(57)【要約】【課題】磁界漏洩防止効果を確保しつつシールド部材の小型化を図れるワイヤレス給電システムを提供する。【解決手段】ワイヤレス給電装置に用いられる受電ユニットまたは送電ユニットの一方を構成する電気ユニットは、受電ユニット２００および送電ユニット１００の間に配置される隔壁体４０に対して壁厚方向の片側に配置され、コイルが巻き回される長尺状の第２芯材２０と、シールド部材３２と、を備え、シールド部材３２は、第２芯材２０を間に挟んで隔壁体４０とは反対側に配置される第１シールド部３２ａと、芯材４０の端部を第２芯材２０の長手方向の片側から覆う第２シールド部３２ｂと、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス給電装置に用いられる受電ユニットまたは送電ユニットの一方を構成する電気ユニットであって、
前記受電ユニットおよび前記送電ユニットの間に配置される隔壁体に対して壁厚方向の片側に配置され、コイルが巻き回される長尺状の芯材と、
シールド部材と、を備え、
前記シールド部材は、
前記芯材を間に挟んで前記隔壁体とは反対側に配置される第１シールド部と、
前記芯材の端部を前記芯材の長手方向の片側から覆う第２シールド部と、を有することを特徴とする電気ユニット。
【請求項２】
前記第２シールド部は、前記シールド部材の前記隔壁体への固定に用いる固定部材が接続される接続部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気ユニット。
【請求項３】
前記シールド部材は、前記第２シールド部の前記隔壁体側の端部から前記隔壁体の面内方向に延びる第３シールド部を有し、
前記第３シールド部は、前記シールド部材の前記隔壁体への固定に用いられる請求項１に記載の電気ユニット。
【請求項４】
ワイヤレス給電装置に用いられる受電ユニットまたは送電ユニットの一方を構成する電気ユニットであって、
前記受電ユニットおよび前記送電ユニットの間に配置される隔壁体に対して壁厚方向の片側に配置され、コイルが巻き回される長尺状の芯材と、
シールド部材と、を備え、
前記シールド部材は、前記芯材を間に挟んで前記隔壁体とは反対側から前記芯材を覆うとともに、前記芯材の端部を前記芯材の長手方向の少なくとも片側から覆うことを特徴とする電気ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の壁などの隔壁体に設置されるワイヤレス給電用電気ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
建物の壁などの隔壁体に設置されるワイヤレス給電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。このワイヤレス給電システムは、隔壁体の室内側に設置されて電力を供給する送電ユニットと、隔壁体の室外側に設置され、送電ユニットからワイヤレスで電力を受電する受電ユニットと、を備える。
【０００３】
送電ユニットが生成する磁界は、そのまま外部に放出されてしまうと、周囲の電子機器に悪影響を与えたり、周囲の電子機器と相互作用して給電効率を低下させる。よって、ワイヤレス給電システムは通常、送電ユニットが生成する磁界の外部への漏洩を防止するためのシールド部材を備える。この一例として特許文献１には、受電用の芯材を間に挟んで隔壁体とは反対側に平板状のシールド部材を配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８５７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなワイヤレス給電システムでは、磁界の外部への漏洩を広い範囲で防止するには、それだけ大きなサイズのシールド部材が必要になる。本発明者は、特許文献１の開示技術について検討したところ、シールド部材による磁界の外部への漏洩を防止する効果（以下、磁界漏洩防止効果という）を確保しつつ、シールド部材の小型化を図る上で、改善の余地があるとの認識を得た。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされ、その目的は、磁界漏洩防止効果を確保しつつシールド部材の小型化を図れるワイヤレス給電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明のある態様の電気ユニットは、ワイヤレス給電装置に用いられる受電ユニットまたは送電ユニットの一方を構成する電気ユニットであって、受電ユニットおよび送電ユニットの間に配置される隔壁体に対して壁厚方向の片側に配置され、コイルが巻き回される長尺状の芯材と、シールド部材と、を備え、シールド部材は、芯材を間に挟んで隔壁体とは反対側に配置される第１シールド部と、芯材の端部を芯材の長手方向の片側から覆う第２シールド部と、を有する。
【０００８】
シールド部材が第２シールド部も有する場合、シールド部材が第１シールド部しか有さない場合と比べ、同様の磁界低減範囲を構成しつつ、シールド部材の長手方向での長さを短くできる。よって、シールド部材の磁界漏洩防止効果を確保しつつ、シールド部材の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、磁界漏洩防止効果を確保しつつシールド部材を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ワイヤレス給電システムの原理を説明する図である。
【図２】ワイヤレス給電システムの原理を説明する図である。
【図３】第１の実施の形態に係るワイヤレス給電システムの概略的な構成を示す横断面図である。
【図４】図３のワイヤレス給電システムによる磁界低減範囲を示す概略図である。
【図５】第２の実施の形態に係るワイヤレス給電システムの概略的な構成を示す横断面図である。
【図６】第３の実施の形態に係るワイヤレス給電システムの概略的な構成を示す横断面図である。
【図７】変形例に係るワイヤレス給電システムの概略的な構成を示す横断面図である。
【図８】変形例に係るワイヤレス給電システムの概略的な構成を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態、変形例では、同一の構成要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面では、説明の便宜のため、構成要素の一部を適宜省略したり、構成要素の寸法を適宜拡大、縮小して示す。
【００１２】
本発明の実施形態を具体的に説明する前に、基本となる事項を説明する。
図１はワイヤレス給電システムの原理を説明する図である。ワイヤレス給電システム１０００は、隔壁体４０に対して隔壁体４０の壁厚方向Ｄの一方側に設置される送電ユニット１００と、隔壁体４０に対して壁厚方向Ｄの他方側に設置される受電ユニット２００とを備える。送電ユニット１００は、電力を供給するためのものであり、受電ユニット２００は、送電ユニット１００からワイヤレスで電力を受電するためのものである。送電ユニット１００は交流電源（図示しない）に接続され、受電ユニット２００にはモータ等の電気機器（図示しない）が接続される。なお本明細書を通じて、送電ユニットおよび受電ユニットを電気ユニットと総称することがある。
【００１３】
送電ユニット１００は、長尺状の第１芯材１０と、第１コイル１２と、を備える。第１コイル１２は、第１芯材１０の周囲に巻き回されるソレノイドコイルである。受電ユニット２００は、長尺状の第２芯材２０と、第２コイル２２と、を備える。第２コイル２２もまた、第２芯材２０の周囲に巻き回されるソレノイドコイルである。第１芯材１０および第２芯材２０は、鉄などの磁性体を用いて構成され、これらの芯材内を通過する磁束を増大させる。第１芯材１０および第２芯材２０は、長手方向に互いに平行になるように配置される。また、第１芯材１０および第２芯材２０は、壁厚方向Ｄから見て重なる位置に配置される。
【００１４】
第１コイル１２を流れる電流は第１芯材１０の内部および周囲に磁界を発生させる。この磁界による磁束の一部は、第１芯材１０の長手方向の一端部から放出して、第２芯材２０の長手方向の一端部に到達する第１経路Ｂ１と、第２芯材２０の長手方向の他端部から放出して、第１芯材１０の長手方向の他端部に到達する第２経路Ｂ２とを辿るように周囲の空間を伝わろうとする。このような磁束は第２コイル２２を鎖交する。この磁束が時間的に変動することで、電磁誘導により第２コイル２２に起電力が発生する。こうして送電ユニット１００から受電ユニット２００にワイヤレスで電力が供給される。
【００１５】
一方、第１コイル１２の周囲には、第２コイル２２に鎖交せずに受電ユニット２００から離れた場所を周回する磁束ＢＬもある。このような磁束ＢＬを形成する磁場は、周囲の電子機器に悪影響を与えたり、周囲の電子機器と相互作用して給電効率を低下させたりする原因となる。
【００１６】
図２もワイヤレス給電システムの原理を説明する図である。ワイヤレス給電システム１１００は、図１の受電ユニット２００に代えて、一部改善された受電ユニット２１０を備える。ワイヤレス給電システム１１００のその他の構成は、図１のワイヤレス給電システム１０００の構成と共通である。
【００１７】
受電ユニット２１０は、図１の受電ユニット２００の構成に加えて、第２芯材２０を間に挟んで隔壁体４０と反対側に配置される平板状のシールド部材３０を備える。シールド部材３０は、アルミや銅などの導電材料や、鉄やフェライトなどの比較的非透磁率の高い材料を用いて構成される。受電ユニット２１０のその他の構成は、受電ユニット２００の構成と共通である。
【００１８】
第１芯材１０の長手方向の一端部から放出した磁束のうちシールド部材３０に到達するものは、シールド部材３０によって形成される比較的磁気抵抗の低い磁気回路を通って周回し第１芯材１０の他端部に戻る。このような磁束は、第１芯材１０から見てシールド部材３０の後方を周回しない。これにより、磁界の漏洩が低減される範囲が形成される。
【００１９】
このようなシールド部材３０により磁界の漏洩が効果的に低減される範囲（以下、磁界低減範囲という）は、第１芯材１０の長手方向Ｘの両端部と、シールド部材３０の長手方向Ｙの両端部との位置関係に応じて決定される。詳しくは、第１芯材１０の長手方向Ｘに沿った切断面において、第１芯材１０の長手方向Ｘの一方の端部と、シールド部材３０の長手方向Ｙの一方の端部を通る仮想線をＬａとする。また、第１芯材１０の長手方向Ｘの他方の端部と、シールド部材３０の長手方向Ｘの他方の端部を通る仮想線をＬｂとする。この仮想線Ｌａ、Ｌｂ及びシールド部材３０で囲まれるとともにシールド部材３０の外側に形成される範囲が磁界低減範囲となる。図２では磁界低減範囲の一部６０を示す。
【００２０】
例えばこのワイヤレス給電システムは、リフォーム時に後付けされる電動シャッターを駆動するモータの給電システムに適用される。この場合、受電ユニット２１０は、シャッターボックスと隔壁体との間に設置される。シャッターボックスはモータや電子回路を内蔵しているため、シャッターボックス内に磁界が漏洩することを防止する必要がある。ここで、第１芯材１０の長手方向の長さをＬｕ、第１芯材１０と第２芯材２０との間の壁厚方向Ｄでの距離である伝送距離をＬｔ、シールド部材３０の長手方向の長さをｄとおく。典型的な例としてＬｕ＝２０ｃｍ、Ｌｔ＝１５ｃｍのワイヤレス給電システムの場合、シャッターボックス内の必要な範囲での磁界の漏洩を防止するためには、ｄは５０ｃｍ以上である必要があることが実験により分かった。しかしながら、このようなサイズのシールド部材をシャッターボックスと隔壁体との間に設置しようとすると、既設の建築部材と干渉が生じ易くなるため、設置が困難となる。
【００２１】
本発明者らは、シールド部材の形状を工夫することにより、磁界が外部に漏洩することを防止しつつ、シールド部材の長手方向のサイズを低減できることを見出した。
【００２２】
［第１の実施形態］
図３は、一実施形態に係る受電ユニット２２０を備えるワイヤレス給電システム１２００の概略的な構成を示す横断面図である。ワイヤレス給電システム１２００は、図２の受電ユニット２１０に代えて、改善された受電ユニット２２０を備える。ワイヤレス給電システム１２００のその他の構成は、図２のワイヤレス給電システム１１００の構成と共通である。
【００２３】
受電ユニット２２０は、図２のシールド部材３０に代えて、第２芯材２０や第２コイル２２を覆うシールド部材３２を備える。シールド部材３２は、隔壁体４０を間に挟んで隔壁体４０とは反対側に配置される第１シールド部３２ａと、第２芯材２０の端部を第２芯材２０の長手方向の片側から覆う複数の第２シールド部３２ｂとを有する。第１シールド部３２ａは、隔壁体４０の壁厚方向Ｄと直行する方向に延びるような平板状をなす。第１シールド部３２ａは、第２芯材２０や第２芯材２０に巻き回される第２コイル２２の全体を壁厚方向Ｄの片側から覆う。第２シールド部３２ｂは、第１シールド部３２ａの長手方向Ｙの両側辺部に対して曲げ部３２ｅを介して接続され、その曲げ部３２ｅから隔壁体４０に近づくように延びている。第２シールド部３２ｂは、第１シールド部３２ａに対して垂直に設けられる。第２シールド部３２ｂは、平板状をなしており、その隔壁体４０側の端部は隔壁体４０に接している。受電ユニット２２０のその他の構成は、図２の受電ユニット２１０の構成と共通である。
【００２４】
ワイヤレス給電システム１２００では、図２のワイヤレス給電システム１１００と同様に、シールド部材３２により、第１芯材１０から見てシールド部材３２の後方に磁界低減範囲６２が形成される。磁界低減範囲６２は、第１芯材１０の長手方向Ｘの両端部と、シールド部材３２の長手方向Ｙの両端部との位置関係に応じて決定される。詳しくは、第１芯材１０の長手方向Ｘに沿った切断面において、第１芯材１０の長手方向Ｘの一方の端部と、シールド部材３２の長手方向Ｙの一方の端部とを通る仮想線をＬｃとする。また、第１芯材１０の長手方向Ｘの他方の端部と、シールド部材３２の長手方向Ｙの他方の端部とを通る仮想線をＬｄとする。本実施形態での「シールド部材３２の長手方向Ｙの一方の端部」は、第２シールド部３２ｂの隔壁体４０側の端部となる。また、「シールド部材３２の長手方向Ｙの他方の端部」は、第２シールド部３２ｂの隔壁体４０側の端部となる。この仮想線Ｌｃ、Ｌｄ及びシールド部材３２で囲まれるとともにシールド部材３２の外側に形成される範囲が磁界低減範囲６２となる。
【００２５】
図４は、図３のワイヤレス給電システム１２００による磁界低減範囲６２を示す概略図である。隔壁体の図示は省略した。仮想線ＬｃおよびＬｄがそれぞれ壁厚方向Ｄとなす角をθとする。図４には、第１シールド部３２ａの長さがａ、第２シールド部３２ｂの長さがｂのシールド部材３２を用いて、壁厚方向Ｄに対して０からθｒａｄまでの角度内で磁界低減範囲を形成できることが示されている。また図４によれば、平板状のシールド部材３０を用いて上記と同じ磁界低減範囲を形成するためには、長手方向Ｙに長さｄ＝ａ＋２・ｃのシールド部材３０が必要であることが分かる。ただし、ｃ＝ｂ・ｔａｎθである。換言すれば、ワイヤレス給電システム１２００は、図２のワイヤレス給電システム１１００と比較して、長手方向Ｙに２・ｃ短いシールド部材で同じ磁界低減範囲を形成することができる。
【００２６】
前述の例と同様にＬｕ＝２０ｃｍ、Ｌｔ＝１５ｃｍのワイヤレス給電システムにおいて、θ＝π／４としてシールド部材３２を適用すると、シールド部材３２の長手方向Ｙでの長さ（第１シールド部３２ａの長手方向Ｙでの長さ）ａは３５ｃｍとなる。このようなサイズのシールド部材であれば既設の建築部材との干渉が生じ難くなるため、前述のシャッターボックスと隔壁体との間にも容易に設置ができるようになることが実験的に確かめられた。
【００２７】
以上説明した通り、シールド部材３２が第２シールド部３２ｂも有する場合、シールド部材３２が第１シールド部３２ａしか有さない場合と比べ、同様の磁界低減範囲を構成しつつ、シールド部材３２の長手方向Ｙでの長さを短くできる。よって、シールド部材３２の磁界漏洩防止効果を確保しつつ、シールド部材の小型化を図ることができる。
【００２８】
［第２の実施形態］
第２シールド部は、シールド部材の前記隔壁体への固定に用いる固定部材が接続される接続部を備えていてもよい。図５は、本実施形態に係る受電ユニット２４０の概略的な構成を示す横断面図である。受電ユニット２４０は、図３のシールド部材３２に代えて、さらに改善されたシールド部材３４を備える。受電ユニット２４０のその他の構成は、図３の受電ユニット２２０の構成と共通である。
【００２９】
シールド部材３４は、図３のシールド部材３２と同様に、第１シールド部３４ａと、第２シールド部３４ｂと、を有する。第２シールド部３４ｂは、接続部７０ａを備える。
【００３０】
第２シールド部３４ｂは、隔壁体４０に固定部材８０ａを用いて固定される。一例として、固定部材８０ａはネジ部材であり、接続部７０ａはネジ部材がねじ込まれる雌ねじ孔である。固定部材８０ａは、隔壁体４０を挟んでシールド部材３４とは反対側から隔壁体４０を貫通するように接続部７０ａにねじ込まれる。
【００３１】
本実施形態によれば、第２シールド部３４ｂがシールド部材の隔壁体４０への固定に用いる固定部材８０ａが接続される接続部７０ａを備えているため、シールド部材３４の固定に用いる部品点数を削減できる。これにより、シールド部材３４を隔壁体４０に容易に固定できる。
【００３２】
［第３の実施形態］
シールド部材は、第２シールド部の隔壁体側の端部から隔壁体の面内方向に延びる第３シールド部を有し、第３シールド部は、シールド部材の隔壁体への固定に用いられてもよい。図６は、本実施形態に係る受電ユニット２６０の概略的な構成を示す横断面図である。受電ユニット２６０は、図３のシールド部材３２に代えて、さらに改善されたシールド部材３６を備える。受電ユニット２６０のその他の構成は、図３の受電ユニット２２０の構成と共通である。
【００３３】
シールド部材３６は、図３のシールド部材３２と同様の第１シールド部３６ａおよび第２シールド部３６ｂに加えて、第３シールド部３６ｃを有する。第３シールド部３６ｃは、第２シールド部３６ｂの隔壁体４０側の端部から隔壁体４０の面内方向でシールド部材３６の外側に延びる。
【００３４】
例えば第３シールド部３６ｃは、隔壁体４０に固定部材８０ｂを用いて固定される。一例として、固定部材８０ｂはネジ部材である。固定部材８０ｂ、隔壁体４０の反対側から第３シールド部３６ｃを貫通して、隔壁体４０にねじ込まれる。
【００３５】
代替的に、第３シールド部３６ｃは、接着剤等を用いて隔壁体４０に固定されてもよい。
【００３６】
代替的に、第３シールド部３６ｃは、第２シールド部３６ｂの端部からシールド部材３６の内側に延びていてもよい。
【００３７】
本実施形態によれば、シールド部材３６は、隔壁体４０への固定に用いられるための第３シールド部３６ｃを有する。このため、種々の方法でシールド部材３６を隔壁体４０に容易に固定できる。
【００３８】
以上説明した実施形態、例えば図３の実施形態では、受電ユニット２２０が、第２芯材２０を間に挟んで隔壁体４０と反対側にシールド部材３２を備えていた。代替的または追加的に、送電ユニット１００が、第１芯材１０を間に挟んで隔壁体４０と反対側に同じ構造のシールド部材を備えていてもよい。この実施形態によれば、磁界低減領域は、送電ユニット１００から見て隔壁体４０と反対側に形成される。これにより、この領域における磁界の漏洩を効果的に低減することができる。
【００３９】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示すにすぎない。また、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
【００４０】
［第１の変形例］
図７は、本変形例に係る受電ユニット２８０の概略的な構成を示す横断面図である。受電ユニット２８０は、図５のシールド部材３４に代えて、接続部の追加されたシールド部材３８を備える。受電ユニット２８０のその他の構成は、図５の受電ユニット２４０の構成と共通である。
【００４１】
シールド部材３８は、図５のシールド部材３４と同様に、第１シールド部３８ａと、第２シールド部３８ｂと、を有する。第２シールド部３８ｂは、接続部７０ａに加えて、第２接続部７０ｂを有する。
【００４２】
第２シールド部３８ｂは、固定部材８０ａおよび９０を用いて隔壁体４０に固定される。第２接続部７０ｂに接続される固定部材９０は、隔壁体４０に固定される取付具９２と、取付具９２に挿通されるネジ部材９４とを有する。取付具９２は、たとえば、Ｌ字型のアングル材である。第２接続部７０ｂは、ネジ部材９４が挿通される孔７２ｂと、第２シールド部３８ｂの内面に接着等により取り付けられたナット７２ｃを有する。取付具９２は、取付具９２を挟んで第２シールド部３８ｂとは反対側から取付具９２を貫通するようにナット７２ｃにねじ込まれる。
【００４３】
本変形例によれば、第２シールド部３８ｂが接続部７０ａに加えて、第２接続部７０ｂも有するため、第２シールド部３８ｂが接続部７０ａしか有さない場合に比べ、より確実に第２シールド部３８ｂを隔壁体４０に固定することができる。
【００４４】
［第２の変形例］
【００４５】
図８は、本変形例に係る受電ユニット２９０の概略的な構成を示す横断面図である。受電ユニット２９０は、図３のシールド部材３２と異なる形状のシールド部材３９を備える。受電ユニット２９０のその他の構成は、図３の受電ユニット２２０の構成と共通である。
【００４６】
シールド部材３９は、第２芯材２０を間に挟んで隔壁体４０とは反対側から第２芯材２０を覆うとともに、第２芯材２０の端部を第２芯材２０の長手方向Ｚの少なくとも片側から覆う。一例として図８では、シールド部材３９は、第２芯材２０の長手方向Ｚに沿った切断面において、弓形の断面形状を有する。シールド部材３９の長手方向Ｙの長さをａ’、壁厚方向Ｄの長さをｂ’とする。図４と同様に、第１芯材１０の長手方向Ｘに沿った切断面において、第１芯材１０の長手方向Ｘの一方の端部とシールド部材３９の一方の端部とを通る仮想線をＬｅとし、第１芯材１０の長手方向Ｘの他方の端部とシールド部材３９の他方の端部とを通る仮想線をＬｆとすると、仮想線Ｌｅ、Ｌｆ及びシールド部材３９で囲まれるとともにシールド部材３９の外側に形成される範囲が磁界低減範囲６４となる。仮想線ＬｅおよびＬｆがそれぞれ壁厚方向Ｄとなす角をθ’とする。平板状のシールド部材３０を用いて上記と同じ磁界低減範囲６４を形成するためには、長手方向Ｙに長さｄ’＝ａ’＋２・ｃ’のシールド部材３０が必要であることが分かる。ただし、ｃ’＝ｂ’・ｔａｎθ’である。すなわち本変形例によるシールド部材３９は、平板状のシールド部材３０と比較して、長手方向Ｙに２・ｃ’短いサイズで同じ磁界低減範囲を形成することができる。
【００４７】
このように、シールド部材は、芯材を間に挟んで隔壁体とは反対側から芯材を覆うとともに、芯材の端部を芯材の長手方向の少なくとも片側から覆うものであれば、様々な形状や配置を取ることができる。必要な形状や配置は、漏洩の防止が必要な領域等に応じて実験により定められてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０・・・第１芯材、２０・・・第２芯材、３２、３６、３９・・・シールド部材、３２ａ・・・第１シールド部、３２ｂ、３４ｂ・・・第２シールド部、３６ｃ・・・第３シールド部、４０・・・隔壁体、７０ａ・・・接続部、１００・・・送電ユニット、２００、２１０、２２０、２４０、２６０、２８０、２９０・・・受電ユニット。
【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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