続される上記バスバーである正極バスバーと、上記直流電源の負極と電気的に接続される上記バスバーである負極バスバーとを備え、上記正極バスバーと上記負極バスバーとは、上記パワー端子が突出する方向と上記積層方向との双方に直交する方向に隣接配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項において、上記バスバーは、上記パワー端子の突出方向へ上記スイッチング素子を投影した領域を少なくとも覆うように形成されていることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バスバーを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、直流電源から供給される直流電力を交流に変換する電力変換装置が知られている（下記特許文献１参照）。図１４、図１５に示すごとく、電力変換装置９０は、半導体チップを内蔵した半導体モジュール９１を複数個積層してなる。個々の半導体モジュール９１は、パワー端子９２ａ〜９２ｃを備える。
【０００３】
また、複数の半導体モジュール９１の側方にコンデンサ９３が配置されている。このコンデンサ９３とパワー端子９２ｂ、９２ｃは、バスバー９４，９５によって電気的に接続されている。図示するごとく、バスバー９４，９５は金属板を折り曲げることにより構成され、コンデンサ９３の表面の一部を覆っている。すなわち、バスバー９４は第１部分９４１、第２部分９４２、第３部分９４３からなり、バスバー９５は第１部分９５１、第２部分９５２、第３部分９５３からなる。そして、バスバー９４の第２部分９４２、第３部分９４３と、バスバー９５の第２部分９５２、第３部分９５３がコンデンサ９３の表面を覆っている。このバスバー９４，９５における、特に第２部分９４２，９５２により、半導体モジュール９１及びコンデンサ９３から放射される電磁ノイズを遮蔽して、互いの誤動作を防止している。
このように、バスバー９４，９５は、コンデンサ９３とパワー端子９２ｂ，９２ｃとを電気的に接続する機能と、電磁ノイズを遮蔽する機能との両方の機能を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９５９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の電力変換装置９０は、図１４に示すごとく、コンデンサ９３と半導体モジュール９１との間の電磁遮蔽のために、バスバー９４，９５に第２部分９４２，９５２を設ける必要があり、バスバー９４，９５の面積を大きくする必要があった。そのため、バスバー９４，９５の製造コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
また、図１５に示すごとく、電力変換装置９０は、パワー端子９２ｂがパワー端子９２ｃよりも長くなっている。コンデンサ９３を半導体モジュール９１の側方に配置すると、バスバー９４，９５を側方へ引き出す必要があり、必ずコンデンサに近い側のパワー端子を遠い側のパワー端子よりも短くする必要があるからである。
そのため、従来の電力変換装置９０は、パワー端子９２の長さの設計自由度が低いという問題があった。
【０００７】
本発明は、バスバーの製造コストを低くすることができ、パワー端子の長さの設計自由度が高い電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電力変換回路を構成するスイッチング素子を内蔵する本体部を有し、該スイッチング素子に導通するパワー端子が上記本体部から突出した複数個の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する複数個の冷却チューブとを積層した積層体と、
上記パワー端子の突出方向に配置されたコンデンサと、
金属板から構成され、上記積層体と上記コンデンサとの間に介在するとともに、上記積層体の積層方向に並んだ複数個の上記パワー端子と、上記コンデンサとに電気的に接続し、上記金属板の両主面が上記積層体と上記コンデンサとに対向するよう配置されたバスバーとを備えることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果について説明する。
本発明によると、パワー端子の突出方向にコンデンサが配置されている。そして、積層体とコンデンサとの間に金属板からなるバスバーが、その両面を積層体とコンデンサとにそれぞれ対向させた状態で介在している。
このようにすると、バスバーの面積を少なくすることができ、バスバーの製造コストを下げることができる。
すなわち、上記構成にすると、複数個のパワー端子をバスバーによって電気的に接続できるとともに、この電気接続している部分自体を使って、半導体モジュールまたはコンデンサから放射される電磁ノイズを遮蔽することができる。そのためバスバーを、複数のパワー端子を接続する部分とは別個に、電磁ノイズを遮蔽する部分を特別に設ける必要がなくなり、バスバー全体の面積を小さくすることができる。これにより、バスバーの製造コストを下げることが可能となる。
【００１０】
また、上記構成によると、複数のバスバーを同じ側方へ引き出す必要がない。そのため、引き出し方向に近い程、パワー端子を短くしなければならないという設計に拘束されない。そのため、複数のパワー端子の長さの設計自由度を高めることができる。
【００１１】
以上のごとく、本例によると、バスバーの製造コストを低くすることができ、パワー端子の長さの設計自由度が高い電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における、電力変換装置の分解斜視図。
【図２】実施例１における、電力変換装置の断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図５】実施例１における、電力変換装置の断面図であって、コンデンサ非接続側パワー端子を隣接配置したもの。
【図６】実施例１における、電力変換装置の断面図であって、コンデンサ接続側パワー端子が互いに隣接しないようにしたもの。
【図７】実施例１における、電力変換装置の断面図であって、コンデンサ接続側パワー端子を隣接配置したもの。
【図８】実施例２における、電力変換装置の断面図。
【図９】実施例２における、電力変換装置の断面図であって、コンデンサ非接続側パワー端子を隣接配置したもの。
【図１０】実施例２における、電力変換装置の断面図であって、負極バスバーを段形状にしたもの。
【図１１】実施例２における、電力変換装置の断面図であって、コンデンサ接続側パワー端子が互いに隣接しないようにしたもの。
【図１２】実施例３における、電力変換装置の断面図。
【図１３】実施例３における、電力変換装置の断面図であって、負極バスバーを折り曲げたもの。
【図１４】比較例における、電力変換装置の斜視図。
【図１５】比較例における、電力変換装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記半導体モジュールは、上記コンデンサに接続される上記パワー端子であるコンデンサ接続側パワー端子と、上記コンデンサに接続されない上記パワー端子であるコンデンサ非接続側パワー端子とを有し、上記バスバーは、上記パワー端子に直交すると共に上記コンデンサ接続側パワー端子に接続した第１部分と、該第１部分に平行に配されると共に該第１部分よりも上記コンデンサに近い側に配置された第２部分と、上記第１部分と上記第２部分とを繋ぐ第３部分とを有する段形状に形成されており、上記第２部分は上記コンデンサ非接続側パワー端子と上記コンデンサとの間に配置していることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、コンデンサ接続側パワー端子を特に長くしなくても、バスバーとコンデンサ非接続側パワー端子との干渉を防ぐことができる。そのため、パワー端子の長さの設計自由度を更に高めることができる。
【００１４】
また、直流電源の正極と電気的に接続される上記バスバーである正極バスバーと、上記直流電源の負極と電気的に接続される上記バスバーである負極バスバーとを備え、上記正極バスバーと上記負極バスバーとは、上記パワー端子が突出する方向と上記積層方向との双方に直交する方向に隣接配置されていることが望ましい（請求項３）。
このようにすると、正極バスバーと負極バスバーとが隣接配置されているため、これら正極バスバーと負極バスバーとの間の相互インダクタンスを低くすることができる。これにより、スイッチング素子がオンオフ動作した際に生じるサージ電圧を低くすることができ、スイッチング素子の破壊を防止することができる。
【００１５】
また、上記バスバーは、上記パワー端子の突出方向へ上記スイッチング素子を投影した領域を少なくとも覆うように形成されていることが好ましい（請求項４）。
このようにすると、スイッチング素子とコンデンサとの間において、両者から生じる電磁ノイズによる互いの影響を効果的に防ぐことができる。
【実施例】
【００１６】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図７を用いて説明する。
図１〜図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は、電力変換回路を構成するスイッチング素子２２（図２参照）を内蔵する本体部２４を有し、スイッチング素子２２に導通するパワー端子２０が本体部２４から突出した複数個の半導体モジュール２と、半導体モジュール２を冷却する複数個の冷却チューブ３とを積層した積層体７を備える。
電力変換装置１は、パワー端子２０の突出方向にコンデンサ４が配置されている。
また、電力変換装置１は、金属板から構成され、積層体７とコンデンサ４との間に介在するとともに、積層体７の積層方向Ｘに並んだ複数個のパワー端子２０と、コンデンサ４とに電気的に接続し（図３参照）、金属板の両主面が積層体７とコンデンサ４とに対向するよう配置されたバスバー５とを備える。
以下、詳説する。
【００１７】
図１に示すごとく、バスバー５の側部には、スリット５０が形成されている。このスリット５０にパワー端子２０を嵌合し、溶接することにより、パワー端子２０をバスバー５に固定している。
【００１８】
また、図１に示すごとく、個々の半導体モジュール２は、制御回路基板６に接続するための制御端子２１を備える。制御回路基板６から送信される制御信号によって、上記スイッチング素子２２がスイッチング動作する。これにより、直流電力を交流に変換している。
【００１９】
一方、電力変換装置１は、直流電源の正極と電気的に接続されるバスバー５である正極バスバー５ａと、直流電源の負極と電気的に接続されるバスバー５である負極バスバー５ｂとを備え、正極バスバー５ａと負極バスバー５ｂとは、パワー端子２０が突出する方向Ｙと積層方向Ｘとの双方に直交する方向Ｚに隣接配置されている。正極バスバー５ａと負極バスバー５ｂの間隔は、約５ｍｍである。
【００２０】
本例では図１に示すごとく、隣り合う冷却チューブ３の間に、２個の半導体モジュール２ａ，２ｂが介在している。各半導体モジュール２ａ，２ｂは、２個のパワー端子２０を有する。並列配置された２個の半導体モジュール２ａ，２ｂのうち一方の半導体モジュール２ａにおける一方のパワー端子２０ａは、正極バスバー５ａを介してコンデンサ４に接続されたコンデンサ接続側パワー端子２０ａであり、他方のパワー端子２０ｂは、コンデンサ４に接続されないコンデンサ非接続側パワー端子２０ｂである。
また、他方の半導体モジュール２ｂにおける一方のパワー端子２０ｃは、負極バスバー５ｂを介してコンデンサ４に接続されたコンデンサ接続側パワー端子２０ｃであり、他方のパワー端子２０ｄは、コンデンサ４に接続されないコンデンサ非接続側パワー端子２０ｄである。
【００２１】
なお、図示しないが、コンデンサ非接続側パワー端子２０ｂ，２０ｄにも別のバスバーが接続される。これらのコンデンサ非接続側パワー端子２０ｂ，２０ｄは、交流出力端子になっており、後述する三相交流モータに接続されている。
【００２２】
また、隣接する冷却チューブ３は、連結管３０，３１によって接続されている。この連結管３０，３１を通って、冷媒が全ての冷却チューブ３を流れる。これにより、半導体モジュール２から発生する熱を冷却している。
【００２３】
一方、図３に示すごとく、各バスバー５ａ，５ｂは、積層方向Ｘに延びている。積層体７における、積層方向Ｘに配列された複数の半導体モジュール２のコンデンサ接続側パワー端子２０ａ，２０ｃは、それぞれバスバー５ａ，５ｂに接続されている。
バスバー５は、積層体７における複数の半導体モジュール２のうち積層方向Ｘの一端に配された半導体モジュール２００よりも更に外側へ延びた接続部５００を有し、この接続部５００において、コンデンサ４のバスバー接続用端子４１と接続されている。バスバー接続用端子４１は２本存在し、一方は正極用であり、他方は負極用である。
複数の半導体モジュール２ａのコンデンサ接続用パワー端子２０ａは、正極バスバー５ａを介してコンデンサ４の正極用のバスバー接続用端子４１と接続されている。また、複数の半導体モジュール２ｂのコンデンサ接続用パワー端子２０ｃは、負極バスバー５ｂを介してコンデンサ４の負極用のバスバー接続用端子４１と接続されている。
【００２４】
また、図２に示すごとく、バスバー５は、パワー端子２０の突出方向Ｙへスイッチング素子２２を投影した領域８を少なくとも覆うように形成されている。
半導体モジュール２には、後述するフライホイールダイオード２３も含まれている。バスバー５は、パワー端子２０の突出方向Ｙへフライホイールダイオード２３を投影した領域８０をも覆っている。
【００２５】
次に、本例の電力変換装置１の回路図を図４に示す。この電力変換装置１は、ハイブリッドカーや電気自動車等に搭載され、直流電源１２の直流電力を交流に変換するものである。図４に示すごとく、電力変換装置１はインバータ部１０ｂとコンバータ部１０ａとを備える。このコンバータ部１０ａによって直流電源１２の電圧を昇圧し、インバータ部１２ｂによって交流に変換する。そして、得られた交流電力で三相交流モータ１３を駆動し、車両を走行させる。
【００２６】
インバータ部１０ｂは複数個の半導体モジュール２から構成されている。個々の半導体モジュール２は、スイッチング素子２２（ＩＧＢＴ素子）とフライホイールダイオード２３とを備える。上述したバスバー５ａ，５ｂは、複数個の半導体モジュール２とコンデンサ４とを接続するために用いられる。
【００２７】
一方、本例の電力変換装置１は、図５のように、並列配置された２個の半導体モジュール２ａ，２ｂにおけるコンデンサ非接続側パワー端子２０ｂ，２０ｄ同士を互いに隣接させることもできる。この電力変換装置１は、図２と比較して、半導体モジュール２ｂのパワー端子２０ｃ，２０ｄの位置関係を逆にしている。
【００２８】
また、本例の電力変換装置１は、図６のように、一方の半導体モジュール２ａのコンデンサ接続側パワー端子２０ａと、他方の半導体モジュール２ｂのコンデンサ非接続側パワー端子２０ｄとを隣接させることもできる。この電力変換装置１は、図５と比較して、半導体モジュール２ａのパワー端子２０ａ，２０ｂの位置関係を逆にしている。
【００２９】
さらに、本例の電力変換装置１は、図７のように、並列配置された２個の半導体モジュール２ａ，２ｂにおけるコンデンサ接続側パワー端子２０ａ，２０ｃ同士を互いに隣接させることもできる。この電力変換装置１は、図６と比較して、半導体モジュール２ｂのパワー端子２０ｃ，２０ｄの位置関係を逆にしている。
【００３０】
次に、本例の作用効果について説明する。
本例によると、図１に示すごとく、パワー端子２０の突出方向にコンデンサ４が配置されている。そして、積層体７とコンデンサ４との間に金属板からなるバスバー５が、その両面を積層体７とコンデンサ４とにそれぞれ対向させた状態で介在している。
このようにすると、バスバー５の面積を少なくすることができ、バスバー５の製造コストを下げることができる。
すなわち、上記構成にすると、複数個のパワー端子２０をバスバー５によって電気的に接続できるとともに、この電気接続している部分自体を使って、半導体モジュール２またはコンデンサ４から放射される電磁ノイズを遮蔽することができる。そのためバスバー５を、複数のパワー端子２０を接続する部分とは別個に、電磁ノイズを遮蔽する部分を特別に設ける必要がなくなり、バスバー５全体の面積を小さくすることができる。これにより、バスバー５の製造コストを下げることが可能となる。
【００３１】
また、図２に示すごとく、本例によると、複数のバスバー５ａ，５ｂを同じ側方へ引き出す必要がない。そのため、引き出し方向に近い程、パワー端子２０を短くしなければならないという設計に拘束されない。そのため、複数のパワー端子２０の長さの設計自由度を高めることができる。
【００３２】
また、図１に示すごとく、電力変換装置１は、正極バスバー５ａと負極バスバー５ｂとを備え、該正極バスバー５ａと負極バスバー５ｂとは、パワー端子２０が突出する方向Ｙと積層方向Ｘとの双方に直交する方向Ｚに隣接配置されている。
このようにすると、正極バスバー５ａと負極バスバー５ｂとが隣接配置されているため、これら正極バスバー５ａと負極バスバー５ｂとの間の相互インダクタンスを低くすることができる。これにより、スイッチング素子２２がオンオフ動作した際に生じるサージ電圧を低くすることができ、スイッチング素子２２の破壊を防止することができる。
【００３３】
また、図２に示すごとく、バスバー５は、パワー端子２０の突出方向Ｙへスイッチング素子２２を投影した領域８を少なくとも覆うように形成されている。
このようにすると、スイッチング素子２２とコンデンサ４との間において、両者から生じる電磁ノイズによる互いの影響を効果的に防ぐことができる。
【００３４】
以上のごとく、本例によると、バスバー５の製造コストを低くすることができ、パワー端子２０の長さの設計自由度が高い電力変換装置１を提供することができる。
【００３５】
（実施例２）
本例は、バスバー５の形状を変更した例である。図８に示すごとく、本例では、半導体モジュール２ａ，２ｂは、コンデンサ４に接続されるパワー端子であるコンデンサ接続側パワー端子２０ａ，２０ｃと、コンデンサ４に接続されないパワー端子であるコンデンサ非接続側パワー端子２０ｂ，２０ｄとを有する。また、正極バスバー５ａは、パワー端子２０に直交すると共にコンデンサ接続側パワー端子２０ａに接続した第１部分５１と、第１部分５１に平行に配されると共に第１部分５１よりもコンデンサ４に近い側に配置された第２部分５２と、第１部分５１と第２部分５２とを繋ぐ第３部分５３とを有する段形状に形成されている。また、第２部分５２はコンデンサ非接続側パワー端子２０ｂとコンデンサ４との間に配置している。
本例では、正極バスバー５ａの第２部分５２が、負極バスバー５ｂと隣接している。
【００３６】
また、本例は図９のように、半導体モジュール２ａのコンデンサ非接続側パワー端子２０ｂと、半導体モジュール２ｂのコンデンサ非接続側パワー端子２０ｄを隣接させることもできる。この電力変換装置１は、図８と比較して、半導体モジュール２ｂのパワー端子２０ｃ，２０ｄの位置関係を逆にしている。
【００３７】
また、本例は図１０のようにすることもできる。この電力変換装置１は、半導体モジュール２ｂに接続する負極バスバー５ｂを段形状にし、半導体モジュール２ａに接続する正極バスバー５ａを平板状にしている。また、半導体モジュール２ａのコンデンサ非接続側パワー端子２０ｂと、半導体モジュール２ｂのコンデンサ非接続側パワー端子２０ｄを隣接させている。
【００３８】
さらに、本例は図１１のように、半導体モジュール２ａのコンデンサ接続側パワー端子２０ａと、半導体モジュール２ｂのコンデンサ非接続側パワー端子２０ｄとを隣接させることもできる。この電力変換装置１は、図１０と比較して、半導体モジュール２ａのパワー端子２０ａ，２０ｂの位置関係を逆にしている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００３９】
本例の作用効果について説明する。
本例では、バスバー５ａ，５ｂのうち、少なくとも一方のバスバー５は、第１部分５１と、第２部分５２と、第３部分５３とを備える段形状になっている。
このようにすると、図８，図９に示すごとく、コンデンサ接続側パワー端子２０ａを特に長くしなくても、正極バスバー５ａとコンデンサ非接続側パワー端子２０ｂとの干渉を防ぐことができる。また、図１０，図１１に示すごとく、コンデンサ接続側パワー端子２０ｃを特に長くしなくても、負極バスバー５ｂとコンデンサ非接続側パワー端子２０ｄとの干渉を防ぐことができる。
そのため、パワー端子の長さの設計自由度を更に高めることができる。
【００４０】
（実施例３）
本例は、バスバー５の形状を変更した例である。図１２に示すごとく、本例の正極バスバー５ａは、コンデンサ接続側パワー端子２０ａと接続し該コンデンサ接続側パワー端子２０ａと直交する平板部５４と、該平板部５４の側部からコンデンサ４側へ立設する立設部５５とからなる。そして、立設部５５の端部５５ａと、負極バスバー５ｂとが隣接している。
【００４１】
また、本例は、図１３のようにすることもできる。この電力変換装置１の負極バスバー５ｂは、コンデンサ接続側パワー端子２０ｃと接続し該コンデンサ接続側パワー端子２０ｃと直交する平板部５４と、該平板部５４の側部からコンデンサ４側へ立設する立設部５５とからなる。そして、立設部５５の端部５５ａと、正極バスバー５ａとが隣接している。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００４２】
本例の作用効果について説明する。本例は、図１２に示すごとく、一方の半導体モジュール２ａのパワー端子２０ａ，２０ｂが短く、正極バスバー５ａを半導体モジュール２ａに近い位置に取り付ける必要があり、かつ、他方の半導体モジュール２ｂのコンデンサ接続側パワー端子２０ｃが長く、負極バスバー５ｂをコンデンサ４に近い位置に取り付ける必要がある場合でも、電磁ノイズの遮蔽効果を高めることができる。すなわち、正極バスバー５ａが立設部５５を有しているため、この立設部５５によって、電磁ノイズを遮蔽することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【符号の説明】
【００４３】
１  電力変換装置
２  半導体モジュール
２０  パワー端子
２２  スイッチング素子
３  冷却チューブ
４  コンデンサ
５  バスバー
【図１】
2011114966.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】
2011114966.tif 000008
【図７】
2011114966.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011114966.tif 000011
【図１０】
2011114966.tif 000012
【図１１】
2011114966.tif 000013
【図１２】
2011114966.tif 000014
【図１３】
2011114966.tif 000015
【図１４】
2011114966.tif 000016
【図１５】
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