(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧放電ランプ（Ｌ）に電圧を供給するために結合コンデンサ（ＣＫ）、共振インダクタンス（ＬＤ）および共振キャパシタンス（ＣＲ）を含んでいる直列共振回路を有する自由振動する半ブリッジインバータ（Ｔ１、Ｔ２）と、半ブリッジインバータ（Ｔ１、Ｔ２）に対する供給電圧を出力端に生ずる直流電圧供給ユニットと、低圧放電ランプ（Ｌ）の明るさを調節するための調光装置（Ｄ）と、半ブリッジインバータ（Ｔ１、Ｔ２）に対する供給電圧を調光装置（Ｄ）における設定に関係する値に設定する調節ユニット（Ｒ）とを備えた低圧放電ランプ（Ｌ）の作動回路装置において、
調節ユニット（Ｒ）の第１の入力端が調光装置（Ｄ）の出力端に接続され、調節ユニット（Ｒ）の第２の入力端が直流電圧供給ユニットの出力コンデンサ（Ｃ１）に並列に接続され、
調節ユニット（Ｒ）の出力端が直流電圧供給ユニットのスイッチングトランジスタ（Ｔ、Ｔ´）の制御電極に導かれ、
低圧放電ランプ（Ｌ）の電極フィラメント（Ｅ１、Ｅ２）が直列共振回路の結合コンデンサ（ＣＫ）と、共振インダクタンス（ＬＤ）と、共振キャパシタンス（ＣＲ）とに直列に接続され、低圧放電ランプ（Ｌ）の電極フィラメント（Ｅ１）と電極フィラメント（Ｅ２）との間に共振キャパシタンス（ＣＲ）が電極フィラメント（Ｅ１）と電極フィラメント（Ｅ２）とに直列に接続され、
電極フィラメント（Ｅ１、Ｅ２）に並列にそれぞれスイッチング接点（Ｋ１、Ｋ２）が接続され、スイッチング接点（Ｋ１）と共振キャパシタンス（ＣＲ）とスイッチング接点（Ｋ２）とが直列に接続され、
調節ユニット（Ｒ）はタイムスイッチ（ＺＳ）によって、スイッチングトランジスタ（Ｔ、Ｔ´）の制御電極に対する制御電圧が、電極予熱段階では調光装置（Ｄ）における設定に無関係に設定され、点弧段階の終了後には調光装置（Ｄ）における設定に対応した値に設定されるように駆動され、
スイッチング接点（Ｋ１、Ｋ２）はタイムスイッチ（ＺＳ）によって、スイッチング接点（Ｋ１、Ｋ２）が点弧段階の間のみ閉じられて電極フィラメント（Ｅ１、Ｅ２）をそれぞれ短絡し、電極予熱段階の間および点弧段階の終了後には開かれて電極フィラメント（Ｅ１、Ｅ２）をそれぞれ短絡しないように駆動される
ことを特徴とする低圧放電ランプの作動回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、少なくとも１つの低圧放電ランプを作動させるための回路装置、特に螢光ランプの調光作動のための回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１つ又は複数の低圧放電ランプに電圧を供給するためのインバータと、インバータに対する供給電圧を出力端に生ずる直流電圧供給ユニットと、ランプの明るさを調節するための調光装置とを有する回路装置はヨーロッパ特許第 0059054号明細書に記載されている。この回路装置は、予熱された電極フィラメントを有する低圧放電ランプに直列共振回路を介して給電する外部制御されるインバータを有する。電極予熱段階の間に、すなわち放電ランプの点弧の前に、ランプは直列共振回路の共振周波数よりもはるかに高い周波数の電流を供給される。ランプを点弧させるため、共振上昇により必要な点弧電圧を発生するためにインバータのスイッチング周波数が直列共振回路の共振周波数の方向にずらされる。次いでランプ作動はランプにより減衰された直列共振回路の共振周波数の少し上の周波数において行われる。螢光ランプの調光、すなわち明るさ制御のために、インバータのスイッチング周波数、従ってまたランプ電流の周波数は調光装置における設定に関係して再び高められる。放電ランプに並列に接続されている共振キャパシタンスの周波数上昇により減ぜられたインピーダンスはランプ電流を減少させる。こうしてインバータのスイッチング周波数の変更により低圧放電ランプの明るさ制御が行われる。
【０００３】
ドイツ特許第 3338464号明細書には、調光可能な蛍光ランプを作動させるための自己振動するインバータを有する回路装置が開示されており、この回路装置では螢光ランプの明るさ制御はインバータから発生される高周波の交流電圧のデューテイ比を調光装置における設定に関係して変更することにより行われる。
【０００４】
さらにドイツ実用新案第 8915386号明細書から、螢光ランプの調光のためにインバータから発生される交流電圧の周波数およびデューテイ比の変更を組み合わせたものを利用する回路装置は公知である。
【０００５】
上記文献の回路は比較的高い回路費用を必要とし、さらに螢光ランプが点弧の直後に、調光装置における設定に無関係に、調節ユニットがインバータの周波数またはデューテイレシオを調光装置における設定に相応して適合させ終わる前に先ず全電力で放電するという欠点を有する。
【０００６】
他の調光方法はドイツ実用新案第 9100552号明細書に提案されている。ここに開示された回路装置は同じく直列共振回路を介して螢光ランプに給電する半ブリッジインバータを有する。ランプの明るさ制御は導通角制御の形式で行われる。ランプに並列に配置されている橋絡スイッチが、調光装置における設定に関係する調節可能なランプ電流の位相角の間に螢光ランプを橋絡する。それにより、放電間隙を流れる電流は、調光装置における設定に相応して弱められる。しかしながら、インバータのスイッチング段階への橋絡スイッチの同調はその回路構成に高い費用を必要とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、少なくとも１つの低圧放電ランプを作動させるため、特に調光作動させるための、従来の技術にくらべて改良された回路装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明によれば、低圧放電ランプに電圧を供給するために結合コンデンサ、共振インダクタンスおよび共振キャパシタンスを含んでいる直列共振回路を有する自由振動する半ブリッジインバータと、半ブリッジインバータに対する供給電圧を出力端に生ずる直流電圧供給ユニットと、低圧放電ランプの明るさを調節するための調光装置と、半ブリッジインバータに対する供給電圧を調光装置における設定に関係する値に設定する調節ユニットとを備えた低圧放電ランプの作動回路装置において、
調節ユニットの第１の入力端が調光装置の出力端に接続され、調節ユニットの第２の入力端が直流電圧供給ユニットの出力コンデンサに並列に接続され、
調節ユニットの出力端が直流電圧供給ユニットのスイッチングトランジスタの制御電極に導かれ、
低圧放電ランプの電極フィラメントが直列共振回路の結合コンデンサと、共振インダクタンスと、共振キャパシタンスとに直列に接続され、低圧放電ランプの両電極フィラメントの間に共振キャパシタンスが両電極フィラメントに直列に接続され、
電極フィラメントに並列にそれぞれスイッチング接点が接続され、スイッチング接点と共振キャパシタンスとスイッチング接点とが直列に接続され、
調節ユニットはタイムスイッチによって、スイッチングトランジスタの制御電極に対する制御電圧が、電極予熱段階では調光装置における設定に無関係に設定され、点弧段階の終了後には調光装置における設定に対応した値に設定されるように駆動され、
スイッチング接点はタイムスイッチによって、スイッチング接点が点弧段階の間のみ閉じられて電極フィラメントをそれぞれ短絡し、電極予熱段階の間および点弧段階の終了後には開かれて電極フィラメントをそれぞれ短絡しないように駆動されることによって解決される。
【０００９】
本発明による回路装置は主として、１つ又は複数の低圧放電ランプに電圧を供給するための後段に接続されたＬＣ出力回路を有するインバータと、インバータに対する直流電圧供給ユニットと、ランプの明るさを設定する調節ユニットおよび調光装置とから成っている。調光装置および調節ユニットは、調節ユニットがインバータに対する供給電圧を調光装置において選ばれた設定に関係する値に設定するように直流電圧供給ユニットと接続されている。調光装置における設定に相応して減ぜられたインバータ供給電圧は、インバータの一定または近似的に一定の動作周波数において、低圧放電ランプが減ぜられた電力で放電するように減ぜられたランプ電流を生じさせる。特に好ましい構成では、螢光ランプを作動させるため、特に螢光ランプを調光するための回路装置が取り扱われる。蛍光ランプは、後段に接続されており螢光ランプを含んでいる直列共振回路を有する半ブリッジインバータから給電される。半ブリッジインバータの直流電圧供給は好ましくはインバース変換器（Inverswandler)またはリバース変換器（Sperrwandler) として構成された直流電圧供給ユニットにより行われ、その直流電圧出力端がインバータの入力端と接続されている。インバース変換器またはリバース変換器のスイッチングトランジスタは調節ユニットから、調節ユニットが調光装置から予め定められた目標値および調節電圧供給ユニットの出力コンデンサに与えられているインバータ供給電圧から制御量として形成する制御信号を受ける。こうして直流電圧供給ユニットの出力電圧はランプ作動の間に調節ユニットおよび調光装置により設定される。ランプを傷めないようなランプ始動を可能にするため、螢光ランプの電極フィラメントは通常予熱される。電極予熱の継続時間および加熱電圧の高さは予め設定されたランプの明るさに無関係でなければならない。従って調光装置の制御信号は電極予熱段階の間は調節ユニットへの影響を有していない。
【００１０】
電極予熱段階から調光作動への移行は、本発明による回路装置では有利な仕方で、予熱段階の終了時に、電極フィラメントをランプの点弧のために短時間橋絡するリレーをトリガーし、また同時に調節ユニットが調光装置において設定されたランプの明るさに対する値をとるように計らうタイムスイッチにより行われる。それにより、ランプが既に始動の直後に調光装置において設定された明るさで放電することが保証される。放電間隙における電圧降下を予熱段階の間に減じ、かつ点弧段階の間に高めるため、特に好ましい実施例では、放電間隙に対して並列に配置されている共振キャパシタンスは２つの互いに並列に接続されているコンデンサから成っている。予熱段階の間および（ランプの点弧後の）ランプ作動の際には両共振コンデンサは直列共振回路のなかに接続されている。それに対して点弧段階の間は両コンデンサの一方はリレーにより直列共振回路から除外される。
【００１１】
【実施例】
以下、複数の好ましい実施例により本発明を一層詳細に説明する。
【００１２】
図１には本発明による回路装置の基本原理が著しく簡単化して示されている。それは螢光ランプＬに電圧を供給するための後段に接続されている直列共振回路を有する自己振動半ブリッジインバータＴ１、Ｔ２を有する。直列共振回路は結合コンデンサＣＫ、共振インダクタンスＬＤ、共振キャパシタンスＣＲおよびランプＬの電極フィラメントＥ１、Ｅ２を含んでいる。すべてのこれらの部品は直列に接続されており、共振キャパシタンスＣＲは、それがランプＬの放電間隙に対して並列に配置されるように直列共振回路のなかに両電極フィラメントＥ１、Ｅ２の間に接続されている。半ブリッジインバータＴ１、Ｔ２はその供給電圧を直流電圧供給ユニットの出力コンデンサＣ１から受ける。半ブリッジインバータＴ１、Ｔ２の駆動は制御ユニットＳＴにより行われる。この半ブリッジインバータの動作周波数はその出力回路の部品ＣＲ、ＬＲの共振周波数の付近にある。調光装置Ｄは調節ユニットＲを介して直流電圧供給ユニットの出力コンデンサＣ１と接続されている。
【００１３】
ランプＬの明るさを調節するために、調節ユニットＲにより、出力コンデンサＣ１に与えられるインバータＴ１、Ｔ２に対する供給電圧が調光装置における設定に関係して調節される。
【００１４】
半ブリッジＴ１、Ｔ２に対する小さい供給電圧はランプＬを通る小さい電流を生じ、従ってランプＬは減ぜられた電力で放電する。それにより、共振コンデンサＣＲおよび共振インダクタンスＬＲから成る直列共振回路は減負荷されるので、振動回路のＱ値、従ってまた共振コンデンサＣＲにおける電圧は上昇する。同時にそれによりコンデンサＣＲを通る電流およびそれに直列に接続されているランプＬの電極フィラメントＥ１、Ｅ２を通る電流が上昇する。
【００１５】
図２には、半ブリッジインバータＴ１、Ｔ２に対する商用電圧により作動する直流電圧供給ユニットの第１の実施例が示されている。それは前段に接続された整流器Ｇと、高周波の擾乱信号が侵入するのを防止する高周波フィルタＦとを有するインバース変換器から成っている。通常使用される高周波フィルタＦの説明はたとえばヨーロッパ特許出願公開第 0541909号明細書に記載されている。整流器Ｇの直流電圧出力端に対して並列に、整流された商用電圧を平滑化するため、平滑化コンデンサＣが接続されている。インバース変換器は電界効果トランジスタＴと、リアクトルＬと、ダイオードＤと、インバース変換器の出力端に対して並列に接続されている電解コンデンサＣ１とから成っている。インバース変換器を形成するこれらの部品は、インバース変換器の出力電圧が整流された瞬時の商用電圧に重畳するように接続されている。調節ユニットＲの第１の入力端はインバース変換器の出力コンデンサＣ１に並列に接続されており、また調節ユニットＲの第２の入力端は調光器Ｄの出力端と接続されている。調節ユニットＲの出力端は電界効果トランジスタＴのゲート端子に導かれている。インバース変換器の機能原理はジェイ・ベックマン（J. Beckmann)著「クロックされる電流供給（Getaktete Stromversorgung)」フランツィス、フエアラーク、ゲーエムベーハー（Ｆｒａｎｚｉｓ‐Ｖｅｒｌａｇ  ＧｍｂＨ）の第１７〜１９頁に記載されており、従ってここで詳細には説明されない。
【００１６】
符号Ｖ１、Ｖ２およびＶ３を付されているのは、図面を見易くするために本発明による回路装置の回路図を切断した個所である。第１の実施例による完全な回路装置を得るためには、図２および図４の回路がこれらの切断個所でつながれなければならない。こうして半ブリッジインバータＴ１、Ｔ２はコンデンサＣ１から切断個所Ｖ１、Ｖ２を経てその供給電圧を得、またタイムスイッチＺＳが切断個所Ｖ３を経て調節ユニットＲの第３の入力端と接続されている。インバータは自己振動する電流帰還結合された半ブリッジインバータＴ１、Ｔ２として構成されている。インバータのスイッチングトランジスタＴ１、Ｔ２のベースまたはゲート電極のための駆動装置ＳＴの詳細な説明はたとえばダブリュ、ヒルシュマン（W. Hirschmann)、エイ、ハウエンシュタイン（A. Hauenstein)著「スイッチングレギュレータ（Schaltnetzteile) 」シーメンス社出版、１９９０年、第６３頁に記載されている。半ブリッジＴ１、Ｔ２の中央タップに、結合コンデンサＣＫ、共振インダクタンスＬＤ、共振キャパシタンスＣＲおよび螢光ランプＬの電極フィラメントＥ１、Ｅ２を含んでいる直列共振回路が接続されている。直列共振回路のすべての上記部品は直列に接続されている。しかしながら共振キャパシタンスＣＲは、それがランプＬの放電間隙に対して並列に接続されているように、直列共振回路のなかに含まれている。さらに回路装置は、それぞれ電極フィラメントＥ１、Ｅ２の１つに対して並列に接続されており、またリレーＲＥにより制御される２つのスイッチング接点Ｋ１、Ｋ２を有する。リレーＲＥはさらにタイムスイッチＺＳと接続されている。
【００１７】
回路装置のスイッチオンの後にインバース変換器は電解コンデンサＣ１に半ブリッジインバータＴ１、Ｔ２に対する供給電圧を生ずる。この供給電圧は先ず調光装置における設定に無関係であり、またその値は、電極予熱段階の間は半ブリッジＴ１、Ｔ２から中央タップに発生される電圧が電極予熱のために十分な直列共振回路を通る電流を保証するように選ばれている。約２秒間継続するこの電極予熱段階の間はリレー接点Ｋ１、Ｋ２は開かれているので、電極フィラメントＥ１、Ｅ２は直列に直列共振回路のなかに含まれており、高周波の加熱電流を流される。電極フィラメントＥ１、Ｅ２の抵抗は直列共振回路を減衰させ、またランプＬのアークスルーを防止する。予熱段階の終了時にタイムスイッチＺＳがリレーＲＥをトリガーするので、両リレー接点Ｋ１、Ｋ２は短時間、約８ｍｓにわたり、閉じられ、また同時に調節ユニットＲを能動化する。スイッチング接点Ｋ１、Ｋ２の短時間の閉路により電極フィラメントＥ１、Ｅ２が橋絡され、また直列共振回路が脱減衰される。それにより共振キャパシタンスＣＲに螢光ランプＬに対する点弧電圧が生ずる。正常なランプ作動の間は、すなわちランプＬの点弧が行われた後には、リレー接点Ｋ１、Ｋ２は再び開かれている。タイムスイッチＺＳにより能動化された調節ユニットＲは出力コンデンサＣ１に与えられているインバータＴ１、Ｔ２に対する供給電圧を検出し、この供給電圧を、調光装置Ｄから供給され、調光装置における設定により決定された目標値と比較し、また電界効果トランジスタＴのゲート電極へのその接続を介してこのトランジスタＴのデューティレシオを制御し、それによって電解コンデンサＣ１におけるインバース変換器の出力電圧を調節する。インバース変換器の減ぜられた出力電圧は半ブリッジインバータＴ１、Ｔ２に対する減ぜられた供給電圧を意味する。半ブリッジインバータＴ１、Ｔ２の中央タップにおける電圧降下が次いで同じく相応に減ぜられているので、直列共振回路を通って、またランプＬの放電間隙を経て、減ぜられた電流が流れる。こうして螢光ランプＬの電力および明るさがインバータ供給電圧の調節により調光装置における設定に関係して制御される。
【００１８】
図６および図７には、２つの相い異なる調光器設定に対して電極予熱段階から正常なランプ作動への移行の際のリレーＲＥに対する制御信号の時間的経過（それぞれ曲線１）および調節ユニットＲに対する制御信号の時間的経過（それぞれ曲線２）が著しく簡単化して示されている。約２秒間継続する電極予熱段階の間は調節ユニットＲに対する制御信号（図６および図７の曲線２）、従ってまたトランジスタＴのゲート電極に対する制御電圧は調光装置Ｄにおける設定に無関係である。リレーＲＥは制御信号を受けず、スイッチング接点Ｋ１、Ｋ２は開かれている。点弧段階の開始時に初めて調節ユニットＲが能動化され、トランジスタＴのゲート電極が調光器設定に相応して異なる制御信号を受信する。点弧段階は約８ｍｓ継続する。この時間の間はリレーＲＥは両リレー接点Ｋ１、Ｋ２を閉じる制御信号を受ける。ランプＬの点弧が行われた後両リレー接点は再び開かれ、リレーＲＥは制御信号を受けず、トランジスタＴのゲート電極に対する制御電圧は調光装置Ｄにおける設定により、また調節ユニットＲにより決定される。
【００１９】
図５には本発明による回路装置の第２の実施例が示されている。それは切断個所Ｖ１、Ｖ２およびＶ３において図２に示されているインバース変換器と接続されている。第１の実施例との相違点は共振キャパシタンスのみである。共振キャパシタンスは第２の実施例では２つの部分から構成されている。それは互いに並列に接続された共振コンデンサＣＲ１およびＣＲ２から成っており、それらは共にランプの放電間隙に対して並列に配置されている。予熱段階の間およびランプ始動後には両共振コンデンサＣＲ１、ＣＲ２は直列共振回路のなかに含まれている（図５中に示されているようなスイッチング接点Ｋ１、Ｋ２の位置）。それに対して点弧段階の間は、リレー接点Ｋ１、Ｋ２の短時間の切換により、共振コンデンサＣＲ２が直列共振回路から除外され、従ってコンデンサＣＲ１のキャパシタンスのみが有効である。この措置により、ランプＬの放電間隙の電圧降下が予熱段階の間は減ぜられ、点弧段階の間は高められ得る。こうして一方では螢光ランプＬのコールドスタートが回避され、他方では点弧段階の間の確実なランプ始動が可能にされる。
【００２０】
インバース変換器の代わりに、半ブリッジインバータＴ１、Ｔ２の電圧供給のために、図３に示されているリバース変換器も使用され得る。リバース変換器は高周波フィルタＦおよび整流器Ｇを介して整流されかつ平滑化コンデンサＣ´により平滑化された商用電圧を供給される。それは電界効果トランジスタＴ′、変圧器ＴＲ、ダイオードＤ′およびその出力端に並列に接続された電解コンデンサＣ１から成っている。リバース変換器の構成および機能の仕方はたとえばジェイ、ベックマン（J. Beckmann)著「クロックされる電流供給（Getaktete Stromversorgung) 」フランツィス、フェアラーク、ゲーエムベーハー（Ｆｒａｎｚｉｓ‐Ｖｅｒｌａｇ  ＧｍｂＨ）の第１９〜２４頁に記載されており、従ってここで詳細には説明されない。調節ユニットＲおよび調光装置Ｄは、既に第１の実施例で説明したように、電界効果トランジスタＴ´のゲート電極およびリバース変換器の出力コンデンサＣ１と接続されている。ここでも調節ユニットＲはトランジスタＴ´のデューティレシオを介して、電解コンデンサＣ１に与えられる半ブリッジインバータＴ１、Ｔ２に対する供給電圧を、調光装置において選ばれた設定に関係して制御する。調光装置における設定に相応するインバータ電圧供給の調節は、この実施例においても点弧段階の開始時に初めてタイムスイッチＺＳにより能動化される。符号Ｖ１、Ｖ２およびＶ３を付されているのは、図３に示されているリバース変換器を図４および図５に示されている第１または第２の実施例による回路と接続する切断個所である。
【００２１】
調光装置Ｄ、タイムスイッチＺＳおよび調節ユニットＲは種々の仕方で構成することができる。調光装置Ｄは調節ユニットＲの入力端に約１Ｖ（最低の調光ステップ）と約１０Ｖ（最高の調光ステップ）との間の電圧を発生する。このことは最も簡単な場合にはたとえば調光ポテンショメータにより達成され得る。タイムスイッチＺＳとしてはたとえば、後段に接続されたコンパレータを有するＲＣ要素が適している。このＲＣ要素の時定数は主として電極予熱段階の継続時間を決定する。調節ユニッットＲはたとえば、前段に接続された差し引き器を有するＰＩまたはＰＩＤ調節器として構成することができる。差し引き器はこの場合に調光器信号から、またたとえばインバータの供給電圧に比例する電圧信号から差信号を形成し、この差信号から直流電圧供給ユニットのトランジスタＴ、Ｔ´のゲート電極を駆動するための信号が導き出される。
【００２２】
本発明による回路装置によればランプＬの電力がその定格値の５％に減ずるように調光され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回路装置の基本原理を示す接続図。
【図２】インバース変換器として構成されたインバータに対する直流電圧供給ユニットの接続図。
【図３】リバース変換器として構成されたインバータに対する直流電圧供給ユニットの接続図。
【図４】後段に接続された直列共振回路およびそのなかに含まれている螢光ランプを有する本発明の第１の実施例によるインバータの接続図。
【図５】後段に接続された直列共振回路およびそのなかに含まれている螢光ランプを有する本発明の第２の実施例によるインバータの接続図。
【図６】電極予熱から最高の調光器設定の際の調光作動への移行段階の間のリレーに対する制御信号の時間的経過（曲線１）およびインバータ供給電圧調節に対する制御信号の時間的経過（曲線２）を示す線図。
【図７】電極予熱から最低の調光器設定の際の調光作動への移行段階の間のリレーに対する制御信号の時間的経過（曲線１）およびインバータ供給電圧調節に対する制御信号の時間的経過（曲線２）を示す線図。
【符号の説明】
Ｃ１    出力コンデンサ
ＣＫ    結合コンデンサ
ＣＲ    共振キャパシタンス
ＣＲ１、ＣＲ２    共振コンデンサ
Ｄ    調光装置
Ｅ１、Ｅ２    電極フィラメント
Ｋ１、Ｋ２    スイッチング接点
Ｌ    低圧放電ランプ
ＬＤ    共振インダクタンス
Ｒ    調節ユニット
Ｔ１、Ｔ２    インバータ
Ｔ、Ｔ´    スイッチングトランジスタ
ＺＳ    タイムスイッチ
【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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