(57)【要約】【課題】小型化のためにインバータ回路と一体化し、かつ雑音端子電圧性能を向上したスイッチング電源装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係るスイッチング電源装置は、ＡＣインレット（交流電圧入力端子）を保持する金具枠１００とトランスＴ２との間に、電磁波を遮蔽する遮蔽部１２０を備えており、インバータ回路のトランスＴ２に起因する電磁波ノイズを低減できる。したがって、単一の基板３１０上でインバータ回路と電源入力部とを隣り合わせて配置することができるので、スイッチング電源装置を小型化することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧入力端子と、電磁波ノイズを低減するノイズフィルタ回路とを備える電源入力部と、
前記電源入力部からの交流入力を直流出力に変換するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路の前記直流出力を交流出力に変換し、トランスを備えるインバータ回路と、を備えるスイッチング電源装置において、
前記交流電圧入力端子と前記トランスとの間に、前記トランスで発生する電磁波を遮蔽する遮蔽部を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記コンバータ回路はリンギングチョークコンバータ回路を有することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記遮蔽部はノイズフィルタ回路部を除く前記電源入力部と、前記トランスとの間を遮蔽するように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記遮蔽部は導電性の金属であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記導電性の金属の材質は銅であることを特徴とする請求項４に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記導電性の金属の材質は鉄であることを特徴とする請求項４に記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】
前記導電性の金属は前記スイッチング電源装置の回路の２次側のＧＮＤに接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項８】
前記遮蔽部は前記トランスの高圧巻き線部の上部の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項９】
前記遮蔽部の、前記トランスの高圧巻き線部の上部を覆う部分と、前記電源入力部と前記トランスとの間を遮蔽する部分とからなる部位とが、Ｌ字形状に形成されていることを特徴とする請求項８に記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるＡＣ−ＤＣコンバータ及びインバータ回路を備え、交流電圧を出力をするスイッチング電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＡＣインレット（交流電圧入力端子）の金具枠２００（入力部外枠）の平面図及び正面図を図９（ａ）及び（ｂ）に示す。従来の金具枠２００はＡＣコネクタの機械的強度を補うことを目的としている。
【０００３】
図１０はこの金具枠２００を使用したスイッチング電源装置を示す平面図である。図１０に示すように、金具枠２００はＡＣインレット３００を固定すると共に補強している。基板３１０上にはＡＣインレット３００の隣に、ノイズフィルタ回路を構成するフューズＦ１、バリアブルレジスタＮＲ１、アクロスザラインコンデンサＣ１、ラインフィルタＬ１が配置されている。ＡＣインレット３００とノイズフィルタ回路とからなる電源入力部の隣（図面左）にはインバータ回路のトランスＴ２が配置されている。
【０００４】
また、金具枠２００は人が触れる部分となるため、材質が導電性の金属である場合、安全面から浮遊電位ではなくＧＮＤ電位に接地される構造になっている。
【０００５】
しかしながら、この金具枠２００の目的はＡＣコネクタの機械的強度を補うという事であり、ＧＮＤ電位に接地されるが、ＡＣコネクタに混入する外部の電磁界から遮蔽するシールドの役割を持つ働きはしない。
【０００６】
外部の電磁界からの電磁波ノイズを軽減するノイズフィルタ装置を備えるＡＣインレットの例が、特許文献１に示されている。この文献によるとシールドケースにより、ＡＣコネクタまでのラインフィルタ、アクロスザラインコンデンサのノイズフィルタ部をすべて囲み、外乱雑音である外部の電磁界から遮蔽するノイズフィルタ装置が示されている。
【０００７】
また、他のノイズフィルタ装置を備えるＡＣインレットの例が、特許文献２に示されている。この文献によると、プリント基板の下部にシールド板を形成して外乱雑音である外部の電磁界から遮蔽している。
【特許文献１】特開平１０−１０７５７１号公報（１９９８年４月２４日公開）
【特許文献２】実開平２−６５０９０号公報（１９９０年５月１６日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年のスイッチング電源装置は小型薄型化に対する要求から、スイッチング電源回路と、例えば薄型液晶テレビ用の照明として使用される冷陰極管等を点灯させるインバータ回路との一体型のスイッチング電源装置が増えてきている。
【０００９】
図１１は図１０で示した従来のスイッチング装置の正面図である。インバータ回路の高電圧出力部は電磁波を放出するので、スイッチング電源装置の交流電源入力部の縁面と、インバータ回路の高電圧出力部の縁面との距離は長くすることが好ましい。しかし小型・小スペースの基板形状の為、基板３１０上に実装されるインバータ回路のトランスＴ２と、スイッチング電源装置のＡＣインレット部（交流電圧入力端子）及び入力フィルタ部（ノイズフィルタ回路）との距離は近づいてしまう事がある。このインバータ回路のトランスＴ２の出力電圧は例えば１０００Ｖｒｍｓ〜２０００ＶｒｍｓのＡＣ電圧出力（交流出力）であり、例えば５０ｋＨｚ程度の高周波信号を出力しており、高圧線の様な電磁界を発生する。金具枠２００はＡＣインレットを全て覆っているわけではないので、矢印で示される電磁界がＡＣインレット部へ直接混入しうる。これによりスイッチング電源装置の内部回路に、このインバータ回路を駆動している周波数帯、及び前記周波数を基本波とする自然数倍の周波数帯に不要な雑音電圧（電磁波ノイズ）が現れる。この不要な雑音電圧はスイッチング電源装置の要求仕様の一つである雑音端子電圧性能を劣化させる。雑音端子電圧は例えば、ＶＣＣＩ規格、ＣＩＳＰＲ規格、ＦＣＣ規格等のＥＭＩ規格のレベル以下に抑制される必要があるが、インバータ回路のトランスと、スイッチング電源装置のＡＣインレット部及び入力フィルタ部との距離が５ｃｍ以内等に近づいた場合無視できないレベルになる場合がある。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載された構成では、ＡＣインレットに直接混入する電磁波については考慮されていない。また、ラインフィルタ及びラインコンデンサの高さを考慮し、その上部にケースを形成する必要があるため、例えば外形の大きさが、幅×長さ×高さ：６０×７０×４０ｍｍという様に大きくなってしまう。そのためスイッチング電源装置の高さを２０ｍｍ以下にしたいという様な低背化の要求がある場合、ラインフィルタまたはラインコンデンサの最大高さが例えば１８ｍｍという様なぎりぎりの部品を使用した構成には使用できない。更に全体をカバーするため高価になるという課題がある。
【００１１】
また、特許文献２に記載された構成では、ＡＣインレットとインバータ回路のトランスが並置された場合、ＡＣインレットの上面及び側面からの電磁波を遮蔽する構造がないので、電磁波のＡＣインレットへの直接の混入は免れない。
【００１２】
尚、別の局面として、この様な高電圧・高周波数の電圧を扱う状況下で基板のパターンを描く場合において、実際に高電圧の巻き線が半田付けされている端子に接続されたパターンと、低電圧の巻き線が半田付けされている端子に接続されたパターンはその電位差に応じて距離を離す必要がある。また混入する電磁界については、電磁誘導により信号ラインを誤動作させてしまう恐れがあるため、高電圧の巻き線の直下にはたとえ基板の裏面であってもパターンを通さない等の配慮が必要である。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチング電源装置においてスイッチング電源回路とインバータ回路が一体化された場合に、小型化・低背化・省スペース化を可能にし、かつインバータ回路のトランスが発する電磁波のスイッチング電源装置への混入を低減するスイッチング電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るスイッチング電源装置は、交流電圧入力端子と、電磁波ノイズを低減するノイズフィルタ回路とを備える電源入力部と、前記電源入力部からの交流入力を直流出力に変換するコンバータ回路と、前記コンバータ回路の前記直流出力を交流出力に変換し、トランスを備えるインバータ回路と、を備え、前記交流電圧入力端子と前記トランスとの間に、前記トランスで発生する電磁波を遮蔽する遮蔽部を備えることを特徴としている。
【００１５】
上記の構成によると、インバータ回路のトランスから交流電圧入力端子への電磁波を遮蔽するので、電磁波ノイズを低減し、スイッチング電源装置の雑音端子電圧性能を改善することができる。よって単一の基板上でインバータ回路と電源入力部とを隣り合わせて配置することができるので、スイッチング電源装置を小型化することができる。
【００１６】
本発明に係るスイッチング電源装置は、前記コンバータ回路がリンギングチョークコンバータ回路を有することが好ましい。
【００１７】
上記の構成によると、低コストで小型のスイッチング電源装置を構成することができる。
【００１８】
本発明に係るスイッチング電源装置は、前記遮蔽部がノイズフィルタ回路部を除く前記電源入力部と、前記トランスとの間を遮蔽するように配置されていることが好ましい。
【００１９】
上記の構成によると、交流電圧入力端子に加え、ノイズフィルタ回路を含む電源入力部への電磁波をも遮蔽するので、さらに電磁波ノイズを低減し、スイッチング電源装置の雑音端子電圧性能を改善することができる。
【００２０】
本発明に係るスイッチング電源装置は、前記遮蔽部が導電性の金属であることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によると、さらに電磁波を遮蔽する効果が高い。
【００２２】
本発明に係るスイッチング電源装置は、前記導電性の金属の材質が銅であってもよい。
【００２３】
本発明に係るスイッチング電源装置は、前記導電性の金属の材質が鉄であってもよい。
【００２４】
本発明に係るスイッチング電源装置は、前記導電性の金属が前記スイッチング電源装置の回路の２次側のＧＮＤに接続されていることが好ましい。
【００２５】
上記の構成によると、遮蔽部に吸収された電磁波は速やかにＧＮＤに放散されるので、さらに電磁波を遮蔽する効果が高い。
【００２６】
本発明に係るスイッチング電源装置は、前記遮蔽部が前記トランスの高圧巻き線部の上部の少なくとも一部を覆うことが好ましい。
【００２７】
上記の構成によると、遮蔽部の上部から電源入力部側に回り込んでくる電磁波を遮蔽することができるので、さらに電磁波ノイズを低減し、スイッチング電源装置の雑音端子電圧性能を改善することができる。
【００２８】
本発明に係るスイッチング電源装置は、前記遮蔽部の、前記トランスの高圧巻き線部の上部を覆う部分と、前記電源入力部と前記トランスとの間を遮蔽する部分とからなる部位とが、Ｌ字形状に形成されていることが好ましい。
【００２９】
上記の構成によると、遮蔽部の上部から電源入力部側に回り込んでくる電磁波を遮蔽することができるので、さらに電磁波ノイズを低減し、スイッチング電源装置の雑音端子電圧性能を改善することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、交流電圧入力端子とトランスとの間に、前記トランスで発生する電磁波を遮蔽する遮蔽部を備えているので、交流電圧入力端子に現れる電磁波ノイズを低減し、スイッチング電源装置の雑音端子電圧性能を改善することができる。よって単一の基板上でインバータ回路と電源入力部とを隣り合わせて配置することができるので、スイッチング電源装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。
【００３２】
［実施の形態１］
図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置のＡＣインレット（交流電圧入力端子）の金具枠（入力部外枠）１００を示す平面図及び正面図である。図２はこのスイッチング電源装置の電源入力部及びコンバータ回路を示す回路図である。本実施の形態では交流入力を直流出力に変換するコンバータ回路としてリンギングチョークコンバータ（ＲＣＣ）回路を用いる。
【００３３】
電源入力部４１０は、極性ライブＬ及びニュートラルＮからなるＡＣインレットと、ノイズフィルタ回路を構成するフューズＦ１、バリアブルレジスタＮＲ１、ＮＲ２、アレスタＡＲ１、アクロスザラインコンデンサＣ１、及びラインフィルタＬ１とからなる。コンバータ回路４４０は、整流回路４２０とＲＣＣ回路４３０とから構成される。整流回路４２０は抵抗Ｒ１Ａ、Ｒ１Ｂ、コンデンサＣ２、Ｃ３、ブリッジダイオードＢＤ１、及び電解コンデンサＣ４からなる。ＲＣＣ回路４３０は抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、コンデンサＣ５、Ｃ６、スイッチング素子（ＦＥＴ）Ｑ１、トランジスタＱ２、フォトカプラＰＣ１、トランスＴ１、ダイオードＤ２０、及び電解コンデンサＣ２０からなる。本実施の形態におけるスイッチング電源装置はさらに、図２には図示しないがインバータ回路を備えている。インバータ回路はトランスを備えている。
【００３４】
上記のように構成されるスイッチング電源装置において、まず交流電圧（交流入力）は外部からＡＣインレットへ入力される。ＡＣインレットに入力された交流入力は、ノイズフィルタ回路を経て、コンバータ回路に入力される。コンバータ回路内の整流回路及びＲＣＣ回路を経て直流出力として出力される。この直流出力がインバータ回路に入力され、交流出力として出力される。
【００３５】
本実施の形態は図２に示される電源入力部４１０の、特にＡＣインレットについて、インバータ回路のトランスの高圧巻き線からの不要な電磁界（電磁波）の混入を低減することでスイッチング電源装置の雑音端子電圧性能の改善を行うものである。ここで、アクロスザラインコンデンサＣ１及びラインフィルタＬ１以外は一般的に電磁波ノイズを低減するノイズフィルタの役割を持っていない。したがってＡＣインレットまたは電源入力部４１０に直接電磁界が混入した場合、ＡＣインレットに接続された外部のコネクタを通して外部電線に雑音電圧（電磁波ノイズ）が意図せず出力されてしまうため問題となる。
【００３６】
本実施の形態のインバータ回路のトランスＴ２について図３を用いて以下に説明する。このトランスＴ２は入力を１つ有し、出力を２つ有しており、真中に１次側（入力側）である低圧巻き線部Ｎ１を有し、その両端に２次側（出力側）である高圧巻き線部Ｎ２を２つ有している。高圧巻き線部Ｎ２のそれぞれの部位での電圧は、低圧巻き線部側が低く、反対側が高くなっている。ここで２次側の高圧巻き線部Ｎ２からの電磁波による電磁波ノイズが問題になる。
【００３７】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すＡＣインレットの金具枠１００は、上記の電磁波を遮断するための、図１（ｂ）（正面図）で見てＬ字形状の遮蔽部１２０を備える。図４はこの金具枠１００を使用したスイッチング電源装置を示す平面図であり、その正面図が図５である。
【００３８】
図４に示すように、基板３１０上にはＡＣインレット３００の隣に、ノイズフィルタ回路を構成するフューズＦ１、バリアブルレジスタＮＲ１、アクロスザラインコンデンサＣ１、ラインフィルタＬ１が配置されている。ＡＣインレット３００とノイズフィルタ回路とからなる電源入力部の隣（図面左）にはインバータ回路のトランスＴ２が配置されている。
【００３９】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、金具枠１００は、ＡＣインレット保持部１００ａと、固定部１００ｂ、１００ｃとを有している。図１（ａ）に示すように、ＡＣインレット保持部１００ａはＡＣインレット３００（図４参照）を保持するために凹部形状をなしている。また、固定部１００ｂ、１００ｃは、ＡＣインレット保持部１００ａの両側に、ＡＣインレット保持部１００ａを基板３１０（図４参照）にネジ留めなどによって固定するために設けられている。
【００４０】
遮蔽部１２０は、立上部１２０ａと、屋根部１２０ｂとを有している。立上部１２０ａは、固定部１００ｃの側方から、金具枠１００の底面（図５に示す金具枠１００の基板３１０への固定側面）に対してほぼ垂直に立ち上がるように形成されている。屋根部１２０ｂは、立上部１２０ａの上端部から金具枠１００と反対側へ伸びるように形成されている。また、図４に示すように、屋根部１２０ｂは、金具枠１００が基板３１０に固定された状態で、トランスＴ２側に伸びてトランスＴ２の一部を覆うようにも形成されている。
【００４１】
図４に示すように、金具枠１００のＬ字形状の遮蔽部１２０はトランスＴ２の高圧巻き線部Ｎ２の上部の電源入力部側を覆っている。遮蔽部１２０は導電性の金属からなり、金具枠１００を介してスイッチング電源装置の回路の２次側のＧＮＤに接続されている。これにより図５の矢印で示すように、トランスＴ２から発せられた電磁波は金具枠１００のＬ字形状の遮蔽部１２０で反射または吸収される。吸収した電磁波による電磁波ノイズは金具枠１００を介して速やかにＧＮＤに放散される。したがって電磁波または磁界の、ＡＣインレット３００（図４参照）及び電源入力部への直接の混入を軽減している。ここでは立上部１２０ａ及び屋根部１２０ｂの長さは、図４に示すラインフィルタＬ１の巻き線の部分に高電圧の電磁界が直接混入しないことを基準に決定される。またトランスＴ２の高圧巻き線部Ｎ２の一部は、遮蔽部１２０によって遮蔽されていない。これは高圧巻き線部Ｎ２とＡＣインレット及び電源入力部との距離が十分大きいため、遮蔽部１２０で遮蔽せずとも、ＡＣインレット及び電源入力部へ混入する電磁波は十分小さいためである。
【００４２】
尚、本実施の形態では遮蔽部１２０は導電性の金属であるが、電磁波を遮蔽する任意の材料を用いることができる。例えば、遮蔽部１２０はセラミック、プラスティック等で構成されていてもよい。
【００４３】
［実施の形態２］
また図６に示すように、遮蔽部１３０はトランスＴ２の上部を覆っておらず、トランスＴ２とＡＣインレットの間を遮蔽する構造でも良い。図６は遮蔽部１３０がＩ字形状の金具枠１１０を備えたスイッチング電源装置の正面図である。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００４４】
本実施の形態では、トランスＴ２から発せられた電磁界が遮蔽部１３０である導電性の金属板の上から回り込んでＡＣインレットに混入することが考えられる。これに対して、遮蔽部１３０とトランスＴ２との距離を更に近づけることで電磁界のＡＣインレットへの混入を軽減することができる。また、遮蔽部１３０の壁の高さを高くすればこの電磁界の混入を防ぐ効果がある。しかしながら、小型・小スペースのために低背化を要求された場合、高さにも制限がかかるため、遮蔽部は実施の形態１のようにトランスＴ２の上部を覆うことが好ましい。
【００４５】
本実施の形態と、図１１に示す従来技術とについて、実際に雑音端子電圧を測定した結果をそれぞれ図７、８に示す。両者とも電源入力部とトランスの高圧巻き線との距離が約３ｃｍであり、ＡＣインレットの高さは１．５ｃｍ、トランスの高さは０．８ｃｍである。本実施の形態による遮蔽部１３０の高さは２ｃｍである。またトランスの高圧巻き線部の電圧は約９００Ｖｒｍｓ、その駆動周波数は約５５ｋＨｚである。本実施の形態と図１１に示す従来技術とについて、遮蔽部１３０以外の構造及び条件は全く同じである。
【００４６】
上記の条件における雑音端子電圧評価結果について図７、８のグラフを比較すると、インバータ回路の出力周波数である約１ＭＨｚ付近の周波数帯で、雑音端子電圧の低減効果があることがわかる。遮蔽部なしの図８の構成では雑音端子電圧が約４５ｄＢμＶであったのに対し、遮蔽部ありの図７の構成では約８ｄＢμＶの低減効果が確認された。雑音端子電圧は小さい程良く、目標とする雑音端子電圧の上限に対するマージンも１１．４ｄＢμＶから１９．０ｄＢμＶに増加した。したがって本発明は、雑音端子電圧性能の向上に効果があり、単一の基板上でインバータ回路と電源入力部とを隣り合わせて配置することができるので、スイッチング電源装置を小型化することができる。
【００４７】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
スイッチング電源装置が高電圧を出力するインバータ回路と一体化して、小型・低背化・小スペース化のプリント基板に使用された場合に、スイッチング電源装置の雑音端子電圧性能の向上に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係るＡＣインレットの金具枠を示す平面図であり、（ｂ）は当該金具枠を示す正面図である。
【図２】本発明に係るスイッチング電源装置の電源入力部及びＲＣＣ回路を示す回路図である。
【図３】インバータ回路のトランスの巻き線部を示す平面図である。
【図４】本発明に係るスイッチング電源装置を示す平面図である。
【図５】図４に示すスイッチング電源装置を示す正面図である。
【図６】本発明に係るスイッチング電源装置を示す正面図である。
【図７】本発明に係るスイッチング電源装置の雑音端子電圧を測定したグラフである。
【図８】従来のスイッチング電源装置の雑音端子電圧を測定したグラフである。
【図９】（ａ）は従来のＡＣインレットの金具枠を示す平面図であり、（ｂ）は当該金具枠を示す正面図である。
【図１０】従来のスイッチング電源装置を示す平面図である。
【図１１】図１０に示すスイッチング電源装置を示す正面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００    金具枠
１００ａ    ＡＣインレット保持部１００ａ
１００ｂ、１００ｃ    固定部
１１０    金具枠
１２０    遮蔽部
１２０ａ    立上部
１２０ｂ    屋根部
１３０    遮蔽部
２００    金具枠
３００    ＡＣインレット（交流電圧入力端子）
３１０    基板
４１０    電源入力部
４２０    整流回路
４３０    リンギングチョークコンバータ（ＲＣＣ）回路
４４０    コンバータ回路
Ｆ１    フューズ
Ｒ１Ａ、Ｒ１Ｂ    抵抗
Ｃ１    アクロスザラインコンデンサ
Ｃ２、Ｃ３    コンデンサ
ＢＤ１    ブリッジダイオード
Ｃ４    電解コンデンサ
Ｒ２、Ｒ３    抵抗
Ｑ１    スイッチング素子（ＦＥＴ）
Ｑ２    トランジスタ
Ｃ５    コンデンサ
Ｃ６    コンデンサ
Ｒ４    抵抗
Ｒ５    抵抗
Ｒ６    抵抗
Ｔ１    トランス
Ｔ２    トランス
Ｄ２０    ダイオード
Ｃ２０    電解コンデンサ
ＰＣ１    フォトカプラ
Ｎ１    低圧巻き線部
Ｎ２    高圧巻き線部
【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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