(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部と支持部とがカンチレバーで繋がれてなる振動板の振動部に形成された反射部と対向して発光素子と受光素子とを配置し、前記反射部に前記発光素子から光を放射し、前記反射部からの反射光を前記受光素子で受光して前記振動部の位置を検出する光音響変換装置において、前記カンチレバーは前記振動板をレーザ光照射によりスリット加工することにより形成され、前記振動部の外周縁と前記カンチレバーの内周縁との間および前記支持部の内周縁と前記カンチレバーの外周縁との間が前記スリット加工により仕切られており、前記カンチレバーが前記振動部の外周に沿って延びている音を光を介して電気信号に変換する光音響変換装置の振動板構造。
【請求項２】
前記反射部の外周縁よりさらに外側に向かって延びる平坦部を全周に設け、前記反射部外縁に沿った状態にカンチレバーを配置してなる請求項１の光音響変換装置の振動板構造。
【請求項３】
前記反射部の外周縁よりさらに外側に向かって断面形状斜め立ち上がりの斜面部を設けさらに前記斜面部の外周よりさらに外側に向かって断面形状水平方向に延出した平坦部を全周にわたって設け、前記平坦部に前記振動部の外周縁に沿った状態にカンチレバーを配置してなる請求項１記載の振動板構造。
【請求項４】
前記反射部の外周縁の全周に断面形状垂直若しくは、概ね垂直の立ち下り部を設け、さらに前記立ち下り部の外周部よりさらに外側に向かって断面形状水平方向に延出した平坦部を全周に設け、前記平坦部に前記振動部の外周に沿った状態にカンチレバーを配置してなる請求項１の光音響変換装置の振動板構造。
【請求項５】
前記反射部の外周縁に断面形状垂直、または斜め、または円弧からなる立ち上がり部または立ち下り部を設け、前記立ち上がり部または立ち下がり部の外周縁よりさらに外側に向かって断面形状水平方向に延出した平坦部を全周にわたって設け、前記平坦部に振動部の外周形状に沿った状態にカンチレバーを配置してなる請求項１の光音響変換装置の振動板構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光音響変換装置に係り、特にその振動板構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光を用いた音響電気変換装置（以下、光音響変換装置と記す）は、例えば図１３に示すように、平面状の振動板１１をリング３を介してフレーム４に固定し、フレーム４にさらに発光素子５および受光素子６を固定し、発光素子５から放射され振動板１１で反射された光を受光素子６で受光することで振動板１１の位置すなわち振動を電気信号に変換する光音響変換装置が知られている。
【０００３】
図１３に示す光音響変換装置では振動板が平板であるため、振動板１１のコンプライアンスを大きくすることができない。その欠点を改善するために図１４に示す従来の光音響変換装置では振動板１２の中心から周辺部にかけて１つの谷と山が形成されるように断面波型に形成し、周辺部をフレーム４に固定し、フレーム４にさらに発光素子５および受光素子６を固定してある。
【０００４】
また、図１５に示す従来の光音響変換装置では振動板１３の中心にドーム形状の反射部１３ａを設け、反射部１３ａから周辺部にかけてコルゲーションを形成し、その周辺部に設けられた支持部１３ｂをフレーム４に固定し、フレーム４にさらに発光素子５および受光素子６を固定してある。
【０００５】
さらに、光音響変換装置を小形化し、しかも高感度に音響を変換するためには振動板を小形化してしかもコンプライアンスを大きくしなければならない。その要求に応じて特願２００１−１８４５３０に提案された光音響変換装置を図１６および図１７に示す。
【０００６】
すなわち、中心にドーム形状の反射部１４ａを設け反射部１４ａと支持部１４ｂの間にコルゲーションを設けた振動板１４を用いた光音響変換装置をさらに改良し、振動板１４の所定の箇所をレーザー光等にて切断して円弧状スリット１５ａおよびスパイラル状スリット１５ｂを形成している。
【０００７】
振動板１４の支持部１４ｂはフレーム４に固定される。なお、図１６および図１７には発光素子および受光素子の図示を省略しておるが上記した従来例と同様に発光素子および受光素子がフレームに固定されている。スパイラル状スリット１５ｂおよび円弧状スリット１５ａがカンチレバー１４ｃ、１４ｃ…および振動部の略最大外形側部を構成させることにより、振動板１４の振幅性能を改善し、光音響変換装置の性能が向上する。
【０００８】
しかし、昨今の光音響変換装置は小型化の要求が極めて大きいことは明らかであり、小型化要求に応じると図１６に示したドーム形状に成形した振動板１４も直径が小さくならざるを得ない。この例では、振動板１４の一部を切断するため、振動板１４の直径が小さくなるに従って、カンチレバー面積の占める割合が増え振動板１４の面積が縮小し、結果的に空気圧の受圧面積が減少せざるを得ない構造である事は否めない。
【０００９】
さらに、振動板１４の一部にカンチレバー１４ｃのサスペンションを設けた場台、隣接する振動部の外側部にリブ構造を設けた方が好ましいことは特願２００１−１８４５３０に記述してあるが、振動板１４の形状が複雑な３次元構造となり、当然のこととして、振動板１４の成形金型等の製作コストが高くなりやすいという問題点もあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、本願出願人が前記特願２００１−１８４５３０に提案した振動板の構造、特に形状、並びに、カンチレバー状サスペンションの配置、形状をさらに改良発展させ、性能向上を図るとともに、コストダウンを可能ならしめ、量産性に適した光音響変換装置の振動板を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するにあたり、カンチレバー状サスペンションの形状を得るにおいて、カンチレバー状サスペンションの形状のみならず、配置する位置に着目した。その場合、空気の振動を効率よく受けるためには、当然のことながら、振動板の振動部の面積が大きいほうがよいことは明らかである。
【００１２】
しかし、従来のように、カンチレバー状サスペンションを振動板の特に中ほどまでに設ける方法では、反射部を除き振動板全体の径が小さく設定されると必然的にカンチレバー状サスペンションの占める割合が大きくならざるを得ない。
【００１３】
従って、フィルム等、薄膜を成型してなる振動板、特に直径の小さな振動板の振動部をコンプライアンスを小さくして振動させる手段として振動板を構成するドーム状からなる反射部、または反射部の外側に設けられた振動部の外周部よりさらに外側に向かって断面形状水平方向に延出した平坦部を全周に設け、この平坦部に前記振動部の外周形状、若しくは反射部の外側に設けられた振動部の外周部に沿った状態で、レーザ光照射により可能な限り細いスリット加工を施し、カンチレバー状サスペンションを配置した構造とした。
【００１４】
従って、この発明の光音響変換装置の振動板構造は、振動部と支持部とがカンチレバーで繋がれてなる振動板の振動部に形成された反射部と対向して発光素子と受光素子とを配置し、前記反射部に前記発光素子から光を放射し、前記反射部からの反射光を前記受光素子で受光して前記振動部の位置を検出する音を光を介して電気信号に変換する光音響変換装置において、前記カンチレバーは前記振動板をレーザ光照射によりスリット加工することにより形成され、前記振動部の外周縁と前記カンチレバーの内周縁との間および前記支持部の内周縁と前記カンチレバーの外周縁との間が前記スリット加工により仕切られており、前記カンチレバーが前記振動部の外周に沿って延びていることを特徴とする。
【００１５】
また、前記振動板構造において、前記反射部の外周縁よりさらに外側に向かって延びる平坦部を全周に設け、前記反射部外縁に沿った状態にカンチレバーを配置してなるものである。
【００１６】
また、同振動板構造において、前記反射部の外周縁よりさらに外側に向かって断面形状斜め立ち上がりの斜面部を設けさらに前記斜面部の外周よりさらに外側に向かって断面形状水平方向に延出した平坦部を全周にわたって設け、前記平坦部に前記振動部の外周縁に沿った状態にカンチレバーを配置してなるものである。
【００１７】
また、同振動板構造において、前記反射部の外周縁の全周に断面形状垂直若しくは、概ね垂直の立ち下り部を設け、さらに前記立ち下り部の外周部よりさらに外側に向かって断面形状水平方向に延出した平坦部を全周に設け、前記平坦部に前記振動部の外周に沿った状態にカンチレバーを配置してなるものである。
【００１８】
さらに、同振動板構造において、前記反射部の外周縁に断面形状垂直、または斜め、または円弧からなる立ち上がり部または立ち下り部を設け、前記立ち上がり部または立ち下がり部の外周縁よりさらに外側に向かって断面形状水平方向に延出した平坦部を全周にわたって設け、前記平坦部に振動部の外周形状に沿った状態にカンチレバーを配置してなるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施例を図面に基づいて説明する。各実施例における振動板は厚さが約９μ〜約２５μ前後の樹脂フィルムを平板状のまま切断加工して製作し、または熱圧成型した後切断加工により製作した。
【００２０】
図１はこの発明の第１の実施例である光音響変換装置の振動板を示す平面図、図２は同振動板を示す断面図、図３は同振動板が用いられた光音響変換装置を示す断面図である。
【００２１】
図に示す振動板１は厚さ１５μ直径は６ｍｍの平板であり、スリット加工を施し、外周部の支持部１ｂにリング３を接着にて装着した振動板１を作製したところ、所望の振幅を得ることができた。
【００２２】
すなわち、円弧状の内側スリット２ａ、２ａ…と外側スリット２ｂ、２ｂ…を夫々３個等間隔に形成し、内側スリット２ａと外側スリット２ｂとを放射状スリット２ｃで接続することにより、スリットに囲まれたカンチレバー１ｃ、１ｃ…が得られ、このカンチレバーは内側スリット２ａ、２ａ…で囲まれた振動部１ａのサスペンションを構成する。図２の断面図における平坦部に記載されている１点鎖線がスリットの位置及び巾を示している。
【００２３】
このようにカンチレバーが振動部の外周に沿って延びているので、カンチレバーの長さを長くしてコンプライアンスを大きくしても振動部があまり小さくなることなく、結果として高感度かつ小型の光音響変換装置の振動板が得られる。
【００２４】
図３に示すように振動板１の支持部１ｂをリング３を介してフレーム４に固定し、フレーム４にさらに発光素子５および受光素子６が固定されて光音響変換装置が完成する。振動板１の発光素子５からの光を反射する部分には金属蒸着が施されている。
【００２５】
図４はこの発明の第２の実施例である光音響変換装置の振動板を示す平面図、図５は同振動板を示す断面図、図６は同振動板が用いられた光音響変換装置を示す断面図である。この例では、厚さ約１５μのフィルムを図５に示すように成形し、第１の実施例と同様にスリット加工を施して所望の振幅特性の振動板７が得られた。
【００２６】
以下、詳細を説明すると、中心に平面部を設け、この平面部の外周部から約０．６ｍｍの立ち上りの斜面部７ｄを設け、斜面部７ｄの上端部よりさらに外側水平方向に平坦な平坦部を設けている。この実施例の場合、前記斜面部７ｄの外周部より外側に設けられた平坦部を直径６ｍｍの円で切断してある。
【００２７】
そして、この平坦部の巾は１ｍｍであり、この平坦部に第１の実施例と同様のスリットを設けた。すなわち、円弧状の内側スリット２ａ、２ａ…と外側スリット２ｂ、２ｂ…を夫々３個等間隔に形成し、内側スリット２ａと外側スリット２ｂとを放射状スリット２ｃで接続することにより、スリットに囲まれた幅約０．２ｍｍのカンチレバー７ｃ、７ｃ…が得られ、このカンチレバーは内側スリット２ａ、２ａ…で囲まれた振動部７ａのサスペンションを構成する。
【００２８】
図５の断面図における平坦部に記載されている１点鎖線がスリットの位置及び巾を示している。この実施例においては、具体的には、振動板の成形後に振動部の反射面側に金属蒸着を施し、その後スリット加工を施している。そして、図６に示すように振動板１の支持部７ｂをフレーム４に固定し、フレーム４にさらに発光素子５および受光素子６が固定されて光音響変換装置が完成する。この例では振動板の振動部に傾斜面を設けたので振動部の剛性が高められて、光音響変換特性がさらに改善される。
【００２９】
図７はこの発明の第３の実施例である光音響変換装置の振動板を示す平面図、図８は同振動板を示す断面図、図９は同振動板が用いられた光音響変換装置を示す断面図である。この例では図８の断面図に示すように、振動板８の中央には直径１．３ｍｍ、曲率半径１．５ｍｍのドーム形状からなる反射部８ａが設けられている。このドームの最外周部に図面における下方に向かって０．５ｍｍの長さの立ち下り部８ｂがドーム全外周に設けられ、さらに、立ち下り部８ｂの下端から外側に向かって断面形状水平方向に延出した幅約１．５ｍｍからなる平坦部を全周に設け、この平坦部を直径３ｍｍの円にて切断した。
【００３０】
前記ドーム外周部に設けられた立ち下り部８ｂａより外側に、図７の平面図で示す如く所定の寸法間隔にて、立ち下り部８ｂ外周に沿った状態で、スリット加工を施してある。詳細に説明すると、この実施例の場合、ドーム外周のさらに外側、平面図で示すところの半径０．７７５ｍｍの箇所に、概ね３等分した円弧状（Ｒ１．２２５）で巾４Ομ〜５０μからなる内側スリット２ａ、２ａ…を３個の設けた。
【００３１】
さらに、前記内側スリット２ａ、２ａ…の外側で、半径１．４２５ｍｍの箇所に、概ね３等分した円弧（Ｒ１．４２５）を前記同様の巾（４Ομ〜５０μ）からなるスリット加工を施し、３個の円弧状の外側スリット２ｂ、２ｂ…を設け、さらに図に示すように外側スリット２ｂと内側スリット２ａを放射状スリット２ｃで繋ぐようにスリット加工を施した。図８の断面図における平坦部に記載されている１点鎖線がスリットの位置及び巾を示している。
【００３２】
前記のスリット内側スリット２ａ、外側スリット２ｂおよび放射状スリット２ｃで囲まれてカンチレバー８ｃが形成され、このカンチレバー８ｃが反射部８ａを支持部８ｄに支持させるサスペンションとなる。
【００３３】
この実施例の場合、反射部８ａの外周に沿った形状で３個のカンチレバー８ｃからなるサスペンションを構成し、外側スリット２ｂ、２ｂ…の外側に設けられた平坦部の支持部８ｄは、振動板８をリング３に固定する目的の貼り代部等の機能を有し、説明図の断面図に示すような状態となり巾約０．２ｍｍのカンチレバー８ｃ、８ｃ…にて反射部８ａを支持する構造となる。
【００３４】
図９に示すように振動板８の支持部８ｄをリング３を介してフレーム４に固定し、フレーム４にさらに発光素子５および受光素子６が固定されて光音響変換装置が完成する。この実施例では反射部がドーム形状となっているので、光音響変換特性がさらに改善される。
【００３５】
図１０はこの発明の第４の実施例である光音響変換装置の振動板を示す平面図、図１１は同振動板を示す断面図、図１２は同振動板が用いられた光音響変換装置を示す断面図である。図に示すように、振動板９の中央には直径１．３ｍｍ、曲率半径１．５ｍｍのドーム形状からなる反射部９ａが設けられている。
【００３６】
このドーム、すなわち、反射部９ａの外周部から４５°の傾斜にて斜めに立ちがる斜面部９ｂが設けられ、この斜面部９ｂの頂端部を直径約３．２ｍｍに設定し、この頂端部を接線として半径０．２４ｍｍの断面円弧部９ｃを設け、さらに、断面円弧部９ｃの外側９０度方向、すなわち図で示すところの水平方向へに延出した平坦部を設けている。
【００３７】
前記斜面部９ｂの頂端部に設けた断面円弧部９ｃの外周部の直径は４ｍｍである。この実施例の場合、前記断面円弧部９ｃの外周部より外側に設けられた平坦部を直径６ｍｍの円で切断してある。従って、平端部の巾は１ｍｍであり、この平坦部に図１０に示すようにスリットを設けた。
【００３８】
詳細に説明すると、半径２．２１５ｍｍの箇所に、概ね３等分した巾４０μ〜５０μの円弧状の内側スリット２ａ、２ａ…を３個設け、半径２．３７５ｍｍの箇所に、概ね３等分した幅４０μ〜５０μ円弧状の外側スリット２ｂ、２ｂ…を３個形成し、内側スリット２ａと外側スリット２ｂとを放射状スリット２ｃで接続することにより、スリットに囲まれたカンチレバー９ｄ、９ｄ…が得られ、このカンチレバーは内側スリット２ａ、２ａ…で囲まれた振動部のサスペンションを構成する。
【００３９】
外側スリット２ｂ、２ｂ…の外側に設けられた平坦部は、振動板９をリング３等に固定する目的の貼り代部等の機能を有する支持部９ｅとなっている。図１１の断面図に示すように巾約０．２ｍｍのカンチレバー９ｄはサスペンションの機能を有し反射部９ａおよび斜面部９ｂを支持する。図１１の断面図における平坦部に記載されている１点鎖線がスリットの位置及び巾を示している。
【００４０】
前記第３および第４の実施例の振動板の裏面側、つまり、ドームの内側になる面がレーザー光の反射面となるため、この反射面側にニッケル、あるいはアルミ等の金属蒸着等を施してある。金属蒸着はマスキングにより反射部８ａ、９ａのみに行うことも可能である。これらの実施例の場台、エキシマレーザー、ヤグレーザー、炭酸ガスレーザー等を用いスリット加工を施してみたが、いずれのレーザーにおいても所期の目的を充分に達することが可能であった。
【００４１】
前記第３および第４の実施例は、反射部等の振動部を立体的に成形した振動板であったが、第１の実施例のように平面状振動板でもこの発明を適用可能であることが判明した。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の振動板構造によると、カンチレバー状スペンションは必然的に振動板の外側に配置されることになる。そして、内周部（内側）より外周部（外側）の方がカンチレバーの長さを取り易いことは明かである。つまり、カンチレバー状サスペンションのコンプライアンスをより高く設定することが可能となり、その結果、振幅を大きく取り得る基本構造を有し、しかも振動板の振動部面積をカンチレバーにより大きく減少させることもないという利点を有する。
【００４３】
また、さらに第３の実施例のように振動板の面積を極限まで縮小していくと、反射部８ａのドーム部が振動部を兼ね備えることが有利となることは明らかである。その際、従来のように反射部、すなわち、振動部にスリット加工を施してサスペンションを配置する必要がなく、サスペンションを振動部の外周部に配置することにより、振動板を極限まで小型化することが可能な利点を有する。さらに、第４の実施例のように反射部９ａの外側に斜面部９ｂを設けることにより、当然の事ながら、振動板の強度が増すと共に振動部の表面積が増える。
【００４４】
即ち、高強度で音圧の受圧面積が増えることになり、さらに斜面部９ｂの外周部に断面円弧部９ｃ、若しくは立ち上がり部、あるいは立ち下がり部等を設けることにより、振動板の外周部の強度を増すと同時にさらに振動板の表面積の増加を可能ならしめる。従って、より高感度で、しかも、高音質で、なお且つ振幅しやすい構造の振動板を得ることが可能となり、一層高性能な振動板を得る効果を奏する。
【００４５】
また、反射部の最外周部にリブ構造を有することにより反射部の変形を効果的に防止できることは既に上述の特願２００１−１８４５３０に記述してあるが、ドーム外周部に断面形状に立ち上がり部、あるいは立下り部構造を設けリブ構造剛性を高めることが好ましいことは当然である。
【００４６】
しかしながら、反射部９ａが極小化されると、すなわち、振動板が極小化された場合、斜め方向の立ち上がり部を設けることは振動板寸法を大きくしてしまい、極小化と反する構造であることは明かである。
【００４７】
従って、反射部のドーム外周部に垂直形状の立ち部を設けることによって、寸法の肥大化は避けられる。しかし、ドーム形状と逆方向、即ち図面で示すところの上方向に垂直に近い立ち上がり部を設けることも可能であるが、この方向であるとフィルム成型においてフィルムが破断しやすくなることが判明し、さらに成形できたとしてもこの方向では立ち部のフィルムが薄くなりやすくリブ効果が半減することも判明した。
【００４８】
この欠点に対して、第３の実施例のように反射部８ａのドーム外周部に立ち下がり部８ｂを設けることにより、フィルム破断がなくなり、フィルム厚さ満足する厚さを得ることができ、リブ効果も充分発揮できることが確認され、振動板の性能向上に効果を発揮することが判明した。
【００４９】
なお、寸法的に余裕がある際は、当然斜め方向の立ち上がり部が有効となる。従って、第４の実施例に示す振動板の形態は、反射部の補強と共に振動板の強度も向上させる結果となっており、フィルム成型性が向上し、よりー層振動板の強度が向上する利点を有する。
【００５０】
また、本発明のような構造にすることにより、振動板の成形に用いるフィルム成型金型の作製において、旋盤加工のみで行うことが可能となり、なお且つ形状も単純である。従って、加工コストが大幅に削減される利点を有し、金型費用が従来例より大幅に削減し、さらに、スリット加工部が平坦部であることも、スリット巾の加工精度向上に寄与しており、コストダウンと共に品質、並びに性能向上が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例である光音響変換装置の振動板を示す平面図である。
【図２】同振動板を示す断面図である。
【図３】同振動板が用いられた光音響変換装置を示す断面図である。
【図４】この発明の第２の実施例である光音響変換装置の振動板を示す平面図である。
【図５】同振動板を示す断面図である。
【図６】同振動板が用いられた光音響変換装置を示す断面図である。
【図７】この発明の第３の実施例である光音響変換装置の振動板を示す平面図である。
【図８】同振動板を示す断面図である。
【図９】同振動板が用いられた光音響変換装置を示す断面図である。
【図１０】この発明の第４の実施例である光音響変換装置の振動板を示す平面図である。
【図１１】同振動板を示す断面図である。
【図１２】同振動板が用いられた光音響変換装置を示す断面図である。
【図１３】従来の光音響変換装置の例を示す断面図である。
【図１４】従来の光音響変換装置の他の例を示す断面図である。
【図１５】従来の光音響変換装置のさらに他の例を示す断面図である。
【図１６】従来の光音響変換装置のさらに他の例を示す平面図である。
【図１７】同光音響変換装置の部分を示す断面図である。
【符号の説明】
１  振動板、１ａ  振動部、１ｂ  支持部、１ｃ  カンチレバー
２ａ  内側スリット、２ｂ  外側スリット、２ｃ  放射状スリット
３  リング
４  フレーム
５  発光素子
６  受光素子
７  振動板、７ａ  振動部、７ｂ  支持部、７ｃ  カンチレバー
７ｄ  斜面部
８  振動板、８ａ  反射部、８ｂ  立ち下がり部、８ｃ  カンチレバー
８ｄ  支持部
９  振動板、９ａ  反射部、９ｂ  斜面部、９ｃ  断面円弧部
９ｄ  カンチレバー、９ｅ  支持部
１１  振動板
１２  振動板
１３  振動板、１３ａ  反射部、１３ｂ  支持部
１４  振動板、１４ａ  反射部、１４ｂ  支持部、１４ｃ  カンチレバー
１５ａ  円弧状スリット、１５ｂ  スパイラル状スリット
【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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【図１７】
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