(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側の真空コンデンサと二次側のコンデンサとを備え、当該両コンデンサの分圧により電圧計測することが可能なコンデンサ形の計測器用変圧器であって、
真空コンデンサは、
絶縁筒における軸心方向の一方側の絶縁筒開口部が高圧部により閉塞され、当該軸心方向の他方側の絶縁筒開口部が接地部により閉塞されている真空容器と、
前記接地部における真空容器内側で前記高圧部と対向する位置に、前記軸心方向に延在した筒状の絶縁性支持部を介して支持されている分圧部と、を有し、
前記高圧部は、
前記一方側の絶縁筒開口部を閉塞する高圧端子と、
前記高圧端子の真空容器内側から前記軸心方向の他方側に延出し、前記絶縁筒の内周側を前記軸心方向に貫通している高圧電極と、を有し、
前記接地部は、
前記他方側の絶縁筒開口部に対し前記絶縁筒と同軸状に連設され、前記高圧電極の延出方向側の先端部の外周側および前記分圧部の外周側を囲繞している接地筒と、
前記接地筒における前記軸心方向の他方側の接地筒開口部を閉塞する接地端子と、を有し、
前記分圧部は、
前記絶縁性支持部における前記軸心方向の一方側の支持部開口部を閉塞する分圧電極と、
前記分圧電極から前記軸心方向の他方側に延出し、前記絶縁性支持部の内周側および接地端子を前記軸心方向に貫通している分圧端子と、を有していることを特徴とする真空コンデンサ形計器用変圧器。
【請求項２】
前記高圧電極の外周側および前記分圧部の外周側の両者を囲繞している筒状の絶縁筒側シールド部を、備えており、
絶縁筒側シールド部は、前記両者と前記接地筒との間に位置し、前記絶縁筒に支持されていることを特徴とする請求項１記載の真空コンデンサ形計器用変圧器。
【請求項３】
前記絶縁筒は、前記軸心方向に対し複数個の筒状体に分割された多段構造であり、
前記絶縁筒側シールド部は、当該絶縁筒側シールド部から外周側に突出した支持部を有し、当該支持部が前記絶縁筒における隣接する２つの筒状体間に挟持されていることを特徴とする請求項２記載の真空コンデンサ形計器用変圧器。
【請求項４】
それぞれ径の異なる２個以上の前記絶縁筒側シールド部が、前記両者と前記接地筒との間において互いに非接触で同心状に配置され、
前記絶縁筒は、前記筒状体の個数が絶縁筒側シールド部よりも多い多段構造であり、
各絶縁筒側シールド部の支持部が、前記絶縁筒における異なる筒状体間にそれぞれ挟持されていることを特徴とする請求項３記載の真空コンデンサ形計器用変圧器。
【請求項５】
前記接地筒の前記軸心方向の一方側から前記絶縁筒の内周面に沿って当該軸心方向の一方側に延出している筒状の接地筒側シールド部が、前記絶縁筒と絶縁筒側シールド部との間に非接触で介在していることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の真空コンデンサ形計器用変圧器。
【請求項６】
前記絶縁筒側シールド部における前記軸心方向の他方側は、リング状または当該他方側が外周側に折曲された形状に形成されていることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の真空コンデンサ形計器用変圧器。
【請求項７】
前記接地部における真空容器内側で分圧部の外周側には、当該接地部から前記軸心方向の一方側に延出し当該分圧部を囲繞している筒状の分圧部側シールド部が、設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の真空コンデンサ形計器用変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次側の主コンデンサと二次側の分圧コンデンサとの分圧により電圧を計測することが可能なコンデンサ形計測器用変圧器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように計器用変圧器（ＶＴ：Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ）は、分圧回路により高電圧を安全な電圧に変換させ、電圧計などの計測器や保護継電器などに入力するために使用される。この計器用変圧器には、巻線形，コンデンサ形，抵抗形などのいくつかの方式が使用されている。
【０００３】
コンデンサ形計器用変圧器（ＣＶＴ）は、コンデンサ分圧を利用した計器用変圧器として定義され、一次線路側端子と分圧点（分圧部）の間の主コンデンサと、分圧点と接地部との間の分圧コンデンサと、を備え、分圧コンデンサに直接又は共振リアクトルを通して、並列に接続して使用するＣＶＴの変圧機（ＣＶＴ変圧器）により分圧電圧を得られるように構成されている。このコンデンサ形計器用変圧器については、例えば特許文献１や非特許文献１が公知となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４７６５２４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「計器用変成器」ＪＥＣ−１２０１−２００７、株式会社  電気書院、２００７年、ｐ．７５−７６
【非特許文献２】P.Spolaore, G. Bisoffi, F. Cervellera, R. Pengo , F. Scarpa, The Large Gap Case for HV Insulation in Vacuum, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 4 No. 4, August 1997
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のコンデンサ形計器用変圧器は、分圧部が金属に覆われていないため、例えば外部からの電磁波が分圧部に影響し、高精度な計測が困難なおそれがある。一方、高精度計測のために、例えば分圧部の外周側を別途金属で覆った構造とすると、外径方向の小型化と高耐電圧化とを両立することが困難となる場合がある。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、電磁力を遮蔽して高精度の測定が可能で小型化に貢献可能コンデンサ形計器用変圧器を提供することを解決課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るコンデンサ形計器用変圧器は、前記の課題の解決に貢献できるものであり、その一態様は、一次側の真空コンデンサと二次側のコンデンサとを備え、当該両コンデンサの分圧により電圧計測することが可能なコンデンサ形の計測器用変圧器である。
【０００９】
真空コンデンサは、絶縁筒における軸心方向の一方側の絶縁筒開口部が高圧部により閉塞され、当該軸心方向の他方側の絶縁筒開口部が接地部により閉塞されている真空容器と、前記接地部における真空容器内側で前記高圧部と対向する位置に、前記軸心方向に延在した筒状の絶縁性支持部を介して支持されている分圧部と、を有している。
【００１０】
前記高圧部は、前記一方側の絶縁筒開口部を閉塞する高圧端子と、前記高圧端子の真空容器内側から前記軸心方向の他方側に延出し、前記絶縁筒の内周側を前記軸心方向に貫通している高圧電極と、を有している。
【００１１】
前記接地部は、前記他方側の絶縁筒開口部に対し前記絶縁筒と同軸状に連設され、前記高圧電極の延出方向側の先端部の外周側および前記分圧部の外周側を囲繞している接地筒と、前記接地筒における前記軸心方向の他方側の接地筒開口部を閉塞する接地端子と、を有している。
【００１２】
そして、前記分圧部は、前記絶縁性支持部における前記軸心方向の一方側の支持部開口部を閉塞する分圧電極と、前記分圧電極から前記軸心方向の他方側に延出し、前記絶縁性支持部の内周側および接地端子を前記軸心方向に貫通している分圧端子と、を有していることを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記高圧電極の外周側および前記分圧部の外周側の両者を囲繞している筒状の絶縁筒側シールド部を、備えており、絶縁筒側シールド部は、前記両者と前記接地筒との間に位置し、前記絶縁筒に支持されていることを特徴しても良い。
【００１４】
また、前記絶縁筒は、前記軸心方向に対し複数個の筒状体に分割された多段構造であり、前記絶縁筒側シールド部は、当該絶縁筒側シールド部から外周側に突出した支持部を有し、当該支持部が前記絶縁筒における隣接する２つの筒状体間に挟持されていることを特徴としても良い。
【００１５】
また、それぞれ径の異なる２個以上の前記絶縁筒側シールド部が、前記両者と前記接地筒との間において互いに非接触で同心状に配置され、前記絶縁筒は、前記筒状体の個数が絶縁筒側シールド部よりも多い多段構造であり、各絶縁筒側シールド部の支持部が、前記絶縁筒における異なる筒状体間にそれぞれ挟持されていることを特徴としても良い。
【００１６】
また、前記接地筒の前記軸心方向の一方側から前記絶縁筒の内周面に沿って当該軸心方向の一方側に延出している筒状の接地筒側シールド部が、前記絶縁筒と絶縁筒側シールド部との間に非接触で介在していることを特徴としても良い。
【００１７】
また、前記接地部における真空容器内側で分圧部の外周側には、当該接地部から前記軸心方向の一方側に延出し当該分圧部を囲繞している筒状の分圧部側シールド部が、設けられていることを特徴としても良い。
【００１８】
また、前記絶縁筒側シールド部における前記軸心方向の他方側は、リング状または当該他方側が外周側に折曲された形状に形成されていることを特徴としても良い。
【発明の効果】
【００１９】
以上示したように本発明によれば、電磁力を遮蔽して高精度の測定が可能な小型のコンデンサ形計器用変圧器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例による真空コンデンサ形計器用変圧器１の概略構成を概略外観図（筐体３０を断面した外観図）。
【図２】真空コンデンサ２の概略構成を示す縦断面図（真空容器２０の軸心方向の縦断面図）。
【図３】真空コンデンサ形計器用変圧器１を説明するための等価回路図（絶縁筒側シールド部９１を設けた場合の等価回路図）。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態による真空コンデンサ形計器用変圧器は、例えば単に分圧部の外周側を別途金属で覆ったような構造とは全く異なるものである。
【００２２】
すなわち、本実施形態の真空コンデンサ形計器用変圧器は、一次側の真空コンデンサと二次側のコンデンサとを備え、当該両コンデンサの分圧により電圧計測することが可能な構成である。真空コンデンサにおいては、絶縁筒における軸心方向（以下、単に軸心方向と適宜称する）の一方側（以下、単に軸心一方側と適宜称する）の絶縁筒開口部が高圧部により閉塞され、当該軸心方向の他方側（以下、軸心他方側と適宜称する）の絶縁筒開口部が接地部により閉塞されている真空容器を、備えたものとする。そして、前記接地部における真空容器内側で前記高圧部と対向する位置に、軸心方向に延在した筒状の絶縁性支持部を介して、分圧部を絶縁支持した構成とする。
【００２３】
このような構成の真空コンデンサ形計器用変圧器によれば、真空コンデンサの高圧部，接地部，分圧部がそれぞれ互いに絶縁され、当該分圧部の外周側が当該高圧部および接地部により覆われた状態となる。これにより、例えば真空容器の外部から侵入し得る電磁波（以下、単に外部電磁波と適宜称する）の影響（例えば分圧部に対する影響）を抑制することができ、高精度の計測が可能となる。
【００２４】
その結果、分圧部の外周側を別途金属で覆った構造にしなくても、小型で大きな静電容量が得られて高電圧の電磁破による影響を抑制することができ、この点で小型化と高耐電圧化の両立が可能となる。
【００２５】
本実施形態の真空コンデンサ形計器用変圧器は、前述のように真空コンデンサの高圧部，接地部，分圧部がそれぞれ互いに絶縁され、当該高圧部および接地部により当該分圧部の外周側が覆われた状態となる態様であれば良く、種々の分野（例えば、変圧器，計測器，保護継電器，真空コンデンサ等の分野）の技術常識を適宜適用し、必要に応じて先行技術文献等を適宜参照して設計変形することが可能であり、その一例として以下の実施例が挙げられる。なお、図１〜図３においては、互いに同様の内容について同一符号を引用する等により、詳細な説明を適宜省略する。
【００２６】
≪実施例≫
＜真空コンデンサ形計器用変圧器の構成例＞
図１は、実施例による真空コンデンサ形計器用変圧器１の概略構成を説明するものである。この真空コンデンサ形計器用変圧器１は、主コンデンサ（または、主コンデンサの一部）を構成する真空コンデンサ２と、分圧コンデンサ３と、を備えており、当該真空コンデンサ２および分圧コンデンサ３の分圧により、所望の電圧計測を行うことが可能となっている。
【００２７】
分圧コンデンサ３は、例えば、真空コンデンサやフィルムコンデンサ等であり、筐体３０内に設けられている。また、真空コンデンサ２と分圧コンデンサ３の共通接続点には、出力端子３１が接続されている。図示省略しているが、分圧コンデンサ３と並列に共振リアクトルや変圧器、または電圧検出部が適宜装備され、これらの出力を必要な出力形態に変換する変成装置部においても適宜装備される。
【００２８】
＜真空コンデンサ２の構成例＞
図２は、真空コンデンサ２の概略構成を説明するものである。図２の真空コンデンサ２は、絶縁筒４における軸心一方側の絶縁筒開口部４ａが高圧部５により閉塞され、軸心他方側の絶縁筒開口部４ｂが接地部６により閉塞されて、真空状態を保つことが可能な真空容器２０が構成されている。
【００２９】
図中の真空容器２０の場合、絶縁筒開口部４ｂの開口縁面が後述の縮径部６ａと接合されており、これにより軸心一方側から軸心他方側に向かって階段状に拡径されている外観形状を成している。
【００３０】
図中の絶縁筒４の場合、軸心方向に対し複数個の筒状体４０（図２では２個の筒状体４０ａ，４０ｂ）に分割され、当該各筒状体４０が同軸状で軸心方向に連設された多段構造となっている。これにより、隣接する２つの筒状体４０間によって、後述の絶縁筒側シールド部９１を挟持できる構成となっている。
【００３１】
高圧部５は、絶縁筒開口部４ａを閉塞する平板状の高圧端子５１と、その高圧端子５１の真空容器２０内側から軸心他方側に延出した高圧電極５２と、を有している。この高圧電極５２においては、絶縁筒４の内周側を軸心方向に貫通し、当該高圧電極５２の延出方向側の先端部５２ａが、当該絶縁筒４の内周側から突出した構成となっている。図中の先端部５２ａの場合、高圧電極５２における当該先端部５２ａ以外よりも拡径された球状となっている。高圧端子５１においては、例えば図外の母線等が接続される。
【００３２】
接地部６は、絶縁筒開口部４ｂに対し絶縁筒４と同軸状に連設された接地筒６１と、その接地筒６１における軸心他方側の接地筒開口部６ｂを閉塞する平板状の接地端子６２と、を有している。接地筒６１は、高圧電極５２の先端部５２ａの外周側および後述の分圧部８の外周側を囲繞（非接触で囲繞）するように構成されている。
【００３３】
図中の接地筒６１の場合、当該接地筒６１における軸心一方側に、真空容器２０の径方向（軸心方向と公差する方向；以下、単に径方向と適宜称する）の内側に縮径された縮径部６ａが形成されている。この縮径部６ａと絶縁筒開口部４ｂとが接合されて、当該絶縁筒開口部４ｂが閉塞されている。
【００３４】
接地端子６２における真空容器２０内側で高圧部５と対向した位置には、後述の分圧端子８２を軸心方向に貫通可能な形状の貫通孔６２ａが、設けられている。この貫通孔６２ａにおける真空容器２０内側の開口縁面には、軸心方向に延在した筒状の絶縁性支持部７が、当該貫通孔６２ａと同軸状に設けられている。この絶縁性支持部７を介して、分圧部８が、接地端子６２における真空容器２０内側に絶縁支持されている。
【００３５】
この分圧部８は、絶縁性支持部７における軸心一方側の支持部開口部７ａを閉塞する分圧電極８１と、その分圧電極８１から軸心他方側に延出した分圧端子８２と、を有している。分圧端子８２は、絶縁性支持部７の内周側および貫通孔６２ａを軸心方向に貫通して真空容器２０外周側に突出し、分圧コンデンサ３や出力端子３１に対して接続可能な構成となっている。
【００３６】
この分圧部８は、高圧部５の高圧電極５２から所定距離を隔てて位置し、これにより当該高圧部５との間が真空によって絶縁されている。そして、高圧部５と分圧部８との間には、真空コンデンサ２の主コンデンサ（後述の図３では主コンデンサＣ１）が形成される。
【００３７】
以上のような真空コンデンサ２により、高圧部５，接地部６，分圧部８をそれぞれ互いに絶縁し、当該分圧部８の外周側を当該高圧部５および接地部６により覆った状態とすることができる。これにより、分圧部８に対する外部電磁波の影響を抑制できる。
【００３８】
＜各種シールド部の構成例＞
真空コンデンサ２の真空容器２０内の絶縁破壊電圧は、電界強度の他に、例えば当該真空容器２０における電極間距離に依存する。この電極間距離が所定の数値範囲内では、絶縁破壊電圧は当該電極間距離に比例して変化するものとされている。
【００３９】
しかしながら、当該電極間距離が所定の数値範囲を超えた場合には、前記比例関係を保持できなくなる。すなわち、電極間距離が所定の数値範囲を超えて大きくなるに連れて、絶縁破壊電圧の増加度合いは次第に小さくなり、絶縁破壊電界強度が低下する傾向になることが知られている（例えば非特許文献２の図３参照）。
【００４０】
そこで、このような傾向がある場合には、真空容器２０内に種々のシールド部を適宜配置して電極間距離を適宜短縮し、電界特性の向上を図ることが挙げられる。その一例としては、図２に示すような絶縁筒側シールド部９１，接地筒側シールド部９２，分圧部側シールド部９３等を設けることが挙げられる。
【００４１】
図２の絶縁筒側シールド部９１は、高圧電極５２の外周側および分圧部８の外周側の両者（以下、単に高圧部・分圧部外周側と適宜称する）を囲繞する筒状であって、当該高圧部・分圧部外周側と接地筒６１との間に非接触で介在し、絶縁筒４によって絶縁支持された構成となっている。
【００４２】
図中の絶縁筒側シールド部９１の場合、当該絶縁筒側シールド部９１の軸心一方側において、径方向外側に突出した形状の支持部９１ａが設けられている。この支持部９１ａを、隣接する２つの筒状体間によって挟持することにより、絶縁筒側シールド部９１が絶縁支持されている。
【００４３】
このような絶縁筒側シールド部９１を設けた場合、高圧部・分圧部外周側と接地筒６１との両者に係る電極間距離を短縮できると共に、絶縁筒側シールド部９１を設けない場合と同様の電界強度を得ることが可能となる。
【００４４】
この絶縁筒側シールド部９１を設けた場合の真空コンデンサ形計器用変圧器１においては、例えば図３に示すような等価回路を構成することとなる。図３に示すように、高圧部５と分圧部８との間には、真空コンデンサ２の主コンデンサＣ１が形成される。また、絶縁筒側シールド部９１においては、高圧部５，接地部６，分圧部８との間にそれぞれ静電容量Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が形成される他に、空間静電容量Ｃ０が形成される。
【００４５】
ここで、絶縁筒側シールド部９１においては、高圧部５，接地部６との間の静電容量Ｃ２，Ｃ３により分圧され、中間の電位となる。したがって、静電容量Ｃ２，Ｃ３を空間静電容量Ｃ０より大きくすることにより、外部電磁波の影響を抑制することができ、高精度の計測の実現に貢献可能となる。
【００４６】
次に、接地筒側シールド部９２においては、接地筒６１の軸心一方側の縮径部６ａから絶縁筒４の内周面に沿って軸心一方側に延出した筒状であって、絶縁筒４と絶縁筒側シールド部９１との間に非接触で介在した構成となっている。
【００４７】
このような接地筒側シールド部９２を設けた場合、絶縁筒側シールド部９１に対する外部電磁波の影響を抑制し、より高精度の計測の実現に貢献可能となる。
【００４８】
次に、分圧部側シールド部９３においては、接地端子６２における真空容器２０内側から軸心一方側に延出して分圧部８の外周側を囲繞する筒状の構成となっている。この分圧部側シールド部９３は、当該分圧部側シールド部９３における軸心一方側が、絶縁筒側シールド部９１における軸心他方側の内周側に挿入され、互いに非接触で軸心方向に重畳している。
【００４９】
このような分圧部側シールド部９３を設けた場合、分圧部８と絶縁筒側シールド部９１との間の静電容量を減らすことができ、更なる高精度の計測の実現に貢献可能となる。
【００５０】
以上のような各シールド部９１〜９３においては、目的とする真空コンデンサ形計器用変圧器１に応じて（例えば高圧部５の電圧に応じて）、種々の態様で適用することが可能であり、例えば当該各種シールド部９１〜９３の何れかを増設あるいは省略したり、種々の形状を適用することが可能である。
【００５１】
具体例としては、それぞれ径の異なる複数個の絶縁筒側シールド部９１を、高圧部・分圧部外周側と接地筒６１との間において互いに非接触で同心状に配置することが挙げられる。
【００５２】
この場合、絶縁筒４においては、筒状体４０の個数が絶縁筒側シールド部９１よりも多い多段構造にする。これにより、隣接する２つの筒状体４０間が、複数個（絶縁筒側シールド部９１の個数以上）存在することとなり、各絶縁筒側シールド部の支持部をそれぞれ異なる筒状体４０間によって挟持して絶縁支持することが可能となる。
【００５３】
また、絶縁筒側シールド部９１における軸心他方側の先端部は、リング状または当該他方側（先端部）を径方向外側に折曲（曲げて丸く）した形状にすることが挙げられる。
【００５４】
前記のように絶縁筒側シールド部９１における軸心他方側の先端部がリング状等になっている場合、電界強度が高くなり、放電時に放電アークを絶縁筒側シールド９１と接地部６とに生じさせ、分圧部８から放電アークを遠ざけることで、高電圧にならないようにできる。
【００５５】
＜その他＞
真空コンデンサ２の各構成要素の材料や接合構成は、種々の態様を適用することが可能であり、特に限定されるものではない。例えば、当該各構成要素においては、ロウ付け等により適宜接合することが挙げられる。絶縁筒４や絶縁性支持部７においては、絶縁性を有する材料、例えばセラミック材等を適用することが挙げられる。
【００５６】
また、高圧部５，接地部６，分圧部８の一部あるいは全体の部品を、磁性体とすることで、より強い電磁対策を行うことができる。例えば、高圧部５，接地部６，分圧部８の一部あるいは全体の部品を、鉄，ステンレス，ニッケル合金等の公知の軟磁性体で形成することで、十分な磁気シールド効果を得ることができる。
【００５７】
また、高圧部５，接地部６，分圧部８の一部あるいは全体の部品を、軟磁性体かつ電気抵抗の低い材料で形成することで、磁気シールド効果がさらに向上する。なお、メッキ等により高圧部５，接地部６，分圧部８にこれら磁性体の薄膜を形成しても同様の効果を得ることができる。
【００５８】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変更等が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変更等が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【００５９】
１…真空コンデンサ形計器用変圧器
２…真空コンデンサ
２０…真空容器
３…分圧コンデンサ
４…絶縁筒
５…高圧部
６…接地部
７…絶縁性支持部
８…分圧部
９１〜９３…シールド部
【要約】
【課題】電磁力を遮蔽して高精度の測定が可能な小型のコンデンサ形計器用変圧器を提供する。
【解決手段】主コンデンサ（または、主コンデンサの一部）を構成する真空コンデンサ２と、分圧コンデンサと、を備え、当該真空コンデンサ２および分圧コンデンサの分圧により、所望の電圧計測を行うことが可能な構成とする。真空コンデンサ２においては、絶縁筒４における軸心方向の一方側の絶縁筒開口部４ａを高圧部５により閉塞し、当該軸心方向の他方側の絶縁筒開口部４ｂを接地部６により閉塞して、真空容器２０を構成する。接地部６における真空容器２０内側で高圧部５と対向する位置には、前記軸心方向に延在した筒状の絶縁性支持部７を介して、分圧部８を絶縁支持する。これにより、真空コンデンサ２の高圧部５，接地部６，分圧部８がそれぞれ互いに絶縁され、当該分圧部８の外周側が当該高圧部５および接地部６により覆われた状態となる。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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