(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素線が巻き回されてそれぞれ構成され、同軸上に重ねて配置された複数の円板状巻線と、
前記複数の円板状巻線の各々の外周に位置する外周素線の表面および内周に位置する内周素線の表面を覆う複数の絶縁物と、
軸方向において互いに隣接する円板状巻線同士の間にそれぞれ位置する複数の絶縁板と、
軸方向において互いに隣接する円板状巻線と絶縁板との間にそれぞれ位置し、該円板状巻線と該絶縁板との間を冷媒が流れる第１流路を規定する複数の第１絶縁スペーサと、
前記複数の円板状巻線の各々において、前記外周素線の内側に位置する素線と前記外周素線との間、および、前記内周素線の外側に位置する素線と前記内周素線との間に位置し、前記複数の円板状巻線の各々を前記軸方向に貫通するように冷媒が流れる第２流路を規定する複数の第２絶縁スペーサとを備え、
前記複数の絶縁物の各々は、前記外周素線の前記表面および前記内周素線の前記表面のいずれか一方を覆い、
前記複数の円板状巻線の各々において、前記複数の第２絶縁スペーサは、前記外周素線の内周面の全周、および、前記内周素線の外周面の全周に沿って、互いに間隔をあけて位置しており、
前記第１流路と前記第２流路とが互いに連通している、静止誘導器。
【請求項２】
前記複数の絶縁板の各々は、前記軸方向において互いに隣接する前記円板状巻線同士の互いに対向する前記第２流路の間に位置する部分に、該第２流路を互いに連通させる開口部が設けられている、請求項１に記載の静止誘導器。
【請求項３】
前記複数の第２絶縁スペーサの各々における前記複数の円板状巻線の径方向の厚さが４ｍｍ以上８ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の静止誘導器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静止誘導器に関し、特に、冷媒により巻線を冷却する静止誘導器に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒により巻線を冷却する静止誘導器の構成を開示した先行文献として、特開２０１２−１９０２６号公報(特許文献１)および特開２０１２−６９６２１号公報(特許文献２)がある。
【０００３】
特許文献１に記載された静止誘導器においては、円板状巻線を構成する素線間にスペーサを配置することにより、素線間に隙間を生じさせている。互いに隣接する円板状巻線同士の間には、冷媒が流れる第１冷媒流路が設けられている。素線間に生じた隙間は、円板状巻線を横切って冷媒を通す第２冷媒流路となり、第１冷媒流路に連通している。
【０００４】
特許文献２に記載された静止誘導器においては、円板状巻線の内周側および外周側の両方の端部は絶縁物にて覆われている。絶縁物には、冷媒流路を確保するための第２絶縁スペーサが配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１９０２６号公報
【特許文献２】特開２０１２−６９６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
円板状巻線において、絶縁物にて覆われている内周側および外周側の両方の端部は、冷媒との接触面積が小さいため、冷却されにくく発熱しやすい。特許文献１，２に記載された静止誘導器は、絶縁物にて覆われている内周側および外周側の両方の端部を冷却する観点から改善の余地がある。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、円板状巻線における絶縁物にて覆われている内周側および外周側の両方の端部を効果的に冷却することができる、静止誘導器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に基づく静止誘導器は、素線が巻き回されてそれぞれ構成され、同軸上に重ねて配置された複数の円板状巻線と、複数の円板状巻線の各々の外周に位置する外周素線の表面および内周に位置する内周素線の表面を覆う複数の絶縁物と、軸方向において互いに隣接する円板状巻線同士の間にそれぞれ位置する複数の絶縁板と、軸方向において互いに隣接する円板状巻線と絶縁板との間にそれぞれ位置し、円板状巻線と絶縁板との間を冷媒が流れる第１流路を規定する複数の第１絶縁スペーサと、複数の円板状巻線の各々において、外周素線の内側に位置する素線と外周素線との間、および、内周素線の外側に位置する素線と内周素線との間に位置し、複数の円板状巻線の各々を上記軸方向に貫通するように冷媒が流れる第２流路を規定する複数の第２絶縁スペーサとを備える。複数の絶縁物の各々は、外周素線の表面および内周素線の表面のいずれか一方を覆っている。複数の円板状巻線の各々において、複数の第２絶縁スペーサは、外周素線の内周面の全周、および、内周素線の外周面の全周に沿って、互いに間隔をあけて位置している。第１流路と第２流路とは互いに連通している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、円板状巻線における絶縁物にて覆われている内周側および外周側の両方の端部を効果的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る静止誘導器である外鉄形変圧器の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る静止誘導器のコイルの構成を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ部の一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】図２に示すコイルのＡ部を矢印１方向から見た一部正面図である。
【図５】図２に示すコイルのＡ部を矢印２方向から見た一部背面図である。
【図６】図４のコイルの一部をＶＩ−ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る静止誘導器の絶縁物の外観を示す斜視図である。
【図８】図６のコイルの一部を矢印１方向から見た図である。
【図９】本発明の実施形態１に係る静止誘導器における円板状巻線の温度分布を、第２絶縁スペーサが配置されていない比較例の静止誘導器における円板状巻線の温度分布と比較して示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態１の変形例に係る静止誘導器のコイルの一部を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態２に係る静止誘導器のコイルの構成を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示すコイルのＡ部を拡大して示す一部正面図である。
【図１３】図１２のコイルの一部をＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。
【図１４】図１２のコイルの一部をＸＩＶ−ＸＩＶ線矢印方向から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の各実施形態に係る静止誘導器について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１２】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る静止誘導器である外鉄形変圧器の構成を示す斜視図である。図１においては、各構成の一部をカットして示している。図１に示すように、本発明の実施形態１に係る静止誘導器１００は、鉄心１１０と、鉄心１１０に巻き回されたコイル１２０と、鉄心１１０およびコイル１２０を収容するタンク１３０と、タンク１３０内に充填されて鉄心１１０およびコイル１２０が浸漬された図示しない絶縁油とを備える。
【００１３】
鉄心１１０は、積層された複数の磁性鋼板から構成されている。本実施形態においては、中央部に開口を有する直方体状の鉄心１１０が２つ隣り合うように配置されている。
【００１４】
コイル１２０は、各鉄心１１０の開口を貫通するように、２つの鉄心１１０の互いに隣り合った脚に巻き回されている。コイル１２０は、コイル１２０の軸方向において、高圧側コイルを低圧側コイル同士で挟むように構成されている。
【００１５】
絶縁油は、絶縁媒体と冷却媒体とを兼ねている。絶縁油は、タンク１３０内を循環するようにポンプによって加圧されており、鉄心１１０およびコイル１２０の周囲を流動している。本実施形態においては、絶縁油として鉱油を用いているが、絶縁油としてエステル油などを用いてもよい。絶縁油は循環途中において、ファンが設けられたラジエータに送られて冷却される。絶縁油の温度は、通常、２０℃以上１００℃以下である。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態１に係る静止誘導器のコイルの構成を示す斜視図である。図３は、図２のＡ部の一部を拡大して示す斜視図である。図２，３において、コイルの幅方向をＸ軸方向、コイルの高さ方向をＹ軸方向、コイルの軸方向をＺ軸方向で示している。図２においては、後述する絶縁物を図示していない。
【００１７】
図２，３に示すように、本発明の実施形態１に係る静止誘導器のコイル１２０は、Ｚ軸方向に同軸上に重ねて配置された複数の円板状巻線１０を含む。高圧側コイルおよび低圧側コイルの各々が、複数の円板状巻線１０を含む。高圧側コイルおよび低圧側コイルの各々において、互いに隣接する円板状巻線１０の内周端同士または外周端同士は電気的に接続されている。コイル１２０の外形寸法は、たとえば、幅が１５００ｍｍ程度、高さが３０００ｍｍ程度である。
【００１８】
複数の円板状巻線１０は、素線１１が巻き回されてそれぞれ構成されている。素線１１は、銅線の周囲をクラフト紙などの絶縁紙で覆った構造を有している。素線１１は、内周側から外周側に向けて巻き回されている。
【００１９】
複数の円板状巻線１０の各々において、内周に位置する部分が内周素線１１ａであり、外周に位置する部分が外周素線１１ｂである。互いに隣接する円板状巻線１０において、内周端同士が電気的に接続されている場合には、外周素線１１ｂ同士の間に比較的大きな電位差が生じており、外周端同士が電気的に接続されている場合には、内周素線１１ａ同士の間に比較的大きな電位差が生じている。
【００２０】
コイル１２０は、複数の第２絶縁スペーサ１２をさらに含む。複数の第２絶縁スペーサ１２は、複数の円板状巻線１０の各々において、外周素線１１ｂの内側に位置する素線１１と外周素線１１ｂとの間に挟まれて位置している。複数の第２絶縁スペーサ１２は、複数の円板状巻線１０の各々において、外周素線１１ｂの内周面の全周に沿って、互いに間隔をあけて位置している。
【００２１】
同様に、複数の第２絶縁スペーサ１２は、複数の円板状巻線１０の各々において、内周素線１１ａの外側に位置する素線１１と内周素線１１ａとの間に挟まれて位置している。複数の第２絶縁スペーサ１２は、複数の円板状巻線１０の各々において、内周素線１１ａの外周面の全周に沿って、互いに間隔をあけて位置している。
【００２２】
複数の第２絶縁スペーサ１２の各々は、直方体状の外形を有している。複数の第２絶縁スペーサ１２の各々は、プレスボードで構成されている。ただし、第２絶縁スペーサ１２の材料は、プレスボードに限られず、耐油性を有する絶縁性樹脂であってもよい。複数の第２絶縁スペーサ１２の各々の外形寸法は、たとえば、円板状巻線１０の周方向の幅が５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、円板状巻線１０の径方向の厚さが２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。円板状巻線１０の径方向の厚さは、４ｍｍ以上８ｍｍ以下であることが好ましい。複数の第２絶縁スペーサ１２の配置間隔は、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。複数の第２絶縁スペーサ１２の各々は、変圧器の短絡時に素線１１同士の間に作用する機械力に耐える強度を有している。
【００２３】
複数の円板状巻線１０の各々において、複数の第２絶縁スペーサ１２が配置されていることによって、複数の円板状巻線１０の各々をＺ軸方向に貫通するように絶縁油が流れる第２流路１０ｔが規定されている。複数の円板状巻線１０の各々において、第２流路１０ｔは、外周素線１１ｂの全周および内周素線１１ａの全周の各々に沿って設けられている。これにより、外周素線１１ｂおよび内周素線１１ａの各々と絶縁油との接触面積を十分に確保することができる。
【００２４】
複数の第２絶縁スペーサ１２は、素線１１を内周側から巻き回す際に配置されるため、複数の円板状巻線１０の各々に複数の第２絶縁スペーサ１２を容易に配置することができる。
【００２５】
図４は、図２に示すコイルのＡ部を矢印１方向から見た一部正面図である。図５は、図２に示すコイルのＡ部を矢印２方向から見た一部背面図である。図６は、図４のコイルの一部をＶＩ−ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。図７は、本発明の実施形態１に係る静止誘導器の絶縁物の外観を示す斜視図である。図８は、図６のコイルの一部を矢印１方向から見た図である。図８においては、後述する絶縁板を図示していない。
【００２６】
図４〜８に示すように、コイル１２０は、複数の絶縁物１３をさらに含む。複数の絶縁物１３は、複数の円板状巻線１０の各々の外周素線１１ｂの表面および内周素線１１ａの表面を覆っている。複数の絶縁物１３の各々は、外周素線１１ｂの表面および内周素線１１ａの表面のいずれか一方を覆っている。
【００２７】
外周素線１１ｂの表面を覆っている複数の絶縁物１３は、上記外周端の位置において外周素線１１ｂの周方向に互いに間隔をあけて配置されている。内周素線１１ａの表面を覆っている複数の絶縁物１３は、上記内周端の位置において内周素線１１ａの周方向に互いに間隔をあけて配置されている。
【００２８】
複数の絶縁物１３の各々は、プレスボードで構成されている。ただし、絶縁物１３の材料は、プレスボードに限られず、耐油性を有する絶縁性樹脂であってもよい。
【００２９】
複数の絶縁物１３の各々は、図６に示すように、外周素線１１ｂの外周面、並びに、Ｚ軸方向とそれぞれ略垂直な正面および背面を覆っている。複数の絶縁物１３の各々は、外周素線１１ｂの正面を覆う側と背面を覆う側とで、円板状巻線１０の径方向の長さが異なる。具体的には、外周素線１１ｂの表面を覆っている複数の絶縁物１３の各々においては、互いに隣接する円板状巻線１０において比較的大きな電位差が生じている外周素線１１ｂ同士の間に位置する側は、外周素線１１ｂの内側に位置する素線１１の正面または背面を覆うまで、円板状巻線１０の径方向の内側に向けて延在している。一方、互いに隣接する円板状巻線１０において外周端同士が電気的に接続されて外周素線１１ｂ同士の間が略同電位になっている側は、外周素線１１ｂの正面または背面を覆うまで、円板状巻線１０の径方向の内側に向けて延在している。
【００３０】
同様に、複数の絶縁物１３の各々は、内周素線１１ａの内周面、並びに、Ｚ軸方向とそれぞれ略垂直な正面および背面を覆っている。複数の絶縁物１３の各々は、内周素線１１ａの正面を覆う側と背面を覆う側とで、円板状巻線１０の径方向の長さが異なる。具体的には、内周素線１１ａの表面を覆っている複数の絶縁物１３の各々においては、互いに隣接する円板状巻線１０において比較的大きな電位差が生じている内周素線１１ａ同士の間に位置する側は、内周素線１１ａの外側に位置する素線１１の正面または背面を覆うまで、円板状巻線１０の径方向の外側に向けて延在している。一方、互いに隣接する円板状巻線１０において内周端同士が電気的に接続されて内周素線１１ａ同士の間が略同電位になっている側は、内周素線１１ａの正面または背面を覆うまで、円板状巻線１０の径方向の外側に向けて延在している。
【００３１】
図６に示すように、コイル１２０は、互いに隣接する円板状巻線１０同士の間にそれぞれ位置する複数の絶縁板１５をさらに含む。複数の絶縁板１５の各々は、円板状巻線１０と対向するように、円板状巻線１０の形状に対応した環状の外形を有している。複数の絶縁板１５の各々は、プレスボードで構成されている。ただし、絶縁板１５の材料は、プレスボードに限られず、耐油性を有する絶縁性樹脂であってもよい。
【００３２】
図６，８に示すように、コイル１２０は、複数の第１絶縁スペーサ１４をさらに含む。複数の第１絶縁スペーサ１４は、互いに隣接する円板状巻線１０と絶縁板１５との間にそれぞれ位置している。互いに隣接する円板状巻線１０と絶縁板１５との間において、複数の第１絶縁スペーサ１４が互いに間隔をあけてマトリックス状に位置している。
【００３３】
複数の第１絶縁スペーサ１４の各々は、硫酸塩パルプで構成されている。ただし、第１絶縁スペーサ１４の材料は、硫酸塩パルプに限られず、耐油性を有する絶縁性樹脂またはプレスボードであってもよい。複数の第１絶縁スペーサ１４の各々は、正面視にて平行四辺形である四角柱状の外形を有している。
【００３４】
複数の第１絶縁スペーサ１４が配置されていることによって、互いに隣接する円板状巻線１０と絶縁板１５との間を、図８中の点線９で示すように、円板状巻線１０に沿って絶縁油が流れる第１流路１０ｕが規定されている。複数の円板状巻線１０の各々において、第１流路１０ｕは、円板状巻線１０の正面および背面の各々に沿って設けられている。
【００３５】
図６に示すように、第１流路１０ｕと第２流路１０ｔとは、互いに連通している。これにより、円板状巻線１０の正面および背面の各々に沿って第１流路１０ｕを流動する絶縁油の一部を、第２流路１０ｔに流入させて、外周素線１１ｂの全周および内周素線１１ａの全周の各々に沿って流動させることができる。その結果、絶縁物１３に覆われて発熱しやすい外周素線１１ｂおよび内周素線１１ａの各々を効果的に冷却することができる。
【００３６】
図９は、本発明の実施形態１に係る静止誘導器における円板状巻線の温度分布を、第２絶縁スペーサが配置されていない比較例の静止誘導器における円板状巻線の温度分布と比較して示すグラフである。図９においては、縦軸に円板状巻線の温度、横軸に円板状巻線の径方向の位置を示している。また、本発明の実施形態１に係る静止誘導器における円板状巻線の温度分布を実線で、比較例の静止誘導器における円板状巻線の温度分布を点線で示している。
【００３７】
図９に示すように、第２絶縁スペーサ１２が配置されていない比較例の静止誘導器における円板状巻線においては、絶縁物１３にて覆われている内周側および外周側の両方の端部の温度Ｔ2が高くなっていた。一方、本発明の実施形態１に係る静止誘導器１００における円板状巻線１０においては、絶縁物１３にて覆われている内周側および外周側の両方の端部の温度Ｔ1は、円板状巻線１０の他の部位と同等の温度に維持されていた。このことから、本実施形態に係る静止誘導器１００は、複数の円板状巻線１０の各々において、絶縁物１３にて覆われている内周側および外周側の両方の端部を効果的に冷却することができることが確認できた。
【００３８】
本実施形態に係る静止誘導器１００においては、円板状巻線１０の最高温度を低減することができるため、円板状巻線１０の寿命を延ばすことができる。また、複数の円板状巻線１０の各々において内周側および外周側の両方の端部が占める体積の割合は約１５％であり、この部分の冷却効率を高めることにより、絶縁油の量を低減することができ、ひいては静止誘導器１００の小型化を図ることができる。なお、本実施形態に係る静止誘導器１００は、絶縁油をポンプを用いて強制的に循環させる構成を有していたが、絶縁油を自然対流によって循環させる構成を有していてもよい。
【００３９】
ここで、本発明の実施形態１の変形例に係る静止誘導器について説明する。図１０は、本発明の実施形態１の変形例に係る静止誘導器のコイルの一部を示す断面図である。図１０においては、図６と同じ断面視にて２つの円板状巻線１０に相当する部分を図示している。
【００４０】
図１０に示すように、本発明の実施形態１の変形例に係る静止誘導器のコイルにおいては、複数の絶縁板１５の各々は、互いに隣接する円板状巻線１０同士の互いに対向する第２流路１０ｔの間に位置する部分に、第２流路１０ｔを互いに連通させる開口部１５ｈが設けられている。開口部１５ｈは、互いに隣接する円板状巻線１０の外周端同士が電気的に接続されて略同電位になっている外周素線１１ｂ同士の間の位置の近傍、または、内周端同士が電気的に接続されて略同電位になっている内周素線１１ａ同士の間の位置の近傍に、設けられている。
【００４１】
複数の絶縁板１５の各々に開口部１５ｈが設けられていることにより、絶縁油の流路の圧力損失を低減するとともに、複数の円板状巻線１０における円板状巻線１０同士の温度差を低減することができる。
【００４２】
(実施形態２)
以下、本発明の実施形態２に係る静止誘導器について図面を参照して説明する。なお、本発明の実施形態２に係る静止誘導器は、絶縁物の形状のみ本発明の実施形態１に係る静止誘導器１００と異なるため、本発明の実施形態１に係る静止誘導器１００と同様の構成については説明を繰り返さない。
【００４３】
図１１は、本発明の実施形態２に係る静止誘導器のコイルの構成を示す斜視図である。図１２は、図１１に示すコイルのＡ部を拡大して示す一部正面図である。図１３は、図１２のコイルの一部をＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図１４は、図１２のコイルの一部をＸＩＶ−ＸＩＶ線矢印方向から見た断面図である。図１１においては、絶縁物を図示していない。
【００４４】
図１１〜１４に示すように、本発明の実施形態２に係る静止誘導器のコイル２２０は、複数の絶縁物２３を含む。複数の絶縁物２３は、複数の円板状巻線１０の各々の外周素線１１ｂの表面および内周素線１１ａの表面を覆っている。複数の絶縁物２３の各々は、外周素線１１ｂの表面および内周素線１１ａの表面のいずれか一方を覆っている。
【００４５】
複数の絶縁物２３の各々は、プレスボードで構成されている。ただし、絶縁物２３の材料は、プレスボードに限られず、耐油性を有する絶縁性樹脂であってもよい。
【００４６】
複数の絶縁物２３の各々は、図１２〜１４に示すように、外周素線１１ｂの外周面、並びに、Ｚ軸方向とそれぞれ略垂直な正面および背面を覆っている。複数の絶縁物２３の各々は、円板状巻線１０の径方向の長さが、円板状巻線１０の周方向において交互に異なっている。
【００４７】
具体的には、外周素線１１ｂの表面を覆っている複数の絶縁物２３の各々においては、円板状巻線１０の周方向に沿って行くに従って、図１３に示すように外周素線１１ｂの内側に位置する素線１１の正面または背面を覆うまで円板状巻線１０の径方向の内側に向けて延在している部分と、図１４に示すように外周素線１１ｂの正面または背面を覆うまで円板状巻線１０の径方向の内側に向けて延在している部分とが、交互に位置している。
【００４８】
同様に、内周素線１１ａの表面を覆っている複数の絶縁物２３の各々においては、円板状巻線１０の周方向に沿って行くに従って、内周素線１１ａの外側に位置する素線１１の正面または背面を覆うまで円板状巻線１０の径方向の外側に向けて延在している部分と、内周素線１１ａの正面または背面を覆うまで円板状巻線１０の径方向の外側に向けて延在している部分とが、交互に位置している。
【００４９】
複数の絶縁物２３の各々が上記の形状を有することにより、第１流路１０ｕと第２流路１０ｔとの連通箇所の面積を、本発明の実施形態１に係る静止誘導器１００に比較して多くすることができる。これにより、第２流路１０ｔに流入する絶縁油の量を多くすることができる。その結果、絶縁物２３に覆われて発熱しやすい外周素線１１ｂおよび内周素線１１ａの各々を効果的に冷却することができる。
【００５０】
複数の絶縁物２３の各々は、外周素線１１ｂの内側に位置する素線１１、または、内周素線１１ａの外側に位置する素線１１を挟み込んでいるため、円板状巻線１０に安定して固定することができる。その結果、複数の円板状巻線１０を同軸上に重ねて配置する際に、絶縁物２３が円板状巻線１０から脱落することを抑制できる。
【００５１】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１０  円板状巻線、１０ｔ  第２流路、１０ｕ  第１流路、１１  素線、１１ａ  内周素線、１１ｂ  外周素線、１２  第２絶縁スペーサ、１３，２３  絶縁物、１４  第１絶縁スペーサ、１５  絶縁板、１５ｈ  開口部、１００  静止誘導器、１１０  鉄心、１２０，２２０  コイル、１３０  タンク。
【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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