(57)【要約】      （修正有） 【課題】アンテナ回路に用いるＭＩ磁気センサを高感度化する。【解決手段】アンテナ回路４２は、磁界の変化に応じて電気的な特性が変化する磁界検出手段であるＭＩ磁気センサＺ１、ＭＩ磁気センサＺ１に高周波信号を印加する高周波信号発生器Ｓ１、ＭＩ磁気センサＺ１により得られた受信信号を検波する検波手段を有する。ＭＩ磁気センサＺ１は、磁性細線或いは磁性材料の薄膜からなり、それぞれがほぼ同一方向に延び、ほぼ平行に配置された複数の直線部分１０７、および、隣接する直線部分の端部の間をつなぐ折り返し部分１０８を有するミアンダ形状の本体１０２と、本体の両端から延びる１対の引き出し線１０６とを有する。【選択図】図６
2008089496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界の変化に応じて電気的な特性が変化する磁界検出手段、前記磁界検出手段に高周波信号を印加する高周波信号発生手段、並びに、前記磁界検出手段および高周波信号発生手段により得られた受信信号を検波する検波手段を有するアンテナ回路であって、
前記磁気検出手段が、磁性細線或いは磁性材料の薄膜からなり、それぞれがほぼ同一方向に延び、ほぼ平行に配置された複数の直線部分、および、隣接する直線部分の端部の間をつなぐ折り返し部分を有するミアンダ形状の本体と、前記本体の両端から延びる１対の引き出し線と、を有することを特徴とするアンテナ回路。
【請求項２】
前記磁気検出手段が、前記折り返し部分或いは前記直線部分の端部から、前記直線部分とほぼ平行に前記本体から突出するように延びる複数の延長部を有することを特徴とする請求項２に記載の受信回路。
【請求項３】
前記磁気検出手段が、前記直線部分の端部において前記折り返し部分と隣接或いは接触するように配置された、平面状の磁性体による耳状部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の受信回路。
【請求項４】
複数の耳状部材が、前記本体の両側に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の受信回路。
【請求項５】
前記一対の引き出し線が、それぞれ、前記直線部分とほぼ垂直方向に延びることを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載のアンテナ回路。
【請求項６】
磁界の変化に応じて電気的な特性が変化する磁界検出手段、前記磁界検出手段に高周波信号を印加する高周波信号発生手段、並びに、前記磁界検出手段および高周波信号発生手段により得られた受信信号を検波する検波手段を有し、前記磁気検出手段が、磁性細線或いは磁性材料の薄膜からなり、それぞれがほぼ同一方向に延び、ほぼ平行に配置された複数の直線部分、および、隣接する直線部分の端部の間をつなぐ折り返し部分を有するミアンダ形状の本体と、前記本体の両端から延びる１対の引き出し線と、を有するようなアンテナ回路と、
前記アンテナ回路により得られた受信信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段から出力された信号を検波する検波手段と、を備えたことを特徴とする受信回路。
【請求項７】
請求項６に記載の受信回路と、
前記受信回路により受信および復調された、時刻情報を含む標準電波の信号から、時刻情報を抽出する時刻情報抽出手段と、
時刻を計時する計時手段と、
当該計時手段により計時された時刻を表示する時刻表示手段と、
前記時刻情報抽出手段により抽出された時刻情報に基づいて、前記計時手段により計時された時刻を修正する時刻修正手段と、を備えたことを特徴とする時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサを用いたアンテナ回路、受信回路および受信回路を備えた時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気インピーダンス効果素子（ＭＩ素子）を使った磁気センサを用いてアンテナを形成する技術が提案されている（たとえば、特許文献１）。特許文献１に記載されているように、ワイヤ状或いはリボン状等に形成された軟磁性材料に微少高周波電流を通電すると、軟磁性材料の両端にインピーダンスによる出力電圧が発生する。磁気インピーダンス効果とは、微少高周波電流を通電した軟磁性材料に、外部磁界を印加すると軟磁性材料のインピーダンスが敏感に変化して、軟磁性材料両端の出力電圧が変化する効果をいう。
【０００３】
したがって、ＭＩ素子を使った磁気センサ（以下、「ＭＩ磁気センサ」と称する。）を用いたアンテナ回路では、に高周波信号を流して表皮効果を生じさせ、磁束に対する感度を高めて、表皮効果によるインピーダンス変化を検出する。
【特許文献１】特開２０００−１８８５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図５は、ＭＩ磁気センサを用いたアンテナ回路およびアンテナ回路に後続するフィルタ回路の一例を示す図である。図５において、Ｓ１は高周波信号発生器、Ｒ１は抵抗、Ｃ１はコンデンサ、Ｚ１はＭＩ磁気センサを示す。図１のアンテナ回路４２においては、高周波信号発生器Ｓ１からの信号は、抵抗Ｒ１およびＭＩ磁気センサＺ１で分割され、コンデンサＣ１を通して出力される。コンデンサＣ１からの出力は、ダイオードＤ１およびＤ２により包絡線検波され、その後、たとえば、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２で構成されたフィルタ回路７０によりフィルタされる。
【０００５】
現状のＭＩ磁気センサの感度は、通常のセンサ形状の場合には５０ｍＶ／Ｇ程度であり、１μＶの信号検出が可能だとしても、その１／（５＊１０４）の磁界検出である。つまり、１０−８Ｇの受信できる必要があるのに対して、２＊１０−５Ｇ程度が受信可能であるにすぎない。したがって、たとえば電波時計に利用するには感度不足となる。
【０００６】
このため、ＭＩ磁気センサの感度を向上させること、つまり、インピーダンス変化を大きくすることが望まれる。
【０００７】
本発明は、ＭＩ磁気センサを用いた高感度なアンテナ回路、受信回路および当該受信回路を備えた電波時計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】
【０００８】
本発明の目的は、磁界の変化に応じて電気的な特性が変化する磁界検出手段、前記磁界検出手段に高周波信号を印加する高周波信号発生手段、並びに、前記磁界検出手段および高周波信号発生手段により得られた受信信号を検波する検波手段を有するアンテナ回路であって、前記磁気検出手段が、磁性細線或いは磁性材料の薄膜からなり、それぞれがほぼ同一方向に延び、ほぼ平行に配置された複数の直線部分、および、隣接する直線部分の端部の間をつなぐ折り返し部分を有するミアンダ形状の本体と、前記本体の両端から延びる１対の引き出し線と、を有することを特徴とするアンテナ回路により達成される。
【０００９】
本発明によれば、磁性体の部分を長くすることができるため磁束密度の高い中央付近を長くすることができる。したがって、磁束による高周波信号通過部のインピーダンス変化を大きくすることで、感度を向上させることが可能となる。
【００１０】
好ましい実施態様においては、前記磁気検出手段が、前記折り返し部分或いは前記直線部分の端部から、前記直線部分とほぼ平行に前記本体から突出するように延びる複数の延長部を有する。
【００１１】
本実施態様によれば、延長部を設けたことにより、磁性体を、磁路方向により長い形状とすることができ、集磁効果を高めることが可能となる。
【００１２】
また、別の好ましい実施態様においては、前記磁気検出手段が、前記直線部分の端部において前記折り返し部分と隣接或いは接触するように配置された、磁性体による耳状部材を有する。
【００１３】
この実施態様によれば、耳状部材が磁束をひきつけることで、本体への磁束を増大させることが可能となる。
【００１４】
より好ましい実施態様においては、複数の耳状部材が、前記本体の両側に配置される。
【００１５】
別の好ましい実施態様においては、前記一対の引き出し線が、それぞれ、前記直線部分とほぼ垂直方向及びその両方を合わせた形に延びる。
【００１６】
また、本発明の目的は、磁界の変化に応じて電気的な特性が変化する磁界検出手段、前記磁界検出手段に高周波信号を印加する高周波信号発生手段、並びに、前記磁界検出手段および高周波信号発生手段により得られた受信信号を検波する検波手段を有し、前記磁気検出手段が、磁性細線或いは磁性材料の薄膜からなり、それぞれがほぼ同一方向に延び、ほぼ平行に配置された複数の直線部分、および、隣接する直線部分の端部の間をつなぐ折り返し部分を有するミアンダ形状の本体と、前記本体の両端から延びる１対の引き出し線と、を有するようなアンテナ回路と、
前記アンテナ回路により得られた受信信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段から出力された信号を検波する検波手段と、を備えたことを特徴とする受信回路により達成される。
【００１７】
さらに、本発明の目的は、上記受信回路と、前記受信回路により受信および復調された、時刻情報を含む標準電波の信号から、時刻情報を抽出する時刻情報抽出手段と、時刻を計時する計時手段と、当該計時手段により計時された時刻を表示する時刻表示手段と、前記時刻情報抽出手段により抽出された時刻情報に基づいて、前記計時手段により計時された時刻を修正する時刻修正手段と、を備えたことを特徴とする時計により達成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＭＩ磁気センサを用いた高感度なアンテナ回路、受信回路、および、当該受信回路を備えた電波時計を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［腕時計］
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１、図２は、それぞれ、本発明の実施の形態にかかる受信回路を含む腕時計の正面図、および、図１のＡ−Ａ’断面図（１２時−６時断面図）である。腕時計１は、時計モジュール等を内部に収容する時計ケース１０を備えている。時計ケース１０の外周部分であって６時および１２時のそれぞれの位置には、腕時計１をユーザが手首に装着するための時計バンド１６が取り付けられているとともに、時計ケース１０の外周側面には、腕時計１の各種機能を実行するためのスイッチ１１が設けられている。
【００２０】
時計ケース１０は、ステンレスやチタンなどの金属により環状の短柱形状に形成されている。また、時計ケース１０の６時及び１２時のそれぞれの位置の側方部分には、時計バンド１６を取り付けるための延出部が形成されており、この延出部には、時計バンド１６を取り付けるピンを通すための孔部が形成されている。
【００２１】
時計ケース１０の上端部には、当該上端部を塞ぐように時計ガラス１２が、シール部材１３を介して嵌められており、時計ケース１０の下端部には、当該下端部を塞ぐように裏蓋（バック）１４がＯリング１５を介して取り付けられている。裏蓋１４は、ステンレスやチタンなど強度が強い金属により厚みが薄いほぼ平面状に形成されている。
【００２２】
時計ケース１０の内部には、上部ハウジング２１および下部ハウジング２２が、それぞれの周縁部が時計ケース１０の内側周面に設けられている中枠に取り付けられて配置されている。
【００２３】
上部ハウジング２１の上面には、所定の樹脂で形成されたプリント配線基板３０が配置されており、更にその上面には文字盤２３が配置され、文字盤２３の上面にはリング状の見切り板２４が時計ガラス１２の周縁部に当接した状態で配置されている。また、文字盤２３の６時寄りの位置に形成された開口２３ａの下方には、時刻等を表示する液晶表示パネル２５が上部ハウジング２１に支持されて配置されている。すなわち、腕時計１を正面から見たときに、時計ガラス１２を介して液晶表示パネル２５に表示された時刻が視認できるようになっている。
【００２４】
また、文字盤２３の上面には、平面視略矩形状に形成された１２個の時字２３ｂが円周方向に等間隔で設けられており、これら各時字２３ｂが１時から１２時までの各時に対応している。本実施の形態においては、これら時字２３ｂのうち、１２時に対応する時字２３ｂには、外部磁界に応じて磁気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子を用いたＭＩ磁気センサ４０が形成されている。このＭＩ磁気センサ４０が、標準電波を受信するアンテナとして機能する。ＭＩ磁気センサ４０は、プリント配線基板３０の上面にパターニングされた磁性体からなり、文字盤２３の対応する位置形成された開口部からその上面が露出するようになっている。本実施の形態においては、アンテナとしてのＭＩ磁気センサ４０を１２時の時字２３ｂに設置しているが、これに限定されるものでなく、それ以外の場所でも良く、後述する回路基盤や回路要素上に設置しても良い。
【００２５】
また、上部ハウジング２１は、時計ケース１０のほぼ中央付近に配置されたアナログ指針機構２６を備える。アナログ指針機構２６は、文字盤２３の中央部に形成された軸孔からその上方に延びる指針軸と、指針軸に取り付けられた時針、分針などの指針２６ａを有し、指針２６ａを文字盤２３の上方で運針させる。
【００２６】
下部ハウジング２２には、電池２７が組み込まれている。また、上部ハウジング２１と下部ハウジング２２との間には、アナログ指針機構２６や、アンテナ回路４２と接続された回路基盤２８が配置されている。
【００２７】
回路基盤２８には種々の回路要素が配置される。回路要素には、ＣＰＵなどの制御ＩＣ、発振回路を備え現在時刻を計時する計時回路、アンテナ回路（ただし、アンテナ回路中、ＭＩ磁気センサ４０のみは時字２３ｂに形成されている）、アンテナ回路を含み、当該アンテナ回路の出力信号を増幅、検波して標準電波に含まれるタイムコードの信号を取り出す受信回路などが含まれる。制御ＩＣは、受信回路で取り出された信号中のタイムコードに基づいて計時回路による現在時刻を修正し、修正した現在時刻を液晶表示パネル２５に表示させる。或いは、現在時刻を示すようにアナログ指針機構２６を制御して指針２６ａを運針させる処理などを行う。
［回路構成］
図３は、腕時計１の回路の内部構成を示すブロックダイヤグラムである。図３に示すように、腕時計１は、ＣＰＵ５０、入力部５１、表示部５２、ＲＯＭ５３、ＲＡＭ５４、受信回路４４、計時回路部５５および発振回路部５６を備える。
【００２８】
ＣＰＵ５０は、所定のタイミングで、或いは、入力部２００から入力された操作信号に応じてＲＯＭ５３に格納されたプログラムを読み出して、ＲＡＭ５４に展開し、当該プログラムに基づいて、腕時計１を構成する各部への指示やデータの転送などを実行する。具体的には、たとえば所定時間毎に受信回路４４を制御して標準電波を受信させて、受信回路４４からのタイムコードの信号に基づいて計時回路部５５で計時される現在時刻データを修正する処理や、計時回路部５５によって計時された現在時刻を表示部５２に転送する処理などを実行する。
【００２９】
入力部５１は、腕時計１の各種機能の実行を指示するためのスイッチ１１を含み、スイッチ１１が操作されると、対応する操作信号をＣＰＵ５０に出力する。表示部５２は、文字盤２３やＣＰＵ５０によって制御されたアナログ指針機構２６、液晶パネル２５を含み、計時回路部５５によって計時された現在時刻を表示する。ＲＯＭ５３は、腕時計１を動作させ、また、所定の機能を実現するためのシステムプログラムやアプリケーションプロググラム、データなどを記憶する。ＲＡＭ５４は、ＣＰＵ５０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ５３から読み出されたプログラムやデータ、ＣＰＵ５０にて処理されたデータなどを一時的に記憶する。
【００３０】
後に詳述するが、受信回路４４は、アンテナ回路４２を含み、アンテナ回路４２にて受信された信号から所定の周波数の信号を取り出して、取り出された信号をＣＰＵ５０に出力する。計時回路部５５は、発振回路部５６から入力される信号を計数して現在時刻を計時し、現在時刻データをＣＰＵ５０に出力する。発振回路部５６は、常時一定周波数のクロック信号を出力する。
【００３１】
図４は、受信回路４４の概略を示すブロックダイヤグラムである。図４に示すように、受信回路４４は、アンテナ回路４２、フィルタ回路７０、増幅回路８０、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９０および検波回路１００を有する。フィルタ回路７０は、例示的にローパスフィルタとしているが（たとえば、図５参照）、これに限定されるものではなく、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を利用しても良い。
【００３２】
アンテナ回路４２は、図５を参照して説明するように、高周波信号発生器Ｓ１、抵抗Ｒ１、ＭＩ磁気センサＺ１（図１においては、符号４０で示す）、コンデンサＣ１、および、ダイオードＤ１、Ｄ２を含む。
【００３３】
アンテナ回路４２からは標準電波の相当する信号が出力され、フィルタ回路７０および増幅回路８０およびＢＰＦ９０を経て、周波数変換・検波回路１００に与えられる。
【００３４】
検波回路１００は、標準電波の信号を復調する。復調された信号は、ＣＰＵ５０に与えられ、ＣＰＵ５０においてデコードされ、時間情報が抽出される。
【００３５】
図５に示すアンテナ回路４２において、高周波信号発生器Ｓ１は、たとえば、２０ＭＨｚの信号を発生する。高周波信号発生器Ｓ１は、抵抗Ｒ１の一端に接続される。抵抗Ｒ１の他端は、ＭＩ磁気センサＺ１およびコンデンサＣ１のそれぞれの一端に接続される。また、ダイオードＤ１、Ｄ２は、包絡線検波回路として機能する。
【００３６】
このように構成されたアンテナ回路４２の作用について説明する。アンテナ回路４２の抵抗Ｒ１とＭＩ磁気センサＺ１の間の位置（ａ点）における電圧Ｖａは以下のように表すことができる。
【００３７】
Ｖａ≒Ａｓｉｎωｔ・Ｚ（１＋Ｂｓｉｎｐｔ）／（Ｒ１＋Ｚ）      ・・・（１）
（Ａｓｉｎωｔ：高周波信号発生器Ｓ１の信号、Ｚ（１＋Ｂｓｉｎｐｔ）：ＭＩ磁気センサＺ１の信号）
（１）式に示すように変調信号は、振幅変調（ＡＭ）と同じ形式であり、高周波信号発生器Ｓ１の信号が磁界周波数により振幅変調を受けることを示す。したがって、高周波信号発生器Ｓ１によるキャリア信号の両側に、磁界受信による側波帯が現れる。したがって、ダイオードＤ１およびＤ２による包絡線検波回路により検波される。
［第１の実施の形態］
以下、本実施の形態にかかるアンテナ回路、特に、アンテナ回路のＭＩ磁気センサＺ１についてより詳細に説明する。図６は、本発明の第１の実施の形態にかかるアンテナ回路の部分を詳細に示す図である。第１の実施の形態にかかるＭＩ磁気センサＺ１は、磁性細線、或いは、フィルムなどのベース（図示せず）上に形成された磁性材料の薄膜からなる。図６に示すように、ＭＩ磁気センサＺ１は、ミアンダ形状の本体１０２を有する。本体１０２は、直線部分１０７と、直線部分の間に形成される折り返し部分１０８とを有する。本体１０２の両端は電極として機能し、当該電極から、それぞれ、引き出し線１０４、１０６が延び、一方の引き出し線１０４は、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１に接続し、もう一方の引き出し線１０６は接地される。
【００３８】
本実施の形態においては、アンテナの本体１０２を変形したミアンダ形状とすることで、磁束密度を大きくすることができ、これにより、磁束によるインピーダンス変化を大きくすることで、その変化をアンテナ回路で捉えやすくしている。
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態にかかるＭＩ磁気センサについて、図７を参照して説明する。図７に示すように、第２の実施の形態にかかるＭＩ磁気センサＺ１の本体１０２には、直線部分１０７の端部や折り返し部分１０８から、直線部分１０７とほぼ平行に、かつ、本体１０２から突出するように延びる延長部１１４、１１４、・・・を有している。図７の左側の延長部１１４と、引き出し線１０４とは、実際には接触していない。
【００３９】
このように延長部１１４を設けることにより、集磁効果を高めることができる。集磁効果とは、空間中の磁力線を一点の限られた範囲に集中させることを言うが、集磁効果は、たとえば、磁路方向に長い形状であることにより高めることができる。第２の実施の形態では、直線部分１０７から延長するように延長部１１４が形成されている。これにより、磁路方向により長い形状とすることが可能となる。
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態にかかるＭＩ磁気センサについて、図８を参照して説明する。図８に示すように、第３の実施の形態においては、ＭＩ磁気センサＺ１の本体１０２のそれぞれの側の折り返し部分１０８、１０８に隣接するように、平面状の磁性体による耳状部材１２６、１２６が形成されている。つまり、耳状部材１２６、１２６は、直線部分１０７の両端の側に形成される。耳状部材１２６は、たとえば、フィルムなどのベース上に磁性材料の薄膜を形成することにより実現される。耳状部材１２６は、折り返し部分１０８、１０８および引き出し線１０４、１０６に隣接して配置されるが、これらに接続されていなくても良い。
【００４０】
第３の実施の形態によれば、磁性体からなる耳状部材１２６により、ＭＩ磁気センサＺ１の本体１０２に磁束をひきつけることで、本体１０２への磁束を増大させて、アンテナを高感度化することが可能となる。
【００４１】
なお、第３の実施の形態では、耳状部材１２６は、本体１０２に接続しないように若干の距離をおいて配置されている。さらにアモルファス金属のような導電率の高い磁性材料を利用するときには、耳状部材１２６の周囲を絶縁体とすること、たとえば、耳状部材１２６の周囲に絶縁物質の層を形成することにより、本体１０２と密着させることも可能である。
【００４２】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【００４３】
たとえば、本発明においては、アンテナ回路４２のＭＩ磁気センサとして、ミアンダ形状のもの（第１の実施の形態）、ミアンダ形状の直線部分と同じ方向に、折り返し部分から突出する延長部を設けたもの（第２の実施の形態）、折り返し部分の付近に磁性材料からなる耳状部材を設けたものが利用されている。しかしながら、ＭＩ磁気センサの形状は上述したものに限定されず、第２の実施の形態のように折り返し部に延長部を設け、かつ、折り返し部の付近に、耳状部材を設けても良い。
【００４４】
また、第２の実施の形態において、延長部は折り返し部分から突出しているが、これに限定されず、直線部分の端部から突出するように構成しても良い。
【００４５】
また、第３の実施の形態において、本体の両側のそれぞれに２つの耳状部材を配置したが、これに限定されるものではなく、片側に配置するのでも良いし、３以上の耳状部材を配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる受信回路を含む腕時計の正面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ’断面図（１２時−６時断面図）である。
【図３】図３は、本実施の形態にかかる腕時計の回路の内部構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図４】図４は、本実施の形態にかかる受信回路の概略を示すブロックダイヤグラムである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態にかかるアンテナ回路を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態にかかるアンテナ回路の部分を詳細に示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態にかかるアンテナ回路の部分を詳細に示す図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施の形態にかかるアンテナ回路の部分を詳細に示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
４２    アンテナ回路
４４    受信回路
５０    ＣＰＵ
５１    入力部
５２    表示部
５５    計時回路部
５６    発振回路部
７０    フィルタ回路
８０    増幅回路
９０    ＢＰＦ
１００  周波数変換・検波回路
Ｓ１    高周波信号発生器
Ｒ１    抵抗
Ｚ１    ＭＩ磁気センサ
Ｃ１    コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２      ダイオード
【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１】
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【図２】
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【図７】
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【図８】
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