(57)【要約】  電力アダプタと、電子機器の電力を適応させる方法とが提供される。２つ以上の入力ポートが電源に接続可能である。出力ポートが電子機器に接続可能である。コントローラが、入力ポートと並列受電通信しており、出力ポートと電力供給通信しており、出力ポートと入力ポートのうちの第１の入力ポートとの間でデータ伝送通信している。本方法は、第１の入力ポートと少なくとも１つの他の入力ポートとにおける電力について検査することと、両方において電力が存在するとき、出力ポートに並列に入力ポートからの電力を結合することと、第１の入力ポートと出力ポートとの間のデータ通信を可能にすることとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が電源に接続可能な複数の入力ポートと、前記入力ポートのうちの第１の入力ポートがデータ端子を有し、前記入力ポートの各々が電力端子を有する、
電子機器に接続可能であり、電力端子とデータ端子とを有する出力ポートと、
前記入力ポートの前記電力端子と並列受電通信しており、前記出力ポートの前記電力端子と電力供給通信しており、前記出力ポートの前記データ端子と前記第１の入力ポートの前記データ端子との間でデータ伝送通信しているコントローラと、
を備える電力アダプタ。
【請求項２】
前記入力ポートの前記電力端子と電気通信している論理要素を更に備え、前記論理要素は、前記第１の入力ポートの前記電力端子上と、少なくとも１つの他の入力ポートの前記電力端子上とに電力が存在することに応答して、前記コントローラが前記電力を前記出力ポートの前記電力端子に結合することを可能にする、請求項１に記載の電力アダプタ。
【請求項３】
前記複数の入力ポートが３つの入力ポートを備える、請求項１に記載の電力アダプタ。
【請求項４】
前記入力ポートがＵＳＢポートを備え、前記出力ポートがＵＳＢポートを備える、請求項１に記載の電力アダプタ。
【請求項５】
前記コントローラが、前記出力ポートのＤ＋データ線上の約０．４ボルトと約０．８ボルトとの間のＤＣ電圧の存在に応答して、前記出力ポートのＤ−データ線を約０．４ボルトと約０．８ボルトとの間のＤＣ電圧にプルアップする、請求項４に記載の電力アダプタ。
【請求項６】
前記コントローラと前記入力ポートの前記電力端子との間に電力入力プロテクターをさらに備える、請求項１に記載の電力アダプタ。
【請求項７】
前記電力入力プロテクターが複数の理想ダイオードを備え、各理想ダイオードが前記入力ポートのうちの１つの前記電力端子と直列である、請求項６に記載の電力アダプタ。
【請求項８】
前記電力入力プロテクターが、各々が接地と前記入力ポートのうちの１つの前記電力端子との間に接続された複数の過電圧プロテクターを備える、請求項６に記載の電力アダプタ。
【請求項９】
第１の入力ポートの電力線上の電力について検査することと、
少なくとも１つの他の入力ポートの電力線上の電力について検査することと、
前記第１の入力ポートと少なくとも１つの他の入力ポートとに電力が存在するとき、出力ポートに並列に前記入力ポートからの電力を結合することと、前記第１の入力ポートと前記出力ポートとの間のデータ通信を可能にすることと、
を備える、電子機器の電力を適応させる方法。
【請求項１０】
第３の入力ポートの電力線上の電力について検査することと、
前記第１の入力ポートと前記第３の入力ポートとに電力が存在するとき、前記出力ポートに並列に前記第１の入力ポート及び前記第３の入力ポートからの電力を結合することと、前記第１の入力ポートと前記出力ポートとの間のデータ通信を可能にすることと、
前記第１の入力ポートと前記他の入力ポートと前記第３の入力ポートとに電力が存在するとき、前記出力ポートに並列に全ての３つの入力ポートからの電力を結合することと、前記第１の入力ポートと前記出力ポートとの間のデータ通信を可能にすることと、
をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記入力ポートがＵＳＢポートを備え、前記出力ポートがＵＳＢポートを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記出力ポートのＤ＋データ線上の約０．４ボルトと約０．８ボルトとの間のＤＣ電圧の存在について検査することと、
前記ＤＣ電圧が存在する場合、前記出力ポートのＤ−データ線を約０．４ボルトと約０．８ボルトとの間のＤＣ電圧にプルアップすることと、
をさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電力不規則性から保護することをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
電力不規則性から保護することは、
いずれかの入力ポートにおける前記電力がいずれの他の入力ポートにおける前記電力よりも著しく低い電圧を有するかを検査することと、
有する場合、前記より低い電圧を有する前記電力を切断することと、
を備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
電力不規則性から保護することが、所定の最大電圧よりも高い電圧を有する電力を接地に短絡することを備える、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
セルフォン、タブレットコンピュータ、ＭＰ３音楽プレーヤなどのポータブル電子機器は、一般に、内部バッテリー又は外部電源から電力を得る。外部電源は、ポータブル機器がそれと通信するコンピュータ又は他の電子電化製品であり得る。又は、外部電源は専用充電用電源であり得る。
【０００２】
多くのポータブル機器は、外部電化製品と通信することと、電力を受電することの両方のためにＵＳＢポートを使用する。この電力は、機器を動作させるために、バッテリーを再充電するために、又は両方のために使用され得る。ＵＳＢ２．０規格を満たす外部電化製品は、ＵＳＢポートを通して最高２．５ワット（５ボルトにおいて５００ミリアンペア）を供給することができる。一方、専用充電用電源は、最高１０ワット（５ボルトにおいて２アンペア）又はそれ以上を供給し得る。
【０００３】
２００９年４月１５日付けのＵＳＢバッテリー充電仕様バージョン１．１は、電化製品の単一のＵＳＢポートを通して最高１．５アンペア（７．５ワット）を供給する構成を記述している。この仕様はまた、電化製品がどのくらいの電力を供給することができるかを決定するためにポータブル機器と電化製品とが通信するハンドシェーキングプロトコルを記述している。極めて少数のコンピュータ又は他の電化製品しかバージョン１．１を実装しておらず、従って、たいていの電化製品はＵＳＢポートを通して２．５ワットを供給することに制限される。
【０００４】
図面に例として本発明の実装形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の一実施形態による、電子機器のための電力アダプタのブロック図。
【図２】図１の入力保護ブロックの部分概略図。
【図３】図１のコントローラへの接続の部分概略図。
【図４】本発明の一実施形態による、電子機器の電力を適応させる方法のフローチャート。
【図５】図４のブロック４１９の詳細を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図面及び本明細書では、本発明の原理を示すために例及び詳細を使用する。他の構成が考えられ得る。電圧及び成分値などのパラメータは近似的である。本発明を不明瞭にしないように、幾つかの知られている方法及び構造については詳細に説明していない。特許請求の範囲によって定義される方法は、記載されたステップ以外のステップを備え得、特許請求の範囲自体において示されたときを除いて、ステップは、与えられた順序とは別の順序で実行され得る。従って、本発明は、説明する詳細及び構成に限定されないで実施され得る。本発明は、図面又は本明細書はなく、特許請求の範囲のみによって限定されるものである。
【０００７】
幾つかのポータブル電子機器、例えばノートパッドコンピュータは、比較的大量の電力を必要とする。そのような機器が、ＵＳＢ接続を通してコンピュータ又は他の電子装置と通信するように要求される方法で使用されている場合、機器は、電化製品がＵＳＢ２．０ポートを通して供給することができる２．５ワットよりも多くの動作電力を必要とし得る。この場合、機器は、電化製品から得られ得る限り多くの電力を引き出し、また機器のバッテリーから電力を引き出すことになり、最終的にバッテリーが放電する。ユーザはもちろん、バッテリーを放電しない延長動作のために機器を大容量充電器に接続し得る。しかし時々、ユーザは、長い時間期間にわたって電化製品と通信している機器を動作させる必要があり得る。例えば、ノートパッドのためのソフトウェアを書き込み、デバッグしているソフトウェア技術者は、ノートパッドに書込み及びデバッグプロセス中にコンピュータと通信させる必要があり得る。そのような状況では、ユーザは、機器を電化製品から時々切断し、バッテリーを再充電するために機器を高出力充電器に接続しなければならなくなる。従って、ポータブル機器のバッテリーを放電せずに長い時間期間の間ＵＳＢ２．０ポートを通して電化製品と通信しているポータブル電子機器を動作させるための方法が必要である。
【０００８】
図１を参照すると、本発明の原理を実施する電力アダプタが、電源（図示せず）にそれぞれ接続可能な複数の入力ポート１０１、１０３及び１０５を含む。第１のポート１０１はデータ端子１０７を有し、入力ポートの各々は電力端子（Ｖ＋）を有する。出力ポート１０９は電子機器（図示せず）に接続可能である。出力ポートは電力端子（Ｖ＋）とデータ端子１１１とを有する。コントローラ１１３は、入力ポートの電力端子と並列受電通信しており、出力ポートの電力端子と電力供給通信しており、出力ポートのデータ端子と第１の入力ポートのデータ端子との間でデータ伝送通信している。
【０００９】
幾つかの実施形態では、ＯＲゲート１１５とＡＮＤゲート１１７の組合せなどの論理要素は、入力ポートの電力端子と電気通信している。この論理要素は、第１の入力ポートの電力端子上と、少なくとも１つの他の入力ポートの電力端子上とに電力が存在することに応答して、コントローラが電力を出力ポートの電力端子に結合することを可能にする。
【００１０】
より詳細には、第２の入力ポート１０３の電力端子と第３の入力ポート１０５の電力端子とは、いずれかの入力が、＋５ボルト電力の存在を表すＨＩ論理レベルにある場合、ＯＲゲートの出力がＨＩになるようにＯＲゲート１１５の入力と通信する。第１の入力ポート１０１のＶ＋電力端子とＯＲゲートの出力とが、ＡＮＤゲート１１７を一緒に駆動する。ＡＮＤゲートの出力は、ＯＲゲートの出力と第１の入力ポートのＶ＋電力端子の両方がＨＩである場合のみＨＩになる。ＯＲゲートの入力のいずれかがＨＩである場合、ＯＲゲートはＨＩになるので、第１の入力ポートのＶ＋電力端子と、少なくとも１つの他の入力ポートのＶ＋電力端子とが＋５ボルトの電力を同時に供給しているときはいつでも、ＡＮＤゲートの出力はＨＩになる。
【００１１】
ＡＮＤゲートの出力はコントローラのイネーブル入力に印加される。イネーブル入力は、今度は、電流がコントローラの「入力」から「出力」に流れるための経路を与えるスイッチ１１９を駆動する。スイッチは機械的接点として示されているが、スイッチ機能は、スイッチングトランジスタ又は何らかの他の機器によって実装され得る。スイッチが閉じられると、電流が入力ポートのＶ＋電力端子から出力ポートのＶ＋電力端子に流れることができる。
【００１２】
第１の入力ポートのデータ端子１０７は、コントローラを通して出力ポートのデータ端子１１１と通信する。ポータブル電子機器が出力ポートに接続され、コンピュータ又は他の電化製品が第１の入力ポートに接続され、充電器が他の入力ポートのうちの１つに接続された場合、機器は、コンピュータと通信しながら、機器のバッテリーを放電せずに無期限に動作するために十分な電力を、両方の入力ポートを通して同時に引き出すことができる。
【００１３】
図１に示す実施形態では３つの入力ポートがある。他の実施形態は、出力ポートを通して電力を引き出す機器に十分な動作電力を供給するために十分な入力ポートがある限り、他の数の入力ポートを有し得る。
【００１４】
幾つかの実施形態では、入力ポートはＵＳＢポートを備え、出力ポートはＵＳＢポートを備える。ＵＳＢポートは、Ｖ＋電力線と、接地線（共通帰線）と、２つのデータ線、即ち、Ｄ＋データ線及びＤ−データ線を備えるデータ端子とを有する。図１では、出力ポートからのＤ＋データ線はコントローラの「ＤＰ入力」（Ｄプラス）端子に接続されて示されており、出力ポートからのＤ−データ線はコントローラの「ＤＭ入力」（Ｄマイナス）端子に接続されて示されている。同様に、コントローラの「ＤＰ出力」端子は第１の入力ポートのＤ＋データ線に接続され、コントローラの「ＤＭ出力」端子は第１の入力ポートのＤ−データ線に接続されている。
【００１５】
バッテリー充電仕様のバージョン１．１を満たすポータブル機器は、どんな電化製品がポータブル機器のＵＳＢポートに接続されていてもそれの電力供給能力を決定するためにＤ＋データ線及びＤ−データ線上でハンドシェーキングプロトコルを使用する。ポータブル機器は、それのＤ＋データ線上で、名目上は０．６ボルトＤＣであるが、実際は約０．４ボルトと約０．８ボルトとの間の電圧をアサートする。接続された機器がバージョン１．１に従って１．５アンペアを供給することができる場合、その機器はＤ−データ線上で同様の電圧をアサートする。従って、Ｄ−線が名目０．６ボルトレベルに進む場合、ポータブル機器は、ポータブル機器が電化製品から最高１．５アンペアを引き出すことができるということを知る。Ｄ−線がそのレベルに進まない場合、ポータブル機器は、ポータブル機器が機器から５００ミリアンペアよりも多くを引き出すことができないということを知る。バージョン１．１は、異なる大容量電源同士を区別するために使用され得るさらなるハンドシェーキングプロトコルを記述しているが、ここではこのプロトコルについて説明する必要はない。
【００１６】
幾つかの実施形態では、電力アダプタは、出力ポートに接続されたポータブル機器に、機器が最高１．５アンペアを安全に引き出すことができることを通知するために、上記で説明したハンドシェーキングプロトコルを使用する。特に、コントローラは、電圧センサー１２１を通して出力ポートからのＤ＋データ線を監視する。センサーがＤ＋データ線上で約０．４ボルトと約０．８ボルトとの間のＤＣ電圧を検出した場合、コントローラはＤ−データ線を同様の電圧レベルにプルアップする。これは、例えば、スイッチ１２５を通してＤ−データ線と接地との間の電圧源１２３を接続することによって行われ得る。スイッチ１２５は、機械的スイッチ接点としてではなくスイッチングトランジスタ又は何らかの他の機器として実装され得る。電圧源１２３はＶ＋とＤ−データ線との間に接続され得る。出力ポートに接続されたポータブル機器と第１の入力ポートに接続された電化製品との間のデータ通信に干渉することなしに、Ｄ＋データ線上の電圧を感知するために、及びＤ−データ線をプルアップするために他の技法が使用され得る。
【００１７】
幾つかの実施形態では、電力入力プロテクターが入力ポートの電力端子とコントローラとの間に接続される。例えば、電力入力プロテクター１２７が第１の入力ポートのＶ＋端子とコントローラ入力との間に接続され得、電力入力プロテクター１２９が第２の入力ポートのＶ＋端子とコントローラ入力との間に接続され得、電力入力プロテクター１３１は、第３の入力ポートのＶ＋端子とコントローラ入力との間に接続され得る。
【００１８】
電力入力プロテクターは、図２に示すように「理想ダイオード」を備え得る。理想ダイオード２０１は、入力ポートのうちの１つのＶ＋端子に接続された入力端子と、コントローラ入力に接続された出力端子とを有する。理想ダイオードは、入力よりも出力上でより高い電圧を感知した場合、理想ダイオードの入力をそれの出力から効果的に切断する。理想ダイオードの一例は、カリフォルニア州ミルピタスのLinear Technology社によって製造されたタイプＬＴＣ４４１１である。幾つかの実施形態では、理想ダイオードのステータス端子と出力端子との間に抵抗２０３（例えば、４７０，０００オーム抵抗）が接続される。他の実施形態では、この抵抗は省略され、ステータス端子は接続を有しない。幾つかの実施形態では、理想ダイオードの制御端子と接地との間に抵抗２０５が接続され、この抵抗は、理想ダイオードの所望の動作に応じて、制御端子から接地又は高値抵抗への短絡回路として実装され得る。バイパスキャパシタ２０７が理想ダイオードの入力と接地との間に接続され得、バイパスキャパシタ２０９が理想ダイオードの出力と接地との間に接続され得る。幾つかの実施形態では、キャパシタ２０７は１０マイクロファラッドキャパシタと０．１マイクロファラッドキャパシタとの並列結合を備え、キャパシタ２０９は４．７マイクロファラッドキャパシタを備える。
【００１９】
電力入力プロテクターは、ＵＳＢポートのＶ＋端子と接地との間に接続された、カリフォルニア州カマリロのSemtech社によって製造されたＵ字形クランプタイプ１２１１Ｐなどの静電気（ＥＳＤ：electrostatic）プロテクター２１１を備え得る。
【００２０】
図１に戻ると、第２の入力ポート１０３及び第３の入力ポート１０５のデータ端子（Ｄ＋データ線及びＤ−データ線）は使用されない。この理由は、これらのポートが、データ通信のためにではなく、出力ポートに接続されたポータブル機器に追加の電力を供給するためにのみ使用されるからである。
【００２１】
幾つかの適用例では、第１の入力ポートに接続されたコンピュータ又は他の電化製品とともに、第２の入力ポートと第３の入力ポートとのいずれか一方に接続された充電器が十分な電力を供給し得、従って、残りの入力ポートは使用される必要はない。そのような適用例では、第１の入力ポートに接続された電化製品は最高５００ミリアンペアを供給し、他の入力ポートのうちの１つに接続された充電器は１アンペア以上を供給し、電力アダプタを通して並列に接続されたそのような２つの機器は最高１．５アンペアを供給し得る。
【００２２】
他の適用例では、第２の入力ポート及び第３の入力ポートは、第１の入力ポートに接続された同じ電化製品の追加のＵＳＢポートに接続され得る。電化製品の各ＵＳＢポートは最高５００ミリアンペアを供給し得、電力アダプタを通して並列に接続された３つのそのようなポートは最高１．５アンペアを供給することになる。
【００２３】
入力ポートのうちのいずれかに電力が印加されたときに視覚的指示を与えるために、発光ダイオード（ＬＥＤ）１３３がコントローラ入力と接地との間に接続され得る。故障端子を論理ＬＯレベルに取っているコントローラによって信号伝達された故障の視覚的指示を与えるために、ＬＥＤ１３５がコントローラ入力とコントローラの「故障」端子との間に接続され得る。
【００２４】
幾つかの実施形態を実装することのさらなる詳細を図３に示す。コントローラ１１３の第１の制御（Ｃｔｒｌ１）端子は、Ｃｔｒｌ１端子からコントローラ入力上のＶ＋に接続された抵抗３０１と、Ｃｔｒｌ１端子から接地に接続された抵抗３０３とによってバイアスされる。同様に、コントローラの第２の制御端子（Ｃｔｒｌ２）は、Ｃｔｒｌ２端子からコントローラ入力上のＶ＋に接続された抵抗３０５と、Ｃｔｒｌ２端子から接地に接続された抵抗３０７とによってバイアスされる。同様に、コントローラの第３の制御端子（Ｃｔｒｌ３）は、Ｃｔｒｌ３端子からコントローラ入力上のＶ＋に接続された抵抗３０９と、Ｃｔｒｌ３端子から接地に接続された抵抗３１１とによってバイアスされる。抵抗３０１は１００，０００オーム抵抗であり得、抵抗３０３は、Ｃｔｒｌ１端子上で論理ＬＯレベルが望まれる場合は１，０００オーム抵抗であり得、又は抵抗３０３は、Ｃｔｒｌ１端子上で論理ＨＩレベルが望まれる場合は開回路であり得る。抵抗３０５、３０７、３０９及び３１１のために同様の値が使用され得る。コントローラ１１３の電流制限セレクタ（current-limit selector）端子（I-lim Sel）は、I-lim Sel端子からコントローラ入力上のＶ＋に接続された抵抗３１３と、I-lim Sel端子から接地に接続された抵抗３１５とによってバイアスされる。抵抗３１３は１００，０００オーム抵抗であり得、抵抗３１５は１，０００オーム抵抗であり得る。I-lim Sel端子上で論理ＬＯが望まれる場合、抵抗３１３は開回路であり得、論理ＨＩが望まれる場合、抵抗３１５は開回路であり得る。
【００２５】
コントローラの電流制限０（I-lim 0）入力は、抵抗３１７、例えば２８，７００オーム抵抗を通して接地に接続される。コントローラの電流制限１（I-lim 1）入力は、抵抗３１９、例えば４７，０００オーム抵抗を通して接地に接続される。I-lim Sel端子に印加される論理レベルは、これらの抵抗値のうちのどれが使用されるかを決定し、それにより、コントローラの入力端子と出力端子との間に流れることができる電流の制限を決定する。
【００２６】
幾つかの実施形態では、コントローラは、テキサスインスツルメンツによって製造されたタイプＴＰＳ２５４０ＵＳＢ充電ポート電力スイッチ及びコントローラを備える。
【００２７】
図４に、電子機器の電力を適応させる方法の一実施形態を示す。初めに、出力ポートがイネーブルにされなくなる（４０１）。即ち、出力ポートに電力が与えられていない。本方法は、第１の入力ポートの電力線上と、少なくとも１つの他の入力ポートの電力線上との電力について検査すること（４０３）を含む。第１の入力ポートと少なくとも１つの他の入力ポートとに電力が存在するとき、出力ポートをイネーブルにする（４０５）。即ち、出力ポートに並列に入力ポートからの電力が結合され、第１の入力ポートと出力ポートとの間のデータ通信が可能にされる。
【００２８】
幾つかの実施形態は、第３の入力ポートの電力線上の電力について検査することを含む。第１の入力ポートと第３の入力ポートとに電力が存在するとき、出力ポートに並列に第１の入力ポート及び第３の入力ポートからの電力が結合され、第１の入力ポートと出力ポートとの間のデータ通信が可能にされる。第１の入力ポートと他の入力ポートと第３の入力ポートに電力が存在するとき、出力ポートに並列に全ての３つの入力ポートからの電力が結合され、第１の入力ポートと出力ポートとの間のデータ通信が可能にされる。
【００２９】
幾つかの実施形態では、入力ポートと出力ポートとはＵＳＢポートを備える。これらの実施形態は、出力ポートのＤ＋データ線上の約０．４ボルトと約０．８ボルトとの間のＤＣ電圧の存在について検査すること（４０７）を含み得る。ＤＣ電圧が存在する場合、出力ポートのＤ−データ線を約０．４ボルトと約０．８ボルトとの間のＤＣ電圧にプルアップする（４０９）。Ｄ＋データ線上の電圧がその範囲内に存在しなくなった場合（４１１）、プルアップを除去する（４１３）。次いで、第１の入力ポートと少なくとも１つの他の入力ポートとに入力電力が存在する場合（４１５）、本方法は、Ｄ＋データ線上のＤＣ電圧の存在を検査すること（４０７）に戻る。入力電力が存在しない場合（４１５）、入力電力が再び存在するようになる（４０３）まで出力ポートをディセーブルにする（４１７）。
【００３０】
幾つかの実施形態は、電力不規則性に対して保護すること（４１９）を含む。図５に示すように、保護することは、いずれかの入力ポートにおける電力がいずれかの他の入力ポートにおける電力よりも著しく低い電圧を有するかどうかを検査することと（５０１）、そうである場合、より低い電圧を有する電力を切断することと（５０３）を含み得る。保護することは、所定の最大電圧よりも高い電圧を有する電力を接地に短絡すること（５０５）を含み得る。
【００３１】
本発明の実施形態による電力アダプタと電力を適応させる方法とは、標準ＵＳＢ２．０ポートなどのポートを通してホストコンピュータ又は他の電化製品によって供給され得るよりも多くの電力を使用するノートブックコンピュータなどのポータブル電子機器が、ホストとのデータ通信を維持しながら２つ以上のソースから同時にそれの必要とされる電力を得ることを可能にする。これにより、ユーザは、ポータブル機器中のバッテリーを放電せずに長い時間期間の間ホストとの連続通信でそのようなポータブル機器を動作させることが可能になる。
【００３２】
上記の説明及び図面は、例として本発明の原理を示しているが、本発明を限定するものではない。本発明は特許請求の範囲のみによって限定される。
【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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【国際調査報告】
2014528687.tif 000008
2014528687.tif 000009