(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被誘導部材を誘導するための一定の磁界を発生する磁界発生部と、
前記磁界発生部の周囲に配置され、磁性流体が充填される充填容器と、前記充填容器内に充填される前記磁性流体の量を調整する調整機構と、を有し、前記調整機構の動作により、前記充填容器に充填される前記磁性流体の量を調整して、前記磁界発生部が発生した磁界を遮蔽する状態、一部遮蔽する状態、及び、遮蔽しない状態を選択的に実現する磁場変調装置と、を備え、
前記磁場変調装置の動作により、前記磁界発生部が発生した磁界により形成される磁場を変調することを特徴とする磁気誘導システム。
【請求項２】
前記磁界発生部は、コイルと、前記コイルに対して、被誘導部材を誘導するための一定の磁界を発生するための電流を供給する電源と、を備える請求項１記載の磁気誘導システム。
【請求項３】
被誘導部材を誘導するための一定の磁界を発生する磁界発生部の周囲に配置され、磁性流体が充填される充填容器と、前記充填容器内に充填される前記磁性流体の量を調整する調整機構と、を有し、
前記調整機構の動作により、前記充填容器に充填される前記磁性流体の量を調整して、前記磁界発生部が発生した磁界を遮蔽する状態、一部遮蔽する状態、及び、遮蔽しない状態を選択的に実現することにより、前記磁界発生部が発生した磁界により形成される磁場を変調することを特徴とする磁場変調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被誘導部材を、磁気を用いて誘導させる磁気誘導システム、及び、このシステムに用いられる磁場変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁界によって被誘導部材を誘導可能とする磁気誘導システムにおいて、被誘導部材の誘導のために発生させた誘導磁界に対して、変調した交流磁界を加えて制御することは、被誘導部材に振動を加えることができるため、被誘導部材と物体内部との接触抵抗を減らして誘導を補助する点で有用であると考えられている（特許文献１）。また、このように誘導磁界と交流磁界を併用することによって、被誘導部材の位置や方向を正確に検知することが検討されている。
【特許文献１】特開平４−２２３２６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の磁気誘導システムでは、誘導磁界と交流磁界を発生させるための装置がそれぞれ必要となるためコストが高くなり、システムが大型化する。とくに、誘導磁界の発生及び交流磁界の発生のためにそれぞれコイルを用いる場合は、両コイルに電流を供給するための電源がそれぞれ必要となる。さらに、インダクタンスの大きなコイルに変調電流を供給する場合には、コイル電流を供給する電源の容量や制御能力を大きくする必要があり、システムが高価かつ大型になり、消費電力が増加するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の磁気誘導システムは、被誘導部材を誘導するための一定の磁界を発生する磁界発生部と、前記磁界発生部の周囲に配置され、磁性流体が充填される充填容器と、前記充填容器内に充填される前記磁性流体の量を調整する調整機構と、を有し、前記調整機構の動作により、前記充填容器に充填される前記磁性流体の量を調整して、前記磁界発生部が発生した磁界を遮蔽する状態、一部遮蔽する状態、及び、遮蔽しない状態を選択的に実現する磁場変調装置と、を備え、前記磁場変調装置の動作により、前記磁界発生部が発生した磁界により形成される磁場を変調することを特徴としている。
【０００９】
上記磁界発生部は、コイルと、コイルに対して、被誘導部材を誘導するための一定の磁界を発生するための電流を供給する電源と、を備えるとよい。
【００１０】
本発明に係る磁場変調装置は、被誘導部材を誘導するための一定の磁界を発生する磁界発生部の周囲に配置され、磁性流体が充填される充填容器と、前記充填容器内に充填される前記磁性流体の量を調整する調整機構と、を有し、前記調整機構の動作により、前記充填容器に充填される前記磁性流体の量を調整して、前記磁界発生部が発生した磁界を遮蔽する状態、一部遮蔽する状態、及び、遮蔽しない状態を選択的に実現することにより、前記磁界発生部が発生した磁界により形成される磁場を変調することを特徴としている。                                                                  
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、交流磁界発生のための電流を供給する電源を用いる必要のない磁気誘導システムを提供することにより、大きなインダクタンスを有する磁界発生部材に電流を供給する必要がある場合であっても、コストの低減及びシステムの小型化を可能とする磁気誘導システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しつつ詳しく説明する。
＜第１実施形態＞（図１、図２）
第１実施形態は、本発明に係る磁気誘導システムを構成する磁場変調装置を、磁性流体の充填量を変動させることにより実現したものである。図１に示すように、第１実施形態に係る磁気誘導システムは、磁界発生部１０と、磁場変調装置３０と、を備える。
【００１３】
磁界発生部１０は、内部に磁性体（例えば、純鉄、鉄合金、プラチナマグネット、希土類磁石、金属磁石などの磁石）を挿通させた閉磁路型のコイル１１と、このコイル１１に電流を供給する電源１２（図２）と、を備える。電源１２は制御部２０によりその動作が制御される。制御部２０には入力部２５が接続され、この入力部２５を操作することにより、操作者が所望する磁界の大きさに対応する量の電流がコイル１１に流れて一定の磁界が形成される。なお、磁界発生部１０は、永久磁石を用いることにより、コイル１１及び電源１２を用いない構成とすることもでき、これによりシステムの小型化及びコストダウンを図ることができる。永久磁石としては、例えば、ネオジウム磁石（ネオジム、鉄、ホウ素を主成分とした希土類磁石）、ネオジウム磁石以外の希土類磁石（例えばサマリウムを含む希土類磁石）、及び、これら以外の磁石（例えば、純鉄、鉄合金、プラチナマグネット、テルビウム・ディスプロシウム・鉄合金、フェライト、アルニコ、コバルト・フェライト）がある。
【００１４】
磁場変調装置３０は、磁性流体充填容器３１と、磁性流体タンク３２と、を備える。磁性流体充填容器３１は、非磁性材料（例えば非磁性ステンレスやチタン合金）からなり、内部に磁界発生部１０を収容する中空の略直方体形状を備えている。磁性流体充填容器３１を構成する面は、その内部に、磁性流体を充填可能なように互いに連通した充填空間３１ａが形成されている。磁性流体タンク３２は中空の略直方体形状の容器であって、内部に磁性流体８０が貯蔵される。
【００１５】
磁性流体充填容器３１の充填空間３１ａと磁性流体タンク３２は、３本の流通管６１、６２、６３により互いに連結され、磁性流体タンク３２内の磁性流体８０を所望量だけ充填空間３１ａ内に充填したり、充填空間３１ａから磁性流体８０を所望量だけ排出して磁性流体タンク３２に戻したりできる。すなわち、磁性流体充填容器３１は、磁性流体充填容器３１側から順に配置された電磁弁４１及びポンプ５１を介して、磁性流体を磁性流体充填容器３１に注入充填するための流通管６１により、磁性流体タンク３２と接続されている。また、磁性流体充填容器３１は、磁性流体充填容器３１側から順に配置された流量センサ７２、ポンプ５２、及び、電磁弁４２を介して、磁性流体を磁性流体充填容器３１から排出の流通管６２により、磁性流体タンク３２と接続されている。さらに、磁性流体充填容器３１は、磁性流体充填容器３１側から順に配置された流量センサ７３および電磁弁４３を介して、磁性流体充填容器３１から磁性流体タンク３２までの配管中の空気の排気、及び、充填空間３１ａからオーバーフローした磁性流体８０を磁性流体タンク３２へ排出するための流通管６３により、磁性流体タンク３２と接続されている。また、磁性流体タンク３２は、空気抜きポート３２ａを備えている。なお、以上のような配管は、溶接、又は、オーリングや金属ガスケットなどを介したボルト・ナット締めにより構成する。電磁弁４１〜４３、ポンプ５１、５２、流量センサ７２、７３、及び磁性流体タンク３２によって、磁性流体充填容器３１内に充填される磁性流体８０の量を調整する調整機構が構成される。電磁弁４１〜４３、ポンプ５１、５２、及び、流量センサ７２、７３はそれぞれ制御部２０に接続されている。この制御部２０は入力部２５に接続されており、入力部２５の操作により、磁場変調装置３０は操作者の所望する動作を行う。なお、電磁弁４１〜４３に代えて、ニューマチックバルブを用いることもできる。
【００１６】
磁性流体８０は、例えば表面を界面活性剤で覆った強磁性微粒子を溶媒中に高濃度（例えば５０％程度）で安定に分散させたものを用いてもよい。強磁性微粒子としては、例えば、マグネタイト若しくはマンガン−亜鉛系複合フェライト、又は、コバルト、鉄、若しくはニッケルを含む金属磁性コロイドを用いることができる。界面活性剤としては、例えば、オレイン酸などの長鎖不飽和脂肪酸を使うことができる。さらに、溶媒としては、例えば、水、炭化水素オイル、フッ素系オイルを使用することができる。
【００１７】
つづいて、第１実施形態に係る磁気誘導システムの動作について説明する。あらかじめ磁性流体８０を貯蔵した磁性流体タンク３２から、磁性流体充填容器３１への磁性流体８０の注入、充填は次のように行う。まず、電磁弁４２を閉じた状態で、電磁弁４１と電磁弁４３を開ける。これによって、流通管６１及び６３により磁性流体充填容器３１と磁性流体タンク３２が連通した状態とする。ここで、ポンプ５１を動作させて磁性流体タンク３２内の磁性流体８０を吸引すると、この磁性流体８０は、流通管６１を通じて、磁性流体タンク３２から磁性流体充填容器３１へ注入される。磁性流体充填容器３１に磁性流体８０が完全に充填されると、余剰の磁性流体８０が流通管６３を通じて排出され始める。流量センサ７３が、流通管６３に磁性流体８０が流れていることを検知すると、制御部２０の制御により、電磁弁４１と電磁弁４３は閉じられ、ポンプ５１は停止され、磁性流体タンク３２から磁性流体充填容器３１への磁性流体８０の注入は停止される。
【００１８】
一方、磁性流体８０を磁性流体充填容器３１から排出する動作は以下のように行う。まず、電磁弁４３および電磁弁４２を開けて、流通管６２と流通管６３により、磁性流体充填容器３１と磁性流体タンク３２が連通した状態とする。つづいて、ポンプ５２を動作させることにより、磁性流体充填容器３１内の磁性流体８０を吸引して、磁性流体タンク３２に排出する。磁性流体８０がすべて磁性流体充填容器３１から磁性流体タンク３２へ排出されると、流通管６２内に磁性流体８０が流通しない状態となる。流量センサ７２が、磁性流体８０が流通管６２を流れていないことを検知すると、制御部２０の制御により、ポンプ５２は停止され、電磁弁４３と電磁弁４２は閉じられ、磁性流体充填容器３１から磁性流体タンク３２への磁性流体８０の排出は停止される。
【００１９】
以上の注入、充填、及び排出の動作により、磁界発生部１０が発生した磁界（磁場）を減少又は変調させることができる。すなわち、磁性流体充填容器３１に磁性流体８０が充填されている状態では、磁性流体８０が磁気シールド（遮蔽）の働きをするため、磁界発生部１０が発生する磁界（磁性流体充填容器３１の外部に配置される被誘導部材（例えば磁気アンカー、磁性体を備えた内視鏡）に作用させる磁界）は減少する。これに対して、磁性流体充填容器３１中の磁性流体８０を排出してその量を減少させていくと、磁気シールドの効果が低減するため、磁界発生部１０が発生する磁界の減少量が少なくなり、磁性流体充填容器３１内の磁性流体８０がすべて排出されると磁界発生部１０が発生する磁界は減少することなく、磁性流体充填容器３１の外部に至る。
【００２０】
このように磁性流体充填容器３１内の磁性流体８０の量を調整することにより、磁界発生部１０が発生した磁界を遮蔽する状態（完全に遮蔽する状態）と、一部だけを遮蔽する状態と、遮蔽しない状態（まったく遮蔽しない状態）と、を選択的に実現することができる。よって、磁界発生部１０が発生する磁界を所望量だけ減少させることができるとともに、磁性流体充填容器３１に磁性流体８０を充填する動作と、磁性流体充填容器３１から排出する操作を、一定周期で行うことにより、磁界発生部１０で発生させる磁気誘導用主磁界に、変調を加えることができる。
【００２１】
第１実施形態の変形例として、磁性流体充填容器３１を例えばゴムなどの柔軟な部材で構成してもよい。この場合、磁性流体充填容器３１の一部に磁性流体が充填された状態で、磁性流体充填容器３１に外部から圧力を加える状態と圧力を開放する状態を、一定周期で行うことにより、磁性流体充填容器３１の形状を、一定周期で変化させることにより、磁界発生部１０で発生させる磁気誘導用主磁界に、変調を加えることができる。
＜第２実施形態＞（図３、図４）
第２実施形態は、本発明に係る磁気誘導システムを構成する磁場変調装置を、磁性体シート部及び非磁性体シート部を備える磁場変調シート（磁場変調部材）１４０を移動させることにより実現したものである。図３に示すように、第２実施形態に係る磁気誘導システムは、磁界発生部１０と、磁場変調装置１３０と、を備える。なお、磁界発生部１０については第１実施形態と同様であるため、重複した説明は省略する。
【００２２】
磁場変調装置１３０は、磁場変調シート１４０、ガイドローラ１５１、及びガイドローラ１５２を有する。磁場変調シート１４０は、略長方形状のシートであって、その長手方向の両端部がガイドローラ１５１及びガイドローラ１５２に巻き回され、ガイドローラ１５１とガイドローラ１５２との間で伸張した部分がコイル１１の磁極面１１ａに対向するように配置される。この磁場変調シート１４０は、その長手方向中央の境界線１４５において、磁性体シート部（磁性部分）１４１と、非磁性体シート部（非磁性部分）１４２と、が結合されて構成されている。磁場変調シート１４０の幅は、磁極面１１ａの幅よりも大きいことが好ましく、磁場変調シート１４０の長手方向における磁性体シート部１４１と非磁性体シート部１４２の長さも、磁極面１１ａの長さより大きいことが好ましい。
【００２３】
磁場変調シート１４０は、その長手方向に、複数の長手方向中央の境界線１４５をもち、一定方向にシートを移動させただけでも、磁性体シート部（磁性部分）１４１と、非磁性体シート部（非磁性部分）１４２と、が交互に磁極面１１ａの前面に現れるようにしてもよい。
【００２４】
磁場変調シート１４０は、略長方形状の非磁性のシート（例えば、プラスチック、布）の半分に、磁性材料を溶融させた樹脂や液体を塗布又は噴霧した後に、乾燥させることにより、この塗布部分を磁性体シート部１４１とし、それ以外を非磁性体シート部１４２としたものである。磁性体シート部１４１に用いる磁性体としては、例えば、マンガン−亜鉛系などの軟磁性複合フェライト、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｎｂ−Ｃｕ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ−Ｎｂ−Ｃｕなどの軟磁性アモルファス、又は、パーマロイなどのＦｅ−Ｎｉ合金がある。
【００２５】
磁場変調シート１４０は、上述の構成に代えて、磁性材料を含む薄い帯状体と、非磁性材料（例えばプラスチック、ゴム）からなる薄い帯状体と、を柔軟な非磁性のシート（例えば、プラスチック、ゴム、布）上に、接着剤（例えばエポキシ系接着剤）を用いて張り合わせて構成してもよい。また、このような磁性材料を含む薄い帯状体を積層させて磁性体シート部を構成すると、その厚さ方向の電気抵抗を増加させ、渦電流による損失を低減させることができる。この薄状体は、磁性材料が金属（例えばパーマロイ）であれば機械加工によって製造でき、アモルファスやフェライトであれば、溶媒（例えばプラスチック、ゴム材料）に高濃度に分散させて一体成型することができる。さらにまた、磁場変調シート１４０の長手方向にそって、磁性体シート部１４１と非磁性体シート部１４２を交互に配置して、磁場変調シート１４０を構成することもできる。この構成によれば、磁場変調シート１４０を一方向に一定速度で移動することによって、一定周期の変調を行うことができる。
【００２６】
ガイドローラ１５１及びガイドローラ１５２は、モータ１６１及びモータ１６２によりそれぞれ回転駆動される。このモータ１６１及びモータ１６２は、制御部１２０によりその動作が制御される。制御部１２０は、入力部１２５の操作に応じて、モータ１６１又はモータ１６２に対して回転動作をするように制御信号を出力する。このような制御によって磁場変調シート１４０はその長手方向に移動することができる。すなわち、磁場変調シート１４０とコイル１１の磁極面１１ａとの相対位置関係を変更することができる。よって、磁極面１１ａに対向する位置に、磁場変調シート１４０のうち操作者が所望する部分が配置される。
【００２７】
以上の構成の磁場変調シート１４０をその長手方向に移動させることにより、磁界発生部１０が発生した磁界を減少又は変調することができる。すなわち、磁性体シート部１４１を磁極面１１ａに対向して配置した状態では、磁性体シート部１４１が磁気シールドの働きをするため、磁界発生部１０が発生する磁界（コイル１１に対して磁場変調シート１４０より外側に配置される被誘導部材に作用させる磁界）は減少する。これに対して、磁場変調シート１４０を移動させることにより、磁極面１１ａに対向する位置に非磁性体シート部１４２を配置すると、磁界発生部１０が発生する磁界は減少することなく磁場変調シート１４０の外側に至る。
【００２８】
このように、磁場変調シート１４０を移動させることにより、磁界発生部１０が発生する磁界を所望量だけ減少させることができるとともに、磁性体シート部１４１を磁極面１１ａに対向させる動作と、非磁性体シート部１４２を磁極面１１ａに対向させる動作を、一定周期で行うことにより、磁界発生部１０で発生させる磁気誘導用主磁界に、変調を加えることができる。
【００２９】
第２実施形態の変形例として、磁場変調シート１４０に代えて、磁性体部分と非磁性部分に分けられた円板状部材を用い、これを回転させることによって磁場を変調することもできる。
【００３０】
第２実施形態の別の変形例として、磁場変調シート１４０に代えて、厚みのある積層珪素鋼板を使用することにより、これを磁極面１１ａに対向させる動作と、取り除く動作を繰り返すことによって、より遮蔽効果を大きくした磁場の変調を行うこともできる。
＜第３実施形態＞（図５、図６）
第３実施形態は、本発明に係る磁気誘導システムを構成する磁場変調装置を、温度により磁気特性が変化するコイルを用いて実現したものである。図５に示すように、第３実施形態に係る磁気誘導システムは、磁界発生部２１０と、磁場変調装置２３０と、を備える。
【００３１】
磁界発生部２１０は、一定温度以下となると電気抵抗がゼロとなる超電導コイル（超電導体）（例えば、ＮｂＴｉ、Ｎｂ3Ｓｎ）２１１と、この超電導コイル２１１に電流を供給する電源２１２（図６）と、を備える。電源２１２は制御部２２０によりその動作が制御される。制御部２２０には入力部２２５が接続され、この入力部２２５を操作することにより、操作者が所望する磁界の大きさに対応する量の電流を超電導コイル２１１に供給することができ、この電流量に応じた磁界が形成される。なお、磁界発生部２１０は、超電導コイル２１１及び電源２１２に代えて、超電導バルク永久磁石（例えば、ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅の化合物からなる超電導バルク永久磁石）でもよい。
【００３２】
磁場変調装置２３０は、真空容器２３１、ヒータ（温度調整部材）２４０、シールド容器（磁気シールド部材）２３２、及び、冷凍機２５０を備える。真空容器２３１は、内部を真空断熱状態に保持することのできる材料（例えば、非磁性ステンレス、アルミニウム、チタン、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック））からなる中空容器であって、内部に磁界発生部２１０が収容される。磁界発生部２１０は、熱輻射による外部からの熱進入を防ぐためにシールド容器２３２内に収容された状態で、真空容器２３１内に収容される。シールド容器２３２は、超電導コイル２１１と比較して高い温度から超電導特性を示す材料（例えば、イットリウム・バリウム・銅・酸素の化合物）からなる中空容器であって、上面外側にヒータ２４０が固定されている。このヒータ２４０には、導線２４１を介して、電源２４２が接続されており、この電源２４２から供給される電流量により、ヒータ２４０の温度を制御することができる。電源２４２は制御部２２０に接続されており、入力部を操作することによって、ヒータ２４０に供給する電流量を制御することができる。なお、ヒータ２４０に供給する電力が冷凍機２５０の冷凍能力よりも小さな電力であり、かつ、シールド容器２３２の全体の熱容量が十分に大きければ、超電導コイル２１１は永続的に超電導状態を保つことができる。
【００３３】
冷凍機２５０は、モータ部２５１と、モータ部２５１から延びるシリンダ２５２と、シリンダ２５２の先端に固定された第１ステージ２５３と、第１ステージ２５３からさらに延びるシリンダ２５４と、シリンダ２５４の先端に固定され、その上面に超電導コイル２１１が固定される第２ステージ２５５と、を備える。第２ステージ２５５は、シールド容器２３２内に収容され、超電導コイル２１１を冷却して超電導状態を実現することができる。導線２４１は、高温超電導体（例えば、イットリウム・バリウム・銅・酸素の化合物）からなる電流導入端子であって、これの一部をシリンダ２５２の外周に密着するように配置すると、導線２４１から超電導コイル２１１への熱の侵入量を低減するとともに、導線２４１による発熱を避けることができるため好ましい。
【００３４】
第３実施形態に係る磁気誘導システムにおいては、ヒータ２４０に電流を供給しない状態では、シールド容器２３２は超電導状態を保持している。このとき、磁界発生部２１０が発生する磁界（真空容器２３１を構成する面のうちヒータ２４０に近い面２３１ａの外側に配置される被誘導部材に作用させる磁界）は、シールド容器２３２により低減される。これに対して、ヒータ２４０に、シールド容器２３２の一部が瞬間的に超電導状態を喪失する程度のパルス電流を加えると、磁界発生部２１０から外部に作用する磁界は、瞬間的に増加する。
【００３５】
このようにヒータ２４０へ供給する電流量を調整することにより、磁界発生部２１０が発生する磁界を所望量だけ減少させることができるとともに、ヒータ２４０への電流の供給及び停止を、一定周期で行うことにより、磁界発生部２１０で発生させる磁気誘導用主磁界に、変調を加えることができる。
【００３６】
シールド容器２３２は、磁気シールドとラジエーションシールドに分離して構成することもできる。
【００３７】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る磁気誘導システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る磁気誘導システムの制御系統の構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２実施形態に係る磁気誘導システムの構成を示す底面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る磁気誘導システムの制御系統の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る磁気誘導システムの構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る磁気誘導システムの制御系統の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    磁界発生部
１１    コイル
１２    電源
３０    磁場変調装置
３１    磁性流体充填容器（充填容器）
８０    磁性流体
１３０  磁場変調装置
１４０  磁場変調シート（磁場変調部材）
１４１  磁性体シート部（磁性部分）
１４２  非磁性体シート部（非磁性部分）
２１０  磁界発生部
２３０  磁場変調装置
２３２  シールド容器（磁気シールド部材）
２４０  ヒータ（温度調整部材）
【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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