(57)【要約】【課題】導光板に対して効率よくＬＥＤからの出射光を入射させる照明装置を提供する。【解決手段】基板４００にライン状に配列された発光ダイオード４０１と、発光ダイオード４０１の発光面に対向する端面４０３ａを有する導光板４０３と、導光板４０３との接触箇所を有していて各発光ダイオード４０１からの出射光の一部を端面４０３ａに向けて反射させる反射体４０４とを、照明装置に備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体にライン状に配列された発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの発光面に対向する端面を有する導光板と、
前記端面と前記基体との双方に接する接触箇所を有していて前記導光板からの出射光を当該導光板に再入射させる反射体とを備える照明装置。
【請求項２】
前記反射体は、前記各発光ダイオードからの出射光の一部を前記端面に向けて反射させる請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記反射体は、前記発光ダイオードの配列位置に対応する開口部を有している請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
前記反射体は、略筒状の一部を構成する形状の反射面を有していて、
前記反射面の長手方向に直交する断面が、懸垂曲線成分、２次曲線成分、楕円曲線成分あるいは放物線成分を形成する、請求項１記載の照明装置。
【請求項５】
前記基板は、照明装置本体に対して着脱可能である、請求項１記載の照明装置。
【請求項６】
前記発光ダイオードは、発光ダイオード本体の駆動時に生じる熱を放出する放熱部と、当該放熱部の反対面に位置する発光面とを有する請求項１記載の照明装置。
【請求項７】
請求項１記載の照明装置と、
商用電源に接続されていてＡＣ電流をＤＣ電流に変換するコンバータと、
前記商用電源との電気的接続がなされているときに充電されており当該電気的接続が断たれたときに前記発光ダイオードに向けて放電するバッテリ電源とを備える発光標識システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及び発光標識システムに関し、特に、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する。）を用いた照明装置及び発光標識システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、液晶表示装置のバックライトとして用いられる照明装置が開示されている。この照明装置は、入光面を有する導光板と、上記入光面に光を照射可能となるように基板上に装着された複数の光源とを備え、これら光源からの入射光によって上記導光板表面が略均等に明るくなるように構成されている。
【０００３】
また、特許文献１に開示されている照明装置は、上記導光板の入光面と基板との間に設けられ、上記各光源及びこれらの光路をまとめて取り囲む案内部材と、上記各光源同士の隙間を埋めるように上記基板上に配設されたスペーサ部材とを備え、このスペーサ部材は、上記各光源の照射光のうち、少なくとも上記導光板又は案内部材からの反射光の一部を反射するように構成されている。
【０００４】
このように、特許文献１に開示されている照明装置は、液晶表示装置のバックライトとして用いられることで必要となるスペーサ部材に反射機能を備えて、少ない光源で照明の輝度を向上させている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６４５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されている発明は、以下の点で問題がある。
【０００７】
第一に、スペーサ部材が不要なタイプの照明装置には、適用が困難である。例えば、導光板の端面とＬＥＤ光出射面とが対向するように配置されたＬＥＤを備えるタイプの照明装置は、導光板の端面とＬＥＤとの間に、スペーサ部材を有しない。よって、この種の照明装置には、上記技術をそのまま適用することはできない。
【０００８】
第二に、通常、基板上には、ＬＥＤのほかにＬＥＤの点灯を実現するための抵抗等の電子機器が搭載される。したがって、スペーサ部材等の反射体は、抵抗等の邪魔にならないように配置する必要があるため、その配置位置は限定的となる。
【０００９】
第三に、スペーサ部材に反射機能を備えた場合には、導光板の端面からＬＥＤ側への出射光が生じること自体を防止することはできない。係る場合には、当該出射光は反射エネルギー等によるロスが生じることになり、導光板への光の再入射は限定的である。
【００１０】
そこで、本発明は、導光板に対して効率よくＬＥＤからの出射光を入射させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の照明装置は、
基体にライン状に配列された発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの発光面に対向する端面を有する導光板と、
前記端面と前記基体との双方に接する接触箇所を有していて前記導光板からの出射光を当該導光板に再入射させる反射体とを備える。
【００１２】
また、前記反射体は、前記各発光ダイオードからの出射光の一部を前記端面に向けて反射させるとよい。こうすると、光のロスを抑えることができる。前記発光ダイオードの配列位置に対応する開口部を有していると、開口部の内壁も反射体として機能するので好ましい。
【００１３】
さらに、前記反射体は、略筒状の一部を構成する形状の反射面を有していて、前記反射面の長手方向に直交する断面が、懸垂曲線成分、２次曲線成分、楕円曲線成分あるいは放物線成分を形成するとよい。こうすると、導光板に対して、より均一な照度で光を入射できるようになる。
【００１４】
また、前記基板は、照明装置本体に対して着脱可能とするとよい。こうすると、発光ダイオードの寿命、故障時に、新しい基板に交換することが可能となる。
【００１５】
さらに、前記発光ダイオードは、発光ダイオード本体の駆動時に生じる熱を放出する放熱部と、当該放熱部の反対面に位置する発光面とを有することもできる。このため、ヒートシンクは、ＬＥＤチップの端子に邪魔されることなく、任意の大きさで、基板裏面（第２の面）側に配置することが可能となる。
【００１６】
さらに、本発明の発光標識システムは、上記照明装置と、
商用電源に接続されていてＡＣ電流をＤＣ電流に変換するコンバータと、
前記商用電源との電気的接続がなされているときに充電されており当該電気的接続が断たれたときに前記発光ダイオードに向けて放電するバッテリ電源とを備える。
【発明の実施の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の照明装置の模式的な分解斜視図である。図１には、リジッド又はフレキシブルな基板４００と、基板４００に搭載されたＬＥＤチップ４０１と、ＬＥＤチップ４０１からの出射光を第一端面４０３ａから入射して上面４０３ｂから出射する導光板４０３と、導光板４０３の下面４０３ｃ及び第二端面４０３ｄに設けられている反射シート４０４と、ＬＥＤチップ４０１の配列位置に対応する開口部４０５が形成されていて第一端面４０３ａとＬＥＤ４０１との双方に接する態様で位置する反射体４０２とを示している。
【００１８】
なお、図面理解の容易のために反射シート４０４は、図面左側の側面（第一端面４０３ａの対抗面）にのみ図示しているが、実際には、図面手前側及び奥側の各側面にも設けられている。また、実際には、導光体４０３の上面４０３ｂの上には、プリズムシート、偏光子フィルム、位相差フィルム、光学補償フィルムなどを含む種々フィルムが配置される。
【００１９】
導光板４０３の第一端面４０３ａには、ＬＥＤチップ４０１の配列位置に対応して、上下方向に延びる溝又はプリズムのように、ＬＥＤチップ４０１からの出射光を導光板４０３の面方向に拡散させる拡散部４０３ｅが形成されている。拡散部４０３ｅを形成すると、ＬＥＤチップ４０１間の光４０６が到達しにくい領域にも、光を導くことが可能となる。
【００２０】
導光体４０３の上面４０３ｂには、所要の出射光とするための凹凸が形成される（図示せず）。この凹凸を形成するために、凹凸のパターンを刻んだ金型を用いた射出成形方式、ＮＣ工作機などを用いた機械加工方式、レーザーで凹凸を彫るレーザー加工方式など、いずれかの方式で形成すればよい。
【００２１】
導光板４０３の上面４０３ｂは、図１に示す態様に代えて、実際に光を出射する平面領域と、その平面領域の端から第一端面４０３ａに向けて隆起していく曲面領域とを有する形状としてもよい。この場合には、曲面領域の厚みを例えば０．２５ｍｍ〜０．３５ｍｍ程度とした場合には、平面領域の厚みを例えば０．７ｍｍ〜０．９ｍｍ程度とし、曲面領域の隆起部分を上面４０３ｅに対して４０度〜４５度程度の角度とするとよい。また、上面４０３ｂを上記形状とした場合には、種々フィルムは、曲面領域上には配置せず、平面領域上に配置し、曲面領域上から平面領域の端部に亘って、遮光フィルムを配置するとよい。
【００２２】
図２は、図１に示すＬＥＤチップ４０１等が搭載された基板４００の模式的な分解斜視図である。基板４００の大きさは、たとえば、幅が３〜５ｍｍ、長さが２０〜３０ｃｍ、厚さが２〜３ｍｍ程度としてある。もっとも、基板４００の大きさは、照明装置の用途に応じて適宜決定されるものであり、このサイズに限定されるものではない。
【００２３】
基板４００は、たとえば３つの略正方形の開口部１８が形成されている。各開口部１８内には、略直方体のＬＥＤチップ４０１が配置される。開口部１８は、その大きさがＬＥＤチップ４０１よりもやや大きく、かつ、その対向辺間の距離がＬＥＤチップ４０１の端子４，６間の距離よりも短い。なお、それぞれの角部には、アールが設けられている。
【００２４】
本実施形態では、開口部１８内に、ＬＥＤチップ４０１の一部を収容して、基板４００の表面にＬＥＤチップ４０１を接続した場合に比して、照明装置自体の厚みを相対的に抑えている。
【００２５】
また、基板４００の表面には、ＬＥＤチップ４０１に電流を供給するための、たとえば６つの抵抗１４が搭載されている。基板４００の裏面には、プリント配線が施されていている。本実施形態では、抵抗１４の搭載位置に対応して、その端子を通すスルーホールが形成されている。スルーホールに通された抵抗１４の端子は、基板４００の裏面のプリント配線に半田付けなどによって電気的及び物理的に接続される。なお、抵抗１４を、基板４００の裏面に搭載してもよい。
【００２６】
基板４００のプリント配線には、ＬＥＤチップ４０１の端子４，６も、半田付けなどにより電気的及び物理的に接続される。
【００２７】
ＬＥＤチップ４０１の発光面２ａ周辺の領域２ｂには、後述するように、鏡面加工等を施してある。また、ＬＥＤチップ４０１の発光面２ａに対する裏面には、ＬＥＤチップ４０１を駆動したとき生じる熱を放出する放熱部が設けられる。放熱部は、誘電体などを介して、銅製、アルミニウム製などのヒートシンクに接続される。
【００２８】
なお、照明装置のケース自体もアルミニウム製などとし、かつ、ヒートシンクを当該ケースに接触させれば、ケースもヒートシンクとして機能するため、放熱効率が更に向上するので好ましい。更には、ケースの側面及び／又は裏面の形状は、表面積を稼ぐことによって放熱効果を高めるために、凹凸などを形成するとよい。
【００２９】
ＬＥＤチップ４０１等が搭載された基板４００は、照明装置に対して着脱可能な構造としている。具体的には、照明装置の筺体の端面の一方からスライドさせることで着脱可能としている。これにより、ＬＥＤチップ４０１等の寿命、故障時に、容易に基板４００の交換ができる。
【００３０】
図３は、図１に示す照明装置の側面方向から見た断面図である。図３に示すように、ＬＥＤチップ４０１は、反射体４０２に形成されている開口部４０５内に収容される。また、反射体４０２は、ＬＥＤチップ４０１と導光板４０３との双方に接する態様で設けられている。反射体４０２とＬＥＤチップ４０１との間、反射体４０２と導光板４０３との間には、必要に応じて、接着剤等を塗布してもよい。
【００３１】
この状態で、ＬＥＤチップ４０１から光４０６を出射すると、光４０６は、第一端面４０３ａを通じて導光板４０３に入射する。もっとも、光４０６の中には、第一端面４０３ａで反射されて導光板４０３に入射されないものもあるが、このような光は、開口部４０５の側壁で反射され、導光板４０３に入射される。
【００３２】
なお、ＬＥＤチップ４０１の発光面２ａの周辺領域２ｂを鏡面加工する、或いは、周辺領域２ｂに反射シートを設けるなどすると、開口部４０５と相まって、導光板４０３への光の入射を促進するため好ましい。
【００３３】
導光板４０３へ入射された光４０６は、やがて、導光板４０３の上面４０３ｂから導光板４０３外へ出射されものの、それまでの過程では、下面４０３ｃ及び第二端面４０３ｄに設けられた反射シート４０４で反射しながら導光板４０３内を進むものがある。また、光４０６の中には、第一端面４０３ａに到達し、反射体４０２によって反射され、導光板４０３内にとどまるものがある。
【００３４】
図３に例示するように、導光板４０３の上面４０３ｂ、下面４０３ｃ、第二端面４０３ｄ、及び反射体４０２で反射された光４０６は、上面４０３ｂから導光板４０３外へ出射される。
【００３５】
このように、本実施形態の照明装置は、反射体４０２を備えているため、ＬＥＤチップ４０１から出射された光４０６をロスなく、導光板４０３の上面４０３ｂから出射させることが可能となる。
【００３６】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２の照明装置の一部の分解斜視図である。図４には、既述の基板４００のほかに、長い半筒状の反射体４０７を示している。反射体４０７は、ＬＥＤチップ４０１からの出射光の一部を導光板４０３に向けて反射させるとともに、導光板４０３の第一端面４０３ａからの出射光を導光板４０３に再入射させる反射面４０７ａを有する。反射体４０７は、実際には、その短手方向の両端に略半円状の側壁が形成されている。
【００３７】
反射面４０７ａは、ＬＥＤチップ４０１から発せられた光を、導光板４０３の第一端面４０３ａに対して略均一に拡散させる。反射面４０７ａの長手方向に直交する断面は、懸垂曲線成分、２次曲線成分、楕円曲線成分あるいは放物線成分を形成するようにしてある。反射面４０７ａは、適度に梨地にしたりして、反射集中帯を広げる等、照度の均一性をさらに向上させてもよい。
【００３８】
図５は、図４の反射体４０７とＬＥＤチップ４０１との関係を示す模式図である。ＬＥＤチップ４０１の位置をｘ−ｙ座標の（０，０）点（Ｑ点）とし、反射体４０７の長手方向に直交する断面の曲線を一般的式ｙ＝ｆ（ｘ）とする。この場合に、反射体４０７による反射光を解析する。
【００３９】
ＬＥＤチップ４０１であるところの光源Ｑ（０，０）から出た光４０６は、曲線上のＲ（ｒ，ｓ）で反射してＵ（Ｕ，ｖ）を通る。この時、Ｒ（ｒ，ｓ）での曲線の接線に対するＱ点の対称点をＣ（Ｃ，ｄ）とすると、Ｕ点は、Ｃ点とＲ点を結ぶ線上に位置する。本実施形態では、このような光源Ｑ（０，０）の周辺に位置する反射体４０７によって反射される光４０６の向きを最適に制御して、導光板４０３の第一端面４０３ａをできるだけ均一に照明している。
【００４０】
図５の反射体４０７によって反射される光４０６の現れ方を解析する。光４０６の解析は、反射体４０７の断曲面の数式を定めて、数学的手法を用いれば比較的容易に行うことができる。
【００４１】
例えば上記断曲線を懸垂曲線とする。懸垂曲線とは、糸を地上同じ高さの２点に緩く張って垂れ下げた時にできる曲線の底部が（０，０）を通る場合に、一般式が、ｙ＝ａ＊ｃｏｓｈ（ｘ／ａ）−ａで表される曲線である。懸垂曲線を、図５に示すように、距離ｐだけｙ方向にずらしてｙ＝ａ＊ｃｏｓｈ（ｘ／ａ）−ａとする。
【００４２】
さらに懸垂曲線に対して下記の条件を与えて、Ｕ（Ｕ，ｖ）点のｖ＝ｈ上の挙動を解析する。懸垂曲線は、例えば、断曲面の端部間距離を１０ｍｍ、端部間中央と曲線底部との間の距離（深さ）を９ｍｍとすると、ｙ＝ａ＊ｃｏｓｈ（ｘ／ａ）−ａにおいてａ＝２．１４となる。さらに、光源の位置を、曲線の底部より１ｍｍ（ｐ＝１）のところとする。この場合、下記の（１）〜（４）の条件式が成り立つ。
【００４３】
（１）ｓ＝ｆ（ｒ）、
（２）ｄ／２−ｓ＝ｍ＊（Ｃ／２−ｒ）  （ＱＣの中点はこの接線上にあるから）  ここで、ｍはＲでの接線の勾配（ｍ＝ｄｆ（ｒ）／ｄｘ）、
（３）ｄ／Ｃ＝−１／ｍ    （ＱＣは接線に垂直だから）、
（４）（ｒ−Ｃ）／（Ｕ−Ｃ）＝（ｓ−ｄ）／（ｖ−ｄ）  （点Ｃ、Ｒ、Ｕは同一直線状にあるから）。
【００４４】
なお、ここでは、反射面４０７ａの断曲線が懸垂曲線である場合を例示したが、これを成分として含むもの（一部に含むもの）、或いは、これに代えて又はこれと共に、２次曲線成分、楕円曲線成分あるいは放物線成分を含むものであってもよい。また、断曲線を放物線や楕円などとしても、パラメーターとＬＥＤ光源４００の位置とを最適に選べば、ｙ＝一定である線上の目標の部分に計画的に集中させることができる。
【００４５】
図６は、図５を用いて説明した光４０６の軌跡例を示す図である。図６に示すように、ＬＥＤチップ４０１から出射された光４０６には、反射体４０７に到達するものがある。このような光４０６は、反射体４０７の反射面４０７ａによって導光板４０３の反射体４０７に向けて反射される。また、導光板４０３の第一端面４０３ａから出射された光は、反射体４０７の反射面４０７ａによって、導光板４０３の反射体４０７に向けて反射される。
【００４６】
以上説明したように、ＬＥＤチップ４０１と反射体４０７とを組み合わせることによって、反射体４０７に沿って広がる照射領域の照度を均一にすることができる。
【００４７】
（実施形態３）
図７は、本発明の実施形態３の照明装置に用いる基板４００及び導光板４０２の斜視図である。図８は、図７に示す基板４００及び導光板４０２の側面図である。
【００４８】
図７に示すように、本実施形態に係る基板４００は、ＬＥＤチップ４０１の発光面２ａの周辺領域２ｂのみならず、基板４００自体の表面も鏡面加工等を施す、或いは、アルミナ基板のように光反射性に優れる素材を用いている。すなわち、本実施形態では、基板４００の表面に反射機能を備えている。また、基板４００の側面には、導光板４０３に端部が接する反射板４０８を取り付けて、基板４００を略箱状としている。
【００４９】
したがって、図８に示すように、実施形態１，２で説明した場合と同様、ＬＥＤチップ４０１からの出射光４０６は、導光板４０２内に入射され、効率よく、上面４０３ｂから出射される。
【００５０】
（実施形態４）
図９は、本発明の実施形態４の発光標識システムの模式的な構成図である。図９には、商用電源に接続するための電源プラグ５と、電源プラグ５に接続されていてＡＣ電流をＤＣ電流に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ１０と、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０で変換されたＤＣ電流の一部に対応する電荷がチャージされるバッテリ電源２０と、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０と基板とを接続する接続線１５と、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０で変換されたＤＣ電流によって発光するＬＥＤチップが配列されている基板４００が内蔵されている照明装置５０と、照明装置５０からの照射光を均一に拡散するための導光板４０３と、バッテリ電源２０及び照明装置５０及び導光板４０３が収容されるケース６０とを備えている。照明装置５０は、実施形態１〜３で説明したもののいずれかとしている。なお、発光標識システム内部の部品のレイアウトは、図９に示すものに限定されず、例えば、バッテリ電源２０を導光板４０３の図面手前側に配置、つまり、バッテリ電源２０と照明装置５０とをＬ字型に配置してもよい。
【００５１】
この発光標識装置は、典型的には、ビルなどの大型建物内の非常口案内板などに用いることができる。もちろん、宿泊施設、病院、老人ホーム、あるいは一般家庭等でも用いることができる。具体的には、導光板４０３の前面に対して、非常口案内などが印字されている、透光プラスチック板などが取り付けられ、導光板４０３からの照射光によって当該案内などが表示される。この場合、ＬＥＤ発光標識装置は、ビルの廊下の壁、天井又は床などに設置される。
【００５２】
非常口案内は、災害時等にその必要性が増すので、災害により停電が発生しても、ＬＥＤ発光標識装置は、数分以上の発光を維持できるようにすべきである。したがって、照明装置５０に対して商用電源が供給できなくなった場合には、バッテリ電源２０を照明装置５０への電源として用いることで、照明装置５０の表示を維持するようにしている。
【００５３】
ここで、バッテリ電源２０に比して、一般的に、照明装置５０及び導光板４０３はサイズが小さい。このため、バッテリ電源２０のサイズに合わせてケース６０のサイズを規定すると、ケース６０内には導光板４０３の裏面等に、デッドスペースが生じることになる。ちなみに、ケース６０の厚みは、例えば、２０ｍｍ以下とすることが好ましく、１５ｍｍ以下とするとさらに好ましい。
【００５４】
しかし、バッテリ電源２０を照明装置５０に対して相対的に遠方に配置すると、接続線１５が長くなる。接続線１５が長くなると、その分の電圧ドロップが生じて、ＬＥＤ素子への印加電圧が小さくなる。これでは、ＬＥＤ素子から十分な発光量が得られず、案内表示機能が低下する場合がある。これを防止するため、ＬＥＤ発光標識装置の設置位置が十分に確保できる場合には、図９に示すＬＥＤ発光標識装置を用いることが好ましい。
【００５５】
図１０は、図９に示す発光標識システムの変形例を示す図である。図１０には、図９に示した部分に加えて、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０とバッテリ電源２０との間に設けられていて照明装置５０へ所定の定電流を供給する定電流供給手段４０と、照明装置５０へ所望電流値の電流を供給するために定電流供給手段４０の電流値を制御する制御手段３０とを示している。
【００５６】
発光標識システムの設置スペースが十分に確保できない場合、あるいは照明装置５０の体積を小さくできる長所を生かしたい場合には、図１０に示すような、電源と照明装置５０とを分離して設けることが可能な発光標識システムを用いるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態１の照明装置の模式的な分解斜視図である。
【図２】図１に示すＬＥＤチップ４０１等が搭載された基板４００の模式的な斜視図である。
【図３】図１に示す照明装置の側面方向から見た断面図である。
【図４】本発明の実施形態２の照明装置の一部の分解斜視図である。
【図５】図４の反射体４０７とＬＥＤチップ４０１との関係を示す模式図である。
【図６】図５を用いて説明した光４０６の軌跡例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態３の照明装置に用いる基板４００及び導光板４０２の斜視図である。
【図８】図７に示す基板４００及び導光板４０２の側面図である。
【図９】本発明の実施形態４の発光標識システムの模式的な構成図である。
【図１０】図９に示す発光標識システムの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
電源プラグ５、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０、接続線１５、バッテリ電源２０、照明装置５０、ケース６０、基板４００、ＬＥＤチップ４０１、反射体４０２、導光板４０３、反射シート４０４
【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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