(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板状をなす感光性ガラス基体の貫通孔を形成する部分に集光光束を照射して潜像を形成する第１の工程と、
前記第１の工程で集光光束を照射した感光性ガラスを熱処理して潜像が形成された部分を結晶化させる第２の工程と、
前記第２の工程で結晶化した部分を溶解除去することにより貫通孔を形成する第３の工程とを備えた貫通孔を有するガラス部品の製造方法であって、
前記第１の工程においては、前記集光光束を、該集光光束のビームウェストが、前記感光性ガラスの内部中心部に位置するように照射するものであり、
前記集光光束は、前記感光性ガラス基体の厚さ方向に一様な半径を有する円柱状の潜像領域が形成されるように、その露光量の分布が前記ビームウェスト位置を対称中心とする点対称の関係にあるとともに、潜像形成に必要な露光臨界値となる光量を有する位置が前記基板状の感光性ガラスの表裏面に沿った方向において前記集光光束の光軸から一定の距離となる関係にあることを特徴とする貫通孔を有するガラス部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、一様かつ微細な径の貫通孔を有するガラス部品及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、微細な貫通孔を有するガラス基板、あるいはガラス部品が、プリント配線基板、インクジェットプリント用ヘッド、あるいはガスフローメーター等に応用されつつあり、特にガラス材料として、感光性ガラスを用いたものが注目されている。感光性ガラスに貫通孔を形成する方法として、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されている方法が知られている。【０００３】  図８は特許文献１に開示の貫通孔を有するガラス部品の製造方法の説明図である。以下、図８を参照にしながら、特許文献１に開示の貫通孔を有するガラス部品の製造方法を説明する。図８は、基板状をなした感光性ガラスに貫通孔を形成する工程のプロセス流れ図及び各工程における状態を模式的に示した側断面図である。図中、符号１００は感光性ガラス、１０１ａは露光結晶化部、１０１は貫通孔、１０２はフォトマスク、１０２ａはフォトマスクの遮光膜、１０３はコリメートされた紫外光である。なお、遮光膜１０２ａは、所望の貫通孔の形状及びその配列に対応したパターンとして、フォトマスク１０２に形成されている。【０００４】  まず、図８（ａ）に示すように、フォトマスクを感光性ガラス１００の上に設置し、コリメートされた紫外光１０３を照射する。この紫外光照射により、感光性ガラス１００内に、露光結晶化部１０１ａが潜像として形成される。潜像のパターンは、図８（ａ）に示したように、フォトマスクの遮光膜１０２ａパターンのネガ型パターンに対応する。潜像が形成された感光性ガラス１００を加熱熱処理した後、露光結晶化部１０１ａ、所謂潜像が形成された領域をフッ化水素酸系溶液によりエッチング除去し、図８（ｂ）に示した所望の貫通孔パターンを得る。【０００５】  また、特許文献２に開示されている方法は、上記特許文献１に開示の方法とレーザー加工による貫通孔形成方法とを併用する方法である。すなわち、レーザー加工法により、所望の貫通孔径よりも小さい貫通孔をあらかじめ形成し、その後、前述した紫外光照射による潜像形成、熱処理、エッチングの各工程を経て貫通孔を形成するものである。あらかじめ形成する貫通孔は、熱処理後に行われるエッチング除去の際、エッチング液の貫通孔内における循環を改善する作用をなす。
【特許文献１】特開２００１−４４６３９号公報
【特許文献２】特開２００１−１０５３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  ところで、プリント配線基板の高密度化、あるいは印刷画像の高精細化の技術潮流は留まる所を知らず、これに呼応して、微細貫通孔を有するガラス部品に対する要求は、益々強くなってきている。しかしながら、前述したように、従来の感光性ガラスに貫通孔を形成する方法は、所望の貫通孔形状、あるいは配列に対応したパターンを有するフォトマスクを用い、かつフォトリソグラフィック技術を踏襲するパターン形成法であり、貫通孔の微細化の点において、充分対応できるものではなかった。【０００７】  図６は従来のフォトマスクを用いた紫外線露光による潜像形成工程の説明図である。図６（ａ）は、紫外線露光により潜像が形成される様子を模式的に示した概略断面図であり、図中、符号１０２ｂはフォトマスクの開口部、８１は潜像が形成される領域を示す包絡線、ＡＡ’は感光性ガラス１００の表面位置を示す線、ＢＢ’、ＣＣ’は基板内部の任意の位置を示す線であり、ＣＣ’はＢＢ’に比べてフォトマスク１０２からより離れた箇所に位置する。他の番号を付した部分は、前述したとおりである。なお、図６（ａ）はフォトマスク１０２と感光性ガラスとが密着した状態で露光が行われる、所謂密着露光方式の場合を示している。【０００８】  また、図６（ｂ）から（ｄ）は、ＡＡ’、ＢＢ’、及びＣＣ’線に沿った方向での露光量分布を示す模式的な分布曲線であり、横軸は距離、縦軸は露光量を表す。ここで、原点Ｏは、フォトマスクにおける開口部１０２ｂの中心に対応する位置である。開口部を透過した紫外光（図示せず）は、感光性ガラス基板内部を進行するに従い、遮光膜１０２ａの真下に相当する部分にまで滲みだし、結果として、遮光膜１０２ａで覆われた部分まで露光されることになる（以下、本明細書において、光が滲みだす現象を「滲み出し効果」という）。図６（ｂ）から図６（ｄ）に、この様子を模式的に示す。【０００９】  図６（ｂ）は、感光性ガラス１００表面（ＡＡ’線）での露光量分布である。前述したように、フォトマスク１０２と感光性ガラス１００とは密着していることから、表面における露光量分布は箱形関数で表される。この場合、露光量分布の幅は、開口部１０２ｂの幅に等しく、遮光膜１０２ａの直下に対応する部分は露光されない。フォトマスクから離れたＢＢ’位置においては、図６（ｃ）に示したように、光の滲み出し効果により、露光量の分布幅が広がり、かつ感光性ガラス基板内の光の吸収により露光量は減衰する。この状況は、図６（ｄ）に示すように、ＣＣ’位置においては、より顕在化する。【００１０】  図７は潜像を形成した後に加熱熱処理を経て潜像形成領域をエッチング除去した場合に形成される孔を模式的に示す図である。図７はエッチング除去後の形状を示す概略側断面図で、符号９１は孔である。一般的に、エッチングは基板の表面から進行する。また、潜像が形成されていない部分のエッチング速度は、潜像が形成された領域の速度に比べて小さいが、完全に零ではなく、エッチング液によって浸食される。潜像が形成されていない部分のエッチング速度は、潜像形成部の約１／５０程度である。このことから、潜像形成領域のエッチングの進行と共に、感光性ガラスの表面における平面的なエッチン��も合わせて進行し、結果として、図７に示したように、貫通孔の径は、その深さ方向で分布することとなる。【００１１】  このように、従来の露光方法を適用した貫通孔形成工程においては、貫通孔の径は、フォトマスクにおける開口部の径と光の滲み出し効果の両者に依存する。勿論、フォトマスクの開口径を小さくすれば、得られる貫通孔の最小値も減少する。しかし、以下に説明するように、貫通孔径の減少と共に、その深さ方向に対する一様性は、相対的に損なわれてゆく。光の滲み出し効果は、照射する光の平行度、光の回折効果、あるいは感光性ガラス１００内部における散乱等の要因によって決定される。また、これ等の要因は、フォトマスクの開口部１０２ｂの大きさ、換言すると貫通孔の径には殆ど依存しない。つまり、貫通孔径が充分大きい場合には、貫通孔径と光の滲み出し効果に起因する貫通孔径の拡大量との比率、あるいは貫通孔径と貫通孔径の一様性の欠如量との比率は小さくなる。従って、貫通孔径が充分大きい場合には、光の滲み出し効果による、これ等貫通孔径の変動は無視できる程度の値となる。しかしながら、貫通孔径の減少と共に当該比率は増加し、結果として、一様な径を有する貫通孔の形成が極めて困難となる。【００１２】  以上の通り、上述の従来の方法では、貫通孔径の減少と共に、光の回折効果により、貫通孔の深さ方向に一様な径を有する貫通孔を形成することが極めて困難となる。勿論、貫通孔の深さが浅い場合、すなわち、感光性ガラス基板の厚さが薄い場合には、容易に数μｍの径を有する貫通孔を形成することができるが、この場合の基板厚さは数十μｍ程度になる。斯かる状況においては、貫通孔を有するガラス部品の機械的耐久性の低下は免れず、その用途は極めて限定されることになる。例えば、機械的強度が確保できる基板厚さである３５０μｍの場合、換言すると貫通孔の深さが３５０μｍの場合、前述した従来の方法を用いて、径が約３０μｍ以下、アスペクト比（貫通孔の深さをその径で除した値）で云うならば約１２以上で、かつ深さ方向に一様な径を有する貫通孔の形成は極めて困難となる。本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、感光性ガラス基板をその基体材料とし、高アスペクト比で、かつ径が３０μｍ以下の一様な微細貫通孔が形成されたガラス部品及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  本発明により提供されるガラス部品は、
貫通孔を有するガラス部品において、前記ガラス部品の基体が感光性ガラスからなり、かつ前記貫通孔の直径が貫通孔の部位によらず略一定で、貫通孔の長さ（Ｌ）と貫通孔の直径（ｄ）との比率（Ｌ／ｄ）が１５以上であり、かつ直径（ｄ）が３０μｍ以下であることを特徴とする貫通孔を有するガラス部品である。
また、本発明により提供されるガラス部品は、
前記感光性ガラスは、感光性材料として、０．００１〜０．０５重量％のＡｕ、０．００１〜０．５重量％のＡｇ、０．００１〜１重量％のＣｕ２Ｏ、０．００１〜０．１重量％のＰｔのうちのいずれか１種以上を含み、さらに、光増感剤としてＣｅＯ２を０．００１〜０．２重量％含む感光性ガラスであることを特徴とするガラス部品である。
前記ガラス部品を製造する第１の手段は、
感光性ガラス基体の貫通孔を形成する部分に集光光束を照射して潜像を形成する第１の工程、第１の工程で集光光束を照射した感光性ガラスを熱処理して潜像が形成された部分を結晶化させる第２の工程、第２の工程で結晶化した部分を溶解除去することにより貫通孔を形成する第３の工程を含むことを特徴とする貫通孔を有するガラス部品の製造方法である。
第２の手段は、第１の手段にかかる貫通孔を有するガラス部品の製造方法において、前記第１の工程で集光光束を照射する際、該集光光束のビームウェストが、前記感光性ガラスの内部に位置することを特徴とする貫通孔を有するガラス部品の製造方法である。
第３の手段は、
第１の手段にかかる貫通孔を有するガラス部品の製造方法において、前記第１の工程で集光光束を照射する際、該集光光束のビームウエストの位置が該集光光束の光軸に沿って間欠的又は連続的に前記感光性ガラス基体の内部を移動しつつ、かつ連続的又は間欠的に前記集光光束が照射されることを特徴とする貫通孔を有するガラス部品の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】  感光性ガラスに貫通孔を形成する方法において、光照射による潜像形成と潜像が形成された部分をエッチング除去する方法を基本とする場合、貫通孔の径、アスペクト比、あるいは径の深さ方向の一様性、と云った貫通孔形状は、潜像の形成工程とエッチング除去工程との両条件因子に依存し、場合によっては、後者の影響の方が前者に比べて大きいと考えられる。本発明者等は、前述した両因子に関し、鋭意検討した結果、微細貫通孔を形成する際、実現し得る貫通孔径の最小値を決定すると云う点において、上述した潜像形成工程の諸因子が、エッチング除去工程の諸因子に比べてより支配的であることを見出し、その結果を基に本発明を完成させるに至った。本発明により、感光性ガラスに、孔径が一様かつ微細で高アスペクト比（同比が１５以上）を有する貫通孔を形成することが可能となるととともに、当該貫通孔を有する感光性ガラスを基体とするガラス部品の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  図１は本発明の第１の実施の形態にかかる貫通孔を有するガラス部品の製造方法の説明図である。図１（ａ）は、露光時における光の照射状態を模式的に示した概略側断面図、図１（ｂ）は、感光性ガラスの各部位における露光量の分布を模式的に示したものである。図中、符号２１は集光光束、２１ａは集光光束のビームウエスト、ＡＡ’は、基板状をなした感光性ガラス１００の中央部を示す線、ＢＢ’は感光性ガラス１００の表面の位置を示す線、ＣＣ’は感光性ガラス１００の裏面位置を示す線、２２はＡＡ’線に沿った方向での露光量分布、２３は同ＢＢ’に沿った方向での同分布、Ｅ，Ｒは露光量分布２２と２３の交点における露光量と位置である。なお、図１（ｂ）において、原点（距離が０の位置）は集光光束２１の光軸とＡＡ’もしくはＢＢ’線との交点に相当する位置に対応し、横軸はＡＡ’もしくはＢＢ’線に沿った距離（原点からの距離）、縦軸は露光量を示す。【００１６】  本実施の形態と上述の従来技術との重要な相違点は、露光時にフォトマスクを用いず、かつコリメートされた光束を用いずに、レンズ等の光学系により集束された集光光束２１を用いている点にある。一般的に集光光束による露光量分布は、ガウス分布によって近似される。図１で符号２２で示したように、ビームウェスト２１ａの位置（ＡＡ’線に対応）における分布が最も先鋭であり、露光量のピーク値も最大となる。一方、ビームウェスト２１ａの位置から離れた箇所、例えば、基板表面ＢＢ’線に対応する位置では、図１（ｂ）中符号２３で示したような形となり、分布幅は拡大し、かつ露光量のピーク値も低下する。【００１７】  また、露光量の分布は、ビームウェスト位置を対称中心とする点対称の関係にあり、例えば、ＣＣ’線に沿った露光量の分布は、ＢＢ’線に沿った分布に等しい。図２は図１の集光光束２１による露光量Ｅを感光性ガラス１００の潜像形成に必要な露光臨界値に設定した場合に形成される潜像及びこの潜像に基づいて形成される貫通孔の説明図である。ここで、図２ａは、露光後の潜像が形成された状態、図２（ｂ）は潜像をエッチング除去した後の状態を示す。図において、符号３１ａは潜像形成領域、３１は形成された貫通孔である。【００１８】  図１（ｂ）に示したように、露光量がＥとなる位置は、ＡＡ’線に沿った感光性ガラスの内部中心部、ＢＢ’線に沿った基板表面部及びＣＣ’線に沿った感光性ガラスの裏面部において、いずれも位置Ｒである。このことから、図２（ａ）に示したように、感光性ガラス１００の厚さ方向に一様な半径Ｒを有する円柱状の潜像領域３１ａが形成される。斯かる状態の感光性ガラス１００を加熱熱処理後、エッチングを施すことにより、図２（ｂ）にしたような断面形状を有する貫通孔３１が形成される。なお、感光性ガラス１００の表裏面近傍で、貫通孔３１の径が拡大している原因は、前述したように、潜像が形成されていない領域においても、潜像形成領域のエッチングの進行と共に、感光性ガラス１００の表面における平面的なエッチングも合わせて進行するためである。【００１９】  この場合、孔径が拡大した部分については、研削もしくはラップ法等の機械加工法、又はイオンミリング法もしくはＲＩＥ（Ｒ��ａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法等のドライエッチング法等により除去すれば、一様な貫通孔径を有するガラス基板を得ることができる。また、この場合、厳密には、基板内部の全ての位置での露光量分布が一点で交わることはない。例えば、図１（ａ）において、ＡＡ’線とＢＢ’線との間に位置する部位での露光量分布は、図１（ｂ）における露光量分布２２と２３との中間の形状を示す分布となり、この分布と露光量分布２２と２３との交点は、露光量Ｅにおいて距離Ｒとはならず、異なった値となる。しかし、距離Ｒとのずれ量は僅少であり、ほぼ図２（ｂ）に示したように、一様な径を有する円柱状の潜像が形成される。【００２０】  図３は本発明の第２の実施の形態にかかる貫通孔を有するガラス部品の製造方法の説明図である。図３ａは、露光時における光の照射状態を模式的に示した概略側断面図、図３ｂは、感光性ガラスの各部位における露光量の分布を複式的に示したものである。図中ＤＤ’は感光性ガラス１００の表面から感光性ガラスの厚さの１／４に相当する位置を示す線、ＥＥ’は感光性ガラス１００の表面から感光性ガラスの厚さの３／４に相当する位置を示す線、２４はＤＤ‘線に沿った露光量分布、４１ａは潜像形成領域、Ｅ２は露光量分布２４のピーク値、Ｒ２は露光量分布２２において露光量がＥ２となる位置である。【００２１】  また、集光光束２１のビームウェスト２１ａは、ＡＡ’線上に位置している。潜像形成領域４１ａは、Ｅ２を感光性ガラス１００において潜像を形成するための臨界露光量と一致する値に設定し、かつ露光量Ｅ２で露光した場合に得られる潜像である。この場合、形成される潜像形成領域４１ａの形状は略回転楕円体形状であり、その短径はＲ２に一致する。さらに、このＲ２は、第１の実施の形態におけるＲに比べて小さい。しかしながら、この潜像の状態では、基板の表裏面に連通する孔である貫通孔を形成することはできない。【００２２】  そこで、感光性ガラスの露光を以下に説明する２段階のプロセスにて行うことが有効となる。図４は２段階露光プロセスの説明図であり、図５は２段階露光によって形成された潜像を示す図である。図中、符号５１、５１ａ，５１ｂは、潜像形成領域である。図４ａは、集光光束２１のビームウエスト２１ａをＤＤ’線上に位置するように設定して露光した場合、図４ｂは、同ビームウェスト２１ａをＥＥ’線上に位置するように設定して露光した場合を模式的に示している。なお、露光量は前述した場合と同様、Ｅ２である。すなわち、２段階露光プロセスとは、第１段目の露光プロセスで、図４ａに示したように、感光性ガラス１００の表面側から中央部にかけて潜像５１を形成し、これに引き続き、図４ｂに示したように、第２段目の露光プロセスで、感光性ガラス１００の中央部から底面にかけて潜像５１ｂを形成するものである。【００２３】  以上説明した２段階露光プロセスを経ることにより、図５に示すように、感光性ガラス表面から底面にかけて連続した潜像形成領域を得ることができる，感光性ガラス１００を、第１の実施形態と同様、熱処理を施し、潜像形成領域をエッチング除去することにより、第１の実施形態に比べて、小さい径を有する貫通孔を形成することができる��なお、本第２の実施形態については、２段階の露光プロセスについて説明したが、２段階にとらわれることなく、２段階以上の露光プロセスでも可能である。すなわち多段階の露光プロセスにおいては、その照射露光量に応じて、集光光束のビーム位置を、光軸に沿った基板内部の任意の位置に設定することが可能であり、かつ必要な場合には、ビームウエストの位置を基板外部にも設定することが可能である。また、ビームウェスト位置を変化させる方法についても、間欠的あるいは連続的に変化させることが可能である。【００２４】  また、本発明の実施形態において、レーザー光あるいは通常の紫外光のいずれも光源として用いることができる。以下、本発明について実施例に基づいてより詳細に説明する。
【実施例１】  この実施例は、上述の実施の形態１の実施例である。感光性ガラス１００として下記の組成を有し、かつ厚さが０．５ｍｍのガラス基板（商品名：ＨＯＹＡ株式会社製ＰＥＧ３）を用いた。
ＳｉＯ２：７８．０重量％
Ｌｉ２Ｏ：１０．０重量％
ＡＩ２Ｏ３：６．０重量％
Ｋ２Ｏ：４．０重量％
Ｎａ２Ｏ：１．０重量％
ＺｎＯ：１．０重量％
Ａｕ：０．００３重量％
Ａｇ：０．０８重量％
ＣｅＯ：０．０８重量％【００２５】  用いた光源は、波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザーの３倍高調波であり、当該光を用いて感光性ガラス基板を露光するに際しては、集光光束のＮＡを０．４とした、また、露光に際しては、パルス光（パルス幅：約６ｎｓｅｃ）を用い、パルス照射回数を制御することにより積算の露光量を制御した。なお、集光光束のビームウェストは、感光性ガラスの内部中央部（基板表面から０．２５ｍｍの位置）に位置するように設定した。以下に示す所定の積算光量で露光した後、感光性ガラス基板全体を、５８０℃で４時間熱処理した。
この際の昇温速度は１℃／分で、降温速度は０．２℃／分である。熱処理後、エッチング液として希フッ化水素酸水溶液（約７％）を用い、当該エッチング液を感光性ガラス基板の表裏にスプレーすることにより貫通孔を形成した。【００２６】  この際、エッチング液の温度は、特に制御しなかった。表１に、積算露光量と感光性ガラスの基板中央部近傍における貫通孔径及びアスペクト比との関係を示す。なお、本実施例において形成された貫通孔の形状は、図２ｂに示した形状と同様、基板表裏面近傍の孔径は、基板中央部近傍に比べて大きくなっており、かつ一様な貫通孔径が得られる部分は、基板表裏面から約７５μｍ内側に入った部分からであった。この原因は、前述したように、潜像が形成されていない領域においても、潜像形成領域のエッチングの進行と共に、感光性ガラスの表面における平面的なエッチングも進行するためである。【００２７】  従って、表１に示したアスペクト比は、基板の厚さを０．３５ｍｍとして算出したものである。同表に示したように、積算露光量の増大に伴い、貫通孔径は拡大している。これは、積算露光量の増大と共に、潜像が形成される領域が拡大したことに起因するものである。
【表１】
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【実施例２】
【００２８】  この実施例は、上述の実施の形態２にかかる実施例である。本実施例における貫通孔の形成条件は、露光プロセスを除いて実施例１に記載した条件と同様である。本実施例においては、感光性ガラス基板の露光を第１及び第２の露光プロセスに分けて行った。第１の露光プロセスにおいては、図に示したように、集光光束のビームウエストの位置を感光性ガラス基板の表面から基板厚さの１／４の位置に設定して露光し、第２の露光プロセスでは、図４ｂに示したように、同位置を感光性ガラス基板の表面から基板厚さの３／４の位置に設定して露光した。なお、第１及び第２の積算露光量等の露光条件は同一である。表２に、積算露光量と感光性ガラス基板中央部における貫通孔径及びアスペクト比との関係を示す。アスペクト比の求め方は、実施例１と同様である。
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００２９】  本発明は、一様かつ微細な径の貫通孔を有するガラス部品及びその製造方法に関するものであり、プリント配線基板、インクジェットプリント用ヘッド、あるいはガスフローメーター用の部品等として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる貫通孔を有するガラス部品の製造方法の説明図である。
【図２】図１の集光光束２１による露光量Ｅを感光性ガラス１００の潜像形成に必要な露光臨界値に設定した場合に形成される潜像及びこの潜像に基づいて形成される貫通孔の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる貫通孔を有するガラス部品の製造方法の説明図である。
【図４】２段階露光プロセスの説明図である。
【図５】２段階露光プロセスの説明図である。
【図６】従来のフォトマスクを用いた紫外線露光による潜像形成工程の説明図である。
【図７】潜像を形成した後に加熱熱処理を経て潜像形成領域をエッチング除去した場合に形成される孔を模式的に示す図である。
【図８】特許文献１に開示の貫通孔を有するガラス部品の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
【００３１】１００  感光性ガラス
２１  集光光束
２１ａ  ビームウエスト
２２  ＡＡ’線に沿った光量分布
２３  ＢＢ’線に沿った光量分布
【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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