(57)【要約】【課題】  小型化してもリード線群と接続された圧電素子等の電気的部品をハウジングに収納する作業を容易に行うことができ、リード線との接続部での断線を防止することができる超音波プローブを提供すること。【解決手段】  超音波プローブ１は、圧電振動子７と、音響整合層（音響整合部）８と、背面負荷材（背面負荷部）１０と、背面負荷材１０に装着されるフレキシブル基板（基板部）１１とを有する部組（形成部）１２と、ハウジング本体１３とハウジング本体１３と分離された背面板（分離部）１５と蓋１６とを有して部組１２を内部に収納するハウジング部と、フレキシブル基板１１から検査機本体に信号を送受信するケーブル（信号線）１８と、背面板１５と部組１２とを位置決めする第一位置決め部２０と、部組１２に位置決めされた背面板１５をハウジング本体１３に位置決めする第二位置決め部２１とを備えている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波を送受信する圧電振動子と、該圧電振動子と被検体との間に配される平面状の音響整合部と、前記圧電振動子の前記音響整合部と反対側に配される背面負荷部と、該背面負荷部に装着される基板部とを有する形成部と、
ハウジング本体と該ハウジング本体と分離された少なくとも一つの分離部とを有して前記形成部を内部に収納するハウジング部と、
前記基板部から検査機本体に信号を送受信する信号線と、
前記分離部と前記形成部とを位置決めする第一位置決め部と、
前記形成部に位置決めされた前記分離部を前記ハウジング本体に位置決めする第二位置決め部とを備えていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記分離部に、前記信号線が挿通可能な貫通孔が配されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記第二位置決め部が、一方に配された凸部と他方に配された凹部とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記信号線が延びる方向と前記音響整合部の法線方向とが直交して配され、
前記背面負荷部が、前記信号線の延びる方向と前記音響整合部の法線方向との何れに対しても同一平面上で傾く傾斜面を備え、
前記基板部の少なくとも一部が前記傾斜面に配されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記信号線が延びる方向と前記音響整合部の法線方向とが直交して配され、
前記背面負荷部が、前記信号線の軸線方向と前記音響整合部の法線方向との何れに対しても直交する側面を備え、
前記基板部が、前記側面に配され、
前記基板部からの前記信号線の引き出し方向が、前記信号線が延びる方向と前記音響整合部の法線方向との何れに対しても同一平面上で傾く方向とされていることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷を行うための超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波プローブは、圧電振動子の両面に設けられた電極に電気信号を印加することにより超音波を発振させ、この超音波を被検体となる検査媒質中に放射するとともに検査媒質から反射される超音波を圧電振動子で受信し、これを電気信号に変換して電極により取り出し、電気信号から検査媒質中の構造を探るようになっている。
【０００３】
このような超音波プローブは、通常、圧電振動子やリード線群を含む電気的部品を組み付け後にハウジング内に納めて製造される。この際、上記電気的部品を容易にハウジングに納めるためにハウジングを二つに分け、電気的部品を両側から挟み込むように二つのハウジング部品を接着して組立てるものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、ハウジングに収納後の圧電振動子に対するリード線への負荷を低減するために、圧電振動子の大きさに対してそれを囲うハウジングを大きくして、リード線の十分な収容スペースを有するものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、ハウジング内でのリード線群が図示されていないため、特に狭い場所を探傷するためにプローブを小型化しようとしても、その際にハウジング内でのリード線群の取り扱いが不明である。また、特許文献２に記載の技術の場合、圧電振動子に合わせてハウジングを小さくした場合には、リード線群がハウジングと干渉する可能性がある。この場合、ハウジング内部でリード線にストレスが加わり、圧電振動子との接続部分での剥がれや断線の恐れがある。
【特許文献１】特開平１０−５２２７号公報
【特許文献２】特開平５−３４０９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、小型化してもリード線群と接続された圧電素子等の電気的部品をハウジングに収納する作業を容易に行うことができ、リード線との接続部での断線を防止することができる超音波プローブ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】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る超音波プローブは、音波を送受信する圧電振動子と、該圧電振動子と被検体との間に配される平面状の音響整合部と、前記圧電振動子の前記音響整合部と反対側に配される背面負荷部と、該背面負荷部に装着される基板部とを有する形成部と、ハウジング本体と該ハウジング本体と分離された少なくとも一つの分離部とを有して前記形成部を内部に収納するハウジング部と、前記基板部から検査機本体に信号を送受信する信号線と、前記分離部と前記形成部とを位置決めする第一位置決め部と、前記形成部に位置決めされた前記分離部を前記ハウジング本体に位置決めする第二位置決め部とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
この超音波プローブは、分離部と形成部とを第一位置決め部にて位置決めした状態で、さらに第二位置決め部にてハウジング本体に位置決めすることができ、圧電振動子のハウジング部に対するずれを精度良く規制しながらハウジング部に容易に収納することができる。
【０００８】
また、本発明に係る超音波プローブは、前記超音波プローブであって、前記分離部に、前記信号線が挿通可能な貫通孔が配されていることを特徴とする。
この超音波プローブは、圧電振動子をハウジング部内に収納する前に信号線を分離部の貫通孔に挿通し、分離部と背面負荷部とを位置決めした状態で信号線を基板部に接続することができる。また、この状態で分離部をハウジング本体に位置決めすることによって形成部をハウジング部内に容易に収納することができる。この際、信号線と基板部との固定部にかかるストレスを軽減して断線を抑えることができる。
【０００９】
また、本発明に係る超音波プローブは、前記超音波プローブであって、前記第二位置決め部が、一方に配された凸部と他方に配された凹部とを備えていることを特徴とする。
この超音波プローブは、ハウジング部を組立てる際、凸部と凹部とを凹凸結合することによって、容易に双方の位置決めを行うことができる。
【００１０】
また、本発明に係る超音波プローブは、前記超音波プローブであって、前記信号線が延びる方向と前記音響整合部の法線方向とが直交して配され、前記背面負荷部が、前記信号線の延びる方向と前記音響整合部の法線方向との何れに対しても同一平面上で傾く傾斜面を備え、前記基板部の少なくとも一部が前記傾斜面に配されていることを特徴とする。
【００１１】
この超音波プローブは、信号線を基板部に接続する際、信号線の引き出し方向を傾斜面の法線方向と信号線の延びる方向との間の方向とすることができ、基板部から信号線を屈曲することなく引き出して信号線と基板部との固定部にかかるストレスを軽減することができ、使用時の断線を抑えることができる。
【００１２】
また、本発明に係る超音波プローブは、前記超音波プローブであって、前記信号線が延びる方向と前記音響整合部の法線方向とが直交して配され、前記背面負荷部が、前記信号線の軸線方向と前記音響整合部の法線方向との何れに対しても直交する側面を備え、前記基板部が、前記側面に配され、前記基板部からの前記信号線の引き出し方向が、前記信号線が延びる方向と前記音響整合部の法線方向との何れに対しても同一平面上で傾く方向とされていることを特徴とする。
【００１３】
この超音波プローブは、基板部からの信号線の引き出しスペースを十分に確保できない場合でも、基板部から信号線を屈曲することなく引き出すことができ、信号線と基板部との接続部分にかかるストレスを軽減することができ、使用時の断線を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧電振動子の位置決め精度を維持しながら組立て作業を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態に係る超音波プローブ１は、図１に示す超音波探傷装置２に配されている。
超音波探傷装置２は、図示しない電源回路及び制御部と探傷器の設定条件等の設定等装置の制御を行う各種の操作スイッチ３とを備える検査機本体５と、設定条件や探傷結果等を表示する液晶モニタ６とを備えている。
【００１６】
超音波プローブ１は、図２から図４に示すように、音波を送受信する圧電振動子７と、圧電振動子７と図示しない被検体との間に配される平面状の音響整合層（音響整合部）８と、圧電振動子７の音響整合層８と反対側に配される背面負荷材（背面負荷部）１０と、背面負荷材１０に装着されるフレキシブル基板（基板部）１１とを有する部組（形成部）１２と、ハウジング本体１３とハウジング本体１３と分離された背面板（分離部）１５と蓋１６とを有して部組１２を内部に収納するハウジング部１７と、フレキシブル基板１１から検査機本体５に信号を送受信するケーブル（信号線）１８と、背面板１５と部組１２とを位置決めする第一位置決め部２０と、部組１２に位置決めされた背面板１５をハウジング本体１３に位置決めする第二位置決め部２１とを備えている。
【００１７】
圧電振動子７は矩形状に構成されており、ケーブル１８が延びる方向をＹ方向とし、音響整合層８の法線方向をＺ方向とするとき、ＸＹ平面上に配されている。この圧電振動子７のＺ方向の面には電極面７Ａが配されており、電極面７Ａには図示しない信号電極及びグランド電極が奇数チャンネル及び偶数チャンネルに分かれて配されている。そして、それぞれの電極に応じてリード２２がＸ方向側側面７Ｂにそれぞれ９本ずつ半田若しくは導電性接着剤にて固定されている。この圧電振動子７の被検体側に音響整合層８が配されている。
【００１８】
背面負荷材１０は、ＸＹ軸方向にそれぞれ法線が延びる側面を有する六面体形状とされており、Ｚ方向下方側を法線方向とする接着面１０Ａには圧電振動子７の電極面７Ａが接着剤にて接着される。
Ｚ方向上方側は、ケーブル１８側がＺ方向下方に向かうように、Ｙ方向とＺ方向との何れに対しても法線Ｃが同一平面上で所定の角度に傾く傾斜面１０Ｂとされている。フレキシブル基板１１は、傾斜面１０ＢとＸ方向側面１０Ｃとのそれぞれにわたって貼り付けられている。
【００１９】
Ｙ方向側面１０Ｄのケーブル１８側には、傾斜面１０Ｂとの稜線１０ａから下方側に、ケーブル１８側に突出する突起２３が配されている。
この突起２３には、背面板１５をＺ方向上方側から載置可能なＸＹ平面２３Ａが配されている。
【００２０】
リード２２はフレキシブル基板１１上に設けられた図示しないランド１８本にそれぞれ半田若しくは導電性接着剤にて固定される。
フレキシブル基板１１には図示しないパターンが形成されており、ランド１８本のうち１６本が背面負荷材１０の傾斜面１０Ｂに設けられた図示しない信号電極用ランドと接触する信号電極用接触部２５と接続され、残りの２本が同様に設けられた図示しないグランド用ランドと接触するグランド用接触部２６と接続されている。
【００２１】
ハウジング本体１３は、Ｚ方向に貫通する角筒状とされており、背面負荷材１０のＹ方向側面１０Ｄと対向するＹ方向側面１３Ａの一部には、背面板１５が固定される開口部２７が配されている。開口部２７は、ハウジング本体の上端１３Ｂ側にも開口して形成されている。
【００２２】
背面板１５は、平板状に形成されて突起２３のＸＹ平面２３Ａと当接する底面１５Ａを備えており、ケーブル１８が挿通可能な貫通孔１５Ｂが配されている。
背面板１５の内面１５ＣのＸ方向両端１５Ｄ、１５Ｅ側には、Ｙ方向内方に突出する一対の突出部２８Ａ、２８Ｂが、背面負荷材１０を間に挿入して嵌合可能な距離に互いに離間して配されている。
【００２３】
即ち、第一位置決め部２０は、背面板１５の底面１５Ａ、内面１５Ｃ及び一対の突出部２８Ａ、２８Ｂと、背面負荷材１０の突起２３のＸＹ平面２３Ａ、Ｙ方向側面１０Ｄ及びＸ方向側面１０Ｃとからなる。そして背面板１５は、突起２３のＸＹ平面２３Ａに底面１５Ａを当て付けることによってＺ方向の位置決めがなされ、背面負荷材１０のＸ方向側面１０Ｃと一対の突出部２８Ａ、２８Ｂとを当て付けながら内面１５Ｃと背面負荷材１０のＹ方向側面１０Ｄとが当接する位置まで嵌合することによってＸＹ方向の位置決めがなされる。
【００２４】
ハウジング本体１３における開口部２７近傍のＸ方向側面１３Ｃの内側部分には、互いに対向する位置にＺ方向上方から下方に向かって延びる溝（凹部）３０Ａ、３０Ｂが形成されている。また、開口部２７の終端部には背面板１５の底面１５Ａと当接する規制面１３Ｄが形成されている。
【００２５】
この溝３０Ａ、３０Ｂの幅は、背面板１５の板厚と略同一とされている。即ち、背面板１５のＸ方向両端１５Ｄ、１５Ｅが凸部となって、ハウジング本体１３の溝３０Ａ、３０Ｂと凹凸結合可能とされている。そして、ハウジング本体１３の溝３０Ａ、３０Ｂ及び規制面１３Ｄと、背面板１５のＸ方向両端１５Ｄ、１５Ｅ及び底面１５Ａとから第二位置決め部２１が構成されている。
【００２６】
即ち、背面板１５及び部組１２は、ハウジング本体１３の規制面１３Ｄに背面板１５の底面１５Ａを当て付けることによってＺ方向の位置決めがなされ、ハウジング本体の溝３０Ａ、３０Ｂと背面板１５のＸ方向両端１５Ｄ、１５Ｅとを係合させることによってＸＹ方向の位置決めがなされる。
なお、ハウジング本体１３の規制面１３Ｄと背面負荷材１０のＸＹ平面２３Ａとは組立て後には同一平面上に配される。
【００２７】
ケーブル１８は、内部に複数の同軸信号線３１を備えており、ケーブルクランプ３２を介して背面板１５の貫通孔１５Ｂに固定されている。
同軸信号線３１は、芯線３３とグランド線３５とこれらを覆う被覆３６とを備えており、芯線３３は信号電極用接触部２５に接続され、グランド線３５は、グランド用接触部２６にまとめて接続される。
【００２８】
次に、本実施形態に係る超音波プローブの組立て方法、及び、作用・効果について説明する。
まず、リード２２が接続された圧電振動子７の図示しない被検体側に音響整合層８を接着し、さらに圧電振動子７の電極面７Ａと背面負荷材１０の接着面１０Ａとを接着剤で接着する。
続いてフレキシブル基板１１を背面負荷材１０の傾斜面１０ＢとＸ方向側面１０Ｃとに接着する。そして、リード２２をフレキシブル基板１１の図示しない各ランドに接続して部組１２を形成する。
【００２９】
一方、ケーブルクランプ３２にケーブル１８を所定の長さで挿通して背面板１５に固定して、被覆３６を剥がして同軸信号線３１を取り出す。
この状態で、芯線３３をフレキシブル基板１１の信号電極用接触部２５に半田によって接続し、グランド線３５をフレキシブル基板１１のグランド用接触部２６にまとめて半田によって接続する。
【００３０】
そして、第一位置決め部２０にて、背面板１５と背面負荷材１０とを位置決めして接着固定する。
【００３１】
得られた部組１２をハウジング本体１３内に収納する。
この際、背面板１５のＸ方向両端１５Ｄ、１５Ｅをハウジング本体１３の溝３０Ａ、３０Ｂにそれぞれ係合した後、底面１５Ａがハウジング本体１３の規制面１３Ｄと当接するまで、溝３０Ａ、３０Ｂに沿って背面板１５を滑らせて背面板１５の底面１５Ａとハウジング本体１３の規制面１３Ｄとが当接するまで移動し、その位置で固定する。
【００３２】
こうして、部組１２のハウジング部１７に対するＸ、Ｙ方向、Ｚ軸回りの回転方向の位置だしを行うとともに、Ｚ方向の位置決めも行う。
ハウジング部１７内に収納後、内部の空間部分に接着剤を充填して蓋１６を接着し、超音波プローブ１を得る。
【００３３】
この超音波プローブ１によれば、背面板１５と部組１２とを第一位置決め部２０にて位置決めした状態で、さらに第二位置決め部２１にてハウジング本体１３に位置決めすることができ、圧電振動子７のハウジング部１７に対するずれを精度良く規制しながらハウジング部１７に容易に収納することができる。
従って、圧電振動子７の位置決め精度を維持しながら組立て作業を容易に行うことができる。
【００３４】
また、ケーブル１８の同軸信号線３１をフレキシブル基板１１に接続する際、各同軸信号線３１の引き出し方向を傾斜面１０Ｂの法線Ｃ方向と同軸信号線３１の延びる方向との間の方向とすることができ、フレキシブル基板１１から同軸信号線３１を途中で屈曲することなく引き出して同軸信号線３１とフレキシブル基板１１との固定部にかかるストレスを軽減することができ、使用時の断線を抑えることができる。
【００３５】
さらに、圧電振動子７をハウジング部１７に収納する前に同軸信号線３１を背面板１５の貫通孔１５Ｂに挿通し、同軸信号線３１をフレキシブル基板１１に接続して背面板１５と背面負荷材１０とを位置決めでき、作業性を向上することができる。
また、この状態で背面板１５をハウジング本体１３に位置決めして部組１２をハウジング部１７に容易に収納する際、同軸信号線３１とフレキシブル基板１１との固定部にかかるストレスを軽減して断線を抑えることができる。
【００３６】
さらに、ハウジング部１７を組立てる際、背面板１５のＸ方向両端１５Ｄ、１５Ｅを溝３０Ａ、３０Ｂにそれぞれ凹凸結合させながら滑らせて移動することによって、容易に双方の位置決めを行うことができる。
【００３７】
次に、第２の実施形態について図５及び図６を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る超音波プローブ４０の背面負荷材４１には第１の実施形態に係る背面負荷材１０の突起２３が配されておらず、背面板４２が、ハウジング本体４３に対してケーブル１８側のＹ方向側面全体とされている点である。
【００３８】
即ち、本実施形態では、背面負荷材４１は突起２３が配されていない以外は、第１の実施形態に係る背面負荷材１０と同一形状とされている。
また、ハウジング部４４は、蓋１６、ハウジング本体４３及び背面板４２を備えており、第一位置決め部４５は、背面板４２の内面４２Ｃ及び一対の突出部２８Ａ、２８Ｂと、背面負荷材４１のＹ方向側面４１Ｄ及びＸ方向側面４１Ｃとからなる。そして背面板４２は、背面負荷材４１のＸ方向側面４１Ｃと一対の突出部２８Ａ、２８Ｂとを当て付けながら内面４２Ｃと背面負荷材４１のＹ方向側面４１Ｄとが当接する位置まで嵌合することによってＸＹ方向の位置決めがなされる。
【００３９】
一方、ハウジング本体４３の溝３０Ａ、３０Ｂは、ハウジング本体４３の上端４３Ｂから下端４３Ｅまで延びて配されており、第二位置決め部４６が、ハウジング本体４３の溝３０Ａ、３０Ｂと、背面板４２のＸ方向両端４２Ｄ、４２Ｅとから構成されている。
即ち、背面板４２及び部組１２は、ハウジング本体の溝３０Ａ、３０Ｂと背面板４２のＸ方向両端４２Ｄ、４２Ｅとを係合させることによってＸＹ方向の位置決めがなされる。
【００４０】
背面板４２と背面負荷材４１とのＺ方向の位置決め、及び、背面板４２とハウジング本体４３とのＺ方向の位置決めは、何れの場合も、ハウジング本体４３の下端４３Ｅ及び音響整合層８と同一の平面を形成する図示しない基準面に対して、背面板４２の底面４２Ａを押付けることによって行う。
【００４１】
この超音波プローブ４０によれば、第一の実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。
特に、本実施形態の場合、上述のように背面負荷材４１が突起を設けない構成とされているので、背面負荷材４１の形状を簡略化でき、より精度の高い部品を提供することができる。また、組立作業性をより向上することができる。
【００４２】
次に、第３の実施形態について図７を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第３の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る超音波プローブ５０のフレキシブル基板５１が、略直方体形状とされた背面負荷材５２のＸ方向側面５２Ｃのそれぞれのみに配設可能に二つ（一方側のみ図示）に分割されて配されている点である。
【００４３】
背面負荷材５２のＺ方向上方側は、接着面５２Ａと略平行の平面５２Ｂとされている。
信号電極用接続部２５及びグランド用接続部２６は、フレキシブル基板５１からの同軸信号線３１の引き出し方向が、ケーブル１８が延びるＹ方向と音響整合層８の法線方向となるＺ方向との何れの方向に対しても同一平面上で傾くように背面板１５側に向かって配されている。
【００４４】
本実施形態に係る超音波プローブ５０も、第一の実施形態と同様の方法で組立てを行うことができ、同様の作用・効果を奏することができる。
特に、小型化によって、ハウジング部内のＺ方向にフレキシブル基板５１からの同軸信号線３１の引き出しスペースを十分に確保できない場合であっても、フレキシブル基板５１から同軸信号線３１を屈曲することなく、かつ、ハウジング本体１３等の内壁に干渉することなく引き出すことができ、同軸信号線３１とフレキシブル基板５１との接続部分にかかるストレスを軽減することができ、使用時の断線を抑えることができる。
【００４５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、ハウジング部をハウジング本体、背面板、蓋の三部品にて構成させているが、三部品に限らず、二部品、四部品以上であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波プローブを備える超音波探傷装置の全体概要を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る超音波プローブを示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る超音波プローブの分解構成を示す斜視図である。
【図４】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る超音波プローブを示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る超音波プローブの分解構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る超音波プローブであって、図５のＢ−Ｂ断面に相当する部分を示す一部側面断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１、４０、５０  超音波プローブ
７  圧電振動子
８  音響整合層（音響整合部）
１０、４１、５２  背面負荷材（背面負荷部）
１０Ｂ  傾斜面
１１、５１  フレキシブル基板（基板部）
１２  部組（形成部）
１３、４３  ハウジング本体
１５、４２  背面板（分離部）
１５Ｂ  貫通孔
１５Ｄ、１５Ｅ、４２Ｄ、４２Ｅ  Ｘ方向両端（凸部）
１７、４４  ハウジング部
１８  ケーブル（信号線）
２０、４５  第一位置決め部
２１、４６  第二位置決め部
３０Ａ、３０Ｂ  溝（凹部）
５２Ｃ  Ｘ方向側面（側面）
【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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