(57)【要約】【課題】携帯電話器に対して、その電源として熱電変換素子を配置してなり、携帯電話器の多機能化にも対応できる熱電変換素子付き携帯電話器を得る。【解決手段】携帯電話器のケーシング内に吸熱部材、熱電変換素子及び放熱部材からなる熱電発電ユニットと熱電発電ユニットで発電された電力を蓄積するバッテリーとを配置してなる熱電変換素子付き携帯電話器であって、吸熱部材及び熱電変換素子を携帯電話器の背面及び側面に配置するとともに、熱電変換素子の内面に放熱部材を配置し、且つ、吸熱部材が身体に密着するような携帯電話器ホルダーを備えてなることを特徴とする熱電変換素子付き携帯電話器。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯電話器のケーシング内に吸熱部材、熱電変換素子及び放熱部材からなる熱電発電ユニットと熱電発電ユニットで発電された電力を蓄積するバッテリーとを配置してなる熱電変換素子付き携帯電話器であって、吸熱部材及び熱電変換素子を携帯電話器の背面及び側面に配置するとともに、熱電変換素子の内面に放熱部材を配置し、且つ、吸熱部材が身体に密着するような携帯電話器ホルダーを備えてなることを特徴とする熱電変換素子付き携帯電話器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱電変換素子付き携帯電話器において、前記吸熱部材及び放熱部材の構成材料が熱伝導性の材料であることを特徴とする熱電変換素子付き携帯電話器。
【請求項３】
携帯電話器のケーシング内に吸熱部材、熱電変換素子及び放熱部材からなる熱電発電ユニットと熱電発電ユニットで発電された電力を蓄積するバッテリーとを配置してなる熱電変換素子付き携帯電話器であって、吸熱部材及び熱電変換素子を携帯電話器の背面及び側面に配置するとともに、熱電変換素子の内面にヒートパイプを備えた放熱部材を配置し、且つ、吸熱部材が身体に密着するような携帯電話器ホルダーを備えてなることを特徴とする熱電変換素子付き携帯電話器。
【請求項４】
請求項３に記載の熱電変換素子付き携帯電話器において、前記吸熱部材及び放熱部材の構成材料が熱伝導性の材料であることを特徴とする熱電変換素子付き携帯電話器。
【請求項５】
携帯電話器のケーシング内に吸熱部材、熱電変換素子及び放熱部材からなる熱電発電ユニットと熱電発電ユニットで発電された電力を蓄積するバッテリーとを配置してなる熱電変換素子付き携帯電話器であって、吸熱部材及び熱電変換素子を携帯電話器の背面に配置するとともに、ヒートパイプを備えた放熱部材を携帯電話器の側面、上面及び下面に配置し、且つ、吸熱部材が身体に密着するような携帯電話器ホルダーを備えてなることを特徴とする熱電変換素子付き携帯電話器。
【請求項６】
請求項５に記載の熱電変換素子付き携帯電話器において、前記吸熱部材及び放熱部材の構成材料が熱伝導性の材料であることを特徴とする熱電変換素子付き携帯電話器。
【請求項７】
前記熱電変換素子付き携帯電話器が折り畳み式の熱電変換素子付き携帯電話器であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱電変換素子付き携帯電話器。
【請求項８】
請求項７に記載の熱電変換素子付き携帯電話器において、携帯電話器の本体に対して、表示部を蝶番により開閉自在とし、表示部の背部にも、吸熱部材、熱電変換素子及び放熱部材からなる熱電ユニットを設けてなることを特徴とする熱電変換素子付き携帯電話器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換素子付き携帯電話器に関し、より詳しくは携帯電話器に対し、その電源として熱電変換素子を配置してなる熱電変換素子付き携帯電話器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電子機器には電源が必要であり、従来その電源としては電池が用いられている。携帯電子機器の利用可能時間は電池によって決まるが、最近では、電池に代えて熱電変換素子を用いることも考えられている。例えば、特許第２９４６２０５号公報では、熱電変換素子を配置した熱発電時計が提案されている。図１１は、同公報に実施例として紹介されている、熱電変換素子を配置した熱発電時計の断面図である。
【０００３】
【特許文献１】特許第２９４６２０５号公報
【０００４】
図１１において、熱電変換素子１０６を吸熱板１０４に配置して固着する。熱電変換素子１０６の保護手段であるわく１０９の一方に吸熱板１０４を固着し、他方に放熱板１１１を固着する。熱伝導板１１２をその弾力により放熱板１１１と接触させ、フレーム１０３を裏ぶたねじ１１４で固定し、熱伝導板１１２を胴１１３に接触させて固定する。なお、図１１中、１０２は裏ぶた、１１５は電力を貯える二次電池、１１６は胴１１３の内周に設けられたムーブメントである。
【０００５】
しかし、上記特許公報では、主として熱電変換素子付きの腕時計を対象としており、携帯電話器については言及がない。また、ほかに携帯電話器に熱電変換素子を組み込んだ文献は見当たらない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、携帯電話器は、液晶表示が一般的であるが、カメラ付き携帯電話器も普及し、また漸次音楽再生機能やテレビ受信機能付きなど多機能化の傾向にある。このような多機能化が進むにつれて液晶表示の画素数が増加し、電力消費量が増大し、一回の充電に対する使用可能時間が短くなるという問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、携帯電話器にその電源として熱電変換素子を配置してなり、上記のような多機能化にも対応できる熱電変換素子付き携帯電話器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、（１）携帯電話器のケーシング内に吸熱部材、熱電変換素子及び放熱部材からなる熱電発電ユニットと熱電発電ユニットで発電された電力を蓄積するバッテリーとを配置してなる熱電変換素子付き携帯電話器であって、吸熱部材及び熱電変換素子を携帯電話器の背面及び側面に配置するとともに、熱電変換素子の内面に放熱部材を配置し、且つ、吸熱部材が身体に密着するような携帯電話器ホルダーを備えてなることを特徴とする熱電変換素子付き携帯電話器を提供する。
【０００９】
本発明は、（２）携帯電話器のケーシング内に吸熱部材、熱電変換素子及び放熱部材からなる熱電発電ユニットと熱電発電ユニットで発電された電力を蓄積するバッテリーとを配置してなる熱電変換素子付き携帯電話器であって、吸熱部材及び熱電変換素子を携帯電話器の背面及び側面に配置するとともに、熱電変換素子の内面にヒートパイプを備えた放熱部材を配置し、且つ、吸熱部材が身体に密着するような携帯電話器ホルダーを備えてなることを特徴とする熱電変換素子付き携帯電話器を提供する。
【００１０】
本発明は、（３）携帯電話器のケーシング内に吸熱部材、熱電変換素子及び放熱部材からなる熱電発電ユニットと熱電発電ユニットで発電された電力を蓄積するバッテリーとを配置してなる熱電変換素子付き携帯電話器であって、吸熱部材及び熱電変換素子を携帯電話器の背面に配置するとともに、ヒートパイプを備えた放熱部材を携帯電話器の側面、上面及び下面に配置し、且つ、吸熱部材が身体に密着するような携帯電話器ホルダーを備えてなることを特徴とする熱電変換素子付き携帯電話器を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱電変換素子付き携帯電話器によれば、携帯電話器にその電源として熱電変換素子を配置することにより、カメラ付き、音楽再生機能、あるいはテレビ受信機機能付きなど多機能化にも対応することができる。携帯電話器で必要な電力は、機種により異なるが、待ち受け時の消費電力はおおよそ２〜３ｍＷ程度である。熱電変換素子の発電能力は、温度差ΔＴ＝１０℃、面積が５０ｃｍ2程度で約２ｍＷ程度である。そこで、このような熱電変換素子を備えた携帯電話器を身につけて携帯することにより、待ち受け状態のときの消費電力を熱電変換素子の発電によりほぼ賄うことができる。これによって、身体に密着して携帯している場合の携帯電話器の待ち受け時間をほぼ無限とすることができる。また、将来的に携帯電話器の待ち受け時での必要電力の省電力化や熱電変換素子の発電効率の向上により待ち受け時の発電電力が消費電力を十分上回れば、この余剰発電電力を充電した電力のみで携帯電話器のすべての消費電力を賄うことが可能となり、別途外部電源からの充電を必要としない携帯電話器の実現が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明（１）は、携帯電話器のケーシング内に吸熱部材、熱電変換素子及び放熱部材からなる熱電発電ユニットと熱電発電ユニットで発電された電力を蓄積するバッテリーとを配置してなる熱電変換素子付き携帯電話器である。そして、吸熱部材及び熱電変換素子を携帯電話器の背面及び側面に配置するとともに、熱電変換素子の内面に放熱部材を配置し、且つ、吸熱部材が身体に密着するような携帯電話器ホルダーを備えてなることを特徴とする。
【００１３】
本発明（２）は、携帯電話器のケーシング内に吸熱部材、熱電変換素子及び放熱部材からなる熱電発電ユニットと熱電発電ユニットで発電された電力を蓄積するバッテリーとを配置してなる熱電変換素子付き携帯電話器である。そして、吸熱部材及び熱電変換素子を携帯電話器の背面及び側面に配置するとともに、熱電変換素子の内面にヒートパイプを備えた放熱部材を配置し、且つ、吸熱部材が身体に密着するような携帯電話器ホルダーを備えてなることを特徴とする。
【００１４】
本発明（３）は、携帯電話器のケーシング内に吸熱部材、熱電変換素子及び放熱部材からなる熱電発電ユニットと熱電発電ユニットで発電された電力を蓄積するバッテリーとを配置してなる熱電変換素子付き携帯電話器である。そして、吸熱部材及び熱電変換素子を携帯電話器の背面に配置するとともに、ヒートパイプを備えた放熱部材を携帯電話器の側面、上面及び下面に配置し、且つ、吸熱部材が身体に密着するような携帯電話器ホルダーを備えてなることを特徴とする。
【００１５】
以下、本発明（１）〜（３）の具体的態様につて順次説明する。
【００１６】
〈本発明（１）の具体的態様〉
図１〜３は本発明（１）の熱電変換素子付き携帯電話器を説明する図である。図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は背面図である。携帯電話器の左右両側面は同形であるので、図１（ｂ）は左側面図でもあり、右側面図でもある。図１（ａ）〜（ｂ）のとおり、ケーシング１には、その前面に表示部２、操作部３を備え、左右両側面に吸熱部材４を設ける。そして、図１（ｃ）のとおり、ケーシング１の背面にも吸熱部材５を設ける。背面の吸熱部材５は左右両側面の吸熱部材４と連なっている。６はアンテナであり、携帯電話器に内蔵されたＣＰＵに導通している。
【００１７】
吸熱部材４、５は、ケーシング１の面の内面に配置してもよく、その外面に配置してもよいが、吸熱効果の点からは外面に配置するのが好ましい。ケーシング１の構成材料としてはプラスチックやアルミニウム（その合金を含む）などの軽量の材料が用いられ、吸熱部材４、５の構成材料としては銅、アルミニウム（それらの合金を含む）などの熱伝導性の材料が用いられ、この点以下の態様においても同様である。
【００１８】
図２（ａ）は図１（ａ）中Ａ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）中Ｂ−Ｂ線断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）中Ｃ−Ｃ線断面図である。図２（ａ）−（ｃ）のとおり、表示部２及び操作部３の下部にＣＰＵ基板（すなわちＣＰＵが配置された基板）７が配置され、ＣＰＵ基板７の下部に熱電発電ユニットバッテリー８、バッテリー９が配置されている。１０は熱電変換素子、１１は放熱部材である。放熱部材１１は、ケーシング１の上下面に配置された放熱部材１２に連なり、ケーシング１内の熱は放熱部材１１を経て放熱部材１２から外気に放熱される。放熱部材１１、１２の構成材料としては銅、アルミニウム（それらの合金を含む）などの熱伝導性の材料が用いられ、この点以下の態様においても同様である。
【００１９】
１３、１４は配線である。各配線１３は、ＣＰＵ基板７に配置されたＣＰＵと表示部２、ＣＰＵと操作部３、ＣＰＵと熱電発電ユニットバッテリー８、ＣＰＵとバッテリー９とを電気的に導通する。また、配線１４は熱電変換素子１０と導通している。熱電変換素子１０はケーシング１の背面の吸熱部材５、ケーシング１の左右両側面の吸熱部材４と放熱部材１１の間に配置される。
【００２０】
熱電変換素子１０と吸熱部材４、５の間、及び、熱電変換素子１０と放熱部材１１の間は熱伝導性の接着剤で接着される。熱伝導性の接着剤としては、例えば銀粉、グラファイト、あるいはアルミ粉などを混合したエポキシ樹脂などが用いられる。吸熱部材４、５がケーシング１の外面に配置される場合には、熱電変換素子１０は、吸熱部材４、５の配置位置に対応するケーシング１の内面に配置される。
【００２１】
熱電変換素子１０は吸熱部材４、５と放熱部材１１との間の温度差により発電し、電力は熱電発電ユニットバッテリー９に蓄電される。熱電変換素子は、温度差を与えることにより両端に熱起電力が発生する熱電効果（＝ゼーベック効果）を利用して熱エネルギーを直接電力に変換する素子であり、相異なる二種の金属、Ｐ型半導体とＮ型半導体、その他の相異なる熱電変換材料を熱的に並列に置いて電気的に直列に接続し、外部に負荷を接続して閉回路を構成することで回路に電流が流れ、電力として取り出される。
【００２２】
熱電変換素子において、一対の熱電変換材料で構成された素子から得られる電圧は、大まかなところ、同一材料であればその積層数に比例し、電力は素子の大きさに比例する。しかし、電圧については、相異なる二種の熱電変換材料の一対だけでは高々数十ｍＶにしかならないから、その複数対を組み合わせることが必要である。
【００２３】
図３は、複数対を組み合わせた熱電変換素子構成の一例を示す図である。例えば熱電変換材料が半導体の場合、複数対のＰ型及びＮ型半導体が間隔を置いて交互に配置され、相隣り合うＰ型及びＮ型半導体の単位が電極によって直列に連結されている。図３ではＰ−Ｎ単位を５９対連結した場合を示しているが、必要数が電気的に連結され、その上面側と下面側の間に温度差ΔＴを与えることで発電される。図３中、１５は熱電変換素子、１６は連結細片（電極）、１７は電力取り出し用の導線であり、矢印（→）は電流の流れを示している。
【００２４】
本発明においては、上記のように構成した熱電変換素子１０を吸熱部材４、５と放熱部材１１との間に配置する。すなわち、熱電変換素子に関し、その上面側に放熱部材を当接し、その下面側に吸熱部材を当接するか、または、その上面側に吸熱部材を当接し、その下面側に放熱部材を当接するように配置する。こうして構成した携帯電話器は、例えば腕時計のように人の腕などに身につけることにより使用される。このため携帯電話器はホルダーにより保持して使用される。図４はその態様を示す図である。
【００２５】
図４のとおり、携帯電話器にホルダー１８、すなわち携帯電話器ホルダー１８を付けておく。１９はホルダー１８による携帯電話器の固定手段である。携帯電話器から言えば、１９は携帯電話器に対するホルダー１８の固定手段である。携帯電話器はこのホルダー１８により人の腕などに身につけられる。携帯電話器の側面及び裏面にはそれぞれ吸熱部材４、５が配置されているので、携帯電話器の吸熱部材が身体に密着するように身につけられ、人体の体温により温められる。ここで、前述のとおり、吸熱部材はケーシング１の外面に配置する態様のほか、その内面に配置する態様もあるが、本明細書中“吸熱部材が身体に密着するように”あるいは“吸熱部材が身体に密着するような”として言う吸熱部材とは、それら両態様で配置された吸熱部材を含む意味である。
【００２６】
一方、放熱部材１１は、吸熱部材４、５、熱電変換素子１０を介して、腕などの皮膚面とは離間し、大気雰囲気に臨む放熱部材１２に連なっているので、体温より低温である。こうして吸熱部材４、５と放熱部材１１との間に温度差が生じるので、その間に配置された熱電変換素子１０により電力が発生する。発生電力は、熱電発電ユニットバッテリー８に蓄えられ使用される。
【００２７】
〈本発明（２）の具体的態様〉
本発明（２）は、本発明（１）に対して、放熱部材がヒートパイプを備えた放熱部材である点で異なる。放熱部材にヒートパイプを備えることにより、吸熱部材との間の温度差をより良好にすることができる。図５〜６は、本発明（２）の熱電変換素子付き携帯電話器を説明する図である。図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は側面図、図５（ｃ）は背面図である。携帯電話器の左右両側面は同形であるので、図５（ｂ）は左側面図でもあり、右側面図でもある。これらの図中、図１〜４と共通する部材については同じ符号を用いている。
【００２８】
図５（ａ）〜（ｂ）のとおり、ケーシング１の前面に表示部２、操作部３を備え、左右両側面に吸熱部材４を設ける。そして、図５（ｃ）のとおり、ケーシング１の背面に吸熱部材５を設ける。背面の吸熱部材５は左右両側面の吸熱部材４と連なっているので、放熱部材を携帯電話器の背面及び側面に配置した構成となる。６はアンテナ、１２は上部の放熱部材である。このように、本発明（２）の態様の携帯電話器の外形は、本発明（１）の態様の携帯電話器の外形とほぼ同じである。
【００２９】
図６（ａ）は図５（ａ）中Ａ−Ａ線断面図、図６（ｂ）は図５（ｂ）中Ｂ−Ｂ線断面図である。図６（ａ）〜（ｂ）中、ＣＰＵ基板、熱電発電ユニットバッテリー等の記載は省略している。図６（ａ）〜（ｂ）のとおり、放熱部材１１にヒートパイプ２０を設ける。これにより放熱部材１１からの熱をより良好に放出し、熱電変換素子１０の吸熱部材４、５に相対する面をより効率的に冷却することができる。ヒートパイプには管状、平板状等各種あるが適宜選定して用いることができる。図７はヒートパイプ２０の構成を説明する図で、断面図として示している。
【００３０】
図７において、蒸発部では作動流体（液体）が外部から熱を奪って蒸発して蒸気となる。このとき蒸発部の面側を冷却する。一方、凝縮部では該蒸気が冷却されて凝縮する。この凝縮液はパイプ内のウィックや細溝を通してその毛細管作用により蒸発部へ戻る。そこで、その蒸発部側を放熱部材１１の面に固定して使用する。その固定には、例えば銀粉、グラファイト、あるいはアルミナなどを混合したエポキシ樹脂などの熱伝導性の接着剤が用いられる。作動流体としては水、メタノール、エタノール、アンモニアその他各種あるが、適宜選定して使用される。なお、図７中、２１は管壁、２２は金網、繊維材等からなるウィックまたは細溝、２３は作動流体の蒸気流である。
【００３１】
放熱部材１１の一面にヒートパイプ２０の蒸発部が配置され、放熱部材１１の他方の面に熱電変換素子１０が配置されているので、放熱部材１１の当該他方の面と接する熱電変換素子１０の面が冷却される。一方、ヒートパイプ２０の凝縮部側は携帯電話器のケーシング１内に臨ませてもよく、ケーシング１の上下に配置された放熱部材１２に当接させてもよい。凝縮部側へ移送された熱は放熱部材１２から放出される。その他の点については、本発明（１）の態様の場合と同様である。
【００３２】
〈本発明（３）の具体的態様〉
本発明（３）は、本発明（２）に対して、熱電変換素子を携帯電話器の背面のみに設け、左右の両側も放熱部とし、ヒートパイプを備えた放熱部材を左右の両側のほか、上下にも設けた点で異なる。熱電変換素子を背面のみに設けているのでケーシング内のスペースを大きくでき、且つ、ヒートパイプを備えた放熱部材を携帯電話器の左右及び上下に設けているので、吸熱部材との間の温度差をより良好にすることができる。図８〜９は、本発明（３）の熱電変換素子付き携帯電話器を説明する図である。図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側面図、図８（ｃ）は背面図である。携帯電話器の左右両側面は同形であるので、図８（ｂ）は左側面図でもあり、右側面図でもある。これらの図中、図１〜７と共通する部材については同じ符号を用いている。
【００３３】
図９（ａ）は図８（ａ）中Ａ−Ａ線断面図、図９（ｂ）は図８（ｂ）中Ｂ−Ｂ線断面図である。図９（ａ）〜（ｂ）中、ＣＰＵ基板、熱電発電ユニットバッテリー等の記載は省略している。図９（ａ）〜（ｂ）のとおり、ヒートパイプ２０を備えた放熱部材をケーシング１の左右にも、上下にも設ける。１２、１２は上下の放熱部材、２４は左右の放熱部材である。吸熱部材５はケーシング１の背面のみに位置する。これによりケーシング１内の熱、ひいては熱電変換素子１０の熱をより良好に放出し、熱電変換素子１０の面をより効率的に冷却することができる。その他の点については、本発明（２）の態様の場合と同様である。
【００３４】
〈本発明（１）〜（３）の携帯電話器を折り畳みにする具体的態様〉
本発明（１）〜（３）の熱電変換素子付き携帯電話器は、折り畳み式の熱電変換素子付き携帯電話器とすることができる。図１０はその態様を説明する図である。図１０中、図１〜９と共通する部材については同じ符号を用いている。図１０のとおり、携帯電話器の表示部２の部分を別体として、本体に対して開閉自在に配置する。２５はそのための蝶番である。そして、携帯電話器の本体と同様、その表示部２の背部にも、吸熱部材２６、熱電変換素子１０、放熱部材２７を設ける。これにより、携帯電話器の本体にも、表示部にも、吸熱部材、熱電変換素子及び放熱部材からなる熱電発電ユニットを配置できるので、携帯電話器の電源として十分に賄うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明（１）の熱電変換素子付き携帯電話器を説明する図
【図２】本発明（１）の熱電変換素子付き携帯電話器を説明する図
【図３】本発明（１）の熱電変換素子付き携帯電話器を説明する図
【図４】本発明の熱電変換素子付き携帯電話器の使用態様を示す図
【図５】本発明（２）の熱電変換素子付き携帯電話器を説明する図
【図６】本発明（２）の熱電変換素子付き携帯電話器を説明する図
【図７】本発明（２）の熱電変換素子付き携帯電話器で用いるヒートパイプの構成例を説明する図
【図８】本発明（３）の熱電変換素子付き携帯電話器を説明する図
【図９】本発明（３）の熱電変換素子付き携帯電話器を説明する図
【図１０】本発明（１）〜（３）の携帯電話器を折り畳み式にする態様例を説明する図
【図１１】先行公報に記載の熱電変換素子を配置した熱発電時計を示す図
【符号の説明】
【００３６】
１  ケーシング
２  表示部
３  操作部
４  吸熱部材
５  背面の吸熱部材
６  アンテナ
７  ＣＰＵ基板（すなわちＣＰＵが配置された基板）
８  熱電発電ユニットバッテリー
９  バッテリー
１０  熱電変換素子
１１  放熱部材
１２  放熱部材１１に連なる放熱部材
１３  各配線
１４  熱電変換素子１０と導通する配線
１５  熱電変換素子
１６  連結細片（電極）
１７  電力取り出し用の導線
１８  ホルダー
１９  ホルダー１８による携帯電話器の固定手段
２０  ヒートパイプ
２１  管壁
２２  金網、繊維材等からなるウィック又は細溝
２３  作動流体の蒸気流
２４  放熱部
２５  蝶番
２６  吸熱部材
２７  放熱部材
【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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