(57)【要約】【課題】フレーム同士が互いに接合されたフレーム接合端を有するコーナー部に接合部品を設けることにより、フレーム構造体を大幅な重量増加を伴うことなく簡単にかつ適切に補強、補剛することが可能なコーナー接合部品を提供する。【解決手段】フレーム同士が互いに接合されたフレーム接合端を有するコーナー部に設けられるコーナー接合部品であって、互いに接合される少なくとも２つのフレームに対し、フレーム接合端から距離を置いた位置で接着によりそれぞれ接合される接合部と、それぞれの接合部から面状に延在する面板部とを有し、かつ、接合部と面板部とが一体に成形されたＦＲＰ製部材に形成されていることを特徴とするコーナー接合部品。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム同士が互いに接合されたフレーム接合端を有するコーナー部に設けられるコーナー接合部品であって、互いに接合される少なくとも２つのフレームに対し、前記フレーム接合端から距離を置いた位置で接着によりそれぞれ接合される接合部と、それぞれの接合部から面状に延在する面板部とを有し、かつ、前記接合部と前記面板部とが一体に成形されたＦＲＰ製部材に形成されていることを特徴とするコーナー接合部品。
【請求項２】
前記接合部が、コーナー接合部品が前記コーナー部に設けられた状態でフレームの両側で互いに平行に延びる立ち壁部を有する、請求項１に記載のコーナー接合部品。
【請求項３】
前記接合部が、少なくとも、それが接着により接合されるフレームの補強機能を有する、請求項１または２に記載のコーナー接合部品。
【請求項４】
前記面板部が、少なくとも、前記コーナー部の補剛機能を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のコーナー接合部品。
【請求項５】
前記ＦＲＰ製部材の外面の少なくとも一部が平坦面に形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のコーナー接合部品。
【請求項６】
前記接合部に、該接合部に付与される接着剤の膜厚を規制する当て部が設けられている、請求項１〜５のいずれかに記載のコーナー接合部品。
【請求項７】
前記接合部に、接着剤を保持可能な溝が設けられている、請求項１〜６のいずれかに記載のコーナー接合部品。
【請求項８】
前記接合部に、接着剤の注入路および前記コーナー部に沿って延びる接着剤の充填路が設けられている、請求項１〜７のいずれかに記載のコーナー接合部品。
【請求項９】
前記面板部におけるＦＲＰの強化繊維が、基準方向に対して少なくとも±４５度の方向に配向されている、請求項１〜８のいずれかに記載のコーナー接合部品。
【請求項１０】
前記面板部または面板部および接合部に、リブまたは／およびスチフナが一体に設けられている、請求項１〜９のいずれかに記載のコーナー接合部品。
【請求項１１】
前記ＦＲＰ製部材を構成するＦＲＰの強化繊維として炭素繊維が用いられている、請求項１〜１０のいずれかに記載のコーナー接合部品。
【請求項１２】
車両用フレームのコーナー部に設けられるコーナー接合部品からなる、請求項１〜１１のいずれかに記載のコーナー接合部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレーム構造体のコーナー部に設けられるコーナー接合部品に関し、とくに、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製部材に構成されたコーナー接合部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用構造体を代表とする各種分野のフレーム構造体においては、各フレームの軸力（フレームの引張、圧縮方向の力）は効率良く支えることが出来るが、フレーム構造体全体の剪断変形（面内剪断や捩れ）を支えるには、通常、フレーム数を増やす、フレーム接続コーナー部の部分補強などで対応しているので、部品点数増加、組立工数増加、重量増加などの問題がある。
【０００３】
金属板金構造では、金属製のフレームに金属製の板を取り付けてフレームのみでは負担しにくい剪断変形を板部材に負担させることがある。しかし、工程の容易さからフレームと板との取り付けにスポット溶接を用いることが多く、この組立構造は構造効率が悪く、重量増加などの問題の解決には至っていない。
【０００４】
一方、軽量性を確保しつつ機械特性（強度、剛性）を高めることが可能な素材としてＦＲＰ、とくにＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が知られている。例えば、車両用フロア構造体をＣＦＲＰ製モノコック構造とすることも提案されているが、高性能で少量生産に向いた最高性能のフロア構造体となって、最高車種への適用は可能であるが、大きな市場を有する汎用車種への適用は難しい（例えば、特許文献１）。金属製にしろＦＲＰ製にしろ、既存のあるいはこれから設計しようとするフレーム構造体があり、そのフレーム構造体を簡単に効率よく補強、補剛することが要求される場合があり、とくにフレーム接続コーナー部の部分補強にて簡単に効率よく補強、補剛することにより、大きな重量増加を伴うことなく構造体全体に望ましい強度や剛性を付与できるようにした付加構造が求められる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−５６３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、上記のような要望を満たすために、とくに、フレーム構造体のフレーム同士が互いに接合されたフレーム接合端を有するコーナー部に接合部品を設けることにより、フレーム構造体を大幅な重量増加を伴うことなく簡単にかつ適切に補強、補剛することが可能なコーナー接合部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るコーナー接合部品は、フレーム同士が互いに接合されたフレーム接合端を有するコーナー部に設けられるコーナー接合部品であって、互いに接合される少なくとも２つのフレームに対し、前記フレーム接合端から距離を置いた位置で接着によりそれぞれ接合される接合部と、それぞれの接合部から面状に延在する面板部とを有し、かつ、前記接合部と前記面板部とが一体に成形されたＦＲＰ製部材に形成されていることを特徴とするものからなる。
【０００８】
このような本発明に係るコーナー接合部品においては、一体成形されたＦＲＰ製部材からなるコーナー接合部品を、フレーム接合端を有するフレーム構造体のコーナー部に接着により接合することにより、とくにフレーム構造体が苦手とする剪断変形に対して、接合部では接着による接着面の剪断応力で、面板部の面構造部分では面内剪断補剛構造で支えるようにすることが可能になる。中でも、接合部は、フレーム接合端から距離を置いた位置で接着により少なくとも２つのフレームに対してそれぞれ接合されるので、形状的に接着接合が難しくなる場合のあるフレーム接合端を接着接合箇所から意図的に外すことができ、接合部の接着接合を容易に行うことができる。また、フレーム接合端から距離を置いた位置で接合部が接着接合されることで、フレーム接合端を基準位置としてモーメントや該モーメントに伴う剪断応力がかかる場合にも、該モーメントに対する抗力の腕の長さを確保することができ、接合部と該接合部と一体成形されている面板部との協働により、高い抗力を発揮することが可能になり、とくに剪断変形に対して優れた補強、補剛構造が実現される。このような優れた補強、補剛構造が、実質的にコーナー接合部品を接着接合するだけで実現されるので、目標とする補強、補剛が極めて簡単に効果的に行われることになり、しかも、コーナー接合部品がＦＲＰ製部材として構成されていることから、大幅な重量増加を伴うこともない。
【０００９】
なお、本発明においては、フレーム同士が互いに接合されたフレーム接合端を有するコーナー部を備えたフレーム構造体のフレーム自体の材質はとくに限定されず、金属製であってもよく、樹脂製や繊維強化樹脂製であってもよい。樹脂製や繊維強化樹脂製のフレーム構造体に本発明に係るコーナー接合部品を接着接合すれば、接合後のフレーム構造体全体としての軽量性も容易に実現される。
【００１０】
上記本発明に係るコーナー接合部品においては、上記接合部が、コーナー接合部品が上記コーナー部に設けられた状態でフレームの両側で互いに平行に延びる立ち壁部を有する構造とすることが好ましい。このような構造においては、コーナー接合部品を、フレーム構造体のコーナー部に対し、上記立ち壁部の延設方向に沿う方向に挿入するだけで、コーナー接合部品の接合部をフレームに対し所望の位置に容易に精度よく位置決めすることができ、コーナー接合部品の設置が容易化される。
【００１１】
また、上記接合部が、少なくとも、それが接着により接合されるフレームの補強機能を有することが好ましい。すなわち、前述したように接合部では接着による接着面の剪断応力が発現されるが、同時に、接着により一体的な構造となるフレームも補強されることが好ましい。
【００１２】
また、上記面板部が、少なくとも、上記コーナー部の補剛機能を有することが好ましい。すなわち、前述したように、フレーム構造体の剪断変形に対して、面板部の面構造部分での面内剪断補剛構造で支えるようにすることが可能になるので、面板部が、このようなコーナー部での補剛機能を十分に有することが好ましい。
【００１３】
また、上記ＦＲＰ製部材の外面の少なくとも一部が平坦面に形成されている構造とすることができる。このような構造においては、上記平坦面を他部品の取付部やシール面として利用することが可能になる。
【００１４】
また、上記接合部に、該接合部に付与される接着剤の膜厚を規制する当て部が設けられている構造を採ることができる。この当て部としては、ＦＲＰ製パネル部材自体で形成したものや、ＦＲＰ製パネル部材に設けられてフレームと当接するもの等から構成でき、例えば後述のリブや座で当て部を形成したり、別部品のスペーサを設けて当て部を構成したりすることができる。このような構造においては、接着剤の膜厚をより適切な膜厚にすることが可能になり、接合強度の適正化、均一化等に寄与することができる。
【００１５】
また、上記接合部に、接着剤を保持可能な溝が設けられている構造を採ることもできる。このような構造においては、溝に沿って適切な接着剤量を確保できるので、接着部位に対して所望レベル以上の接着強度を容易に達成することが可能になる。
【００１６】
また、上記接合部に、接着剤の注入路および前記コーナー部に沿って延びる接着剤の充填路が設けられている構造を採ることもできる。このような構造においては、コーナー部や接合部がフレームに沿って比較的長く延びているような場合においても、所定の接合部位に対して容易に接着剤を注入したり、充填したりすることができるようになり、所望の接合状態がより容易に得られる。また、接着剤の充填路がコーナー部に沿って延びていることで、注入された接着剤を適切に必要部位まで容易に行き渡らせることができるようになり、コーナー接合部品の所望の接合状態が容易にかつ確実に得られるようになる。
【００１７】
また、上記面板部におけるＦＲＰの強化繊維が、基準方向に対して少なくとも±４５度の方向に配向されている構造を採ることもできる。このような構造においては、面板部における面内剪断強度が、強化繊維が±４５度の方向に配向されていることによって効率よく高められ、望ましい面内剪断補剛構造が得られる。
【００１８】
また、上記面板部または面板部および接合部に、リブまたは／およびスチフナが一体に設けられていることも好ましい。リブまたは／およびスチフナは接合部および／または面板部と一体に形成されている構造とすることが可能である。このような構造においては、リブまたは／およびスチフナによってＦＲＰ製部材からなるコーナー接合部品の強度、剛性が一層高められ、リブまたは／およびスチフナの延設方向によっては、上記面内剪断補剛性能が一層高められる。
【００１９】
また、本発明における上記ＦＲＰ製部材において、ＦＲＰの強化繊維としては特に限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等、さらにはこれらの組み合わせ等、種々の強化繊維の使用が可能であるが、とくに補強効果が高く、設計や成形を行いやすい炭素繊維を用いることが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明は、種々の分野におけるフロア構造体に対してコーナー接合部品として適用することが可能である。中でも、本発明を車両用フレームのコーナー部に設けられるコーナー接合部品として適用すると、とくに車両用において要求の強い、望ましい軽量化効果と補強効果が確実に達成される。
【発明の効果】
【００２１】
このように、本発明に係るコーナー接合部品によれば、該コーナー接合部品を、フレーム接合端を有するフレーム構造体のコーナー部に容易に装着、接合でき、該コーナー部、さらには構造体全体に対して、大きな重量増加なく、剪断剛性、剪断強度等を効果的に増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施態様に係るコーナー接合部品の透視斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿うコーナー接合部品の断面図である。
【図３】図２の変形例に係るコーナー接合部品の断面図である。
【図４】図２の別の変形例に係るコーナー接合部品の断面図である。
【図５】図１のＢ−Ｂ線に沿って見た接合部の構造例を示す部分断面図である。
【図６】図１の構造に溝を設けた場合の一例を示すコーナー接合部品の透視斜視図である。
【図７】図１の構造に注入路と充填路を設けた場合の一例を示すコーナー接合部品の透視斜視図である。
【図８】コーナー接合部品の面板部の強化繊維の配向例を示す斜視図である。
【図９】コーナー接合部品にリブを設けた場合の一例を示す透視斜視図である。
【図１０】コーナー接合部品にスチフナを設けた場合の一例を示す透視斜視図である。
【図１１】コーナー接合部品の挿入、取付構造の一例を示す透視斜視図である。
【図１２】コーナー接合部品の挿入、取付構造の別の例を示す透視斜視図である。
【図１３】コーナー接合部品の挿入、取付構造のさらに別の例を示す透視斜視図である。
【図１４】コーナー接合部品の挿入、取付構造のさらに別の例を示す透視斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るコーナー接合部品を示しており、例えば車両用フレームのコーナー部に設けられるコーナー接合部品の一例を示している。図１において、１はＦＲＰ製部材からなるコーナー接合部品の全体を示しており、コーナー接合部品１は、フレーム２同士が互いに接合されたフレーム接合端３を有するコーナー部４に設けられている。コーナー接合部品１は、互いに接合される少なくとも２つのフレーム２ａ、２ｂに対し、フレーム接合端３から距離（例えば、図１の距離Ｄ）を置いた位置で接着によりそれぞれ接合される接合部５（５ａ、５ｂ）と、それぞれの接合部５ａ、５ｂから面状に延在する面板部６とを有し、かつ、接合部５ａ、５ｂと面板部６とが一体に成形されたＦＲＰ製部材として形成されている。
【００２４】
コーナー接合部品１の接合部５は、図２に示すように、コーナー接合部品１が上記コーナー部４に設けられた状態で、フレーム１の両側で互いに平行に延びる立ち壁部７ａ、７ｂを有しており、立ち壁部７ａ、７ｂは、後述の如くコーナー接合部品１がフレーム構造体のコーナー部に挿入、取り付けされる際のその挿入方向に互いに平行に延びている。このような接合部５が、接着剤３０を介して、フレーム１に接合される。
【００２５】
上記のような接合部５と面板部６との接続構造は、図２に示した構造以外、例えば図３、図４に示すような構造とすることもできる。すなわち、図３に示すように、立ち壁部７ｂの延設方向途中位置に面板部６を接続することもできるし、図４に示すように、立ち壁部７ｂの延設方向先端位置に面板部６を接続することもできる。
【００２６】
上記のような実施態様においては、前述したように、一体成形されたＦＲＰ製部材からなるコーナー接合部品１を、フレーム接合端３を有するフレーム構造体のコーナー部４に接着剤３０を介して接合することにより、とくに接合部５では接着による接着面の剪断応力で、面板部６の面構造部分では面内剪断補剛構造で、それぞれ補強、補剛することが可能になる。とくに接合部５がフレーム接合端３から距離を置いた位置で接合されることにより、接合部５の接着接合が容易化されるとともに、接合部５と面板部６との協働により、剪断変形に対して優れた補強、補剛構造が実現される。さらに、コーナー接合部品１がＦＲＰ製部材として構成されていることから、大幅な重量増加を伴うことなく、このような優れた補強、補剛構造が大幅な重量増加を伴うことなく実現される。
【００２７】
図５は、図１のＢ−Ｂ線に沿って見た図１の構造の接合部の構造例を示している。図示例では、ＦＲＰ製部材からなるコーナー接合部品の接合部５のフレーム２側に、接着剤の膜厚を規制する当て部としてのリブ１１や、フレーム２側に向けてフレーム２に当接可能に凸状に突出した座１２が設けられており、さらに接合部５とフレーム２との間に別部品としてのスペーサ１３が設けられており、これらリブ１１や座１２、スペーサ１３を介してフレーム２との間隙を規制することができるようになっている。このような構造では、リブ１１や座１２、スペーサ１３を介してフレーム２との間隙を規制することにより、接着剤３０の膜厚ｔを所望の膜厚に規制することが可能になり、所定の接着強度を確保しつつ、接着剤の使用量を抑えることができる。
【００２８】
図６は、図１の構造に溝を設けた場合の一例を示している。図示例では、一方の接合部５ａあるいはその接合部５ａ及び周囲部のフレーム２への対向面に、接着剤を保持可能な凹状に凹んだ溝１４が設けられている。このような構造においては、溝１４内に適切な量の接着剤を確保できるので、接着部位に対して所望レベル以上の接着強度を容易に確保することができる。
【００２９】
図７は、図１の構造に注入路と充填路を設けた場合の一例を示している。図示例では、接合部５を含む部位のフレーム２への対向面に、コーナー部４に沿って延び接着剤を保持可能な凹状に凹んだ溝からなる接着剤の充填路１６が設けられており、その充填路１６が端部で開口されることにより、接着剤の注入路１５が形成されている。このような構造では、接着剤を供給すべき部位に対して、容易に接着剤を注入したり、充填したりすることができるようになり、所望の接合状態がより容易にかつより確実に得られる。また、接着剤の充填路１６がコーナー部４に沿って延びていることで、例えば一方の注入路１５から注入された接着剤を適切に必要部位まで容易に行き渡らせることができるようになり、コーナー接合部品１の所望の接合状態が容易にかつ確実に得られるようになる。
【００３０】
図８は、ＦＲＰ製部材からなるコーナー接合部品１の面板部６における強化繊維１７の配向例を示している。図示するように、面板部６におけるＦＲＰでは、基準方向（例えば、フレーム２の延設方向）に対して強化繊維１７が少なくとも±４５度の方向に配向されていることが好ましい。面板部６では、とくに剪断荷重を効率よく受け持つことが望まれるので、このような構造とすることにより、面板部６における面内剪断強度が効率よく高められ、望ましい面内剪断補剛構造が得られる。
【００３１】
図９は、ＦＲＰ製部材からなるコーナー接合部品１にリブ１８を設けた場合の一例を示している。リブ１８は、例えば、両接合部５間にわたって、とくにそれらの立ち壁間にわたって、面板部６上に斜めに延びるように設けられており、図示例ではコーナー接合部品１を構成するＦＲＰ製部材と一体に形成されている。このようなリブ１８は、実質的にコーナー接合部品１の設置スペース内に納めることが可能であるので、設置スペースを格別増加させることなく、効率よくコーナー接合部品１の機械特性をさらに高めることができる。
【００３２】
図１０は、ＦＲＰ製部材からなるコーナー接合部品１に、図９に示したリブ１８に代えてスチフナ１９を設けた場合の一例を示している。図１０は、図９の図示方向に対して裏面側から見ている。スチフナ１９は、例えば、両接合部５間にわたって、とくにそれらの立ち壁間にわたって、面板部６上に斜めに延びるように設けられており、図示例ではコーナー接合部品１を構成するＦＲＰ製部材と一体に形成されている。このようなスチフナ１９も、実質的にコーナー接合部品１の設置スペース内に納めることが可能であるので、設置スペースを格別増加させることなく、効率よくコーナー接合部品１の機械特性をさらに高めることができる。
【００３３】
図１１は、コーナー接合部品の挿入、取付構造の一例を示しており、実質的に図１に示したコーナー接合部品１のフレーム２への挿入、取付構造を示している。コーナー接合部品１は、フレーム接合端３で接合された２本のフレーム２で構成される面２１(仮想面)に対し、矢印で示される接合部品挿入方向２２に挿入されることにより、コーナー部の所定位置に装着される。とくに、両接合部５の立ち壁部７ａ、７ｂがこの接合部品挿入方向２２に平行に立設されていることで、単にコーナー接合部品１をこの方向に挿入(装着)するだけで極めて容易に所定位置に取り付け、装着できるようになる。
【００３４】
図１２は、コーナー接合部品の挿入、取付構造の別の例を示している。本例では、フレーム２がＴ字状に接合されたフレーム接合端２３を有するコーナー部に形成され、そのコーナー部に対して各フレーム部に応じた３箇所の接合部５を備えたコーナー接合部品２４が接合される。コーナー接合部品２４は、フレーム接合端２３で接合された３方向に延びるフレーム２で構成される面２５(仮想面)に対し、矢印で示される接合部品挿入方向２６に挿入されることにより、コーナー部の所定位置に装着される。とくに、３箇所の接合部５の立ち壁部２７がこの接合部品挿入方向２６に平行に立設されていることで、単にコーナー接合部品２４をこの方向に挿入(装着)するだけで極めて容易に所定位置に取り付け、装着できるようになる。
【００３５】
図１３は、コーナー接合部品の挿入、取付構造のさらに別の例を示している。本例では、フレーム２が十字状に接合されたフレーム接合端２８を有するコーナー部に形成され、そのコーナー部に対して各フレーム部に応じた４箇所の接合部５を備えたコーナー接合部品２９が接合される。コーナー接合部品２９は、フレーム接合端２８で接合された４方向に延びるフレーム２で構成される面３１(仮想面)に対し、矢印で示される接合部品挿入方向３２に挿入されることにより、コーナー部の所定位置に装着される。とくに、４箇所の接合部５の立ち壁部３３がこの接合部品挿入方向３２に平行に立設されていることで、単にコーナー接合部品２９をこの方向に挿入(装着)するだけで極めて容易に所定位置に取り付け、装着できるようになる。
【００３６】
上記図１１〜図１３は、すべてコーナー部で接合される各フレームが二次元平面上に延びる形態を示したが、立体的な三次元方向に延びる各フレームが接合される場合にも本発明が適用できる。例えば図１４に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の三次元方向に延びる各フレーム２が接合されてコーナー部が構成される場合にあっても、コーナー接合部品３４を各フレーム２で形成される立体的な面３５(仮想面)方向に挿入するに際し、各接合部５の立ち壁部をこの接合部品挿入方向に平行に立設しておくことで、単にコーナー接合部品３４をこの方向に挿入(装着)するだけで極めて容易に所定位置に取り付け、装着できるようになり、生産性向上にも寄与できる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係るコーナー接合部品は、種々の分野におけるフレーム構造体に対して適用可能であり、とくに車両用フレームに好適なものである。
【符号の説明】
【００３８】
１、２４、２９、３４  コーナー接合部品
２、２ａ、２ｂ  フレーム
３、２３、２８  フレーム接合端
４  コーナー部
５、５ａ、５ｂ  接合部
６  面板部
７ａ、７ｂ、２７、３３  立ち壁部
１１  リブ
１２  座
１３  スペーサ
１４  溝
１５  注入路
１６  充填路
１７  強化繊維
１８  リブ
１９  スチフナ
２１，２５、３１、３５  フレームで構成される面
２２，２６、３２  接合部品挿入方向
３０  接着剤
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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