(57)【要約】【課題】電子機器の金属製ケースにアンテナを配置した場合に生じる当該アンテナの同調周波数ずれを比較的容易に補正することができるアンテナ実装技術を提供する。【解決手段】一方が金属製の裏蓋部材で他方が非導電性の風防ガラス部材４で閉塞された金属製の本体ケース２内に配置されたアンテナ３０を備えた電波腕時計において、アンテナ３０と裏蓋部材７との間に、アンテナ３０の同調周波数ずれを補正する働きをする鉄シート７２を介在配置させた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方が金属製の第１カバー部材もしくは底壁で閉塞された金属製の機器ケースと、
この金属製の機器ケースの前記第１カバー部材もしくは底壁の反対側の開口部を閉塞する非導電性の第２カバー部材と、
前記機器ケース内に配置されたアンテナと、
このアンテナと前記第１カバー部材もしくは底壁との間に介在され、前記アンテナの同調周波数ずれを補正する働きをする周波数補正部材と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記周波数補正部材は、前記アンテナの長さよりも長く、かつ、前記アンテナの幅よりも幅広く形成されたシート体であ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】
前記周波数補正部材は、表皮深さが０．１ｍｍ以下の材料により構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記周波数補正部材は、比透磁率が１０００〜１００００であり、かつ導電率が０．９５〜１．４×１０7Ｓ／ｍである材料により構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子機器。
【請求項５】
前記第１カバー部材または底壁はステンレス製またはチタン製であり、前記周波数補正部材は鉄製であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電子機器。
【請求項６】
前記周波数補正部材は、絶縁性の接着剤もしくは両面接着テープにより前記第１カバー部材もしくは底壁の前記アンテナと対向する部位に固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電子機器。
【請求項７】
前記鉄シートの厚みは０．０８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６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、電子機器に内蔵されるアンテナの実装技術に関し、例えばアンテナを内蔵し時刻情報等を含んだ無線信号を受信して時刻修正等の処理を行う電波時計に代表される電子機器に利用して好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内蔵アンテナを有し時刻情報を含む無線信号（時刻標準電波）を受信して時刻修正を行う電波時計が提供されている。従来のアンテナ内蔵型の電波時計においては、金属製の外装ケース内にアンテナを収納した場合、電波を受信する際にアンテナの共振による副磁路としての磁束線の一部が外装ケース内を通過し、アンテナのインダクタンス値が変化して同調周波数が変化する。
【０００３】
このような同調周波数のずれは、一般に、アンテナと共に同調回路を構成する容量を調整することで行われている。しかしながら、容量値の調整にはコンデンサの追加が必要でその実装の際の熱によって周辺の樹脂材料を変形させたり、損傷を与えたりするおそれがある等の課題があり、これを解決するための発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−１０７８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されている発明は、金属ケース内に配置されたアンテナの近傍に磁束線の一部が通過する補正用磁性材料体を配置して、アンテナのインダクタンス値を補正するようにしたものである。この発明によれば、補正用磁性材料体の位置や三次元形状、材質（透磁率）を適宜決定することで、アンテナのインダクタンス値を補正して同調周波数を受信周波数に一致させてアンテナ感度を向上させることができるという利点がある。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の発明にあっては、アンテナのインダクタンス値を補正するために、補正用磁性材料体の材質（透磁率）、三次元形状（形状および大きさ）、アンテナに対する位置（距離および向き）等の複数のパラメータを調整する必要があるため、各パラメータを決定することが容易でないという課題がある。
【０００６】
この発明は、上記の課題に着目してなされたもので、電子機器の金属製ケース内にアンテナを配置した場合に生じる当該アンテナの同調周波数ずれを比較的容易に補正することができるアンテナ実装技術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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明に係る電子機器は、
一方が金属製の第１カバー部材もしくは底壁で閉塞された金属製の機器ケースと、
この金属製の機器ケースの前記第１カバー部材もしくは底壁の反対側の開口部を閉塞する非導電性の第２カバー部材と、
前記機器ケース内に配置されたアンテナと、
このアンテナと前記第１カバー部材もしくは底壁との間に介在され、前記アンテナの同調周波数ずれを補正する働きをする周波数補正部材と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子機器において、
前記周波数補正部材は、前記アンテナの長さよりも長く、かつ、前記アンテナの幅よりも幅広く形成されたシート体であることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電子機器において、
前記周波数補正部材は、表皮深さが０．１ｍｍ以下の材料により構成されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電子機器において、
前記周波数補正部材は、比透磁率が１０００〜１００００であり、かつ導電率が０．９５〜１．４×１０7Ｓ／ｍである材料により構成されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載の電子機器において、
前記第１カバー部材または底壁はステンレス製またはチタン製であり、前記周波数補正部材は鉄製であることを特徴としている。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電子機器において、
前記周波数補正部材は、絶縁性の接着剤もしくは両面接着テープにより前記第１カバー部材もしくは底壁の前記アンテナと対向する部位に固定されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電子機器において、
前記鉄シートの厚みは０．０８ｍｍ以下であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電子機器の金属製ケースに内蔵された場合に生じるアンテナの同調周波数ずれを比較的容易に補正することができるアンテナ実装技術を提供することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下では、本発明に係る電子機器が腕時計型の電波時計である場合を例として説明するが、本発明を適用可能な実施形態はこれに限定されるものではない。
【００１６】
［実施形態］
先ず、図１から図３を参照しつつ、本実施形態に係る電波腕時計の構成について説明する。
図１は、本実施形態における電波腕時計１００の正面図であり、図２は、図１のII−II線断面図である。電波腕時計１００は、標準電波を受信するアンテナ部品３０（図２，図３参照）を内蔵し、このアンテナ部品３０により標準電波を受信して受信信号を増幅、復調して時刻情報を解読することにより現在時刻を修正する機能を有する。
【００１７】
本実施形態における電波腕時計１００は、内部に図示しない時計機能を構成する各部品を収納する収納空間を有する機器ケースとしての本体ケース２と、該本体ケース２をユーザの腕に装着するためのバンド１１ａ，１１ｂを備えている。本体ケース２は、セラミック等の強度の強い非金属（非導電性材料）によって、上下面が開口した平面視ほぼ円環状に形成されている。この本体ケース２の視認側（図２において上側）には、視認側の開口部を閉塞するように非導電性の透明材料であるガラスで形成された非導電性のカバー部材としての風防ガラス４が、リング状のパッキン５を介して装着されている。
【００１８】
また、本体ケース２の裏面側（視認側に対向する側、図２において下側）には、裏面側の開口部を閉塞するように、防水リング６を介してステンレス、チタン等の強度の強い金属（導電性材料）からなる金属製カバー部材としての裏蓋７が取り付けられている。一方、本体ケース２の上面には、枠状のベゼル部材８が接着剤や両面接着テープ等の接着部材９を介して装着されている。さらに、本体ケース２の外周部には、時刻合わせの指示やバックライトの点灯等の種々の指令を入力可能にするため複数の操作ボタンｆ１〜ｆ４が設けられている。
【００１９】
図２に示すように、本体ケース２内であって風防ガラス４の下側には、デジタル表示機能を備える表示部材としての液晶表示パネル（液晶パネル）１５が配置されている。液晶表示パネル１５の裏面（視認側とは反対側の面）には、液晶表示パネル１５を照明するバックライトとして、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を有するＥＬパネル１６が設けられている。なお、バックライトはＥＬ素子を有するものに限定されず、ＷＬＥＤ（白色発光ダイオード）等であっても良い。
【００２０】
また、特に限定されるものではないが、風防ガラス４と液晶表示パネル１５との間には、液晶表示パネル１５とほぼ同様の大きさに形成された薄板状の補助電源用ソーラーパネル１７が配置されている。
さらに、本体ケース２内には、上記液晶表示パネル１５の駆動回路や制御回路を構成する各種の電子部品２１が実装されたＰＷＢ（プリント配線板）等の回路基板１８が収納されている。この回路基板１８と液晶表示パネル１５とは、インターコネクタ１９を介して接続されている。
【００２１】
インターコネクタ１９は、例えば、液晶表示パネル１５の腕時計上部側の端部及び腕時計下部側の端部に接続されるように配設されており、液晶表示パネル１５上に設けられている各導電端子部と回路基板１８とを電気的に接続する。図示しないが、回路基板１８の上には、時計計時部を構成するＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、計時回路、発振回路、表示駆動回路等が実装されている。
【００２２】
また、本体ケース２内には、上記液晶表示パネル１５や回路基板１８上の回路が所定の動作を行うための電源電圧を供給する主電源としての電池２２が組み込まれている。前記回路基板１８には、電池２２に対応する位置に貫通孔１８１が形成されており、電池２２は、この貫通孔１８１に嵌め込まれて支持されている。液晶表示パネル１５と回路基板１８との間には、非導電性のスペーサ２３が設けられている。
【００２３】
そして、本体ケース２内、回路基板１８の側方の一点鎖線Ａで囲まれた部分に、磁性体からなる棒状のコア３１の周りにコイル３２が巻回されてなるアンテナ部品３０が配置されている。コア３１は、アモルファス金属、Fe-Cu-Nb-Si-B系等のナノ結晶磁性合金、Fe-Si系磁性合金、フェライト、パーマロイ等の比透磁率が高く、導電率が小さい磁性材料により形成されている。
【００２４】
図３には、図２において一点鎖線Ａで囲まれている部分の拡大図を示す。
図３に示されているように、本実施形態の電波腕時計は、本体ケース２の円板状収納空間に面した内壁面に沿って形成され風防ガラス４の周縁部に当接してこれを支持する、つまり風防ガラス４を載置するためのリブ状の段差部２ａが設けられている。そして、この段差部２ａの下方に、本体ケース２とその裏面に装着された裏蓋７の周縁部とにより形成される凹部内に、アンテナ部品３０が収納されるように配置されている。
【００２５】
アンテナ部品３０は、液晶表示パネル１５を構成するガラス基板１５ａ（上板もしくは下板）上にＣＯＧ（Chip on Glass）技術によって実装され、アンテナ部品３０の下面と対向する裏蓋７の内面部位には鉄シート７２が絶縁性の接着剤もしくは両面接着テープによって固着されている。接着剤もしくは両面接着テープを使用することにより、容易かつ安価に鉄シートを所望の部位に取り付けることができる。アンテナ部品３０の下面と鉄シート７２との間の隙間は約１．５ｍｍに設定されている。
【００２６】
また、鉄シート７２のコア軸方向（図３の紙面と直交する方向）の長さは、コア３１と同等もしくは長くなるように形成され、鉄シート７２の幅は前記アンテナ部品３０の幅よりも幅広く形成されている。
このように、アンテナ部品３０の下面と裏蓋７との間に鉄シート７２が介在されるように構成されることにより、コアから出た磁束は裏蓋７よりも鉄シート７２を通過する量が多くなり、コイルのインダクタンス値が大きくなって同調周波数ずれが改善されるようになる。
【００２７】
なお、一般に鉄とは、元素としてのＦｅ以外の不純物の含有量が２％以下のものであり、炭素以外の不純物を多く含む銑鉄や炭素含有量が０．０２％以下の純鉄、炭素含有量が０．０３〜１．７％の鋼なども広義では鉄である。本明細書において、鉄シートの鉄とは、圧延加工性の悪い銑鉄および炭素含有量が０．０２％以下の純鉄を含まず、圧延加工性の良いものを意味する。
【００２８】
次に、アンテナ部品３０の下面と裏蓋７との間に鉄シート７２を介在させた理由について説明する。
インダクタンスと容量を使用した受信回路の共振周波数ｆ０は、次式
ｆ０＝１／２π√（Ｌ・Ｃ）
で表わされる。この式より、インダクタンス値または容量値を増加させればｆ０は低くなり、インダクタンス値または容量値を減少させればｆ０は高くなることが分かる。
【００２９】
ここで、容量値を変化させるには、バリキャップダイオード等を設けるか引用文献１にも記載されているように複数のコンデンサを設けて適宜接続するコンデンサの数を変えてやればよい。しかし、それでは部品点数が増加して、コストアップにつながるとともに、腕時計のような収納スペースの小さな小型の電子機器に内蔵するアンテナおよび受信回路には不向きである。
【００３０】
そこで、本発明者は、電子部品を使用しないで簡単に共振周波数を補正する方法を模索する過程において、図４に示すような装置を使用した実験を行った。この実験装置はアンテナ部品３０と裏蓋に見立てた金属板７０との間に各種のシート７２を介在させるというものである。そして、この装置を使って各種シートの厚みと受信回路の共振周波数との関係、各種シートの厚みとアンテナの受信感度との関係およびアンテナ部品と金属板との距離と減衰率との関係を調べた。図４において、符号７０で示されているのは厚さ０．８ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３１６）製の金属板、７１は両面接着テープである。シート７２には厚さ０．０８ｍｍのものを使用し、形状は円形とした。
【００３１】
図５および図６はその実験結果を示す。このうち、図５はシートの厚みと受信回路の共振周波数との関係を、また図６はシートの厚みとアンテナの受信感度との関係を示す。図７は、アンテナ部品３０と金属板７０との距離と、減衰率との関係を示す。
【００３２】
図５に示すグラフは、アンテナ３０とステンレス製の金属板７０との距離を１．５ｍｍに固定して、（ａ）アルミシートを介在させた場合（■印）、（ｂ）シートを全く介在させない場合（実線）、（ｃ）鉄シートを介在させた場合（◆印）、（ｄ）高透磁率の磁性体シートを介在させた場合（◇印）、について調べた結果である。なお、この実験に使用したアンテナは、ケースに収納しない状態では共振周波数が４０ｋＨｚとなるものである。
【００３３】
図５により、シートを全く介在させない場合には実線ｂのように共振周波数が４１ｋＨｚと約１ｋＨｚずれてしまい、アルミシートを介在させると２〜３ｋＨｚプラス側に、また高透磁率の磁性体シートを介在させると３〜４ｋＨｚマイナス側にずれてしまうものが、鉄シートを介在させると４０ｋＨｚ近傍に補正されることが分かる。これが、前記実施形態で鉄シートを使用した理由である。しかも、シートの厚みを変えても周波数はほとんど変化しない。このことは、共振周波数を補正するためシートを介在させる際に、周波数に関しては厚みというパラメータを考慮しなくて済むということを意味する。
【００３４】
また、図５より、高透磁率の磁性体シートを介在させた場合にも周波数を逆方向にずらすことができることが分かる。従って、他のパラメータを適宜設定すれば所望の補正量が得られる可能性がある。これは、前述の引用文献１に記載の発明に相当する。しかしながら、逆方向へのずれ量が多すぎるので、他のパラメータをかなり調整する必要があると予想される。これに対し、鉄シートの周波数補正量は適切な大きさである。つまり、鉄シートを使用することで、より少ないパラメータの設定で容易に所望の周波数補正量が得られることが分かる。
【００３５】
図６は、図４の実験装置において、アンテナ部品３０と金属板７０との距離を１．５ｍｍに固定し、シートの厚さを変化させて、アンテナの受信感度を調べた結果である。このうち、ａはアルミシート（■印）、ｂはシートを介在させない場合、ｃは鉄シート（◆印）、ｄは高透磁率の磁性体シート（◇印）についての測定結果である。鉄シートについては、厚さを０．０４ｍｍ，０．０８ｍｍ，０．１２ｍｍ，０．１６ｍｍに変化させた。図６より、鉄シートの厚さを０．０８ｍｍよりも厚くすると受信感度が減少することが分かる。これより、受信感度に着目した場合には、使用する鉄シートの厚さを０．０８ｍｍよりも薄くした方が良いことが分かる。
【００３６】
図７は、図４の実験装置において、周波数が４０ｋＨｚと６０ｋＨｚの受信信号について、厚さ０．０８ｍｍの鉄シートを使用し、アンテナ部品３０と鉄シート７２との距離を０〜３．０ｍｍの範囲で変化させて、距離とアンテナの減衰率との関係を調べた結果である。図７において、実線は４０ｋＨｚの受信信号に関するもの、破線は６０ｋＨｚの受信信号に関するものである。なお、鉄シートの厚みは非常に薄いので、アンテナ部品３０と金属板７０との距離はアンテナ部品３０と鉄シート７２との距離とほぼ等しいとみなせる。
【００３７】
図７より、アンテナと鉄シートとの距離（またはアンテナと金属板との距離）を大きくするほど減衰率は小さな値になることが分かる。従って、アンテナの受信感度を良くするには距離は大きいほど良い。ただし、腕時計のような薄型の電子機器においては、内部スペース（収納空間の大きさ）が限られており、鉄シートを裏蓋７に貼着する場合、アンテナと鉄シートとの距離は内部スペースの大きさによって決まるファクタであり、自由に設定できる範囲は比較的狭い。また、腕時計は薄型化への要望が高くケースの薄型化は本発明では受信感度の向上の方向に貢献する。よって、アンテナ部品と鉄シートとの距離については、他のパラメータに優先して取り扱う必要性は低い。
【００３８】
以上の実験結果から、共振周波数を受信周波数に一致させ、受信感度を良好に保つために、アンテナ部品とステンレス製ケース（裏蓋）との間に介在させるシートとしては、アルミシートや高透磁率の磁性体シートよりも鉄シートがふさわしいことが分かる。次に、アンテナ部品とステンレス製ケースとの間に介在させるシートの材料として最適なものの条件について考察した結果について説明する。
【００３９】
本発明者は、実験に使用した材料のうち鉄シートが最適な理由について鋭意検討した結果、アンテナのインダクタンス値にはその透磁率と導電率が関係しており、両者のバランスが絶妙であるためであるとの結論に達した。そこで、透磁率μrと導電率σの関数として、式（１）のように表わせる表皮深さδ（＝１／ｅ）に着目した。
δ＝√（２／ωμ0μrσ）    ……（１）
ここで、ｅは自然対数、μrは透磁率、μ0は真空透磁率であり、μ0＝４π×１０7で表わされる。表１に、周波数４０ｋＨｚにおける各材料の比透磁率μr／μ0と導電率σと表皮深さδの値を示す。
【００４０】
【表１】
2010085312.tif 000003
【００４１】
表１より、アンテナ部品とステンレス製ケースとの間に介在させるシートの材料としてふさわしいものの条件は、比透磁率が１０００〜１００００、望ましくは３０００〜５０００であり、かつ導電率が０．９５〜１．４×１０7Ｓ／ｍである。あるいは、表皮深さδが０．１ｍｍ以下の材料と言い換えても良い。
また、表１より、チタンとステンレスは、比透磁率と導電率が比較的に近いので、ケース（裏蓋）がチタン製である場合にも鉄シートまたは同等の表皮深さを有する金属シートをアンテナ部品と間に介在させると、アンテナの同調周波数ずれを補正できるものと考える。
【００４２】
［変形例］
次に、前記実施形態の変形例について説明する。この変形例は、アンテナ部品３０の下面と裏蓋７との間の鉄シート７２とは別に、図３に一点鎖線Ｂで示すように、アンテナ部品３０の側面と本体ケース２の内周壁との間にも鉄シートを介在させるようにするというものである。
【００４３】
図３の実施形態では、裏蓋７がステンレスのような金属で構成され、本体ケース２が非導電性のセラミックで構成されているため、アンテナ部品３０の下面と裏蓋７との間にのみ鉄シート７２を介在させている。また、本体ケース２が金属製であっても、アンテナ部品３０と裏蓋７との距離に比べてアンテナ部品３０と本体ケース２との距離が大きい場合にも図３の実施形態は有効である。これに対し、この変形例は、本体ケース２が金属製であってアンテナ部品とケースとの距離が小さい場合に特に有効であり、本変形例を適用することによって前記実施形態で説明したのと同様な効果を得ることができる。
【００４４】
なお、本体ケース２がステンレスやチタンのような金属で構成され、裏蓋７がセラミックのような非導電性材料で構成されている場合には、アンテナ部品３０の側面と本体ケース２の内周壁との間にのみ鉄シートを介在させる、つまり図３に示されている構造においてアンテナ部品３０の下方の鉄シート７２を省略して、一点鎖線Ｂの位置にのみ鉄シートを設けるようにしても良い。
【００４５】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前記実施形態においては、裏蓋７または本体ケース２が、ステンレスまたはチタンで構成されているとしたが、裏蓋７または本体ケース２を形成する金属はこれらに限定されないことはもちろんのこと、本体ケース２または裏蓋７の一部が金属材料で構成されているものであれば、本発明を適用することで所望の効果を得ることができる。
また、前記実施形態では、本体ケース２内側の収納空間の一方（下方）が裏蓋7により開閉可能に閉塞されているものを示したが、裏蓋の代わりに本体ケースと一体に形成された底壁によって収納空間の一方が完全に閉塞されているものにも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上の説明では、本発明を電波腕時計に適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、内蔵アンテナを有し外部からの電波を受信して情報を得る構成の電子機器であれば如何なるものであってもよい。例えば、据え置き型など固定式の電波時計であってもよいし、小型ラジオ、携帯端末等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明を適用して好適な電子機器の一例としての電波腕時計の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１の電波腕時計のII−II線に沿った断面図である。
【図３】図２において一点鎖線Ａで囲まれている部分の詳細を示す拡大断面図である。
【図４】本発明に先立って行った実験に使用した実験装置の概略構成を示す構成図である。
【図５】シートの厚みと受信回路の共振周波数との関係を示す特性図である。
【図６】シートの厚みとアンテナの受信感度との関係を示す特性図である。
【図７】アンテナ部品と鉄シートの距離と減衰率との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４８】
２      本体ケース（機器ケース）
４      風防ガラス（第２カバー部材）
７      裏蓋（第１カバー部材）
１５    液晶表示パネル
１６    ＥＬパネル
１７    ソーラーパネル
１８    回路基板
１９    インターコネクタ
２１    電子部品
２２    電池
２３    スペーサ
３０    アンテナ部品
３１    コア
３２    コイル
７０    金属板
７１    両面接着テープ
７２    鉄シート（周波数補正部材）
１００  電波腕時計
【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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