(57)【要約】布状タッチセンサは、第１及び第２の導電層、並びに、前記第１及び第２の層の中間に第３の層を有する。第３の層は、圧電性抵抗物質を有して被覆される非導電性布地を有する。望ましい一実施例では、圧電性抵抗物質は、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの配置を形成するよう非導電性の第３の層上に被覆される。第１、第２及び第３の層は、一連の直線において共に接合され、該線は、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロック間において通る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の外側導電層と、前記第１及び第２の層の中間にある第３の層とを有する布状のタッチセンサであって、
前記第３の層は、圧電性抵抗物質を有して被覆された非導電性布地を有する、
タッチセンサ。
【請求項２】
前記圧電性抵抗物質は、前記非導電性の第３の層上では非連続的ある、
請求項１記載のタッチセンサ。
【請求項３】
前記圧電性抵抗物質は、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの配置を形成するよう、前記非導電性の第３の層上に被覆される、
請求項２記載のタッチセンサ。
【請求項４】
前記第１、第２、及び第３の層は、圧電性抵抗物質が存在しない場所において共に接合される、
請求項２又は３記載のタッチセンサ。
【請求項５】
前記第１、第２、及び第３の層は、一連の直線において共に接合され、前記線は、前記定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの間において通る、
請求項３に追加された請求項４記載の第２のタッチセンサ。
【請求項６】
第４の層を更に有し、前記第４の層は、可視の印が備えられる、
請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のタッチセンサ。
【請求項７】
２組の電極を更に有し、第１の組は前記第１の外側層に対して接続され、第２の組は前記第２の外側層に対して接続され、
前記電極の組は、互いに対して垂直である、
請求項１乃至６のうちいずれか一項記載のタッチセンサ。
【請求項８】
前記電極の組に対して接続される電子回路を更に有する、
請求項７記載のタッチセンサ。
【請求項９】
布状タッチセンサを製造する方法であって、
第１及び第２の導電層を受ける段階と、圧電性抵抗物質を有して被覆された非導電性布地を有する第３の層を受ける段階と、前記第３の層が前記第１及び第２の層の中間にあるよう前記層を形成する段階と、を有する、
方法。
【請求項１０】
前記非導電性の第３の層を受ける段階に先立ち、前記圧電性抵抗物質を有して前記第３の層を被覆する段階を更に有する、
請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記圧電性抵抗物質を有する前記第３の層の前記被覆段階は、非連続的である前記非導電性の第３の層上に圧電性抵抗物質の被覆を作る、
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記圧電性抵抗物質を有する前記第３の層の前記被覆段階は、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの配置を形成する前記非導電性の第３の層上の圧電性抵抗材料の被覆を作る、
請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記層の前記形成段階に先立ち、第４の層を受ける段階を更に有し、前記第４の層は、可視の印を備えられる、
請求項９乃至１２のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項１４】
前記層の前記形成段階は、圧電性抵抗物質が存在しない場所において前記層と共に接合する段階を有する、
請求項９乃至１３のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項１５】
前記層の前記形成段階は、一連の直線において前記層と共に接合する段階を有し、
前記線は、前記定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの間において通る、
請求項１２に追加される請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記層に対して２組の電極を加える段階を更に有し、第１の組は前記第１の外側層に対して接続され、第２の組は前記第２の外側層に対して接続され、前記電極の組は、互いに対して垂直である、
請求項９乃至１５のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項１７】
前記電極の組に対して電子回路を接続する段階、を更に有する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、布状のタッチセンサ、及び布状のタッチセンサを製造する方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
フレキシブルキーボード上のボタン等のタッチセンサを複数層の布地構造から与えることは、既知である。例えば、米国特許第２００２／０１８０５７８号明細書（特許文献１）は、手による加圧等の機械的相互作用の位置を検出するよう配置された位置センサを開示する。第１のファブリック層は、該層に沿って全ての方向における伝導を可能にする第１の導電性の外側層を与えるよう機械加工された導電性の繊維を有する。第２のファブリック層は、該層に沿って全ての方向における伝導を可能にする第２の導電性の外側層を与えるよう機械加工された導電性の繊維を有する。中心層は、第１の外側層と第２の外側層との間に配置される。中心層は、導体素子を有する。第１の絶縁分離素子は、第１の導電性外側層と導体素子との間に配置される。第２の絶縁分離素子は、第２の導電性外側層と導体素子との間に配置される。導体素子は、機械的相互作用の位置において第１の導電性外側層と第２の導電性外側層との間に導電性パスを与える。この５層構造は、センサ上の押圧の位置及び表面積を測定する。圧力の範囲の直接測定は、可能ではない。指が加える圧力は、小さな圧力値に対してのみ、測定された表面積から差し引かれ得る。
【０００３】
特許文献１において、他の位置センサが図１０中に断面図で示される。中心層は、外側層を分離し、上述された種類のものである。中心層は、導電繊維及び絶縁繊維の混合を有するフェルト加工された（不織布）ファブリックである。導電繊維は、中心層の厚さより短くあるよう製造され、したがって導電繊維は、圧迫されていない際、完全に中心層を介して延在する。更には、非導電繊維に対する導電繊維の比率は、中心層の厚さを介する又は中心層に沿った導電性パスがないようにされる。したがって、外力がセンサに対して加えられていない位置及び中心層が圧迫されていない位置において、中心層における複数の導電繊維は、外側層と接触し得るが、導電性パスは外側層の間に存在しない。外部印加力がセンサを押圧する際、該力は３つの層を密接させ、中心層における導電繊維は外側導電層と電気的に接触する。加えて、中心層内の導電繊維は、他のかかる繊維と接触し、故に導電性パスは２つの外側層の間で中心層を介して形成される。更には、該力が増大されるため、該層は更に圧迫され、導電繊維は、他のかかる繊維と更に接続し、外側層の間の抵抗は低減される。センサが折り曲げられ、その内面に近い中心層内で局所的伝導領域を作る場合、該伝導領域は層を介して延在せず、導電性パスは形成されない。この構造は、機械的相互作用が範囲及び力を有する適用された機械的相互作用の位置を検出するよう位置センサを有する。３層構造は、印加圧力の位置及び範囲の両方を測定する。しかしながら、中心層は、一貫して均一であり、その構造の異なる部分において異なる電気的特性を与えるよう調整され得ない。
【０００４】
更なる他の一実施例は、図１３の断面図において示される。この図中のセンサは、中心ファブリック層によって分離された、上述された種類の外側層を有する。導電外側層は、非導電性接着剤ドットのアレイによって中心層に対して取り付けられる。中心層は、ドットのアレイを作るよう導電性インク等の導電性の印刷可能な物質を糸目の粗い織り（ｏｐｅｎ  ｗｅａｖｅ）構造を有する絶縁ファブリック上へと印刷することによって製造される（あるいは、編まれたファブリック又は不織布ファブリックは、糸目の粗い構造の織り方の代わりに使用され得る）。インクは、ファブリックの厚さを浸み通り、ファブリック層の厚さを介して導電性パスを与える導電性の島状部分のアレイを作る。ドットのパターン及び間隔が非導電性の島状部分のパターン及び間隔とは異なって選択されるため、干渉効果障害を有する潜在的な問題及び同期重畳は避けられる。典型的には、絶縁ドットは、３ミリメートルの間隔を有し、導電性の島状部分は、１．３ミリメートルの間隔を有する。したがって前述されたようなセンサは、折り畳まれた外側導電層の間に導電性パスを作ることなく折り畳まれ得ると同時に、適切に小さい外部印加力が外側層を中心層と接触させ得、続いて外側の２つの層の間に導電性パスを与える、構造を有する。このセンサは、３つの層を有し、その上での押圧の位置及び面積を測定するが、押圧の範囲の直接の測定は可能ではない。該構造はまた、２つの外側層から中心層の間隔を空ける必要があるため複雑にされ、非導電性接着剤ドットを与えることによって達成される。これによって、装置及び装置の構築の複雑性が増大する。
【特許文献１】米国特許第２００２／０１８０５７８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって本発明は、既知の装置の改良である３層タッチセンサを与える、ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の態様によれば、第１及び第２の外側導電層、及び第１及び第２の層の中間にある第３の層を有する布状のタッチセンサが与えられる。第３の層は、圧電性抵抗物質を有して被覆された非導電性布地を有する。この圧電性抵抗物質の電気伝導性は、それに印加される圧力に依存する。
【０００７】
本発明のこの態様によれば、３層の布状タッチセンサを与えることは可能である。該センサは、タッチセンサに加えられた圧力の位置及び範囲を測定することができ、且つ単純な構造である。もたらされるセンサは、既知のセンサより構築が容易である。
【０００８】
有利には、圧電性抵抗物質は、非導電性の第３層上では非連続的であり、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの配置を形成するよう非導電性の第３層上に被覆される。第３層上の定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの存在は、複数の明確な有利性を与える。各ブロックは、互いに対して孤立した別個のボタン（センサの最終構造において）として考えられ得る。これによって、ボタンは異なる電子的プロファイルを有し得、また、層は層の接合部で電気的接続を作ることなく（例えば縫付けによって）共に接合され得る。
【０００９】
望ましくは、第１、第２及び第３の層は、圧電性抵抗物質が存在しない場所において共に接合される。第１、第２及び第３の層は、一連の直線において共に接合され、該線は定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの間に通る。これは、従来のセンサより丈夫なタッチセンサをもたらす。層は、共に接合され、これは互いに対して層が横方向に動くことを防ぐ助けをする。このことが発生する場合（既知の問題でもある）、ユーザがタッチパッドを押す際、誤った読込みが与えられ得る。
【００１０】
タッチセンサは、第４の層を更に有し得、第４の層が可視の印を備えられる。この第４の層は、センサの外面上の特定の場所においてセンサの論理機能に関する可視の印をユーザに与える。
【００１１】
望ましくは、タッチセンサは、２組の電極を更に有する。第１の組は第１の外側層に対して接続され、第２の組は第２の外側層に対して接続される。該電極の組は、互いに対して垂直であり、また、該電極の組に対して接続された電子回路を更に有する。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、布状タッチセンサを製造する方法が与えられる。該方法は、第１及び第２の導電層を受ける段階、圧電性抵抗物質を被覆された非導電性の布地を有する第３の層を受ける段階、及び、第３の層が第１及び第２の層の中間にあるよう層を形成する段階を有する。
【００１３】
この態様により、３層布状タッチセンサを容易且つ単純に製造することが可能である。
【００１４】
有利には、非導電性の第３の層を受ける段階に先立ち、該方法は、圧電性抵抗物質で第３の層を被覆する段階を更に有する。圧電性抵抗物質で第３の層を被覆する段階は、非連続的である非導電性の第３の層上に圧電性抵抗物質の被覆を作るよう使用され得る。望ましくは、第３の層を圧電性抵抗物質で被覆する段階は、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの配置を形成する非導電性の第３の層上の圧電性抵抗物質の被覆を作る。
【００１５】
望ましくは、該方法は、層の形成段階に先立ち、可視の印を備えられた第４の層を受ける段階を更に有する。層の形成段階は、圧電性抵抗物質が存在しない場所において層を共に接合する段階を更に有し得る。有利には、層の形成は、層を一連の直線において共に接合する段階を有する。該線は、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの間に通る。
【００１６】
該方法は、層に対して２組の電極を加える段階を更に有し得る。第１の組は第１の外側層に対して接続され、第２の組は第２の外側層に対して接続される。該電極の組は、互いに対して垂直である。該方法はまた、該電極の組に対して電子回路を接続する段階を有し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施例は、添付の図面を参照して、これより単なる例としてのみ説明される。
【００１８】
図１及び図２は、３層布状タッチセンサの第１の実施例を示す。布状タッチセンサ１０は、夫々第１及び第２の外側導電層１２及び１４、及び、第１及び第２の層１２，１４の中間にある第３の層１６を有する。第３の層１６は、圧電性抵抗物質１８を有して被覆された非導電性の布地を有する。外側層１２及び１４は、Ｍａｒｋｔｅｋ  Ｉｎｃ社より市販されるＣｏｎｔｅｘファブリックであるポリピロールを有して被覆された織られたポリエステル等である、導電性ファブリックから構築される。第３の中間層１６は、非導電布地１６上を有して被覆された圧電性抵抗インク１８によって形成される。織られたポリエステル等の従来の非導電性布地はいずれも、インクが布地の全厚さに染み通り得ることを前提として、層１６に対する基材として使用され得る。加圧のみで接着するインク１８は、この望ましい実施例において、ＷＯ９７／２５３７９に記載され且つＴｅｋｓｃａｎ  Ｉｎｃ社より市販される物質である（ウェブサイト＜www.tekscan.com＞参照）。所望される電気的、化学的、及び機械的特性を有する他の圧電性抵抗物質は、使用され得る。印刷された布地層１６の伝導性は、ゼロ負荷においてゼロであるが、閾値負荷より大きい負荷が加えられる際、強く増加する。
【００１９】
図１及び図２中に示される構造は、タッチセンサ１０であり、該センサは、通常の状態において、第３の層１６が２つの外側層１２と１４との間に絶縁層を作るため、２つの外側層１２と１４との間では導電しない。しかしながら、ユーザが外側層１４を押す場合（例えば、センサがジャケット等の衣類において音量制御として取り付けられている際）、この加えられた力は、圧電性抵抗物質１８の抵抗特性を変更する。物質１８は、ユーザによって加えられた力に比例する範囲で導電性となり、故に電流は、層１４と１２との間で流れ得る。
【００２０】
センサ１０は、２組の電極を更に有する。第１の組２０は第１の外側層１２に対して接続され、第２の組２２は第２の層１４に対して接続される。電極の組２０及び２２は、互いに対して垂直である。タッチセンサはまた、電極の組２０及び２２に対して接続される電子回路３０を有する。
【００２１】
回路３０は、図３中に詳細に示され、中間層１６上の被覆された圧電性抵抗材料１８である可変抵抗Ｒｐ、夫々外側層１２及び１４の抵抗である２つの抵抗Ｒｘ及びＲｙ、標準抵抗Ｒｒｅｆ、電源Ｖｓ、ハイインピーダンス読出しバッファ３２、及び、５つのスイッチＳ１乃至Ｓ５を有する。回路３０は、３つの異なるもの、タッチセンサ上のユーザの圧力、押されるｘ位置及びｙ位置を測定する。これら３つのうちどれが測定されるかは、５つのスイッチＳ１乃至Ｓ５の位置に依存する。スイッチは、位置を介して瞬時に入れなおすよう制御され、したがって、測定されるべき３つに対する読込みを短時間で獲得する。次の表は、測定されるものに依存して各スイッチの位置を定義付ける。
【００２２】
【表１】
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Ｒｘ及びＲｙは、上方導電層１２及び下方導電層１４の抵抗である。Ｒｐは、Ｔｅｋｓｃａｎ１８を有して印刷された第３の層１６の可変抵抗である。Ｒｒｅｆは、接触動作の存在及び与えられた接触圧力を検出するよう使用される。実質的には、押圧の可変抵抗が測定される際、層１２及び１４（抵抗Ｒｘ及びＲｙ）は、全面積にわたって一定の電位にあり、作られた回路は、ＲｐとＲｒｅｆとの間の場所において電圧を読み込むバッファ３２を有するＲｐ及びＲｒｅｆを有する電位分割であり、その結果（Ｒｒｅｆが既知であるため）抵抗Ｒｐを測定する。Ｒｐの抵抗は、タッチセンサ１０上のユーザによる押圧の範囲の値である。
【００２３】
ｘ位置検出の間、導電層Ｒｘにわたる直線電位低下が与えられる。電位プローブは、Ｒｙ及びＲｐの部分の電気的直列配置を有する。しかしながら、プローブの抵抗は、ハイインピーダンス読出しバッファが使用されるため、ｘ座標の読出しには無関係となる。同一のことが、ｙ座標を確定する際にも適用される。実質的には、（ｘ座標測定の際）抵抗Ｒｘに触れるため、Ｒｐはその場所において電圧を測定し、ｘ方向においてタッチセンサにおける押圧の位置を効果的に測定する。これは、ｙ座標を測定する際には逆転される。
【００２４】
図４は、タッチセンサの第２の実施例を示す。この布状タッチセンサ４０は（第１の実施例にある通り）、夫々第１及び第２の外側導電層１２及び１４、及び、第１及び第２の層１２，１４の中間にある第３の層１６を有する。第３の層１６は、圧電性抵抗物質４８を有して被覆された非導電性の布地を有する。圧電性抵抗物質４８は、非導電性の第３の層１６上では非連続的である。圧電性抵抗物質４８のこの層は、定義付けられた圧電性抵抗物質４８のブロックの配置を形成するよう非導電性の第３の層１６上で被覆される。
【００２５】
圧電性抵抗物質４８が第３の層１６上で一連のブロックにおいて配置されるため、第１、第２、及び第３の層、１２，１４，１６は、圧電性抵抗物質４８が存在しない場所において共に接合され得る。第１、第２、及び第３の層１２，１４，１６は、一連の直線状において共に接合され、該線は、定義付けられた圧電性抵抗物質４８のブロックの間に通る。層を共に接合することによって、より安定的な構造が存在し、また、使用時のセンサの折曲げによって引き起こされる誤った読込み等を大幅に低減する。
【００２６】
図５中、タッチパッド４０は、第４のカバー層４２を更に有する。第４の層４２は、可視の印４４を備えられる。この例において可視の印４４は、番号１乃至番号９であり、ユーザに対して、押され得る９つの異なるボタンを示す。該ボタンは、第３の層１６上の圧電性抵抗物質４８のブロックに対応する。第５の層がパッドの後背にも適用され得る、ことが留意される。
【００２７】
図６は、布状タッチセンサ１０を製造する方法の動線図である。最も簡単な形状において布状タッチセンサ１０を製造する方法は、第１及び第２の導電層１２，１４を受ける段階６００、圧電性抵抗物質４８を有して被覆された非導電性の布地を有する第３の層１６を受ける段階６０４、及び、第３の層１６が第１及び第２の層１２，１４の中間にあるよう層を形成する段階６０６を有する。
【００２８】
タッチセンサ１０を構築するこの基本的な方法において、第３の層１６は、圧電性抵抗物質１８を有して既に被覆されて与えられる。しかしながら該方法は、非導電性の第３の層１６を受ける段階６０４に先立ち、圧電性抵抗物質１８を有して第３の層１６を被覆する段階６０２を更に有する。タッチセンサを構築する方法の中に第３の層１６を被覆する段階６０２を有することによって、圧電性抵抗物質１８の被覆の可能な配置を選択する際の大きな柔軟性が達成される。
【００２９】
例えば、圧電性抵抗物質を有して第３の層１６を被覆する段階６０２は、非連続的である非導電性の第３の層１６上に圧電性抵抗物質の被覆を作るよう使用され得る。かかる配置は、図４中に示され、より詳細に上述されている。非連続的な配置は、圧電性抵抗物質４８を有して第３の層１６を被覆する段階６０２が、定義付けられた圧電性抵抗物質４８のブロックの配置を形成する非連続的な第３の層１６上で圧電性抵抗物質４８の被覆を作るようにされ得る。
【００３０】
該方法はまた、任意の段階６１２を有する。これは、製造の該方法が、層を形成する段階６０６に先立ち、第４の層４２を受ける段階６１２を更に有する、ことを意味する。第４の層４２は、可視の印４４を備えられる。タッチセンサ１０の本体を作るよう層を共に形成する段階６０６はまた、圧電性抵抗物質１８が存在しない場所において層１２，１４及び１６を共に接合する段階を有し得る。望ましい一実施例では、図５中に示される通り、層を形成する段階６０６は、一連の直線において層を共に接合する段階を有する。該線は、定義付けられた圧電性抵抗物質１８のブロックの間に通る。
【００３１】
層を形成する段階６０６に続いて、外層は、２組の電極２０及び２２を夫々層１２及び１４に対して加える段階を有する。第１の組２０は第１の外側層１２に対して接続され、第２の組２２は第２の外側層１４に対して接続される。該電極の組は、互いに対して垂直である。該方法はまた、電子回路３０を電極の組２０及び２２に対して接続する段階を更に有する。
【００３２】
タッチパッドセンサ１０が形成されると、例えば衣類又は家具において使用されて、広範囲のファブリックにおいて一体化され得る。次の適用、即ち、壁紙における照明調節スイッチ、椅子やソファ、マットレス、又はバスマットにおける重量センサ、双方向型ゲームプレイマット又は壁掛け、上を歩く人の位置を検出する案内カーペット又はセキュリティカーペット、力感応性を有するファブリックピアノ、周囲の電子機器及び／又は椅子の位置を制御するソファ又はブランケット（家用、自動車用）におけるタッチパネル、歩行／走行パターンを分析する靴の中敷、及び、ファブリックディスプレイのタッチスクリーンは、センサの適切な使用である。
【００３３】
かかる１つのアプリケーションは図７中に示され、該図は、ジャケット７００上の使用におけるタッチセンサの２つの例を示す。スリーブの１つを覆う第１のセンサ７０２典型的には、位置感応性音量制限ストリップとして使用され、ＭＰ３プレーヤに対して接続される。第２のセンサパッド７０４は、テキストメッセージを書くようタッチパッドとして使用され得る。この後者の適用には、図示されてはいない（可聴又は可視の）追加的なフィードバック機構が求められる。
【００３４】
要約すると、既知の先行技術と比較して、以下の問題は解決される。負荷感応性物質は、負荷感応性負織布エラストマのシート、又は負荷感応性エラストマのシートとして適用されないが、所望の形状又は構造において局所的に印刷され得る。ゼロより大きい伝導性を獲得するよう必要とされる閾値負荷は、インクにおいて存在する導電粒子の比（ｔｈｅ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）によって確定され得る。伝導性対負荷の傾斜（ｓｌｏｐｅ）、即ちパッドの負荷感応性はまた、インクにおける導電粒子の充填に依存する。印刷することによって開かれる自由（ｆｒｅｅｄｏｍ）により、布地は、互いに対して縫われ得、層のずれを防ぐ（ずれは、再測定の必要性に繋がる）。スペーサは必要ではなく、物質は、誤った信号の発生なく折り畳まれ得る。合成物は、開放構造を有する完全な布状であり、布地の自然呼吸特性は保持される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】３層布状タッチセンサの概略図である。
【図２】図１中の３層布状タッチセンサの概略図であり、の概略図である。各個別の層を示す。
【図３】電子回路の線図である。
【図４】３層布状タッチセンサの第２の実施例に関する図２に類似する概略図である。
【図５】追加的な第４の層を有する図４中の布状タッチセンサの概略図である。
【図６】布状タッチセンサを製造する方法の動線図である。
【図７】衣類上の２つの布状タッチセンサの概略的線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007531142.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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