(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ形成された表面電極と、前記表面電極それぞれに接続された２つのリード線とを有し、一方の表面電極は、一部を絶縁材料の一面から他面へ折り返して形成され、２つのリード線は、両方とも前記絶縁材料上の同じ側で、異なる表面電極にそれぞれ接続することを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ形成された表面電極と、前記絶縁材料上に形成された表面電極にそれぞれに接続された２つのリード線とを有し、圧電素子の周囲の絶縁材料は、絶縁材料内に前記圧電素子をつけこんで硬化させ、両面を研磨することにより前記圧電素子の両面をむき出すことで形成することを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
圧電素子の周囲の絶縁材料は、絶縁材料内に前記圧電素子をつけこんで硬化させ、両面を研磨することにより前記圧電素子の両面をむき出すことで形成することを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項４】
超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ形成された表面電極と、前記表面電極の一方に電気的に接続される電極を外周面に有する筐体と、前記表面電極それぞれに電気的に接続される２つのリード線とを有し、前記リード線は、一方を前記筐体の外周面に形成された電極に接続し、他方を絶縁材料上に形成された表面電極に接続することを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
絶縁材料に樹脂を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項６】
超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁フィルムと、前記圧電素子と前記絶縁フィルムの両面にそれぞれ形成された表面電極とを有し、前記絶縁フィルムを前記超音波探触子の外部まで延びるように形成することを特徴とする超音波探触子。
【請求項７】
フィルムに超耐熱ポリイミドフィルムを用いることを特徴とする請求項６記載の超音波探触子。
【請求項８】
表面電極形成に蒸着またはスパッタ用いることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項９】
圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料を形成する工程と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ表面電極を形成する工程と、前記表面電極それぞれにリード線を接続する工程とを有し、一方の表面電極は、一部を絶縁材料の一面から他面へ折り返して形成され、各リード線は、両方とも前記絶縁材料上の同じ側で、異なる表面電極にそれぞれ接続する超音波探触子の製造方法。
【請求項１０】
圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料を形成する工程と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ表面電極を形成する工程と、前記絶縁材料上の表面電極にそれぞれにリード線を接続する工程とを有し、
圧電素子の周囲の絶縁材料は、絶縁材料内に前記圧電素子をつけこんで硬化させ、両面を研磨することにより前記圧電素子の両面をむき出すことで形成することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項１１】
圧電素子の周囲の絶縁材料は、絶縁材料内に前記圧電素子をつけこんで硬化させ、両面を研磨することにより前記圧電素子の両面をむき出すことで形成することを特徴とする請求項９記載の超音波探触子の製造方法。
【請求項１２】
絶縁材料に樹脂を用いることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の超音波探触子の製造方法。
【請求項１３】
圧電素子の幅方向の周囲を絶縁フィルムで取り囲む工程と、前記圧電素子と前記絶縁フィルムの両面にそれぞれ表面電極を形成する工程とを有し、前記絶縁フィルムを前記超音波探触子の外部まで延びるように形成することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項１４】
絶縁フィルムに超耐熱ポリイミドフィルムを用いることを特徴とする請求項１３記載の超音波探触子の製造方法。
【請求項１５】
表面電極形成に蒸着またはスパッタ用いることを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載の超音波探触子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探触子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波探触子の小型化、高周波化に伴いリード線の接続による音響特性の低下が問題となり、音響特性低下を抑えようとすると配線作業が困難になっていた。
【０００３】
従来の方法として、特開平５−１５３６９５号公報に示された例がある。これを、図２０を用いて簡単に説明する。
圧電素子１の表面に形成された表面電極３を、音響整合層以外の部分まで延長して形成し、該延長された部分に導電性材料からなる電極端子１３を接合して、リード線７の接続部による音響特性の低下を防いでいる。６はバッキング材である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２０に示す従来の方法では、圧電素子１の表面電極３と電極端子１３の接合部がデッドスペースとなり、圧電素子全体を有効に使用できず、超音波探触子がさらに小型化していくと圧電素子１の面積に占める電極端子１３との接合部の面積の占める割合が大きくなり、圧電素子１の有効振動径が十分にとれなくなってしまう。
【０００５】
本発明は、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを実現でき、高感度な小型超音波探触子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような問題点を解決するために本発明は、超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ形成された表面電極と、前記表面電極それぞれに接続された２つのリード線とを有し、一方の表面電極は、一部を絶縁材料の一面から他面へ折り返して形成され、２つのリード線は、両方とも前記絶縁材料上の同じ側で、異なる表面電極にそれぞれ接続するものである。
【０００７】
あるいは、リード線を用いずに、絶縁材料として絶縁フィルムを用いて絶縁フィルムの両面の電極にそれぞれリード線の役目をもたせるものである。
これにより、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを実現でき、高感度な小型超音波探触子を提供できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態は、超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ形成された表面電極と、前記表面電極それぞれに接続された２つのリード線とを有し、前記リード線は、いずれも絶縁材料上に形成された表面電極に接続することを特徴とする超音波探触子であり、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【０００９】
好ましくは、一方の表面電極は、一部を絶縁材料の一面から他面へ折り返して形成され、２つのリード線は、両方とも前記絶縁材料の同じ側で、異なる電極にそれぞれ接続することを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、圧電素子の周囲の絶縁材料は、絶縁材料内に前記圧電素子をつけこんで硬化させ、両面を研磨することにより前記圧電素子の両面をむき出すことで形成することを特徴とするものであり、あらかじめ用意した圧電素子が所望の厚みより厚くても研磨時に所望の厚みにすることができるので、取り扱いの容易な厚さで絶縁材料につけることができ、圧電素子にリード線が触れることもないので、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【００１１】
本発明の第２の実施形態は、超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ形成された表面電極と、前記表面電極の一方に電気的に接続される電極を外周面に有する筐体と、前記表面電極それぞれに電気的に接続される２つのリード線とを有し、前記リード線は、一方を前記筐体の外周面に形成された電極に接続し、他方を絶縁材料上に形成された表面電極に接続することを特徴とする超音波探触子であり、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【００１２】
好ましくは、絶縁材料に樹脂を用いることを特徴とするものであり、樹脂を用いることにより圧電素子の両面に電極を形成する時に、固定するための治具等に取り付ける場合においても直接圧電素子に治具が触れず、安全に圧電素子を取り扱え、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【００１３】
本発明の第３の実施形態は、超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁フィルムと、前記圧電素子と前記絶縁フィルムの両面にそれぞれ形成された表面電極とを有し、前記絶縁フィルムを前記超音波探触子の外部まで延びるように形成することを特徴とする超音波探触子であり、リード線を接続する工程を省くことができるとともに、リード線を有さないことから、リード線、及び超音波探触子の電極が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【００１４】
好ましくは、フィルムに超耐熱ポリイミドフィルムを用いることを特徴とするものであり、電極形成時に温度上昇によるフィルムの形状変化を防止することができるとともに、リード線を有さないことから、リード線、及び超音波探触子の電極が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【００１５】
好ましくは、表面電極形成に蒸着またはスパッタ用いることを特徴とするものであり、圧電素子の周囲がすでに絶縁材料で覆われているため、マスキング処理が不要か簡単な処理で済み、また電極を薄くつけることができるため、超音波探触子の電極が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【００１６】
本発明の第４の実施形態は、圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料を形成する工程と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ表面電極を形成する工程と、前記表面電極それぞれにリード線を接続する工程とを有し、前記リード線は、いずれも絶縁材料上に形成された表面電極に接続することを特徴とする超音波探触子の製造方法であり、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【００１７】
好ましくは、一方の表面電極は、一部を絶縁材料の一面から他面へ折り返して形成され、それぞれのリード線は、両方とも前記絶縁材料の同じ側で、異なる電極にそれぞれ接続することを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、圧電素子の周囲の絶縁材料は、絶縁材料内に前記圧電素子をつけこんで硬化させ、両面を研磨することにより前記圧電素子の両面をむき出すことで形成することを特徴とするものであり、あらかじめ用意した圧電素子が所望の厚みより厚くても研磨時に所望の厚みにすることができるので、取り扱いの容易な厚さで絶縁材料につけることができ、圧電素子にリード線が触れることもないので、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【００１９】
本発明の第５の実施形態は、圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料を形成する工程と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ表面電極を形成する工程と、電極を筐体の外周面に形成して前記表面電極の一方と電気的に接続する工程と、前記表面電極それぞれと２つのリード線とを電気的に接続する工程とを有し、前記リード線は、一方を前記筐体の外周面に形成された電極に接続し、他方を絶縁材料上に形成された表面電極に接続することを特徴とする超音波探触子の製造方法であり、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【００２０】
好ましくは、絶縁材料に樹脂を用いることを特徴とするものであり、樹脂を用いることにより圧電素子の両面に電極を形成する時に、固定するための治具等に取り付ける場合においても直接圧電素子に治具が触れず、安全に圧電素子を取り扱え、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【００２１】
本発明の第６の実施形態は、圧電素子の幅方向の周囲を絶縁フィルムで取り囲む工程と、前記圧電素子と前記絶縁フィルムの両面にそれぞれ表面電極を形成する工程とを有し、前記絶縁フィルムを前記超音波探触子の外部まで延びるように形成することを特徴とする超音波探触子の製造方法であり、リード線を接続する工程を省くことができるとともに、リード線を有さないことから、リード線、及び超音波探触子の電極が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にする作用を有する。
【００２２】
好ましくは、絶縁フィルムに超耐熱ポリイミドフィルムを用いることを特徴とするものであり、電極形成時に温度上昇によるフィルムの形状変化を防止することができるとともに、リード線を有さないことから、リード線、及び超音波探触子の電極が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【００２３】
好ましくは、表面電極形成に蒸着またはスパッタ用いることを特徴とするものであり、圧電素子の周囲がすでに絶縁材料で覆われているため、マスキング処理が不要か簡単な処理で済み、また電極を薄くつけることができるため、超音波探触子の電極が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本実施の形態における超音波探触子の構成を示す概略図である。図１において、圧電素子１の幅方向の周囲には絶縁材料２があり、圧電素子１と絶縁材料２の上下面にそれぞれ表面電極３が形成され、一部、下面から上面へ折り返されている。圧電素子としてはチタン酸鉛系や、高周波ではＬｉＮｂＯ3 などがある。また絶縁材料２としてエポキシ樹脂等の樹脂などがある。
【００２５】
電極が形成された圧電素子１と絶縁材料２の上面にはバッキング材６が、下面には音響整合層４と音響レンズ５が、それぞれ接着されている。
そしてリード線７が、一本は上面側の表面電極３に、他の一本は下面側から折り返されて上面に位置する表面電極３に、いずれも絶縁材料２の上の位置で接続されている。
【００２６】
図２〜図７は図１に示した本実施の形態における超音波探触子の製造工程を示す。まず、図２のように、圧電素子１を平板９とリング８で囲まれた中心付近に配置し、その上から絶縁材料２を流し込み硬化させる。なお、板９とリング８は、テフロンなどの剥離性のあるものがよい。平板９とリング８の隙間には、絶縁材料２が漏れないよう真空グリス等で処置しておく。また、リング８の内径は音響レンズ５の外径と同じであるか、それ以下である。
【００２７】
次に、図３のように、硬化した絶縁材料２と圧電素子１を板９とリング８より取り出し、所望の周波数の厚さまで研磨して、図４の状態にする。
次に、図５のように表面電極３を形成する。表面電極形成法には、スパッタあるいは蒸着等がある。
次に、図６のように、あらかじめ音響レンズ５に整合層４を接着したものの上に接着する。
【００２８】
そして、図７のように、リード線７を図のように接着する。リード線の接着には銀ペーストまたは半田などが用いる。次に、バッキング材６を接着することによって超音波探触子が完成する。なお、目的によってはバッキング材なしでもよい。
【００２９】
以上のように、図２〜図７に示した製造工程によって製作した図１のような超音波探触子は、リード線７が絶縁材料２の上の表面電極３に接続されているため、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることが可能となる。
【００３０】
（実施の形態２）
図８は本実施の形態における超音波探触子の構成を示す概略図である。図８において、圧電素子１の幅方向の周囲には絶縁材料２があり、圧電素子１と絶縁材料２の上下面にそれぞれ表面電極３が形成されている。圧電素子としてはチタン酸鉛系や、高周波ではＬｉＮｂＯ3などがある。また絶縁材料としてエポキシ樹脂などがある。
【００３１】
電極が形成された圧電素子１と絶縁材料２の上面にはバッキング材６が、下面には音響整合層４と音響レンズ５が、それぞれ接着されている。なお、予め音響整合層４の上面には表面電極３が形成されており、圧電素子１の下面に形成された表面電極３とは、接着することでオーミックコンタクトにより導通を得ている。
【００３２】
そしてリード線７が、一本は絶縁材料２の上の位置で上面側の表面電極３に接続されている。他の一本は、筐体である筒１１の内側から、一旦、穴を通して、筒１１の外側に形成され圧電素子１の下面に導通する電極に接続されている。
【００３３】
図９〜図１４は図８に示した本実施の形態における超音波探触子の製造工程を示す。まず、図９のように、予め音響レンズ５と音響整合層４を接着したものに、図のように表面電極３を形成する。表面電極形成法には、スパッタあるいは蒸着等がある。
【００３４】
次に、図１０のように、片面に表面電極３を形成した圧電素子１を音響整合層４の上に接着する。圧電素子１の片面に形成した電極と、音響レンズ５と音響整合層４を接着したものに形成した表面電極３は、オーミックコンタクトにより導通をとる。
【００３５】
次に、図１１のように、リング８を取り付け、圧電素子１とリング８との間に絶縁材料２を流し込み硬化させる。リング８はテフロンなどの剥離性のあるものがよい。
【００３６】
次に、図１２のように、絶縁材料２が硬化したらリング８をはずし、上面に表面電極３を形成して、探触子の主要部を構成する。
また、筐体として用いる筒１１をあらかじめ用意し、図１３のように、筒１１の側面に穴をあけ、穴から下にむかって帯状に電極を形成しておく。筒１１は絶縁材料を用いる。
【００３７】
次に、図１４のように、筒１１を図１２の状態にある探触子の主要部に接着し、導電性材料１２によって音響レンズ５の側面の電極と、筒１３上の帯状の電極との導通をとる。導電性材料１２には、半田や銀ペースト等を用いる。
そして、図８で示したように、リード線を、一本は筒１１の内側から例えばエポキシ樹脂等の絶縁材料２の上に位置する表面電極３に接続し、他の一本は筒１１の内側から外側に抜けて筒１１上の帯状の電極に接着する。バッキング材６は必要であれば接着する。
【００３８】
以上のように、図９〜図１４に示した製造工程によって製作した図８のような超音波探触子は、リード線７が絶縁材料２の上の表面電極３に接続されているため、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることが可能となる。
【００３９】
（実施の形態３）
図１５は本実施の形態における超音波探触子の構成を示す概略図である。図１５において、圧電素子１の幅方向の周囲には絶縁フィルム１０があり、圧電素子１と絶縁フィルム１０の上下両面それぞれに表面電極３が形成されている。圧電素子としてはチタン酸鉛系や、高周波ではＬｉＮｂＯ3などがある。また絶縁フィルムとしてポリイミドフィルムなどがある。
電極が形成された圧電素子１と絶縁フィルム１０の上面にはバッキング材６が、下面には音響整合層４と音響レンズ５が、それぞれ接着されている。
【００４０】
図１６〜図１９は図１５に示した本実施の形態における超音波探触子の製造工程を示す。まず、図１６のように、圧電素子１の厚みと同じかまたは薄い絶縁フィルム１０に圧電素子１が入る寸法の穴をあけ、圧電素子１を絶縁フィルム１０の穴にはめる。
【００４１】
次に、図１７のように、両面に表面電極３を形成する。表面電極形成法には、スパッタあるいは蒸着等がある。
次に、図１８のように、片面にバッキング材６、もう片面に音響整合層４と音響レンズ５を接着する。
次に、図１９のように、バッキング材６よりはみでた絶縁フィルム１２をある幅をもった帯だけを残して切り取る。この絶縁フィルム１２の帯がそのままリード線の役割をもつ。
【００４２】
以上のように、図１６〜図１９に示した製造工程によって製作した図１５のような超音波探触子は、リード線を圧電素子１の周辺に接続する必要がないため、煩雑なリード線接続作業がなく、超音波探触子の小型化に有効な手段である。
また、圧電素子１上の表面電極３上に、従来例の図２０で示した電極端子１３やリード線７がないため、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、超音波探触子に用いられる圧電素子の幅方向の周囲を絶縁材料で囲み、圧電素子と絶縁材料の両面に表面電極を形成して、絶縁材料側にリード線を接続することにより、あるいは、その絶縁材料として絶縁フィルムを用いて絶縁フィルムの両面の電極にそれぞれリード線の役目をもたせることにより、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを実現でき、高感度な小型超音波探触子を提供できるという有利な効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による超音波探触子の構成を示す概略断面図
【図２】本発明の実施の形態１による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図３】本発明の実施の形態１による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図４】本発明の実施の形態１による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図５】本発明の実施の形態１による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図６】本発明の実施の形態１による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図７】本発明の実施の形態１による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図８】本発明の実施の形態２による超音波探触子の構成を示す概略断面図
【図９】本発明の実施の形態２による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図１０】本発明の実施の形態２による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図１１】本発明の実施の形態２による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図１２】本発明の実施の形態２による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図１３】本発明の実施の形態２による超音波探触子製造の一工程を示す概略斜視図
【図１４】本発明の実施の形態２による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図１５】本発明の実施の形態３による超音波探触子の構成を示す概略断面図
【図１６】本発明の実施の形態３による超音波探触子製造の一工程を示す概略斜視図
【図１７】本発明の実施の形態３による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図１８】本発明の実施の形態３による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図１９】本発明の実施の形態３による超音波探触子製造の一工程を示す概略斜視図
【図２０】従来の超音波探触子の構成を示す概略断面図
【符号の説明】
１  圧電素子
２  絶縁材料
３  表面電極
４  音響整合層
５  音響レンズ
６  バッキング材
７  リード線
８  リング
９  平板
１０  絶縁フィルム
１１  筒
１２  導電性材料
１３  電極端子
【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】
0003608471.tif 000014
【図１４】
0003608471.tif 000015
【図１５】
0003608471.tif 000016
【図１６】
0003608471.tif 000017
【図１７】
0003608471.tif 000018
【図１８】
0003608471.tif 000019
【図１９】
0003608471.tif 000020
【図２０】
0003608471.tif 000021