(57)【要約】【課題】金属フィラメントを引き揃えた形態のスチールコードにおいて、フレッチング摩耗を抑制しつつコード形状を維持できるようにする。【解決手段】複数本の金属フィラメント（12）を撚り合わせることなく一列に引き揃えた主フィラメント束（13）の周りにラッピング材（14）を巻き付けてなるスチールコード（10）であって、該ラッピング材（14）が非金属繊維（例えば、アラミド繊維などの有機繊維、炭素繊維、ガラス繊維）に硬化性樹脂を含浸し硬化させたものであることを特徴とするゴム補強用スチールコードである。また、スチールコードを用いたベルトプライを備えた空気入りタイヤである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の金属フィラメントを撚り合わせることなく一列に引き揃えた主フィラメント束の周りにラッピング材を巻き付けてなるスチールコードであって、前記ラッピング材が非金属繊維に硬化性樹脂を含浸し硬化させたものである
ことを特徴とするゴム補強用スチールコード
【請求項２】
前記非金属繊維の引張強度が２０００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１記載のゴム補強用スチールコード。
【請求項３】
前記非金属繊維が、アラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、ポリビニルアルコール繊維、炭素繊維、及びガラス繊維からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１又は２記載のゴム補強用スチールコード。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム補強用スチールコードを用いたベルトプライを備える空気入りタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤなどのゴム製品の補強材として用いられるスチールコード、及び該スチールコードを用いた空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気入りラジアルタイヤは、一般に、カーカスプライの外面とトレッドゴムとの間に、複数のベルトプライを交差させ積層したベルトを備えており、ベルトプライには、優れた引張り強度や引張り弾性を有するスチールコードが使用されている。従来、このようなスチールコードとしては、複数本のフィラメントを撚り合わせたものが一般的である。例えば、１×ｎ構造（ｎ＝３〜５）のものや、引き揃えた複数本のフィラメントの周りに金属フィラメントを撚り合わせてなるｍ＋ｎ構造のものが挙げられる。
【０００３】
近年、車両の低燃費化の要請から空気入りラジアルタイヤの軽量化が求められており、ベルトについても、スチールコードを被覆するゴム厚みを減少させるなどして、軽量化が図ることが検討されている。その具体的手段の一つとして、複数本のフィラメントを並列に配置し、その周囲に１本の金属フィラメントを巻き付けてラッピングしてなる扁平なスチールコードが提案されている（特許文献１〜３参照）。しかしながら、このようにラッピング材にスチールフィラメントを用いた場合、主フィラメントとの摩擦により、主フィラメントにフレッチング摩耗が生じ、スチールコードの強力を低下させる要因となる。
【０００４】
特許文献４には、かかるフレッチング摩耗を抑制するために、ラッピング材として有機繊維を用いることが開示されている。また、特許文献５には、ラッピング材として、タイヤ加硫成形時に溶融する融点５０〜２００℃の高分子材料を用いることが開示されている。しかしながら、有機繊維をそのまま用いたのでは、形状が不安定であり、一列に引き揃えて配置された主フィラメント束からなるコード形状を維持することは困難である。また、加硫成形時に溶融するラッピング材でも、加硫前の段階では有機繊維そのままであるため、同様にコード形状を維持することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０６９８７３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１０６５７０号公報
【特許文献３】特開２０１２−１０７３５３号公報
【特許文献４】特開２００１−５５００８号公報
【特許文献５】特開２００１−１３１８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、金属フィラメントを引き揃えた形態のスチールコードにおいて、フレッチング摩耗を抑制しつつコード形状を維持することができるゴム補強用スチールコード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】
【０００７】
本発明に係るゴム補強用スチールコードは、複数本の金属フィラメントを撚り合わせることなく一列に引き揃えた主フィラメント束の周りにラッピング材を巻き付けてなるスチールコードであって、前記ラッピング材が非金属繊維に硬化性樹脂を含浸し硬化させたものであることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る空気入りタイヤは、該ゴム補強用スチールコードを用いたベルトプライを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ラッピング材が硬化性樹脂を含浸し硬化させた非金属繊維からなるので、ラッピング材としてスチールフィラメントを用いた場合のようなフレッチング摩耗を抑制しつつ、コード形状を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る空気入りラジアルタイヤの半断面図である。
【図２】一実施形態に係るベルトプライの一部断面図である。
【図３】一実施形態に係るスチールコードの構成を示す図である。
【図４】ラッピング材を型付けするための型の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１に示すように、実施形態の空気入りタイヤは、乗用車用空気入りラジアルタイヤであって、左右一対のビード部（１）及びサイドウォール部（２）と、左右のサイドウォール部（２）の径方向外方端部同士を連結するように両サイドウォール部（２）間に設けられたトレッド部（３）とを備えて構成されており、一対のビード部（１）間にまたがって延びるカーカス（４）が設けられている。
【００１３】
カーカス（４）は、トレッド部（３）からサイドウォール部（２）をへて、ビード部（１）に埋設された環状のビードコア（５）にて両端部が係止された少なくとも１枚のカーカスプライからなる。カーカスプライは、有機繊維コード等からなるカーカスコードをタイヤ周方向に対し実質上直角に配列してなる。
【００１４】
トレッド部（３）におけるカーカス（４）の外周側（即ち、タイヤ径方向外側）には、カーカス（４）とトレッドゴム部（８）との間に、ベルト（７）が配されている。ベルト（７）は、カーカス（４）のクラウン部の外周に重ねて設けられており、１枚又は複数枚のベルトプライ、通常は少なくとも２枚のベルトプライで構成することができ、本実施形態では、カーカス（４）側の第１ベルトプライ（７Ａ）と、トレッドゴム部（８）側の第２ベルトプライ（７Ｂ）との２枚のベルトプライで構成されている。ベルト（７）の外周側には、タイヤ周方向に対して０〜５度の角度で螺旋状に巻回する有機繊維コードからなるベルト補強層（９）が、ベルト（７）の幅方向全体を覆うように設けられている。
【００１５】
ベルトプライ（７Ａ）（７Ｂ）は、スチールコード（10）をタイヤ周方向に対して所定の角度（例えば、１５〜３５度）で傾斜させかつタイヤ幅方向に所定の間隔にて配列させてなるものであり、図２に示すようにコーティングゴム（11）で被覆されている。スチールコード（10）は、上記２枚のベルト層（７Ａ）（７Ｂ）間で互いに交差するように配設されている。
【００１６】
本実施形態では、スチールコード（10）として、図３に示すように、金属フィラメント（以下、主フィラメントという。）（12）を、複数本撚り合わせることなく一列に引き揃えて配置した主フィラメント束（13）と、該主フィラメント束（13）の周りに巻き付けられた１本のラッピング材（14）と、を備えてなるｎ＋１構造の扁平なコードが用いられている。
【００１７】
主フィラメント（12）としては、各種炭素鋼からなるスチールフィラメントを用いることができ、その直径（フィラメント径）ｄは、特に限定されない。例えば、直径ｄが０．１５〜０．３０ｍｍのものを用いてもよい。
【００１８】
主フィラメント束（13）は、同一径の複数本の主フィラメント（12）を、撚り合わせることなく横一列に引き揃えて配置することにより形成することができる。すなわち、主フィラメント（12）は、一つの平面に沿って１層をなすように並列される。そのため、得られるスチールコード（10）は扁平であり、図２に示すように長径Ｄ１と短径Ｄ２を持つ。長径Ｄ１と短径Ｄ２の値は特に限定されない。例えば、長径Ｄ１が１．００〜１．５０ｍｍ、短径Ｄ２が０．３０〜０．６０ｍｍであってもよい。主フィラメント束（13）を構成する主フィラメント（12）の本数（上記のｎ）も、特に限定されない。例えば、該本数は２〜６本（即ち、ｎ＝２〜６）としてもよく、より好ましくは３〜６本である。
【００１９】
なお、主フィラメント（12）としては、図３に示すように、波付けされていない真直な金属フィラメントであってもよく、あるいはまた、波付け加工された金属フィラメントを用いることもできる。波付け加工する場合、主フィラメントは、スチールコードの長径方向にのみ波付けされること、すなわち、長径方向及び長手方向に沿った平面内にて、二次元的に波付けされることが好ましい。この場合、複数本の金属フィラメントを長手方向に同じ波高さ及び波長で型付けしたものを用いてもよい。また、その場合、波付けの位相を複数本の金属フィラメントで一致させて引き揃えてもよく、あるいはまた、位相をずらして引き揃えてもよい。
【００２０】
スチールコード（10）は、上記主フィラメント束（13）の周りにラッピング材（14）を螺旋状に巻き付けてなるものである。本実施形態では、ラッピング材（14）として、硬化性樹脂を含浸させた非金属繊維が用いられている。一般に、非金属繊維はスチールフィラメントよりも柔らかいので、かかる非金属繊維をラッピング材（14）として用いることにより、主フィラメント（12）に対するフレッチング摩耗を抑制することができる。また、非金属繊維をそのまま用いるのではなく、硬化性樹脂を含浸させ硬化させることにより、コード形状を維持する効果を発揮することができる。そのため、耐フレッチング性とコード形状の保持を両立することができる。
【００２１】
非金属繊維としては、主フィラメント束（13）に対する巻き付け作業性、及び巻き付け後のコード形状保持性の点から、高強度の繊維を用いることが好ましい。具体的には、引張強度が２０００ＭＰａ以上の繊維を用いることが好ましい。なお、引張強度の上限は特に限定しないが、通常は６０００ＭＰａ以下である。
【００２２】
このような高強度の非金属繊維としては、例えば、アラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維（ＰＢＯ繊維）、ポリビニルアルコール繊維（高弾性ＰＶＡ繊維）などの高強度有機繊維、炭素繊維などを挙げることができる。これらはいずれか１種単独で、又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００２３】
アラミド繊維としては、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維が挙げられ、前者の例としては、東レ・デュポン社製「ケブラー」、帝人テクノプロダクツ社製「トワロン」、「テクノーラ」等が挙げられ、後者の例としては、デュポン社製「ノーメックス」、帝人テクノプロダクツ社製「コーネックス」等が挙げられる。全芳香族ポリエステル繊維としてはクラレ社製「ベクトラン」等、ＰＢＯ繊維としては東洋紡績社製「ザイロン」等、高弾性ＰＶＡ繊維としてはクラレ社製「クラロンＫ−ＩＩ」等が挙げられる。炭素繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維が挙げられる。
【００２４】
なお、かかる非金属繊維としては、多数のフィラメントを束ねてなるヤーンを撚ることなくそのまま用いてもよく、該ヤーンを撚って形成される片撚り構造のコードを用いてもよく、複数の該ヤーンを撚り合わせてなる双撚り構造のコードを用いてもよい。
【００２５】
ラッピング材（14）の太さは、材質により異なり特に限定されないが、有機繊維の場合、400〜1670ｄｔｅｘであることが好ましい。また、炭素繊維の場合、1000フィラメント〜6000フィラメントであることが好ましい。
【００２６】
硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂などを挙げることができる。好ましくはエポキシ樹脂を用いることであり、より詳細には、主剤としてのエポキシ樹脂に、硬化剤と、靭性付与剤としての架橋ゴム粒子を配合したエポキシ樹脂組成物を用いることが好ましい。
【００２７】
該主剤としては、液状のビスフェノール型エポキシ樹脂を用いることが好ましく、特に好ましくは、特には液状低粘度ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を用いることである。
【００２８】
硬化剤としては、エポキシ樹脂に一般的に使用されているものを用いることができ、カルボン酸無水物基、カルボキシル基、カルボン酸ヒドラジド基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基等の官能基を含有する公知の有機化合物が挙げられる。具体的には、酸無水物系硬化剤（無水メチルナジック酸など）、アミン系硬化剤（メタフェニレンジアミン、メチルジアニリン、エチルメチルイミダゾール、イソホロンジアミンなど）、ポリアミノアミド系硬化剤、フェノール系硬化剤（ビスパラキドロキシフェニルスルフォンなど）、ポリメルカプタン系硬化剤、潜在性硬化剤（ジシアンジアミドなど）が挙げられる。特に好ましくは、酸無水物系硬化剤であり、例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水メチルハイミック酸等が挙げられる。
【００２９】
靱性付与剤である架橋ゴム粒子としては、例えば、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、ＳＢＲ（スチレンゴム）、ＢＲ（ブタジエンゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＩＩＲ（ブチルゴム）、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンゴム）、ＣＳＭ（クロロスルフォン化ゴム）、ウレタンゴム、多硫化ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどのゴム微粒子が挙げられる。
【００３０】
非金属繊維に対する硬化性樹脂の含浸量（固形物としての付着量）は、特に限定されないが、非金属繊維１００質量部に対して１０〜４０質量部であることが好ましく、より好ましくは２０〜３０質量部である。
【００３１】
主フィラメント束（13）にラッピング材（14）を巻き付ける際の巻きピッチｐは、特に限定されず、例えば２．０〜３０．０ｍｍとすることができる。
【００３２】
このようなラッピング材（14）によるラッピング方法としては、特に限定されないが、以下の２つの代表的な方法が挙げられる。
【００３３】
第１の方法は、主フィラメント束（13）に対応した扁平な断面形状（図４参照）を持つ型を用いて、硬化性樹脂を含浸させた非金属繊維をこの型の周りに所定ピッチで巻き付けた後、硬化性樹脂を加熱硬化させることにより型付けする。その後、型から取り外し、得られた型付け後の非金属繊維をラッピング材（14）として、別途引き揃えられた主フィラメント束（13）の周りに巻き付ける。
【００３４】
第２の方法は、硬化性樹脂を含浸させた非金属繊維をラッピング材（14）として、別途引き揃えられた主フィラメント束（13）の周りに該ラッピング材（14）を所定ピッチで巻き付けた後、硬化性樹脂を加熱硬化させる。
【００３５】
図２に示すように、ベルトプライ（７Ａ）（７Ｂ）は、スチールコード（10）を、その長径方向（Ｂ）がベルト面（即ち、ベルト外周面）に平行になるように配置することで形成されている。すなわち、ベルトプライ内において、スチールコード（10）は、その短径方向（Ａ）がベルトプライの厚み方向（Ｋ）と一致するようにして、所定間隔でコード被覆ゴム（11）内に埋設されている。そのため、スチールコード（10）は、その長径方向（Ｂ）がトレッド面に平行になるように配置される。このように構成することにより、スチールコード（10）をゴム被覆する際に加工しやすく、またベルトプライの厚みを薄くしてタイヤ質量の増加を抑えることができる。また、得られたベルトプライでは、タイヤ幅方向における曲げ剛性が高くなるので、操縦安定性能を向上することができる。
【００３６】
ベルトプライにおけるスチールコード（10）のエンド数（打ち込み本数）は、コード引張強力等に応じて適宜に設定することができ、特に限定されないが、１０〜２５本／２５ｍｍであることが好ましい。
【００３７】
なお、上記実施形態では、スチールコード（10）をベルトプライに用いた場合について説明したが、ベルトプライに限らず、例えばカーカスプライなどに用いてもよい。また、タイヤに限らず、例えばコンベヤベルトなど、各種ゴム製品の補強材として用いることができる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３９】
実施例における各測定方法は以下の通りである。
【００４０】
・フィラメント径、コード径：ＪＩＳ Ｇ３５１０に準拠し、所定の厚み計により金属フィラメント及びスチールコードの直径を計測した。コード径については、長径側の外径（長径Ｄ１）と短径側の外径（短径Ｄ２）を計測した。
【００４１】
・ラッピング材の繊維の引張強度：ＪＩＳ  Ｌ１０１７に準拠し繊度と引張強力から強度を求めた。引張試験には島津製作所社オートグラフを使用した。
【００４２】
・コード形状保持性能：タイヤ周上における任意の位置を２箇所（両者の位置は９０°以上離れる）で切断し、その切断面でコードの並びを観察した。１断面あたり２枚のベルトプライのそれぞれの両端から１５本、中央部で１５本、計９０本のコードを観察した。そして、短径／長径＞０．５となっているコード本数の割合（％）を算出し、その値を表に示した。この値が小さいほど、コード形状は維持されており、良好である。
【００４３】
・コード強力保持率：使用リムと空気圧をＪＡＴＭＡ  ＹＥＡＲ  ＢＯＯＫ  2012所載の条件としたタイヤを、乗用車に装着し、直径１４ｍの円を２つ合わせた８字形のコースを４００回旋回した後に、タイヤを分解し、スチールコードを取り出して、そのコード強力（引張強力）を測定した。また、未走行のタイヤから取り出したスチールコードを用いて同様にコード強力を測定し、それぞれ、未走行タイヤのコード強力に対する走行後のコード強力の保持率（％）を算出した。保持率が高いほど、フレッチング摩耗による強力低下が少なく、耐久性に優れることを意味する。なお、コード強力は、ＪＩＳ Ｇ３５１０に準拠して、スチールコードの強伸度特性を引張試験機（島津製作所（株）製オートグラフ）を用いて測定することにより算出した。
【００４４】
下記表１に示す構造を持つスチールコードを作製した。
【００４５】
詳細には、従来例のスチールコードは、０．２ｍｍに伸線後のスチールフィラメントを５本撚り合わせて作製した。
【００４６】
比較例１では、０．２ｍｍに伸線された５本のスチールフィラメントを撚り合わせることなく一列に引き揃えた後に、０．１５ｍｍの軟鉄のフィラメント（炭素含有量＝０．７２質量％）を用いてラッピングした。
【００４７】
比較例２，３では、０．２ｍｍに伸線された５本のスチールフィラメントを撚り合わせることなく一列に引き揃えた後に、５００ｄｔｅｘ／１の片撚りポリエステルコード、又は４２０ｄｔｅｘ／１の片撚りアラミドコードを用いてラッピングした。なお、比較例２については、他例と同様の速度でラッピングすると、ポリエステルコードが切れて巻けなかったので、巻き付けが可能となるまで巻き付け速度を落として作製した。
【００４８】
実施例１，２では、まず、マトリクスとなるエポキシ樹脂組成物を含浸させたそれぞれの繊維コードを、図４に示す断面形状を持つ型の周りに巻き付けた後、１３０℃で３０分間加熱してエポキシ樹脂を硬化させた。その後、型から外して、型付けされた繊維コードを巻き取った。次いで、０．２ｍｍに伸線された５本のスチールフィラメントを撚り合わせることなく一列に引き揃えた後、上記で得られた型付けされた繊維コードを用いてラッピングした。
【００４９】
ここで、繊維コードとしては、実施例１では、４２０ｄｔｅｘ／１の片撚りアラミドコードを用いた。実施例２では、炭素繊維１０００フィラメントを用いた。また、エポキシ樹脂組成物としては、熱硬化性の液状低粘度ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製エポキシ樹脂）を主成分とし、該エポキシ樹脂１００質量部に対して、硬化剤としてメチルテトラヒドロ無水フタル酸（日立化成工業社製）１００質量部と、靱性付与剤としてエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）ラテックス（住友精化社製）５質量部を配合したものを用いた。繊維に対する硬化性樹脂の含浸量（固形分としての付着量）は、繊維１００質量部に対して２０質量部とした。
【００５０】
なお、実施例及び比較例のスチールコードにおいて、ラッピング材の巻きピッチｐ＝４．５ｍｍとした。
【００５１】
得られたスチールコードをベルトコードとして用いて、図１に示す断面形状を持つタイヤサイズ：１９５／５０Ｒ１５  ８２Ｈのラジアルタイヤを、常法に従い加硫成形した。各タイヤについて、ベルト以外の構成は、全て共通の構成とした。
【００５２】
ベルトプライ（７Ａ）／（７Ｂ）におけるスチールコードの角度は、タイヤ周方向に対して＋２５°／−２５°とした。スチールコードのエンド数は１５本／25.4ｍｍとした。また、ベルトプライは、スチールコードの上下のゴム被覆厚みが０．２ｍｍとなるようにトッピングゲージを表１記載の通りに設定し、カレンダー装置を用いてトッピング反とすることにより作製した。その際、実施例及び比較例では、スチールコードをその長径方向がベルト面に平行になるように配置した。作製したトッピング反の質量を測定して、タイヤ一本当たりのベルト質量を算出し、従来例を１００とする指数で、表１中に示した。
【００５３】
なお、カーカスプライは、ポリエステルコード１６７０ｄｔｅｘ／２、打ち込み数２２本／２５ｍｍで１プライとした。また、ベルト補強層は、ナイロン６６コード１４００ｄｔｅｘ／１、打ち込み本数２４本／２５ｍｍとした。
【００５４】
得られた各タイヤについて、コード形状保持性能とコード強力保持率を測定した。結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
表１に示すように、従来の複層撚り構造のスチールコードを用いた従来例に対し、ｎ＋１構造の扁平なスチールコードを用いた比較例１では、ベルト質量が小さく、軽量化が図られていた。但し、比較例１では、主フィラメント束に巻き付けるラッピング材としてスチールフィラメントを用いていたため、フレッチング摩耗によりコード強力保持率が低下しており、耐久性に劣るものであった。
【００５７】
比較例２では、ラッピング材としてポリエステルコードを用いたことにより、フレッチング摩耗によるコード強力保持率については、比較例１よりも改善されていたが、コード形状保持性能に劣り、スチールコードの形状を十分に維持できていなかった。ラッピング材としてアラミドコードを用いた比較例３についても、同様であった。
【００５８】
これに対し、ラッピング材としてアラミドコードにエポキシ樹脂を含浸硬化させたものを用いた実施例１では、フレッチング摩耗が抑制されてコード強力が保持されており、しかも、コード形状保持性能に優れており、スチールコードの形状が維持されていた。ラッピング材として炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸硬化させたものを用いた実施例２についても、同様であった。
【００５９】
このように本実施形態によれば、ラッピング材として非金属繊維を用いた上で、該繊維に硬化性の樹脂を含浸させ硬化させたことにより、耐フレッチング性能とスチールコードの形状維持を両立することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、乗用車用タイヤを始めとする各種の空気入りラジアルタイヤに好適に用いることができる。また、タイヤには限定されず、各種ゴム製品の補強材として用いることができる。
【符号の説明】
【００６１】
７…ベルト、７Ａ，７Ｂ…ベルトプライ、10…スチールコード、12…主フィラメント、13…主フィラメント束、14…ラッピング材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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