JPS5850298B2 - 電磁鋼板の処理方法 - Google Patents

電磁鋼板の処理方法

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JPS5850298B2
JPS5850298B2 JP700080A JP700080A JPS5850298B2 JP S5850298 B2 JPS5850298 B2 JP S5850298B2 JP 700080 A JP700080 A JP 700080A JP 700080 A JP700080 A JP 700080A JP S5850298 B2 JPS5850298 B2 JP S5850298B2
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重裕 山口
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はすぐれた磁気特性、絶縁特性を有する電磁鋼板
を安定して製造する方法に関するものである。
電磁鋼板としては、モーター等の回転機に使用される無
方向性電磁鋼板あるいはトランス等lこ使用される方向
性電磁鋼板がある。
無方向性電磁鋼板は純鉄系または3.5%以下の珪素を
含有する珪素鋼板で、これはホットコイルを酸洗後、1
ないし2回の冷延と焼鈍をくり返して、磁化容易軸を圧
延方向に対してランダムとし、その後絶縁皮膜処理を施
して製造される。
一方、方向性電磁鋼板は一般に次の様にして製造される
すなわち2.5〜4.0%の珪素を含有し、インヒビタ
ーとしてのAlN 、 MnS 、 BN 、 Se
CuS、Sb等を形成する元素の1種又は2種以上を所
定量含有するホットコイルを酸洗し、1〜2回の冷間圧
延、焼鈍をくり返した後、2次再結晶により(110)
(001)の方位を有する結晶を選択的に成長させるた
めに、100′O〜1200℃で仕上げ焼鈍される。
仕上げ焼鈍をコイルの状態づ行なうバッチ式の場合には
焼付を防止するために焼鈍分離剤としてマグネシャ、シ
リカ、アルミナ、酸化チタン、酸化カルシウム等の耐火
性酸化物が使用される。
この場合マグネシャを主成分とする焼鈍分離剤を用いる
と、焼付が防止されると同時に焼鈍時に鋼板表面のSi
O2とマグネシャが反応して2Mg0・5in2(フォ
ルステライト)を主成分とするグラス皮膜を形成する。
このグラス皮膜は絶縁皮膜下地として有効であるのみな
らず、鋼板に対し張力を与えて鉄損の向上、磁歪の減少
に効果があり、一般にはこのようなグラス皮膜を有する
方向性電磁鋼板の製造が主流である。
この様に仕上げ焼鈍により2次再結晶を起せしめ、グラ
ス皮膜を形成した電磁鋼板は、次に余剰のマグネシャを
除去した後、例えば特公昭27−1268号公報に示さ
れるようにリン酸マグネシウム系処理液や、特公昭53
−28375号公報に示されているようにコロイダルシ
リカ−リン酸アルミニウムークロム酸系処理液が塗布さ
れ、700〜900℃で皮膜の焼付と同時に鋼板の巻ぐ
せを取り除き、平坦にするためのフラットニングが実施
されている。
この場合後者の特公昭53−28375号公報に示され
ているようなコロイダルシリカを含有する処理液を上記
焼付は温度で処理すると、皮膜がグラス化して冷却時に
鋼板に張力を与えることにより鉄損、磁歪等の特性向上
効果が太きいために有利である。
ところが、張力効果を大きくするためには塗布量を4〜
7 g / m”と多量に塗布する必要があるために、
絶縁特性はすぐれているが、占積率が劣り又、スリット
、切断等の加工時にエツジ部が剥離する等の加工性に問
題があった。
本発明は上記従来の提案における難点を伴なうことなく
、磁性(鉄損、磁歪)、絶縁特性、占積率、並びに加工
性共にすぐれた電磁鋼板を得るための処理方法を提供す
ることを目的とするものである。
本発明のかかる目的は、基本的にはレーザービームを使
用して仕上焼純情の電磁鋼板の表面にレーザービームの
照射処理を行なって鋼板表面に局部的にレーザー痕を形
成させること、その後に絶縁皮膜処理を行なうこと及び
同皮膜処理にさいしては、鋼板に付与されたレーザービ
ーム照射処理効果が消失しない低温温度領域で行なうこ
と、その組合せにより達成されるものである。
更に詳しく述べれば、レーザービーム照射処理は本発明
者等の検討結果によれば、鋼板表面にレーザー痕が生じ
る程度に行なうことが最良の結果をもたらすことができ
る。
このレーザー痕は絶縁性および耐電圧性の観点からない
ことが望ましいが、本発明者らの検討によればレーザー
ビーム照射処理後に所定厚みの絶縁皮膜を施こせば、レ
ーザー痕による絶縁性、耐電圧性を低下させることなく
鉄損を向上させ得るものである。
ところで、絶縁皮膜処理は、前述の如く通常フラットニ
ング処理と同時に板温か700℃〜900℃で焼付処理
が行われる。
一方本発明者らの実験結果によれば、レーザービーム照
射処理後、鋼板の温度が600℃を越えると、その効果
が消失してしまうことが判明した。
この様な判明事実に基づき本発明では、レーザービーム
照射処理後行なう絶縁皮膜処理を、レーザービーム照射
処理効果が消失しない低温度領域、具体的には板温か6
00℃以下で焼付は処理を行うものである。
尚、レーザービーム照射処理を絶縁皮膜処理後に行なう
ことも考えられるが、この場合には、レーザービーム照
射により皮膜が蒸発して地鉄面が露出し絶縁性、耐電圧
性の低下が激しい。
この点からもレーザービーム照射処理は絶縁皮膜処理前
に行なうものである。
電磁鋼板の表面にレーザービームを適用すること自体は
特公昭54−23647号公報に記載されている。
しかしながらこの特公昭54−23647号公報に記載
の方法は、仕上高温焼鈍工程の前において鋼板に適用し
て2次再結晶粒の成長を阻止するもので2次再結晶後に
レーザービーム照射処理する本発明とは、目的、構成、
作用効果共に全く異なるものである。
第1図は高磁束密度一方向性電磁鋼板にレーザービーム
照射処理を行ない、その後絶縁皮膜処理を行った場合の
、絶縁皮膜処理温度と磁性(鉄損)との関係を示したも
のである。
この場合の一方向性電磁鋼板の表面にはグラス皮膜を有
し、(1)フラットニング処理条件870℃X 70S
eC,in N2、(2)パルスレーザ−ビームのエネ
ルギー密度15 J /cwt、片面C方向点状照射、
点状痕跡の径0.1 rnN、点状痕跡列C方向中心間
隔0.5間、点状痕跡列り方向間隔10 rItrlL
、 (3)絶縁皮膜Al(H2PO+)s Crys
−:lDイダルシリカ系、塗布量3 fl / msな
る諸条件で実施した。
第1図の結果から判明する如く、フラットニング後の鉄
損(w17150 (W/ゆ))値は1.18であった
ものがレーザービーム照射処理を施こすことにより1.
00まで大巾に低下する。
しかしながらその後に実施する絶縁皮膜処理時の温度(
板温)によって絶縁皮膜処理後の鉄損値は大きく変化し
、板温か600℃を越えるとその効果が極端に悪化する
ことが判る。
この様なことから絶縁皮膜処理時の温度は600℃以下
に限定した。
その中で特に良好なのは板温か550℃以下で焼付は処
理を行なうことであり、これにより、絶縁皮膜処理後の
鉄損を、レーザービーム照射処理後と同等又はそれ以下
とすることが可能となる。
更に特筆に値することは絶縁皮膜処理を板温か500℃
以下で行なうことIこより、レーザービーム照射処理後
の鉄損よりも絶縁皮膜処理後の鉄損が向上することであ
る。
この理由は今のところ明らかではなく全く予期し得なか
った効果である。
本発明の実施において用いるレーザービーム照射につい
ては何ら限定されるものではなく、例えば連続線状照射
、点状照射、破線状照射等いづれのものでもよい。
また使用するレーザーは特に限定されず、連続、パルス
何れでもよい。
又電磁鋼板に対する照射方向は、圧延方向(L)圧延方
向と直角方向(C)、その中間の各方向の一つ又は2つ
以上を組合せて実施することができる。
今、パルス状のレーザービームを用いる場合の一つの適
用例を示せば、エネルギー密度Pが0,01〜100O
J/iであるレーザービーム照射にする直径dが0.0
1〜1 rtmの痕跡列を、鋼板のC方向にほぼ平行に
痕跡の中心間距離、0.01〜2朋の間隔で有しかつ痕
跡列のL方向間隔をl〜30nル−ザーパルスの時間巾
を1 ns〜100m5とする。
更に照射処理する而も片面、両面のいづれでもよい。
本発明方法に於ける1つの実施工程は、焼鈍分離剤を塗
布した電磁鋼コイルを仕上高温焼鈍後常法に従って余剰
の分離剤を除去し、しかるのち700〜900℃でフラ
ットニングを実施後、鋼板表面にレーザービーム照射処
理を施こし、その後板温600℃以下、好ましくは55
0℃以下更に好ましくは500℃以下の温度で絶縁皮膜
処理を行なう方法である。
本発明によるレーザービーム照射処理された電磁鋼板は
鉄損の向上が著しい。
、その結果特徴の第1点は、従来工業的に実施された絶
縁皮膜による張力効果が不要となり、コロイド状シリカ
を含有する高価な絶縁皮膜処理剤に代えて安価な処理剤
の使用が可能となる。
又特別高抵抗が要求される以外は厚塗りが不必要で2〜
3g/mの薄塗りが可能となり、その結果、積層した場
合の占積率が向上すると共に、スリット、剪断時の皮膜
剥離もなくなって加工性も向上するものである。
次に第2に、焼鈍により生成したグラス皮膜(フォルス
テライト)による張力効果も不要となり、従って焼鈍前
に塗布する焼鈍分離剤もマグネシャを主成分とするもの
に限定されることなく、グラス皮膜を形成しないAl2
O3系の分離剤の使用も可能となる。
かくしてグラス皮膜が存在しないことによりより一層占
積率、加工性が向上するものである。
更に第3に、最終仕上焼鈍をバッチ式で行なう場合、従
来は2次再結晶を十分に行なわせた後、鉄損を向上させ
るべく更に長時間の純化処理のための焼鈍時間が必要で
あった。
これに対して本発明によれば、仕上焼鈍済みの鋼板に対
するレーザービーム照射処理lこより鉄損の向上を計る
ことができるので仕上焼鈍では2次再結晶によりすぐれ
た磁束密度が得られればよく、従ってバッチ焼鈍時間の
短縮が可能となる。
この結果、省エネルギー効果が大きくコスト低減に大き
く寄与できるものである。
グラス皮膜なしの電磁鋼板の製造法としては、上記のA
l2O3系分離剤を使用する外、グラス皮膜を酸洗によ
り除外する方法もあるが、このグラス皮膜除去後にレー
ザービーム照射処理を行なうことにより、鋼板面にはグ
ラス皮膜はもとより酸化膜も存在しないので、より一層
効果的である。
以上は主として最終仕上焼鈍がバッチ式コイル焼鈍の場
合について述べたが、近年、省エネルギ−のために仕上
焼鈍を連続焼鈍で行なう試みが既に提案されている(例
えば特公昭48−3923号公報)。
かかる工程では焼鈍分離剤が不必要なため、グラス皮膜
なしの電磁鋼板が得られるので、これに対して本発明方
法を実施することにより目的とする作用効果が得られる
ものである。
バッチ式コイル焼鈍、連続式焼鈍共にグラス皮膜なしの
場合、鋼板表面をブルーイング処理して薄い酸化膜を生
成することにより、レーザービームの吸収がよくなり効
率よくレーザービームの照射を行なうことができる。
ブルーイング処理を行なう工程としては、バッチ式コイ
ル焼鈍の場合にはフラットニングラインの出側で、又連
続焼鈍の場合にはその出側で夫々実施できる。
ブルーイング処理は通常600℃以上の温度で、空気中
で、又はN2或いはN2+N、、混合気中に水蒸気を吹
込んで実施することができる。
尚、このブルーイング処理による酸化皮膜に代えて、他
のレーザービーム吸収剤を塗布することもできる。
例えばクロム酸系溶液の塗布又はCu等の薄メッキ等が
ある。
レーザービーム照射処理後、板温600℃以下で絶縁皮
膜処理を行なう処理液としては、リン酸塩、クロム酸塩
の1種又は2種以上を含有する処理液を主成分とし、こ
れにコロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、酸化チタ
ン、硼酸化合物の1種又は2種以上を添加したものがあ
る。
その他にクロム酸塩の還元剤として、多価アルコール、
グリセリン等の有機化合物、加工性向上のため水溶性又
はエマルジョン樹脂、高抵抗、加工性向上のため1μ以
上の粒径を有する有機樹脂粉末の如き有機化合物の1種
又は2種以上を含有させることができる。
この対紫外線照射による絶縁皮膜形成法も採用可能であ
る。
実施例 l Si2.9%、C0,003%、 Mn 0.080%
Ai、031%を含有する一方向性電磁鋼板(0,30
%)を次の工程による製造した。
ホットコイルを1回の冷延−焼鈍後マグネシャを塗布乾
燥しコイルに巻取り、1159°Cで2次再結晶のため
の仕上焼鈍を行ない、その後余剰のマグネシャを除去し
、グラス皮膜を有する鋼帯を850℃X 70 Sec
でフラットニング処理した。
かくして得られた一方向性電磁鋼帯から試料を採取して
次の処理を行って、緒特性の試験を実施した。
A処理:フラットニングのまま B処理:フラットニング後、レーザービーム照射処理 (1)レーザービーム照射条件: エネルギー密度:15J/i 点状痕跡径二〇、 1間 点状痕跡C方向中心間距離: 0.5 urn痕跡列り
方向間隔二10mm C処理:レーザービーム照射処理後、絶縁皮膜処理 (1)レーザービーム照射条件二B処理に同じ。
(2)絶縁皮膜処理 (a)処理液=20%コロイドシリカ 1oocc50
%リン酸アルミニウム 60CC CrO36& 硼酸 2g (b)焼付温度(板温):500℃、600℃。
700°c、soooC (c)塗布量:3.Og/m″ E処理(従来法):実施例1のC処理で用いた処理液を
フラットニング処理前に塗布してフラットニングと同時
に焼付けしたもの。
塗布量5、5 g / n。
上記の如〈実施した結果を第1表に示す。
第1表から明らかな如く、フラットニング後レーザービ
ーム照射処理を行ない。
600’C以下(板温)の温度で絶縁皮膜処理したもの
は、従来法による場合に比較して鉄損特性及び磁歪特性
が向上し、特に500℃の温度で焼付けしたものはB処
理のままよりも鉄損がすぐれている。
又、本発明方法によれば従来法に比べて絶縁皮膜の塗布
量が少くできる(本発明方法3J/rn’、従来法s、
5g/m)ために、密着性の向上及び占積率の向上が著
しい。
実施例 2 Si3.2%、 CO,OO3%、Mn0.065%、
SO,020%、 A70.004%を含有する一方向
性電磁鋼板を、次の工程により製造した。
ホットコイルを2回冷延−2回焼鈍後、マグネシャを塗
布、乾燥し、コイルに巻取った。
その後1180℃で仕上げ焼鈍を実施し2次再結晶を行
なわせた。
この仕上焼鈍済みのコイルを2分割し、一方は余剰マグ
ネシャを除去し、グラス皮膜を有する鋼板をN2雰囲気
中において870℃で80秒間フラットニング処理を行
った。
又残りの半分は25%HC1(80℃液温)でグラス皮
膜を除去後、N2雰囲気中において870℃で80秒間
フラットニングを行なった。
グラス皮膜がないため表面は完全にブルーイングしてい
た。
この画処理した材料から試料を採取して、次の処理を行
って緒特性を実施した。
F処理ニゲラス皮膜付フラットニングのままG処理二F
処理後レーザービーム照射処理(1)レーザービーム照
射処理条件: エネルギー密度:13J/ff1 点状痕跡径: 0.15間 点状痕跡C方向中心間距離:0.5mm 痕跡列り方向間隔ニア65皿 H処理二F処理後絶縁皮膜処理 (1)絶縁皮膜処理条件 (a)処理液 CrO310g Mg0 3 gグリセリン
1g エマルジョンタイプアクリル樹脂 4g(b)焼付条
件:板温300℃ (c)塗布量:’;81/rrt ■処理:F処理後レーザービーム照射処理後絶縁皮膜処
理 (1)レーザービーム照射処理条件二G処理に同じ(2
)絶縁皮膜処理条件:H処理に同じ J処理ニゲラス皮膜なしブルーイング皮膜のままに処理
:■処理後絶縁皮膜処理 (1)絶縁皮膜処理条件:H処理に同じ L処理:J処理後レーザービーム照射処理後絶縁皮膜処
理 (1)L/−サービーム照射処理条件:G処理に同じ(
2)絶縁皮膜処理条件:H処理に同じ M処理:■処理後レーザービーム照射処理(1)レーザ
ービーム照射処理条件二〇処理に同じ。
上記の如〈実施した結果を第2表に示す。
第2表から明らかな如く、■処理(グラス皮膜付き)及
びL処理(グラス皮膜なし、ブルーイング皮膜あり)共
にレーザービーム照射処理後絶縁皮膜処理(板温300
℃、zg/m)を行ったものは、レーザービーム照射処
理のまま(G処理)のものよりも鉄損は良好で、グラス
皮膜付きの上に絶縁皮膜処理を行ったもの(N処理)及
びブルーイング処理後絶縁皮膜処理を行ったもの(K処
理)に対しては勿論のこと、従来法(N処理)によるも
のに比較して鉄損特性の向上が著しく、又■処理、L処
理によるものは、N処理(従来法)に比較して絶縁皮膜
量が少なくできるので、皮膜の密着性、占積率共にM処
理に比べて極めて良好なものとなるものである。
実施例 3 Si3.0%、酸可溶性A10.015%、80.00
2%を含有する2、3%厚の熱延板を104%厚に冷間
圧延し、820℃で5分間、中間焼鈍を行ない、0.3
0%の成品板厚に冷延し、850℃で3分間脱炭焼鈍を
行ない、その後乾水素中で1000℃×5分間連続焼鈍
を行ない、出側でレーザービーム照射処理してから絶縁
皮膜処理液311/mを板温500℃で焼付けた。
かくしてW17150 1.40W/kg、B1゜1.
81Tの磁気特性、絶縁抵抗520Ω−d/枚、密着性
20gmφ、占積率99.0%の皮膜特性を有する電磁
鋼板が得られた。
比較例として同一材料を用いて、同一条件でレーザービ
ーム照射を行ない以後の工程を中止したところ、得られ
た電磁鋼板の磁気特性はW171501.47W/ky
、 Blol、81 Tであった。
(1)レーザービーム照射処理条件: エネルギー密度 15 J /crA 点状痕跡径 0.1 rtw 痕跡C方向中心間距離 0.5順 痕跡列り方向間隔 10g雷 (2)絶縁皮膜処理液:実施例1のC処理に同じ。
実施例 4 C0,046%、Si2.96%、 Mn 0.083
%。
80.025%、 l’40.028%、NO,007
%。
残部鉄および不純物から成るスラブを公知の工程、すな
わち熱延→熱延板焼鈍→冷延(0,35%厚)→脱炭焼
鈍−+MgO塗付→仕上げ焼鈍→ヒートフラットニング
の順にしたがって仕上げ焼鈍ずみ鋼板を作り、鋼板表面
のグラスフィルムを弗酸で除去した後、化学研摩によっ
て鏡面にした。
この鋼板上にレーザービーム照射処理を施こし、ついで
紫外線硬化型の絶縁皮膜を塗付し紫外線照射により皮膜
を硬化させた。
レーザービーム照射処理条件: エネルギー密度 15J/i 点状痕跡径 o、15朋 点状痕跡C方向中心間距離 0.5 mm痕跡列り方向
間隔 5mm この様にして得られた一方向性電磁鋼板の磁性は次のと
おりである。
実施例 5 Si3.0%、C0,003%、Mn0.075%。
AlO,03%を含有する一方向性電磁鋼板(0,30
關)を次の工程により製造した。
ホットコイルを1回の冷延−焼鈍後マグネシャを塗布乾
燥しコイルに巻き取り、1150℃で2次再結晶のため
の仕上げ焼鈍を行ない、その後余剰のマグネシャを除去
し、グラス皮膜を有する銅帯を850℃X70secで
フラットニング処理した。
かくして得られた一方向性電磁鋼帯から試料を採取して
次の処理を行って緒特性の試験を実施した。
0処理:フラットニングのまま P処理:フラットニング後、連続レーザービーム照射処
理 ※(1)レーザ
ービーム照射条件 (i)パワー;2.0W (II)照射痕中;02朋 (iii)痕跡列り方向間隔;5− 4v)照射スピード: 2001nm /5ecR処理
:P処理後絶縁皮膜処理 (1)絶縁皮膜処理 ([)処理液;20%コロイダルシリカ 1oocc5
0%リン酸アルミニウム 60cc CrO36g 硼酸 2g (ii)焼付温度(板温); 500℃ (iii)塗布量: 3. O& / m上記の如〈実
施した結果を第4表に示す。
以上本発明により、二次再結晶焼鈍済みの電磁鋼板に対
してレーザービームの照射処理を施こし、しかるのち板
温600℃以下、好ましくは550℃以下、更に好まし
くは500℃以下の温度領域で絶縁皮膜処理を施こすこ
とにより、特に鉄損値の大巾な向上が安定に得られるも
のである。
しかもその結果としてグラス皮膜の省略、絶縁皮膜の薄
塗り等が可能となることにより磁歪の減少、絶縁皮膜の
密着性の向上並びに占積率の向上が計られ、更に工程短
縮も可能となり電磁鋼板の高級化、操業条件の緩和に大
きく寄与しつるものである。
尚、上記説明は主として方向性電磁鋼板の場合について
行ったものであるが本発明は無方向性電磁鋼板に対して
実施しても同様な効果が達成され得ることは勿論である
【図面の簡単な説明】
第1図は絶縁皮膜処理温度と鉄損との関係を示すグラフ
である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 仕上焼純情の電磁鋼板の表面にレーザービーム照射
    処理してレーザー痕を生じさせ、しかるのち絶縁皮膜処
    理を板温か600℃を越えない温度領域でおこなうこと
    を特徴とする電磁鋼板の処理方法。 2 絶縁皮膜処理を板温が550°C以下で行なう特許
    請求の範囲第1項記載の方法。 3 絶縁皮膜処理を板温か500℃以下で行なう特許請
    求の範囲第1項記載の方法。 4 グラス皮膜が形成されていない電磁鋼板の表面にレ
    ーザービーム照射処理を施こす特許請求の範囲第1項記
    載の方法。 5 レーザービーム吸収皮膜を形成した電磁鋼板の表面
    にレーザービーム照射処理を施こす特許請求の範囲第1
    項記載の方法。 6 グラス皮膜形成成分を含有しない焼鈍分離剤を塗布
    してコイルに巻取り、バッチ式コイル焼鈍法により仕上
    焼鈍後、ヒートフラットニング処理した電磁鋼板の表面
    にレーザービーム照射処理を施こす特許請求の範囲第4
    項記載の方法。 7 連続焼鈍法により仕上焼鈍を施こした電磁鋼板の表
    面にレーザービーム照射処理を施こす特許請求の範囲第
    4項記載の方法。 8 バッチ式コイル焼鈍法により仕上焼鈍後ヒートフラ
    ットニング処理の出側においてブルーイング処理した電
    磁鋼板の表面に酸化皮膜を形成する特許請求の範囲第5
    項記載の方法。 9 連続焼鈍による仕上焼鈍の出側でブルーイング処理
    した電磁鋼板の表面に酸化皮膜を形成する特許請求の範
    囲第5項記載の方法。 10 グラス皮膜形成成分を含有しない絶縁皮膜組成物
    を使用する特許請求の範囲第1項記載の方法。
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