(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導体と、
第２の導体と、
接続スパンに沿って前記第１の導体と第２の導体の間に並列電気接続を形成する複数の伝導経路と
を備える装置であって、前記伝導経路の各々がそれぞれ同様な公称電気抵抗を有し、
前記第１の導体および第２の導体のそれぞれの断面積が、前記接続スパンに沿って反対方向に減少している、装置。
【請求項２】
前記複数の伝導経路が、Ｎ個の伝導経路から成り、前記第１の導体および第２の導体のそれぞれの断面積が、前記接続スパンに沿って１つの伝導経路から隣接する伝導経路に移るとき大きさＡ／Ｎだけ減少し、Ａが、前記接続スパンの端における前記第１の導体および第２の導体のそれぞれの断面積の大きさである、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第１の導体および第２の導体および前記伝導経路が、電流が前記第１の導体から前記第２の導体へ選択的に流れるように電流を選択的に伝導するように構成されており、さらに、前記第１の導体の断面積が、前記接続スパンに沿って電流の流れの方向に減少し、さらに前記第２の導体の断面積が、前記接続スパンに沿って電流の流れの方向に増加している、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の導体および第２の導体の各々が、それぞれ第１および第２の抵抗率を有し、前記伝導経路の少なくとも１つの経路抵抗率が、前記第１の抵抗率の約１０倍以下でかつ前記第２の抵抗率の約１０倍以下である、請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記第１の導体および第２の導体が、長さ方向に沿って細長く、前記伝導経路の各々が、前記長さ方向に直交する成分を有する方向にそれぞれ延びている、請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記伝導経路の各々が、一緒に駆動されるように構成されているスイッチをそれぞれ含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
第１のトレースと、
第２のトレースと、
接続スパンに沿って前記第１のトレースと第２のトレースの間に並列電気接続を形成する複数の伝導経路と
を備える装置であって、前記伝導経路の各々がそれぞれ同様な公称電気抵抗を有し、
前記第１のトレースおよび第２のトレースのそれぞれの断面積が、前記接続スパンに沿って反対方向に減少している、装置。
【請求項８】
前記伝導経路各々が、電気的に直列に接続されかつ一緒に駆動されるように構成された一対の実質的に同様なＭＥＭＳスイッチをそれぞれ含む、請求項７記載の装置。
【請求項９】
各対のＭＥＭＳスイッチをそれぞれ相互接続する中間導体をさらに備え、前記中間導体が、より高い抵抗の領域によってそれぞれ分離されている、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記ＭＥＭＳスイッチが、カンチレバーをそれぞれ含み、前記中間導体がアンカ構造を含み、このアンカ構造から前記カンチレバーが延びている、請求項９の装置。
【請求項１１】
主表面を有する基板をさらに備え、前記第１のトレースおよび第２のトレースおよび前記伝導経路が、前記主表面によって支持されている、請求項７乃至１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記第１のトレースおよび第２のトレースの各々が、前記主表面に平行な長さ方向に沿って細長く、前記トレースの各々が、前記主表面に対して垂直な実質的に等しい厚さを有し、さらに前記トレースが、前記主表面に対して平行でかつ前記長さ方向に対して横方向のそれぞれの幅を有し、前記幅が前記接続スパンに沿って反対方向に減少している、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記複数の伝導経路が、Ｎ個の伝導経路から成り、前記第１のトレースおよび第２のトレースの幅が、前記接続スパンに沿って１つの伝導経路から隣接する伝導経路に移るとき大きさＡ／Ｎだけ減少し、Ａが、前記接続スパンから離れた前記第１のトレースおよび第２のトレースのそれぞれの断面積の大きさである、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
膜を基板上に堆積させるステップと、
前記膜をパターニングして第１および第２のトレースを形成するステップと、
複数のスイッチが、接続スパンに沿って前記第１のトレースと第２のトレースの間に並列電気接続を形成するように構成されるように、前記基板上に前記複数のスイッチを同時に微差加工するステップと
を含む方法であって、
前記第１のトレースおよび第２のトレースのそれぞれの断面積が前記接続スパンに沿って反対方向に減少するように、前記膜がパターニングされる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分配システムなどの装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気分配システムは、しばしば電圧供給源などの供給源から１つまたは複数の電気負荷に電気エネルギーを分配する働きをするシステムである。電気分配システムは、例えば、大電流を伝導する働きをする一連のバスバー、小電流を伝導するように構成された電線などの他の導体、様々な電流伝導部品（バスバー、電線）間に電流分配を選択的に行うことができるようにする電気スイッチおよびスイッチギヤ、エネルギー貯蔵デバイス（例えば、電池、コンデンサ、その他）、および／または抵抗器、誘導子、およびトランジスタなどの能動および受動部品を含むことができる。
【０００３】
いくつかの場合には、電気分配システムは、並列配列に接続された複数の導体を含むことができる。並列導体に比較的一様に電流を分配することによって、並列導体の全電流伝導能力は、非一様電流分配に比べて高くなり得る。
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、電気分配システムなどの装置が提供される。この装置は、第１の導体と第２の導体を含むことができる。複数の伝導経路が、接続スパンに沿って第１の導体と第２の導体の間に並列電気接続を形成することができ、各伝導経路はそれぞれ同様な公称電気抵抗を有している。第１の導体および第２の導体のそれぞれの断面積は、前記接続スパンに沿って反対方向に減少することができる。
【０００５】
他の態様では、電気分配システムなどの装置が提供される。この装置は、第１のトレースと第２のトレースを含むことができる。複数の伝導経路が、接続スパンに沿って第１のトレースと第２のトレースの間に並列電気接続を形成することができ、各伝導経路はそれぞれ同様な公称電気抵抗を有している。第１のトレースおよび第２のトレースのそれぞれの断面積は、前記接続スパンに沿って反対方向に減少することができる。
【０００６】
さらに他の態様では、例えば電気分配システムを製作する方法が提供される。この方法は、基板上に膜を堆積させるステップを含むことができる。この膜をパターニングして第１および第２のトレースを形成することができる。複数のスイッチが接続スパンに沿って第１のトレースと第２のトレースの間に並列電気接続を形成するように構成されるように、それらの複数のスイッチを基板上に同時に微細加工することができる。第１のトレースおよび第２のトレースのそれぞれの断面積が接続スパンに沿って反対方向に減少するように、その膜をパターニングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例の実施形態に従って構成された電気分配システムを示す透視図である。
【図２】図１の電気分配システムを含む回路を示す回路図である。
【図３】図１の電気分配システムを示す側面図である。
【図４】図１の面４−４に沿った図１の電気分配システムの断面図である。
【図５】図１の電気分配システムを示す平面図である。
【図６】他の例の実施形態に従って構成された電気分配システムを示す平面図である。
【図７】さらにまた他の例の実施形態に従って構成された電気分配システムを示す平面図である。
【図８】図１の電気分配システムを示す平面図であり、この電気分配システムの電流経路を模式的に示している。
【図９】従来の電気分配システムを示す平面図である。
【図１０】図９の電気分配システムを示す平面図であり、この電気分配システムの電流経路を模式的に示している。
【図１１】さらに他の例の実施形態に従って構成された電気分配システムを示す平面図である。
【図１２】さらにまた他の例の実施形態に従って構成された電気分配システムを示す平面図である。
【図１３】図１２の線１３−１３に沿った図１２の電気分配システムの断面図である。
【図１４】さらに他の例の実施形態に従って構成された電気分配システムを示す平面図である。
【図１５】図１４の電気分配システムを示す回路図である。
【図１６】図１の電気分配システムを製作する方法を表す模式的な側面図である。
【図１７】図１の電気分配システムを製作する方法を表す模式的な側面図である。
【図１８】図１の電気分配システムを製作する方法を表す模式的な側面図である。
【図１９】図１の電気分配システムを製作する方法を表す模式的な側面図である。
【図２０】図１の電気分配システムを製作する方法を表す模式的な側面図である。
【図２１】図１の電気分配システムを製作する方法を表す模式的な側面図である。
【図２２】さらにまた他の例の実施形態に従って構成された電気分配システムを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
例の実施形態が、以下で添付の図面に関連して詳細に説明され、図面では、同じ参照数字は図面全体を通して同じ部分を示している。これらの実施形態のいくつかは、上述および他の要求に対処することができる。
【０００９】
図１〜５を参照すると、電気分配システム１００などの装置が示されている。システム１００は、第１のトレース１０２などの第１の導体および第２のトレース１０４などの第２の導体を含むことができる。第１のトレース１０２は、例えば入力バス１０６に接続することができ、第２のトレース１０４は、出力バス１０８に接続することができる。入力および出力バス１０６、１０８は、電圧供給源１１０などのエネルギー源の相対する側に接続することができる。基板１１２は、トレース１０２、１０４およびバス１０６、１０８を支持するように働く主表面１１４を含むことができる。一実施形態では、基板１１２は、例えばシリコンウェーハを含むことができ、トレース１０２、１０４および／またはバス１０６、１０８は、厚さ（基板に対して垂直方向の）がマイクロメートルからナノメートルの範囲で横寸法がミリメートルからナノメートルの範囲のメタライゼーション（例えば、銅）を含むことができる。
【００１０】
複数の伝導経路１１６は、第１と第２のトレース１０２、１０４の相対する長さの間に並列電気接続を形成することができる。例えば、第１および第２のトレース１０２、１０４は、表面１１４に平行な長さ方向Ｌに沿って延びていてよく、各伝導経路は、この長さ方向に直交する成分を有する方向にそれぞれ延びることができる。このようにして、電力は、電圧供給源１１０から入力バス１０６を通って第１のトレース１０２に送られ、それから伝導経路１１６を通って第２のトレース１０４および出力バス１０８に送られる。トレース１０２、１０４の相対する部分の間に伝導経路１１６が延びている長さは、接続スパン１１８と呼ばれる。全ての伝導経路１１６は、それぞれ同様な公称電気抵抗を有するように構成される。すなわち、電気入力および出力の構成が同様であるとすれば、個々に分析される各伝導経路１１６は、ほぼ同様な電気抵抗を示すと考えられるだろう。
【００１１】
各伝導経路１１６は、スイッチ１２０をそれぞれ含むことができる。各スイッチ１２０は、例えば、一般に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチと呼ばれるものであってよい。ＭＥＭＳスイッチ１２０は、１つのトレース１０２に接続するアンカ構造１２４から延びるカンチレバー１２２をそれぞれ含むことができる。いくつかの実施形態では、スイッチ１２０（および伝導経路１１６の全部）は、銅などの金属で形成されていてよい。作動パッド１２６は、電荷を選択的に受け取るように構成され、帯電されたとき静電力によってカンチレバー１２２を他のトレース１０４と接触させるように配置される（これはスイッチの「閉」位置と呼ばれ、他方は「開」位置である）。ＭＥＭＳスイッチ１２０は、互いに実質的に同様であってよい。例えば、ＭＥＭＳスイッチは、規模が比較的小さく、また、構造が全て実質的に同じような複数のスイッチをバッチ処理することができる標準的な微細加工技術によって形成されることが多い。ＭＥＭＳスイッチ１２０は、一緒に駆動されるように構成可能であり、このようにして、スイッチのアレイが「スイッチ素子」として働いて、電力を電圧供給源１１０から伝導経路１１６を通して選択的に供給することができる。
【００１２】
トレース１０２、１０４は、それぞれの断面積Ａ（長さ方向Ｌに対して横方向に測定された）が接続スパン１１８に沿って反対方向に減少するように構成することができる。例えば、トレース１０２、１０４は、厚さｔ（表面１１４に対して垂直に測定された）が一定で、幅Ｗ（長さ方向Ｌと表面１１４に垂直な方向との両方に対して横方向に測定された）が接続スパン１１８に沿って反対方向に減少することができる。いくつかの実施形態では、トレース１０２、１０４の幅Ｗは、接続スパン１１８に沿って連続的に減少することができる。例えば、表面１１４に対して垂直な方向に沿ってトレース１０２、１０４を見るとき、これらのトレースは、三角形であってよい（例えば、図１および５に示されるような直角三角形、図６に示されるような正三角形、その他）。図７を参照すると、いくつかの実施形態では、トレース１０２、１０４の幅Ｗは、接続スパン１１８に沿って不連続に階段的に減少することができる。全体的に、トレース１０２、１０４の形は、変化する形および／または厚さのトレースを利用することを含めて、接続スパン１１８に沿った断面積Ａの減少の目標を達成するように様々なやり方で選ぶことができる。
【００１３】
図２および８を参照にすると、上述のように、電力は、電圧供給源１１０から入力バス１０６を通って第１のトレース１０２に、次にスイッチ１２０（このスイッチが閉位置にあるとき）を通って第２のトレース１０４および出力バス１０８に送ることができる。そのような場合には、電流Ｉは、同じ経路に沿って流れることができる。第１のトレース１０２の断面積は、接続スパン１１８に沿って電流の流れの方向に減少することができる。代わりに、第２のトレース１０４の断面積は、接続スパン１１８に沿って電流の流れの方向に増加することができる。
【００１４】
上述の説明に従って構成された電気分配システム（例えば、図１の電気分配システム１００）は、従来の電気分配システムよりも一様な電流分配を示すことができる。例えば、図９を参照すると、電気分配システム２００の一部が示されている。このシステム２００は、入力バス（図示されない）から電流を受け取るように構成された第１のトレース２０２と、出力バス（図示されない）に電流を供給するように構成された第２のトレース２０４を含むことができる。これらのトレースは、金属（例えば、銅）などの導電材料で形成されていてよい。トレース２０２、２０４の幅Ｗおよび厚さ（図９でページから外へ測定された）は、これらのトレースの断面積が比較的一様であるようにほぼ一様であってよい。
【００１５】
複数の伝導経路２１６は、第１および第２のトレース２０２、２０４の相対する長さの間に並列電気接続を形成することができる。全ての伝導経路２１６は、それぞれ同様な公称電気抵抗を持つように構成される（同様な構造のスイッチのアレイを使用する従来の電気分配システムに関して、一般的なシナリオ）。例えば、伝導経路２１６は、金属（例えば、銅）で形成することができる。図１０を参照すると、動作中に、電流Ｉは、第１のトレース２０２に沿って流れ、伝導経路２１６を通り、それから第２のトレース２０４を通って流れることができる。そのようなシステムでは、伝導経路２１６の抵抗率が、トレース２０２、２０４の抵抗率とほぼ同じオーダの大きさである場合（例えば、トレースと伝導経路の両方が、銅のような金属で形成されている場合）、電流が様々な伝導経路の間にいくらか不均一に分配される傾向があることを、出願者は発見した。この不均一分配が、伝導経路２１６のアレイの全電流伝導能力を制限することができる。
【００１６】
電気分配システム２００とは対照的に、接続スパンに沿って反対方向に減少する断面積を有するトレースを作るようにトレースの形を適切に構成することによって、それぞれの伝導経路により一様な電流分配を実現することができることを、出願者は発見した。例えば、図１１を参照すると、他の例の実施形態に従って構成された電気分配システム３００が示されている。電気分配システム３００は、トレース３０２、３０４と、接続スパン３１８に沿ってこれらのトレースを接続する伝導経路３１６とを含むことができる。トレース３０２、３０４の厚さ（図１１でページから外へ測定された）は一定であり、幅Ｗは接続スパンに沿って反対方向に減少することができる。電気分配システム３００は、Ｎ個の伝導経路を有することができる（図１１では、Ｎ＝６）。接続スパン３１８の各端３３０で、トレース３０２、３０４のそれぞれの１つの幅はＷ0であってよい。さらに、トレース３０２、３０４の幅は、接続スパン３１８に沿って１つの伝導経路３１６から隣接する伝導経路に移るとき、大きさＷ0／Ｎだけ減少することができる。例えば、特定の伝導経路３１６ａおよび３１６ｂを考えると、第１のトレース３０２の幅は、伝導経路３１６ａから伝導経路３１６ｂに移るときＷ0／６だけ減少し、また第２のトレース３０４の幅は、伝導経路３１６ｂから伝導経路３１６ａに移るときＷ0／６だけ減少する。トレース幅のこの減少は、接続スパン３１８に沿って連続的であるかもしれなし（例えば、図５に示されるように）、または不連続なインクリメントで実現されるかもしれない（図１１に示されるように）。トレース３０２、３０４の断面積の他の減少率もまた可能であり、選ばれる減少率は、システム３００の電気特性並びに回路配置に対する任意の制限（例えば、電気分配システムが集積回路の一部である場合にはルーティング要件）に依存する。
【００１７】
伝導経路の実効抵抗がトレースよりも小さいかトレースと同じオーダの大きさであるとき、より一様な電流分配を伝導経路３１６に生じさせるようにトレース３０２、３０４を形作ることが、いっそう重要になる可能性がある。すなわち、伝導経路３１６が比較的高い抵抗を表す場合には、電流はトレース３０２、３０４に沿って速く流れ、伝導経路の間にかなり均等に分配される。しかし、伝導経路３１６が表す抵抗が、トレース３０２、３０４が表す抵抗と同様であるか小さい場合には、電流は、トレースに沿って十分に分配されることなく伝導経路を流れることができる。
【００１８】
図１２および１３を参照すると、他の例の実施形態に従って構成された電気分配システム４００のいくつかの図が示されている。電気分配システム４００は、トレース４０２、４０４と、接続スパン４１８に沿ってこれらのトレースを接続する伝導経路４１６とを含むことができる。各伝導経路４１６は、一対のスイッチ、例えば実質的に同様なＭＥＭＳスイッチ４２０を含むことができる。ＭＥＭＳスイッチ４２０は、アンカ構造４２４から延びるカンチレバー４２２をそれぞれ含むことができる。
【００１９】
各伝導経路４１６のスイッチ４２０は、電気的に直列に接続され（例えば、アンカ構造４２４が中間導体４３２中に含まれている図１３に示される「背中合わせ」構成で）、かつ一緒に駆動されるように構成されてもよい。中間導体４３２は、様々なＭＥＭＳスイッチ４２０をそれぞれ相互接続するように働くことができ、さらにまた、両方のスイッチ４２０が開いて各伝導経路４１６がトレース４０２、４０４および電気分配システム４００の残りのものから電気的に分離されたとき、接地（接続は図示されていない）に選択的に接続して（例えば、スイッチを通して）、伝導経路４１６に電荷の蓄積が起こるのを防ぐことができる。図１４および１５を参照すると、いくつかの実施形態では、トレース５０２と５０４の間に延びるＭＥＭＳスイッチ５２０の各対は、それぞれの中間導体５３２によって相互接続され、隣接する中間導体は、より高い抵抗の領域５３４によって電気的に接続されている。より高い抵抗の領域５３４を導入することによって、スイッチ５２０が閉位置にあるとき、電流の大部分は、中間導体５３２を通ってではなくトレース５０２、５０４を通って導かれるようになる。
【００２０】
図１を参照すると、上述のように、トレース１０２、１０４、バス１０６、１０８、およびＭＥＭＳスイッチ１２０を含めて電気分配システム１００の様々な部品の多くは、薄膜堆積および／または成長、フォトリソグラフィ、および選択的成長および／またはエッチングによる膜パターニングを含めて標準的な微細加工技術によって形成することができる。このようにして、バッチ処理を使用して一様な厚さを有するようにトレース１０２、１０４を一度に形成すること、および、スイッチのアレイ中の全てのスイッチが形状および組成の点で実質的に同様であるようにスイッチ１２０を一緒に製作することが可能であることがある。例えば、図１および１６〜２１を参照すると、電気分配システム１００を製作するプロセスは、例えば物理的または化学的蒸着によって基板１１２に膜１４０を堆積させることから始まることができる（例えば、図１６を参照されたい）。一実施形態では、膜１４０は、銅などの金属膜であってよい。膜１４０を例えばフォトリソグラフィでパターニングして、それぞれの断面積が反対方向に減少している第１および第２のトレース１０２、１０４を形成することができる（例えば、図１７を参照されたい）。トレース１０２、１０４より前か後かのどちらかで、複数のＭＥＭＳスイッチ１２０を基板上に同時に微細加工することができる。例えば、犠牲層１４２をパターニングし（例えば、図１８を参照されたい）、それからこの犠牲層の上に膜１４４を堆積させることができる（例えば、図１９を参照されたい）。膜１４４をパターニングしてスイッチ１２０を形成することができ（例えば、図２０を参照されたい）、このスイッチ１２０は、接続スパン１１８に沿って第１と第２のトレース１０２、１０４の間に並列電気接続を形成するように構成することができる。その後で、犠牲層１４２を除去することができる（例えば、図２１を参照されたい）。
【００２１】
本明細書で本発明の或る特徴だけを図示し説明したが、多くの修正物および変化物が当業者の心に浮かぶであろう。例えば、上述の議論は、伝導経路のアレイで相互接続される単一対のトレースに焦点を合わせたが、図２２を参照すると、いくつかの実施形態では、各組の隣接するトレース６０２、６０４が、アレイ６５０として配列された複数の伝導経路６１６によって接続されることによって、トレース６０２、６０４のアレイが相互接続されることができる。各伝導経路６１６は、背中合わせ構成に配列された一対のスイッチ６２０を含むことができる。単一中間導体６３２は、全てのアレイ６５０の全てのスイッチ６２０を相互接続するように働くことができる。したがって、理解されるべきことであるが、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨に含まれるような全ての修正物および変化物に及ぶことが意図されている。
【符号の説明】
【００２２】
１００  電気分配システム
１０２  第１のトレース
１０４  第２のトレース
１０６  入力バス
１０８  出力バス
１１２  基板
１１４  主表面
１１６  伝導経路
１１８  接続スパン
１１０  電圧供給源
１２０  ＭＥＭＳスイッチ
１２２  カンチレバー
１２４  アンカ構造
１２６  アクチュエータパッド
２００  電気分配システム
２０２  第１のトレース
２０４  第２のトレース
２１６  伝導経路
３００  電気分配システム
３０２  第１のトレース
３０４  第２のトレース
３１８  接続スパン
４００  電気分配システム
４０２、４０４  トレース
４１６  伝導経路
４１８  接続スパン
４２０  ＭＥＭＳスイッチ
４２２  カンチレバー
４２４  アンカ構造
５００  伝導経路
４２０  ＭＥＭＳスイッチ
４２４  アンカ構造
４３２  中間導体
５０２、５０４  トレース
５２０  ＭＥＭＳスイッチ
５３２  中間導体
５３４  より高い抵抗の領域
１４０  膜
１４２  犠牲層
１４４  膜
６０２、６０４  トレース
６１６  伝導経路
６２０  スイッチ
６３２  中間導体
Ａ  トレースの断面積
Ｗ0  接続の端でのトレースの幅
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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