(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状のコア片(11)を絶縁層(12)により覆って構成されるコア(１)にコイル(２)を巻装してなるコイル装置において、
前記コア(１)は複数段に積み重ねられてコア積層体(10)が構成され、該コア積層体(10)に前記コイル(２)が巻装されており、
前記コア積層体(10)を構成する各コア(１)のコア片(11)には、その周方向に間隔をおいて、第１磁気ギャップ部(14)と第２磁気ギャップ部(13)が形成され、第１磁気ギャップ部(14)は、コア片(11)の中心軸と直交する断面における貫通方向がコア片(11)の中心軸からずれており、
前記コア積層体(10)を構成する複数のコア(１)の内、１つのコア(１)の第２磁気ギャップ部(13)は他の１つのコア(１)の第２磁気ギャップ部(13)に対して、コア(１)の周方向へずれていることを特徴とするコイル装置。
【請求項２】
リング状のコア片(11)を絶縁層(12)により覆って構成されるコア(１)にコイル(２)を巻装してなるコイル装置において、
前記コア(１)は複数段に積み重ねられてコア積層体(10)が構成され、該コア積層体(10)に前記コイル(２)が巻装されており、
前記コア積層体(10)を構成する各コア(１)のコア片(11)には、その周方向に間隔をおいて、第１磁気ギャップ部(14)と第２磁気ギャップ部(13)が形成され、第１磁気ギャップ部(14)は、コア片(11)の中心軸と直交する断面における貫通方向がコア片(11)の中心軸からずれており、
前記コア積層体(10)を構成する複数のコア(１)の内、１つのコア(１)の第１磁気ギャップ部(14)は他の１つのコア(１)の第１磁気ギャップ部(14)に対して、コア(１)の周方向へずれていることを特徴とするコイル装置。
【請求項３】
第１磁気ギャップ部(14)は、コア片(11)及び絶縁層(12)を貫通して形成され、第２磁気ギャップ部(13)には絶縁層(12)の一部が充填されている請求項１又は請求項２に記載のコイル装置。
【請求項４】
２つの磁気ギャップ部(14)(13)を有するコア(１)を作製するコア作製工程と、コア(１)にコイル(２)を巻装するコイル巻装工程とを有し、コア作製工程は、コア(１)の材料を用いて１つの磁気ギャップ部(13)を有するＣ字状片(16)を作製する第１工程と、Ｃ字状片(16)をモールド樹脂(17)により覆ってリング状片(18)を作製する第２工程と、リング状片(18)に１つの磁気ギャップ部(14)を形成してコア(１)を得る第３工程とを有しているコイル装置の製造方法。
【請求項５】
コア作製工程の第３工程では、リング状片(18)の中心軸と直交する断面にてリング状片(18)の中心軸からずれた方向に磁気ギャップ部(14)を貫通させ、コイル巻装工程は、コイル(２)となる空芯コイル(21)を作製する第１工程と、コア(１)の磁気ギャップ部(14)を挟む一対のコア端面の内、コア(１)の中心軸から遠い一方のコア端面を空芯コイル(21)の中央孔へ侵入せしめて、コア(１)の周囲に空芯コイル(21)を装着する第２工程とを有している請求項４に記載のコイル装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種交流機器における整流回路、雑音防止回路、共振回路等に装備されるコイル装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコイル装置は、図１３に示す様にリング状のコア(７)に、一対の端子部(83)(84)を有するコイル(８)を巻装してなり、コア(７)は、図１４に示す如く、幅Ｇの磁気ギャップ部を有するＣ字状のコア片(71)と、コア片(71)を収容する合成樹脂製の上半ケース(72)及び下半ケース(73)から構成されている。
【０００３】
この様なコイル装置においては、コアの磁気ギャップ部の幅(以下、ギャップ幅という)Ｇ、コイルの巻数、コアの大きさ等の諸元によって、図１５に示す如き直流バイアス電流ＩｄとインダクタンスＬの関係が決まり、要求される特性に応じてギャップ幅Ｇや巻数等が選定されている。例えば、低電流域のインダクタンス(以下、初期インダクタンスという)に大きな値が必要であれば、ギャップ幅Ｇは出来るだけ小さく形成し、巻数は大きくすることが有効である。又、電流が増大してもインダクタンスの変化が少なく、安定したインダクタンス特性が必要であれば、ギャップ幅Ｇは大きく形成することが有効である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、安定したインダクタンス特性を得るべく、ギャップ幅を大きく形成すると、図１５に示す如く初期インダクタンスが大きく低下することになる。そこで、そのインダクタンスの低下分を補うために、巻数を大きくしたり、コアを大きくすることが行なわれているが、これによってコイル装置が大型となる問題が生じる。
【０００５】
そこで本発明の目的は、広い電流域で安定したインダクタンス特性を得ることが出来ると共に、装置を大型化することなく高い初期インダクタンスを得ることが出来るコイル装置及びその製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係るコイル装置は、リング状のコア片(11)を絶縁層(12)により覆って構成されるコア(１)にコイル(２)を巻装してなり、前記コア片(11)には、その周方向に間隔をおいて、複数の磁気ギャップ部(13)(14)が形成され、少なくとも１つの磁気ギャップ部(14)は、コア片(11)の中心軸と直交する断面における貫通方向がコア片(11)の中心軸からずれていることを特徴とする。
【０００７】
上記本発明のコイル装置においては、コア片(11)に複数の磁気ギャップ部(14)(13)を形成した構造(以下、分散ギャップ型構造という)の採用によって、インダクタンス特性がより安定したものとなる。これによって、前記複数の磁気ギャップ部(14)(13)のギャップ幅合計値に等しいギャップ幅の磁気ギャップ部を１箇所に形成した構造(以下、単一ギャップ型構造という)のコイル装置に比べて、初期インダクタンスが低くなるが、可能な範囲で巻数を増大させることによって、インダクタンス特性の安定度を保ったまま、初期インダクタンスを増大させることが出来る。
更に、１つの磁気ギャップ部(14)を上記の如くコア片(11)の中心軸とは食い違う方向に貫通させた構造(以下、サイドギャップ型構造という)の採用によって、磁気ギャップ部をコア片の中心軸と交叉する方向に貫通させた構造(以下、センターギャップ型構造という)のみを有するコイル装置と比べて、インダクタンス特性の安定度を保ったまま、初期インダクタンスを増大させることが出来る。
本発明に係るコイル装置においては、上記分散ギャップ型構造の発揮する効果と上記サイドギャップ型構造の発揮する効果とが相乗して、優れた効果が得られることになる。
【０００８】
具体的構成において、コア片(11)の複数の磁気ギャップ部(14)(13)の内、前記少なくとも１つの磁気ギャップ部(14)は、コア片(11)及び絶縁層(12)を貫通して形成され、その他の磁気ギャップ部(13)には絶縁層(12)の一部が充填されている。
該具体的構成によれば、複数の磁気ギャップ部(14)(13)の形成によって複数箇所で分断されているコア片(11)が、絶縁層(12)による連結によって一体化される。そして、前記少なくとも１つの磁気ギャップ部(14)を利用して、コア(１)にコイル(２)を巻装することが出来る。
【０００９】
他の具体的構成において、コア(１)は複数段に積み重ねられてコア積層体(10)が構成され、該コア積層体(10)にコイル(２)が巻装されている。
ここで、コア積層体(10)を構成する各コア(１)は２つの磁気ギャップ部(14)(13)を有し、前記少なくとも１つの磁気ギャップ部(14)を第１磁気ギャップ部、他方の磁気ギャップ部(13)を第２磁気ギャップ部として、コア積層体(10)を構成する複数のコア(１)の第１磁気ギャップ部(14)は互いに重なっている。
該具体的構成によれば、コア積層体(10)を構成する複数のコア(１)の第１磁気ギャップ部(14)が１つの連続した隙間を形成するので、該隙間を利用して、複数のコア(１)にコイル(２)を巻装することが出来る。
【００１０】
或いは、コア積層体(10)を構成する各コア(１)は２つの磁気ギャップ部(14)(13)を有し、前記少なくとも１つの磁気ギャップ部(14)を第１磁気ギャップ部、他方の磁気ギャップ部(13)を第２磁気ギャップ部として、コア積層体(10)を構成する複数のコア(１)の内、少なくとも１つのコア(１)の第１磁気ギャップ部(14)は他のコア(１)の第１磁気ギャップ部(14)に対して、コア(１)の周方向へずれている。
該具体的構成のコイル装置の製造工程においては、前記具体的構成の如くコア積層体(10)を構成する複数のコア(１)の第１磁気ギャップ部(14)が１つの連続した隙間を形成する様、複数のコア(１)を重ね合わせた状態で、前記隙間を利用して複数のコア(１)にコイル(２)を巻装した後、少なくとも１つのコア(１)を他のコア(１)に対して周方向に回転させる。これによって、前記１つの連続した隙間は塞がれることになり、該隙間からのコイル(２)の脱出が阻止される。
又、複数のコア(１)の第１磁気ギャップ部(14)が互いにずれた構造の採用によって、これらの第１磁気ギャップ部(14)が互いに重なった構造よりも、初期インダクタンスが増大することになる。
【００１１】
本発明に係るコイル装置の製造方法は、２つの磁気ギャップ部(14)(13)を有するコア(１)を作製するコア作製工程と、コア(１)にコイル(２)を巻装するコイル巻装工程とを有し、コア作製工程は、コア(１)の材料を用いて１つの磁気ギャップ部(13)を有するＣ字状片(16)を作製する第１工程と、Ｃ字状片(16)をモールド樹脂(17)により覆ってリング状片(18)を作製する第２工程と、リング状片(18)に１つの磁気ギャップ部(14)を形成してコア(１)を得る第３工程とを有している。
【００１２】
上記本発明のコイル装置の製造方法によれば、第２工程によりＣ字状片(16)がモールド樹脂(17)によって覆われた後に、第３工程で磁気ギャップ部(14)が形成されるので、Ｃ字状片(16)が２つの磁気ギャップ部(13)(14)の形成によって２箇所で分断された状態でも、コア(１)はモールド樹脂(17)によって一体を保持する。
【００１３】
具体的構成において、コア作製工程の第３工程では、リング状片(18)の中心軸と直交する断面にてリング状片(18)の中心軸からずれた方向に磁気ギャップ部(14)を貫通させ、コイル巻装工程は、コイル(２)となる空芯コイル(21)を作製する第１工程と、コア(１)の磁気ギャップ部(14)を挟む一対のコア端面の内、コア(１)の中心軸から遠い一方のコア端面を空芯コイル(21)の中央孔へ侵入せしめて、コア(１)の周囲に空芯コイル(21)を装着する第２工程とを有している。
該具体的構成によれば、コイル巻装工程の第１工程及び第２工程はそれぞれ自動化が容易である。又、コア(１)の磁気ギャップ部(14)の幅が空芯コイル(21)の導線の直径と略同一若しくはそれ以上であれば、コア(１)に空芯コイル(21)を装着することが出来る。
【００１４】
【発明の効果】
本発明に係るコイル装置によれば、広い電流域で安定したインダクタンス特性を得ることが出来ると共に、装置を大型化することなく高い初期インダクタンスを得ることが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係るコイル装置は、図１に示す如くコア(１)にコイル(２)を巻装して構成される。コア(１)は、図３に示す如く、リング状のコア片(11)と、コア片(11)を覆う絶縁層(12)とから構成され、該コア(１)には、コア片(11)及び絶縁層(12)を貫通する第１磁気ギャップ部(14)が形成されると共に、コア片(11)のみを貫通する第２磁気ギャップ部(13)が形成されている。第２磁気ギャップ部(13)には、絶縁層(12)の一部が充填されている。
【００１６】
第１磁気ギャップ部(14)は、コア(１)の中心軸と直交する断面における貫通方向がコア(１)の中心軸からずれて、コア(１)の半径線に対して傾斜しており、「サイドギャップ型構造」を有している。これに対し、第２磁気ギャップ部(13)は、コア(１)の中心軸と直交する断面における貫通方向がコア(１)の中心軸と交叉しており、「センターギャップ型構造」を有している。
【００１７】
図６は、上記本発明のコイル装置の製造工程を表わしている。先ず同図(ａ)の如くケイ素鋼等の磁性材料からなる帯板を巻き取って、リング状の巻取り体(15)を作製する。次に、同図(ｂ)の如く、前記巻取り体(15)に第２磁気ギャップ部(13)を形成して、Ｃ字状片(16)を作製する。ここで、第２磁気ギャップ部(13)は、巻取り体(15)の半径方向に開設する。
その後、同図(ｃ)の如くＣ字状片(16)をモールド樹脂(17)により覆うことによって、第２磁気ギャップ部(13)がモールド樹脂(17)によって充填されたリング状片(18)を作製する。
【００１８】
続いて、図６(ｄ)の如く前記リング状片(18)に第１磁気ギャップ部(14)を形成して、コア片(11)及び絶縁層(12)からなるコア(１)を得る。ここで、第１磁気ギャップ部(14)は、リング状片(18)の半径方向に対して傾斜した方向に開設する。次に、同図(ｅ)の如く、別途作製した空芯コイル(21)の側部を、コア(１)の第１磁気ギャップ部(14)からコア(１)の中央孔へ向けて押し進める。この際、コア(１)の第１磁気ギャップ部(14)を挟んで一対のコア端面の内、コア(１)の中心軸から遠い一方のコア端面を空芯コイル(21)の中央孔へ侵入せしめる様にする。
そして、同図(ｆ)の如く前記空芯コイル(21)をコア(１)の全周に亘って装着することにより、コア(１)及びコイル(２)からなる本発明のコイル装置を完成する。
【００１９】
上記コイル装置の製造方法によれば、図６(ａ)〜(ｆ)に示す全ての製造／組立工程と空芯コイルの作製工程を自動化することが出来、これによってコイル装置の製造コストを大幅に削減することが可能となる。
【００２０】
尚、コア(１)の第１磁気ギャップ部(14)は、図１に示す如く絶縁部材からなるスペーサ(３)を装着することによって塞ぐことが出来る。
又、図２に示す如く、複数のコア(１ａ)(１ｂ)(１ｃ)を積み重ねてコア積層体(10)とし、該コア積層体(10)にコイル(２)を巻装して、複数層構造のコイル装置を構成することも可能である。
【００２１】
図８は、２層構造のコイル装置において、各コアの磁気ギャップ部が単一ギャップ／サイドギャップ型であって互いに同一位置で重なっているコア構造(ＴｙｐｅＡ)と、各コアの第１磁気ギャップ部がサイドギャップ型であって互いに同一位置で重なり、且つ第２磁気ギャップ部がセンターギャップ型であって互いに同一位置で重なっているコア構造(ＴｙｐｅＢ)とを対象として、ギャップ幅や巻数を変えた場合のインダクタンス特性を測定した結果を表わしている。
【００２２】
尚、図中において、各コイル装置の構成を下記の標記を用いて表わす。
ＴｙｐｅＸ (Ｇａ＋Ｇｂ) ＹＴ
ここで、Ｘは、各図中に模式的に表わすコア構造のタイプ、Ｇａは各コアの第１磁気ギャップ部のギャップ幅(ｍｍ)、Ｇｂは各コアの第２磁気ギャップ部のギャップ幅(ｍｍ)、Ｙは巻数(Ｔ)を示している。
【００２３】
図８から明らかな様に、ＴｙｐｅＡのコア構造のコイル装置においては、同じギャップ幅であれば、巻数が大きい程、初期インダクタンスは増大し、逆に巻数が少ない程、インダクタンス特性は安定する傾向が見られるが、何れの場合も電流が４０Ａ以上で急激にインダクタンスが低下している。
これに対し、分散ギャップ型構造を有するＴｙｐｅＢのコア構造のコイル装置においては、巻数とギャップ幅の合計値とが同じＴｙｐｅＡのコア構造のコイル装置に比べて、インダクタンス特性が安定しており、電流が４０Ａを越えてもインダクタンスの低下は軽微である。
又、ＴｙｐｅＢのコア構造のコイル装置において巻数を増大させることによって、インダクタンスの安定度を維持したままで、初期インダクタンスを増大させることが出来る。
【００２４】
図９は、２層構造のコイル装置において、両コアがＴｙｐｅＡのコア構造と、両コアの磁気ギャップ部が単一ギャップ／センターギャップ型のコア構造(ＴｙｐｅＣ)と、両コアがＴｙｐｅＢのコア構造と、図４に示す如く各コア(１)の第１磁気ギャップ部(14)及び第２磁気ギャップ部(13)が共にセンターギャップ型のコア構造(ＴｙｐｅＤ)とを対象として、ギャップ幅を変えた場合のインダクタンス特性を測定した結果を表わしている。
図９から明らかな様に、ギャップ幅及びその組合せが同じであっても、サイドギャップ型のコア構造(ＴｙｐｅＡ、ＴｙｐｅＢ)を有するコイル装置は、センターギャップ型のコア構造(ＴｙｐｅＣ、ＴｙｐｅＤ)のみを有するコイル装置と比べて、初期インダクタンスが増大している。
又、分散ギャップ型のコア構造(ＴｙｐｅＢ、ＴｙｐｅＤ)のコイル装置によれば、単一ギャップ型のコア構造(ＴｙｐｅＡ、ＴｙｐｅＣ)のコイル装置よりも、安定したインダクタンス特性を得ることが出来る。
【００２５】
従って、ＴｙｐｅＢのコア構造の如く、サイドギャップ型と分散ギャップ型を併用したコア構造によれば、サイドギャップ型構造の発揮する効果と分散ギャップ型構造の発揮する効果とが互いに相乗して、初期インダクタンスの大きさとインダクタンス特性の安定度の両方の点で優れた効果が得られる。
【００２６】
図１０は、２層構造のコイル装置において、各コアの第１磁気ギャップ部がサイドギャップ型であって互いに同一位置で重なり、各コアの第２磁気ギャップ部がセンターギャップ型で互いに位置がずれているコア構造(ＴｙｐｅＧ)と、各コアの第１磁気ギャップ部がサイドギャップ型であって互いに同一位置で重なり、各コアの第２磁気ギャップ部がセンターギャップ型で互いに同一位置で重なっているコア構造(ＴｙｐｅＨ)とを対象として、インダクタンス特性を測定した結果を表わしている。尚、ＴｙｐｅＧのコア構造は、図３に示すコア(１)と図５に示すコア(１)とを積み重ねて、両コアの第２磁気ギャップ部(13)(13)の位置をずらすことによって得られる。
図１０から明らかな様に、何れのタイプのコイル装置もインダクタンス特性の安定度は優れているが、初期インダクタンスは、ＴｙｐｅＨのコイル装置よりもＴｙｐｅＧのコイル装置の方が僅かに大きくなっている。
【００２７】
図１１は、３層構造のコイル装置において、各コアがＴｙｐｅＡのコア構造と、各コアの第１磁気ギャップ部がサイドギャップ型であって互いに同一位置で重なり、各コアの第２磁気ギャップ部がセンターギャップ型で互いに位置がずれているコア構造(ＴｙｐｅＥ)と、各コアの第１磁気ギャップ部がサイドギャップ型であって互いに同一位置で重なり、各コアの第２磁気ギャップ部がセンターギャップ型で互いに同一位置で重なっているコア構造(ＴｙｐｅＦ)とを対象として、インダクタンス特性を測定した結果を表わしている。
図１１から明らかな様に、インダクタクス特性の安定度の点からは、ＴｙｐｅＦのコイル装置が最も優れていると言える。
【００２８】
図１２は、図７(ａ)の如く３層構造のコイル装置において、コア積層体(10)を構成する３つのコア(１ａ)(１ｂ)(１ｃ)の第１磁気ギャップ部(14a)(14b)(14c)がサイドギャップ型であって互いに同一位置で重なり、各コアの第２磁気ギャップ部がセンターギャップ型で互いに同一位置で重なっているコア構造(ＴｙｐｅＩ)と、図７(ｂ)(ｄ)の如く上段のコア(１ａ)のみを所定角度だけ回転させたコア構造(ＴｙｐｅＪ)と、図７(ｃ)(ｅ)の如く上段のコア(１ａ)と下段のコア(１ｃ)のみを所定角度だけ回転させたコア構造(ＴｙｐｅＫ)とを対象として、インダクタンス特性を測定した結果を表わしている。
図１２から明らかな様に、インダクタンスの安定度の点ではＴｙｐｅＩのコイル装置が最も優れており、初期インダクタンスの大きさの点ではＴｙｐｅＫのコイル装置が最も優れている。
【００２９】
尚、図７(ａ)に示す如く３つの３つのコア(１ａ)(１ｂ)(１ｃ)の第１磁気ギャップ部(14a)(14b)(14c)を互いに同一位置で重ねた状態で、これらの磁気ギャップ部によって形成される隙間を利用して、コア積層体(10)に図６(ｅ)(ｆ)の如く空芯コイル(21)を装着した後、図７(ｂ)又は図７(ｃ)の如く何れかのコアを他のコアに対して相対回転させて、第１磁気ギャップ部の位置をずらす組立工程の採用により、装着された空芯コイルがスプリングバックによって第１磁気ギャップ部から抜け出すことを阻止することが出来る。従って、特別な抜け止め構造は不要である。
【００３０】
本発明に係るコイル装置によれば、上述の如くサイドギャップ型と分散ギャップ型を併用したコア構造の採用によって、４０Ａを越える広い電流域で安定したインダクタンス特性を得ることが出来ると共に、コアを大型化することなく高い初期インダクタンスを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る１層構造のコイル装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る３層構造のコイル装置の外観を示す斜視図である。
【図３】サイドギャップ／分散ギャップ型コアの一例を示す断面図である。
【図４】センターギャップ／分散ギャップ型コアの一例を示す断面図である。
【図５】サイドギャップ／分散ギャップ型コアの他の例を示す断面図である。
【図６】本発明に係るコイル装置の製造方法を説明する工程図である。
【図７】３層構造のコイル装置のコア積層構造を説明する図である。
【図８】ＴｙｐｅＡ及びＴｙｐｅＢのコア構造におけるインダクタンス特性を表わすグラフである。
【図９】ＴｙｐｅＡ、ＴｙｐｅＣ、ＴｙｐｅＢ及びＴｙｐｅＤのコア構造におけるインダクタンス特性を表わすグラフである。
【図１０】ＴｙｐｅＧ及びＴｙｐｅＨのコア構造におけるインダクタンス特性を表わすグラフである。
【図１１】ＴｙｐｅＡ、ＴｙｐｅＥ及びＴｙｐｅＦのコア構造におけるインダクタンス特性を表わすグラフである。
【図１２】ＴｙｐｅＩ、ＴｙｐｅＪ及びＴｙｐｅＫのコア構造におけるインダクタンス特性を表わすグラフである。
【図１３】従来のコイル装置の外観を示す斜視図である。
【図１４】該コイル装置のコアの分解斜視図である。
【図１５】従来のコイル装置のインダクタンス特性を表わすグラフである。
【符号の説明】
(１)  コア
(２)  コイル
(11)  コア片
(12)  絶縁層
(14)  第１磁気ギャップ部
(13)  第２磁気ギャップ部
(10)  コア積層体
(21)  空芯コイル
【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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