(57)【要約】【目的】  本発明は、パソコン、携帯電話、モバイル端末などのディスプレイとして使用できるようにしたＥＲ流体を用いた表示装置に関し、特に、ＥＲ流体を用いて、電界印加時において、コントラスト（透過性）や解像度を著しく向上させるようにすること。【構成】  上側透明板３ａと全面型透明電極３ｂからなる上部の透明電極板３と、透明板４ａと周囲に電極を有する局部型電極４ｂからなる下部の局部電極板４とからなること。該局部電極板４の前記透明板４ａの下面に塗装膜５を設けた局部電極板４と前記透明電極板３の間において、絶縁性液体２中に絶縁性固体粒子１を多数分散させたＥＲ流体Ａをスペーサー６の空隙部６ａ内に水密的に封入すると共に、前記透明電極板３と前記局部電極板４との間に適宜な電圧７を印加するように構成してなること。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側透明板と全面型透明電極からなる上部の透明電極板と、透明板と周囲に電極を有する局部型電極からなる下部の局部電極板とからなり、該局部電極板の前記透明板の下面に塗装膜を設けた局部電極板と前記透明電極板の間において、絶縁性液体中に絶縁性固体粒子を多数分散させたＥＲ流体をスペーサーの空隙部内に水密的に封入すると共に、前記透明電極板と前記局部電極板との間に適宜な電圧を印加するように構成してなることを特徴とするＥＲ流体を用いた表示装置。
【請求項２】
透明板と周囲に電極を有する局部型電極からなる上部及び下部の局部電極板とからなり、該下部の局部電極板の前記透明板の下面に塗装膜を設けた局部電極板と前記上部の局部電極板との間において、絶縁性液体中に絶縁性固体粒子を多数分散させたＥＲ流体をスペーサーの空隙部内に水密的に封入すると共に、前記上部の局部電極板と下部の局部電極板との間に適宜な電圧を印加するように構成してなることを特徴とするＥＲ流体を用いた表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記局部型電極は方形枠状に形成されてなることを特徴とするＥＲ流体を用いた表示装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、前記局部型電極は環状枠として形成されてなることを特徴とするＥＲ流体を用いた表示装置。
【請求項５】
請求項１又は２において、前記周囲に電極を有する局部型電極は、対向する側に対称的に電極が設けられてなることを特徴とするＥＲ流体を用いた表示装置。
【請求項６】
請求項１又は２において、前記周囲に電極を有する局部型電極は、枠状の隅角箇所にそれぞれ電極が設けられてなることを特徴とするＥＲ流体を用いた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パソコン、携帯電話、モバイル端末などのディスプレイとして使用されるか、又はそれらから情報を取得して独立して運搬できる表示体、例えば電子ペーパーや電子ブックなどにも使用できるＥＲ流体を用いた表示装置に関する。
【０００２】
本発明において、「ＥＲ流体（Electrorheological-Fluid）」とは、絶縁性液体中に絶縁性固体粒子を多数分散させたものをいう。ＥＲ流体には、電界を印加すると瞬時に固化し、電界を取り去ると可逆的に流動するという性質がある。電界をかけると粒子が分極し、電界方向に粒子のブリッジを形成し、このブリッジ間の引力が流体の粘性を増大させると言われている。ブリッジ構造が形成される機構は十分に解明されていないが、水の存在により粒子表面のイオン解離基が解離して電気二重層を形成し、この電気二重層が電界印加時に歪み、粒子同士が静電気的に引き合うという電気二重層説が提案されている。このような性質を持つＥＲ流体は、その特性を利用してクラッチ、バルブ、ダンパー、アクチュエーター、ロボット制御、振動制御への応用が研究されている。
【０００３】
ＥＲ流体を用いた表示装置としては、非特許文献１及び２に示すように、〔図１９（Ａ）及び（Ｂ）参照〕が開示されている。このようなＥＲ流体を表示素子として用い画像形成を行うには数々の問題があり、液晶と類似した性質を持っているにもかかわらず表示素子としての注目がされていない。
【非特許文献１】第64回応用物理学会学術講演集p148（2003.9）
【非特許文献２】第51回応用物理学関係連合講演会予稿集 p1048（2004.3）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＲ流体を表示素子として用いる場合種々の問題がある。すなわち上記の構成の場合、スペーサー及び透明電極を用いてＥＲ流体を封入するので電界印加時には観察面にＥＲ流体中の絶縁性固体粒子で形成される鎖状構造が観察面全体に現れてしまい、コントラストや解像度の低下要因となるという欠点があった。特に、図１９（Ａ）のように、上下面の全面的透明電極３，３間に、ＥＲ流体Ａを封入させた場合、図１９（Ｂ）のように、電界印加時において、その中央箇所寄りに、絶縁性固体粒子の鎖状構造が複数表れ、コントラストや解像度が著しく低下する欠点があり、使用に供することに大きな欠点があった。このため、本発明の目的（課題）は、ＥＲ流体を用いて、電界印加時において、コントラスト（透過性）や解像度を著しく向上させるようにする表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、発明者は、前記課題を解決すべく、鋭意、検討を重ねた結果、その請求項１の発明を、上側透明板と全面型透明電極からなる上部の透明電極板と、透明板と周囲に電極を有する局部型電極からなる下部の局部電極板とからなり、該局部電極板の前記透明板の下面に塗装膜を設けた局部電極板と前記透明電極板の間において、絶縁性液体中に絶縁性固体粒子を多数分散させたＥＲ流体をスペーサーの空隙部内に水密的に封入すると共に、前記透明電極板と前記局部電極板との間に適宜な電圧を印加するように構成してなることを特徴とするＥＲ流体を用いた表示装置としたことにより、前記課題を解決した。
【０００６】
また、請求項２の発明では、透明板と周囲に電極を有する局部型電極からなる上部及び下部の局部電極板とからなり、該下部の局部電極板の前記透明板の下面に塗装膜を設けた局部電極板と前記上部の局部電極板との間に、絶縁性液体中に絶縁性固体粒子を多数分散させたＥＲ流体を封入すると共に、前記上部の局部電極板と下部の局部電極板との間に適宜な電圧を印加するように構成してなることを特徴とするＥＲ流体を用いた表示装置としたことにより、前記課題を解決した。
【０００７】
さらに、請求項３の発明は、前記構成において、前記局部型電極は方形枠状に形成されてなることを特徴とするＥＲ流体を用いた表示装置としたことにより、前記課題を解決した。また、請求項４の発明は、前記構成において、前記局部型電極は環状枠として形成されてなることを特徴とするＥＲ流体を用いた表示装置としたことにより、前記課題を解決した。
【０００８】
また、請求項５の発明は、前記構成において、前記周囲に電極を有する局部型電極は、対向する側に対称的に電極が設けられてなることを特徴とするＥＲ流体を用いた表示装置としたことにより、前記課題を解決した。さらに、請求項６の発明は、前記周囲に電極を有する局部型電極は、枠状の隅角箇所にそれぞれ電極が設けられてなることを特徴とするＥＲ流体を用いた表示装置としたことにより、前記課題を解決した。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明においては、下部の局部電極板は、周囲に電極を有する局部型電極であるため、前記絶縁性固体粒子の鎖状構造は周囲の電極側に集合することとなり、コントラストや解像度を向上させることができるものである。また、請求項２の発明では、上下に局部電極板を設けることで、コントラストや解像度をより向上させることができる。また、請求項３及び４の発明では、方形枠状又は環状枠の局部型電極側としたことで簡易な構成にでき、その他は請求項１又は２と同等の効果を奏する。また、請求項５の発明では、両側に前記絶縁性固体粒子の鎖状構造が集まり、コントラストや解像度を向上させ得る。また、請求項６の発明でも、枠周囲の４隅に絶縁性固体粒子の鎖状構造を集合させて解像度等を向上させ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の第１実施形態について、図１及び２に基づいて説明する。ＥＲ流体Ａとは、前述したように、絶縁性液体２内に、絶縁性固体粒子１が多数分散された分散液から構成されている。使用するＥＲ流体Ａは、本発明では無機・有機微粒子分散型ＥＲ流体を使用しているが、均一系ＥＲ流体でなく分散系ＥＲ流体ならば同じ効果が期待できる。使用する絶縁性固体粒子１は、シリカ、酸化チタン、二酸化チタン、水酸化チタンと多くのものがあるが一般的には水酸化チタンを使用する。
【００１１】
ＥＲ流体Ａの絶縁性液体２には、フッ素系不活性液体（ＰＦ−５０５２等）、脂肪族飽和炭化水素（ＩｓｏｐｅｒＧ等）、シリコン系液体と多くの種類（粘度、比重含め）があるが、この使用する絶縁性液体２は一般的にはシリコン系液体が用いられる。使用粘度は０．６５ｃｓｔ〜１００ｃｓｔまで使用することが可能である。比重に関しては使用する絶縁性固体粒子１の比重に近いものを使用する。
【００１２】
また、上部の透明電極板３は、上側透明板３ａと、全面型透明電極３ｂとから構成されている。前記上側透明板３ａは、透明ガラス板又は透明合成樹脂板等からなる。前記全面型透明電極３ｂは、前記上側透明板３ａの下面の全面に亘って設けられている。また、下部の局部電極板４は、透明板４ａと、周囲に電極を有する局部型電極４ｂから構成されている。前記透明板４ａは、透明ガラス板又は透明合成樹脂板等からなり、前記上側透明板３ａと同等材質である。また、前記局部型電極４ｂにおいて、周囲に電極を有する構成は、方形枠状に形成されている（図２参照）。つまり、ロ字（矩形）電極を配置するものである。
【００１３】
前記全面型透明電極３ｂには、透明電極（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を使用する。透明電極材料として錫・インジウムを基本とした金属酸化物が挙げられる。他には−般にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属あるいは合金薄膜、ＩＴＯ薄膜、ＺｎＯ・Ａｌ2Ｏ3薄膜、ＳｎＯ2薄膜が知られているが、中でもＩＴＯが最も簡単に用いられる。一般的には透明電極の材料は錫もしくはインジウムの酸化物であり、ＩＴＯガラスと呼ばれるものはインジウムと錫の酸化物の混合物である。
【００１４】
この透明電極は一般に通常の前記ガラスとしての前記上側透明板３ａの表面にスパッタリング蒸着によって作成する。その透明電極の厚みは通常、膜厚０．１mm、ガラスとしての上側透明板３ａの厚み１．０mmで構成されている。しかるに、本発明では膜圧０．０１mm〜０．１mmまで高い電導性を持つものが使用可能である。また、前記透明電極板３は、ＩＴＯガラスではなくＩＴＯをスパッタ・蒸着したフィルム状のものでも可能である。
【００１５】
前記下部の局部電極板４の透明板４ａの下面に、適宜な色彩の塗装膜５が付着されている。この場合の前記透明板４ａの上面に、適宜な色彩の塗装膜５が付着されている。この場合の前記透明板４ａの上面に、方形枠状に形成された電極が設けられている。この場合の電極には、透明性は要件とはされてはいないが、透明性があっても制限されない。
【００１６】
前記局部型電極４ｂを作成する方法につき、一般には金属酸化物の薄膜形成方法としてスパッタリング法、真空蒸着法、イオンブレーティング法、プラズマＣＶＤ法などが挙げられる。また、該局部型電極４ｂを透明にすることもあるが、この場合に前記全面型透明電極３ｂと同一の材質のものが用いられる。
【００１７】
前記絶縁性液体２中に絶縁性固体粒子１を多数分散させたＥＲ流体が、前記局部電極板４と前記透明電極板３の間に、封入するように構成されている。また、実際に、ＥＲ流体Ａを封入する構成として、図２に示すように、前記方形枠状の局部型電極４ｂの外周形状が、前記スペーサー６の空隙部６ａの外周形状となるように構成されている。該空隙部６ａ箇所が画素としての役割をなす。このような前記透明電極板３と前記局部電極板４との間に適宜な電圧７を印加するように構成されている。
【００１８】
本発明の第１実施形態についての作用について説明する。前記透明電極板３と前記局部電極板４との間に電圧７を印加しない前では、図５（Ａ）に示すように、ＥＲ流体Ａによって白濁した状態となっている。そして、前記透明電極板３と前記局部電極板４との間に電圧７を印加すると、その直後に、ＥＲ流体Ａで白濁した状態から、図５（Ｂ）に示すように、多数の絶縁性固体粒子１，１，…が周囲に電極を有する局部型電極４ｂに引かれ、四方にＥＲ流体Ａの鎖状構造が集中された状態が得られ、この状態では、塗装膜５の色彩が目視できる。即ち、電圧７を印加しない前は、多数の絶縁性固体粒子１，１，…が混在したＥＲ流体Ａで白濁した状態となるが、電圧７を印加すると、多数の絶縁性固体粒子１，１，…が周囲に集まり、白濁した状態から澄んだ状態となり塗装膜５の色彩が目視できる。つまり、電圧７の印加の存否によって、白濁と塗装膜５の色彩との変化が目視できる。特に、周囲に電極を有する局部型電極４ｂによって、視認性を向上させ得る。
【００１９】
次に、本発明の第２実施形態について、図３及び４に基づいて説明する。該第２実施形態では、前記第１実施形態における透明電極板３を、前記局部電極板４に変換した構成である。つまり、上部の局部電極板４は、透明板４ａと、周囲に電極を有する局部型電極４ｂから構成されており、前記の下部の局部電極板４と同一である。この上部の局部電極板４では、その局部型電極４ｂは、透明板４ａの下面に設けられている。このため、上下の局部電極板４，４との間に適宜な電圧７を印加するように構成されている。その他の構成は、第１実施形態の構成と同一であり、説明を省略する。この本発明の第２実施形態の作用については、上下の局部電極板４，４との間に適宜な電圧７を印加する構成であり、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、前述した第１実施形態と同一であり、説明を省略する。第２実施形態では、上下の局部型電極４ｂ，４ｂによって、より視認性を向上させることができる。
【００２０】
次に、本発明の第３実施形態につき、図６に基づいて説明する。該第３実施形態では、前記第１実施形態における下側の局部電極板４の構成を変えて、対向する側に対称的に電極が設けられたものである。つまり、下側の局部電極板４の構成は、前記透明板４ａの上面に、対向する側に対称的に局部型電極４ｂ，４ｂが設けられている。この場合の局部型電極４ｂは、透明性は要件とはされてはいないが、透明性があっても制限されない。他の構造は、前述した前記第１実施形態の構成と同一であり、説明を省略する。また、この本発明の第３実施形態の作用については、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、適宜な電圧７の印加によって、対向する側の局部型電極４ｂ，４ｂ側に多数の絶縁性固体粒子１，１，…が周囲に集まり、白濁した状態から澄んだ状態となり塗装膜５の色彩が目視できる。
【００２１】
次に、本発明の第４実施形態について、図７に基づいて説明する。該第４実施形態では、前記第３実施形態における透明電極板３を、前記局部電極板４に変換した構成である。つまり、上部の局部電極板４は、透明板４ａと、周囲に電極を有する局部型電極４ｂから構成されており、前記の下部の局部電極板４と同一であって、対向する側に対称的に局部型電極４ｂ，４ｂを設けた構成を除けば、前記第２実施形態と同一である。その第４実施形態の作用については、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、前記第３実施形態の作用と同等であり、より視認性を向上させることができる。
【００２２】
次に、本発明の第５実施形態につき、図９に基づいて説明する。該第５実施形態では、前記第１実施形態における下側の局部電極板４の構成を変えて、枠の隅角箇所にそれぞれ電極が設けられたものである。つまり、下側の局部電極板４の構成は、前記透明板４ａの上面に、枠の隅角の４箇所にそれぞれ局部型電極４ｂ，４ｂ，…が設けられている。この場合の局部型電極４ｂも、透明性があるか否かは問わない。他の構造は、前述した前記第１実施形態の構成と同一であり、説明を省略する。また、この本発明の第５実施形態の作用については、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、適宜な電圧７の印加によって、枠の隅角の４箇所に多数の絶縁性固体粒子１，１，…が周囲に集まり、白濁した状態から澄んだ状態となり塗装膜５の色彩が目視できる。
【００２３】
次に、本発明の第６実施形態について、図１０に基づいて説明する。該第６実施形態では、前記第６実施形態における透明電極板３を、前記局部電極板４に変換した構成である。つまり、上部の局部電極板４は、透明板４ａと、周囲に電極を有する局部型電極４ｂから構成されており、前記の下部の局部電極板４と同一であって、枠の隅角の４箇所にそれぞれ局部型電極４ｂ，４ｂ，…を設けた構成を除けば、前記第２実施形態と同一である。その第６実施形態の作用については、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、前記第５実施形態の作用と同等であり、より視認性を向上させることができる。
【００２４】
次に、本発明の第１実施形態の変形について、図１２に基づいて説明する。該第１実施形態の変形では、前記第１実施形態の局部型電極４ｂの方形枠状（ロ字型）が、ほぼ円形の環状枠に変換されている。該環状枠の局部型電極４ｂを設けた構成を除けば、前記第１実施形態と同一であり、その作用については、図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示す通りであり、図５と同様である。
【００２５】
次に、本発明の第２実施形態の変形について、図１３に基づいて説明する。該第２実施形態の変形では、前記第２実施形態の局部型電極４ｂの方形枠状（ロ字型）が、ほぼ円形の環状枠に変換されている。該環状枠の局部型電極４ｂを設けた構成を除けば、前記第２実施形態と同一であり、その作用については、図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示す通りであり、図５と同様である。また、前述した図５，８，１１及び１４のそれぞれは模式図である。特に、図５（Ａ），図８（Ａ），図１１（Ａ）及び図１４（Ａ）において、局部型電極４ｂから外れた箇所は、下の塗装膜５の色彩が目視できものではなく、白濁した状態である。
【００２６】
図１６は、本発明を単位ユニットとし、該単位ユニットの４つを４画素に応用して回路図を構成した一部分解斜視図であり、図１７は、その４画素の回路図の電圧印加関係を示した状態平面図である。特に、図１７の電圧７の回路においては、各行のＸ軸方向（水平方向）の電源切替のスイッチ８ａと、各列のＹ軸方向（垂直方向）の電源切替のスイッチ８ｂとがそれぞれ設けられ、スイッチ８ａ，８ｂの両方が閉となったときに、該当する箇所の単位ユニットに電圧７が印加され、白濁から塗装膜５の色彩へと変化し、画素の変化が認識でき、パソコン、携帯電話、モバイル端末などのディスプレイとして使用されるものである。
【実施例１】
【００２７】
図１のようなロ字電極を配置された表示原理試験ユニット(1) であって、アルミ電極としての局部型電極４ｂ（ロ字電極）を中央部に外形１０mm×１０mm、切り取り内形８mm×８mmの矩形窓を形成し、スペーサー６として厚さ２mmのシリコンゴム、中央部を１０mm×１０mmに切り取り部を設けて空隙部６ａを形成した。その上面は透明電極板３としてＩＴＯガラス（全面電極）を用い、ＥＲ流体Ａ（白色）とシリコン系液体（透明）を混合し、濃度２. ６ｗｔ％のＥＲ流体Ａを作成した。また、従来技術としての表示原理試験ユニット(2) であって、この場合は、図１９に示すように、上下を透明電極板３としてＩＴＯガラス（全面電極）を用いたものであり、他の構成は表示原理試験ユニット(1) と同一の材料を使用した。スペーサー６も同一である。このような表示原理試験ユニット(1) と(2) とを用いて透過率の比較測定を行った。その結果、表１に示すように、上下が全面電極の表示原理試験ユニット(2) よりも、ロ字電極を配置した表示原理試験ユニット(1) の方が電極部に集中して鎖状構造が形成されるために透過率が向上しているのが見て取れる。
【００２８】
【表１】
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【実施例２】
【００２９】
また、実験ユニットの条件をスペーサー６の厚さ２mmのシリコンゴム、中央部を１０mm×１０mmに切り取り、アルミ電極としての局部型電極４ｂ（ロ字電極）は、中央部に外形１０mm×１０mm、切り取り内形８mm×８mmの矩形窓を形成した際も、図１８の拡大写真に示すように、ＥＲ流体Ａのロ字電極への鎖状構造集中傾向が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態の電圧印加前の断面図、（Ｂ）は本発明の第１実施形態の電圧印加後の断面図である。
【図２】は本発明の第２実施形態の主要構成部材の分解斜視図である。
【図３】（Ａ）は本発明の第２実施形態の電圧印加前の断面図、（Ｂ）は本発明の第２実施形態の電圧印加後の断面図である。
【図４】は本発明の第２実施形態の主要構成部材の分解斜視図である。
【図５】（Ａ）は本発明の第１及び２実施形態の電圧印加前の平面状態図、（Ｂ）は本発明の第１及び２実施形態の電圧印加後の平面状態図である。
【図６】は本発明の第３実施形態の主要構成部材の分解斜視図である。
【図７】は本発明の第４実施形態の主要構成部材の分解斜視図である。
【図８】（Ａ）は本発明の第３及び４実施形態の電圧印加前の平面状態図、（Ｂ）は本発明の第３及び４実施形態の電圧印加後の平面状態図である。
【図９】は本発明の第５実施形態の主要構成部材の分解斜視図である。
【図１０】は本発明の第６実施形態の主要構成部材の分解斜視図である。
【図１１】（Ａ）は本発明の第５及び６実施形態の電圧印加前の平面状態図、（Ｂ）は本発明の第５及び６実施形態の電圧印加後の平面状態図である。
【図１２】本発明の第１実施形態の変形例の主要構成部材の分解斜視図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の変形例の主要構成部材の分解斜視図である。
【図１４】（Ａ）は本発明の第１及び２実施形態の変形例の電圧印加前の平面状態図、（Ｂ）は本発明の第１及び２実施形態の変形例の電圧印加後の平面状態図である。
【図１５】本発明の第５実施形態の変形例の主要構成部材の分解斜視図である。
【図１６】本発明を単位ユニットとし、該単位ユニットの４つを４画素として回路図を構成した一部分解斜視図である。
【図１７】図１６の回路図の電圧印加関係を示した状態平面図である。
【図１８】本発明の実施例２の電圧印加後のＥＵ流体の横断面拡大写真である。
【図１９】（Ａ）は従来技術の表示装置の電圧印加前の断面図、（Ｂ）は従来技術の表示装置の電圧印加後の断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…絶縁性固体粒子、２…絶縁性液体、Ａ…ＥＲ流体、３…透明電極板、
３ａ…上側透明板、３ｂ…全面型透明電極、４…局部電極板、４ａ…透明板、
４ｂ…局部型電極、５…塗装膜、６…スペーサー、６ａ…空隙部、７…電圧。
【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１９】
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【図１８】
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