(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手状の部材であって、磁気異方性を有する固体、液体、及び、前記固体と前記液体との複合物の少なくとも何れかを含む磁性材料と、
前記磁性材料の磁気モーメントのうち、前記磁性材料の長手方向の成分の時間的変化を検出する少なくとも１つの第１コイルと、
前記長手方向と直交する直交方向の成分を有する誘起磁界を、通電によって生じさせる少なくとも１つの第２コイルと、
を備えた磁気センサであって、
前記磁性材料の前記磁気モーメントは、
前記長手方向の成分を有する磁界が作用しない状態で、前記直交方向と一致し、
前記長手方向の成分を有する磁界が作用した状態で、前記長手方向の成分を有し、
前記誘起磁界が生じた状態で、前記直交方向の何れかの向きと一致し、
前記磁性材料の少なくとも一部は、前記少なくとも１つの第２コイルの芯部に配置され、
前記芯部は、
１つの第２コイルの内側の部分、又は、
磁気的に結合した複数の第２コイルのそれぞれの内側の部分、及び、前記複数の第２コイルの間の部分を含む共通部分
を示し、
前記芯部の形状は環状であることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
長手状の部材であって、磁気異方性を有する固体、液体、及び、前記固体と前記液体との複合物の少なくとも何れかを含む磁性材料と、
前記磁性材料の磁気モーメントのうち、前記磁性材料の長手方向の成分の時間的変化を検出する少なくとも１つの第１コイルと、
前記長手方向と直交する直交方向の成分を有する誘起磁界を、通電によって生じさせる少なくとも１つの第２コイルと、
を備えた磁気センサであって、
前記磁性材料の前記磁気モーメントは、
前記長手方向の成分を有する磁界が作用しない状態で、前記直交方向と一致し、
前記長手方向の成分を有する磁界が作用した状態で、前記長手方向の成分を有し、
前記誘起磁界が生じた状態で、前記直交方向の何れかの向きと一致し、
前記磁性材料の少なくとも一部は、前記少なくとも１つの第２コイルの芯部に配置され、
前記芯部は、
１つの第２コイルの内側の部分、又は、
磁気的に結合した複数の第２コイルのそれぞれの内側の部分、及び、前記複数の第２コイルの間の部分を含む共通部分
を示し、
前記磁性材料は板状であり、
前記少なくとも１つの第２コイルは、前記磁性材料に巻回されることを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
前記第１コイルと前記第２コイルとのそれぞれの素線の延びる方向が互いに直交し、且つ、前記第２コイルの素線の延びる方向と前記長手方向とが一致することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記磁性材料、及び、前記第１コイルは、
前記長手方向における略中心の基準位置を基準として対称の形状を有することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の磁気センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の前記磁気センサと、
前記基準位置に対して一方側の前記第１コイルを、外部磁界の計測用として用い、他方側の前記第１コイルを、参照用として用い、勾配磁界検出方式に基づいて前記外部磁界を計測する計測部と
を備えたことを特徴とする磁気計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気異方性を有する磁性材料における磁気モーメントの変化に基づいて磁気を計測する磁気センサ、及び、磁気計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気インピーダンス効果を利用した磁気センサが知られている。磁気インピーダンス効果は、磁気異方性を有する磁性材料（以下、単に「磁性材料」という。）のインピーンダンスが、磁性材料に作用する磁界によって変化する現象である。磁気インピーダンス効果は、磁性材料の表面の磁気モーメントが、磁界によって変化することに応じて出現する。磁気センサでは、磁界による磁性材料のインピーダンスの変化が検出されることによって、磁性材料に作用する磁界が計測される。
【０００３】
磁気センサによる磁界の計測方法として、磁性材料にパルス電流を通電し、インピーダンス（交流電圧と交流電流の比）を測定する方法が知られている。又、特許文献１は、磁性材料、導電体、及び、コイルを備えた磁気計測装置を開示する。この磁気計測装置では、磁性材料に近接配置された導電体に電流が通電されることによって、導電体の周囲に磁界を誘起させる。この磁界（以下、「誘起磁界」という。）は、磁性材料の表面の磁気モーメントを変化させる。誘起磁界による磁気モーメントの変化に応じて、磁性材料から磁界が一時的に発生する。なお、誘起磁界に応じて磁性材料から一時的に発生する磁界の大きさは、計測対象となる磁界、即ち、磁性材料に対して外部から作用する磁界（以下、「外界磁界」という。）に応じて変化する。磁気計測装置では、誘起磁界に応じて一時的に発生する磁界が、コイルの誘導起電力に基づいて検出される。磁気計測装置は、検出されたコイルの誘導起電力の大きさに基づいて、外界磁界を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１７３９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された磁気計測装置において、誘起磁界を発生させるための導電体は、磁性材料の長手方向に沿って延びる。このため、誘起磁界は、導電体の周囲に周回状に形成され、磁性材料に作用する。これに対し、誘起磁界を効率よく磁性材料に作用させることによって、磁気計測装置の感度を向上させることが望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、誘起磁界を磁性材料に効率よく作用させることによって、外部磁界を計測するときの感度を向上させることが可能な磁気センサ、及び、磁気センサを備えた磁気計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様に係る磁気センサは、長手状の部材であって、磁気異方性を有する固体、液体、及び、前記固体と前記液体との複合物の少なくとも何れかを含む磁性材料と、前記磁性材料の磁気モーメントのうち、前記磁性材料の長手方向の成分の時間的変化を検出する少なくとも１つの第１コイルと、前記長手方向と直交する直交方向の成分を有する誘起磁界を、通電によって生じさせる少なくとも１つの第２コイルと、を備えた磁気センサであって、前記磁性材料の前記磁気モーメントは、前記長手方向の成分を有する磁界が作用しない状態で、前記直交方向と一致し、前記長手方向の成分を有する磁界が作用した状態で、前記長手方向の成分を有し、前記誘起磁界が生じた状態で、前記直交方向の何れかの向きと一致し、前記磁性材料の少なくとも一部は、前記少なくとも１つの第２コイルの芯部に配置され、前記芯部は、１つの第２コイルの内側の部分、又は、磁気的に結合した複数の第２コイルのそれぞれの内側の部分、及び、前記複数の第２コイルの間の部分を含む共通部分を示し、前記芯部の形状は環状であることを特徴とする。
【０００８】
第１態様において、第２コイルに電流が通電した場合に生じる誘起磁界は、芯部内に集中的に分布する。ここで、磁気センサでは、磁性材料の少なくとも一部が芯部内に配置されるので、誘起磁界を磁性材料に効率よく作用させることができる。なお、磁気センサでは、磁性材料に対する誘起磁界の有無に応じて発生する一過性磁界を、第１コイルの誘導起電力によって検出し、外部磁界を計測する。従って、磁気センサは、磁性材料に誘起磁界を効率よく作用させることによって、外部磁界を計測するときの感度を向上させることができる。又、磁気センサは、第２コイルに対する通電によって生じる誘起磁界の分布を、芯部内に集中させることができる。更に、磁気センサは、芯部からの誘起磁界の漏れを抑制できる。従って、磁気センサは、磁性材料に対して誘起磁界を更に効率よく作用させることができる。
本発明の第２態様に係る時期センサは、長手状の部材であって、磁気異方性を有する固体、液体、及び、前記固体と前記液体との複合物の少なくとも何れかを含む磁性材料と、前記磁性材料の磁気モーメントのうち、前記磁性材料の長手方向の成分の時間的変化を検出する少なくとも１つの第１コイルと、前記長手方向と直交する直交方向の成分を有する誘起磁界を、通電によって生じさせる少なくとも１つの第２コイルと、を備えた磁気センサであって、前記磁性材料の前記磁気モーメントは、前記長手方向の成分を有する磁界が作用しない状態で、前記直交方向と一致し、前記長手方向の成分を有する磁界が作用した状態で、前記長手方向の成分を有し、前記誘起磁界が生じた状態で、前記直交方向の何れかの向きと一致し、前記磁性材料の少なくとも一部は、前記少なくとも１つの第２コイルの芯部に配置され、前記芯部は、１つの第２コイルの内側の部分、又は、磁気的に結合した複数の第２コイルのそれぞれの内側の部分、及び、前記複数の第２コイルの間の部分を含む共通部分を示し、前記磁性材料は板状であり、前記少なくとも１つの第２コイルは、前記磁性材料に巻回されることを特徴とする
第２態様によれば、第１態様と同様の効果に加え、磁気センサの表面積を大きくできるので、広い範囲で外部磁界を計測できる。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
第１態様及び第２態様において、前記第１コイルと前記第２コイルとのそれぞれの素線の延びる方向が互いに直交し、且つ、前記第２コイルの素線の延びる方向と前記長手方向とが一致してもよい。この場合、磁気センサは、誘起磁界の有無に応じて発生する一過性磁界を、第１コイルによって高い精度で検出できる。
【００１３】
第１態様及び第２態様において、前記磁性材料、及び、前記第１コイルは、前記長手方向における略中心の基準位置を基準として対称の形状を有してもよい。この場合、磁性材料に一様に作用する環境磁界の影響を、磁性材料のうち基準位置に対して一方側と他方側とで対称とすることができる。このため、磁性材料のうち基準位置に対して一方側及び他方側を、それぞれ、参照用及び測定用として用いることで、磁性センサをグラジオンセンサとして使用できる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
本発明の第３態様に係る磁気計測装置は、第１態様又は第２態様に係る前記磁気センサと、前記基準位置に対して一方側の前記第１コイルを、外部磁界の計測用として用い、他方側の前記第１コイルを、参照用として用い、勾配磁界検出方式に基づいて前記外部磁界を計測する計測部とを備えている。この場合、計測装置は、環境磁界の影響を排除することができるので、外部磁界を高い精度で計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】磁気計測装置２を示す図である。
【図２】プローブ部２Ａを概念的に示す図である。
【図３】磁性材料１０中の磁気モーメントを示す図である。
【図４】第１実施形態における磁気センサ５を示す図である。
【図５】第２実施形態における磁気センサ６を示す図である。
【図６】第３実施形態における磁気センサ７を示す図である。
【図７】第４実施形態における磁気センサ８を示す図である。
【図８】第５実施形態における磁気センサ９を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜磁気計測装置２の概要＞
本発明に係る磁気センサ１（磁気センサ５〜９）及び磁気計測装置２の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示すように、磁気計測装置２は、プローブ部２Ａ、及び、計測部２Ｂを備えている。プローブ部２Ａは、後述する磁気センサ１Ａ、１Ｂ（以下、総称して「磁気センサ１」という。）を有する。プローブ部２Ａは、外部磁界を検出可能な磁気グラジオセンサである。プローブ部２Ａの構成の詳細は後述する。計測部２Ｂはプローブ部２Ａを駆動する。
【００２０】
計測部２Ｂは、クロック部２１、及び、パルス生成器２２を備える。クロック部２１は、所定の間隔でパルス信号をパルス生成器２２に出力する。パルス生成器２２は、クロック部２１から出力されるパルス信号に応じて、プローブ部２Ａの磁気センサ１Ａ、１Ｂのそれぞれの第２コイル１２（図２参照）に電流を供給する。パルス生成器２２から第２コイル１２に供給される電流は、クロック部２１から出力されるパルス信号に同期して周期的に変化する。周期的に変化する電流の波形は、パルス状に変化する方形波である。以下、パルス生成器２２から第２コイルに１２に供給されるパルス電流を、「Ｉｅ」と表記する（図２参照）。
【００２１】
更に、計測部２Ｂは、サンプルホールド回路２４、２６、差動アンプ２８、フィルタ３０、アンプ３２、及び、フィルタ３４を有する。サンプルホールド回路２４は、磁気センサ１Ａの第１コイル１１Ａ（図２参照）の誘導起電力の振幅のピークを検出する。サンプルホールド回路２６は、磁気センサ１Ｂの第１コイル１１Ｂ（図２参照）の誘導起電力の振幅のピークを検出する。なお、サンプルホールド回路２４、２６には、クロック部２１から出力されるパルス信号がトリガ信号として供給される。サンプルホールド回路２４、２６におけるピーク値の検出は、トリガ信号に同期して所定の位相ごとに行われる。以下、第１コイル１１Ａの誘導起電力を、「Ｅａ」と表記する（図２参照）。第１コイル１１Ｂの誘導起電力を、「Ｅｂ」と表記する（図２参照）。
【００２２】
差動アンプ２８は、サンプルホールド回路２４、２６の出力値の差分を出力する。これにより、磁気計測装置２は、勾配磁界検出方式（グラジオ方式）に基づいて外部磁界を検出できる。フィルタ３０は、差動アンプ２８からの出力信号から高周波成分および低周波成分を除去し、所望の周波数成分のみを取り出す。アンプ３２は、フィルタ３０からの出力信号を増幅する。フィルタ３４ は、アンプ３２からの出力信号から高周波成分および低周波成分を再度除去し、所望の周波数成分のみを取り出す。フィルタ３４から出力される信号は、非図示の表示装置に表示される。
【００２３】
図２は、プローブ部２Ａの基本構成を概念的に示す。プローブ部２Ａは、磁気センサ１Ａ、１Ｂを有する。磁気センサ１Ａは、参照用のセンサとして用いられる。磁気センサ１Ｂは、後述する外部磁界Ｂｍｅｓを計測するためのセンサとして用いられる。磁気センサ１Ａ、１Ｂは同一形状を有する。これによって、磁気センサ１は、所謂グラジオセンサを形成する。なお、磁気センサ１Ａ、１Ｂは、磁気センサ１Ｂに外部磁界Ｂｍｅｓが作用し、磁気センサ１Ａに外部磁界Ｂｍｅｓが作用しないように、互いに離れた位置に配置される。
【００２４】
磁気センサ１Ａは、磁性材料１０Ａ、第１コイル１１Ａ、及び、第２コイル１２Ａを有する。磁性材料１０Ａは、磁気異方性を有する長手状の固体材料である。第１コイル１１Ａ及び第２コイル１２Ａは、それぞれ、ソレノイドコイルである。第１コイル１１Ａ及び第２コイル１２Ａは、それぞれ、磁性材料１０Ａに近接して配置される。磁性材料１０Ａ、第１コイル１１Ａ、及び、第２コイル１２Ａの配置の詳細については後述する。
【００２５】
磁気センサ１Ｂは、磁性材料１０Ｂ、第１コイル１１Ｂ、及び、第２コイル１２Ｂを有する。磁性材料１０Ｂ、第１コイル１１Ｂ、及び、第２コイル１２Ｂは、それぞれ、磁気センサ１Ａの磁性材料１０Ａ、第１コイル１１Ａ、及び、第２コイル１２Ａに対応する。以下、磁性材料１０Ａ、１０Ｂを総称して「磁性材料１０」という。第１コイル１１Ａ、１１Ｂを総称して「第１コイル１１」という。第２コイル１２Ａ、１２Ｂを総称して「第２コイル１２」という。
【００２６】
パルス生成器２２（図１参照）から供給されるパルス電流Ｉｅは、第２コイル１２Ａ、１２Ｂに流れる。また、第１コイル１１Ａの誘導起電力Ｅａは、サンプルホールド回路２４（図１参照）に出力され、第１コイル１１Ｂの誘導起電力Ｅｂは、サンプルホールド回路２６（図１参照）に出力される。
【００２７】
図３を参照し、磁気センサ１の動作原理の概要を説明する。図３では、磁気センサ１のうち、磁性材料１０及び第２コイル１２のみが示され、第１コイル１１は省略されている。又、第２コイル１２は直線で示されている。磁性材料１０中の矢印は、磁気モーメントを示す。状態Ｓ（０）は、磁気センサ１の磁性材料１０に、外部磁界のうち磁性材料１０の長手方向Ｌの成分（以下、「外部磁界Ｂｍｅｓ」という。）が作用していない無磁界状態、又は、環境磁界のみが作用している状態を示す。つまり、状態Ｓ（０）は、グラジオセンサにおいて参照用のセンサとして用いられる、磁気センサ１Ａの状態を示す。状態Ｓ（１）は、磁気センサ１の磁性材料１０に、外部磁界Ｂｍｅｓが作用した状態を示す。つまり、状態Ｓ（１）は、グラジオセンサにおいて測定用のセンサとして用いられる、磁気センサ１Ｂの状態を示す。状態Ｓ（２）は、磁気センサ１Ａ、１Ｂのそれぞれの第２コイル１２Ａ、１２Ｂに、パルス電流Ｉｅが印加された状態を示す。
【００２８】
状態Ｓ（０）で示されるように、磁性材料１０Ａにおける磁気モーメントは、外部磁界Ｂｍｅｓが作用していない状態で、長手方向Ｌと直交する直交方向Ｖと一致する。磁気モーメントは、直交方向Ｖの何れかを向く。つまり、直交方向Ｖの一方側を向く磁気モーメントと、直交方向Ｖの他方側を向く磁気モーメントとが混在する。一方、状態Ｓ（１）で示されるように、外部磁界Ｂｍｅｓが作用することに応じて、一部の容易磁化方向を形成する磁気モーメントの配向が変化する。磁性材料１０Ｂにおける磁気モーメントは、直交方向Ｖに対して長手方向に傾く。つまり、磁気モーメントは、長手方向Ｌの成分を含んだ状態になる。
【００２９】
第２コイル１２にパルス電流Ｉｅが通流した場合、第２コイル１２は、パルス電流Ｉｅに応じて直交方向Ｖの成分を有する誘起磁界を生じさせる。以下、パルス電流Ｉｅの通電に応じて第２コイル１２に生じる誘起磁界のうち、直交方向Ｖの成分を、「誘起磁界Ｂｅ」という。この場合、状態Ｓ（２）に示すように、磁性材料１０中の磁気モーメントの一定量は、誘起磁界Ｂｅの向きに整列する。これによって、磁性材料１０中の磁気モーメントの一定量は、直交方向Ｖの何れかの向きと一致し、それぞれの向きが揃う。
【００３０】
パルス電流Ｉｅが第２コイル１２に通電することによって磁性材料１０の磁気モーメントが整列するとき、第２コイル１２は磁界を一時的に発生させる。以下、誘起磁界Ｂｅによって一時的に発生する磁界を、「一過性磁界」という。ここで、状態Ｓ（０）の場合、磁気モーメントに長手方向Ｌの成分は含まれない。このため、状態Ｓ（０）から状態Ｓ（２）に変化した場合において、磁気モーメントの長手方向Ｌの時間的変化は生じないので、一過性磁界に長手方向Ｌの成分は含まれない。一方、状態Ｓ（１）の場合、磁気モーメントに長手方向Ｌの成分が含まれる。このため、状態Ｓ（１）から状態Ｓ（２）に変化した場合において、磁気モーメントの長手方向Ｌの時間的変化が生じるので、一過性磁界に長手方向Ｌの成分が含まれる。つまり、磁性材料１０Ａが状態Ｓ（０）から状態Ｓ（２）に変化するときの一過性磁界の長手方向Ｌの成分と、磁性材料１０Ｂが状態Ｓ（１）から状態Ｓ（２）に変化するときの一過性磁界の長手方向Ｌの成分とでは、大きさが異なる。
【００３１】
一過性磁界の長手方向Ｌの成分が変化した場合、第１コイル１１に誘導起電力Ｅが発生する。第１コイル１１Ａに誘起する誘導起電力Ｅａ（図２参照）、及び、第１コイル１１Ｂに誘起する誘導起電力Ｅｂ（図２参照）は、それぞれ、磁性材料１０における一過性磁化の長手方向Ｌの成分の変化に対応する。ここで、第１コイル１１Ｂに誘起する誘導起電力Ｅｂの変化は、外部磁界Ｂｍｅｓを反映する。具体的には、第２コイル１２Ｂに通電するパルス電流Ｉｅの通電時（Ｈｉ）及び非通電時（Ｌｏｗ）における第１コイル１１Ｂの誘導起電力Ｅｂの差の大きさの最大値ΔＥｂ（ｍａｘ）は、外部磁界Ｂｍｅｓに一意に対応する。このため、磁気計測装置２の計測部２Ｂは、最大値ΔＥｂ（ｍａｘ）に基づいて、外部磁界Ｂｍｅｓの大きさを算出できる。なお、磁気センサ１Ａ、１Ｂに一様に環境磁界が作用する場合がある。これに対し、計測部２Ｂは、第２コイル１２Ａに通電するパルス電流Ｉｅの通電時（Ｈｉ）及び非通電時（Ｌｏｗ）における第１コイル１１Ａの誘導起電力Ｅａの差の大きさの最大値ΔＥａ（ｍａｘ）と、最大値ΔＥｂ（ｍａｘ）との差分を、外部磁界Ｂｍｅｓとして特定することによって、環境磁界の影響を排除した精度の高い外部磁界Ｂｍｅｓの測定が可能となる。
【００３２】
なお、パルス電流Ｉｅの通電により、第２コイル１２に生じる誘起磁界Ｂｅの向きは、周期的に反転する。これによって、磁性材料１０の磁気モーメントが整列される励起状態期間と、通電が停止されて磁気モーメントが元の状態に戻る弛緩状態期間とが、短い周期で繰り返される。このため、計測部２Ｂは、第１コイル１１における誘導起電力Ｅの励起状態期間と弛緩状態期間とにおける差を検出することができる。又、計測部２Ｂは、励起状態期間と弛緩状態期間とにおける差の算出を複数回くり返して平均値などを算出することもできる。
【００３３】
＜本実施形態の効果（計測部２Ｂについて）＞
以上のように、磁気計測装置２のプローブ部２Ａは、同一形状を有する磁気センサ１Ａ、１Ｂを有する。磁気センサ１Ａは参照用のセンサとして用いられ、磁気センサ１Ｂは計測用のセンサとして用いられる。磁気センサ１Ａ、１Ｂは、所謂グラジオセンサを形成する。磁気計測装置２の計測部２Ｂは、磁気センサ１Ｂに作用する外部磁界のうち長手方向Ｌの成分（外部磁界Ｂｍｅｓ）の大きさを、第１コイル１１Ａ、１１Ｂの誘導起電力Ｅａ，Ｅｂに基づいて特定できる。より詳細には、計測部２Ｂは、第１コイル１１Ａ、１１Ｂの誘導起電力Ｅａ，Ｅｂの差が大きい程、外部磁界Ｂｍｅｓが大きいと特定できる。この場合、磁性材料１０Ａ、１０Ｂに一様に作用する環境磁界の影響を排除できる。このため、磁気計測装置２は、外部磁界Ｂｍｅｓを高い精度で計測できる。
【００３４】
計測部２Ｂのうちパルス生成器２２は、第２コイル５２にパルス電流Ｉｅを供給することによって誘起磁界Ｂｅを生じさせることができる。なお、パルス電流Ｉｅの通電により生じる誘起磁界Ｂｅの向きは、周期的に反転する。これによって、計測部２Ｂは、磁性材料１０を励起状態期間と弛緩状態期間とに短い周期で切り替えることができる。このため、磁気計測装置２は、第１コイル１１における誘導起電力Ｅの励起状態期間と弛緩状態期間とにおける差を検出することによって、外部磁界Ｂｍｅｓを更に高い精度で計測できる。
【００３５】
＜第１実施形態（磁気センサ５）＞
図４を参照し、磁気センサ５について説明する。磁気センサ５は、磁性材料５０、第１コイル５１、第２コイル５２、及び、ボビン５３を備えている。磁気センサ５、磁性材料５０、第１コイル５１、及び、第２コイル５２は、それぞれ、上記の説明における磁気センサ１、磁性材料１０、第１コイル１１、及び、第２コイル１２に対応する。
【００３６】
ボビン５３は、円環状を有する。ボビン５３はプラスチック製である。第１コイル５１及び第２コイル５２は、それぞれ、素線がボビン５３に巻回されることによって形成される。詳細は次の通りである。第２コイル５２の素線は、ボビン５３に対してトロイダル状に巻回される。第２コイル５２は、所謂トロイダルコイルを形成する。第２コイル５２の内側の部分（以下、「芯部５４」という。）は、ボビン５３と同一の円環状となる。第１コイル５１の素線は、第２コイル５２の外側に、ボビン５３の周回に沿って円状に巻回される。第１コイル５１と第２コイル５２とは絶縁される。
【００３７】
磁性材料５０は、磁気異方性を有する固体材料である。磁性材料５０は、磁性材料５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ、５０Ｆ、５０Ｇ、５０Ｈを有する。磁性材料５０Ａ〜５０Ｈは、それぞれ、長手状を有するアモルファス性のワイヤ（アモルファスワイヤ）である。磁性材料５０の断面形状は円形である。磁性材料５０Ａ〜５０Ｈは、互いに平行に延びる。磁性材料５０Ａ〜５０Ｈの長手方向Ｌと、ボビン５３の中心軸の延びる方向とは、略一致する。磁性材料５０Ａ〜５０Ｈは、それぞれ、ボビン５３を長手方向Ｌに貫通する。言い換えれば、磁性材料５０Ａ〜５０Ｈは、それぞれ、第２コイル５２の芯部５４を長手方向Ｌに貫通する。磁性材料５０Ａ〜５０Ｈのそれぞれの一部は、第２コイル５２の芯部５４内に配置される。磁性材料５０Ａ〜５０Ｈは、ボビン５３の周回方向に等間隔に配置される。
【００３８】
第１コイル５１の素線と、第２コイル５２の素線とは、長手方向Ｌと直交する直交方向Ｖから見た状態で、互いに直交する。以下、第１コイル５１及び第２コイル５２を直交方向Ｖから見たときのそれぞれの素線の延びる方向を、それぞれ、「第１コイル５１の素線の延びる方向」「第２コイル５２の素線の延びる方向」という。第１コイル５１の素線の延びる方向は、長手方向Ｌと直交する。第２コイル５２の素線の延びる方向は、長手方向Ｌと一致する。
【００３９】
＜第１実施形態の作用、効果＞
磁気センサ５の第２コイル５２に対し、計測部２Ｂのパルス生成器２２からパルス電流Ｉｅが通電された場合を例に挙げる。この場合、第２コイル５２は、パルス電流Ｉｅの通電に応じて誘起磁界を生じさせる。誘起磁界は、芯部５４に沿った周回方向を向く。このため、誘起磁界は、長手方向Ｌと直交する。又、誘起磁界は、芯部５４内に集中的に分布し、芯部５４から外部に漏れにくい。なお、磁性材料５０の一部は芯部５４内に配置される。このため、誘起磁界の直交方向Ｖの成分である誘起磁界Ｂｅは、磁性材料５０に効率よく作用する。
【００４０】
なお、磁気センサ５では、磁性材料５０に対する誘起磁界Ｂｅの有無に応じて変化する一過性磁界の変化量を、第１コイル５１の誘導起電力Ｅによって検出し、外部磁界Ｂｍｅｓを計測する。従って、磁気センサ５は、上記のように誘起磁界Ｂｅを磁性材料５０に効率よく作用させることによって、外部磁界Ｂｍｅｓを計測するときの感度を向上させることができる。
【００４１】
磁気センサ５では、磁性材料５０として、アモルファスワイヤが用いられる。アモルファス材料は、磁界によって磁気モーメントを容易に変化させることができる。このため、誘起磁界Ｂｅの作用に応じて一時的に発生する一過性磁界を大きくできる。従って、磁気センサ５は、外部磁界Ｂｍｅｓを計測するときの感度を更に向上させることができる。又、磁気センサ５には、複数の磁性材料５０が設けられる。これによって、外部磁界Ｂｍｅｓを検出するときの感度を更に向上させることができる。
【００４２】
第１コイル５１と第２コイル５２とのそれぞれの素線の延びる方向は、互いに直交する。ここで、第２コイル５２にパルス電流Ｉｅを通電したことに応じて磁性材料５０から発生する一過性磁界は、磁性材料５０の磁気モーメントのうち長手方向Ｌの時間的変化に基づいて発生する。このため、一過性磁界は、長手方向Ｌの成分を有する。又、第１コイル５１の素線の延びる方向は、長手方向Ｌと直交する。なお、第１コイル５１には、直交する向きの磁界が作用したときに誘導起電力Ｅが生じる。つまり、磁気センサ５では、第１コイル５１と第２コイル５２とのそれぞれの素線の延びる方向を直交させることによって、磁性材料１０から発生する一過性磁界を、第１コイル５１の誘導起電力Ｅに基づいて効率よく検出できる。
【００４３】
＜第２実施形態（磁気センサ６）＞
図５を参照し、磁気センサ６について説明する。磁気センサ６が磁気センサ５（図４参照）と異なる点は、磁気センサ５におけるボビン５３と同一形状を有する磁性材料６０が、ボビン５３の代わりに用いられ、磁気センサ５における磁性材料５０が用いられない点である。第１コイル５１、第２コイル５２、及び、芯部５４の構成は、磁気センサ５の場合と同一である。磁性材料６０と芯部５４とは、略同一形状となる。磁性材料６０全体は、芯部５４内に配置される。なお、第１コイル５１及び第２コイル５２と磁性材料６０とは絶縁される。
【００４４】
＜第２実施形態の作用、効果＞
磁気センサ６では、第２コイル５２によって生じる誘起磁界は、磁性材料６０に沿った周回方向を向く。このため、誘起磁界は、磁性材料６０の中心軸の延びる方向（長手方向Ｌ）と直交する。又、磁性材料６０全体が芯部５４内に配置される。更に、誘起磁界は、芯部５４内に集中的に分布し、芯部５４から外部に漏れにくい。このため、誘起磁界の直交方向Ｖの成分である誘起磁界Ｂｅは、磁性材料６０全体に効率よく作用する。従って、磁気センサ６は、外部磁界Ｂｍｅｓを計測するときの感度を更に向上させることができる。
【００４５】
＜第３実施形態（磁気センサ７）＞
図６を参照し、磁気センサ７について説明する。磁気センサ７は、磁性材料７０、第１コイル７１、第２コイル７２、及び、ボビン７３を備えている。磁気センサ７、磁性材料７０、第１コイル７１、及び、第２コイル７２は、それぞれ、上記の説明における磁気センサ１、磁性材料１０、第１コイル１１、及び、第２コイル１２に対応する。
【００４６】
ボビン７３は、ボビン７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ、７３Ｄ、７３Ｅ、７３Ｆを有する。ボビン７３Ａ〜７３Ｆは、第１実施形態におけるボビン５３を周回方向に６つに分割したそれぞれの部分に対応する。ボビン７３Ａ〜７３Ｆは、それぞれ、円弧状に湾曲した板状を有する。
【００４７】
第２コイル７２は、第２コイル７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ、７２Ｅ、７２Ｆを有する。第２コイル７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ、７２Ｅ、７２Ｆは、それぞれ、ボビン７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ、７３Ｄ、７３Ｅ、７３Ｆに巻回される。第２コイル７２Ａ〜７２Ｆの巻回方向は、第１実施形態における第２コイル５２の巻回方向と同一である。つまり、第２コイル７２Ａ〜７２Ｆは、それぞれ、磁気センサ５の円環状のボビン５３（図４参照）のうち周回方向の一部に巻回された状態となる。第２コイル７２Ａ〜７２Ｆのそれぞれは、互いの磁束によって磁気的に影響を及ぼしあう状態、つまり、磁気的に結合した状態となる。第２コイル７２Ａ〜７２Ｆのそれぞれの芯部、及び、互いに隣接する第２コイル７２Ａ〜７２Ｆ間の空間部分は、全体として、ボビン５３に対応する共通の円環状の部分を形成する。この共通部分は、第２コイル７２全体の芯部ということができる。
【００４８】
以下、第２コイル７２Ａ〜７２Ｆのそれぞれの芯部、及び、第２コイル７２Ａ〜７２Ｆのそれぞれの間の空間部分を含む共通部分、つまり、第２コイルの芯部を、「芯部７４」といい、図中点線で示す。第２コイル７２Ａ〜７２Ｆは、非図示の部分で直列に接続されている。
【００４９】
磁性材料７０は、磁気異方性を有する固体材料である。磁性材料７０は、磁性材料７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ、７０Ｅ、７０Ｆを有する。磁性材料７０Ａ〜７０Ｆは、それぞれ、長手状を有するアモルファス性のワイヤ（アモルファスワイヤ）である。磁性材料７０Ａ〜７０Ｆは、互いに平行に延びる。磁性材料７０Ａは、芯部７４のうちボビン７３Ｆ、７３Ａ間の部分を長手方向Ｌに貫通する。磁性材料７０Ｂは、芯部７４のうちボビン７３Ａ、７３Ｂ間の部分を長手方向Ｌに貫通する。磁性材料７０Ｃは、芯部７４のうちボビン７３Ｂ、７３Ｃ間の部分を長手方向Ｌに貫通する。磁性材料７０Ｄは、芯部７４のうちボビン７３Ｃ、７３Ｄ間の部分を長手方向Ｌに貫通する。磁性材料７０Ｅは、芯部７４のうちボビン７３Ｄ、７３Ｅ間の部分を長手方向Ｌに貫通する。磁性材料７０Ｆは、芯部７４のうちボビン７３Ｅ、７３Ｆ間の部分を長手方向Ｌに貫通する。磁性材料７０Ａ〜７０Ｆのそれぞれの一部は、芯部７４内に配置される。磁性材料７０Ａ〜７０Ｆは、芯部７４の周回方向に等間隔に配置される。
【００５０】
第１コイル７１は、第１コイル７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ、７１Ｅ、７１Ｆを有する。第１コイル７１Ａは、磁性材料７０Ａに巻回されている。第１コイル７１Ｂは、磁性材料７０Ｂに巻回されている。第１コイル７１Ｃは、磁性材料７０Ｃに巻回されている。第１コイル７１Ｄは、磁性材料７０Ｄに巻回されている。第１コイル７１Ｅは、磁性材料７０Ｅに巻回されている。第１コイル７１Ｆは、磁性材料７０Ｆに巻回されている。第１コイル７１Ａ〜７１Ｆは、非図示の部分で直列に接続されている。
【００５１】
＜第３実施形態の作用、効果＞
磁気センサ７では、第１コイル７１Ａ〜７１Ｆがそれぞれ磁性材料７０Ａ〜７０Ｆに巻回され、更に、第１コイル７１Ａ〜７１Ｆは直列に接続される。これによって、磁気センサ７は、第１態様と同様の効果に加え、磁性材料７０Ａから発生する微弱な一過性磁界を、第１コイル７１の誘導起電力Ｅに基づいて更に高い精度で検出できる。従って、磁気センサ７は、外部磁界Ｂｍｅｓを更に高い精度で検出できる。
【００５２】
又、磁気センサ７においては、ボビン７３Ａ〜７３Ｆ間に空間が形成される。なお、この空間は、芯部７４の一部に対応する。そしてこの空間に磁性材料７０Ａ〜７０Ｆをそれぞれ通すことによって、磁性材料７０Ａ〜７０Ｆの一部を、芯部７４内に配置させることができる。このため、第１実施形態の磁気センサ５のように、磁性材料５０をボビン５３内に貫通させる必要がない。従って、磁気センサ７は、磁気センサ５に比べて容易に製造することが可能となる。
【００５３】
＜第４実施形態（磁気センサ８）＞
図７を参照し、磁気センサ８について説明する。磁気センサ８は、磁気センサ８Ａ、８Ｂを備えている。磁気センサ８Ａ、８Ｂは、それぞれ、上記実施形態における磁気センサ１Ａ、１Ｂに対応する。このため、磁気センサ８Ａは参照用のセンサとして用いられ、磁気センサ８Ｂは計測用のセンサとして用いられる。
【００５４】
磁気センサ８Ａ、８Ｂは、それぞれ、第３実施形態における磁気センサ７と略同一形状を有する。磁気センサ８Ａは、磁性材料８０、第１コイル８１、第２コイル８２、及び、ボビン８３を備えている。磁性材料８０は、磁性材料８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ、８０Ｅ、８０Ｆを有する。第１コイル８１は、第１コイル８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄ、８１Ｅ、８１Ｆを有する。第２コイル８２は、第２コイル８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ、８２Ｄ、８２Ｅ、８２Ｆを有する。ボビン８３は、ボビン８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃ、８３Ｄ、８３Ｅ、８３Ｆを有する。磁性材料８０Ａ〜８０Ｆ、第１コイル８１Ａ〜８１Ｆ、第２コイル８２Ａ〜８２Ｆ、及び、ボビン８３Ａ〜８３Ｆは、それぞれ、磁気センサ７における磁性材料７０Ａ〜７０Ｆ、第１コイル７１Ａ〜７１Ｆ、第２コイル７２Ａ〜７２Ｆ、及び、ボビン７３Ａ〜７３Ｆに対応する。第２コイル８２の芯部８４は、磁気センサ７における芯部７４に対応する。
【００５５】
磁気センサ８Ｂは、磁性材料８５、第１コイル８６、第２コイル８７、及び、ボビン８８を備えている。磁性材料８５は、磁性材料８５Ａ、８５Ｂ、８５Ｃ、８５Ｄ、８５Ｅ、８５Ｆを有する。第１コイル８６は、第１コイル８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆを有する。第２コイル８７は、第２コイル８７Ａ、８７Ｂ、８７Ｃ、８７Ｄ、８７Ｅ、８７Ｆを有する。ボビン８８は、ボビン８８Ａ、８８Ｂ、８８Ｃ、８８Ｄ、８８Ｅ、８８Ｆを有する。磁性材料８５Ａ〜８５Ｆ、第１コイル８６Ａ〜８６Ｆ、第２コイル８７Ａ〜８７Ｆ、及び、ボビン８８Ａ〜８８Ｆは、それぞれ、磁気センサ７における磁性材料７０Ａ〜７０Ｆ、第１コイル７１Ａ〜７１Ｆ、第２コイル７２Ａ〜７２Ｆ、及び、ボビン７３Ａ〜７３Ｆに対応する。第２コイル８７の芯部８９は、磁気センサ７における芯部７４に対応する。
【００５６】
磁性材料８０、８５は、長手方向Ｌに延びる共通のアモルファス性のワイヤによって形成される。より詳細には、磁性材料８０Ａ、８５Ａ、磁性材料８０Ｂ、８５Ｂ、磁性材料８０Ｃ、８５Ｃ、磁性材料８０Ｄ、８５Ｄ、磁性材料８０Ｅ、８５Ｅ、磁性材料８０Ｆ、８５Ｆは、それぞれ、長手方向Ｌに延びる１つのアモルファス性のワイヤによって形成される。磁気センサ８Ａの磁性材料８０Ａ〜８０Ｆは、アモルファスワイヤの長手方向Ｌにおける中心に対して一方側に対応する。一方、磁気センサ８Ｂの磁性材料８５Ａ〜８５Ｆは、アモルファスワイヤの長手方向Ｌにおける中心に対して他方側に対応する。
【００５７】
以下、磁性材料８０、８５のそれぞれの長手方向Ｌにおける中心、且つ、アモルファスワイヤの円形断面の中心の位置を、「基準位置Ｃ」という。このとき、磁性材料８０Ａ、８５Ａ、磁性材料８０Ｂ、８５Ｂ、磁性材料８０Ｃ、８５Ｃ、磁性材料８０Ｄ、８５Ｄ、磁性材料８０Ｅ、８５Ｅ、磁性材料８０Ｆ、８５Ｆは、それぞれ、基準位置Ｃを基準として点対称の形状を有する。又、第１コイル８１Ａ、８６Ａ、第１コイル８１Ｂ、８６Ｂ、第１コイル８１Ｃ、８６Ｃ、第１コイル８１Ｄ、８６Ｄ、第１コイル８１Ｅ、８６Ｅ、第１コイル８１Ｆ、８６Ｆも同様、基準位置Ｃを基準として点対称の形状を有する。更に、基準位置Ｃを通って長手方向Ｌと直交する仮想平面を、「基準平面」と定義する。この場合、第２コイル８２Ａ、８７Ａ、第２コイル８２Ｂ、８７Ｂ、第２コイル８２Ｃ、８７Ｃ、第２コイル８２Ｄ、８７Ｄ、第２コイル８２Ｅ、８７Ｅ、第２コイル８２Ｆ、８７Ｆは、それぞれ、基準平面を基準として面対称の形状を有する。
【００５８】
＜第４実施形態の作用、効果＞
磁気センサ８Ａ、８Ｂは、それぞれ、第３実施形態と同様の効果を奏する。又、磁気センサ８Ａ、８Ｂがプローブ部２Ａに設けられた場合、磁性材料８０、８５に一様に作用する環境磁界の影響を、基準位置Ｃに対して一方側に配置された磁性材料８０と、他方側に配置された磁性材料８５とで対称にできる。又、基準位置Ｃを基準として互いに点対称の関係を有する磁性材料８０、８５のそれぞれについて、基準位置Ｃを基準として互いに点対称の関係を有する第１コイル８１、８６によって、一過性磁界を計測する。このため、磁性材料８０が参照用として用いられ、且つ、磁性材料８５が測定用として用いられたグラジオセンサが構成されることによって、環境磁界を好適に相殺することができる。従って、磁気センサ８による外部磁界Ｂｍｅｓの計測を、更に高い精度で行うことが可能となる。
【００５９】
＜第５実施形態（磁気センサ９）＞
図８を参照し、磁気センサ９について説明する。磁気センサ９は、磁性材料９０、第１コイル９１、及び、第２コイル９２を備えている。磁気センサ９、磁性材料９０、第１コイル９１、及び、第２コイル９２は、それぞれ、上記の説明における磁気センサ１、磁性材料１０、第１コイル１１、及び、第２コイル１２に対応する。
【００６０】
磁性材料９０は、長手方向Ｌと直交する直交方向Ｖの両側に対向する面を有する、板状のアモルファス性材料である。第２コイル９２は、磁性材料９０に直接巻回される。第２コイル９２の素線の延びる方向は、長手方向Ｌと直交する。第２コイル９２の芯部９４の形状は、磁性材料９０の形状と一致する。磁性材料９０と第２コイル９２とは絶縁される。第１コイル９１は、第２コイル９２の外側に巻回される。第１コイル９１の素線の延びる方向は、長手方向Ｌと一致する。第１コイル９１と第２コイル９２とは絶縁される。
【００６１】
＜第５実施形態の作用、効果＞
第２コイル９２は、パルス電流Ｉｅの通電に応じて誘起磁界を生じさせる。誘起磁界は、芯部９４内に発生する。磁気センサ９において、磁性材料９０全体が芯部９４に含まれる。又、誘導磁界の向きは、第２コイル９２の素線の延びる方向と直交する。なお、この方向は、磁性材料９０の長手方向Ｌと直交する。このため、第２コイル９２は、誘起磁界の直交方向Ｖの成分である誘起磁界Ｂｅを、磁性材料９０に効率よく作用させることができる。
【００６２】
又、磁性材料９０の形状を板状とすることによって、磁気センサ５〜８における磁性材料５０、６０、７０、８０よりも表面積を大きくできる。このため、磁性材料９０のうち外部磁界Ｂｍｅｓの検出が可能な領域の大きさを広くできる。更に、第１コイル９１は磁性材料９０に直接巻回されるので、磁性材料９０によって生じる一過性磁界を高い精度で検出できる。
【００６３】
＜変形例＞
本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。上記において、磁性材料１０として、磁気異方性を有する固体材料が用いられた。磁性材料１０として、磁気異方性を有する液体材料が用いられてもよい。又、磁性材料として、磁気異方性を有する固体及び液体の複合物が用いられてもよい。例えば、磁気異方性を有する粒子を含有するイオン液体などのように、磁気異方性を有する液体を所定の容器に含むような構成とすることも可能である。又、アモルファス材料と上記イオン液体との複合物として設けることも可能である。更に、磁性材料１０として、アモルファス性以外の様々な材料を用いることができる。例えば、アモルファス性以外の磁性材料１０として、ナノ結晶軟磁性合金、パーマロイ、フェライト等が挙げられる。
【００６４】
第１実施形態における磁気センサ５のボビン５３は、プラスチック製に限定されない。例えば、ボビン５３はフェライト製であってもよい。又、磁気センサ５は、ボビン５３を有さない構成であってもよい。ボビン５３の周回方向の一部に切れ目が設けられていてもよい。切れ目を設けることによって、磁気センサ５の製造時、第２コイル５２をボビン５３に容易に巻回できる。
【００６５】
第１実施形態における磁気センサ５、第３実施形態における磁気センサ７、及び、第４実施形態における磁気センサ８において、磁性材料１０の形状及び数は、上記実施形態に限定されない。例えば、磁気センサ１に設けられる磁性材料１０の形状及び数は、磁気センサ１に要求される検出感度に応じて変更されてもよい。例えば、磁性材料１０の断面形状は、円形に限定されず、四角形であってもよい。又、異なる断面形状を有する磁性材料１０が混在していてもよい。第５実施形態における磁気センサ９の磁性材料９０の形状は、板状に限定されず、棒状であってもよい。
【００６６】
第１実施形態における磁気センサ５、及び、第２実施形態における磁気センサ６について、第１コイル５１は、ボビン５３又は磁性材料６０の内側に配置されてもよい。即ち、第１コイル５１は、円筒状のボビン５３又は磁性材料６０の内壁に設けられてもよい。
【００６７】
第２実施形態における磁気センサ６において、磁性材料６０と第２コイル５２との間は絶縁されていなくてもよい。例えば、磁性材料６０と第２コイル５２との接触により、相互間に微小電流が流れてもよい。
【００６８】
第４実施形態において、磁性材料８０、８５は、磁気的に直列に結合したものと同等なものであればよい。例えば、双方が磁気的に結合されていれば、相互間に空間が介在していてもよい。つまり、磁性材料８０、８５は別々の部材であってもよい。第４実施形態において、磁性材料８０、８５は、長手方向Ｌの略中心の位置である基準位置Ｃを基準として対称であった。これに対し、例えば、磁性材料８０、８５は、長手方向Ｌの略中心の位置である基準位置Ｃを通って長手方向Ｌと直交する仮想平面を基準平面として、面対称の形状を有していてもよい。
【００６９】
第１コイル１１と第２コイル１２とのそれぞれの素線の延びる方向は、互いに一致していなければよく、上記の第１〜第５実施形態のように直交する場合に限定されない。第１コイル１１の素線の延びる方向と長手方向Ｌと一致していてもよい。第２コイル１２の素線の延びる方向と長手方向Ｌとは相違していてもよい。
【００７０】
磁気計測装置２のプローブ部２Ａは、１つの磁気センサ１のみ有する構成であってもよい。この場合、磁気センサ１Ａ、１Ｂのそれぞれの第１コイル１１Ａ、１１Ｂの誘導起電力Ｅａ、Ｅｂを検出するために設けられた計測部２Ｂの構成（差動アンプ２８等）は設けられなくてもよい。
【００７１】
第２コイル１２に通電する電流は、パルス電流Ｉｅに限定されず、正弦波、のこぎり波、三角波、交流波など波形の形状を問わず、所定のパターンで反復的に変化するものであればよい。又、その所定のパターンが一定値だけ正または負方向にオフセットされた、即ち、直流成分が重畳された波形であってもよい。又、電流が反復的に変化する周期は、一定でなくてもよい。例えば、方形波においてＨｉレベルの出力時間と、Ｌｏｗレベルの出力時間とは均等でなくてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１、５，６，７，８，９        ：磁気センサ
２        ：磁気計測装置
２Ｂ      ：計測部
１０、５０、６０、７０、８０、８５、９０      ：磁性材料
１１、５１、７１、８１、８６、９１      ：第１コイル
１２、５２、７２、８２、８７、９２      ：第２コイル
５４、７４、８４、８９、９４      ：芯部
【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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