(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレーム上に配された複数の発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップから出射した光を集光するための凸状のレンズ部とを備える発光ダイオードランプにおいて、
前記発光ダイオードチップをその基端部で封止し、先細であり、前記発光ダイオードチップから出射した光を前記レンズ部に伝送する芯部、及び
該芯部を包囲し、屈折率が前記芯部の屈折率より低い材料からなる芯部被覆部
を有する導光体部と、
拡散材を含み、略半球状をなし、前記芯部の先端面を被覆する芯部端面被覆部と
を備えることを特徴とする発光ダイオードランプ。
【請求項２】
前記レンズ部は、屈折率が前記芯部被覆部の屈折率より高い材料からなる請求項１記載の発光ダイオードランプ。
【請求項３】
前記レンズ部は、屈折率が前記芯部の屈折率と略等しい材料からなる請求項１又は２記載の発光ダイオードランプ。
【請求項４】
前記レンズ部及び導光体部は、エポキシ樹脂を主成分とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光ダイオードランプ。
【請求項５】
前記レンズ部と導光体部との境界部の先後に、前記芯部被覆部の先端部を透過した光が前記レンズ部に入射するのを防止するための遮光部を備える請求項１乃至４のいずれかに記載の発光ダイオードランプ。
【請求項６】
前記レンズ部と導光体部との境界部の先後に、前記レンズ部と外部との境界部で反射した光を再度反射させ、再度、前記レンズ部を経て外部へ出射させるための反射部を備える請求項１乃至５のいずれかに記載の発光ダイオードランプ。
【請求項７】
蛍光材を含み、前記導光体部の端面を被覆する導光体部端面被覆部を備える請求項１乃至６のいずれかに記載の発光ダイオードランプ。
【請求項８】
前記レンズ部は、蛍光材を含む請求項１乃至６のいずれかに記載の発光ダイオードランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１又は複数の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）チップを備えるＬＥＤランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム系半導体を含み、紫外、青色、青緑色、純緑色等の色を発光する短波長ＬＥＤチップ、及び高輝度赤色ＬＥＤチップ等、種々の色の光を発光するＬＥＤチップが実用化されており、例えば青、赤、緑の３つのＬＥＤチップを搭載し、各チップの輝度を調整して発色することにより、種々の色を発光するＬＥＤランプが実用化され、フルカラーディスプレイ等に用いられている。そして、複数のＬＥＤチップをひとつのランプに搭載させるか、又はＬＥＤチップと蛍光体とを組み合わせることにより、白色発光するＬＥＤランプが将来の照明用光源として期待されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した複数のＬＥＤチップを備えるＬＥＤランプにおいては、一般にＬＥＤチップが樹脂モールドにより覆われているが、樹脂モールドの先端部は凸レンズをなし、ＬＥＤチップがレンズ下部の異なる位置に配置されているので、各ＬＥＤチップから出射する光の放射パターンが異なり、見る方向によってＬＥＤランプの色が異なるという問題があった。
【０００４】
従来、赤色及び黄緑色のＬＥＤチップを組み合わせた３色ＬＥＤランプ（赤、橙、黄緑に見える）においては、発光点を同じに見せるために、モールド樹脂部に多量の拡散材を添加し、ランプ全体で発光しているように見せるものがあった。
しかしながら、このＬＥＤランプは、拡散材として白色の微粒子を用いるために、太陽光及び室内の照明光等の外部からの光を反射させ、ＬＥＤが点灯していない場合でも白く見え、点灯している場合には光が白っぽくみえて彩度が低下すること、また多量の拡散材をモールド樹脂部全体に添加するため、モールド樹脂部のレンズ効果が失われ、広範囲に光が拡散し、指向性が制御できないこと等、フルカラーディスプレイで画像を表示する用途には不向きであるという問題があった。
【０００５】
従って、青色、純緑色のＬＥＤの実用化により可能になったフルカラーディスプレイ向けのＬＥＤランプにおいては、拡散材を用いなかったり、その配合を少なくしたりしているが、見る方向によって各チップからの光の混合比が異なり、意図したものとは異なる色に見えるという問題が生じていた。
【０００６】
そして、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップにより励起されて蛍光を発する蛍光体とを組み合わせた白色等のＬＥＤランプにおいては、良好な発色を得るために、ランプ全体に蛍光体及び拡散材を混合する必要があったが、この蛍光体及び拡散材を混合した部分が厚くなるために、光が反射及び拡散され、ＬＥＤランプ前面以外への出射量が多くなり、発光効率が悪くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤチップを封止し、ＬＥＤチップから出射した光をレンズ部に伝送する芯部と、該芯部を包囲し、屈折率が前記芯部の屈折率より低い材料からなる芯部被覆部とを有する導光体部を備えることにより、ＬＥＤチップから出射した光が集光されてレンズ部に入射して良好に発色し、同一点から発光しているように見え、どの角度から見ても色が略等しく見えるＬＥＤランプを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、導光体部の芯部が先細の形状を有することにより、より効果的に集光された状態で発光することができるＬＥＤランプを提供することを目的とする。
そして、本発明は、レンズ部を、屈折率が芯部被覆部の屈折率と略等しい材料から構成することにより、光が芯部からレンズ部に入射しやすいＬＥＤランプを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、レンズ部及び導光体部が、エポキシ樹脂を主成分とすることにより、屈折率の調整が容易であり、取扱いが容易であるＬＥＤランプを提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、レンズ部と導光体部との境界部の先後に、芯部被覆部の先端部を透過した光がレンズ部に入射するのを防止するための遮光部を備えることにより、指向性が高いＬＥＤランプを提供することを目的とする。
また、本発明は、レンズ部と導光体との境界部の先後に、レンズ部と外部との境界部で反射した光を再度反射させるための反射部を備えることにより、発光効率が良好であるＬＥＤランプを提供することを目的とする。
そして、本発明は、蛍光材及び／又は拡散材を含む端面被覆部を備えることにより、蛍光材及び／又は拡散材を含む領域が小さくても演色及び発色効果が良好であり、発光効率が良好であるＬＥＤランプを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、レンズ部が蛍光材及び／又は拡散材を含むことにより、演色及び発色効果が良好であるＬＥＤランプを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１発明の発光ダイオードランプは、リードフレーム上に配された複数の発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップから出射した光を集光するための凸状のレンズ部とを備える発光ダイオードランプにおいて、前記発光ダイオードチップをその基端部で封止し、先細であり、前記発光ダイオードチップから出射した光を前記レンズ部に伝送する芯部、及び該芯部を包囲し、屈折率が前記芯部の屈折率より低い材料からなる芯部被覆部を有する導光体部と、拡散材を含み、略半球状をなし、前記芯部の先端面を被覆する芯部端面被覆部とを備えることを特徴とする。
第１発明においては、各ＬＥＤチップから出光した光が前記芯部により集光されてレンズ部に入射するので、良好に発色し、同一点から発光しているように見え、どの角度から見てもＬＥＤランプの色が略等しく見える。
【００１２】
第２発明の発光ダイオードランプは、第１発明において、前記レンズ部は、屈折率が前記芯部被覆部の屈折率より高い材料からなることを特徴とする。
第２発明においては、光が前記芯部被覆部から前記レンズ部に入射しにくくなる。
【００１３】
第３発明の発光ダイオードランプは、第１又は２発明において、前記レンズ部が、屈折率が前記芯部の屈折率と略等しい材料からなることを特徴とする。
第３発明においては、光が前記芯部から前記レンズ部に入射しやすくなる。
【００１４】
第４発明の発光ダイオードランプは、第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記レンズ部及び導光体部が、エポキシ樹脂を主成分とすることを特徴とする。
エポキシ樹脂は、通常のＬＥＤランプのモールド樹脂としても使用されており、このエポキシ樹脂に硫黄及びフッ素等の添加量を調整することにより、屈折率ｎ＝１．４４〜１．７２程度の範囲で調整できることが知られている。また、紫外線及び百数十℃の加熱により容易に硬化させることができるので、取扱いが容易である。
第４発明においては、レンズ部及び導光体部をエポキシ樹脂により構成するので、屈折率の調整が容易であり、取扱いが容易である。
【００１５】
第５発明の発光ダイオードランプは、第１乃至第４発明のいずれかにおいて、前記レンズ部と導光体部との境界部の先後に、前記芯部被覆部の先端部を透過した光が前記レンズ部に入射するのを防止するための遮光部を備えることを特徴とする。
第５発明においては、指向性が良好である。
第６発明の発光ダイオードランプは、第１乃至第５発明のいずれかにおいて、前記レンズ部と導光体部との境界部の先後に、前記レンズ部と外部との境界部で反射した光を再度反射させ、再度、前記レンズ部を経て外部へ出射させるための反射部を備えることを特徴とする。
第６発明においては、発光効率が良好である。
【００１６】
第７発明の発光ダイオードランプは、第１乃至第６発明のいずれかにおいて、蛍光材を含み、前記導光体部の端面を被覆する導光体部端面被覆部を備えることを特徴とする。
第８発明の発光ダイオードランプは、第１乃至第６発明のいずれかにおいて、前記レンズ部が、蛍光材を含むことを特徴とする。
第７及び第８発明においては、蛍光材により良好に演色することができ、拡散材により各方向に良好に発色することができる。
特に、第７発明においては、導光体部により効果的に集光されているので、蛍光材を含む領域が小さくても、良好な演色及び発色効果が得られ、発光効率が良好である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るＬＥＤランプを示す断面図であり、図中１はリードフレームである。
リードフレーム１の表面には、青、赤、緑の各色を発光するＬＥＤチップ２，２，２がダイボンディングにより接着固定されており、ＬＥＤチップ２，２，２は各々、ワイヤボンディングによりリードフレーム１、３、４、５と接続されている。なお、青，緑のチップ２，２はリードフレーム１とも接続されているが、図１においては省略している（以下、同様）。
【００１８】
ＬＥＤチップ２，２，２が実装されたリードフレーム１、及び他のリードフレーム３、４、５の上部は、円筒状の導光体部６の基端部６ｃによって封止されている。導光体部６は、円板状の基端部６ｃの中央部に円錐台が連設された芯部６ａと、この芯部６ａを包囲する芯部被覆部６ｂとからなる。芯部６ａ及び芯部被覆部６ｂは各々エポキシ樹脂を主成分とし、芯部６ａの屈折率を芯部被覆部６ｂの屈折率より高く調整してある。
【００１９】
導光体部６の先端面には、芯部６ａの先端面より少し大きい孔７ａを有し、芯部被覆部６ｂの先端面を覆うための遮光板７が設けられている。孔７ａには、拡散材を混ぜたエポキシ樹脂を滴下することにより、芯部端面被覆部８が形成されている。
【００２０】
そして、導光体部６、遮光板７及び芯部端面被覆部８は、円筒状で、端部が凸状のレンズ部９ａをなし、屈折率が芯部６ａの屈折率と略等しいエポキシ樹脂からなる外装部９に収納されている。
【００２１】
以下に、このＬＥＤランプの製造方法について説明する。
図２、図３及び図４は、このＬＥＤランプの製造工程を示す断面図である。
まず、低い屈折率（ｎ＝１．４４程度）を有し、円筒状のエポキシ樹脂からなる導光体部６の中央部に、芯部６ａに対応する凹部６ｄを形成する（図２（ａ））。このとき導光体部６の凹部６ｄ以外の部分は芯部被覆部６ｂとなる。
次に、凹部６ｄに、高い屈折率（ｎ＝１．７２程度）を有するエポキシ樹脂を未硬化の状態で流し込み、凹部６ｄの基端部に、リードフレーム１に青、赤、緑の各色を各々発光するＬＥＤチップ２，２，２をダイボンディングし、該ＬＥＤチップ２，２，２をワイヤボンディングによりリードフレーム１、３、４、５と接続させたものを逆向きに挿入した状態で硬化させる（図２（ｂ））。これにより、基端部６ｃを有する芯部６ａが形成される。なお、エポキシ樹脂の屈折率は、硫黄及びフッ素等の添加量を調整することにより、容易に調整することができる。
【００２２】
そして、芯部６ａの端面が露出するように、導光体部６の端部を切断し、研磨する（図３（ｃ））。
この切断面に、芯部６ａの前記端面より少し大きい孔７ａを有し、芯部被覆部６ｂの端面を覆う遮光板７を設ける。そして、孔７ａに、芯部６ａと同一の屈折率を有するエポキシ樹脂に拡散材を混合して滴下し、硬化させて芯部端面被覆部８を形成する（図３（ｄ））。
【００２３】
さらに、外装部９に対応する形状を有する外装部形成用型１０に、芯部６ａと同一の屈折率を有するエポキシ樹脂を未硬化の状態で充填し、この中に、遮光板７及び芯部端面被覆部８が設けられた導光体部６を逆向きに挿入した後、硬化させて外装部９を形成する（図４（ｅ））。
最後に、外装部形成用型１０から抜いて、リードフレーム１、３、４、５を切断して、ＬＥＤランプを個別に分離する（図４（ｆ））。
【００２４】
以上のようにして製造された実施の形態１に係るＬＥＤランプにおいては、レンズ部９ａ及び芯部６ａの屈折率が芯部被覆部６ｂの屈折率より高く、各ＬＥＤランプ２から出射した光は芯部６ａと芯部被覆部６ｂとの境界面では全反射し、芯部６ａで集光された状態で、光が芯部６ａの端面からレンズ部９ａに入射する。また、この実施の形態においては、遮光板７により芯部被覆部６ｂからレンズ部９ａに光が入射するのが防止されている。そして、拡散材は芯部端面被覆部８にのみ含まれているので、ＬＥＤランプは白っぽく見えることはなく、芯部６ａが先細の形状を有することと相まって、指向性が良好である。従って、このＬＥＤランプの各ＬＥＤチップ２を同時に点灯させた場合、良好に発色し、同一点から発光しているように見え、どの角度から見ても光の色が略等しく見え、発光効率が良好である。
【００２５】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係るＬＥＤランプを示す断面図であり、図１と同一部分は同一符号を付してある。
このＬＥＤランプのリードフレーム１には、青緑色及び赤色の光を発光するＬＥＤチップ２，２が設けられており、混色によって白色に発光すべくなしてある。このＬＥＤランプにおいては、芯部被覆部６ｂの端面を覆う、白色の反射板１１が設けられている。
【００２６】
以下に、このＬＥＤランプの製造方法について説明する。
図６、図７及び図８は、このＬＥＤランプの製造工程を示す断面図である。
まず、芯部６ａに対応する形状を有する芯部形成用型１２に、高い屈折率（ｎ＝１．７２程度）を有するエポキシ樹脂を未硬化の状態で充填し、芯部形成用型１２の基端部に、リードフレーム１に青緑、赤色を各々発光するＬＥＤチップ２，２をダイボンディングし、該ＬＥＤチップ２，２をワイヤボンディングによりリードフレーム１、３、５と接続させたものを逆向きに挿入した状態で硬化させ、芯部６ａを形成する（図６（ａ））。
【００２７】
次に、芯部６ａを芯部形成用型１２から抜き、円筒状の芯部被覆部６ｂに対応する形状を有する芯部被覆部形成型１３に、低い屈折率（ｎ＝１．４４程度）を有するエポキシ樹脂を未硬化の状態で充填した中に挿入して硬化させる（図６（ｂ））。これにより芯部被覆部６ｂが形成される。
【００２８】
芯部被覆部６ｂを型から抜いて、芯部６ａの端面が露出するように、その端部を切断し、研磨する（図７（ｃ））。
この切断面に、芯部６ａの端面より少し大きい孔１１ａを有し、芯部被覆部６ｂの端面を覆う反射板１１を設ける。そして、孔１１ａに、芯部６ａと同一の屈折率を有するエポキシ樹脂に拡散材を混合して滴下し、硬化させて芯部端面被覆部８を形成する（図７（ｄ））。
その後の図８（ｅ）及び（ｆ）に示す製造工程は、図４（ｅ）及び（ｆ）に示す製造工程と同一である。
【００２９】
以上のようにして製造された実施の形態２に係るＬＥＤランプにおいては、反射板１１により、芯部６ａから出射してレンズ部９ａに入射し、レンズ部９ａの壁面で反射した光を再度反射させ、外部へ出射させることができるので、発光効率が良好である。
そして、導光体部６により光が集光されるので、各ＬＥＤチップ２の動作電流を調整することにより、光がレンズ部９ａにおいて良好に白色に発色し、同一点から発光しているように見え、どの角度から見ても白色に見え、発光効率が良好である。
【００３０】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係るＬＥＤランプを示す断面図であり、図１と同一部分は同一符号を付してある。
このＬＥＤランプにおいては、リードフレーム１に紫外域で発光するＬＥＤチップ２が１つ接着固定されており、外装部９には、紫外線を受けて青、赤、緑の蛍光を発する蛍光体及び拡散材が含まれている。
【００３１】
図１０及び図１１は、このＬＥＤランプの製造工程を示す断面図である。
まず、低い屈折率（ｎ＝１．４４程度）を有し、円筒状のエポキシ樹脂からなる導光体部６の中央部に、芯部６ａに対応する凹部６ｄを形成する（図１０（ａ））。このとき導光体部６の凹部６ｄ以外の部分は芯部被覆部６ｂとなる。
次に、凹部６ｄに、高い屈折率（ｎ＝１．７２程度）を有するエポキシ樹脂を未硬化の状態で流し込み、凹部６ｄの基端部に、リードフレーム１にＬＥＤチップ２をダイボンディングし、該ＬＥＤチップ２をワイヤボンディングによりリードフレーム１、４と接続させたものを逆向きに挿入した状態で硬化させる（図１０（ｂ））。これにより、基端部６ｃを有する芯部６ａが形成される。
そして、芯部６ａの端面が露出するように、導光体部６の端部を切断し、研磨する（図１０（ｃ））。
【００３２】
さらに、外装部９に対応する形状を有する外装部形成用型１０に、芯部６ａと同一の屈折率を有するエポキシ樹脂に、前記３種の蛍光体と拡散材とを混合したものを充填し、この中に、導光体部６を逆向きに挿入した後、硬化させて外装部９を形成する（図１１（ｄ））。
最後に、外装部形成用型１０から抜いて、リードフレーム１及び４を切断して、ＬＥＤランプを個別に分離する（図１１（ｅ））。
【００３３】
以上のようにして製造された実施の形態３に係るＬＥＤランプにおいては、ＬＥＤチップ２から出射し、芯部６ａにより集光された光がレンズ部９ａで蛍光体により波長変換され、効率良く、演色性高く白色に混色した状態で発光する。また、ＬＥＤランプ全体には拡散剤を添加しないので、発光効率は良好である。
【００３４】
実施の形態４．
図１２は、実施の形態４に係るＬＥＤランプを示す断面図であり、図１と同一部分は同一符号を付してある。
このＬＥＤランプにおいては、リードフレーム１の表面に、青、赤、緑の各色を発光するＬＥＤチップ２，２，２がダイボンディングにより接着固定されており、導光体部６の端面には、拡散材を含み、前記端面を被覆する導光体部端面被覆板１４が設けられている。
【００３５】
以上のように構成された実施の形態３に係るＬＥＤランプにおいては、ＬＥＤチップ２から出射し、芯部６ａにより集光された光が、導光体部端面被覆板１４で拡散材により拡散された状態でレンズ部９ａに入射し、レンズ部９ａから効率良く発光する。このとき、光が集光された状態でレンズ部９ａに入射するので、同一点から発光しているように見え、どの角度から見ても同じ色に見える。
【００３６】
以上、詳述したように、本実施の形態のＬＥＤランプにおいては、ＬＥＤチップ２から出射した光が導光体部６により集光されてレンズ部９ａに入射するので、効率良く、良好に発色し、どの角度から見てもＬＥＤランプの色が略等しく見える。そして、光を集光させるので蛍光体及び拡散材を含む領域を小さくすることができ、ＬＥＤランプは演色性高く発色し、しかも白っぽく見えることがない。
【００３７】
なお、前記実施の形態においては、導光体部６をエポキシ樹脂により構成した場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、透明で吸収が少なく、芯部６ａと芯部被覆部６ｂとの屈折率の差を大きく採れるものであればよい。但し、エポキシ樹脂を用いた場合、屈折率の調整が容易であり、取扱いが容易である。
また、前記実施の形態においては、芯部端面被覆部８が拡散材を含む場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、蛍光体を含むことにしてもよい。
そして、ＬＥＤチップ２の個数及び導光体部６の形状等は前記実施の形態において説明したものに限定されない。但し、芯部６ａは先細の形状を有する方が、効果的に集光することができ、指向性が良好になる。
【００３８】
【発明の効果】
第１発明による場合は、ＬＥＤチップから出光した光が導光体部により集光されてレンズ部に入射するので、良好に発色し、同一点から発光しているように見え、どの角度から見てもＬＥＤランプの色が略等しく見える。
本発明による場合は、導光体部の芯部が先細の形状を有するので、より効果的に集光され、指向性が良好である。
【００３９】
第２発明及び第３発明による場合は、レンズ部の屈折率が芯部被覆部の屈折率より高く、芯部と略等しい材料からなるので、光が芯部被覆部からレンズ部に入射しにくく、光が芯部からレンズ部に入射しやすい。
【００４０】
第４発明による場合は、レンズ部及び導光体部がエポキシ樹脂を主成分とするので、屈折率の調整が容易であり、取扱いが容易である。
第５発明による場合は、レンズ部と導光体部との境界部の先後に、遮光部を備えるので、指向性が良好である。
第６発明による場合は、レンズ部と導光体部との境界部の先後に、反射部を備えるので、発光効率が良好である。
【００４１】
第７発明においては、蛍光材，拡散材を含む、導光体部端面被覆部，芯部端面被覆部を備えており、導光体部により効果的に集光されているので、蛍光材及び拡散材を含む領域が小さくても、良好に演色及び発色効果が得られ、発光効率が良好である。
第８発明による場合は、レンズ部が蛍光材を含むので、蛍光材により良好に演色することができ、拡散材により各方向に良好に発色することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係るＬＥＤランプを示す断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態１に係るＬＥＤランプの製造工程を示す断面図である。
【図３】  本発明の実施の形態１に係るＬＥＤランプの製造工程を示す断面図である。
【図４】  本発明の実施の形態１に係るＬＥＤランプの製造工程を示す断面図である。
【図５】  本発明の実施の形態２に係るＬＥＤランプを示す断面図である。
【図６】  本発明の実施の形態２に係るＬＥＤランプの製造工程を示す断面図である。
【図７】  本発明の実施の形態２に係るＬＥＤランプの製造工程を示す断面図である。
【図８】  本発明の実施の形態２に係るＬＥＤランプの製造工程を示す断面図である。
【図９】  実施の形態３に係るＬＥＤランプを示す断面図である。
【図１０】  実施の形態３に係るＬＥＤランプの製造工程を示す断面図である。
【図１１】  実施の形態３に係るＬＥＤランプの製造工程を示す断面図である。
【図１２】  実施の形態４に係るＬＥＤランプを示す断面図である。
【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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