(57)【要約】【課題】水銀灯と交換可能な大形に適したＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】透光性カバーと、ＬＥＤを搭載するＬＥＤ実装基板と、光反射部材からなるＬＥＤ照明装置であって、前記ＬＥＤ実装基板を外観が多角柱形状に形成し、前記ＬＥＤ実装基板の外表面にＬＥＤを搭載し、前記ＬＥＤ実装基板の一端部から前記ＬＥＤが発生する熱を前記光反射部材に伝導して放散させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性カバーと、ＬＥＤを搭載するＬＥＤ実装基板と、光反射部材からなるＬＥＤ照明装置であって、
前記ＬＥＤ実装基板を外観が多角柱に形成し、前記ＬＥＤ実装基板の外表面にＬＥＤを搭載し、前記ＬＥＤ実装基板の一端部から前記ＬＥＤが発生する熱を前記光反射部材に伝導して放散させることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤ実装基板を金属製の板材から内部が空洞の８角柱としたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤ実装基板と前記光反射部材とを面接触させる伝熱部材を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤ実装基板を前記光反射部材に固定する固定部材と商用電源に接続する口金を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記透光性カバーは合成樹脂製とし、前記固定部材は前記光反射部材を前記ＬＥＤ側から固定する下部固定部材と前記ＬＥＤと反対側から挟んで固定する上部固定部材とから構成し、前記口金を上部固定部材に固定したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
前記ＬＥＤ実装基板の内部に調光機能を有する電源回路を設けた電源基板及び電池を設けたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
前記ＬＥＤにレンズを設けたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項８】
前記ＬＥＤの周囲に発射光反射部材を設けたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項９】
前記ＬＥＤの端子と前記電源回路をシリコーン樹脂で覆うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、ＬＥＤ照明装置に関し、特に、事務所、店舗、学校、冷凍庫などの屋内や、街路、競技場、看板などの屋外で用いられる水銀灯と交換可能な大形に適したＬＥＤ照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  最近は、白熱電球や蛍光灯による照明灯に代えてＬＥＤ（発光ダイオード）を組み込んだ球型や直管型などの種々の形状や用途でＬＥＤ照明装置が使用されている。これは、ＬＥＤ照明装置は白熱照明装置や蛍光灯と比較して長寿命であって、しかも消費電力が少ないからである。しかし、ＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ単独では発光量が小さいために、複数のＬＥＤを直線状に単一列又は複数列に配置した状態で用いられるのが一般的である。【０００３】  ところが、ＬＥＤは大量の熱を発生するので、発生する熱によってＬＥＤの温度が上昇し、輝度の低下やＬＥＤの劣化を招き、ＬＥＤ照明装置の寿命を短くすることになっている。特に、複数のＬＥＤを配置した水銀灯形のＬＥＤ照明装置において、複数のＬＥＤから発生する熱によってＬＥＤ実装基板の温度や合成樹脂カバー内の温度が大きく上昇する。この温度上昇がＬＥＤの発光効率を低下させ、ＬＥＤの劣化を早め、ＬＥＤ照明装置の寿命を短くしている。【０００４】  そこで、ＬＥＤの温度上昇によるＬＥＤ照明装置の輝度の低下や短命化の課題を解決するために、放熱機能を有するＬＥＤ照明装置が種々提案されている（例えば、特開２０１２−１２９０９７号公報）。【０００５】  この特開２０１２−１２９０９７号公報には、従来の金属製の放射部材を使用しないで、合成樹脂製筐体を用い、さらに放熱アルミ箔を用いることで軽量化と放熱効果を図っているＬＥＤ照明灯が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１２９０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  特許文献１のＬＥＤ照明灯は、ＬＥＤを平面的に実装する技術であるため、照度を大きくすると、設置空間と重量が大きくなるという課題がある。また、実装平面と平行方向の照射角度を広くするためには、大がかりな拡散手段が必要となり、構造が複雑となると共に、大型化して重量が大きくなるという課題がある。【０００８】  そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、大照度が可能で、広角照射ができて、構造が簡単で、軽量化したＬＥＤ照明装置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】
【０００９】  前記目的を達成するための請求項１に記載のＬＥＤ照明装置は、透光性カバーと、ＬＥＤを搭載するＬＥＤ実装基板と、光反射部材からなるＬＥＤ照明装置であって、前記ＬＥＤ実装基板を外観が多角柱に形成し、前記ＬＥＤ実装基板の外表面にＬＥＤを搭載し、前記ＬＥＤ実装基板の一端部から前記ＬＥＤが発生する熱を前記光反射部材に伝導して放散させることを特徴とする。【００１０】  このようにＬＥＤ実装基板を多角柱の筒体とする構成により、構造を簡単にし、使用部材数を少なくし、金属製のヒートシンクを使用しないで放熱できる。そのため，重量を従来５ｋｇ／１００Ｗであるのを１／７〜１／８の約１ｋｇ／１００Ｗと軽量化している。これにより、現行の水銀灯の照明器具と同じように、特別な器具の使用や補強をしないで、本発明のＬＥＤ照明装置を使用できる。そして、現行の水銀灯の照明器具と本発明のＬＥＤ照明装置を取り替える場合も、１人で取り替え作業をすることができる。従来、ＬＥＤ照明装置では５〜１０Ｗの電源しか使用できなかったのが１００Ｗの電源も使用できるようになり、軽量で高照度の照明装置を得ることができる。多数のＬＥＤを実装することができるので、輝度が同一の照明装置でもＬＥＤでの使用電流を小さい値（例えば、最大値の２０％）で使用することができ、それにより発熱量を減らし、ＬＥＤの寿命の延長を図ることもできる。また、ＬＥＤ実装基板の軸周りで３６０°の広角照射ができる。【００１１】  請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ実装基板を金属製の板材から内部が空洞の８角柱としたことを特徴とする。【００１２】  ＬＥＤ実装基板を金属製とすることが、合成樹脂製に比べて熱伝導性が良好で好ましく、特に、アルミ系とすることが、軽量化でき、加工が容易であり、低価格化を図る上で好ましい。また、８角筒状とすることが、光の放射方向を３６０°の角度で容易に均一に放射できる上で好ましい。８角より少ない多角柱だと光の放射方向の均一性が悪くなる。光の放射方向の均一性の面からいえば、円筒形が１番優れているが、円筒形ではＬＥＤの搭載等の加工が困難で価格の低減化に逆行する。効果対価格の関係で８角が好ましい。【００１３】  請求項３に記載の発明は、
請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ実装基板と前記光反射部材とを面接触させる伝熱部材を備えたことを特徴とする。【００１４】  熱放射を行う光反射部材にＬＥＤの発生熱を大量に伝達するためには、ＬＥＤ実装基板と光反射部材との接触面積を大きくとることと、熱伝導性に優れた材料を伝熱部に使用することが好ましい。その手段の１つとして、熱伝導率が大きい金属製のＬＥＤ実装基板を鍔付きとすることが両効果を得る上で好ましい。【００１５】  請求項４に記載の発明は、
請求項１ないし３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ実装基板を前記光反射部材に固定する固定部材と商用電源に接続する口金を備えたことを特徴とする。【００１６】  構造を簡単にし、現存の水銀灯と容易に交換できるようにする上で、簡単な構造の固定部材を備え、口金を備えることが好ましい。【００１７】  請求項５に記載の発明は、
請求項１ないし４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置において、前記透光性カバーは合成樹脂製とし、前記固定部材は前記光反射部材を前記ＬＥＤ側から固定する下部固定部材と前記ＬＥＤと反対側から挟んで固定する上部固定部材とから構成し、前記口金を上部固定部材に固定したことを特徴とする。【００１８】  透光性カバーを加工が容易で現行の照明器具と容易に違和感なく変更でき、絶縁が容易で、拡散や透光率等の各種の透光機能の加工が容易なことで、合成樹脂製とすることが好ましく、特に、ポリカーボネート製、アクリル製とすることが、光特性が良いことから好ましい。【００１９】  請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ実装基板の内部に調光機能を有する電源回路を設けた電源基板及び蓄電池を設けたことを特徴とする。【００２０】  電源ＩＣの温度上昇を防ぐことができ、電源回路を軽量化することができるので、調光機能を有する電源回路を内蔵することが、現存照明灯と容易に置き換えるうえで好ましい。また、センサを設けて調光を行うことが、省エネのために好ましい。蓄電池を内蔵することが、商用電源の停電時にも照明を確保する上で好ましい。【００２１】  請求項７に記載の発明は、
請求項１ないし６のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤにレンズを設けたことを特徴とする。【００２２】  レンズで放射光の重なりをなくすことができ、照度を上げてＬＥＤの数量を減らし、発熱量を下げることができることから好ましい。【００２３】  請求項８に記載の発明は、
請求項１ないし７のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤの周囲に発射光反射部材を設けたことを特徴とする。【００２４】  発射光反射部材を設けて放射光の方向を調整することで、照射角を自由に設定し、さらなる省エネを高め、放熱を助けるために好ましい。また、運搬が簡単にできるため好ましい。【００２５】  請求項９に記載の発明は、
請求項１ないし８のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤの端子と前記電源回路をシリコーン樹脂で覆うことを特徴とする。【００２６】  シリコーン樹脂で端子と電源回路を覆うことが、ここからの漏電をなくして安全性を向上でき、照明装置コア部の寿命を延ばすことができる上で好ましい。
【発明の効果】
【００２７】  請求項１に記載の発明においては、ＬＥＤ実装基板を多角柱形の立体形状とする構成により、ＬＥＤを配置する外周面を大きくすることができ、多数のＬＥＤを搭載することができる。そのため、高照度の照明装置を得ることができ、使用電流を小さい値で使用することができ、それにより発熱量を減らし、ＬＥＤの寿命の延長を図ることもできる。また、ＬＥＤ実装基板の周面に均一に配置することにより、ＬＥＤ実装基板の軸周りで垂直な平面で広角照射ができる。また、金属製のヒートシンクを使用しないから、構造を簡単にし、使用部品数を減らし、重量を減らすことができる。さらに、構造を簡単にし、使用部材数を少なくし、軽量化しているので、現行の水銀灯の照明器具と同じように、特別な器具の使用や補強をしないで、本発明のＬＥＤ照明装置を使用できる。現行の水銀灯の照明器具と本発明のＬＥＤ照明装置を取り替える場合も、１人で取り替え作業をすることができる。【００２８】  請求項２に記載の発明においては、構造の簡単化ができ、放熱の効果が向上し、一層軽量化、省エネ、低コストを図ることができる。【００２９】  請求項３に記載の発明においては、ＬＥＤ実装基板と光反射部材と接触面積を増大させることができ、伝熱量を増加させて一層放熱の効果を向上することができる。【００３０】  請求項４に記載の発明においては、商用電源に接続して直接電力を入力することができ、取り付け事故をなくすことができる。【００３１】  請求項５に記載の発明においては、透光性カバーを合成樹脂製とすることで、その製造・加工が容易で現行の照明器具と容易に違和感なく変更できるものを得ることができ、絶縁が容易で、感電や火傷の危険をなくすことができる。また、拡散や偏光や透光率等の各種の透光機能の加工が容易にできる。その結果、一層構造の簡単化、軽量化を図ることができる。【００３２】  請求項６に記載の発明においては、照射光を調光機能で調節することで、省エネを図ることができ、簡単な構造で軽量な装置で、ＬＥＤ照明装置の用途を拡大することができる。【００３３】  請求項７に記載の発明においては、レンズを設けることで、光の照射方向を自由に設定できるため放射光の重なりをなくすことができ、照度を上げてＬＥＤの数量を減らし、発熱量を下げ、省エネを一層図ることができる。【００３４】  請求項８に記載の発明においては、発射光反射板を設けることで、光の照射角度を自由に設定することができ、放熱を一層高めることができるため、省エネをさらに高めることができる。【００３５】  請求項９に記載の発明においては、
シリコーン樹脂で端子と電源回路を覆うことで、漏電をなくして安全性を向上でき、照明装置コア部の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ＬＥＤ照明装置の概略構成を示す一部破断した正面図である。
【図２】そのＬＥＤ実装基板部の一部破断した正面図である。
【図３】図１Ｂ−Ｂ線で断面したＬＥＤ実装基板の断面図である。
【図４】ＬＥＤ照明装置を構成するレンズと発射光反射板を設けたＬＥＤ周りの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】  以下、実施の形態に基づき、本発明を図面を参照しつつ説明する。
図１はＬＥＤ照明装置の概略構成を示す一部断面した正面図、図２はそのＬＥＤ実装基板を示す一部断面した正面図、図３はＬＥＤ実装基板の断面図である。
【００３８】  本実施の形態のＬＥＤ照明装置は、放射光を通過させる投光性カバー１と、光を放射する複数個のＬＥＤ２と、複数個のＬＥＤ２を搭載した８角柱形のＬＥＤ実装基板３と、投光性カバー１から放射される光を反射する光反射板４と、ＬＥＤ実装基板３を光反射板４に取り付ける反射板固定部材５とを備えて構成している。
【００３９】  投光性カバー１は、この実施の形態では、複数個が配置されたＬＥＤ２が放射する光を広い角度で照射するように、８角柱形に合成樹脂から形成している。使用する合成樹脂としては光を透過するポリカーボネート、アクリル等を使用することができる。投光性カバー１を合成樹脂で形成することで、現行の照明装置と変わることなく、同様の形状で、３６０°の照射角を達成することができる。デザインを自由に施せ、透明のカバーに収容しても違和感なく設置でき、あらゆる場所の照明に使うことができ、省エネに貢献できる。広範囲の形状に加工でき、拡散加工も透過率を高めることもできる。また絶縁が容易で、感電事故を防ぐことができ、割れにくくでき、衝撃を受けても破片が飛散しない。投光性カバー１の端部に、光反射板４に固定できるように雄ねじ１ａが設けられている。
【００４０】  ＬＥＤ２は、その放出される光の波長（色）、素材を問わず使用することができる。それらは、使用する場所、用途により選択すればよい。ＬＥＤ２はＬＥＤ実装基板３の外側表面に設けられた回路基板に複数列に複数個（この実施形態では、各面１列で各列４個）搭載され、回路基板の配線パターンとワイヤボンディングなどにより導通されている。ＬＥＤ２の配列は隣接する列で互いに千鳥配列にする等で光の放射が偏らないようにしている。
【００４１】  ＬＥＤ実装基板３は、８角柱形の立体で、金属製の薄板（厚さ０．４〜３ｍｍ）から形成され、各辺３ｂ外面にＬＥＤ２が柱の長手方向に１列ずつ搭載されている。隣接する辺３ｂ，３ｂのＬＥＤ２の列は長手方向で千鳥配列にされている。すなわち、隣接するＬＥＤ２の列の配列が千鳥配置である。ＬＥＤ実装基板３の横断面をなるべく多い多角形や円形が好ましいが、加工やＬＥＤ搭載の作業の点から、品質、コストに問題が残る。正８角形とすることで、円に近づけ、照射角度を３６０°に近づけることができ、現行の水銀灯と同様に広角の照射角度にすることができる。多角形でも、少なくとも８角とすることが、照射角度を３６０°に近づけ、ＬＥＤ２の実装の作業やコストの面から適する。また、材料の金属としては、金、銅、銀、鉄、アルミ、及びこれらの合金が使用できる。加工性、コスト、熱伝導性、軽量化の面からアルミとその合金が適する。
【００４２】  ＬＥＤ実装基板３は、その一端部から光反射板４にＬＥＤ２で発生した熱を伝える。伝熱量を大きくするため、良い熱伝導性の材料を使用し、接触面積を大きくすることが望ましい。そのため、この実施の形態では、ＬＥＤ実装基板３の一端部に鍔３ａを付け、鍔３ａの表面を光反射板４に面接触させている。ＬＥＤ実装基板３と同一材料から形成したものに限られない。鍔３ａとして、例えば、ＬＥＤ実装基板３から半径方向に広げたもので、導電性の合成樹脂で形成したものや接触面に金属箔を設けたものや熱伝導性薄膜を形成したものでも良い。
【００４３】  また、伝熱部材を特に設けないで、反射板固定部材５の少なくとも光反射部材と接する部分を導電性の材料で構成しても良い。このように反射板固定部材５自身を伝熱部材すると、部品点数を増やさないので、簡単化、軽量化、コストの低減のためによい。
【００４４】  光反射板４は、既存のものを使うことができる。新規にＬＥＤ照明装置を設置する場合は、使用場所に応じて設計することが必要であり、熱伝導性と放熱性を考慮した材料、形状とすればよい。光反射板４を放熱のために使用するので、ヒートシンクのような特別な放熱部材を使用しないため、照明装置の部品点数を増やさないことから構造が簡単であり、重量も増やさないので、天井などの設置場所の補強が不要で、現行の照明装置と同等に設置することができる。光反射板４は、運搬が簡単にできる。
【００４５】  光反射板４へのＬＥＤ実装基板３の取り付けは、反射板固定部材５の下部固定部材６と上部固定部材７で光反射板４を挟み込むように螺着することで行う。ＬＥＤ実装基板３はその一端部が下部固定部材６に固着されている。下部固定部材６は段違いの円管状をなし、一端部は大径の断面形状が凹状に形成され、ＬＥＤ実装基板３の一端部が大径部を突き抜けて段部に露出している。ＬＥＤ実装基板３の一端部が露出することで、光反射板４と接触するようにされている。なお、ＬＥＤ実装基板３の一端部が露出していないものでもよいし、上述した鍔３ａを下部固定部材６自体で形成したものとしてもよい。下部固定部材６を合成樹脂で形成して鍔３ａをこれに埋め込んだものでもよい。鍔３ａを埋め込んだり鍔を設けない場合、下部固定部材６の材料は、少なくとも接触する部分に熱伝導性を付与したものとすることが望ましい。下部固定部材６の凹状部の内面に雌ねじ６ａが設けられている。そして、この雌ねじ６ａに投光性カバー１の一端部の雄ねじ１ａが螺合することで、投光性カバー１内にＬＥＤ実装基板３，ＬＥＤ２が装着される。
【００４６】  下部固定部材６の他端の小径部の外周に雄ねじ６ｂが設けられ、この雄ねじ６ｂが上部固定部材７の雌ねじ７ａと螺合するようにされている。下部固定部材６の他端のこの小径部が光反射板４の一方からその開口に嵌め込まれ、上部固定部材７の雌ねじ７ａに螺合することで、光反射板４にＬＥＤ２，ＬＥＤ実装基板３が装着される。そして、投光性カバー１を反射板固定部材５の下部固定部材６の雌ねじ６ａに螺合することで、光照射部が完成する。
【００４７】  上部固定部材７の雌ねじ７ａが設けられた反対側の端部には雄ねじ７ｂが設けられて、口金８が螺着されている。この口金８は上部固定部材７と下部固定部材６と口金導通部材９で接続され、内部電源基板１０の配線パターン（図示しない）を経てＬＥＤ２に電力を供給するようにされている。
【００４８】  内部電源基板１０は、ＬＥＤ実装基板３の内部に収容され、ＬＥＤ２を発光させる電力を供給するため、サージアブソーバ３１、高速ダイオード３２、コイル３３などの通常用いられる部材が搭載されている。その他、調光機能を実施するための部材が搭載されている。
【００４９】  電池１１は、ＬＥＤ実装基板３の内部に設けることができる。電池１１としては、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池等のアルカリ蓄電池、リチウムイオン二次電池等があげられる。商用電源の停電時にも点灯を要する照明装置の場合やさらに省エネを図るには、電池が必要である。本発明においては、全体の重量を軽くしているので、電池を何の支障もなくＬＥＤ実装基板３の内部に設けることができる。
【００５０】  本発明においては、電源ＩＣの発熱が小さくできるので、内蔵電源とすることが可能になる。そこで、内蔵電源とすることで、取り扱いが容易になり、照明装置の取り付け工事が簡単になる。さらに、取り付け不具合をなくすことができ、ＰＳＥが不要になる。商用電力を直接入力しても、取り付け事故の発生する危険がない。
【００５１】  また、さらなる省エネを図るため、図４に示すように各単位ＬＥＤ部を構成しても良い。
【００５２】  図４において、ＬＥＤ２はＬＥＤ実装基板３の表面に配置された回路基板１２を介して搭載され、回路基板１２の配線パターン２１からボンデイングワイヤ２３によりＬＥＤ２の電極２２が導通している。ＬＥＤ２の光の放射方向にレンズ１３が配置されている。レンズ１３により放射された光の向きを変えたり、収束させたりすることで、照射ムラを解消することができ、省エネを図ることができる。
【００５３】  また、ＬＥＤ２の周囲に反射板１４を設けてもよい。反射板１４は、ＬＥＤ２からの照射角を自由に設定できるため、不要方向への照射をなくし、放射された光を有効に利用することで、省エネをさらに高め、放熱を助ける。反射板１４は金属の薄膜、例えば銀メッキなどを形成することで得る。
【００５４】  上記したように、本発明はＬＥＤ実装基板を多角柱の筒体とする構成により、構造を簡単にし、使用部材数を少なくし、金属製のヒートシンクを使用しないでＬＥＤの発光熱を放熱できる。そのため，重量を従来５ｋｇ／１００Ｗであるのを１／７〜１／８の約１ｋｇ／１００Ｗと軽量化できる。これにより、現行の水銀灯の照明器具と同じように、特別な器具の使用や補強をしないで、本発明のＬＥＤ照明装置を使用できる。そして、現行の水銀灯の照明器具と本発明のＬＥＤ照明装置を取り替える場合も、１人で取り替え作業をすることができる。従来、ＬＥＤ照明装置では５〜１０Ｗの電源しか使用できなかったのが１００Ｗの電源も使用できるようになり、軽量で高照度の照明装置を得ることができる。多数のＬＥＤを実装することができるので、輝度が同一の照明装置でもＬＥＤでの使用電流を小さい値（例えば、最大値の２０％）で使用することができ、それにより発熱量を減らし、ＬＥＤの寿命の延長を図ることもできる。また、ＬＥＤ実装基板の軸周りで３６０°の広角照射ができる。
【符号の説明】
【００５５】１        投光性カバー
２        ＬＥＤ
３        ＬＥＤ実装基板
３ａ      伝熱部材（鍔）
３ｂ      面
４        光反射板
５        反射板固定部材
６        下部固定部材
７        上部固定部材
８        口金
９        口金導通部材
１０      電源基板
１１      電池
１２      回路基板
１３      レンズ
１４      発射光反射板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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