(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯無線装置に取り付けて使用され、かつ可動構造を有するアンテナ装置において、アンテナ素子を折り曲げ、その給電側を回転の中心軸となる回転軸部とし、前記アンテナ素子と前記携帯無線装置の回路基板とが接触する給電部に導体素子を接続し、前記導体素子の一部を前記回路基板の地導体と近接させたことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯無線機やカード型無線機に用いて好適なアンテナ装置に関し、特に電気的、機構的な信頼性に優れた回転構造を有し、かつ電気的性能に優れた薄型かつ小型のアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このようなアンテナ装置として特開2000-10681号公報に記載されたものが知られている。図１０、１１を参照して前記公報に記載された無線通信用ＰＣカード装置の構成を説明する。ここで、図１０はアンテナを引き出した状態、図１１はアンテナを収納した状態を示す。
【０００３】
図１０に示すように、この無線通信用ＰＣカード装置は、プリント基板26上に構成された無線回路部27と制御回路部28を筐体内部に配置した無線通信用ＰＣカード本体21と、収納時には前記ＰＣカード本体21の内部あるいは端部に収容され、引き出し時には前記ＰＣカード本体21の外部へ突出した状態となる可動式アンテナ22とから構成されており、可動式アンテナ22は第一の放射導体23および第二の放射導体24で構成され、第一の放射導体23の一方の端部はプリント基板26上に形成された給電導体29とプリント基板26の表面に垂直に立設され、前記第一の放射導体23の他端は第二の放射導体24の端部と共に可動部25を構成し、可動部25を介して第一の放射導体23と第二の放射導体24とは接続される。引き出し時には、第二の放射導体24はプリント基板26の表面と概ね垂直になり、収納時には、第二の放射導体24は、プリント基板26の表面と概ね平行になるよう構成したものである。
【０００４】
まず、可動式アンテナ22を引き出した状態の動作を説明する。可動式アンテナ22は地導体30の存在により、引き出し時にはモノポールアンテナとして機能する。可動式アンテナ22の電気長をλ/4にすることにより、給電導体29と容易にインピーダンス整合をとることができる。放射パターンは垂直偏波成分が支配的になる。
【０００５】
次に、可動式アンテナ22を収納した状態の動作を説明する。収納時には所謂逆Ｌアンテナとして動作する。逆Ｌアンテナは、一般に低インピーダンス特性を示すが、地導体30の大きさが有限でることの影響、および第一の放射導体23の長さをある程度長くし、第二の放射導体24の高さをかせぐことで、給電導体29の線路インピーダンスと容易にインピーダンス整合をとることができる。放射パターンは第一の放射導体23の長さにほぼ比例した量の垂直偏波成分と第二の放射導体24から放射される水平偏波成分が得られる。
【０００６】
以上の構成により、アンテナを引き出した状態ではもちろんのこと、収納状態でも垂直偏波成分をもつ無線通信用ＰＣカード装置を得ることが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の装置では収納時の整合を得るために第二の放射導体の高さをある程度かせぐ必要があり、この高さによって無線通信用ＰＣカード装置の厚みが決まるため、パソコンに収まる部分よりアンテナ部分を厚くする必要があり、筐体の薄型化が困難で携帯性が損なわれるという課題があった。
【０００８】
また、無線通信用ＰＣカード装置をパソコンに搭載する場合、パソコンからアンテナまでの距離を近づけると、アンテナ性能の劣化とパソコンの輻射する不要ノイズによる感度劣化という課題が発生するが、前記従来の装置ではアンテナの引き出し、収納の状態を変えても、パソコンからアンテナまでの水平方向の距離は変化しないため、パソコンへの近接による影響を低減するには、アンテナ全体をパソコンから遠ざける必要があり、筐体が大きくなるという課題があった。
【０００９】
さらに、前記従来の装置ではアンテナの可動範囲が限定されるため、この可動範囲を越えてアンテナを可動させようとすると、過度の過重がかかり、アンテナが破損してしまうという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するものであり、簡易な構成で電気的、機構的な信頼性に優れた回転構造を有し、かつ電気的性能に優れた薄型かつ小型のアンテナ装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アンテナ素子を折り曲げ、その給電側を回転の中心軸となる回転軸部とし、前記アンテナ素子を携帯無線機の筐体に固定するための保持部と、前記アンテナ素子へ電力を伝送する給電金具とを前記回転軸部の近傍に設け、これらを前記筐体の上筐体と下筐体で挟み込み、一体化して前記筐体に固定することを特徴とする。この構成により、電気的な接触と回転機構の信頼性を確保しつつ、アンテナ素子を３６０度回転させることが可能となり、簡易な構成で信頼性に優れた回転構造を有する薄型のアンテナ装置が得られる。
【００１２】
また、アンテナ素子を特定の角度で折り曲げ、その給電側を回転の中心軸となる回転軸部とし、前記携帯無線装置の筐体の端面との角度が前記特定の角度となるように前記回転軸部を前記筐体内部に収容したことを特徴とする。この構成により、アンテナ素子を収納した状態では筐体との一体感を保ちつつ、アンテナ素子を引き出した状態でアンテナ素子の先端が筐体から遠ざけるようにすることが可能となり、筐体がパソコン等の内部に収容され、パソコン等とアンテナとが近接しても、アンテナ素子を引き出すことにより性能劣化の軽減が可能なアンテナ装置が得られる。
【００１３】
さらに、アンテナ素子を折り曲げ、その給電側を回転の中心軸となる回転軸部とし、前記アンテナ素子と携帯無線装置の回路基板とが接触する給電部に導体素子を接続し、前記導体素子の一部を前記回路基板の地導体と近接させたことを特徴とする。この構成により、アンテナ素子を収納した状態で逆Ｆアンテナとして機能し、アンテナ素子を引き出した状態での性能を劣化させずに、アンテナ素子を収納した状態での性能を改善できるアンテナ装置が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態のカード型無線機の分解斜視図である。このカード型無線機は、アンテナ素子１および給電金具９を有するアンテナ装置と、上筐体６および下筐体７からなる筐体５と、前記筐体５内に収納されるプリント基板13とから構成されている。
【００１６】
アンテナ素子１は、特定の箇所で特定の角度（図示は９０度）に折り曲げられており、折り曲げられた給電部側が回転軸部２となり、反対側が可動部３となる。なお、可動部３の周囲はカバーで覆われている。回転軸部２の周囲に電気絶縁材料で形成した保持部４において上筐体６と下筐体７で挟み込まれ、下筐体７の底面側から下筐体７のネジ穴7Aと保持部４のネジ穴4Aを通って上筐体６の内側に達するネジ８で固定される。このとき、下筐体７における保持部４と給電金具９が収まる場所の周囲に凸部7Bを設けることで、保持部４と給電金具９の水平方向のずれを抑制する。給電金具９は給電部10において、無線回路部11と制御回路部12とが実装されたプリント基板13と電気的に接続されると共に、接触片14において回転軸部２と電気的に接続されている。プリント基板13には、無線回路部11と制御回路部12のそれぞれのアースを取るための地導体15が設けられている。
【００１７】
図２は、カード型無線機の筐体を横から見た断面図である。給電金具９と保持部４のそれぞれの下筐体側を下筐体７と平行になる平面状とし、同様に、接触片14および保持部４の上筐体側も平面状かつ上筐体６と平行にする。給電金具９と保持部４のネジ８が収まる箇所の高さは下筐体６の上面から上筐体６の下面までの間隔と同じにする。上筐体６と下筐体７のどちらか一方または両方に、保持部４と給電金具９が収まる周囲に凸部を設け、保持部４と給電金具９の水平方向のずれを抑制する。保持部４と給電金具９が収まる該当箇所に凹部を設ければ、水平方向のずれを更に抑制できる。
【００１８】
以上の構造により、保持部４と給電金具９を上筐体６と下筐体７で挟み込むと、給電金具９と保持部４は垂直方向で隙間なく筐体と接触し、回転軸である回転軸部２の垂直方向への位置ずれを抑制することができる。さらに、挟み込む箇所は平面状であるため、筐体との接触面積が増え、回転軸の垂直方向の位置ずれを起き難くするとともに、保持部４と給電金具９の回転を抑制することができる。また、前述のとおり水平方向の位置ずれも抑制されているため、回転軸部２の位置が固定され、回転以外の不要な動作がなくなり、可動部３のみがスムーズに回転する構造が得られる。なお、ネジ８で上筐体６と下筐体７との挟み込みを強化することにより、垂直方向と水平方向の位置ずれをさらに抑制でき、安定度を向上させることができる。
【００１９】
次に、図２を用いて電気的な動作を説明する。給電金具９はバネ性をもった導電性材料で形成されており、給電金具９の給電部10をプリント基板13で押すことにより、給電金具９が弾性変形し、プリント基板13と給電金具９との導通が得られる。このとき、図２に示す矢印の方向に力が働き、給電部10が垂直方向に弾性変形するが、下筐体側の変形は下筐体７で抑制されるため、給電部10のみが変形し、プリント基板13との安定した導通を得ることができる。回転軸部２は円筒形になっており、可動部３を回転させても接触片と常に同じように接触する。接触片14は回転軸部２から上筐体６側に押し上げられる形で弾性変形するが、上筐体６で変形が抑制されるため、安定した導通が得られる。
【００２０】
以上のように本発明の第１の実施の形態は、アンテナ素子１の給電部側の一部を特定の角度で折り曲げて回転の中心軸となる回転軸部２とし、筐体５に固定するための保持部４と、アンテナ素子１に接触し、アンテナ素子１へ電力を伝送する給電金具９とを回転軸部２の近くに設け、これらを上筐体６と下筐体７で挟み込み、給電金具９と保持部４と回転軸部２とを一体化して筐体５に確実に固定し、安定した電気的導通とスムーズな回転構造を得るようにしたものであり、簡易な構造により小型で信頼性に優れた回転構造が得られる。また、アンテナ装置の厚みはアンテナ素子１の回転軸部２と保持部４を挟み込む給電金具９の高さでほぼ決定されるため、アンテナ装置の薄型化が可能になる。さらに、回転軸部２が筐体５内部に収容されるため、３６０度自在に回転可能になる。また、３６０度自在に回転可能になるため、アンテナ装置への過度の荷重が減り、機械的強度が向上する。なお、アンテナ素子１を折り曲げる角度を図面上では９０度としているが、この角度は９０度以上１８０度未満であれば同じ効果が得られる。
【００２１】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態のカード型無線機の分解斜視図である。この図において、図１と同一の構成要素または対応する構成要素には図１で使用した符号と同一の符号を付した。
【００２２】
このカード型無線機は、第１の実施の形態と同様、アンテナ素子１および給電金具９を有するアンテナ装置と、上筐体６および下筐体７からなる筐体５と、前記筐体５内に収納されるプリント基板13とから構成されている。
【００２３】
このカード型無線機において、アンテナ素子１は特定の箇所で折り曲げられ、回転の中心軸となる回転軸部２と、この回転軸部２を中心に３６０度回転可能な可動部３とで構成される。また、回転軸部２と可動部３とのなす角度θを９０度以上１８０度未満の範囲内に設定し、可動部３が上筐体６と下筐体７からなる筐体５の端面と平行するように、回転軸部３を前記筐体５の内部に収容する。このときの前記筐体５の端面から回転軸部２までの角度はθと同じになる。したがって、回転軸部２の位置はθにより変化し、θを９０度とすると回転軸部２は前記筐体５の端面と直交し、θを大きくするほど前記筐体５の端面に近づく。前記筐体５の内部には無線回路部11と制御回路部12とそれぞれのアースを取るための地導体15が設けられたプリント基板13が載置されており、回転軸部２とプリント基板13は電気的に接続される。可動部３と地導体15とはインピーダンス整合が得られる一定の間隔をもって配置されている。なお、保持部４と給電金具９の形状は図１と同じであり、角度だけ変えてある。また、アンテナ素子１を筐体５に固定する手段、およびアンテナ素子１とプリント基板13とを電気的に接続する手段は図１と同様である。
【００２４】
以上のように構成されたカード型無線機におけるアンテナ装置の動作について図４乃至図６を用いて説明する。
【００２５】
図４は、上筐体６と下筐体７からなる筐体５を上から見た鳥瞰図であり、図５は筐体５と可動部３を横からみた断面図である。そして、図６は可動部３を収納した状態で可動部側からみた断面図である。図４〜図５中の（ａ）〜（ｄ）は可動部３を回転させたときの配置状態を示し、（ａ）は収納状態、（ｂ）、（ｄ）は可動部３と筐体５とが直交した状態、（ｃ）が可動部３と筐体５とが同じ平面にある状態を示している。説明の都合上、回転軸部２と可動部３との角度を１５０度としている。
【００２６】
（ａ）の状態のとき、可動部３とプリント基板の地導体15とは平行し、かつ一定の間隔をもって配置されるため、その間隔に応じた容量成分をもち、逆Ｌアンテナとして機能する。（ｂ）〜（ｄ）の状態では、地導体15と可動部３との距離が離れるため、容量成分は減少し、モノポールアンテナとして機能する。
【００２７】
（ａ）の状態では、筐体５の端面と可動部３とは密着状態にあり、筐体５と可動部３とが一体感をもった携帯しやすい状態にある。（ｂ）の状態では図５に示すように、可動部３は斜めに傾き、可動部３の先端は水平方向、垂直方向ともに筐体５から遠ざかる。この距離は回転軸部２と可動部３との角度に依存する。（ｃ）の状態では、図４、図５に示すように筐体５から可動部３の先端までの水平方向の距離は最大となるが、垂直方向の高さはゼロとなる。（ｄ）の状態は、可動部３が（ｂ）の状態と逆で下筐体側を向いており、可動部３の先端までの水平方向の距離と高さは（ｂ）の状態と同じである。図４より、各状態の可動部先端の軌跡は、可動部３の根元を頂点とし、可動部３の長さを一辺とした二等辺三角形の底辺を描くことがわかる。
【００２８】
次に、回転軸部２と可動部３との角度による筐体端面から可動部先端までの距離と高さの違いについて図７、図８を用いて説明する。図７、図８は可動部を９０度回転させたときの状態図であり、図７がθ＝９０度の場合、図８がθ＝１５０度の場合を示している。（Ａ）は回転軸部２と平行する断面をみた断面図であり、（Ｂ）は鳥瞰図である。
【００２９】
まず、θ＝９０度の場合を説明する。図７（Ａ）において、筐体端面から可動部の先端までの水平方向の距離は根元までの距離と変わらず、ゼロである。筐体をパソコンに収納すると、パソコンから可動部３までの水平方向の距離はアンテナを可動させても変化せず、パソコンに近接する。また、可動部３先端までの高さは可動部３の長さと同じである。このときの回転軸部２と可動部３が収納される部分の筐体端面との角度は、図７（Ｂ）に示すとおり、９０度であり、θと同じである。
【００３０】
θ＝１５０度の場合、θと同じ１５０度で傾き、可動部３の先端と根元で水平方向の距離が変化する。ここで、水平方向の距離をＤ、可動部の長さをＬとすると、
Ｄ＝Ｌ×ｃｏｓ（１８０°−θ）×ｓｉｎ（１８０°−θ）＝Ｌ×ｓｉｎ（θ−９０°）×ｓｉｎθ
となる。この式より、水平方向の距離はθが１３５度のとき最大となり、１５０度から離れるほど筐体５に近づき、９０度と１８０度で最小のゼロとなる。θを９０度より小さくすると、可動部３が筐体側に倒れてしまい、筐体５が邪魔になって可動部が回転できなくなため、θは９０度から１８０度の範囲内にする必要がある。一方、可動部先端の高さをＨとすると、
Ｈ＝Ｌ×ｓｉｎ（１８０°−θ）＝Ｌ×ｓｉｎθ
までの範囲となり、９０度で最大となり角度が大きくなるほど小さくなる。
【００３１】
以上の構造により、筐体５をパソコンに搭載する場合、水平方向でアンテナ素子の先端をパソコンから離すことができ、パソコンによるアンテナ特性の劣化を低減することができる。さらに、パソコンが放射するノイズをアンテナ素子が受信し難くなり、感度劣化を低減することができる。
【００３２】
以上のように本発明の第２の実施の形態は、アンテナ素子１を給電部９の近傍で９０度以上１８０度未満の特定の角度で折り曲げ、これを回転の中心軸となる回転軸部２とし、この回転軸部２を筐体５内部に特定の角度をもって収容することにより、アンテナ素子１が収納された状態では筐体５との一体感を保ちつつ、アンテナ素子１を引き出した状態ではアンテナ素子１の先端を筐体５から遠ざけるようにしたものであり、筐体５をパソコンに搭載した場合において、アンテナ素子１を引き出すだけでアンテナ素子１の先端をパソコンから遠ざけることができるようになり、無線機本体または筐体を大きくすることなく、パソコンの影響によるアンテナ特性の劣化と無線回路の感度劣化を低減できる小型のアンテナ装置が得られる。なお、パソコンによる影響のみに限定して説明したが、携帯電話などの人体に近接する携帯端末においても、人体からの距離をかせぐことが可能となり、障害物とアンテナとの距離が必要なすべての無線機器に応用可能であることは明かである。また、アンテナ素子１を筐体５に固定する手段、およびアンテナ素子１とプリント基板13とを電気的に接続する手段は、図示した保持部４および給電金具９に限らず、他の手段を採用しても良い。
【００３３】
（第３の実施の形態）
図９は、本発明の第３の実施の形態のカード型無線機の構成を示す図である。この図において、図３と同一の構成要素または対応する構成要素には図３で使用した符号と同一の符号を付した。説明の重複を避け、簡潔にするため、違いのみを説明する。図９において、導体素子16は給電部10と電気的に接続されているＬ字状の第一導体素子17と、その開放端が地導体15と特定の間隔をもって平行するように配置された第二導体素子18とで構成されている。アンテナ素子１の電気長を概ね使用波長の１／４とする。
【００３４】
以上のように構成されたアンテナ装置の動作について説明する。まず、収納状態を説明する。導体素子16が無い場合は、従来装置で前述した逆Ｌアンテナとして機能している。第二導体素子18を地導体15に近づけ、かつ第二導体素子18を十分長くすると、第二導体素子18は地導体15と容量結合するようになり、第二導体素子18の電位は高周波的に地導体15の電位と同電位に近づく。このとき、アンテナ素子１は第二導体素子18を高周波的に地導体15へショートした状態となり、逆Ｆアンテナとして機能する。逆Ｆアンテナは逆Ｌアンテナに比べ、インピーダンスが高いため、無線回路部11とのインピーダンス整合が容易になり、ミスマッチロスの低減によってアンテナ性能が改善される。ここで、第二導体素子18と地導体15との結合量は、第二導体素子18と地導体15との間隔と、第二導体素子18の長さとで決定される。第二導体素子18と地導体15との間隔を広げると、容量結合は急激に弱まり、逆Ｆアンテナとして機能しない。地導体15と第二導体素子18とを近接させた状態でその間隔を一定にし、第二導体素子18の長さを短くすると、結合量が徐々に弱まり、逆Ｆアンテナから徐々に逆Ｌアンテナの動作状態へ遷移する。このとき、アンテナのインピーダンスも徐々に低くなるので、インピーダンス調整が可能である。また、第一導体素子17はスタブとして機能しているので、第一導体素子17の長さによりインピーダンスの調整が可能である。
【００３５】
次にアンテナ素子１を引き出した状態を説明する。アンテナ素子１を引き出すと、可動部３と地導体15は平行しないため、前述のとおりモノポールアンテナとして機能する。導体素子16を追加することにより、モノポールアンテナのインピーダンスが僅かに変化するが、第一導体素子17および第二導体素子18の長さを最適化することにより、収納状態と引き出し状態の各状態で容易に無線回路部11との整合をとることが可能となる。したがって、導体素子16を追加してもモノポールアンテナの動作に変化はなく、引き出し状態でのアンテナ性能の劣化は見られない。
【００３６】
以上の構造により、一方を地導体15と平行するように配置し、地導体15と容量結合させ、他方を給電部10に接続した導体素子16を追加すれば、引き出し状態のアンテナ性能を劣化させることなく、収納状態のアンテナ性能を改善することが可能となる。なお、導体素子16の形状をコの字状としているが、特に限定されず、第二導体素子18と地導体15との間隔、第二導体素子18の長さ、および第一導体素子17の長さを最適化すれば、形状は任意に設定可能である。また、アンテナ素子１を折り曲げる角度を図面上では９０度としているが、この角度は９０度以上１８０度未満であれば同じ効果が得られる。
【００３７】
以上のように、本発明の第３の実施の形態によれば、アンテナ素子１とプリント基板13とが接触する給電部10に導体素子16を追加し、この導体素子16の一部を地導体15に平行して近接させるようにすることにより、アンテナ素子１を引き出した状態での性能を劣化させずに、アンテナ素子１を収納した状態での性能を改善できるという効果が得られる。また、既存のアンテナ装置の構成に導体素子を追加するという簡易な構成で性能を改善できるという効果が得られる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、アンテナ素子を折り曲げることで回転の中心軸となる回転軸部とし、前記アンテナ素子を携帯無線機の筐体に固定するための保持部と、前記アンテナ素子へ電力を伝送する給電金具とを前記回転軸部の近傍に設け、これらを前記筐体の上筐体と下筐体で挟み込み、一体化して前記筐体に固定することにより、電気的な接触と回転機構の信頼性を確保しつつ、アンテナ素子を３６０度回転させることが可能となり、簡易な構成で信頼性に優れた回転構造を有する薄型のアンテナ装置が得られる。
【００３９】
また、アンテナ素子を特定の角度で折り曲げることで回転の中心軸となる回転軸部とし、携帯無線装置の筐体の端面との角度が前記特定の角度となるように前記回転軸部を前記筐体内部に収容したことにより、アンテナ素子を収納した状態では筐体との一体感を保ちつつ、アンテナ素子を引き出した状態でアンテナ素子の先端が筐体から遠ざけるようにすることが可能となり、筐体がパソコン等の内部に収容され、パソコン等とアンテナが近接しても、アンテナを引き出すことにより性能劣化の軽減が可能なアンテナ装置が得られる。
【００４０】
さらに、アンテナ素子を折り曲げることで回転の中心軸となる回転軸部とし、前記アンテナ素子と携帯無線装置の回路基板とが接触する給電部に導体素子を接続し、前記導体素子の一部を前記回路基板の地導体と近接させたことにより、アンテナ素子を収納した状態で逆Ｆアンテナとして機能し、アンテナを引き出した状態での性能を劣化させずに、アンテナ素子を収納した状態での性能を改善できるアンテナ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のカード型無線機の分解斜視図、
【図２】本発明の第１の実施の形態のカード型無線機の断面図、
【図３】本発明の第２の実施の形態のカード型無線機の分解斜視図、
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるアンテナの軌跡を示した透視鳥瞰図、
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるアンテナの軌跡を示した側面断面図、
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるアンテナの軌跡を示した可動部側からみた側面断面図、
【図７】本発明の第２の実施の形態でθ＝９０度とした場合の状態図、
【図８】本発明の第２の実施の形態でθ＝１５０度とした場合の状態図、
【図９】本発明の第３の実施の形態のカード型無線機の構成を示す図、
【図１０】従来の装置においてアンテナを引き出した状態を示す図、
【図１１】従来の装置においてアンテナを収納した状態を示す図である。
【符号の説明】
１  アンテナ素子
２  回転軸部
３  可動部
４  保持部
５  筐体
６  上筐体
７  下筐体
８  ネジ
９  制御部
10  給電部
11  無線回路部
12  制御回路部
13  プリント基板
14  接触片
15  地導体
16  導体素子
17  第一導体素子
18  第二導体素子
【図１】
0004287574.tif 000002
【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】
0004287574.tif 000007
【図７】
0004287574.tif 000008
【図８】
0004287574.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0004287574.tif 000012