(57)【要約】【課題】複数本のアンテナエレメントと１台の無線ユニットとで機能するダイバーシティ受信方式の無線通信ユニットを提供する。【解決手段】無線通信ユニットは、複数本（２本で例示）のアンテナエレメント１２ａ，１２ｂと、それらを接続した１台の無線通信回路（無線送受信部／制御部）１３とを備える。無線通信回路１３は、使用するアンテナエレメントを２本のアンテナエレメント１２ａ，１２ｂの間で切り換える切換手段と、エレメント１２ａ，１２ｂそれぞれに誘起した電波による電界強度を測定する測定手段と、測定された各アンテナエレメントの電界強度を比較する比較手段とを有する。切換手段は、無線通信回路１３の間欠駆動周期に応じて、エレメント１２ａ，１２ｂの切り換えを実行し、且つ、比較手段での比較の結果に基づき、電界強度の強い方のアンテナエレメントを使用して受信するように必要に応じてアンテナエレメントの切り換えを実行する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本のアンテナエレメントと、該複数本のアンテナエレメントを接続した１台の無線通信回路とを備え、
前記無線通信回路は、使用するアンテナエレメントを前記複数本のアンテナエレメントの間で切り換える切換手段と、前記複数本のアンテナエレメントそれぞれに誘起した電波による電界強度を測定する測定手段と、該測定手段で測定された各アンテナエレメントの電界強度を比較する比較手段とを有し、
前記切換手段は、前記無線通信回路の間欠駆動周期に応じて、前記アンテナエレメントの切り換えを実行し、且つ、前記比較手段での比較の結果に基づき、電界強度の最も強いアンテナエレメントを使用して受信するように必要に応じてアンテナエレメントの切り換えを実行することを特徴とする無線通信ユニット。
【請求項２】
前記アンテナエレメントの本数は、２本であることを特徴とする請求項１に記載の無線通信ユニット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無線通信ユニットを備えた流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信回路及びアンテナを備えた無線通信ユニット、並びにその無線通信ユニットを備えた流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナ及び無線通信回路（無線ユニット）を備えた無線通信ユニットは、ガスメータ等の流量計をはじめ、様々な機器に内蔵するために従来から小型化が要求されている。
【０００３】
このような無線通信ユニットに関し、特許文献１には、特定小電力無線電波でガスメータと通信する情報端末内部に情報処理基板の不要輻射を遮蔽するシールド板を設け、アンテナとシールド板とで略ダイポールアンテナ（接地型ダイポールアンテナ）を形成することで、アンテナを小型にしても利得低下を小さくする技術が開示されている。また、特許文献１には、シールド板の長手部分の軸方向とアンテナを同一面内において略垂直に配した構成により、アンテナとシールド板が垂直方向で構成されたＬ型ダイポールアンテナと同様に動作するダイポールモードのアンテナを構成でき、垂直、水平の偏波成分を有する偏波ダイバーシティアンテナのように構成できることが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、無線通信部を内蔵したガスメータと、ガスメータに接続されガスの流路となる配管パイプとを備え、配管パイプの一部に無線通信部を接続して所望の周波数で共振させてダイバーシティアンテナを構成する技術が開示されている。
【０００５】
ところで、ガスメータは、集合住宅の場合にはメータボックスやパイプシャフト内に設置されることが多く、また一般住宅の場合には台所付近など表から見透しの悪い場所に設置されることが多い。このような環境下に設置したガスメータに無線ユニットとアンテナを取り付けて無線検針する場合、対向する無線式自動通報装置等との間の無線通信は、電波が周囲の建造物に反射しながら伝搬するため、マルチパスが発生したものとなる。
【０００６】
マルチパスでは、ガスメータと無線式自動通報装置の間で反射してくる電波が強めあったり弱めあったりして不安定な無線通信となり、無線通信に必要な電界強度が得られない場合もある。
【０００７】
このマルチパスに有効な手段としてダイバーシティアンテナ方式があり、移動通信ではアンテナと無線受信機の組み合わせを２系統用意し、アンテナ同士を一定の間隔で設置して変動する電波の強さに応じてアンテナ系統を切り換えていく方法が採られている。
【特許文献１】特開２００２−３７４１１２号公報
【特許文献２】特開平１１−１１２２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ガスメータに、移動通信と同様のアンテナと無線受信機との組み合わせを２系統内蔵するのは、スペースやコスト、消費電力などの点で課題が多い。
【０００９】
本発明は、上述のごとき実状を鑑みてなされたものであり、複数本のアンテナエレメントと１台の無線ユニットとで機能するダイバーシティ受信方式の無線通信ユニットを提供すること、並びにその無線通信ユニットを搭載した流量計を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために、本発明の無線通信ユニットは、複数本のアンテナエレメントと、該複数本のアンテナエレメントを接続した１台の無線通信回路とを備え、前記無線通信回路は、使用するアンテナエレメントを前記複数本のアンテナエレメントの間で切り換える切換手段と、前記複数本のアンテナエレメントそれぞれに誘起した電波による電界強度を測定する測定手段と、該測定手段で測定された各アンテナエレメントの電界強度を比較する比較手段とを有し、前記切換手段は、前記無線通信回路の間欠駆動周期に応じて、前記アンテナエレメントの切り換えを実行し、且つ、前記比較手段での比較の結果に基づき、電界強度の最も強いアンテナエレメントを使用して受信するように必要に応じてアンテナエレメントの切り換えを実行することを特徴としたものである。
【００１１】
本発明の流量計は、上述の無線通信ユニットを備えたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ダイバーシティ受信方式の無線通信ユニットを、複数本のアンテナエレメントと１台の無線ユニットとで機能するよう構成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】
【００１３】
以下、本発明に係る無線通信ユニットを流量計に搭載するものとして例示するが、流量計に限らず、例えば無線式火災警報器、無線式ガス漏れ警報器、ハンディターミナル、後述の無線式自動通報装置など、他の電子機器に搭載してもよい。これらの機器により無線検針システムやセキュリティシステムを構築することもできる。なお、本発明に係る無線通信ユニットを搭載する他の電子機器としては、このような計測に関する分野に使用する機器に限ったものではない。また、本発明に係る流量計について、以下にガスメータを例に挙げて説明するが、水道メータ等の他の流量計にも同様に適用できる。
【００１４】
図１は、無線機能を内蔵したガスメータと無線式自動通報装置を組み合わせた無線検針システムの構成例を示す図である。図１で例示する無線検針システムは、ｎ台の無線内蔵ガスメータ１−１，１−２，・・・１−ｎ（以下、ガスメータ１として説明する）と、各ガスメータ１を無線検針するための無線式自動通報装置２とを備えている。
【００１５】
無線式自動通報装置２は電話回線やＰＨＳ回線に接続されている。ここで、各ガスメータ１は、集合住宅等の各室においてパイプシャフトやメータボックス内など、周囲が建造物で囲まれている場所に多く設置されている。また、無線式自動通報装置２は、集合住宅等の１階共用場所など、ガスメータ１とは見透しが悪く電波が建造物に反射しながら伝わるような場所に多く設置されている。
【００１６】
このようにガスメータ１と無線式自動通報装置２の間の建造物などで電波が反射しながら伝搬した場合、色々な経路を通って反射してくる電波が強めあったり弱めあったりするマルチパスフェージングが発生する。ガスメータ１と無線式自動通報装置２の間で無線通信を行うのに十分な電界強度であってもマルチパスにより電波が打ち消しあって極端に減衰した場合は無線通信ができなくなる場合もある。
【００１７】
そこで、本発明では、マルチパスの改善策としてダイバーシティ受信方式を採用する。但し、自動車などでの移動通信では電界強度が頻繁に変化するため、常に電波の強さを監視しながら複数系統のアンテナを頻繁に切り換えているが、ガスメータ１を無線検針する通信は、ガスメータ１と無線式自動通報装置２との間の固定通信であるため、複数系統のアンテナを頻繁に切り換える必要がない。
【００１８】
従って、本発明に係る無線通信ユニットでは、以下に説明するような構成及び制御を採用する。図２は、本発明に係る無線通信ユニットを搭載したガスメータの一例を示す概略図である。図２で例示するガスメータ１を図１の無線検針システムに適用した例を挙げて説明する。以下、アンテナエレメントの本数を２本として説明するが、複数本であればよい。
【００１９】
図２で例示するガスメータ１は、次のような無線通信ユニット１０を搭載した無線通信用アンテナ内蔵型ガスメータである。無線通信ユニット１０は、２本のアンテナエレメント１２ａ，１２ｂと、それらアンテナエレメント１２ａ，１２ｂを接続した１台の無線通信回路とを備え、１台の無線通信回路に対し２本のアンテナエレメント１２ａ，１２ｂを切換接続する方法を採用する。この無線通信回路は、基板（無線ユニット基板）１１上に設けた無線送受信部／制御部１３で例示している。
【００２０】
図２のガスメータ１では、下部に無線ユニット基板１１を搭載し、その両端部にアンテナエレメント１２ａ，１２ｂを配設している。アンテナエレメント１２ａ，１２ｂは、セラミックアンテナやプリントしたパターンアンテナ等の線状アンテナを無線ユニット基板１１上に搭載するが、２本のアンテナエレメントはなるべく相関が小さくなるようλ／４〜λ／２程度離す必要がある。勿論、コイルを入れるなどにより電気的にλ／４〜λ／２程度の長さで形成してもよいし、受信／送信の状態を犠牲にすることでより短い長さに形成することもできる。
【００２１】
図３は、図２のガスメータにおける無線通信ユニットの詳細を示すブロック図である。図３を参照して、上述の無線通信ユニット１０の詳細について説明する。無線送受信部／制御部１３は、ガスメータ１の電源部２０から電源を供給され、ガスメータ１の図示しない主制御部に接続された制御部／メータインターフェース部１８によってデータの送受信が制御される。無線送受信部／制御部１３は、この制御部／メータインターフェース部１８と、無線送信を行う送信回路１６と、無線受信を行う受信回路１７と、無線の送信／受信の切り換えを行う送信／受信切換回路１５と、アンテナエレメント１２ａ，１２ｂに接続し、使用するアンテナエレメントをアンテナエレメント１２ａ，１２ｂの間で切り換えるアンテナ切換回路１４とを備えている。アンテナ切換回路１４は、使用するアンテナエレメントを２本のアンテナエレメント１２ａ，１２ｂの間で切り換える切換手段の一例である。
【００２２】
このような構成により、受信時には、制御部／メータインターフェース部１８が、送信／受信切換回路１５に対して無線受信するように切り換え制御し、アンテナエレメント１２ａ，１２ｂのいずれかで受けた電波からアンテナ切換回路１４及び送信／受信切換回路１５を経て受信した受信信号を復調するように受信回路１７を制御し、受信回路１７が復調処理を実行して復調後の受信信号を制御部／メータインターフェース部１８に出力する。ここで、いずれのアンテナエレメントで受信するかは制御部／メータインターフェース部１８が後述のように決定し、アンテナ切換回路１４を制御することで実行される。
【００２３】
一方、送信時には、制御部／メータインターフェース部１８が、送信／受信切換回路１５に対して無線送信するように切り換え制御し、送信信号を送信回路１６に出力し、送信回路１６がその送信信号を変調して送信／受信切換回路１５を介してアンテナ切換回路１４へ出力し、アンテナエレメント１２ａ，１２ｂのいずれかに変調後の送信信号が給電され、アンテナエレメント１２ａ，１２ｂのいずれかが空間に電波として放射する。いずれのアンテナエレメントで放射するかは制御部／メータインターフェース部１８が後述のように決定し、アンテナ切換回路１４を制御することで実行される。
【００２４】
本発明における制御部／メータインターフェース部１８は、２本のアンテナエレメント１２ａ，１２ｂそれぞれに誘起した電波による電界強度を測定する測定手段と、測定手段で測定された各アンテナエレメントの電界強度を比較する比較手段とを有する。そして、制御部／メータインターフェース部１８は、比較手段での比較の結果に基づき、電界強度の最も強い（２本のうち強い方）のアンテナエレメントを使用して受信するように必要に応じてアンテナエレメントの切り換えを実行するように、アンテナ切換回路１４を制御する。このような切り換え機能が、無線通信ユニット１０においてダイバーシティ受信方式での受信を実現する。つまり、無線通信ユニット１０は、対向する無線式自動通報装置２等から送信される電波を受けて２本のアンテナエレメント１２ａ，１２ｂに誘起した電波の強さを測定して電界強度レベルの高い方のアンテナエレメントに切り替えることができる。また、送信時に際しても、受信時の比較手段での比較の結果、電界強度の強い方のアンテナエレメントを使用して送信を行うように必要に応じてアンテナエレメントの切り換えを実行すればよい。
【００２５】
そして、本発明における制御部／メータインターフェース部１８は、無線送受信部／制御部１３の間欠駆動周期に応じて、アンテナエレメントの切り換えを実行するように、アンテナ切換回路１４を制御する。ここで、無線送受信部／制御部１３の間欠駆動周期は、電波が発せられていないか（つまり受信する電波があるか否か）を間欠的に探査するための周期であり、制御部／メータインターフェース部１８に設定されている間欠駆動周期を指す。
【００２６】
この間欠駆動周期及びそれに応じたアンテナエレメントの切り換えについて、図４〜図７を参照して説明する。図４及び図５は、図２及び図３の無線送受信部／制御部におけるダイバーシティアンテナ切換動作のタイミング例を示す図で、図４は、無線送受信部／制御部における待受動作のタイミング例を示しており、図５は、対向する無線式自動通報装置側から発呼（無線送信）があった場合のガスメータ側の無線送受信部／制御部における受信動作のタイミング例を示している。また、図６及び図７は、図４の待受動作に基づく図５のアンテナ切換動作の一例を説明するためのフロー図である。
【００２７】
まず、図４に例示したように、ガスメータ１の制御部／メータインターフェース部１８が、内部に設定された周期Ｔで駆動するよう送信／受信切換回路１５及び受信回路１７を制御し、受信回路１７がその駆動制御に従って間欠駆動を繰り返す。ここで、周期Ｔは、アンテナエレメントで受信する期間Ｔ１と次に受信するまでの期間Ｔ２とでなり、制御部／メータインターフェース部１８は、期間Ｔ１の起点と終点を各周期毎に受信回路１７に伝えて駆動制御すればよい。その時、制御部／メータインターフェース部１８がアンテナ切換回路１４を制御して、図４に例示したように、２本のアンテナエレメント１２ａ，１２ｂも周期Ｔに合わせて交互に切り換えながらＴ１時間づつ受信動作を行う。
【００２８】
より具体的にこの受信動作を説明すると、まず制御部／メータインターフェース部１８が、アンテナ切換回路１４を制御してアンテナエレメント１２ａ（以下、第１アンテナという）で受信するようにすると共に、送信／受信切換回路１５及び受信回路１７を制御して、第１アンテナで期間Ｔ１だけ待受動作を行い、さらに第１アンテナで起動信号Ｉを受信したか否かを受信回路１７からの受信信号の有無に基づき判定する（ステップＳ１）。起動信号Ｉとは、無線式自動通報装置２の送信電波から受信する自局ＩＤ（無線式自動通報装置のＩＤ）を示す信号を指す。ステップＳ１で、受信した場合（ＹＥＳの場合）、つまり対向する無線式自動通報装置２側から発呼（無線送信）があった場合には、ステップＳ１０へ進む。
【００２９】
ステップＳ１でＮＯの場合には、制御部／メータインターフェース部１８が期間Ｔ１の終了から期間Ｔ２の経過を待って、同様の制御により、アンテナエレメント１２ｂ（以下、第２アンテナという）で期間Ｔ１だけ待受動作を行い、さらに第２アンテナで起動信号Ｉを受信したか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２でＮＯの場合には、つまり対向する無線式自動通報装置２から発呼（無線送信）がない状態では、ステップＳ１に戻ることで間欠駆動を継続する。
【００３０】
一方、ステップＳ２でＹＥＳの場合、つまり対向する無線式自動通報装置２側から発呼（無線送信）があった場合には、制御部／メータインターフェース部１８が、受信信号が起動信号ＩＩであるか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、無線式自動通報装置２側から送信する起動信号ＩＩとは、図５で例示するように、通常、起動信号Ｉに続く信号であり、例えば子機（ガスメータ１）のＩＤを示す信号を指す。また、起動信号ＩＩに続き、積算値を要求する信号やテスト発呼を要求する信号などのデータが送信される。
【００３１】
ステップＳ３でＹＥＳの場合には、第２アンテナのまま起動信号ＩＩに続くデータを受信し（ステップＳ９）、処理を終了する。このとき、データの通信が終了するまで第２アンテナでの受信を維持し、第１アンテナには切り換えない。なお、ステップＳ９（及び後述のステップＳ７，Ｓ８，Ｓ１４〜Ｓ１６）の処理終了後は、間欠待受動作を一旦終了して制御部／メータインターフェース部１８が再度一連の動作を開始すればよいことを前提に図６及び図７を示しているが、図６及び図７において終了後に自動的にステップＳ１へ戻るような流れであってもよい。
【００３２】
ステップＳ３でＮＯの場合には、制御部／メータインターフェース部１８が、第２アンテナのまま受信回路１７に電界強度（ＲＳＳＩ値）を一定時間測定させ、その測定値を受け（ステップＳ４）、その後、第１アンテナに切り換えて受信回路１７に電界強度を一定時間測定させ、その測定値を受ける（ステップＳ５）。このように、受信回路１７は、間欠受信時に無線式自動通報装置２の送信電波から起動信号Ｉ，ＩＩを受信し、起動信号ＩＩがガスメータ１の自局ＩＤと一致した場合、電界強度を一定時間測定し、続いてもう一つのアンテナに切り換えて電界強度を一定時間測定する。
【００３３】
そして、制御部／メータインターフェース部１８は、それらの測定値を比較して、第１アンテナの測定値が第２アンテナの測定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６でＮＯの場合には、第２アンテナに切り換えて起動信号ＩＩに続くデータを受信し（ステップＳ７）、処理を終了する。ステップＳ６でＹＥＳの場合には、第１アンテナのまま起動信号ＩＩに続くデータを受信し（ステップＳ８）、処理を終了する。なお、ステップＳ３でＮＯの場合の流れは、図５の下側のタイミングでも示している。
【００３４】
このように、制御部／メータインターフェース部１８は、現在使用中のアンテナエレメントで測定した電界強度と他のアンテナエレメントで測定した電界強度を比較して電波の強い方のアンテナエレメントに切り換え、その後に続くデータ部を受信する。なお、間欠受信時に起動信号Ｉを受信できずに起動信号ＩＩを受信した場合は、アンテナ切換は行わないこととする。
【００３５】
また、ステップＳ９で簡単に説明したように、ステップＳ７，Ｓ８においても、起動信号ＩＩを受信して電界強度測定、電界強度比較してアンテナエレメントを選択切換動作を実行した後は、所定の通信が終了するまで選択切換したアンテナエレメントを維持する。ここで所定の通信とは、無線式自動通報装置２からガスメータ１に対し起動信号を含む要求電文の送信、ガスメータ１から無線式自動通報装置２に対し応答電文の送信、無線式自動通報装置２からガスメータ１に対し終了電文の送信までとする。ここで、アンテナ切換を所定の通信毎としたのは、固定通信のため、マルチパスによる電界レベルの変化が緩慢であり、アンテナエレメントを頻繁に切り換える必要がないためである。
【００３６】
また、ステップＳ１でＹＥＳの場合には、上述のようにステップＳ１０へ進み、起動信号ＩＩを受信したか否かを判定し、その判定に基づきステップＳ１１〜Ｓ１６の処理を実行する。ステップＳ１０〜Ｓ１６の処理は、上述したステップＳ３〜Ｓ９の処理と第１アンテナと第２アンテナとが入れ替わった処理であり、簡単に説明する。
【００３７】
ステップＳ１０でＹＥＳの場合には、第１アンテナのまま起動信号ＩＩに続くデータを受信し（ステップＳ１６）、処理を終了する。ステップＳ１０でＮＯの場合には、制御部／メータインターフェース部１８が、第１アンテナのまま受信回路１７に電界強度を一定時間測定させ、その測定値を受け（ステップＳ１１）、その後、第２アンテナに切り換えて受信回路１７に電界強度を一定時間測定させ、その測定値を受ける（ステップＳ１２）。そして、制御部／メータインターフェース部１８は、それらの測定値を比較して、第２アンテナの測定値が第１アンテナの測定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３でＮＯの場合には、第１アンテナに切り換えて起動信号ＩＩに続くデータを受信し（ステップＳ１４）、処理を終了する。ステップＳ１３でＹＥＳの場合には、第２アンテナのまま起動信号ＩＩに続くデータを受信し（ステップＳ１５）、処理を終了する。
【００３８】
以上のように、ダイバーシティ受信方式を採用し且つこのような間欠駆動周期に応じた切り換えを実行することで、集合住宅等に設置したガスメータ１を無線検針する上で、ガスメータ１に内蔵する１台の無線通信回路と２本のアンテナエレメントで、省スペース、低コスト、頻繁にアンテナを切り換える必要のないダイバーシティ受信方式が構築でき、周囲環境の影響に強い安定した無線通信が期待できる。
【００３９】
また、以上の説明では、無線式自動通報装置２からガスメータ１に向けて発呼（起動信号を含む要求電文を無線送信）する場合のアンテナ切換動作の説明をしたが、逆にガスメータ１から無線式自動通報装置２に向けて発呼（起動信号を含む要求電文を無線送信）する場合もある。この場合、無線式自動通報装置２側に２本のアンテナエレメントと１台の無線通信回路を実装し、２本のアンテナエレメントを切換制御することで、ガスメータ１から発呼（起動信号を含む要求電文を無線送信）を受信して電界強度の大きい方のアンテナエレメントに切り換えることができる。なお、ガスメータ１から送信する起動信号Ｉはガスメータ１のＩＤを示す信号であり、ガスメータ１から送信する起動信号ＩＩは、通常、親機（無線式自動通報装置２）のＩＤを示す信号を指す。また、起動信号ＩＩに続き、親機から要求された積算値やテスト発呼を示す情報などの各種情報データが送信される。
【００４０】
このように、ガスメータ１側だけでなく、無線式自動通報装置側においても２本のアンテナエレメントと１台の無線通信回路を内蔵したダイバーシティ受信方式にすることで、双方向でマルチパスに強い無線通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】無線機能を内蔵したガスメータと無線式自動通報装置を組み合わせた無線検針システムの構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る無線通信ユニットを搭載したガスメータの一例を示す概略図である。
【図３】図２のガスメータにおける無線通信ユニットの詳細を示すブロック図である。
【図４】図２及び図３の無線送受信部／制御部におけるダイバーシティアンテナ切換動作のタイミング例を示す図で、無線送受信部／制御部における待受動作のタイミング例を示す図である。
【図５】図２及び図３の無線送受信部／制御部におけるダイバーシティアンテナ切換動作のタイミング例を示す図で、対向する無線式自動通報装置側から発呼（無線送信）があった場合のガスメータ側の無線送受信部／制御部における受信動作のタイミング例を示す図である。
【図６】図４の待受動作に基づく図５のアンテナ切換動作の一例を説明するためのフロー図である。
【図７】図６に続くフロー図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…ガスメータ、１０…無線通信ユニット、１１…基板、１２ａ，１２ｂ…アンテナエレメント、１３…無線送受信部／制御部、１４…アンテナ切換回路、１５…送信／受信切換回路、１６…送信回路、１７…受信回路、１８…制御部／メータインターフェース部、２０…電源部。
【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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