(57)【要約】  車両用の管（１４）は、芳香族ポリアミドの層（２２）を含む。一例では、芳香族ポリアミドの外層（２４）は、層状芳香族ポリアミド（２２）に接合されている。別の例では、芳香族ポリアミドの層（２２）は、フィラーおよび改質剤（３４）を含んでおり、導電性である。フィラーおよび改質剤（３４）の例には、炭素粉末、カーボンナノチューブ、金属繊維、熱安定剤、衝撃緩和剤、またはこれらの混合物が含まれる。別の例では、芳香族ポリアミドの外層（２４）は、管（１４）にたわみ性を付与する波形外表面部分（７０）を含む。例示的方法は、芳香族ポリアミドのバリア層（２２）を押出成形すること、第２の芳香族ポリアミドバリア層（２４）を第１の芳香族ポリアミド層（２２）と同軸上に押出成形すること、および第２の芳香族ポリアミドバリア層（２４）を第１の芳香族ポリアミドバリア層（２２）に接合することを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導管を画定する芳香族ポリアミド層を含む管状材料を備える車両用管状材料。
【請求項２】
芳香族ポリアミド層に接合された熱可塑性材料の第２層を含む、請求項１に記載の車両用管状材料。
【請求項３】
熱可塑性材料の第２層は、芳香族ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、フルオロポリマー、ポリアミド、およびこれらの組合せの少なくとも１種を含む、請求項２に記載の車両用管状材料。
【請求項４】
熱可塑性材料の第２層は、外層の厚さを有する外層であり、管状材料は全厚さを有し、外層の厚さは全厚さの約５０％から約９５％を有する、請求項２に記載の車両用管状材料。
【請求項５】
芳香族ポリアミド層と熱可塑性材料の第２層との間に配置された熱可塑性中間層を含む、請求項２に記載の車両用管状材料。
【請求項６】
芳香族ポリアミド層は外表面を含み、熱可塑性材料の第２層は内表面を含み、熱可塑性材料の第２層の外表面は芳香族ポリアミド層の内表面に接触している、請求項２に記載の車両用管状材料。
【請求項７】
芳香族ポリアミド層の芳香族ポリアミドは、アミド基および芳香環を有する化学的な繰返し構成単位を含み、前記アミド基は前記芳香環と結合している、請求項１に記載の車両用管状材料。
【請求項８】
芳香族ポリアミド層の芳香族ポリアミドは、アミド基および芳香環を含み、前記アミド基の少なくとも一部は芳香環と結合している、請求項１に記載の車両用管状材料。
【請求項９】
アミド基の少なくとも５０％は芳香環と結合している、請求項８に記載の車両用管状材料。
【請求項１０】
芳香族ポリアミド層の芳香族ポリアミドは、衝撃緩和剤、熱安定剤、および着色顔料の少なくとも１種を含む、請求項８に記載の車両用管状材料。
【請求項１１】
芳香族ポリアミド層は、導電性材料を含み、約１０２から１０７Ω／ｓｑ．の間の表面電気抵抗率を有する、請求項１に記載の車両用管状材料。
【請求項１２】
導電性材料は、炭素粉末、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属繊維、金属粉末、およびこれらの混合物の少なくとも１種を含む、請求項１１に記載の車両用管状材料。
【請求項１３】
芳香族ポリアミド層は波形外表面を含む、請求項１に記載の車両用管状材料。
【請求項１４】
波形外表面部分を含む第１の熱可塑性材料の第１層と、
第１層に接合された、第２の熱可塑性材料の第２層
とを備え、第１の熱可塑性材料および第２の熱可塑性材料の少なくとも１つは芳香族ポリアミドを含む車両用管状材料。
【請求項１５】
第２層は第１層の波形外表面部分に対応する波形内表面部分および波形外表面部分を含む、請求項１４に記載の車両用管状材料。
【請求項１６】
第２層は非波形内表面部分および第１層の波形外表面部分に対応する波形外表面部分を含む、請求項１４に記載の車両用管状材料。
【請求項１７】
管状材料は長さを有し、第１層は第１の肉厚を有し、第２層は第２の肉厚を有し、第１の肉厚および第２の肉厚の一方は、管状材料の長さの全体にわたって本質的に一定であり、第１の肉厚および第２の肉厚の他方は、管状材料の長さ全体にわたって変化する、請求項１６に記載の車両用管状材料。
【請求項１８】
第１層は波形外表面部分に隣接する非波形外表面部分を含む、請求項１６に記載の車両用管状材料。
【請求項１９】
管状材料は長さを有し、前記長さは交互に非波形外表面部分および波形外表面部分を含む、請求項１８に記載の車両用管状材料。
【請求項２０】
第１層および第２層は両方とも芳香族ポリアミドを含む、請求項１４に記載の車両用管状材料。
【請求項２１】
芳香族ポリアミドを押出成形して導管を形成する芳香族ポリアミド層とするステップを含む、流体が管状材料の壁を通って浸透することを阻止するための方法。
【請求項２２】
第２芳香族ポリアミド層を芳香族ポリアミド層と同軸上に押出成形するステップと、前記第２芳香族ポリアミド層を前記芳香族ポリアミド層に接合するステップとを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
第２芳香族ポリアミド層と芳香族ポリアミド層との間に配置された熱可塑性中間層によって、第２芳香族ポリアミド層を芳香族ポリアミド層に接合するステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
芳香族ポリアミド層の上に波形外表面を形成するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
芳香族ポリアミド層を押出成形する前に、炭素粉末、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属繊維、金属粉末、熱安定剤、衝撃緩和剤、およびこれらの混合物の少なくとも１種を芳香族ポリアミドに添加するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
芳香族ポリアミドの第１層、および
芳香族ポリアミドの第１層に接合された芳香族ポリアミドの第２層
を備える車両用管状材料。
【請求項２７】
芳香族ポリアミドの第１層と芳香族ポリアミドの第２層との間に熱可塑性中間層を有する、請求項２６に記載の管状材料。
【請求項２８】
芳香族ポリアミドの第１層および芳香族ポリアミドの第２層の少なくとも１つは、衝撃緩和剤、熱安定剤、着色顔料、およびこれらの混合物の少なくとも１種を含む、請求項２６に記載の管状材料。
【請求項２９】
芳香族ポリアミドの第１層は芳香族ポリアミドの第２層に対する内層であり、芳香族ポリアミドの第１層は導電性材料を含み、約１０２から１０７Ω／ｓｑ．の間の表面電気抵抗率を有する、請求項２６に記載の車両用管状材料。
【請求項３０】
導電性材料は、炭素粉末、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属繊維、金属粉末、およびこれらの混合物の少なくとも１種を含む、請求項２９に記載の車両用管状材料。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、一般に、車両において使用される芳香族ポリアミド管状材料に関する。
【０００２】
車両は、さまざまな種類の管を利用している。管の種類は、車両システムの機能および動作環境によって決まる。
【０００３】
例えば、ゴム管は、エンジンの吸気マニホルドから真空ブレーキブースタまでの真空ブレーキシステムにおいて通常使用されている。この管が伝える真空は、ブレーキを掛けることを支援するパワーを提供する。真空ブレーキ管状材料は、真空ブレーキシステムの温度上昇に耐える性能がなければならず、エンジンが停止した後、燃料蒸気は吸気マニホルドから外に移動するので、燃料蒸気に対する耐性がなければならない。また、車両エンジンの冷却システムでは、水−グリコール冷却液を取り扱うためのゴム管が利用されている。エンジン冷却システムにおけるゴム管は、水−グリコール冷却液に接触しながら、エンジン冷却システムの温度上昇に耐えることができなければならない。
【０００４】
従来のゴム管は、強度および耐久性を付与するために、各層間に繊維強化されたゴムの層を通常いくつか含む。ゴム管は、マンドレルの上に内側のゴム層を押出成形することにより、通常製造される。しかし、ゴム管は、マンドレルを使用することなく製造することもできる。繊維強化材は、内層の外面の回りに編まれ、外側のゴム層は、繊維強化材の上に押出成形される。繊維強化材およびゴム層は、必要に応じて追加できる。次いで、管全体は、原料のポリマー材料を架橋エラストマーに変える硬化工程において硬化される。この工程の欠点は、骨が折れ、費用が掛かることである。
【０００５】
熱可塑性の管は、燃料システムにおいて使用され、燃料と接触している間、燃料システムに関連した温度上昇に耐えることができなければならない。燃料管は通常、普通品質のポリアミド（例えば、ＰＡ１２、ＰＡ６６、ＰＡ６１２、ＰＡ６など）、フルオロポリマー、またはエチレンビニルアルコールなどの材料から製造される熱可塑性の層を含む。ポリアミド管の欠点は、多くの非燃料車両に適用するための十分な耐熱性または耐薬品性を有し得ないことである。その結果、ポリアミド管は、極端な高温下で、または長時間高温に曝される条件下では劣化しうる。フルオロポリマーは、通常、ポリアミドおよびエチレンビニルアルコールより優れた耐熱性を有するが、より高価であり、加工がより困難である。
【０００６】
したがって、エラストマーの耐熱性および耐薬品性に加えて熱可塑性材料のすべての利点を提供する熱可塑性の管は、現代の車両システムで必要とされている。
【０００７】
発明の概要
車両用の管は、芳香族ポリアミドの層を含む。一例では、管は、熱安定性添加剤を含む単層の芳香族ポリアミドを含む。
【０００８】
別の例では、芳香族ポリアミドの層は、熱可塑性材料の別の層に接合されている。熱可塑性材料の層は、芳香族ポリアミドの層、またはポリプロピレン、ポリエチレン、フルオロポリマー、もしくはポリアミドの層でありうる。
【０００９】
別の例では、芳香族ポリアミドの外層は、芳香族ポリアミドの内層に接合され、芳香族ポリアミドの外層は、管にたわみ性を付与する波形外表面部分を含む。
【００１０】
例示的方法には、芳香族ポリアミドバリア層を押出成形することが含まれる。別の例では、第２の芳香族ポリアミドバリア層は、芳香族ポリアミドバリア層と同軸上に押出成形され、芳香族ポリアミドバリア層と第２芳香族ポリアミドバリア層との間にある熱可塑性中間層を用いて、芳香族ポリアミドバリア層に接合される。
【００１１】
好ましい実施形態の詳細な説明
図１は、管１４を有する車両システム１２を含む車両１０を示す。車両システム１２は、エンジン冷却システム、空調システム、トランスミッションオイル冷却システム、燃料システム、または真空ブレーキシステムでありうる。しかし、車両システムのこのリストは非排他的であり、他の種類の車両システムも使用できることを理解すべきである。管１４は、化学薬品（すなわち、車両用流体）と接触すること、および／または高温に曝されることを含む、車両システム１２のさまざまな条件下で動作する。
【００１２】
示された例において、管１４の主要な機能は、車両システム１２において、例えば燃料などの車両用流体を運搬および輸送することである。管１４の所望の寿命の間、適切な機能を維持するために、管１４は、その用途に要求される、車両用液体に対する耐薬品性および高温に対する耐熱性を有する。
【００１３】
図２は、単層２２を有する管１４の実施形態の第１の例を示す。層２２は、車両用液体を運搬および輸送できる導管２８を画定する内表面２６を含む。層２２は、芳香族ポリアミドから作製され、アミド基（化学基ＣＮＯＨ２を指す）および芳香環を含む。アミド基の少なくとも一部は芳香環と結合している。本明細書において使用される芳香環は、環状構造（通常、ベンゼン環と呼ばれる）内に配置された６個の炭素原子を含む芳香族ポリアミドの分子構造の一部を指す。
【００１４】
管１４において芳香族ポリアミドを使用すると、以前から知られている管と比べて、高温耐熱性の向上、耐薬品性の向上、および管１４内を通る車両用流体に対する耐浸透性の向上という利益がもたらされる。
【００１５】
一例では、芳香族ポリアミドは、少なくとも５０％の、芳香環に結合しているアミド基を有する。これによって、耐熱性および耐薬品性の望ましい釣り合いが実現できる。別の例では、芳香族ポリアミドは、化学的繰返し構成単位が、芳香環と結合しているアミド基を含んでいることを特徴とする、化学的繰返し構成単位によって表すことができる。
【００１６】
別の例では、管１４を形成するのに、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ；商標）（ウィルミントン、デラウェア州）から市販されているＺｙｔｅｌ（商標）ＨＴＮ（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｎｙｌｏｎ：高融点ナイロン）が用いられている。Ｓｏｌｖａｙ（商標）Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ（オーバンヒルズ、ミシガン州）から市販されているポリフタルアミド、または（株）クラレから市販されているポリアミド９Ｔが、管１４を形成するのに代替として使用できる。しかし、芳香族または半芳香族ポリアミドの代替原料も使用できることを理解すべきである。
【００１７】
示された例において、層２２は、芳香族ポリアミドおよびフィラーまたは改質剤３４の複合材料から製造されている。芳香族ポリアミド複合材料を形成するのに使用されるフィラーおよび改質剤３４の例には、炭素粉末、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属繊維、熱安定剤、衝撃緩和剤、顔料、およびこれらの組合せが含まれる。フィラーおよび改質剤３４は、例えば、管１４の電気伝導率、強度、耐衝撃性、外観、伸長、および／または耐熱性を向上させる。
【００１８】
一例では、層２２の芳香族ポリアミドは、０．１ｗｔ％から１０ｗｔ％の酸化防止熱安定剤、１ｗｔ％から５０ｗｔ％のエラストマーまたは熱可塑性オレフィン衝撃緩和剤、および０．０１ｗｔ％から１５ｗｔ％の粉末または染料タイプの顔料を含む。酸化防止熱安定剤は、管１４を成形する間、管１４を使用する間、またはこれらの両方の間の芳香族ポリアミドの耐熱性を高める。エラストマーまたは熱可塑性オレフィン衝撃緩和剤は、管１４の耐衝撃性を増大させる。粉末または染料タイプの顔料は、層２２の美的外観を高める。知られているように、粉末または染料タイプの顔料は、主として外観のために添加されるが、粉末または染料を添加することによって、層２２の電気的、機械的、またはその他の性質を若干変化させることができる。
【００１９】
管１４の一例では、フィラーおよび改質剤３４は、層２２の電気的性質を高めるために使用され、層２２の表面電気抵抗は、およそ１０２から１０７Ω／ｓｑ．の間にある。例えば、燃料を輸送する車両システム１２（図１）においては、静電気が電気的に散逸することは望ましい特徴でありうる。管１４の電気抵抗率を高めるための望ましいフィラーおよび改質剤３４には、芳香族ポリアミド材料に有効量で添加された炭素粉末、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属繊維、およびこれらの混合物が含まれる。フィラーおよび改質剤３４の量は、フィラーおよび改質剤３４が全く含まれていない芳香族ポリアミドと比べて、芳香族ポリアミド複合材料の特性を変化させるのに十分な量である。一例では、カーボンブラックを芳香族ポリアミドに添加して、芳香族ポリアミド層の電気抵抗率を変化させる。
【００２０】
図３は、層２２および内表面３０を有する外層２４を含む、管１４の実施形態の第２の例を示す。外層２４は、層２２の外表面３２に接合されている。一例では、層２２および外層２４のそれぞれは、芳香族ポリアミドから作製されている。別の例では、外層２４は、他の熱可塑性材料、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、フルオロポリマー、およびポリアミドなどから作製されている。芳香族ポリアミドは、上述の如く、アミド基および芳香環を含み、アミド基の少なくとも一部は芳香環と結合している。以前から知られている管は単一のバリア層（例えば、フルオロポリマー）のみを含んでいるのに対して、層２２および外層２４の両方に芳香族ポリアミドを使用することにより、少なくとも燃料の一部が管１４を通って浸透することを阻止する２つのバリア層を有するという利益がもたらされる。
【００２１】
一例では、層２２および外層２４の少なくとも１つの芳香族ポリアミドは、上述の如く、少なくとも５０％の、芳香環と結合しているアミド基を有する。これにより、耐熱性および耐薬品性の望ましい釣り合いを実現することができる。
【００２２】
別の例では、層２２は、上述の如く、フィラーおよび改質剤３４を含む。他の例では、外層２４もまた、フィラーおよび改質剤３４を含み、例えば、管１４の電気伝導率、強度、耐衝撃性、伸長、および／または耐熱性を高める。
【００２３】
管１４は、対応する全厚さを有し、層２２および外層２４のそれぞれは、対応する厚さを有する。一例では、外層の厚さは、管１４の全厚さの５０％から９５％である。これにより、より高価なフィラーおよび改質剤３４を使用して、例えば層２２を導電性にし、管１４の費用を削減するという利益をもたらすことができる。
【００２４】
層２２および外層２４は、既知の共押出し法により成形される。当業者であれば、芳香族ポリアミド層を共押出しするために必要な技術を理解することであろう。
【００２５】
図４は、層２２、外層２４、および層２２と外層２４との間に挿入された中間層４８を含む管１４の実施形態の第３の例を示す。中間層４８は、外層２４の内表面３２を層２２の外表面３０に接合する、接着剤としての役割を果たす。
【００２６】
一例では、層２２および外層２４のそれぞれは、芳香族ポリアミドから作製されている。外層２４はまた、他の熱可塑性材料、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、フルオロポリマー、およびポリアミドなどから作製できる。一例では、層２２は、上述の如く、フィラーおよび改質剤３４を含む。他の例では、外層２４もまた、フィラーおよび改質剤３４を含み、例えば、管１４の電気伝導率、強度、耐衝撃性、伸長、および／または耐熱性を向上させる。
【００２７】
中間層４８は、例えば、フッ化ポリビニリデン、エチレンクロロトリフルオロエチレン、エチレンテトラフルオロエチレン、ポリアミド、改質ポリアミド、ポリオレフィン、エチレンビニルアルコール、ポリエステル、ポリブチレンナフタレート、その他の熱可塑性材料、またはこれらの組合せなどの、熱可塑性材料から作製されている。一例では、中間層４８は、層２２および外層２４を互いに接合すること、および車両用流体が管１４を通って浸透することに対する追加のバリア層としての役割を果たすこと、という二重の機能を提供する。
【００２８】
図５は、波形配置の層２２および外層２４を含む管１４の第４の例を示す。層２２および外層２４は、上述の如く、芳香族ポリアミドから作製されている。一例では、層２２は、上述の如く、フィラーおよび改質剤３４を含む。他の例では、外層２４もまた、フィラーおよび改質剤３４を含み、例えば、管１４の電気伝導率、強度、耐衝撃性、伸長、および／または耐熱性を向上させる。
【００２９】
外層２４は、管１４にたわみ性を付与する、少なくとも１つの波形７０を有する波形の外側部分６８を含む。波形７０は、他の形状も可能であるが、一般にＵ字形であり、高さ７２、長さ７４、半径７３、および厚さ７８ａを有する。この例では、波形７０は、管１４の全厚さ７８の至る所に広がっている。すなわち、層２２および外層２４のそれぞれの厚さは、管１４の全長にわたって本質的に一定である。別法として、第５の実施形態では、層２２は、図６で示した如く、同様の波形配置で厚さ７８ｂを有する単層として利用できる。
【００３０】
図７は、層２２および波形配置の外層２４を含む管１４の第６の例を示す。層２２および外層２４は、上述の如く、芳香族ポリアミドから作製されている。一例では、層２２は上述の如く、フィラーおよび改質剤３４を含む。他の例では、外層２４はまた、フィラーおよび改質剤３４を含み、例えば、管１４の電気伝導率、強度、耐衝撃性、伸長、および／または耐熱性を向上させる。
【００３１】
外層２４は、たわみ性を付与する、少なくとも１つの波形９６を有する波形の外側部分９４を含む。波形９６は、他の形状も可能であるが、一般にＵ字形であり、高さ９８、長さ１００、半径１０２、および厚さ１０４ａを有する。この例では、波形９６は、管１４の全厚さ１０４にわたっては延在していない。すなわち、層２２は、波形の外表面部分１０６および非波形の内表面部分１０８を含んでいる。別法として、層２２は、図８に示された第７の実施形態で例示されているように、層２２および対応する厚さ１０４ｂのみを有する、類似の波形配置において利用できる。
【００３２】
図９は、層２２および層２２に接合された外層２４を含む管１４の第８の例を示す。層２２および外層２４は、上述の如く、芳香族ポリアミドから作製されている。一例では、層２２は、上述の如く、フィラーおよび改質剤３４を含む。他の例では、外層２４もまた、フィラーおよび改質剤３４を含み、例えば、管１４の電気伝導率、強度、耐衝撃性、伸長、および／または耐熱性を向上させる。
【００３３】
外層２４は、交互に波形外表面部分１１４および非波形外表面部分１１６を含む。示された例では、波形外表面部分１１４は、３つの波形１１８を含むが、追加のまたはより少数の波形１１８もまた使用できることを理解すべきである。交互に波形になっている外表面部分１１４および非波形外表面部分１１６は、管１４のたわみ性を調整するという利益をもたらすことができる。すなわち、交互に波形になっている外表面部分１１４および非波形外表面部分１１６は、完全に波形になっている管のたわみ性と、全く波形になっていない管のたわみ性との中間のたわみ性をもたらすことができる。図６および８に示された例と同様に、交互に波形になっている外表面部分１１４および非波形外表面部分１１６はまた、単層配置においても利用できる。
【００３４】
図５〜９の例は、例えば、車両１０における障害物の周囲において管１４を組み立てるかまたは曲げるためにたわみ性が望ましい車両システム１２（図１）において、利益をもたらすことができる。
【００３５】
本発明の芳香族ポリアミド管１４に対するいくつかのその他の利点がある。１つは、管は、耐薬品性、耐熱性、および車両用流体の耐浸透性をもたらし、車両のボンネット下の過酷な環境に耐えることができる。管はまた、リサイクルすることができ、ゴムまたはその他のプラスチック管よりも費用が掛からず、重量が軽くなりうる。
【００３６】
本発明を例示的に記述してきたが、使用された術語は、限定的性質ではなく、記載された単語の性質を持つように意図されていることを理解すべきである。開示された実施例のさまざまな変更形態および変形形態が、上述の教示に照らして可能である。したがって、添付の特許請求の範囲内で、本発明は、具体的に記述されたやり方とは別のやり方で実施できることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、管を有する車両を略図的に示す図である。
【図２】図２は、芳香族ポリアミド管状材料の第１の例の断面図を略図的に示す図である。
【図３】図３は、芳香族ポリアミド管の例の第２実施形態の断面図を略図的に示す図である。
【図４】図４は、芳香族ポリアミド管の例の第３実施形態の断面図を略図的に示す図である。
【図５】図５は、波形芳香族ポリアミド管の第４の例の断面図を略図的に示す図である。
【図６】図６は、波形芳香族ポリアミド管の第５実施形態の断面図を略図的に示す図である。
【図７】図７は、波形芳香族ポリアミド管の第６実施形態の断面図を略図的に示す図である。
【図８】図８は、波形芳香族ポリアミド管の第７実施形態の断面図を略図的に示す図である。
【図９】図９は、波形芳香族ポリアミド管の第８実施形態の断面図を略図的に示す図である。
【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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【国際調査報告】
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