(57)【要約】      （修正有）【課題】伝搬損失の小さい、小型で高性能な弾性表面波機能素子及び弾性機能素子を提供する。【解決手段】圧電性基板１上に、すだれ状電極金属薄膜７、８を付着させ、その上にグレーティング構造からなる伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の超低速薄膜、或いはＴｅＯ２薄膜９を付着させる。これにより、非常に薄い膜厚で大きな反射係数をもつ弾性表面波機能素子を得る。また、構成として、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面に、超低速薄膜、或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造の分散型機能素子、或いはこの薄膜をグレーティング構造とし、大きな反射係数をもつ弾性表面波基板、或いはこの薄膜と高インピーダンス薄膜を組み合わせた弾性波共振器を用いた弾性機能素子を得る。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面に、弾性表面波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の速度からなる超低速薄膜、或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造の弾性表面波基板及び弾性波基板、及びこれらの基板を用いた弾性表面波機能素子及び弾性波機能素子。
【請求項２】
特許請求の範囲の請求項１において、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面に金属膜を付着させ、その上に弾性表面波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の速度からなる超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造、或いは、圧電性基板或いは圧電薄膜基板上に金属膜を付着させ、その上に誘電体薄膜を付着させ、その上に弾性表面波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の速度からなる超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造、或いは圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面に金属膜を付着させ、その上に弾性表面波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の速度からなる超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させ、その上に誘電体薄膜を付着させた構造の弾性表面波基板及び弾性波基板、或いは、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面に弾性表面波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の速度からなる超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させ、その上に誘電体薄膜を付着させた構造の弾性表面波基板及び弾性波基板、或いは圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面に誘電体膜を付着させ、その上に弾性表面波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の速度からなる超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造の弾性表面波基板及び弾性波基板、及びそれらの基板を用いた弾性表面波機能素子及び弾性波機能素子。
【請求項３】
特許請求の範囲の請求項１、請求項２において、弾性表面波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の速度からなる超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜の膜厚として、弾性波及び弾性表面波の波長をλ、その膜厚をＨとして、その膜厚Ｈ／λ＝０．００１〜１．２を付着させた構造の弾性表面波基板及び弾性波基板、及びそれらの基板を用いた弾性表面波機能素子及び弾性波機能素子。
【請求項４】
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３において、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面にすだれ状電極基板上、或いはグレーティング反射器をもつすだれ状電極を付着させた基板上に超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造の弾性表面波基板、或いはすだれ状電極金属薄膜上に超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造の弾性表面波基板及びそれらの基板を用いた弾性表面波機能素子及び弾性波機能素子。
【請求項５】
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４において、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面、或いは溝構造の基板上に、弾性表面波の波長をλとして、超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜の周期をｐ、幅をｂとして、伝搬路方向の周期がｐ／λ＝０．５であり、超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜の幅がｂ／λ＝０．２５の開放型或いは短絡型のグレーティング反射器からなる弾性表面波基板、或いは、金属薄膜の周期をｐ、その幅をａ，超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜の周期をｐ、その幅をｂとして、金属薄膜の周期がｐ／λ＝０．５、電極幅をａ／λ＝０．２５である開放型、或いは短絡型の反射器の上に，周期がｐ／λ＝０．５であり、その幅がｂ／λ＝０．２５の超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造の反射器からなる弾性表面波基板、或いはその周期ｐ／λが０．２〜２．０の間で変化する構造のグレーティング反射器であり、またその幅ａ／λ及びｂ／λが０．１〜０．８の間で変化する構造のグレーティング反射器からなる弾性表面波基板及びその基板を用いた弾性表面波機能素子。
【請求項６】
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５において、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面、或いは溝構造の弾性表面波基板上にすだれ状電極金属薄膜を付着させ、その上に超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた弾性表面波基板であって、弾性表面波の波長をλとして、正負のすだれ状電極金属薄膜の正負間の周期をｐ１／λ＝０．５、その幅がａ１／λ＝０．２５であり、その電極の上にその周期がｐ１／λ＝０．５であり、その幅がｂ１／λ＝０．２５の超低速グレーティング薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を、その位置が、すだれ状電極の中心と超低速薄膜の中心が一致した位置をδ＝０．０として、そのδの値が、波の伝搬方向にδ／λ＝−０．２５から＋０．２５の値からなる構造の弾性表面波基板、或いは、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面、或いは溝構造の弾性表面波基板上に超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた、その周期がｐ１／λ＝０．５、その幅がｂ１／λ＝０．２５の超低速薄膜を付着させ、その上に正負のすだれ状電極金属薄膜の正負間の周期をｐ１／λ＝０．５、その幅がａ１／λ＝０．２５をその位置が、超低速反射器の中心と金属膜の中心が一致した位置をδ１＝０．０として、δ１／λ＝−０．２５から＋０．２５の値からなる構造の弾性表面波基板、あるいはａ１／λの値が０．０５から０．４５、及びｂ１／λの値が０．０５から０．４５の値からなる弾性表面波基板，その周期ｐ１／λの値が伝搬方向に０．２から２．０の値で変化した構造であり、超低速薄膜の膜厚Ｈ／λ＝０．００５〜０．２５の範囲の構造の弾性表面波基板及びその基板を用いた弾性表面波機能素子。
【請求項７】
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６において、圧電性基板として、１２８°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３、０°〜７０°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３、Ｙ−Ｚ  ＬｉＮｂＯ３、２５°〜４５°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３、Ｘ−１１２°Ｙ  ＬｉＴａＯ３、回転Ｙ−Ｘ伝搬ＫＮｂＯ３、ランガサイト、リチュウムテトラボレート、水晶、ＢＧＯ，ＢＳＯ、ＺｎＯ／基板、ＡｌＮ／基板からなる弾性表面波基板およびその基板を用いた弾性表面波機能素子。
【請求項８】
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７において電極／圧電薄膜／電極の下に、低インピーダンス薄膜／高インピーダンス薄膜層を繰り返した構造の下に基板をもつ構造の多層薄膜構造弾性波共振器、或いは圧電薄膜の下に、高インピーダンス薄膜／低高インピーダンスを繰り返した下に基板をもつ構造の多層薄膜構造弾性波共振器において、多層構造の低インピーダンス薄膜として、超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を用いた弾性波共振器及びこの共振器を用いた弾性波機能素子。
【請求項９】
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８において上記の薄膜基板を用いた高周波帯の多位相型一方向性“すだれ状電極”弾性表面波変換器を用いたフィルタ、集積型のすだれ状電極を用いたフィルタ、内部反射型の一方向性すだれ状電極弾性表面波変換器を用いたフィルタ、共振器構造の“すだれ状電極”弾性表面波変換器を用いたフィルタ或いはこの共振器をラダー型に用いたフィルタ或いはラティス型に用いたフィルタ、分散型遅延線、コンボルバー、或いは、すだれ状電極がタップ電極からなるマッチドフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は圧電性基板表面に超低速薄膜を付着させることにより得られる、大きな速度分散性をもつ基板、或いは大きな反射係数をもつ弾性表面波基板及び弾性波機能素子を得ることを目的としている。
【背景技術】
【０００２】  圧電薄膜を用いた共振器型フィルタや弾性波機能素子、或いは圧電性基板表面にすだれ状電極を設けた弾性表面波変換器を用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子は、移動体通信用のフィルタ、テレビの中間周波数帯のフィルタとして、広く応用されている。これらのフィルタでは、高性能、小型、軽量、多量生産に優れていること、比較的帯域幅が広いこと、温度の変化に対する周波数特性の変化の小さいこと、などの特性が要求される。
圧電性単結晶、圧電性薄膜基板表面に薄膜を付着させた複合性材料を用いた弾性波、弾性表面波デバイスが広く用いられている。これらの複合性基板では、その薄膜の特性により特性が大きく異なる。従来は、その薄膜の伝搬速度が、ほぼ圧電基板の速度とほぼ等しい材料が用いられており、種々の欠陥がある。本特許はこれらの欠陥を取り除くために考案されたものである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  これらの複合性基板では、その薄膜の特性により特性が大きく異なる。従来は、その薄膜の伝搬速度が、ほぼ圧電性基板の速度とほぼ等しい材料が用いられており、良好な特性を得るためには、厚い薄膜が必要であり、膜の伝搬損失による特性の劣化、膜厚制御が難しくなる、素子サイズが大きくなる、などの欠陥がある。本特許はこれらの欠陥を取り除くために考案されたものである。
【発明が解決するための手段】
【０００４】  本発明は、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面に、弾性表面波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の速度からなる超低速薄膜、或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造の弾性表面波基板及び弾性波基板を得ることにより、基板の伝搬速度を小さくした小型のデバイス及び分散型遅延線を得る方法、またこの薄膜をグレーティング構造とすることにより、反射係数の大きな基板を得ることにより、伝搬損失の小さい、小型、高性能の素子を得ることを目的としている。
【実施例】
【０００５】
【実施例１】実施例の１は、図１のように、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面に、弾性表面波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の速度からなる超低速薄膜、或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造の弾性表面波基板及び弾性波基板、及びこれらの基板を用いた弾性表面波機能素子及び弾性波機能素子が実施例の１である。
【実施例２】実施例の２は、図２のように、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面に金属膜を付着させ、その上に弾性表面波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の速度からなる超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造、或いは図３のように、圧電性基板或いは圧電薄膜基板上に金属膜を付着させ、その上に誘電体薄膜を付着させ、その上に弾性表面波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の速度からなる超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造、或いは図４のように圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面に金属膜を付着させ、その上に弾性表面波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の速度からなる超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させ、その上に誘電体薄膜を付着させた構造の弾性表面波基板及び弾性波基板、或いは図５のように、図３において、金属膜３が無い構造、或いは図６のように、図４の金属膜３が無い構造の弾性表面波基板及び弾性波基板及びそれらの基板を用いた弾性表面波機能素子及び弾性波機能素子が実施例の２である。
【実施例３】実施例の３は、本特許の膜厚として、１０００ｍ／ｓ以下の速度からなる超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜の構造として、弾性波及び弾性表面波の波長をλ、その膜厚をＨとして、その膜厚Ｈ／λ＝０．００１〜１．２を付着させた構造の弾性表面波基板及び弾性波基板及びそれらの基板を用いた弾性表面波機能素子及び弾性波機能素子が実施例の３である。
【実施例４】実施例の４は、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面にすだれ状電極を付着させた基板上、或いは反射器をもつすだれ状を付着させた基板上に超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造の弾性表面波基板、或いはすだれ状電極金属薄膜上に超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造の弾性表面波基板及びそれらの基板を用いた弾性表面波機能素子及び弾性波機能素子が実施例の４である。
【実施例５】実施例の５は、上に示した本特許の実施例を含めて、図７のように、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面、或いは溝構造の基板上に、弾性表面波の波長をλとして、超低速薄或いはＴｅＯ２薄膜の周期をｐ、幅をｂとして、伝搬路方向の周期がｐ／λ＝０．５であり、超低速グレーティング薄膜或いはグレーティングＴｅＯ２薄膜の幅がｂ／λ＝０．２５の開放型或いは短絡型の反射器からなる弾性表面波基板、或いは図８のように、金属薄膜の周期をｐ、その幅をａ，超低速グレーティング薄膜或いはグレーティングＴｅＯ２薄膜の周期をｐ、その幅をｂとして、金属薄膜の周期がｐ／λ＝０．５、電極幅がａ／λ＝０．２５である開放型、或いは短絡型の反射器の上に，周期がｐ／λ＝０．５であり、その幅がｂ／λ＝０．２５の超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた構造の反射器からなる弾性表面波基板、或いはその周期ｐ／λが０．２〜２．０の間で変化する構造の反射器であり、またその幅ａ／λ及びｂ／λが０．１〜０．８の間で変化する構造の反射器からなる弾性表面波基板及びその基板を用いた弾性表面波機能素子が実施例の５である。
【実施例６】実施例の６は、上に示した本特許の実施例を含めて、図９のように、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面、或いは溝構造の弾性表面波基板上にすだれ状電極金属薄膜を付着させ、その上に超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた弾性表面波基板であって、弾性表面波の波長をλとして、正負のすだれ状電極金属薄膜の正負間の周期をｐ１／λ＝０．５、その幅がａ１／λ＝０．２５であり、その電極の上にその周期がｐ１／λ＝０．５であり、その幅がｂ１／λ＝０．２５の超低速グレーティング薄膜或いはグレーティングＴｅＯ２薄膜をその位置が、すだれ状金属薄膜の中心と超低速薄膜の中心が一致した位置をδ＝０．０として、そのδの値が、波の伝搬方向にδ／λ＝−０．２５から＋０．２５の値からなる構造の弾性表面波基板、或いは、図１０のように、圧電性基板或いは圧電性薄膜基板表面、或いは溝構造の弾性表面波基板上に超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を付着させた、その周期がｐ１／λ＝０．５、その幅がｂ１／λ＝０．２５の超低速薄膜を付着させ、その上に正負のすだれ状電極の正負間の周期をｐ１／λ＝０．５、その幅がａ１／λ＝０．２５をその位置が、超低速反射器の中心と金属膜の中心が一致した位置をδ１＝０．０として、δ１／λ＝−０．２５から＋０．２５の値からなる構造の弾性表面波基板、あるいはａ１／λの値が０．０５から０．４５、及びｂ１／λの値が０．０５から０．４５の値からなる弾性表面波基板，その周期ｐ１／λの値が伝搬方向に０．２から２．０の値で変化した構造、或いは超低速薄膜の膜厚Ｈ／λ＝０．００５〜０．２５が範囲の構造の低の弾性表面波基板の弾性表面波基板およびその基板を用いた弾性表面波機能素子が実施例の６である。
【実施例７】実施例の７は、上に示した本特許の実施例を含めて、圧電性基板として、１２８°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３、０°〜７０°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３、Ｙ−Ｚ  ＬｉＮｂＯ３、２５°〜４５°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３、Ｘ−１１２°Ｙ  ＬｉＴａＯ３、回転Ｙ−Ｘ伝搬ＫＮｂＯ３、ランガサイト、リチュウムテトラボレート、水晶、ＢＧＯ，ＢＳＯ、ＺｎＯ／基板、ＡｌＮ／基板からなる弾性表面波基板およびその基板を用いた弾性表面波機能素子が実施例の７である。
【実施例８】実施例の８は、上に示した本特許の実施例を含めて、図１１のように、電極／圧電薄膜／電極の下に、低インピーダンス薄膜／高インピーダンス層を繰り返した薄膜の下に基板をもつ構造の多層薄膜構造弾性波共振器、或いは圧電薄膜の下に、高インピーダンス薄膜／低インピーダンス層を繰り返した薄膜の下に基板をもつ構造の多層薄膜構造弾性波共振器において、多層構造の低インピーダンス薄膜として、超低速薄膜或いはＴｅＯ２薄膜を用いた弾性波共振器及びこの共振器を用いた弾性波機能素子。
【実施例９】実施例の９は、上に示した本特許の実施例を含めて、上記の薄膜基板を用いた高周波帯の多位相型一方向性“すだれ状電極”弾性表面波変換器を用いたフィルタ、集積型のすだれ状電極を用いたフィルタ、内部反射型の一方向性すだれ状電極弾性表面波変換器を用いたフィルタ、共振器構造の“すだれ状電極”弾性表面波変換器を用いたフィルタ或いはこの共振器をラダー型に用いたフィルタ或いはラティス型に用いたフィルタ、分散型遅延線、コンボルバー、或いは、すだれ状電極がタップ電極からなるマッチドフィルタが実施例の９である。
【発明の効果】
【０００６】  １２８°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３単結晶表面にＴｅＯ２薄膜を付着させた弾性表面波基板のＨ／λに対する伝搬速度を図１２に示す。図からＨ／λ＝０．０１の増加に対して、ほぼ１００ｍ／ｓ速度が低下しており、非常に大きな速度分散性が得られる。また、この膜を用いた速度差を用いたインピーダンス比ｒ＝Ｚｏ／Ｚｍ（Ｚｏ：基板のインピーダンス、Ｚｍ：基板上にＴｅＯ２薄膜がある場合のインピーダンス）を示したのが図１３であり、非常に薄い膜厚で大きな反射係数が得られることが判る。
図１４は、図１２の構造の一方向性変換器の実験値であり、電極幅ａ／λ＝０．２５、ＴｅＯ２幅＝０．２５、δ／λ＝０．１５、ＴｅＯ２膜厚＝０．０１５で挿入損失１．６ｄＢ、方向性として順方向と逆方向の差が−２０ｄＢが得られている。非常に薄い膜厚で大きな方向性が得られる。また、ＴｅＯ２／Ａｌすだれ状電極共振器の特性を図１５に示す。Ａｌ電極のみの場合に較べて、大きな反射係数により大きな振幅比と広い帯域幅が得られている。図１６は、多層構造の薄膜共振器の特性のシュミレーション結果であり、ＺｎＯ／Ｗ／ＴｅＯ２／Ｗ／ＴｅＯ２／Ｓｉ基板構造（２層構造）で良好な共振特性が得られている。
ＴｅＯ２薄膜類似のＴｅＯｘなどの超低速薄膜も本特許に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】圧電基板表面に超低速薄膜を付着させた基板の断面図
【図２】超低速薄膜／金属膜／圧電性基板構造の基板の断面図
【図３】超低速薄膜／誘電体／金属膜／圧電性基板構造の基板の断面図
【図４】誘電体／超低速薄膜／金属膜／圧電性基板構造の基板の断面図
【図５】超低速薄膜／金属膜／圧電性基板構造の基板の断面図
【図６】金属膜超／低速薄膜／圧電性基板構造の基板のの断面図
【図７】グレーティング構造の超低速薄膜反射器をもつ弾性表面波基板の断面図
【図８】グレーティング構造の金属膜／超低速薄膜／圧電性基板構造の反射器からなる弾性表面波基板の断面図
【図９】グレーティング構造超低速薄膜／すだれ状電極／圧電性基板の弾性表面波基板の断面図と平面図
【図１０】すだれ状電極／グレーティング構造超低速薄膜／圧電性基板の弾性表面波基板の断面図と平面図
【図１１】圧電性薄膜／多層構造反射器／基板からなる多層構造弾性波共振器の断面図
【図１２】１２８°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ３基板表面にＴｅＯ２を付着させた場合のＨ／λに対する伝搬速度
【図１３】１２８°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ３基板表面にＴｅＯ２を付着させた場合のＨ／λに対するフリーのインピーダンスＺｏに対するＴｅＯ２を付着させたインピーダンスＺｍの比
【図１４】図９の構造の一方向性フィルタの挿入損失の実験値
【図１５】図１２の構造の弾性表面波共振器の周波数特性の実験値
【図１６】図１１の構造の弾性波共振器の周波数特性の計算値
【符号の説明】
１−圧電体基板、２−超低速薄膜、３−金属膜、４−誘電体膜、５−グレーティング構造超低速薄膜、６−グレーティング構造金属膜、７−正のすだれ状電極、８−負のすだれ状電極、９−グレーティング構造超低速薄膜、１０−取り出し電極、１１−圧電性薄膜、１２−電極、１３−電極、１４−高インピーダンス膜、１５−低インピーダンス膜、１６−基板
【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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