(57)【要約】【課題】  リングの動作速度を早くする。【解決手段】  一部切欠部Ｌを有し、温度変化に応じその形状を変化させる可逆的形状変化が可能なリングＲにおいて、形状記憶合金を有すること、弾性体を有すること、形状記憶合金と弾性体との間に加熱と冷却とが切換え自在の熱電変換素子を有するとともに、弾性体が熱電変換素子のヒートマスを構成してなること、形状記憶合金は加熱によりその曲率半径が大きくなるか又は小さくなること、形状記憶合金は予めその曲率半径が所定値ａとなるように記憶されているものであること、弾性体は予めその曲率半径が所定値ｂとなるように加工されたものであること、形状記憶合金と該弾性体と熱電変換素子との複合体の曲率半径は、高温時はａ’であり、低温時ではｂ’であること、ａ、ａ’、ｂ及びｂ’は、ａ＞ａ’＞ｂ’＞ｂの関係にあるか又はｂ＞ｂ’＞ａ’＞ａの関係にあることを有して構成される。【選択図】    図１
2007247693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部切欠部を有し、加熱、冷却による温度変化に応じその形状を変化させる可逆的形状変化が可能なリングにおいて、
リングの周方向に沿って形状記憶合金を有すること、
リングの周方向に沿って配設された弾性体を有すること、
形状記憶合金と弾性体との間に加熱と冷却とが切換え自在の熱電変換素子を有するとともに、弾性体が熱電変換素子のヒートマスを構成してなること、
形状記憶合金は加熱によりその曲率半径が大きくなるか又は小さくなること、
形状記憶合金は予めその曲率半径が所定値ａとなるように記憶されているものであること、
弾性体は予めその曲率半径が所定値ｂとなるように加工されたものであること、
形状記憶合金と該弾性体と熱電変換素子との複合体の曲率半径は、高温時ではａ’であり、低温時ではｂ’であること、
ａ、ａ’、ｂ及びｂ’は、ａ＞ａ’＞ｂ’＞ｂの関係にあるか又はｂ＞ｂ’＞ａ’＞ａの関係にあること
を有し、冷却の際の熱電変換素子の発熱量を、ヒートマスを構成する弾性体に蓄積された熱量で補強することにより、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴とする可逆的形状変化が可能なリング。
【請求項２】
該リングは、その外周端面に沿って嵌合用凹部を有して成形材料で成形されてなり、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への加熱により、その曲率半径を拡大するように形状変化を生じるとともに、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への冷却により、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴とする請求項１に記載の可逆的形状変化が可能なリング。
【請求項３】
該リングは、その外周端面に沿って嵌合用凹部を有して成形材料で成形されてなり、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への加熱により、その曲率半径を縮小するように形状変化を生じるとともに、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への冷却により、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴とする請求項１に記載の可逆的形状変化が可能なリング。
【請求項４】
該リングは、その内周端面に沿って嵌合用凹部を有して成形材料で成形されてなり、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への加熱により、その曲率半径を拡大するように形状変化を生じるとともに、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への冷却により、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴とする請求項１に記載の可逆的形状変化が可能なリング。
【請求項５】
該リングは、その内周端面に沿って嵌合用凹部を有して成形材料で成形されてなり、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への加熱により、その曲率半径を縮小するように形状変化を生じるとともに、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への冷却により、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴とする請求項１に記載の可逆的形状変化が可能なリング。
【請求項６】
作業者が出入りする開口部を有する放射性汚染防護用の防護服において、
開口部に接続する防護服枠を有し、該防護服枠には防護服側蓋が着脱自在に装着され、
防護服枠と防護服側蓋との接合手段として請求項１ないし請求項５に記載のいずれかの可逆的形状変化が可能なリングが用いられていることを特徴とする放射性汚染防護用の防護服。
【請求項７】
汚染区域内で着用する放射性汚染防護用の防護服内に作業者が非汚染区域から出入りする出入機構において、
汚染区域と非汚染区域とを仕切る隔壁２１に形成された円形状出入口の周辺に沿って配設された環状の隔壁枠２３と、
該出入口開口より大きな直径を有し、汚染区域内に位置する防護服枠２４と、
該出入口開口より大きな直径を有し、非汚染区域内に位置する非汚染側蓋２６と、
該出入口開口より小さい直径を有する防護服側蓋２５
を備え、
隔壁枠２３には、その汚染区域に対向する側に、該隔壁枠２３に連設されている環の中心方向に向かって突出する第１環状凸部４５と、その非汚染区域に対向する側に、該隔壁枠２３に連設されている環の中心方向に向かって突出する第２環状凸部４６を有してなり、
防護服枠２４には、その非汚染区域に向かう側には、該防護服枠２４に連接されている環の中心方向に向かって突出する第１環状凸部３１と、第１環状凸部３１より小さい直径を有し、該防護服枠２４に連設されている環の外側方向に向かって突出する第２環状凸部３２と、これら２つの第１環状凸部３１と第２環状凸部３２との間に、非汚染区域に向かう側に向かって突出する環状隔離板３５が配設され、かつ、該環状隔離板３５の外周面と該防護服枠２４の第１環状凸部３１との間に、外周端面に沿って嵌合用凹部３３を有する第１リングＲ１（ａ）が配設されるとともに、該環状隔離板３５の内周面と第２環状凸部３２との間に、内周端面に沿って嵌合用凹部３４を有する第２リングＲ１（ｂ）が配設されてなり、
非汚染側蓋２６には、その汚染区域に対向する側に、該非汚染側蓋２６に連設されている環の中心方向に向かって突出する第１環状凸部３６と、第１環状凸部３６より小さい直径を有し、該非汚染側蓋２６に連設されている環の外側方向に向かって突出する第２環状凸部３７と、これら２つの第１環状凸部３６と第２環状凸部３７との間に、汚染区域に向かう側に向かって突出する環状隔離板４０が配設され、かつ、該環状隔離板４０の外周面と第１環状凸部３６との間に、外周端面に沿って嵌合用凹部３８を有する第１リングＲ２（ｂ）が配設されるとともに、該環状隔離板４０の内周面と第２環状凸部３７との間に、内周端面に沿って嵌合用凹部３９を有する第２リングＲ２（ａ）が配設されてなり、
防護服側蓋２５には、その汚染区域に対向する側に、該防護服側蓋２５に連設されている環の外側方向に突出する第１環状凸部４１と、その非汚染区域に対向する側に、該防護服側蓋２５に連設されている環の外側方向に突出する第２環状凸部４２が配設されてなり、
防護服枠２４は、放射性汚染防護用の防護服２２の作業者が出入する開口部に接続されてなり、
防護服枠２４に配置されている第１リングＲ１（ａ）は、請求項２に記載の可逆的形状変化が可能なリングであるとともに、第２リングＲ１（ｂ）は、請求項４に記載の可逆的形状変化が可能なリングであり、一方、非汚染側蓋２６に配置されている第１リングＲ２（ｂ）は、請求項３に記載の可逆的形状変化が可能なリングであるとともに、第２リングＲ２（ａ）は、請求項５に記載の可逆的形状変化が可能なリングであること
を特徴とする出入機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状記憶合金を有するとともに、形状記憶合金をその相変態点温度まで加熱、冷却させるペルチェ素子などの熱電変換素子、及び形状記憶合金の温度変化に応じて変形したその変形形状を元の形状に逆変形させる弾性体を有し、特に形状記憶合金への冷却の際、熱電変換素子の発熱量を補足するためのヒートマスとしての機能を該弾性体に持たせ、形状記憶合金の加熱による形状変形を迅速に逆変形させるようにした構成の可逆的形状変化が可能なリング、該リングを用いた放射線汚染防護用の防護服及び放射線汚染区域に位置する防護服内に非汚染区域から作業者が放射線汚染を生じることなく出入するための該リングを用いた出入機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力施設などにおいて、放射線汚染を受けた区域で作業する場合には、防護服を着用する。防護服を着用して作業する場合には、その防護服の外側は放射線汚染を受けていることから、非汚染区域へ移動する際には、その汚染を除去することが必要である。しかしながら、この汚染の除去には多くの手間を要する。特許文献１には、防護服を着用した状態で汚染区域と非汚染区域との間を安全に出入することが可能とした出入機構が提案されている。
【０００３】
この出入機構においては、その汚染区域と非汚染区域との間を隔離する隔壁の出入り口開口部に対して蓋体を着脱するのにねじを使用することから、その蓋体の着脱操作が面倒で、操作に熟練が必要であるという問題点があった。
【０００４】
これを解決するものとして、本願出願人らは特許文献２を提案した。特許文献２に開示されているものは、前記汚染区域と非汚染区域との間を隔離する隔壁の出入り口開口部に対して蓋体を着脱するのにねじを使用することから、その蓋体の着脱操作が面倒で、操作に熟練が必要であるという問題を解決している。
【０００５】
特許文献２に開示されているように、リングは一部切欠部を有するリングであって、該リングの周方向に沿って弾性体と形状記憶合金とを有し、該形状記憶合金は加熱によりその曲率半径が大きくなるか又は小さくなることにより、該リングの曲率半径が大きくなるか又は小さくなるという特性を有するものである。
【０００６】
ちなみに、該リングはバイアス効果により可逆変形するもので、バイアス機能には弾性体（樹脂、ＦＲＰ、超弾性ＳＭＡなど）を用い、変形の発現はアクチュエータとして用いる形状記憶合金（ＳＭＡ）にニクロム線を用いて加熱変形させている。逆変形はアクチュエータの自然温度降下による相変態にて行われるようになっており、自然冷却手法が採られている。
【０００７】
ところで、従来から発熱、冷却の両者を１つの素子で行えるものとして熱電変換素子が知られており、流す電流の方向を切換えることにより、発熱、冷却の切換えが容易にできることから、従来、ペルチェ素子が電気製品をはじめ多くの分野の器具、装置などによく利用されている。ペルチェ素子を用いて形状記憶合金を加熱、冷却するものとして、例えば特許文献３、特許文献４などがある。
【０００８】
特許文献３には、径の極めて小さい医療器具としてのカテーテルの先端部に筒状運動素子を設け、この筒状運動素子を構成する第１のアクチュエータ部及び第２のアクチュエータ部の各内部にそれぞれ４個の形状記憶合金からなる作動部を配置するとともに、４個の個別に加熱或いは冷却が制御可能な（Ｐ型、Ｎ型）ペルチェ素子列を配置して、４個のペルチェ素子列を適宜に選定して該形状記憶合金を側面から加熱或いは冷却することにより、第１のアクチュエータ部で屈曲運動を、そして第２のアクチュエータ部で回転運動をそれぞれ自在に可能ならしめる、という技術が開示されている。
【０００９】
また、特許文献４には、心機能を補助する医療器具としての細長い補助人工心筋の運動素子が開示されており、断面が矩形形状又は円筒形状をなす運動素子の内部に、形状記憶合金とこの形状記憶合金の長手方向に複数個配置され形状記憶合金を加熱或いは冷却が可能なように交互に配置されたＰ型ペルチェ素子とＮ型ペルチェ素子とが設けら、これらのＰ型ペルチェ素子とＮ型ペルチェ素子とに対する電流の供給方向を適宜に制御することにより、該運動素子を素早く曲げたり戻したりすることで、心臓をマッサージするに足る駆動を運動素子にさせる、という技術が開示されている。
【特許文献１】特公平７−９５１１３号公報
【特許文献２】特開２００２−２６７７９４号公報
【特許文献３】特開２０００−１３５２８８号公報
【特許文献４】特開２００１−１１２７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の特許文献２に開示の技術では、蓋体の着脱動作・作用自体に長時間を要するという問題点があった。
【００１１】
つまり、この蓋体の着脱動作・作用自体に長時間を要する問題点を鑑みたとき、蓋体の着脱操作をするに当たって重要部品をなすリングの動作速度の点に問題点が存在する。すなわち一部切欠部を有するリングはバイアス効果により可逆変形するもので、バイアス機能には弾性体（樹脂、ＦＲＰ、超弾性ＳＭＡなど）を用い、変形の発現はアクチュエータとして用いる形状記憶合金（ＳＭＡ）にニクロム線を用いて加熱変形させている。その逆変形はアクチュエータの自然温度降下による相変態にて行われるようになっており、自然冷却手法が採られているため、リングを元の形状に復帰させるのに時間がかかる。
【００１２】
それ故、前記汚染区域と非汚染区域との間を隔離する隔壁の出入り口開口部に対して該リングを使用した蓋体の着脱に、時間がかかり、作業者の防護服を介しての汚染区域と非汚染区域との空間移動の際の時間的利便性を向上させることが求められている。
【００１３】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、リングの動作速度の改善、特に加熱により形状変形したリングを冷却により逆変形させる際のその動作速度を向上させるべく、そして作業者の防護服を介しての汚染区域と非汚染区域との空間移動の際の時間的短縮性を向上させるべく、逆変形させる弾性体を熱電変換素子のヒートマスとした構造にして、動作速度が早く、温度変化に応じて可逆的形状変化が可能なリングとそれを用いた防護服及び出入機構を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そして、本発明の可逆的形状変化が可能なリングは
（１）  一部切欠部を有し、加熱、冷却による温度変化に応じその形状を変化させる可逆的形状変化が可能なリングにおいて、
リングの周方向に沿って形状記憶合金を有すること、
リングの周方向に沿って配設された弾性体を有すること、
形状記憶合金と弾性体との間に加熱と冷却とが切換え自在の熱電変換素子を有するとともに、弾性体が熱電変換素子のヒートマスを構成してなること、
形状記憶合金は加熱によりその曲率半径が大きくなるか又は小さくなること、
形状記憶合金は予めその曲率半径が所定値ａとなるように記憶されているものであること、
弾性体は予めその曲率半径が所定値ｂとなるように加工されたものであること、
形状記憶合金と該弾性体と熱電変換素子との複合体の曲率半径は、高温時ではａ’であり、低温時ではｂ’であること、
ａ、ａ’、ｂ及びｂ’は、ａ＞ａ’＞ｂ’＞ｂの関係にあるか又はｂ＞ｂ’＞ａ’＞ａの関係にあること
を有し、冷却の際の熱電変換素子の発熱量を、ヒートマスを構成する弾性体に蓄積された熱量で補強することにより、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴としている。
【００１５】
そして、
（２）  該リングは、その外周端面に沿って嵌合用凹部を有して成形材料で成形されてなり、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への加熱により、その曲率半径を拡大するように形状変化を生じるとともに、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への冷却により、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴としている。
【００１６】
また、
（３）  該リングは、その外周端面に沿って嵌合用凹部を有して成形材料で成形されてなり、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への加熱により、その曲率半径を縮小するように形状変化を生じるとともに、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への冷却により、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴としている。
【００１７】
また、
（４）  該リングは、その内周端面に沿って嵌合用凹部を有して成形材料で成形されてなり、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への加熱により、その曲率半径を拡大するように形状変化を生じるとともに、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への冷却により、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴としている。
【００１８】
また、
（５）  該リングは、その内周端面に沿って嵌合用凹部を有して成形材料で成形されてなり、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への加熱により、その曲率半径を縮小するように形状変化を生じるとともに、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への冷却により、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴としている。
【００１９】
そして本発明の可逆的形状変化が可能なリングを用いた防護服は
（６）  作業者が出入りする開口部を有する放射性汚染防護用の防護服において、
開口部に接続する防護服枠を有し、該防護服枠には防護服側蓋が着脱自在に装着され、
防護服枠と防護服側蓋との接合手段として（１）ないし（５）に記載のいずれかの可逆的形状変化が可能なリングが用いられていることを特徴としている。
【００２０】
また本発明の可逆的形状変化が可能なリングを用いた出入機構は
（７）  汚染区域内で着用する放射性汚染防護用の防護服内に作業者が非汚染区域から出入りする出入機構において、
汚染区域と非汚染区域とを仕切る隔壁２１に形成された円形状出入口の周辺に沿って配設された環状の隔壁枠２３と、
該出入口開口より大きな直径を有し、汚染区域内に位置する防護服枠２４と、
該出入口開口より大きな直径を有し、非汚染区域内に位置する非汚染側蓋２６と、
該出入口開口より小さい直径を有する防護服側蓋２５
を備え、
隔壁枠２３には、その汚染区域に対向する側に、該隔壁枠２３に連設されている環の中心方向に向かって突出する第１環状凸部４５と、その非汚染区域に対向する側に、該隔壁枠２３に連設されている環の中心方向に向かって突出する第２環状凸部４６を有してなり、
防護服枠２４には、その非汚染区域に向かう側には、該防護服枠２４に連接されている環の中心方向に向かって突出する第１環状凸部３１と、第１環状凸部３１より小さい直径を有し、該防護服枠２４に連設されている環の外側方向に向かって突出する第２環状凸部３２と、これら２つの第１環状凸部３１と第２環状凸部３２との間に、非汚染区域に向かう側に向かって突出する環状隔離板３５が配設され、かつ、該環状隔離板３５の外周面と該防護服枠２４の第１環状凸部３１との間に、外周端面に沿って嵌合用凹部３３を有する第１リングＲ１（ａ）が配設されるとともに、該環状隔離板３５の内周面と第２環状凸部３２との間に、内周端面に沿って嵌合用凹部３４を有する第２リングＲ１（ｂ）が配設されてなり、
非汚染側蓋２６には、その汚染区域に対向する側に、該非汚染側蓋２６に連設されている環の中心方向に向かって突出する第１環状凸部３６と、第１環状凸部３６より小さい直径を有し、該非汚染側蓋２６に連設されている環の外側方向に向かって突出する第２環状凸部３７と、これら２つの第１環状凸部３６と第２環状凸部３７との間に、汚染区域に向かう側に向かって突出する環状隔離板４０が配設され、かつ、該環状隔離板４０の外周面と第１環状凸部３６との間に、外周端面に沿って嵌合用凹部３８を有する第１リングＲ２（ｂ）が配設されるとともに、該環状隔離板４０の内周面と第２環状凸部３７との間に、内周端面に沿って嵌合用凹部３９を有する第２リングＲ２（ａ）が配設されてなり、
防護服側蓋２５には、その汚染区域に対向する側に、該防護服側蓋２５に連設されている環の外側方向に突出する第１環状凸部４１と、その非汚染区域に対向する側に、該防護服側蓋２５に連設されている環の外側方向に突出する第２環状凸部４２が配設されてなり、
防護服枠２４は、放射性汚染防護用の防護服２２の作業者が出入する開口部に接続されてなり、
防護服枠２４に配置されている第１リングＲ１（ａ）は、（２）に記載の可逆的形状変化が可能なリングであるとともに、第２リングＲ１（ｂ）は、（４）に記載の可逆的形状変化が可能なリングであり、一方、非汚染側蓋２６に配置されている第１リングＲ２（ｂ）は、（３）に記載の可逆的形状変化が可能なリングであるとともに、第２リングＲ２（ａ）は、（５）に記載の可逆的形状変化が可能なリングであること
を特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
弾性体を発熱量の小さい熱電変換素子のヒートマスとしているので、発熱容量の小さい熱電変換素子でも、大きなリングのその形状変化を迅速に行うことができ、流す電流の極性を反転切換えするだけで、従来の自然冷却時に比べ迅速に拡径、縮径が可能なリングとなる。
【００２２】
このリングを利用することにより、蓋を隔壁に形成された出入り口開口部に装着したり或いはその蓋を離脱させるときに、その接合及び離脱が迅速に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
熱電変換素子としてペルチェ素子を用い、その流す電流の方向を変えることにより加熱或いは冷却がそれぞれ反転されて、形状が可逆的に変形可能な本発明のリングは、その内部に形状記憶合金、弾性体、熱電変換素子としてペルチェ素子を有するとともに、そのリングの一部が切欠されている。そのリングの一実施例を図１に示す。
【００２４】
図１において、Ｒはリングを示し、その一部は切欠されている。つまりリングＲは切欠部Ｌを有している。この切欠部Ｌの大きさは、使用する形状記憶合金などにより変わるが、該リングＲをペルチェ素子で加熱或いは冷却したときに生じるその曲率半径の拡大や縮小に応じて適宜に定められる。該ペルチェ素子が設けられた所には弾性体が配設され、該弾性体は、形状記憶合金により変形されたリングＲを逆変形させ、元の形状に復帰させるとともに該ペルチェ素子のヒートマスとしての役割をも有している。
【００２５】
ペルチェ素子はリングＲの大きさによって必ずしもリング全体に配設する必要性はなく、例えば汎用有限要素法によるペルチェ素子の熱流速解析や汎用有限要素法によるペルチェ素子の熱伝導解析で、リングＲの大きさに応じてその計算から熱流速、その熱伝導の様子が分かるので、どの程度の大きさのペルチェ素子をリングＲのどの位置に何個配置するかシミュレートすることができ、それによってそれぞれ決定される。そして該リングＲの断面は種々の構造を有することができる。
【００２６】
なお、Ｋはペルチェ素子が配置されている複数個の位置の中の１つを破断して表し、Ｅはペルチェ素子に電流を供給するリード線を表している。
【００２７】
図２はリングにペルチェ素子が配置される所での基本的配置図を示している。
図２において、１は形状記憶合金、２は超弾性形状記憶合金、３はペルチェ素子、４は固定用ブリッジを表している。
【００２８】
固定用ブリッジ４は、断熱材料、例えばセラミックが用いられており、固定用ブリッジ４に形状記憶合金１と超弾性形状記憶合金２とがペルチェ素子３にそれぞれ直接接する形態で配設されている。つまり超弾性形状記憶合金２は、本来の弾性作用に加えて、発熱量の小さいペルチェ素子３のヒートマスとしての機能を兼ね備えるように配置されている。言うまでもなくペルチェ素子３は、該ペルチェ素子３に流れる電流のその極性の切換えに応じ、その加熱と冷却とをそれぞれ反転させる。
【００２９】
なお、ペルチェ素子３を中にした形状記憶合金１と超弾性形状記憶合金２との３者構成で１組をなすようになっており、図２では２組のものが図示されている。以降便宜上２組のもので説明するが、１組の場合や３組の場合など適宜の組数とすることができる。
【００３０】
図３はリングにペルチェ素子が配設されている部分のその一実施例断面構造図を示している。
図３において、線状の形状記憶合金１とヒートマスを兼ねた線状の超弾性形状記憶合金２とが、ペルチェ素子３にそれぞれ直接接する形態でセラミックの固定用ブリッジ４に固定されている。７、８は断熱材であり、これらの部材は、例えば軟質塩化ビニールなどの高分子成形材料６でモールドされている。この断熱材７、８は、例えば形状記憶合金１側の熱が超弾性形状記憶合金２側へ熱伝導するのを遮断する。リングＲにはその内周端面に沿ってテーパを有する凹部５が形成されている。
【００３１】
形状記憶合金１と超弾性形状記憶合金２とのそれぞれの位置を替えてもよく、また凹部５はリングＲの外周端面に沿って設けることも可能である。
【００３２】
図３ではリングＲの断面が長方形として示されているが、リングＲの断面形状は他の形状、例えば円形状や他の多角形状など種々の形状をとることができる。ここではリングＲが後に説明する放射線汚染防護用の防護服、出入機構などに用いられることに関連して、断面が長方形で、リングＲの内周端面に沿ってテーパを有する凹部５が設けられたものを図示している。
【００３３】
図４はリングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図を示している。
図４において、線状の形状記憶合金１とヒートマスを兼ねた線状の超弾性形状記憶合金２とが、ペルチェ素子３にそれぞれ直接接する形態でセラミックの固定用ブリッジ４に固定されている。８は断熱材であり、これらの部材は高分子成形材料６でモールドされている。この断熱材８は熱伝導阻止として用いられている。この高分子成形材料６でのモールドは、超弾性形状記憶合金２が高分子成形材料６から露出される形状にされ、空中放熱が行われるようになっている。
【００３４】
図５はリングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図を示している。
図５において、線状の形状記憶合金１とヒートマスを兼ねた線状の超弾性形状記憶合金２とが、ペルチェ素子３にそれぞれ直接接する形態でセラミックの固定用ブリッジ４に固定されている。ここでのペルチェ素子３は、図５図示の如く高分子成形材料６の上辺（外周端面）、下辺（内周端面）にまでそれぞれ延ばされており、ペルチェ素子３の発熱量の増加を図るとともに、例えば形状記憶合金１側と超弾性形状記憶合金２側との熱伝導を遮断する構造となっている。
【００３５】
図６はリングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図を示している。
図６において、図３に示されたものから更に２つの断熱材７，７の間の高分子成形材料６を削除し、形状記憶合金１と超弾性形状記憶合金２とを入れ換えた形態でモールドされている。この場合は、超弾性形状記憶合金２を内側に、形状記憶合金１を外側にして固定用ブリッジ４に固定されており、超弾性形状記憶合金２の放熱効果向上のための配置である。断熱材７がない構造であってもよい。
【００３６】
図７はリングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図を示している。
図７において、１個の帯状のペルチェ素子９を共通にして２個の形状記憶合金１と２個の超弾性形状記憶合金２とで構成のものを、それぞれの固定用ブリッジ１０を用いて固定している。断熱材７で形状記憶合金１側と超弾性形状記憶合金２側との熱伝導を遮断するようにしている。断熱材７に替え、帯状のペルチェ素子９が延長されていてもよい。
【００３７】
図８はリングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図を示している。
図８のものは、図７の２個の線状の超弾性形状記憶合金２を１個の帯状の超弾性形状記憶合金１１に替えたものであり、この場合もペルチェ素子９のその内径側に帯状の超弾性形状記憶合金１１、その外径側に形状記憶合金１をそれぞれ直接接する形態とすることも可能である。
【００３８】
以上の説明から分かるように、図７において、２個の形状記憶合金１を１個の帯状の形状記憶合金に替えることもでき、また２個の超弾性形状記憶合金２を１個の帯状の超弾性形状記憶合金に替えるとともに２個の形状記憶合金１を１個の帯状の形状記憶合金に替えることもできる。
【００３９】
図７、図８の場合にはさらに、形状記憶合金１と超弾性形状記憶合金２との位置を換え、環状外側に超弾性形状記憶合金２、環状内側に形状記憶合金１を配設する構造を採ることも可能である。
【００４０】
以上の説明では、リングＲの断面形状は、長方形として示されているが、他の形状、例えば円形状や他の多角形状などであることも可能である。それぞれの応用製品の形態に適合した断面形状とすることができることは言うまでもない。
【００４１】
図１、図３ないし図８で説明したリングＲは、或る曲率半径ａに形状記憶させた形状記憶合金１と、別な曲率半径ｂに加工した超弾性形状記憶合金（超弾性形状記憶合金のほかに、ばね、鋼、プラスチック、ＦＲＰなどの弾性体であってもよい）２、１１とを熱電変換素子であるペルチェ素子３にそれぞれ直接接触させた組合わせの上で固定用ブリッジ４、１０で固定し、成形材料の高分子成形材料（樹脂、低融点合金など）６で一体化、すなわち複合化させたものである。この場合、高分子成形材料６は必ずしも必要とされず、固定用ブリッジ４、１０によるペルチェ素子３、９を中にした形状記憶合金１と超弾性形状記憶合金２などの弾性体との一体化させる構造とすることも可能である。
【００４２】
このリングＲは、その形状記憶合金１について予めその曲率半径が所定値ａとなるように記憶されており、その超弾性形状記憶合金２について予めその曲率半径が所定値ｂとなるように加工されていて、その上で、加熱時（高温時）には曲率半径ａ’を有し、低温時（ペルチェ素子３による冷却時のみならず未加熱時を含む冷却時）には曲率半径ｂ’を有するように設計されている。
【００４３】
形状記憶合金１としては、通常Ｔｉ−Ｎｉ合金が用いられているが、形状記憶を有するもので、かつ低温時と高温時との弾性率に差があるもの（タイリング）であればよい。
【００４４】
前記曲率半径ａ、ａ’、ｂ、ｂ’において、ａ＞ａ’＞ｂ＞ｂ’の関係になるように設計すれば、そのリングＲは、高温時に半径が大きくなり、高温時に曲率半径ａ’、低温時に曲率半径ｂ’を有するリング（タイリング）となる。
【００４５】
一方、曲率半径ａ、ａ’、ｂ、ｂ’において、ｂ＞ｂ’＞ａ’＞ａの関係になるように設計すれば、そのリングＲは、低温時に曲率半径ｂ’を有し、高温時に曲率半径ａ’を有するリング（タイリング）となる。
【００４６】
リングＲを加熱、冷却するためには、図１に示されたリード線Ｅからペルチェ素子３に適宜の方向の電流を流せばよい。
【００４７】
高温時にその半径が大きくなるように設計されたリングＲは、そのペルチェ素子３に通電して、そのリングＲ内の形状記憶合金１をその相変態点温度以上に加熱すると、その半径は大きくなり、そのリングＲの外周端面に物を接触させていると、その物を外方向に強く押圧する。
【００４８】
相変態点温度以上に加熱され、リングＲの外周端面でその物が外方向に強く押圧されている状態で、そのペルチェ素子３に逆極性の通電をしてそのリングＲ内の形状記憶合金１をその相変態点温度以下に冷却すると、リングＲのヤング率が低減するとともにその剛性が低下し、超弾性形状記憶合金２の弾性力により該形状記憶合金１が元の状態に復帰する。すなわち、その物を外方向に強く押圧していた押圧力が形状記憶合金１の形状変化により消滅する。
【００４９】
一方、低温時にその半径が小さくなるように設計されたリングＲは、そのペルチェ素子３に通電をして、そのリングＲ内の形状記憶合金１をその相変態点温度以上に加熱すると、その半径は小さくなり、そのリングＲの内周端面に物を接触させていると、その物を強く締付ける。
【００５０】
相変態点温度以上に加熱され、リングＲの外周端面でその物が強く締付けられている状態で、そのペルチェ素子３に逆極性の通電をしてそのリングＲ内の形状記憶合金１をその相変態点温度以下に冷却すると、リングＲのヤング率が低減するとともにその剛性が低下し、超弾性形状記憶合金２の弾性力により該形状記憶合金１が元の状態に復帰する。すなわち、その物を強く締付けていた力が形状記憶合金１の形状変化により消滅する。
【００５１】
今、ペルチェ素子３によって形状記憶合金１側が加熱されていると、超弾性形状記憶合金２は冷却されており、該超弾性形状記憶合金２に冷気が蓄積される。つまり超弾性形状記憶合金２はヒートマスとして作用している。形状記憶合金１が変態点温度に到達すると、形状記憶合金１はアクチェータとして機能し、超弾性形状記憶合金２の弾性力に抗してリングＲを予め記憶されている形状に変形させる。
【００５２】
ペルチェ素子３へ供給されている電流の極性を反転させると、形状記憶合金１側が冷却されるとともに超弾性形状記憶合金２側が加熱される。このとき超弾性形状記憶合金２はそれまでヒートマスとして冷気を蓄積していたので、超弾性形状記憶合金２の温度上昇速度は遅く、これによりペルチェ素子３の超弾性形状記憶合金２側への発熱が高まり、ペルチェ素子３の効率が向上する。
【００５３】
そしてこの時の形状記憶合金１側の温度は超弾性形状記憶合金２側の温度より高いので、形状記憶合金１側から超弾性形状記憶合金２へ該ペルチェ素子３を介して熱伝導などの熱移動が起こり、形状記憶合金１の温度はペルチェ素子３の冷却ともあいまって急速に降下する。そして形状記憶合金１が変態点温度に降下すると、それまでの形状記憶合金１の剛性が消滅し、超弾性形状記憶合金２の弾性力に抗することができなくなり、超弾性形状記憶合金２の弾性力により、リングＲは元の形状に変形させられる。
【００５４】
ところで、特許文献３では、ペルチェ素子列を適宜に選定して該形状記憶合金を側面から加熱或いは冷却することにより、第１のアクチュエータ部で屈曲運動を、そして第２のアクチュエータ部で回転運動をそれぞれ自在に可能ならしめている。ペルチェ素子列の各ペルチェ素子が発生させる熱量は小さく、径の極めて小さい医療器具としてのカテーテルを可逆的に形状変形を可能ならしめることはできるが、後に説明する防護服を介して汚染区域と非汚染区域とを空間移動する作業者が出入する程の大きさのリングに対して熱容量不足である。
【００５５】
またカテーテルは、断面が円環をなしその軸方向に長いという筒状であり、当該筒の径の中心軸方向の拡大縮小は物理的に不可能である（本発明のリングＲは切欠部Ｌを有している）。
【００５６】
特許文献４では、断面が矩形形状又は円筒形状をなす運動素子の内部に、形状記憶合金とこの形状記憶合金の長手方向に複数個配置された形状記憶合金を加熱或いは冷却が可能なように交互に配置されたＰ型ペルチェ素子とＮ型ペルチェ素子とが設けられ、これらのＰ型ペルチェ素子とＮ型ペルチェ素子とに対する電流の供給方向を適宜に制御して、該運動素子を素早く曲げたり戻したりすることを可能ならしめている。これらの各ペルチェ素子が発生させる熱量は小さく、断面が矩形形状又は円筒形状の極めて小さい医療器具としての運動素子を可逆的に形状変形を可能ならしめることはできるが、特許文献３の場合と同様に、防護服を介して汚染区域と非汚染区域とを空間移動する作業者が出入する程の大きさのリングに対して、これらの技術を適用しても熱容量不足は明白である。
【００５７】
また運動素子は、断面が矩形形状又は円筒形状をなしその軸方向に長いという棒状であり、当該矩形形状又は円筒形状中心軸方向の拡大縮小は物理的に不可能である。
【００５８】
なお、特許文献４の段落〔００４０〕、〔００４１〕には、「また、円筒形状の形状記憶合金３１の内部に超弾性のパイプあるいは線材を挿入し、パイプあるいは線材の復元力を利用して変形前の形状に復帰させるようにしてもよい。」、「さらに超弾性のパイプあるいは高分子材料で形成されたパイプを円筒形状の形状記憶合金３１の外側に配置してペルチェ素子を覆い、このパイプの復元力を利用して変形前の形状に復帰させるようにしてもよい。」との記述がなされているが、これらの配列構造において、結果的に超弾性のパイプがペルチェ素子からの発熱の熱量を蓄積はするが、段落〔００４１〕の場合はペルチェ素子からの熱量を超弾性のパイプを介して形状記憶合金３１に伝導する構造となっており、ペルチェ素子が直接形状記憶合金３１に熱量を付与する形態になっておらず、熱効率が悪く、また段落〔００４０〕の場合はペルチェ素子からの熱量を直接形状記憶合金３１に付与する形態であり、超弾性のパイプはヒートマスとしての役割をなしていないものである。つまり、超弾性のパイプをヒートマスとして積極的に利用する技術は開示されていない。
【００５９】
本発明による汚染区域内で着用する防護服内に非汚染区域から作業者が出入する機構は、前記加熱、冷却により可逆的に形状変形を生じる該リングＲを利用するもので、ねじやボルトなどの締付具を実質上使用しないものであるとともに、通電極性の反転で加熱、冷却の急速な反転が可能となり、該リングＲの可逆変形速度を向上させることにより、汚染区域内と非汚染区域との間の作業者の迅速な出入移動を可能ならしめている。
【００６０】
図９は作業者が汚染区域と非汚染区域との間を出入する機構の説明図、図１０は作業者が汚染区域と非汚染区域との間を出入する際の出入機構の構成図を示している。
【００６１】
図９、図１０において、２１は隔壁であり、汚染区域と非汚染区域とを分離するもの、２２は防護服、２３は隔壁枠であり、作業者が出入可能な穴を有する隔壁２１に取り付けられているもの、２４は防護服枠であり、防護服２２の開口部周囲に装着されているもの、２５は防護服側蓋、２６は非汚染側蓋をそれぞれ表している。
【００６２】
図１１及び図１２は図１０の構成図の部分Ｙの拡大図、図１３は図１０の機構の斜視図をそれぞれ示している。
【００６３】
図１１及び図１２において、２４は図９、図１０で説明された防護服枠を表し、３１及び３２はそれに連接されたテーパ付の環状凸部をそれぞれ表わしている。３１は第１環状凸部であり、３２は第２環状凸部である。第１環状凸部３１は該防護服枠２４に連接されている環の内側（環の中心方向）に向けて突き出ており、第２環状凸部３２は、第１環状凸部３１より小さい直径を有し、該防護服枠２４に連設されている環の外側方向（環の中心方向と反対の方向）に向けて突き出している。  
【００６４】
３５は環状隔離板であり、環状隔離板３５はこれら２つの第１環状凸部３１と第２環状凸部３２との間に、非汚染区域に向かう側に向かって突出する形態で該防護服枠２４に連接されて設けられている。環状隔離板３５の先端部は三角形をなすテーパ状に形成されている。
【００６５】
該環状隔離板３５の外周面と該防護服枠２４の第１環状凸部３１との間に、第１リングＲ１（ａ）が配設されるとともに、該環状隔離板３５の内周面と第２環状凸部３２との間に、第１リングＲ１（ｂ）が配設されている。
【００６６】
第１リングＲ１（ａ）の外周端面に沿ってテーパを有する嵌合用の環状凹部、すなわち第１環状凹部（嵌合用凹部）３３が設けられており、また第１リングＲ１（ｂ）の内周端面に沿ってテーパを有する嵌合用の環状凹部、すなわち第２環状凹部（嵌合用凹部）３４が設けられている。
【００６７】
そして第１環状凹部３３は第１環状凸部３１と嵌合し、第２環状凹部３４は第２環状凸部３２と嵌合する。
【００６８】
２６は図９、図１０で説明された非汚染側蓋を表し、３６及び３７はそれに連設されたテーパ付の環状凸部をそれぞれ表わしている。３６は第１環状凸部であり、３７は第２環状凸部である。第１環状凸部３６は該非汚染側蓋２６に連設されている環の内側（環の中心方向）に向けて突き出ており、第２環状凸部３７は、第１環状凸部３６より小さい直径を有し、該非汚染側蓋２６に連設されている環の外側方向（環の中心方向と反対の方向）に向けて突き出している。  
【００６９】
４０は環状隔離板であり、環状隔離板４０はこれら２つの第１環状凸部３６と第２環状凸部３７との間に、汚染区域に向かう側に向かって突出する形態で該非汚染側蓋２６に連設されて設けられている。環状隔離板４０の先端部はテーパ状に形成されている。
【００７０】
該環状隔離板４０の外周面と該環状隔離板４０の第１環状凸部３６との間に、第２リングＲ２（ｂ）が配設されるとともに、該環状隔離板４０の内周面と第２環状凸部３７との間に、第２リングＲ２（ａ）が配設されている。
【００７１】
第２リングＲ２（ｂ）の外周端面に沿って三角形をなすテーパを有する嵌合用の環状凹部、すなわち第１環状凹部（嵌合用凹部）３８が設けられており、また第２リングＲ２（ａ）の内周端面に沿ってテーパを有する嵌合用の環状凹部、すなわち第２環状凹部（嵌合用凹部）３９が設けられている。
【００７２】
そして第１環状凹部３８は第１環状凸部３６と嵌合し、第２環状凹部３９は第２環状凸部３７と嵌合する。
【００７３】
２５は図９、図１０で説明された防護服側蓋を表し、４１及び４２はそれに連設されたテーパを有す環状凸部をそれぞれ表わしている。４１は第１環状凸部であり、４２は第２環状凸部である。第１環状凸部４１はその汚染区域に対向する側に、該防護服側蓋２５に連設されている環の外側方向（環の中心方向と反対の方向）に突出しており、第２環状凸部４２はその非汚染区域に対向する側に、該防護服側蓋２５に連設されている環の外側方向（環の中心方向と反対の方向）に突出している。防護服側蓋２５の外端ヘッド４３は三角形をなすテーパ状に形成されている。
【００７４】
２３は図９、図１０で説明された隔壁枠を表し、４５及び４６はそれに連設されたテーパを有する環状凸部をそれぞれ表わしている。４５は第１環状凸部であり、４６は第２環状凸部である。第１環状凸部４５は該隔壁枠２３に連接されている環の内側（環の中心方向）に向けて突出しており、第２環状凸部４６は、該隔壁枠２３に連設されている環の内側方向（環の中心方向）に向けて突出している。隔壁枠２３の内端ヘッド４７は三角形をなすテーパ状に形成されている。
【００７５】
なお、上記説明の第１リングＲ１（ａ）及び第２リングＲ１（ｂ）は、いずれも加熱によりその半径が拡大するリングを表し、第２リングＲ２（ａ）及び第１リングＲ２（ｂ）は、いずれも加熱によりその半径が縮小するリングである。
【００７６】
これらの第１リングＲ１（ａ）、第２リングＲ１（ｂ）、第２リングＲ２（ａ）及び第１リングＲ２（ｂ）は、図１図示の形状、構造を有しており、図１で示されるリングＲ内に配設されたペルチェ素子３への電流供給は、そのリード線Ｅから行われ、極性反転の電流供給により、加熱と冷却とがそれぞれ反転する。
【００７７】
ここで、図１１は低温（常温を含む）時の状態を示しており、この場合、第１リングＲ１（ａ）は未変形でその半径が小さく、第１環状凸部３１と第１環状凹部３３とは未嵌合である。また第２リングＲ１（ｂ）も未変形であり、その半径は小さく、そして第２環状凸部３２と第２環状凹部３４とは嵌合している。
【００７８】
また、第２リングＲ２（ａ）は未変形でその半径が大きく、第２環状凸部３７と第２環状凹部３９とは未嵌合である。また第１リングＲ２（ｂ）も未変形でその半径は大きく、そして第１環状凸部３６と第１環状凹部３８とは嵌合している。
【００７９】
また、第１環状凸部４１は、防護服枠２４の第２リングＲ１（ｂ）の第２環状凹部３４に、防護服枠２４の第２環状凸部３２とともに嵌合し、防護服枠２４と防護服側蓋２５とは気密的に接合している。
【００８０】
また第１環状凸部４５は未嵌合状態で、第２環状凸部４６は非汚染側蓋２６の第１リングＲ２（ｂ）の第１環状凹部３８に非汚染側蓋２６の第１環状凸部３６とともに嵌合し、隔壁枠２３と非汚染側蓋２６とが気密的に接合している。
【００８１】
図１２は高温時（加熱時）の状態を示している。この場合、第１リングＲ１（ａ）は変形を生じ、その半径は拡大され、第１環状凸部３１と第１環状凹部３３とは嵌合している。また第２リングＲ１（ｂ）も変形を生じ、その半径は拡大され、そして第２環状凸部３２と第２環状凹部３４とは未嵌合となる。
【００８２】
また、第２リングＲ２（ａ）は変形を生じ、その半径は縮小され、第２環状凸部３７と第２環状凹部３９とは嵌合している。また第１リングＲ２（ｂ）も変形を生じ、その半径は縮小され、そして第１環状凸部３６と第１環状凹部３８とは未嵌合となる。
【００８３】
また、第１環状凸部４１は防護服枠２４の第２環状凹部３４から離脱し、一方、第２環状凸部４２は、非汚染側蓋２６の第２リングＲ２（ａ）の第２環状凹部３９に嵌合し、非汚染側蓋２６と防護服側蓋２５とが気密的に接合している。
【００８４】
また、隔壁枠２３の第１環状凸部４５は防護服枠２４の第１リングＲ１（ａ）の第１環状凹部３３に、防護服枠２４の第１環状凸部３１とともに嵌合し、隔壁枠２３と防護服枠２４とが気密的に接合している。
【００８５】
前記のように、汚染区域に位置する防護服枠２４を、防護服側蓋２５と気密的に接合させるとともに、隔壁枠２３に非汚染側蓋２６を気密的に接合させるときには（図１１）、防護服枠２４を離脱させても、汚染区域を非汚染区域とは完全に遮断することができる。この場合には、防護服枠２４に接合した防護服側蓋２５により防護服の開口部は気密的に密閉され、防護服２２内は汚染を受けないことから、この状態で作業者は作業することができる。
【００８６】
また、汚染区域に位置する防護服枠２４を、隔壁２１に連設された隔壁枠２３に対して気密的に接合させるとともに、防護服側蓋２５と非汚染側蓋２６とを気密的に接合させるときには（図１２）、非汚染側蓋２６と防護服側蓋２５とを、隔壁枠２３及び防護服枠２４からそれぞれ離脱させても、汚染区域を非汚染区域とは完全に遮断される。
【００８７】
そしてこの場合には、防護服枠２４の開口部Ｈ（図１３）が非汚染区域に露出しているので、作業者は、その開口部Ｈを介して防護服内に出入りすることができる。作業者がその開口部Ｈを介して防護服２２内に入った後には、図１１に示すように、防護服側蓋２５をその防護服２２に付設された防護服枠２４に接合させるとともに、隔壁枠２３に非汚染側蓋２６を接合させる。
【００８８】
この場合には、防護服側蓋２５は、隔壁枠２３及び非汚染側蓋２６から離脱された状態であることから、作業者は、その防護服側蓋２５で密封された防護服２２を着用することとなり、自由に作業を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
発熱量の小さいペルチェ素子であっても、径の大きなリングの拡径、縮径が可能となるとともに、流す電流の極性を反転切換えするだけで、従来の自然冷却時に比べ迅速な拡径、縮径が可能なリングとなる。
【００９０】
このリングの利用により、放射線汚染されるおそれがある作業者の非汚染区域から汚染区域に位置する防護服への移動、この汚染区域に位置する防護服から非汚染区域への移動という出入りが、ねじの使用を必要とせず、かつリングＲに流す電流の極性を切換えるという簡単な操作で、作業者は迅速にかつ安全に出入りすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明のリングの一つの実施例についての説明図である。
【図２】本発明のリングにペルチェ素子が配置される所での基本的配置図である。
【図３】リングにペルチェ素子が配設されている部分のその一実施例断面構造図である。
【図４】リングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図である。
【図５】リングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図である。
【図６】リングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図である。
【図７】リングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図である。
【図８】リングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図である。
【図９】作業者が汚染区域と非汚染区域との間を出入りする機構の説明図である。
【図１０】作業者が汚染区域と非汚染区域との間を出入りする際の出入機構構成図である。
【図１１】図１０の構成図の部分Ｙ（低温時）の拡大図である。
【図１２】図１０の構成図の部分Ｙ（高温時）の拡大図である。
【図１３】図１０の構成の斜視図である。
【符号の説明】
【００９２】
１  形状記憶合金
２，１５  弾性体（超弾性形状記憶合金）
３  ペルチェ素子（熱電変換素子）
４  固定用ブリッジ
２１  隔壁
２２  防護服
２３  隔壁枠
２４  防護服枠
２５  防護服側蓋
２６  非汚染側蓋
【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】
2007247693.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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