(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電盤内に設けられている導体を流れる電流により生じる磁気エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する変換装置と、
前記変換装置から出力される電気エネルギーを利用して駆動されるファンと、
を備え、
前記変換装置は、筒状に形成されて前記導体が非接触で貫通する本体と、当該本体の側面に形成されている開口とを有し、
前記ファンは、前記変換装置の前記本体に形成されている開口に対応する位置に当該本体と一体に設けられていることを特徴とするファン駆動装置。
【請求項２】
前記変換装置は、電流変換器であることを特徴とする請求項１記載のファン駆動装置。
【請求項３】
前記ファンは、前記変換装置から出力される電気エネルギーの大きさの変化に追従して回転数が変化することを特徴とする請求項１または２記載のファン駆動装置。
【請求項４】
前記ファンを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記変換装置から出力される電気エネルギーを、前記ファンを制御する際の制御信号として利用することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のファン駆動装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項記載のファン駆動装置を備えたことを特徴とする配電盤。
【請求項６】
配電盤内に設けられている導体を流れる電流により生じる磁気エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する変換装置、前記変換装置から出力される電気エネルギーを利用して駆動されるファンを有し、前記変換装置から出力される電気エネルギーを増幅させる増幅装置を有し、前記変換装置と前記ファンとが別体に設けられている第２のファン駆動装置と、
配電盤内に設けられている導体を流れる電流により生じる磁気エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する変換装置、前記変換装置から出力される電気エネルギーを利用して駆動されるファンを有し、前記変換装置から出力される電気エネルギーを安定化する安定化装置を有し、前記変換装置と前記ファンとが別体に設けられている第３のファン駆動装置と、を備え、
前記ファン駆動装置は、前記導体のうち配電盤内に水平方向に延びて設けられている水平母線に設けられ、
前記第２のファン駆動装置は、配電盤の上面または正面最上部側に設けられ、
前記第３のファン駆動装置は、配電盤内に設置される負荷制御装置の後方または側面、あるいは、前記負荷制御装置を収容する装置収容室の扉のいずれかに設けられていることを特徴とする請求項５記載の配電盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ファン駆動装置、配電盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業分野等において、電力を分岐するために盤内に導体を設けた配電盤が知られている。この配電盤は、商用電源の受電点となるいわゆる配電盤、配電盤の先に設けられ、１つのエリアや用途別に電力を分岐するいわゆる分電盤、例えばモータ等の負荷を制御する負荷制御装置を複数台収容可能なコントロールセンタとも称されるいわゆる閉鎖配電盤等がある。以下では、それらを総称して配電盤と称する。
さて、このような配電盤は、電力が供給されると、導体に電流が流れることで発熱し、盤内の温度が上昇する。そのため、例えば特許文献１では、閉鎖配電盤にファン装置を設けて盤内を冷却する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２８９４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、配電盤にファン装置を設ける場合には、ファン装置用の電源を確保する必要があるとともに、仮にファン装置が故障した場合であっても負荷制御装置等の他の装置に影響を与えないようにするために、ファン装置専用の遮断機や電源トランス等の追加部品が必要となる。また、ファン装置を駆動させるためには例えば盤内の温度や消費電力等を検出するセンサ等が必要となり、さらに追加部品が増加する。また、ファン装置を運転するか否かを判断するためにはセンサ等に常に通電しておく必要があり、消費電力の増加を招くことになる。
本発明が解決しようとする課題は、追加部品や消費電力の増加を極力抑制することができるファン駆動装置、配電盤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態のファン駆動装置によれば、配電盤内に設けられている導体を流れる電流により生じる磁気エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する変換装置と、変換装置から出力される電気エネルギーを利用して駆動されるファンと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態の閉鎖配電盤の外観を示す図
【図２】実施形態のファン駆動装置の電気的構成を模式的に示す図その１
【図３】実施形態のファンおよび変換装置の定格の一例を示す図
【図４】実施形態のファン駆動装置の電気的構成を模式的に示す図その２
【図５】実施形態のファン駆動装置の電気的構成を模式的に示す図その３
【図６】実施形態のファン駆動装置の構成を模式的に示す図
【図７】実施形態の閉鎖配電盤におけるファンの配置を模式的に示す図
【図８】実施形態の配電盤におけるファンの配置を模式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態を図１から図８を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態では配電盤の一例として閉鎖配電盤１を対象としており、この閉鎖配電盤１は、外殻を形成する筐体２、負荷制御装置３を収容する装置収容室４、装置収容室４の前面開口部を開閉する開閉扉５、開閉扉５に形成され、負荷制御装置３の操作スイッチ３ａを操作するための開口６、盤内の母線（導体に相当する）や配線ケーブル（導体に相当する）等を収容する母線収容室７、および、複数のファン８を備えている。本実施形態の負荷制御装置３は、負荷としてモータを想定しており、モータへの電源の供給、過電流の保護、過負荷に対する保護等の機能を有したいわゆるマルチモータリレーユニットである。このような負荷制御装置３を収容した閉鎖配電盤１は、モータコントロールセンター（ＭＣＣ）と称されることもある。
【０００８】
なお、装置収容室４の数や配置は一例であり、図１に示した構成に限定されるものではない。また、負荷制御装置３としては、モータ以外の負荷を制御するものであってもよいし、装置収容室４に負荷制御装置３以外の装置が収容されていたり、表示パネル等が設けられていたりするような構成であってもよい。また、ファン８の数や配置は一例であり、図１に示した構成に限定されるものではない。
【０００９】
図２は、本実施形態におけるファン駆動装置１０Ａの構成を示している。このファン駆動装置１０Ａは、本実施形態で例示する幾つかのファン駆動装置１０Ａ〜１０Ｄの１つであるとともに、各ファン駆動装置１０Ａ〜１０Ｄにおける基本的な技術的思想を示すものでもある。以下、各ファン駆動装置１０Ａ〜１０Ｄに共通の説明をする場合には、単にファン駆動装置１０と称するものとする。
【００１０】
ファン駆動装置１０Ａは、ファン８、変換装置１１および安定化装置１２を備えている。変換装置１１は、導体１３を流れる電流によって導体１３の周囲に生じる磁気エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、本実施形態では電流変換器であるＣＴ（Current Transformer。図６参照）を採用している。なお、ＣＴの原理は周知であるので詳細な説明は省略するが、一次側に交流電流を流すことによりコア内に磁束の変化が生じ、その磁束の変化に応じた交流電流が二次側に出力されるものである。
【００１１】
変換装置１１の出力側には、変換装置１１から出力される電気エネルギーを安定化する安定化装置１２が接続されている。より具体的には、安定化装置１２は、変換装置１１から出力される交流を直流に変換し、ファン８を駆動するための電力を生成する。そして、ファン８は、安定化装置１２から出力される直流電力により駆動される。
【００１２】
導体１３から放出される磁気エネルギーは、従来では導体１３を流れる電流値を検出するために電流センサ等において僅かに利用されていたものの、その大部分はそのまま空中に放出されて利用されていなかった。そこで、本実施形態のファン駆動装置１０Ａ、および後述するファン駆動装置１０Ｂ〜１０Ｄでは、導体１３から放出される磁気エネルギーを、ファン８を駆動するための電力として利用している。つまり、従来ではその多くが廃棄されていただけの磁気エネルギーを、有効活用している。
【００１３】
図３に、ファン８の消費電力と変換装置１１（ＣＴ）の定格の一例を示す。本実施形態では、ファン８としていわゆる直流ファンを採用しており、入力電圧が１００Ｖ、１１５Ｖ、２００Ｖ、２３０Ｖ、対応周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり、概ね３３ＶＡ程度の消費電力となっている。このファン８は、閉鎖配電盤１に供給される交流電源に応じて適宜選択される。このとき、例えば閉鎖配電盤１の筐体２に設けるファン８は例えば１２ｃｍファンとしたり、後述するように負荷制御装置３に設けるファン８は例えば８ｃｍファンにしたりする等、ファン８の大きさも配置等に応じて適宜選択される。
【００１４】
このファン８に対応するために、変換装置１１（ＣＴ）には、１次電流１Ａ〜２０００Ａに対して、例えば２次電流が１Ａ〜５Ａ、負担ＶＡが１５ＶＡ〜４０ＶＡ程度のものが採用される。つまり、変換装置１１は、１次電流の大きさに応じた２次電流を出力可能な構成となっている。なお、図３に示すファン８や変換装置１１の定格は一例であり、これに限定されるものではない。また、ファン駆動装置１０Ａについては、ファン８としていわゆる交流ファンを採用し、安定化装置１２を除いた構成としてもよい。
【００１５】
図４は、本実施形態におけるファン駆動装置１０Ｂの構成を示している。このファン駆動装置１０Ｂは、安定化装置１２の出力側に、電源１４に接続された増幅装置１５が設けられている。これは、ファン８の定格や数等によっては、変換装置１１から出力される電気エネルギーだけでは不足することが想定されるためである。そのような場合には、増幅装置１５において、電源１４から供給される電力で不足する電気エネルギーを補うことにより、ファン８を駆動できるだけの電力を生成する。なお、増幅装置１５は、変換装置１１側から出力される電気エネルギーの大きさに応じて、ファン８に供給する電力を変更する構成としてもよい。
【００１６】
図５は、本実施形態におけるファン駆動装置１０Ｃの構成を示している。このファン駆動装置１０Ｃは、制御装置１６を備えている。この制御装置１６は、変換装置１１をいわば電流センサとして用い、変換装置１１から出力される電気エネルギーの大きさに基づいて、ファン８の駆動を制御する。具体的には、制御装置１６は、本実施形態では、変換装置１１から出力される電気エネルギーが大きいほど、ファン８の回転数を高くするように制御している。
【００１７】
なお、電気エネルギーの大きさとファン８の回転数との関係は、正比例のような線形の関係であってもよいし、電気エネルギーが大きくなるほど回転数が高くなる割合を大きくするような非線形の関係であってもよい。また、制御装置１６は、変換装置１１から電気エネルギーが出力されたことを起因として、すなわち、通電されたことを起因として、ファン８の駆動を開始するスイッチとして機能するものであってもよいし、変換装置１１から出力される電気エネルギーが予め定められている基準値を超えるとファン８を駆動するように制御してもよい。
【００１８】
また、ファン駆動装置１０Ｃの場合、ファン８を駆動する電力を電源１４から供給する構成としているが、変換装置１１から出力される電気エネルギーでファン８を駆動可能であれば電源１４を設けない構成としてもよい。この場合、制御装置１６で行うファン８の制御はそれほど高速な処理等が不要であることから、制御装置１６に消費電力が少ないマイコンを用いることができる。その場合、制御装置１６の消費電力はファン８の消費電力に比べれば僅かであると想定されるので、変換装置１１の出力側に安定化装置１２を設け、制御装置１６の電力も変換装置１１側から、つまり、磁気エネルギーから供給する構成としてもよい。
【００１９】
図６は、本実施形態におけるファン駆動装置１０Ｄの構成を示している。このファン駆動装置１０Ｄは、図６（Ａ）に示すように、変換装置１１の本体にファン８が一体に設けられた構成となっている。なお、ファン駆動装置１０Ｄの電気的構成は、図２に示したファン駆動装置１０Ａと実質的に共通している。具体的には、変換装置１１は、導体１３が貫通するように筒状に形成されており、その下面に下部開口１１ａが形成され、その上面に上部開口１１ｂが形成されている。そして、下部開口１１ａに対応して、ファン８が本体に一体に取り付けられている。
【００２０】
このため、図６（Ｂ）に示すように変換装置１１は、自身を非接触で貫通する導体１３に電流（Ｉ）が流れると、ファン８が駆動され、下部開口１１ａから空気が吸入され、上部開口１１ｂや導体が貫通する側の開口から排気され、これによって導体１３が冷却される。なお、下部開口１１ａや上部開口１１ｂの数や配置、変換装置１１の貫通方向の長さや大きさは一例であり、図６に示す構成に限定されるものではない。
【００２１】
次に、上記した構成のファン駆動装置１０の配置、より具体的には、ファン８の配置について説明する。
図７は、閉鎖配電盤１に対するファン駆動装置１０の配置の一例を示すものであり、図７（Ａ）は閉鎖配電盤１を正面から見た場合の配置、図７（Ｂ）は閉鎖配電盤１を側面から見た場合の配置を模式的に示している。
【００２２】
閉鎖配電盤１には、複数の導体１３が設けられている。具体的には、閉鎖配電盤１の上部には例えば、三相モータを駆動するＳ、Ｒ、Ｔの各相に対応して、水平母線１３Ａ、水平母線１３Ｂおよび水平母線１３Ｃの３本の水平母線が横方向に配置されており、各水平母線に対して垂直母線１３Ｄ、垂直母線１３Ｅおよび垂直母線１３Ｆがそれぞれ接続されている。各母線は、導電性材料で形成されており、各負荷制御装置３への電力の供給、および負荷制御装置３により制御されるモータへの電力の供給を行っている。なお、閉鎖配電盤１内の電磁開閉器等、各種の周辺部品については、周知のものを参照すればよいので、図示および説明を省略する。
【００２３】
本実施形態の場合、水平母線１３Ａには、図７（Ｂ）に示すようにファン駆動装置１０Ｂが設けられている。より厳密には、水平母線１３Ａには、ファン駆動装置１０Ｂの変換装置１１（ＣＴ）が設けられている。以下、説明の簡略化のために、図７および後述する図８では、ファン駆動装置１０Ｂの変換装置１１が導体１３に設けられていることを、便宜的にファン駆動装置１０が設けられていると称して説明する。
【００２４】
ファン駆動装置１０Ｂにより駆動されるファン８は、本実施形態では閉鎖配電盤１の上面、および正面最上部側に配置されており、主として閉鎖配電盤１内の排気を行うために設けられている。これらのファン８は、比較的大型のものが採用されることもあり、消費電力が大きいと考えられる。また、閉鎖配電盤１内の換気を行うことから風量もある程度必要とされ、消費電力も大きくなることが予想される。そのため、本実施形態では、増幅装置１５を備えているファン駆動装置１０Ｂを設け、複数のファン８を十分に駆動できる構成としている。
【００２５】
これにより、水平母線に通電されたとき、ファン駆動装置１０Ｂによりファン８が駆動され、閉鎖配電盤１内の換気を行うことができる。この場合、３つの水平母線１３Ａ〜１３Ｂの場合、位相の差はあるものの、基本的には同じ程度の電流が流れると想定されるため、いずれか１つの水平母線にファン駆動装置を設ければよい。なお、ファン駆動装置１０Ｂの代わりにファン駆動装置１０Ａ（図２参照）を複数設け、各ファン駆動装置１０Ａがそれぞれ１つのファン８を駆動する構成としてもよいし、制御装置１６（図５参照）を設け、電気エネルギーの大きさに応じてファン８の回転数を制御するようにしてもよい。
【００２６】
また、各水平母線１３Ａ〜１３Ｃには、ファン８と変換装置１１（ＣＴ）とが一体になったファン駆動装置１０Ｂが設けられている。なお、図７（Ｂ）の場合、図面の簡略化のために、水平母線１３Ｃにのみファン駆動装置１０Ｄを図示している。このファン駆動装置１０Ｄにより、各水平母線１３Ａ〜１３Ｃが冷却される。閉鎖配電盤１内で消費される電力は必ず水平母線１３Ａ〜１３Ｃから供給されるため、最も大きな電流が流れる水平母線１３Ａ〜１３Ｃを冷却することで、閉鎖配電盤１内の温度上昇を低減することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、負荷制御装置３の後方や側面を冷却するファン８、あるいは開閉扉５に設けられているファン８を駆動するために、閉鎖配電盤１内に収容される各負荷制御装置３に対応して、電気エネルギーの大きさによってファン８の回転数が変化するファン駆動装置１０Ａが設けられている。このファン駆動装置１０Ａは、自身が取り付けられている位置よりも図示下方に収容されている負荷制御装置３に通電されているとき、ファン８を駆動して対応する負荷制御装置３を冷却する。
【００２８】
この場合、対応する負荷制御装置３が運転中であるときだけでなく、それよりも下方に収容されている負荷制御装置３が運転中であるときにもファン駆動装置１０Ａによりファン８が駆動される。このため、自身の発熱だけでなく、他の負荷制御装置３からの発熱による影響を低減することができる。すなわち、最も上部に位置している負荷制御装置３については、垂直母線１３Ｄに流れる電流が最も大きくなることからファン８の回転数が最も大きくなる。このため、下方の負荷制御装置３で暖められた空気が対流によって上方の負荷制御装置３に向かって流れても、ファン８の回転数が大きいことから、十分に冷却することができる。
【００２９】
一方、下方に収容されている負荷制御装置３に対応するファン駆動装置１０Ａでは、ファン８の回転数は、自身よりも下方で消費される電力が少ないため、上方に収容されている負荷制御装置３に対応するファン駆動装置１０よりも相対的に小さくなる。そして、自身よりも下方で消費される電力が少ないということは、発熱も少ないということであり、ファン８の回転数が相対的に小さくなっていても、ファン駆動装置１０Ａは十分に対応する負荷制御装置３を冷却することができる。すなわち、電気エネルギーの大きさによってファン８の回転数が変化するファン駆動装置１０Ａは、熱の発生源の位置と、対流による熱の移動とに相関した状態で、好適に作動する。
【００３０】
この場合、閉鎖配電盤１の側面に設けられているファン８を、各負荷制御装置３に対応して設けられているファン駆動装置１０Ａで駆動してもよい。例えば閉鎖配電盤１の側面に、装置収容室４と同数のファン８を設け、各装置収容室４に負荷制御装置３が設けられた場合、対応する位置のファン８と接続して駆動するようにしてもよい。これにより、負荷制御装置３の収容状況に応じて、ファン８を駆動することができる。
【００３１】
なお、図７（Ｂ）では垂直母線１３Ｄにファン駆動装置１０Ａを設けた例を示しているが、負荷制御装置３の端子部３ｂにファン駆動装置１０を設けてもよい。この場合、ファン駆動装置１０が利用する電気エネルギーは対応する負荷制御装置３の消費電力にのみ追従して変化することになる。そのため、負荷制御装置３を専用で冷却したい場合には、端子部３ｂにファン駆動装置１０を設けてもよい。この場合、負荷制御装置３を外部から冷却するだけでなく、負荷制御装置３に接続端子等を設け、負荷制御装置３内に設けられているファン８を、閉鎖配電盤１内の電力の使用状況に応じて駆動するようにしてもよい。
【００３２】
図８は、商用電源の受電点となる配電盤２０を模式的に示している。この配電盤２０内には受電点が設けられており、受電点から導体である水平母線１３Ｇ〜１３Ｉまでの間は、導体である接続ケーブル１３Ｊにより接続されている。そして、この接続ケーブル１３Ｊに、ファン駆動装置１０Ａが設けられている。このファン駆動装置１０Ａの変換装置１１は、盤内に設けられている接続板２１に取り付けられている。
【００３３】
つまり、本実施形態における導体１３とは、水平母線等のように導電性材料を板状に形成したいわゆるバスバーだけで無く、導体を線状に形成したケーブル等をも含んでいる。この場合、変換装置１１は図６に示したように中空の筒状に形成されているので、接続ケーブル１３Ｊを通すこともできる。また、ファン８は、図示は省略するが、配電盤２０の前面の扉や上面等に設けられている。これにより、ファン駆動装置１０Ａは、盤内の換気つまりは排熱を行うことができる。なお、ファン駆動装置１０Ａの代わりに、あるいは、ファン駆動装置１０Ａに加えてファン駆動装置１０Ｄを設け、接続ケーブル１３Ｊを冷却するようにしてもよい。
【００３４】
このように、ファン駆動装置１０は、盤内に設けられている導体１３を流れる電流により生じる磁気エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーを利用してファン８を駆動している。
【００３５】
以上説明した実施形態によれば、次のような効果を奏する。
ファン駆動装置１０は、配電盤内に設けられている導体を流れる電流により生じる磁気エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する変換装置１１と、変換装置１１から出力される電気エネルギーを利用して駆動されるファン８と、を備えている。これにより、従来では単に空気中に放出されるだけであった磁気エネルギーを利用してファン８を駆動すること、つまり、盤内の換気や冷却を行うことができる。
【００３６】
この場合、ファン８は電気エネルギーが供給されると自動で駆動されるので、基本的には制御回路等を設ける必要が無く、追加部品の増加を招くことがない。また、従来はただ単に廃棄されていた磁気エネルギーを利用していることから、消費電力の増加を極力抑制することができる。
【００３７】
また、変換装置１１として電流変換器（ＣＴ）を用いているので、基本的に導体１３とは非接触で磁気エネルギーを利用することができる。そのため、仮にファン８が故障しても導体１３に与える影響がなく、専用の遮断器等を設ける必要が無い。したがって、追加部品の増加を招くことがない。
また、例えばファン駆動装置１０Ａのファン８は、変換装置１１から出力される電気エネルギーの大きさの変化に追従して回転数が変化するので、制御回路等を設ける必要が無く、追加部品の増加を招くことがない。
【００３８】
その一方で、ファン駆動装置１０Ｃのようにファン８を制御する制御装置１６を備えてもよく、その場合、制御装置１６は、変換装置１１側から出力される電気エネルギーを、ファン８を制御する際の制御信号として利用する。この場合、ファン８の制御用に最小限の機能を有するマイコン等を利用すれば、消費電力の増加を極力低減しつつも、細かくファン８を制御することができる。
【００３９】
また、ファン駆動装置１０Ｄのように、ファン８を変換装置１１に一体に設けてもよい。この場合、変換装置１１は必須であるのでいずれにしろ取り付ける必要がある一方、ファン８を単体で取り付ける構造や部品を削減することができるので、部品点数の削減と省スペース化とを図ることができる。
また、このようなファン駆動装置１０を配電盤に採用することで、追加部品や消費電力の増加を極力抑制しつつ、配電盤の換気や冷却を行うことができる。
【００４０】
（その他の実施形態）
ファン８は、実施形態で例示した配置に限定されることは無く、例えば以下のような部位に配置あるいは取り付けることができる。
例えば負荷制御装置３に対して個別にファン８を設ける場合、負荷制御装置３の前面の操作パネルに配置し、負荷制御装置３内の遮断器、コンタクタ、補助リレーの冷却に用いてもよい。
【００４１】
例えば閉鎖配電盤１にファン８を設ける場合、開閉扉５以外の扉（例えば、母線収容室７の扉等）に配置し、盤内全体、負荷制御装置３、母線導体、圧着端子、遮断器などの電気用品等を冷却してもよい。
例えば配電盤２０の場合、盤内全体、母線導体、圧着端子、遮断器（図示省略）等の電気用品の冷却に用いてもよい。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
図面中、１は閉鎖配電盤（配電盤）、８はファン、１０、１０Ａ〜１０Ｄはファン駆動装置、１１は変換装置（電流変換器）、１３は導体、１３Ａ〜１３Ｃ、１３Ｇ〜１３Ｉは水平母線（導体）、１３Ｄ〜１３Ｆは垂直母線（導体）、１３Ｊは接続ケーブル（導体）、１６は制御装置、２０は配電盤（配電盤）を示す。
【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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