(57)【要約】  本発明は、化学分析器用または生化学分析器用撹拌機（１）に関し、撹拌機（１）は、ヘッド部（４ａ）と胴体部（４ｂ）と自由端部（４ｃ）とを有するピペット（４）を備えている。ピペット（４）のヘッド部（４ａ）は、ヘッド支持ブロック（５）に固定されている。また、本発明による撹拌機（１）は、ピペット（４）の自由端部（４ｃ）の振動動作を引き起こす駆動部を備えている。この駆動部は、フレーム（２）に固定された作動ユニット（３）からなり、これらのフレーム（２）および作動ユニット（３）は、偏心ブロック（９ｂ）を有するガイドブロック（９）と当接し、この偏心ブロック（９ｂ）は、軸（１０）を中心に回動自在に取り付けられるとともに、ピペット（４）の胴体部（４ｂ）と当接している。また、ヘッド支持ブロック（５）は、ピペット（４）が振動する平面と垂直な軸（７）を中心に回動自在にフレーム（２）に取り付けられている。
2007508136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学分析器用または生化学分析器用撹拌機（１）において、
胴体部（４ｂ）と、自由端部（４ｃ）と、ヘッド支持ブロック（５）に固定されたヘッド部（４ａ）とを有する少なくとも一つのピペット（４）と、
ピペット（４）の自由端部（４ｃ）を振動させるための駆動手段と、を備え、
駆動手段は、フレーム（２）に固定され、ピペット（４）の胴体部（４ｂ）と連動するガイドブロック（９）に当接する作動ユニット（３）を有し、
ヘッド支持ブロック（５）は、ピペット（４）が振動する平面と垂直な軸（７）を中心に回動自在にフレーム（２）に取り付けられていることを特徴とする化学分析器用または生化学分析器用撹拌機（１）。
【請求項２】
ガイドブロック（９）は、作動ユニット（３）の軸（１９）に固定された接続ブロック（９ａ）と、接続ブロック（９ａ）に固定され、ピペット（４）の胴体部（４ｂ）に当接するとともに、軸（１０）を中心に回動自在に取り付けられた偏心ブロック（９ｂ）とを有していることを特徴とする請求項１に記載の化学分析器用または生化学分析器用撹拌機（１）。
【請求項３】
ピペット（４）の胴体部（４ｂ）が偏心ブロック（９ｂ）内を貫通していることを特徴とする請求項２に記載の化学分析器用または生化学分析器用撹拌機（１）。
【請求項４】
偏心ブロック（９ｂ）の軸（１０）は、作動ユニット（３）の軸（１９）に対して約０．１ｍｍずらして設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の化学分析器用または生化学分析器用撹拌機（１）。
【請求項５】
作動ユニット（３）は、ＤＣモータからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の化学分析器用または生化学分析器用撹拌機（１）。
【請求項６】
前記駆動手段は、前記ＤＣモータの速度、加速度、または作動時間を調整する手段を有していることを特徴とする請求項５に記載の化学分析器用または生化学分析器用撹拌機（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学分析器用または生化学分析器用撹拌機に関し、この撹拌機は、胴体部と自由端部とヘッド支持ブロックに固定されたヘッド部とを有する少なくとも１つのピペットと、ピペットの自由端部を振動させるための駆動手段とを備え、駆動手段は、フレームに固定され、ピペットの胴体部と連動するガイドブロックに当接する作動ユニットを有している。
【背景技術】
【０００２】
化学分析器または生化学分析器は、いくつかのモジュールから構成されており、とりわけサンプルと反応物とを混合させる撹拌機を有している。既存の熱量測定による化学分析器または生化学分析器の先細形状からなる反応槽は、透明な材質からなる壁面を有し、その体積は通常５００μｌ未満である。このような分析は、反応槽の下部壁面の透明性と反応媒体のメニスカス表面の透明性とにより、目視により行なわれる。また、断面矩形形状からなる反応槽も用いられ、この場合、反応槽の垂直壁を水平に目視することにより分析が行なわれる。これにより、メニスカスに関する問題と泡に関する問題とを除去することができるが、撹拌が不十分な場合には、沈殿作用により重大な問題が生じる。
【０００３】
化学分析器用または生化学分析器用撹拌機には、反応媒体を最適に撹拌するために、以下のようないくつかの基本要件が求められる。
繰り返しが可能なシステム：撹拌機は、連続撹拌中における外乱作用を最小化するように設計されなければならない。
−  再現可能なシステム：必要に応じてユーザーがピペットを交換できなければならず、また、ピペットの交換によっても撹拌特性が維持されなければならない。さらに、長時間が経過した後における撹拌機性能の安定性にも注意が払われなければならない。
−  汚染の最小化：反応媒体と接触する部分は極力少なくしなければならず、これらの接触部分は、それぞれ表面粗さが最小でなくてはならない。
−  高い撹拌効率：撹拌の質は、分析結果の再現可能性に直結する。このため、撹拌パラメータを調整できることが必須の要件となる。
−  泡の不存在：例えばピペット等の撹拌機の構成要素と反応媒体との間において、キャビテーション現象により泡が生じる。このため、撹拌速度、撹拌振幅、および粘度というような因子が調整できなければならない。
−  目視測定する分析者、とりわけ透明な反応媒体を用いる分析者のために、メニスカス形状が対称であること：光線は、理想的な対称的なメニスカスにより最も適切に伝播されるため、撹拌システムはこのような形状を有する必要がある。
【０００４】
化学分析または生化学分析に関し、いくつかの異なるタイプの撹拌機が存在する。すなわち、電磁式撹拌機、回転式撹拌機、または圧電式撹拌機である。ＷＯ−Ａ−０１／３６８９２号公報には、ピペットに拍動動作を生じさせる撹拌機が開示されている。これは、電磁石により機械的な振動を発生させてピペットを交互に振動動作させ、これにより反応媒体を撹拌するものである。このようにピペットを強制的に振動させる振動数は、電磁石の強度により調整可能である。このような撹拌機は、既存の撹拌機と同様、ピペットの戻り力を利用するものである。すなわち、ピペットに圧力が加えられ、ピペットの柔軟性により振動が発生する。ピペットは、最初に、例えば電磁石により作動させられ、このような圧力が加えられることにより、ピペットは振動動作を継続する。このようにして、ピペットは強制的に振動させられながら作動し、この振動によりピペット上の摩擦抵抗が増加するとともに、振動による共振領域の周囲における感度を増加させる。したがって、ピペットの摩耗を招くとともに、撹拌状態が悪化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述したような欠点が存在しない装置、とりわけ泡を発生させることなく、かつ反応混合物を保持するメニスカスの形状を維持しながら、効率的に撹拌できる化学分析器用撹拌機または生化学分析器用撹拌機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、添付の特許請求の範囲に記載されている装置により上述の目的を達することができる。また、とりわけヘッド支持ブロックは、ピペットが振動する平面と垂直な軸を中心に回動自在にフレームに取り付けられている。
【０００７】
また、本発明によれば、ガイドブロックは、作動ユニットの軸に固定された接続ブロックと、接続ブロックに固定され、ピペットの胴体部に当接するとともに、軸を中心に回動自在に取り付けられた偏心ブロックとを有している。
【０００８】
本発明の他の効果および本発明の特徴は、これのみに制限されることのない一の具体例として添付図面に示す、以下に述べる本発明の一実施の形態により更に明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
一実施の形態
図１において、撹拌機１は、作動ユニット３が取り付けられたフレーム２を備えており、このうち作動ユニット３は、ＤＣモータからなるのが好ましく、またとりわけ作動ユニット３は、速度、加速度、および／または作動時間を調整する手段を有していることが好ましい。また撹拌機１は、通常、ヘッド部４ａと、胴体部４ｂと、自由端部４ｃとを有するピペット４を備えている。ピペット４のヘッド部４ａは、例えば留めねじ６等の適切な固定手段により、ヘッド支持ブロック５に取り付けられている。ヘッド支持ブロック５は、フレーム２に、例えばフレーム２内に挿着された一式の軸受８等の取付手段を介して、軸７を中心に回動自在に取り付けられている。軸受８としては、例えばボールベアリングやローラベアリングが用いられる。ピペット４の胴体部４ｂをガイドするガイドブロック９は、駆動ユニット３に固定されている。ガイドブロック９は、接続ブロック９ａと偏心ブロック９ｂとを有しており、このうち接続ブロック９ａは、例えば留めねじ等からなる適切な固定手段により、駆動ユニット３の軸１９上に取り付けられている。なお、接続ブロック９ａと駆動ユニット３とは同軸上に設けられている。また、偏心ブロック９ｂは、接続ブロック９ａに固定され、接続ブロック９ａ内に挿着された一式の軸受１１により、軸１９に平行な軸１０周りに回動自在に取り付けられている。図１乃至１１に示す本実施の形態において、ピペット４の胴体部４ｂは偏心ブロック９ｂ内を貫通している。したがって、偏心ブロック９ｂは穴１２が形成されており、ピペット４の胴体部４ｂは、穴１２内を自在に滑動することができる。駆動ユニット３、ヘッド支持ブロック５、およびピペット４は、図１に示すようにフレーム２と同一の側に配設されているのが好ましい。
【００１０】
図２は、図１に示す撹拌機１の上部の部分拡大図であり、図１に示す本実施の形態をより正確に示す図である。この場合、偏心ブロック９ｂの軸１０は、駆動ユニット３の軸１９に対してｅ１の値が約０．１ｍｍとなるようにずらして設けられている。したがって、偏心ブロック９ｂの軸と接続ブロック９ａの軸との間のずれは極めて小さい。このような形式の化学分析器または生化学分析器は微量の対象物を分析するように設計され、また撹拌機１は、１滴または２滴を超えない量の対象物を、反応媒体１３中で撹拌するように設計されている。
【００１１】
図３および図４に示すように、反応媒体１３は容積の小さい受容体１４内に充填されている。これら２つの図は、図１に示す平面と垂直な方向からの図であり、撹拌機１の動作中におけるピペットの振動面を示す図である。垂直軸１５は水平軸１６とともに、接続ブロック９ａの基準軸となっている。接続ブロック９ａの回動軸１９は、駆動ユニット３の回動軸にもなっており、上述したピペット４の振動する面とは垂直な面となっている。したがって、軸１５と軸１６と接続ブロック９ａの回動軸１９とは、それぞれ接続ブロック９ａの基準軸を形成する。
【００１２】
図３および図４は、ピペット４の自由端部４ｃが受容体１４に接触しないような両限界端の位置を示しており、図３および図４がそれぞれ左限界端の位置および右限界端の位置を示す。最適な撹拌特性を得るために、ピペット４の動作振幅は、軸１６の高さ水準における中心両側のｅ２の値が約０．１ｍｍを上回らないようになっている。これらの図において、中心位置は垂直軸１５で示されている。このように、偏心ブロック９ｂの偏心度が小さいことにより、反応媒体１３を最適な撹拌特性で撹拌し続けることができる。この最適な撹拌特性とは、とりわけ汚染が最小化され、泡が存在せず、再現性が良い撹拌特性である。
【００１３】
図５乃至図７は、図３および図４に示す撹拌機１上部の、部分拡大側面図である。より読みやすく、より理解しやすいように、駆動ユニット３、受容体１４および反応媒体１３は図示されていない。ここで図５は、ピペット４の振動面における左限界端を示す。この振動面はフレーム２と平行であり、接続ブロック９ａおよび駆動ユニット３の軸１９と垂直であり、したがって偏心ブロック９ｂの軸１０とも垂直である。図５に示すように、ピペット４の左限界端において、偏心ブロック９ｂの中心部は水平軸１６に沿ってずれ、垂直軸１５に対して左側にずれて位置している。このずれの量は、例えば約０．１ｍｍである。ピペット４は、ヘッド支持ブロック５に固定され、ヘッド支持ブロック５の軸７に対して右方向に回動する。またピペット４は、ピペット４の振動平面に対して垂直に配置されており、鉛直方向の基準軸１５と第１角度Ｘ１をなす。
【００１４】
図６は、ピペット４が振動平面の中心に位置する場合を示す。この中心位置において、偏心ブロック９ｂの中心と垂直方向の基準軸１５とのずれは存在しない。同様に、ピペット４の胴体部４ｂは、垂直軸１５と同一直線上に配置されている。また、ヘッド支持ブロック５は中心位置に配置されている。
【００１５】
図７は、ピペット４の振動面における右限界端を示す。この限界端の位置において、偏心ブロック９ｂの中心部は水平軸１６に沿ってずれ、垂直軸１５に対して右側に位置している。このずれの量は、上述した左限界端の場合と実質的に同一である。ヘッド支持ブロック５は、ヘッド支持ブロック５の軸７に対して左方向に回動し、ピペット４は、垂直方向の基準軸１５に対して、第２角度Ｘ２を形成する。この第２角度Ｘ２は、第１角度Ｘ１と反対方向であるが実質的に同一の大きさの角度である。
【００１６】
このような撹拌機の作用について、図８乃至図１０を用いて更に詳細に説明する。駆動ユニット３は、速度、加速度、および／または作動時間を制御するシステムを有していることが好ましい。まず、図８に示す位置において、駆動ユニット３は、反応媒体１３へ伝える混合強度に対応する所定の速度で矢印Ｒ方向に回転を開始する。この際、駆動ユニット３は、駆動ユニット３の軸１９に固定された接続ブロック９ａを駆動させる。接続ブロック９ａは、駆動ユニット３と同軸上に設けられているため、駆動ユニット３の軸１９周りを回動する。上述したように、軸１９から値ｅ１だけずらして接続ブロック９ａに取り付けられた偏心ブロック９ｂは、軸１０周りを自在に回動できるように接続ブロック９ａ内に取り付けられている。偏心ブロックの役割は、連続的な回転運動を往復する直線運動に変換する機能をもつことである。したがって、接続ブロック９ａは、駆動ユニット３の軸１９による単一の回転動作により作動する。この際、接続ブロック９ａは、軸１９周りを回動するように偏心ブロック９を駆動させる。一方、偏心ブロック９ｂは、軸１０周りに回動自在に取り付けられている。また、偏心ブロック９ｂ内部をピペット４の胴体部４ｂが貫通しており、ピペット４は、角度Ｘ１だけ軸１０周りを回動する。次に、偏心ブロック９ｂはピペット４を軸７周りに旋回させ、ピペット４の胴体部４ｂは、偏心ブロック９ｂの穴１２内を滑動する。その後、撹拌機１は、図９に示すように左限界端に位置し、この際ピペット４は軸１５と角度Ｘ１を形成する（図５）。
【００１７】
図８乃至図１１において、ピペット４の点１８の位置が×印で示されている。軸７と点１８との間の距離は常に一定である。図８において、点１８は、偏心ブロック９ｂの壁面と垂直軸１５との交点に配置されている。
【００１８】
図９に示すように、ピペット４が左限界端の位置に達した際、点１８は既に偏心ブロック９ｂと当接していない。これはピペット４がスライドすることを意味し、ピペット４の胴体部４ｂは、垂直軸１５に対して角度Ｘ１を形成する。また、軸１０は垂直軸１５に対してｅ２だけずれている。
【００１９】
その後、接続ブロック９ａは軸１９周りを回動し続け、偏心ブロック９ｂは、接続ブロック９ａにより駆動され、角Ｘ１と実質的に同一の角度だけ軸１０周りを回動する。このようにして、偏心ブロック９ｂは、ピペット４を軸７周りにおいて旋回させ、ピペット４の胴体部４ｂを偏心ブロック９ｂの穴１２内に滑動させる。その後、撹拌機１は、図１０に示すように中心位置に達する。この際、偏心ブロック９ｂは、軸１６よりｅ１だけ下方に位置し、また軸１５と同軸上に位置する。この中心位置において、図８に示す場合と異なり、点１８は偏心ブロック９ｂと当接していない。これはピペット４がスライドすることを意味し、この際ピペット４の胴体部４ｂは、垂直軸１５と同軸上に位置する。
【００２０】
その後、接続ブロック９ａは軸１９周りを回動し続け、偏心ブロック９ｂは、接続ブロック９ａにより駆動され、角Ｘ２だけ軸１０周りを回動する。このようにして、偏心ブロック９ｂは、ピペット４を軸７周りにおいて旋回させ、ピペット４の胴体部４ｂを偏心ブロック９ｂの穴１２内に滑動させる。その後、撹拌機１は、図１１に示すように右限界端の位置に達し、この際ピペット４は軸１５と角度Ｘ２を形成する（図７）。図１１に示すように、ピペット４が右限界端の位置に達した際、点１８は偏心ブロック９ｂと当接していない。これはピペット４がスライドすることを意味し、ピペット４の胴体部４ｂは、垂直軸１５に対して角度Ｘ２を形成する。また、軸１０は垂直軸１５に対してｅ２だけずれている。
【００２１】
最後に、接続ブロック９ａは軸１９周りを回動し続け、偏心ブロック９ｂは、接続ブロック９ａにより駆動され、角Ｘ２と実質的に同一の角度だけ軸１０周りを回動し、図８に示す初期位置に復帰する。
【００２２】
上述した連続的な位置の変化は、接続ブロック９ａの全周回転に対応する。このような接続ブロック９ａの全周回転により、ピペット４の往復運動が実現される。このような周期運動により繰り返しの往復動作を生じさせ、振り子動作を生じさせる。
【００２３】
このような動作の更なる詳しい理解のため、ヘッド支持ブロック５およびピペット４が垂直軸１５と形成する角度Ｘの変化を、図１２乃至１４に誇張した態様で示す。図１２は、ピペット４の当初の中央位置を示しており、この場合、ピペット４は垂直となる（図６）。また図１３は、ピペット４の左限界端の位置を示しており、この場合、ピペット４は垂直軸１５と第１角度Ｘ１を形成する（図５）。さらに図１４は、ピペット４の右限界端の位置を示しており、この場合、ピペット４は垂直軸１５と第２角度Ｘ２を形成し、この第２角度Ｘ２は、第１角度と反対方向であるが実質的に同一の角度である（図７）。
【００２４】
実際上、ピペット４の自由端部４ｃの動作に必要となる振幅に基づいて偏心度を調節することは好ましくない。実際、機械的なハンドリングを行なうことにより生ずる問題、とりわけ再現性の問題を回避するために、偏心ブロック９ｂは接続ブロック９ａにしっかりと固定されることが好ましい。その理由は、駆動ユニット３が調節システム（図示せず）を有していることが好ましいためである。すなわちモーターの速度、加速度、および／または作動時間が調節可能となっているのが好ましい。モーターの加速度および減速度を調節することにより、振り子動作中の特定の瞬間においてピペット４に生じる可能性がある共振現象を除去または減少させることができる。このようにして、最適な撹拌特性を維持しながら、ピペット４または偏心ブロック９ｂを機械的に調整することなく、強度および時間を変えて撹拌することができる。
【００２５】
好ましい実施の形態において、ヘッド支持ブロック５の軸７とピペット４の自由端部４ｃとの間の距離は、約１２６．２５ｍｍであり、ヘッド支持ブロック５の軸７と駆動ユニット３の軸との間の距離は、約２３．７５ｍｍである。ピペット４が中央位置にある場合において、ピペット４の垂直軸は、フレーム２から約５ｍｍ離されている。
【００２６】
このようにして、偏心ブロック９ｂは、接続ブロック９ａの回転動作をピペット４の往復動作に変換し、ピペット４は振り子動作を行なう。ピペット４のヘッド部４ａは、フレーム２自体には固定されていないが、ヘッド支持ブロック５には固定されており、また、このヘッド支持ブロック５は、例えばフレーム２内に挿着された軸受８等の取付手段により、軸７を中心に回動自在に取り付けられている。このような構成により、上述の振り子動作が実現される。ピペット４の胴体部４ｂは偏心ブロック９ｂにより駆動されて穴１２内部を滑動し、ピペット４のヘッド部４ａは、支持ブロック５に固定されており、また同時に軸７を中心に回動する。したがって、このような振り子動作を生み出す上述の２つの動作の組合せにより、本実施の形態は、従来の撹拌機と比較して以下のような利点を有している。
−  ピペット４の胴体部４ｂの摩擦抵抗が少ないことにより、撹拌周期が１００Ｈｚを上回ることができ、撹拌効率を向上させることができる。
−  振り子構造を有していることにより、ピペット４を強制振動させるようにピペット４が剛性を有する必要がなく、また、振り子構造により広い範囲の動作が可能となる。
−  軸受８および１１により摩擦抵抗を減らすことができ、寿命を延ばすことができる。
−  摩擦抵抗が少ないことにより、繰り返し性が向上する。
−  撹拌機１の動作がピペット４の特性にほとんど依存しないことにより、再現性が改善される。
−  ピペット４を交換するために特別な技能が必要とされない。
【００２７】
振り子動作による撹拌機の性能は、電磁式撹拌機の性能より３つ以上の点において改良されている。
【００２８】
本発明は、上述した実施の形態に限られない。とりわけ、駆動ユニットは他の任意の形式の作動ユニットと置き換えることができる。
【００２９】
ピペット４の胴体部４ｂは、偏心ブロック９ｂ内を滑動するのではなく、単に偏心ブロックと接触し続けるようにしても良い。この場合、偏心ブロック９ｂは、一組のボールベアリングからなることが好ましい。また、調節されたばねにより、ピペット４とボールベアリングとが確実に接触するようになっている。このような構成により、偏心ブロックにより生じる摩擦を取り除くことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による撹拌機の第１の実施の形態を示す側面断面図。
【図２】図１に示す撹拌機上部の部分拡大図。
【図３】ピペットの動作中における振動面を示す図１の撹拌機の側面図。
【図４】ピペットの動作中における振動面を示す図１の撹拌機の側面図。
【図５】図１に示す撹拌機上部の、駆動ブロックを除いた部分拡大図であり、ピペットが左位置にある場合を示す側面図。
【図６】図１に示す撹拌機上部の、駆動ブロックを除いた部分拡大図であり、ピペットが中央位置にある場合を示す側面図。
【図７】図１に示す撹拌機上部の、駆動ブロックを除いた部分拡大図であり、ピペットが右位置にある場合を示す側面図。
【図８】図１に示す撹拌機の駆動ブロックの４つの位置のうちの１つを概略的に示す側面図。
【図９】図１に示す撹拌機の駆動ブロックの４つの位置のうちの１つを概略的に示す側面図。
【図１０】図１に示す撹拌機の駆動ブロックの４つの位置のうちの１つを概略的に示す側面図。
【図１１】図１に示す撹拌機の駆動ブロックの４つの位置のうちの１つを概略的に示す側面図。
【図１２】図３および４に示す撹拌機の動作中におけるヘッド支持ブロックの３つの位置のうちの１つを概略的かつ誇張して示す部分拡大側面図。
【図１３】図３および４に示す撹拌機の動作中におけるヘッド支持ブロックの３つの位置のうちの１つを概略的かつ誇張して示す部分拡大側面図。
【図１４】図３および４に示す撹拌機の動作中におけるヘッド支持ブロックの３つの位置のうちの１つを概略的かつ誇張して示す部分拡大側面図。
【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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【国際調査報告】
2007508136.tif 000017
2007508136.tif 000018
2007508136.tif 000019
2007508136.tif 000020