(57)【要約】【課題】高頻度で使用することができる電動携行物を得る。【解決手段】チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池を駆動電源として備え、二次電池から供給される直流電力により駆動する電動携行物であって、二次電池は、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータが、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、複数の電圧変換ユニットのそれぞれが、スイッチング素子を有する充電システムにおいて充電される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池を駆動電源として備え、前記二次電池から供給される直流電力により駆動する電動携行物であって、
前記二次電池は、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、前記電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して前記二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、前記複数の電圧変換ユニットのそれぞれが、スイッチング素子を有する充電システムにおいて充電される
電動携行物。
【請求項２】
請求項１に記載の電動携行物であって、
前記二次電池から供給される直流電力により駆動するファンを備えたファン付き服である
電動携行物。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電動携行物であって、
前記充電電流は、前記二次電池の単セルあたり２０Ａ以上１６００Ａ以下である
電動携行物。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電動携行物であって、
前記二次電池の容量は、１０００ｍＡｈ以上５０００００ｍＡｈ以下である
電動携行物。
【請求項５】
チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池を駆動電源として備え、前記二次電池から供給される直流電力により駆動する電動工具であって、
前記二次電池は、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、前記電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して前記二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、前記複数の電圧変換ユニットのそれぞれが、スイッチング素子を有する充電システムにおいて充電される
電動工具。
【請求項６】
チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池を駆動電源として備え、前記二次電池から供給される直流電力により駆動する移動体であって、
前記二次電池は、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、前記電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して前記二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、前記複数の電圧変換ユニットのそれぞれが、スイッチング素子を有する充電システムにおいて充電される
移動体。
【請求項７】
チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池を駆動電源として備え、前記二次電池から供給される直流電力により駆動する携帯機器であって、
前記二次電池は、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、前記電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して前記二次電池を充電するＤＣ／ＤＣ
コンバータと、を備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、前記複数の電圧変換ユニットのそれぞれが、スイッチング素子を有する充電システムにおいて充電される
携帯機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動携行物、電動工具、移動体および携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動携行物として、内部に空気を流通させることにより、人体から出た汗を蒸発させるファン付き服が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６４１９号公報
【非特許文献１】小杉伸一郎、ほか２名、「安全性に優れた新型二次電池  ＳＣｉＢ（登録商標）」、東芝レビュー、株式会社東芝、２００８年、第６３巻、第２号、ｐ．５４−５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の電動携行物であるファン付き服は、バッテリ駆動であり、バッテリである二次電池を充電している間は使用することができない。そのため、ファン付き服を高頻度で使用する場合には、充電時間を考慮して、複数個の二次電池を準備する必要があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の第１の形態によれば、電動携行物が提供される。この電動携行物は、チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池を駆動電源として備え、二次電池から供給される直流電力により駆動する。二次電池は、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータが、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、複数の電圧変換ユニットのそれぞれが、スイッチング素子を有する充電システムにおいて充電される。そのため、複数の電圧変換ユニットを選択使用することで、二次電池を急速充電することができるので、複数個の二次電池を準備することなく、電動携行物を高頻度で使用することができる。
【０００７】
本発明の第２の形態によれば、電動携行物は、二次電池から供給される直流電力により駆動するファンを備えたファン付き服である。そのため、急速充電可能な二次電池を用いて、ファン付き服を高頻度で使用することができる。
【０００８】
本発明の第３の形態によれば、電動工具が提供される。この電動工具は、チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池を駆動電源として備え、二次電池から供給される直流電力により駆動する。二次電池は、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡ
Ｃ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータが、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、複数の電圧変換ユニットのそれぞれが、スイッチング素子を有する充電システムにおいて充電される。そのため、複数の電圧変換ユニットを選択使用することで、二次電池を急速充電することができるので、複数個の二次電池を準備することなく、電動工具を高頻度で使用することができる。
【０００９】
本発明の第４の形態によれば、移動体が提供される。この移動体は、チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池を駆動電源として備え、二次電池から供給される直流電力により駆動する。二次電池は、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータが、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、複数の電圧変換ユニットのそれぞれが、スイッチング素子を有する充電システムにおいて充電される。そのため、複数の電圧変換ユニットを選択使用することで、二次電池を急速充電することができるので、複数個の二次電池を準備することなく、移動体を高頻度で使用することができる。
【００１０】
本発明の第５の形態によれば、携帯機器が提供される。この携帯機器は、チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池を駆動電源として備え、二次電池から供給される直流電力により駆動する。二次電池は、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータが、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、複数の電圧変換ユニットのそれぞれが、スイッチング素子を有する充電システムにおいて充電される。そのため、複数の電圧変換ユニットを選択使用することで、二次電池を急速充電することができるので、複数個の二次電池を準備することなく、携帯機器を高頻度で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による電動携行物が備える二次電池を充電する充電システムを示すブロック図である。
【図２】図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明による電動携行物の好適な実施形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１３】
本発明の一実施形態による電動携行物としては、ファン付き服、ライト付きヘルメット、ファン付きヘルメット等が挙げられる。また、これらの電動携行物は、チタン酸リチウム（ＬＴＯ）を用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池を駆動電源として備えている。この二次電池は、以下に示す充電システムによって急速充電される。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態による電動携行物が備える二次電池５０を充電する充電シ
ステムを示すブロック図である。図１において、充電システム１００は、電源コンセント１０、ＡＣアダプタ２０、コンデンサ３０およびＤＣ／ＤＣコンバータ４０を備えている。
【００１５】
電源コンセント１０は、家庭用または事業所に設けられたコンセントであり、例えば１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の単相交流電圧を供給する電源である。ＡＣアダプタ２０は、ＡＣ／ＤＣコンバータの一種であって、例えばノートブック型コンピュータに使用される市販のＡＣアダプタである。ＡＣアダプタ２０は、電源コンセント１０から供給される１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の単相交流電圧を降圧するとともに、所定の直流電圧に変換して出力する。なお、ＡＣアダプタ２０のキャリア周波数は、１０ｋＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下であってもよい。
【００１６】
ここで、ＡＣアダプタ２０から出力される直流電圧は、例えば直流電圧１６Ｖ、直流電流４Ａの６４Ｗである。なお、ＡＣアダプタ２０から出力される直流電圧は、例えば５Ｖ以上６０Ｖ以下の範囲内であってもよい。コンデンサ３０は、ＡＣアダプタ２０から出力された直流電圧を平滑化する。
【００１７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、非絶縁型のコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、ＡＣアダプタ２０から供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池５０を充電する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０のキャリア周波数は、１０ｋＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下であってもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータは、絶縁型であってもよい。
【００１８】
このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、ＡＣアダプタ２０から供給される電力の範囲内において、二次電池５０の単セルあたり例えば１．０Ｖ以上５．０Ｖ以下の充電電圧、および例えば５Ａ以上１６００Ａ以下の充電電流で二次電池５０を充電する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の詳細な構成および機能については、後述する。
【００１９】
二次電池５０は、負極の活物質としてチタン酸リチウム（ＬＴＯ）を含むリチウムイオン電池であり、容量は、１０００ｍＡｈ以上５０００００ｍＡｈ以下であって、搭載される機器の主電源として用いることができ、長時間駆動を実現することができる。負極の活物質としてチタン酸リチウムを含む二次電池５０は、大電流による急速充電が可能である。具体的には、負極にＬＴＯを用いた容量４．２Ａｈのリチウムイオン電池を、５０Ａの大電流により、５分間で急速充電できることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。なお、二次電池５０は、負極の活物質としてチタン酸リチウムを含むリチウムイオン電池に限定されず、半固体電池または全固体電池であってもよい。
【００２０】
図２は、図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。図２において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、６個のスイッチング素子４１〜４６、インダクタ４７およびコンデンサ４８を有している。スイッチング素子４１、４２、スイッチング素子４３、４４、およびスイッチング素子４５、４６は、それぞれ互いに直列に接続され、３つの電圧変換ユニット６１〜６３を構成している。また、電圧変換ユニット６１〜６３は、それぞれ互いに並列に接続されている。なお、電圧変換ユニットは、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００２１】
スイッチング素子４１〜４６は、それぞれＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を有している。ここで、ＭＯＳＦＥＴに代えて、トランジスタおよびトランジスタに並列接続されたダイオード等が用いられてもよい。
【００２２】
スイッチング素子４１〜４６は、図示しない制御部から出力される、所定のデューティ比を有するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号に従ってそれぞれオンまたはオフし、ＡＣアダプタ２０から出力された直流電圧を時分割する。インダクタ４７およびコンデンサ４８は、時分割された直流電圧を平滑化し、予め定められた充電電圧および充電電流を出力する。
【００２３】
このとき、制御部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０にかかる負荷を電圧変換ユニット６１〜６３のそれぞれに分散して、電圧変換ユニット６１〜６３を同時に駆動してもよい。また、制御部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０にかかる負荷に応じて、電圧変換ユニット６１〜６３を切り替えながら駆動してもよい。
【００２４】
ここで、制御部は、予め定められた充電電圧および充電電流が、例えば１．０Ｖ以上５．０Ｖ以下の充電電圧、および例えば５Ａ以上１６００Ａ以下、好ましくは、２０Ａ以上１６００Ａ以下、より好ましくは５０Ａ以上１６００Ａ以下、さらに好ましくは２００Ａ以上１６００Ａ以下の充電電流となるように、ＰＷＭ信号を出力するように構成されている。これにより、搭載される機器の主電源として用いることができる二次電池５０が、５Ａ以上の大電流で急速充電される。
【００２５】
また、上記実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０が、ワイヤレス充電により二次電池５０を充電してもよい。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０には、給電コイルが設けられた図示しないワイヤレス充電部が接続され、二次電池５０には、受電コイルが設けられて、ワイヤレス充電部に二次電池５０を近接させること、例えば載せることにより、二次電池５０が充電される。なお、ワイヤレス充電部の伝送周波数は、５０Ｈｚ以上２７．１２ＭＨｚ以下であってもよい。
【００２６】
以上のように、電動携行物は、チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池５０を駆動電源として備え、二次電池５０から供給される直流電力により駆動する。二次電池５０は、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセント１０と、電源コンセント１０から供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣアダプタ２０と、ＡＣアダプタ２０から供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池５０を充電するＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０が、並列接続された複数の電圧変換ユニット６１〜６３を有し、複数の電圧変換ユニット６１〜６３のそれぞれが、スイッチング素子４１〜４６を有する充電システム１００において充電される。そのため、複数の電圧変換ユニット６１〜６３を選択使用することで、二次電池５０を急速充電することができるので、複数個の二次電池を準備することなく、電動携行物を高頻度で使用することができる。
【００２７】
また、充電電流は、二次電池５０の単セルあたり５Ａ以上１６００Ａ以下であり、好ましくは５０Ａ以上１６００Ａ以下であり、より好ましくは２００Ａ以上１６００Ａ以下である。そのため、二次電池５０を単セルあたり５Ａ以上１６００Ａ以下の大電流で充電することができる。
【００２８】
また、ＡＣアダプタ２０の出力電圧は、５Ｖ以上６０Ｖ以下である。そのため、ＡＣアダプタ２０に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４０の定格電圧を低く設定することができる。
【００２９】
また、ＡＣアダプタ２０およびＤＣ／ＤＣコンバータ４０の少なくとも一方のキャリア周波数は、１０ｋＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下である。そのため、キャリア周波数を高くすることにより、コンバータを小型化することができる。
【００３０】
また、二次電池５０は、ワイヤレス充電可能であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０に接続され、二次電池５０をワイヤレス充電するワイヤレス充電部をさらに備えてもよい。そのため、充電のたびに二次電池５０をＤＣ／ＤＣコンバータ４０に接続する必要がなくなるので、効率的に二次電池５０を充電することができる。
【００３１】
また、ワイヤレス充電部の伝送周波数は、５０Ｈｚ以上２７．１２ＭＨｚ以下である。そのため、使用者が使用に当たり免許不要な出力と周波数帯域の範囲内で二次電池５０をワイヤレス充電することができる。
【００３２】
また、充電電圧は、１．０Ｖ以上５．０Ｖ以下である。これによれば、低電圧大電流で二次電池５０を充電することができる。
【００３３】
以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれる。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の組み合わせ、または、省略が可能である。
【００３４】
例えば、上記電動携行物に代えて、チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池を駆動電源として備え、二次電池から供給される直流電力により駆動する電動工具について、二次電池が、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータが、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、複数の電圧変換ユニットのそれぞれが、スイッチング素子を有する充電システムにおいて充電されてもよい。この場合も、二次電池を急速充電することができるので、複数個の二次電池を準備することなく、電動工具を高頻度で使用することができる。電動工具としては、電動ドライバー、電動丸鋸、電動サンダー等が挙げられる。
【００３５】
また、上記電動携行物に代えて、チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池を駆動電源として備え、二次電池から供給される直流電力により駆動する移動体について、二次電池が、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータが、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、複数の電圧変換ユニットのそれぞれが、スイッチング素子を有する充電システムにおいて充電されてもよい。この場合も、二次電池を急速充電することができるので、複数個の二次電池を準備することなく、移動体を高頻度で使用することができる。移動体としては、ドローンや、無線操作されるヘリコプター、飛行機、車、二輪車、船等の玩具が挙げられる。
【００３６】
また、上記電動携行物に代えて、チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池を駆動電源として備え、二次電池から供給される直流電力により駆動する携帯機器について、二次電池が、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと
、ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータが、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、複数の電圧変換ユニットのそれぞれが、スイッチング素子を有する充電システムにおいて充電されてもよい。この場合も、二次電池を急速充電することができるので、複数個の二次電池を準備することなく、携帯機器を高頻度で使用することができる。携帯機器としては、スマートフォン、携帯電話、タブレット型コンピュータ、ノートブック型コンピュータ等が挙げられる。
【符号の説明】
【００３７】
１０…電源コンセント
２０…ＡＣアダプタ
３０…コンデンサ
４０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
４１〜４６…スイッチング素子
４７…インダクタ
４８…コンデンサ
５０…二次電池
６１〜６３…電圧変換ユニット
１００…充電システム
【図１】
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【図２】
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