(57)【要約】  目的はセンサデータを活用したシステムの導入を容易にするセンサ装置及び電源装置を提供することにある。  センサ装置４は、電池駆動式機器６の電池ボックスに装着可能な電池規格に準じた形状及び大きさに構成されたケース４１の前後端面に外側正極端子４３と外側負極端子４４とがそれぞれ取り付けられ、ケース４１の内側には、外側正極端子４３と外側負極端子４４とにそれぞれ接続される内側正極端子４５と内側負極端子４６とを有し、電池４８を収容するための電池収容部４２と、無線通信用のアンテナ５８と、加速度センサ４９と、加速度センサ４９により計測されたデータをアンテナ５８を介して外部情報処理装置３に送信する送信部とが設けられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池駆動式機器の電池ボックスに装着可能な電気規格に準じた形状又は他の形状を有するケースに外側正極端子と外側負極端子とがそれぞれ露出して取り付けられ、
前記ケースには、前記外側正極端子と前記外側負極端子とにそれぞれ接続される内側正極端子と内側負極端子とを有し、電池を収容するための電池収容部と、無線通信用のアンテナと、加速度センサと、前記加速度センサにより計測されたデータを前記アンテナを介して外部情報処理デバイスに送信する送信部とが収容されるセンサ装置。
【請求項２】
前記ケースの内側には、前記電池駆動式機器の電源スイッチのオンオフを検知するスイッチ検知部と、前記電源スイッチがオフのとき前記データの送信を実行させ、前記電源スイッチがオンのとき前記データの送信を停止させるために、前記スイッチ検知部の検知結果に従って、前記加速度センサを制御する制御部とがさらに設けられる請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記ケースの内側には、前記電池駆動式機器の電源スイッチのオンオフを検知するスイッチ検知部と、前記電源スイッチがオンのとき前記データの送信を実行させ、前記電源スイッチがオフのとき前記データの送信を停止させるために、前記スイッチ検知部の検知結果に従って、前記加速度センサを制御する制御部とがさらに設けられる請求項１記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記スイッチ検知部は、前記内側正極端子と前記外側正極端子との間又は前記内側負極端子と前記外側負極端子との間の電流値を検出する電流検出部と、前記検出された電流値に基づいて前記電源スイッチのオンオフを判定する判定部とを有する請求項２又は請求項３に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記ケースの内側には、前記内側負極端子と前記外側負極端子との間又は前記内側正極端子と前記外側正極端子との間に介在される出力トランジスタと、前記アンテナを介して外部情報処理端末から前記出力トランジスタの開閉を指示する制御信号を受信する受信部と、前記制御信号に応じたデューティー比で前記出力トランジスタの開閉を制御するＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部とがさらに設けられる請求項２又は請求項３に記載のセンサ装置。
【請求項６】
電気規格に準じた形状又は他の形状を有するケースと、
前記ケースに収容される電池と、
前記ケースの外側に露出される、前記電池の電極に接続される外部端子と、
前記ケースに収容される加速度センサと、
前記ケースに収容される無線通信用のアンテナと、
前記加速度センサを介して加速度を検出するとともに前記検出された加速度に関するデータを前記アンテナを介して外部情報処理デバイスに送信する処理部と、
前記電池の電圧を前記処理部の電源電圧に変換する変換部とを具備する電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置及び電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット技術や各種センサー・テクノロジーの進化等を背景に、身の周りのあらゆるモノがインターネットにつながる、いわゆるＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）に関する技術が急速に発展している。ＩｏＴでは、通信機能を有するセンサ装置が多く利用される。ＩｏＴにおいて利用されるセンサ装置をＩｏＴデバイスともいう。現在、様々な分野において、ＩｏＴデバイスから収集したセンシングデータを活用したシステムの導入が進んでいる。例えば、農場に設置したＩｏＴデバイスで気温や湿度のデータを収集し、その収集したデータを活用して水遣り頻度、量などを管理することができる。また、電気ポットに装着したＩｏＴデバイスで電気ポットが使用されたことを検知し、その検知したデータを活用して一人暮らしの高齢者を見守るシステムに利用することができる。【０００３】
しかし、ＩｏＴデバイスを活用したシステムを導入するためには、ＩｏＴデバイスの設置場所を確保し、設置作業が必要とされる。特に、加速度センサを搭載するＩｏＴデバイスは、移動体に装着する必要があり、その移動体が小型であるほど、その外観を損ねることなく、また移動に干渉することなく、ＩｏＴデバイスを移動体に装着することは難しい。そのため、ＩｏＴデバイスを活用したシステムの導入障壁となっていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
目的は、センサデータを活用したシステムの導入を容易にするセンサ装置及び電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態に係るセンサ装置は、電池駆動式機器の電池ボックスに装着可能な電池規格に準じた形状及び大きさに構成されたケースの前後端面に外側正極端子と外側負極端子とがそれぞれ取り付けられ、前記ケースの内側には、前記外側正極端子と前記外側負極端子とにそれぞれ接続される内側正極端子と内側負極端子とを有し、電池を収容するための電池収容部と、無線通信用のアンテナと、加速度を計測する加速度センサと、前記加速度センサにより計測されたデータを前記アンテナを介して外部情報処理装置に送信する送信部とが設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本実施形態に係るセンサ装置を用いた自転車管理システムを示す図である。
【図２】図２は、図１のセンサ装置の外観を示す図である。
【図３】図３は、図１のセンサ装置の断面を示す図である。
【図４】図４は、図１のセンサ装置の等価回路図である。
【図５】図５は、図１のセンサ装置のオン連動モードの動作手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、図１のセンサ装置のオフ連動モードの動作手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本実施形態に係るセンサ装置を用いた屋内制御システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係るセンサ装置を説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【０００８】
図１に示すように、本実施形態に係るセンサ装置４は、電池規格に準じた形状又は他の形状を有する。典型的にはセンサ装置４は単三形の形状を有する。もちろん、センサ装置４の形状、大きさ等は電池駆動式機器６に使用される電池に応じて任意であり、例えば単一形として構成されてもよい。センサ装置４は、電池駆動式機器６の電池ボックスに装着される。センサ装置４は加速度センサを備え、自転車シェアリングシステムにおける自転車管理システムに活用することができる。センサ装置４は、例えば電池駆動式の自転車用のライト６１に装着される。センサ装置４は、典型的にはＬＰＷＡ(Ｌｏｗ  Ｐｏｗｅｒ  Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ)などの遠距離通信規格に従って、インターネット１に接続される。センサ装置４は、インターネット１を介して、加速度センサにより計測した加速度データを外部情報処理デバイスとしてのサーバ装置３に送信する。サーバ装置３は加速度データを解析し、例えば自転車が倒された、自転車の操作が荒いなどの自転車の挙動を特定し、その特定した情報によって、自転車を利用したユーザに警告、課金などを課すことができる。また、加速度データに基づいて、自転車の走行距離を特定し、その走行距離の情報を自転車のタイヤ交換、ブレーキ交換などのメンテナンスに活用することができる。
【０００９】
図２、図３に示すように、センサ装置４は例えば単三形として構成される。もちろん、センサ装置４の形状、大きさ等は電池駆動式機器６に使用される電池に応じて任意であり、例えば単一形として構成されてもよい。ここでは、センサ装置４は単三形として説明する。
【００１０】
センサ装置４は、単三形電池規格に準じた高さ及び直径の円筒形状のケース４１を有する。ケース４１の前後端面には、単三形電池規格に準じて外側正極端子４３と外側負極端子４４とが取り付けられる。ケース４１の内側にはそれより小さい単四形電池規格に準じた形状及び大きさの電池収容部４２が設けられる。電池収容部４２の前後端面には、それに収容された単四形の電池４８の正極端子と負極端子とに接する内側正極端子４５と内側負極端子４６とがそれぞれ取り付けられる。電池収容部４２に取り付けられた内側正極端子４５と内側負極端子４６とは外側正極端子４３と外側負極端子４４とにそれぞれ接続される。
【００１１】
電池収容部４２はその円筒中心軸がケース４１の円筒中心軸に対して半径方向にオフセットされる。このオフセットにより、ケース４１の内側にわずかなスペースが確保される。このわずかなスペースにセンサ装置４の各種機能を実現する電子回路基板４７が収容される。本実施形態では、電子回路基板４７に典型的には３軸の加速度センサ４９が実装されている。電子回路基板４７とは反対側のケース４１の周面部分は長円形状に切り欠かれている。この切り欠きの長さは単四形電池と同等又は若干短く、幅は単四形電池の幅より若干広い。これにより切り欠きを介して単四形の内部電池４８を電池収容部４２に挿抜することができる。
【００１２】
センサ装置４は、電源スイッチ７を有する電池駆動式機器６の電池ボックスに装着され、電池駆動式機器６の加速度を計測し、計測した加速度データをサーバ装置３に無線で送信する本来のＩｏＴデバイスとして機能するとともに、電池駆動式機器６の電源としても機能する。電池収容部４２に収容された電池４８は、電子回路基板４７に実装された加速度センサ４９などの電源であるとともに、電池駆動式機器６の電源でもある。
【００１３】
図４に示すように、センサ装置４の機能を実現する電子回路基板４７には、ＤＣＤＣコンバータ５９、コンパレータ５７、出力トランジスタ５５及びＲＦＩＣ（高周波集積回路）５６等が実装されている。ＤＣＤＣコンバータ５９は電池収容部４２に収容された内部電池４８の電池電圧を用いてコンパレータ５７及びＲＦＩＣ５６の電源電圧Ｖｄｄを発生する。なお、ＲＦＩＣは、適宜、単に処理部という。
【００１４】
コンパレータ５７は、電子回路基板４７の内部電流値、ここでは内側負極端子４６と外側負極端子４４との間の電流値に基づいて、電池駆動式機器６の電源スイッチ７のオンオフを検知する。具体的には、内側負極端子４６と外側負極端子４４との間に検出抵抗５１が介在される。検出抵抗５１により内側負極端子４６と外側負極端子４４との間の電流は電圧に変換され、検出抵抗５１の両端電圧（検出電圧）はコンパレータ５７の入力端子（反転入力端子）に印加される。コンパレータ５７の他の入力端子（非反転入力端子）には、内部電池４８の電池電圧が分圧抵抗５２，５３で分圧されて参照電圧として印加される。コンパレータ５７は、参照電圧に対して検出電圧を比較する。検出電圧は、電源スイッチ７のオンオフに従って変動する。この検出電圧の変動に従って、コンパレータ５７の比較結果を変化させるために、分圧抵抗５２，５３の抵抗値は調整されている。
【００１５】
出力トランジスタ５５は、内部電池４８の出力のオンオフを切り替えるスイッチング素子として機能する。出力トランジスタ５５は、ＲＦＩＣ５６からのゲート制御信号により印加されるゲート電圧により、そのオンオフが制御される。具体的には、出力トランジスタ５５は、典型的にはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、内側正極端子４５と外側正極端子４３との間に介在される。ソース端子は、内側正極端子４５に接続され、ドレイン端子は外側正極端子４３に接続され、ゲート端子はＲＦＩＣ５６のＯＵＴ端子に接続される。ゲート電圧がしきい値電圧より低いとき（ＰＷＭ信号がローレベルのとき）、出力トランジスタ５５はオンされる。一方、ゲート電圧がしきい値電圧より高いとき（ＰＷＭ信号がハイレベルのとき）、出力トランジスタ５５はオフされる。したがって、ＰＷＭ信号のデューティー比を変更することで、実質的に内部電池４８の出力を調整することができる。もちろん、回路構成を変更することで、出力トランジスタ５５は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ又はバイポーラトランジスタを用いることもできる。
【００１６】
ＲＦＩＣ５６は、センサ装置４を統括して制御する。ＲＦＩＣ５６のＡＮＴ端子には無線通信用のアンテナ５８が接続される。ＧＮＤ端子は、電子回路基板４７のＧＮＤに接続される。ＳＥＮＳＯＲ端子には加速度センサ４９の出力端子が接続される。Ｖｓ端子には、加速度センサ４９の電源端子が接続される。ＯＵＴ端子には出力トランジスタ５５のゲート端子が接続される。ＩＮ端子にはコンパレータ５７の出力端子が接続される。ＲＦＩＣ５６は加速度センサ４９を介して加速度を検出する。典型的にはアンテナ５８はケース４１に収容される。しかしアンテナ５８はケース４１の外表面に貼着されていてもよい。
【００１７】
ＲＦＩＣ５６は、機能上、無線通信部、ＰＷＭ信号発生部及び制御部を備える。ここでは、センサ装置４は、加速度センサ４９を備える。しかし、加速度センサ４９に代わって、センサの位置情報を計測する位置センサ、センサの回転を検出する角速度センサなど、センサ装置４が装着された電池駆動式機器６の移動、位置情報を取得する各種センサを備える構成であってもよいし、複数種類のセンサを備える構成であってもよい。
【００１８】
無線通信部は、制御部の制御に従って、センサデータの出力先として予め登録されたサーバ装置３に加速度データを送信する。また、無線通信部は、制御部の制御に従って、センサ装置４の各種設定を変更するユーザ端末として予め登録された携帯型情報処理端末から出力トランジスタ５５の開閉を指示する制御信号を受信する。センサ装置４に対して同時に２つの外部機器が接続できない場合、制御部は、無線通信部を制御し、センサ装置４に対して一方の外部機器の接続を許可し、他方の外部機器の接続を禁止する。例えば、後述の常時モードにおいて、制御部は、センサ装置４に対してサーバ装置３を接続し、携帯型情報処理端末を接続しないために、無線通信部を制御する。後述の連動モードにおいて、制御部は、加速度センサ４９が駆動している間、センサ装置４に対してサーバ装置３を接続し、携帯型情報処理端末を接続しないために無線通信部を制御し、加速度センサ４９が駆動していない間、センサ装置４に対して携帯型情報処理端末を接続し、サーバ装置３を接続しないために、無線通信部を制御する。電池収容部４２からの電池４８の挿抜により、ＲＦＩＣ５６を再起動することにより、モードは、例えばオン連動モードに初期化される。これにより、常時モードを選択した場合であっても、ＲＦＩＣ５６を再起動することで、モード選択が可能となる。
【００１９】
ＰＷＭ信号発生部は、携帯型情報処理端末から受信した制御信号に応じたデューティー比のＰＷＭ信号（パルス幅信号変調）を発生する。ＰＷＭ信号発生部により発生されたＰＷＭ信号は出力トランジスタ５５のゲートに供給される。出力指令値が０％の場合において、ＰＷＭ信号発生部は、デューティー比０％（ハイレベルのみ）のＰＷＭ信号を発生する。出力指令値が１００％の場合において、デューティー比１００％（ローレベルのみ）のＰＷＭ信号を発生する。出力指令値が５０％の場合、ＰＷＭ信号発生部は、デューティー比５０％（ローレベルとハイレベルの比が半分）のＰＷＭ信号を発生する。
【００２０】
制御部は、加速度センサ４９を常時動作させる常時モードと、加速度センサ４９のオンオフを電池駆動式機器６の電源スイッチ７のオンオフに連動させる連動モードとを備える。もちろん、電源スイッチ７が設けられていない機器であれば、電源スイッチ７のオンオフは、電池駆動式機器６の電池ボックスへのセンサ装置の挿抜に代替され、加速度センサ４９のオンオフは、電池駆動式機器６の動作のオンオフに連動する。さらに連動モードには、電池駆動式機器６がオン状態のとき加速度センサ４９を動作させ、電池駆動式機器６がオフ状態のとき加速度センサ４９を停止させるオン連動モードと、電池駆動式機器６がオフ状態のとき加速度センサ４９を動作させ、電池駆動式機器６がオン状態のとき加速度センサ４９を停止させるオフ連動モードとを備える。これらモードは、センサ装置４に対して接続された特定の携帯型情報処理端末からの指示に従って選択される。モード選択は、加速度センサ４９がオフ状態の期間又は電池４８を電池収容部４２に装着してから所定の期間に行うことができる。これにより、常時モードが選択された場合であっても、電池４８が電池収容部４２に装着してから所定の期間は、加速度センサ４９の駆動が待機され、その間にモードを選択することができる。
【００２１】
常時モードは、センサ装置４をＩｏＴデバイスとして常時機能させるモードである。常時モードを選択することで、センサ装置４を本来のＩｏＴデバイスとして特化することができる。常時モードが選択されたとき、制御部は、電池駆動式機器６への電源出力をあえて低下させるために、予め決められたデューティー比のＰＷＭ信号が出力トランジスタ５５に供給させるためにＰＷＭ信号発生部を制御するようにしてもよい。これにより、電池駆動式機器６の電源としての機能を低下させ、センサ装置４がＩｏＴデバイスとして機能する時間を長くすることができる。
【００２２】
連動モードは、センサ装置４をＩｏＴデバイスとして機能させる期間を、電池駆動式機器６がオン状態又はオフ状態の期間に限定するモードである。連動モードを選択することで、常時モードに比して加速度センサ４９の駆動時間を短くし、電池４８の消耗を抑え、電池駆動式機器６の電源としての機能をできるだけ長時間、確保することができる。特に、加速度センサ４９を備えるセンサ装置４は、それ自体が電源スイッチ７のオンオフに従って移動するラジコンのような電池駆動式機器６に装着される場合が想定される。また、それ自体が電源スイッチ７のオンオフに従って移動するわけではないが、自転車のライトのように自転車が動いているときには、必ず動作してるような電池駆動式機器６に装着される場合が想定される。オン連動モードを選択することで、電池駆動式機器６がオン状態の期間に限定して加速度センサ４９を駆動させることができ、センサ装置４は自転車の走行に関連する加速度データのみをサーバ装置３に送信できるという効果もある。
【００２３】
図５は、本実施形態に係るセンサ装置４のオン連動モードの動作手順を示している。初期状態において、電源スイッチ７はオフ状態である。電池収容部４２に電池４８が収容されると、ＲＦＩＣ５６が起動する。電源スイッチ７がオンされると（工程Ｓ１１、ＯＮ）、ＲＦＩＣ５６により、加速度センサ４９が駆動され（工程Ｓ１２）、加速度センサ４９により計測された加速度データがＲＦＩＣ５６に入力される（工程Ｓ１３）。加速度データは、ＲＦＩＣ５６によりサーバ装置３に送信される（工程Ｓ１４）。工程Ｓ１３と工程Ｓ１４とは、電源スイッチ７がオフされるまで予め設定された周期で繰り返し実行される（工程Ｓ１５、ＯＮ）。電源スイッチ７がオフされると（工程Ｓ１５、ＯＦＦ）、ＲＦＩＣ５６により加速度センサ４９の駆動が停止され、サーバ装置３へのデータ送信が停止される（工程Ｓ１６）。電源スイッチ７がオンされると、再び工程Ｓ１１から処理が開始される。
【００２４】
図６は、本実施形態に係るセンサ装置４のオフ連動モードの動作手順を示している。初期状態において、電源スイッチ７はオフ状態である。電池収容部４２に内部電池４８が収容されると、ＲＦＩＣ５６が起動し、センサ装置４はサーバ装置３と無線接続される。ＲＦＩＣ５６により、加速度センサ４９が駆動され（工程Ｓ２１）、加速度センサ４９により計測された加速度データがＲＦＩＣ５６に入力される（工程Ｓ２２）。加速度データは、ＲＦＩＣ５６によりサーバ装置３に送信される（工程Ｓ２３）。工程Ｓ２と工程Ｓ３とは、電源スイッチ７がオンされるまで予め設定された周期で繰り返し実行される（工程Ｓ２４、ＯＦＦ）。電源スイッチ７がオンされると（工程Ｓ２４、ＯＮ）、ＲＦＩＣ５６により加速度センサ４９の駆動が停止され、サーバ装置３へのデータ送信が停止される（工程Ｓ２５）。電源スイッチ７がオフされると（工程Ｓ２６、ＯＦＦ）、工程Ｓ２１にリターンし、再び加速度センサ４９が駆動され、加速度データの計測が再開される。
【００２５】
本実施形態に係るセンサ装置４は、単三形電池規格に規定された電池形状を有し、電池駆動式機器６の電池ボックスに装着することができる。センサ装置４は、単四形の電池４８を収容する電池収容部４２を有し、電池駆動式機器６の電源としても機能する。これにより、センサ装置４を既存の電池駆動式機器６の電池ボックスに装着するだけで、センサ装置４から加速度データを収集することができ、ユーザは、センサ装置４の設置場所を確保する必要がなければ、センサ装置４を設置するための特別な設置作業をする必要もない。すなわち、本実施形態に係るセンサ装置４を用いることで、加速度データ、角速度データ及び位置データを活用したシステムの導入を容易にし、システムの導入障壁を低くすることができる。
【００２６】
本実施形態では、センサ装置４を活用した自転車管理システムを説明したが、センサ装置４を活用したシステムはこれに限定されない。例えば、センサ装置４を屋内制御システムに活用することができる。図７に示すように、センサ装置４は家のドアに装着された電池駆動式のスマートロック９に収容される。スマートロック９はスマートフォン２からの開錠を示す信号に従って、ドアの鍵を開錠する装置である。帰宅するとき、ユーザは、スマートフォン２を用いてスマートロック９を動作させ、スマートロック９により鍵が開錠された後、ドアを開けて家に入る。一方、外出するとき、ユーザは、ドアを開けて外に出た後、スマートフォン２を用いてスマートロックを動作させ、鍵を施錠する。センサ装置４は、スマートロック９の動作を検知することができる。センサ装置４は、スマートロック９の動作を検知したことを示す動作検知信号をプログラマブル・ロジック・コントローラ（以下、単にＰＬＣという）１０に送信する。また、センサ装置４は、加速度センサにより計測された加速度データをＰＬＣ１０に送信する。ＰＬＣ１０は、予め保持している屋内制御プログラムに従って、屋内のライト６２を制御する。具体的には、ＰＬＣ１０は、動作検知信号を受信した後に加速度データの変化を検出したことに従って、住人が帰宅したことを検知し、屋内のライト６２を点灯させるためにライト６２を制御する。また、ＰＬＣ１０は、動作検知信号を受信する前に加速度データの変化を検出したことに従って、住人が外出したことを検知し、屋内のライト６２を消灯させるためにライト６２を制御する。これにより、外出時のライト６２の消し忘れを防止するとともに、帰宅時の住人によるライト操作を省略することができる。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２８】
４…センサ装置、６…電池駆動式機器、７…電源スイッチ、４１…ケース、４２…電池収容部、４３…外側正極端子、４４…外側負極端子、４５…内側正極端子、４６…内側負極端子、４７…電子回路基板、４８…電池、４９…加速度センサ、５６…ＲＦＩＣ、５８…アンテナ。
【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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【国際調査報告】
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2019203340.tif 000011
2019203340.tif 000012
2019203340.tif 000013