JP2003209964A - リニアモータおよび前記リニアモータの製作方法 - Google Patents

リニアモータおよび前記リニアモータの製作方法

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JP2003209964A JP2002363183A JP2002363183A JP2003209964A JP 2003209964 A JP2003209964 A JP 2003209964A JP 2002363183 A JP2002363183 A JP 2002363183A JP 2002363183 A JP2002363183 A JP 2002363183A JP 2003209964 A JP2003209964 A JP 2003209964A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】応力に対する機械的抵抗、熱消散、電機子に埋
設された螺旋の構造的安定性、総合的大きさ、効率およ
び応答速度などの特性を改良した永久磁石付同期型のブ
ラシレス・リニアモータを提供し、使用可能な事実上全
ての適用面に対して、十分に高い動力をいかなる場合に
も保証できる低コストで低重量のリニアモータを得るこ
とである。 【構成】モータは、内部に電気的コイル（１６）が収容
されているコンパートメント（１５）を装備した電機子
および電機子の一方と協働する１個の固定バー（２２）
を備え、そのバーに電気的コイル（１６）に面して配列
された永久磁石（１２）が取り付けられている。電機子
（１４）はアルミニウムまたはセラミック材料で作られ
ている。電機子（１４）は、コイル（１６）を収容して
いるコンパートメント（１５）の周辺部に電気的不連続
部の領域を画成している中断部（２１）を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石によって励
磁される同期ブラシレス型のリニアモータに関する。
【０００２】より正確にいえば、本発明は、それぞれの
電気コイルが安定して収容されている複数のコンパート
メントを備えた可動電機子、スライダまたはカーソルお
よび使用中は電気コイルに向かい合って取り付けられて
配置されている一個の固定バーを備えている型のリニア
モータに関する。
【０００３】モータの可動電機子は、アルミニウムもし
くはその合金またはセラミック材料で作られて、磁気回
路を閉じるためにコイルと協働する強磁性のバーを収容
するのに適当である。本発明はまた、リニアモータを製
作するための方法に関する。
【０００４】
【従来の技術】例えばＧＢ−Ａ２．３５２．９５４に開
示されているような従来技術は、上述のような普通型の
同期ブラシレス・リニア電気モータを含んでいる。その
ようなモータは、通常電機子またはフレームから成る可
動部を備え、その上にハウジング・コンパートメントが
通常等距離に作られ、コンパートメントの内部には給電
手段と関連した電気コイルが挿入されて締め付けられて
いる。
【０００５】関連の固定バー（通常強磁性材料でできて
いる）が電機子の少なくとも一方の側面に面している位
置にあり、複数の永久磁石が固定バーに取り付けられ
て、一直線にかつ電気コイルを担持する電機子の運動の
方向に通常等距離並べて配置されている。磁石は、交互
の極性を有する。
【０００６】他の構造的実施例において、モータは、電
気コイルを備えている固定部および永久磁石を備えてい
る可動部を有することができる。
【０００７】コイルが収容されている電機子および永久
磁石が取り付けられている強磁性のバーは、空気隙間に
よって互いに離されている。
【０００８】この型のリニアモータの動作原理は、コイ
ルの中を循環する電流の循環方向をコイルがある極性、
例えば正、を持った磁石に向き合う位置から負の極性を
持った磁石に面する位置へ動く度に順番に逆にすること
によって作られる反発力を利用する。
【０００９】従来のモータ（例えばＵＳ−Ａ−６，１４
０，７３４を参照）において、コイルは電機子のそれぞ
れのハウジング・コンパートメント内の絶縁材料（例え
ば樹脂）に埋められ、樹脂を活性化（溶解）して、コイ
ルの螺旋の間を浸透させる熱処理によって炉の中で固め
られる。絶縁材料は、モータの性能を劣化させる隣接し
たコイルの間の磁気摩擦の現象をなくすのに必要であ
る。
【００１０】コイルの螺旋の間に固化された絶縁材料は
また、固定された磁石に対する正確な位置決めを確実に
するために、電機子の関連コンパートメントのコイルを
安定に納めるための機械的サポートとして作用する。
【００１１】しかし、特にコイルの内側のコンパートメ
ントにおいて、完全に満たされていない螺旋の間の隙間
のために絶縁材料に熱間固化プロセスを用いると機械的
剛性の不足を生じることが分かった。モータが高周波状
態で使われるとき、長期的には螺旋のゆるみに導く機械
的応力がコイルに生じるので、螺旋はモータの機能およ
び効率によくない影響を持つ環境にさらされる。
【００１２】螺旋の間の隙間の存在は、コイル内を循環
している電流および永久磁石によってそれぞれ発生され
る磁場の相互作用状態を悪化させ、モータを動かす反発
力の値の減少をもたらす。
【００１３】さらに、コイルの機械的サポートとして機
能する絶縁材料のあることは、ジュール効果によって発
生される熱を放散する能力を小さくし、その結果コイル
の電機子における過熱の問題を生ずる。
【００１４】本出願人は、従来の技術の欠点を解消し
て、更なる利点を得るために本発明を考案し具体化し
た。
【００１５】本発明は本質的にはそれぞれの主請求項に
おいて記載され、特徴づけられ、一方、従属クレームは
本発明のその他の革新的な特性を記載する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は応力
に対する機械的抵抗、熱消散、電機子に埋設された螺旋
の構造的安定性、小形総合的大きさ、効率および応答速
度などの特性を改良した永久磁石付同期型のブラシレス
・リニアモータを達成することである。
【００１７】もう一つの目的は、それが使われることが
できる事実上全ての適用のために、十分に高い動力をい
かなる場合にも保証できる低コストで低重量のリニアモ
ータを得ることである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】これらの目的に従って、
第１の特性によれば、本発明によるリニアモータは、ア
ルミニウムまたはそれの合金で主に作られた構造的電機
子を備え、その電機子には、電気供給手段と関連し運動
方向に沿って事実上一直線に配置された複数の相手コイ
ルを安定して収容するためのコンパートメントが作られ
ている。
【００１９】もう一つの特性によれば、構造的電機子
は、主にセラミック材料から作られる。
【００２０】主にアルミニウム若しくはそれの合金また
はセラミック材料から作られた構造的電機子を使用する
ことによって、例えば高周波でモータの長期にわたる使
用から生じる大きな応力の状態においてさえ、総重量を
限られたものに保ちながら大きな機械的剛性を保証でき
るようになる。
【００２１】さらに、アルミニウムまたはセラミックか
ら作られる構造的電機子は大きな熱消散能力を確実に
し、コイルの螺旋内の電流の長期にわたる循環から生じ
る可能性のある過熱を防ぐ。
【００２２】本発明によるリニアモータはまた、１個の
固定バーだけを備え、それに複数の永久磁石が可動電機
子のコイルに面した位置に適当に間隔をあけて相互に極
性を替えて取り付けられる。
【００２３】複数の磁石からなる単一の固定バーのある
ことによって、モータのコストおよび重量に関して相当
な節減ができ、改良された熱消散に関して相当な利点を
得ることができる。総動力は、２列の磁石を有する従来
のモータに対して僅かに減少するが、可能な適用のほと
んど全ての場合について、どんな場合でも十分に高いま
まである。
【００２４】コイルの背後（磁石に面している側面に関
して）に、強磁性材料製のバーが電機子に取り付けら
れ、そのバーによってコイルと磁石の間にできている磁
気回路が閉じられる。
【００２５】本発明のもう一つの特徴によれば、アルミ
ニウムまたはセラミックでできている構造的電機子は、
コイルの前記ハウジング・コンパートメントを囲んでい
る周辺部の少なくとも一部分と協働して、電気的不連続
部を形成して電気回路が電機子そのもので閉じるのを防
ぐことができる中断部を備え、これらの中断部はまた、
電機子に誘導される電流が電機子そのものに沿って自由
に流れて、モータの動作を妨げることを避けることがで
きる。
【００２６】第１実施例において、中断部または不連続
部は、関連しているコイルの二つの隣接したハウジング
・コンパートメントを切り離す電機子の横方向の部分に
作られる。もう一つの実施例によれば、中断部または不
連続部は、関係ハウジング・コンパートメントの上また
は下の部分と協働して作られる。
【００２７】本発明の好ましい実施例によれば、コイル
のハウジング・コンパートメントを画成するアルミニウ
ムまたはセラミックの構造的電機子は、絶縁材料（例え
ば重合可能な樹脂またはそれと匹敵するその他の材料）
が液体又は溶融状態で内部に注入される注型割れ目を画
成することが可能な少なくとも一つのモジュールを備え
る。
【００２８】注型の間、絶縁材料は、コイルの螺旋の間
の全ての隙間およびコイルの内側のコンパートメントも
また満たされるまで深く浸透する。樹脂は、凝固して安
定し（重合によって）、関係コイルと安定した統一体を
形成する。この統一体は、絶対機械的安定性、電気的絶
縁、良好な熱消散能力および電気を伝導させることがで
きない空間がないことを保証する。
【００２９】変形態様によれば、可動電機子の前進方向
に対して直角な平面に、モータは、単一の連続巻線によ
って作った隣接して事実上平行な二つまたは２の倍数の
コイルを備えている。
【００３０】二つの隣接したコイルを形成するために単
一の巻線を使用することによって、導体の二つの端（電
気回路を形成するために電源に接続された）は、常に、
一方および他方のコイルの外側周辺のそれぞれから出
て、コイル自体の横方向の大半の中に含まれたままであ
る。この構成については、導体の端が電機子から現れ出
ているために形成された横方向のほかより膨らんだ部分
はなく、その膨らんだ部分は、空間を絶縁材料によって
効果的に充填するのを妨げる可能性があり、したがっ
て、正しい電気伝導、熱消散および機械的安定性の問題
を生む。
【００３１】好ましい実施例において、電機子は、運動
方向に整列して配列された二つのコイルまたは２の倍数
すなわち数対のコイルを含むように寸法的に構成された
少なくとも一つのモジュール（電気的観点から単一のコ
イルに匹敵する）を備える。
【００３２】一つの変形態様によれば、モジュールは運
動方向に整列配置された三つのコイルまたは３の倍数若
しくは数対のコイルを含むのに適当である。
【００３３】モジュールは、モータの可動部の運動の
間、残される磁石の符号は、常にコイルを支える電機子
によって覆われた新規な磁石の符号に等しくなるよう
に、例えば偶数個の磁石をカバーするような運動方向の
寸法を有する。こうして、隣接した磁石の間に発生さ
れ、金属電機子で閉じる誘導電流は、相互にキャンセル
され、したがって、モータの運動および／または性能に
悪影響を与えないか、またはいずれにせよそれらの妨げ
になるようなことはない。
【００３４】
【発明の実施の形態】本発明のこれら及びその他の特性
は非限定的な例として与えられた好ましい形の実施例の
以下の説明から明らかである。
【００３５】添付図を参照すると、本発明による同期ブ
ラシレス・リニアモータは、参照番号１０によって総括
的に示されている。それは、この場合、バー２２（強磁
性材料製）からなる固定部１１を備え、バーは、複数の
永久磁石１２が、事実上等間隔にかつ交互に替わる極性
で取り付けられている。
【００３６】モータ１０はまた、主にアルミニウム若し
くはその合金またはセラミック材料で作られたフレーム
または電機子１４からなり、バー２２に面して配列され
た可動部１３を備えている。
【００３７】電機子１４は、相手電気コイル１６を収容
するための複数のコンパートメント１５を画成するため
に適当である。この場合、コンパートメント１５は事実
上形状が矩形であり、横方向のセグメントは、真っ直ぐ
であり、上下のセグメントは、湾曲している。
【００３８】電機子１４のための材料としてアルミニウ
ム若しくはその合金またはセラミック材料を使用するこ
とは、重量を軽くし、機械的剛性を大きくし、熱を放散
させる能力を高め、そして電気伝導度をよくするのを確
実にする。
【００３９】この場合、電機子１４はモジュールで構成
され、各々は運動方向に沿って整列配置された３個のコ
イル１６を備えている。
【００４０】コイル１６は、導体１７を連続的に巻いて
作られている（図４）。
【００４１】図６に示された変形態様によれば、運動の
方向に対して直角で互いに平行な２個のコイル１６ａお
よび１６ｂがあり、単一の連続巻線によって達成されて
いる。
【００４２】第１のコイル１６ａは、導体１７を巻くこ
とによって形成され、電源に接続した第１の端１７ａか
ら始まり、コイルの外側から内側へ大きくなっている。
第２のコイル１６ｂは、内側から外側へ進むように導体
１７を巻くことによって形成されるので、給電源に接続
される第２の端１７ｂは、第１の端１７ａと同様に、ま
た、関連コイルの外周上にある。
【００４３】この構成のため、折り重ねて隣接したコイ
ル１６ａおよび１６ｂについては、電機子１４から出て
いる二つの端１７ａおよび１７ｂは、それぞれの関連コ
イル１６ａおよびｌ６ｂの横方向の大部分の中に含まれ
たままである。したがって、電気伝導を損ない全体の機
械的剛性を弱める空間および隙間を生じる可能性のある
側面に他より厚い部分が作られない。さらに、エアギャ
ップの値は、最適化されている。
【００４４】コイル１６が挿入されて、それぞれのハウ
ジング・コンパートメント１５に組立てられたあと、絶
縁と結合を兼ねる材料（例えば樹脂２０）が電機子１４
の周辺部の一部分と対応して作られた割れ目１９に注型
される。
【００４５】したがって、本発明によれば、電機子１４
は、溶融樹脂２０を注型するための型として機能し、樹
脂は関連コイル１６の螺旋の間の隙間に浸透し、螺旋と
電機子１４の間のすべての空間と割れ目およびコイルの
内側コンパートメントを満たす。
【００４６】樹脂２０が重合して、化学的に安定になる
と、それは関連コイル１６と単一のブロックを構成し、
永久磁石１２に関して、事実上単一の螺旋としてふるま
う伝導性の統一体を形成する。
【００４７】隙間および空間のないこの単一ブロック
は、破損またはゆるむ危険なしに、高周波においてさえ
モータの長期にわたる使用を可能にする相当な機械的剛
性を保証する。さらに、例えば水、オイル、塵などの汚
染材料の吸収および導体１７のそれらとの接触が最低限
に限られるか又は全く除去されさえする。
【００４８】強磁性材料でできているバー１８が、磁石
１２のバーの後ろの位置でコイル１６を担持する電機子
１４と結合され、コイル１６と磁石１２の間に作られた
磁気回路は、前記バー１８で閉じる。バー１８は、リラ
クタンス効果を最低限に減らすために、頭部に適当に成
形され、極性ピッチに１／２ピッチの２／３をプラスし
たものに等しいかその倍数の長さおよび約１５０度の傾
斜を有する。
【００４９】可動部１３はまた、バー１８の後ろに、電
機子１４に固定されたサポート２５（やはり、都合よく
は、アルミニウム若しくはその合金でまたはセラミック
材料で作られた）を備えている。
【００５０】サポート２５は、閉じＬ字形バー２６（こ
の場合、合成繊維製）と端で協働する。
【００５１】電流が電機子１４で完全に閉じるのを防ぐ
ために、電気的不連続部の開口部または中断部がコイル
１６を収容している関連コンパートメント１５を囲む位
置に設けられている。樹脂が塗布されるとき、電気的不
連続部２１の開口もまた、完全に樹脂２０で満たされ
る。
【００５２】図１に示す実施例において、不連続部２１
の開口部は、ハウジング・コンパートメント１５の横方
向のセグメントに作られているが、変形態様によれば、
開口部は関連コンパートメント１５の上側のセグメント
に作られている。電機子１４の下側の部分と協働して、
コイル１６の各々の導体の端が出られるようにするチャ
ネル２３があり、それらは電源に接続されたコネクタ２
４（図示なし）でつながれている。
【００５３】本発明の一実施例において、電機子１４
の、したがって、バー１８およびサポート２５の縦方向
の寸法は、使用中、偶数の永久磁石１２（この場合４
個）をカバーするようなものであり、このような方法
で、可動部１３の運動の間、コイル１６ａ、１６ｂに面
している新規な磁石１２の極性は、前記可動部１３が動
いたあと、カバーされてないままである磁石１２の極性
に等しい。
【００５４】この幾何学的構成は、電気的観点から有利
であり、その理由は、それが電気回路として電機子１４
を用いて磁石と磁石の間を閉じる寄生電流を無効にする
からである。
【００５５】実施例の更なる態様において、電機子１４
は、二つの長手方向に隣接したコンパートメント１５の
間の距離「ｐ」は、２個の隣接した永久磁石１２の間の
距離以下であるようにして作られている。このような方
法で、二つの隣接したコイル１６の間の電機子１４の金
属部分は更なる螺旋として機能しないので、電動機１０
の正しい機能を妨げない。
【００５６】しかし、変更および／または追加の態様を
前述のような誘導リニアモータ１０およびその製作方法
に対して本発明の範囲から逸脱することなく作ることが
できることは明白である。
【００５７】例えば、コイル１６を担持している電機子
１４を固定し、一方、永久磁石１２を有するバー２２を
可動にしてもよいだろう。電機子１４は、長手方向に整
列配置された３個以外のコイル１６を有するいくつかの
モジュールを備えることもまた、本発明の精神の範囲内
である。
【００５８】電機子１４の縦の広がりが２個、６個又は
それより多い永久磁石１２をカバーするかまたは、電機
子１４は、アルミニウムまたはセラミックで完全に作ら
れていない部分（例えば外部）を備えることもまた本発
明の技術分野の範囲内にはいる。
【００５９】コイル１６を安定させて、電気的に絶縁す
るために用いられる絶縁と結合を兼ねる材料は、事実上
同じ物理−化学特性を備えていれば、樹脂以外の何かで
あってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるリニアモータの平面図である。
【図２】図１のＡからＡに至る部分断面図である。
【図３】図１のリニアモータのコイル支承電機子の詳細
図である。
【図４】図１のリニアモータにおいて使用されるコイル
の正面図である。
【図５】図４に示されたコイルの横断面図である。
【図６】図１に示されたリニアモータにおいて用いられ
ているように電気的に接続された二つのコイルの斜視図
である。
【符号の説明】
１２ 永久磁石 １４ 電機子 １５ コンパートメント １６ コイル １７ 導体 １８ 強磁性バー １９ 割れ目 ２１ 中断部 ２２ 固定バー ２５ 支持プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 9/22 Ｈ０２Ｋ 9/22 Ｚ 15/08 15/08 15/10 15/10 15/12 15/12 Ｅ 41/02 41/02 Ａ Ｆターム(参考） 5H603 AA11 BB01 BB09 BB10 BB15 CA05 CB23 CB25 CC02 CC06 CC14 CC18 CC19 CD02 CD04 CE01 EE09 EE10 EE11 FA16 5H604 AA03 AA05 BB01 BB10 BB11 CC05 CC20 DA04 DA13 DB01 QA01 5H609 BB03 BB08 PP02 PP09 QQ23 RR58 RR74 5H615 AA01 BB01 BB07 PP02 PP12 PP17 PP18 QQ21 RR01 SS18 SS44 5H641 BB06 GG01 HH01 JB03 JB10

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部にそれぞれの電気的コイル（１６）
    が安定して収容されている複数のコンパートメント（１
    ３）を装備した電機子を備えるリニアモータで、前記電
    機子の一方と協働する１個の固定バー（２２）を備え、
    使用中、そのバーに前記電気的コイル（１６）に面して
    配列された複数の永久磁石（１２）が取り付けられてい
    ること、前記電機子（１４）は主としてアルミニウムま
    たはセラミック材料で作られていること、および前記電
    機子（１４）は、少なくともコイル（１６）を収容して
    いる前記コンパートメント（１５）の周辺部と協働して
    電気的不連続部の領域を画成している中断部（２１）を
    備えていることを特徴とするリニアモータ。
  2. 【請求項２】前記中断部（２１）は、少なくとも関連ハ
    ウジング・コンパートメント（１５）の横方向のセグメ
    ントに作られていることを特徴とする請求項１に記載の
    リニアモータ。
  3. 【請求項３】前記中断部（２１）は、少なくとも関連ハ
    ウジング・コンパートメント（１５）の上側または下側
    のセグメントに作られていることを特徴とする請求項１
    に記載のリニアモータ。
  4. 【請求項４】前記電機子（１４）は、前記永久磁石（１
    ２）の位置に対して前記コイル（１６）の後ろの位置
    で、前記コイル（１６）および前記永久磁石（１２）の
    間に確立された磁気回路が閉じる強磁性の材料で作られ
    た少なくとも一つのバー（１８）と協働することができ
    ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに
    記載のリニアモータ。
  5. 【請求項５】強磁性の材料でできている前記バー（１
    ８）と後部で関連する支持プレート（２５）を備えるこ
    とを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
  6. 【請求項６】前記支持プレート（２５）は、アルミニウ
    ムまたはその合金でできていることを特徴とする請求項
    ５に記載のリニアモータ。
  7. 【請求項７】前記支持プレート（２５）は、セラミック
    材料でできていることを特徴とする請求項５に記載のリ
    ニアモータ。
  8. 【請求項８】前記電機子（１４）は、液体または溶融状
    態の絶縁材料が注型される注型割れ目（１９）を画成す
    ることができることを特徴とする請求項１ないし７のい
    ずれか一つに記載のリニアモータ。
  9. 【請求項９】前記絶縁材料は、重合可能な樹脂であるこ
    とを特徴とする請求項８に記載のリニアモータ。
  10. 【請求項１０】前記コイル（１６）は、前記導体（１
    ７）の事実上連続な巻線によって得られることを特徴と
    する請求項１に記載のリニアモータ。
  11. 【請求項１１】前記電機子（１４）は、運動の方向に直
    角な平面に隣接し、導体（１７）の事実上連続な巻線に
    よって得られる２または２の倍数のコイル（１６ａ，１
    ６ｂ）を含むことができることを特徴とする請求項１な
    いし１０のいずれか一つに記載のリニアモータ。
  12. 【請求項１２】前記電機子（１４）は、運動の方向に整
    列配置されたそれぞれのコイル（１６）を収容する複数
    のコンパートメント（１５）を画成することが可能な少
    なくとも一つのモジュールを備え前記モジュールの長手
    方向の広がりは、偶数個の永久磁石（１２）をカバーす
    るようなものであることを特徴とする請求項１ないし１
    １のいずれか一つに記載のリニアモータ。
  13. 【請求項１３】前記モジュールは、２または２の倍数に
    等しい多くのコイル（１６）を備えることを特徴とする
    請求項１２に記載のリニアモータ。
  14. 【請求項１４】前記モジュールは、３または３の倍数に
    等しい多くのコイル（１６）を備えることを特徴とする
    請求項１２に記載のリニアモータ。
  15. 【請求項１５】二つの隣接したハウジング・コンパート
    メント（１５）の間の距離「ｐ」は、二つの隣接した永
    久磁石（１２）の間の距離以下であることを特徴とする
    請求項１ないし１４のいずれか一つに記載のリニアモー
    タ。
  16. 【請求項１６】内部にそれぞれの電気的コイル（１６）
    が安定して収容されている複数のコンパートメント（１
    ５）を装備した電機子および、使用中、電気的コイル
    （１６）に面して配列された複数の永久磁石（１２）が
    取り付けられ、前記電機子の一方と協働する１個の固定
    バー（２２）を備える型の電気モータを製作する方法
    で、前記方法がアルミニウム若しくはその合金またはセ
    ラミック材料で作られ、それぞれのコイルを収容する複
    数のコンパートメント（１５）を画成することが可能な
    本体を使用して前記電機子（１４）を完成する段階と、
    重合可能な樹脂のような絶縁と結合を兼ねる材料（２
    ０）をその液体または溶融状態で、前記電機子（１４）
    の周辺に画成されて前記絶縁と結合を兼ねる材料（２
    ０）の注型と重合のための型として機能する割れ目（１
    ９）の中に注型する段階とを備えることを特徴とする電
    気モータの製作方法。
  17. 【請求項１７】前記重合は、常温で行われることを特徴
    とする請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】前記重合は、熱間で行われることを特徴
    とする請求項１６に記載の方法。
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