(57)【要約】【課題】低消費電力型の開閉装置を提供することにある。【解決手段】電磁石ブロック３０を構成する一対の鉄芯３７の磁極部３７ｃを前記封止ケース４１の底面にそれぞれ配置する。一対の前記鉄芯３７の他端部をヨーク３９で相互に接続する。前記電磁石ブロック３０の励磁，消磁に基づき、接点機構ブロック５０の可動鉄片６３の両端部が前記鉄芯３７の一対の前記磁極部３７ｃにそれぞれ吸着，開離する。【選択図】　図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉した封止ケース内に収納した接点機構ブロックを、前記封止ケース外に配置した電磁石ブロックで駆動する開閉装置において、
前記電磁石ブロックを構成する一対の鉄芯の一端部である磁極部を前記封止ケースの底面にそれぞれ配置するとともに、一対の前記鉄芯の他端部をヨークで相互に接続し、前記電磁石ブロックの励磁，消磁に基づき、前記接点機構ブロックの可動鉄片の両端部が前記鉄芯の磁極部にそれぞれ吸着，開離することを特徴とする開閉装置。
【請求項２】
封止ケースの底面に形成した圧入孔に鉄芯の磁極部の直下に形成した首下部を圧入する一方、前記首下部に外方から圧入した筒体の開口縁部と前記鉄芯の磁極部とで前記圧入孔の開口縁部を挟着するとともに、前記鉄芯の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する材料で前記封止ケースを形成したことを特徴とする請求項１に記載の開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は開閉装置、特に、密閉空間で電流を開閉する電磁継電器、スイッチ、タイマー等の開閉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、密閉空間内で電流を開閉する開閉装置としては、密閉型リレー装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特表平９−５１００４０号公報（第１３−１７頁、第１図）
【０００４】
すなわち、コイル部分４０の励磁，消磁に基づき、プランジャ９がコアセンター４に接離し、前記プランジャ９に一体化されたアマチュアアセンブリ８およびアマチュアシャフト１０が軸心方向にスライド移動することにより、可動接点ディスク２１が固定接点２２，２２に接離する。
【０００５】
前記密閉型リレー装置では、磁気回路を構成するコアアセンブリ２が、コアセンター４、コアベース上部５、コア外壁６及びコアベース底部７からなり、これらはすべて強磁性物質で形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記コアセンター４はコアベース底部７に薄肉の有底筒状体（部品番号なし）を介して接触しているにすぎず、直接接触していない。前記有底筒状体は、磁気効率の見地より、非磁性材で形成されていると考えられる。このため、コアアセンブリ２の磁気抵抗は大きく、所望の駆動力を得ようとすると、大電流が必要となるので、消費電力が多いという問題点がある。
【０００７】
本発明は、前記問題点に鑑み、低消費電力型の開閉装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる開閉装置は、前記目的を達成すべく、密閉した封止ケース内に収納した接点機構ブロックを、前記封止ケース外に配置した電磁石ブロックで駆動する開閉装置において、前記電磁石ブロックを構成する一対の鉄芯の一端部である磁極部を前記封止ケースの底面にそれぞれ配置するとともに、一対の前記鉄芯の他端部をヨークで相互に接続し、前記電磁石ブロックの励磁，消磁に基づき、前記接点機構ブロックの可動鉄片の両端部が前記鉄芯の磁極部にそれぞれ吸着，開離する構成としてある。
【０００９】
本発明によれば、電磁石ブロックを構成する一対の鉄芯の一端部である磁極部に接点機構ブロックの可動鉄片が接触する一方、前記鉄芯の端部がヨークで接続されている。このため、一対の鉄芯、ヨークおよび可動鉄片で連続する磁気回路が形成され、磁気抵抗が小さく、消費電力の小さい開閉装置が得られる。
【００１０】
また、本発明の実施形態としては、封止ケースの底面に形成した圧入孔に鉄芯の磁極部の直下に形成した首下部を圧入する一方、前記首下部に外方から圧入した筒体の開口縁部と前記鉄芯の磁極部とで前記圧入孔の開口縁部を挟着するとともに、前記鉄芯の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する材料で前記封止ケースを形成した構成であってもよい。
【００１１】
本実施形態によれば、鉄芯の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する材料で封止ケースが形成されている。このため、温度が上昇して鉄芯が膨張しても、封止ケースの厚さ方向の膨張が鉄芯よりも相対的に大きいので、封止ケースの開口縁部が鉄芯の磁極部と筒状体の開口縁部とで強く挟持される。
また、温度が低下して鉄芯が収縮しても、封止ケースの圧入孔の直径方向における収縮が鉄芯の収縮よりも相対的に大きいので、封止ケースが鉄芯の首下部を締め付ける。このため、温度が変化しても気密性を損なわない密閉型の開閉装置を得られるという効果がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる実施形態を図１ないし図１５の添付図面に従って説明する。
本発明にかかる第１実施形態は直流負荷開閉用リレーに適用した場合であり、図１および図２に示ように、一体化した箱形ケース１０と箱形カバー１５とで仕切られた空間内に、リレー本体２０が収納されている。
【００１３】
前記箱形ケース１０は、図２に示すように、後述する電磁石ブロック３０を収納可能な凹所１１を有し、対角線上に位置する一対の平面隅部に固定用貫通孔１２を設けてあるとともに、残る平面隅部に接続用凹部１３を設けてある。前記接続用凹部１３内には接続用ナット（図示せず）を埋設してある。
【００１４】
前記箱形カバー１５は、前記箱形ケース１０に嵌合可能であるとともに、後述する封止ケースブロック４０を収納可能な形状である。さらに、前記箱形カバー１５の天井面には、リレー本体２０の接続端子７５，８５が突出する接続孔１６，１６が設けられているとともに、ガス抜きパイプ２１を収納する突部１７，１７が突設されている。前記突部１７，１７は仕切壁１８で連結され、これらは絶縁壁としての機能をも有している。そして、前記箱形カバー１５の下方開口縁部に設けた係合孔１９を、前記箱形ケース１０の上方開口縁部に設けた係合爪１４に係合することにより、両者は結合一体化される。
【００１５】
リレー本体２０は、図３に示すように、電磁石ブロック３０に搭載した封止ケースブロック４０内に接点機構ブロック５０を密封したものである。
【００１６】
前記電磁石ブロック３０は、図４に示すように、コイル３１を巻回した一対のスプール３２を並設し、かつ、２本の鉄芯３７およびヨーク３９を介して一体化したものである。
【００１７】
前記スプール３２は両端に設けた鍔部３２ａ，３２ｂのうち、下方側鍔部３２ａの対向する両側端面に中継端子３４，３５を側方からそれぞれ圧入してある。そして、前記スプール３２に巻回したコイル３１は、その一端部を一方の中継端子３４の一端部（からげ部）３４ａにからげてハンダ付けしてあるとともに、その他端部を他方の中継端子３５の一端部（からげ部）３５ａにからげてハンダ付けしてある。そして、前記中継端子３４，３５は、前記からげ部３４ａを曲げ起こしてあるとともに、その他端部（連結部）３５ｂをも曲げ起こしてある。ついで、並設したスプール３２，３２に組み付けた中継端子３４，３５のうち、隣接する一方の中継端子３５の連結部３５ｂと他方の中継端子３４のからげ部３４ａとを接合してハンダ付けしてある。さらに、隣接する一方の中継端子３５のからげ部３５ａと他方の中継端子３４の連結部３４ｂとを接合してハンダ付けすることにより、２本のコイル３１，３１が接続される。さらに、前記スプール３２の一対の鍔部３２ａ，３２ｂにコイル端子３６，３６がそれぞれ架け渡され、前記中継端子３４，３５の連結部３４ｂ，３５ｂにそれぞれ接続されている（図３）。
【００１８】
封止ケースブロック４０は、後述する接点機構ブロック５０を収納可能な封止ケース４１と、前記封止ケース４１の開口部を封止する封止カバー４５とからなるものである。前記封止ケース４１の底面には鉄芯３７を圧入するための一対の圧入孔４２を設けてある（図５）。一方、前記封止カバー４５には、後述する接点機構ブロック５０の接続端子７５，８５を挿通できる一対の挿通孔４６，４６と、ガス抜きパイプ２１を遊嵌できる遊嵌孔４７とを設けてある。
【００１９】
そして、前記電磁石ブロック３０と封止ケース４０との組立は、次の手順で行われる。
まず最初に、スプール３２の一方の鍔部３２ａに中継端子３４，３５をそれぞれ圧入するとともに、前記スプール３２にコイル３１を巻回し、引出し線を前記中継端子３４，３５のからげ部３４ａ，３５ａにそれぞれからげてハンダ付けする。ついで、前記中継端子３４，３５のからげ部３４ａ，３５ａおよび連結部３４ｂ，３５ｂを曲げ起こした一対のスプール３２を並設する。さらに、隣接する中継端子３５のからげ部３５ａと他の中継端子３４の連結部３４ｂとを接合してハンダ付けする。さらに、隣接する中継端子３５の連結部３５ｂと他の中継端子３４のからげ部３４ａとを接合してハンダ付けすることにより、コイル３１，３１を接続する。
【００２０】
一方、図５に示すように、封止ケース４１の底面に設けた圧入孔４２に鉄芯３７をそれぞれ挿入し、突出する鉄芯３７の軸部３７ａにパイプ３８を嵌合する。そして、前記鉄芯３７の軸心方向に前記パイプ３８の開口縁部から加圧する。前記鉄芯３７は、図６に示すように、その軸部３７ａの直径Ｄ１は封止ケース４１の圧入孔４２の直径ｄ１およびパイプ３８の内径ｄ２よりも小さい。しかし、鉄芯３７の首下部３７ｂの直径Ｄ２は封止ケース４１の圧入孔４２の直径ｄ１およびパイプ３８の内径ｄ２よりも大きい。このため、鉄芯３７の軸心方向に加圧すると、鉄芯３７の首下部３７ｂが封止ケース４１の圧入孔４２を押し広げて圧入するとともに、パイプ３８の内径を押し広げて圧入する。さらに、前記パイプ３８の開口縁部および鉄心３７の頭部（磁極部）３７ｃが、封止ケース４１の圧入孔４２の開口縁部に上下から圧着する。したがって、封止ケース４１の圧入孔４２の開口縁部は三方からカシメ固定されることになる。
【００２１】
本実施形態によれば、封止ケース４１が鉄芯３７およびパイプ３８よりも熱膨張係数の大きい素材、例えば、アルミニウムで形成してあるので、温度が変化しても、気密性が損なわれないという利点がある。
なぜならば、温度が上昇して各部品が膨張しても、封止ケース４１の厚さ方向の膨張が他部品よりも相対的に大きいので、封止ケース４１が鉄芯３７の頭部３７ｃとパイプ３８とで強く挟持されるからである。一方、温度が低下して各部品が収縮しても、封止ケース４１の圧入孔４２の直径方向における収縮が他部品よりも相対的に大きいので、鉄芯３７の首下部３７ｂを締め付けるからである。
なお、気密性を確保しつつ、熱ストレスの発生を防止するためには、鉄芯３７とパイプ３８との熱膨張係数がほぼ等しいことが好ましい。
【００２２】
そして、前記スプール３２の中心孔３２ｃに鉄芯３７およびパイプ３８をそれぞれ挿入し、突出する鉄芯３７の先端部をヨーク３９のカシメ孔３９ａに挿通し、カシメて固定することにより、封止ケース４１を搭載した電磁石ブロック３０が完成する。なお、前記ヨーク３９とスプール３２の鍔部との間には、絶縁性能を高めるために絶縁シート３９ｂが介在している（図４）。
【００２３】
ついで、スプール３２の一対の鍔部３２ａ，３２ｂにコイル端子３６をそれぞれ架け渡すとともに、コイル端子３６の下端部を中継端子３４，３５の連結部３４ｂ，３５ｂに連結する。
【００２４】
接点機構ブロック５０は、図３に示すように、可動接点ブロック６０と、その両側に組み付けられる固定接点ブロック７０，８０と、これらに嵌合してユニット化する絶縁ケース９０と、からなるものである。
【００２５】
前記可動接点ブロック６０は、図７Ａに示ように、可動絶縁台６１に一対の並設した可動接触片６２，６３を接点バネ６４と共にそれぞれ組み付けたものである。前記可動絶縁台６１は、図７Ｂに示すように、その中央部下面に断面略十文字形状の脚部６１ａを突設するとともに、その両側部にコイル状復帰バネ６５を挿入したリベット６６を介して可動鉄片６７をカシメ固定してある。前記可動鉄片６７の下面は遮磁板６８で被覆されている。
【００２６】
前記可動接触片６２，６３は、帯状導電材の片側縁部から一対の抜け止め突部６２ａ，６３ａを側方にそれぞれ突設したものである。前記可動接触片６２，６３のうち、一方の可動接触片６２は突入電流に耐えうる高融点のモリブデン製帯状導電材であり、他方の可動接触片６３は肉厚の帯状銅板の表面に銀メッキを施したものである。
【００２７】
前記接点バネ６４は、前記可動接触片６２，６３に接点圧を付与するために配置されたものである。そして、前記接点バネ６４は、帯状バネ材を略山形に屈曲するとともに、両端縁部を折り曲げて係止爪６４ａ，６４ａを形成してある。
【００２８】
前記可動絶縁台６１内に並設した一対の組付孔６１ｂ，６１ｃに前記可動接触片６２，６３および接点バネ６４，６４をそれぞれ挿入して組付けることにより、可動接触片６２，６３の両端部に接点バネ６４の係止爪６４ａが係止する。これにより、前記可動接触片６２，６３の上下方向のガタツキを規制できる。さらに、前記可動接触片６２，６３の抜け止め突部６２ａ，６３ａが可動絶縁台６１の組付孔６１ｂ，６１ｃの開口縁部にそれぞれ係止することにより、接点バネ６４および可動絶縁台６２，６３の脱落を防止できる。また、前記可動接触片６２を前記可動接触片６３よりも低い位置に位置決めすることにより、一対の前記可動接触片６２，６３間に段差がある。このため、前記可動接触片６２は、前記可動接触片６３が固定接点７８ｂに接触するよりも前に固定接点７８ａに接触する。
【００２９】
前記固定接点ブロック７０，８０は、図８および９に示すように、同一形状であり、樹脂成形品である固定接点台７１，８１に、接続端子７５，８５をカシメ固定した断面略Ｃ字形の固定接点端子７６，８６および永久磁石７７，８７をそれぞれ組み付けたものである。前記固定接点台７１，８１は、突き合せ用突部７２，８２を内側側方にそれぞれ突設するとともに、支持用脚部７３，８３を垂直下方にそれぞれ突設してある。
【００３０】
前記固定接点端子７６および８６は、その下辺縁部に一対の固定接点部７８ａ，７８ｂおよび８８ａ，８８ｂを突き出し加工でそれぞれ形成してある。一方、前記永久磁石７７，８７は、その磁極面７７ａ，８７ａを前記固定接点端子７６，８６の内側面に接合するように組み付けられる。このため、一対の固定接点部７８ａ，７８ｂおよび８６ａ，８６ｂの近傍に永久磁石７７，８７の磁極面７７ａ，８７ａが位置することになる。
【００３１】
前記絶縁ケース９０は、図３に示すように、接点機構ブロック５０をユニット化するためのものである。そして、可動接点ブロック６０に一対の固定接点ブロック７０，８０を両側から組み付けた後、これらに嵌合することにより、前記絶縁ケース９０の端子孔９１，９１から前記接続端子７５，８５が突出する。さらに、前記絶縁ケース９０には、前記端子孔９１の近傍に一対のガス抜き孔９２が設けられている。一対のガス抜き孔９２を設けたのは、組立時の方向性を解消するためである。
【００３２】
次に、前記接点機構ブロック５０の組立て手順について説明する。
まず、可動絶縁台６１に、復帰バネ６５を挿通したリベット６６を介して可動鉄片６７および遮磁板６８を組み付ける。そして、前記可動絶縁台６１に可動接触片６２，６３および接点バネ６４，６４を組み付ける。ついで、前記復帰バネ６５の下端側を持ち上げつつ、可動絶縁台６１の両側から固定接点ブロック７０，８０を組み付け、突き合せ用突部７２，８２を相互に突き合せる。さらに、前記固定接点ブロック７０，８０に絶縁ケース９０を嵌合することにより、接点機構ブロック５０が完成する。
【００３３】
ついで、電磁石ブロック３０に搭載した封止ケース４１に前記接点機構ブロック５０を挿入すると、固定接点台７０，８０の脚部７３，８３が鉄芯３７の磁極部である頭部３７ｃに当接し、可動鉄片６７が遮磁板６８を介して磁極部３７ｃに接離可能に対向する。そして、前記封止ケース４１に封止カバー４５を嵌合して溶接一体化する。さらに、遊嵌孔４７から絶縁ケース９０のガス抜き孔９２にガス抜きパイプ２１を圧入する。ついで、前記封止カバー４５にシール材（図示せず）を注入，固化して接続端子７５，８５およびガス抜きパイプ２１の基部周辺をシールする。そして、前記ガス抜きパイプ２１から封止ケース４０内の空気を抜き、所定の混合ガスを注入した後、前記ガス抜きパイプ２１をカシメて封止する。そして、前記スプール３２の一対の鍔部３２ａ，３２ｂにコイル端子３６を架け渡して取り付けることにより、リレー本体２０が完成する。
【００３４】
そして、前記リレー本体２０をケース１０の凹所１１に収納するとともに、コイル端子３６を接続用凹部１３に配置する。さらに、前記ケース１０にカバー１５を組み付けることにより、直流電流遮断用リレーが完成する。
【００３５】
次に、前述の構成からなるリレーの動作について説明する。
まず、電磁石ブロック３０のコイル３１に電圧を印加していない場合には、復帰バネ６５，６５のバネ力で可動絶縁台６１が引き上げられている（図１３Ａ）。このため、可動鉄片６７が鉄芯３７の磁極部３７ｃから開離しているとともに、可動接触片６２および６３の両端部が固定接点７８ａ，８８ａおよび７８ｂ，８８ｂからそれぞれ開離している。
【００３６】
そして、前記コイル３１に電圧を印加すると、鉄芯３７の磁極部３７ｃが可動鉄片６７を吸引し、可動鉄片６７が復帰バネ６５のバネ力に抗して下降する。このため、可動鉄片６７と一体化された可動絶縁台６１が下降し、可動接触片６２の両端部が固定接点７８ａ，８８ａに接触する。ついで、可動接触片６３の両端部が固定接点７８ｂ，８８ｂに接触し、可動鉄片６７が鉄芯３７の磁極部３７ｃに吸着する（図１３Ｂ）。
【００３７】
ついで、前記コイル３１の電圧の印加を停止すると、復帰バネ６５のバネ力で可動絶縁台６１が押し上げられ、これに一体な可動鉄片６７が鉄芯３７の磁極部３７ａから開離する。そして、可動接触片６３の両端部が固定接点７８ｂ，８８ｂから開離した後、可動接触片６２の両端部が固定接点７８ａ，８８ａから開離する。
【００３８】
前記可動接触片６２の両端部が固定接点７８ａ，８８ａから開離する際に、アーク電流が発生しても、アーク電流が永久磁石７７，８７の磁力に引っ張られて遮断される。この点につき、図１４および図１５を参照しつつ、詳述する。
例えば、図１５に示すように、前記永久磁石７７の磁束は磁極面７７ａから矢印のように発生している。そして、可動鉄片６７が復帰すると、可動接触片６３の端部が固定接点部７８ｂから開離した後、可動接触片６２の端部が固定接点部７８ａから開離する。このため、アーク電流Ａが固定接点部７８ａから発生し始める。しかし、フレミングの左手の法則（あるいはローレンツ力）により、アーク電流Ａが永久磁石７７の磁力に引っ張られ、その発生箇所が固定接点部７８ｂに移動してアーク電流Ｂとなる。更に、前記アーク電流Ｂは永久磁石７７の磁力で引き伸ばされてアーク電流Ｃとなり、最後に切れて遮断される。
【００３９】
本実施形態では、アーク電流はフレミングの左手の法則に基づき、永久磁石７７，８７の磁極面７７ａ，８７ａに沿って旋回するように引き伸ばされて遮断される。このため、従来例のようにアーク電流を遮断するために大きなスペースを必要とせず、装置を小型化できる。
【００４０】
本実施形態では、直流電流を遮断する場合について説明したが、必ずしもこれに限らず、交流電流を遮断する場合に適用してもよい。また、リレーに限らず、スイッチ、タイマー等にも適用できることは勿論である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁石ブロックを構成する一対の鉄芯の一端部である磁極部に接点機構ブロックの可動鉄片が接触する一方、前記鉄芯の端部がヨークで接続されている。このため、一対の鉄芯、ヨークおよび可動鉄片で連続する磁気回路が形成され、磁気抵抗が小さく、消費電力の小さい開閉装置が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる開閉装置を直流電流遮断用リレーに適用した場合の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】図２で示したリレー本体の分解斜視図である。
【図４】図３で示した電磁石ブロックの分解斜視図である。
【図５】図４で示した封止ケースの分解斜視図である。
【図６】図５で示した封止ケースのカシメ方法を示す拡大断面図である。
【図７】図３で示した可動接点ブロックの分解斜視図である。
【図８】図３で示した固定接点ブロックの分解斜視図である。
【図９】図３で示した固定接点ブロックの分解斜視図である。
【図１０】図１で示した開閉装置の縦断面図である。
【図１１】図１０の部分拡大断面図である。
【図１２】本発明にかかる実施形態を示すリレーの異なる角度からの縦断面図である。
【図１３】図１２の部分拡大図である。
【図１４】図１で示した開閉装置の横断面図である。
【図１５】本発明の実施形態にかかるアーク遮断機構を示す概略図である。
【符号の説明】
１０…ケース、１５…カバー、２０…リレー本体、２１…ガス抜きパイプ、３０…電磁石ブロック、３１…コイル、３２…スプール、３２ａ，３２ｂ…鍔部、３２ｃ…中心孔、３４，３５…中継端子、３４ａ，３５ａ…からげ部、３４ｂ，３５ｂ…連結部、３６…コイル端子、３７…鉄芯、３７ａ…軸部、３７ｂ…首下部、３７ｃ…頭部（磁極部）、３８…パイプ、３９…ヨーク、３９ｂ…遮磁板、４０…封止ケースブロック、４１…封止ケース、４２…圧入孔、４５…封止カバー、４６…挿通孔、４７…遊嵌孔、５０…接点機構ブロック、６０…可動接点ブロック、６１…可動絶縁台、６２，６３…可動接触片、６４…接点バネ、６５…復帰バネ、６６…リベット、６７…可動鉄片、６８…遮磁板、７０，８０…固定接点ブロック、７１，８１…固定接点台、７２，８２…突き合せ用突部、７３，８３…脚部、７５，８５…接続端子、７６，８６…固定接点端子、７７，８７…永久磁石、７７ａ，８７ａ…磁極面、７８ａ，７８ｂ，８８ａ，８８ｂ…固定接点部。
【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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