(57)【要約】【課題】  ショルダーバッグやリュックサックを携帯する人間の歩行時の振動により肩に掛かる負担をばねのたわみを介して電力に変換することで低減し、その発生電力を携帯用電子機器の電源として利用できる肩掛けベルト発電装置を提供する。【解決手段】  本体を吊支する吊支部と当該本体にそれぞれ結合具を連結し、それぞれの当該結合部をばねを介して連結し、当該本体側結合具に発電機を固定し、当該発電機と連動する歯車伝動機構を当該本体側結合具に設け、当該歯車伝動機構と当該吊支部側結合具を連結具を介して連結することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体を吊支する吊支部と当該本体にそれぞれ結合具を連結し、それぞれの当該結合部をばねを介して連結し、当該本体側結合具に発電機を固定し、当該発電機と連動する歯車伝動機構を当該本体側結合具に設け、当該歯車伝動機構と当該吊支部側結合具を連結具を介して連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
【請求項２】
請求項１において、吊支部側結合具と歯車伝動機構を連結する連結具に索を用い、歯車伝動機構の戻り運動となるように本体側結合具と歯車伝動機構をばねを介して連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
【請求項３】
請求項２において、発電機と連動する歯車伝動機構をロープ伝動機構に置き換えることを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、伝動機構の戻り運動となるように当該伝動機構と本体側結合具をうず巻きばねを介して連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４において、発電機構である発電機を圧電素子を固着したばね性レバーとカムからなる発電機構に置き換えることを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
【請求項６】
請求項５において、発電機構に用いるカムを歯車に置き換えることを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６において、ばね性レバーを湾曲した形状に形成し、吊支部側結合具と本体側結合具を当該ばね性レバーを介して連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６において、吊支部側結合具と本体側結合具をうず巻きばねを介して連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８において、発電機構と連動する伝動機構に減速機構を用いることを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９において、本体側または吊支部側に電圧変換機構と充電機構を設け、発電機機構と当該充電機構を当該電圧変換機構を介して接続することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０において、吊支部側結合具と本体側結合具を置き換え、当該吊支部側結合具を本体に連結し、当該本体側結合具を吊支部に連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１において、吊支部側結合具を肩掛けベルトに連結し、本体側結合具を本体と連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
【請求項１３】
請求項１２において、肩掛けベルトを取っ手に置き換え、ショルダーバッグ本体やリュックサック本体をカバン本体に置き換え、吊支部側結合具を当該取っ手に連結し、本体側結合具を当該カバン本体と連結することを特徴とする肩掛けベルト発電装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、歩行時に人間が携帯するショルダーバッグやリュックサックなどの振動により結合部に作用する力の変化を電力に変換することで、肩掛けベルトを介して肩に掛かり負担となる荷重の変化を低減し、発生する電力を発光体や携帯用電子機器の電源とする肩掛けベルト発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  先ず、第１の従来の技術として、腕時計の分野では回転中心と重心が偏心するアンバランス車を用いてランダムな動きを回転力に変換し、自動巻機構に回転力を蓄え永久磁石と電機子からなる構成で発電を行い電力に変換している。【０００３】  次に、第２の従来の技術は、靴底に圧電素子を設け歩行持に加わる圧力で発生する電圧を発光体の電源とするものがあり、歩行する人間の体重移動による圧力の変化を電力に変換する発電機構である。【０００４】  次に、第３の従来の技術では、手でレバーを握りその力を歯車列を用いて伝動し永久磁石と電機子からなる発電機の回転力として電力に変換するものもあり懐中電灯や携帯用電子機器の電源として利用されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、前記第１の従来の技術による発電手段はアンバランス車の重量と動く速度による力を電力に変換するものであり、その発電量は装置の重量や大きさに制約されることになり発電力を高めるためには困難な点がある。
【０００６】  次に、前記第２の従来の技術では、圧電素子を設ける位置が靴底に限定されるため、発電による電力を利用できる範囲や方法に制約があるという問題がある。
【０００７】  次に、前記第３の従来の技術では、電力を得るために手でレバーを握るという特別な操作が必要であるという問題があり、本発明は以上の欠点を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明は歩行時の振動でショルダーバッグやリュックサックなどの結合部に作用する力の変化を回転力に変換し発電機の回転とし電力に変換するものであり、下記の構成により前記課題の解決手段としている。先ず、本発明の第１の特徴としては、本体を吊支する吊支部と当該本体にそれぞれ結合具を連結し、それぞれの当該結合部をばねを介して連結し、当該本体側結合具に発電機を固定し、当該発電機と連動する歯車伝動機構を当該本体側結合具に設け、当該歯車伝動機構と当該吊支部側結合具を連結具を介して連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
【０００９】  次に、本発明の第２の特徴としては、前記第１の特徴において吊支部側結合具と歯車伝動機構を連結する連結具に索を用い、歯車伝動機構の戻り運動となるように本体側結合具と歯車伝動機構をばねを介して連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
【００１０】  次に、本発明の第３の特徴としては、前記第２の特徴において発電機と連動する歯車伝動機構をロープ伝動機構に置き換えてなる肩掛けベルト発電装置である。
【００１１】  次に、本発明の第４の特徴としては、前記第２または３の特徴において伝動機構の戻り運動となるように当該伝動機構と本体側結合具をうず巻きばねを介して連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
【００１２】  次に、本発明の第５の特徴としては、前記第１ないし４の特徴において発電機構である発電機を圧電素子を固着したばね性レバーとカムからなる発電機構に置き換えてなる肩掛けベルト発電装置である。
【００１３】  次に、本発明の第６の特徴としては、前記第５の特徴において発電機構に用いるカムを歯車に置き換えてなる肩掛けベルト発電装置である。
【００１４】  次に、本発明の第７の特徴としては、前記第１ないし６の特徴においてばね性レバーを湾曲した形状に形成し、吊支部側結合具と本体側結合具を当該ばね性レバーを介して連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
【００１５】  次に、本発明の第８の特徴としては、前記第１ないし６の特徴において吊支部側結合具と本体側結合具をうず巻きばねを介して連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
【００１６】  次に、本発明の第９の特徴としては、前記第１ないし８の特徴において発電機構と連動する伝動機構に減速機構を用いてなる肩掛けベルト発電装置である。
【００１７】  次に、本発明の第１０の特徴としては、前記第１ないし９の特徴において本体側または吊支部側に電圧変換機構と充電機構を設け、発電機機構と当該充電機構を当該電圧変換機構を介して接続してなる肩掛けベルト発電装置である。
【００１８】  次に、本発明の第１１の特徴としては、前記第１ないし１０の特徴において吊支部側結合具と本体側結合具を置き換え、当該吊支部側結合具を本体に連結し、当該本体側結合具を吊支部に連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
【００１９】  次に、本発明の第１２の特徴としては、前記第１ないし１１の特徴において吊支部側結合具を肩掛けベルトに連結し、本体側結合具を本体と連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
【００２０】  次に、本発明の第１３の特徴としては、前記第１２の特徴において肩掛けベルトを取っ手に置き換え、ショルダーバッグ本体やリュックサック本体をカバン本体に置き換え、吊支部側結合具を当該取っ手に連結し、本体側結合具を当該カバン本体と連結してなる肩掛けベルト発電装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】  以下、本発明の実施の形態についての説明である。先ず、図１に示す構成から説明すれば、結合具ａ２を吊支部に取り付け、結合具ｂ３を本体に取り付け、結合具ａ２と結合具ｂ３をコイルばねａ９を介して連結し、結合具ｂ３に発電機８を固定し、発電機８の回転軸に歯車ａ７を固着し、結合具ｂ３に設けた軸を中心に回転し、且つ、歯車ａ７とかみ合う扇形歯車６を設け、扇形歯車６に設けたガイド孔に連結具とするロッド５の一端を取り付け、ロッド５の他端を結合具ａ２に固定する構成である（請求項１記載）。【００２２】  次に、前記構成の機能について説明すれば、振動により結合具ａ２と結合具ｂ３にＡ方向やＢ方向へ作用する力でコイルばねａ９のたわみが変化し結合具ａ２と結合具ｂ３の動きとなり、この力をロッド５や歯車伝動機構である扇形歯車６や歯車ａ７を介して伝動し発電機８の回転力とし誘起電圧を発生するものである。【００２３】  なお、この構成のロッド５については扇形歯車６が結合具ａ２に従動するように設けるものであり、ガイドピンなどに置き換えた構成とすることもできる。【００２４】  次に、図２に示す構成は前記図１に示す構成をショルダーバッグに用いる第１の応用例であり、結合具ａ２に肩掛けベルトａ１を取り付け、結合具ｂ３にショルダーバッグ本体４を取り付ける構成である（請求項１２記載）。【００２５】  次に、前記第１の応用例の機能について説明すれば、図３は歩幅６０ｃｍで歩行する人間の肩の位置における上下動を示すグラフであり概ね１．５秒の周期で約５０ｍｍの振幅である。本発明はこの上下動により結合部に作用する力を電力に変換するものであり、前記グラフに示すように肩掛けベルトａ１でショルダーバッグ本体４を吊支する力は周期的に変化するため結合具ａ２と結合具ｂ３にＡ方向とＢ方向へ力が作用しコイルばねａ９のたわみの変化となる。この動きを伝動機構を介して伝動し発電機８の回転力とし誘起電圧を発生する構成である。【００２６】  本発明はショルダーバッグ本体４の重量とコイルばねａ９のたわみの変化に比例する運動エネルギーを電力に変換するものであり、前記第３の従来の技術記載の発電方式では約２Ｋｇの握力でレバーを約０．５秒で約３０ｍｍ動かし約１６ｍＷの電力に変換しており、本発明においてはコイルばねａ９のたわみの変化となる力は図３のグラフに示すようにＡ方向へ０．５秒で５０ｍｍの動きでありショルダーバッグ本体４の重量を２Ｋｇとしコイルばねａ９のたわみの変化を３０ｍｍとすることで前記発電方式と同等の発電量とすることができるため、本発明を懐中電灯や携帯用電子機器の電源とすることができる。【００２７】  なお、歩行時の人間の振動は図３のグラフに示すように上下方向へ５０ｍｍであるため、コイルばねａ９のたわみの変化を５０ｍｍとなるように設けることで歩行時のショルダーバッグ本体４の上下方向への動きを抑え水平に移動するものとすることができる。これは歩行時に肩掛けベルトを介して人間の肩に掛かる荷重の変化を抑える効果となり肩への負担を低減することができる。従って、本発明は歩行時において人間の肩への負担となる荷重の変化を電力に変換するものであり、この二つの効果を有するものである。【００２８】  ��に、図４に示す第１の変化例とする構成は前記図１に示す構成のロッド５を索材であるワイヤａ１０に置き換え扇形歯車６と結合具ｂ３をコイルばねｂ１１を介して連結するものである（請求項２記載）。【００２９】  この構成では結合具ａ２と結合具ｂ３にＡ方向へ作用する力をワイヤａ１０を介して伝動し扇形歯車６や歯車ａ７並びに発電機８の回転力とするものであり、このときの扇形歯車６の回転力はコイルばねｂ１１のたわみとなり、次に、結合具ａ２と結合具ｂ３のＢ方向への動きである戻り運動ではコイルばねｂ１１のたわみにより扇形歯車６の戻り運動となる。図１に示す構成では扇形歯車６に設けたガイド孔とロッド５の摺接部に摩擦による抵抗が生じるが、この構成により摩擦による抵抗となる部分を少なくすることができ円滑な動きとすることができる。【００３０】  なお、この構成のコイルばねｂ１１については帯金をまいて形成したうず巻ばねに置き換えることも可能であり、この場合うず巻ばねの内側の一端を扇形歯車６の回転軸に取り付け、外側の他端を結合部ｂ３に固定することで戻り運動とする機能を有することができる（請求項４記載）。【００３１】  次に、第２の変化例とする構成は図５に示すように前記歯車伝動機構をロープ伝動機構に置き換える構成であり、吊支部に結合具ａ２を取り付け、本体に結合具ｂ３を取り付け、結合具ａ２と結合具ｂ３をコイルばねａ９を介して連結し、発電機８を結合具ｂ３に固定し、プーリａ１３とプーリｂ１５を発電機８の回転軸に取り付け、コイルばねｂ１１の一端を結合部ｂ３に取り付け、コイルばねｂ１１の他端にワイヤｃ１４の一端を結着し、ワイヤｃ１４の他端をプーリｂ１５に止着し、ワイヤｃ１４をプーリｂ１５に巻き付け、ワイヤｂ１２の一端をプーリａ１３に止着し、ワイヤｂ１２をプーリａ１３に巻き付け、ワイヤｂ１２の他端を結合具ａ２に止着する構成である（請求項３記載）。【００３２】  この構成によりワイヤｂ１２とプーリａ１３を介して伝動する力を発電機８の回転力とし、コイルばねｂ１１のたわむ力をワイヤｃ１４とプーリｂ１５を介して伝動機構の戻り運動とすることができる。なお、この構成は伝動機構にワイヤを用いるため引張強さや耐久性を高めることができ、歯車伝動機構と比べ製造コストの低減を計ることができる。【００３３】  なお、この構成においてもコイルばねｂ１１とワイヤｃ１４並びにプーリｂ１５からなる構成をうず巻ばねに置き換えることで戻り運動とする機能を有することができる（請求項４記載）。【００３４】  次に、図６に示す第３の変化例とする構成は前記第２の変化例の発電機８を圧電素子１８を固着したばね性レバーａ１９とカム１６からなる発電機構に置き換えるものであり、カム１６を結合具ｂ３に設けた軸１７に取り付け、図７に示すように圧電素子１８を固着したばね性レバーａ１９の一端をカム１６に摺接するように配置し、ばね性レバーａ１９の他端を結合具ｂ３に固定し支持端を形成する構成である（請求項５記載）。【００３５】  次に、前記構成の機能について説明すれば、結合具ａ２と結合具ｂ３に作用する力をコイルばねａ９のたわみの変化とし、ワイヤとプーリからなる伝動機構を介してカム１６の回転力としカム１６に従動するばね性レバーａ１９のたわみや圧電素子１８の歪みとし発生電圧に変換する構成である。【００３６】  なお、この構成では圧電素子１８を固着したばね性レバーａ１９のたわみの大きさはカム１６の形状に従うものであり、カム１６を適当な形状に成形することでＡ方向やＢ方向へ大きな力が作用する場合においても圧電素子１８の割れを防ぐことができ、加えて、図６及び図７に示すばね性レバーａ１９については両端支えはりとする構成でも機能は同様である。なお、この構成の伝動機構については歯車伝動機構に置き換えても同様の機能を有するものである。【００３７】  次に、図８に示す第４の変化例は前記第３の変化例の構成のカム１６を歯車ｂ２０に置き換えるものであり、歯車ｂ２０の回転力をばね性レバーのたわみとし圧電素子１８の歪みとする構成である。この構成は前記カム１６を用いる例と比べて圧電素子１８の歪みの変化を速くすることができ、発生電圧を高めることができる（請求項６記載）。【００３８】  次に、図９に示す第５の変化例は前記第４の変化例のコイルばねａ９をばね性レバーｂ２１に置き換える構成であり、湾曲した形状に形成し複数連結したばね性レバーｂ２１を介して結合具ａ２と結合具ｂ３を連結する構成である。なお、この図は荷重の掛かっていない状態を示す図である。この構成は静止状態で荷重が掛かったときに水平となるようにばね性レバーｂ２１を湾曲した形状に形成するものであり、上下方向へ力が作用するとき大きなたわみとすることができる（請求項７記載）。【００３９】  この片持はりであるばね性レバーｂ２１を重ねて配置し連結した構成は長さを短くしつつ大きなたわみとすることができ、さらに、この湾曲した形状のばね性レバーｂ２１を荷重の掛かっていないときに結合具ｂ３と当接するように設けることで装置の小型化を計ることができる。【００４０】  なお、ばね性レバーｂ２１については帯金をまいて形成したうず巻ばねに置き換えることも可能であり、限られた空間で大きなエネルギーを蓄積できるうず巻ばねを介して結合具ａ２と結合具ｂ３を連結することでたわみの変化を大きくすることができる（請求項８記載）。【００４１】  加えて、ガイドピンと圧縮ばねからなる構成を介して結合具ａ２と結合具ｂ３を連結する構成においても結合具ａ２と結合具ｂ３の動きを圧縮ばねのたわみとすることができ、この場合はガイドピンをストッパとして用いることができる。【００４２】  次に、図１０に示す第２の応用例とする構成は前記第３の変化例をリュックサックに用いる例であり、結合具ｃ２３に肩掛けベルトｂ２２を取り付け、結合具ｃ２３に結合具ａ２を固定し、結合具ｂ３にリュックサック本体２４を取り付ける構成である（請求項１２記載）。【００４３】  この構成によりリュックサック本体２４を吊支する結合部に作用する力の変化を電力に変換するため比較的大きな発電量とすることができ、前記したように肩への負担を低減することができる。【００４４】  加えて、本発明は歩行時に携帯し、且つ、本体を肩掛けベルトで吊支するものであれば結合部に取り付け効果を得ることができ、例えば、携帯用無線通信機などを本体とする場合に電力を蓄電し電源として利用することができる。本発明は比較的本体重量の重いものを肩掛けベルトで長時間支持し携帯する場合に効果の高いものである（請求項１２記載）。【００４５】  次に、図１１及び図１２に示す第６の変化例とする構成は本発明の伝動機構に減速機構を増設する例であり、回転比の異なるプーリｃ２６やプーリｄ２７を配設しワイヤを巻き掛けた減速機構を伝動機構とする構成である。この構成により発生電圧を高めることができる。なお、この減速機構については歯車列を用いた歯車伝動機構とすることもできる（請求項９記載）。【００４６】  この図に示すストッパ２５については結合部に大きな力が作用するときのコイルばねａ９のたわみを抑え許容応力内とするものである。【００４７】  加えて、本発明の発生電力を利用する手段としては本体側に発生電圧を直流化する電圧変換機構や蓄電機構を設け発電機構に接続することで電力を蓄電し利用することができる（請求項１０記載）。【００４８】  さらに、本発明の構成を上下反対に設け、結合具ａ２を本体側に結合具ｂ３を吊支部側に連結する構成においても機能は同様であり、この場合は前記電圧変換機構や蓄電機構を肩掛けベルト側に設けることができる。（請求項１１記載）。
【実施例】
【００４９】  次に、図１３及び図１４に示す本発明の実施例について説明すれば、肩掛けベルトａ１に結合具ｄ２８を取り付け、重量２ｋｇのショルダーバッグ本体４に取り付けた結合具ｅ２９に発電式懐中電灯３１を固定し、レバー３２を結合具ｄ２８に当接するように配置し、結合具ｄ２８と結合具ｅ２９をコイルばねｃ３０を介して連結した構成である。なお、この発電式懐中電灯３１についてはレバー３２に扇形歯車を設け歯車伝動機構を介して発電機と連結した構成である。【００５０】  この構成により肩掛けベルトａ１を支持する人間の歩行時の振動によりコイルばねｃ３０のたわみが変化しレバー３２の動きとなり、この力を発電式懐中電灯３１の発電機構で電力に変換することができ、低い発光強度ではあるが発光することが可能である。なお、この例に用いた発電式懐中電灯３１は戻り運動を電力に変換しないものであり、また、はずみ車を介して伝動しているためこの構成においては発電効率の低いものとなっている。【００５１】  このときのショルダーバッグ本体４の動きについては、上下動をコイルばねｃ３０のたわみの変化とするため水平に移動する動きとなり、支持する人間の肩に掛かる荷重の変化を抑え負担を低減することが可能となっている。これは結合具の動きによりコイルばねｃ３０のたわみとなるエネルギーを蓄積せずに電力に変換する機能によるものである。【００５２】  加えて、この構成は肩掛けベルトａ１を手で提げた状態で歩行した場合も前記同様の機能を有するものであるため、取っ手とカバン本体からなる手提げカバンの結合部に本発明を取り付ける構成とすることで同様の効果を得ることができる（請求項１３記載）。
【発明の効果】
【００５３】  以上の説明にあるように、本発明はバッグやリュックサックを携帯し歩行する人間の動きとバッグやリュックサック本体の重量により支持部に作用する力の変化を電力に変換するため、動力を利用しない発電装置としては比較的高い運動エネルギーを電力に変換することが可能であり、また、携帯する際に負担となる人間の肩に掛かる荷重の変化を抑える機能を併せて有するものである。さらに、本発明の装置自体は小型且つ軽量であるため、携帯用とする上で適しており、加えて、発電を行うための特別な操作を必要としない点も優れている。以上のように、本発明は携帯する人間の歩行時などの振動により発電を行うため、電池や電力の供給のない地域や場所であっても携帯用電子機器や発光装置の機能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の肩掛けベルト発電装置を示す実施形態の正面図である。
【図２】  本発明の肩掛けベルト発電装置の第１の応用例を示す実施形態の斜視図である。
【図３】  歩行時に上下に動く変化の様子を示すグラフである。
【図４】  本発明の肩掛けベルト発電装置の第１の変化例を示す実施形態の正面図である。
【図５】  本発明の肩掛けベルト発電装置の第２の変化例を示す実施形態の、一部を断面にした正面図である。
【図６】  本発明の肩掛けベルト発電装置の第３の変化例を示す実施形態の正面図である。
【図７】  本発明の肩掛けベルト発電装置の第３の変化例を示す実施形態の要部斜視図である。
【図８】  本発明の肩掛けベルト発電装置の第４の変化例を示す実施形態の正面図である。
【図９】  本発明の肩掛けベルト発電装置の第５の変化例を示す実施形態の正面図である。
【図１０】  本発明の肩掛けベルト発電装置の第２の応用例を示す実施形態の正面図である。
【図１１】  本発明の肩掛けベルト発電装置の第６の変化例を示す実施形態の、一部を断面にした要部正面図である。
【図１２】  本発明の肩掛けベルト発電装置の第６の変化例を示す実施形態の、一部を断面にし拡大した要部正面図である。
【図１３】  本発明の肩掛けベルト発電装置の実施例を示す実施形態の斜視図である。
【図１４】  本発明の肩掛けベルト発電装置の実施例を示す実施形態の、一部を断面にした要部斜視図である。
【符号の説明】
１  肩掛けベルトａ
２  結合具ａ
３  結合具ｂ
４  ショルダーバッグ本体
５  ロッド
６  扇形歯車
７  歯車ａ
８  発電機
９  コイルばねａ
１０  ワイヤａ
１１  コイルばねｂ
１２  ワイヤｂ
１３  プーリａ
１４  ワイヤｃ
１５  プーリｂ
１６  カム
１７  軸
１８  圧電素子
１９  ばね性レバーａ
２０  歯車ｂ
２１  ばね性レバーｂ
２２  肩掛けベルトｂ
２３  結合具ｃ
２４  リュックサック本体
２５  ストッパ
２６  プーリｃ
２７  プーリｄ
２８  結合具ｄ
２９  結合具ｅ
３０  コイルばねｃ
３１  発電式懐中電灯
３２  レバー
【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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