(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを充填したガラス製エンベロープ（２１）と、陰極（２２）と、陽極（２３）と、エンベロープを密封貫通し、陰極と陽極とにそれぞれ接続された電気リード（２４）と、ウィンドー遮蔽電極（２５）と、陰極遮蔽電極（２６）と、集束電極（２８）と、セラミック製支持体（２９）とを有するランプにおいて、
前記セラミック製支持体（２９）が、前記陰極（２２）に向いた前面と、前記陰極とは反対側を向いた背面とを有し、前記陽極（２３）が、該陽極から後方への熱の放射を事実上妨害することなしに、前記背面に当接して保持されていることを特徴とするランプ。
【請求項２】
前記陽極（２３）がリベットによって前記支持体の背面に当接して保持されている、請求項１に記載されたランプ。
【請求項３】
前記陽極（２３）が、ボルトによって前記支持体の背面に当接して保持されている、請求項１に記載されたランプ。
【請求項４】
前記セラミック製支持体（２９）が前記ボルトのねじ込み端部を受容する盲ねじ穴を備えている、請求項３に記載されたランプ。
【請求項５】
前記セラミック製支持体（２９）の背面から後方に延在し、かつ前記陽極を包囲するシールドを含み、これにより前記陽極（２３）から陰極（２２）へのアーク放電が防止されている、請求項１に記載されたランプ。
【請求項６】
前記エンベロープ（２１）が重水素ガスを充填されている、請求項１に記載されたランプ。
【請求項７】
前記エンベロープ（２１）が紫外線透過性材料で形成されている、請求項１に記載されたランプ。
【請求項８】
前記陽極（２３）が、該陽極の表面区域を増大させてその表面区域からの熱放射を増強するための波形部材を有している、請求項１に記載されたランプ。
【請求項９】
前記陽極（２３）の表面区域を増大させてその表面区域からの熱放射を増強するための複数のフィンが前記陽極（２３）から延びている、請求項１に記載されたランプ。
【請求項１０】
前記陽極（２３）に、波状横断面を有するラジエータ表面が設けられている、請求項１に記載されたランプ。
【請求項１１】
前記陽極（２３）に、ガス流を生じてそれを方向づけるバッフルが固定されている、請求項１に記載されたランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス放出管、特に、熱放散能力が強化された長寿命の重水素ランプに関するものである。
【従来の技術】
重水素は、質量数２の水素同位体であり、一般に、符号Ｄによって表される。重水素は、天然には２原子分子として存在し、化合物で存在する。
重水素アークランプは、１９０〜４００ナノメートルの範囲の周知の光源である。この種のランプは、一般に、種々のスペクトル分析器、例えば吸光検出器、分光光度計、分光器その他に使用される。
【０００２】
通例、重水素ランプは、紫外線透過性ガラスまたは石英で造られた細長い管状エンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）内に配置された陽極と陰極とを有している。陽極と陰極との間には、集束電極が配置される。重水素ガスは、数トル（ｔｏｒｒ）の圧力でエンベロープ内へ調量充填される。多くの場合、機械式の構造物（例えば陽極、集束電極等）が、ガラス製エンベロープ内で１個以上の電気導体の遠位端により支持されている。各導体は、一般に、長さ・直径比の大きいロッド状部材の形式をなし、エンベロープ内での機械式構造物の軸方向移動を阻止または拘束するのに十分な強度を有している。
【０００３】
十分な電圧が電極に印加されると、電子流が陰極から陽極へ流れる。電子は重水素ガス分子と衝突して、該分子を励起し、より高いエネルギーレベルに高める。分子が基底状態（ｇｒｏｕｎｄ  ｓｔａｔｅ）に戻ると、エネルギーは、紫外線域の光子の形式で解放される。集束電極（ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）は、ランプの放電を圧縮かつ強化して、１ｍｍ以下の直径にするのに役立つ。光は、集束電極による集中により、吸光検出器およびそれと類似の機器を使用するのに好都合のものになる。
【０００４】
先行技術の重水素ランプの詳細は、『紫外線分析器械用の重水素ランプと給電』と題するカタログ（イメイジング・アンド・センシング・テクノロジー・コーポレーション（ＩＳＴ）、ニューヨーク州ホースヘッド、発行日付なし）、米国特許第４４３３２６５号、米国特許第４９１０４３１号及び米国特許第５１１７１５０号に記載されている。これらの引用文献は、いずれも異なる型式の従来の重水素ランプを開示しているようであるが、これらの重水素ランプでは、ある機械構造物が１つ以上の電気導体の遠位端に片持ち式に取り付けられている。これら先行技術文献は、本明細書において引用することにより、本明細書の一部とするものとする。
【０００５】
他の公知の重水素ランプは、米国特許第５５５２６６９号、第５６８４３６３号、第５６１９１０１号、第５６３３５６３号、第５６９８９４５号に記載されている。これらの特許のそれぞれは、ハママツ・フォトニクスＫ．Ｋ．に譲渡されたものである。これらの先行技術による設計に付随する１つの問題は、ランプの寿命が比較的短いことであり、この問題は、陽極からの熱放散が困難なことに起因すると思われる。前記第５５５２６６９号の特許の構成は、放電遮蔽板と支持板との間にサンドイッチ状に挟まれた陽極を有しており、従って、陽極からの放熱が困難であると思われる。第５６１９１０１号の特許でも、陽極が熱の除去を妨げる傾向のある中実の陽極支持部材によって包囲されている。第５６３３５６３号の特許の場合も同様である。第５６８４３６３号には、陽極裏側の陽極支持板が開示されている。この陽極支持板は、それ自体で陽極からの熱伝達を阻害する。ここで再び、これらの特許に開示された先行技術の重水素ランプの構成、作動及び種々の物理的実施形態は、それら特許をここに引用することにより、本明細書に組み込まれる。
【０００６】
従って、熱伝達特性を増強した改良型長寿命重水素ランプを得ることが望ましいと思われる。ランプの使用寿命は、陽極からの熱放出を容易にすることにより増すことができると考えられる。
一般に重水素ランプの寿命は、その光の強度によって決定される。ランプの光の初期強度は時間の経過につれて低下する。強度が初期値の５０％未満に低下すると、その使用寿命は終わったと見てよい。初期値が５０％未満に落ちた後も、まだランプには技術的に幾らかの利用可能性が残ってはいるが、使用寿命は終わったと見るのが、重水素ランプの大半の製造者が認める工業標準である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下に記載する実施例の構造、部分、表面に付した符号は、単に説明目的のもので、本発明を制限するものではない。本発明は、熱伝達特性が増強された改良型長寿命ランプを提供する。
一実施形態において、改良型ランプ２０は、ガスを充填したガラス製エンベロープ２１と、陰極２２と、陽極２３と、エンベロープを密封貫通し、陰極および陽極とにそれぞれ接続された電気リード２４と、ウィンドー遮蔽電極２５と、陰極遮蔽電極２６と、集束電極２８と、セラミック製支持体２９とを有している。この実施形態において、改良型ランプは、陰極に向いた前面と、陰極とは反対側を向いた後面とを有するセラミック製支持体を含み、陽極は支持体後面によって保持されており、陽極から後方への熱放射は事実上妨害されることがない。
【０００８】
陽極は、支持体に向かい合って少なくとも１個の固定部材、例えばリベット、ボルト、ねじ、その他によって保持されている。セラミック製支持体は、前記固定部材のねじ端部を受容するねじ穴を備えることができる。セラミック製シールドは、セラミック製支持体の後面から後方へ陽極を包囲するように、また陽極から陰極へのアーク放電を防止するように、延在しているとよい。陽極は、周縁のシールド内に引込められて配置されるが、後方へは露出している。エンベロープには、重水素ガスが充填されている。エンベロープは、紫外線透過性材料で形成することができる。
改良型ランプは、更に、陽極からの熱放射を増強するため、陽極背面の表面積を増大させるための部材を含むことができる。該部材は、例えば、複数のフィン、波形横断面のラジエータ表面、エンベロープ内にガス流を生じてそれを方向づけるバッフルのいずれか一つ、またはそれらの全てから構成することができるが、これらに限定されるわけではない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は改良型重水素ランプを得ることである。
本発明の他の目的は、陽極の背部からの熱放射特性が改善された重水素ランプを得ることである。
更に他の目的は、より長い寿命の重水素ランプを得ることである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の上記した目的、他の目的及び利点は、上述および以下の説明、添付図面、特許請求の範囲の記載から明らかになるであろう。
添付の複数の図において、同様の構成部材、部分及び表面は同様の符号で示されており、それら構成部材、部分及び表面が同様の符号を使用して明細書全体に記載されている。特に記載がない限り、図面は、明細書と共に読まれるべきものであり（例えば斜線、部品の配置、比率、度など）、本発明に関する開示の一部と考えるべきものである。以下の説明で用いられている、「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」、「下」の語、及びこれらの語に関連する形容詞および副詞（例えば「水平に」、「右方へ」、「上方へ」等）は、特定の図を見た場合の、図示されている構造物の方向或いは配向状態を意味するものである。同様に、「内方へ」及び「外方へ」の語は、長手軸線（ａｘｉｓ  ｏｆ  ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）、場合によっては回転軸線、に対する表面の向き若しくは配向状態を示している。
【００１１】
図面、特に図１〜図４には、本発明による改良型重水素ランプ（若しくはジュウテリウムランプ）の、現時点で好適な実施形態が符号２０で示されている。ランプ２０は、垂直方向に細長いガス充填ガラス製エンベロープ２１と、陰極２２（図３）と、陽極２３（図３）と、数字の２４に添え字のアルファベットＡ，Ｂ，Ｃ等を付した符号で示されていて、エンベロープ胴部の最下部を密封貫通し、それぞれ陽極および／または陰極に接続されている複数のリード（図１、図２）と、全体を符号２５で示されたウィンドー遮蔽電極（若しくはウィンドーシールド電極）と、陰極遮蔽電極（若しくは陰極シールド電極）２６と、集束電極（ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）２８と、セラミック製支持体２９とを含んでいる。数個が符号３０で示された垂直方向に細長い複数の管状絶縁体が、複数のリードを包囲してそれらリードを相互に電気絶縁するとともに、該リードの上端で機械構造物を物理的に支持する手段を形成している。
【００１２】
陰極２２は、ピン、すなわちリード２４の１つに接続された熱イオンコイルを含んでいる。図１〜図３の構成においては、頭上導体３１が、陰極２２をリードの他の１つと結合している。この頭上導体は図４〜図１６には示されていない。
陽極２３は、１対の垂直方向に間隔を置いた穴を有する長方形の垂直方向のプレート状部材として示されている。図５から最もよく分かるように、これらの穴は、集束電極２８の中心部分に物理的に上下に配置され、１対の固定部材の軸部が通されるように設計され、該固定部材の１つが符号３２で示されている。これらの固定部材は、リベット、ボルト、その他それに類似する部材でよい。この場合、これら固定部材の軸部が、セラミック製支持体２９に設けた開口と、陽極の穴とに通されれば十分と言える。固定部材の遠位端は、陽極をセラミック製支持体の後面に固定保持するように、適当に曲げられるか変形される。陽極は、後方へ向いた平面的な垂直面３３と、セラミック製支持体２９の後方へ向いた平面的な垂直面３６に支えられるようにされた、前方を向いた平面的な垂直面３４とを有している。
【００１３】
図７〜図９に最もよく示されているように、ウィンドー遮蔽電極２５は、垂直方向に細長い特殊な形状を有する有節の（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ）、または屈折したプレート状部材になっている。該プレート状部材は、垂直方向に間隔を置いて後方へ延びる左側の複数のタブ部分３８と、左方へ延びる横部分３９と、前方へ延びる部分４０と、斜め右前方へ延びる部分４１と、長方形貫通穴４３を備え横方向に延びる平面的な前部４２と、斜め右後方へ延びる部分４４と、後方へ延びる部分４５と、左方へ延びる部分４６と、垂直方向に間隔を置いて後方へ延びる右側のタブ部分４８とを、順次含んでいる。部分または面４８，４６，４５，４４は、部分または面３８，３９，４０，４１のそれぞれとほぼ鏡像関係にある。図９から分るように、タブ部分３８，３８；４８，４８は、面３９，４６からそれぞれ後方へ延びており、セラミック製支持体に形成された協働する形状のスロット７０（図１５、図１６）に通されるようになっている。上記タブ部分の露出された遠位端は、図４〜図６に符号４９で数個示した通り、セラミック製支持体にウィンドー遮蔽電極が固定保持されるように、当て付けるられるか或いは変形され、それによって、セラミック製支持体にウィンドー遮蔽電極が固定保持される。
【００１４】
図４〜図６および図１０〜図１１には、陰極遮蔽電極２６が、垂直方向に細長い特殊な形状を有する有節の、または屈折したシート状部材として示されている。該シート状部材は、最も後方の、垂直方向に間隔をおいたタブ部分５０，５０と、横方向に延びる部分５１と、斜め左前方に延びる平面的部分５２と、該部分から前方へ続く部分５３とが、順次含まれている。遮蔽面、すなわち部分５３は、スロット状中央開口５４を備え、該開口は、経路５５に沿って陰極から陽極へ流れる電極電流の通路をなしている（図４）。図４に最もよく示されているように、陰極遮蔽電極部分５３の最前の縁部は、ウィンドー遮蔽電極の部分４２に隣接配置されている。２個の後方へ延びるタブ５０，５０は、セラミック製支持体を貫通して設けられたスロット７０に突入し、曲げられるか或いは変形され（図４〜図６）、それにより陰極遮蔽電極２６がセラミック製支持体に固定ロックされ、保持される。
【００１５】
図１２および図１３に最もよく示されているように、集束電極２８は、全体的に垂直方向に細長いプレート状部材５６として構成され、後方へ突出した中央の球状部分５８を有している。この球状部分は、前方へ向いた球状凹面と、後方へ向いた球状凸面とを有している。球状部分５８は、陽極と整合する水平の中心貫通穴５９を備えている。図１３に最もよく示されているように、プレート状部材５６には、長方形状に間隔をおいて設けられた４個の取り付け穴６０が備えられ、該穴には、図６に符号６１で示された同じく４個の固定部材が通される。これらの固定部材は、リベット、ねじ、又はそれらに類似する部材でよい。ここでは、固定部材６１が、集束電極をセラミック製支持体２９の前部中央面に固定保持するために使用されることを、述べれば十分である。
【００１６】
図１４〜図１６に示したように、セラミック製支持体２９は、特別な形状の一体形成された誘電部材になっている。該誘電部材は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）またはそれに類似の材料で形成される。支持体は、前部プレート状部分６２と、最も後方のフランジ部分６３とを有するものとして示されている。前部プレート状部分６２は、前方を向いた左右の平面状垂直面６４，６５と、前方を向いた中央の僅かに引っ込んだ面６６とを有し、前部プレート状部分６２は４個の穴６８を有する。該穴は、集束電極の取り付け穴６０と整合するようになっており、また、該穴に固定部材６１の軸部が通されるようになっている（図６）。前部プレート状部分６２は、また後方に向いた平面状垂直面６７を有する（図１６）。
【００１７】
前方を向いた陽極２３の面は、セラミック製支持体の面６７に当接するようにされている。この好適実施形態の場合、陽極２３は、固定部材３２，３２によって前記当接位置に保持されている（図５）。セラミック製フランジ部分６３は、前部プレート状部分６２から後方へ延び、陽極の周囲を取り囲んでいる。実際には、陽極は、フランジ部分内に引っ込められているが、後方へは露出し、後方からの放熱が容易にされている。フランジ部分６３の主な目的は、前部プレート状部分の周囲のアーク放電から陽極を遮蔽し、陰極から陽極への流れ方向５５（図４）に電子が流れることを保証することである。プレート状部分６２は、貫通穴６９を有し、該貫通穴に集束電極２８の球形部分５８が収容されて、電子が陰極から集束電極を経て陽極へ流れることを可能にする。図１５および図１６に最もよく示されているように、セラミック製支持体のフランジ部分は、ウィンドー遮蔽電極と陰極遮蔽電極との、後方へ延びるタブを通すため、垂直方向に細長の４個のスロット７０を有している。
【００１８】
この改良型ランプは、図４に示したように組立てられる。即ち、陰極遮蔽電極とウィンドー遮蔽電極との、後方へ延びるタブが、支持体のスロット７０に通され、タブ遠位端が、図４〜図６に示すように、曲げられて、その位置に該電極を固定保持する。陽極板は、セラミック製支持体の背部に、それもフランジ部分６３内に設けた凹部に固定され、その位置に、垂直方向に間隔をおいた固定部材３２，３２によって保持される。集束電極は、セラミック製シールドの中央凹面６６に操作可能に取り付けられ、４個の固定部材６１によってその位置に保持される。この構造物は管内に配置され、実質的に重水素ガスだけが充填される。ランプが励起されると、電子が陰極から発し、経路５５（図４）に沿って集束電極の穴５９を通り陽極に達する。図４の構成で注意すべき点は、陽極が後方へ向かって露出している点である。これは、陽極の背部に熱伝達阻害材料が事実上存在しないようにするためである。したがって、使用時には、陽極からの熱は後方へ放射され、ランプから放出される。
【００１９】
所望とあれば、フィン組立体か、または表面積を増大させる波形部材を、陽極の背部に操作可能に固定し、それにより熱放射面を拡大することができる。
このように、改良型ランプは、特に、陽極から後方への熱放射を容易にするように設計かつ構成されている。この特徴の点で、この改良型ランプは、陽極の直ぐ背後に放熱阻害質量体が存在する先行技術のランプと明瞭に異なっている。事実、幾つかの先行技術によるランプでは、別々の支持体の間に陽極がサンドイッチ状に挟まれている。このため、陽極からの熱は、放散される前にまず放熱阻害質量体に伝達され、該質量体内に伝導されざるを得ない。
【００２０】
本発明による改良型ランプは、先行技術のランプ、例えば米国特許第５５５２６６９号の記載に基づいて設計されたランプの寿命より長い寿命を有することが判明した。図１７には、２３０ナノメートル（４ナノメートル帯域幅）の光の初期強度（縦座標）（％）と時間（横座標）（ｈ）との関係が示されている。この図では、縦座標に、光の初期強度の減少が百分率で示されている。換言すれば、ランプが、初めにｔ＝０時間のときに使用された場合、その光が初期強度となる。その後、ランプの光の強度は、その初期強度の百分率で表される。図１７に記載のデータは、改良型ランプの寿命と、米国特許第５５５２６６９号の記載に基づき製造されたと思われる先行技術のランプの寿命とを対比したものである。注意すべき点は、改良型ランプの光の強度が、先行技術のランプより一貫して高く維持されている点であり、また双方の間の相違が、時間の経過とともに増大している点である。すなわち、ｔ＝５００時間の場合、改良型ランプは、光の初期強度のほぼ８０〜８５％の強度を有するのに対し、先行技術のランプは、約７０％である。ｔ＝１，０００時間の場合、改良型ランプの光の強度は、初期値の約８０％であるのに対し、先行技術のランプの強度は、初期値の約５５％に低下している。ｔ＝１，５００時間の場合には、改良型ランプの光の強度は、初期値の約７０％であるが、先行技術のランプの場合は、初期値の約５０％に減少している。ｔ＝２，０００の場合には、改良型ランプの強度は、やはり初期値の約７０〜７５％であるのに対し、先行技術のランプは、実際には約１，８００時間で故障している。
【００２１】
前記のデータは、製品寿命試験の結果である。この場合、先行技術のランプと改良型ランプとの双方が、等しい条件のもとで作動する別の器具で試験された。この試験に用いた器具は、ウォータ社製  ２４８７  ＵＶ吸光検出器（Ｗａｔｅｒｓ  ＵＶ  Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）であり、該検出器は、液体クロマトグラフィの分野で使用されているものである。双方のランプは２つの別の器具で操作されたが、光の強度測定は別の第３の器具で行い、これによって、データが２つの器具の影響を受けたり、２つの器具間で相違することを防止し、また時間の経過によって生じる器具の劣化を可能な限り排除するようにした。これは重水素ランプを試験する一般的な方法である。
このように、改良型ランプは先行技術のランプより寿命が長いという主要な利点を有している。改良型ランプがより長い寿命を有しているのは、先行技術のランプに比して熱放散特性が改善されたためと思われる。
【００２２】
変形態様
本発明を種々に変形、変更することが可能である。例えば、ウィンドー遮蔽電極および陰極遮蔽電極の形状および構成は、容易に改変または変更することができる。セラミック製支持体は、アルミナまたは他の何らかの誘電材料で形成することができる。該支持体のフランジおよびプレート部分は、別箇に、または一体に形成できる。種々の電極は、ニッケルまたはそれに類似の材料で作ることができる。陽極は、セラミック製支持体の背部にことなる態様で取り付けることができ、集束電極も同様である。所望とあれば、他の要素を機構の背後に取り付けて、熱放射特性を改善することができる。
以上、改良型ランプの一好適実施形態を説明し、またいくつかの変更態様を説明したが、当業者には、種々の付加的改変や変更が、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなしに可能であることが容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による重水素ランプの部分前面図。
【図２】図１に示したランプの左側面図。
【図３】図１に示したランプの平面図。
【図４】図２の４−４線に沿って切断した拡大部分水平断面図で、リードの最上部の遠位端に支えられた構造物の一部と、後方へ向かって露出され、セラミック製シールドにより周囲が包囲された陽極とを示す図。
【図５】図１の５−５線に沿って切断した拡大水平断面図。
【図６】図１の６−６線に沿って切断した拡大部分水平断面図。
【図７】ウィンドー遮蔽電極の前面図。
【図８】図７に示したウィンドー遮蔽電極の平面図。
【図９】図７に示したウィンドー遮蔽電極の左側面図。
【図１０】陰極遮蔽電極の平面図。
【図１１】図１０に示した陰極遮蔽電極の側面図。
【図１２】集束電極の平面図。
【図１３】図１２の集束電極の前面図。
【図１４】セラミック製支持体の平面図。
【図１５】図１４に示したセラミック製支持体の前面図。
【図１６】図１４に示したセラミック製支持体の後面図。
【図１７】経過時間（横座標）に対する光の初期強度（縦座標）を百分率で示す図であり、米国特許第５５５２６６９号の記載に基づいて製造されたと思われる製造番号ＣＡ  ７０１９のハママツ・ランプより明らかに改善された寿命を有する改良型ランプのプロトタイプのデータを示す図。
【符号の説明】
２０  改良型重水素ランプ
２１  エンベロープ
２２  陰極
２３  陽極
２４  リード
２５  ウィンドー遮蔽電極
２６  陰極遮蔽電極
２８  集束電極
２９  セラミック製支持体
３０  管状絶縁体
３８  タブ部分
５０  タブ部分
６０  取り付け穴
６１  固定部材
７０  スロット
【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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