JP4095825B2 - 回路装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基本ボディと、上面において陽極・導体通路、陰極・導体通路、交流・導体通路、並びに補助接続部を有する少なくとも１つの基板と、それらの導体通路と少なくとも部分的に接触されている例えばトランジスタ、サイリスタ、ダイオード、抵抗、集積回路、又はセンサのような構成部品と、陽極・直流接続部及び陰極・直流接続部を有する中間回路ボードと、陽極・直流接続部と陰極・直流接続部の間に接続されている少なくとも１つの電気的なコンデンサと、少なくとも１つの交流接続部とを有する回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ特許出願第10037533.2号明細書では、電気絶縁性の基板と、この基板上にあり互いに電気的に絶縁されている金属性の導体通路と、これらの導体通路上に取り付けられているパワースイッチとを備えた、寄生インダクタンスの小さな回路装置が記載されている。そこではパワースイッチがパワートランジスタを有し、これらのパワートランジスタは有利にはMOSFET又はIGBTで形成されている。
【０００３】
この種の回路装置の稼動は、中間回路内、基板上、並びに交流接続要素において熱を発生させる。中間回路の冷却は従来技術により構成部品における熱対流を介して行われる。基板の熱は冷却体に対する直接的な接触を介して運び去られる。交流接続要素の熱は従来技術により同様に熱対流だけを介して運び去られる。交流接続要素の温度上昇は、そこでオーム抵抗を増加させ、それにより電流容量をより小さくする。更に少なくとも１つの交流接続要素上にはセンサが配設され得て、それらの機能は温度上昇により損なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の基礎を成す課題は、製造手間即ち組立手間が僅かであり、傑出した耐振動性及び耐衝撃性を有し、冷却体に対する中間回路内及び／又は接続要素にて発生する熱の排出が改善される、寄生インダクタンスの小さな冒頭に掲げた形式の回路装置を創作することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、冒頭に掲げた形式の回路装置において、本発明に従い、以下の構成要件のうちの少なくとも１つにより解決される：
・ 中間回路ボードが、少なくとも１つの基板の陽極・導体通路及び陰極・導体通路と直接的に低インダクタンスで接触するための第１及び第２接触要素を有し、中間回路ボード及び少なくとも１つの基板には、第３接触要素を有する付属の交流接続要素が付設されていて、中間回路ボートの第１及び第２接触要素及び少なくとも１つの交流接続要素の第３接触要素を少なくとも１つの基板の付属の導体通路と電気的に接触させるためのプレス装置が設けられていること。
・ 外部に電気的に接触するための少なくとも１つの接続ピンが、電気絶縁性で熱伝導性のボディを用いて冷却体と熱接触状態にもたらされること。
・ 少なくとも１つの電流接続部の内部の接続プレートが部分領域を有し、これらの部分領域を用いて接続プレートが熱伝導性で電気絶縁性のボディを介して冷却体との接続を形成すること。
・ 冷却すべき少なくとも１つのコンデンサを有する中間回路ボードが、少なくとも１つの基板の陽極・導体通路及び陰極・導体通路と直接的に接触するための接触要素を有すること。
【０００６】
本発明による回路装置では３相交流（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のために有利には３つの基板が設けられている。この種の回路装置は３つの交流接続部を有する。
【０００７】
本発明による回路装置が通常はパワークラスの回路装置である以上、基本ボディが冷却体に配置されていると有利であり、少なくとも１つの基板がその底面を用いて冷却体と熱伝導式で接触されていると有利である。この目的のために少なくとも１つの基板の底面には金属被覆或いは金属層が設けられ得て、基板はこの金属被覆或いは金属層を用いて広い面に渡って基本ボディ或いは冷却体上に載置される。基本ボディは、付属の基板のための少なくとも一つの区画を有するように枠状に形成されている。
【０００８】
本発明により中間回路ボードが陽極・直流接続部を有する第１金属面要素及び陰極・直流接続部を有する第２金属面要素を有し、これらの金属面要素が互いに絶縁されていると、比較的簡単に且つ僅かな製造コストで実現可能である回路装置が達成され、この際、中間回路ボードの少なくとも１つのコンデンサの接続要素は夫々の付属の金属面要素と接触されていて、中間回路ボードの接触要素は少なくとも１つの基板の夫々の付属の金属面要素と一体式に形成されている。陽極・直流接続部のための金属面要素及び陰極・直流接続部のための金属面要素は、有利には、例えば銅から成り且つ打ち抜かれて対応的に曲げられている板金により形成され得る。このようにして簡単に且つ低コストで実現可能である中間回路ボードを有する回路装置が得られ、この際、これらの長所は、コンパクトで機械的に頑丈であり並びに低インダクタンスの構成を伴う。陽極・直流接続部の金属面要素と陰極・直流接続部の金属面要素の電気絶縁は、電気絶縁性の材料から成り且つ一重に形成される面要素により実現され得る。直流接続部及び交流接続部を外部に電気的に接続させるために、基本ボディ上には接続ピンが設けられ、対応する接続要素には穴が設けられている。
【０００９】
他の可能性として、例えば、陽極・直流接続部と接続されている金属コーティングを１つの主面に有し、陰極・直流接続部と接続されている金属コーティングを反対側の第２の主面に有する中間回路ボードを設けることも可能であり、この際、中間回路ボードの接触要素は接触フィンガーにより形成されていて、これらの接触フィンガーを用いて接触要素が中間回路ボードと適合して接触されている。対応的に少なくとも１つの交流接続部には接触要素が設けられ得て、これらの接触要素は同様に接触フィンガーにより形成されていて、接触要素を少なくとも１つの交流接続要素と接触させる。しかし、この種の差込接触は無視することのできない組立手間を必要とし、それゆえに、中間回路ボードの両方の直流接続部の接触要素を対応的な金属面要素を用いて一体式で形成すること、及び、少なくとも１つの交流接続要素の接触要素をこの交流接続要素を用いて一体式で形成することが有利である。
【００１０】
中間回路ボードの接続要素及び少なくとも１つの交流接続要素を少なくとも１つの基板の付属の導体通路と電気的に接触させることがプレス装置を用いて行われ、このプレス装置が、形状安定性のプレスボディと、このプレスボディに適合された面寸法を有する制限された可撓性のプレス要素とを有すると本発明による回路装置において有利であると示された。有利には金属から構成される形状安定性のプレスボディと、制限された可撓性のプレス要素との間には合目的には電気絶縁性の材料から成る中間ボディが設けられていて、この中間ボディの管状の貫通要素は形状安定性のプレスボディを通じて延びている。本発明による回路装置のプレス装置上にはドライバ回路が配設され得て、この際、プレス装置を貫いて接触ワイヤ要素が延びていて、これらの接触ワイヤ要素は少なくとも１つの基板の夫々の付属の導体通路及び補助接続部とプレス接触されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
他の詳細、特徴、長所は、図面に描かれている本発明の回路装置の実施形態に関する以下の説明から明らかである。
【００１２】
図１には、基本ボディ１２を有する回路装置１０の構成において主要部が示されている。枠状の基本ボディ１２は、冷却体に取り付けられていて、互いに離された３つの区画１４を有する。各区画１４は基板１６のために設けられている。この種の基板１６は図２に描かれていて後で詳細に説明される。
【００１３】
基本ボディ１２からピン１８が上方に向かって立ててあり、これらのピン１８は、夫々に付属する交流接続要素２０を正確に位置決めするために設けられている。この種の交流接続要素２０は図４に描かれていて後で詳細に説明される。
【００１４】
基本ボディ１２から更に２つのピン２２が上方に向かって立ててあり、これらのピン２２は中間回路ボード２４を正確に位置決めするために設けられている。この種の中間回路ボード２４は図３において付属の電気的なコンデンサを伴わない分解斜視図として描かれていて後で詳細に説明される。
【００１５】
基本ボディ１２から一体式でネジ付きスリーブ２６が上方に向かって立ててあり、これらのネジ付きスリーブ２６は図５に分解斜視図で示されているプレス装置２８を基本ボディ１２に固定するために用いられる。
【００１６】
基板１６又は夫々の基板１６は、その上面３０において、陽極・導体通路（陽極・導電トラック）３２、陰極・導体通路（陰極・導電トラック）３４、これらの通路間に設けられている交流・導体通路（交流・導電トラック）３６、並びに補助接続部３８及び４０を有する。例えばパワートランジスタ又はパワーダイオードのような構成部品４２は導体通路３２、３４、３６及び補助接続部３８と接触されている。この接触は例えばボンディングワイヤ４４を用いて行われる。
【００１７】
中間回路ボード２４の陽極・直流接続部４６は夫々の基板１６の陽極・導体通路３２と接触されている。中間回路ボード２４（図３も参照のこと）の陰極・直流接続部４８は夫々の基板１６の陰極・導体通路３４と接触されている。この目的のために中間回路ボード２４は、陽極・直流接続部４６を有する第１金属面要素５０、及び、陰極・直流接続部４８を有する第２金属面要素５２を有し、これらの間には、図３から見て取れるように、金属面要素５０及び５２に面として適合される絶縁要素５４が設けられている。
【００１８】
金属面要素５０及び金属面要素５２には、銅のような導電性の金属から成る打抜板金が夫々に用いられ、この場合、陽極・直流接続部４６のための金属面要素５０から一体式で第１接触要素５６が離れてゆくように立てられている。これらの第１接触要素５６は、縦長の金属面要素５０の横方向に方向付けられていて、金属面要素５０と直角を形成する。これらの第１接触要素５６はプレス装置２８を使って夫々の基板１６の陽極・導体通路３２に対して押し付けられる。
【００１９】
陰極・直流接続部４８の金属面要素５２から離れてゆくように第２接触要素５８が縦方向に方向付けられて垂直に立てられていて、これらの第２接触要素５８はプレス装置２８を使って夫々の基板１６の陰極・導体通路３４に対して押し付けられる。
【００２０】
陽極・直流接続部４６の金属面要素５０は、中間回路ボード２４の非図示のコンデンサにおける対応的な接続部に電気伝導式で接触するための接触穴６０を有するように形成されている。陰極・直流接続部４８の金属面要素５２には、中間回路ボード２４の非図示のコンデンサにおける陰極・接続要素のための接触穴６２が設けられている。絶縁要素５４は、中間回路ボード２４のコンデンサの接続要素のために前記の穴に適合された貫通穴６４を有するように形成されている。
【００２１】
直接的に配設されている第１及び第２接触要素５６、５８を有する金属面要素５０、５２と、絶縁要素５４と、冷却体上に直接的に設けられる基板１６とから形成されている中間回路ボード２４の密に隣接する配置により、冷却体と、中間回路ボード２４上に配設されるコンデンサとの間において極めて効果的な熱接触が達成される。このことは中間回路内に発生する熱の効率のよい排出を可能とする。
【００２２】
陽極・直流接続部４６は穴６６を有するように形成されていて、この穴６６を通じ、基本ボディ１２から上方に向かって立てられているピン２２が延在する。陰極・直流接続部４８は穴６８を有するように形成されていて、この穴６８を通じ、基本ボディ１２の他のピン２２が延在する。
【００２３】
図４では交流接続要素２０が斜視図として明確化されていて、この交流接続要素２０は、陽極・直流接続部４６のための金属面要素５０における第１接触要素５６と同様に、第３接触要素７０を有する打抜板金として形成されていて、接続プレート７２を有するように形成されている。夫々の交流接続要素２０の接続プレート７２は穴７４を有するように形成されていて、組み立てられた状態で基本ボディ１２の対応的なピン１８が穴７４を通じて延在する。接続プレート７２には電流センサ１１４（図１も参照）を受け入れるための他の穴１０４も設けられている。夫々の交流接続要素２０の第３接触要素７０は夫々の基板１６の交流・導体通路３６と接触されている。中間回路ボード２４の陽極・直流接続部４６及び陰極・直流接続部４８のための金属面要素５０及び５２における第１及び第２接触要素５６及び５８は、回路装置１０の夫々の基板１６の付属の導体通路３２及び３４と低インダクタンスで直接的に接触するために用いられる。
【００２４】
電流センサ１１４のための穴１０４のまわりにおける接続プレート７２の領域は効果的な熱除去を必要とし、その理由は、一方では高すぎる温度が電流センサの機能を低減し、他方では接続プレート７２の高すぎる温度がこの接続プレート７２のオーム抵抗を増加させ、電流の最大の流れを減少させ、従って直接的に回路装置の能率を減少させるためである。
【００２５】
図５には、回路装置１０のプレス装置２８の構成が分解斜視図として明確化されている（図１も参照）。プレス装置２８は、制限された可撓性のプレス要素７６と、形状安定性のプレスボディ７８とを有する。制限された可撓性のプレス要素７６と、このプレス要素７６に底面として適合されている形状安定性のプレスボディ７８との間には電気絶縁性の材料から成る中間ボディ８０が設けられていて、この中間ボディ８０には絶縁スリーブ８２が中間ボディ８０から離れてゆくように立てられている。これらの絶縁スリーブ８２は、プレス装置２８が組み立てられた状態で、形状安定性のプレスボディ７８の対応的な穴８４を通じ、並びに、プレス要素７６の穴８６及び凹部８８内において延在する。形状安定性のプレスボディ７８は、例えば金属から構成され、例えば皿頭ネジのための皿穴９０を有するように形成されている。これらの皿穴９０は、基本ボディ１２から離れてゆくように立てられているネジ付きスリーブ２６と位置的に一致するように設けられていて、それにより前記の皿頭ネジを使ってプレス装置２８が基本ボディ１２に固定され、この際、プレス装置２８を使って同時に中間回路ボード２４が基板１６と適合するように接触される。
【００２６】
プレス装置２８の中間ボディ８０の絶縁スリーブ８２を通じて接触ワイヤ要素９２が延びていて、これらの接触ワイヤ要素９２には、絶縁スリーブ８２から僅かに出ている接触部分９４が上側に設けられ、絶縁スリーブ８２から下側に出ている下側のピン形状の端部分９６が設けられている。回路装置１０が組み立てられた状態で、接触ワイヤ要素９２の上側の接触部分９４は、プレス装置２８上に位置決めされている（非図示の）ドライバ回路における付属の接触箇所と接触する。この際、接触ワイヤ要素９２における下側のピン形状の端部分９６は、夫々の基板１６における付属の導体通路及び補助接続部と接触される。
【００２７】
図６には、接続プレート７２の領域からの熱除去を改善するための詳細部が示されている。そのために接続プレート７２の領域には基本ボディ１２内に凹部１１２が形成されている。これらの凹部１１２は、熱抵抗の小さな電気絶縁性のボディ１００（例えば、セラミック材料、雲母、酸化アルミニウムなど）を凹部１１２内に受容するために形成されている。また熱除去は２つの経路で達成され、これらの経路は、夫々が接続プレート７２の温度減少を自ずと達成するにもかかわらず、有利には両方とも使用される：
・ 接続プレート７２の対向する２つの側面において領域１０６が次のように折り曲げられる。即ち、これらの領域１０６が組立後にボディ１００と直接的な熱接触状態にあるようにである。また、ボディ１００は冷却体１０２と直接的な熱接触状態にある。
・ ピン１８が次のように形成されている。即ち、このピン１８が、有利にはネジ１０８を用いた接続領域と、フット１１０とから成り、この際、フット１１０は電気絶縁性のボディ１００に対する直接的な熱接触部を有し、ボディ１００の方は冷却体１０２と直接的な熱接触部を有する。接続ピン１８並びに接続プレート７２は、外部の交流接続を可能とするために、電気伝導式で接続されている。
【００２８】
図７には、非図示の冷却体の方から見た、交流接続部の分解図が示されている。凹部１１２は次のように形成されている。即ち、熱伝導性で電気絶縁性のボディ１００が、一方では接続ピン１８のフット１１０と折り曲げられている部分領域１０６（図４も参照）との間の熱接触部、他方では接続ピン１８のフット１１０と冷却体１２との間の熱接触部を形成するようにである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 回路装置の主要部を立体的に示す図であり、この際、基本ボディは３相交流のための３つの基板を有し、ここで中間回路ボードは、基板が備え付けられている枠状の基本ボディから離されて示されている。
【図２】 図１による回路装置の基板を立体的に示す図である。
【図３】 図１による回路装置の中間回路ボードの立体的な分解図を示す図である。
【図４】 図１による回路装置の交流接続要素を立体的に示す図である。
【図５】 回路装置のプレス装置の立体的な分解図を示す図であり、この回路装置は図１ではプレス装置を伴わずに図示されている。
【図６】 本発明による構成の電流接続要素を有する回路装置の一部分の立体図、並びに本発明による構成の接続ピンを示す図である。
【図７】 基本ボディの一部分の立体図、並びに本発明による構成の接続ピンを示す図である。
【符号の説明】
１０ 回路装置
１２ 基本ボディ（１０より）
１４ 区画（１２より）
１６ 基板（１４内）
１８ ピン（１２において２０のため）
２０ 交流接続要素（１０より）
２２ ピン（１２において４６、４８のため）
２４ 中間回路ボード（１０より）
２６ ネジ付きスリーブ（１２において２８のため）
２８ プレス装置（１０より）
３０ 上面（１６より）
３２ 陽極・導体通路（３０における）
３４ 陰極・導体通路（３０における）
３６ 交流・導体通路（３０における）
３８ 補助接続部（３０における）
４０ 補助接続部（３０における）
４２ 構成部品（１６における）
４４ ボンディングワイヤ（４２における）
４６ 陽極・直流接続部（２４より）
４８ 陰極・直流接続部（２４より）
５０ 金属面要素（４６より）
５２ 金属面要素（４８より）
５４ 絶縁要素（５０と５２の間において２４より）
５６ 第１接触要素（５０における）
５８ 第２接触要素（５２における）
６０ 接触穴（５０内）
６２ 接触穴（５２内）
６４ 貫通穴（５４内）
６６ 穴（４６内）
６８ 穴（４８内）
７０ 第３接触要素（２０より）
７２ 接続プレート（２０より）
７４ 穴（７２内）
７６ 制限された可撓性のプレス要素（２８より）
７８ 形状安定性のプレスボディ（２８より）
８０ 中間ボディ（７６と７８の間において２８より）
８２ 絶縁スリーブ（８０より）
８４ 穴（７８内）
８６ 穴（７６内）
８８ 凹部（７６内）
９０ 皿穴（７８内）
９２ 接触ワイヤ要素（８２内）
９４ 接触部分（９２より）
９６ ピン形状の端部分（９２より）
１００ 絶縁ボディ
１０２ 冷却体
１０４ 穴（７２内）
１０６ 部分領域（接続プレート７２より）
１０８ ネジ（接続ピン１８より）
１１０ フット（接続ピン１８より）
１１２ 凹部（１２から）
１１４ 電流センサ

Claims (16)

  1. 基本ボディ（１２）と、この基本ボディ（１２）内に配設され且つ上面（３０）において陽極・導体通路（３２）、陰極・導体通路（３４）、交流・導体通路（３６）、並びに補助接続部（３８、４０）を有する少なくとも１つの基板（１６）と、それらの導体通路（３２、３４、３６）及び補助接続部（３８、４０）と少なくとも部分的に接触されている構成部品（４２）と、基板（１６）上に配設され、陽極・直流接続部（４６）及び陰極・直流接続部（４８）を有し、これらの陽極・直流接続部（４６）と陰極・直流接続部（４８）の間に接続されている少なくとも１つの電気的なコンデンサを有する中間回路ボード（２４）と、少なくとも１つの交流接続要素（２０）とを有する回路装置において、
    中間回路ボード（２４）の陽極・直流接続部（４６）が、基板（１６）の陽極・導体通路（３２）と直接的に低インダクタンスで接触するための第１接触要素（５６）を有し、中間回路ボード（２４）の陰極・直流接続部（４８）が、基板（１６）の陰極・導体通路（３４）と直接的に低インダクタンスで接触するための第２接触要素（５８）を有すること、
    中間回路ボード（２４）及び少なくとも１つの基板（１６）には、基板（１６）の交流・導体通路（３６）と接触するための第３接触要素（７０）を有する交流接続要素（２０）が付設されていること、及び、
    基本ボディ（１２）には接続ピン（１８、２２）が設けられていて、交流接続要素（２０）の接続プレート（７２）の穴（７４）を通じて付属の接続ピン（１８）が延在し、中間回路ボード（２４）の陽極・直流接続部（４６）の穴（６６）を通じて付属の接続ピン（２２）が延在し、中間回路ボード（２４）の陰極・直流接続部（４８）の穴（６８）を通じて付属の接続ピン（２２）が延在していること
    を特徴とする回路装置。
  2. 少なくとも１つの接続ピン（１８、２２）がフット（１１０）を有し、フット（１１０）が電気絶縁性で熱伝導性のボディ（１００）を介して冷却体（１０２）上に配設されていることを特徴とする、請求項１に記載の回路装置。
  3. 少なくとも１つの接続プレート（７２）が部分領域（１０６）を有し、これらの部分領域（１０６）が電気絶縁性で熱伝導性のボディ（１００）を介して冷却体（１０２）に対して熱的に接触していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の回路装置。
  4. ３相交流（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のために３つの基板（１６）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の回路装置。
  5. 基本ボディ（１２）が冷却体に取り付けられていること、及び、少なくとも１つの基板（１６）がその底面を用いて基本ボディ（１２）と熱伝導式で接触されていることを特徴とする、請求項１に記載の回路装置。
  6. 中間回路ボード（２４）が、陽極・直流接続部（４６）を有する第１金属面要素（５０）及び陰極・直流接続部（４８）を有する第２金属面要素（５２）を有し、これらの金属面要素が互いに電気絶縁されていて、少なくとも１つのコンデンサの接続要素が中間回路ボード（２４）の夫々付属の第１或いは第２金属面要素（５０、５２）と接触されていて、中間回路ボード（２４）の第１接触要素（５６）が第１金属面要素（５０）と一体式に形成されていて、中間回路ボード（２４）の第２接触要素（５８）が第２金属面要素（５２）と一体式に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の回路装置。
  7. 少なくとも１つの交流接続要素（２０）が第３接触要素（７０）と一体式に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の回路装置。
  8. 構成部品（４２）が、パワーダイオード、パワーサイリスタ、パワートランジスタ、センサ、抵抗、及び／又は、集積回路であることを特徴とする、請求項１に記載の回路装置。
  9. 第１、第２、第３接触要素（５６、５８、７０）を少なくとも１つの基板（１６）の前記の導体通路（３２、３４、３６）と電気的に接触させるためのプレス装置（２８）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の回路装置。
  10. プレス装置（２８）が、形状安定性のプレスボディ（７８）と、プレスボディ（７８）に適合された面寸法を有する制限された可撓性のプレス要素（７６）とを有することを特徴とする、請求項９に記載の回路装置。
  11. プレス装置（２８）上にはドライバ回路が配設されていて、プレス装置（２８）を貫いて接触ワイヤ要素（９２）が延びていて、これらの接触ワイヤ要素が、ドライバ回路と、及び、少なくとも１つの基板（１６）の付属の前記の導体通路（３２、３４、３６）及び補助接続部（３８、４０）とプレス接触されていることを特徴とする、請求項９に記載の回路装置。
  12. 熱伝導性で電気絶縁性のボディ（１００）がセラミック材料から構成されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の回路装置。
  13. 接続ピン（１８）がそのフット（１１０）の反対側の部分にネジ（１０８）を有することを特徴とする、請求項２に記載の回路装置。
  14. 接続プレート（７２）の部分領域（１０６）が接続プレート（７２）自体の折り曲げられた領域により形成されることを特徴とする、請求項３に記載の回路装置。
  15. 接続ピン（１８）が、基本ボディ（１２）に埋設されていて、接続プレート（７２）と熱伝導式及び電気伝導式で接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の回路装置。
  16. 基板（１６）、第１及び第２接触要素（５６、５８）、第１及び第２金属面要素（５０、５２）が、密に隣接して配設されていて、少なくとも１つのコンデンサを冷却するために、少なくとも１つのコンデンサと、基本ボディ（１２）に取り付けられた冷却体との間において熱伝導式で電気絶縁式の短い接続経路を形成することを特徴とする、請求項６に記載の回路装置。
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