(57)【要約】      （修正有）【課題】操作機能及び触覚呈示機能の両立を実現可能とした操作装置を提供する。【解決手段】操作装置は、プッシュ操作可能な操作手段１０と、操作手段１０に触覚刺激操作感触を呈示する触覚呈示機構と、操作手段１０のプッシュ操作方向に延在するとともに、操作手段１０及び触覚呈示機構を連結する第１の連結部材１１ｄとにより構成される。触覚呈示機構は、駆動回転可能に支持されたギヤと、ギヤの回転軸方向に突出した第２の連結部材とを備える。第１の連結部材１１ｄには、第２の連結部材が入り込むとともに、第１の連結部材１１ｄの延在方向に沿った移動を可能とする切欠部が形成されている。【選択図】図２
2014101012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プッシュ操作可能な操作手段と、
前記操作手段に触覚刺激操作感触を呈示する触覚呈示機構と、
前記操作手段のプッシュ操作方向に延在するとともに、前記操作手段及び前記触覚呈示機構を連結する第１の連結部材と、
により構成されており、
前記触覚呈示機構は、駆動回転可能に支持されたギヤと、前記ギヤの回転軸方向に突出した第２の連結部材とを備え、
前記第１の連結部材には、前記第２の連結部材が入り込むとともに、前記第１の連結部材の延在方向に沿った移動を可能とする切欠部が形成されてなることを特徴とする操作装置。
【請求項２】
前記切欠部は、前記第１の連結部材の延在方向とは交差する方向に向けて切り欠かれた開口を形成する周壁を有してなることを特徴とする請求項１記載の操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作装置に係り、特に、操作者に触覚刺激操作感触を呈示する機能を有する操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
操作者に情報を伝達する従来の情報呈示装置の一例としては、例えば操作者の指の傾きを利用して方向を呈示する方向呈示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記特許文献１記載の従来の方向呈示装置は、独立して上下動可能な複数の可動パネルの上面に指載置板を配置しており、その指載置板をカーナビゲーション装置が表示する画面上の進路方向に対応して傾斜させるように構成されている。この可動パネルを駆動するための可動部の一例としては、可動パネルの下方に突出して形成されたラックに、ステッピングモータの出力軸に固定されたピニオンを噛み合せたラック・ピニオン構造が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０４７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種の情報呈示装置においては、可動パネルをプッシュ操作した際に、プッシュ操作可能な操作手段と同様の機能が得られる構造を用いたい場合もある。しかしながら、上記特許文献１記載の従来の方向呈示装置は、可動パネルのラックにステッピングモータのピニオンを常に噛み合わせて連結したままの状態で配置される。その構造上、可動パネルのラックとステッピングモータのピニオンとの噛み合いが、可動パネルによるプッシュ操作の抵抗力となり、可動パネルの操作感を損ねるという問題点を有している。
【０００６】
従って、本発明の目的は、操作機能及び触覚呈示機能の両立を実現可能とした操作装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本発明は、プッシュ操作可能な操作手段と、前記操作手段に触覚刺激操作感触を呈示する触覚呈示機構と、前記操作手段のプッシュ操作方向に延在するとともに、前記操作手段及び前記触覚呈示機構を連結する第１の連結部材と、により構成されており、前記触覚呈示機構は、駆動回転可能に支持されたギヤと、前記ギヤの回転軸方向に突出した第２の連結部材とを備え、前記第１の連結部材には、前記第２の連結部材が入り込むとともに、前記第１の連結部材の延在方向に沿った移動を可能とする切欠部が形成されてなることを特徴とする操作装置にある。
【０００８】
［２］上記［１］記載の前記切欠部は、前記第１の連結部材の延在方向とは交差する方向に向けて切り欠かれた開口を形成する周壁を有してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、操作感とハプティック感とを兼ね備えた操作装置が効果的に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る典型的な触覚呈示機構を備えた操作装置を概略的に示す分解斜視図である。
【図２】図１の触覚呈示機構を説明するための図である。
【図３】図２において一点鎖線で囲んだ部分を拡大して示す要部拡大図である。
【図４】図１の触覚呈示装置の動作を説明するための（ａ）〜（ｃ）図である。
【図５】図１の触覚呈示装置における駆動伝達系の時間的な変化の様子の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
【００１２】
（操作装置の全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、この実施の形態における典型的な触覚呈示機構を備えた操作装置の構成部品を概略的に例示している。この操作装置１は、特に限定されるものではないが、例えば空調装置、オーディオ装置やナビゲーション装置等の車載機器の作動を制御するための操作信号を出力する操作手段である車両用のタッチパネルに好適に用いられる。
【００１３】
図示例による操作装置１は、例えば車室内の図示しないセンターコンソールなどの運転席周辺部に配置されており、同じく図示を省略したディスプレイに配線を介して接続される。
【００１４】
この操作装置１は、操作者の手指でタッチパネルをタッチ操作すると、例えばタッチパネルの表面上の位置がタッチセンサにより検出され、この位置に対応した位置検出信号がディスプレイ上の項目ボタンを選択決定する遠隔操作式の入力装置として構成される。
【００１５】
この操作装置１の外観は、図１に示すように、仕切壁２ａにより上側収容部２ｂ及び下側収容部２ｃに区画形成された樹脂製のボディ２と、ボディ２の上側収容部２ｂを覆う樹脂製のベゼル３と、ボディ２の下側収容部２ｃを覆う樹脂製のカバー体４とを含む三つの部材により構成されている。
【００１６】
このベゼル３は、図１に示すように、開口３ａを有する平面矩形状の板部材により形成されており、その板部材の裏面から突出する４本の脚部３ｂ，…，３ｂを介してボディ２に嵌め込み固定されるように構成されている。一方のカバー体４は、ボディ２の下方開口端部に図示しないビスを介して締付固定されるように構成されている。
【００１７】
このボディ２の上側収容部２ｂ内には、図１に示すように、プッシュ操作可能なタッチパネル１０の構成部品が組み込まれる。ボディ２の下側収容部２ｃ内には、タッチパネル１０のプッシュ操作を可能にするプッシュ操作機構２０と、タッチパネル１０が操作入力を受け付けた際に、操作者の手指に対して振動刺激操作感（ハプティック感）を呈示する触覚呈示機構３０とが組み込まれる。
【００１８】
（タッチパネルの構成）
このタッチパネル１０は、図１に示すように、凹部１１ａを有する矩形枠状のベース１１及び凹部１２ａを有する矩形状のプレート１２の間に、矩形状のタッチセンサ基板１３と矩形枠状のパネル１４とを組み付けることで構成される。このベース１１、プレート１２、タッチセンサ基板１３及びパネル１４は、特に規定するものではないが、樹脂材料により形成されている。
【００１９】
このタッチパネル１０の外周部分には、図１に示すように、矩形枠状のシールド部材１５が覆うように配置される。このシールド部材１５は、制御基板５の接地回路に電気的に接続される。シールド部材１５は、導電性を有する金属材料により形成されている。
【００２０】
このベース１１の凹部１１ａの底面には、図１に示すように、タッチセンサ基板１３が収納され、パネル１４がベース１１に組み付けられる。一方のプレート１２の凹部１２ａの底面には、樹脂材料からなる矩形状のシート１６が張り付けられることで、ベゼル３の開口３ａにシート１６の表面である操作面を露出させた状態で操作可能に配置される。
【００２１】
このタッチセンサ基板１３は、図１に示すように、例えば静電容量を検出する静電容量タッチセンサであり、ベース１１の凹部１１ａの底面に形成された図示しない貫通孔に挿入されるフレキシブルフラットケーブル１７を介して制御基板５に搭載されたコネクタに接続される。シート１６の操作面に対して操作を行い、その操作をタッチパネル基板１３が検出する。
【００２２】
このベース１１には、図１に示すように、ボディ２の仕切壁２ａに貫通して形成された貫通孔に係合する複数の弾性係合片１１ｂ，…，１１ｂがプッシュ操作機構２０側に向けて延在されるとともに、貫通孔に沿って案内移動する複数の案内片１１ｃ，…，１１ｃがプッシュ操作機構２０側に向けて延在されている。
【００２３】
このベース１１には更に、貫通孔を介してタッチパネル１０の往復運動に連動する第１の連結部材である一対の連結片１１ｄ，１１ｄがプッシュ操作機構２０側に向けて延在されている。
【００２４】
（プッシュ操作機構の構成）
このプッシュ操作機構２０は、図１に示すように、プッシュ操作によりタッチパネル１０の下面に接触するプッシュロッド２１と、プッシュロッド２１を弾性的に保持するスプリング２２とを備えている。このプッシュロッド２１及びスプリング２２は、ボディ２の仕切壁２ａに貫通して形成されたロッド挿入孔２ｄを介して図示しない筒状部に挿入されることで、制御基板５に搭載されたプッシュスイッチ６をオンオフ操作可能に保持される。
【００２５】
このプッシュ操作機構２０は、図１に示すように、プッシュ操作時におけるタッチパネル１０の傾き動作を抑制するスタビライザ２３を備える。このスタビライザ２３の両端は、触覚呈示機構３０の一構成部品であるシャフト３６とは交差して、タッチパネル１０の一対の案内片１１ｃのそれぞれに取り付けられることで、シャフト３６の軸回りの傾き動作を抑制する。
【００２６】
（触覚呈示機構の構成）
この触覚呈示機構３０は、タッチパネル１０を介して操作者の手指に触覚刺激操作感触を呈示する触覚呈示手段を備える。この触覚呈示手段は、図１に示すように、駆動伝達機構３１とギヤ機構３５とにより構成されている。
【００２７】
この駆動伝達機構３１は、図１に示すように、正逆回転可能なモータ３２と、モータ出力軸に固定されたピニオン３３とを備えている。このモータ３２は、取付ブラケット３４に保持されており、この取付ブラケット３４を介して制御基板５に搭載される。
【００２８】
一方のギヤ機構３５は、図１に示すように、金属製のシャフト３６と、シャフト３６の両端に固定された一対の樹脂製のギヤ３７，３７とにより構成されている。このシャフト３６は、ボディ２の下側収容部２ｃ内に駆動回転可能に支持される。一対のギヤ３７，３７は、同一の形状及び構造を有する。
【００２９】
このギヤ３７の半円形状をなす周面には、図２及び図３に示すように、モータ３２のピニオン３３と噛み合う複数のギヤ歯が形成されている。このギヤ３７は、モータ３２の回転駆動に連動して、シャフト３６を回転中心として正逆回転するように構成されている。
【００３０】
このギヤ３７の平板面の偏心位置には、図２及び図３に示すように、第２の連結部材である連結ピン３７ａが突出している。この連結ピン３７ａは、ベース１１の連結片１１ｄの側端部に切欠して形成されたピン係合部１８内を往復動（往復微動）可能に連結されている。この連結ピン３７ａと連結片１１ｄとの連結により、タッチパネル１０が往復微動されるように構成されている。なお、連結ピン３７ａに代えて、ローラなどの他の連結部材であってもよい。
【００３１】
ところで、タッチパネル１０と触覚呈示機構３０とが常に連結したままの状態にあるときは、タッチパネル１０の連結片１１ｄと触覚呈示機構３０の駆動伝達機構３１及びギヤ機構３５とがタッチパネル１０のプッシュ操作の抵抗力となり、操作感を損なうことになるので好ましくない。
【００３２】
この実施の形態に係る操作装置１は、操作感とハプティック感とを兼ね備えた触覚呈示機構３０を主要な構成としている。従って、上記のように構成された操作装置１は、この実施の形態に係る一構成例を示しており、その構成部品の形状や構造などは、図示例に限定されるものではない。
【００３３】
図示例にあっては、タッチパネル１０と触覚呈示機構３０との連結を解除する構成が、図２及び図３に示すように、ベース１１のピン係合部１８に備えられている。
【００３４】
このピン係合部１８は、図３に示すように、ベース１１の連結片１１ｄの長手方向は交差する方向に切り欠かれた第１切欠部１８ａと、その第１切欠部１８ａから連結片１１ｄの短辺側に屈曲して切り欠かれた第２切欠部１８ｂと、その第２切欠部１８ｂから連結片１１ｄの長辺側の側端縁に切り欠かれた第３切欠部１８ｃとにより３つの周壁を構成している。この周壁は、連結片１１ｄの長手方向とは交差する方向に向けて開口している。
【００３５】
このピン係合部１８の第１切欠部１８ａと第３切欠部１８ｃとは、図３に示すように、ギヤ３７の連結ピン３７ａの回転軌跡内に配置されており、この第１切欠部１８ａと第３切欠部１８ｃとの間は、タッチパネル１０のプッシュ操作によるストロークよりも大きく設定することが肝要である。
【００３６】
この第３切欠部１８ｃは、タッチパネル１０の基準位置を維持する機能を有している。タッチパネル１０の操作面が基準位置から上側へ上昇して変位する場合があっても、モータ３２の回転力によりギヤ３７の連結ピン３７ａを第３切欠部１８ｃに押し付けることで、タッチパネル１０を基準位置に戻すことが可能となる。
【００３７】
このベース１１のピン係合部１８の形態としては、タッチパネル１０によるプッシュ操作の抵抗力を軽減することが可能な周壁を構成していれば、特に規定されるものではない。このピン係合部１８の他の一例としては、第３切欠部１８ｃを形成することなく、ベース１１の連結片１１ｄの先端隅角部が切り欠かれて切欠部を形成することで、連結片１１ｄの長辺側と短辺側とに向けて開口した二つの周壁からなる構成であっても構わない。
【００３８】
（触覚呈示の動作）
次に、上記のように構成された触覚呈示機構３０について、その動作を説明する。
【００３９】
このギヤ３７の連結ピン３７ａとベース１１の第３切欠部１８ｃとが当接しているときは、図３及び図４（ａ）に示すように、ギヤ３７の連結ピン３７ａとベース１１の第１切欠部１８ａとが互いに離間した位置にあり、タッチパネル１０のプッシュ操作を許容する状態となる。
【００４０】
いま、タッチパネル１０をプッシュ操作すると、ギヤ３７の連結ピン３７ａは、ベース１１の連結片１１ｄのピン係合部１８内を通過する。ベース１１の連結片１１ｄは、ストロークＬ１で移動するが、ギヤ３７の連結ピン３７ａとベース１１の連結片１１ｄとは干渉しない。このため、ギヤ３７は回転しない。
【００４１】
従って、タッチパネル１０のプッシュ操作の抵抗力を軽減することが可能となり、このギヤ３７の連結ピン３７ａとベース１１の第１切欠部１８ａとが離間しているかぎり、ベース１１の連結片１１ｄを移動させても、プッシュ操作可能状態が維持される。
【００４２】
一方、モータ３２のピニオン３３を所定の角度をもって回転させることで、ギヤ３７は、ピニオン３３に噛み合いつつシャフト３６を回転中心として回転する。ギヤ３７の連結ピン３７ａは、ベース１１の第３切欠部１８ｃから第１切欠部１８ａへ向けて、図４（ｂ）に矢印で示す方向に回転する。ギヤ３７の連結ピン３７ａがベース１１の第１切欠部１８ａに当接したとき、この第１切欠部１８ａは、ギヤ３７の連結ピン３７ａにより押し付けられることとなる。
【００４３】
このベース１１の第１切欠部１８ａがギヤ３７の連結ピン３７ａに当接して乗り上げたときは、図４（ｃ）に示すように、タッチパネル１０に触覚を呈示する触覚呈示状態となる。ベース１１の第１切欠部１８ａは、ギヤ３７の連結ピン３７ａを介して押されることから、タッチパネル１０は、ストロークＬ２で移動することとなる。
【００４４】
従って、モータ３２の正逆回転力により、ギヤ３７の連結ピン３７ａを介してベース１１の連結片１１ｄを往復微動させることが可能となる。タッチパネル１０の振動により、操作者の手指に対して垂直な方向の触覚情報としてフィードバックが与えられる。
【００４５】
この触覚情報は、タッチパネル１０からの操作者の手指による操作を示すタッチ信号に応じて、モータ３２に時計回りの回転、及び反時計回りの回転を繰り返す制御信号を出力し、所定の回転角度、及び所定の繰り返し回数をもって、モータ３２が正逆回転方向に回転駆動されることで得られる。
【００４６】
（モータ制御部の構成）
このベース１１におけるピン係合部１８の第１切欠部１８ａと第３切欠部１８ｃとの間は、図４（ａ）に示すように、タッチパネル１０のプッシュ操作によるストロークＬ１分だけ余裕代をもって構成されることから、操作者に振動フィードバックを与える際に、ギヤ３７の連結ピン３７ａがベース１１の第１切欠部１８ａに衝突する衝突音を発生する場合がある。
【００４７】
この実施の形態では、衝突音の発生を防止する制御が制御基板５に搭載された図示しないモータ制御部により実行される。このモータ制御部は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭやモータ駆動回路などの各種の構成要素からなるマイクロコンピュータからなり、タッチパネル１０のタッチ操作により入力されるタッチ信号を受け取り、モータ３２に制御信号を送ることで、モータ３２の正逆回転を制御する。
【００４８】
図５を参照すると、同図には、触覚呈示機構３０における駆動伝達系の時間的な変化の様子の一例が示されている。同図において、符号０（零）は、タッチパネル１０の操作面の基準位置（初期位置）を示しており、その基準位置は、図２〜図４（ａ）に示すベース１１の第３切欠部１８ｃとギヤ３７の連結ピン３７ａとの相対位置に対応している。
【００４９】
グラフ中の折れ線は、ギヤ回転角度を距離に換算したギヤ位置を表している。グラフ中の時点ｔ０〜ｔ１におけるギヤ位置は、図４（ａ）から図４（ｂ）に至る触覚呈示機構３０の動作に、時点ｔ１〜ｔ２におけるギヤ位置は、図４（ｂ）から図４（ｃ）に至る触覚呈示機構３０の動作に、時点ｔ２〜ｔ３におけるギヤ位置は、図４（ｃ）から図４（ａ）に至る触覚呈示機構３０の動作にそれぞれ対応して表している。
【００５０】
このモータ制御部は、図５に示すように、モータ３２の減速回転を開始する時点ｔ０からモータ３２の減速回転を完了する時点ｔ１までの一定の区間内で、ギヤ３７の連結ピン３７ａとベース１１の第１切欠部１８ａとの対向面間の詰めを行うための所定のトルク指示値をモータ３２に出力する。
【００５１】
この時点ｔ０〜ｔ１においては、図５に示すように、モータ制御部がモータ３２を相対的に遅く回転駆動させ、詰め完了直前にはモータ３２の回転駆動を減速させるように制御する。この減速制御により、ベース１１の連結片１１ｄに干渉することなくピニオン３３及びギヤ３７だけが駆動回転することで、ギヤ３７の連結ピン３７ａとベース１１の第１切欠部１８ａとの対向面間の詰めが行われる。
【００５２】
上記のように構成されたモータ制御部により、ギヤ３７の連結ピン３７ａとベース１１の第１切欠部１８ａとの対向面間の詰めを緩やかに行うことができるようになり、その詰め時における衝撃や衝撃音などの発生を防止することが可能となる。
【００５３】
この詰めが完了すると、時点ｔ１〜ｔ２の一定の区間内で、モータ制御部がモータ３２に振動フィードバック制御信号を送ることで、モータ正回転駆動状態からモータ逆回転駆動状態に変化する。この振動フィードバック制御により、ベース１１の連結片１１ｄとピニオン３３及びギヤ３７とが一緒に動作する。
【００５４】
そして、時点ｔ２〜時点ｔ３の区間内では、ギヤ３７の連結ピン３７ａがベース１１の連結片１１ｄに干渉することなくピニオン３３及びギヤ３７だけが逆方向に駆動回転することで、タッチパネル１０の操作面が基準位置となる初期の停止位置に戻される。なお、この一連の操作は、特に限定するものではないが、約１００ｍｓ程度で実行される。
【００５５】
このモータ制御部は、触覚呈示する際に、タッチパネル１０の操作面の高さとなる位置を磁気式や光学式などのエンコーダ等の図示しない位置検出部により監視している。この位置検出部が出力する位置検出信号を基準とするタイミングで、モータ３２の停止処理が実行される。
【００５６】
その一例としては、特に限定するものではないが、タッチパネル１０の操作面の高さとなる位置は、例えばベース１１の連結片１１ｄが基準位置に戻ったか否かを位置検出部により監視し、ベース１１が基準位置に戻ったならば、モータ制御部によりモータ３２の停止処理が行われる。
【００５７】
（実施の形態の効果）
以上のように構成された実施の形態に係る操作装置１は、上記効果に加えて、次の効果が得られる。
【００５８】
（１）触覚フィードバックが必要なときは必要な方向のみにハプティック感を発生することを可能とした構成が効果的に得られる。
（２）プッシュ操作機構２０によるプッシュ操作の抵抗力を軽減することができるようになり、良好な操作感が得られる。
（３）モータ３２のコギングトルクを軽減することが可能となり、コギングトルクに伴う衝撃音や振動などが少ない駆動を実現することが可能となる。
（４）触覚呈示機構３０とタッチパネル１０との連結を解除する特別な機構を設ける必要がない。そのため、操作装置全体の大型化や複雑化などを回避することが可能となる。
（５）ギヤ３７の連結ピン３７ａがベース１１の第１切欠部１８ａに衝突する衝突音を軽減するための消音部材などの部品や機械的な格別な機構を必要とせずに、適切に抑制することができる。
（６）格別な機構を使用しないので、部品点数を増やすことなく、構造が簡素化できる。そのため、組立工数の増加や各部品相互間の取付けを調整する作業の煩雑化等を防止することができる。
【００５９】
［変形例］
以上より、本発明における操作装置１の代表的な構成例を実施の形態、変形例、及び図示例を挙げて説明したが、次に示すような他の変形例も可能である。
【００６０】
（１）上記触覚呈示手段は、車載機器に限らず、例えばゲーム機、パーソナルコンピュータや携帯電話機などの各種の端末装置に適用することができることは勿論である。
（２）タッチパネルを備えていない各種のスイッチ装置であっても、操作者の手指に触覚刺激操作感触を呈示することは可能であり、上記触覚呈示手段は、例えばマウス装置、キーボードや操作ノブなどにも適用することができる。
（３）上記触覚呈示手段は、例えば使用目的などに応じて配置個数、配置位置や配置形態などを適宜に選択すればよく、本発明の初期の目的を達成することができる。
【００６１】
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態、変形例及び図示例を例示したが、上記実施の形態、変形例及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記実施の形態、変形例及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００６２】
１…操作装置、２…ボディ、２ａ…仕切壁、２ｂ…上側収容部、２ｃ…下側収容部、２ｄ…ロッド挿入孔、３…ベゼル、３ａ…開口、３ｂ…脚部、４…カバー体、５…制御基板、６…プッシュスイッチ、１０…タッチパネル、１１…ベース、１１ａ，１２ａ…凹部、１１ｂ…弾性係合片、１１ｃ…案内片、１１ｄ…連結片、１２…プレート、１３…タッチセンサ基板、１４…パネル、１５…シールド部材、１６…シート、１７…フレキシブルフラットケーブル、１８…ピン係合部、１８ａ…第１切欠部、１８ｂ…第２切欠部、１８ｃ…第３切欠部、２０…プッシュ操作機構、２１…プッシュロッド、２２…スプリング、２３…スタビライザ、３０…触覚呈示機構、３１…駆動伝達機構、３２…モータ、３３…ピニオン、３４…取付ブラケット、３５…ギヤ機構、３６…シャフト、３７…ギヤ、３７ａ…連結ピン
【図１】
2014101012.tif 000003
【図２】
2014101012.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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