(57)【要約】【課題】導体と圧縮端子との間の電気抵抗比を小さくすることができる端子付電線を提供すること。【解決手段】端子付電線は、一本又は複数本の素線から成る導体、及び前記導体を覆う被覆を備える電線と、前記導体の端部に取り付けられた圧縮端子とを備える。前記素線は、アルミニウムを主成分とする第１の材料から成る。前記圧縮端子のうち、少なくとも前記露出部に接する部分は、アルミニウムを主成分とする第２の材料から成る。前記第１の材料は、前記第２の材料より引張強度が大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一本又は複数本の素線から成る導体、及び前記導体の外周を覆う被覆を備える電線と、
前記導体の端部に取り付けられた圧縮端子と、
を備える端子付電線であって、
前記素線は、アルミニウムを主成分とする第１の材料から成り、
前記圧縮端子のうち、少なくとも前記導体に接する部分は、アルミニウムを主成分とする第２の材料から成り、
前記第１の材料は、前記第２の材料より引張強度が大きい端子付電線。
【請求項２】
請求項１に記載の端子付電線であって、
前記第１の材料は、０．２〜１．０質量％のＦｅと、０．０１〜０．１０質量％のＺｒと、０．１質量％以下のＳｉと、０．０１質量％以下のＣｕと、０．０１質量％以下のＭｎと、０．０１質量％以下のＭｇと、０．０１質量％以下のＺｎと、０．０１質量％以下のＴｉと、０．０１質量％以下のＶと、を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物から成るアルミニウム合金であり、
前記第２の材料は、Ａｌ及び不可避不純物から成る純アルミニウムである端子付電線。
【請求項３】
請求項１に記載の端子付電線であって、
前記第１の材料は、０．０３〜１．５質量％のＺｒと、０．１〜１．０質量％のＦｅ及びＳｉと、を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物から成るアルミニウム合金であり、
前記第２の材料は、Ａｌ及び不可避不純物から成る純アルミニウムである端子付電線。
【請求項４】
請求項１に記載の端子付電線であって、
前記第１の材料及び前記第２の材料は、それぞれ、０．２〜１．０質量％のＦｅと、０．０１〜０．１０質量％のＺｒと、０．１質量％以下のＳｉと、０．０１質量％以下のＣｕと、０．０１質量％以下のＭｎと、０．０１質量％以下のＭｇと、０．０１質量％以下のＺｎと、０．０１質量％以下のＴｉと、０．０１質量％以下のＶと、を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物から成るアルミニウム合金である端子付電線。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の端子付電線であって、
前記第１の材料の引張強度は、前記第２の材料の引張強度より２０ＭＰａ以上大きい端子付電線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は端子付電線に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、以下のような端子付電線が知られている。端子付電線は、電線と、圧縮端子とを備える。電線は、導体と、被覆とを備える。導体は、例えば、一本の素線から成る。素線は、単線ともいう。また、導体は、例えば、複数本の素線が撚り合わされた撚線からなる。被覆は導体の外周を被覆する。電線の端部において被覆が除去され、導体が露出している。露出された導体を圧縮端子に差し込んだ状態で、圧縮端子を外側から圧縮することにより、圧縮端子は電線に取り付けられている。このような端子付電線は、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４４８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電線の電気抵抗値に対する圧縮端子の接続部における電気抵抗値の比率を電気抵抗比とする。端子付電線の電気抵抗比を一層小さくすることが求められている。本開示の一局面は、電気抵抗比を小さくすることができる端子付電線を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一局面は、一本又は複数本の素線から成る導体、及び前記導体の外周を覆う被覆を備える電線と、前記導体の端部に取り付けられた圧縮端子と、を備える端子付電線であって、前記素線は、アルミニウムを主成分とする第１の材料から成り、前記圧縮端子のうち、少なくとも前記導体に接する部分は、アルミニウムを主成分とする第２の材料から成り、前記第１の材料は、前記第２の材料より引張強度が大きい端子付電線である。本開示の一局面である端子付電線の電気抵抗比は小さい。また、本開示の一局面である端子付電線では、導体と圧縮端子との間における接触抵抗が小さい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】導体３と、圧縮端子５とが分離した状態にある端子付電線１の構成を表す斜視図である。
【図２】導体３の軸方向に平行な断面における圧縮前の端子付電線１の断面を表す断面図である。
【図３】導体３の軸方向に平行な断面における圧縮後の端子付電線１の断面を表す断面図である。
【図４】第１の材料の引張強度が第２の材料の引張強度より大きい場合において、圧縮端子に外周側から製造時圧縮荷重を加え、次に、製造時圧縮荷重を除いたときの、導体及び圧縮端子の圧縮歪及び圧縮荷重の推移を表すグラフである。
【図５】第１の材料の引張強度が第２の材料の引張強度より小さい場合において、圧縮端子に外周側から製造時圧縮荷重を加え、次に、製造時圧縮荷重を除いたときの、導体及び圧縮端子の圧縮歪及び圧縮荷重の推移を表すグラフである。
【図６】初期抵抗比の測定方法を表す説明図である。
【図７】引張強度差と初期抵抗比Ｒratioとの関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
１．端子付電線の構成
本開示の端子付電線は、電線と、圧縮端子とを備える。電線は、導体と、被覆とを備える。導体は、例えば、一本の素線から成る。素線は、単線ともいう。また、導体は、例えば、複数本の素線が撚り合わされた撚線からなる。導体が撚線からなる場合、通常、撚線を構成する各素線は同一の材質からなる。
被覆は導体の外周を覆う。被覆は絶縁体から成る。絶縁体として、例えば、樹脂、ゴム等が挙げられる。電線の端部において、被覆の一部が除去されて導体が露出している。以下では露出している導体を露出部とする。圧縮端子は露出部に取り付けられる。
【０００８】
端子付電線は、例えば、図１、図２、及び図３に示す形態を有する。端子付電線１は、電線２と、圧縮端子５とを備える。電線２は、導体３と、被覆４とを備える。被覆４は導体３の外周を覆う。電線２の端部では、被覆４が除去され、導体３が露出している。図１、図２、及び図３に示されている導体３は、露出部に対応する。
【０００９】
圧縮端子５は、接触部７と、延在部９とを備える。圧縮端子５は、例えば、パイプの一端側をプレス加工したものである。前記一端側は、延在部９に相当する。あるいは、圧縮端子５は、例えば、円柱の母材の一端側を穴あけ加工し、他端側をプレス加工したものである。前記一端側は接触部７に相当する。前記他端側は延在部９に相当する。
接触部７は一方において開口した円筒形状を有する。延在部９は、接触部７のうち、開口側とは反対側の端部に接続している。延在部９は、図示しない端子台に取り付けられるように、板状の形状を有する。延在部９には、図示しないボルトを通すためのボルト孔１１が形成されている。
【００１０】
端子付電線１は、例えば、以下のように製造される。まず、図２に示すように、露出した導体３の端部を接触部７に差し込む。次に、接触部７に対し、外周側から圧縮荷重を加え、接触部７及び導体３を圧縮する。この圧縮荷重を、以下では製造時圧縮荷重とする。製造時圧縮荷重の方向は、接触部７及び導体３を径方向に縮小させる方向である。次に、製造時圧縮荷重を除き、図３に示す端子付電線を完成する。完成した端子付電線において、接触部７の内周面と、導体３の外周面とは接触している。
上記の圧縮では、例えば、圧縮工具を用いて接触部７に所定の圧力を加えて、接触部７を圧縮変形させる。この圧縮変形は塑性変形である。圧縮変形させる箇所を複数箇所とすることが好ましい。圧縮変形させる箇所を複数箇所とした場合、端子付電線の特性が一層良好になる。複数の圧縮箇所は、導体３の長手方向に沿って、位置をずらして設定することが好ましい。
【００１１】
２．第１の材料及び第２の材料
導体３を構成する素線は、アルミニウムを主成分とする第１の材料から成る。主成分とは、全体の質量に対し、５０質量％以上を占める成分を意味する。圧縮端子のうち、少なくとも導体３の露出部に接する部分は、アルミニウムを主成分とする第２の材料から成る。図１、図２、及び図３に示す形態の場合、接触部７は、第２の材料から成る。
【００１２】
第１の材料及び第２の材料は特に限定されないが、例えば、以下の純アルミニウムまたはアルミニウム合金が挙げられる。
純アルミニウムは、Ａｌ及び不可避不純物から成る材料である。純アルミニウムとして、例えば、電気用純アルミニウム（ＥＣＡｌ）が挙げられる。
【００１３】
アルミニウム合金として、例えば、以下のＡｌ−Ｆｅ−Ｚｒ、Ａｌ−Ｚｒ等が挙げられる。
Ａｌ−Ｆｅ−Ｚｒ：０．２〜１．０質量％のＦｅ（鉄）と、０．０１〜０．１０質量％のＺｒ（ジルコニウム）と、０．１質量％以下のＳｉ（シリコン）と、０．０１質量％以下のＣｕ（銅）と、０．０１質量％以下のＭｎ（マンガン）と、０．０１質量％以下のＭｇ（マグネシウム）と、０．０１質量％以下のＺｎ（亜鉛）と、０．０１質量％以下のＴｉ（チタン）と、０．０１質量％以下のＶ（バナジウム）と、を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物から成るアルミニウム合金。
【００１４】
Ａｌ−Ｚｒ：０．０３〜１．５質量％のＺｒと、０．１〜１．０質量％のＦｅ及びＳｉと、を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物から成るアルミニウム合金。
Ａｌ−Ｚｒにおいて、「０．１〜１．０質量％のＦｅ及びＳｉ」とは、以下の意味を有する。Ｆｅ及びＳｉの両方を含有する場合は、Ｆｅ及びＳｉの合計濃度が０．１〜１．０質量％である。Ｆｅを含有し、Ｓｉを含有しない場合は、Ｆｅの濃度が０．１〜１．０質量％である。Ｓｉを含有し、Ｆｅを含有しない場合は、Ｓｉの濃度が０．１〜１．０質量％である。
【００１５】
第１の材料は、第２の材料より引張強度が大きい。第１の材料の引張強度の測定方法は以下のとおりである。導体を構成する素線から試験片を切り出す。この試験片に対して、ＪＩＳＺ２２４１に準拠する方法により引張試験を行い、引張強度を測定する。引張試験では、試験速度を１０％／ｍｉｎとし、標点距離を２００ｍｍとする。
【００１６】
第２の材料の引張強度の測定方法は以下のとおりである。圧縮端子のうち、露出部に接する部分から、２ｍｍ×２ｍｍ角の棒状の試験片を切り出す。この試験片に対して、ＪＩＳＺ２２４１に準拠する方法により引張試験を行い、引張強度を測定する。引張試験では、試験速度を１０％／ｍｉｎとし、標点距離を２０ｍｍとする。
【００１７】
導体３が撚線により構成される場合、複数の素線は、全て同じ材料から成ることが好ましい。導体３は、例えば、複合撚り線によって構成されている。複合撚り線は、複数の金属素線を撚り合わせて集合撚り線とし、集合撚り線を複数撚り合わせて構成されるものである。導体３が複合撚り線によって構成されている場合、導体３を構成する金属素線の引張強度は、導体３の引張強度、及び集合撚り線の引張強度と同等である。
導体３のうち、圧縮端子が取り付けられた部分の断面積をＳ１とする。圧縮端子が取り付けられた部分は、圧縮変形した部分である。導体のうち、圧縮端子が取り付けられていない部分の断面積をＳ２とする。圧縮端子が取り付けられていない部分は、圧縮変形していない部分である。Ｓ１／Ｓ２は、０．５以上０．９５以下であることが好ましい。Ｓ１／Ｓ２がこの範囲内である場合、圧縮端子が導体を保持する力が一層大きくなる。
【００１８】
本開示の端子付電線は、例えば、ビル、風力発電、鉄道、車両等の用途に用いることができる。
３．端子付電線が奏する効果
本開示の端子付電線では、導体と圧縮端子との間における接触抵抗が小さい。本開示の端子付電線では、導体の初期抵抗比が特に小さい。初期抵抗比とは、端子付電線の製造直後における電気抵抗比である。
端子付電線において、電気抵抗比は１００％以下であることが好ましい。また、導体と圧縮端子との間の接触抵抗を一層小さくすることが好ましい。本開示の端子付電線は、電気抵抗比を抑制することができる。そのことにより、導体と接触端子との接合における局部過熱を抑制することができる。その結果、電線の断線、導体と圧縮端子との間の接触不良を抑制できる。
【００１９】
本開示の端子付電線において、電気抵抗比が小さい理由は以下のように推測される。図４は、第１の材料の引張強度が第２の材料の引張強度より大きい場合において、圧縮端子に外周側から製造時圧縮荷重を加え、次に、製造時圧縮荷重を除いたときの、導体及び圧縮端子の圧縮歪及び圧縮荷重の推移を表すグラフである。
図４におけるＸ１は、第１の材料の引張強度が第２の材料の引張強度より大きい場合において、圧縮端子に外周側から製造時圧縮荷重を加え、次に、製造時圧縮荷重を除いたときの、導体の圧縮歪及び圧縮荷重の推移を表す曲線である。Ａは、製造時圧縮荷重を完全に除いたときの、導体の圧縮歪及び圧縮荷重を表す点である。
【００２０】
図４におけるＹ１は、第１の材料の引張強度が第２の材料の引張強度より大きい場合において、圧縮端子に外周側から製造時圧縮荷重を加え、次に、製造時圧縮荷重を除いたときの、圧縮端子の圧縮歪及び圧縮荷重の推移を表す曲線である。Ｂは、製造時圧縮荷重を完全に除いたときの、圧縮端子の圧縮歪及び圧縮荷重を表す点である。
【００２１】
Ａにおける圧縮歪と、Ｂにおける圧縮歪とは等しい。Ａ及びＢにおける圧縮歪は、スプリングバックしたときのひずみ量である。また、Ａにおける圧縮荷重と、Ｂにおける引張荷重とは、大きさが同じである。
製造時圧縮荷重が加えられ、圧縮端子及び導体は圧縮される。製造時圧縮荷重を完全に除いた後、圧縮端子及び導体は、初期ヤング率に従ってスプリングバックする。導体を構成する第１の材料の引張強度は、圧縮端子の接続部を構成する第２の材料の引張強度より大きいため、導体のスプリングバック量は、接続部のスプリングバック量より大きい。そのため、導体にはＡにおける圧縮荷重が発生する。導体に発生する圧縮荷重は、導体径方向おいて圧縮端子を押す力である。圧縮端子には引張荷重が発生する。引張荷重は、導体に発生する圧縮荷重と釣り合う。よって、製造時圧縮荷重を完全に除いたとき、導体の外周面と、圧縮端子の内周面との間には、互いに押し付け合う荷重が生じている。
【００２２】
ところで、金属間の接点での電気抵抗Ｒｃは、以下の式（１）により表される。
式（１）  Ｒｃ＝ρ／２r
式（１）において、ρは金属の抵抗率である。また、ｒは接触部の形状が単一の円であると仮定した場合、その円の半径である。ｒは以下の式（２）により表される。
【００２３】
式（２）  ｒ＝[Ｆ／ｎζπＨ]１／２
式（２）において、Ｆは金属間に加わる荷重である。ｎは真の接触部の数である。ζは、金属の変形の態様により決まる係数である。弾性変形の場合、ζは０．３以下である。弾性変形と塑性変形との混在の場合、ζは０．３を超え、０．７５以下である。塑性変形の場合、ζは１を超える。
【００２４】
上述したように、第１の材料の引張強度が第２の材料の引張強度より大きい場合、導体の外周面と、圧縮端子の内周面との間には、互いに押し付け合う荷重が生じているので、Ｆが大きい。その結果、電気抵抗Ｒｃは小さくなる。よって、本開示の端子付電線において、電気抵抗比は小さくなる。
【００２５】
図５は、第１の材料の引張強度が第２の材料の引張強度より小さい場合において、圧縮端子に外周側から製造時圧縮荷重を加え、次に、製造時圧縮荷重を除いたときの、導体及び圧縮端子の圧縮歪及び圧縮荷重の推移を表すグラフである。
図５におけるＸ２は、第１の材料の引張強度が第２の材料の引張強度より小さい場合において、圧縮端子に外周側から製造時圧縮荷重を加え、次に、製造時圧縮荷重を除いたときの、導体の圧縮歪及び圧縮荷重の推移を表す曲線である。Ｃは、製造時圧縮荷重を完全に除いたときの、導体の圧縮歪及び圧縮荷重を表す点である。
【００２６】
図５におけるＹ２は、第１の材料の引張強度が第２の材料の引張強度より小さい場合において、圧縮端子に外周側から製造時圧縮荷重を加え、次に、製造時圧縮荷重を除いたときの、圧縮端子の圧縮歪及び圧縮荷重の推移を表す曲線である。Ｄは、製造時圧縮荷重を完全に除いたときの、圧縮端子の圧縮歪及び圧縮荷重を表す点である。
【００２７】
製造時圧縮荷重が加えられ、圧縮端子及び導体は圧縮される。製造時圧縮荷重を完全に除いた後、圧縮端子及び導体は、初期ヤング率に従ってスプリングバックする。圧縮端子の接続部を構成する第２の材料の引張強度は、導体を構成する第１の材料の引張強度より大きい。そのため、圧縮端子と導体と間には、作用し合う力が発生しない。
Ｃにおける圧縮歪は、Ｄにおける圧縮歪より小さい。そのため、製造時圧縮荷重を完全に除いたとき、導体の外周面と、圧縮端子の内周面との間には、スプリングバックによる隙間が存在する。そのため、製造時圧縮荷重を完全に除いたとき、導体の外周面と、圧縮端子の内周面との間には、互いに押し付け合う荷重は生じない。
【００２８】
そのため、第１の材料の引張強度が第２の材料の引張強度より小さい場合は、式（２）におけるＦが小さく、電気抵抗Ｒｃは大きい。
第１の材料の引張強度と、第２の材料の引張強度との差が大きいほど、導体と圧縮端子との間における接触抵抗が一層小さく、電気抵抗比が一層小さい。第１の材料の引張強度と、第２の材料の引張強度との差は、２０ＭＰａ以上であることが好ましく、３０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。
第１の材料の引張強度と第２の材料の引張強度との差が２０ＭＰａ以上の場合は、２０ＭＰａ未満の場合に比べて、１５０℃通電試験において、抵抗比の変化が一層小さい。１５０℃通電試験とは、試料が１５０℃になるように電流設定して５０時間通電する試験である。
【００２９】
４．実施例
（４−１）端子付電線の製造
表１に示すＮｏ．１〜６の端子付電線を製造した。それぞれの端子付電線は、図１及び図２に示す形態を有する。それぞれの端子付電線において、第１の材料及び第２の材料の組み合わせは、表１に示すとおりとした。それぞれの端子付電線において、第１の材料及び第２の材料の組み合わせ以外の点は同じとした。それぞれの端子付電線において、導体を構成する全ての素線は同じ材料から成る。それぞれの端子付電線において、導体の断面積は２００ｍｍ２とした。導体を構成する素線の直径は０．４５ｍｍである。素線の本数は１２５８本である。
第１の材料及び第２の材料に用いた材料の詳細は以下のとおりである。
ＥＣＡｌ：Ａ１０７０相当のＥＣＡｌを使用。
Ａｌ−Ｆｅ−Ｚｒ：０．６質量％のＦｅと、０．０２質量％のＺｒと、０．０６質量％のＳｉと、０．００２質量％のＣｕと、０．００２質量％のＭｎと、合計で０．００６質量％のＴｉ及びＶと、を含み、残部がＡｌから成るアルミニウム合金。
Ａｌ−Ｚｒ：０．３４質量％のＺｒと、０．１５質量％のＦｅと、０．１質量％のＳｉと、合計で０．０３質量％のＴｉ及びＶと、を含み、残部がＡｌから成るアルミニウム合金。
【００３０】
【表１】
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（４−２）端子付電線の評価
それぞれの端子付電線において、第１の材料の引張強度と、第２の材料の引張強度とをそれぞれ測定した。測定方法は上述したとおりである。なお、引張強度の測定には、株式会社オリエンテック製の引張試験機を使用した。次に、第２の材料の引張強度から、第１の材料の引張強度を差し引いた値（以下では引張強度差とする）を算出した。算出した引張強度差を上記表１に示す。
【００３１】
また、それぞれの端子付電線において、初期抵抗比を測定した。初期抵抗比の測定方法は、ＪＩＳ  Ｃ２８０５に準拠する方法である。初期抵抗比の測定は、４端子法により行った。初期抵抗比の測定に用いる試験体を図６に示す。
【００３２】
試験体は、電線２から被覆を除去した導体３と、その両端に取り付けられた圧縮端子５とを備える。
【００３３】
試験体の全体に、定電流１Ａを供給した。この状態で、点Ｐと点Ｑとの間の抵抗Ｒを測定した。点Ｐは、導体３と圧縮端子５との接触部のうち、最も先端側の位置である。点Ｑは、導体３のうち、圧縮端子５と接触していない位置である。点Ｓは、導体３と圧縮端子５との接触部のうち、点Ｐとは反対側の端部である。抵抗の測定には、日置電気株式会社製の抵抗計を使用した。
【００３４】
初期抵抗比Ｒratioを、以下の式（３）により算出した。
式（３）  Ｒratio＝{Ｒ−Ｌ２×α}／{Ｌ１×α}
式（３）において、Ｌ１は、点Ｐと点Ｓとの距離である。Ｌ２は、点Ｑと点Ｓとの距離である。αは、導体３の単位長さ当たりの抵抗である。αは既知の値である。αは、例えば、事前に測定しておくことができる。あるいは、Ｌ２間の抵抗を測定し、その抵抗をＬ２間の長さで除算してαを算出してもよい。
【００３５】
算出した初期抵抗比Ｒratioを上記表１に示す。また、引張強度差と初期抵抗比Ｒratioとの関係を図７に示す。図７において「ＥＣＡｌ端子」は、第２の材料がＥＣＡｌであることを示す。また、「Ａｌ−Ｆｅ−Ｚｒ端子」は、第２の材料がＡｌ−Ｆｅ−Ｚｒであることを示す。また、「Ａｌ−Ｚｒ端子」は、第２の材料がＡｌ−Ｚｒであることを示す。
【００３６】
図７に示すように、引張強度差が負の値である場合は、引張強度差が正の値である場合より、初期抵抗比が小さかった。また、引張強度差が負の値である端子付電線同士を比較したとき、引張強度差の絶対値が大きいほど、初期抵抗比が一層小さかった。
【００３７】
５．他の実施形態
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００３８】
（１）上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００３９】
（２）上述した端子付電線の他、当該端子付電線を構成要素とするシステム、端子付電線の製造方法、電線への圧縮端子の取付方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１…端子付電線、２…電線、３…導体、４…被覆、５…圧縮端子、７…接触部、９…延在部、１１…ボルト孔
【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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