(57)【要約】【課題】車両に搭載されたアクスルにおいて、アクスルの溶接部における異常の発生をリアルタイムかつ高い精度で検出することが可能な溶接部における異常監視装置を提供する。【解決手段】異常監視装置１０は、シャフト本体２の外周面に配置され、溶接部５で発生したＡＥ波を検出するＡＥセンサ１２と、ＡＥセンサ１２からの出力信号における所定の抽出幅から算出される移動平均値μおよび標準偏差σから標本線を設定し、出力信号が標本線の値に一致した回数によって所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されたか否を判定し、これに基づいて溶接部５における異常の発生の有無を判定する判定部１５とを備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のシャフト本体の端部にスピンドルを溶接してなるアクスルを備えた車両に搭載され、前記アクスルにおける溶接部の異常の発生の有無を監視する溶接部の異常監視装置であって、
前記シャフト本体の外周面に配置され、前記溶接部で発生したＡＥ波を検出するＡＥセンサと、
前記ＡＥセンサからの出力信号における所定の抽出幅から算出される移動平均値および標準偏差から標本線を設定し、前記出力信号が前記標本線の値に一致した回数によって所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されたか否かを判定し、これに基づいて前記溶接部における異常の発生の有無を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする溶接部の異常監視装置。
【請求項２】
前記シャフト本体の外周面において、衝撃波を検出する衝撃センサが前記ＡＥセンサに隣接して配置され、
前記判定部は、前記衝撃センサからの出力信号における所定の抽出幅から算出される移動平均値および標準偏差から標本線を設定し、前記出力信号が前記標本線の値に一致した回数によって所定閾値以上の出力信号を有する衝撃波が検出されたか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の溶接部の異常監視装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記所定閾値以上の前記ＡＥ波が検出され、かつ前記所定閾値以上の前記衝撃波が検出されなかったと判定された場合に、前記溶接部に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項２に記載の溶接部の異常監視装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記所定閾値以上の前記ＡＥ波が検出され、かつ前記所定閾値以上の前記衝撃波が検出されたと判定された場合に、前記溶接部に異常は発生していないと判定することを特徴とする請求項２または３に記載の溶接部の異常監視装置。
【請求項５】
前記判定部において前記溶接部に異常が発生したと判定された場合に、その判定結果を報知する報知部をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶接部の異常監視装置。
【請求項６】
前記判定部において前記溶接部に異常が発生したと判定された場合に、前記車両の走行を禁止する制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶接部の異常監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に設けられるアクスルの溶接部における異常監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トラック等の特装車両には、走行装置の車軸としてのアクスルが搭載されている。アクスルは、特許文献１に示すように、筒状のシャフト本体の端部にシャフト本体側に向かって大径となるテーパ部を有するスピンドルを溶接して形成されている。アクスルは、車両の走行に関わる重要な部品であるため、アクスルを出荷する前には、超音波探傷やＸ線等の非破壊検査によって、シャフト本体部とスピンドルとの溶接部の異常の有無について十分な検査が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１１５４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アクスルは、車両荷重や走行中の衝撃を繰り返し受ける部分であるため、時間の経過と共にクラック等が発生するおそれがある。このため、車両に搭載されたアクスルにおいては、異常が発生したことをリアルタイムかつ高い精度で検出できることが好ましい。
【０００５】
本発明は、車両に搭載されたアクスルにおいて、アクスルの溶接部における異常の発生をリアルタイムかつ高い精度で検出することが可能な溶接部の異常監視装置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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の溶接部の異常監視装置は、筒状のシャフト本体の端部にスピンドルを溶接してなるアクスルを備えた車両に搭載され、アクスルにおける溶接部の異常の発生の有無を監視する溶接部の異常監視装置であって、シャフト本体の外周面に配置され、溶接部で発生したＡＥ（Acoustic Emission）波を検出するＡＥセンサと、ＡＥセンサからの出力信号における所定の抽出幅から算出される移動平均値および標準偏差から標本線を設定し、出力信号が標本線の値に一致した回数によって所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されたか否かを判定し、これに基づいて溶接部における異常の発生の有無を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この溶接部の異常監視装置によれば、シャフト本体の外周面にＡＥセンサを配置し、溶接部においてクラックが発生した際に生じるＡＥ波を検出するＡＥセンサからの出力信号に基づいて、溶接部における異常の発生の有無を判定する。ＡＥセンサの検出機能では、車両の走行時に生じる振動は検出されないので、クラックの発生によって生じた振動のみを検出することができる。したがって、ＡＥセンサで、溶接部からのＡＥ波を常時監視することにより、クラックが発生したことをリアルタイムに検出することができる。さらに、この異常監視装置では、ＡＥセンサからの出力信号に一定の処理を施しているので、溶接部における異常の発生の有無を精度よく判定することができる。
【０００８】
また、溶接部の異常監視装置では、シャフト本体の外周面において、衝撃波を検出する衝撃センサがＡＥセンサに隣接して配置され、判定部は、衝撃センサからの出力信号における所定の抽出幅から算出される移動平均値および標準偏差から標本線を設定し、出力信号が標本線の値に一致した回数によって所定閾値以上の出力信号を有する衝撃波が検出されたか否かを判定することが好ましい。また、溶接部の異常監視装置では、判定部は、所定閾値以上のＡＥ波が検出され、かつ所定閾値以上の衝撃波が検出されなかったと判定された場合に、溶接部に異常が発生したと判定することが好ましい。また、溶接部の異常監視装置では、判定部は、所定閾値以上のＡＥ波が検出され、かつ所定閾値以上の衝撃波が検出されたと判定された場合に、溶接部に異常は発生していないと判定することが好ましい。
【０００９】
この溶接部の異常監視装置では、衝撃センサが、ＡＥセンサでは判別することができない所定の周波数を有する衝撃波を検出できる。これにより、アクスルを搭載した車両が跳ね上げた小石等がアクスルに衝突した場合であっても、その衝撃によって発生する振動と溶接部に異常が発生した際に生じる振動とを判別することができ、アクスルの溶接部における異常の発生の有無をより高い精度で検出することが可能となる。
【００１０】
また、溶接部の異常監視装置では、判定部において溶接部に異常が発生したと判定された場合に、その判定結果を報知する報知部をさらに備えていることをことが好ましい。これにより、例えば、車両の運転者あるいは管理者に対して、アクスルに発生した異常を認識させることができる。
【００１１】
また、溶接部の異常監視装置では、判定部において溶接部に異常が発生したと判定された場合に、車両の走行を禁止する制御部をさらに備えていることが好ましい。これにより、アクスルにおける異常の発生が原因となる不具合を回避することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、車両に搭載されたアクスルにおいて、アクスルの溶接部における異常の発生をリアルタイムかつ高い精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係る溶接部の異常監視装置が取り付けられるアクスルの概略図である。
【図２】図１のアクスルの溶接部近傍を拡大した断面図である。
【図３】本発明の好適な一実施形態に係る溶接部の異常監視装置の機能構成を示したブロック図である。
【図４】図３のＡＥセンサから出力される信号の一例を示す図である。
【図５】図３の信号処理部における波形処理解析を説明する図である。
【図６】本発明の好適な一実施形態に係る溶接部の異常監視装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図３のＡＥセンサから出力される信号の一例を示す図である。
【図８】図３の信号処理部における波形処理解析結果を説明する図である。
【図９】本発明の他の好適な一実施形態に係る溶接部の異常監視装置の機能構成を示したブロック図である。
【図１０】図９のＡＥセンサおよび衝撃センサの検出機能を説明する図である。
【図１１】図９の判定部における判定テーブルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔第１実施形態〕
本発明の好適な第１実施形態に係る溶接部の異常監視装置１０について、図１〜図８を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、本発明の溶接部の異常監視装置の検査対象となるアクスル１を示す概略図である。
【００１５】
本発明の溶接部の異常監視装置１０が監視する対象となるアクスル１は、トラック等の特装車両に搭載されている走行装置における車軸である。このアクスル１は、図１および図２に示すように、筒状のシャフト本体２の端部にシャフト本体２側に向かって大径となるテーパ部３ｂを有するスピンドル３を溶接して形成されている。シャフト本体２は、例えば、９ｍｍの厚みを有する中空円筒状の部材である。スピンドル３は、シャフト本体２と接合される部分である接合部３ａと、筒径がシャフト本体２側に向かって大きくなるように変化するテーパ部３ｂと、外周面にハブを取り付けるための部分である取付部３ｃとを有している。
【００１６】
スピンドル３とシャフト本体２との溶接は、例えば、溶接ロボットを用いた自動溶接によって行われる。この溶接は、例えば図２に示すように、スピンドル３の開先部３ｄとシャフト本体２の開先部２ａとを互いに突合わせ、突合わせた位置の内周面側に裏あて部材４を設け、外周面側から溶接ロボットのトーチが当てられる。そして、開先部３ｄ，２ａを互いに突合わせた接合面に沿って、トーチあるいはアクスルを形成する部材を回転させることによって、スピンドル３の端部とシャフト本体２の端部との間に、円周状の溶接部５が形成される。
【００１７】
以下、上述したようなスピンドル３とシャフト本体２とを溶接してなるアクスル１における溶接部５の異常の発生の有無を監視する異常監視装置１０について、図３〜図８を用いて説明する。
【００１８】
異常監視装置１０は、上述のアクスル１を備えた車両に搭載されており、図３に示すように、ＡＥセンサ１２と、信号処理部１３と、判定部１５と、報知部１６と、制御部１７とを含んで構成されている。
【００１９】
ＡＥセンサ１２は、シャフト本体２における外周面に固定されており、溶接部５においてクラックが発生あるいは進展したときに生ずるＡＥ波をシャフト本体２で検出する部分である。このＡＥセンサ１２は、通常走行時に受ける振動よりもはるかに高い数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚという周波数帯域の振動のみを検出する特性を有している。ＡＥセンサ１２は、検出したＡＥ波の強度に対応する出力信号を、帯域周波数が、例えば、４０ｋＨｚ〜１．２ＭＨｚであるアンプ（図示せず）を介して信号処理部１３に出力する。なお、ＡＥセンサ１２から信号処理部１３への出力は有線または無線のいずれであってもよい。
【００２０】
図４は、溶接部５にクラックが発生したときあるいは溶接部５におけるクラックが進展したときにＡＥセンサ１２から出力される信号の一例を示す図である。ＡＥセンサ１２は、溶接部５に異常が発生していない場合には何ら信号を出力しないが、溶接部５にクラックが発生したあるいは進展した場合には、シャフト本体２に伝播してくるＡＥ波を検出し、例えば図４に示すように、最初に振幅のピークがあって次第に小さくなるような信号を出力する。
【００２１】
信号処理部１３は、ＡＥセンサ１２において検出された出力信号から、溶接部５における異常の発生の有無を判定するのに必要な判定値を抽出する部分である。信号処理部１３は、後述する判定部１５が、溶接部５における異常の発生の有無を判定するにあたって客観的に判定を行えるようにするために、波形処理解析によって出力信号を特徴化する。
【００２２】
以下、信号処理部１３が行う処理の一つである波形処理解析について説明する。この波形処理解析では、まず、図５に示すように、所定抽出幅における出力信号の移動平均値μを求める。次に、移動平均値μの標準偏差σに基づいて標本線を設定する。標本線は、標準偏差σを所定倍することによって得ることができる。例えば、図５に示すように、標準偏差σを、−３．０倍、−１．５倍、＋１．５倍、＋３．０倍することによって、−３σの標本線、−１．５σの標本線、＋１．５σの標本線、＋３．０σの標本線を得ることができる。次に、出力信号が、所定の標本線（例えば、＋３σの標本線）の値に一致する回数を算出する。信号処理部１３は、この回数を判定値とし、判定部１５に出力する。
【００２３】
判定部１５は、信号処理部１３において算出された判定値に基づいて、所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されたか否かを判定し、溶接部５における異常の発生の有無を判定する部分である。具体的には、判定部１５は、出力信号が標本線の値に一致した回数が基準データを満たす場合、所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されたと判定し、これに基づいて当該溶接部５に異常が発生したと判定し、出力信号が標本線の値に一致した回数が基準データを満たさない場合、所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されなかったと判定し、これに基づいて溶接部５に異常が発生していないと判定する。なお、基準データは、標準偏差σを所定倍することによって得られる標本線ごとに設定された値であり、データベース部１４に格納されている。また、判定部１５は、シャフト本体２の外周面に設けられている。
【００２４】
報知部１６は、判定部１５において溶接部５に異常が発生したと判定された場合、このことをアクスル１が搭載された車両の運転者あるいは管理者へ報知する部分である。報知部１６は、例えば溶接部５に異常が発生したことを警告音として報知したり、車両の表示部等に溶接部５に異常が発生したことを表示したりして報知する。
【００２５】
制御部１７は、判定部１５において、溶接部５に異常が発生したと判定された場合、アクスル１が搭載された車両の走行を禁止する部分である。例えば、制御部１７は、車両が走行中の場合には、車両のブレーキを制御して車両を停止させたり、車両が停止中の場合は、エンジンを停止させたりするよう制御して車両が走行することを禁止する。
【００２６】
以下、図６に示す溶接部５の異常監視装置１０の処理の流れを示すフローチャートを使用して、上述した溶接部５の異常監視装置１０の動作について説明する。ＡＥセンサ１２は、溶接部５において発生するＡＥ波を常時監視しており、ＡＥ波を検出すると、検出したＡＥ波の強度に対応する出力信号を信号処理部１３に出力する（ステップＳ１）。
【００２７】
次に、信号処理部１３は、ＡＥセンサ１２において取得された出力信号から溶接部５における異常の発生の有無を判定するのに必要な判定値を抽出する（ステップＳ２）。具体的には、図７に示すように、まず、ＡＥセンサ１２から出力される信号について所定抽出幅（図７の例では、ＡＥ波の周期である１５０ｎｓ）における移動平均値μを求め、移動平均値μに基づく標準偏差σを算出する。次に、算出した標準偏差σを所定倍（図７の例では、標準偏差σの３倍）することによって得られる標本線を設定する。そして、出力信号が当該標本線の値に一致する回数を算出し、図８（ａ）に示すように判定値を取得する。なお、図８（ａ）に示す判定値は、図７に示す出力信号Ｍ１が、標本線３σの値を上回ったときと標本線３σを下回ったときとをカウントして算出されたものである。
【００２８】
次に、ステップＳ２において抽出された判定値に基づいて、判定部１５は、溶接部５における異常の発生の有無を判定する（ステップＳ３）。具体的には、判定部１５は、図８（ａ）に示すように、＋３σの標本線に対して、出力信号が標本線の値に一致した回数が１回でもあれば、所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されたと判定し、これに基づいて当該溶接部５に異常が発生したと判定する。一方、判定部１５は、図８（ｂ）に示すように、＋３σの標本線に対して、出力信号が標本線の値に一致することがない場合、所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されなかったと判定し、これに基づいて当該溶接部５に異常が発生していないと判定する。なお、ここでは、標本線３σに対して出力信号が標本線の値に一致した回数が１回以上あることを溶接部５に異常が発生したと判定される判定基準としたがこれに限定されるものではない。この判定値は、例えば、溶接部５に異常が発生した際に生じるＡＥ波から得られる時系列波形を波形処理解析した結果に基づいて、標準偏差σを所定倍することによって得られる標本線ごとに設定することができる。
【００２９】
ステップＳ３において、当該溶接部５に異常が発生したと判定された場合（ステップＳ３：有）、報知部１６は、警告音を出力して、アクスル１の溶接部５に異常が発生したことを車両の運転者へ報知する（ステップＳ４）。次に、制御部１７は、車両が走行中の場合には、車両のブレーキを制御して車両を停止させ、停止中の場合は、エンジンを停止あるいはエンジンの始動を制限するように制御して車両が走行することを禁止する（ステップＳ５）。
【００３０】
一方、ステップＳ３において、当該溶接部５に異常が発生していないと判定された場合（ステップＳ３：無）、一連の処理を終了する。
【００３１】
以上に説明したように、本実施形態の溶接部５の異常監視装置１０によれば、クラックが発生した際あるいはクラックが進展した際に生じる数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚという周波数帯域の振動をＡＥセンサ１２によって検出できる。そして、ＡＥセンサ１２の検出機能では、車両の走行時に生じる振動は検出されないので、クラックの発生あるいは進展によって生じた振動のみを検出することができる。また、本実施形態の溶接部５の異常監視装置１０によれば、ＡＥセンサ１２が、溶接部５からのＡＥ波を常時監視しているので、クラックが発生あるいは進展したことをリアルタイムに検出することができる。さらに、判定部１５は、ＡＥセンサ１２からの出力信号に対してステップＳ２において抽出されるような判定値に基づいて判定を行っているので、溶接部５における異常の発生の有無を精度よく判定することができる。この結果、車両に搭載されたアクスル１における溶接部５に異常が発生したことをリアルタイムかつ高い精度で検出することができる。
【００３２】
〔第２実施形態〕
本発明の好適な第２実施形態に係る溶接部５の異常監視装置１１０について、図９〜図１１を用いて説明する。なお、当該異常監視装置１１０の構成は、上記第１実施形態の異常監視装置１０に対して衝撃センサ２１を備える点と、判定部１５における判定処理のみが異なる。以下、上記異なる点について主に説明し、同一番号が付された同一要素についてはその説明を省略する。
【００３３】
衝撃センサ２１は、図９に示すように、シャフト本体２における外周面において、ＡＥセンサ１２に隣接して固定されている。衝撃センサ２１の周波数帯域は、例えば数Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度となっており、ＡＥセンサ１２に比べて低周波帯域をカバーするようになっている。衝撃センサ２１は、検出した衝撃波の強度に対応する出力信号を信号処理部１３に出力する。信号処理部１３は、ＡＥセンサ１２および衝撃センサ２１からの出力信号に対して第１実施形態と同様の波形解析処理を実行し、所定閾値以上のＡＥ波・衝撃波が検出されたか否かを示す判定値を判定部１５に出力する。なお、衝撃センサ２１から信号処理部１３への出力は有線または無線のいずれであってもよい。
【００３４】
図１０は、ＡＥセンサと衝撃センサとの検出機能を示す図である。図１０に示すように、車両の走行時の振動やアクスル１への小石等の衝突によって生じる衝撃波の周波数は、例えば数Ｈｚ〜数１０ｋＨｚとなっている。したがって、衝撃波がアクスル１を伝播してきた場合には、衝撃センサ２１で検出可能となっている。なお、衝撃波のうちの高周波帯域部分については、ＡＥセンサ１２において検出される場合がある。また、クラックの発生あるいは進展によって生じたＡＥ波は、衝撃センサ２１では検出されず、ＡＥセンサ１２のみで検出可能となっている。
【００３５】
また、図１１は、判定部１５における判定テーブルの一例を示す図である。図１１に示すように、判定部１５は、衝撃センサ２１およびＡＥセンサ１２のいずれにおいても所定閾値以上の信号が検出されなかった場合、および衝撃センサ２１のみで所定閾値以上の信号が検出された場合には、溶接部５に異常が発生していないと判定する。また、判定部１５は、衝撃センサ２１およびＡＥセンサ１２の双方で所定閾値以上の信号が検出された場合についても、溶接部５に異常が発生していないと判定する。これは、上述のように、衝撃波のうちの高周波帯域部分については、ＡＥセンサ１２において検出される場合があることを考慮したものである。そして、判定部１５は、ＡＥセンサ１２のみで所定閾値以上の信号が検出された場合には、溶接部５に異常が発生したと判定する。
【００３６】
以上に説明したように、本実施形態の溶接部５の異常監視装置１１０によれば、上記実施形態の異常監視装置１０と同様の効果に加え、ＡＥセンサ１２に隣接して衝撃センサ２１を備えているので、ＡＥセンサ１２と衝撃センサ２１とで互いに異なる検出機能を利用した図１１に示すような判定テーブルに基づいて、溶接部５の異常の発生の有無を判定する。これにより、アクスル１に伝播する、例えば、クラック発生により生ずるＡＥ波、飛来物の衝突により生ずる衝撃波、走行時の振動等の中からＡＥ波を判別し、アクスル１の溶接部５における異常の発生の有無をより高い精度で検出することができる。
【００３７】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で以下のような様々な変形が可能である。
【００３８】
上記実施形態においては、報知部１６は、溶接部５にクラックが発生したことを車両の運転者に報知する例を挙げて説明したが、例えば、遠隔地にいる当該車両の管理者等へ通信手段を介して報知するようにしてもよい。この場合、車両にＧＰＳ等の現在位置特定手段を搭載することによって、管理者に車両の位置と共に報知することが可能となる。また、車両に搭載された積算メータ等の走行距離特定手段等と連携することにより、管理者に走行距離と共に報知することが可能となる。これにより、より緻密に車両の状態を管理することが可能となる。
【００３９】
上記実施形態においては、判定部１５は、所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されたか否かを判定し、溶接部５における異常の発生の有無を判定しているが、ＡＥセンサ１２が測定できる最大振幅の例えば２０％以上の振幅を有するＡＥ波が検出されたか否かを判定し、溶接部５における異常の発生の有無を判定してもよい。
【００４０】
上記実施形態の溶接部５の異常監視装置１０，１１０では、標本線を設定するにあたり標準偏差σを３倍した３σを設定したがこれ限定されるものではなく、例えば、標準偏差σを１．５倍した１．５σや標準偏差σを６倍した６σ等を設定してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…アクスル、２…シャフト本体、２ａ…開先部、３…スピンドル、３ａ…接合部、３ｂ…テーパ部、３ｃ…取付部、３ｄ…開先部、５…溶接部、１０…異常監視装置、１２…ＡＥセンサ、１３…信号処理部、１４…データベース部、１５…判定部、１６…報知部、１７…制御部、２１…衝撃センサ、１１０…異常監視装置。
【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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