(57)【要約】【課題】形状記憶合金ワイヤの少ない変位を活用して大きな湾曲角度を得ることのできる変位機構を提供する。【解決手段】固定部を有する第１の管と、固定部を有し、第１の管に連結部を介して連結された第２の管と、第１の管の固定部及び第２の管の固定部に固着された形状記憶部材と、第１の管の固定部と第２の管の固定部との間にある形状記憶部材を保持するガイド部と、を備え、連結部を中心に第１の管及び第２の管が回動する。ガイド部は第１の管及び第２の管の少なくとも一方の管に設けられていることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部を有する第１の管と、
固定部を有し、前記第１の管に連結部を介して連結された第２の管と、
前記第１の管の固定部及び前記第２の管の固定部に固着された形状記憶部材と、
前記第１の管の固定部と前記第２の管の固定部との間にある前記形状記憶部材を保持するガイド部と、
を備え、
前記連結部を中心に前記第１の管及び前記第２の管が回動することを特徴とする変位機構。
【請求項２】
前記ガイド部は前記第１の管及び前記第２の管の少なくとも一方の管に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の変位機構。
【請求項３】
前記ガイド部は、前記第１の管及び前記第２の管とは別の部材であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変位機構。
【請求項４】
前記ガイド部は、前記形状記憶部材を内部へ挿通させる孔であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変位機構。
【請求項５】
前記第１の管と前記第２の管が複数連結されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の変位機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の変位機構として、特許文献１及び特許文献２には、複数の管状体を回動自在に連結し、形状記憶合金に通電加熱することにより、連結された管状体を湾曲させる湾曲装置が開示されている。
また、特許文献３には、複数の関節駒からなる管状体において、関節駒を互いに回動自在に連結する回動軸が管状体の中心軸上から径方向に交互にずらして配置されている湾曲構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許昭６３−６２２１３号公報
【特許文献２】特公平６−７５５６５号公報
【特許文献３】特開平５−１８４５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２記載の湾曲装置では、形状記憶合金の収縮変位量が少なく湾曲角度が十分にとれないという問題点がある。
また、特許文献３記載の湾曲構造では、連結部としての回動軸を径方向にずらしてはいるものの、形状記憶合金ワイヤとの位置関係が具体的に記載されておらず、関節駒の湾曲角度が十分にとれないおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、形状記憶合金ワイヤの少ない変位を活用して大きな湾曲角度を得ることのできる変位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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る変位機構は、固定部を有する第１の管と、固定部を有し、第１の管に連結部を介して連結された第２の管と、第１の管の固定部及び第２の管の固定部に固着された形状記憶部材と、第１の管の固定部と第２の管の固定部との間にある形状記憶部材を保持するガイド部と、を備え、連結部を中心に第１の管及び第２の管が回動することを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る変位機構において、ガイド部は第１の管及び第２の管の少なくとも一方の管に設けられていることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る変位機構において、ガイド部は、第１の管及び第２の管とは別の部材であることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る変位機構において、ガイド部は、形状記憶部材を内部へ挿通させる孔であることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る変位機構においては、第１の管と第２の管が複数連結されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る変位機構は、形状記憶合金ワイヤの少ない変位を活用して大きな湾曲角度を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態の基本構成における変位機構の構成を示す側面図である。
【図２】第１実施形態に係る変位機構の構成を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る変位機構の構成を示す分解斜視図である。
【図４】第１実施形態に係る変位機構の構成を示す側面図である。
【図５】第１実施形態に係る変位機構の構成を示す正面図である。
【図６】第１実施形態に係る変位機構の構成を示す背面図である。
【図７】第１実施形態に係る変位機構において、連結部を中心にして第１の管と第２の管がそれぞれ回動した状態を示す側面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の基本構成における変位機構の構成を示す側面図である。
【図９】第２実施形態に係る変位機構の構成を示す斜視図である。
【図１０】第２実施形態に係る変位機構の構成を示す分解斜視図である。
【図１１】第２実施形態に係る変位機構の構成を示す側面図である。
【図１２】第２実施形態に係る変位機構において、連結部を中心にして第１の管と第２の管がそれぞれ回動した状態を示す側面図である。
【図１３】第２実施形態に係る変位機構において、連結部を中心にして第１の管と第２の管がそれぞれ回動した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る変位機構の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
（第１実施形態）
第１実施形態に係る変位機構は、連結部を中心に回動することによって、第１の管と第２の管がそれぞれ変位する。別言すると、第１実施形態の変位機構における変位は、少なくとも第１の管と第２の管が連結部の周りを回動する動きを含む。
【００１４】
（基本構成）
まず、図１を参照しつつ、第１実施形態の基本構成について説明する。図１は、本発明の実施形態の基本構成における変位機構の構成を示す側面図である。図１は、連結部としての連結ピン１４を中心にして第１の管１１と第２の管１２がそれぞれ回動した状態を示す側面図である。図１は、ＳＭＡワイヤ１３を所定温度以上に加熱した状態を示す。図１では、第１の管１１と第２の管１２を１つずつ連結しているが、複数連結してもよい。
【００１５】
図１に示す変位機構は、固定部１５を有する円筒状の第１の管１１と、固定部１８を有する円筒状の第２の管１２と、両端が２つの固定部１５、１８にそれぞれ固着されたＳＭＡワイヤ１３（形状記憶部材）と、第１の管１１と第２の管１２を互いに連結する連結ピン１４（連結部）と、２つの固定部１５、１８の間にあるＳＭＡワイヤ１３の動きを妨げずに伸縮可能に保持するガイド部１６、１７と、を備える。ここで、第１の管１１と第２の管１２は、ある直線に沿って延びる中空形状であれば、円筒以外の形状であってもよい。
【００１６】
第１の管１１は第２の管１２側へ延びる腕部１１ａを備え、第２の管１２は第１の管１１側へ延びる腕部１２ａを備える。第１の管１１と第２の管１２は、腕部１１ａ及び腕部１２ａに連結ピン１４を貫通させることにより、連結ピン１４を介して互いに連結される。これにより、第１の管１１と第２の管１２は連結ピン１４を中心にしてそれぞれ回動可能となる。ここで、第１の管１１と第２の管１２は、所望の角度、例えば９０度、まで互いに接触しないで回動可能な間隔で連結される。この間隔は、第１の管１１の腕部１１ａと第２の管１２の腕部１２ａの長さ、及び、腕部１１ａ、１２ａにおいて連結ピン１４を貫通させる連結孔の位置によって任意に定めることができる。
【００１７】
ＳＭＡワイヤ１３として、通電により所定温度以上に加熱することにより収縮する形状記憶合金を用いた場合、ＳＭＡワイヤ１３を所定温度以上に加熱するとＳＭＡワイヤ１３が収縮し、これに伴って第１の管１１と第２の管１２が連結ピン１４を中心として回動するため、変位機構は全体として湾曲する。
【００１８】
ガイド部１６、１７によるＳＭＡワイヤ１３の保持は、ＳＭＡワイヤ１３の伸縮を妨げなければ、ガイド部１６、１７の内部にＳＭＡワイヤ１３を挿通してもよいし、第１の管１１及び第２の管１２のそれぞれとの間で保持する形態でもよい。また、ガイド部は、第１の管１１と第２の管１２の一方のみに設けても良い。
【００１９】
（具体的な構成）
次に、図２〜図７を参照しつつ、第１実施形態に係る変位機構の具体的な構成について説明する。第１実施形態に係る変位機構１００は、ガイド部１６１、１７１と第１の管１１０及び第２の管１２０のそれぞれとの間でＳＭＡワイヤ１３０を挟持するタイプである。
ここで、図２〜図６は、第１実施形態に係る変位機構１００の構成を示す図であって、図２は斜視図、図３は分解斜視図、図４は側面図、図５は正面図、図６は背面図である。図７は、変位機構１００において、連結部としての連結ピン１４０を中心にして第１の管１１０と第２の管１２０がそれぞれ回動した状態を示す側面図である。
なお、図７においては、バネ１９１の図示を省略している。
【００２０】
変位機構１００は、第１の管１１０と、第２の管１２０と、形状記憶部材としてのＳＭＡワイヤ１３０と、連結部としての連結ピン１４０と、ガイド部１６１、１７１と、を備える。
【００２１】
第１の管１１０は、略円筒形状を有し、その中心軸ＡＸ１の方向の一方の端面から外側へ突出するように設けられた第１腕部１１１と、他方の端面から対をなして外側へ突出するように設けられた第２腕部１１２及び第３腕部１１３と、を備える。さらに、第１の管１１０は、その外周面１１０ａのうち、第１の管１１０の上部であって、第２腕部１１２及び第３腕部１１３の近傍に着脱可能な固定部１５１を備える。この固定部１５１は、固定部１５１を貫通したネジ１５２、１５３を第１の管１１０の周壁１１０ｂに設けた孔１１６、１１７にそれぞれ螺合することによって固定される。
【００２２】
第２の管１２０は、略円筒形状を有し、その中心軸ＡＸ１の方向の一方の端面から外側へ突出するように設けられた第１腕部１２１と、他方の端面から対をなして外側へ突出するように設けられた第２腕部１２２及び第３腕部１２３と、を備える。さらに、第２の管１２０は、その外周面１２０ａのうち、第２の管１２０の上部であって、第１腕部１２１の近傍に着脱可能な固定部１８１を備える。この固定部１８１は、固定部１８１を貫通したネジ１８２、１８３を第２の管１２０の周壁１２０ｂに設けた孔１２８、１２９にそれぞれ螺合することによって固定される。
なお、第１の管１１０及び第２の管１２０は、中心軸ＡＸ１に沿って延びる中空形状であれば、円筒以外の形状であってもよい。
【００２３】
さらに、固定部１５１と固定部１８１との間には、ガイド部１６１及びガイド部１７１が着脱可能に配置されている。
ガイド部１６１は第１の管１１０の外周面１１０ａ上に配置され、ガイド部１６１を貫通したネジ１６２、１６３を第１の管１１０の周壁１１０ｂに設けた孔１１８、１１９にそれぞれ螺合することによって固定される。ガイド部１６１は、下面に溝１６１ａを備える。この溝１６１ａは、ガイド部１６１を第１の管１１０に固定した状態において中心軸ＡＸ１に沿うように形勢されている。
ガイド部１７１は第２の管１２０の外周面１２０ａ上に配置され、ガイド部１７１を貫通したネジ１７２、１７３を第２の管１２０の周壁１２０ｂに設けた孔１２６、１２７にそれぞれ螺合することによって固定される。ガイド部１７１は、下面に溝１７１ａを備える。この溝１７１ａは、ガイド部１７１を第２の管１２０に固定した状態において、溝１６１ａに対応する位置に、中心軸ＡＸ１に沿うように形勢されている。
なお、ガイド部は、第１の管１１０と第２の管１２０の一方のみに設けても良い。
【００２４】
第１の管１１０と第２の管１２０は、連結ピン１４０を介して互いに連結されている。連結ピン１４０は、第２腕部１２２、第１腕部１１１、第３腕部１２３にそれぞれ設けた連結孔１２２ａ、１１１ａ、１２３ａに対して順に挿入される。ここで、これらの連結孔１２２ａ、１２３ａ、１１１ａは、第２の管１２０の第２腕部１２２と第３腕部１２３の間に第１の管１１０の第１腕部１１１を挿入したときに、中心軸ＡＸ１に垂直な方向において略連通するように形成された貫通孔である。連結孔１２２ａ、１１１ａ、１２３ａに対して連結ピン１４０を挿入することにより、第１の管１１０及び第２の管１２０は、連結ピン１４０を中心にそれぞれ回動可能となる。
【００２５】
ここで、第１の管１１０と第２の管１２０は、所望の角度、例えば９０度、まで互いに接触しないで回動可能な間隔で連結される。この間隔は、第１の管１１０の第１腕部１１１と第２の管１２０の第２腕部１２２及び第３腕部１２３の長さ、並びに、第１腕部１１１、第２腕部１２２、第３腕部１２３において連結ピン１４０を貫通させる連結孔１１１ａ、１２２ａ、１２３ａの位置によって任意に定めることができる。
【００２６】
ＳＭＡワイヤ１３０は、中心軸ＡＸ１に沿うように配置され、一方の端部が固定部１５１と第１の管１１０の上部の平面１１０ｃの間に挟持され、他方の端部が固定部１８１と第２の管１２０の上部の平面１２０ｃの間に挟持されるように、固定部１５１及び固定部１８１に固着される（図３）。
さらに、ＳＭＡワイヤ１３０は、固定部１５１と固定部１８１との間において、ガイド部１６１の溝１６１ａと平面１１０ｃとの間及びガイド部１７１の溝１７１ａと平面１２０ｃとの間に保持される。これにより、ＳＭＡワイヤ１３０は、ガイド部１６１、１７１によって動きを妨げられずに中心軸ＡＸ１に沿った方向に伸縮可能となる。
【００２７】
第１の管１１０及び第２の管１２０の下部において、周壁１１０ｂ、１２０ｂには貫通孔１１４、１２４がそれぞれ設けられている。これらの貫通孔１１４、１２４に対して、バネ１９１の両端に挿通された固定ネジ１９２、１９３を螺合することにより、第１の管１１０と第２の管１２０をバネ１９１で連結している。
【００２８】
ＳＭＡワイヤ１３０に通電するとＳＭＡワイヤ１３０は加熱されて収縮する。これにより、第１の管１１０と第２の管１２０は、連結ピン１４０を中心として回動するため、全体として湾曲する。
これに対して、ＳＭＡワイヤ１３０への通電を止めると、ＳＭＡワイヤ１３０は元の長さに戻ろうとする。さらに、バネ１９１の弾性力によって第１の管１１０と第２の管１２０が引っ張られるため、より速く元の状態に戻ろうとする。
【００２９】
さらに、ガイド部１６１、１７１によってＳＭＡワイヤ１３０のたるみを少なくしているため、ＳＭＡワイヤ１３０の少ない変形量を無駄なく湾曲に作用させることができる。
【００３０】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る変位機構においては、ガイド部に代えて管に形成したガイド孔を用いる点が第１実施形態に係る変位機構と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る変位機構と同様であって、共通する部材の構成についての詳細な説明は省略する。
【００３１】
（基本構成）
図８は、本発明の第２実施形態の基本構成における変位機構の構成を示す側面図である。図８は、連結部としての連結ピン２４を中心にして第１の管２１と第２の管２２がそれぞれ回動した状態を示す側面図である。図８は、ＳＭＡワイヤ２３に通電して所定温度以上に加熱した状態を示す。図８では、第１の管２１と第２の管２２を１つずつ連結しているが、複数連結してもよい。
【００３２】
図８に示す変位機構は、固定部２５を有する円筒状の第１の管２１と、固定部２８を有する円筒状の第２の管２２と、両端が２つの固定部２５、２８にそれぞれ固着されたＳＭＡワイヤ２３（形状記憶部材）と、第１の管２１と第２の管２２を連結する連結ピン２４（連結部）と、２つの固定部２５、２８の間にあるＳＭＡワイヤ２３の動きを妨げずに伸縮可能に保持するガイド孔２６、２７と、を備える。ここで、第１の管２１と第２の管２２は、ある直線に沿って延びる中空形状であれば、円筒以外の形状であってもよい。第１の管２１の腕部２１ａ及び第２の管２２の腕部２２ａは、第１実施形態の第１の管１１の腕部１１ａ及び第２の管１２の腕部１２ａにそれぞれ対応する。
【００３３】
ＳＭＡワイヤ２３は、２つの固定部２５、２８の間において、固定部２５側からはガイド孔２６によって第１の管２１の内部に挿入され、固定部２８側からはガイド孔２７によって第２の管２２の内部に挿入される。さらに、ＳＭＡワイヤ２３は、連結ピン２４近傍ではガイド孔２６、２７から管２１、２２の外部にそれぞれ延出している。
ＳＭＡワイヤ２３を所定温度以上に加熱するとＳＭＡワイヤ２３が収縮し、これに伴って第１の管２１と第２の管２２が連結ピン２４を中心として回動するため、変位機構は全体として湾曲する。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００３４】
（具体的な構成）
次に、図９〜図１３を参照しつつ、第２実施形態に係る変位機構の具体的な構成について説明する。ここで、図９〜図１１は、第２実施形態に係る変位機構２００の構成を示す図であって、図９は斜視図、図１０は分解斜視図、図１１は側面図である。図１２及び図１３は、変位機構２００において、連結部としての連結ピン２４０を中心にして第１の管２１０と第２の管２２０がそれぞれ回動した状態を示す図であって、図１２は側面図、図１３は断面図である。図１３は、図９のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線における断面に対応する。なお、図１２及び図１３においては、バネ２９１の図示を省略している。また、変位機構２００の正面図及び背面図は、図５及び図６と同様であるため図示を省略している。
【００３５】
変位機構２００は、第１の管２１０と、第２の管２２０と、形状記憶部材としてのＳＭＡワイヤ２３０と、連結部としての連結ピン２４０と、固定部２５１と固定部２８１の間に配置されたガイド部としての４つのガイド孔２１１ｂ、２１１ｃ、２２１ｂ、２２１ｃと、を備える。
ガイド孔２１１ｂ、２１１ｃは第１の管２１０の周壁２１０ｂの上部を厚み方向に貫通しており、ガイド孔２２１ｂ、２２１ｃは第２の管２２０の周壁２２０ｂの上部を厚み方向に貫通している。ガイド孔２１１ｂ、２１１ｃ、２２１ｂ、２２１ｃは、固定部２５１と固定部２８１の間において、第１の管２１０と第２の管２２０共通の中心軸ＡＸ２に沿って順に形成されている。
【００３６】
ＳＭＡワイヤ２３０は、第１の管２１０側から挿入する場合は、ガイド孔２１１ｂから第１の管２１の内部に挿入され、第２ガイド孔２１１ｃから外部へ延出する。第２ガイド孔２１１ｃから延出したＳＭＡワイヤ２３０は、第２の管２２０において、第１ガイド孔２２１ｂから第２の管２２の内部に挿入され、第２ガイド孔２２１ｃから外部へ延出する。ＳＭＡワイヤ２３０は、第２の管２２０側から逆の順序で挿入することもできる。
ＳＭＡワイヤ２３０の両端部は固定部２５１及び固定部２８１によってそれぞれ第１の管２１０及び第２の管２２０に固着される。
【００３７】
ここで、第１の管２１０の外周面２１０ａ、周壁２１０ｂ、第１腕部２１１、連結孔２１１ａ、第２腕部２１２、第３腕部２１３は、第１実施形態の第１の管１１０の外周面１１０ａ、周壁１１０ｂ、第１腕部１１１、連結孔１１１ａ、第２腕部１１２、第３腕部１１３にそれぞれ対応する。
第２の管２２０の外周面２２０ａ、周壁２２０ｂ、第１腕部２２１、第２腕部２２２、連結孔２２２ａ、第３腕部２２３、連結孔２２３ａは、第１実施形態の第２の管１２０の外周面１２０ａ、周壁１２０ｂ、第１腕部１２１、第２腕部１２２、連結孔１２２ａ、第３腕部１２３、連結孔１２３ａにそれぞれ対応する。固定部２５１、ネジ２５２、２５３、固定部２８１、ネジ２８２、２８３、バネ２９１、固定ネジ２９２、２９３は、第１実施形態の固定部１５１、ネジ１５２、１５３、固定部１８１、ネジ１８２、１８３、バネ１９１、固定ネジ１９２、１９３にそれぞれ対応する。
【００３８】
ＳＭＡワイヤ２３０に通電するとＳＭＡワイヤ２３０は加熱されて収縮する。これにより、第１の管２１０と第２の管２２０は、連結ピン２４０を中心として回動するため、全体として湾曲する。
これに対して、ＳＭＡワイヤ２３０への通電を止めると、ＳＭＡワイヤ２３０は元の長さに戻ろうとする。さらに、バネ２９１の弾性力によって第１の管２１０と第２の管２２０が引っ張られるため、より速く元の状態に戻ろうとする。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明に係る変位機構は、小型の管状体を複数連結した構造の湾曲に有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１１      第１の管
１１ａ    腕部
１２      第２の管
１２ａ    腕部
１３      ＳＭＡワイヤ
１４      連結ピン
１５      固定部
１６、１７  ガイド部
１８      固定部
２１      第１の管
２１ａ    腕部
２２      第２の管
２２ａ    腕部
２３      ＳＭＡワイヤ
２４      連結ピン
２５      固定部
２６、２７  ガイド孔
２８      固定部
１００    変位機構
１１０    第１の管
１１０ａ  外周面
１１０ｂ  周壁
１１１    第１腕部
１１１ａ  連結孔
１１２    第２腕部
１１３    第３腕部
１２０    第２の管
１２０ａ  外周面
１２０ｂ  周壁
１２１    第１腕部
１２２    第２腕部
１２２ａ  連結孔
１２３    第３腕部
１２３ａ  連結孔
１３０    ＳＭＡワイヤ
１４０    連結ピン
１５１    固定部
１６１    ガイド部
１６１ａ  溝
１７１    ガイド部
１７１ａ  溝
１８１    固定部
１９１    バネ
２００    変位機構
２１０    第１の管
２１０ａ  外周面
２１０ｂ  周壁
２１１    第１腕部
２１１ａ  連結孔
２１１ｂ  第１ガイド孔
２１１ｃ  第２ガイド孔
２１２    第２腕部
２１３    第３腕部
２２０    第２の管
２２０ａ  外周面
２２０ｂ  周壁
２２１    第１腕部
２２１ｂ  第１ガイド孔
２２１ｃ  第２ガイド孔
２２２    第２腕部
２２２ａ  連結孔
２２３    第３腕部
２２３ａ  連結孔
２３０    ＳＭＡワイヤ
２４０    連結ピン
２５１    固定部
２８１    固定部
２９１    バネ
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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