(57)【要約】【課題】成形型と成形素材との中心位置ずれをなくして偏心のない光学素子を得る。【解決手段】上型１８及び下型２０で成形素材３０を加圧成形して光学素子４０を製造する光学素子の製造方法において、上型１８及び下型２０と環状部材２４とで成形空間２６を形成し、この成形空間２６に研磨球体素材３１の一部を削った成形素材３０を配置し、この成形素材３０を加熱軟化させて加圧成形する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型で加圧成形される光学素子の成形素材において、
球形素材の少なくとも一部を削った削り部を有する
ことを特徴とする光学素子の成形素材。
【請求項２】
前記削り部は円柱形状を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形素材。
【請求項３】
前記削り部は平面形状を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形素材。
【請求項４】
成形型で成形素材を加圧成形して光学素子を製造する光学素子の製造方法において、
前記成形型と環状部材とで成形空間を形成し、
前記成形空間に球形素材の少なくとも一部を削った成形素材を配置し、
前記成形素材を加熱軟化させて加圧成形する
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記環状部材の内径よりも大きい直径の前記球形素材を削って前記環状部材の内径に挿入可能な円柱部を有する成形素材を用いる
ことを特徴とする請求項４に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記環状部材の内径よりも大きい直径の前記球形素材を削って前記環状部材の内径に挿入可能な平面部を有する成形素材を用いる
ことを特徴とする請求項４に記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記環状部材の内径に挿入可能な直径の前記球形素材を削って平面部を有する成形素材を用いる
ことを特徴とする請求項４に記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形型で加圧成形される光学素子の成形素材とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガラス素材などの熱可塑性素材を対向配置された一対の成形型により加圧成形してレンズ等の光学素子を得る成形技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
この特許文献１では、図１７に示すように、球形状の成形素材１３０の外径とスリーブ（胴型）１２２の内径とを略同一にして、成形素材１３０の型内での位置ずれを防止している。
【０００３】
すなわち、上型１１８と下型１２０との間に球形状の成形素材１３０を配置し、上型１１８及び下型１２０の外周をスリーブ１２２により規制した状態で上型１１８及び下型１２０により成形素材１３０を押圧成形して成形品としてのレンズを得ている。この際、成形素材１３０の外径を上型１１８及び下型１２０の外径よりも若干小さくしている。
【０００４】
こうして、スリーブ１２２により成形素材１３０の横方向の動きを規制して、成形素材１３０が金型の中心軸からずれるのを防止するものである。
【特許文献１】特開２００２−２６５２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、図１８に示すように、球形素材を用いて、外径に対して肉厚の大きい鉄砲玉のようなレンズ１４０を成形しようとすると、大きな体積の成形素材１３０が必要となる。このため、例えば図１９に示すように、所望の体積の成形素材（球形素材）１３０が大きすぎてスリーブ１２２に挿入することができない。
【０００６】
このため、従来は、球形の成形素材１３０の光学面となる部分を研削・研磨により成形品と近似形状に加工し、更に外径側面を芯取り加工してスリーブ１２２に挿入可能な外径に仕上げた成形素材を使用していた。このため、成形素材の加工工数が増大し製造コストがアップしていた。
【０００７】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、球形素材に芯取り加工を施すことで偏心のない光学素子を得ることのできる光学素子の成形素材とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
成形型で加圧成形される光学素子の成形素材において、
球形素材の少なくとも一部を削った削り部を有する
ことを特徴とする光学素子の成形素材。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学素子の成形素材において、
前記削り部は円柱形状を有することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の光学素子の成形素材において、
前記削り部は平面形状を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、
成形型で成形素材を加圧成形して光学素子を製造する光学素子の製造方法において、
前記成形型と環状部材とで成形空間を形成し、
前記成形空間に球形素材の少なくとも一部を削った成形素材を配置し、
前記成形素材を加熱軟化させて加圧成形することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の光学素子の製造方法において、
前記環状部材の内径よりも大きい直径の前記球形素材を削って前記環状部材の内径に挿入可能な円柱部を有する成形素材を用いることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項４に記載の光学素子の製造方法において、
前記環状部材の内径よりも大きい直径の前記球形素材を削って前記環状部材の内径に挿入可能な平面部を有する成形素材を用いることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項４に記載の光学素子の製造方法において、
前記環状部材の内径に挿入可能な直径の前記球形素材を削って平面部を有する成形素材を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、球形素材に芯取り加工を施すことで偏心のない光学素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、光学素子の製造装置１の概略構成を示す図である。
【００１６】
この製造装置１は、成形室２内にプレスステージ３と冷却ステージ４とを有している。プレスステージ３は、上下に対向する一対の上プレート１２及び下プレート１４と、これら上プレート１２及び下プレート１４間に配置された型セット１６と、を備えている。下プレート１４は基台５に固定されている。
【００１７】
上プレート１２及び下プレート１４には、夫々上カートリッジヒータ１３及び下カートリッジヒータ１５が内蔵されている。これらの上・下カートリッジヒータ１３、１５により、型セット１６内の成形素材３０が加熱される。また、上プレート１２を上下（対向）方向に駆動するエアシリンダ１７が設けられている。
【００１８】
型セット１６は、上プレート１２及び下プレート１４の間に搬入される。そして、エアシリンダ１７による上プレート１２の昇降動作により、型セット１６の挟持、挟圧等の動作が行われる。
【００１９】
冷却ステージ４も同様の構成を有している。この冷却ステージ４では、型セット１６を挟持して該型セット１６を所定の温度まで冷却させる。なお、プレスステージ３と同一又は相当する部材には、その符号に’を付してその説明を省略する。
【００２０】
成形室２には気体流入口６と気体流出口７が設けられていて、成形室２内を窒素（Ｎ２）等の不活性ガスにより置換可能な構造になっている。
成形室２の入口と出口には、上下に開閉自在なシャッタ８，９が夫々設けられている。この入口側のシャッタ８を開いて型セット１６を成形室２内に搬入し、また、出口側のシャッタ９を開いて成形完了後の型セット１６を成形室２から外部に搬出する。
【００２１】
図２は、型セット１６の概略構成を示す断面図である。
この型セット１６は、上型１８と下型２０、及びスリーブ２２を有している。上型１８及び下型２０は、スリーブ２２の内部で、それぞれの成形面１８ａ，２０ａが対向するようにスリーブ２２の両端側から嵌挿されている。上型１８は、大径のフランジ部１８１とそれよりもやや小径の中間部１８２と、さらに小径の先端部１８３とを有する段付き円柱状をなしている。
【００２２】
フランジ部１８１はスリーブ２２の開口側の端面に当接可能で、中間部１８２はスリーブ２２の内側に嵌挿されている。先端部１８３の端面には、平面状の成形面１８ａが形成されている。
【００２３】
下型２０は、大径の基部２０１と小径の先端部２０２とを有する段付き円柱状をなしている。この先端部２０２の端面には、凹球面状の成形面２０ａが形成されている。この成形面２０ａの外周部は平坦面２０ｂに形成されている。下型２０の先端部２０２はスリーブ２２の内側に嵌挿されている。
【００２４】
スリーブ２２は円筒状をなし、その内面に円筒状の環状部材２４が嵌合されている。この環状部材２４には中心孔２４ａが形成されている。この中心孔２４ａに、上型１８の先端部１８３が嵌挿される。また、環状部材２４の下面は下型２０の平坦面２０ｂに載置されている。こうして、上型１８の成形面１８ａ、下型２０の成形面２０ａ、及び環状部材２４の中心孔２４ａの内周面により成形空間２６が形成される。
【００２５】
上型１８は、スリーブ２２の軸方向に摺動自在となっている。また、環状部材２４の中心孔２４ａの開口側から成形空間２６に成形素材３０が投入される。
なお、上型１８及び下型２０は、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金を研磨して仕上げられている。また、成形素材３０は、市販の光学ガラスが用いられている。
【００２６】
次に、各実施形態ごとの成形工程について説明する。
図３〜図７は、本実施の形態の成形工程を示す図であり、図３は芯取り装置による芯取り加工を示す図、図４は芯取り加工により得られた成形素材の断面図、図５は成形前の型セットの断面図、図６は成形後の型セットの断面図、図７は成形された光学素子の断面図である。
【００２７】
以下、素材工程と成形工程に分けて説明する。
（素材加工工程）
まず、光学素子の成形に用いる成形素材３０を準備する。
【００２８】
そのために、研磨球体素材３１の素材加工を行う。この研磨球体素材３１は、環状部材２４の中心孔２４ａ（図２参照）と同径に芯取り加工したときに、成形される所望の光学素子４０と同じ体積となるものである。この研磨球形素材３１をベルクランプ方式で環状部材２４の中心孔２４ａと同径となるように芯取り加工を行う。
【００２９】
すなわち、図３において、ベルクランプ式の芯取り装置はレンズホルダ３２と砥石３５を有している。レンズホルダ３２は、同軸上に配置された固定軸３３とクランプ軸３４とを有している。そして、固定軸３３とクランプ軸３により、両側から研磨球形素材３１を挟み、固定軸３２及びクランプ軸３３の端面を夫々球面に密着させる。こうして、研磨球形素材３１の光軸とレンズホルダ３２の軸とを一致させる。
【００３０】
この状態で、レンズホルダ３２とともに研磨球形素材３１を矢印Ａ方向に回転させ、砥石３５により研磨球形素材３１の外周を研削する。
図４は、研磨球体素材３１から研削されてできた成形素材３０の断面を示している。
【００３１】
この成形素材３０は、削り部としての円柱部（円筒部）３０ａを有し、その両端部が球面３０ｂ，３０ｂとなっている略カプセル形状を有している。
なお、この成形素材３０の外径寸法（円柱部３０ａの外径）は、作業性と型軸中心と成形素材３０とのズレを考慮して、環状部材２４の中心孔２４ａよりも０．０１〜０．２ｍｍ小径に形成するのが好ましい。
（成形工程）
次に、図５に示すように、成形素材３０を収容した型セット１６の組み付けを行う。
【００３２】
すなわち、下型２０に環状部材２４とスリーブ２２を組み込んだ状態で、研削された成形素材３０を環状部材２４の中心孔２４ａの開口側から成形空間２６に挿入する。
さらに、スリーブ２２に上型１８を挿入して型セット１６を組み立てる。この状態で、上型１８の先端部１８３は環状部材２４の中心孔２４ａに嵌入される。
【００３３】
次に、この成形素材３０を収容した型セット１６を製造装置１のプレスステージ３に搬入する（図１参照）。そして、型セット１６を予め所定温度に加熱してある上プレート１２及び下プレート１４間に載置する。次に、上プレート１２を下降させて上型１８の上面に上プレート１２を当接させる。こうして、成形素材３０を熱伝達により屈伏点以上のプレス可能な状態に加熱する。
【００３４】
型セット１６が所定温度に達したら、エアシリンダ１７を駆動して上プレート１２に荷重を加え、成形を開始する。そして、図６に示すように、成形素材３０を所定の肉厚になるまで変形させる。
【００３５】
成形素材３０が所定の肉厚に到達したら、上プレート１２を上昇させて、次に、型セット１６を冷却ステージ４に搬送する。この冷却ステージ４において、エアシリンダ１７’により上プレート１２’を下降させ、上型１８の上面に上プレート１２’を当接させる。こうして、冷却ステージ４では、型セット１６を成形室２の外部に取り出し可能な温度にまで冷却する。
【００３６】
型セット１６が取り出し可能な温度にまで冷却された後、上プレート１２’を上昇させて型セット１６を成形室外に搬出する。搬出された型セット１６は分解されて内部の光学素子４０が取り出される。
【００３７】
図７は、成形された光学素子４０の断面図である。
この光学素子４０は、鉄砲玉のように細長い円柱部４０ａを有し、その一端が球面（又は非球面）４０ｂで他端が平坦面４０ｃの光学機能面を有している。なお、必要な場合は成形後の光学素子４０の円柱部４０ａを、さらに芯取り加工して製品を得る場合もある。
【００３８】
なお、以上説明した本実施形態では、環状部材２４を用いて光学素子４０の側面を成形するとして説明したが、これに限らない。例えば、光学素子４０の側面をスリーブ２２の内周面で成形してもよい。
【００３９】
本実施形態によれば、環状部材２４の中心孔２４ａに研磨球形素材３１から研削加工した成形素材３０を嵌入することで、金型の中心と成形素材３０の中心とを一致させることができ、中心位置ずれがなく偏心のない高精度な光学素子４０を得ることができる。
【００４０】
また、研磨球形素材３１に芯取り加工を施した成形素材３０を使用し、製品と近似形状の素材を製作することで製造費のコストダウンを図ることができる。
さらに、研磨球形素材３１を用いて、鉄砲玉のように外径に対して肉厚の大きい（細長い）光学素子４０を容易に成形することができる。
【００４１】
また、球形状の研磨球形素材３１から成形素材３０を加工するので、素材の体積管理を簡単かつ正確に行うことができる。
［第２の実施の形態］
図８〜図１２は、第２の実施の形態の成形工程を示す図であり、図８は研削装置による研削加工を示す図、図９は研削加工により得られた成形素材の断面図、図１０は成形前の型セットの断面図、図１１は成形後の型セットの断面図、図１２は成形された光学素子の断面図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
（素材加工工程）
光学素子の成形に用いる成形素材３０を準備するために、第１の実施の形態と同様に、研磨球体素材３１の素材加工を行う。
【００４２】
本実施形態では、環状部材２４の中心孔２４ａよりも直径の大きい研磨球形素材３１を平面加工して、略半球状の成形素材３０を準備するものである。この場合、研磨球形素材３１を平面加工して、削り部としての平面部の直径が環状部材２４の中心孔２４ａと同径としたときに、所望の光学素子の体積となるように研削装置により平面研削及び研磨を行う。
【００４３】
図８に示すように、研削装置はレンズホルダ４５と砥石４６を有している。レンズホルダ４５には、複数（図では３個）の研磨球形素材３１を夫々収容する複数の収容孔４７，４７，４７が形成されている。この収容孔４７の孔径は研磨球形素材３１の直径よりも小さく形成されている。そして、この収容孔４７に研磨球形素材３１が収容された状態では、研磨球形素材３１は移動不能に収容される。また、レンズホルダ４５は砥石４６に接近する矢印Ｂ方向に移動可能とされている。
【００４４】
砥石４６の先端部には研削工具（又は研磨部材）４８が固定されている。この砥石４６は支持軸４６ａを中心として矢印Ｃ方向に回転可能とされている。
この状態で、レンズホルダ４５に収容された研磨球形素材３１は、回転する研削工具（又は研磨部材）４８によって平面研削及び研磨される。
【００４５】
図９は、研削及び研磨されてできた成形素材３０の断面を示している。この成形素材３０は、概略半球状をなし、その体積は研磨球形素材３１の半球よりも小さく、かつ削り部としての平面部３０ｃの弦の長さｓは研磨球形素材３１の直径よりも小さい。また、前述したように、この成形素材３０の体積は所望の光学素子の体積と等しい。
【００４６】
なお、成形素材３０の平面部３０ｃの弦の長さｓは、作業性と型軸心と成形素材３０のズレを考慮して環状部材２４の中心孔２４ａよりも０．０１〜０．２ｍｍ小径に形成するのが好ましい。
（成形工程）
次に、図１０に示すように、下型２０に環状部材２４とスリーブ２２を組み込んだ状態で、研削及び研磨された概略半球状よりも小さい成形素材３０を環状部材２４の中心孔２４ａの開口側から成形空間２６に挿入する。
【００４７】
このとき、概略半球状の成形素材３０の平面部３０ｃを下型２０の成形面２０ａに載置する。
さらに、スリーブ２２に上型１８を挿入して型セット１６を組み立てる。この状態で、上型１８の先端部１８３は環状部材２４の中心孔２４ａに嵌入される。なお、本実施形態
では上型１８の成形面１８ａは凸球面（又は凸非球面）をなし、その外周は平坦面に形成されている。
【００４８】
次に、前述した第１の実施の形態と同様に、この成形素材３０を収容した型セット１６を製造装置１のプレスステージ３に搬入して、図１１に示すように成形する。成形後、型セット１６を冷却ステージ４に搬送し、冷却して成形室外に搬出する。搬出された型セット１６は分解されて内部の光学素子４０が取り出される。
【００４９】
図１２は、成形された光学素子４０の断面図である。
この光学素子４０は、一側の光学機能面が凹球面（又は凹非球面）４０ｂで他側が平坦面４０ｃの平凹レンズである。
【００５０】
なお、本実施形態では、環状部材２４を用いて光学素子４０の側面を成形するとして説明したが、例えば、光学素子４０の側面をスリーブ２２の内周面で成形してもよい。
本実施形態によれば、研磨球形素材３１から研削加工した成形素材３０を用いて成形することで、環状部材２４の中心孔２４ａの内周面で概略半球状の成形素材３０の位置ずれを規制できるので、偏りが発生しない高精度な光学素子４０を得ることができる。
【００５１】
また、研磨球形素材３１に平面加工を施した概略半球状の成形素材３０を使用できるので、材料費のコストダウンを図ることができる。
さらに、多数の研磨球形素材３１をまとめて加工することができる。
［第３の実施の形態］
図１３〜図１６は、第３の実施の形態の成形工程を示す図であり、図１３は本実施形態で用いられる成形素材の断面図、図１４は成形前の型セットの断面図、図１５は成形後の型セットの断面図、図１６は成形された光学素子の断面図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
（素材加工工程）
本実施形態では、環状部材２４の中心孔２４ａと同径の研磨球形素材３１に所望の光学素子と同体積になるように平面研削及び研磨を行い成形素材３０を準備するものである。
【００５２】
すなわち、図１３は、研削されてできた成形素材３０の断面を示している。この成形素材３０は、概略半球状をなし、その体積は研磨球形素材３１の半球よりも大きく、かつ削り部としての平面部３０ｃの弦の長さｓは研磨球形素材３１の直径よりも小さい。また、前述したように、この成形素材３０の体積は所望の光学素子の体積と等しい。
【００５３】
また、研削装置としては第２の実施の形態で用いた装置と同様のものを用いる。
なお、研磨球形素材３１の直径は、作業性と型軸心と成形素材３０のズレを考慮して環状部材２４の中心孔２４ａよりも０．０１〜０．２ｍｍ小径に形成するのが好ましい。
（成形工程）
第２の実施の形態と同じであるが、その概略を説明する。
【００５４】
図１４において、下型２０に環状部材２４とスリーブ２２を組み込んだ状態で、研削及び研磨された概略半球状よりも大きい成形素材３０を環状部材２４の中心孔２４ａの開口側から成形空間２６に挿入する。
【００５５】
このとき、概略半球状の成形素材３０の平面部３０ｃを下型２０の成形面２０ａに載置する。
さらに、スリーブ２２に上型１８を挿入して型セット１６を組み立てる。この状態で、上型１８の先端部１８３は環状部材２４の中心孔２４ａに嵌入される。なお、上型１８の成形面１８ａは凸球面（又は凸非球面）をなし、その外周は平坦面に形成されている。
【００５６】
次に、この成形素材３０を収容した型セット１６を製造装置１のプレスステージ３に搬入して、図１５に示すように成形する。このプレスステージ３で成形後、次に型セット１６を冷却ステージ４に搬送し、冷却して成形室外に搬出する。搬出された型セット１６は分解されて内部の光学素子４０が取り出される。
【００５７】
図１６は、成形された光学素子４０の断面図である。
この光学素子４０は、一側の光学機能面が凹球面（又は凹非球面）４０ｂで他側が平坦面４０ｃの平凹レンズである。
【００５８】
なお、本実施形態では、環状部材２４を用いて光学素子４０の側面を成形するとして説明したが、例えば、光学素子４０の側面をスリーブ２２の内周面で成形してもよい。
本実施形態によれば、研磨球形素材３１から研削加工した成形素材３０を用いて成形することで、環状部材２４の中心孔２４ａの内周面で概略半球状の成形素材３０の位置ずれを規制できるので、偏りが発生しない高精度な光学素子４０を得ることができる。
【００５９】
また、研磨球形素材３１に平面加工を施した概略半球状の成形素材３０を使用できるので、材料費のコストダウンを図ることができる。
さらに、多数の研磨球形素材３１をまとめて加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】光学素子の製造装置の概略構成を示す図である。
【図２】型セットの概略構成を示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態の芯取り装置による芯取り加工を示す図である。
【図４】同上の芯取り加工により得られた成形素材の断面図である。
【図５】同上の成形前の型セットの断面図である。
【図６】同上の成形後の型セットの断面図である。
【図７】同上の成形された光学素子の断面図である。
【図８】第２の実施の形態の研削装置による研削加工を示す図である。
【図９】同上の研削加工により得られた成形素材の断面図である。
【図１０】同上の成形前の型セットの断面図である。
【図１１】同上の成形後の型セットの断面図である。
【図１２】同上の成形された光学素子の断面図である。
【図１３】第３の実施の形態に用いられる成形素材の断面図である。
【図１４】同上の成形前の型セットの断面図である。
【図１５】同上の成形後の型セットの断面図である。
【図１６】同上の成形された光学素子の断面図である。
【図１７】従来の型セットの断面図である。
【図１８】従来の型セットの断面図である。
【図１９】従来の型セットの断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１        製造装置
２        成形室
３        プレスステージ
４        冷却ステージ
５        基台
６        気体流入口
７        気体流出口
８        シャッタ
９        シャッタ
１２      上プレート
１２’    上プレート
１３      上カートリッジヒータ
１３’    上カートリッジヒータ
１４      下プレート
１４’    下プレート
１５      下カートリッジヒータ
１５’    下カートリッジヒータ
１６      型セット
１７      エアシリンダ
１７’    エアシリンダ
１８      上型
１８ａ    成形面
１８１    フランジ部
１８２    中間部
１８３    先端部
２０      下型
２０ａ    成形面
２０ｂ    平坦面
２２      スリーブ
２４      環状部材
２４ａ    中心孔
２６      成形空間
３０      成形素材
３０ａ    円柱部
３０ｂ    球面
３０ｃ    平面部
３１      研磨球体素材
３２      レンズホルダ
３３      固定軸
３４      クランプ軸
３５      砥石
４０      光学素子
４０ａ    円柱部
４０ｂ    球面
４０ｃ    平坦面
４５      レンズホルダ
４６      砥石
４６ａ    支持軸
４７      収容孔
４８      研削工具
１１８    上型
１２０    下型
１２２    スリーブ
１３０    成形素材
１４０    レンズ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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