(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄型コネクタ部及び雌型コネクタ部を具備する電気コネクタであって、前記雄型コネクタ部はピンコンタクト及び第１ベース部材を有し、前記雌型コネクタ部はソケットコンタクト及び第２ベース部材を有し、前記ピンコンタクトは、前記雄型コネクタ部及び前記雌型コネクタ部間を電気的に接続するために前記ソケットコンタクト内に挿入可能であり、前記ピンコンタクト及び前記ソケットコンタクトの一方又は両方は、前記各ベース部材に移動可能に実装されている電気コネクタにおいて、
前記ピンコンタクトは、前記第１ベース部材に接続されたガイドブッシュに設けられた中心出し面取り部を介して前記第１ベース部材に設けられたばねを用いて前記第１ベース部材内で仮中心出しされていることを特徴とする電気コネクタ。
【請求項２】
前記ピンコンタクトは一端に挿入面取り部を有することを特徴とする請求項１記載の電気コネクタ。
【請求項３】
前記ソケットコンタクトは一端に挿入円錐状部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の電気コネクタ。
【請求項４】
前記ピンコンタクト及び前記ソケットコンタクトの一方又は両方は、前記各ベース部材に遊びをもって実装されていることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項記載の電気コネクタ。
【請求項５】
前記中心出し面取り部は、前記コネクタの断面平面に対して１０°の角度を形成することを特徴とする請求項１記載の電気コネクタ。
【請求項６】
前記ピンコンタクトは、コンタクト部材及び別体の挿入キャップを有することを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１項記載の電気コネクタ。
【請求項７】
前記ソケットコンタクトは、コンタクトチューブ及び別体の位置決めブッシュを有することを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項記載の電気コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雄型及び雌型コネクタ部間の不整合を吸収するために移動可能に実装されたコンタクトを有する電気コネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、酸化プロセスからの化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する電気化学システムである。この電気エネルギーは、電源供給ユニットを介して種々の装置に送らなければならない。特に自動車の用途では、燃料電池及び電源供給ユニット間の接続による空間の占有を最小にしなければならない。複数のコネクタを要する用途では、一般に、雄型コネクタ部が電源供給ユニットに実装され、雌型コネクタ部が燃料電池に実装される。しかし、それぞれの製造公差は、雄型コネクタ部及び雌型コネクタ部間の位置変動すなわち不整合を引き起こし、コネクタの損傷をもたらす。同時に、極端に過酷な環境条件のため、コネクタ組立体は、電流を流す能力を維持しながら振動、腐食、及び熱に耐えることが求められる。さらに、接続は、頻繁に解除でき、且つ低挿入力で信頼性高く再接続される必要がある。
【０００３】
燃料電池により供給される出力電圧は約８００ボルトまでの直流電圧であるので、物体が意図せずに挿入されるのを避けるために、ソケットコンタクトは非嵌合状態で自動的に閉じる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、嵌合の際に損傷を伴うことなく、製造公差から生ずる雌型コネクタ部及び雄型コネクタ部間のいかなるずれ、すなわち不整合も補償する電気コネクタを提供することを目的とする。このようなコネクタを用いた別の目的は、ピンコンタクトが挿入されていないときに、ソケットコンタクトを意図しない接触から保護することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ピンコンタクト及び第１ベース部材を有する雄型コネクタ部と、ソケットコンタクト及び第２ベース部材を有する雌型コネクタ部とを有する電気コネクタを提供する。ピンコンタクトは、雄型コネクタ部及び雌型コネクタ部間を電気的に接続するために、ソケットコンタクト内に挿入可能である。ピンコンタクト及びソケットコンタクトの少なくとも一方は、各ベース部材に移動可能に実装され、各ベース部材に設けられる中心出し面取り部によってばねを用いて各ベース部材内に仮中心出し（pre-centered）される。
【０００６】
本発明の実施形態によれば、ピンコンタクトは端部に挿入面取り部を有する。これにより、ピンコンタクトをソケットコンタクト内に挿入する際の中心出し工程が簡単になる。
【０００７】
挿入円錐部がソケットコンタクトの端部に設けられている場合、挿入の際の中心出し工程はさらに簡単にできる。
【０００８】
移動可能な実装を達成するために特に柔軟で経済的な選択肢は、ピンコンタクト及びソケットコンタクトの一方又は両方を十分な遊びをもって各ベース部材に実装することからなる。
【０００９】
移動可能に実装されるピンコンタクト及びソケットコンタクトの一方又は両方が中央の開始位置を達成するためには、ピンコンタクト及びソケットコンタクトの一方又は両方は、各ベース部材に設けられるばね又は中心出し面取り部を用いて各ベース部材内に仮中心出ししてもよい。この目的に特に好適なのは、コネクタの断面平面及び中心出し面取り部間が約１０°の角度である。
【００１０】
別の実施形態によれば、第１ベース部材及び第２ベース部材の一方又は両方は、内側面上の保持突起を有する。保持突起は、ピンコンタクト及びソケットコンタクトの一方又は両方の対応する突起と相互作用してピンコンタクト及びソケットコンタクトの一方又は両方の軸方向の変位を防止する。これにより、ピンコンタクト及びソケットコンタクトの一方又は両方は、電気的接続の嵌合及び嵌合解除に十分な機械的安定性を有する。
【００１１】
本発明の別の実施形態であるコネクタ組立体において、ソケットコンタクトは不要な接触に抗して開状態を固定され、ピンコンタクトは電気的に接続するこの固定手段を容易に開くことができる。この目的のために、ピンコンタクトは、閉じ要素に一様で半径方向外側を向く機械的圧力を及ぼす挿入面取り部を有し、これにより接続解除する。
【００１２】
別の実施形態によれば、閉じ要素は、ピンコンタクトが挿入されていないときにばねにより閉状態に保持される。これにより、開状態の電気コネクタのソケットコンタクトを意図しない接触に抗していつも自動的に保護することが保証される。
【００１３】
要求されるばね力の特に正確な調整は、整形されたばねワイヤを使用することにより達成される。他方、この場合、ばねを所定位置に固定するためにコンタクト絶縁部の外側に設けられる必要があるのは簡単に製造された環状リセプタクルのみであるので、ワームばねの使用によって特に構造が簡単になる。
【００１４】
非常に細い電線（直径１mm、ＩＥＣ５２９参照）の貫通に抗する付加的固定は、電気コネクタの雌部が別の閉じ要素を具備する実施形態によって提供される。別の閉じ要素は、ピンコンタクトが閉じ要素を一旦解除すると、ソケットコンタクトを閉じ、軸方向に変位できる。
【００１５】
この閉じ要素を自動的に固定位置に移行させるために、ピンコンタクトが挿入されなくなると直ぐに、同様にばねを用いてこの別の閉じ要素を保持することができる。
【００１６】
別の実施形態によれば、ピンコンタクトは、コンタクト部材と、コンタクト部材とは別体の挿入キャップとを有する。このようにして、ピンコンタクトを挿入する際に特に機械的ストレス下にある挿入面取り部を、比較的電気的特性が乏しいが特に好適な材料で製造することができる。本実施形態において、電気的接続を生ずる実際のコンタクト部材を、要求事項を満たす材料で製造してもよい。
【００１７】
コンタクトチューブ及び別体の位置決めブッシュをソケットコンタクトに設けることにより、ピンコンタクトは位置決めブッシュによって付加的に中心出しされ、比較的に大きな横方向の力がコンタクトチューブに伝達されず、位置決めブッシュにより吸収される。
【００１８】
電気コネクタに対する要求事項により、ピンコンタクト及びソケットコンタクトの一方又は両方の移動可能な実装、及び意図しない接触に対するソケットコンタクトの固定に関わる各特徴は、単独又は組み合わせて使用できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適実施形態をより詳細に説明する。図１は、第１実施形態の電気コネクタの雄型コネクタ部の縦断面図である。図２は、第１実施形態の電気コネクタの雄型コネクタ部の側面図である。図３は、第１実施形態の電気コネクタの雄型コネクタ部の斜視図である。図４は、第１実施形態の電気コネクタの雄型コネクタ部の分解斜視図である。図５は、第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の縦断面図である。図６は、第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の斜視図である。図７は、第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の別の縦断面図である。図８は、第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の横断面図である。図９は、第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の分解斜視図である。図１０は、第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の別の斜視図である。図１１は、第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の別の分解斜視図である。図１２は、第１実施形態の電気コネクタ全体の斜視図である。図１３は、第１実施形態の電気コネクタ全体の縦断面図である。図１４は、第１実施形態の電気コネクタ全体の別の縦断面図である。図１５は、第１実施形態の電気コネクタ全体の分解斜視図である。
【００２０】
燃料電池及び電源供給ユニット（電源分配ユニット：ＰＤＵ）間が電気的に接触すると、図５ないし図１１に示された本発明による雌型コネクタ部１０４は、製造公差に起因する雌型コネクタ部及び雄型コネクタ部間のいかなるオフセットすなわちずれをも補償するように作用することができる。本発明によれば、ピンコンタクト１０６は、本目的のために十分な遊びをもってベース部材１１０内に実装される。圧力ばね１１２は、ベース部材１１０に接続されたガイドブッシュ１１６上に設けられた１０°面取り部１１４に抗してピンコンタクト１０６を押圧する。圧力ばね１１２のばね力は、中心出し面取り部１１４の補助により、ピンコンタクト１０６を中心に整列させる。圧力ばね１１２は、ピンコンタクト１０６にしっかりと接続されたワッシャ１１８上に停止する。軸方向の負荷に対する両方向の機械的安定性は、圧力ばね１２０上の対応する保持装置とワッシャ１１８との相互作用、及びピンコンタクト１０６に対し制限停止部を提供する中心出し面取り部１１４によって達成される。
【００２１】
シールリング１２２は、ベース部材上に押圧され、コネクタが嵌合すると環境から電気コンタクトを封止する。ピンコンタクト１０６は、その端部に挿入面取り部１２４を有する。これらは、ソケットコンタクト１２８内へのピンコンタクト１０６の挿入の際、中心出し工程を簡単にする。挿入面取り部１２４の端部領域はプッシュオンキャップ１２６の形態をとる。これにより、電気的接触用及び挿入面取り部１２４用のそれぞれに、異なる特に適合する材料を使用することができる。
【００２２】
図５ないし図１１は、第１実施形態の関連する雌型コネクタ部１０４を示す。雌型コネクタ部１０４は、雄型コネクタ部１０２と電気的に接続するためにピンコンタクト１０６が挿入できるソケットコンタクト１２８を具備する。
【００２３】
図５のＢ−Ｂ断面図及び図７のＡ−Ａ断面図に最もよく示されるように、ソケットコンタクト１２８は、位置決めブッシュ１３０と、接触絶縁体１３４内に埋め込まれたコンタクトチューブ１３２とを有する。接触絶縁体１３４は、ピンコンタクト１０６用の予備整合構造として作用し、この目的のために挿入円錐状部１４７が設けられる。ピンコンタクト１０６は、挿入時にコンタクトチューブ１３２を貫通して押し込まれると、位置決めブッシュ１３０内で付加的に中心出しされる。これにより、比較的大きい横方向の力が接触絶縁体１３４及び位置決めブッシュ１３０により吸収される。
【００２４】
ソケットコンタクト１２８を囲むベース部材１３６は、燃料電池のハウジングにより形成されるシールド１３８と、シールリング１２２と接触するために機械加工された内部被覆１３９とを有する。絶縁円盤１４０は、シールド１３８を接触絶縁体１３４に接続する。
【００２５】
接触絶縁体１３４に設けられた閉じ要素１４２は、予荷重閉じばね１４４により圧縮されているので、ピンコンタクト１０６が雌型コネクタ部１０４内に挿入されていない場合、挿入開口１４６を閉じる。整形された線ばね１４４の特殊な３次元形状により、必要な大きなばね行程及び必要な閉鎖力が得られる。原理的には、２個の別体の閉じばね１４４を使用してもよい。
【００２６】
図１２ないし図１５は、嵌合後の本発明のコネクタ１００を示す。挿入工程の間、半径方向外側を向く一様の機械的圧力は、ピンコンタクト１０６の挿入面取り部１２４により閉じ要素１４２に及ぼされ、閉じ要素１４２を開く。次に、ピンコンタクト１０６は完全に挿入することができる。電気的接続は、コンタクト部材１０７及びコンタクトチューブ１３２により生ずる。移動可能に実装されたピンコンタクト１０６の中心出しの間に生ずる機械的力の大半は、位置決めブッシュ１３０及び接触絶縁体１３４により吸収される。このようにして、より壊れ易いコンタクトチューブ１３２の損傷を防止することができる。
【００２７】
図１６ないし図２６は、第２実施形態のコネクタ１００の雄型コネクタ部１０２を有する電源供給ユニット１４８の部分断面図である。図１６の例から明らかであるように、ピンコンタクト１０６は、図１に示された実施形態と同様に、ガイドブッシュ１１６内に移動可能に実装される。圧力ばね１１２は、中心出し面取り部１１４を用いて適当な仮中心出しを確保する。図１に示された実施形態とは対照的に、例えば図１６に見られるピンコンタクト１０６は、略筒状の固定リセプタクル１５０を具備する。このリセプタクル１５０には、雌型コネクタ部１０４に設けられた固定ピン１５２が挿入できる。ピンコンタクトは、挿入面取り部１２４を有する機械的に安定したキャップ１２６を付加的に有する。
【００２８】
図２７ないし図３７は、挿入された雌型コネクタ部１０４を有し、燃料電池１４９に結合された図１６の電源供給ユニット１４８を示す。図５に図示された実施形態と同様に、ソケットコンタクト１２８は、位置決めブッシュ１３０及びコンタクトチューブ１３２を有する。さらに、固定ピン１５２は、雌型コンタクト部１０４に設けられ、雄型コネクタ部１０２のリセプタクル１５０内に挿入できる。図２８から明らかであるように、２個のコネクタ組立体１００は、電源供給ユニット１４８及び燃料電池１４９間を接触するのに必要である。電源供給ユニット１４８上の２個の雄型コネクタ部１０２の位置、及び燃料電池１４９上の２個の雌型コネクタ部１０４の位置の両方が製造の際に固定されるので、製造に起因する、コネクタの実際の軸及び理想の軸との間の不整合が、ピンコンタクト１０６の移動可能な実装により補償できることが非常に重要である。
【００２９】
図３８ないし図４１は、本発明の雌型コネクタ部１０４の第３実施形態を示す。図５ないし図１１に示された実施形態とは対照的に、図３８ないし図４１に示された雌型コネクタ部１０４の場合、閉じ要素１４２用の閉じばね１４４として弾性リングが使用される。この弾性リング１４４はウォームばねの形態をとる。ウォームばねは、両端が接続されたテンションばねであり、一般的には螺旋ばね鋼から製造される。閉じばね１４４の張力のため、閉じ要素１４２は半径方向内側に押圧され、ピンコンタクト１０６が挿入されない場合、挿入開口１４６を閉じる。
【００３０】
雌型コネクタ部１０４の別の実施形態が図４２ないし図４５に示される。この変形例では、略筒状の別の閉じ要素１４５が挿入開口１４６を閉じる。コンタクトが閉じると、別の閉じ要素１４５が圧力ばね１５４に抗して押圧され、位置１４３Ａに配置される。ピンコンタクト１０６が挿入されない場合、別の閉じ要素１４５が圧力ばね１５４により押圧され、位置１４３Ｂに移動する。このようにして、閉じ要素１４２は、別の閉じ要素１４５用の制限停止部を形成する。本実施形態において、この閉じ要素１４２はそれ自体が弾性を有し、圧縮されるために付加的な閉じばねを要しない。ピンコンタクト１０６は、その挿入面取り部１２４により所定位置にあり、半径方向外側を向く一様な圧力によって閉じ要素１４２を開く。別の閉じ要素１４５は、挿入面取り部が設けられていないので、コンタクトの内側に捕捉される。
【００３１】
図示された実施形態は円形断面を有するピンコンタクト及びソケットコンタクトを示すが、本発明は矩形断面のピンコンタクト及びソケットコンタクトにも適用できる。
【００３２】
実施形態に示されたコネクタは、シールド型コネクタとして例示されている。しかし、本発明による構造は、非シールド型コネクタにも適用可能である。非シールド型の変形例の場合、必要な部品の数を減らすことができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のコネクタの利点は、２コネクタ部が嵌合する際に、ピンコンタクト及びソケットコンタクトのいかなる軸のずれも、ピンコンタクト及びソケットコンタクトの一方又は両方を各ベース部材内に移動可能に実装することにより補償される点である。このようにして、ソケットコンタクトの損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の電気コネクタの雄型コネクタ部の縦断面図である。
【図２】第１実施形態の電気コネクタの雄型コネクタ部の側面図である。
【図３】第１実施形態の電気コネクタの雄型コネクタ部の斜視図である。
【図４】第１実施形態の電気コネクタの雄型コネクタ部の分解斜視図である。
【図５】第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の縦断面図である。
【図６】第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の斜視図である。
【図７】第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の別の縦断面図である。
【図８】第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の横断面図である。
【図９】第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の分解斜視図である。
【図１０】第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の別の斜視図である。
【図１１】第１実施形態の電気コネクタの雌型コネクタ部の別の分解斜視図である。
【図１２】第１実施形態の電気コネクタ全体の斜視図である。
【図１３】第１実施形態の電気コネクタ全体の縦断面図である。
【図１４】第１実施形態の電気コネクタ全体の別の縦断面図である。
【図１５】第１実施形態の電気コネクタ全体の分解斜視図である。
【図１６】第２実施形態の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニットの部分断面図である。
【図１７】第２実施形態の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニットの別の部分断面図である。
【図１８】第２実施形態の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニットの別の部分断面図である。
【図１９】第２実施形態の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニットの別の部分断面図である。
【図２０】第２実施形態の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニットの別の部分断面図である。
【図２１】第２実施形態の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニットの別の部分断面図である。
【図２２】第２実施形態の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニットの別の部分断面図である。
【図２３】第２実施形態の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニットの別の部分断面図である。
【図２４】第２実施形態の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニットの別の部分断面図である。
【図２５】第２実施形態の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニットの別の部分断面図である。
【図２６】第２実施形態の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニットの別の部分断面図である。
【図２７】本発明の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニット及び本発明の関連する雄型コネクタ部の部分断面図である。
【図２８】本発明の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニット及び本発明の関連する雄型コネクタ部の別の部分断面図である。
【図２９】本発明の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニット及び本発明の関連する雄型コネクタ部の別の部分断面図である。
【図３０】本発明の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニット及び本発明の関連する雄型コネクタ部の別の部分断面図である。
【図３１】本発明の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニット及び本発明の関連する雄型コネクタ部の別の部分断面図である。
【図３２】本発明の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニット及び本発明の関連する雄型コネクタ部の別の部分断面図である。
【図３３】本発明の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニット及び本発明の関連する雄型コネクタ部の別の部分断面図である。
【図３４】本発明の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニット及び本発明の関連する雄型コネクタ部の別の部分断面図である。
【図３５】本発明の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニット及び本発明の関連する雄型コネクタ部の別の部分断面図である。
【図３６】本発明の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニット及び本発明の関連する雄型コネクタ部の別の部分断面図である。
【図３７】本発明の雌型コネクタ部を有する電源供給ユニット及び本発明の関連する雄型コネクタ部の別の部分断面図である。
【図３８】第３実施形態のよる雌型コネクタ部の断面図である。
【図３９】第３実施形態のよる雌型コネクタ部の別の断面図である。
【図４０】第３実施形態のよる雌型コネクタ部の斜視図である。
【図４１】第３実施形態のよる雌型コネクタ部の分解斜視図である。
【図４２】第４実施形態のよる雌型コネクタ部の断面図である。
【図４３】第４実施形態のよる雌型コネクタ部の別の断面図である。
【図４４】第４実施形態のよる雌型コネクタ部の斜視図である。
【図４５】第４実施形態のよる雌型コネクタ部の分解斜視図である。
【符号の説明】
１００    コネクタ
１０２    雄型コネクタ部
１０４    雌型コネクタ部
１０６    ピンコンタクト
１０７    コンタクト部材
１０８    遊び
１１０    （第１）ベース部材
１１２    ばね
１１４    中心出し面取り部
１１７    突起
１１８    ワッシャ
１２４    挿入面取り部
１２６    挿入キャップ
１２８    ソケットコンタクト
１３０    位置決めブッシュ
１３２    接触チューブ
１３６    （第２）ベース部材
１４２    閉じ要素
１４３Ｂ  位置
１４４    ばね
１４５    別の閉じ要素
１４７    挿入円錐状部
１５４    ばね
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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