(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧力センサにおいて、
電子回路チャンバおよび複数の細長い端子を画定する下部壁と直立した側壁とを有するベース部材と可撓性回路とを有するベース・アセンブリであって、前記ベース部材は、互いに離隔された関係にありかつ前記下部壁を介して電子回路チャンバ内へ延びる前記複数の細長い端子を載置し、前記可撓性回路は、中間部分を間に有する第１および第２ローブ部分が形成された基板を有し、前記可撓性回路が中間部分を介して概ねＵ字形の構成に曲げられ、第２のローブ部分は電子構成要素を載置するための面を提供し、第１のローブ部分は、前記細長い端子がそれぞれ貫通して延びる端子受承孔を有する面を提供する、前記ベース・アセンブリと、
基板側と当該基板側と反対側に圧力検知側を有し、端子パッドが圧力検知側上にある板状の容量性流体圧力検知要素であって、前記可撓性回路の第２ローブ部分が、第１ローブ部分から遠ざかるように概ね直角に曲げられた端部を有し、かつ第２ローブ部分から前記曲げられた端部に向けて端子パッドが形成され、容量性検知要素の側面が前記曲げられた端部に突き合わせられるように第２ローブ部分上に位置決めされ、導電性の概ねＵ字形の縁部クリップが第１および第２脚部を有し、第１脚部が第２ローブ部分のそれぞれの端子パッドと電気的に接続し、かつ第２脚部が、容量性流体圧力検知要素の圧力検知側上にあるそれぞれの端子パッドと電気的に接続し、容量性流体圧力検知要素の基板側の外縁部分が、前記ベース部材の前記側壁の上面に載置される、前記容量性流体圧力検知要素と、
前記ベース部材上の容量性流体圧力検知要素上に取り付けられ、流体の圧力を受け取る開口部が形成されたカバー部材と、
前記カバー部材と容量性流体圧力検知要素の間に配置された可撓性環状ガスケットと、
カップ形状部分を含み、当該カップ形状部分に前記ベース部材および前記カバー部材が挿入されて前記ベース部材に取り付けられ、前記カバー部材の開口部を介して流体を前記容量性流体圧力検知要素に結合する流体結合部材とを具備する流体圧力センサ。
【請求項２】
容量性流体圧力検知要素が、上面を有する比較的厚い基板と、下面を有する比較的薄いダイアフラムとを有し、基板の上面がダイアフラムの下面に対向した状態でダイアフラムが基板に取り付けられ、前記基板は、１方向にダイアフラムを越えて延在して基板の上面を露出し、端子パッドが基板の上面の延在して露出された部分上に位置する、請求項１に記載の流体圧力センサ。
【請求項３】
第１および第２の対向する切欠きが前記ベース部材の直立した側壁に形成され、前記カバー部材には第１および第２脚部が形成され、各脚部がリップの形成された自由端部を有し、各脚部のリップが、直立した側壁のそれぞれの切欠き内で受け取られて前記カバー部材を前記ベース部材に取り付ける、請求項１に記載の流体圧力センサ。
【請求項４】
前記ベース部材の直立した側壁内にスロットが形成され、前記可撓性回路には少なくとも１つの導電性テールが形成され、当該導電性テールは、前記スロットを介してベース部材を越えて延在し、前記流体結合部材が導電性材料で形成され、かつ直立した側壁周囲で受け取られて導電性テールと係合する、請求項３に記載の流体圧力センサ。
【請求項５】
前記カバー部材には第３脚部が形成され、当該第３脚部は、スロット内に摺動可能に受け取られ、第３脚部は、少なくとも１つの導電性テールに隣接する端部を有する、請求項４に記載の流体圧力センサ。
【請求項６】
前記ベース部材の側壁の前記上面に載置された容量性流体圧力検知要素の基板側の前記外縁部分が複数の隅部を有する、請求項１に記載の流体圧力センサ。
【請求項７】
流体圧力センサであって、
第１の面と第１の面に対向する第２の面を有する基板を含み、基板の端部は第２の面から離れるように概ね直角に曲げられ、第２の面から前記曲げられた端部にかけて延びる第１の端子パッドが形成され、第２の面上には電子構成要素が搭載される可撓性回路と、
基板側と当該基板側と反対側に圧力検知側を有し、第２の端子パッドが圧力検知側にある四角形の板状の容量性流体圧力検知要素であって、容量性流体圧力検知要素の側面は前記曲げられた端部に突き合せられるように前記可撓性回路の第１の面上に位置決めされる、前記容量性流体圧力検知要素と、
第１および第２脚部を有し、第１脚部が付勢されて前記第２の面上の前記第１の端子パッドと電気的に接続し、第２脚部が付勢されて容量性流体圧力検知要素上の前記第２の端子パッドと電気的に接続する概ねＵ字形の縁部クリップと、
端面と端面に形成された凹部を含むベース部材であって、前記可撓性回路が実質的に前記凹部内に収容され、前記容量性流体検知要素の隅部が前記端面によって支持され、前記凹部内に突出する外部接続端子が前記可撓性回路と電気的に接続される、前記ベース部材と、
を具備する流体圧力センサ。
【請求項８】
容量性流体圧力検知要素が、上面を有する比較的厚い基板と、下面を有する比較的薄いダイアフラムとを有し、基板の上面がダイアフラムの下面に対向した状態でダイアフラムが基板に取り付けられ、前記基板は、１方向にダイアフラムを越えて延在して基板の上面を露出し、前記他の端子パッドが基板の上面の延在して露出された部分上に位置する、請求項７に記載の流体圧力センサ。
【請求項９】
第１および第２の対向する切欠きが前記ベース部材の直立した側壁に形成され、容量性流体圧力検知要素を覆って前記ベース部材上に受け取られるカバー部材をさらに具備し、前記カバー部材には第１および第２脚部が形成され、各脚部がリップの形成された自由端部を有し、各脚部のリップが、直立した側壁内のそれぞれの切欠き内で受け取られて前記カバー部材を前記ベース部材に取り付ける、請求項７に記載の流体圧力センサ。
【請求項１０】
前記ベース部材および前記カバー部材を挿入するカップ形状部分が形成され、かつ流体を容量性流体圧力検知要素に結合する電気的に導電性の流体結合部材をさらに具備し、前記直立した側壁内にスロットが形成され、前記可撓性回路には少なくとも１つの導電性テールが形成され、当該導電性テールは、前記スロットを介してベース部材を越えて延在し、前記流体結合部材が前記直立した側壁周囲で受け取られて導電性テールと係合する、請求項９に記載の流体圧力センサ。
【請求項１１】
前記カバー部材には第３脚部が形成され、当該第３脚部は、スロット内に摺動可能に受け取られ、第３脚部は、少なくとも１つの導電性テールに隣接する端部を有する、請求項１０に記載の流体圧力センサ。
【請求項１２】
条件応答型センサであって、
第１の面と第１の面に対向する第２の面を有する基板を含み、基板の端部は第２の面から離れるように概ね直角に曲げられ、第２の面から前記曲げられた端部にかけて延びる第１の端子パッドが形成され、第２の面上には電子構成要素が搭載される可撓性回路と、
基板側と当該基板側と反対側に感知側を有し、第２の端子パッドが感知側上にある方形の板状の条件応答型センサ要素であって、条件応答型センサ要素の側面は前記曲げられた端部に突き合せられるように前記可撓性回路の第１の面上に位置決めされる、条件応答型センサ要素と、
第１および第２脚部を有し、第１脚部が付勢されて前記第２の面上の前記第１の端子パッドと電気的に接続し、第２脚部が付勢されて条件応答型センサ要素上の前記第２の端子パッドと電気的に接続する概ねＵ字形の縁部クリップと、
端面と端面に形成された凹部を含むベース部材であって、前記可撓性回路が実質的に前記凹部内に収容され、前記条件応答型センサ要素の隅部が前記端面によって支持され、前記凹部に突出する外部接続端子が前記可撓性回路と電気的に接続される、前記ベース部材と、
を具備する条件応答型センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に圧力センサに関し、さらに詳細には、平面図にて方形構成を有し、関連する調整電子回路を有する圧力応答型の可変、平行板容量性トランスデューサを収容する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
概ね円形の円盤状構成を有する圧力応答型の可変、平行板容量性トランスデューサを具備するセンサは周知である。このようなセンサの一例は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第４，７１６，４９２号に示され、説明されている。同特許には、容量性トランスデューサが、概ね円筒形のセラミック・ベースに対して接近して離隔され、密閉され、上に被さる関係で薄い、概ね円筒形のセラミック・ダイアフラムが載置されるように示され、コンデンサ板として働くダイアフラムとベースそれぞれの対向面上の金属層が、互いに所定の接近して離隔された関係で配列されてコンデンサを形成している。コンデンサ板に接続するトランスデューサ端子がトランスデューサ・ベースの反対面に配列され、トランスデューサ端子に接続する信号調整電気回路はトランスデューサ上に載置されている。電気絶縁材料からなるカップ形状のコネクタ本体が電気回路の上にはめ合わされ、加えられた流体圧力にトランスデューサ・ダイアフラムをさらすためのポートを有するポート・フィッティングによってトランスデューサに固定されている。ダイアフラムはダイアフラムに加わる流体圧力の変動に応答して動作可能であり、加えられた圧力の変化に従ってコンデンサの静電容量が変わり、電気回路が加えられた圧力に対応する電気出力信号を送る。
【０００３】
同時係属の米国特許第５，８８０，３７１号には、方形（平面図にて）の圧力検知容量性トランスデューサ要素が開示され、特許請求されている。本発明は、このような方形トランスデューサ構成要素を収容するための装置に関する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一目的は、平面図にて概ね方形の流体圧力検知容量性トランスデューサを収容するための適切なパッケージを提供することである。他の目的は、すでに市販されている円筒形の流体圧力検知容量性トランスデューサを受け取るために使用されているハウジングと本質的に同じ外部形状および寸法を有する、方形（平面図にて）トランスデューサ要素を受け取るためのハウジングを提供し、共通の適用分野でパッケージを相互交換できるようにすることである。本発明の他の目的は、方形（平面図にて）検知要素が載置された、圧力を監視する流体圧力源と界面を接するための円筒形ポート・フィッティングを有し、内部でポート・フィッティングと検知要素の間に円形シール要素を容易に受け取るパッケージを提供することである。本発明の他の目的は、概ね薄い方形（平面図にて）検知要素をパッケージに載置された電気回路に電気相互接続するための、また電気回路の接地導体とポート・フィッティングの間に適切な相互接続を提供するためのコネクタ手段を提供することである。
【０００５】
概略すると本発明によれば、ベース・アセンブリが、複数の細長い端子部材を互いに離隔して載置する電気絶縁材料で形成された第１ベース部材を有し、端子部材は、第１ベース部材の一端に形成された電子回路チャンバ内で受け取られ、互いに平行の関係にある。概ねＵ字形構成に曲げられた可撓性回路は、第２ローブ部分の上に重なるように位置する１つのローブ部分を有し、端子パッドの接続のためチャンバ内で受け取られる。この第１ローブ部分は、端子部材を有している。接地部分は、第１ベース部材内に形成されたスロットを介して可撓性回路からチャンバ外へ延びる。圧力検知容量性トランスデューサ要素は、平面図にて方形構成を有し、ダイアフラムを有する基板で構成され、接点パッドが要素の縁部に沿った外部表面上にある。トランスデューサ要素は、可撓性回路の他方の第２ローブ部分の外部端部から延びる直立リップに突き合わせる。概ねＵ字形の端部コネクタは、トランスデューサ要素の縁部および第２ローブ部分の外部端部の上で受け取られ、接点パッドと可撓性回路の電気回路を電気的に接合する。
【０００６】
カバーまたは第２ベース部材は、ベース部材上部を覆って受け取り可能であり、円形の流体受圧開口部を有する壁と共に構成され、第１シール用ガスケット・シートおよび第２検知要素シートが円形開口部を有する壁内に同軸形成される。概ね円形の環状シール用ガスケットは、カバーの円形開口部内で受け取られ、外側に延びて第１ガスケット・シート上で受け取られるタブを備え、検知要素は第２検知要素シート内で受け取られる。カバーは、第１ベース部材に形成されたスロット内に受け取られ、横断するように延びる開口部または切欠きとかみ合う外部リップを有する反対向き脚部材を備え、方形トランスデューサ要素の隅部が第１ベース部材の端面上で受け取られた状態でカバーを第１ベース部材に取り付ける。次いで、アルミニウムなど適切な材料からなるポート・フィッティングがカバーの上で受け取られ、第１ベース部材の円周部フランジに締着され、可撓性回路の接地部分がポート・フィッティングに押し付けられる。
【０００７】
本発明の新しい改良型容量性圧力センサの他の目的、利点および詳細は、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態についての以下の詳しい説明を読めば明らかである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、図では、流体圧力容量性トランスデューサ１０が第１ベース部材１２、可撓性回路１６、概ね平行六面体構成の容量性センサ１８、縁部クリップ２０、ガスケット・シール部材２２、第２ベース部材またはカバー２４、およびポート・フィッティング２６を具備する。
【０００９】
図２から図５で最もよくわかる第１ベース部材１２は、一般にノリル（Ｎｏｒｙｌ）など適切な電気絶縁性の成型可能な材料で構成し、そこに複数の細長い端子部材１４を搭載する。第１ベース部材の一端に形成された電子回路受承凹部１２ａ内に、各端子の遠端１４ａが互いに離隔された関係で配置される。ベース部材１２の反対端１２ｇは、端子部材１４の覆いを形成する。凹部１２ａの周囲に延在する側壁１２ｂには、追って論ずる接地タブを受承するスロット１２ｃと対向するノッチ（切欠）１２ｄが形成される。追って論ずるように、対向するノッチ１２ｄは、第２ベース部材の相互はめ込み式脚部材の載置を容易にするため表面１２ｅ内に傾斜したリードを有する。壁１２ｂの厚みは、ベース部材１２の端面１２ｆが、後述するように、概ね方形（上部平面図にて）の検知要素の隅部を受け取るように選択される。
【００１０】
ポリイミドなど適切な基板上の銅トレース１６ｄで形成され、好ましくはポリイミドのカバー層を有する可撓性回路１６は、間の中央部１６ｃによって接合された第１および第２ローブ部分１６ａ、１６ｂを有する。一端のはんだパッド部分１６ｅは、線分１６ｆに沿って概ね９０°曲げて折曲げ部または下向き伸長リップを形成し、追って論ずる縁部クリップ２０の取付けを容易にする。ポリイミドの外部カバーは、接地層１６ｇが露出するようにエッチング除去し、接地テール１６ｈは、線分１６ｋ沿いに可撓性回路に切込みを入れて中央部１６ｃ内に形成する。
【００１１】
集積回路Ｕ１、抵抗器およびコンデンサを含む図８の回路図は、図６の回路経路を使用し、調整電子回路として働く。
【００１２】
ローブ部分１６ｂは電子回路チャンバ１２ａ内に配置され、端子端部１４ａが開口ＶＯ、ＶＳおよびＧＮＤを介して受け取られ、それぞれの開口周りのはんだパッドにはんだ付けされる。この時点では、可撓性回路１６がチャンバ１２ａを越えて延び、中央部１６ｃが第１ベース部材１２の壁１２ｂのスロット１２ｃ内で受け取られる。
【００１３】
図９、９ａ、９ｂを参照すると、上部平面図にて概ね方形の容量性トランスデューサ１８は、比較的厚い基板部分１８ｂ上で受け取られた比較的薄いダイアフラム１８ａを有し、基板１８ｄに隣接する端子はんだパッド１８ｃが露出した、またはダイアフラムによって覆われていない状態にある。コンデンサ板１８ｅおよび１８ｆは、ガラス分離材料１８ｇによって離隔された関係で配置されたダイアフラム１８および基板１８ｂの対向面上にそれぞれ配置する。トランスデューサ１８の端部１８ｄは、トランスデューサおよび可撓性回路のはんだパッドが位置合わせされた状態で、可撓性回路のはんだパッド部分１６ｅ内の折曲げ部またはリップに突き合わせ、次いで縁部クリップ２０（図１および図１０）を締まりばめで基板および可撓性回路の縁を覆って押し込む。縁部クリップ２０は、第１および第２脚部２０ａ、２０ｂを有し、好ましくは各脚部がはんだパッド２０ｃを有する概ねＵ字形である。脚部２０ａおよび２０ｂは、トランスデューサおよび可撓性回路層上に締まりばめを形成するように選択した距離だけ好適に離隔する。図１０では、縁部クリップ２０が、取り扱いのために使用するリーダ２０ｄを有し、これは刻み目２０ｅで切断する。縁部クリップを取り付けた後には、リフローはんだ付け操作を実行して、トランスデューサ１８の各はんだパッドと可撓性回路１６のそれぞれのはんだパッド間に良好な電気接続を形成する。可撓性回路の折曲げ部分１６ｅは、トランスデューサを配置するための基準点として働くだけでなく、縁部クリップをトランスデューサおよび可撓性回路基板層上に押し込むとき可撓性回路基板の動きを防止しながら縁部クリップの配置を可能にする。
【００１４】
図１４、１５で最もよくわかる第２ベース部材またはカバー２４は、上部壁２４ｂを介して形成された円形開口部２４ａを有する概ね円形の部材である。壁２４ｂの下部表面は、４つのタブ受承部分２４ｃを有するシール用ガスケット・シートと共に形成される。第２の相互位置合わせされる概ね方形の凹形シート２４ｄは、トランスデューサ１８の形状を補い、これもまたトランスデューサ１８をその上に入れ子関係で受け取るための壁２４ｂの下部表面内に形成される。シート２４ｄは一端が延長され（２４ｅ参照）、２４ｆ部でさらに窪んで縁部クリップ２０のためのクリアランスを提供する。円形開口部２４ａは、ダイアフラム１８ａの中心と位置合わせされ、本質的に延長部分２４ｅによってカバー２４の中心からずれる。
【００１５】
カバー２４は、反対向きで下に延びる脚部２４ｈを備え、それぞれベース部材１２の切欠き１２ｄと係合するため、その遠端部に外側へ延びるリップ２４ｋを有する。ベース部材１２の表面１２ｅ内の傾斜したリードは、リップ２４ｋがノッチ１２ｄ内に受け取られるまでカバーをベース１２上に押し込むとき、脚部２４ｈの遠端を内側にカム動作させることによってカバー２４の配置を容易にするために設けられていることに留意されたい。
【００１６】
トランスデューサ１８を可撓性回路１６に取り付けた後に、トランスデューサ１８が取り付けられたローブ部分１６ａは、ローブ部分１６ｂの上に曲げ戻され、その移動は、トランスデューサ１８の隅部がベース部材１２の端面１２ｆと、またベース部材１２のスロット１２ｃを介して突出する接地テール１６ｈと係合することによって制限される。カバー２４には、第３の下向きの付随的な脚部２４ｍが設けられ、脚部２４ｍは、摺動してスロット１２ｃ内に受容される。脚部２４ｍの端面上にある突起２４ｎが接地テール１６ｈを位置決めするためのバックアップ表面を提供する。
【００１７】
環状シール用ガスケット２２（図１１から図１３）は、適切な可撓性材料で形成された概ね円形の要素であり、複数の外側に延びるタブ２２ａを備える。４つのこのようなタブを示すが、設けるタブの特定の数は選択の問題である。タブは、開口部２４ａ内に円形要素を配置した状態で、シート２４ｃ内で配置を容易にするように配置および取り扱い用部材として働く。シール用ガスケット２２が定位置にある状態では、可撓性回路およびトランスデューサの載置されたベース部材１２を裏返してカバー２４の上に配置でき、脚部２４ｍはスロット１２ｃ内で受け取られ、反対向き脚部２４ｈは、リップ２４ｋがノッチ１２ｄ内で受け取られるまで内側にカム動作する。
【００１８】
アルミニウムなど適切な材料で形成された六角ポート２６は、内側ねじで示されているねじ式流体結合管状部分２６ａを有する。しかし、望むなら外側ねじを使用できることを理解されたい。また六角ポート２６は、薄くなった外部部分２６ｃを有する側壁で構成されたカップ形状部分２６ｂを有する。ベース部材１２およびカバー２４のベース・アセンブリがカップ形状部分２６ｂ内に挿入され、薄くなった側壁の自由遠端が、２６ｄ部でベース部材１２のフランジ１２ｈを覆って押し曲げられる（図３、４参照）。
【００１９】
本発明によれば、第２ベース部材またはカバーは、内側圧力シールのためのバックアップ、検知要素と内側シールの間の平面形状関係、六角ポートとの可撓性テール接続の支持、縁部クリップと六角ポートのフロア間の電気絶縁、シール用ガスケットの圧縮制御のためのストップ、アセンブリを製造するために内側シールを保持するための手段および最終組み立て前に可撓性回路／トランスデューサ要素を保持するための手段、構造支持体上にトランスデューサ要素を位置付けるための手段および組み立て中にトランスデューサ要素の隅部を損傷から保護するための手段を提供する一方、端子ピンにアクセスする深さが減少し、可撓性回路を端子に手動ではんだ付けすることが容易になる。第１ベース部材の特徴は、第２ベース部材（カバー）との連動保持、および可撓性回路の最適化を可能にするための端子ピンと面一のテール窓を含む。可撓性回路のリップは、トランスデューサ要素に対して可撓性回路を位置付けるための積極的なストップを提供し、縁部クリップは、可撓性回路およびトランスデューサ要素の平行な対向面との接続を提供する。六角ポート接続テールを全体の回路プロフィル内から形成することにより、廃棄材料が最小限に抑えられる。シール用ガスケット上のタブは、アセンブリ製造のための第２ベース部材（カバー）によるガスケットの保持を容易にし、ガスケットの平らな底部は断面のはね上がりを引き起こすことなく大きな高さ対幅比を実現し、それによって構造安定性が高まる。
【００２０】
以上本発明を図示することによって本発明の好ましい実施形態に関して述べたが、本発明の範囲内で様々な修正を加えることができることを理解されたい。たとえば、トランスデューサをはんだパッド部分１６ｅ内の折曲げ部に突き合わせることによって簡便化されたトランスデューサ１８および可撓性回路１６と共に使用するＵ字形縁部クリップ２０は、ひずみ計など他の条件応答型センサ要素と共に使用できる。添付の特許請求の範囲に含まれる上記実施形態のすべての修正および均等物を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による圧力センサの分解斜視図である。
【図２】図１のセンサの下部平面図である。
【図３】図２の線分３−３上で見た横断面図である。
【図４】図２の線分４−４上で見た横断面図である。
【図５】図１のセンサの第１ベース部材の斜視図である。
【図６】１つのローブ部分の縁部が曲げられて外側に延びるリップを形成した、受け取られるようにＵ字形構成に曲げる前の図１のセンサの可撓性回路の上部平面図である。
【図７】図６の可撓性回路の正面図である。
【図８】図１のセンサの概略図である。
【図９】図１のセンサに使用されている容量性検知要素の斜視図である。
【図９ａ】図９の容量性検知要素のダイアフラムの平面図である。
【図９ｂ】図９の容量性検知要素の基板の平面図である。
【図１０】フレーム要素に取り付けられる縁部クリップの側面図である。
【図１１】図１のセンサに使用されているシール要素またはガスケットの上部平面図である。
【図１２】図１１の線分１２−１２上で見た横断面図である。
【図１３】図１１のガスケットの側面図である。
【図１４】上から見た第２ベース部材またはカバーの斜視図である。
【図１５】下から見た図１４のカバーの斜視図である。
【図１６】図１のセンサに使用されているポート・フィッティングを介して見た横断面図である。
【符号の説明】
１０  流体圧力容量性トランスデューサ
１２  ベース部材
１６  可撓性回路
１８  トランスデューサ
２０  縁部クリップ
２２  環状シール用ガスケット、ガスケット・シール部材
２４  カバー
２６  六角ポート、ポート・フィッティング
【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９ａ】
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【図９ｂ】
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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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