(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノフィラメントを押出成形することにより、プラスチックから成る表面構造化された歯ブラシ用の剛毛材料を製造するための方法であって、この場合、モノフィラメントの主成分を成す、熱溶融された第１のプラスチック材料に、押出成形の前または押出成形の間に、第１のプラスチック材料よりも高い熱強度を有する第２のプラスチック材料から成る顆粒を混加し、しかも該顆粒の粒度を、モノフィラメントが後続のドラフト加工時に、顆粒がほとんど配置されていない横断面または顆粒が全く配置されていない横断面において、多量の顆粒を有する横断面におけるよりも強力な横方向収縮を受けるように設定し、顆粒粒子の厚さが、剛毛材料の直径の１０〜５０％であることを特徴とする、プラスチックから成る表面構造化された歯ブラシ用の剛毛材料を製造するための方法。
【請求項２】
顆粒の第２のプラスチック材料の研磨性が、最大でも第１のプラスチック材料の研磨性に相当している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
モノフィラメントをドラフト加工後に冷却し、引き続きさらにドラフト加工して、安定化する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
顆粒を剛毛材料の全重量の５〜３０％の量で混加する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
顆粒を第１のプラスチック材料に埋め込み、該第１のプラスチック材料によってほぼ完全に覆う、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
顆粒が、球状および／または角柱状の粒子から成っている、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
押出成形されたモノフィラメントを所定の長さに切断することによって顆粒を製造する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
プラスチックを粉砕することによって顆粒を製造する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
顆粒をばり取りする、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
ばり取りを熱的および／または機械的に行う、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
顆粒を押出成形時に溶融させない、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
顆粒を押出成形時に表面溶融させる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
顆粒を、該顆粒を取り囲む第１のプラスチック材料と表面溶着する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
顆粒の第２のプラスチック材料が、第１のプラスチック材料よりも硬い、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
顆粒の第２のプラスチック材料が、第１のプラスチック材料よりも軟らかい、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
第１のプラスチック材料が透明または半透明である、請求項１から１５までいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
第１のプラスチック材料および／または第２のプラスチック材料が、充填物で充填されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
主成分を成す第１のプラスチック材料を有する、表面構造体を備えた剛毛において、第１のプラスチック材料に、第２のプラスチック材料から成る顆粒が、第１のプラスチック材料にほぼ完全に覆われるように埋め込まれており、第２のプラスチック材料が、第１のプラスチック材料よりも高い熱強度を有しており、第２のプラスチック材料から成る顆粒が、剛毛の表面に、剛毛表面の横方向収縮によって生ぜしめられた所定の構造化パターンを形成していることを特徴とする、表面構造体を備えた歯ブラシ用の剛毛。
【請求項１９】
顆粒の第２のプラスチック材料の研磨性が最大でも、第１のプラスチック材料の研磨性に相当している、請求項１８記載の剛毛。
【請求項２０】
顆粒が、剛毛の全重量の５〜３０％の量で混加されている、請求項１８または１９記載の剛毛。
【請求項２１】
顆粒粒子の厚さが、剛毛の直径の１０〜５０％である、請求項１８から２０までのいずれか１項記載の剛毛。
【請求項２２】
顆粒が、球状および／または角柱状の粒子から成っている、請求項１８から２１までのいずれか１項記載の剛毛。
【請求項２３】
顆粒が、第１のプラスチック材料と表面溶着されている、請求項１８から２２までのいずれか１項記載の剛毛。
【請求項２４】
顆粒の第２のプラスチック材料が、第１のプラスチック材料よりも硬く形成されている、請求項１８から２３までのいずれか１項記載の剛毛。
【請求項２５】
顆粒の第２のプラスチック材料が、第１のプラスチック材料よりも軟らかく形成されている、請求項１８から２３までのいずれか１項記載の剛毛。
【請求項２６】
第１のプラスチック材料が、透明または半透明に形成されている、請求項１８から２５までのいずれか１項記載の剛毛。
【請求項２７】
剛毛束にまとめられた多数の剛毛を備えた歯ブラシにおいて、請求項１８から２６までのいずれか１項記載の少なくとも幾つかの剛毛を有していることを特徴とする歯ブラシ。
【請求項２８】
請求項１８から２６までのいずれか１項記載の個々の剛毛を備えた歯間クリーナ。
【発明の詳細な説明】
本発明は、表面構造体を備えた剛毛およびモノフィラメントの押出成形によってプラスチックから成る、表面構造化された剛毛材料を製造するための方法に関する。さらに本発明は、少なくとも部分的に、表面構造化された剛毛を備えたブラシ、特に歯ブラシまたは歯間クリーナに関する。
以下において本発明を剛毛および剛毛材料との関連において説明するが、しかし本発明は当然ながら織布、マット、フィルタ等に加工することのできるモノフィラメントをも包含する。さらに本発明は、刷毛、研磨パッド、研削パッドまたはクリーニング器具、アプリケーション器具、研磨器具または研削器具においても使用され得る。
押出形成されるプラスチックから成る剛毛の表面は、その製造法に基づき通常、平滑に形成されている。このような剛毛は任意の種類のブラシ製品においては、まず主として剛毛の自由端部によってそのブラシング作用を発揮する。この自由端部は汚染された面を裂開させて、掻取り動作および削取り動作によって汚れを除去する。押圧力が高められると、剛毛は折れ曲がって、剛毛の外周面が有効となる。剛毛は表面全体をソフトに擦過するように滑らかにスライドする。刷毛を用いてインキ等を塗布する場合にも、剛毛は湾曲させられるので、剛毛はその自由端部だけではなく、その外周面でも、処理したい表面に接触する。このような理由から、久しく以前より、剛毛の外周面を構造化するか、もしくは異形成形することにより、剛毛の外周面を表面処理のために利用するという思想が存在している。
ドイツ民主共和国特許第３２９６３号明細書および米国特許第６４２７０５号明細書に基づき、剛毛もしくは剛毛材料の外周面に研磨粒子を被着させることが知られている。この場合、この研磨粒子は表面溶融された剛毛材料に埋め込まれる。このような方法は極めて手間がかかるだけでなく、外側に位置する研磨粒子が特に剛毛の使用時に生じる撓みに基づきルーズになることも判っている。さらに、このような剛毛は高い研磨性を有していて、ひいては極めてアグレッシブであるので、このような剛毛を人間の歯や身体の手入れのために常に使用することができるわけではない。
既に挙げた米国特許第２６４２７０５号明細書、英国特許第１３２７３２９号明細書および特にドイツ連邦共和国特許出願公開第２０３７６７４号明細書に基づき、剛毛のプラスチック材料に研磨粒子を混入することが知られている。この場合、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２０３７６７４号明細書の記載によれば、酸化アルミニウム、細断されたガラス繊維、アスベスト粒子またはセラミック材料から成る無機研磨粒子またはダイヤモンド粒子の形の研磨粒子が使用される。これらの研磨粒子は、研磨粒子を取り囲む周囲のプラスチック材料よりも著しく大きな硬度を有しているので、極めて強力な研削作用が生ぜしめられるが、このような研削作用は多くの使用事例においては望ましいとされていない。多くの場合、研磨粒子は、剛毛表面にも接するか、もしくは剛毛表面をも貫通するような高い含有率で組み込まれる。さらに経験によれば、このような埋め込まれた研磨粒子は時間の経過と共に剛毛の表面における磨滅によって裸出され、これにより剛毛の研磨性が著しく高められてしまうことが判っている。したがって、このような剛毛を人間の歯や身体の手入れのために使用することは不可能となる。なぜならば、これによって、使用者の皮膚、歯または粘膜を損傷させる大きな危険が生じるからである。たとえば歯から歯垢を除去するか、または床面または路面から汚れを除去するためには、研磨材料による研削作用はほとんど必要とされず、むしろ「掃除作用」が必要とされる。このことは表面構造体もしくはトポグラフィ（Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｅ）によって達成されると思われる。研磨粒子が混入される場合、比較的大きな粒子が使用される場合にしか、このよな表面構造体を達成することができない。たしかに、このように大きな粒子を有する剛毛の掃除特性は十分となるが、しかし表面に突設された大きな研磨粒子は同時に高い研磨性をも生ぜしめる。さらに、大きな研磨粒子の沈積によって剛毛が著しく弱められるので、このような剛毛は不十分な強度しか有しない。
さらに、工具を用いて剛毛側縁を構造化することにより、剛毛の表面を機械的に粗面化することも知られている（米国特許第３３２５８４５号明細書、米国特許第３２２９３４７号明細書）。剛毛側縁の粗面化は研削装置を用いるか、またはサンドブラストによって行うことができる。しかしこの場合には、剛毛内に長手方向で配列された分子が裂開され、これによって剛毛が弱められるという欠点が生じる。その上、このような方法は極めて手間がかかる。加工後に表面は房状または繊維状にほつれる。これにより、剛毛材料の一部が剥がれる危険が生じる。したがって、このようにして規定の表面トポグラフィを得ることは不可能であることが判った。
フランス国特許出願公開第２４５０５８０号明細書に基づき、液体の貯え能力を高める目的で剛毛に、隆起部状または真珠状の拡径部と、付加的に剛毛の長手方向に延びる溝とを設けることが知られている。このことは、モノフィラメントをその最終ドラフト加工の前に洗浄プロセスに施すことによって達成される。この場合にも、規定された表面トポグラフィを達成することはできない。
欧州特許出願公開第０３６０９３８号明細書には、剛毛材料に膨張材を埋め込み、この膨張材の膨張によって表面粗さを得ることが提案されている。しかし、全剛毛ストランドに形成される室もしくは気泡により、剛毛剛性の著しい減少が生ぜしめられる。さらに、裂開された気泡に基づき剛毛表面が不均一となるので、剛毛表面は、有効な掃除のために必要となる規定の構造体深さもしくはトポグラフィを有していない。
本発明の課題は、予め規定された研磨性または極めて僅かな研磨性しか有しないが、しかし高められた掃除作用を有するような、予め規定された表面トポグラフィを有する剛毛もしくは剛毛材料を提供することである。さらに本発明の課題は、このような剛毛が簡単に製造可能となるような、剛毛材料を製造するための方法を提供することである。
この課題は本発明によれば、押出成形されたモノフィラメントの主成分を成す、熱溶融された第１のプラスチック材料に、押出成形の前または押出成形の間に、第１のプラスチック材料よりも高い熱強度を有する第２のプラスチック材料から成る顆粒を混加することにより解決される。第２のプラスチック材料として熱可塑性の材料が使用される場合には、この材料は、比較的高い融点を有する。択一的に別のプラスチック材料が使用される場合には、このプラスチック材料が液化しないか、または少なくとも第１のプラスチック材料よりも早く液化しないことが確保されていなければならない。顆粒の粒度は、モノフィラメントが後続のドラフト加工時に、顆粒がほとんど配置されていない横断面または顆粒が全く配置されていない横断面において、多量の顆粒を有する横断面におけるよりも強力な横断面減小もしくは横方向収縮を受けるように設定されている。この場合、顆粒は研磨粒子として働くのではなく、単に横方向収縮を局所的に妨げるための成形体または抵抗体として働くに過ぎない。
本発明による方法では、良く知られているようにポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンまたはこれに類するものであってよい第１のプラスチック材料が、押出成形装置において加熱され、これにより流動性にさせられる。次いで、押出成形時または押出成形前に、第２のプラスチック材料から成る顆粒が、剛毛材料の全重量の有利には５〜３０％の量で混加される。顆粒粒子の寸法および形状は、所望の表面構造に関連している。寸法は変動してよいが、しかし過度に小さく設定されないことが望ましい。本発明の有利な実施態様では、１つの顆粒粒子の大きさが、剛毛材料の直径の１０〜５０％である。
顆粒の第２のプラスチック材料は、主成分を成す第１のプラスチック材料よりも高い熱強度もしくは高い融点を有しているので、第２のプラスチック材料は第１のプラスチック材料の熱を受けても溶融しないか、またはせいぜい表面溶融するに過ぎないので、顆粒粒子は押出成形時にそれ自体固形の封入物として、流動性の第１のプラスチック材料内に含まれていることになる。
本発明によれば、顆粒もプラスチックから成っている。これによって次のような利点が得られる。すなわち、たとえば押出成形されたモノフィラメントを製造して、所望の長さに分断することにより、顆粒を簡単に製造することができる。この場合、顆粒粒子の長さをモノフィラメントの直径に等しく設定するか、またはモノフィラメントの直径よりも長く設定すると有利であることが判っている。しかしこれに対して択一的に、顆粒をプラスチックの粉砕によって製造することも可能である。比較的均一な粒度を得るためには、汎用の方法で顆粒を篩過程によって選別することができる。
顆粒がばり取りされると有利であることが判った。特にモノフィラメントを所望の長さに分断することによって製造された顆粒では、比較的鋭利な縁部が生じて、剛毛摩耗時に外方に突出する恐れがある。ばり取りによって、このような鋭利な縁部が取り除かれる。ばり取りは、熱的にかつ／または機械的に行うことができる。熱によるばり取りの場合、顆粒が表面溶融されるので、鋭利な縁部は消滅する。択一的には、顆粒を第１のプラスチック材料に混加する前にこの顆粒をバレル内で表面処理し、これにより鋭利な縁部を除去することも可能である。
顆粒としては、その分子構造に基づきこれまで剛毛製造のためには使用することのできなかったような、比較的高い耐熱性を有するプラスチックを使用することもできることが判った。なぜならば、本発明により製造された剛毛材料の工業的価値は、顆粒の材料によって大きな影響を受けるものではないからである。
第１のプラスチック材料が、混加された顆粒と共に押出し機のノズルを通じてプレスされて、流出するモノフィラメントが、ノズルからの流出速度よりも高い速度で引き出されると、モノフィラメントの第１のドラフト加工、つまり延伸加工が行われる。しかし、引張力は第１のプラスチック材料においてしか有効にならない。なぜならば、顆粒粒子は第１のプラスチック材料中に、ほぼ自由に運動可能に含有されているからである。ドラフト加工によって、第１のプラスチック材料のもつれた分子は長手方向に配列され、モノフィラメントの直径は横方向収縮によって減径される。ただし、直径の減径が全長にわたって均一に行われるのではなく、顆粒粒子が横方向収縮を妨げるので、顆粒粒子が存在する範囲では、顆粒粒子が配置されていない範囲におけるよりも小さな横断面減小しか生じない。したがって、ドラフト加工により、モノフィラメントの所定の表面構造が得られる。
表面構造体を備えた、まだ流動性のモノフィラメントは、引き続き公知の形式で冷却され、これによりモノフィラメントは強固にされる。モノフィラメントは引き続き別のドラフト加工に施されると有利である。このドラフト加工により、モノフィラメントは数倍の長さにまで延伸され、特に一層減径される。このとき、第１のプラスチック材料の長手方向配列された分子は破壊されない。最後に、汎用の手段でモノフィラメントもしくは剛毛材料の安定化を行うことができる。
本発明のさらに別の有利な実施態様では、顆粒の第２のプラスチック材料の研磨性が最大でも、第１のプラスチック材料の研磨性に等しい。これにより、モノフィラメントの外周面に顆粒粒子が配置されているのかどうか、あるいは場合によってはどの程度に配置されているのか、またはモノフィラメントの外周面で顆粒粒子が作用しているのかどうか、あるいは場合によってはどの程度に作用しているのか、という条件に関連して剛毛材料の研磨性が決定されることが信頼性良く阻止されている。剛毛側縁もしくは外周面が時間の経過と共に磨耗し、これによって顆粒粒子が外周面に接するような場合でも、剛毛は最大でも、主成分を成す第１のプラスチック材料と同じ磨耗性しか有していない。
本発明のさらに別の有利な実施態様では、顆粒が第１のプラスチック材料に埋め込まれて、この第１のプラスチック材料によってほぼ完全に覆われる。このことは、顆粒を押出機中で第１のプラスチック材料によって湿らし、しかもこの場合、ノズルからの流出時に顆粒が第１のプラスチック材料によってほぼ完全に覆われるようにすることによって達成される。したがって、モノフィラメントは、ほぼ完全に第１のプラスチック材料によって形成された外周面を有している。
範囲毎に横方向収縮の程度を異ならせることによって生ぜしめられる表面トポグラフィは顆粒粒子の形状に関連し、しかもこの形状に模倣することが判った。顆粒は種々異なるトポグラフィを得るために球状、直方体状または角柱状に形成されているか、または種々異なる形状の粒子の混合物を有していてもよい。
既に述べたように、顆粒を押出成形過程において溶融させないようにすることができるので、顆粒粒子は第１のプラスチック材料内で、それ自体固形の形状安定的な封入物を形成する。これに対して択一的に、プラスチックから成る顆粒を押出成形時に表面溶融させることも可能である。その場合、この顆粒は周囲の第１のプラスチック材料と共に固い結合を形成して、表面溶着される。しかしこの場合、顆粒が完全に溶融しないことが確保されていなければならない。なぜならば、さもないと顆粒が第１のプラスチック材料と混合してしまうからである。表面溶融によって、他方においてはばり取りを達成することができる。
第１のプラスチック材料および第２のプラスチック材料のためには、互いに良好に溶着する熱可塑性のプラスチックから成る材料組合せが使用されると有利である。特に歯ブラシの場合には、剛毛の第１のプラスチック材料のためにナイロン６．１２をポリフェニレンスルフィドから成る顆粒と組み合わせることが有利であることが判った。この場合、ナイロン６．１２の融点（２１８℃）とポリフェニレンスルフィドの融点（２６０℃）との間の融点差が特に有利であることが判った。
第１のプラスチック材料も、顆粒の第２のプラスチック材料も、充填材で充填されているか、または充填されていなくてもよい。
第１のプラスチック材料に比較的少量の顆粒が混加されると、表面構造化パターンが最も良く見えることが判った。しかしこれによって他方においては、表面隆起部の数が減少することに基づき研磨性も減少する。このような場合には、第１のプラスチック材料に充填材を添加することにより、研磨性を再び増大させることができる。こうして、充填材によって軽度の研磨性を付与された、良好な表面構造を備えた剛毛を得ることができる。
特定の使用事例においては、顆粒が、第１のプラスチック材料よりも硬い材料から成っていると有利となる。この場合には、表面構造の形成が助成されて、永続的に維持されるので有利である。しかしこれに対して択一的に、顆粒が第１のプラスチック材料よりも軟らかい材料から成ることも可能である。これにより、特に敏感な範囲、たとえば歯茎や歯間隙を処理するための装置において好都合となるような、よりフレキシブルな表面構造が形成される。この目的のためには、顆粒がゴムに似た材料から成っていることが可能である。
特定の使用領域に関しては、本発明による剛毛が掃除作用を発揮するものであることを使用者が十分に認識し、本発明による剛毛の誤った使い方をしないことが確保されていなければならない。このことは本発明のさらに別の有利な実施態様によれば、第１のプラスチック材料を透明または半透明に形成することにより達成することができる。したがって、使用者は第１のプラスチック材料を通じて、有利には第１のプラスチック材料とは異なる色を有する覆われた顆粒に気づくことができる。また、場合によっては形状、大きさおよび作用の点で種々異なるタイプの顆粒を視覚化するためにも、顆粒を種々異なる色で、透明または半透明な第１のプラスチック材料に埋め込むことができる。
さらに、上記課題を解決するために本発明の剛毛の構成では、該剛毛が、主成分を成す第１のプラスチック材料と、該第１のプラスチック材料にほぼ完全に覆われるように埋め込まれた第２のプラスチック材料から成る顆粒とから成っており、該顆粒が、剛毛の表面に所定の構造化パターンを形成しているようにした。この場合にも、顆粒の第２のプラスチック材料の研磨性は最大でも、第１のプラスチック材料の研磨性に相当していると有利である。このような剛毛を用いると、所望のマッサージ作用およびクリーニング作用が充填材もしくは顆粒によって決定されるのではなく、顆粒の粒度設定に基づき得られる剛毛の表面構造体によって決定される。当該剛毛の別の特徴および利点は、上で説明した方法の場合と同様である。たとえば幾つかの歯間クリーナにおいて使用されるようなモノフィラメントも、上で述べた特徴および利点を有することができる。
剛毛もしくはモノフィラメントは任意の横断面形状を有していてよく、特に円形、楕円形、三角形、四角形、星形等であってよい。
さらに本発明は、場合によっては剛毛束にまとめられた多数の剛毛を備えたブラシ、特に歯ブラシまたは歯間クリーナに関する。この場合、剛毛の少なくとも幾つかが本発明により形成されている。ブラシの作用を所定の枠条件に適合させ得るためには、本発明による剛毛を別の配置構成の剛毛と組み合わせて、一緒に加工することもできる。また、唯一つのモノフィラメントからのみ成る歯間クリーナも知られている。本発明はこのような歯間クリーナをも包含していると望ましい。その場合、このような歯間クリーナでは、モノフィラメントが本発明により形成されている。
上記ブラシの他に、本発明は、改善されたインキ保持能力を得るための刷毛、良好なクリーニング能力および脱脂能力を得るためのヘアブラシ、改善された擦り作用を有するマッサージブラシ、高められた汚れ収容能力を得るための手動式および機械作動式のほうき、表面トポグラフィによる高められた効率を有する研磨および研削のためのパッド、ならびに織り、編みまたはその他の手段によって剛毛またはモノフィラメントから製造されたマット、クリーニング器具、アプリケータ、研磨器具または研削器具において使用することもできる。さらに本発明は、構造化に基づき増大したモノフィラメント表面積を有するフィルタにおいて実現することもできる。
以下に、本発明の実施例を第１図〜第３図につき詳しく説明する。
第１図は押出成形後のモノフィラメントの縦断面図であり、
第２図はプレドラフト加工後のモノフィラメントの縦断面図であり、
第３図は別のドラフト加工後のモノフィラメントの縦断面図である。
第１図に示したように、モノフィラメント１０は押出機の押出ノズルからの流出直後に、平滑な外周面１３を備え、ほぼ全長にわたって均一な横断面を有している。この場合、モノフィラメント１０の主成分を成す第１のプラスチック材料１１には、第２のプラスチック材料から成る複数の顆粒粒子１２が不規則的な配置で埋め込まれている。図示の実施例では、顆粒粒子１２の一部は球体形状を有していて、一部は直方体形状を有している。第１のプラスチック材料１１は流動性であるのに対して、顆粒粒子１２はそれ自体安定した固形の封入物を形成している。モノフィラメント１０は押出ノズルからの流出後にプレドラフト加工（予延伸加工）され（第１図の矢印参照）、これによりモノフィラメント１０は横方向収縮に基づく横断面減小を受ける。しかし顆粒粒子１２はこの横方向収縮を範囲毎に妨げるので、顆粒粒子１２が配置されていない横断面または少数の顆粒粒子１２しか配置されていない横断面は、比較的多数の顆粒粒子１２が存在している横断面よりも大きな横方向収縮を受ける。これにより、モノフィラメント１０の全長にわたって変化する不均一な横断面形状および横断面寸法が生ぜしめられるので、外側では外周面１３に、第２図に示したような構造化パターンが形成される。
冷却後に、モノフィラメント１０はもう一度ドラフト加工され（第２図の矢印参照）て、それまでの長さの数倍にまで延伸される。この場合、横方向収縮によって横断面はさらに減小するが、この場合にも横方向収縮がやはり顆粒粒子によって妨げられる。第３図には、これによって増幅された、モノフィラメント１０の外周面１３の構造化パターンが示されている。この場合、形成される表面トポグラフィは顆粒粒子の形状に関連していることが判る。球体状の顆粒が使用されると、たとえば直方体状の顆粒が使用される場合よりも著しく軟らかいトポグラフィ形状が得られる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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