(57)【要約】【課題】再生塊を使用しながら靭性及び耐力を向上させることが可能な車両用アルミニウム合金を提供することにある。【解決手段】組成重量比（ｗｔ％）で、Ｍｇが０．６〜１．２、Ｆｅが０．４〜１．０、Ｍｎが０．２〜０．５とし、Ｓｉ及びＣｕを含み、金属間化合物のサイズが３０μｍ以下であり、従来よりもＭｇを増加させて車両用アルミニウム合金の耐力を向上させ、製品の肉厚を削減して軽量化を図り、また、ＦｅとＭｎとを適正な重量比とすることで靱性を向上させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成重量比（ｗｔ％）で、Ｍｇが０．６〜１．２、Ｆｅが０．４〜１．０、Ｍｎが０．２〜０．５とし、Ｓｉ及びＣｕを含み、金属間化合物のサイズが３０μｍ以下であることを特徴とする車両用アルミニウム合金。
【請求項２】
前記Ｍｇが０．８〜１．０、前記Ｆｅが０．４〜０．８、前記Ｍｎが０．２５〜０．３５とし、前記金属間化合物のサイズが１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の車両用アルミニウム合金。
【請求項３】
前記Ｆｅに対して前記Ｍｎは、重量比（ｗｔ％）で３０〜７０％の割合で含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用アルミニウム合金。
【請求項４】
前記Ｓｉが８．０〜１２、前記Ｃｕが１．０以下とし、前記金属間化合物のサイズが１０μm以下であることを特徴とする請求項３に記載の車両用アルミニウム合金。
【請求項５】
ダイカスト鋳造により成形されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車両用アルミニウム合金。
【請求項６】
組成重量比（ｗｔ％）で、Ｍｇが０．６〜１．２、Ｆｅが０．４〜１．０、Ｍｎが０．２〜０．５とし、Ｓｉ及びＣｕを含み、金属間化合物のサイズが３０μｍ以下の車両用アルミニウム合金から形成されたことを特徴とする車両用部品。
【請求項７】
前記Ｍｇが０．８〜１．０、前記Ｆｅが０．４〜０．８、前記Ｍｎが０．２５〜０．３５とし、前記金属間化合物のサイズが１５μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の車両用部品。
【請求項８】
前記Ｆｅに対して前記Ｍｎは、重量比（ｗｔ％）で３０〜７０％の割合で含まれることを特徴とする請求項６又は７に記載の車両用部品。
【請求項９】
前記Ｓｉが８．０〜１２、前記Ｃｕが１．０以下とし、前記金属間化合物のサイズが１０μm以下であることを特徴とする請求項８に記載の車両用部品。
【請求項１０】
ダイカスト鋳造により成形されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の車両用部品。
【請求項１１】
自動二輪車用のホイール（１０）であることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一項に記載の車両用部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用アルミニウム合金及び車両用部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、重量％で、Ｆｅ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：０．０１〜０．７％とし、Ｓｉ及びＣｕを含み、残部のＡｌ及び不可避的不純物を含む車両用アルミニウム合金が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０６１３２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、コストを抑えるために再生塊を使用した場合、新塊を使用するのに比べて耐力が低下するため、加工された製品の厚さを増加させる等の対策が必要であり、新塊を利用する場合に比べて重量が増大する。このため、再生塊を使用する場合において、重量の増加を抑えつつ耐力を高めることが望まれている。
再生塊の耐力を高める手法として、Ｍｇを添加することが考えられるが、単純にＭｇを加えただけでは、靱性が低下するため、耐力及び靱性の両方の向上が望まれている。
本発明の目的は、再生塊を使用しながら靭性及び耐力を向上させることが可能な車両用アルミニウム合金及び車両用部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
車両用アルミニウム合金は、組成重量比（ｗｔ％）で、Ｍｇが０．６〜１．２、Ｆｅが０．４〜１．０、Ｍｎが０．２〜０．５とし、Ｓｉ及びＣｕを含み、金属間化合物のサイズが３０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００６】
上記の車両用アルミニウム合金は、前記Ｍｇが０．８〜１．０、前記Ｆｅが０．４〜０．８、前記Ｍｎが０．２５〜０．３５とし、前記金属間化合物のサイズが１５μｍ以下であっても良い。
また、上記の車両用アルミニウム合金は、前記Ｆｅに対して前記Ｍｎは、重量比（ｗｔ％）で３０〜７０％の割合で含まれていても良い。
【０００７】
また、上記の車両用アルミニウム合金は、前記Ｓｉが８．０〜１２、前記Ｃｕが１．０以下とし、前記金属間化合物のサイズが１０μm以下であっても良い。
また、上記の車両用アルミニウム合金は、ダイカスト鋳造により成形されても良い。
【０００８】
車両用部品は、組成重量比（ｗｔ％）で、Ｍｇが０．６〜１．２、Ｆｅが０．４〜１．０、Ｍｎが０．２〜０．５とし、Ｓｉ及びＣｕを含み、金属間化合物のサイズが３０μｍ以下の車両用アルミニウム合金から形成されたことを特徴とする。
【０００９】
上記の車両用部品は、前記Ｍｇが０．８〜１．０、前記Ｆｅが０．４〜０．８、前記Ｍｎが０．２５〜０．３５とし、前記金属間化合物のサイズが１５μｍ以下であっても良い。
また、上記の車両用部品は、前記Ｆｅに対して前記Ｍｎは、重量比（ｗｔ％）で３０〜７０％の割合で含まれていても良い。
【００１０】
また、上記の車両用部品は、前記Ｓｉが８．０〜１２、前記Ｃｕが１．０以下とし、前記金属間化合物のサイズが１０μm以下であっても良い。
また、上記の車両用部品は、ダイカスト鋳造により成形されても良い。
また、上記の車両用部品は、自動二輪車用のホイール（１０）であっても良い。
【発明の効果】
【００１１】
車両用アルミニウム合金は、組成重量比（ｗｔ％）で、Ｍｇが０．６〜１．２、Ｆｅが０．４〜１．０、Ｍｎが０．２〜０．５とし、Ｓｉ及びＣｕを含み、金属間化合物のサイズが３０μｍ以下であるので、従来よりもＭｇを増加させることにより車両用アルミニウム合金の耐力が向上して製品の肉厚を削減でき、これによって軽量化できる。また、ＦｅとＭｎとを適正な重量比とすることができ、靱性が向上し、車両用部品に適した靱性を有する車両用アルミニウム合金を得ることができる。
【００１２】
上記構成において、Ｍｇが０．８〜１．０、Ｆｅが０．４〜０．８、Ｍｎが０．２５〜０．３５とし、金属間化合物のサイズが１５μｍ以下であるので、従来よりもＭｇを増加させることにより車両用アルミニウム合金の耐力が向上して製品の肉厚を削減でき、これによって軽量化できる。また、ＦｅとＭｎとを適正な重量比とすることができ、靱性が向上し、車両用部品に適した靱性を有する車両用アルミニウム合金を得ることができる。
【００１３】
また、上記構成において、Ｆｅに対してＭｎは、重量比（ｗｔ％）で３０〜７０％の割合で含まれるので、ＦｅとＭｎとが結合した時に、金属間化合物のサイズが小さくできるため、アルミニウム合金の伸びが良くなり、靱性を向上できる。
【００１４】
また、上記構成において、Ｓｉが８．０〜１２、Ｃｕが１．０以下とし、金属間化合物のサイズが１０μm以下であるので、Ｓｉ量を８．０〜１２として、溶湯の流動性を良好とし且つ所定の靱性を確保することができる。また、Ｃｕの混入量が多かったり、金属間化合物のサイズが大きかったりすると、靱性が低下するため、Ｃｕ量を少なくするとともに金属間化合物のサイズを小さくすることで靭性を向上できる。
【００１５】
また、上記構成において、車両用アルミニウム合金は、ダイカスト鋳造により成形されるので、ダイカスト鋳造により、車両用部品に適した耐力及び靭性を有する車両用アルミニウム合金を得ることができる。
【００１６】
また、上記構成において、車両用部品は、自動二輪車用のホイールであるので、好適な耐力及び靭性を有する自動二輪車用のホイールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態のアルミニウム合金を使用した自動二輪車用のホイールを示す正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】Ｍｇ量と硬さとの関係を示すグラフである。
【図４】Ｆｅ量と金属間化合物の長径、伸びとの関係を示すグラフである。
【図５】Ｍｎ量と金属間化合物の長径、伸びとの関係を示すグラフである。
【図６】実施形態のアルミニウム合金の状態図である。
【図７】Ｃｕ量と金属間化合物の長径との関係を示すグラフである。
【図８】金属間化合物の長径と伸びとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態のアルミニウム合金を使用した自動二輪車用のホイール１０を示す正面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
図１及び図２に示すように、自動二輪車用のホイール１０は、アルミニウム合金製であり、車軸（不図示）に回転可能に支持されるハブ１１と、ハブ１１から放射状に延びる複数のスポーク１２と、複数のスポーク１２の各先端部に接続された環状のリム１３とを備える。
【００１９】
リム１３には、タイヤ（不図示）が装着される。自動二輪車用のホイール１０は、ダイカスト鋳造により一体成形されている。
なお、自動二輪車用のホイール１０は、リム径が１７インチ以下、リム幅が３．５インチ以下であり、ホイール１０を、自動二輪車に限らず、自動二輪車も含む鞍乗り型車両用としても良い。
【００２０】
自動二輪車用のホイール１０などの車両用部品に用いる車両用アルミニウム合金には、耐力と、伸び（靭性）が要求される。
一般に、アルミニウム合金に含まれる不純物としてのＦｅの含有量が増大するほど靭性が低下することが知られているが、発明者らは、この靭性の低下が、初晶α−Ａｌ晶の間に形成される金属間化合物の影響であるとの知見を得た。
【００２１】
この金属間化合物は、初晶の後に凝固する共晶に含まれるＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ共晶やＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ共晶であり、これらはα−Ｓｉ共晶よりも高温で生成する。これらの金属間化合物は、アルミニウム合金の組成、特にＦｅとＭｎの量により様々な形状となり、針状、板状又は塊状に生成する。
【００２２】
発明者らは、これらのＦｅを含む金属間化合物のサイズが大きくなるほど、鋳造品の靭性が低下することを明らかにした。ここでいう金属間化合物のサイズとは、面積や体積ではなく、任意の一方向における最大長さである。従って、金属間化合物が針状や板状に成長した場合、サイズが大きくなりやすい。
【００２３】
上述したように、金属間化合物の形状及びサイズは、アルミニウム合金の組成に影響される。再生塊アルミニウム材を原料に用いる場合には、不純物として混入するＦｅ、Ｍｎ、Ｃｕ等の影響がある。
再生塊アルミニウム材としては、非鉄金属スクラップのうち主にアルミサッシ（押出材）や展伸材アルミ材を主原料とする展伸系スクラップと、鋳物屑やシュレッダーの破砕材を含む鋳物系スクラップが知られている。
表１に、多く流通している再生塊アルミニウム材の例について組成を示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に例示したような展伸系スクラップ材と、鋳物系スクラップとを適宜選択し、又は混合して車両用アルミニウム合金の原料とする場合、このアルミニウム原料はＳｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ等を含む。これらの再生塊アルミニウム材を新塊アルミニウム材と混合してアルミニウム原料として用いることも可能であるが、その場合も不純物の混入は避け難い。
【００２６】
Ｆｅは、Ａｌ−Ｓｉ系合金の鋳造品において、靭性を低下させる。Ｆｅ量が多いと針状のＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系金属間化合物が多く生成されるため、靭性を低下させる。その一方で、Ｆｅは、ダイカスト鋳造品の型への焼き付きを防止する効果がある。
Ｍｎは、Ｆｅを含むＡｌ−Ｓｉ系合金に添加された場合に、塊状のＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ系の金属間化合物を生成し、上述した針状や板状のＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系金属間化合物の生成を抑制する効果がある。しかしその一方で、Ｍｎ量が多い場合には金属間化合物のサイズが大きくなり、鋳造品の靭性が低下する。
Ｃｕは鋳造品の靭性を低下させ、耐食性を損なう不純物として考えられる。
Ｍｇは引っ張り強さと耐力を向上させる効果があるが、Ｍｇ量の増加に伴って靭性が低下する。
Ｓｉは、アルミニウム合金の鋳造時における溶湯の流動性を向上させる効果を持つ。
【００２７】
発明者らは、再生塊アルミニウム材を原料とする車両用アルミニウム合金の組成及び金属間化合物のサイズについて種々検討し、組成重量比（ｗｔ％）で、Ｍｇが０．６〜１．２、Ｆｅが０．４〜１．０、Ｍｎが０．２〜０．５とし、Ｓｉ及びＣｕを含み、金属間化合物のサイズが３０μｍ以下である場合に、車両用部品として好適な耐力及び靭性を有するアルミダイカスト鋳造品が得られることを見いだした。
【００２８】
これにより、再生塊アルミニウム材等に由来するＦｅ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ等の不純物を含んでいても、従来よりもＭｇを増加させることにより車両用アルミニウム合金の耐力が向上して製品の肉厚を削減でき、これによって軽量化できる。また、ＦｅとＭｎとを適正な重量比とすることができ、靱性が向上し、車両用部品に適した靱性を有する車両用アルミニウム合金を得ることができる。
【００２９】
また、組成重量比（ｗｔ％）で、Ｍｇが０．８〜１．０、Ｆｅが０．４〜０．８、Ｍｎが０．２５〜０．３５とし、金属間化合物のサイズが１５μｍ以下とすることで、従来よりもＭｇを増加させることにより車両用アルミニウム合金の耐力が向上して製品の肉厚を削減でき、これによって軽量化できる。また、ＦｅとＭｎとを適正な重量比とすることができ、靱性が向上し、車両用部品に適した靱性を有する車両用アルミニウム合金を得ることができる。
この場合、４％以上の伸びを有するアルミニウムダイカスト鋳造品を得ることができる。
【００３０】
また、Ｆｅに対してＭｎは、重量比（ｗｔ％）で、３０〜７０％の割合であるため、ＦｅとＭｎとが結合した時に、金属間化合物のサイズが小さくできるため、アルミニウム合金の伸びが良くなり、靱性を向上できる。
【００３１】
また、組成重量比（ｗｔ％）で、Ｓｉが８．０〜１２、Ｃｕが１．０以下とし、金属間化合物のサイズが１０μm以下であるため、Ｓｉ量を８．０〜１２ｗｔ％として、溶湯の流動性を良好とし且つ所定の靱性を確保することができる。また、Ｃｕの混入量が多かったり、金属間化合物のサイズが大きかったりすると、靱性低下するため、Ｃｕ量を少なくするとともに金属間化合物のサイズを小さくすることで靭性を向上できる。
【００３２】
また、アルミニウム合金は、ダイカスト鋳造により成形されるため、ダイカスト鋳造により、車両用部品に適した耐力及び靭性を有する車両用アルミニウム合金を得ることができる。
また、車両用部品は、自動二輪車用のホイール１０であるので、好適な耐力及び靭性を有する自動二輪車用のホイール１０を提供できる。
【００３３】
以下の図３〜図８において、車両用アルミニウム合金の特性を詳細に説明する。なお、この記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
図３は、Ｍｇ量と硬さとの関係を示すグラフである。グラフの縦軸は硬さ（ＨＲＢによる）、横軸はＭｇ量（単位はｗｔ％）を表している。
Ｍｇ量が多くなるにつれて、硬さは次第に硬くなる。即ち、車両用アルミニウム合金の耐力が高くなる。この耐力とは、０．２％耐力である。
Ｍｇ量が多すぎると、車両用アルミニウム合金の靭性が低下するため、本実施形態では、Ｍｇ量を（１）０．６〜１．２ｗｔ％、（２）好ましくは、０．８〜１．０ｗｔ％に設定した。このＭｇ量は、従来の鋳造法でのＭｇ量０．１〜０．２ｗｔ％に対して大幅に増量されている。
硬さの許容範囲は、４０以上である。上記（２）Ｍｇ量０．８〜１．０ｗｔ％では、硬さが許容範囲内にある。
【００３４】
図４は、Ｆｅ量と金属間化合物の長径、伸びとの関係を示すグラフである。
グラフの左側の縦軸は金属間化合物長径（単位はμｍ）、右側の縦軸は伸び（単位は％）、横軸はＦｅ量（単位はｗｔ％）を表している。
金属間化合物長径については、Ｆｅ量が増えるにつれて大きくなっている。また、伸びについては、Ｆｅ量が増えるにつれて小さくなっている。このように、Ｆｅ量が増えると、金属間化合物が針状や板状に成長し、靭性が低下する。この結果から、本実施形態では、Ｆｅ量を（１）０．４〜１．０ｗｔ％、（２）好ましくは、０．４〜０．８ｗｔ％に設定した。
なお、Ｆｅ量１．０ｗｔ％における金属間化合物長径及び伸びについては、Ｆｅ量０．４ｗｔ％とＦｅ量０．８ｗｔ％との値から破線で示すように外挿している。
伸びの許容範囲は、４％であり、上記（２）Ｆｅ量０．４〜０．８ｗｔ％では、伸びが許容範囲内にある。
【００３５】
図５は、Ｍｎ量と金属間化合物の長径、伸びとの関係を示すグラフである。グラフの左側の縦軸は金属間化合物長径（単位はμｍ）、右側の縦軸は伸び（単位は％）、横軸はＭｎ量（単位はｗｔ％）を表している。
金属間化合物長径については、Ｍｎ量が０（ゼロ）に近い量から増えるにつれて次第に小さくなるが、Ｍｎ量が約０．３ｗｔ％を超えると、今度は次第に大きくなる。
また、伸びについては、Ｍｎ量が０（ゼロ）に近い量から増えるにつれて大きくなるが、Ｍｎ量が約０．３ｗｔ％を超えると、今度は次第に小さくなる。
【００３６】
本実施形態では、金属間化合物長径が最も小さく、且つ伸びが最も大きくなるＭｎ量約０．３ｗｔ％を挟むように、Ｍｎ量を（１）０．２〜０．５ｗｔ％、好ましくは、（２）０．２５〜０．３５ｗｔ％に設定した。
伸びの許容範囲は、４％であり、上記（１）Ｍｎ量０．２〜０．５ｗｔ％及び（２）Ｆｅ量０．４〜１．０ｗｔ％では、共に伸びが許容範囲内にある。
【００３７】
図６は、実施形態のアルミニウム合金の状態図である。
グラフの縦軸は温度（単位は°Ｃ）、横軸はＳｉ量（単位はｗｔ％）を表している。
液相線Ａでは、Ｓｉ量が０（ゼロ）〜約１２ｗｔ％まで増えるにつれて温度が低下している。即ち、アルミニウム合金の融点が次第に低下している。鋳造時の湯流れ性を確保するために、Ｓｉ量を、融点の低下する８．０〜１２．０の範囲に設定した。
【００３８】
図７は、Ｃｕ量と金属間化合物の長径との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は金属間化合物長径（単位はμｍ）、横軸はＣｕ量（単位はｗｔ％）である。
Ｃｕ量が増えるにつれて、金属間化合物長径は大きくなっている。従って、Ｃｕ量が多すぎると、靭性が低下する。
なお、Ｃｕ量０．６〜１．０ｗｔ％における金属間化合物長径については、Ｃｕ量０．６ｗｔ％までの値から破線で示すように外挿している。
本実施形態では、（１）金属間化合物長径が１５μｍ以下（許容範囲）となるように、Ｃｕ量を１．０ｗｔ％以下に設定し、（２）好ましくは、金属間化合物長径が１０μｍ以下（許容範囲）となるように、Ｃｕ量を０．７ｗｔ％以下に設定した。
【００３９】
図８は、伸びと金属間化合物の長径との関係を示すグラフである。
グラフの縦軸は伸び（単位は％）、横軸は金属間化合物長径（単位はμｍ）を表している。図８のグラフにおいて横軸を対数目盛としている。
金属間化合物長径が大きくなるにつれて、伸びは、次第に小さくなっている。伸びを最低でも４％（許容範囲）確保しようとする場合には、金属間化合物長径は、（１）３０μｍ以下となる。また、（２）金属間化合物の長径は、好ましくは、１５μｍ以下であり、（３）更に好ましくは、１０μｍ以下である。
【００４０】
以上の図３〜図５及び図８に示したように、（Ａ）組成重量比（ｗｔ％）で、Ｍｇが０．６〜１．２、Ｆｅが０．４〜１．０、Ｍｎが０．２〜０．５とし、Ｓｉ及びＣｕを含み、金属間化合物のサイズが３０μｍ以下である。
また、（Ｂ）組成重量比（ｗｔ％）で、Ｍｇが０．８〜１．０、Ｆｅが０．４〜０．８、Ｍｎが０．２５〜０．３５とし、金属間化合物のサイズが１５μｍ以下である。
【００４１】
上記構成（Ａ），（Ｂ）によれば、従来よりもＭｇを増加させることにより車両用アルミニウム合金の耐力が向上して製品の肉厚を削減でき、これによって軽量化できる。また、ＦｅとＭｎとを適正な重量比とすることができ、靱性が向上し、車両用部品に適した靱性を有する車両用アルミニウム合金を得ることができる。
【００４２】
また、図４及び図５に示したように、Ｆｅに対してＭｎは、重量比（ｗｔ％）で３０〜７０％の割合で含まれる。
この構成によれば、ＦｅとＭｎとが結合した時に、金属間化合物のサイズが小さくできるため、アルミニウム合金の伸びが良くなり、靱性を向上できる。
【００４３】
また、図６及び図７に示したように、組成重量比（ｗｔ％）で、Ｓｉが８．０〜１２、Ｃｕが１．０以下とし、金属間化合物のサイズが１０μm以下である。
この構成によれば、Ｓｉ量を８．０〜１２ｗｔ％として、溶湯の流動性を良好とし且つ所定の靱性を確保することができる。また、Ｃｕの混入量が多かったり、金属間化合物のサイズが大きかったりすると、靱性低下するため、Ｃｕ量を少なくするとともに金属間化合物のサイズを小さくすることで靭性を向上できる。
【００４４】
また、車両用アルミニウム合金は、ダイカスト鋳造により成形される。
この構成によれば、ダイカスト鋳造により、車両用部品に適した耐力及び靭性を有する車両用アルミニウム合金を得ることができる。
【００４５】
また、図１及び図２に示したように、車両用部品は、自動二輪車用のホイール１０である。この構成によれば、好適な耐力及び靭性を有する自動二輪車用のホイール１０を提供できる。
【００４６】
上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  自動二輪車用のホイール（車両用部品）
【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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