(57)【要約】【課題】誘電エラストマーアクチュエータの出力を調節できる電子機器を提供する。【解決手段】ぬいぐるみ１０は、膜状の誘電エラストマーアクチュエータ２３と、誘電エラストマーアクチュエータ２３を支持する基材２０と、基材２０に取り付けられた第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃと、誘電エラストマーアクチュエータ２３に取り付けられ、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃとの間に斥力を発生させる第２磁気デバイス２９とを備えている。第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃは、移動可能に構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜状の誘電エラストマーアクチュエータを備える電子機器であって、
前記誘電エラストマーアクチュエータを支持する基材と、
前記基材に取り付けられた第１磁気デバイスと、
前記誘電エラストマーアクチュエータに取り付けられ、前記第１磁気デバイスとの間に斥力又は引力を発生させる第２磁気デバイスとを備え、
前記第１磁気デバイスは、移動可能又は取り替え可能に構成されていることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記基材に対して相対動可能な可動部材を備え、
前記第１磁気デバイスは、前記可動部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記可動部材には、磁性の異なる複数の前記第１磁気デバイスが取り付けられており、
前記可動部材を変位させることにより、前記第２磁気デバイスの位置に基づく特定位置に位置する前記第１磁気デバイスを変更可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記基材は、前記第１磁気デバイスを取り外し可能に取り付けるための取付部を備え、
前記取付部は、前記基材における前記誘電エラストマーアクチュエータを向く側の反対側となる部分に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項５】
前記第２磁気デバイスは、前記第１磁気デバイスとの間に斥力を発生させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電エラストマーアクチュエータを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、誘電エラストマーアクチュエータを利用した電子機器の開発が行われている。例えば、特許文献１には、膜状の誘電エラストマーアクチュエータに対する電圧の印加に基づいて開閉状態を制御するダイアフラムバルブが開示されている。特許文献１のダイアフラムバルブは、膜状の誘電エラストマーアクチュエータと、誘電エラストマーアクチュエータを支持する基材と、誘電エラストマーアクチュエータを弾性的に付勢する弾性部材とを備えている。開状態にあるダイアフラムバルブの誘電エラストマーアクチュエータに電圧が印加されると、誘電エラストマーアクチュエータは、面方向に伸張し、弾性部材の付勢力に基づいてオリフィスを覆うように押し下げられる。これにより、ダイアフラムバルブは、開状態から閉状態に切り替わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、誘電エラストマーアクチュエータの出力を調節できる電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する電子機器は、膜状の誘電エラストマーアクチュエータを備える電子機器であって、前記誘電エラストマーアクチュエータを支持する基材と、前記基材に取り付けられた第１磁気デバイスと、前記誘電エラストマーアクチュエータに取り付けられ、前記第１磁気デバイスとの間に斥力又は引力を発生させる第２磁気デバイスとを備え、前記第１磁気デバイスは、移動可能又は取り替え可能に構成されている。
【０００６】
上記構成によれば、第１磁気デバイスを移動させる又は磁性の異なるものに取り換えて、第１磁気デバイスと第２磁気デバイスとの間に発生する斥力又は引力（誘電エラストマーアクチュエータに対する付勢力）を変化させることにより、誘電エラストマーアクチュエータの出力を調節できる。
【０００７】
また、誘電エラストマーアクチュエータを付勢する付勢手段として、誘電エラストマーアクチュエータ側及び基材側のそれぞれに取り付けた磁気デバイス間に発生する斥力又は引力を用いている。この場合、第１磁気デバイスと誘電エラストマーアクチュエータとが切り離されているため、誘電エラストマーアクチュエータに干渉することなく第１磁気デバイスの移動又は取り替えを行うことができる。
【０００８】
上記電子機器において、前記基材に対して相対動可能な可動部材を備え、前記第１磁気デバイスは、前記可動部材に取り付けられていることが好ましい。
上記構成によれば、可動部材を変位させることにより、第１磁気デバイスを任意の位置に容易に移動させることができる。
【０００９】
上記電子機器において、前記可動部材には、磁性の異なる複数の前記第１磁気デバイスが取り付けられており、前記可動部材を変位させることにより、前記第２磁気デバイスの位置に基づく特定位置に位置する前記第１磁気デバイスを変更可能に構成されていることが好ましい。
【００１０】
上記構成によれば、第１磁気デバイスの数に応じた多様な誘電エラストマーアクチュエータの出力パターンを有する電子機器が得られる。そして、可動部材を変位させるという簡易な操作により、誘電エラストマーアクチュエータの出力パターンを切り替えることができる。
【００１１】
上記電子機器において、前記基材は、前記第１磁気デバイスを取り外し可能に取り付けるための取付部を備え、前記取付部は、前記基材における前記誘電エラストマーアクチュエータを向く側の反対側となる部分に設けられていることが好ましい。
【００１２】
上記構成によれば、取付部に取り付けられた第１磁気デバイスを取り替える際に、誘電エラストマーアクチュエータが障害物になり難く、第１磁気デバイスの取り替え作業を容易に行うことができる。
【００１３】
上記電子機器において、前記第２磁気デバイスは、前記第１磁気デバイスとの間に斥力を発生させることが好ましい。
上記構成によれば、誘電エラストマーアクチュエータの動作を、使用者に提示する疑似力覚（触感）に効率的に変換できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電子機器によれば、誘電エラストマーアクチュエータの出力を調節できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電子機器としてのぬいぐるみの説明図。
【図２】磁性が中程度である第１磁気デバイスを特定位置に位置させた状態の鼓動装置の断面図。
【図３】磁性が弱い第１磁気デバイスを特定位置に位置させた状態の鼓動装置の断面図。
【図４】磁性が強い第１磁気デバイスを特定位置に位置させた状態の鼓動装置の断面図。
【図５】変更例の鼓動装置の説明図。
【図６】変更例の鼓動装置の説明図。
【図７】変更例の鼓動装置の説明図。
【図８】変更例の電子機器の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の電子機器を、鼓動するぬいぐるみに適用した一実施形態について説明する。
図１に示すように、ぬいぐるみ１０は、動物等を模した形状の表皮材１１を備えている。表皮材１１は、布材等の軟質材料により構成されている。表皮材１１の内部には、綿等の詰め物（図示略）と共に鼓動装置１２が収容されている。
【００１７】
鼓動装置１２は、ＰＰ、ＡＢＳ等の硬質樹脂により構成される基材２０を備えている。基材２０は、板状の底壁２１と、底壁２１の周縁から立設された周壁２２とを有し、一方側が開口する箱状の部材である。基材２０の周壁２２における立設方向の先端側の部分には、膜状の誘電エラストマーアクチュエータ（ＤＥＡ：Dielectric Elastomer Actuator）２３が取り付けられている。ＤＥＡ２３は、その周縁部分の全周が周壁２２に支持され、底壁２１に対して略平行な状態で基材２０内に配置されている。
【００１８】
ＤＥＡ２３は、誘電エラストマーからなるシート状の誘電部２４と、導電エラストマーからなり、誘電部２４の厚さ方向の両側に積層された正極電極２５及び負極電極２６とを有する多層構造体である。ＤＥＡ２３の正極電極２５と負極電極２６との間に直流電圧が印加されると、ＤＥＡ２３は、印加電圧の大きさに応じて、誘電部２４が厚さ方向に圧縮されるとともに誘電部２４の面に沿って面方向に伸張するように変形する。
【００１９】
誘電部２４を構成する誘電エラストマーは特に限定されるものではなく、公知のＤＥＡに用いられる誘電エラストマーを用いることができる。上記誘電エラストマーとしては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら誘電エラストマーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。誘電部２４の厚さは、例えば、２０〜２００μｍである。
【００２０】
正極電極２５及び負極電極２６を構成する導電エラストマーは特に限定されるものではなく、公知のＤＥＡに用いられる導電エラストマーを用いることができる。上記導電エラストマーとしては、例えば、絶縁性高分子及び導電性フィラーを含有する導電エラストマーが挙げられる。
【００２１】
上記絶縁性高分子としては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら絶縁性高分子のうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。上記導電性フィラーとしては、例えば、ケッチェンブラック（登録商標）、カーボンブラック、銅や銀等の金属粒子が挙げられる。これら導電性フィラーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。正極電極２５及び負極電極２６の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００２２】
基材２０の底壁２１の内面側の中央部には、底壁２１の内面に沿って直線的にスライド移動可能な可動部材２７が取り付けられている。可動部材２７は、底壁２１の内面側にてスライド移動可能に設けられる本体部２７ａと、本体部２７ａから底壁２１の外面側に突出する操作レバー２７ｂとを備えている。なお、基材２０の底壁２１には、操作レバー２７ｂが挿通される挿通孔２１ａが設けられている。
【００２３】
本体部２７ａの上面には、円柱状の磁石により構成され、それぞれ磁性が異なる複数の第１磁気デバイスがネジ止めにより取り付けられている。第１磁気デバイスの数は特に限定されるものではないが、本実施形態では、一例として、３個の第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃが取り付けられている場合について説明する。
【００２４】
第１磁気デバイス２８ａは、相対的に磁性が弱い磁石であり、第１磁気デバイス２８ｂは、磁性が中程度である磁石であり、第１磁気デバイス２８ｃは、相対的に磁性が強い磁石である。第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃは、可動部材２７の移動方向Ａの一方側に向かって順に磁性が強くなるように移動方向Ａに沿って並設されている。
【００２５】
ＤＥＡ２３の第１主面２３ａ（基材２０の底壁２１側を向く面）の中央部には、円板状の磁石により構成される第２磁気デバイス２９が取り付けられている。第２磁気デバイス２９は、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃとの間に斥力を発生させるように構成されている。したがって、第２磁気デバイス２９が取り付けられたＤＥＡ２３の中央部は、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃと第２磁気デバイス２９との間に発生する斥力によって、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃから離間する方向への付勢力が常に作用する状態になっている。
【００２６】
ＤＥＡ２３における第１主面２３ａの反対側の面である第２主面２３ｂの中央部、即ち第２磁気デバイス２９が取り付けられている部分の反対側には、パッド３０が取り付けられている。ＤＥＡ２３に対して電圧が印加されていない状態において、パッド３０の先端は、表皮材１１に近接又は接触している。
【００２７】
また、基材２０の周壁２２の外面には、導線３１によってＤＥＡ２３に電気的に接続される制御部３２及び電源３３が取り付けられている。制御部３２は、電源３３からＤＥＡ２３に印加される電圧を所定の周期で増減させるように制御する。
【００２８】
次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、鼓動装置１２の可動部材２７を操作して、第２磁気デバイス２９に対向する位置である特定位置Ｂに第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃのうちのいずれかを位置させた状態にする。例えば、図２に示すように、磁性が中程度である第１磁気デバイス２８ｂが特定位置Ｂに位置するように可動部材２７を変位させる。
【００２９】
この状態において、ＤＥＡ２３に対して、所定の周期で増減するように電圧を印加するとＤＥＡ２３は面方向に伸縮する。これにより、特定位置Ｂに位置する第１磁気デバイス２８ｂと第２磁気デバイス２９との間の斥力（ＤＥＡ２３に作用する付勢力）と、ＤＥＡ２３の張力とが均衡するようにＤＥＡ２３が連続的に変形する。そして、ＤＥＡ２３の中央部が上下方向（第１磁気デバイス２８ｂに対して接近離間する方向）に連続的に変位する。その結果、ＤＥＡ２３は鼓動を模した所定のリズムで上下方向に振動する。
【００３０】
ＤＥＡ２３の振動は、パッド３０を通じて表皮材１１に伝達される。ＤＥＡ２３に追従して表皮材１１が振動することにより、使用者は、ぬいぐるみ１０の鼓動を視覚的及び触覚的に感じることができる。
【００３１】
ここで、鼓動装置１２は、可動部材２７を操作することにより、ＤＥＡ２３の変位幅Ｃに基づく出力（鼓動の大きさ）を調節できる。例えば、図３に示すように、可動部材２７を右側に変位させて、磁性の弱い第１磁気デバイス２８ｂを特定位置Ｂに位置させる。この場合には、第２磁気デバイス２９との間に発生する斥力が小さくなることに基づいてＤＥＡ２３の変位幅Ｃが小さくなる。その結果、ぬいぐるみ１０の鼓動が小さくなる。
【００３２】
また、図４に示すように、可動部材２７を左側に変位させて、磁性の強い第１磁気デバイス２８ｃを特定位置Ｂに位置させる。この場合には、第２磁気デバイス２９との間に発生する斥力が大きくなることに基づいてＤＥＡ２３の変位幅Ｃが大きくなる。その結果、ぬいぐるみ１０の鼓動が大きくなる。
【００３３】
次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）ぬいぐるみ１０は、膜状のＤＥＡ２３と、ＤＥＡ２３を支持する基材２０と、基材２０に取り付けられた第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃと、ＤＥＡ２３に取り付けられ、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃとの間に斥力を発生させる第２磁気デバイス２９とを備えている。第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃは、移動可能に構成されている。
【００３４】
上記構成によれば、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃを移動させて、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃと第２磁気デバイス２９との間に発生する斥力（ＤＥＡ２３に対する付勢力）を変化させることにより、ＤＥＡ２３の出力を調節できる。
【００３５】
また、ＤＥＡ２３を付勢する付勢手段として、ＤＥＡ２３側及び基材２０側のそれぞれに取り付けた磁気デバイス間に発生する斥力を用いている。この場合、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃとＤＥＡ２３とが切り離されているため、ＤＥＡ２３に干渉することなく第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃを移動させることができる。
【００３６】
（２）基材２０に対して相対動可能な可動部材２７を備え、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃは、可動部材２７に取り付けられている。
上記構成によれば、可動部材２７を変位させることにより、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃを任意の位置に容易に移動させることができる。
【００３７】
（３）可動部材２７には、磁性の異なる複数の第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃが取り付けられており、可動部材２７を変位させることにより、特定位置Ｂに位置する第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃを変更可能に構成されている。
【００３８】
上記構成によれば、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃの数に応じた多様なＤＥＡ２３の出力パターンを有する電子機器が得られる。そして、可動部材２７を変位させるという簡易な操作により、ＤＥＡ２３の出力パターンを切り替えることができる。
【００３９】
（４）第２磁気デバイス２９は、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃとの間に斥力を発生させるように構成されている。
上記構成によれば、ＤＥＡ２３の動作を、表皮材１１の動作に効率的に変換できる。
【００４０】
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・可動部材２７の構成は、磁性の異なる複数の第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃの中から特定位置Ｂに位置する第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃを選択して変更できる構成であれば特に限定されるものではない。例えば、ターンテーブルにより構成される可動部材２７としてもよい。この場合、可動部材２７の回転中心を中心とする円周状に、複数の第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃを並設することが好ましい。
【００４１】
・可動部材２７は、手動により変位させてもよいし、モータ等の駆動装置を用いて変位させてもよい。
・移動可能に構成される第１磁気デバイスを単数としてもよい。この場合には、第１磁気デバイスの移動によって、第１磁気デバイスと第２磁気デバイス２９との位置関係が変化することに基づいて、第１磁気デバイスと第２磁気デバイス２９との間に発生する斥力を変化させることにより、ＤＥＡ２３の出力を調節できる。
【００４２】
・第１磁気デバイスを移動させる方向は、特に限定されるものではない。例えば、図５に示すように、第２磁気デバイス２９に対して接近離間する方向に第１磁気デバイス２８を移動させてもよい。また、図６に示すように、第２磁気デバイス２９に対する向きを変更するように第１磁気デバイス２８を移動させてもよい。この場合には、ＤＥＡ２３の変位方向が変化する。なお、本発明におけるＤＥＡ２３の出力の調節には、ＤＥＡ２３の変位方向の調節も含まれる。
【００４３】
・第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃを移動させる構成に代えて、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃを磁性の異なる他のものに取り替えることにより、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃと第２磁気デバイス２９との間に発生する斥力を変化させて、ＤＥＡ２３の出力を調節する構成としてもよい。
【００４４】
例えば、図７に示すように、基材２０の底壁２１に、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃを取り外し可能に取り付けるための取付部２１ｂ（例えば、ねじ孔）を設ける。そして、取付部２１ｂに取り付けられる第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃを、磁性の異なる複数の第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃの中から選択して取り替え可能に構成する。
【００４５】
なお、取付部２１ｂの位置は、基材２０におけるＤＥＡ２３を向く側の反対側となる部分であることが好ましい。この場合には、取付部２１ｂに取り付けられた第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃを取り替える際に、ＤＥＡ２３が障害物になり難く、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃの取り替え作業を容易に行うことができる。
【００４６】
・第２磁気デバイス２９は、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃとの間に引力を発生させるように構成されていてもよい。この場合には、表皮材１１（ＤＥＡ２３の動作が伝達される作用部）と、パッド３０とを接着する等して、ＤＥＡ２３と表皮材１１とが一体に動作するように構成することが好ましい。
【００４７】
・上記実施形態では、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃ及び第２磁気デバイス２９として磁石を用いていたが、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃ及び第２磁気デバイス２９は磁石に限定されるものではない。例えば、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃ及び第２磁気デバイス２９の一方が磁石であり、同他方が磁石との間に引力が発生する磁性体であってもよい。
【００４８】
・第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃ及び第２磁気デバイス２９の取り付け方法を変更してもよい。上記取り付け方法としては、例えば、接着剤を用いた取り付ける方法、磁力を利用した取り付ける方法が挙げられる。
【００４９】
・本発明の用途は、鼓動するぬいぐるみ１０に限定されるものではなく、膜状のＤＥＡ２３を備える電子機器の全般に適用できる。例えば、図８は、本発明を押しボタン型のスイッチに適用した例を示している。
【００５０】
図８に示すスイッチ４０は、板状の基部４１と、基部４１の表面側に取り付けられた有底筒状のボタン本体４２（基材）とを備えている。ボタン本体４２は、基部４１に対して、上下方向（押し込み方向）にスライド移動可能かつ抜け止めされた状態で取り付けられている。ボタン本体４２は、その周壁の内周面から突出する突出部４２ａを備えている。突出部４２ａと基部４１との間には、ボタン本体４２を上方に付勢する付勢部材４３が設けられるとともに、突出部４２ａ及び基部４１における互いに対向する部分には、第１接点４４ａ及び第２接点４４ｂが設けられている。
【００５１】
ボタン本体４２の内部には、ボタン本体４２の周壁に支持される態様でＤＥＡ２３が取り付けられている。ＤＥＡ２３における基部４１側の主面（第１主面）の中央部には、第２磁気デバイス２９が取り付けられるとともに、ＤＥＡ２３における基部４１側と反対側の主面（第２主面）の中央部には、パッド３０が取り付けられている。また、基部４１の裏面側には、基部４１の裏面に沿って直線的にスライド移動可能な可動部材２７が取り付けられている。可動部材２７には、それぞれ磁性が異なる複数の第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃが取り付けられている。
【００５２】
使用者がボタン本体４２を押し込むと、第１接点４４ａと第２接点４４ｂとが接触して、図示しない電気回路がオフ状態からオン状態に切り替えられる。第１接点４４ａと第２接点４４ｂとが接触したタイミングで、ＤＥＡ２３を上下に振動させるようにＤＥＡ２３に電圧が印加され、ＤＥＡ２３に取り付けられたパッド３０がボタン本体４２を叩く。使用者は、パッド３０がボタン本体４２を叩く振動を感じることにより、電気回路が切り替わったことを感覚的に把握できる。また、可動部材２７を変位させて、特定位置Ｂに位置する第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃを変更すると、ＤＥＡ２３の出力が変化し、スイッチ４０から使用者に伝わる振動の強さを調節できる。
【００５３】
また、その他の電子機器としては、例えば、使用者に疑似力覚（触感）を提示するハプティクス機器、特許文献１に開示されるダイアフラムバルブ等の駆動装置が挙げられる。なお、ハプティクス機器に適用する場合、ＤＥＡ２３の動作を、使用者に提示する疑似力覚（触感）に効率的に変換できることから、第２磁気デバイス２９は、第１磁気デバイス２８ａ〜２８ｃとの間に斥力を発生させるように構成されていることが好ましい。
【００５４】
・電子機器の用途等に応じて、基材２０及びＤＥＡ２３の形状等の構成を変更してもよい。また、ＤＥＡ２３を支持する基材２０の支持構造は特に限定されるものではなく、膜状のＤＥＡ２３を備える公知の電子機器に用いられる支持構造を適用できる。例えば、上記実施形態では、ＤＥＡ２３の周縁部分の全周が基材２０に支持されていたが、ＤＥＡ２３の周縁部分の一部が部分的に基材２０に支持される構成であってもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０…ぬいぐるみ、１１…表皮材、１２…鼓動装置、２０…基材、２１ｂ…取付部、２３…誘電エラストマーアクチュエータ（ＤＥＡ）、２３ａ…第１主面、２３ｂ…第２主面、２７…可動部材、２８，２８ａ〜２８ｃ…第１磁気デバイス、２９…第２磁気デバイス。
【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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