(57)【要約】【課題】リード線の接合における接合強度を確保するとともに接合の信頼性を確保し得る発光装置及びこの発光装置が配設された照明装置を提供する。【解決手段】発光装置は、発光素子６２が実装されるとともにはんだランド部６１ｃが形成された複数枚の基板６１と、隣接する複数枚の基板６１間にわたって前記はんだランド部６１ｃにはんだ付けによって接合され、基板６１間を電気的に接続するリード線８とを備え、前記リード線８の線径寸法ｄが０．４ｍｍ〜０．６ｍｍであって、はんだランド部の面積Ｓが４ｍｍ２〜８ｍｍ２に形成されている。【選択図】図７
2013152902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が実装されるとともにはんだランド部が形成された複数枚の基板と、
隣接する複数枚の基板間にわたって前記はんだランド部にはんだ付けによって接合され、基板間を電気的に接続するリード線とを備え、
前記リード線の線径寸法が０．４ｍｍ〜０．６ｍｍであって、はんだランド部の面積が４ｍｍ２〜８ｍｍ２に形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
発光素子が実装されるとともにはんだランド部が形成された複数枚の基板と、
隣接する複数枚の基板間にわたって前記はんだランド部にはんだ付けによって接合され、基板間を電気的に接続するリード線とを備え、
前記はんだランド部の面積をＳ（ｍｍ２）、リード線の線径寸法をｄ（ｍｍ）としたとき、以下の式を満足することを特徴とする発光装置。
Ｓ＞２０×ｄ−６
【請求項３】
本体と；
この本体に配設された請求項１又は請求項２に記載の発光装置と；
を具備することを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子が実装された複数枚の基板間にわたって接合されるリード線を備えた発光装置及びこの発光装置が配設された照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、ＬＥＤの高出力化及び高効率化に伴い、光源としてＬＥＤを用いた屋内又は屋外で使用される低消費電力、長寿命化が期待できる照明装置が開発されている。この照明装置は、例えば、ＬＥＤを実装した複数枚の基板を並べて配設し、これら基板相互をコネクタ等によって電気的に接続して、ＬＥＤから出射される光によって所定の明るさを得るようにしたものである。
【０００３】
ところが、この種、照明装置において、基板相互をコネクタによって接続する場合には、コネクタがＬＥＤから出射される光を遮り障害物となってしまう虞が生じる。また、その接続作業の効率化が困難であるとともに、コスト的に有利ではないという問題が生じる。
このため、例えば、基板相互をリード線を用いてはんだ付けによって接合し、基板相互を電気的に接続する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６１０４６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７７１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような場合、リード線の接合における接合強度を確保する考慮がなされていない。したがって、リード線の接合の信頼性を担保することが困難となるものである。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、リード線の接合における接合強度を確保するとともに接合の信頼性を確保し得る発光装置及びこの発光装置が配設された照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態による発光装置は、発光素子が実装されるとともにはんだランド部が形成された複数枚の基板と、隣接する複数枚の基板間にわたって前記はんだランド部にはんだ付けによって接合され、基板間を電気的に接続するリード線とを備え、前記リード線の線径寸法が０．４ｍｍ〜０．６ｍｍであって、はんだランド部の面積が４ｍｍ２〜８ｍｍ２に形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、リード線の接合における接合強度を確保するとともに接合の信頼性を確保し得る発光装置及び照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る照明器具を示す斜視図である。
【図２】同直管形ＬＥＤランプを示す側面図である。
【図３】図２中、Ｙ−Ｙ線に沿って切断して示す斜視図である。
【図４】同直管形ＬＥＤランプにおける光源部（発光装置）を示す斜視図である。
【図５】同リード線が接続される部分を拡大して示す斜視図である。
【図６】同リード線が接続される部分を拡大して示す平面図である。
【図７】同リード線が接合された状態において、リード線の引張強度を示すグラフである。
【図８】同熱衝撃試験後のリード線の引張強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図１乃至図８を参照して説明する。図１は、照明器具を示し、図２及び図３は、照明装置としての直管形ＬＥＤランプを示し、図４乃至図６は、光源部を示している。また、図７及び図８は、リード線の引張強度試験の結果を示している。なお、各図において同一部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１１】
図１において、天井面へ設置される照明器具が示されており、この照明器具は、冷間圧延鋼板等によって形成された横長の略直方体形状の器具本体１と、この器具本体１に取付けられた直管形ＬＥＤランプ２とを備えている。
【００１２】
器具本体１は、基本的には既存の構成をなしていて、下面側が開放した開放部を有する箱状に形成されており、長手方向の両端部に取付けられた一対のソケット部３と、器具本体１内に収容された点灯装置４と、前記下面側の開放部を覆うように取付けられた反射板１１とを備えている。
【００１３】
ソケット部３は、ＰＢＴ樹脂等からなり、図２に示す直管形ＬＥＤランプ２の両端部から突出する給電端子７１とアース端子７２が接続されるようになっている。
【００１４】
点灯装置４は、商用交流電源ＡＣに接続されており、この交流電源ＡＣを受けて直流出力を生成するダイオードブリッジ回路を備えている。点灯装置４は、例えば、ダイオードブリッジ回路の出力端子間に平滑コンデンサを接続し、この平滑コンデンサに直流電圧変換回路及び電流検出手段を接続して構成されている。この点灯装置４の出力端は、一方のソケット部３の端子に接続されている。
【００１５】
反射板１１は、反射面を有し、器具本体１の下面側の開放部を覆うように取付けられている。また、長手方向の両端部には、ソケット部３が嵌合する略長方形の切欠き部が形成されている。
【００１６】
図１乃至図４に示すように、照明装置としての直管形ＬＥＤランプ２は、本実施形態では、既存の直管形蛍光ランプと略同様な寸法及び外形を有している。具体的には、例えば、２０Ｗや４０Ｗの直管形蛍光ランプと略同様な寸法及び外形を有していて、日本電球工業会規格ＪＥＬ８０１「Ｌ形ピン口金GX16t-5付直管形ＬＥＤランプシステム（一般照明用）」に基づいて構成されている。
直管形ＬＥＤランプ２は、長尺状で外観が略円筒状の本体５、光源部６、口金部７を備えている。
【００１７】
図２に示すように、本体５は、内部空間を有し、略円筒状に形成され、透光性の拡散性を有するポリカーボネート樹脂等の合成樹脂材料から押出成形によって作られている。本体５の内壁には、対向して内側に突出する一対の支持レール５１が形成されており、この支持レール５１には、長手方向に沿って長尺状の取付部材５２が支持され配設されている。取付部材５２は、放熱部材であり、熱伝導性が良好なアルミニウム材料等から押出成形によって形成されている。
【００１８】
なお、本体５の成形方法は、格別限定されるものではない。また、例えば、本体５を半円筒状の２つの部材を結合して構成するようにしてもよい。さらに、内部空間が形成できれば、断面が多角形状であってもよく、形状が限定されるものではない。
【００１９】
光源部６は、発光装置によって構成されているものであり、基板６１と、この基板６１に直線状に並べられて実装された複数の発光素子６２と、各発光素子６２を覆う蛍光体層６３とを備えている。また、基板６１は、複数枚が長手方向に並べられて配設されている。
【００２０】
基板６１は、絶縁材である例えば、ガラスコンポジット基板（ＣＥＭ−３）の平板状の材料で長方形状に形成されている。表面側には銅箔で形成された配線パターン層６１ａが形成されており、また、その上には、適宜レジスト層６１ｂが積層されるようになっている。このレジスト層６１ｂは、反射率の高い白色のレジスト層であり、基板６１の表層に発光素子６２の実装領域や後述するリード線８が接合されるはんだランド部６１ｃを除いて、ほとんど全面に積層されている（図５及び図６を併せて参照）。
【００２１】
このような基板６１は、裏面側が取付部材５２に密着するように熱的に結合されて複数枚が取付部材５２に端部側からスライドして挿入され固定されて配設される。具体的には、中央部に細長で長尺状の基板６１１が配設され、この基板６１１の両側に隣接するように長さ寸法の短い基板６１２が並べられて配設されている。つまり、基板６１は、長手方向の全長にわたって分割されて配設されている。
なお、この場合、同じ長さ寸法の基板を複数枚、例えば、２枚や３枚配設して構成するようにしてもよい。
【００２２】
また、基板６１の材料には、ガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）やセラミックス基板又は各発光素子６２の放熱性を高めるうえで、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れたべース板の一面に絶縁層が積層された金属製のべース基板を適用することができ、格別その材料が限定されるものではない。
【００２３】
図５及び図６に代表して示すように、隣接する各基板６１の端部側には、はんだランド部６１ｃが２個ずつ形成されている。はんだランド部６１ｃは、配線パターン層６１ａの一部であり、レジスト層６１ｂが積層されないで配線パターン層６１ａが表面に露出して隅丸矩形状に形成されている部分である。このはんだランド部６１ｃの面積Ｓは、６ｍｍ２に形成されている。
【００２４】
はんだランド部６１ｃにリード線８がはんだ付けによって接合されることにより、各基板６１相互は電気的に接続され電源側から発光素子６２に電力が供給されるようになる。なお、図５においては、はんだ９は破線で示し、図６においては、図示を省略している。
【００２５】
リード線８は、線状接続導体であり、断面円形状の導電性を有する線状部材である。詳しくは、銅覆鋼線に錫めっきがなされた線径寸法ｄがφ０．５の錫めっきＣＰ線であり、両端部に直線状の接合部８１を有し、これら接合部８１間の中間部に凸状部８２が形成されて成形されている。
【００２６】
このリード線８の接合部８１は、はんだランド部６１ｃにはんだ付けされる部分であり、凸状部８２は、基板６１の熱による伸縮を吸収する機能を有するとともに、部品自動供給機のチャックＣｋに把持される場合、その掴みしろとしての機能する部分である。
【００２７】
すなわち、図５に示すように、リード線８は、凸状部８２が部品自動供給機のチャックＣｋに掴まれて把持され、接合部８１が各基板６１に形成されたはんだランド部６１ｃに配置されはんだ付けされるようになっている。つまり、リード線８は、隣接する各基板６１間にわたって接合されるようになる。
なお、リード線８は、断面円形状の丸線に限らない。例えば、四角形状の角線であってもよい。この場合、線径寸法は、四角形状の一辺の寸法が相当する。
【００２８】
ここで、本実施形態においては、リード線８のはんだ付け接合部の接合強度を確保するため、はんだランド部６１ｃの面積Ｓとリード線８の線径寸法ｄとの関係に着目し、はんだランド部６１ｃの面積Ｓを６ｍｍ２に形成し、リード線８の線径寸法ｄをφ０．５としている。後述するように、このような関係とすることにより所定の接合強度を確保することが可能となる。
【００２９】
複数の発光素子６２は、ＬＥＤのベアチップからなる。ＬＥＤのベアチップには、例えば、白色系の光を発光部で発光させるために、青色の光を発するものが用いられている。このＬＥＤのベアチップは、シリコーン樹脂系の絶縁性接着剤を用いて基板６１上に接着され、ボンディングワイヤによって配線パターン層６１ａ上に電気的に接続されている。
【００３０】
蛍光体層６３は、透光性合成樹脂、例えば、透明シリコーン樹脂製であり、ＹＡＧ：Ｃｅ等の蛍光体を適量含有している。蛍光体層６３は、個々の発光素子６２を発光素子６２ごとに被覆する山形の形状をなしている。蛍光体は、発光素子６２が発する光で励起されて、発光素子６２が発する光の色とは異なる色の光を放射する。発光素子６２が青色光を発する本実施形態では、白色光を出射できるようにするために、蛍光体には青色の光とは補色の関係にある黄色系の光を放射する黄色蛍光体が使用されている。
【００３１】
なお、発光素子としては、表面実装型のＬＥＤパッケージを用いてもよい。また、砲弾型のＬＥＤを実装するようにしてもよく、実装方式や形式は、格別限定されるものではない。
【００３２】
図２に代表して示すように、口金部７は、ＰＢＴ樹脂等の合成樹脂材料から作られており、本体５における長手方向の両端部に設けられていて、器具本体１のソケット部３に取付け可能に構成されている。一方の口金部７からは給電端子７１が突出して設けられており、他方の口金部７からはアース端子７２が突出して設けられている。
【００３３】
次に、本発明者は、上記のような発光装置の製作にあたり、リード線８のはんだ付け接合部の接合強度を確保するため、種々の調査、測定を行った結果、リード線８の線径寸法ｄとはんだランド部６１ｃの面積Ｓとの関係に着目するに到った。
【００３４】
そこで、リード線の線径寸法ｄ（ｍｍ）とはんだランド部の面積Ｓ（ｍｍ２）とを変化させた試料を用意し、引張強度試験を繰り返し行った。リード線は、線径寸法ｄがφ０．４、φ０．５、φ０．６と異なる３種類のものを用意し、また、基板におけるはんだランド部の面積Ｓは、４ｍｍ２、６ｍｍ２及び８ｍｍ２の３パターンに形成した。
【００３５】
そして、線径寸法ｄが異なる各種リード線を面積Ｓの異なる各ランド部にはんだ付けによって接合し、接合されたリード線に引張り力を加えて引張強度を測定した。その結果、下表のとおりとなった。
【００３６】
【表１】
2013152902.tif 000003
【００３７】
表１中、「切れ」とは、リード線に引張り力が加えられることにより、リード線が断線することであり、「抜け」とは、リード線がはんだ接合部から抜けることであり、「剥離」とは、はんだがはんだランド部から剥がれることである。すなわち、リード線の電気的接続状態が断たれる態様を示している。
【００３８】
表１に示されるように、例えば、線径寸法ｄがφ０．４のリード線がはんだランド部の面積Ｓが８ｍｍ２のランド部に接合されたものでは、引張強度２７．０（Ｎ）でリード線が断線する。ランド部の面積Ｓが４ｍｍ２のランド部に接合されたものでは、引張強度２１．５（Ｎ）でリード線がはんだ接合部から抜ける。
【００３９】
また、線径寸法ｄがφ０．５のリード線がはんだランド部の面積Ｓが６ｍｍ２のランド部に接合されたものでは、引張強度３０．８（Ｎ）でリード線がはんだ接合部から抜ける。ランド部の面積Ｓが４ｍｍ２のランド部に接合されたものでは、引張強度１７．１（Ｎ）ではんだがはんだランド部から剥がれる。
【００４０】
さらに、線径寸法ｄがφ０．６のリード線がはんだランド部の面積Ｓが６ｍｍ２のランド部に接合されたものでは、引張強度１８．０（Ｎ）、はんだランド部の面積Ｓが４ｍｍ２のものでは、引張強度１３．５（Ｎ）ではんだがはんだランド部から剥がれる。
【００４１】
なお、表１中、例えば、線径寸法ｄがφ０．４のリード線ではんだランド部の面積Ｓが４ｍｍ２の場合は、引張強度２１．５（Ｎ）で「抜け」と表記しているが、具体的な試験データ上は、測定試料のうち、接合状態のばらつき等の諸要因により「抜け」と「切れ」が混在し、「抜け」が多数であるため、「抜け」と捉えるのが適当と判断し、「抜け」と表記している。
【００４２】
また、上記表１に示した結果に基づき、図７にリード線の引張強度のグラフを示している。図中、縦軸は、引張強度（Ｎ）を示し、横軸は、リード線の線径寸法ｄ（ｍｍ）を示している。そして、はんだランド部の面積Ｓ（ｍｍ２）が（ａ）８ｍｍ２、（ｂ）６ｍｍ２、（ｃ）４ｍｍ２について、リード線の電気的接続状態が断たれる態様、すなわち、「切れ」、「抜け」、「剥離」が生じる引張強度（Ｎ）をリード線の線径寸法ｄごとにプロットし線分で結んでいる。
［考察１］
【００４３】
この図７に基づいて考察すると、リード線の電気的接続状態が断たれる態様は、ランド部の面積Ｓが（ａ）８ｍｍ２及び（ｂ）６ｍｍ２においては、引張強度（Ｎ）のピーク値が線径寸法ｄがφ０．５のリード線の場合であり、その前後の線径寸法ｄがφ０．４、φ０．６のリード線の場合には、引張強度（Ｎ）は低くなる。また、ランド部の面積Ｓが（ｃ）４ｍｍ２においては、引張強度（Ｎ）のピーク値は、線径寸法ｄがφ０．４の場合であると想定される。
【００４４】
したがって、線径寸法ｄがφ０．６を超えるリード線の場合には、各はんだランド部の面積Ｓを適用すると、「剥離」や「抜け」が図示上、右側の矢印ｄｐで示すように、より低い引張強度（Ｎ）で発生するものと推定される。
【００４５】
一方、線径寸法ｄがφ０．４未満のリード線の場合には、各はんだランド部の面積Ｓを適用すると、「切れ」や「抜け」が図示上、左側の矢印ｄｐで示すように、より低い引張強度（Ｎ）で発生するものと推定される。
【００４６】
このような考察の結果、リード線の所定の接合強度を確保するためには、リード線の線径寸法ｄ（ｍｍ）とはんだランド部の面積Ｓ（ｍｍ２）との関係において、リード線の線径寸法ｄがφ０．４〜φ０．６であって、はんだランド部の面積Ｓが４ｍｍ２〜８ｍｍ２に形成されていることが好ましい範囲となる。
［考察２］
【００４７】
続いて、表１及び図７に示されるように、「剥離」は、「切れ」や「抜け」に比べて引張強度（Ｎ）が低い領域で発生することが分かる。この「剥離」は、比較的リード線の線径寸法ｄが大きく、はんだランド部の面積Ｓが小さい場合に発生する傾向となっている。
【００４８】
したがって、リード線の線径寸法ｄを小さく、はんだランド部の面積Ｓを大きくする傾向とすることにより、引張強度（Ｎ）が低い領域で発生する「剥離」を回避することが可能となる。この「剥離」が発生することを回避することにより、リード線の接合強度を安定して確保し、接合の信頼性を確保することができる。
【００４９】
このため、上記引張強度試験の結果に基づいて、低い引張強度で「剥離」する現象が生じる態様を回避する最適値を求める一般式を検討した。その結果、Ｓ＞２０×ｄ−６（式１）を導き得ることができた。（式１）は、はんだランド部の面積をＳ（ｍｍ２）、リード線の線径寸法をｄ（ｍｍ）としている。この（式１）を満足することにより、リード線の接合の信頼性を確保することが可能となる。したがって、（式１）に基づいて設計することにより信頼性の確保を容易とすることができる。
【００５０】
この（式１）を検証してみると、例えば、リード線の線径寸法ｄがφ０．６、はんだランド部の面積Ｓが４ｍｍ２の場合、右辺の値は、２０×φ０．６−６＝６となる。したがって、Ｓ＝４であり、この場合は（式１）を満足しないこととなる。つまり、「剥離」現象が発生してしまう条件となる。
【００５１】
また、同様に、リード線の線径寸法ｄがφ０．５、はんだランド部の面積Ｓが４ｍｍ２の場合、右辺の値は、２０×φ０．５−６＝４となる。したがって、Ｓ＝４であり、この場合も（式１）を満足せず、「剥離」現象が発生する条件となる。
【００５２】
さらに、リード線の線径寸法ｄがφ０．５、はんだランド部の面積Ｓが６ｍｍ２の場合（上記実施形態の場合）、右辺の値は、２０×φ０．５−６＝４となる。したがって、Ｓ＝６であり、この場合は（式１）を満足することとなる。つまり、「剥離」現象は発生しない条件となる。
【００５３】
このように、はんだランド部の面積Ｓとリード線の線径寸法ｄとの関係において、（式１）を満足する設計を行うことにより、「剥離」する現象を回避することが可能で、リード線の接合における接合強度を確保するとともに接合の信頼性を確保することができる。
【００５４】
因みに、図８においては、リード線の線径寸法ｄがφ０．５、はんだランド部の面積Ｓが６ｍｍ２の場合について、熱衝撃試験を実施し、その後の引張強度を測定した結果を示している。この試験は、試料を低温下及び高温下に一定時間置くことを繰り返し、その後、引張強度を測定するものである。
【００５５】
図中、縦軸は、引張強度（Ｎ）を示し、横軸は、熱衝撃の繰り返し回数（cycle）を示している。なお、この場合には、リード線の電気的接続状態が断たれる態様としては「抜け」の発生であり、引張強度は、試料における平均的値を示している。
【００５６】
図から分かるように、初期、１０００サイクル、１５００サイクルにわたって引張強度にほとんど変化はみられない。したがって、温度が繰り返し変化する環境下にあっても接合状態が劣化する可能性は少なく、安定して接合強度を保てることが確認されている。
【００５７】
上記のように構成された照明器具において、点灯装置４に給電されると、ソケット部３、口金部７から複数枚の基板６１へ線状接続導体８を介して通電され、発光素子６２に電力が供給され、各発光素子６２が点灯する。発光素子６２から出射された光は、透光性の本体５を透過して下方に放射され所定範囲が照射される。
【００５８】
この場合、各基板６１を電気的に接続するためにコネクタ等を用いることなく、リード線８を用いているため、発光素子６２から出射される光の障害物となるのを抑制することができる。
【００５９】
また、発光素子６２の点灯中に熱が発生し、その点灯、消灯により、基板６１は、熱を受け、また、冷却され、主として長手方向に伸縮する。さらに、振動等によって基板６１相互が横にずれたりする場合もある。このとき、基板６１相互は、凸状部８２が形成されたリード線８によって接続されているため、このリード線８で吸収することが可能であるが、はんだ付けされたリード線８に引張力がかかり、リード線８の電気的接続状態が断たれる態様が発生する虞がある。
【００６０】
しかしながら、本実施形態においては、はんだランド部６１ｃの面積Ｓとリード線８の線径寸法ｄとの関係によって、リード線８の接合における接合強度が確保されているので、接続状態を維持して接合の信頼性を確保することが可能となる。
【００６１】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していないものである。
【００６２】
上記実施形態においては、リード線は、凸状部が形成されているものについて説明したが、この形態に限らない。例えば、直線状に形成されたものであってもよい。
【００６３】
また、照明装置としての直管形ＬＥＤランプは、日本電球工業会規格ＪＥＬ８０１に基づいて構成したものについて説明したが、これに限定されるものではない。この規格に適合しない構成をも許容する。
さらに、照明装置としては、ランプや屋外又は屋外で使用される照明器具、ディスプレイ装置等に適用可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・照明器具本体、２・・・照明装置（直管形ＬＥＤランプ）、
３・・・ソケット部、４・・・点灯装置、
５・・・本体、６・・・光源部（発光装置）、
７・・・口金部、８・・・リード線、
９・・・はんだ、６１・・・基板、
６２・・・発光素子（ＬＥＤ）、６３・・・蛍光体層、
８１・・・接合部、８２・・・凸状部、
６１ａ・・・配線パターン層、６１ｂ・・・レジスト層、
６１ｃ・・・はんだランド部、Ｃｋ・・・チャック
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013152902.tif 000006
【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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