(57)【要約】【課題】ボールを押し続け、さらに押力荷重がかかってもタクテイルスイッチに過負荷荷重がかからないようなスイッチ機構を備えたトラックボールを提供することにある。【解決手段】タクテイルスイッチ８の下方には、プランジャー突起部３ａを有するプランジャー部３が設けられている。このプランジャー部３は中間部から底部にかけて円柱状の空洞が形成されている。この空洞にはコイルバネ６が挿入されている。このコイルバネ６の全長はこの空洞の高さよりも長くなっている。プランジャー部３はプランジャー収容ケース４に収容されている。コイルバネ６は、プランジャー部３の底部から所定の間隔をおいて形成されているバネ保持部１６によって保持されている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールをアクチュエー卜して基板に取り付けられたスイッチを作動させるプランジャー部を含むスイッチ機構を備えたトラックボールにおいて、
前記プランジャー部の内部には空洞が形成され、この空洞には前記プランジャー部を支持するコイルバネが挿入されており、該コイルバネの下端には当該コイルバネを保持するバネ保持部が設けられていることを特徴とするトラックボール。
【請求項２】
前記プランジャー部はプランジャー収容ケースに収容されており、前記バネ保持部は、前記プランジャー部の底部から下方に所定間隔をおいて形成されていることを特徴とする請求項１記載のトラックボール。
【請求項３】
前記コイルバネの全長は前記プランジャー部の空洞の高さよりも長くなっていることを特徴とする請求項１記載のトラックボール。
【請求項４】
ボールをアクチュエー卜して基板に取り付けられたスイッチを作動させるスイッチ機構を備えたトラックボールにおいて、
前記スイッチ機構は前記スイッチのスイッチング可動部に接触する反転部材を有し、
前記スイッチング可動凸部は前記反転部材に接触し、さらに負荷がかかり、過負荷状態になったとき、前記反転部材はその接触面が反転して凹部形状となることを特徴とするトラックボール。
【請求項５】
前記スイッチの可動ストロークが一定以上になると、前記スイッチング可動凸部が可動しないようにするためのストッパーが設けられていることを特徴とする請求項４記載のトラックボール。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載のトラックボールにおいて、光学的な移動検出手段を備えていることを特徴とするトラックボール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディスプレイ画面（操作画面）上の位置指定や座標データの入力に使用する入力装置であるポインティング・デバイスに関し、特に、直接ボールを回転させることでコントロールするトラックボールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この技術分野において周知のように、パーソナル・コンピュータなどのコンピュータの入力装置としてポインティング・デバイスが使用される。コンピュータはカー・ナビゲーション・システムであっても良い。ポインティング・デバイスは、ディスプレイ画面上の位置指定や座標データの入力に使用される。ポインティング・デバイスには、マウスやトラックボール、トラックパッドなどがある。
【０００３】
トラックボールは、マウスをひっくり返したような構造をしており、直接ボールを回転させることでコントロールする。トラックボールは、マウスと異なり移動させるスペースが必要ない。
【０００４】
トラックボールには、マウスで周知の如く機械的に位置検出を行うもの（例えば、特許文献１、参照）と、光学式トラックボールは、例えば、特許文献２に開示された光学式ボインタマウスの光学式読み取り機構を応用したものである。
【０００５】
特許文献１のトラックボールにおいては、ディスプレイの画面上に表示された画像の表示座標を予備表示するポインタの座標を指操作により設定するために設けられ、筐体内の収容部に収容されたボールの直交する２方向の移動量を検出する検出手段として、互いに直交するＸ／Ｙ方向の回転移動量をローラの回転軸の一端にそれぞれ設けられたロータリエンコーダによって検出する構成である。さらに、特許文献１のトラックボールにおいては、ボールにクリック感を持たせるために、ボールの外周に接するローラを介して、ボールのＸ／Ｙ方向の回転移動量を検出するロータリエンコーダに、それぞれクリック機構を設けて、ボールの回転のクリック感を与える構成である。
【０００６】
一方、特許文献２のポインタマウスを応用したトラックボールは、位置検出機構として、収容部に収容されたボールの表面の特定位置にそれぞれ対応した特有のパターンを設けて、ＬＥＤからの光をボールに入射して，その反射光のパターンをＣＣＤセンサに読み取らせることで、回転量を検出する構成である。
【０００７】
ここで、従来のトラックボールでは、ボールを押して下方にあるタクテイルスイッチをオンオフさせている。ここで、ボール１１を押すと、その押力荷重は下方にある支持部材、基板を介してタクテイルスイッチの下方先端のスイッチング可動凸部にまで伝わる。その結果、スイッチング可動凸部は下方に移動し、プランジャーの突起部に接触する。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２８２０８８号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１１−３４５０７５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ボールを押し続け、さらに押力荷重がかかるとタクテイルスイッチに過負荷荷重がかかり、タクテイルスイッチが破損するおそれが生じる。これはプランジャー部が固定されているためタクテイルスイッチからの過負荷荷重を逃がす構造となっていないためであった。
【００１１】
そこで、本発明の技術的課題は、ボールを押し続け、さらに押力荷重がかかってもタクテイルスイッチに過負荷荷重がかからないようなスイッチ機構を備えたトラックボールを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ボールをアクチュエー卜して基板に取り付けられたスイッチを作動させるプランジャー部を含むスイッチ機構を備えたトラックボールにおいて、前記プランジャー部の内部には空洞が形成され、この空洞には前記プランジャー部を支持するコイルバネが挿入されており、該コイルバネの下端には当該コイルバネを保持するバネ保持部が設けられていることを特徴とするトラックボールが得られる。
【００１３】
さらに、本発明によれば、前記プランジャー部はプランジャー収容ケースに収容されており、前記バネ保持部は、前記プランジャー部の底部から下方に所定間隔をおいて形成されていることを特徴とするトラックボールが得られる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、前記コイルバネの全長は前記ブランジャー部の空洞の高さよりも長くなっていることを特徴とするトラックボールが得られる。
【００１５】
又、本発明によれば、ボールをアクチュエー卜して基板に取り付けられたスイッチを作動させるスイッチ機構を備えたトラックボールにおいて、前記スイッチ機構は前記スイッチのスイッチング可動部に接触する反転部材を有し、前記スイッチング可動凸部は前記反転部材に接触し、さらに負荷がかかり、過負荷状態になったとき、前記反転部材はその接触面が反転して凹部形状となることを特徴とするトラックボールが得られる。
【００１６】
さらに、本発明によれば、前記スイッチの可動ストロークが一定以上になると、前記スイッチング可動凸部が可動しないようにするためのストッパーが設けられていることを特徴とするトラックボールが得られる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、前記トラックボールにおいて、光学的な移動検出手段を含めてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態によるトラックボールを示す平面図である。図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。図４は図３の縦断線よりボール側に縦断した断面図である。図５は本発明のトラックボールのスイッチ機構を示した図である。
【００２０】
図１を参照すると、トラックボール１０は、それぞれ互いに合わさるカバー及びベース部である第１の筐体部１２ａ及び第２の撞体部１２ｂからなる筐体１２と、第１の筐体部１２ａの上面側に露出したゴム製のボール１１と、このボール１１の周辺部に設けられ、ボール１１の上方への離脱を防止する上側カバーリング１と、筐体１２内から引き出された電源ケーブル１４と、電子機器接続するためのＵＳＢケーブル１５とを備えている。なお、本実施の形態においては、ボール１１はすべりにくく、静電気を生じないゴム製であるが、ゴムに限定されず、アクリル等の樹脂製や金属製であっても良く、略表面がなめらかで、変形しない球形状のものであるならば、これらに限定されるものではない。また、ＵＳＢケーブル１５は一端にＵＳＢコネクタ１５ｂを備えたＵＳＢケーブル本体１５ｃを用いているが他のインターフェース接続、例えば、ＩＥＥＥ１３９４ケーブル、ＰＳ／２ケーブル等の他の接続であっても良いことは勿論である。尚、１４ａ，１５ａは、筐体１２から各ケーブル１４，１５を導出させるための孔に装着されるゴム等の中心部に貫通穴を備えた柔軟性の絶縁材料からなる保護部材である。
【００２１】
図３及び図４を参照すると、トラックボール１０はボール１１を備えている。ボール１１の下側には、ボール１１を収容するための略半球状のボールの収容部５が設けられた収容台１３とこれを支持する支持部材７とが設けられている。
【００２２】
図２を参照すると、ボール１１の上側は、上側カバーリング１によってその上方への移動を阻止されている。上側カバーリング１はその周辺部に半径方向外方に突出した鍔片１ｂ，ｌｃによって、第１の筐体部１２ａの上面から上方に離脱することを阻止されている。
【００２３】
また、ボール１１の下方には、ＣＣＤセンサ５０ａを含む光学的移動検出手段５０が設けられている。この光学的移動検出手段５０は、図示しないＬＥＤの放射光がボール１１面で反射したときの、例えば、ボール１１表面からの反射光のパターンを読み取って、移動検出を行う。
【００２４】
図３に最も良く示されるように、第１のモータ（Ｘ軸モータ）６２が、その回転軸６３を上方に延在するように設けられている。回転軸６３の一端に、傘歯車２５が設けられ、傘歯車２４とかみ合わされる。また、回転軸６３の傘歯車２５と第１のモータ６２との間には、Ｘ軸モータ用ロータリーエンコーダ（第１のロータリエンコーダ）２８を設けても良い。ローラ支持部２２は、その底部を支持部材７によって支持されている。
【００２５】
図２に最も良く示されるように、支持部材７には基板９が取り付けられており、基板９には下方に向かってタクテイルスイッチ８が取り付けられている。タクテイルスイッチ８の下方先端にはスイッチング可動凸部８ａが形成されている。
【００２６】
タクテイルスイッチ８の下方には、プランジャー突起部３ａを有するプランジャー部３が設けられている。このプランジャー部３は中間部から底部にかけて円柱状の空洞が形成されている。この空洞にはコイルバネ６が挿入されている。このコイルバネ６の全長はこの空洞の高さよりも長くなっている。
【００２７】
ここで、プランジャー部３はプランジャー収容ケース４に収容されている。コイルバネ６は、プランジャー部３の底部から所定の間隔をおいて形成されているバネ保持部１６によって保持されている。
【００２８】
ボール１１を押すと、その押力荷重は支持部材７，基板９を介してタクテイルスイッチ８の下方先端のスイッチング可動凸部８ａにまで伝わる。その結果、スイッチング可動凸部８ａは下方に移動し、プランジャー突起部３ａに接触する。さらに、ボール１１を押しつづけるとプランジャー突起部３ａはさらに、下方に移動すると同時にコイルバネ６も応力がかかり縮む。
【００２９】
すなわち、ボール１１を押し続けることによって過負荷荷重がかかっても、コイルバネ６にその荷重が吸収される。
【００３０】
次に、本発明のトラックボールのスイッチ機構の他の実施の形態について図５を参照して説明する。図５（ａ）はボール１１を押していない状態、すなわちスイッチオフの状態におけるスイッチ機構の断面図であり、（ｂ）はボール１１を押した状態、すなわちスイッチオンの状態におけるスイッチ機構の断面図であり、（ｃ）はボール１１を押し続けた状態、すなわち過負荷状態におけるスイッチ機構の断面図である。
【００３１】
上記したプランジャー内にコイルバネを設けて過負荷荷重を吸収した実施の形態と異なり、プランジャーとコイルバネの機能を反転部材８８に持たせている。反転部材８８は、筐体８９に取り付け固定された反転部材収容部７４に保持されている。スイッチがオンしたとき、タクテイルスイッチ８のスイッチング可動凸部８ａは反転部材８８に接触し、さらに負荷がかかり、過負荷状態になったとき、反転部材８８はその接触面が反転して凹部形状となる（図５（ｃ）参照）。尚、タクテイルスイッチの可動ストロークが一定以上になると、ストッパー７５が働いてそれ以上下方には行かないようになっている。
【００３２】
また、第１のモータ６２と筐体の幅方向の略対象位置に第２のモータ（Ｙ軸モータ）６１が、その回転軸６３を上方に延在するように設けられている。回転軸６３の一端に、傘歯車３５が設けられ、傘歯車３４とかみ合わされる。また、回転軸６３の傘歯車３５と第２のモータ６１との間には、第１のモータ６２と同様にＹ軸モータ用ロータリーエンコーダ３８を設けても良い。ローラ支持部２２は、その底部を支持部材７によって支持されている。
【００３３】
この支持部材７の下方には、ボール１１が下降した際に、スイッチ６５の接点６５ａを押すように、スイッチング可動部８ａを備えたタクテイルスイッチ８が設けられている。
【００３４】
図３に最も良く示されるように、支持部材７の下端には、バネ保持部５６ａ，５６ａが設けられ、一方、第２の筐体部１２ｂの対応する水平位置に同様にバネ保持部５６ｂ，５６ｂが設けられ、このバネ保持部間にコイルバネ５５がそれぞれ挿入されている。このコイルバネ５５は、支持部材７を常に上方に付勢するように設けられている。
【００３５】
図２に最も良く示されるように、ボール１１の下部には、ＣＣＤセンサ５０ａを含む光学的移動検出手段５０が設けられている。この光学的移動検出手段は、図示しないＬＥＤの放射光がボール１１面で反射したときのボール面のパターンを読み取って、移動検出を行う。
【００３６】
また、ローラ支持部２２と、支持部材７の隅寄りの部分からそれぞれ起立した立設片４５との間には、コイルバネ４４が設けられている。ボール５１の一周辺部には、ボールを発光させるためのＬＥＤ５１が設けられている。
【００３７】
次に、本発明の実施の形態によるトラックボールの具体的動作について説明する。
【００３８】
トラックボール１０はＵＳＢ等のインターフェースを介して、Ｘ軸モータドライバ、Ｙ軸モータドライバ、及び制御部等を備えたパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）に接続される。例えば、パーソナル・コンピュータがカー・ナビゲーション・システムを構成する場合を例に挙げて説明する。このシステムにおいては、トラックボールを、車載コンピュータの地図画面上に現在位置を表示し、目的地へのルートをガイドするカー・ナビゲーション・システムのポインティング・デバイスとして使用するものである。
【００３９】
このカー・ナビゲーション・システムでは、ディスプレイ画面（操作画面）（図示せず）を地図画面として使用すると共に、メニューを選択するために、ディスプレイ画面（操作画面）をメニュー選択画面としても使用している。
【００４０】
操作画面が地図画面の場合、操作者がトラックボール１０を操作（回転）することによって、マウスの場合と同様に、地図画面上のポインタ（カーソル）を３６０度どの方向にも連続的に移動したり、地図画面上に表示されている地図を連続的に移動（シフト）させることができる。すなわち、通常トラックボール操作によってトラックボール１０に通常トラックボール動作を行わせることができる。
【００４１】
ここで、操作画面がメニュー選択画面である場合、通常トラックボール操作によってトラックボール１０に上述した通常トラックボール動作をさせると、操作者にとってはポインタ（カーソル）の合わせる位置がしぼり難くなる。すなわち、操作画面がメニュー選択画面の場合、通常トラックボール操作をしたのでは、操作者にとって使い勝手のよいものとはいえない状況になる。
【００４２】
そこで、本発明の実施の形態によるトラックボール１０では、通常トラックボール操作以外に、操作画面がメニュー選択画面等の場合において、ポインタの位置決めを容易に行うことが可能なクリックトラックボール操作をも行わせるようにしている。すなわち、操作画面が地図画面の場合には通常トラックボール動作を行うようにし、操作画面がメニュー選択画面の場合にはクリックトラックボール動作を行うようにしている。換言すれば、操作画面の種類に応じて、トラックボール１０の操作者に対して異なった操作感触を与える。
【００４３】
トラツクボール１０は、このボール１１の移動を検出するＣＣＤセンサ５０を備えている。このＣＣＤセンサ５０は、図示しない発光ダイオード（ＬＥＤ）から出射されたセンサ用ＬＥＤ光がボール１１で反射された反射光を受光することによって、ボール１１の移動を検出するものである。
【００４４】
トラックボール１０は、光学式移動検出手段を備えた光学式トラックボールである。ボール１１の外周には、直交する半径に対して直角の方向（Ｙ方向、Ｘ方向）にそれぞれ延在するＸ軸回転軸２３，Ｙ軸回転軸３３を有するＸ軸トルク伝達ローラ２１，Ｙ軸トルク伝達ローラ３１が当接している。Ｘ軸回転軸２３の一端には、傘歯車２４，２５を介してＸ軸用ＤＣモータ６１が設けられており、Ｙ軸回転軸３３の一端には、傘歯車３４，３５を介してＹ軸用ＤＣモータ６２が設けられている。
【００４５】
Ｘ軸用ＤＣモータ６１は、図示しないＰＣ内のＸ軸モータドライバによって駆動され、Ｙ軸用ＤＣモータ６２は同様に図示しないＹ軸モータドライバによって駆動される。ＣＣＤセンサ５０によって検出されたボール１ユの移動量を示す信号は、図示しない制御部へ送られる。制御部は、このボール１１の移動量を示す信号に応答して、Ｘ軸モータドライバおよびＹ軸モータドライバへそれぞれＸ軸モータ駆動指令およびＹ軸モータ駆動指令を送出して、Ｘ軸用ＤＣモータ６１およびＹ軸用ＤＣモータ６２の駆動を制御する。
【００４６】
Ｘ軸回転軸２３，Ｘ軸トルク伝達用ローラ２１、Ｘ軸用ＤＣモータ６１、およびＸ軸モータドライバの組み合わせは、ボール１１をＸ方向に回転させる第１の駆動手段として動作する。同様に、Ｙ軸回転軸３３、Ｙ軸トルク伝達用ローラ３１，Ｙ軸用ＤＣモータ６２、およびＹ軸モータドライバの組み合わせは、ボール１１をＹ方向に回転させる第２の駆動手段として動作する。
【００４７】
制御部は、操作画面の種類に応じて、第１および第２の駆動手段を制御して、ボール１１の操作者に対して異なった操作感触を与える。
【００４８】
この制御部における具体的な動作例について説明する。カー・ナビゲーション・システムは、ディスプレイ画面（操作画面）を有し、この操作画面は、地図を表示する地図画面とメニューを選択するためのメニュー選択画面との間で切換えが可能である。
【００４９】
今、現在の操作画面の種類を示す画面情報は、カー・ナビゲーション・システムから制御部へ送出される。画面情報が、現在の操作画面が地図画面であることを示しているとする。この場合、制御部は、通常トラックボール動作を行うように、第１および第２の駆動手段を制御する。即ち、制御部は、Ｘ軸モータドライバおよびＹ軸モータドライバそれぞれＸ軸モータ駆動指令およびＹ軸モータ駆動指令を送出しない。つまり、通常トラックボール動作では、制御部は、第１および第２の駆動手段を何ら制御しない。その結果、操作者は自由に（何ら違和感なく）ボール１１を全方向に回転することができる。
【００５０】
一方、画面情報、即ち、現在の操作画面がメニュー選択画面であることを示しているとすると、この場合、制御部は、クリックトラックボール動作を行うように、第１および第２の駆動手段を制御する。具体的には、メニュー選択画面は、例えば、３×３＝９の桝目を持ち、ポインタとしてのコマがこれら９個の桝目を移動してその中の１つを選択する。各桝目は特定のラジオ局を指している。制御部は、ＣＣＤセンサ５０からのボール１１の移動量を示す信号に応答して、メニュー選択画面の相隣り合う２つの桝目の境目でトラックボール１０にクリック感を持たせるために、桝目の境目に近付くにつれて荷重を徐々に強くし、これを抜けると荷重を弱くするというように、第１および第２の駆動手段を制御する。これにより、ボール１１の操作者に対して、マウスのホイール操作のようなクリック感を与えることが可能となる。したがって、コマの行き過ぎや、操作性の悪さを解消することができる。
【００５１】
次に、トラックボールのクリック動作について更に詳述する。制御部は、ボール１１の移動量に応じたＸ軸用ＤＣモータ６１およびＹ軸用ＤＣモータ６５に対するトルク量を示すトルクテーブル（図示せず）を有する。このトルクテーブルには、ポインタが桝目の中心にあるときは零で、それより桝目の境目へ近付くにつれてその中心へ戻すように徐々に強くなるようなトルク量が記載されている。トルクテーブルに記載されているトルク量を任意に変えることが可能である。これにより、クリックを起こさせるまでの距離（クリックピッチ）を変化させたり、ポインタ（カーソル）が斜めに移動するのを抑えたり、クリックに強弱をつけたり、操作画面３０の端にカーソル（ポインタ）が移動したときにボール１１の移動を抑えたり、等の効果をトラックボール１０に持たせることが可能となる。
【００５２】
また、トルクテーブルのトルク量を調整することにより、操作画面の上下左右にレールを作り、コマを上下左右方向に移動させ（ボール１１をＸ方向、Ｙ方向に回転させ）易いようにして、トラックボール１０の操作性を向上させることもできる。
【００５３】
また、上述した実施の形態では、ボール１１の移動を検出する移動検出手段として、ＣＣＤセンサ５０を使用した光学式移動検出手段を用いているが、その代わりに、機械式移動検出手段を用いてもよい。
【００５４】
この機械式移動検出手段は、Ｘ軸回転軸２３に設けられたＸ軸モータ用ロータリエンコーダ２８と、Ｙ軸回転軸２３に設けられたＹ軸モータ用ロータリエンコーダ３８とを有する。Ｘ軸モータ用ロータリエンコーダ２８で検出されたＸ方向の移動量を示す信号およびＹ軸モータ用ロータリエンコーダ３８で検出されたＹ方向の移動量を示す信号は、制御部へ送られる。後の動作は前述した光学式のものと同様である。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ボールを押し続けてタクテイルスイッチに過負荷荷重がかかっても、コイルバネ若しくは反転部材によって過負荷荷重を吸収するのでタクテイルスイッチが破損することなくスイッチング動作が可能となる。これはプランジャー部が可動するためタクテイルスイッチからの過負荷荷重を逃がすことができることによる。また反転部材では過重がかかると反転することにより過重を吸収することによる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトラックボールの−実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図３の縦断線よりボール側に縦断した断面図である。
【図５】本発明に係るトラックボールのスイッチ機構の他の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  上側カバーリング
１ｂ，１ｃ  鍔片
２  防塵・防水リング
３  プランジャー部
３ａ  プランジャー突起部
４  プランジャー収容ケース
５  収容部
６  コイルバネ
７  支持部材
８  タクテイルスイッチ
８ａ  スイッチング可動凸部
９  基板
１０  トラックボール
１１  ボール
１２  筐体
１２ａ  第１の筐体部
１２ｂ  第２の筐体部
１３  リング部材
１４  電源ケーブル
１５  ＵＳＢケーブル
１５ｂ  ＵＳＢコネクタ
１５ｃ  ＵＳＢケーブル本体
１６  バネ保持部
２０  第１のローラ（Ｘ軸トルク伝達ローラ）
２１  第１のローラ本体
２２，３２  ローラ支持部
２３  Ｘ軸回転軸
２４，２５，３４，３５  傘歯車
２６，３６  コイルバネ
２８  Ｘ軸モータ用ロータリエンコーダ
３３  Ｙ軸回転軸
３８  Ｙ軸モータ用ロータリエンコーダ
５０  光学的移動検出手段
５０ａ  ＣＣＤセンサ
５１  ＬＥＤ
５５  コイルバネ
５６ａ，５６ｂ  バネ保持部
６１  第２のモータ
６３  回転軸
７４  反転部材収容部
７５  ストッパー
８７  基板
８８  反転部材
８９  筐体
【図１】
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【図２】
2004302627.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004302627.tif 000006
【図５】
2004302627.tif 000007