(57)【要約】      （修正有）【課題】光損失の低減と外装構造の信頼性の向上とにより、装置を破損させる要因を削減した高出力レーザコネクタを提供する。【解決手段】フレーム２に内蔵したフェルール部材２０と、フェルール部材２０を先端方向へ押すためのバネ５と、フェルール部材２０に内蔵したレンズ２１と光ファイバ２２と光ファイバ２２先端に配置したエンドキャップ２３と、フレーム２に固定され、円筒状または楕円状であって、間隔を置いて円筒の回転軸と平行な方向に沿うスリットを形成し、フレーム２との固定部と反対側先端部の内側と外側に膨出部を設けた保持具３と、この保持具３の外側にスライド可能な接続スリーブ４と、を設けた光コネクタ１と、光コネクタ１のフェルール部材２０の先端部を嵌合するスリーブを内蔵し、光コネクタ１の保持具３の先端内側の膨出部を受け入れる凹溝を外装に設けて、光コネクタ１を掛合できる光アダプタと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高出力レーザ用途の光コネクタにおいて、フレームに内蔵したフェルール部材と、フェルール部材を先端方向へ押すためのバネと、前記フェルール部材に内蔵したレンズと光ファイバと前記光ファイバ先端に配置したエンドキャップと、前記フレームに固定され、略円筒状または略楕円状であって、間隔を置いて前記略円筒または略楕円の回転軸と平行な方向に沿うスリットを形成し、前記フレームとの固定部と反対側先端部の内側と外側に膨出部を設けた保持具と、この保持具の外側にスライド可能な接続スリーブと、を設けた光コネクタと、光コネクタのフェルール部材の先端部を嵌合するスリーブを内蔵し、光コネクタの保持具の先端内側の膨出部を受け入れる凹溝を外装に設けて、光コネクタを掛合できる光アダプタと、を備えたことを特徴とするプッシュプル方式の光コネクタ。
【請求項２】
光コネクタの前記光ファイバからの出射光が、前記レンズを介して略平行光に変換されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光コネクタ。
【請求項３】
光コネクタの前記光ファイバからの出射光が、前記レンズを介してビームスポットを持つ光束に変換されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光コネクタ。
【請求項４】
光コネクタの前記フレームには光軸回転方向角度を粗く規制するフレームキーを設けており、且つ前記フレームに内蔵する前記フェルール部材には光軸回転方向角度を高精度に規制するフェルールキーを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３項記載の光コネクタ。
【請求項５】
光コネクタの前記フレームキーと光軸回転方向角度を粗く規制して緩嵌合するフレームキー溝と、前記フェルールキーと光軸回転方向角度を高精度に規制して緩嵌合するフェルールキー溝と、を備え、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項記載の光コネクタを掛合することを特徴とする光アダプタ。
【請求項６】
前記光アダプタのフェルールキー溝が、光軸回転方向角度を高精度に規制するための直線形状の溝であり、溝の底部がＶ溝形状であることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の光アダプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ中の光エネルギーを伝送・中継するために、光ファイバを接続する光コネクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光コネクタは光通信分野において、長距離伝送や光機器間の接続などの用途で、光ファイバの接続に多く使用されている。特に複数の光伝送機器を設置する際、光機器を分離して設置場所まで輸送し、現地で光信号を接続するために着脱可能な光コネクタで光ファイバを接続することは極めて有効かつ経済的に有益である。
【０００３】
また、光通信以外の分野では、近年レーザによる加工が急速に普及、発展している。レーザ加工分野では、高出力レーザ光をレーザ発振機から加工対象物の近くまで伝送するために光ファイバを使用する場合がある。レーザ加工で使用するレーザは1μｍ帯の波長の光が多く、レーザ光の強度が光通信分野の光強度の数千倍から数億倍となる1Ｗから数十ｋＷという強さが一般的である。さらにレーザ加工に用いるレーザ光は、所定の強度のレーザで加工する場合やパルス状のレーザで加工する場合がある。パルス状のレーザではパルス光のピーク光量は定常の光強度の場合に比べ数十倍から数万倍もの大きな値とすることが可能である。
【０００４】
光コネクタにおいて、このパルス状の強いピーク光量の光が、光ファイバの終端部でファイバの屈折率と空気の屈折率との差が大きいため光エネルギーにより光ファイバが破損することが多い。これを防ぐため、エンドキャップと呼ばれるガラスなどの透明部材からなるブロックをファイバ先端に光学的に空隙を設けずに配置する。エンドキャップを設けることでファイバのコアから出た光はエンドキャップにより緩やかに光束が広がり、光のエネルギー密度が小さくなり、光エネルギーにより破壊することを防止できる。
【０００５】
また、光コネクタの外装は、例えばＳＭＡコネクタのようなネジ締め付け固定方式が多く、締め付けトルクの管理が必要な光コネクタが使用されている。このような光コネクタを用いての光ファイバ同士を接続は、光アダプタの両側に２つの光コネクタを結合することにより実現している。
【０００６】
さらに、レーザ発振機やレンズユニットなどの光学系に光ファイバを接続する入出射用光コネクタとして使用する場合は、光レセプタクルに１つの光コネクタを結合することで実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９-１７５５４５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、光ファイバ先端にエンドキャップが配置されている光コネクタは構造上、光ファイバを固定するキャピラリの内径が、エンドキャップまたは光ファイバ被覆のどちらかよりも大きくする必要がある。キャピラリの内径が大きくなることにより、光ファイバをキャピラリに固定した時点で、光ファイバがキャピラリとの相対的位置が定まらず、位置精度が悪くなる。
【０００９】
光ファイバの位置精度が悪いと、光コネクタで光ファイバ同士を接続する場合には、接続する２つの光ファイバの光軸がずれ、光損失を発生させ、最悪、漏れた光で光コネクタを破損させる場合がある。また、光コネクタを固定し、外部のレンズなどの光学系から光入出射させる場合、光ファイバを交換すると光ファイバとレンズの位置がずれ、光軸がずれる。光軸がずれるとレーザ加工装置を調整しなおす必要がある上に、最悪、装置を破損させる場合がある。
【００１０】
また、光ファイバ先端にエンドキャップが配置されている光コネクタで、アダプタを介して光ファイバ同士を接続する場合、片方の光コネクタの光ファイバから出射された光束は、エンドキャップ内で広がっていくことから、エンドキャップ内の光路長分がＧＡＰとなり、対向して配置された相手側の受光する光コネクタにおいても、同様にエンドキャップの光路長分がＧＡＰとなる。さらに、アダプタを介して、対向して配置された２つの光コネクタのエンドキャップ同士のＧＡＰも発生することから、これらのＧＡＰにより大きな光損失を発生し、最悪、漏れた光で光コネクタを破損させる場合があるという欠点がある。
【００１１】
また、光コネクタの外装は、例えばＳＭＡコネクタのようなネジ締め付け固定方式が多く、この場合締め付けトルクの管理は非常に煩雑である。また、光コネクタが設置された環境においては、振動、衝撃、温度、湿度などの要因により、ネジ部の緩みが発生し、装置を破損させたり、最悪、作業者の安全を脅かす可能性もある。
【００１２】
以上述べたように、光コネクタ中の光ファイバの位置精度が悪いこと、またはＧＡＰにより光損失が大きいこと、さらにネジ締め付け固定方式の外装は緩みなどの信頼性が悪いこと、はレーザ加工装置を取り扱う作業者の不便さが発生する上に、装置そのものを破損させると言う重大な危険性をはらんでいる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の特徴（請求項１に記載の発明の特徴）は、高出力レーザ装置で使用可能な光コネクタにおいて、フレームに内蔵したフェルール部材と、前記フェルール部材を先端方向へ押すためのバネと、前記フェルール部材に内蔵したレンズと光ファイバと前記光ファイバ先端に配置したエンドキャップと、前記フレームに固定され、円筒状または楕円状であって、間隔を置いて円筒の回転軸と平行な方向に沿うスリットを形成し、前記フレームとの固定部と反対側先端部の内側と外側に膨出部を設けた保持具と、この保持具の外側にスライド可能な接続スリーブと、を設けた光コネクタと、光コネクタのフェルール部材の先端部を嵌合するスリーブを内蔵し、光コネクタの保持具の先端内側の膨出部を受け入れる凹溝を外装に設けて、光コネクタを掛合できる光アダプタと、を備えたプッシュプル方式を実現した光コネクタ。
【００１４】
光コネクタの前記光ファイバからの出射光が、前記レンズを介して略平行光に変換される光コネクタ。
【００１５】
光コネクタの前記光ファイバからの出射光が、前記レンズを介してビームスポットを持つ光束に変換される光コネクタ。
【００１６】
光コネクタの前記フレームには光軸回転方向角度を粗く規制するフレームキーを設けており、且つ前記フレームに内蔵する前記フェルール部材には光軸回転方向角度を高精度に規制するフェルールキーを設けた光コネクタ。
【００１７】
光コネクタの前記フレームキーと光軸回転方向角度を粗く規制して緩嵌合するフレームキー溝と、前記フェルールキーと光軸回転方向角度を高精度に規制して緩嵌合するフェルールキー溝と、を備え、前記光コネクタを掛合する光アダプタ。
【００１８】
前記光アダプタのフェルールキー溝が、直線形状の溝であり、溝の底部がＶ溝形状である光アダプタ。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、高出力レーザ装置で使用可能な光コネクタにおいて、特に位置精度の向上と、ＧＡＰに起因した光損失を低減させること、さらに信頼性の高い外装構造とで、作業者の取扱不便さを解消し、装置を破損する要因を大幅に削減させ、さらに、作業者の安全性を担保する光コネクタを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の光コネクタ断面図
【図２】本発明の光アダプタ断面図
【図３】本発明の光コネクタと光アダプタの嵌合図
【図４】本発明の断面図。略平行光を使用する例
【図５】本発明の断面図。ビームウェストを持つ光束を使用する例
【図６】本発明の図。アダプタの高精度な組立方法の例
【発明を実施するための形態】
【００２１】
前記課題を解決するために本発明の実施例として、図1に光コネクタ単体の断面図、図２に光アダプタ単体の断面図、及び図３に光コネクタと光アダプタを嵌合した状態の図を示す。
【００２２】
図１の光コネクタ１において、前記フレーム2はフレームキー9を備え、前記フレーム2に内蔵した前記フェルール部材20には、レンズ21と光ファイバ22と、前記光ファイバ22の先端に固定されたエンドキャップ23とフェルールキー24を備える。前記フレーム2は、前記フェルール部材20を通し、ストッパ6に支えられ、前記フェルール部材20を常時先端側（レンズ21方向）へ押す力を持つバネ5を内蔵する。なお、例えば前記フレーム2の外径サイズはφ9×15ｍｍ程度である。
【００２３】
前記フレーム2の外側に例えば圧入固定され、円筒状であって間隔を置いて円筒の回転軸と平行な方向に沿うスリットを形成し、圧入固定部と反対側先端部の内側と外側に膨出部を設けた保持具3を備え、前記保持具3の外側にスライド可能な接続スリーブ4を備える。前記接続スリーブ4を押し込むことでロックし、引っ張ることでロックを解除するというプッシュプル方式の光コネクタである。
【００２４】
さらに、前記接続スリーブ4を押し込みロックした後に、確認リング25を前記接続スリーブ4の後段に挿入することにより、前記接続スリーブ4のロック外れを防止可能である。前記確認リング25は弾性材であり、リングの一部が開口した形状である。その開口部は前記フレーム2の直径よりも大きく、前記接続スリーブ4の直径よりも小さい寸法となっており、設置環境の影響により前記確認リング25が外れることはない。
【００２５】
前記光ファイバ22から出射した光束は、前記エンドキャップ23と前記レンズ21を介して、出力される。例えば、前記エンドキャップ23と前記レンズ21を介した出射光は、図４のような略平行光である。双方向で使用可能である光コネクタ1は、逆に、レンズ21から入射した略平行光は、レンズ21とエンドキャップ23を介して、光ファイバ22に結合される。
【００２６】
前記光ファイバ22から出射した光束が、前記エンドキャップ23の光ファイバ22と反対側の端面で一部反射するが、この反射光が光ファイバ22側に戻って来ると、光ファイバ22や周辺部品や、さらには光ファイバ22を伝搬してその先に機器を破壊する恐れがある。このため、前記反射光が光ファイバ22に戻らないようにするために、エンドキャップ23の前記光ファイバ22と反対側の端面は、透過する光軸に対して斜め形状にしており、エンドキャップ先端に角度をつけて別の方向へ光を反射させる工夫を実施している。
【００２７】
しかしながら、前記エンドキャップ23の前記光ファイバ22と反対側の端面を、透過する光軸に対して斜め形状としているため、前記エンドキャップ23を出射する光束の光軸は、前記光ファイバ22からの出射光の光軸に対して角度ずれを発生し、さらに前記レンズ21の出射光にも角度ずれが発生する。この前記レンズ21の出射光の光軸の角度ずれは、ある距離を隔てて一直線上の配置した光コネクタ同士の接続において、受光側の光コネクタでは光軸の角度ずれと同時に大きな軸ずれとなり、大きな結合損失の要因となることから、この出射光の角度ずれを無くす必要がある。
【００２８】
この前記レンズ21の出射光の光軸の角度ずれを無くす対策として、前記エンドキャップ23の光ファイバ22と反対側の端面が図１のような斜め形状とする場合、一体となっている前記光ファイバ22と前記エンドキャップ23を、  図１のＹ方向のマイナス側へ平行移動配置させている。これにより光軸の角度ずれは無くなる。但し、Ｚ方向に平行でＹ方向プラス側に光軸の軸ずれのみが発生する。つまり、ある距離を隔てて一直線上の配置した光コネクタ同士の接続において、前記光コネクタ１には光軸の角度ずれは抑制でき、軸ずれのみが存在することから、軸ずれの方向を合わせた前記光コネクタ１同士を接続すれば高効率な接続が可能となる。
【００２９】
前記光コネクタ１同士の軸ずれの方向を合わせることは、すなわち前記光コネクタ１同士の光軸回転方向の角度を合わせることと等価である。まず、光軸回転方向の角度を粗く合わせるために、前記フレーム2に前記フレームキー9を設けている。例えば、１つのフレームキー9を設けることにより、または２つ以上の異なるサイズや形状や不等間隔な配置などのフレームキー9とすることにより、逆差しの防止が可能となる。
【００３０】
さらに、光軸回転方向の角度を高精度に合わせるために、前記フェルール部材20に高精度な幅を持つ前記フェルールキー24を設けている。例えば、前記フェルールキー24の幅の精度は、0.02mm程度と機械加工で達成可能な精度である。また、例えば、光軸回転方向の角度を高精度に合わせるために、前記フェルールキー24は約180度間隔で両側に２カ所に設けてある。
【００３１】
ここで、例えば、前記光ファイバ22のコア径約φ20μmからの出射光が、前記エンドキャップ23とレンズ21を介して、直径約φ100μｍの略平行光となるように設定した、すなわちスポットが約５倍の大きさに拡大される光学系を用いた前記光コネクタ１同士の接続の場合と、レンズを使用せず、従来の光ファイバ同士の接続の場合を比較すると、前者の方が後者よりも、等価的に光ファイバの機械位置精度は約１／５に改良することができる。
【００３２】
また、前記エンドキャップ23と前記レンズ21を介して略平行光に変換した前記光コネクタ１同士の接続の場合、レンズを使用しない光ファイバ同士の接続の場合と比べて、前記エンドキャップ23内部のGAPと、さらに光コネクタ同士の前記エンドキャップ23の間隔によるGAPとに起因した光損失を格段に低減することができる。
【００３３】
前記エンドキャップ23とレンズ21を介して出射した光束は、図５に示すようなビームウェストを持つ光束でも良い。略平行光といっても、実際には回折の影響で発散していく光もあるために少しの光損失が発生するが、ビームウェストを持つようにレンズと21光ファイバ22の間隔を調整することにより、回折の影響を最小化して、更なる低損失化が可能である。また、レンズ21と光ファイバ22の間隔を調整することにより、ビームウェスト直径のサイズを調整することにより、前記光コネクタ１同士の軸ずれ依存性、角度ずれ依存性などを変化させることができるため、市場の要求にマッチした設計が可能となる。
【００３４】
次に、図２の前記光アダプタ30は、両側から２個の前記光コネクタ1を挿入し、前記光コネクタ1同士を高効率に接続するためのものである。
【００３５】
前記光アダプタ30において、アダプタハウジングＡ32とアダプタハウジングＢ33にて、スリーブ31を挟み込んだ構造となっている。前記アダプタハウジングＡ32と前記アダプタハウジングＢ33の内部に形成された前記スリーブ31を格納するためのスペースは、前記スリーブ31の外形よりも大きめの寸法であり、前記スリーブ31が内部で姿勢を変えることができる。例えば、前記スリーブ外径φ4×9.8に対して、前記スリーブ31を格納するためのスペースの寸法はφ4.2×10である。
【００３６】
また、前記アダプタハウジングＡ32と前記アダプタハウジングＢ33の円筒状の側面部には、前記光コネクタ１を掛合するための結合溝36を備えている。
【００３７】
前記スリーブ31は、前記光アダプタ30の両側から挿入した２個の前記光コネクタ1のフェルール部材22の先端部を高精度に位置合わせするためのものであり、前記スリーブ31は、精密な内径を持つパイプ形状でも良いし、両側の前記フェルール部材22の先端部の外形よりも少し小さな内径を持つパイプ形状であり、且つ前記フェルール部材22の先端部を前記スリーブ31の円中心方向へ締め付けて、前記フェルール部材22の先端部の位置を規制できるように長手方向にスリットを入れた割りスリーブの形状でも良い。このように、前記スリーブ31により、前記光コネクタ1の光軸回転方向を除く全ての光軸を合わせることが可能である。
【００３８】
前記光アダプタ30には、前記スリーブ31では規制できない前記光コネクタ１同士の光軸回転方向の角度を合わせるため、まず光軸回転方向の角度を粗く合わせる機能である前記光コネクタ１の前記フレームキー9と緩嵌合するフレームキー溝34を設けている。例えば、フレームキー溝34の幅の精度は、0.1mm程度と機械加工で容易に達成可能な精度である。例えば、前記フレームキー9と前記フレームキー溝34の幅寸法の差が、例えば0.2〜0.5mm程度あっても構わない。また、例えば、前記フレームキー9の形状は直線形状でもV形状でも円形状でも良く、前記フレームキー溝34の形状も直線形状でもV形状でも円形状でも良い。
【００３９】
さらに、前記光アダプタ30には、前記光コネクタ１同士の光軸回転方向の角度を高精度に合わせる機能である前記光コネクタ１の前記フェルールキー24と緩嵌合する高精度な幅を持つフェルールキー溝35を設けている。例えば、前記フェルールキー溝35の幅の精度は、0.02mm程度と機械加工で達成可能な精度である。例えば、光軸回転方向の角度を高精度に合わせるために、前記フェルールキー溝35は約180度間隔で両側に２カ所に設けてある。また、例えば、前記フェルールキー24の形状は直線形状でもV形状でも円形状でも良く、前記フェルールキー溝35の形状も直線形状でもV形状でも円形状でも良い。
【００４０】
ここで、光損失を小さくするための本発明では、前記光アダプタ30の両側に掛合する２つの前記光コネクタ1の光軸回転方向の角度を高精度に合わせることが重要であるが、すなわち前記光アダプタ30の両側（前記アダプタハウジングＡ32と前記アダプタハウジングＢ33）に設けた２つのフェルールキー溝35同士の光軸回転方向の角度を高精度に合わせる必要がある。
【００４１】
前記光アダプタ30の両側（前記アダプタハウジングＡ32と前記アダプタハウジングＢ33）に設けた２つのフェルールキー溝35同士の光軸回転方向の角度を高精度に合わせるために、フェルールキー溝35の底部をV溝形状としており、例えば、図６のような組立方法にて、高精度な組立が可能である。図６において、例えば一直線上に並べた先端円形の冶具（紙面垂直方向に厚みがある）を、前記光アダプタ30の両側の前記フェルールキー溝35のV字形状の底部に押し当て、前記アダプタハウジングＡ32と前記アダプタハウジングＢ33を合わせる方向に先端円形の冶具を押し付けるにより、２つのフェルールキー溝35同士の光軸回転方向の角度を高精度に合わせることができる。フェルールキー溝35の底部のV溝形状は、先がV字形状のエンドミルを回転させて加工することで、容易に対称な角度のV字形状にすることができる。
【００４２】
ここで、図示していないが、前記光コネクタ１と前記光アダプタ30において、前記フレームキー9と前記フェルールキー24が前記光アダプタ30側にあり、フレームキー溝34とフェルールキー溝35が前記光コネクタ1側にあっても良い。
【００４３】
次に、図３において、本発明の前記光コネクタ１（図１）２個を前記光アダプタ30（図２）に嵌合する方法について説明する。
【００４４】
前記光コネクタ１を前記光アダプタ30に結合する場合、まず前記フレームキー9と前記フレームキー溝34の光軸回転方向の角度を簡単に合わせてから前記光コネクタ１本体を前記光アダプタ30側に押していくと、前記フェルールキー24が前記フェルールキー溝35に沿って入って行きながら、前記フェルール部材20の先端が前記スリーブ31に嵌合され、前記フレーム2の先端面は前記光アダプタ30のある面に接触したところで止まり、前記接続スリーブ4を更に前記光アダプタ30側にスライドさせると、前記保持具3の窄む中心方向へ前記保持具3を押し込みながら、前記保持具3の内側の膨出部が前記光アダプタ30の前記結合溝36に噛み合いロックされる。最後に、前記確認リング25を前記接続スリーブ4の後段に挿入することにより、前記接続スリーブ4のロック外れを防止する。この方法によって、前記光アダプタ30の両側に前記光コネクタ１を２個掛合することにより、光ファイバを接続することができる。
【００４５】
この嵌合方式の前記光コネクタ1は、従来のネジ締め付け固定方式と比較して、締め付けトルクなどの煩雑な作業や管理は必要ない。また、設置される環境（振動、衝撃、温度、湿度など）の要因により光コネクタが外れることもないことから、装置を破損から守り、作業者の安全を確保できるという信頼性の非常に高いものである。
【００４６】
前記光コネクタ１を前記光アダプタ30から外す場合は、先の嵌合方法順序と反対に実施すればよい。
【００４７】
また、レーザ発振機やレンズユニットなどの光学系に光ファイバを接続する入出射用光コネクタとして前記光コネクタ１を使用する場合は、図示していないが前記光アダプタ30の片側のアダプタハウジングを光レセプタクルとして、１つの光コネクタを結合することで実現することができることは言うまでもない。
【００４８】
以上のように、高出力レーザ装置において本発明の光コネクタ、及び光アダプタを用いることにより、低損失で、且つ信頼性の高いプッシュプル方式の外装構造により、作業者の取扱不便さを解消し、装置を破損する要因を大幅に削減させ、さらに、作業者の安全性を担保することができる。
【符号の説明】
【００４９】
1    光コネクタ
2    フレーム
3    保持具
4    接続スリーブ
5    バネ
6    ストッパ
7    リング
8    保護チューブ
9    フレームキー
10    ピン
20    フェルール部材
21    レンズ
22    光ファイバ
23    エンドキャップ
24    フェルールキー
25    確認リング
30    光アダプタ
31    スリーブ
32    アダプタハウジングＡ
33    アダプタハウジングＢ
34    フレームキー溝
35    フェルールキー溝
36    結合溝
40    略平行光の光束
41    ビームウェストを持つ光束
【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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