(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１試験治具と、第２試験治具と、前記第１試験治具と前記第２試験治具の間に挟持される試験片と、前記第１試験治具と前記第２試験治具とを締め付けて前記第１試験治具および前記第２試験治具から前記試験片のＺＸ面およびＺＹ面の２軸に同時に応力を与えるボルトとを備え、
前記試験片の一面側に配置した前記第１試験治具と、前記試験片の他面側に配置した前記第２試験治具と、前記第１試験治具と前記第２試験治具とのそれぞれに螺合し、前記第１試験治具と前記第２試験治具とのＸＹ面に複数配置され、前記試験片の頭部側に向って湾曲面を与える曲率調整用のねじとを備えたことを特徴とする多軸応力負荷試験装置。
【請求項２】
前記試験片は、両面に当て板を備えたことを特徴とする請求項１記載の多軸応力負荷試験装置。
【請求項３】
第１試験治具と、第２試験治具と、前記第１試験治具と前記第２試験治具の間に挟持される試験片と、前記第１試験治具と前記第２試験治具とを締め付けて前記第１試験治具および前記第２試験治具から前記試験片のＺＸ面およびＺＹ面の２軸に同時に応力を与えるボルトとを備え、
前記第１試験治具のＺＸ面を前記試験片に対して凹となる異なる曲率の複数の凹面部で形成し、前記第１試験治具のＺＹ面を前記試験片に対して凹となる凹面部を一つの曲率で形成し、前記第２試験治具のＺＸ面を前記試験片に対して凸となる複数の凸面部で形成し、前記第２試験治具のＺＹ面を前記試験片に対して凸となる凸面部を形成したことを特徴とする多軸応力付加試験装置。
【請求項４】
試験片の一面側に配置し、中間部分に空間を形成した第１枠板と、前記試験片の他面側に配置し、中間部分に空間を形成した第２枠板と、台板に載設し、前記第２枠板の空間を挿通して前記試験片を支持するブロックと、前記台板および前記第２枠板に螺合し、前記台板と前記第２枠板を締め付けて前記試験片に前記試験片のＸ方向、Ｙ方向のそれぞれに発生する成分比を変えて応力を与えるボルトとを備えたことを特徴とする多軸応力負荷試験装置。
【請求項５】
前記第１枠板および前記第２枠板のそれぞれは、空間を四辺形に形成するとともに、前記四辺形の長片と短片との比を変動させる構成にしたことを特徴とする請求項４記載の多軸応力負荷試験装置。
【請求項６】
前記試験片は、ひずみゲージを備えたことを特徴とする請求項４記載の多軸応力負荷試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験片に多軸方向から応力を与えて材料の強度評価を行う多軸応力負荷試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の材料強度評価試験は、試験片に１軸方向の応力負荷に代えて、例えばＹ軸、Ｚ軸等の２軸方向または３軸方向から応力を負荷する、いわゆる多軸応力負荷を行っている。
【０００３】
試験片に多軸応力負荷を与える試験装置には、例えば、特開平８−４３２８１号公報、特開平１１−２５８１３５号公報等数多くの発明が開示されている。
【０００４】
特開平８−４３２８１号公報に開示された技術は、図６に示すように、チャック１を備えた引張棒２をＸ軸上、Ｙ軸上にそれぞれ配置し、Ｘ軸上、Ｙ軸上のそれぞれに配置した４つの引張棒２に複数のレバーアーム３ａ，３ｂを介装させて錘４を設け、錘４を負荷することにより引張棒２に加わる荷重を倍加させ、試験片５の引張試験を行うものである。
【０００５】
また、特開平１１−２５８１３５号公報に開示された技術は、図７に示すように、試験片５６に切欠き７を設け、試験片６に高周波加熱コイル８を挿通するとともに、引張試験駆動装置９およびねじり駆動装置１０から試験片６に負荷を与えてひずみ速度、ねじり、引張および圧縮等の多軸負荷試験を行うものである。
【０００６】
また、他の多軸応力試験機では、図８の（ａ），（ｂ）に示すように、チューブ１１から試験片１２を切り出し、切り出した試験片１２を湾曲させたままボルト１３で維持させ、曲げによるＸ軸、Ｙ軸のそれぞれの方向の応力を計測するものである。
【０００７】
このように、従来の多軸応力負荷試験装置では、試験片のＺ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの応力値等を計測し、計測した応力値等を設計の際に反映させていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図６や図７で示した従来の多軸応力負荷試験装置では、試験機が１台であるから、強度テストを行う試験片の数も自ずと限られ、多くの試験片を用いて一度に多くのデータを記録することができない不具合、不都合があった。
【０００９】
また、図８で示した従来の多軸応力負荷試験装置では、チューブ１１から切り出した試験片１２を用いるため、チューブ１１の径に対応する負荷が決まってしまい、大小様々な荷重を用いてテストすることができない問題があった。
【００１０】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、一度に多くの試験片を用いてテストをすることができ、大小様々な荷重を用いて試験片のテストを行うことができる多軸応力負荷試験装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、請求項１に記載したように、第１試験治具と、第２試験治具と、前記第１試験治具と前記第２試験治具の間に挟持される試験片と、前記第１試験治具と前記第２試験治具とを締め付けて前記第１試験治具および前記第２試験治具から前記試験片のＺＸ面およびＺＹ面の２軸に同時に応力を与えるボルトとを備え、前記試験片の一面側に配置した前記第１試験治具と、前記試験片の他面側に配置した前記第２試験治具と、前記第１試験治具と前記第２試験治具とのそれぞれに螺合し、前記第１試験治具と前記第２試験治具とのＸＹ面に複数配置され、前記試験片の頭部側に向って湾曲面を与える曲率調整用のねじとを備えたものである。
【００１２】
また、本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、請求項２に記載したように、前記試験片は、両面に当て板を備えたものである。
【００１３】
また、本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、請求項３に記載したように、第１試験治具と、第２試験治具と、前記第１試験治具と前記第２試験治具の間に挟持される試験片と、前記第１試験治具と前記第２試験治具とを締め付けて前記第１試験治具および前記第２試験治具から前記試験片のＺＸ面およびＺＹ面の２軸に同時に応力を与えるボルトとを備え、前記第１試験治具のＺＸ面を前記試験片に対して凹となる異なる曲率の複数の凹面部で形成し、前記第１試験治具のＺＹ面を前記試験片に対して凹となる凹面部を一つの曲率で形成し、前記第２試験治具のＺＸ面を前記試験片に対して凸となる複数の凸面部で形成し、前記第２試験治具のＺＹ面を前記試験片に対して凸となる凸面部を形成したものである。
【００１７】
また、本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、請求項４に記載したように、試験片の一面側に配置し、中間部分に空間を形成した第１枠板と、前記試験片の他面側に配置し、中間部分に空間を形成した第２枠板と、台板に載設し、前記第２枠板の空間を挿通して前記試験片を支持するブロックと、前記台板および前記第２枠板に螺合し、前記台板と前記第２枠板を締め付けて前記試験片に前記試験片のＸ方向、Ｙ方向のそれぞれに発生する成分比を変えて応力を与えるボルトとを備えたものである。
【００１８】
また、本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、請求項５に記載したように、第１枠板および第２枠板のそれぞれは、空間を四辺形に形成するとともに、前記四辺形の長片と短片との比を変動させる構成にしたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、請求項６に記載したように、試験片は、ひずみゲージを備えたものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る多軸応力負荷試験装置の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第１実施形態を示す概念図である。なお、図中、（ａ）は、試験治具の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ矢視方向から切断した切断断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ矢視方向から切断した切断断面図である。
【００２７】
本実施形態に係る多軸応力負荷試験装置は、ＺＸ面上、ＺＹ面上ともに、頭部側にすきま形成部材１４を装着した板状の試験片１５と、このすきま形成部材１４および試験片１５を挟む一面に凹面部１６に形成した第１試験治具１７と、すきま形成部材１４および試験片１５の他面に凸面部１８に形成した第２試験治具１９とを備えている。
【００２８】
また、第１試験治具１７および第２試験治具１９は、すきま形成部材１４および試験片１５を挟んだ後、ボルト２０で固定支持される。
【００２９】
このような構成の多軸応力負荷試験装置において、試験片１５の板厚をｔ、第１試験治具１７の凹面部１６の曲率をρとし、第２試験治具１９の凸面部１８の曲率をρとし、試験片１５を曲げたとき、試験片１５の表面には、ｔ／（２ρ）に相当するひずみが生ずることがわかっている。
【００３０】
このため、本実施形態は、凹面部１６を備えた第１試験治具１７と凸面部１８を備えた第２試験治具１９とのＺＸ平面上の曲率をρ１、ＺＹ平面上の曲率をρ２にそれぞれ加工・成形し、それぞれに生ずる試験片１５のひずみがｔ／（２ρ１）、ｔ／（２ρ２）になるようにする。また、このようなひずみに形成した試験片１５を用いて応力腐食割れ試験を行うため、第１試験治具１７と試験片１５の間にすきま形成部１４を挟んで、ボルト２０で締め付け、試験片１５の表面に同時に２軸の曲げ応力を与える。
【００３１】
そして、本実施形態は、このような構成の第１試験治具１７、第２試験治具１９および試験片１５等をより多く作製し、これらを組み立てて腐食環境中にセットし、一度に複数の試験片１５に対し、同時に２軸の曲げ応力を負荷して応力腐食割れ試験を行う。
【００３２】
このように、本実施形態は、試験片１５を挟む試験治具を、凹面部１６を備えた第１試験治具１７と凸面部１８を備えた第２試験治具１９とに形成し、これら第１試験治具１７および第２試験治具１９を数多く作製し、数多く作製した第１試験治具１７および第２試験治具１９を用いて試験片１５を挟んで応力腐食割れ試験を行うので、異なった曲げ応力の下、一度により多くの試験を行うことができる。
【００３３】
図２は、本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第２実施形態を示す概念図である。なお、図中、（ａ）は、試験治具の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ矢視方向から切断した切断断面図、（ｃ）は、（ａ）のＤ−Ｄ矢視方向から切断した切断断面図である。
【００３４】
本実施形態に係る多軸応力負荷試験装置は、板状の試験片１５を両側から挟む当て板２１ａ，２１ｂと、各当て板２１ａ，２１ｂの外側に配置された第１試験治具１７および第２試験治具１９のそれぞれにスペーサ２２ａ，２２ｂを介装して挿通し、試験片１５の頭部側に向って凸状に湾曲面を与える複数の曲率調整用のねじ２３とを備えている。
【００３５】
なお、第１試験治具１７および第２試験治具１９は、試験片１５を両側から当て板２１ａ，２１ｂで挟み、曲率調整用のねじ２３で支持させた後、ボルト２０で固定支持する。
【００３６】
このような構成の多軸応力負荷試験装置において、試験片１５の板厚を第１実施形態と同様にｔとし、曲率調整用のねじ２３の押圧力で試験片１５に湾曲面を与える曲率をρとするとき、試験片１５の表面には、ｔ／（２ρ）に相当するひずみが生ずることがわかっている。
【００３７】
このため、本実施形態は、湾曲面のＺＸ平面上の曲率をρ１、湾曲面のＺＹ平面上の曲率をρ２と設定し、試験片１５を設定した曲率ρ１，ρ２で湾曲面に形成する際、曲率調整用のねじ２３が第１試験治具１７から飛び出す量を計算する。この場合、ＺＸ平面上の曲率調整用のねじ２３の間隔がｄなので、中間位置の曲率調整用のねじ２３とその隣りの曲率調整用のねじ２３との飛び出し量の差が√（ρ１２−ｄ２）になるように調整する。また、ＹＺ平面上も同様に、曲率調整用のねじ２３とその隣りの曲率調整用のねじ２３との飛び出し量の差が√（ρ２２−ｄ２）になるように調整する。その際、曲率調整用のねじ２３の飛び出し量の差に対するスペーサ２２ａ，２２ｂを曲率調整用のねじ２３と第１試験治具１７および第２試験治具１９の間に挟み調整する。また、曲率調整用のねじ２３が第１試験治具１７を挿通する際に行った調整作業と同様に、第２試験治具１９を挿通する際にもスペーサ２２ａ，２２ｂを挟んで調整作業を行う。
【００３８】
このような調整作業を行った第１試験治具１７、第２試験治具１９と試験片１５との間に片あたりを防ぐため、試験片１５は、両側に比較的強度の低い当て板２１ａ，２１ｂで挟み、ボルト２０で第１試験治具１７、第２試験治具１９を固定支持し、試験片１５の表面に同時に２軸の曲げ応力を与える。
【００３９】
このように、本実施形態は、試験片１５に湾曲面を形成させる曲率調整用のねじ２３を挿通する第１試験治具１７および第２試験治具１９をより多く作製し、これらをより多く組み立てて高温炉にセットし、一度に数多くの試験片１５に対して同時にそれぞれ異なった２軸の曲げ応力を与えて高温応力緩和試験を行うので、異なった曲げ応力の下、一度により多くの試験を行うことができる。
【００４０】
図３は、本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第３実施形態を示す概念図である。なお、図中、（ａ）は、試験治具の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ矢視方向から切断した切断断面図である。
【００４１】
本実施形態に係る多軸応力負荷試験装置は、台板２４に載設したブロック２５で支持する板状の試験片１５と、この試験片１５を両側から挟み、中間部分を四辺形の空間３０ａ，３０ｂに形成した第１枠板２６および第２枠板２７と、この試験片１５を第１枠板２６、第２枠板２７およびブロック２５に対して締付調整する締付調整ボルト２８とを備えている。また、試験片１５には、ひずみゲージ２９が貼付されている。
【００４２】
このような構成の多軸応力負荷試験装置において、本実施形態は、試験片１５を第１枠板２６および第２枠板２７で挟んで固定し、試験片１５の底部側の面の中央にひずみゲージ２９を貼付する。
【００４３】
次に、台板２４にブロック２５を載設し、第１枠板２６、第２枠板２７および試験片１５を締付調整ボルト２８で固定する。さらに、ひずみゲージ２９の値を測定、確認しながら締付調整用のボルト２８の増締めを行い、予め設定しているひずみ値になったとき、締付調整用のボルト２８の増締めを終了し、試験片１５の表面に２軸の応力を与える。
【００４４】
そして、試験片１５のＸ方向、Ｙ方向のそれぞれに発生する応力の成分比を変えるため、別の第１枠板２６と別の第２枠板２７とのそれぞれに形成した四辺形の空間３０ａ，３０ｂの長辺ａと短辺ｂの縦横比ａ／ｂを変え、ひずみゲージ２９の値を測定、確認しながら締付調整用のボルト２８の増締めを行い、予め設定しているひずみ値に試験片１５を調整する。
【００４５】
このように、本実施形態は、試験片１５のＸ方向、Ｙ方向のそれぞれに異なった応力を与える、四辺形の空間３０ａ，３０ｂの長辺ａと短辺ｂとを異ならしめた第１枠板２６、第２枠板２７をより多く作製し、これらをより多く用いて組み立て、一度に数多くの試験片１５に対してそれぞれ異なった２軸の応力を与えて応力腐食割れ試験を行うので、異なった応力の下、一度により多くの試験を行うことができる。
【００４６】
図４は、本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第４実施形態を示す概念図である。なお、図中、（ａ）は、試験治具の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＦ−Ｆ矢視方向から切断した切断断面図、（ｃ）は、（ａ）のＧ−Ｇ矢視方向から切断した切断断面図である。
【００４７】
本実施形態に係る多軸応力負荷試験装置は、ＺＸ面上の頭部側にすきま形成部材１４を装着した板状の試験片１５と、このすきま形成部材１４および試験片１５を挟む一面に異なる複数の曲率で連続的に形成した第１凹面部３１、第２凹面部３２、および第３凹面部３３を備えた第１試験治具１７と、そのＺＸ面の他面に連続的に形成した第１凸面部３４、第２凸面部３５および第３凸面部３６を備えた第２試験治具１９とで構成されている。
【００４８】
また、本実施形態に係る多軸応力負荷試験装置は、ＺＹ面上の第１試験治具１７にすきま形成部材１４および試験片１５に向って形成した第４凹面部３７を備えるとともに、ＺＹ面上の第２試験治具１９にすきま形成部材１４および試験片１５に向かって形成した第４凸面部３８を備えている。
【００４９】
また、第１試験治具１７および第２試験治具１９は、すきま形成部材１４および試験片１５を挟んだ後、ボルト２０で固定支持される。
【００５０】
このような構成の多軸応力負荷試験装置において、本実施形態は、試験片１５の板厚をｔ、ＺＸ面における第１試験治具１７の第１凹面部３１の曲率をρＡ、第２凹面部３２の曲率をρＢ、第３凹面部３３の曲率をρＣとし、ＺＹ面における第１試験治具１７の第４凹面部３７の曲率をρＤにそれぞれ設定し、第１試験治具１７および第２試験治具１９を固定支持するボルト２０の増締めを行う。
【００５１】
ボルト２０の増締めを行ったＺＸ面における第１凹面部３１の試験片１５にはｔ／（２ρＡ）、第２凹面部３２の試験片１５にはｔ／（２ρＢ）、第３凹面部３３の試験片１５にはｔ／（２ρＣ）、ＺＹ面における第４凹面部３７の試験片１５にはｔ／（２ρＤ）のひずみがそれぞれ発生する。
【００５２】
そして、本実施形態は、このような構成の第１試験治具１７、第２試験治具１９および試験片１５等をより多く作製し、これらを腐食環境中にさらし、一度に複数の試験片１５に対し、応力腐食割れ試験を行う。
【００５３】
このように、本実施形態は、試験片１５を挟む試験治具を、ＺＸ面において第１凹面部３１、第２凹面部３２、第３凹面部３３を形成するとともに、ＺＹ面において第４凹面部３７を形成する第１試験治具１７と、ＺＸ面において、上述第１凹面部３１、第２凹面部３２、第３凹面部３３の各部に対応する第１凸面部３４、第２凸面部３５、第３凸面部３６を形成するとともに、ＺＹ面において、第４凹面部３７に対応する第４凸面部３８を形成する第２試験治具１９とで構成し、これら第１試験治具１７および第２試験治具１９を数多く作製し、数多く作製した第１試験治具１７および第２試験治具１９を用いて試験片１５を挟んで応力腐食割れ試験を行うので、異なった応力値の下、一度により多くの試験を行うことができる。
【００５４】
図５は、本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第５実施形態を示す概念図である。なお、図中、（ａ）は、試験治具の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＨ−Ｈ矢視方向から切断した切断断面図である。
【００５５】
本実施形態に係る多軸応力負荷試験装置は、溝部３９ａを備えた第１固定治具４０と溝部３９ｂを備えた第２固定治具４１とに跨って収容し、ひずみゲージ２９を設けた板状の試験片１５と、第１固定治具４０および第２固定治具４１のそれぞれに試験片１５を固定支持するピン４２ａ，４２ｂと、第１固定治具４０に設けられ、試験片１５に引張応力を与える引張用のボルト４３と、第２固定治具４１に設けられ、補助板４４ａ，４４ｂを介装して試験片１５に圧縮応力を与える圧縮用のボルト４５とを備えている。
【００５６】
このような構成の多軸応力負荷試験装置において、本実施形態は、第１固定治具４０および第２固定治具４１のそれぞれの溝部３９ａ，３９ｂに収容してピン４２ａ，４２ｂで固定支持し、第１固定治具４０に設けた引張用のボルト４３を増締めし、ひずみゲージ２９のひずみ値を計測しながら試験片１５に引張応力を与える。
【００５７】
次に、本実施形態は、試験片１５と第２固定治具４１の溝部３９ｂとの間に補助板４４ａ，４４ｂを充填し、第２固定治具４１に設けた圧縮用のボルト４５を増締めし、ひずみゲージ２９のひずみ値を計測しながら、試験片１５に圧縮応力を与える。
【００５８】
その際、試験片１５に予め与えている引張のひずみ値が変化するため、ひずみゲージ２９の値を計測・確認しながら引張用ボルト４３と圧縮用ボルト４５との増締めを調整しつつ、予め定められたひずみ値になるよう調整する。
【００５９】
そして、増締めの調整が終了すると、試験片１５を腐食環境中にさらし、応力腐食試験を行う。
【００６０】
このように、本実施形態は、試験片１５に予め引張応力と圧縮応力とを与える第１固定治具４０と第２固定治具４１をより多く作製し、これらをより多く用いて組み立て、一度に数多くの試験片１５に対して応力腐食割れ試験を行うので、異なった圧力の下、一度により多くの試験を行うことができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、試験片の多軸面に異なる値の応力を与える試験治具をより多く作製して組み立て、悪い環境の中に試験を設置して応力腐食割れ等試験を行うので、悪環境の下、一度に多くの試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第１実施形態を示す概念図。
【図２】本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第２実施形態を示す概念図。
【図３】本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第３実施形態を示す概念図。
【図４】本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第２実施形態を示す概念図。
【図５】本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第３実施形態を示す概念図。
【図６】従来の多軸応力負荷試験装置を示す概念図。
【図７】従来の別の多軸応力負荷試験装置を示す概念図。
【図８】従来のさらに別の多軸応力負荷試験装置を示す概念図で、（ａ）は、チューブから試験片を切り出す図、（ｂ）は、チューブから切り出した試験片に応力を与える図。
【符号の説明】
１…チャック，２…引張棒，３ａ，３ｂ…レバーアーム，４…錘，５，６…試験片，７…切欠き，８…高周波加熱コイル，９…引張試験駆動装置，１０…ねじり駆動装置，１１…チューブ，１２…試験片，１３…ボルト，１４…すきま形成部材，１５…試験片，１６…凹面部，１７…第１試験治具，１８…凸面部，１９…第２試験治具，２０…ボルト，２１ａ，２１ｂ…当て板，２２ａ，２２ｂ…スペーサ，２３…曲率調整用のねじ，２４…台板，２５…ブロック，２６…第１枠板，２７…第２枠板，２８…締付調整ボルト，２９…ひずみゲージ，３０ａ，３０ｂ…空間，３１…第１凹面部，３２…第２凹面部，３３…第３凹面部，３４…第１凸面部，３５…第２凸面部，３６…第３凸面部，３７…第４凹面部，３８…第４凸面部，３９ａ，３９ｂ…溝部，４０…第１固定治具，４１…第２固定治具，４２ａ，４２ｂ…ピン，４３…引張用ボルト，４４ａ，４４ｂ…補助板，４５…圧縮用ボルト。
【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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