(57)【要約】【課題】低廉で且つ高精度な直線変位検出装置を提供する。【解決手段】直線変位検出装置３０が、表面２０ａにＮ極及びＳ極の磁極領域２１，２２，２３，２４，２５を直線状に交互に並べて配列した磁石材料２０と、磁場を検出する感磁面を有し、当該感磁面が磁石材料２０の表面２０ａと対面して配置される磁場検出手段１０とを備え、磁石材料２０と磁場検出手段１０とは、磁石材料２０のＮ極の磁極領域２１，２４，２５及びＳ極の磁極領域２２，２３の配列方向に沿って平行に相対移動可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にＮ極及びＳ極の磁極領域を直線状に交互に並べて配列した磁石材料と、
磁場を検出する感磁面を有し、当該感磁面が前記磁石材料の前記表面と対面して配置される磁場検出手段とを備え、
前記磁石材料と前記磁場検出手段とは、前記磁石材料の前記Ｎ極の磁極領域及び前記Ｓ極の磁極領域の配列方向に沿って平行に相対移動可能である直線変位検出装置。
【請求項２】
前記Ｎ極の磁極領域及び前記Ｓ極の磁極領域の配列方向に沿った方向の前記磁石材料の磁化の強さの分布は正弦波状である請求項１記載の直線変位検出装置。
【請求項３】
前記磁石材料は、前記Ｎ極の磁極領域と前記Ｓ極の磁極領域との間に無磁化領域を有する請求項１又は２記載の直線変位検出装置。
【請求項４】
前記磁石材料の端部以外に配列された前記磁極領域の前記配列方向に沿った方向の幅は互いに同じであり、
前記磁石材料の前記端部に配列された前記磁極領域の前記配列方向に沿った方向の幅は、前記磁石材料の端部以外に配列された前記磁極領域の前記配列方向に沿った方向の幅の１／２〜２／３である請求項１又は２記載の直線変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の直線変位を検出可能な直線変位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の直線変位を検出する装置として、例えば、非特許文献１に記載の直線変位検出装置がある。非特許文献１に記載の直線変位検出装置は、表面にＮ極領域及びＳ極領域を直線状に交互に並べて配列した磁石材料と、磁石材料により形成される磁場を検出する磁場検出手段とを備え、その磁石材料と磁場検出手段とが、磁石材料のＮ極領域及びＳ極領域の配列方向に沿って平行に相対移動可能に構成されたものである。具体的には、非特許文献１に記載の直線変位検出装置で用いられている磁場検出手段は、メレキシス社のＭＬＸ９０３１６である。
【０００３】
図１８は、非特許文献１に記載の直線変位検出装置１００が備える磁石材料と磁場検出手段との具体的な位置関係を説明する図である。この磁場検出手段１０は、基板１１上に搭載されたホールＩＣによって実現できる。図２は磁場検出手段１０の構成を説明する図である。磁場検出手段１０には、感磁面１２ａを有する軟磁性プレート１２と、軟磁性プレート１２の端部近傍に配置される複数のホール素子１３とが設けられている。磁場検出手段１０は、Ｎ極領域２１，２４，２５及びＳ極領域２２，２３が配列された磁石材料２０の表面２０ａに対して、磁場検出手段１０の感磁面１２ａが直交するように配置されている。つまり、非特許文献１に記載の磁気検出手段１０は、感磁面１２ａに平行（図２のＸ−Ｙ平面に平行）な磁場を検出する。そして、磁気検出手段１０は、ホール素子１３において感磁面１２ａ内の２方向の磁場成分を検出し、それらからホール素子に印加されている磁場の方向を算出して磁場角度に応じた信号を出力する。検出できる磁場角度の範囲は３６０°（未満）である。
【０００４】
【非特許文献１】発明協会公開技報公技番号２００６−５０３３９６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、磁場検出手段１０と磁石材料２０との位置関係が図１８に示したようなものである場合、磁石材料２０とホール素子１３との間のギャップＧは少なくとも磁場検出手段１０のパッケージ寸法の１／２以上は必要である。基板１１上の配線のレイアウトなども考慮すると、少なくとも４ｍｍ程度のギャップＧが必要となってしまう。磁石材料２０から、４ｍｍ程度のギャップＧを隔てて設けられたホール素子１３に十分な磁界を印加するには、ＮｄＦｅＢなどの磁力の強い高価な磁石が必要であり、結果として直線変位検出装置１００のコストが高くなるという課題がある。
また、小ストローク（数ｍｍ程度）の相対移動を検出可能な程度の高い分解能を有する直線変位検出装置を実現する場合、Ｎ極領域及びＳ極領域の幅を検出ストロークに合わせて狭く配置する方がよい（検出ストローク内での検出磁場角度範囲を広くすることができるため）。しかし、Ｎ極領域及びＳ極領域の幅を狭くすると、ホール素子で検出可能な磁場が小さくなるため、検出精度が低くなる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低廉で且つ高精度な直線変位検出装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る直線変位検出装置の特徴構成は、表面にＮ極及びＳ極の磁極領域を直線状に交互に並べて配列した磁石材料と、
磁場を検出する感磁面を有し、当該感磁面が前記磁石材料の前記表面と対面して配置される磁場検出手段とを備え、
前記磁石材料と前記磁場検出手段とは、前記磁石材料の前記Ｎ極の磁極領域及び前記Ｓ極の磁極領域の配列方向に沿って平行に相対移動可能である点にある。
【０００８】
上記特徴構成によれば、磁場検出手段の感磁面が磁石材料の上記表面と対面して配置されるので、磁場検出手段の感磁面と磁石材料の上記表面とのギャップを自在に調節できる。特に、従来に比べて上記ギャップを小さくできる。よって、磁石材料の磁力が小さくても、上記ギャップを調節することで、磁石材料によって形成される磁場分布を磁場検出手段で良好に検出できる。つまり、磁石材料の磁力は小さくても構わないので、例えば、ＮｄＦｅＢなどの磁力の強い高価な磁石が必要になることもない。
従って、低廉で且つ高精度な直線変位検出装置を提供できる。
【０００９】
本発明に係る直線変位検出装置の別の特徴構成は、前記Ｎ極の磁極領域及び前記Ｓ極の磁極領域の配列方向に沿った方向の前記磁石材料の磁化の強さの分布は正弦波状である点にある。
【００１０】
上記特徴構成によれば、磁石材料における磁化の強さの分布は正弦波状であるので、つまり、各磁極領域の中心が最も磁化の強度が強く、周辺部へいくにつれて徐々に磁化が弱くなるように着磁されているので、磁石材料の外部に形成される磁場の強さの分布も、相対移動方向に沿って正弦波分布となる。よって、磁場の強さが磁石材料と磁場検出手段との相対移動量に応じて急激に変化しないので、その磁場を検出した磁場検出手段が導出する磁場角度の精度が高くなり、導出した磁場角度の値に基づいて、両者がどの相対位置にあるのかを正確に導出できる。
【００１１】
本発明に係る直線変位検出装置の別の特徴構成は、前記磁石材料は、前記Ｎ極の磁極領域と前記Ｓ極の磁極領域との間に無磁化領域を有する点にある。
【００１２】
上記特徴構成によれば、Ｎ極の磁極領域とＳ極の磁極領域との間に無磁化領域を設けたことで、Ｎ極の磁極領域とＳ極の磁極領域との間の無磁化領域の近傍での磁場の変化が比較的緩やかになる。よって、磁場の強さが磁石材料と磁場検出手段との相対移動量に応じて急激に変化しないので、その磁場を検出した磁場検出手段が導出する磁場角度の精度が高くなり、導出した磁場角度の値に基づいて、両者がどの相対位置にあるのかを正確に導出できる。
【００１３】
本発明に係る直線変位検出装置の別の特徴構成は、前記磁石材料の端部以外に配列された前記磁極領域の前記配列方向に沿った方向の幅は互いに同じであり、
前記磁石材料の前記端部に配列された前記磁極領域の前記配列方向に沿った方向の幅は、前記磁石材料の端部以外に配列された前記磁極領域の前記配列方向に沿った方向の幅の１／２〜２／３である点にある。
【００１４】
上記特徴構成によれば、端部に設けられた磁極領域による磁場が優勢となることが抑制される。つまり、磁石材料の外部に形成される磁場分布が不均一になることを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して第１実施形態の直線変位検出装置３０について説明する。
図１は、第１実施形態の直線変位検出装置３０が備える磁石材料２０と磁場検出手段１０との具体的な位置関係を説明する図である。図２は、磁場検出手段１０の構成を説明する図である。直線変位検出装置３０は、磁石材料２０と磁場検出手段１０とを備える。本実施形態において、磁場検出手段１０は、基板１１上に搭載されたホールＩＣによって実現できる。例えば、Ｍｅｌｅｘｉｓ社のＭＬＸ９０３３３等のホールＩＣを用いることができる。磁石材料２０は、フェライト磁石などを用いて形成されたものであり、表面２０ａにＮ極及びＳ極の磁極領域２１，２２，２３，２４，２５を直線状に交互に並べて配列してある。図１では、５個の磁極領域で構成される磁石材料２０を例示する。各磁極領域に描いている矢印の先端側がＮ極である。よって、図１に示す例では、３個のＮ極領域（Ｎ極の磁極領域）２１，２４，２５と２個のＳ極領域（Ｓ極の磁極領域）２２，２３とを交互に並べて配列した磁石材料２０の表面２０ａが、磁場検出手段１０に対面している。各磁極領域は、異方性磁石に着磁して得られる。
【００１６】
磁場検出手段１０は、磁場を検出する感磁面１２ａを有する。具体的には、磁場検出手段１０は、円形の軟磁性材料で構成された、上記感磁面１２ａを構成する軟磁性プレート１２と、その軟磁性プレート１２の端部近傍に配置される複数のホール素子１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）とを有する。本実施形態では、４個のホール素子１３が、軟磁性プレート１２の端部の直下に位置するような形態でチップ１４上に設けられている。軟磁性プレート１２は、各ホール素子１３の一部を上方から覆う形態でチップ１４上に設けられている。図示するように、４個のホール素子１３は、円形の軟磁性プレート１２の周囲において、９０°間隔で配置されている。一対のホール素子１３ａ，１３ｂがＸ軸に沿って配置され、別の一対のホール素子１３ｃ，１３ｄがＹ軸に沿って配置されている。軟磁性プレート１２の感磁面１２ａは、ＸＹ平面と平行である。
【００１７】
本実施形態では、磁場検出手段１０は、感磁面１２ａが磁石材料２０の表面２０ａと対面して配置されている。また、磁石材料２０と磁場検出手段１０とは、磁石材料２０のＮ極領域２１，２４，２５及びＳ極領域２２，２３の配列方向に沿って平行に相対移動可能である。図１及び図２を参照すると、磁石材料２０と磁場検出手段１０とは、図２に示したＸ軸方向に平行に相対移動可能である。よって、磁場検出手段１０は、ホール素子１３ａ，１３ｂで検出する相対移動方向に平行な方向（Ｘ軸方向）の磁場成分の強さと、ホール素子１３ａ，１３ｂで検出する相対移動方向に垂直な方向（Ｚ軸方向）の磁場成分の強さとから、磁場の方向（磁場角度）を導出して、その磁場方向での磁石材料２０と磁場検出手段１０との相対位置を検出する。
【００１８】
具体的には、磁石材料２０によって、その周囲には磁場分布が形成される。磁石材料２０は、Ｎ極領域２１，２４，２５とＳ極領域２２，２３とを直線状に交互に並べて配列されたものであるので、形成される磁場分布もＮ極領域２１，２４，２５及びＳ極領域２２，２３の配列状態と対応して周期的に変化する。よって、磁場検出手段１０で検出される磁束密度は、相対移動方向において、Ｎ極領域２１，２４，２５の幅Ｗ１とＳ極領域２２，２３の幅Ｗ２との和（Ｗ１＋Ｗ２）で表される変位量を一周期として変化する。よって、磁場検出手段１０は、磁石材料２０と磁場検出手段１０との相対位置とその相対位置での磁場角度との関係を記憶しておけば、導出した磁場角度の値に基づいて、両者がどの相対位置にあるのかを導出できる。
【００１９】
次に、磁場検出手段１０による、互いに直交するＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の３方向の磁場検出の原理について説明する。本実施形態では、そのうちのＸ軸方向の磁場検出とＺ軸方向の磁場検出とを行っている。図３は、磁場検出手段１０の断面図であり、印加された磁場に応じた磁束の状態を実線で示す。
Ｙ軸方向の磁場成分は以下のように検出される。つまり、図３（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向の磁場成分が印加されると、軟磁性プレート１２により磁束が曲げられて、Ｙ軸方向に沿って配置した一対のホール素子１３ｃ，１３ｄには、軟磁性プレート１２に垂直なＺ軸方向の磁場成分が発生する。このとき、Ｚ軸方向の磁場成分の大きさは、外部磁場の大きさに比例したものとなり、ホール素子１３ｃとホール素子１３ｄとでは、発生する磁場成分の方向が逆方向となる。したがって、一対のホール素子１３ｃ，１３ｄの出力電圧の差分を算出することにより、Ｙ軸方向の外部磁場の大きさに比例した磁場成分を検出できる。
【００２０】
Ｘ軸方向の磁場成分が印加されたときも、Ｙ軸方向の磁場成分が印加されたときと同様に、軟磁性プレート１２に垂直なＺ軸方向の磁場成分が発生する。したがって、磁場検出手段１０は、Ｘ軸方向に沿って配置した一対のホール素子１３ａ，１３ｂの出力電圧の差分を算出することにより、Ｘ軸方向の磁場成分の大きさを検出できる。
【００２１】
Ｙ軸方向の磁場成分を検出する際、Ｚ軸方向の磁場成分については以下のとおり除去される。図３（ａ）に示すように、Ｚ軸方向の磁場成分が印加されたときには、Ｙ軸方向に沿って配置した一対のホール素子１３ｃ，１３ｄには、軟磁性プレート１２に垂直なＺ軸方向の磁場成分が発生する。このときには、ホール素子１３ｃとホール素子１３ｄとでは、発生する磁場成分の方向が同じ方向となる。したがって、一対のホール素子１３ｃ，１３ｄの出力電圧の差分を算出することにより、Ｚ軸方向の磁場成分を除去できる。
Ｘ軸方向の磁場成分を検出する際も、同様に、一対のホール素子１３ａ，１３ｂの出力電圧の差分を算出することにより、Ｚ軸方向の磁場成分を除去できる。
【００２２】
一方、Ｚ軸方向の磁場成分は、以下のように検出される。つまり、上述のように、Ｚ軸方向の磁場成分が印加されたときには、Ｙ軸方向に沿って配置した一対のホール素子１３ｃ，１３ｄに発生する磁場成分の方向が同じ方向となる。したがって、磁場検出手段１０は、Ｙ軸方向に沿って配置した一対のホール素子１３ｃ，１３ｄの出力電圧の和を算出することにより、Ｚ軸方向の磁場成分の大きさを検出できる。
【００２３】
Ｚ軸方向の磁場成分を検出する際、Ｙ軸方向の磁場成分については、以下の通り除去される。つまり、上述の通り、Ｙ軸方向の磁場成分が印加されたときには、Ｙ軸方向に沿って配置された一対のホール素子１３ｃとホール素子１３ｄとでは、発生する磁場成分の方向が反対方向となる。従って、一対のホール素子１３ｃ，１３ｄの出力電圧の和を算出することにより、Ｙ軸方向の磁場成分を除去することができる。Ｘ軸方向の磁場成分を除去する場合も同様に可能である。
【００２４】
以上のように、磁場検出手段１０は、Ｘ軸方向の磁場成分、Ｙ軸方向の磁場成分及びＺ軸方向の磁場成分を各別に検出できるので、ＸＹ平面、ＸＺ平面及びＹＺ平面における磁場検出が各別に可能となる。
【００２５】
以下に、第１実施形態の直線変位検出装置３０を用いた直線変位の検出結果を説明する。
図１に示したように、磁石材料２０は、３個のＮ極領域２１，２４，２５と２個のＳ極領域２２，２３とを交互に有している。本実施形態では、磁石材料２０が有する各磁極領域の配列方向に沿った方向の幅は互いに同じにした。つまり、Ｎ極領域２１，２４，２５の幅Ｗ１及びＳ極領域２２，２３の幅Ｗ２は互いに等しく、何れも６ｍｍとした。また、各磁極領域の高さＬは３ｍｍであり、奥行きは５ｍｍである。よって、この直線変位検出装置３０では、１２ｍｍの範囲内での直線変位（即ち、磁石材料２０と磁場検出手段１０との相対移動）を検出できる。
図４は、このような磁石材料２０を用いて、磁石材料２０と磁場検出手段１０とを相対移動させながら磁場検出手段１０によって検出する磁束密度のグラフ（シミュレーション結果）である。この測定は、磁石材料２０の表面２０ａと磁場検出手段１０のホール素子１３とのギャップＧを変化させて行ったので、その結果も併せて示す。図４の横軸には、磁石材料２０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量を示す。尚、軟磁性プレート１２の中心と磁石材料２０のＮ極領域２１の中心とが互いに正面に相対する状態を原点（変位量＝０）とする。図４の縦軸には、磁場検出手段１０によって検出される磁束密度を示す。
【００２６】
図４に示すように、ギャップＧを１．５ｍｍ〜７ｍｍの間で変化させると、ギャップＧが大きくなるにつれて磁場検出手段１０で検出可能な磁束密度が小さくなっている。本実施形態で用いる磁場検出手段１０にとって検出に望ましい磁束密度範囲は約０．０２Ｔ〜約０．０７Ｔである。図４のグラフから明らかであるように、直線変位検出装置３０の直線変位の検出対象範囲である１２ｍｍ（図中の−６ｍｍ〜＋６ｍｍ）の範囲内で、磁束密度はほぼ均一である。よって、第１実施形態の磁場検出手段１０を用いた場合、ギャップＧが２ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲で上記検出に望ましい磁束密度範囲内の磁束密度を検出できる。
【００２７】
図５（ａ）は、磁石材料２０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量と、磁場検出手段１０の検出結果（シミュレーション）から算出される磁場角度（ｄｅｇ：°）との関係を示すグラフである。図５（ａ）から明らかであるように、変位と磁場角度との関係は比較的線形に近い形となっており、磁場検出手段１０が導出した磁場角度から、磁石材料２０と磁場検出手段１０との相対位置を導出できることが分かる。この結果は、ギャップＧが１．５ｍｍ〜２．５ｍｍに共通して得られる。また、図５（ｂ）は、磁石材料２０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量と、任意の基準直線からの上記磁場角度の揺らぎ、即ち、磁場角度の非直線性（ｄｅｇ：°）との関係を示すグラフである。変位と磁場角度との関係が完全な線形である場合には、図５（ｂ）に示した非直線性は０を示すが、図５（ｂ）に示す例ではある程度の非直線性が存在していることが分かる。
【００２８】
以上のように、第１実施形態の直線変位検出装置３０を用いることで、磁場検出手段１０の感磁面１２ａが磁石材料２０の上記表面２０ａと対面して配置できるので、磁場検出手段１０の感磁面１２ａと磁石材料２０の上記表面２０ａとのギャップを自在に調節できる。特に、従来に比べて上記ギャップを小さくできる。よって、磁石材料２０の磁力が小さくても、上記ギャップを調節することで、磁石材料２０によって形成される磁場分布を磁場検出手段１０で良好に検出できる。つまり、磁石材料２０の磁力は小さくても構わないので、例えば、ＮｄＦｅＢなどの磁力の強い高価な磁石が必要になることもない。
【００２９】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の直線変位検出装置５０は、磁石材料の構成が第１実施形態の直線変位検出装置と異なっている。以下に第２実施形態の直線変位検出装置５０の構成について説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００３０】
図６は、第２実施形態の直線変位検出装置５０が備える磁石材料４０と磁場検出手段１０との具体的な位置関係を説明する図である。尚、磁場検出手段１０の構成は第１実施形態で説明したのと同様である。磁石材料４０は、異方性磁石を用いて形成され、表面４０ａにＮ極及びＳ極の磁極領域４１，４２，４３，４４，４５を直線状に交互に並べて配列しつつ、Ｎ極領域４１，４４，４５とＳ極領域４２，４３との間に無磁化領域４６を有する。具体的には、Ｎ極領域４１，４４，４５の幅Ｗ１及びＳ極領域４２，４３の幅Ｗ２は互いに等しく、何れも３ｍｍとした。また、無磁化領域４６の幅Ｗ３は３ｍｍとした。各領域の高さＬは３ｍｍであり、奥行きは５ｍｍである。
【００３１】
図７（ａ）は、磁石材料４０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量と、磁場検出手段１０の検出結果（シミュレーション）から算出される磁場角度（ｄｅｇ：°）との関係を示すグラフである。また、図７（ｂ）は、磁石材料４０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量と、任意の基準直線からの上記磁場角度の揺らぎ、即ち、磁場角度の非直線性（ｄｅｇ：°）との関係を示すグラフである。
【００３２】
本実施形態のようにＮ極領域４１，４４，４５とＳ極領域４２，４３との間に無磁化領域４６を設けたことで、Ｎ極領域４１，４４，４５とＳ極領域４２，４３との間の無磁化領域４６の近傍において、磁場方向が急激に変化しないようになる。その結果、図７（ａ）及び図７（ｂ）から明らかであるように、変位と磁場角度との関係は第１実施形態に比べて更に線形に近い形となっており、磁場検出手段１０が導出した磁場角度から、磁石材料４０と磁場検出手段１０との相対位置を適切に導出できることが分かる。この結果は、ギャップＧが１．５ｍｍ〜２．５ｍｍである場合の何れでも共通して得られる。
【００３３】
以上のように、Ｎ極領域４１，４４，４５とＳ極領域４２，４３との間に無磁化領域４６を設けたことで、Ｎ極領域４１，４４，４５とＳ極領域４２，４３との間の無磁化領域４６の近傍での磁場方向の変化が比較的緩やかになる。よって、磁場検出手段１０が導出する磁場角度の精度が高くなる。従って、磁場検出手段１０は、導出した磁場角度の値に基づいて、両者がどの相対位置にあるのかを正確に導出できる。
【００３４】
＜第３実施形態＞
第３実施形態の直線変位検出装置は、Ｎ極の磁極領域及びＳ極の磁極領域の配列方向に沿った方向の磁石材料の磁化の強さの分布が正弦波状であることを特徴としている。具体的には、等方性磁石を用い、磁石材料２０の内部での磁化の強度分布が相対移動方向に沿って正弦波分布となるように着磁を行っている。例えば、各磁極領域の中心が最も磁化の強度が強く、周辺部へいくにつれて徐々に磁化が弱くなるように着磁している。その結果、後述するように、磁石材料２０の外部に形成される磁場の強さの分布も、相対移動方向に沿って正弦波状となる。
磁石材料２０以外の装置構成は、第１実施形態の直線変位検出装置と同様である。
【００３５】
図８は、磁石材料２０と磁場検出手段１０との相対移動方向の位置と、磁石材料２０から磁場検出手段１０へ向かう方向の磁場成分の強度（シミュレーション結果）との関係を示すグラフである。具体的には、図８（ａ）は第１実施形態で説明した異方性磁石を用いた場合のシミュレーション結果であり、図８（ｂ）は本実施形態の等方性磁石を用いた場合のシミュレーション結果である。尚、Ｓ極領域２２とＮ極領域２１とＳ極領域２３との部分による磁場成分のみを例示する。
【００３６】
異方性磁石及び等方性磁石の何れを用いた場合でも、位置が約−３ｍｍ〜約＋３ｍｍの間、即ち、Ｎ極領域（幅Ｗ１＝６ｍｍ）に対応する部分で磁場成分の強度は正となり、位置が約−９ｍｍ〜約−３ｍｍの間、及び、約＋３ｍｍ〜約＋９ｍｍの間、即ち、Ｓ極領域（幅Ｗ２＝６ｍｍ）に対応する部分で磁場成分の強度は負となる。
【００３７】
磁石材料２０が異方性磁石を用いて形成されている場合、図８（ａ）に示すように、Ｎ極領域２１，２４，２５とＳ極領域２２，２３との境界付近（位置が−３ｍｍ、＋３ｍｍの付近）で磁場成分の強度が急激に変化する。他方で、Ｎ極領域２１，２４，２５の中央周辺（位置が０ｍｍの周辺）及びＳ極領域２２，２３の中央周辺（位置が−６ｍｍ、＋６ｍｍの周辺）では、位置が変化しても磁場成分の強度が大きく変化していない。つまり、異方性磁石を用いて磁石材料２０を形成した場合、磁石材料２０から磁場検出手段１０へ向かう方向の磁場成分の強度は、位置の変化に応じて一様に変化しない。具体的には、位置の変化に応じて上記磁場成分の強度が大きく変化する領域（Ｎ極領域とＳ極領域との境界付近）と位置の変化に応じて上記磁場成分の強度が大きく変化しない領域（Ｎ極領域の中央部分及びＳ極領域の中央部分）とが存在する。
【００３８】
一方で、磁石材料２０が等方性磁石を用いて形成されている場合、図８（ｂ）に示すように、磁場成分の強度の変化の様子は正弦波状になっている。磁石材料２０から磁場検出手段１０へ向かう方向の磁場成分の強度は、位置の変化に応じて比較的一様に変化している。更に、ギャップＧが小さくなっても、位置が変化すると磁場成分の強度が比較的明確に変化する。
よって、等方性磁石を用いて磁石材料２０を形成した場合、磁場検出手段１０が導出する磁場角度の精度が高くなるので、導出した磁場角度の値に基づいて、両者がどの相対位置にあるのかを正確に導出できる。尚、異方性磁石を用いて磁石材料を形成した場合のように、磁石材料２０から磁場検出手段１０へ向かう方向の磁場成分の強度が、位置の変化に応じて一様に変化しない場合であっても、補正を行えば磁場角度の導出精度を高めることができる。
また、本実施形態では、等方性磁石を用いて磁石材料２０を形成する例について説明したが、磁化の強さの分布が正弦波分布となるように、磁粉を配向させて磁石材料２０を形成する手法もあり、得られる効果は等方性磁石を用いた場合と同様である。更に、上記第２実施形態の直線変位検出装置の磁石材料４０においても、Ｎ極の磁極領域及びＳ極の磁極領域の配列方向に沿った方向の磁石材料の磁化の強さの分布が正弦波状となるようにしてもよい。
【００３９】
＜第４実施形態＞
第４実施形態で説明するのは、図１に示した磁石材料２０のＮ極領域２１，２４，２５の幅Ｗ１及びＳ極領域２２，２３の幅Ｗ２を第１実施形態で説明した場合よりも狭くした直線変位検出装置の例である。具体的には、Ｎ極領域２１，２４，２５の幅Ｗ１を２ｍｍとし、Ｓ極領域２２，２３の幅Ｗ２を２ｍｍとした。よって、この直線変位検出装置では、４ｍｍの範囲内での直線変位（即ち、磁石材料２０と磁場検出手段１０との相対移動）を検出できるという高精度なものである。但し、各磁極領域が小さくなる分、磁極領域の外部に形成される磁場も小さくなるので、その小さい磁場を磁場検出手段１０で正確に検出する必要がある。
【００４０】
図９は、このような磁石材料２０を用いて、磁石材料２０と磁場検出手段１０とを相対移動させながら磁場検出手段１０によって検出する磁束密度のグラフ（シミュレーション結果）である。この測定は、磁石材料２０の表面２０ａと磁場検出手段１０のホール素子１３とのギャップＧを変化させて行ったので、その結果も併せて示す。図９の横軸には、磁石材料２０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量を示す。尚、軟磁性プレート１２の中心と磁石材料２０のＮ極領域２１の中心とが互いに正面に相対する状態を原点（変位量＝０）とする。図９の縦軸には、磁場検出手段１０によって検出される磁束密度を示す。
【００４１】
磁場検出手段１０にとって検出に望ましい磁束密度範囲は約０．０２Ｔ〜約０．０７Ｔである。図９のグラフから明らかであるように、直線変位検出装置の直線変位の検出対象範囲である４ｍｍ（図中の−２ｍｍ〜＋２ｍｍ）の範囲内で、磁束密度はほぼ均一である。よって、図９から明らかであるように、第４実施形態の磁場検出手段１０を用いた場合、ギャップＧが１．６ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲であれば上記検出に望ましい磁束密度範囲内の磁束密度を検出できる。従って、直線変位を高精度に検出可能な直線変位検出装置が得られた。
【００４２】
＜第５実施形態＞
第５実施形態で説明するのは、磁石材料の端部以外に配列された磁極領域の配列方向に沿った方向の幅が互いに同じであり、磁石材料の端部に配列された磁極領域の配列方向に沿った方向の幅が、端部以外に配列された磁極領域の配列方向に沿った方向の幅よりも小さくされた直線変位検出装置の例である。
以下の説明では、異方性磁石を用いて磁石材料が形成される場合について説明するが、上記第３実施形態で説明したような、Ｎ極の磁極領域及びＳ極の磁極領域の配列方向に沿った方向の磁石材料の磁化の強さの分布が正弦波状である磁石材料においても、磁石材料の端部以外に配列された磁極領域の配列方向に沿った方向の幅が互いに同じであり、磁石材料の端部に配列された磁極領域の配列方向に沿った方向の幅が、端部以外に配列された磁極領域の配列方向に沿った方向の幅よりも小さくなるようにしてもよい。
【００４３】
〔磁極領域が３個の場合〕
図１０は、３個の磁極領域を有する磁石材料６０を説明する図である。図示するように、磁石材料６０の端部にはＳ極領域（Ｓ極の磁極領域）６２，６３（幅Ｗ２）が配列され、端部以外にはＮ極領域（Ｎ極の磁極領域）６１（幅Ｗ１）が配列されている。磁場検出手段１０などの他の装置構成は上記実施形態と同様である。
【００４４】
以下に、図１０の磁石材料６０において、端部のＳ極領域６２，６３の幅：Ｗ２＝１／２×Ｗ１の場合について説明する。
図１１（ａ）は、図１０の磁石材料６０において、端部のＳ極領域６２，６３の幅：Ｗ２＝１／２×Ｗ１であるような磁石材料６０を用いて、磁石材料６０と磁場検出手段１０とを相対移動させながら磁場検出手段１０によって検出する磁束密度のグラフ（シミュレーション結果）である。但し、Ｗ１＝２ｍｍ、Ｗ２＝１ｍｍである。また、各磁極領域の高さＬは３ｍｍであり、奥行きは５ｍｍである。よって、この直線変位検出装置は、４ｍｍの範囲内（図中の−２ｍｍ〜＋２ｍｍの範囲内）での直線変位を検出可能に構成されている。また、この測定は、磁石材料６０の表面６０ａと磁場検出手段１０のホール素子１３とのギャップＧを変化させて行ったので、その結果も併せて示す。図１１（ａ）の横軸には、磁石材料６０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量を示す。尚、軟磁性プレート１２の中心と磁石材料６０のＮ極領域６１の中心とが互いに正面に相対する状態を原点（変位量＝０）とする。図１１（ａ）の縦軸には、磁場検出手段１０によって検出される磁束密度を示す。
【００４５】
図１１（ａ）に示すように、ギャップＧを０．８ｍｍ〜２．４ｍｍの間で変化させると、ギャップＧが大きくなるにつれて磁場検出手段１０で検出可能な磁束密度が小さくなっている。本実施形態で用いる磁場検出手段１０にとって検出に望ましい磁束密度範囲は約０．０２Ｔ〜約０．０７Ｔである。図１１（ａ）のグラフから明らかであるように、ギャップＧが小さくなると、直線変位検出装置の直線変位の検出対象範囲である４ｍｍ（図中の−２ｍｍ〜＋２ｍｍ）の範囲内で、磁束密度はほぼ均一である。よって、この場合、ギャップＧが１．８ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲で上記検出に望ましい磁束密度範囲内の磁束密度を検出できる。
【００４６】
図１１（ｂ）は、磁石材料６０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量と、磁場検出手段１０の検出結果（シミュレーション）から算出される磁場角度（ｄｅｇ：°）との関係を示すグラフである。図１１（ｂ）から明らかであるように、変位と磁場角度との関係はほぼ線形となっており、磁場検出手段１０が導出した磁場角度から、磁石材料６０と磁場検出手段１０との相対位置を適切に導出できることが分かる。
【００４７】
次に、図１０の磁石材料６０において、端部のＳ極領域６２，６３の幅：Ｗ２＝２／３×Ｗ１の場合について説明する。
図１２（ａ）は、図１０の磁石材料６０において、端部のＳ極領域６２，６３の幅：Ｗ２＝２／３×Ｗ１であるような磁石材料６０を用いて、磁石材料６０と磁場検出手段１０とを相対移動させながら磁場検出手段１０によって検出する磁束密度のグラフ（シミュレーション結果）である。但し、Ｗ１＝２ｍｍ、Ｗ２＝１．３３である。よって、この直線変位検出装置は、４ｍｍの範囲内（図中の−２ｍｍ〜＋２ｍｍの範囲内）での直線変位を検出可能に構成されている。また、この測定は、磁石材料６０の表面６０ａと磁場検出手段１０のホール素子１３とのギャップＧを変化させて行ったので、その結果も併せて示す。図１２（ａ）の横軸には、磁石材料６０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量を示す。尚、軟磁性プレート１２の中心と磁石材料６０のＮ極領域６１の中心とが互いに正面に相対する状態を原点（変位量＝０）とする。図１２（ａ）の縦軸には、磁場検出手段１０によって検出される磁束密度を示す。
【００４８】
図１２（ａ）に示すように、ギャップＧを０．８ｍｍ〜２．４ｍｍの間で変化させると、ギャップＧが大きくなるにつれて磁場検出手段１０で検出可能な磁束密度が小さくなっている。本実施形態で用いる磁場検出手段１０にとって検出に望ましい磁束密度範囲は約０．０２Ｔ〜約０．０７Ｔである。図１２（ａ）のグラフから明らかであるように、ギャップＧが小さくなると、直線変位検出装置の直線変位の検出対象範囲である４ｍｍ（図中の−２ｍｍ〜＋２ｍｍ）の範囲内で、磁束密度はほぼ均一である。よって、この場合、ギャップＧが１．６ｍｍ〜２．４ｍｍの範囲で上記検出に望ましい磁束密度範囲内の磁束密度を検出できる。
【００４９】
図１２（ｂ）は、磁石材料６０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量と、磁場検出手段１０の検出結果（シミュレーション）から算出される磁場角度（ｄｅｇ：°）との関係を示すグラフである。図１２（ｂ）から明らかであるように、変位と磁場角度との関係はほぼ線形となっており、磁場検出手段１０が導出した磁場角度から、磁石材料６０と磁場検出手段１０との相対位置を適切に導出できることが分かる。
【００５０】
一方で、図１０の磁石材料６０において端部のＳ極領域６２，６３の幅：Ｗ２＝Ｗ１の場合、端部のＳ極領域６２，６３による磁場が優勢となるため、磁石材料６０の外部に形成される磁場の分布が各磁極領域の周辺で不均一になる。図１３（ａ）は、図１０の磁石材料６０において、端部のＳ極領域６２，６３の幅：Ｗ２＝Ｗ１であるような磁石材料６０を用いて、磁石材料６０と磁場検出手段１０とを相対移動させながら磁場検出手段１０によって検出する磁束密度のグラフ（シミュレーション結果）である。但し、Ｗ１＝Ｗ２＝２ｍｍである。
【００５１】
本実施形態で用いる磁場検出手段１０にとって検出に望ましい磁束密度範囲は約０．０２Ｔ〜約０．０７Ｔである。図１３（ａ）のグラフから明らかであるように、直線変位検出装置の直線変位の検出対象範囲である４ｍｍ（図中の−２ｍｍ〜＋２ｍｍ）の範囲内で、磁束密度は大きく変動して、均一となっていない。よって、この場合、ギャップＧが２．０ｍｍである場合のみが、上記検出に望ましい磁束密度範囲内の磁束密度を検出できることになる。
【００５２】
図１３（ｂ）は、磁石材料６０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量と、磁場検出手段１０の検出結果（シミュレーション）から算出される磁場角度（ｄｅｇ：°）との関係を示すグラフである。図１３（ｂ）から明らかであるように、変位と磁場角度との関係は線形とは言えない。
【００５３】
以上のように、図１０の磁石材料６０において、端部のＳ極領域６２，６３の幅：Ｗ２＝１／２×Ｗ１の場合と端部のＳ極領域６２，６３の幅：Ｗ２＝２／３×Ｗ１の場合とでは、直線変位検出装置の直線変位の検出対象範囲である４ｍｍ（図中の−２ｍｍ〜＋２ｍｍ）の範囲内で、磁束密度はほぼ均一となる。つまり、端部に設けられたＳ極領域６２，６３の大きさを小さくすることで、そのＳ極領域６２，６３による磁場が優勢となることが抑制される。よって、磁石材料６０の端部以外に配列された磁極領域の配列方向に沿った方向の幅は互いに同じであり、磁石材料６０の端部に配列された磁極領域の配列方向に沿った方向の幅は、磁石材料６０の端部以外に配列された磁極領域の配列方向に沿った方向の幅の１／２〜２／３であるようにすれば、磁石材料６０の外部に形成される磁場分布が不均一になることを抑制できる。
【００５４】
〔磁極領域が４個の場合〕
図１４は、４個の磁極領域を有する磁石材料８０を説明する図である。図示するように、磁石部材の端部にはＮ極領域（Ｎ極の磁極領域）８３（幅Ｗ５）及びＳ極領域（Ｓ極の磁極領域）８４（幅Ｗ４）が配列され、端部以外にはＮ極領域８１（幅Ｗ１）及びＳ極領域８２（幅Ｗ２）が配列されている。磁場検出手段１０などの他の装置構成は上記実施形態と同様である。
【００５５】
以下に、図１４の磁石材料８０において、Ｗ４＝２／３×Ｗ１（又はＷ２）、Ｗ５＝２／３×Ｗ１（又はＷ２）の場合について説明する。
図１５（ａ）は、図１４の磁石材料８０用いて、磁石材料８０と磁場検出手段１０とを相対移動させながら磁場検出手段１０によって検出する磁束密度のグラフ（シミュレーション結果）である。但し、Ｗ１＝２ｍｍ、Ｗ２＝２ｍｍ、Ｗ４＝１．３３ｍｍ、Ｗ５＝１．３３ｍｍである。また、各磁極領域の高さＬは３ｍｍであり、奥行きは５ｍｍである。よって、この直線変位検出装置は、４ｍｍの範囲内（図中の−２ｍｍ〜＋２ｍｍの範囲内）での直線変位を検出可能に構成されている。また、この測定は、磁石材料８０の表面８０ａと磁場検出手段１０のホール素子１３とのギャップＧを変化させて行ったので、その結果も併せて示す。図１５（ａ）の横軸には、磁石材料８０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量を示す。尚、軟磁性プレート１２の中心と磁石材料８０のＮ極領域８１とＳ極領域８２との境界部分が互いに正面に相対する状態を原点（変位量＝０）とする。図１５（ａ）の縦軸には、磁場検出手段１０によって検出される磁束密度を示す。
【００５６】
図１５（ａ）に示すように、ギャップＧを０．８ｍｍ〜２．４ｍｍの間で変化させると、ギャップＧが大きくなるにつれて磁場検出手段１０で検出可能な磁束密度が小さくなっている。本実施形態で用いる磁場検出手段１０にとって検出に望ましい磁束密度範囲は約０．０２Ｔ〜約０．０７Ｔである。図１５（ａ）のグラフから明らかであるように、直線変位検出装置の直線変位の検出対象範囲である４ｍｍ（図中の−２ｍｍ〜＋２ｍｍ）の範囲内で、磁束密度はほぼ均一である。よって、この場合、ギャップＧが１．６ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で上記検出に望ましい磁束密度範囲内の磁束密度を検出できる。
【００５７】
図１５（ｂ）は、磁石材料８０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量と、磁場検出手段１０の検出結果（シミュレーション）から算出される磁場角度（ｄｅｇ：°）との関係を示すグラフである。図１５（ｂ）から明らかであるように、変位と磁場角度との関係はほぼ線形となっており、磁場検出手段１０が導出した磁場角度から、磁石材料８０と磁場検出手段１０との相対位置を適切に導出できることが分かる。
【００５８】
〔磁極領域が５個の場合〕
図１６は、５個の磁極領域を有する磁石材料２０を説明する図である。図示するように、磁石材料２０の端部にはＮ極領域２４，２５（幅Ｗ５）が配列され、端部以外にはＮ極領域２１（幅Ｗ１）及びＳ極領域２２，２３（幅Ｗ２）が配列されている。磁場検出手段１０などの他の装置構成は上記実施形態と同様である。
【００５９】
以下に、図１６の磁石材料２０において、Ｗ５＝２／３×Ｗ１（又はＷ２）の場合について説明する。
図１７（ａ）は、図１６の磁石材料２０を用いて、磁石材料２０と磁場検出手段１０とを相対移動させながら磁場検出手段１０によって検出する磁束密度のグラフ（シミュレーション結果）である。但し、Ｗ１＝２ｍｍ、Ｗ２＝２ｍｍ、Ｗ５＝１．３３ｍｍである。また、各磁極領域の高さＬは３ｍｍであり、奥行きは５ｍｍである。よって、この直線変位検出装置は、４ｍｍの範囲内（図中の−２ｍｍ〜＋２ｍｍの範囲内）での直線変位を検出可能に構成されている。また、この測定は、磁石材料２０の表面２０ａと磁場検出手段１０のホール素子１３とのギャップＧを変化させて行ったので、その結果も併せて示す。図１７（ａ）の横軸には、磁石材料２０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量を示す。尚、軟磁性プレート１２の中心と磁石材料２０のＮ極領域２１の中心が互いに正面に相対する状態を原点（変位量＝０）とする。図１７（ａ）の縦軸には、磁場検出手段１０によって検出される磁束密度を示す。
【００６０】
図１７（ａ）に示すように、ギャップＧを０．８ｍｍ〜２．４ｍｍの間で変化させると、ギャップＧが大きくなるにつれて磁場検出手段１０で検出可能な磁束密度が小さくなっている。本実施形態で用いる磁場検出手段１０にとって検出に望ましい磁束密度範囲は約０．０２Ｔ〜約０．０７Ｔである。図１７（ａ）のグラフから明らかであるように、直線変位検出装置の直線変位の検出対象範囲である４ｍｍ（図中の−２ｍｍ〜＋２ｍｍ）の範囲内で、磁束密度はほぼ均一である。よって、この場合、ギャップＧが１．６ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲で上記検出に望ましい磁束密度範囲内の磁束密度を検出できる。
【００６１】
図１７（ｂ）は、磁石材料２０と磁場検出手段１０との相対移動方向の変位量と、磁場検出手段１０の検出結果（シミュレーション）から算出される磁場角度（ｄｅｇ：°）との関係を示すグラフである。図１７（ｂ）から明らかであるように、変位と磁場角度との関係はほぼ線形となっており、磁場検出手段１０が導出した磁場角度から、磁石材料２０と磁場検出手段１０との相対位置を適切に導出できることが分かる。
【００６２】
以上のように、磁石材料を構成する磁極領域の数に拘わらず、磁石材料の端部以外に配列された磁極領域の配列方向に沿った方向の幅は互いに同じであり、磁石材料の端部に配列された磁極領域の配列方向に沿った方向の幅は、磁石材料の端部以外に配列された磁極領域の配列方向に沿った方向の幅の１／２〜２／３であるようにすれば、磁石材料の外部に形成される磁場分布が不均一になることを抑制できる。
【００６３】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、磁石材料を構成する磁極領域の具体的な寸法を挙げて説明を行ったが、各磁石材料の寸法は、要求される直線変位の検出対象範囲、磁力の強さなどの様々な条件に応じて適宜変更可能である。
【００６４】
＜２＞
上記実施形態では、一次元方向に延びた磁石材料を用いて、磁石材料と磁場検出手段との一次元方向の相対位置を検出する例について説明したが、二次元方向（例えば、十字型）に延びた磁石材料を用いて、磁石材料と磁場検出手段との二次元方向の相対位置を検出するようにも変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１実施形態の直線変位検出装置が備える磁石材料と磁場検出手段との具体的な位置関係を説明する図
【図２】磁場検出手段の構成を説明する図
【図３】磁場検出手段の断面図
【図４】磁石材料と磁場検出手段とを相対移動させながら磁場検出手段によって検出する磁束密度のグラフ
【図５】（ａ）は、磁石材料と磁場検出手段との相対移動方向の変位量と、磁場検出手段の検出結果から算出される磁場角度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、磁石材料と磁場検出手段との相対移動方向の変位量と、任意の基準直線からの上記磁場角度の揺らぎとの関係を示すグラフ
【図６】第２実施形態の直線変位検出装置が備える磁石材料と磁場検出手段との具体的な位置関係を説明する図
【図７】（ａ）は、磁石材料と磁場検出手段との相対移動方向の変位量と、磁場検出手段の検出結果から算出される磁場角度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、磁石材料と磁場検出手段との相対移動方向の変位量と、任意の基準直線からの上記磁場角度の揺らぎとの関係を示すグラフ
【図８】磁石材料と磁場検出手段との相対移動方向の位置と、磁石材料から磁場検出手段へ向かう方向の磁場成分の強度との関係を示すグラフ
【図９】磁石材料と磁場検出手段とを相対移動させながら磁場検出手段によって検出する磁束密度のグラフ
【図１０】３個の磁極領域を有する磁石材料を説明する図
【図１１】磁石材料と磁場検出手段とを相対移動させながら磁場検出手段によって検出する磁束密度のグラフ
【図１２】磁石材料と磁場検出手段とを相対移動させながら磁場検出手段によって検出する磁束密度のグラフ
【図１３】磁石材料と磁場検出手段とを相対移動させながら磁場検出手段によって検出する磁束密度のグラフ
【図１４】４個の磁極領域を有する磁石材料を説明する図
【図１５】磁石材料と磁場検出手段とを相対移動させながら磁場検出手段によって検出する磁束密度のグラフ
【図１６】５個の磁極領域を有する磁石材料を説明する図
【図１７】磁石材料と磁場検出手段とを相対移動させながら磁場検出手段によって検出する磁束密度のグラフ
【図１８】従来の直線変位検出装置が備える磁石材料と磁場検出手段との具体的な位置関係を説明する図
【符号の説明】
【００６６】
１０  磁場検出手段
１１  基板
１２  軟磁性プレート
１２ａ  感磁面
１３  ホール素子
１４  チップ
２０  磁石材料
２０ａ  表面
２１，２４，２５  Ｎ極領域（Ｎ極の磁極領域）
２２，２３  Ｓ極領域（Ｓ極の磁極領域）
３０  直線変位検出装置
４０  磁石材料
４１，４４，４５  Ｎ極領域（Ｎ極の磁極領域）
４２，４３  Ｓ極領域（Ｓ極の磁極領域）
４６  無磁化領域
５０  直線変位検出装置
６０  磁石材料
６１  Ｎ極領域（Ｎ極の磁極領域）
６２，６３  Ｓ極領域（Ｓ極の磁極領域）
８０  磁石材料
８１，８３  Ｎ極領域（Ｎ極の磁極領域）
８２，８４  Ｓ極領域（Ｓ極の磁極領域）
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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