(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択的にスイッチ端子に電流を貫流可能な電磁式リレーアセンブリであって、該電磁式リレーアセンブリは、
(A) 回転可能なコイルアセンブリであって、
・電流伝導性コイルと、
・コイルコアと、
・コイルハウジングとを備え、
・前記コイルハウジングは前記コイル及び前記コアを含み、
・前記コイルは前記コアの周囲に巻回され、
・前記コイルはコイル軸と同一線上にあり、
・前記コイルは電磁駆動用端子を備え、
・前記コアは対向するコア端部を備え、
・前記コイルハウジングは前記コイル軸と直交するハウジング回転軸を有し、
・前記コイルハウジング全体は、前記コイルハウジングが前記ハウジング回転軸周りに回転したとき、前記コイルハウジング並びに前記コイルハウジングに含まれる前記コイル及び前記コアが全て回転し、前記コイル軸がＸ字形状の平面境界の間で回転方向に変位可能であるように、前記ハウジング回転軸周りに回転可能である、該回転可能なコイルアセンブリと、
(B) 対向する永久磁石である第１及び第２の磁石対であって、それぞれしっかりと前記コア端部に隣接して位置決められ、それにより前記コア端部はそれぞれ前記磁石対の間で移動可能とされ、前記磁石対の前記対向する磁石は、各々対向する磁石面を備え、前記コア端部は、前記磁石面と対向するコア面を有し、前記コア面及び磁石面は互いに接触する際は同様に角度付けされ、前記コア及び磁石の間の接触面領域を通る磁束を高める、該磁石対と、
(C) スイッチアセンブリであって、
・第１及び第２の連結アームと、
・第１及び第２の接点ばねアセンブリとを備え、
・前記連結アームは前記コア端部と接点ばねアセンブリとを相互接続し、
・前記接点ばねアセンブリは、
(i) 対向する接点対と、
(ii) 第１及び第２のばねアームと、
(iii) 第１及び第２のスイッチ端子とを備え、
・磁界を生成する前記コイルは、磁石対から磁石を選択することによって方位付けられた引張り力によりハウジング回転軸周りにコイルハウジングを回転させるために、コアを通って方位付け可能な磁界を生成し、
・前記コア端部は連結アームを変位させ、
・前記連結アームは開放位置と閉鎖位置との間で接点ばねアセンブリを駆動し、
・前記閉鎖位置は、接点及びスイッチ端子経由でスイッチアセンブリに電流を貫流可能であり、
・前記第１及び第２のばねアームは、各々が電流の貫流方向にまっすぐに延び互いに平行に配置され、第１のばね手段及び第２のばね手段を有し、
・前記接点対は、前記ばねアームにおける電流の貫流方向端部において前記第１のばね手段と前記第２のばね手段との間に配置される、該スイッチアセンブリと
を備える、電磁式リレーアセンブリ。
【請求項２】
前記連結アームはＬ字形状であり、前記Ｌ字形状の連結アームは各々第１及び第２の連結部分を有し、前記第２の連結部分は前記第１の連結部分まで互いに直交して延び、開放位置にあるとき、前記コア端部は前記第１の連結部分に連結され、前記ばねアームは前記第２の連結部分にほぼ平行に伸びる、請求項１に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項３】
前記第１のばね手段は前記開放位置から前記閉鎖位置への切り換えの際に接点間の接触振動を減衰させる、請求項２に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項４】
前記第２のばね手段は前記開放位置から前記閉鎖位置への切り換えの際に接点間の接触振動の減衰を拡大させる、請求項３に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項５】
前記第１のばね手段は前記第１の連結部分に隣接して作動可能であり、前記第２のばね手段は前記第２の連結部分に隣接して作動可能であり、前記第１及び第２のばね手段はこのように各接点対向けに間隔を保った減衰手段を提供し、前記間隔を保った減衰手段は、前記開放位置から前記閉鎖位置へと切り換える際に接点間の接触振動の減衰を高める、請求項４に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項６】
各接点対は前記間隔を保った減衰手段の間に配置し、前記間隔を保った減衰手段はこのように各接点対向けに外側において対向する減衰手段を提供し、これにより前記開放位置から前記閉鎖位置へと切り換える際に前記接点間の接触振動の減衰を高める、請求項５に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項７】
前記ばねアームは開放位置又は閉鎖位置のどちらであっても互いに平行であり、各ばねアームは対向する面を備え、前記対向する面はショートの間は互いに磁気的に引き合い、前記磁気的に引き合う面はショートの間は閉鎖位置において前記接触を維持する、請求項１に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項８】
前記対向する磁石面はほぼ平面であり交叉する面内で延在し、前記コアは、ほぼ平面の対向するコア面を有する、請求項１に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項９】
電磁式リレーアセンブリであって、該電磁式リレーアセンブリは、
(A) コイルアセンブリであって、
・コイルと、
・コアと、
・コア回転手段とを備え、
・前記コアはコイル軸と同一線上にあり、
・前記コアは対向するコア端部を備え、
・前記コア回転手段は前記コイル軸と直交する回転軸を有し、
・前記コイル及び前記コアは共に、前記コイル軸がＸ字形状の平面境界の間で回転方向に変位可能であるように、前記コア回転手段経由で回転軸周りに回転可能である、該コイルアセンブリと、
(B) 対向する対の引き合う磁石であって、前記磁石対はそれぞれ前記コア端部に隣接してしっかりと位置決めされ、前記コア端部はそれぞれ前記磁石対の間で変位可能であり、前記磁石対の前記対向する磁石は、各々対向する磁石面を備え、前記コア端部は、前記磁石面と対向するコア面を有し、前記コア面及び磁石面は互いに接触する際は同様に角度付けされ、前記コア及び磁石の間の接触面領域を通る磁束を高める、該対向する対の引き合う磁石と、
(C) スイッチアセンブリであって、接点ばねアセンブリを備え、該接点ばねアセンブリは、対向する接点対と、第１及び第２のばねアームと、第１及び第２のスイッチ端子とを備え、前記第１及び第２のばねアームは、各々が電流の貫流方向にまっすぐに延び互いに平行に配置され第１のばね手段及び第２のばね手段を有し、前記接点対は、前記ばねアームにおける電流の貫流方向端部において前記第１のばね手段と前記第２のばね手段との間に配置され、前記コイルは磁界を生成し、前記磁界は前記回転軸周りに回転を加えるために前記コアを通って対向する磁石へと方位付け可能であり、前記コア端部は開放位置と閉鎖位置の間で前記スイッチアセンブリを駆動し、前記閉鎖位置により前記スイッチアセンブリに電流を貫流させることが可能な、該スイッチアセンブリと
を備える電磁式リレーアセンブリ。
【請求項１０】
連結手段及び対向する接点ばねアセンブリを備え、前記連結手段は前記コア端部と接点ばねアセンブリとを相互接続し、前記接点ばねアセンブリにより前記開放位置から前記閉鎖位置への切り換え時に接触振動を減衰させる、請求項９に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項１１】
前記第１のばね手段により、前記開放位置から前記閉鎖位置への切り換え時に前記接点間の接触振動を減衰させる、請求項１０に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項１２】
前記第２のばね手段により、前記開放位置から前記閉鎖位置への切り換え時に前記接点間の接触振動の減衰を高める、請求項１１に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項１３】
前記第１及び第２のばね手段は互いに間隔を保って配置して間隔を保った減衰手段を提供し、前記間隔を保った減衰手段により前記開放位置から前記閉鎖位置への切り換え時に前記スイッチアセンブリの接触振動の減衰を高める、請求項１２に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項１４】
前記スイッチアセンブリは対向する接点対を備え、前記接点対は各々前記間隔を保った減衰手段の間に配置し、前記間隔を保った減衰手段は、このように各接点対の為の外側で対向する減衰手段を提供し、これにより前記開放位置から閉鎖位置への切り換えの際に前記接点対の間の接触振動の減衰を高める、請求項１３に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項１５】
接点ばねアセンブリは第１及び第２のばねアームを備え、前記アームは平行で対向するアーム面を備え、前記対向するアーム面はショートの間は互いに磁気的に引き合い、前記磁気的に引き合うアーム面によりショートの間は前記閉鎖位置において前記スイッチアセンブリを維持する、請求項９に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項１６】
前記対向する磁石面はほぼ平面であり交叉する面内で延在し、前記コア端部はほぼ平行な対向するコア面を備える、請求項９に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項１７】
電磁式リレーアセンブリであって、該電磁式リレーアセンブリは、
(A)コイルアセンブリであって、対向するコア端部と、前記コア端部が同軸上で対向するコア軸と、前記コア軸に直交する回転軸とを備え、前記コア端部は、前記コア軸がＸ字形状の平面境界の間で回転方向に変位可能であるように、前記回転軸周りに回転可能である、該コイルアセンブリと、
(B) 各コア端部に対向して配置される磁石対であって、前記コア端部は前記回転軸により前記磁石対の間を変位可能であり、前記磁石対の前記対向する磁石は、各々対向する磁石面を備え、前記コア端部は、前記磁石面と対向するコア面を有し、前記コア面及び磁石面は互いに接触する際は同様に角度付けされ、前記コア及び磁石の間の接触面領域を通る磁束を高める、該磁石対と、
(C) スイッチアセンブリであって、接点ばねアセンブリを備え、該接点ばねアセンブリは、対向する接点対と、第１及び第２のばねアームと、第１及び第２のスイッチ端子とを備え、前記第１及び第２のばねアームは、各々が電流の貫流方向にまっすぐに延び互いに平行に配置され第１のばね手段及び第２のばね手段を有し、前記接点対は、前記ばねアームにおける電流の貫流方向端部において前記第１のばね手段と前記第２のばね手段との間に配置され、前記コイルアセンブリにより磁界が形成され、前記磁界は前記コア端部を通って対向する磁石まで方位付け可能であり、それにより前記回転軸周りに回転を加え、前記コア端部は開放位置と閉鎖位置の間の位置においてスイッチアセンブリを駆動する、該スイッチアセンブリと
を備える電磁式リレーアセンブリ。
【請求項１８】
連結手段と、対向する接点ばねアセンブリとを備え、前記連結手段は前記コア端部及び前記接点ばねアセンブリを相互接続し、前記接点ばねアセンブリにより前記開放位置から閉鎖位置への切り換えの際に接触振動を減衰させる、請求項１７に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項１９】
前記接点ばねアセンブリは間隔を保った減衰手段を提供するために、各々間隔を保った前記第１及び第２のばね手段を備え、前記間隔を保った減衰手段により前記開放位置から閉鎖位置への切り換えの際に前記スイッチアセンブリの接触振動の減衰を高める、請求項１８に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項２０】
前記接点対は前記間隔を保った減衰手段の間に配置され、前記間隔を保った減衰手段はこのように各接点対の外側において対向して減衰手段を提供し、これにより前記開放位置から閉鎖位置へと切り換える際に前記接点対の間で接触振動の減衰を高める、請求項１９に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項２１】
前記ばねアームは対向するアーム面を備え、前記対向するアーム面はショートの間に互いに磁気的に引き合い、前記磁気的に引き合うアーム面によりショートの間に前記閉鎖位置において前記スイッチアセンブリを維持する、請求項１８に記載の電磁式リレーアセンブリ。
【請求項２２】
電磁式リレーを切り換えるための方法であって、
(A) コイルアセンブリ軸を有するコイルアセンブリであって、該コイルアセンブリ全体を回転軸周りに回転させる手段を有し、前記回転軸は前記コイルアセンブリ軸と直交する、該コイルアセンブリを調達するステップと、
(B) 前記コイルアセンブリにより磁界を生成するステップと、
(C) 前記回転軸周りに回転を加えるために前記コイルアセンブリを通って対向する磁石に至るまで磁界を方位付けるステップであって、前記対向する磁石は、各々対向する磁石面を備え、前記コイルアセンブリ軸の端部は、前記磁石面と対向するコア面を有し、前記コア面及び磁石面は互いに接触する際は同様に角度付けされ、前記コイルアセンブリ軸及び磁石の間の接触面領域を通る磁束を高める、該ステップと、
(D) 前記コイルアセンブリ軸がＸ字形状の平面境界の間で回転方向に変位可能であるように、前記コイルアセンブリを前記回転軸周りに回転させるステップと、
(E) 前記回転するコイルアセンブリにより開放位置と閉鎖位置の間でスイッチアセンブリを変位させるステップであって、該スイッチアセンブリは接点ばねアセンブリを備え、該接点ばねアセンブリは、対向する接点対と、第１及び第２のばねアームと、第１及び第２のスイッチ端子とを備え、前記第１及び第２のばねアームは、各々が電流の貫流方向にまっすぐに延び互いに平行に配置され第１のばね手段及び第２のばね手段を有し、前記接点対は、前記ばねアームにおける電流の貫流方向端部において前記第１のばね手段と前記第２のばね手段との間に配置される、該ステップと
を有する方法。
【請求項２３】
前記スイッチアセンブリを前記開放位置から閉鎖位置へと切り換える際に、対向する接点ばねアセンブリにより接触振動を減衰させるステップを有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
接触振動を減衰させる前記ステップの前に、前記スイッチアセンブリの接点に対して外側に間隔を保って減衰手段を配置するステップを有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
接触振動を減衰させる前記ステップの前に、前記接点ばねアセンブリの対向する面を配置するステップを有し、前記対向する面はショートの間は互いに磁気的に引き合い、前記磁気的に引き合うアーム面によりショートの間は前記閉鎖位置において前記スイッチアセンブリを維持する、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の沿革
この出願は、２０１１年２月１１日に米国特許商標庁に出願された、米国特許出願第１２／９３１８２０号の利益を主張するものであり、その内容は、参照により本願明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、全般的には回動可能なコイルコアアセンブリを組み込んだ電磁式リレーアセンブリに関する。特に、本発明は、コイルアセンブリ軸に対して直交する方向に延びる回転軸周りに回動可能な電磁駆動のコイルアセンブリを有する、電磁式リレーアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、電磁式リレーの機能は、小さな電磁力を使って、はるかに大きな電力量の切り換えが可能な電機子を駆動することである。実施例の方式により、リレーの設計者は、電磁力による励磁に５Ｖ及び５０ｍＡ（２５０ｍＷ）を必要とする一方、電機子は、１２０Ｖ、２Ａ（２４０Ｗ）をサポート可能である。モータ又は照明のようないくつかの応用機器を電気的にＯＮ（又はＯＦＦ）制御するような家庭用電気製品においては、リレーは極めてありふれたものである。従来技術の状況を反映し、いくつかの米国特許において開示されている典型的な電磁式リレーを本明細書において簡潔に説明する。
【０００４】
Ｇｒｕｎｅｒ氏に対して発行された米国特許第６０４６６６０号（６６０号特許）は、リニアモーターを有するラッチ型磁気式リレーアセンブリを開示する。この６６０号特許は、１００Ａ以上の電流を送電する能力を持つラッチ型磁気式リレーを開示しており、電力の伝送の調整又は１００Ａ以上の電流の切り換えが必要な他の応用に用いられる。リレーモータアセンブリは、軸方向に延びた空間を内部に有する細長いコイルボビンを有する。励起用コイルは、ボビン周りに巻回される。ほぼＵ字形状の強磁性体フレームは、細長いコイルボビン内の軸方向に延びる空間内に配置され、その空間を貫いて延びるコア部分を有する。
【０００５】
２つの接点は、一般的にコア部分とは直角をなして延び、モータアセンブリ上部にまで上昇する。アクチュエータアセンブリは、リレーモータアセンブリと磁気的に結合する。アクチュエータアセンブリは、第１及び第２のＵ字型強磁性体ポールピース及び永久磁石に対し作動可能に結合されたアクチュエータフレームを有する。導体銅シートで作られた接点ブリッジは、アクチュエータアセンブリに対して作動可能に結合される。
【０００６】
Ｇｒｕｎｅｒ氏に対して発行された米国特許第６２４６３０６号（３０６号特許）は、圧力ばねを有する電磁式リレーを開示する。３０６号特許は、ボビンをハウジングに固定したモータアセンブリを有する電磁式リレーを教示する。コアは、ボビンから延びるコア端部を除いてボビン下部に隣接して結合する。コイルが励磁されると、電機子端部は、磁気的にコア端部と係合する。アクチュエータは、電機子及び複数の中央接点ばねアセンブリを係合する。中央接点ばねアセンブリは、予備的な曲げは無く中央接点端子に超音波溶接された中央接点ばねを備える。
【０００７】
常時開放ばねは中央接点ばねに対して相対的に平行に配置される。この常時開放ばねは超音波で常時開放された接点に溶接され、常時開放型の外部接点ばねアセンブリを形成する。常時閉鎖型の外部接点ばねは、中央接点ばねに対して垂直に配置され、これにより中央接点ばねをアクチュエータにより駆動しない時は、常時閉鎖型の外部接点ばねアセンブリは中央接点ばねアセンブリと接触する。常時閉鎖ばねは超音波により常時閉鎖端子に溶接され、常時閉鎖アセンブリを形成する。アクチュエータを駆動しない時は、圧力ばねがアクチュエータ上部の中央接点ばねを押圧する。
【０００８】
Ｇｒｕｎｅｒ氏に対して発行された米国特許第６２５２４７８号（４７８号特許）は、電磁式リレーを開示する。４７８号特許は、フレームに固定されたボビンを有するモータアセンブリを備えた電磁式リレーについて詳説する。コアは、ボビンから延在するコア端部を除き、ボビン内部に配置される。電機子端部は、コイルが励磁されるとコア端部と磁気的に係合する。アクチュエータは、電機子及び複数の可動ブレードアセンブリと係合する。可動ブレードアセンブリは、中央接点端子に超音波で溶接された可動ブレードを備える。
【０００９】
常時開放ブレードは、可動ブレードに対して平行に配置される。常時開放ブレードは、常時開放端子に超音波で溶接され、常時開放型の接点アセンブリを形成する。常時閉鎖型の接点アセンブリは、第３の接点リベット及び常時閉鎖端子を備える。常時閉鎖型の接点アセンブリは、可動ブレードに対して垂直に配置され、これにより可動ブレードをアクチュエータにより駆動しない時は、常時閉鎖型の接点アセンブリは可動ブレードアセンブリと接触する。
【００１０】
Ｇｒｕｎｅｒ氏に対して発行された米国特許第６３２０４８５号（４８５号特許）は、リニアモーターを有する電磁式リレーアセンブリを開示する。４８５号特許は、１００Ａ以上の電流を送電可能な電磁式リレーを開示しており、電力伝送の調整又は１００Ａ以上の電流の切り換えが必要な他の応用に用いられる。リレーモータアセンブリは、軸方向に延びた空間を内部に有する細長いコイルボビンを有する。励起用コイルは、ボビン周りに巻回される。ほぼＵ字形状の強磁性体フレームは、細長いコイルボビン内の軸方向に延びる空間内に配置され、その空間を貫いて延びるコア部分を有する。
【００１１】
２つの接点は、一般的にコア部分とは直角をなして延び、モータアセンブリ上部にまで上昇する。アクチュエータアセンブリは、リレーモータアセンブリと磁気的に結合する。アクチュエータアセンブリは、第１及び第２のＵ字型強磁性体ポールピース及び永久磁石に対し作動可能に結合されたアクチュエータフレームを有する。導体銅シートで作られた接点ブリッジは、アクチュエータアセンブリに対して作動可能に結合される。
【００１２】
Ｇｒｕｎｅｒ氏に対して発行された米国特許第６５６３４０９号（４０９号特許）は、ラッチ型磁気式リレーアセンブリを開示する。４０９号特許は、第１の励磁コイルを巻回した第１のコイルボビンと第２の励磁コイルを巻回した第２のコイルボビンとを有するリレーモータであって、第１の励磁コイルと第２の励磁コイルは同一であり、第１のコイルは第２のコイルと電気的に絶縁されているリレーモータと、このリレーモータの双方に磁気的に結合し、第１端部及び第２端部を備えたアクチュエータアセンブリと、１又は２グループの接点ブリッジアセンブリであって、接点ブリッジアセンブリのグループの各々は、接点ブリッジ及びばねを有する接点ブリッジアセンブリとを備えるラッチ型磁気式リレーアセンブリを開示する。
【００１３】
特に興味深い他の開示された特許は、Ｏｂｅｒｎｄｏｒｆｅｒ氏他に対して発行された米国特許第４７４３８７７号、Ｋｉｒｓｃｈ氏に対して発行された第５５６８１０８号、全てＰａｓｓｏｗ氏に対して発行された第５９１０７５９号、５９９４９８７号、６０２０８０１号、６０２５７６６号、Ｄｕｃｈｅｍｉｎ氏に対して発行された第５９３３０６５号、Ｒｅｇｅｒ氏他に対して発行された第６０４６６６１号、Ｃｏｎｎｅｌｌ氏他に対して発行された第６２９２０７５号、中川氏他に対して発行された第６４２６６８９号、Ｓｃｈｍｅｌｚ氏に対して発行された第６６６１３１９号、第６７８８１７６号、Ｂｅｒｇｈ氏他に対して発行された第６９４９９９７号、真田氏他に対して発行された第６９４０３７５号、そして、高山氏他により記載された米国特許出願公開第２００６／０２７９３８４号、がある。
【００１４】
Ｓｃｈｍｅｌｚ氏、Ｄｕｃｈｅｍｉｎ氏、及びあるＧｒｕｎｅｒ氏の開示は、Ｇｒｕｎｅｒ氏他に対して発行された米国特許第７６５９８００号（８００号特許）及び第７７１０２２４号（２２４号特許）において記載されている発明の主題と特に関連がある。この８００号特許及び２２４号特許は、コイルアセンブリと、ロータ又はブリッジアセンブリと、スイッチアセンブリとを必ず備えた電磁式リレーについて記述する。コイルアセンブリは、コイルとＣ字型コアとを備える。コイルは、コアを通って延びるコイル軸周りに巻回される。コアは、コイル軸に対して平行なコア端部を備える。ブリッジアセンブリは、Ｈ字型ブリッジとアクチュエータとを備える。
【００１５】
ブリッジは、中央部分、側面部分、そして横断部分の範囲の磁界経路を有する。アクチュエータは、側面部分の磁界経路から側方に延在する。コア端部は、回転軸と同一平面上にあり、中央部分と側面部分の中間位置の配線経路を与えられる。アクチュエータは、スイッチアセンブリと協働可能である。コイルは、回転軸周りにブリッジを回転させるためのコア端部を経由してブリッジアセンブリを貫く、方位付け可能な磁界を生成する。ブリッジの回転により、アクチュエータを駆動し、スイッチアセンブリを開閉させる。
【００１６】
特に、Ｋｉｒｓｃｈ氏の特許第５５６８１０８号、Ｒｅｇｅｒ氏他の特許６０４６６６１号、中川氏他の特許６４２６６８９号、Ｓｃｈｍｅｌｚ氏の特許６６６１３１９号及び６７８８１７６号、そしてＧｒｕｎｅｒ氏他の８００号特許及び２２４号特許は、回転の回動軸周りに回動可能なＨ字形状部分を有する電機子アセンブリについて教示又は説明するが、そのＨ字形状部分は、そのＨ字形状部分から延在する細長いアクチュエータアームを有するか、又はアームに取り付けられる。
【００１７】
前述した形式のコイルアセンブリ及び電機子を組み込む従来の電磁式リレーの本来の問題は、それらが磁気的な不正変更に対して非常に敏感であることに留意されたい。これは、主に回転する電機子が永久磁石を収容していることによる。これらの永久磁石は、コイルによって生成される磁界に反応してはじかれ、又は引き寄せられ、それにより接点を開放し、並びに／又は閉鎖するように機械的な動作を生成する。
【００１８】
これは、リレーの外部で非常に大きな磁石を使用すること（すなわち、大きな拮抗磁界を配置すること）による不正変更に対して、リレーを脆弱なものとしている。すなわち，永久磁石は回転するプラスチック製のケースに収納されているため、リレーは永久磁石の磁気的な保持力よりも大きな磁気的又は機械的な力が作用しない限度においてのみ、その状態を維持するのである。
【００１９】
ある国際規格では、リレーの４０ｍｍ以内で少なくとも５０００ガウスの磁界が計測されるときに、開放位置又は閉鎖位置のいずれにおいてもリレーがその状態を保持することが要求されていることに留意されたい。この試験の際に、多くのリレーが対立する５０００ガウスの磁界により作動不能となる。公益事業会社が遠隔操作で遮断した後に、電気メータをＯＮに戻すというこの種の不正変更は、発展途上国や低収入の地域において一般的である。
【００２０】
従来技術により、永久磁石を固定し据え付け、コイルアセンブリ自身が最小の変位量で回転することにより同じサイズの磁石の本体の磁界よりも作動磁界を強めるような磁気的な不正変更に対して耐性のある電磁式リレーの必要が認識されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許第６０４６６６０号明細書
【特許文献２】米国特許第６２４６３０６号明細書
【特許文献３】米国特許第６２５２４７８号明細書
【特許文献４】米国特許第６３２０４８５号明細書
【特許文献５】米国特許第６５６３４０９号明細書
【特許文献６】米国特許第４７４３８７７号明細書
【特許文献７】米国特許第５５６８１０８号明細書
【特許文献８】米国特許第５９１０７５９号明細書
【特許文献９】米国特許第５９９４９８７号明細書
【特許文献１０】米国特許第６０２０８０１号明細書
【特許文献１１】米国特許第６０２５７６６号明細書
【特許文献１２】米国特許第５９３３０６５号明細書
【特許文献１３】米国特許第６０４６６６１号明細書
【特許文献１４】米国特許第６２９２０７５号明細書
【特許文献１５】米国特許第６４２６６８９号明細書
【特許文献１６】米国特許第６６６１３１９号明細書
【特許文献１７】米国特許第６７８８１７６号明細書
【特許文献１８】米国特許第６９４９９９７号明細書
【特許文献１９】米国特許第６９４０３７５号明細書
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００６／０２７９３８４号
【特許文献２１】米国特許第７６５９８００号明細書
【特許文献２２】米国特許第７７１０２２４号明細書
【特許文献２３】米国特許第６６６１３１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、組み込み固定したコイルと可動永久磁石が回転する電機子と協働動作する従来のリレーとは異なる、永久磁石をプラスチックの内部に固定しコイル自身が回転する、いわゆる双安定型電磁式リレーアセンブリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この目的及び他の明白な目的を達成するために、本発明は、回動可能な電磁式コイルアセンブリと、第１対及び第２対の対向する永久磁石と、スイッチアセンブリとを備える、必然的にスイッチ端子への電流の通過を選択的に可能とする為の電磁式リレーアセンブリを提供する。
【００２４】
回転可能なコイルアセンブリは、電流伝導性コイルと、軸方向に延伸するコイルコアと、回転可能なコイルハウジングとを備える。コイルは、コアの周囲に巻回され、そのコアはコイル軸と同一線上又は平行である。コイルは、電磁駆動用端子を備え、コアは、対向するコア端部を備え、コイルハウジングはコイル軸に直交するハウジング回転軸を有する。
【００２５】
第１対及び第２対の対向する永久磁石は、それぞれしっかりとコア端部に隣接して位置決めされ、それによりコア端部はそれぞれ磁石対の中間で変位可能である。スイッチアセンブリは、第１及び第２の連結アームを備え、第１及び第２のばねアームを備える。連結アームは、コア端部とばねアームを相互接続する。ばねアームは、各々対向する対の接点及びスイッチ端子を備える。
【００２６】
コイルは、コイルハウジングが位置決めされ固定された永久磁石に引き寄せられてハウジング回転軸周りに回転できるように、コアを通って方位付け可能な磁界を生成するように作動する。コア端部は、連結アームを変位させ、連結アームはばねアームを、開放スイッチアセンブリ位置と閉鎖スイッチアセンブリ位置との中間位置に駆動し、後者により接点及びスイッチ端子を経由してスイッチアセンブリを電流が貫流可能である。
【００２７】
必要不可欠な電磁式リレーアセンブリの周辺のある特徴には、例えば開放位置から閉鎖位置へスイッチする際の接点間の接点振動を減衰する為のあるばね手段が含まれる。この点において、ばねアームは各々、好ましくは連結アームと協働し、接点から外側に間隔を保った第１及び第２の間隔を保ったばね部を備え、それにより開放位置から閉鎖スイッチアセンブリ位置へと切り換えるときに減衰効果を最大化する。
【００２８】
この最後の点について、全ての電気機械式開閉装置の主要な問題は、閉鎖して電気的な負荷をかける際の接点の跳ね上がりであることに留意されたい。これをなくすために、多くは接点の跳ね上がりを緩和する為の付加的なリーフばね又はコイルばねを付加する。本発明は、単純なプレス工程により、一面のみでなく両面の接点部分に集積型跳ね上げ低減用ばねを組み込むことができるという利点を有する。
【００２９】
リレーを作動させるとき、ばねの自由端が最も開放し易いと思われる一方、ばねの自由端を閉鎖位置に位置決めしたときでさえ、接点が開放されることがある。これをなくすために、本発明では付加的なプレス工程を組み込み、接点の左サイドと右サイドの両方に接点圧力がかかるようにして、同じ接点圧力を確保することでリレーが作動したときに接点が閉鎖位置に留まるようにしている。
【００３０】
本発明の他の目的、及び特別な特徴、要素、そして利点は、以下の説明及び添付図面から明瞭になる又は明らかになるであろう。
図面の簡単な説明
【００３１】
本発明の他の特徴は、以下の図面の簡単な説明を考慮することにより、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】リレーハウジングカバーを除去し内側部材が見えるようにした、本発明により組み立てられた好適な（典型的には単極の）リレーアセンブリの上面斜視図である。
【図２】頂部から底部まで、ブラケット構造、組み立てられたコイルアセンブリ、連結構造、接点ばねアセンブリ、永久磁石、及びリレーボトムケースを図示する、本発明による好適なリレーアセンブリを上方から見た分解斜視図である。
【図３】本発明によるコイルアセンブリを上方から見た分解斜視図である。
【図４】リレーハウジングカバーを除去し、スイッチアセンブリの開放位置における内側部材が見えるようにした、本発明による組み立てられ好適な、リレーアセンブリの上面図である。
【図５】リレーハウジングカバーを除去し、スイッチアセンブリの閉鎖位置における内側部材が見えるようにした、本発明による、組み立てられ好適なリレーアセンブリの上面図である。
【図６】（固定された対の永久磁石の間に位置決めされた）回転可能なコイルアセンブリ及びスイッチアセンブリが開放位置にある接点ばねアセンブリの拡大上面図である。
【図７】（固定された対の永久磁石の間に位置決めされた）回転可能なコイルアセンブリ及びスイッチアセンブリが閉鎖位置にある接点ばねアセンブリの拡大上面図である。
【図８】固定された対の永久磁石の間に位置決めされたスイッチアセンブリが開放位置にある回転可能なコイルアセンブリを拡大して図式的に描写した図である。
【図９】固定された対の永久磁石の間に位置決めされたスイッチアセンブリが閉鎖位置にある回転可能なコイルアセンブリを拡大して図式的に描写した図である。
【図１０】スイッチアセンブリが開放位置にある接点ばねアセンブリを拡大して描写した図である。
【図１１】スイッチアセンブリが閉鎖位置にある接点ばねアセンブリを拡大して描写した図である。
【図１２】スイッチアセンブリが開放位置にある回転可能なコイルアセンブリを示す本発明による代替の多極型の実施形態の回転可能なコイルアセンブリの拡大上面図を示す。
【図１３】スイッチアセンブリが閉鎖位置にある回転可能なコイルアセンブリを示す本発明による代替の多極型の実施形態の回転可能なコイルアセンブリの拡大上面図を示す。
【図１４】コイルアセンブリの回転軸に沿って切断した、好適なリレーアセンブリの断片的な分解上面斜視図を示す。
【図１５】コイルアセンブリの回転軸に垂直なコイル軸を示す、図４に描かれた構造の断片的に分解した断面図を示す。
【図１６】内側部材が見えるようにリレーカバーハウジングを除去した、本発明による組み立てられた代替の多極型リレーアセンブリの上面斜視図を示す。
【図１７】上部から底部まで、ブラケット構造、組み立てられたコイルアセンブリ、連結構造、接点−ばねアセンブリ、永久磁石及びリレーボトムケースを図示する、本発明による代替の多極のリレーアセンブリの分解した上面斜視図を示す。
【図１８】スイッチアセンブリが開放位置にある内側部材を示すためにリレーハウジングカバーを除去した、本発明による組み立てられた代替の多極型リレーアセンブリの上面図を示す。
【図１９】スイッチアセンブリが閉鎖位置にある内側部材を示すためにリレーハウジングカバーを除去した、本発明による組み立てられた代替の多極型リレーアセンブリの上面図を示す。
【図２０】本発明による固定した永久磁石の間のコア端部の動きの限界を定義するＸ字形状の平面境界を図式的に描写した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図面を参照すると、本発明の好適な実施形態は、図１，図２，図４及び図５に全体として示され参照される、いわゆる双安定型（Ｘ型モーター搭載の）電磁式リレーアセンブリ１０に関する。アセンブリ１０は、本発明をサポートする基本的な構造的構想を教示するものと考えられ、その基本的な構造的構想は、アセンブリ１０により全体として図示されサポートされる単極型のアセンブリ、又は多極型のアセンブリのどちらかに適用される。この最後の点に関し、典型的な四極型のアセンブリ２０が全体として図１６〜図１９に図示され、参照される。
【００３４】
電磁式のリレーアセンブリ１０は、必然的に、電流をスイッチ端子１１に選択的に貫流させる機能を持つ。電磁式リレーアセンブリ１０は、好適には電磁式コイルアセンブリ１２と、第１対及び第２対の対向する永久磁石１３と、そして、（１又は複数のＬ字型部材を有する）第１及び第２の連結アーム１４及びスイッチ端子１１と電気的に接続され、さもなければスイッチ端子１１に（伝導性をもって）固定した延長部材である第１及び第２のばねアーム１５を含む様々な部材を備えるスイッチアセンブリとを備える。
【００３５】
コイルアセンブリ１２は、好適には、（スプールアセンブリ２６を有する）電流伝導性コイル１６と、コイルコア１７と、そして（（コイルリッドコンダクタ２５と共に供給する）コイルリッド１８（ａ）及びコイルベース又はコイルボックス１８（ｂ）を有する）コイルハウジング１８とを備える。コイル１６はコア１７の周囲に巻回され、コア１７はコイル軸１００と同一線上にある。コイル１６は、電磁駆動用端子１９を備え、コア１７は、直線的に対向するコア端部２１を備える。
【００３６】
特に、コイルハウジング１８はハウジング回転軸１０１を有し、この軸１０１はコイル軸１００に対して直交して延びる。ハウジング回転軸１０１は、ハウジング１８内のコイルリッド１８（ａ）及びコイルボックス１８（ｂ）上に軸方向に一直線上に形成されたピン構造２２を貫いて延び、そのピン構造２２は、ブラケット２７及びリレーハウジング２４内に形成されるピン受け構造２３により受け止める。
【００３７】
対向する第１対及び第２対の永久磁石１３は、コア端部２１に隣接して（ハウジングアンカー構造２８により）それぞれ斜めの位置で固定され、それによりコア端部２１はそれぞれ磁石対の間で変位可能である。この永久磁石１３の対向する対は、各々ほぼ平面の磁石面２９を有し、その面２９は交叉する平面１０２内で延在し、図２０のＸ字型の平面形状１０３を表し、全体としてコア端部２１の動作の境界を定義する。
【００３８】
この最後の点に関し、コア１７は厚み１０４を有し、磁石１３は（アンカー構造２８によって）コア端部２１と正しく接触するように適宜位置決めされる。言い換えれば、コア１７は、好適にはほぼ平面の対向するコア面３０を備え、それによりコア面３０及び磁石面２９が互いに接触したときに同様に角度付けされ、接触面積が最大化され、コア１７と永久磁石１３との間の最大化された接触面を通る磁界を強めることができる。
【００３９】
図面を考慮すると、連結アーム１４（又は多極型の実施例においては連結アーム１４（ａ））は、コア端部２１とばねアーム１５とを相互接続するように機能することが分かる。ばねアーム１５は各々、対向する対の接点３１と、スイッチ端子１１とを備える。対向する対の接点３１は、互いに隣接して並べられ、それによりスイッチアセンブリが閉鎖位置になると、接点３１は図５，図７，図１１及び図１９において全体として描かれているように互いに接触する。反対に、スイッチアセンブリの開放位置は、全体として図４，図６，図１０及び図１８において比較する形で描かれている。
【００４０】
コイル１６は、電流を印加すると磁界１０５を生成し、その磁界１０５はコア１７により方位付け可能であり、（図８及び図９において全体として磁極が整列して図示されているように）磁石１３と協働し、回動型のコイルハウジングにハウジングの回転軸１０１周りの回転（１０６）を与えている。コア端部２１は従って連結アーム１４を変位させるように機能し、連結アーム１４は同様に、先に参照した開放位置と閉鎖位置との間でばねアーム１５を駆動する。閉鎖位置とすることで、接点３１及びスイッチ端子１１を経由してスイッチアセンブリ内で電流を貫流させることができる。
【００４１】
先に記載したように、アセンブリ１０の連結アームは好適には、上面図から見てＬ字型であり、従って第１の連結部分３２及び第２の連結部分３３を有する。アセンブリ２０については、連結アーム１４は、第１の連結部分３４及び一連の第２の連結部分３５（又は、一連の相互接続したＬ字型構造）を有する。アセンブリ１０／２０の各々の第２の連結部分３３及び３５は、それぞれアセンブリ１０／２０の各々の第１の連結部分３２及び３４まで互いに直交して延伸する。コア端部２１は第１の連結部分３２又は３４に連結され、ばねアーム１５はスイッチアセンブリの開放位置においてほぼ第２の連結部分３３又は３５と平行に延在する。
【００４２】
ばねアーム１５は好適には、図１０及び図１１において全体として図示され参照されているように、スイッチアセンブリが開放位置でも閉鎖位置でも互いに平行であり、各々が対向面を備え、内側面４０が互いに面している。ショートの間は、対向する内側面４０は相互に磁気的に引き合い（１０７として参照される）、従ってショートしている間は、磁気的に引き合う面はスイッチアセンブリの閉鎖位置において接点３１を維持する機能を有する。
【００４３】
この最後の点に関して、ショートしている間は、リレー内部で生成される磁界は、電流の増加と共に増大する。しかし、接点は電流が過大になると離れる傾向にある。この点について構造的に取り組むため、本発明は製造者がある種の接点ばねアセンブリを形成し、ばねアーム１５、端子１１そして接点３１として描写し、図示されているように同一のアセンブリを２回用いることができるようにしている。
【００４４】
電流の半分は上側接点ばねを貫流し、残りの半分は下側接点ばねを貫流する。これらのアセンブリは同じ電流を同じ方向に流すため、従ってこれにより生じる磁力は等しい。これはすなわち、上側ばねの下面がＳ極の磁界を生じると、下側ばねの上面がＮ極の磁界を生じる。Ｎ極とＳ極は互いに引き合うため（１０７として参照される）、ショートしている間は、引き合う力により接点３１は閉鎖位置に向かう。ショートしている間の電流が大きければ大きいほど磁界は大きくなるため、従って接点３１を閉鎖位置に維持するための磁気的な引き合う力１０７は最大化される。
【００４５】
説明した接点ばねアセンブリは、端子１１及びばねアーム１５が好適に銅で構成され、ばねアーム１５が銅製の端子の上に配置され、接点ボタン３１によりリベット留めされている限りにおいては既存のアセンブリと類似する。ばねアーム１５をアレンジして、面４０を互いに対向させ、結果として接点システムは銅製端子からの１つの入力を２枚のばねで負荷を分割し、再び他方の銅製端子から電流負荷を出力する。２枚のばね（すなわちばねアーム１５）は、生産性に関しては好適には同一なので、同一ではないにしてもきわめて近似した抵抗値を有する。更に、これらの２枚のばねは、直接互いに平行に動くため、結果的にばねアーム１５の周囲に同一の磁界が生成される。
【００４６】
ばねアーム１５は、好適には、双安定性をもたらすための第１及び第２のばね部分又はばね手段を備える。第１のばね部分又はばね手段は、３６として描写され図示されているように、ばねアーム１５内における弾性曲げ部として例示されている。第１のばね手段は、好適には、スイッチアセンブリの開放位置において開放され、スイッチアセンブリの閉鎖位置において駆動されるが、必ずしもその必要は無い。駆動された第１のばね手段は、スイッチアセンブリの開放位置から閉鎖位置へとスイッチする際に接点３１間の接触振動を良好に減衰させる機能を有すると考えられる。
【００４７】
第２のばね部分又はばね手段は、３７として描写され図示されているように、弾性ばねの延長部分として例示されている。第２のばね部分又は手段は、好適には、スイッチアセンブリの開放位置において開放され、スイッチアセンブリの閉鎖位置において駆動されるが、必ずしもその必要は無い。駆動された第２のばね手段は、スイッチアセンブリの開放位置から閉鎖位置へとスイッチする際に接点３１間の接触振動の減衰を良好に高める機能を有すると考えられる。
【００４８】
第１のばね手段は、好適には、第１の連結部分３２又は３４に隣接して駆動可能であり、第２のばね手段は、好適には、第２の連結部分３３又は３５に隣接して駆動可能であることに留意されたい。第１及び第２のばね手段は、従って各接点対のための間隔を保った減衰手段を提供する。間隔を保った減衰手段は、スイッチアセンブリが開放位置から閉鎖位置へと切り換わる際に、接点３１間の接触振動の減衰を更に良好に高める機能を有すると考えられる。
【００４９】
この最後の点について言えば、接点対の各々が、好適には間隔を保った第１と第２の減衰手段の間に配置されており、この間隔を保った減衰手段は、従って各接点対に対して外側に対向して減衰手段を提供し、これによりスイッチングアセンブリが開放位置から閉鎖位置へと切り換わる際に、接点３１間の接触振動の減衰をより高めることができることに更に留意すべきである。
【００５０】
先に記載したように、全ての電気機械式開閉装置にとっての主要な問題は、閉鎖し電気的負荷がかかる際の接点の跳ね上がりである。この問題を克服するための典型的な構造的な改善は、付加的なリーフばね又はコイルばねを追加して接点の跳ね上がりを緩和することである。本発明は単純な打ち抜き加工工程という利点を有し、それにより弾性曲げ部３６及び弾性ばねの延長部分３７として例示される集積化した跳ね上がり低減ばねを組み込むことを可能にし、その構造的な特徴は接点３１に対して外側に間隔を保って配置される。本発明の設計は、接点の左右両側に接点圧力をかけ、等しい接点圧力を保証し、リレーが作動した際に確実に接点が閉鎖する。
【００５１】
上記の説明は、多くの特殊性を含むが、この特殊性は本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではなく、むしろ本発明の例示と解釈すべきである。例えば、本発明は必然的に回動可能なコイルアセンブリと、対向して引き合う磁石対と、スイッチアセンブリとを備える電磁式のリレーアセンブリを教示又は開示すると言って良い。
【００５２】
コイルアセンブリは、コイルと、コアと、周囲の回動型構造を有する回転可能なコイルハウジングにより例示される特定のコア回転手段とを備える。コアは、好適には、コイル軸と同一線上又はコイル軸に平行であり、露出し対向するコア端部を備える。特に、コア回転手段は、コイル軸に対して直交して延びる回転軸を有する。
【００５３】
対向して引き合う磁石対は、それぞれしっかりとコア端部に隣接して位置決めされ、それによりコア端部はそれぞれ磁石対の間で変位可能である。コイルは、回転軸周りに回転させるために、コアを貫き対向するマグネットに入る方位付け可能な磁界を生成するように機能する。コア端部は開放位置と閉鎖位置との間でスイッチアセンブリを駆動し、後者の位置により電流がスイッチアセンブリを貫流可能となる。
【００５４】
電磁式リレーアセンブリは、更に特定の連結手段及び対向するばねアセンブリとを備える。連結アーム１４又は１４（ａ）により例示される連結手段は、コア端部とばねアセンブリとを相互接続する。ばねアセンブリは、必然的に開放位置から閉鎖位置へと切り換わる際に、接触振動を減衰させる機能を持つ。ばねアセンブリは、好適には、第１及び第２のばね手段を備え、その手段は、開放位置では好適には解放され、閉鎖位置では好適には駆動され、しかし反対の構造的な設定、すなわち閉鎖位置では解放され、開放位置では駆動されるような第１及び第２のばね手段も代替として存在しうる。
【００５５】
第１及び第２のばね手段は、接点に対して対向し、互いに間隔を保って配置され、開放位置から閉鎖位置へスイッチする際にスイッチアセンブリの接点振動の減衰を更に強めるために外側において間隔を保って対向する減衰手段を提供する。ばねアセンブリのばねアームは、好適には互いに平行であり、対向するアーム面４０を備える。対向するアーム面４０はショート時には互いに磁気的に引き合い、その磁気的に引き合うアーム面は、ショート時には閉鎖位置において、スイッチアセンブリの位置を維持する。
【００５６】
引き合う磁石は、対向する磁石面を備え、対向する磁石面はほぼ平面であり交叉する平面内で延在し、コア（端部）はほぼ平面の対向するコア面を有する。接触するコア面及び磁石面は接触面領域を最大化するように同様に角度付けされ、これによりコアと磁石面との間の接触面領域を貫く磁束を更に高めることができる。
【００５７】
先述の構造的な検討に加え、更に、議論された発明の構想は特定の新しい方法論及び／又はプロセスをサポートすると考えられる。この点に関して、先述の構造的な検討は、電磁式リレーを切り換えるための方法をサポートしており、その方法は、コイルアセンブリに、コイルアセンブリに直交する回転軸周りにコイルアセンブリを回転させる手段を供給するステップを含み、そのコイルアセンブリにより磁界が生成され、回転軸周りの回転を加えるためにコイルアセンブリを通って対向する磁石へと方位付けられる。コイルアセンブリはそして回転軸周りに回転（旋回）し、スイッチアセンブリは回転するコイルアセンブリによって開放と閉鎖の間の位置で駆動される。
【００５８】
その方法は更に、スイッチアセンブリを開放位置から閉鎖位置へと動かす際に対向する接点ばねアセンブリによって接点振動を減衰させるステップを有し、接点振動を減衰させるステップの前に、スイッチアセンブリの接点に対する減衰手段を外側に間隔を保って配置するステップを含んでも良い。接点振動を減衰させるステップの前に接点ばねアセンブリの特定の面（４０で表す）を対向させ、これによりショートの間は対向面が互いに磁気的に引き合うことにより前記ショートの間は閉鎖位置においてスイッチアセンブリを維持する。
【００５９】
本発明は、かなりの数の実施形態への参照によって説明してきたが、その新規な装置又はリレーがそれらの実施形態によって制限されることは意図しておらず、それらの変形も、広大な発明の範囲並びに前述の開示及び付加した図面の精神の範囲に含まれることを意図している。例えば、前述の仕様は、主として単極のリレーアセンブリ１０としての使用を意図した電磁式のリレーアセンブリをサポートする。しかし、本発明の本質は、アセンブリ２０として描写され参照される多極のリレーアセンブリに適用可能であり、それは本当に独自の構造及び機能を有するが、しかしそれは、主にこの開示で明らかにされた単極の実施形態の教示により可能となるのである。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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