(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ガスを封入した透光性材料より成るバルブの外側に誘導コイルを配設し、該誘導コイルに高周波電源より高周波電流を通電して上記バルブ内に封入された放電ガスに高周波電磁界を作用させることによって放電ガスを励起発光させる無電極放電灯において、透光性材料より成り内部が真空に保たれた外管で上記バルブを被うとともに、透光性材料より成り表面に溝を有したコイル形状保持手段を上記外管の外側に配設し、テープ状又は断面形状の少なくとも一部に直径方向に概略平行な直線部を有する誘導コイルを上記コイル形状保持手段の溝に巻回し、少なくとも上記誘導コイル巻回部分の両端近傍並びに途中の一部を耐熱性を有する接着剤により上記コイル形状保持手段に固定するとともに該コイル形状保持手段の近傍に上記誘導コイルの固定を補助するコイル固定補助手段を配設し且つ該コイル固定補助手段と上記コイル形状保持手段との間に上記接着剤を充填して成ることを特徴とする無電極放電灯。
【請求項２】
上記コイル形状保持手段の溝に巻回した誘導コイルの上方に上昇気流の流れを制御する気流制御手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯。
【請求項３】
上記気流制御手段を透光性材料にて形成したことを特徴とする請求項２記載の無電極放電灯。
【請求項４】
上記気流制御手段を上記バルブへの投影面積が小さくなるような形状としたことを特徴とする請求項２又は３記載の無電極放電灯。
【請求項５】
上記気流制御手段を白色としたことを特徴とする請求項２又は３又は４記載の無電極放電灯。
【請求項６】
上記バルブ、外管並びにコイル形状保持手段を上記誘導コイルよりも上方に突出させないようにして成ることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯。
【請求項７】
上記誘導コイルを高純度のアルミニウムで形成したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の無電極放電灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ガスを封入した透光性材料より成るバルブの外側に誘導コイルを配設し、該誘導コイルに高周波電源より高周波電流を通電して上記バルブ内に封入された放電ガスに高周波電磁界を作用させることによって放電ガスを励起発光させる無電極放電灯に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、バルブ内に封入した放電ガスに高周波電磁界を作用させることによって放電ガスを励起して発光させるようにした無電極放電灯は、小型、高出力、長寿命などの特徴を有しているものであるから、各所で研究開発がなされ、高出力点光源などとして様々の利用が考えられている。
【０００３】
図８は従来の無電極放電灯の一例を示しており、電球形のバルブ１１が誘導コイル１２を囲むように形成されており、バルブ１１の下端に設けた口金１３を通して誘導コイル１２に高周波電流を通電し、バルブ１１の中に封入された放電ガスに高周波電磁界を作用させることによって放電ガスを励起発光させるようにしたものである（特開昭５７ー７８７６６号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、無電極放電灯で用いられている誘導コイルは、ランプ動作時にバルブ内に生じる放電プラズマと近接しているために非常に高温となる。また始動時にはバルブ内の放電ガスに大きな電磁界を作用させるためにＱファクタが非常に高いものとする必要があるため、微小な形状変化でも高周波電源の出力が大きく変化するという問題がある。
【０００５】
これに対して、図９に示すようにガラス又はセラミック製のコイル形状保持手段１５を球状のバルブ１４の外側に設けて誘導コイル１６の形状変化を抑えることが提案されている。さらに形状変化を抑えるために、コイル形状保持手段にて誘導コイル全体を覆う構成についても提案されている。
このようなコイル形状保持手段を使用する場合、コイル形状保持手段によるバルブからの出力光の遮蔽を小さくするためにコイル形状保持手段をガラスのような透光性材料で形成することが考えられるが、ランブ動作時の誘導コイルが非常に高温になるため、高温で連続使用できる高融点ガラスを使用することが必要になる。しかしながら、一般にこのような高融点ガラスは加工が非常に難しく、また容易に入手できるガラス素材の形状も限られている。
【０００６】
これに対して、図１０に示すように誘導コイル１９の形状をテープ状又は断面に直線部分を持つ形状とし、比較的入手しやすいパイプ状のガラス材にてカプセル状の外管１８を形成してその内部に球状のバルブ１７を収め、外管１８の表面に設けた螺旋状の溝２０に誘導コイル１９を巻回することで誘導コイル１９の形状を保持する構成が提案されている。このような構成によれば、ランプ動作時の高温状態で誘導コイル１９が膨脹した場合でも誘導コイル１９が外管（コイル形状保持手段）１８の構２０から外れることがなく、外管１８に設ける構２０の深さを浅くすることが可能になる。その結果、コイル形状保持手段に比較的入手容易な透光性材料が使用でき、安価で信頼性の高い無電極放電灯が提供できる。また、誘導コイル１９をテープ状とすることによってその断面積が小さくなるため、誘導コイル１９に接続されるインピーダンスマッチング用のマッチング回路が実装された基板への熱伝導を低減して基板温度を下げることができるとともに、誘導コイル１９の剛性の低下により製造が容易になり、且つコイル径のばらつきや材料費の低減ができる。さらに、誘導コイル１９の対向面積の低下や外管（コイル形状保持手段）１８への密着が可能になることで、水滴が付着した場合のコイルインピーダンス変化を抑えることができ、屋外での使用で懸念される結露などが発生した場合でも無電極放電灯の点灯が容易になる。
【０００７】
しかし、上記のような外管１８をコイル形状保持手段として使用する場合、誘導コイル１９の温度が非常な高温となるためにコイル素材の溶融、蒸発、酸化などが起こるという問題があった。また、誘導コイル１９を耐熱性を有する接着剤２１により外管１８に接着固定しているが、点灯および消灯に伴う熱サイクルにより、接着剤２１の接着力が低下して剥がれが発生し、誘導コイル１９の形状変化を招くという問題があった。さらに、誘導コイル１９を形成する材料として銀などを用いた場合、点灯時の高温下で銀が徐々に蒸発し、図１１に示すように対流気流によって誘導コイル１９の直上に位置する外管１８のガラス材に銀２２が付着し、バルブ１７から放射された光を遮り、光束の低下や透過光の光色変化を招くという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、長期間使用しても光束の低下や光色の変化あるいは誘導コイルの形状変化が発生せず、かつ誘導コイル並びにコイル形状保持手段が安価な材料で形成可能な無電極放電灯を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、放電ガスを封入した透光性材料より成るバルブの外側に誘導コイルを配設し、該誘導コイルに高周波電源より高周波電流を通電して上記バルブ内に封入された放電ガスに高周波電磁界を作用させることによって放電ガスを励起発光させる無電極放電灯において、透光性材料より成り内部が真空に保たれた外管で上記バルブを被うとともに、透光性材料より成り表面に溝を有したコイル形状保持手段を上記外管の外側に配設し、テープ状又は断面形状の少なくとも一部に直径方向に概略平行な直線部を有する誘導コイルを上記コイル形状保持手段の溝に巻回し、少なくとも上記誘導コイル巻回部分の両端近傍並びに途中の一部を耐熱性を有する接着剤により上記コイル形状保持手段に固定するとともに該コイル形状保持手段の近傍に上記誘導コイルの固定を補助するコイル固定補助手段を配設し且つ該コイル固定補助手段と上記コイル形状保持手段との間に上記接着剤を充填して成ることを特徴とし、コイル形状保持手段を比較的安価な素材で形成することができ、誘導コイルの形状保持が長時間安定に行えるとともに、ランプ動作時の誘導コイルの温度上昇を低減することができ、さらには誘導コイルの溶融、蒸発、酸化などを抑えることができて誘導コイルの長期使用が可能となり、また、比較的融点の低い素材を誘導コイルに使用することが可能となる。また、長時間点灯しても耐熱性を有する接着剤の接着力低下による剥がれが発生せず、誘導コイルの形状保持が安定に行えるとともに誘導コイルの形状変化を抑えることができ、結果として長期使用が可能で信頼性が高い無電極放電灯が提供できる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記コイル形状保持手段の溝に巻回した誘導コイルの上方に上昇気流の流れを制御する気流制御手段を設けたことを特徴とし、誘導コイルに使用した金属が高温下の長期使用によって蒸発をしても、気流制御手段によって透光性材料からなる外管やコイル形状保持手段に蒸発した金属が付着するのを防ぐことができ、光束の低下や光色の変化を抑えることができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、上記気流制御手段を透光性材料にて形成したことを特徴とし、気流制御手段によってバルブから放射される光が遮られるのを防ぐことができ、高効率な無電極放電灯が提供できる。
請求項４の発明は、請求項２又は３の発明において、上記気流制御手段を上記バルブへの投影面積が小さくなるような形状としたことを特徴とし、気流制御手段によってバルブから放射される光が遮られるのを防ぐことができ、高効率な無電極放電灯を提供できる。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項２又は３又は４の発明において、上記気流制御手段を白色としたことを特徴とし、気流制御手段における可視光の反射率を高くして出力光の低下を抑えることができ、高効率な無電極放電灯を提供できる。
請求項６の発明は、請求項１の発明において、上記バルブ、外管並びにコイル形状保持手段を上記誘導コイルよりも上方に突出させないようにして成ることを特徴とし、誘導コイルに使用した金属が高温下で長期使用したことにより蒸発をしても、バルブ、外管、およびコイル形状保持手段に付着することがなく、光束の低下や光色の変化を抑えることができる。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項１〜６の何れかの発明において、上記誘導コイルを高純度のアルミニウムで形成したことを特徴とし、点灯時の高温下で誘導コイルの表面に安定なアルミナ層が形成されるため、誘導コイル材料であるアルミニウムの蒸発などが発生せず、光束低下や光色変化を防ぐことができる。また、高温下で誘導コイルが軟化してもコイル形状保持手段で保持がされているために自重による変形が発生せず、長期使用が可能で信頼性の高い無電極放電灯を提供できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（基本例）
図１及び図２を参照して本発明の基本例を説明する。バルブ１は石英ガラス等の透光性材料によって球状に形成されており、その内部には放電ガスとして希ガスと金属ハロゲン化物が封入されている。放電ガスとしては、例えば１００〔Torr〕のキセノンガスと１２ｍｇのＮａＩ−ＴａＩ−ＩｎＩ（ヨウ化ナトリウム、ヨウ化タリウム、ヨウ化インジウムの混合物）を用いる。さらにバルブ１は透光性材料から成るカプセル形の外管２によって被われており、外管２の内部が真空に保たれている。なお、バルブ１の形状は球状に限定されるものではなく、例えば円筒形のような他の形状であっても構わない。
【００１６】
この外管２は略円筒形のコイル形状保持手段４内に挿入配置してある。コイル形状保持手段４の表面には周方向に沿った螺旋状に溝５が形成され、この溝５内に嵌め込むようにして誘導コイル３が巻回してある。ここでランプ動作中には誘導コイル３が非常に高温になるため、コイル形状保持手段４は石英ガラスなどの高融点ガラスにより形成してある。なお、コイル形状保持手段４と外管２の間には空気層が介在させてあるが、両者を部分的に接触又は接続してもよい。また誘導コイル３は銀などの高融点で導電率の高い金属材料によりテープ形状に形成されている。但し、誘導コイル３の形状はこれに限定されるものではなく、断面形状の少なくとも一部に直径方向に概略平行な直線部を有するものであればよい。
【００１７】
さらに、誘導コイル３は耐熱性を有する接着剤６により巻回部の両端と巻回部の数カ所でコイル形状保持手段４に接着固定されている。なお、誘導コイル３のコイル形状保持手段４への固定はこれに限定されるものではなく、少なくとも巻回部の両端と一部が固定できればよい。
このように構成された本基本例の無電極放電灯において、誘導コイル３に接続されている高周波電源（図示せず）を動作させると誘導コイル３に高周波電流が流れ、誘導コイル３の周りに高周波電磁界が発生する。この高周波電磁界によりバルブ１内部に封入されている放電ガスの放電が維持される。放電維持中にはバルブ１内部の電子が高周波電磁界により運動エネルギを受け取り、放電ガス電子に衝突してエネルギを与える。これにより放電ガス原子が電離又は励起され、励起された原子が基底状態に戻るときに発光する。而して、この発光（出力光）を光エネルギとして利用するのである。本基本例のようにコイル形状保持手段４にガラスを使用した場合には、誘導コイル３が巻回されている溝５の間（誘導コイル３間）からも出力光が透過し、コイル形状保持手段４によって出力光が遮られることを抑えることができる。
【００１８】
ところで、図１０に示した従来例のように外管１８の表面に溝２０を形成してコイル形状保持手段とし且つ誘導コイル１９を銀で形成した場合、誘導コイル１９への入力電力が約１８０Ｗのときには誘導コイル１９の温度が約６００℃になり、長期間の使用で誘導コイル１９を形成する銀が蒸発して誘導コイル１９の細りが生じるという問題がある。しかも誘導コイル１９の細りが極端に進行した場合には、誘導コイル１９の抵抗値が上昇して無電極放電灯が点灯できなくなったり、あるいは誘導コイル１９の温度が上昇して溶断が発生することもある。
【００１９】
これに対して本基本例の構成によれば、誘導コイル３が巻回される螺旋状の溝５が表面に形成されたコイル形状保持手段４を外管２の外側に配置したため、上記従来例と同じ条件で誘導コイル３の温度を約５００℃に抑制することができた。そして、このように誘導コイル３の温度上昇が抑制できたことで誘導コイル３を形成する銀の蒸発量を大幅に低減することが可能になり、上述の誘導コイル３の細りの問題が実用上無視できるものである。また、従来例では誘導コイルの素材として融点が約６５０℃のアルミニウムを使用した場合、温度上昇によって誘導コイル１９が軟化しその断面形状が変化してしまい、場合によっては断線等が発生するが、本実施形態の構成では、誘導コイル３の温度上昇が抑制できるためにアルミニウムを用いて誘導コイル３を形成することも可能となる。
【００２０】
ここで、誘導コイル３を高純度のアルミニウムにより形成すれば、アルミニウムから成る誘導コイル３の表面に安定なアルミナ層が形成されるため、誘導コイル３を形成するアルミニウムの蒸発が防止でき、従来例のように点灯時の高温下で誘導コイルの形成材料（銀）が徐々に蒸発し、図１１に示すように対流気流によって誘導コイル１９の直上に位置する外管１８のガラス材に付着してバルブ１７から放射された光を遮り、光束の低下や透過光の光色変化を招くという問題も発生せず、長時間使用時の出力光の低下や光色の変化を抑えることができる。なお、誘導コイル３がコイル形状保持手段４の溝５に巻回されてその形状が保持されているので、高純度のアルミニウムから成る誘導コイル３をその融点近くの温度で長時間使用した場合でも、アルミニウムが軟化し自重により誘導コイル３の各ターン間のピッチなどが変化することが防止でき、長時間安定に点灯させることが可能となる。
【００２１】
（実施形態１）
図３に本発明の実施形態１のバルブ１並びに外管２を省略した斜視図を示す。但し、本実施形態の基本構成は基本例と共通であるから、共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ説明する。
【００２２】
本実施形態は、コイル形状保持手段４の近傍に誘導コイル３の固定を補助するコイル固定補助手段７を配設するとともにコイル固定補助手段７とコイル形状保持手段４との間に誘導コイル３とコイル形状保持手段４を固定する耐熱性の接着剤６を充填した点に特徴がある。
コイル固定補助手段７は高融点ガラスにより棒状に形成され、ステンレスなどの耐熱材料から成る固定バンド８によって一端部がコイル形状保持手段４に縛りつけるようにして固定されている。ここでコイル固定補助手段７が透光性を有するガラス性であるため、出力光の遮蔽を抑えることが可能になるが、これに限るものではなく、耐熱素材であればよい。
【００２３】
上述のように本実施形態によれば、誘導コイル３とコイル形状保持手段４を固定する接着剤６をコイル形状保持手段４とコイル固定補助手段７の間に充墳するようにしたため、長時間の使用により接着剤６の接着力が低下した場合であっても接着剤６が剥がれたりすることがなく、誘導コイル３の形状保持が長期間にわたって安定に行えるとともに誘導コイル３の形状変化を抑えることができる。
【００２４】
（実施形態２）
図４に本発明の実施形態２の斜視図、図５に同じく側面断面図を示す。但し、本実施形態の基本構成は基本例と共通であるから、共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ説明する。
【００２５】
本実施形態では、コイル形状保持手段４’を最上部の溝５の上方近傍にて切断されたような形状に形成するとともに、コイル形状保持手段４’の上端にコイル形状保持手段４’の周囲に生じる上昇気流を制御するための環状の気流制御手段９を設けた点に特徴がある。
気流制御手段９は導電性を有しない耐熱素材により環状に形成されており、接着等の適宜の方法でコイル形状保持手段４’の上端に取着されている。なお、透光性を有する高融点ガラスにて気流制御手段９を形成すれば、出力光を透過してその遮蔽を抑えることができる。また、白色のアルミナ板により気流制御手段９を形成すれば、可視光を反射して出力光の低下を抑えることができる。
【００２６】
而して本実施形態によれば、高温での長時間の使用によって誘導コイル３の形成材料が微量ながら蒸発した場合にも、蒸発した金属が対流気流にのって外管２の近傍を通ることが誘導コイル３の上方に位置する気流制御手段９により避けられ、図１１に示すように対流気流によって誘導コイル１９の直上に位置する外管１８のガラス材に蒸発した金属（銀２２）が付着してバルブ１７から放射された光を遮り、光束の低下や透過光の光色変化を招くという問題を回避でき、結果として、出力光の低下や光色の変化を抑えることが可能となる。
【００２７】
（実施形態３）
図６に本発明の実施形態３の側面断面図を示す。但し、本実施形態の基本構成は実施形態２と共通であるから、共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ説明する。
本実施形態は、気流制御手段９’をバルブ１に対する投影面積が小さくなるような形状に形成、例えばバンク角を有する環状に形成した点に特徴がある。
【００２８】
このようにバルブ１に対する気流制御手段９’の投影面積を小さくすれば、気流制御手段９’の素材が透光性材料や白色素材でなくても出力光の遮蔽を小さくすることが可能となる。
（実施形態４）
図７に本発明の実施形態４の側面断面図を示す。但し、本実施形態の基本構成は実施形態２と共通であるから、共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ説明する。
【００２９】
本実施形態は、バルブ１、外管２’並びにコイル形状保持手段４’が誘導コイル３よりも上方にほぼ突出しないように、コイル形状保持手段４’の上端近傍にて外管２’を略平に形成した点に特徴がある。但し、外管２’の形状はこれに限定されるものではなく、少なくとも誘導コイル３よりも上方にほぼ突出しないような形状であればよい。
【００３０】
而して本実施形態によれば、高温での長時間の使用によって誘導コイル３の形成材料が微量ながら蒸発した場合にも、蒸発した金属が対流気流にのって外管２’の近傍を通ることが避けられ、図１１に示すように対流気流によって誘導コイル１９の直上に位置する外管１８のガラス材に蒸発した金属（銀２２）が付着してバルブ１７から放射された光を遮り、光束の低下や透過光の光色変化を招くという問題を回避でき、結果として、出力光の低下や光色の変化を抑えることが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、放電ガスを封入した透光性材料より成るバルブの外側に誘導コイルを配設し、該誘導コイルに高周波電源より高周波電流を通電して上記バルブ内に封入された放電ガスに高周波電磁界を作用させることによって放電ガスを励起発光させる無電極放電灯において、透光性材料より成り内部が真空に保たれた外管で上記バルブを被うとともに、透光性材料より成り表面に溝を有したコイル形状保持手段を上記外管の外側に配設し、テープ状又は断面形状の少なくとも一部に直径方向に概略平行な直線部を有する誘導コイルを上記コイル形状保持手段の溝に巻回し、少なくとも上記誘導コイル巻回部分の両端近傍並びに途中の一部を耐熱性を有する接着剤により上記コイル形状保持手段に固定するとともに該コイル形状保持手段の近傍に上記誘導コイルの固定を補助するコイル固定補助手段を配設し且つ該コイル固定補助手段と上記コイル形状保持手段との間に上記接着剤を充填して成るので、コイル形状保持手段を比較的安価な素材で形成することができ、誘導コイルの形状保持が長時間安定に行えるとともに、ランプ動作時の誘導コイルの温度上昇を低減することができ、さらには誘導コイルの溶融、蒸発、酸化などを抑えることができて誘導コイルの長期使用が可能となり、また、比較的融点の低い素材を誘導コイルに使用することが可能となるという効果がある。しかも、長時間点灯しても耐熱性を有する接着剤の接着力低下による剥がれが発生せず、誘導コイルの形状保持が安定に行えるとともに誘導コイルの形状変化を抑えることができ、結果として長期使用が可能で信頼性が高い無電極放電灯が提供できるという効果がある。
【００３３】
請求項２の発明は、上記コイル形状保持手段の溝に巻回した誘導コイルの上方に上昇気流の流れを制御する気流制御手段を設けたので、誘導コイルに使用した金属が高温下の長期使用によって蒸発をしても、気流制御手段によって透光性材料からなる外管やコイル形状保持手段に蒸発した金属が付着するのを防ぐことができ、光束の低下や光色の変化を抑えることができるという効果がある。
【００３４】
請求項３の発明は、上記気流制御手段を透光性材料にて形成したので、気流制御手段によってバルブから放射される光が遮られるのを防ぐことができ、高効率な無電極放電灯が提供できるという効果がある。
請求項４の発明は、上記気流制御手段を上記バルブへの投影面積が小さくなるような形状としたので、気流制御手段によってバルブから放射される光が遮られるのを防ぐことができ、高効率な無電極放電灯を提供できるという効果がある。
【００３５】
請求項５の発明は、上記気流制御手段を白色としたので、気流制御手段における可視光の反射率を高くして出力光の低下を抑えることができ、高効率な無電極放電灯を提供できるという効果がある。
請求項６の発明は、上記バルブ、外管並びにコイル形状保持手段を上記誘導コイルよりも上方に突出させないようにして成るので、誘導コイルに使用した金属が高温下で長期使用したことにより蒸発をしても、バルブ、外管、およびコイル形状保持手段に付着することがなく、光束の低下や光色の変化を抑えることができるという効果がある。
【００３６】
請求項７の発明は、上記誘導コイルを高純度のアルミニウムで形成したので、点灯時の高温下で誘導コイルの表面に安定なアルミナ層が形成されるため、誘導コイル材料であるアルミニウムの蒸発などが発生せず、光束低下や光色変化を防ぐことができ、また、高温下で誘導コイルが軟化してもコイル形状保持手段で保持がされているために自重による変形が発生せず、長期使用が可能で信頼性の高い無電極放電灯を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本例の外観斜視図である。
【図２】同上の側面断面図である。
【図３】実施形態１のバルブ及び外管を省略した外観斜視図である。
【図４】実施形態２の外観斜視図である。
【図５】同上の側面断面図である。
【図６】実施形態３の側面断面図である。
【図７】実施形態４の側面断面図である。
【図８】電球型の従来例を示す側面断面図である。
【図９】他の従来例の外観斜視図である。
【図１０】さらに他の従来例の側面図である。
【図１１】同上の要部側面断面図である。
【符号の説明】
１  バルブ
２  外管
３  誘導コイル
４  コイル形状保持手段
５  溝
６  接着剤
【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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