(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空閉断面構造のアルミニウムフレーム（１，２１，２２，２８）同士を接合する、又は前記アルミニウムフレーム（１，２１，２２，２８）にアルミニウム板（３）を接合する際に、接合面にインサート材（２，２４）を介在させたアルミニウム材の抵抗溶接方法であって、
前記インサート材（２，２４）は、（マグネシウム）粉末又は（アルミニウム＋マグネシウム）混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練したものであることを特徴とするアルミニウム材の抵抗溶接方法。
【請求項２】
中空閉断面構造のアルミニウムフレーム（１，２１，２２，２８）同士を接合する、又は前記アルミニウムフレーム（１，２１，２２，２８）にアルミニウム板（３）を接合する際に、接合面にインサート材（２，２４）を介在させたアルミニウム材の抵抗溶接方法であって、
前記インサート材（２，２４）は、６５重量％以下の金属酸化物（ＭｎＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＮｉＯ，ＳｉＯ２）とアルミニウム粉末もしくは／およびマグネシウム粉末との混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練したものであることを特徴とするアルミニウム材の抵抗溶接方法。
【請求項３】
前記アルミニウムフレーム（１，２１，２２，２８）は車両用構造体であり、押出材であることを特徴とした請求項１又は請求項２記載のアルミニウム材の抵抗溶接方法。
【請求項４】
アルミニウムフレーム（２１，２２，２８）端部を板状に加工してなる板状部（２３，２５，２６，３１）又はアルミニウム板（３）を、別のアルミニウムフレーム（２１，２２，２８）の外周面に直接当接し、抵抗溶接することを特徴とした請求項１、請求項２又は請求項３記載のアルミニウム材の抵抗溶接方法。
【請求項５】
中空閉断面構造の第２アルミニウムフレーム（２２）の端部に中空閉断面構造の第１アルミニウムフレーム（２１）に嵌合する差込み部（２３）を形成し、
（マグネシウム）粉末もしくは（アルミニウム＋マグネシウム）混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材（２４）、又は６５重量％以下の金属酸化物（ＭｎＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＮｉＯ，ＳｉＯ２）とアルミニウム粉末もしくは／およびマグネシウム粉末との混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材（２４）を、第１・第２アルミニウムフレーム（２１，２２）の接合面に介設し、
第１アルミニウムフレーム（２１）に第２アルミニウムフレーム（２２）を嵌合し抵抗溶接して製造されたＴ字型アルミニウム構造体。
【請求項６】
中空閉断面構造の第２アルミニウムフレーム（２２）の端部に中空閉断面構造の第１アルミニウムフレーム（２１）に当接するフランジ（２５）を形成し、
（マグネシウム）粉末もしくは（アルミニウム＋マグネシウム）混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材（２４）、又は６５重量％以下の金属酸化物（ＭｎＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＮｉＯ，ＳｉＯ２）とアルミニウム粉末もしくは／およびマグネシウム粉末との混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材（２４）を、第１・第２アルミニウムフレーム（２１，２２）の接合面に介設し、
第１アルミニウムフレーム（２１）に第２アルミニウムフレーム（２２）のフランジを当接し抵抗溶接して製造されたＴ字型アルミニウム構造体。
【請求項７】
中空閉断面構造の第２アルミニウムフレーム（２２）の端部に中空閉断面構造の第１アルミニウムフレーム（２１）に嵌合／当接する差込み部（２３）並びにフランジ（２５）を形成し、
（マグネシウム）粉末もしくは（アルミニウム＋マグネシウム）混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材（２４）、又は６５重量％以下の金属酸化物（ＭｎＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＮｉＯ，ＳｉＯ２）とアルミニウム粉末もしくは／およびマグネシウム粉末との混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材（２４）を、第１・第２アルミニウムフレーム（２１，２２）の接合面に介設し、
第１アルミニウムフレーム（２１）に第２アルミニウムフレーム（２２）を嵌合するとともにフランジ（２５）を当接し抵抗溶接して製造されたＴ字型アルミニウム構造体。
【請求項８】
中空閉断面構造の第２アルミニウムフレーム（２２）の端部に中空閉断面構造の第１アルミニウムフレーム（２１）に当接するフランジ（２５，２９）及び舌状部（２６，３１）を形成し、
（マグネシウム）粉末もしくは（アルミニウム＋マグネシウム）混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材（２４）、又は６５重量％以下の金属酸化物（ＭｎＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＮｉＯ，ＳｉＯ２）とアルミニウム粉末もしくは／およびマグネシウム粉末との混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材（２４）を、第１・第２アルミニウムフレーム（２１，２２）の接合面に介設し、
第１アルミニウムフレーム（２１）に第２アルミニウムフレーム（２２）のフランジ（２５，２９）及び舌状部（２６，３１）を当接し抵抗溶接して製造されたＴ字型アルミニウム構造体。
【請求項９】
中空閉断面構造の第２アルミニウムフレーム（２２）の端部を中空閉断面構造の第１アルミニウムフレーム（２１）に当接し、この当接部分に継ぎ板（３３）を掛け渡し、
（マグネシウム）粉末もしくは（アルミニウム＋マグネシウム）混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材（２４）、又は６５重量％以下の金属酸化物（ＭｎＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＮｉＯ，ＳｉＯ２）とアルミニウム粉末もしくは／およびマグネシウム粉末との混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材（２４）を、前記継ぎ板（２２）と前記第１・第２アルミニウムフレーム（２１，２２）との接合面に介設し、
第１アルミニウムフレーム（２１）と継ぎ板（３３）及び継ぎ板（３３）と第２アルミニウムフレーム（２２）とを当接し抵抗溶接して製造されたＴ字型アルミニウム構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は構造用アルミニウム合金の溶接技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造体の軽量化を図るためにアルミニウム材が使用され、車体の縦桁と支柱とを結節部材を介して接合する技術が特開昭６０−１３５３７５号公報にて公開されている。同技術に類似する工法を次図で詳しく説明する。
【０００３】
図１２（ａ），（ｂ）はアルミニウム構造体の接合施工図であり、角パイプ１０１，１０２，１０３を接合する場合に、例えばＴ字状の継手１０４を準備し、この継手１０４に角パイプ１０１〜１０３の端部を差込み、ＴＩＧ、ＭＩＧ又はレーザ溶接法により接合して、（ｂ）に示す構造体を製造するというものである。上記角パイプ１０１〜１０３は中空閉断面構造のアルミニウムフレームであり、押出法によって製造され、また上記継手１０４は形状が複雑であるためアルミニウム鋳物である。
【０００４】
図１３（ａ），（ｂ）はアルミニウムフレームにアルミニウム板を抵抗溶接する改良された従来例図であり、（ａ）に示す通り、アルミニウムフレーム１２０に予めフランジ１２１を一体形成しておき、このフランジ１２１にアルミニウム板１２２を載せて、電極１１３，１１４にて抵抗溶接するというものである。（ｂ）は溶接後の断面図であり、１２３はナゲット（溶着金属）である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記図１２に示したアルミニウム構造体の接合法において、溶接法をＴＩＧやＭＩＧにすれば熱歪が大きくなり、歪み取り熱処理が不可欠となり、工費が高騰し且つ工期が長くなるという不都合がある。レーザ溶接法では熱歪は問題ないが高い加工精度が要求されるために作業効率が悪く工費の低減は難しい。また、結節部材を用いるため、部品点数が増しコストが増加する。
【０００６】
図１３のアルミニウムフレームにアルミニウム板を抵抗溶接する技術では、溶接に係る費用は低く抑えることが可能であるが、フランジを予め形成しなければならず、アルミニウムフレームの材料費、製造費は割高となり、しかもフランジが強度メンバとなるためにアルミニウムフレームをフランジ方向へ曲げることは困難となり、アルミニウムフレームの２次加工が難しくなるなどの問題がある。そこで、本発明の目的は中空閉断面フレーム同士または中空閉断面フレームとアルミニウム板との接合において、継手やフランジが無くても簡単に抵抗溶接できる技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記課題を解決するために本発明は、特別のインサート材を介在させることで中空閉断面構造のアルミニウムフレーム同士または前記アルミニウムフレームとアルミニウム板との抵抗溶接接合することを可能にしたものである。即ち、一方のアルミニウムフレームを加工して板状部（差込み部、フランジ、舌状部）を形成し、この板状部又はアルミニウム板を中空閉断面構造のアルミニウムフレームに抵抗溶接するものである。
前記特別のインサート材は、（マグネシウム）粉末もしくは（アルミニウム＋マグネシウム）混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材、又は６５重量％以下の金属酸化物（ＭｎＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＮｉＯ，ＳｉＯ２）とアルミニウム粉末もしくは／およびマグネシウム粉末との混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材である。
【０００８】
【実施例】
本発明の実施例を添付図に基づいて以下に説明する。
図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る抵抗溶接方法の原理図であり、（ａ）において中空閉断面構造のアルミニウムフレーム１の接合面にインサート材２を塗布又は貼着けて、アルミニウム板３を載せ、電極５，６で２００ｋｇｆ程度の小さな加圧力で押圧しつつ抵抗溶接する。（ｂ）は溶接後の構造体の断面図であり、７はナゲットである。
【０００９】
前記インサート材２は、（マグネシウム）粉末又は（アルミニウム＋マグネシウム）混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練したものが適当である。または、インサート材２は、６５重量％以下の金属酸化物（ＭｎＯ２，  Ｃｒ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＮｉＯ，ＳｉＯ２）とアルミニウム粉末または／およびマグネシウム粉末との混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練したものが適当である。金属酸化物とアルミニウム粉末または／およびマグネシウム粉末によりテルミット反応を促して溶接部の温度を高め、接合部面積を増大させ、溶接強度を向上させる。
【００１０】
また、熱硬化性樹脂により粉末に粘性を与え、取扱性を高め、溶接後加熱することにより更に接合強度を向上させることができる。
ただし、金属酸化物が６５重量％を超えると反応相手のアルミニウム粉末またはマグネシウム粉末が少ないために良好な反応が発生せずに金属酸化物が残存してしまう。熱硬化性樹脂の割合が１０重量％未満では粘度が不足し、５０重量％を超えると通電性が低下してしまう。
【００１１】
本発明方法の評価を表１に基づいて説明する。なお、図１においてアルミニウムフレーム１は肉厚３ｍｍ、６０ｍｍ角のＪＩＳ−６０６３−Ｔ５（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金）押出材、アルミニウム板３は板厚１．２ｍｍのＪＩＳ−５１８２（Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金）圧延材、電極５，６は直径１６ｍｍ×Ｒ８０ｍｍの無酸素銅電極である。インサート材２の内容及び電極５，６に係る抵抗溶接条件は表１に示した通りである。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
比較例１（図２参照）、実施例１〜３及び比較例２（図１参照）において、溶接電流は１６ｋＡ、溶接時間は１５サイクル、加圧力は２００ｋｇｆである。
比較例１：
インサート材無しの条件で抵抗溶接したところ、溶接後の破断試験において溶接部で破断した（図３参照）ので評価は「×」である。
【００１４】
図２（ａ），（ｂ）は中空閉断面構造のアルミニウムフレームにアルミニウム板を抵抗溶接する図であり、（ａ）のアルミニウムフレーム１１０にアルミニウム板１１１を載せて、上下から電極１１３，１１４で挟み、抵抗溶接するというものである。しかし、通常、この種の抵抗溶接では接合強度を満足させるために板厚が１．２ｍｍのときに加圧力を４００ｋｇｆ以上としなければならず、このような大きな加圧力を掛けるとアルミニウムフレーム１１０が中空構造であるために、（ｂ）のように、アルミニウムフレーム１１０は鼓（つづみ）型に変形するため、接合できない。
【００１５】
実施例１：
インサート材を（３０重量％エポキシ樹脂＋５４重量％マグネシウム＋アルミニウム）にしたところ、溶接後の破断試験において母材が破断、即ち溶接部で破断しなかったので評価は「○」である。
実施例２：
インサート材を（４０重量％エポキシ樹脂＋３重量％ＭｎＯ２＋３４重量％マグネシウム＋アルミニウム）にしたところ、溶接後の破断試験において母材が破断、即ち溶接部で破断しなかった（図４参照）ので評価は「○」である。
実施例３：
インサート材を（５０重量％エポキシ樹脂＋３重量％ＭｎＯ２＋３０重量％マ  グネシウム＋アルミニウム）にしたところ、溶接後の破断試験において母材が破断、即ち溶接部で破断しなかったので評価は「○」である。
【００１６】
比較例２：
インサート材を（５５重量％エポキシ樹脂＋３重量％ＭｎＯ２＋３０重量％マ  グネシウム＋アルミニウム）にしたところ、溶接後の破断試験において溶接部で破断したので評価は「×」である。
従って、加圧力を従来の４００ｋｇｆの半分である２００ｋｇｆにしても適当なインサート材を使用することにより良好な抵抗溶接をなすことが可能である。適当なインサート材とは、５０重量％以下のエポキシ樹脂を含むものであり、５０重量％を超えると流動性過剰で所望の厚さの層が形成できずに比較例１に近い状態となるため好ましくなく、また、細かな実験の結果、１０重量％未満では粘度不足で取扱性が悪く好ましくなかった。そこで、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂の割合を１０〜５０重量％とする。
【００１７】
図３は比較例１における破断形態を示す図であり、図１（ｂ）からアルミニウム板３を強制的に引き剥がした後の２矢視図であり、アルミニウムフレーム１のほぼ中央に破断されたナゲット７が認められる。ナゲット７の径が小さいために接着強度が小さく、溶接部から破断したものである。
【００１８】
図４（ａ）は実施例２における破断形態を示す図、（ｂ）は同拡大図であり、図１（ｂ）からアルミニウム板３を強制的に引き剥がした後の２矢視図であり、（ｂ）に示す通りアルミニウムフレーム１に付着したアルミニウム板３の一部、ナゲット７及びインサート材２の跡が認められる。破断部は溶着部（ナゲット７）からではなくアルミニウム板３側がむしり取られたものであり、母材から破断したものである。
【００１９】
以下、本発明方法を利用したアルミニウム構造物の具体例を説明する。
図５（ａ），（ｂ）はインダイレクト溶接法とシリーズ溶接法の説明図であり、（ａ）はインダイレクト法と称し、電極１１と電極１２とを互いに離れた位置に配置した方法であり、（ｂ）は電極１１と電極１３を対向配置し、電極１１，１３間で複数箇所のナゲット７，７を形成するようにしたものであり、シリーズ溶接法と称する。以下に示す、具体例は上記２溶接法の一方又は組合わせにより溶接を実施するものである。
【００２０】
図６（ａ），（ｂ）は本発明の抵抗溶接法を利用した第１具体例を示し、（ａ）は分解図，（ｂ）は組立姿を示す（以下同様）。
（ａ）に示す通り第２アルミニウムフレーム２２の先端に第１アルミニウムフレーム２１に嵌合する差込み部２３，２３を形成しておく。第１アルミニウムフレーム２１の所定箇所（ナゲット形成部）にインサート材２４を塗布し、上から第２アルミニウムフレーム２２を差込む。（ｂ）にて電極１１と電極１２とでインダイレクト溶接する。又は、電極１１と電極１３とでシリーズ溶接してもよい。何れかの溶接で、第１アルミニウムフレーム２１に第２アルミニウムフレーム２２を接合する。
【００２１】
図７（ａ），（ｂ）は本発明の抵抗溶接法を利用した第２具体例を示し、（ａ）に示す通り第２アルミニウムフレーム２２の先端に第１アルミニウムフレーム２１に当接するフランジ２５，２５を形成しておく。第１アルミニウムフレーム２１の所定箇所（ナゲット形成部）にインサート材２４，２４を塗布し、上から第２アルミニウムフレーム２２を当接する。（ｂ）にて電極１１と電極１２とでインダイレクト溶接し、第１アルミニウムフレーム２１に第２アルミニウムフレーム２２を接合する。
【００２２】
図８（ａ），（ｂ）は本発明の抵抗溶接法を利用した第３具体例を示し、（ａ）に示す通り第２アルミニウムフレーム２２の先端に第１アルミニウムフレーム２１に嵌合する差込み部２３及びフランジ２５，２５を形成しておく。第１アルミニウムフレーム２１の所定箇所（ナゲット形成部）にインサート材２４…を塗布し、上から第２アルミニウムフレーム２２を差込む。（ｂ）にて電極１１と電極１２及び電極１２と電極１３とでインダイレクト溶接する。又は、電極１１と電極１２とでインダイレクト溶接し、電極１１’と電極１３とでシリーズ溶接する。これらの方法により、第１アルミニウムフレーム２１に第２アルミニウムフレーム２２を接合する。
【００２３】
図９（ａ），（ｂ）は本発明の抵抗溶接法を利用した第４具体例を示し、（ａ）に示す通り第２アルミニウムフレーム２２の先端に第１アルミニウムフレーム２１に嵌合する差込み部２３，２３を折り曲げ形成しておく。第１アルミニウムフレーム２１の所定箇所（ナゲット形成部）にインサート材２４，２４を塗布し、上から第２アルミニウムフレーム２２を差込む。（ｂ）にて電極１１と電極１２及び電極１１’と電極１２とでインダイレクト溶接し、第１アルミニウムフレーム２１に第２アルミニウムフレーム２２を接合する。
【００２４】
図１０（ａ），（ｂ）は本発明の抵抗溶接法を利用した第５具体例を示し、（ａ）に示す通り第２アルミニウムフレーム２２の先端に第１アルミニウムフレーム２１に当接するフランジ２５，２５及び舌状部２６を形成し、また第３アルミニウムフレーム２８の先端にフランジ２９，２９及び舌状部３１を形成しておく。第１アルミニウムフレーム２１の所定箇所（ナゲット形成部）にインサート材２４…を塗布し、上から第２アルミニウムフレーム２２を差込に、手前から第３アルミニウムフレーム２８を当接する。（ｂ）にて電極１１と電極１２及び電極１１’と電極１２’で、第１アルミニウムフレーム２１と第２アルミニウムフレーム２２及び第１アルミニウムフレーム２１と第３アルミニウムフレーム２８とを接合する。
【００２５】
図１１（ａ），（ｂ）は本発明の抵抗溶接法を利用した第６具体例を示し、（ａ）に示す通りアルミニウム合金製Ｔ字形継ぎ板３３を準備し、第１・第２アルミニウムフレーム２１，２２の所定箇所（ナゲット形成部）にインサート材２４…を塗布し、第１アルミニウムフレーム２１に第２アルミニウムフレーム２２を突当て、上から継ぎ板３３を当接する。（ｂ）にて電極１１と電極１２とでインダイレクト溶接する又は電極１１と電極１１’とでインダイレクト溶接することで、第１アルミニウムフレーム２１と継ぎ板３３及び継ぎ板３３と第２アルミニウムフレーム２２とを接合することで第１・２アルミニウムフレーム２１，２２を接合する。なお、継ぎ板３３は上下２枚配置してもよい。また、継ぎ板３３は本実施例のＴ字型に限らず、Ｌ字形やＩ字形のものでもよく、要は第１・２アルミニウムフレーム２１，２２間に渡す継ぎ部材であればよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上に述べた通り本発明方法及び構造体は、特別のインサート材を接合面に介在させることで板状部又はアルミニウム板を中空閉断面構造のアルミニウムフレームに直接抵抗溶接することを可能にしたものであり、中空閉断面フレーム同士または中空閉断面フレームとアルミニウム板との接合において、継手やフランジが無くても簡単に抵抗溶接できて例えば車体フレームの小型・軽量化が図れるとともに熱歪を低減できて構造体の寸法精度を高めることができる。
前記特別のインサート材は、（マグネシウム）粉末もしくは（アルミニウム＋マグネシウム）混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材、又は６５重量％以下の金属酸化物（ＭｎＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＮｉＯ，ＳｉＯ２）とアルミニウム粉末もしくは／およびマグネシウム粉末との混合粉末に１０〜５０重量％の熱硬化性樹脂を加えて混練してなるインサート材である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る抵抗溶接方法の原理図
【図２】中空閉断面構造のアルミニウムフレームにアルミニウム板を抵抗溶接する図
【図３】比較例１における破断形態を示す図
【図４】（ａ）は実施例２における破断形態を示す図、（ｂ）は同拡大図
【図５】本発明に係るインダイレクト溶接法とシリーズ溶接法の説明図
【図６】本発明の抵抗溶接法を利用した第１具体例
【図７】本発明の抵抗溶接法を利用した第２具体例
【図８】本発明の抵抗溶接法を利用した第３具体例
【図９】本発明の抵抗溶接法を利用した第４具体例
【図１０】本発明の抵抗溶接法を利用した第５具体例
【図１１】本発明の抵抗溶接法を利用した第６具体例
【図１２】従来のアルミニウム構造体の接合施工図
【図１３】アルミニウムフレームにアルミニウム板を抵抗溶接する改良された従来例図
【符号の説明】
１，２１，２２，２８…中空閉断面構造のアルミニウムフレーム、２，２４…インサート材、３…アルミニウム板、５，６，１１，１２，１３…電極、７…ナゲット、２３…差込み部、２５，２９…フランジ、２６，３１…舌状部、３３…継ぎ板。
【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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