(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線パターンが施された可撓性基板に複数の発光素子が実装されてなる照明装置であって、
前記可撓性基板は、当該可撓性基板の所定個所が屈曲してなる碗部または冠部を複数有し、
当該碗部または冠部は、可撓性基板における碗部または冠部のない部分と略平行な平坦部を有すると共に、当該平坦部のみに前記発光素子が実装し、
前記碗部または冠部は、その周囲が前記碗部または冠部のない部分に囲まれ、
前記平坦部の厚みは、前記碗部または冠部のない部分の厚みと同じであり、且つ、平坦部の材質が、前記碗部または冠部のない部分の材質と同じである
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記配線パターンが前記碗部または冠部の平坦部表面まで這設されている
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記前記碗部または冠部のない部分の主面から前記平坦部の主面までの深さまたは高さは、前記可撓性基板における当該碗部または冠部のない部分の厚さの３０％〜１００％である
ことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
【請求項４】
前記深さまたは高さは、前記可撓性基板における当該碗部または冠部のない部分の厚さの５０％である
ことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可撓性基板に発光素子を実装した照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（以下、単に「ＬＥＤ」という。）は、発光効率が高く、またその寿命が長いことから、次世代光源として注目されている。このＬＥＤを利用した照明装置として、円柱表面に貼着して柱を照明灯とするようなものが考えられている。このように使用するには、照明装置を円柱表面に沿って湾曲させる必要がある。
【０００３】
しかしながら、単に、湾曲自在な可撓性基板にＬＥＤを半田付けにより実装したものでは、可撓性基板を湾曲させると、可撓性基板上のＬＥＤを実装する部分（以下単に、「ＬＥＤ実装部」という。）も湾曲してしまうため、半田が剥がれ、ＬＥＤと配線パターンとの間で断線したり、ＬＥＤ自体が可撓性基板から剥がれたりするおそれがある。
【０００４】
そこで、特開平１１−１６３４１２号公報に記載のように、可撓性基板を湾曲させた際にＬＥＤ実装部が変形しないように、ＬＥＤ実装部に補強用の肉厚部を射出成形により形成し、この肉厚部上にＬＥＤを実装するようにしたものが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の照明装置では、可撓性基板に新たに肉厚部を設けているため、肉厚部を形成する材料が新たに必要となりコストアップすると共に、肉厚部の重量により可撓性基板全体の重量が増加してしまう。これらのコストアップ及び重量増加は、照明装置の低価格化及び軽量化のニーズに反するものであり、また重量増加は照明装置を装着面に装着するための装着手段の強化、装着時の作業性の低下等弊害を招くものである。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、重量増加を伴うことなく、可撓性基板上の発光素子を実装する部分を補強できる照明装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、配線パターンが施された可撓性基板に複数の発光素子が実装されてなる照明装置であって、前記可撓性基板は、当該可撓性基板の所定個所が屈曲してなる碗部または冠部を複数有し、当該碗部または冠部は、可撓性基板における碗部または冠部のない部分と略平行な平坦部を有すると共に、当該平坦部のみに前記発光素子が実装し、前記碗部または冠部は、その周囲が前記碗部または冠部のない部分に囲まれ、前記平坦部の厚みは、前記碗部または冠部のない部分の厚みと同じであり、且つ、平坦部の材質が、前記碗部または冠部のない部分の材質と同じであることを特徴としている。この構成によれば、碗部又は冠部の剛性を高くでき、可撓性基板上の発光素子を実装する部分を、重量増加を伴わずに補強することができる。したがって、基板を湾曲させる場合でも、碗部又は冠部では湾曲せず、基板における碗部又は冠部間が湾曲するので、発光素子に断線が生じたり、発光素子が基板から外れたりすることはない。
【０００８】
また、前記碗部又は冠部は、前記可撓性基板の主面と略平行な平坦部を有し、前記発光素子がこの平坦部に実装されていることを特徴としている。したがって、碗部又は冠部に発光素子を容易に実装できる。
さらに、配線パターンが、前記碗部又は冠部の表面まで這設され、発光素子は、当該配設された配線パターンを通じて給電される構成を特徴としている。このため、配線パターンは可撓性基板の表面側にあり、発光素子を配線パターンに電気的に容易に接続できる。
【０００９】
しかも、１つの碗部又は冠部に、複数の発光素子が実装されていることを特徴としているので、碗部又は冠部の数を少なくでき、多数の発光素子を効率良く、可撓性基板に実装できる。また、前記複数の発光素子には、発光色の異なる発光素子が含まれていることを特徴としているので、発光素子から発せらた光を混色させやすい。
【００１０】
さらに、複数の碗部又は冠部は、２方向に略等間隔で形成されていることを特徴としている。特に複数の碗部又は冠部は、略マトリクス状に配列されていることを特徴としているので、可撓性基板を隣接する行間・列間で湾曲させることができる。
しかも、前記発光素子が発光ダイオードであることを特徴としているので、高発光効率、長寿命化が期待できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る照明装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施の形態＞
１．照明装置の構成
図１は本発明に係る照明装置の全体を示す平面図である。照明装置１は、同図に示すように、表面に配線パターン２を備える基板３と、この基板３上の配線パターン２上に配設された複数のＬＥＤ５と、配線パターン２に接続された給電端子６と、この給電端子６に接続されて給電端子に給電するための給電ケーブル７とを備え、複数のＬＥＤ５は、図外の電源から給電ケーブル７、給電端子６及び配線パターン２を介して給電され発光する。
【００１２】
基板３は、例えば略矩形状の薄板で、塑性変形可能で可撓性を有する材料、例えばガラスエポキシ（ガラス繊維強化プラスチック）が使用されている。基板３には、ＬＥＤ５を実装する位置に対応する複数箇所が基板３の法線方向（厚さ方向）に屈曲されて、碗部４が形成されている。この複数の碗部４は、縦横方向に等間隔をおいてマトリクス状に規則正しく配設されている。なお、基板３において碗部４が形成されていない部分を、以下「非加工部８」という。
【００１３】
基板３上の薄膜銅の配線パターン２は、例えばエッチング加工等の公知の方法により形成されている。給電ケーブル７の給電端子６とは反対側の端部は、図外のコントローラに接続されている。このコントローラは、商用電源から供給された交流電力を直流電力に整流し、この整流された交流電力の電圧値を各ＬＥＤ５用に調整している。
【００１４】
なお、給電端子６は、一端がコントローラに接続された接続ケーブル７の他端と基板３の配線パターン２の起端・終端とを電気的に接続するためのものである。接続ケーブル７は、その他端に例えば圧着端子が接続されており、この圧着端子を介して給電端子６の配線パターン２に接続されている。
図２は、基板３の一部を拡大した斜視図である。配線パターン２は、碗部４の表面まで這設され、縦方向に配列された複数の碗部４の表面に亘って配設されている。基板３は、ＬＥＤ５を実装する位置を除く略全面に、配線パターン２を保護する保護層１０（図５参照）を有している。この保護層１０には、ノボラック系樹脂、ポリビニルフェノール等のレジストが使用されている。
【００１５】
各碗部４には、同図に示すように、３個のＬＥＤ５が実装されている。３個のＬＥＤ５の発光色は、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）であり、以下、赤、緑、青の各発光色をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂと表し、各発光色に関連する構成部分の番号に、このＲ、Ｇ、Ｂを添字として付加して示す。碗部４内の３個のＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂのそれぞれは、基板３の一端側、図１では右側から赤、緑、青の順で、発光色に対応する配線パターン２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに接続されている。
【００１６】
図３は基板３の拡大縦断面図であり、図４は基板３の拡大平面図である。各碗部４内の３個のＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂは、三角形の頂点位置に配設されている。各ＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの上端部は、図３に示すように、基板３の非加工部８の上面よりも上方に張り出しており、ＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの上端部から発せられる光が、碗部４の側面４ａにより遮られないようにしている。
【００１７】
碗部４は、基板３の厚さ方向の裏面側（ＬＥＤ５を実装している面とは反対側も面）に、先細りの略截頭円錐状に窪んでいる。すなわち、碗部４は、基板３の法線方向の主軸を有し且つ基板３表面から離れるにしたがって細くなる略截頭円錐形状に形成されている。このため、基板３をプレスして碗部４を形成した後に、基板３が金型から外れやすい構成となっている。また、碗部４の底面４ｂは、基板３の非加工部８に略平行な平坦状になっており、この平坦な部分にＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂが実装されている。
【００１８】
非加工部８上面から碗部４の底面４ｂまでの深さｄは（図３参照）、基板３の非加工部８における厚さＴの３０％〜１００％の範囲が良い。これは、碗部４の深さｄが厚さＴの１００％以上になると、碗部４の形成が困難になり、また３０％以下になると、碗部４が浅くその補強効果が小さくなるからである。
具体的には、本実施の形態で使用している基板３の厚さＴは約０．２ｍｍである。そして非加工部８上面から碗部４の底面４ｂまでの深さｄは（図３参照）、０．１ｍｍであり、基板３の非加工部８における厚さＴ０．２ｍｍの約５０％としている。なお、基板３の配線パターン２の厚さは上記の厚さＴには含まれていない。
【００１９】
図５は、ＬＥＤ５Ｇを実装している部分の拡大縦断面図である。ＬＥＤ５Ｇは、緑色を発光するベアチップ１２Ｇと、このベアチップ１２Ｇを封止する封止部１３とからなる。ベアチップ１２Ｇは、その下面のカソード電極が、Ａｕめっき（図示せず）された配線パターン２Ｇの陰極側に銀ペースト１４により電気的及び機械的に接続され、上面のアノード電極が配線パターン２Ｇの陽極側に金線１５を介して接続されている。そしてこの状態で、ベアチップ１２Ｇが封止部１３により封止されている。なお、ＬＥＤ５Ｒ、５Ｂは、上記ＬＥＤ５Ｇと同様な構成で、そのベアチップ１２Ｒ、１２Ｂが配線パターン２Ｒ、２Ｂに接続され、封止部１３により封止されている。
【００２０】
封止部１３は、合成樹脂材料で、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト等が用いられている。これらの合成樹脂材料は、ＬＥＤ５の発光時の発熱を考慮すると、耐熱性に優れたものが好ましい。
２．製造方法
図６は、配線パターン２が形成された基板３に碗部４を形成して、その碗部４にＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを配設するまでの工程を説明するための概略図である。なお、基板３上への配線パターン２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの形成及びＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの実装については公知の方法を用いているため、その説明は省略する。
【００２１】
まず、図６の（ａ）に示すような、表面に配線パターン２及び保護層（図示省略）が形成された基板３を用意する。次に基板３におけるＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを実装する位置に対応するようにプレス成形により複数の碗部４を形成する。
このプレス成形に使用される金型は、基板３上の碗部４に対応した位置が先細りの截頭円錐状に凸出する凸部を有する雄型と、逆に基板３上の碗部４に対応した位置が截頭円錐状に凹入する凹部を有する雌型とからなる。そして、基板３を雄型と雌型との間にセットした状態で、例えば雄型をプレス機等の加圧機を用いて雌型方向にプレスすることにより、基板３が雄型、雌型に沿って塑性変形し、図６の（ｂ）に示すように、複数の碗部４が形成される。なお、碗部４の深さは、碗部４の形成時に配線パターン２が断線しない範囲の深さである。
【００２２】
次に、碗部４の表面の配線パターン２Ｒ、２Ｇ、２Ｂのそれぞれに、対応するベアチップ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを、銀ペースト１４、金線１５により接続、実装し、これらのベアチップ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを合成樹脂材料により封止して封止部１３を形成する。
以上のように、基板３をプレス成形することで碗部４を形成している。このため、従来の照明装置において射出成形で肉厚部を形成する場合に必要であった前処理（基板の目粗し、脱脂等）が不要になり、また、射出成形時に隣接する肉厚部間へ基板に沿って漏出した樹脂がバリとして残り、このバリ取りを行う仕上げ作業等も不要となる。
【００２３】
さらに、従来の基板表面の配線パターン上に肉厚部を設けたものでは、ＬＥＤと基板とが離れることなり、その電気的接続に手間がかかっていたが、上記構成では、碗部４の配線パターン２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ上に各ＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを実装するため、従来に比べて、ＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを配線パターン２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに容易に接続できる。
３．照明装置の装着状態
図７は、円柱状の柱１７に照明装置を装着した例を示す概略横断面図である。同図に示すように、基板３は、ＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを実装している側を表面として、放熱板１６を介して柱１７に螺子、接着剤等の装着手段（図示省略）を用いて装着されている。
【００２４】
放熱板１６は、ＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの発光時に発生する熱を放出するためのもので、例えばステンレスの金属板が使用されている。
図７に示すように、基板３に可撓性を有する材料を用いているので、柱１７の装着面が円弧状に湾曲している場合でも、装着面の形状に沿って基板３を装着することができる。
【００２５】
基板３の碗部４は、基板３をその法線方向に屈曲して形成されているため、非加工部８に比べて曲げ剛性が高くなっている。このため、基板３を湾曲させた状態で、柱１７の装着面に装着しても、基板３の非加工部８が湾曲し、碗部４の底面４ｂでは湾曲することがほとんどない。従って、ＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂと基板３とを電気的・機械的に接合する銀ペースト１４、金線１５に負荷が作用することはほとんどない。
【００２６】
複数の碗部４は、基板３にマトリクス状に規則正しく配列されている。このため、基板３は、複数の碗部４が横方向に並ぶ横列間で、例えば図１の仮想線Ｌ１で山折りとなるように上に凸状に湾曲させることができ、また、同様に複数の碗部４が縦方向に並ぶ縦列間、例えば図１の仮想線Ｌ２で山折りとなるように上に凸状に湾曲させることができる。なお基板３は、仮想線Ｌ１、Ｌ２で谷折りとなるように下に凸状に湾曲させることも当然可能である。また、仮想線Ｌ１、Ｌ２の位置はあくまで例示であり、他の位置でも同様に湾曲させることができるのは言うまでもない。
【００２７】
＜第２の実施の形態＞
図８は第２の実施の形態を例示する拡大縦断面図である。第１の実施の形態は、基板３を屈曲させて碗部４を形成したが、第２の実施の形態では、同図に示すように、基板３を屈曲させて複数の冠部２０を形成し、この冠部２０の表面の配線パターン２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ上にＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを実装するようにしたものである。なお、本実施の形態で使用している基板３、ＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ等は上記第１の実施の形態と同様であるため、第１の実施の形態と同一の符号を付して以下説明する。
【００２８】
図９は基板３の拡大平面図である。各冠部２０は、基板３の法線方向を表面（ＬＥＤ５を実装している面）向きに屈曲して形成されている。冠部２０は、基板３の厚さ方向の表面側に、先細りの略截頭四角錐状に張り出している。すなわち、冠部２０は、基板３の法線方向の主軸を有し且つ基板３表面から離れるにしたがって細くなる略截頭四角錐形状に形成されている（図８参照）。このため、冠部２０の上面２０ｂは、基板３の非加工部８に略平行な平坦状になっており、この冠部２０の平坦な部分にＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂが実装されている。
【００２９】
冠部２０は、平面視においてその隅部が円弧状をしている。これは、基板３を湾曲させた際に、隅部の応力が集中するのを防止するためである。複数の冠部２０は、基板３上に縦横方向に等間隔をおいてマトリクス状に規則正しく配列されている。なお、冠部２０上の３個のＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂは、第１の実施の形態と同様に、所定順序で三角状形状の頂点位置になるように配設されている。
【００３０】
基板３の非加工部８の上面から冠部２０の上面２０ｂまでの高さｈは（図８参照）、基板３の非加工部８における厚さＴの約３０％〜１００％の範囲が良い。これは、冠部２０の高さｈが厚さＴの１００％以上になると、冠部２０の形成が困難であり、また３０％以下になると、冠部２０の高さが小さくその補強効果が小さくなるからである。具体的には、冠部２０の高さｈは、０．１ｍｍであり、基板３の非加工部８における厚さＴ０．２ｍｍの約５０％にしている。
【００３１】
図１０は、円柱状の柱１７に本実施の形態における照明装置を装着した例を示す概略横断面図である。同図に示すように、基板３上のＬＥＤ５を実装する位置に、曲げ剛性を高める冠部２０が形成されているため、第１の実施の形態と同様に、基板３を装着面に沿って湾曲させた状態で、柱１７の装着面に装着しても、基板３の非加工部８が湾曲し、冠部２０の上面で湾曲することがほとんどない。（変形例）
以上、本発明を各実施の形態に基づいて説明したが、本発明の内容が、上記各実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば以下のような変形例を実施することができる。
【００３２】
（１）上記の各実施の形態では、ＬＥＤ５に特に光学手段を設けていないが、図１１に示すように、このＬＥＤ５が装着されている碗部４にレンズ２１を設けても良い。レンズ２１は、碗部４に実装されているＬＥＤ５の全体を覆うように設けられている。レンズ２１は、碗部４の底面４ｂから上方に半球状に盛り上がるような形状をしている。
【００３３】
このようにレンズ２１を設けることにより、各ＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂから発せられた光の一部は、レンズ２１内で空気との境界で反射して互いに混ざり合うため、色ムラをなくす効果がある程度得られる。より色ムラを改善する必要がある場合には、例えば、レンズ２１内に、光散乱効果のある粉末、例えばシリカ等を混入させると良い。
【００３４】
（２）上記の各実施の形態では、ワイヤボンド実装されたベアチップ１２を封止部１３により封止したＬＥＤ５を使用したが、ベアチップをフリップチップ実装、或いはＳＭＤ（Surface  Mounted  Device  表面実装）型のＬＥＤを使用しても良い。ベアチップをフリップチップ実装する場合、ベアチップの下面を金属ボール状のバンブを介して配線パターンに接続すれば良い。また、ＳＭＤ型のＬＥＤを使用する場合には、その側面の電極と配線パターンとを半田等により接続すれば良い。
【００３５】
（３）上記の各実施の形態では、基板３上の碗部４又は冠部２０の平面視形状が、円形状、四角形状であるが、他の形状でも良い。具体的には、６角形等の多角形状、楕円形状にすることもできる。
（４）上記の各実施の形態では、碗部４又は冠部２０は、直交する２方向（縦・横方向）に等間隔をおいてマトリクス状に配列され、基板３における縦・横方向に隣接する碗部４又は冠部２０間が、上又は下に凸状に湾曲するようにしている。しかし、碗部４又は冠部２０は、図１２に示すように、９０°以外の角度で交差する２方向（Ｄ１方向、Ｄ２方向）に等間隔を置いて規則正しく配列させても良い。このようにすると、Ｄ１方向及びＤ２方向の斜め方向に隣接する碗部４又は冠部２０間を湾曲させることができる。つまり、同図に示す仮想線Ｌ３、Ｌ４で山折り又は谷折り状に湾曲させることができる。
【００３６】
さらに、Ｄ１、Ｄ２方向に隣接する碗部４又は冠部２０の間隔を大きくすると、図１２に示すように、仮想線Ｌ５、Ｌ６で山折り又は谷折り状に湾曲させることができる。このように、隣接する碗部４又は冠部２０の間隔を大きくすると、基板３の湾曲する方向が増加し、表面にＬＥＤ５を多数実装しているにも拘わらず、多方向に湾曲可能になる。
【００３７】
（５）上記の各実施の形態では、３個のＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを３角形状に配置しているが、碗部４の底面４ｂの面積が大きければ、３個のＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを直線状に配置しても良い。さらに、碗部４に、発光色の異なる３個のＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを１組として、複数組、例えば２組のＬＥＤ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを配設しても良い。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る照明装置は、可撓性基板の複数箇所が基板法線方向に屈曲されて、碗部又は冠部が形成され、この碗部又は冠部に発光素子が実装されている。このため基板における発光素子を実装する部分を、従来のような重量増加を招くことなく、補強することができる。したがって、基板を湾曲させる場合でも、碗部又は冠部ではほとんど湾曲せず、それ以外の箇所が湾曲するので、発光素子に断線が生じたり、基板から外れたりすることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における照明装置の全体を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における基板の一部を拡大した斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における基板の拡大縦断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における基板の拡大平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤの実装部の拡大縦断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における基板へのＬＥＤの実装工程を説明する説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における照明装置を柱に装着した状態を示す概略横断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における基板の拡大縦断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態における基板の拡大平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における照明装置を柱に装着した状態を示す概略横断面図である。
【図１１】碗部にレンズを設けた変形例を示す縦断面図である。
【図１２】基板上に複数の碗部が互いに所定角度で交差する２方向に等間隔をおいて形成された変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
２    配線パターン
３    基板
４    碗部
５    発光ダイオード
２０  冠部
【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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