(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キートップの押下を感知する電極と、その押下方向と直交する水平方向のスライダの移動を検知する複数の電極とをそれぞれ分割して設けた分割電極を有するプリント配線基板と、
前記分割電極と所定の間隔を保持して対向し、少なくとも前記分割電極との対向部が導電性を有し、弾性変形により前記電極との間隔が変化する弾性体と、
その弾性体と一体になっており、前記キートップの押下を感知する電極と対応した部分に設けられた頭部が押下可能なキートップと、
そのキートップの頭部に外嵌してその頭部が露呈する穴が形成され、外周のフランジ部が支持体上に載置されてハウジングの上端折曲部との間で前記水平方向のみ移動可能に配置された硬質のスライダとを備え、
前記キートップならびにスライダに力が作用していない待機状態では、前記弾性体の導電部と前記プリント配線基板上の各電極の間隔は等しくなっており、
前記スライダを水平方向に移動すると前記キートップを介して弾性体が変形して、弾性体の導電部と前記水平方向の入力を感知する電極との間隔が変化し、
前記キートップのスライダから露呈している頭部を押下すると弾性体が変形して、弾性体の導電部と前記押下を感知する電極との間隔が変化するように構成されていることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
キートップの押下を感知する電極と、その押下方向と直交する水平方向のスライダの移動を検知する複数の電極とをそれぞれ分割して設けた分割電極を有するプリント配線基板と、
前記分割電極と所定の間隔を保持して対向し、少なくとも前記分割電極との対向部が導電性を有し、前記キートップの押下を感知する電極と対応した部分に頭部が設けられ、弾性変形により前記電極との間隔が変化する弾性体と、
その弾性体の頭部に外嵌してその頭部が露呈する穴が形成され、外周のフランジ部が支持体上に載置されてハウジングの上端折曲部との間で前記水平方向のみ移動可能に配置された硬質のスライダと、
そのスライダと一体になっており、スライダの前記穴から露呈した前記弾性体の頭部と対応する位置に肉薄部を設けたキートップとを備え、
前記キートップに力が作用していない待機状態では、前記弾性体の導電部と前記プリント配線基板上の各電極の間隔は等しくなっており、
前記キートップを水平方向に移動するとスライダを介して弾性体が変形して、弾性体の導電部と前記水平方向の入力を感知する電極との間隔が変化し、
前記キートップの肉薄部を押下すると弾性体が変形して、弾性体の導電部と前記押下を感知する電極との間隔が変化するように構成されていることを特徴とする入力装置。
【請求項３】
請求項１または２記載において、前記弾性体の下面中央部に設けられた突出部と当該弾性体の外周部とにより、弾性体と前記プリント配線基板の間に隙間が形成されることを特徴とする入力装置。
【請求項４】
請求項２記載において、前記弾性体の頭部と前記スライダの穴との嵌合部が前記キートップで覆われていることを特徴とする入力装置。
【請求項５】
キートップの押下を感知する電極と、その押下方向と直交する水平方向のスライダの移動を検知する複数の電極とをそれぞれ分割して設けた分割電極を有するプリント配線基板と、
前記分割電極と所定の間隔を保持して対向し、少なくとも前記分割電極との対向部が導電性を有し、弾性変形により前記電極との間隔が変化する弾性体と、
その弾性体と一体になっており、前記キートップの押下を感知する電極と対応した部分に設けられた頭部が押下可能なキートップと、
そのキートップの頭部に外嵌してその頭部が露呈する穴が形成され、外周のフランジ部が支持体上に載置されてハウジングの上端折曲部との間で前記水平方向のみ移動可能に配置された硬質のスライダとを備え、
前記キートップならびにスライダに力が作用していない待機状態では、前記弾性体の導電部と前記プリント配線基板上の各電極の間隔は等しくなっており、
前記スライダを水平方向に移動すると前記キートップを介して弾性体が変形して、弾性体の導電部と前記水平方向の入力を感知する電極との間隔が変化し、
前記キートップのスライダから露呈している頭部を押下すると弾性体が変形して、弾性体の導電部と前記押下を感知する電極との間隔が変化するように構成され、
前記キートップならびにスライダに被検出体からの作用力が作用するようになっていることを特徴とする検出装置。
【請求項６】
キートップの押下を感知する電極と、その押下方向と直交する水平方向のスライダの移動を検知する複数の電極とをそれぞれ分割して設けた分割電極を有するプリント配線基板と、
前記分割電極と所定の間隔を保持して対向し、少なくとも前記分割電極との対向部が導電性を有し、前記キートップの押下を感知する電極と対応した部分に頭部が設けられ、弾性変形により前記電極との間隔が変化する弾性体と、
その弾性体の頭部に外嵌してその頭部が露呈する穴が形成され、外周のフランジ部が支持体上に載置されてハウジングの上端折曲部との間で前記水平方向のみ移動可能に配置された硬質のスライダと、
そのスライダと一体になっており、スライダの前記穴から露呈した頭部と対応する位置に肉薄部を設けたキートップとを備え、
前記キートップに力が作用していない待機状態では、前記弾性体の導電部と前記プリント配線基板上の各電極の間隔は等しくなっており、
前記キートップを水平方向に移動するとスライダを介して弾性体が変形して、弾性体の導電部と前記水平方向の入力を感知する電極との間隔が変化し、
前記キートップの肉薄部を押下すると弾性体が変形して、弾性体の導電部と前記押下を感知する電極との間隔が変化するように構成され、
前記キートップならびにスライダに被検出体からの作用力が作用するようになっていることを特徴とする検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばパソコンやリモコンなどに用いる入力装置ならびに例えば加速度計などに用いる検出装置に係り、特に静電容量の変化に基づく入力装置ならびに検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車産業、電機産業、機械産業、土木産業など各種産業において、力などの物理量を入力したり検出したりする入力装置ならびに検出装置（以下、入力装置で代表して記す）として、温度補正などの必要がないことから静電容量の変化を利用した入力装置が各種提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来のこの種入力装置は、操作部に加わる水平方向（Ｘ，Ｙ方向）の力と垂直方向（Ｚ方向）の力の区別ができないため、特に操作部を斜めに押した場合などに入力精度が悪いという欠点を有している。
【０００４】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、入力精度（検出精度）が高く、取扱性の良好な入力装置ならびに検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、
キートップの押下を感知する電極と、その押下方向と直交する水平方向のスライダの移動を検知する複数の電極とをそれぞれ分割して設けた分割電極を有するプリント配線基板と、
前記分割電極と所定の間隔を保持して対向し、少なくとも前記分割電極との対向部が導電性を有し、弾性変形により前記電極との間隔が変化する弾性体と、
その弾性体と一体になっており、前記キートップの押下を感知する電極と対応した部分に設けられた頭部が押下可能なキートップと、
そのキートップの頭部に外嵌してその頭部が露呈する穴が形成され、外周のフランジ部が支持体上に載置されてハウジングの上端折曲部との間で前記水平方向のみ移動可能に配置された硬質のスライダとを備え、
前記キートップならびにスライダに力が作用していない待機状態では、前記弾性体の導電部と前記プリント配線基板上の各電極の間隔は等しくなっており、
前記スライダを水平方向に移動すると前記キートップを介して弾性体が変形して、弾性体の導電部と前記水平方向の入力を感知する電極との間隔が変化し、
前記キートップのスライダから露呈している頭部を押下すると弾性体が変形して、弾性体の導電部と前記押下を感知する電極との間隔が変化するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の第２の手段は、
キートップの押下を感知する電極と、その押下方向と直交する水平方向のスライダの移動を検知する複数の電極とをそれぞれ分割して設けた分割電極を有するプリント配線基板と、
前記分割電極と所定の間隔を保持して対向し、少なくとも前記分割電極との対向部が導電性を有し、前記キートップの押下を感知する電極と対応した部分に頭部が設けられ、弾性変形により前記電極との間隔が変化する弾性体と、
その弾性体の頭部に外嵌してその頭部が露呈する穴が形成され、外周のフランジ部が支持体上に載置されてハウジングの上端折曲部との間で前記水平方向のみ移動可能に配置された硬質のスライダと、
そのスライダと一体になっており、スライダの前記穴から露呈した前記弾性体の頭部と対応する位置に肉薄部を設けたキートップとを備え、
前記キートップに力が作用していない待機状態では、前記弾性体の導電部と前記プリント配線基板上の各電極の間隔は等しくなっており、
前記キートップを水平方向に移動するとスライダを介して弾性体が変形して、弾性体の導電部と前記水平方向の入力を感知する電極との間隔が変化し、
前記キートップの肉薄部を押下すると弾性体が変形して、弾性体の導電部と前記押下を感知する電極との間隔が変化するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において、
前記弾性体の下面中央部に設けられた突出部と当該弾性体の外周部とにより、弾性体と前記プリント配線基板の間に隙間が形成されることを特徴とするものである。
本発明の第４の手段は前記第２の手段において、
前記弾性体の頭部と前記スライダの穴との嵌合部が前記キートップで覆われていることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面とともに説明する。図１〜図３は第１の実施形態に係る入力装置を説明するためのもので、図１は入力装置の断面図、図２はプリント配線基板の平面図、図３はプリント配線基板の断面図である。
【０００９】
入力装置は、スライダ１９、キートップ１、金属板からな
るハウジング２、合成樹脂の成形体からなる支持体３、弾性体４、プリント配線基板５から主に構成されている。
【００１０】
スライダ１９は硬質合成樹脂で図１に示すような形状に成形され、中央部にキートップ１の頭部９に外嵌する穴６が形成され、外周のフランジ部７が支持体３上に載置されてハウジング２の上端折曲部８との間で水平方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動自在に配置されている。
【００１１】
キートップ１はゴムやエラストマーなどの弾性材料で図１に示すような形状に成形され、頭部９がスライダ１９の穴６から外側に露呈し、弾性体４と一体に嵌合している。キートップ１は、スライダ１９と共に水平方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動自在で、かつ単独で垂直方向（Ｚ方向）に移動自在である。
【００１２】
弾性体４は、比較的肉厚で導電性のない弾性体本体４ａと、弾性体本体４ａの下側に配置された導電性弾性体４ｂとから構成され、両者は２色成形や接着などの手段で一体になっている。導電性弾性体４ｂは、銀やカーボンブラックなどの導電性微粒子をゴムやエラストマーなどの弾性材料に分散保持したものからなる。弾性体４の外周部１０はプリント配線基板５に接着などで固定・位置決めされ、導電性弾性体４ｂの下面中央部にプリント配線基板５側に当接する張力付与用の突出部１１が設けられ、外周部１０と突出部１１により導電性弾性体４ｂとプリント配線基板５の間に間隔１２が形成されている。
【００１３】
例えばガラス−エポキシ樹脂などからなる硬質のプリント配線基板５の上面に図２に示すように、中央に第１電極１３ａ、その外周に第２電極１３ｂ、第３電極１３ｃ、第４電極１３ｄ、第５電極１３ｅが分割して形成され、さらにその外周にグランド電極１３ｆが設けられ、図３に示す如く各電極１３の上は間隔保持用の柔軟性絶縁膜１４で覆われ、第２〜第５電極１３ｂ〜１３ｅの面積は等しくなっている。
【００１４】
入力装置の適用例については後述するが、本実施形態では第２電極１３ｂはディスプレイ上のカーソルを上方向に、第３電極１３ｃは左方向に、第４電極１３ｄは下方向に、第５電極１３ｅは右方向に、それぞれステップ移動するための電極で、これら第２電極１３ｂ〜第５電極１３ｅは水平方向（Ｘ，Ｙ方向）の入力用となっている。第１電極１３ａは前述の入力方向を確認するときに使用する電極で、垂直方向（Ｚ方向）の入力用となっている。
【００１５】
プリント配線基板５の下面に所定形状の導電パターン１５が設けられ、前記各電極１３はスルーホール１６により導電パターン１５と電気的に接続されている。導電パターン１５上にＩＣチップ１７などの電子部品が搭載され、導電パターン１５の一端にフレキシブルプリント配線基板１８が接続され、フレキシブルプリント配線基板１８の他端は使用機器の入出力インターフェース（図示せず）に接続されている。
【００１６】
この入力装置の操作について説明する。キートップ１，スライダ１９に力が作用していない待機状態（初期状態）では、導電性弾性体４ｂとプリント配線基板５上の各電極１３ｂ〜１３ｅの間隔は等しく、従って導電性弾性体４ｂと各電極１３ｂ〜１３ｅの間の静電容量も等しい。
【００１７】
スライダ１９を操作するとき、それのフランジ部７は支持体３とハウジング２の上端折曲部８の間で挟持されているから、垂直方向（Ｚ方向）の移動が阻止され、水平方向（Ｘ，Ｙ方向）の移動のみが許容されている。
【００１８】
スライダ１９を図１において例えば左側に移動すると、その移動はキートップ１を介して弾性体４に伝えられ、弾性体４が若干弾性変形し、その変形にともない導電性弾性体４ｂと第３電極１３ｃの間隔が初期状態よりも狭まり、第３電極１３ｃ側の静電容量の変化を電気的に検出して、今、スライダ１９によりカーソルを左方向に移動する信号が入力されたことを検知することができる。
【００１９】
スライダ１９を図１において例えば右側に移動すると、その移動に伴い弾性体４が若干弾性変形し、導電性弾性体４ｂと第５電極１３ｅの間隔が初期状態よりも狭まり、第５電極１３ｅ側の静電容量の変化を電気的に検出して、今、スライダ１９によりカーソルを右方向に移動する信号が入力されたことを検知することができる。
【００２０】
また、図１においてキートップ１を指先で垂直方向（Ｚ方向）に押すと、スライダ１９はその位置に保持されたままキートップ１だけが下方に移動する。この移動に伴い導電性弾性体４ｂと第１電極１３ａの間隔が初期状態よりも狭まり、静電容量の変化を電気的に検出して、キートップ１により信号が入力される。キートップ１，スライダ１９から操作力を解除すれば、弾性体４の復元力によりキートップ１，スライダ１９，弾性体４は元の待機状態に戻る。
【００２１】
図４〜図６は第２の実施形態に係る入力装置を説明するためのもので、図４は入力装置の断面図、図５は入力装置の斜視図、図６は入力装置の分解斜視図である。
【００２２】
入力装置は図４と図６に示すように、キートップ１、ハウジング２、支持体３、弾性体４、プリント配線基板５、スライダ１９、ブラケット２０から主に構成されている。
【００２３】
前記キートップ１はゴムやエラストマーなどの弾性材料で図４に示すような形状に成形され、上面中央部に大きく円弧状に窪んだ入力操作面２１が形成されている。図４に示すように、中央部は外周部よりも肉薄で上下に移動できる突出部２２が下方に向いて突設され、下端外周壁２３がスライダ１９に外嵌される。
【００２４】
スライダ１９は硬質合成樹脂の成形体からなり、中央部に弾性体４の頭部に外嵌する穴２４が形成され、この弾性体４とスライダ１９の連結部はスライダ１９の上に装着されたキートップで覆われている。スライダ１９の外周に設けられたフランジ部７は、ブラケット２０とハウジング２の上端折曲部８の間にスライド可能に挟持されている。
【００２５】
弾性体４は全体が導電性を有し、頭部がスライダ１９の穴２４から露呈しキートップ１の突出部２２と当接たまは近接して、プリント配線基板５の所定位置に固定されている。プリント配線基板５上に図６に示すように第１〜第５電極１３ａ〜１３ｅとグランド電極１３ｆが設けられ、第１〜第５電極１３ａ〜１３ｅは間隔１２を介して弾性体４の下面と対向している。
【００２６】
この入力装置のキートップ１を操作するとき、嵌合によりキートップ１と一体になっているスライダ１９のフランジ部７はブラケット２０とハウジング２の上端折曲部８の間で挟持されているから、キートップ１の外周部（スライダ１９）は垂直方向（Ｚ方向）の移動が阻止され、水平方向（Ｘ，Ｙ方向）の移動のみが許容されている。
【００２７】
キートップ１を水平方向に移動すると、その移動はスライダ１９を介して弾性体４に伝えられ、弾性体４が弾性変形し、その変形に伴い弾性体４と第２〜第５電極１３ｂ〜１３ｅのうちのいずれかの複数の電極との間隔１２が変化し、それを静電容量の変化として電気的に検出して、信号入力することができる。
【００２８】
また、キートップ１の中央部（突出部２２の所）を指先で垂直方向（Ｚ方向）に押すと、スライダ１９を介さず弾性体４の中央部が押圧され、第１電極１３ａとの間隔が初期状態よりも狭まり、静電容量の変化を電気的に検出して信号入力がなされる。
【００２９】
図７と図８は第３の実施形態に係る入力装置を説明するためのもので、図７は入力装置の断面図、図８は入力装置に組込む前の弾性体の断面図である。この例で前記第２の実施形態と相違する点は、弾性体の形状である。
【００３０】
すなわち弾性体４の下面中央部に突出部１１が設けられ、突出部１１は外周部１０よりも若干下方に突出している。弾性体４を装置内に組込むと突出部１１はプリント配線基板５により押圧変形され、その状態で外周部１０がプリント配線基板５に固定されるから、弾性体４に矢印Ｆで示すような張力（応力）が発生する。
【００３１】
弾性体４は操作力に応じて弾性変形する訳であるが、弾性体４内に歪みが残るため、操作力が微小な場合にはその操作力が残留歪みで相殺されて適正な信号入力ができないことがある。その点、本実施形態ならびに後述の第４，５の実施形態のように弾性体４に張力（応力）を付与すれば、微小な操作力でも適正な信号入力が可能となる。図１に示す導電性弾性体４ｂに設けた突出部１１も導電性弾性体４ｂの張力（応力）付与に関与している。
【００３２】
図９は第４の実施形態に係る入力装置を説明するためのもので、この例では弾性体４の下面外周部の全周に傾斜あるいは丸みのある切欠部２６を設ける。この弾性体４を装置内に組込むと、組付け時の押圧力により切欠部２６が潰れ（図では切欠部２６を明示するために潰れた状態には図示していない）、それにより弾性体４内に張力（応力）Ｆが生じる。切欠部２６により弾性体４に張力（応力）Ｆを発生させるため、弾性体４の外周部の厚さは支持部３の厚さよりも切欠部２６の潰れ分だけ厚く設計されている。
【００３３】
図１０は第５の実施形態に係る入力装置を説明するためのもの要部断面図で、この例では弾性体４の上面外周部の全周に、上方に向けて徐々に径大になった広角状の傾斜部２７が形成され、例えばブラケット２０などの押圧部材に傾斜部２７を径方向外側に押し拡げるために例えばＶ字状に屈曲された押拡部２８が設けられている。この押拡部２８の押圧により傾斜部２７を径方向外側に押し拡げることにより、弾性体４内に張力（応力）Ｆが生じる。
【００３４】
張力（応力）Ｆの大きさは、第３の実施形態の場合は突出部１１の突出寸法や径、第４の実施形態の場合は切欠部２６の大きさ、第５の実施形態の場合は傾斜部２７の傾斜角度などによって調整することができる。
【００３５】
図１１ならびに図１２は入力装置の第１の適用例を示す図で、モバイルパソコンやノートパソコンに適用した例を示しており、パソコン２９は多数のキーボードスイッチ３０を有する本体３１と、表示部３２を有する蓋部材３３を有し、蓋部材３３は本体３１に回動自在に取り付けられている。蓋部材３３の端部に入力ポインターとして前述の入力装置３４が取り付けられている。この例は蓋部材３３に入力装置３４を設けたが、本体３１に設けることも可能である。
【００３６】
図１２は入力装置３４の操作状態を示しており、入力装置３４の部分を親指３５と他の指３６とで挟持し、親指３５を上下左右に動かすことにより、表示部３２上のカーソルを任意に移動できる。
【００３７】
図１３は入力装置の第２の適用例を示す図で、例えば家庭用のモバイルパソコンやノートパソコンなどのリモコンに適用した例を示しており、リモコン本体３７に入力ポインターとして前述の入力装置３４、スイッチ３８、スクロールダイヤル３９などが取り付けられている。この例ではパソコン用のリモコンについて説明したが、他の機器のリモコンにも適用可能である。
【００３８】
前述の例ではパソコンに適用したが、例えば他の電気機器、車載用機器、各種測定機器、医療機器など各分野への適用が可能である。
【００３９】
前記各実施形態では第１〜第５電極の５種類の分割電極を用いたが、分割電極の数はこれより少なくても多くても構わない。
【００４０】
前記各実施形態において、スライダ１９のフランジ部７と支持体３またはブラケット２０との接触部分は平滑面になってスライダ１９の動きを円滑にしているが、前記接触部分に例えばフッ素系樹脂などの固体潤滑剤からなる滑性層を形成することもできる。
【００４１】
前記各実施形態では入力装置の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、入力装置のキートップ、スライダに相当する部分に検出体を移動可能（例えばスライド可能あるいは回動可能）に設け、被検出体からの作用力（力、磁気力、風力など）により前記検出体を移動し、その移動力で弾性体を変形して、その変形を静電容量の変化として検出する検出装置にも適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１ならびに請求項４記載の本発明（第１の手段）は、前述のような構成になっており、水平方向のみ移動可能なスライダと、垂直方向に移動可能なキートップとを備えているから、水平方向の入力と垂直方向の入力が明確に分かれ、そのために入力精度（検出精度）が高く、取扱性の良好な入力装置ならびに検出装置を提供することができる。
【００４３】
請求項２ならびに請求項５記載の本発明（第２の手段）は、弾性体に張力を付与する張力付与手段が設けられているから、微小な力でも入力が可能で、さらに入力精度（検出精度）の向上が図れる。
【００４４】
請求項３ならびに請求項６記載の本発明（第３の手段）は、弾性体とスライダの連結部がキートップで覆われているから、前記連結部に塵埃類などが付着、侵入することがなく動作信頼性の向上が図れるなどの特長を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【図２】その入力装置に用いるプリント配線基板の平面図である。
【図３】そのプリント配線基板の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【図５】その入力装置の斜視図である。
【図６】その入力装置の分解斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【図８】その入力装置に用いる弾性体の断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る入力装置の要部断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る入力装置を用いたパソコンの斜視図である。
【図１２】そのパソコンでの入力装置の操作状態を示す一部側面図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る入力装置を用いたリモコンの平面図である。
【符号の説明】
１  キートップ
２  ハウジング
３  支持体
４  弾性体
４ａ  弾性体本体
４ｂ  導電性弾性体
５  プリント配線基板
６  穴
７  フランジ部
８  上端折曲部
９  頭部
１０  外周部
１１  突出部
１２  間隔
１３  電極
１３ａ〜１３ｅ  第１〜第５電極
１９  スライダ
２０  ブラケット
２１  入力操作面
２２  突出部
２３  下端外周部
２４  穴
２６  切欠部
２７  傾斜部
２８  押拡部
３４  入力装置
【図１】
0003954270.tif 000002
【図２】
0003954270.tif 000003
【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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