(57)【要約】【課題】振動子の形状を最適化して、より安定的にミストを放出することのできるミスト発生装置を提供すること。【解決手段】ミスト発生装置３は、複数の微細孔が形成された霧化部１１を有する振動板１２と、この振動板１２を膜振動させる円環板状の圧電振動子１３とを備え、振動板１２は、圧電振動子１３の孔部１４を覆うように、同圧電振動子１３に貼り合わされる。そして、圧電振動子１３の外径ＯＤに対する内径ＩＤの比率（開口比率）は、３６％〜５９％に設定される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の微細孔が形成された霧化部を有する振動板と、
前記霧化部に液体を供給する供給手段と、
前記振動板を膜振動させる円環板状の振動子を有する振動発生手段とを備え、
前記振動子の孔部を覆うように該振動子に貼り合わされた前記振動板の膜振動に基づいて、前記霧化部に供給された液体を霧化するミスト発生装置であって、
前記振動子の外径に対する内径の比率が３６％〜５９％であること、
を特徴とするミスト発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のミスト発生装置において、
前記振動子の外径に対する内径の比率が４０％〜５４％であること、
を特徴とするミスト発生装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のミスト発生装置において、
前記振動子の外径に対する内径の比率が５０％以下であること、
を特徴とするミスト発生装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のミスト発生装置において、
前記振動子の外径は、１２ｍｍ〜１８ｍｍであること、
を特徴とするミスト発生装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のミスト発生装置において、
前記振動子の外径は、１４ｍｍ〜１６ｍｍであること、
を特徴とするミスト発生装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のミスト発生装置において、
前記振動子の内径は、６ｍｍ〜８ｍｍであること、
を特徴とするミスト発生装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のミスト発生装置において、
前記振動子は、円環板状に形成された圧電体と、該圧電体の両面に形成された一対の電極とを備えた圧電振動子であって、
前記圧電振動子におけるミスト放出側の面には、その孔部の周縁を囲むように前記電極が存在しない無電極部が形成されるとともに、該無電極部には、前記孔部と前記電極とを液密に区画するシール部材が当接されること、を特徴とするミスト発生装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れか一項に記載のミスト発生装置を備えた美容装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミスト発生装置及び美容装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の微細孔が形成された振動板を膜振動させることにより、その各微細孔に供給される液体を霧化してミストを発生させるミスト発生装置がある。
例えば、特許文献１には、円環板状に形成された圧電振動子を振動発生手段として、その孔部を覆うように振動板を貼り合わせる構成が開示されている。すなわち、このような構成を採用することで、効率良く、振動板を膜振動させることができる。そして、その圧電振動子の孔部を覆う部分に複数の微細孔を形成して霧化部とすることにより、高効率且つ安定的にミストを発生させることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２０７８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、振動発生手段を構成する振動子の周波数特性は、その形状に依存する。そして、上記のような環状板状の振動子を有するミスト発生装置では、当該振動子の外径及び内径がミスト放出の安定性に大きな影響を与えることから、その最適化が重要な課題となっている。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、振動子の形状を最適化して、より安定的にミストを放出することのできるミスト発生装置及び美容装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、本発明のミスト発生装置は、複数の微細孔が形成された霧化部を有する振動板と、前記霧化部に液体を供給する供給手段と、前記振動板を膜振動させる円環板状の振動子を有する振動発生手段とを備え、前記振動子の孔部を覆うように該振動子に貼り合わされた前記振動板の膜振動に基づいて、前記霧化部に供給された液体を霧化するミスト発生装置であって、前記振動子の外径に対する内径の比率が３６％〜５９％であること、を特徴とする。
【０００７】
上記構成のミスト発生装置においては、前記振動子の外径に対する内径の比率が４０％〜５４％であることが好ましい。
上記構成のミスト発生装置においては、前記振動子の外径に対する内径の比率が５０％以下であることが好ましい。
【０００８】
上記構成のミスト発生装置においては、前記振動子の外径は、１２ｍｍ〜１８ｍｍであることが好ましい。
上記構成のミスト発生装置においては、前記振動子の外径は、１４ｍｍ〜１６ｍｍであることが好ましい。
【０００９】
上記構成のミスト発生装置においては、前記振動子の内径は、６ｍｍ〜８ｍｍであることが好ましい。
上記構成のミスト発生装置においては、前記振動子は、円環板状に形成された圧電体と、該圧電体の両面に形成された一対の電極とを備えた圧電振動子であって、前記圧電振動子におけるミスト放出側の面には、その孔部の周縁を囲むように前記電極が存在しない無電極部が形成されるとともに、該無電極部には、前記孔部と前記電極とを液密に区画するシール部材が当接されることが好ましい。
【００１０】
本発明の美容装置は、上記何れかに記載のミスト発生装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、振動子の形状を最適化して、より安定的にミストを放出することが可能なミスト発生装置及び美容装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】美容装置の斜視図。
【図２】ミスト発生装置の正面図。
【図３】ミスト発生装置の断面図。
【図４】微細孔の断面図。
【図５】ミスト発生装置の作用説明図。
【図６】ハウジング内におけるミスト発生装置の配置を模式的に示す断面図。
【図７】（ａ）〜（ｄ）圧電振動子の外径に対する内径の比率（開口比率）が周波数特性に与える影響を示す波形図。
【図８】（ａ）〜（ｄ）開口比率を一定とした場合に圧電振動子の大きさが周波数特性に与える影響を示す波形図。
【図９】圧電振動子の外径及び内径の組み合わせとミスト放出量との関係を示すグラフ。
【図１０】外径及び内径の組み合わせに付された評価点を示す説明図。
【図１１】評価点に基づく圧電振動子の最適形状を示す等高線図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明をミスト発生装置が内蔵された携帯型の美容装置に具体化した一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の美容装置１は、略円筒状に形成されたハウジング２を備えている。また、ハウジング２内には、美容液や水等の液体を霧化してミストを発生させるミスト発生装置３、及びその制御回路４が収容されている。そして、ハウジング２の周面２ａには、その発生させたミストをハウジング２の外部に放出する放出口５が形成されている。
【００１４】
具体的には、本実施形態のハウジング２は、一端側（同図中、下側の端部）に他の部分よりも大径に形成された把持部６を備えており、放出口５は、その他端側（同図中、上側の端部近傍）に形成されている。また、ハウジング２の周面２ａには、湾曲板状のカバー７が軸方向移動可能に嵌合されている。そして、本実施形態では、このカバー７を摺動させることにより、その放出口５を閉塞し又は外部に開放することが可能になっている。
【００１５】
さらに、このカバー７は、ミスト発生装置３のスイッチを兼ねており、ミスト発生装置３は、カバー７が放出口５を開放する位置に移動することにより作動する。そして、そのカバー７が放出口５を閉塞する方向に操作されることにより停止するようになっている。
【００１６】
すなわち、美容装置１の使用者は、把持部６を把持し、カバー７を操作することにより施術を行う。そして、放出口５から放出されるミストを顔等の施術部位に当てることにより、肌に潤いを与える等の美容効果が得られるようになっている。
【００１７】
図２及び図３に示すように、ミスト発生装置３は、複数の微細孔１０が形成された霧化部１１を有する振動板１２と、この振動板１２を膜振動させる振動発生手段としての圧電振動子１３とを備えている。
【００１８】
詳述すると、本実施形態の圧電振動子１３は、円環板状に形成されている。また、振動板１２は、円板状に形成されている。なお、振動板１２は、圧電振動子１３の外径よりも小さく且つ圧電振動子１３の孔部１４よりも大きな外径を有している。そして、振動板１２は、圧電振動子１３の孔部１４を覆うように、同圧電振動子１３に貼り合わされている。
【００１９】
具体的には、振動板１２は、その中心が一致するように圧電振動子１３の一面（供給側平面１３ｂ）に接着されている。なお、本実施形態では、両者の接触面形状は、圧電振動子１３の孔部１４を囲む円環状になっている。そして、各微細孔１０が形成された霧化部１１は、振動板１２における圧電振動子１３の孔部１４に対応する位置、詳しくは、振動板１２及び圧電振動子１３と中心が一致する円形状の範囲に設定されている。
【００２０】
図３及び図４に示すように、本実施形態の振動板１２は、その圧電振動子１３に貼り合わされた側の面（各図中、左側の面）がミストを放出するミスト放出面１２ａとなっている。そして、ミスト放出面１２ａとは反対側の面（各図中、右側の面）がミストの原料となる液体が供給される液体供給面１２ｂとなっている。
【００２１】
すなわち、各微細孔１０は、液体供給面１２ｂ側の開口径Ｄinよりもミスト放出面１２ａ側の開口径Ｄoutの方が小さくなるように形成されている。具体的には、各微細孔１０は、ミスト放出面１２ａ側から液体供給面１２ｂ側に向かって、その内径が指数曲線状に拡開するような断面形状を有している。そして、本実施形態の振動板１２は、これにより、その膜振動に基づいて、液体供給面１２ｂ側に供給される液体を霧化し、ミスト放出面１２ａ側から放出することが可能になっている。
【００２２】
図２及び図３に示すように、本実施形態の圧電振動子１３は、円環板状に形成された圧電体１５と、この圧電体１５の両面１５ａ，１５ｂにそれぞれ形成された一対の薄膜電極１６ａ，１６ｂとを備えてなる。また、これらの各薄膜電極１６ａ，１６ｂには、それぞれ、リード線１７ａ，１７ｂが接続されている。なお、圧電体１５の一方の面１５ａには、他方の面１５ｂに設けられた薄膜電極１６ｂに連続する折り返し部１８が形成されており、リード線１７ｂは、この折り返し部１８において薄膜電極１６ｂに接続されている。そして、本実施形態の圧電振動子１３は、これらのリード線１７ａ，１７ｂを介して制御回路４（図１参照）から入力される電力に基づいて、振動板１２を膜振動させるような振動を発生する。
【００２３】
具体的には、図５に示すように、圧電振動子１３は、薄膜電極１６ａ，１６ｂ（図３参照）への電圧印加により生ずる圧電体１５の歪みに基づいて、径方向（同図中、上下方向）に拡縮する態様で振動する。そして、振動板１２は、圧電振動子１３の縮径時には、その液体供給面１２ｂ側（同図中、右側）が凸となる態様で湾曲し、圧電振動子１３の拡径時には、そのミスト放出面１２ａ側（同図中、左側）が凸となる態様で湾曲する。
【００２４】
本実施形態のミスト発生装置３は、この一連の動きが高速で繰り返されることにより生ずる振動板１２の膜振動（いわゆる超音波振動）に基づいて、その霧化部１１、詳しくは、各微細孔１０に供給された液体を霧化する。そして、その発生したミストＭをミスト放出面１２ａ側に放出する構成になっている。
【００２５】
さらに詳述すると、図６に示すように、本実施形態の美容装置１において、ハウジング２には、その内部空間と放出口５とを接続するノズル２０が設けられている。また、ノズル２０のハウジング内開口部２１には、保持部材としてのノズルパッキン２２が固定されている。そして、ミスト発生装置３は、その圧電振動子１３の一面（放出側平面１３ａ、ミスト放出面１２ａ側の面）が、このノズルパッキン２２に当接する態様で、ハウジング２内に収容されている。
【００２６】
具体的には、ノズルパッキン２２は、ハウジング内開口部２１の連通孔２３に対応する貫通孔２４を有しており、ミスト発生装置３は、その霧化部１１が貫通孔２４を介して連通孔２３に臨む位置に配置されている。また、ノズルパッキン２２におけるミスト発生装置３側の面（同図中、右側の面）には、その貫通孔２４の周縁を包囲するように円環状の突部２５が形成されている。そして、ノズルパッキン２２は、その突部２５が圧電振動子１３の放出側平面１３ａに密着することで、ノズル２０とミスト発生装置３との間、詳しくは、ハウジング内開口部２１の連通孔２３と圧電振動子１３の孔部１４との間を液密に接続する構成になっている。
【００２７】
一方、圧電振動子１３における放出側平面１３ａとは反対側の面（供給側平面１３ｂ、液体供給面１２ｂ側の面）には、タンクパッキン２７が取着されている。また、タンクパッキン２７には、振動板１２の液体供給面１２ｂに臨む位置に開口する略円筒状の接続部２８が形成されている。そして、この接続部２８には、供給手段としてのタンク２９が液密に取着されている。
【００２８】
すなわち、振動板１２の液体供給面１２ｂには、タンク２９内に貯留された液体Ｌが供給される。なお、本実施形態では、圧電振動子１３は、ノズルパッキン２２及びタンクパッキン２７とともに、ノズル２０のハウジング内開口部２１側に押し付けられる態様で、図示しない固定部材によりハウジング２に固定されている。そして、圧電振動子１３の供給側平面１３ｂ及び振動板１２の液体供給面１２ｂとタンクパッキン２７とが密着することにより、その液体供給面１２ｂとタンク２９とが液密に接続されるようになっている。
【００２９】
ここで、図２及び図６に示すように、本実施形態では、圧電振動子１３の放出側平面１３ａには、その孔部１４の周縁を囲むように、薄膜電極１６ａの存在しない無電極部３０が形成されている。そして、ノズルパッキン２２（の突部２５）は、この無電極部３０に当接するようになっている。
【００３０】
すなわち、振動板１２の液体供給面１２ｂに液体Ｌが接触し続けることで、その液体Ｌが各微細孔１０を介してミスト放出面１２ａに滲み出すことがある。そして、その滲み出した液体Ｌが放出側平面１３ａの薄膜電極１６ａに付着することで、ショートやマイグレーション等の発生要因となるおそれがある。
【００３１】
しかしながら、上記のように、ノズルパッキン２２に接触する部分を無電極部３０とする。つまり、シール部材としてのノズルパッキン２２により、圧電振動子１３の孔部１４と薄膜電極１６ａとを液密に区画することで、ミスト放出面１２ａに滲み出した液体Ｌが薄膜電極１６ａに付着することを防止することができる。そして、本実施形態の美容装置１では、これにより、高い信頼性を確保することが可能になっている。
【００３２】
（圧電振動子の最適設計）
上述のように振動発生手段を構成する振動子の周波数特性は、その形状に依存する。
この点を踏まえ、本願出願人は、その圧電振動子１３の形状、すなわち、その外径ＯＤ及び内径ＩＤ（図３参照）がミスト放出の安定性に与える影響について検証を行なった。
【００３３】
なお、本実施形態では、圧電振動子１３の厚み（Ｔ）は０．５ｍｍ、振動板１２の厚みは３０μｍとした。また、霧化部１１の外径Ｄ_αは、３．５ｍｍとした。そして、ミスト放出面１２ａにおける各微細孔１０の開口径Ｄout（平均値）は８μｍ〜１２μｍ、これら各微細孔１０の孔間距離（中心間距離、平均値）は、１３５μｍとした。
【００３４】
図７（ａ）〜（ｄ）は、圧電振動子１３の外径ＯＤに対する内径ＩＤの比率（開口比率）が当該圧電振動子１３の周波数特性に与える影響を示している。そして、図８（ａ）〜（ｄ）は、その開口比率（ＩＤ／ＯＤ）を一定とした場合に圧電振動子１３の大きさが周波数特性に与える影響を示している。
【００３５】
なお、これらの各図において「Ｚ」はインピーダンス、「Ｐ」は位相を示している。そして、周知のように、その「共振点の数（下側のピーク）」及び「位相の反転」の少ない方が、より周波数特性が良好であることを示している。
【００３６】
すなわち、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、圧電振動子１３は、その開口比率（ＩＤ／ＯＤ）が大きいほど、その周波数特性が良好となる。そして、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、その開口比率（ＩＤ／ＯＤ）を一定とした場合には、その大きさ（外径ＯＤ）が大きいほど、より良好な周波数特性を示す傾向がある。
【００３７】
しかしながら、開口比率（ＩＤ／ＯＤ）が大きい、或いは外径ＯＤが大きいということは、その内径ＩＤもまた大きいということである。そして、これにより、振動板１２が大型化することで、図５に示されるような膜振動以外の振動モード、すなわち霧化に適さない振動モードが発生する可能性がある。
【００３８】
これを裏付けるように、図７（ａ）〜（ｄ）の比較例では、図７（ｃ）の条件（ＯＤ＝１６ｍｍ、ＩＤ＝７ｍｍ）において、その霧化が最も安定した。そして、その内径ＩＤの拡大（図７（ｂ）の条件：ＩＤ＝８ｍｍ、及び図７（ａ）の条件：ＩＤ＝９ｍｍ）に従って、その安定性が低下する傾向が確認された。なお、図７（ｄ）の条件（ＯＤ＝１５ｍｍ、ＩＤ＝５ｍｍ）でも、その霧化に安定性の低下が見られたが、これは、その周波数特性の低下によるものと考えられる。
【００３９】
また、図９は、圧電振動子１３の外径ＯＤ及び内径ＩＤの組み合わせとミスト放出との関係を示すものであり、そのミストの放出量（霧化量）は、概ねその開口比率（ＩＤ／ＯＤ）が５０％以下である場合に安定する。そして、圧電振動子１３の外径ＯＤが１４ｍｍ〜１６ｍｍにある場合に、その霧化が最も安定する傾向が確認された。
【００４０】
これらの各図に示される検証を踏まえ、本願出願人は、その外径ＯＤ及び内径ＩＤの組み合わせについて、図１０に示されるような評価点を付与することとした。
詳述すると、「ミストの放出が確認された場合」「その霧化が安定的である場合」「周波数特性に優れている場合」に、それぞれ「１点」ずつを付与する。ただし、周波数特性に優れている場合であっても霧化が不安定である場合には、その評価点を「０点」とした。そして、その評価の結果を図１１に示すような等高線図に表すことで、最適な振動子の形状を考察した。
【００４１】
すなわち、図１１中、領域β１は、圧電振動子１３としての最適な形状を示す外径ＯＤ及び内径ＩＤの範囲に対応し、領域β２は、その安定的なミスト放出を考慮した上で、その外径ＯＤ及び内径ＩＤが取り得る範囲に対応する。したがって、圧電振動子１３の開口比率（ＩＤ／ＯＤ）は、３６％〜５９％であることが好ましく、さらに４０％〜５４％であることがより好ましい。また、その霧化安定性を重視すれば、その開口比率（ＩＤ／ＯＤ）は、５０％以下に設定することが望ましく、圧電振動子１３の外径ＯＤは、１４ｍｍ〜１６ｍｍであることが望ましい。そして、圧電振動子１３の内径ＩＤは、６ｍｍ〜８ｍｍであることが望ましい。
【００４２】
以上の考察を踏まえ、本実施形態のミスト発生装置３では、圧電振動子１３の外径ＯＤは１６ｍｍ、その内径は７ｍｍに設定されている。そして、これにより、安定的にミストを放出することができるとともに、その良好な周波数特性に基づいて、制御性に優れたミスト発生装置３を形成することが可能となっている。
【００４３】
以上、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ミスト発生装置３は、複数の微細孔１０が形成された霧化部１１を有する振動板１２と、この振動板１２を膜振動させる円環板状の圧電振動子１３とを備え、振動板１２は、圧電振動子１３の孔部１４を覆うように、同圧電振動子１３に貼り合わされる。そして、圧電振動子１３の外径ＯＤに対する内径ＩＤの比率（開口比率）は、３６％〜５９％に設定される。
【００４４】
上記構成によれば、安定的にミストを放出することができるとともに、その良好な周波数特性に基づいて、制御性に優れたミスト発生装置３を形成することができる。
また、その開口比率（ＩＤ／ＯＤ）を４０％〜５４％に設定することで、よりミスト放出の安定性及び制御性に優れたミスト発生装置３を形成することができる。そして、その開口比率（ＩＤ／ＯＤ）を５０％以下に設定することで、より一層、ミスト放出の安定性及び制御性に優れたミスト発生装置３を形成することができる。
【００４５】
（２）圧電振動子１３の外径ＯＤは、１２ｍｍ〜１８ｍｍに設定される。すなわち、携帯用の美容装置１に適用されるミスト発生装置３には、寸法上の制約があるが、このような構成とすることで、美容装置１に最適なミスト発生装置３を形成することができる。そして、その外径ＯＤを１４ｍｍ〜１６ｍｍに設定することにより、さらに安定的にミストを放出することが可能なミスト発生装置３を形成することができる。
【００４６】
（３）圧電振動子１３の内径ＩＤは、６ｍｍ〜８ｍｍに設定される。これにより、圧電振動子１３の形状を最適化して、より安定的にミストを放出することが可能なミスト発生装置を形成することができる。
【００４７】
（４）圧電振動子１３は、円環板状に形成された圧電体１５と、当該圧電体１５の両面１５ａ，１５ｂに形成された一対の薄膜電極１６ａ，１６ｂとを備える。また、圧電振動子１３の放出側平面１３ａには、その孔部１４の周縁を囲むように薄膜電極１６ａが存在しない無電極部３０が形成される。そして、この無電極部３０には、孔部１４と薄膜電極１６ａとを液密に区画するシール部材としてのノズルパッキン２２が当接される。
【００４８】
上記構成によれば、ミスト放出面１２ａに滲み出した液体Ｌが薄膜電極１６ａに付着することを防止することができる。そして、これにより、ショートやマイグレーションの発生を予防して、高い信頼性を確保することができる。また、供給側平面１３ｂについても、その振動板１２が張り合わされた部分、すなわち孔部１４の周縁には、薄膜電極１６ｂが形成されていない。したがって、無電極部３０を設けることで、その振動をバランスさせることができる。
【００４９】
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、本発明をミスト発生装置３が内蔵された携帯型の美容装置１に具体化した。しかし、これに限らず、本発明は、据え置き型の美容装置、或いは美容装置以外に用いられるミスト発生装置に適用してもよい。
【００５０】
・上記実施形態では、圧電振動子１３の厚み（Ｔ）は０．５ｍｍ、振動板１２の厚みは３０μｍとする。また、霧化部１１の外径Ｄ_αは、３．５ｍｍとする。そして、ミスト放出面１２ａにおける各微細孔１０の開口径Ｄout（平均値）は８μｍ〜１２μｍ、これら各微細孔１０の孔間距離（中心間距離、平均値）は、１３５μｍとすることとした。しかし、これに限らず、これらの値は、適宜変更してもよい。
【００５１】
・また、特許文献１に記載されているように支持部材（支持板）で振動板１２を圧電振動子１３に挟み込む構成としてもよい。これにより、その周波数特性を改善して霧化特性を安定化することができる。なお、支持部材の素材としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳやＮｉ鋼等）等を用いるとよい。
【符号の説明】
【００５２】
１…美容装置、３…ミスト発生装置、１０…微細孔、１１…霧化部、１２…振動板、１２ａ…ミスト放出面、１２ｂ…液体供給面、１３…圧電振動子、１３ａ…放出側平面、１３ｂ…供給側平面、ＯＤ…外径、ＩＤ…内径、１４…孔部、１５…圧電体、１５ａ，１５ｂ…面、１６ａ，１６ｂ…薄膜電極、２２…ノズルパッキン、２４…貫通孔、２５…突部、２７…タンクパッキン、２９…タンク、３０…無電極部、Ｌ…液体、Ｍ…ミスト。
【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１】
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