JPS58114920A - テ−パ状フイラメント巻体の製造方法 - Google Patents

テ−パ状フイラメント巻体の製造方法

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JPS58114920A JP57189973A JP18997382A JPS58114920A JP S58114920 A JPS58114920 A JP S58114920A JP 57189973 A JP57189973 A JP 57189973A JP 18997382 A JP18997382 A JP 18997382A JP S58114920 A JPS58114920 A JP S58114920A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は１．一般的にはフィラメントワインディングに
より物品を製造する方法に係り、更に詳細にはテーバ状
フィラメント巻体（長手方向にテーバの付いた形状を有
する物品）を製造する際に使用される方法に係る。
高強度を有する物品を製造するための現今の製造方法に
於ては、フィラメントワインディング法が使用されるこ
とが多い。フィラメントワインデインク法は完成した物
品の所要の形状にぼぼ一致する形状を有する型又はマン
ドレルの周りにバンイダ材料のマトリックス中に配置さ
れた＾強度フィラメントを巻付け、次いでマトリックス
を固化させ今ことを含んでいる。かかるフィラメントワ
インディング法によりエーロフオイルブレードの如き細
長い物品を製造する場合には、フィラメントが型の周り
＃ＣＣ釘付られる際、型及びフィラメントは型の長手方
向軸線即ちワインディング軸線に沿って互いに他に対し
相対的に往復動され、これによりフィラメントよりなる
複数個のプライが形成される。この場合各プライのフィ
ラメントは型のワインディング軸線より角方向にオフセ
ットされており、また隣接するプライのフィラメントよ
り角方向にオフセットされる。フィラメントが型の周り
に巻付けられる際に型に沿ってフィラメントを連続的に
往復動させるべく、型又は型のセグメントの端部に方向
転換部又はワインディングリングが使用され、種々のフ
ィラメント層の端部巻回はフィラメントと型との闇の相
対的往復運動の方向転換を行ないつつ、フィラメントを
ワインディングリングの縁部にその外面を横切って巻付
けることにより形成される。
製造される物品が現今の風力タービンブレードの如き長
手方向にテーバの付いた形状を有する物品である場合に
は、フィラメントと型とを相対的に往復動させつつ型の
周りにフィラメントを連続的に巻付けることにより、型
の太い端部に於けるよりも型の細い端部に於てフィラメ
ントがより厚く巻付けられる。このことは好ましくない
ことが多い。例えば製造される物品が風力タービンのブ
レードである場合には、遠心荷重によりブシード内に発
生される応力を最小限に抑えるためには、ブレードの先
端部はそのルート部よりも薄く形成される必要がある。
従来の方法によりブレードの先端部がそのルート部より
も薄くなるよう物品をフィラメントワインディングによ
り製造する場合には、一般に複数個の切頭錐体状の連続
的なフィラメント層を轡付けることにより物品を製造す
ることが行なわれている。即ち、例えば第一の完全な層
が型上に実質的にその全長に厘ってフィラメントを巻付
けることにより配置される。しかる後第二の連続的な層
が型の周りにその一部にのみ巻付けられる。この場合第
二の層にて覆われていない第一の層の部分は製造される
べき物品の細い先端部を郭定する。しかる債第−及び第
二の層の一部が露♀された状態となるよう型の一部に第
三の連続的な■が巻付けられる。太い端部より細い端部
まで漸次厚さが減少するテーバの付いた物品を製造する
かかる方法によれば、製造される物品は階段状の断面形
状、即ち厚さ輪郭を有するものとなる。公知のフィラメ
ントワインディング法によれば、各段部の高さは完全な
連続的なフィラメント層を形成するに必要とされる数の
フィラメントよりなるフィラメント層の厚さに等しい。
かかる方法によれば製造される物品の輪郭を最適の（所
望の）厚さ輪郭におおまかに近似させることができるが
、かかる方法による場合よりもよりｍ−所望の厚さ輪郭
に近似させることのできる方法が望ましい。
テーバの付いた厚さ輪郭を正確に制御しつつ物品をフィ
ラメントワインディングにて製造する他の一つの方法は
、ワインディング工程に於て一層細いフィラメント（ロ
ービング）を使用することである。しかしかかる０−ピ
ングを使用する場合には、フィラメント層の数を増大し
なければならず、従ってワインディグに要する時間が長
くなるので、フィラメントワインディングによる物品の
製造効率が大きく低減される。
本発明の目的は、従来のフィラメントワインディング法
による場合よりも製造される物品の厚さ輪郭が所望の厚
さ輪郭により一層近似するよう改良されたテーバ状フィ
ラメント巻体の製造方法を提供することである。
かかる目的は、本発明によれば、テーバの付いた厚さ輪
郭を有するフィラメント巻体の改良された製造方法であ
って、階段状の厚さ輪郭にてフィラメント層を重ねて轡
付ける方法によって達成される。この場合型の周りに轡
付けられたフィラメント層のうち後続のフィラメント層
により覆われた部分は不完全な、即ち不連続な部分を含
み、これによりこれらのフィラメント層の後続のフィラ
メント層にて覆われていない部分は、製造される物品の
厚さ輪郭が所望の（設計）厚さ輪郭により−■正確に近
似するよう、最小の厚さを有するようになる。本発明の
方法はそれぞれ互いに角方向にオフセットされた状態に
て互いに交差する多数のプライにて形成された複数個の
フィラメント層を轡付けることにより、又は多数の互に
平行に巻付けられたプライを含む複数個のフィラメント
層を巻付けることにより実施されてよい。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
添付の第１図に、テーバの付いた細長い物品が本発明の
方法により製造されている状態にて図示されている。こ
の場合物品は大型風力タービンに使用されるテーバの付
いたエーロフオイルブレードである。本発明の方法は回
転軸（スピンドル）１３を含み、型１６がその型の長手
方向軸線即ちワインディング軸線の周りに回転軸と共に
回転するよう型１６が回転軸１３上に装着されたワイン
ディングマシン１０にて実施される。ワインディングマ
シン１０はトラック２２に沿うて往復直線運動をするこ
とによりワインディングマシンの長手方向に沿って往復
動するキャリッジ、即ちワインディングヘッド１９を含
んでいる。ワインディングへ、ラド１９はガラス繊維の
如き複数個の連続的なフィラメント（ロービング）２５
をその適当な源（図示せず）より受け、各フィラメント
が当技術分野に於て良く知られた要領にてマトリックス
としてのバインダ内に集合的に起重されるよう、フィラ
メントをエポキシ樹脂又は他の適当な物質の如き適当な
バインダにて被覆する。フィラメントは互いに平行に配
向されたローピンクの一つ又は複数個の層を含むバンド
、又は一つのストランド又は束をなすロービングとしＴ
型１６に巻付けられる。この方法により形成されるエー
ロフオイルブレードはフィラメントよりなる複数個の巻
付けられた層を含んでいる。図示の如く、型上に轡付け
られた各巻回２８は型１６のワインディング軸線に対し
角方向にオフセットされている。かくして各巻回をワイ
ンディング軸線に対し成る角度にて配向することは、ｇ
！１６に対しワインディングヘッド１９を型の長手方向
に相対的に運動させることによって得られ、型の回転速
度に対するワインディングヘッドの相対速度により各巻
回の角方向が決定される。
第一のプライ、即ち最も内側のフライを巻付ける場合に
は、バインダにて処理されたフィラメントバンドの端部
が型１６の図にて右側の端部に固定され、ワインディン
グヘッド１９を型の長手方向に図にて右より左へ移動さ
せつつ型１６がその長手方向軸線の周りに回転される。
ワインディングヘッド１９が方向転換部３０に近付くと
、フィラメントの端部巻＠３２が配置される。ワインデ
ィングヘッド１９が型１６の端部を通過すると、フィラ
メントは方向転換部３０の縁部より突出する一つ又はそ
れ以上のスパイク３４により捕捉される。ワインディン
グヘッド１９は方向転換部３０を通過した優、その運動
方向を逆転し、これにより方向転換部３０の外面を横切
ってフィラメントが巻付ｊｔられ、しかる後フィラメン
トはそのフィラメントが最初に捕捉されたスパイクより
隔１された位習に設けられた多数のスパイク３４ａに捕
捉される。ワインディングヘッド１９が型１６に沿って
反対方向に直線運動し始めると、端部巻回３２上にこれ
に交差する端部巻回３７が配置される。型１６が回転さ
れつつワインディングヘッド１９が図にて左より右へ型
１６に沿って連続的に直線運動すると、フィラメントの
互いに隔曽された巻回よりなる第二のプライが形成され
る。ワインディングヘッド１９が型１６に沿って繰返し
往復動されることにより、各プライがその前のプライに
対し角方向にオフセットされた状態にて、互いに隔１さ
れたロービング巻回よりなる種々の上層プライが型上に
配置される。かくしてワインディングヘッド１９が第１
図に示された方向に型１６に沿って直線運動し、しかる
後ワインディングヘッド１９の運動方向が逆転されると
、第三のプライが形成される。第三のプライのロービン
グ巻回は第一のプライの巻回とほぼ平行であり且これに
近接しており、しかも第二のプライの巻回上にこれに交
差するものであることが理解されよう。
かくして各プライの巻回はそれ以前にワインディングヘ
ッドが型に沿って同一方向に移動した際に形成されたプ
ライの巻回と平行に巻付けられる。
また本発明の方法はワインディング軸線に沿って型に対
しワインディングヘッドを長手方向に運動させる方向が
転輌されると型の回転方向も逆転されるよう、轡付けら
れていないフィラメントバンド及びワインディングヘッ
ドに対し型を往ｌ［０転運動させることにより実施され
てもよい。かくしてワインディングヘッドがその長手方
向の移動の終端に到達しその移動方向が転換されると、
型も回転軸１３の周りの回転方向を逆転し、型１６の周
りに轡付けられた全ての巻回は互いに実質的に平行であ
り、これにより巻回が相互に交差することが排除される
。かかる方法が本願出願人と同一の出願人により本願と
同日に出願された特願昭５７−　　　　　　号に記載さ
れている。
前述の如く、テーバの付いたエーロフオイルブレードの
如きテーバの付いた物品がフィラメントの完全な層を巻
付けることにより形成される場合には、フィラメント層
の厚さは型の周囲長さに反比例する。ワインディング角
度が一定に維持される場合には、この関係は以下の公式
により表わされる。
ＰＩ　ｔ＋　−Ｐ２　ｔｔ ここにＰ＋は位置１に於ける周囲長さの測定値であり、
Ｐ２は位１１２に於ける周囲長さの測定値であり、ｔｌ
、は位Ｗ１に於けるフィラメント層の平均厚さであり、
ｔ２は位ｗ２に於けるフィラメント層の平均厚さである
。従って風力タービンのエーロフオイルブレードの如き
テーバの付いた物品については、上述の関係によれば、
ブレードの先端部はブレードのルート部よりも実質的に
厚くなることが解る。一般に、ブレードの先端部にはル
ート部よりも小さい応力しか作用しないので、逆の厚さ
の関係が好ましい。即ちルート部よりも先端部を実質的
により薄く形成することが一般に望ましい。従来のフィ
ラメントワインディング法によれば、このことはルート
部及び中央部よりも先端部に於てより少ない数の完全な
フィラメント■を巻付けることによって達成される。例
えば第一の完全な層が型の全長に厘り巻付けられ、第二
の完全な層がそれよりも先端側に於ては一つのフィラメ
ント層のみが必要とされる型上の成る位置までルート部
より巻付けられる。次いで第三の完全な層がその位置よ
りも先端部側に於ては最初の二つの■、即ち第−及び第
二の層のみが必要とされる型上の成る位置までルート部
より第二の層上に巻付けられる。かくして階段状の構造
体が形成される。勿論かかる階段状の厚さ輪郭がほぼ滑
らかな対応する設計（所望の）輪郭に近似する精度は、
型上に轡付けられたフィラメント層の厚さにより制限さ
れる。上述の風力タービンブレードの如きテーバの付い
た構造体については、上述の型の周囲長さに対する厚さ
のｌＩｇｋ式により表わされている如く、型上に巻付け
られたフィラメント層は、先端部とルート部との間に於
て型の周囲長さが相違するので、先端部に於ては所望の
値の数倍も厚いものとなる。同様に、所要の厚さ輪郭に
近似する階段状の構造体を形成すべく漸次長さが減少す
る複数個のフィラメント層を巻付ける従来のフィラメン
トワインディング法に於ては、段部の高さは完全にフィ
ラメント層の厚さに等しいので、かかる段部を有する物
品はその物品の解析的設計により要求される連続的な厚
さ輪郭に非常に粗く近似しているに過ぎないものとなる
ことが多い。
本発明によれば、段部の＾さは実質的に低減され、フィ
ラメントを巻付けることにより形成された物品は従来の
フィラメントワインディング法により達成し得る程度よ
りもより一層正確に滑らかな設計輪郭に近似する厚さ輪
郭を有するものとなる。本発明によれば、多数のｒ部分
層」が形成される。部分層は型の周囲長さが：小さい位
置に於ては連続的な部分を含み、また型の周囲長さの大
きい位置に於ては不連続な部分を含んでおり、不連続な
部分は他の部分層により後に覆われる。かくして所望の
厚さ輪郭に近似する各段部の高さは完金なフィラメント
層を轡付ける場合に生じる段部の高さより著しく低減さ
れ、滑らかな所望の厚さ輪郭により一層近似した物品を
得ることができる。
第２図乃至第５図に於て、本発明を実施する場合には、
型１６上に第一の位１１５０、第二の位置５５、第三の
位１ｉ［６０が定められる。この場合第二の位置５５は
第一の位置５０と第三の位置６０との間に選定される。
第一の位置５０に於ける型１６の周囲長さは第三の位置
６０に於ける周囲長さよりも大きい。第２図乃至第５図
に図示された例に於ては、翠明の目的で、第一の位［５
０に於ける周囲長さは第二の位置５５の周囲長さの二倍
であり、第三の位ｌ！６０に於ける周囲長さの四倍であ
るものと仮定する。かくして三つの位置が定められると
、第１図との関連で先に説明した何れかの方法により、
フィラメントが型の周りに連続的に轡付けられる。第２
図乃至第５図に於て、ワインディングヘッド及びこれに
より担持されたフィラメントバンドは、後続のプライの
フィラメント＠回が互いに他に対し平行に配置されるよ
う、型の往復回転運動の方向転換と同時に長手方向の運
動方向を転換する。、第二の位ｗ５５に於ける型の周囲
全体が所望の厚さのフィラメント層により覆われ、しか
も第一の位置５０の領域に於ける型の周囲の一部がフィ
ラメント層にて覆われていない状態となるまで、任意の
適当な幅及び厚さを有するフィラメントバンドが第一の
位＠５０と第三の位置６０との間にて型１６の周りに連
続的に巻付けられる。このことにより前述の部分層の一
つが形成される。第２図乃至第５図に於て、前述の公式
によれば、第三の位１ｆ６０に於ける型の周囲長さは、
成る一定の厚さのフィラメントバンドが連続的に轡付け
られることにより周囲がフィラメントバンドにて覆われ
た第二の位置５５に於ける周囲長さの半分であるので、
第三の位１１６０に於けるフィラメント巻回は互いに重
なり合い、従って、第三の位１ｉ！６０に於ては二倍の
厚さのフィラメントバンドが巻付けられることとなる。
しかし第一の位置５０に於ける周囲長さは第二の位ｓ！
５５に於ける周囲長さの二倍であるので、第二の位置５
５がフィラメントバンドにて連続的に覆われた段階に於
ては、第一の位ＩＦ５０は約半分しかフィラメントにて
覆われていない状態となる。
第６図乃至第９図に於て、第一の位ＩＦ５０に於ける型
１６の周囲がフィラメントにて完全に誓われるようにな
るまで、更にフィラメントバンドが第一の位置５０と第
二の位置５５との間にて型の周りに巻付けられる。かく
して第７図に最も良く示されている如く、かかる工程が
完了した時点に於ては、型１６はその第一の位置−５０
に於てはフィラメントバンドの一つの層により覆われた
状態となるのに対し、第二の位置５５に於ては二倍の厚
さのフィラメントバンドにて覆われた状態になる。
従うて型が本発明の方法゛に従ってフィラメントを轡付
けられる場合には、型の全ての位置がフィラメントにて
完全に覆われ、しがも第三の位１ｆ６０に於ては型は二
倍の厚さしが有しないフィラメントバンドにて覆われる
ことになる。これに対し、上層が第一の位置５０と第二
の位置５５との間にて型上に巻付けられる前に完全な層
のみが巻付けられる従来の方法に於ては、第三の位ｗ６
ｏに於ける最小厚さはフィラメントバンドの厚さの四倍
の厚さになる。何故ならば、第三の位置６ｏに於ける周
ＷＩ長さは第一の位置５０に於ける周囲長さの１／４で
あるからである。かくして物品全体が本発明の方法に従
って行なわれるフィラメントワインディングにより形成
される２場合には、所望の厚さ輪郭に近似する段部の高
さは従来技術のフィラメントワインディング法による場
合よりも実質的に小さく、従って形成される物品の厚さ
輪郭は従来に比してはるかにより一層所望の厚さ輪郭に
近似したものとなる。第２図乃至第９図に図示された例
に於ては、第一の段部ばフィラメントバンドの二倍でし
かないのに対し、完全な連続的な層を重ねて巻付ける従
来の方法による場合には、最初の段部はフィラメントバ
ンドの四倍の厚さになる。
第１０図には、本発明の方法により得られる所望の厚さ
輪郭により一層近似した厚さ輪郭の一部が図示されてい
る。また第１０図には、フィラメントを巻付けることに
より形成されたエーロフオイルブレードの先端部の外形
が図示されている。
段部７５〜１　’ＯＯは本発明の方法に従って形成され
た部分■を示している。即ち、各段部の露呈された部分
・は型の周りに巻付けられたフィラメントの完全な（連
続的な）分布状態を示しており、また各段部の上層によ
り覆われた部分は開いた領域、即ち不完全な領域を含ん
でいる。線１０５は例えば解析的設計により得られた所
望の厚さ輪郭を表わしている。纏１１５は従来技術のフ
ィラメントワインディング法により型の周りに一様な厚
さのロービングを巻付けることにより得られる風力ター
ビンブレードの端部の輪郭を示している。この第１０図
より、完全な連続的な層が巻付けられる従来の方法によ
る場合には、先端部の厚さはそれよりもルート部に近い
位置に於ける厚さよりも実質的に大きいことが解る。従
って従来の方法による場合には、先端部に於ける厚さ輪
郭は所望の厚さ輪郭に充分には近似しなくなることが解
る。しかし本発明め方法に於ては、部分層の巻付け、即
ちフィラメント層が後続のフィラメント層により覆われ
る不濱続部を有する部分層を巻付けることにより、段部
の大きさが従来より公知の方法の場合の段部よりもはる
かに小さくなり、またかくして段部の大きさが小さくな
ることにより物品の輪郭が所望の輪郭により一層近似す
る。更に、段部の大きさが小さくなることにより、発生
される空隙の数及び大きさが低減され、これによりフィ
ラメントを巻付けることにより形成された物品の強度を
向上させることができる。
以上に於ては本発明を全てのプライが実質的に互いに平
行な方向に型上に巻付けられるフィラメントワインディ
ング法について説明したが、本発明の方法はフィラメン
トバンドが一細工構造にて巻付けられるよう各プライが
隣接するプライより角方向にオフセットされる交差型ワ
インディング法にも適したものである。第１１図はかか
るフィ　　　′ラメントバンドの分布状態を示している
。前述の如く、かかるフィラメントバンドの分布は、型
の回転方向を一定に維持しつつワインディングヘッドを
型に対しその長手方向に往復動させることにより得られ
る。第１１図に於て、位置５０，５５．６０が図示され
ており、型１６は位置５０に於てはフィラメントバンド
の園に開いた領域、即ち不連続部を含んでいる。位置５
５に於てはフィラメントバンドの厚さ幡二倍の厚さを有
しているのに対し、位置６０に於てはフィラメントバン
ドの厚さは一つのフィラメントバンドの厚さの四倍に等
しい。位［５０には開いた領域及びフィラメントバンド
の交差部が存在するので、位置５０に於けるフィラメン
ト層の平均値は一つのフィラメントバンドの厚さである
。このことは位＠５５に於けるフィラメント層の厚さが
フィラメントバンドの二倍であり、位ＷＩ６０に於ける
フィラメント層の厚さが一つのフィラメントバンドの四
倍であるので、前述のフィラメント■の厚さと型の周囲
良さとの関係と一致するものである。設計厚さ輪郭に正
確に近似するよう段部の大きさを低減することの利点は
、上述の平行にフィラメントバンドを巻付ける方法の場
合と同様、かくしてフィラメントバンドを交差して巻付
ける方法によっても得られる。
前述のフィラメント層の厚さと型の周囲長さとの関係は
説明の目的で示されたものであり、本発明の範囲を制限
するものではない。本発明の方法は前述の部分層を階段
状に巻付けることにより得られる利益を犠牲にすること
なく種々のワインディング角度にて実施されてよいもの
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による方法により製造されている物品を
示す斜視図である。 第２図は本発明に従ってフィラメントワインディングに
より製造されている物品を一部省略して示す解図である
。 第３図は第２図の線３−３による部分断面図である。 第４図は第２図の線４−４による部分断面図である。 第５図は第２図の線５−５による部分断面図である。 第６図は第２図に示された物品が本発明の方法に従って
更にフィラメントを巻付けられた状態を示す第２図と同
様の解図である。 第７図は第６図の線７−７による部分断面図である。 第８図は第６図の線８−８による部分断面図である。 第９図は第６図の線９−９による部分断面図である。 第１０図は本発明の方法に従って製造された物品の部分
断面図である。 第１１図は本発明の方法の他の一つの実施例に従って製
造されている物品を示す第２図及び第６図と同様の解図
である。 １０・・・ワインディングマシン、１３・・パ晶転軸、
”１６・・・型、１９・・・ワインディングヘッド９．
２２・・・トラック、２５・・・ロービング、２８・・
・巻回、３０・・・方向転換部、３２・・・端部巻回、
３４．３４ａ・・・スパイク、３７・・・端部巻回、５
０・・・第一の位置。 ５５・・・第二の位置、６０・・・第三の位１．７５〜
１００・・・段部 特許出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション 代　　理　　人　　　弁　　理　　士　　　明　　石　
　昌　　毅（自　発） 手続補正書 １、事件の表示　昭和５７年特許願第１８９９７３号２
、発明の名称 テーバ状フィラメント巻体の製造方法 ３、補正をする者 事件との間係　　特許出願人 住　所　　アメリカ合衆国コネチカット州、ハートフォ
ード、フイナンシャル・プラザ　１ 名　称　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーボレイ
ション４、代理人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 長手方向に延びるワインディング軸線を有する型の周り
    に互いに平行に配向されたフィラメントのバンドを轡付
    けることによりテーバ状フィラメントを書体を製造する
    方法に６で、 前記型（１６）上に長手方向に互いに隔置された第一、
    第二、第三の位置（５０，５５，６０）であって、前記
    第二の位置（５５）は前記第一の位置（５・０）と前記
    第三の位置（６０）との間に起重され、前記第一の位置
    く５０）に於ける前記型（１６）の周囲長さは前記第三
    の位置（６０）に於ける周囲長さよりも大きい第一、第
    二、第三の位置を定める工程と、 前記第二の位置（５５）に於ける前記型（１６）の周囲
    全体が所望の厚さの前記フィラメントの層にて覆われ、
    しかも前記第一の位置（５０）に於ける前記型（１６）
    の周囲の一部が前記フィラメントにて覆われていない状
    態となるまで、前記第一の位置（５０）と前記第三の位
    置（６ｏ）との間にて前記型（１６）の周りに前記フィ
    ラメントノハンド（２５）を連続的に巻付ける工程と、
    前記第一の位置（５０）に於ける前記型（１６）の周囲
    全体が所望の厚さの前記フィラメントの層にて覆われる
    まで、前記第一の位置（５０）と前記第二の位置（５５
    ）との藺にて前記型（１６）の周りに前記フィラメント
    のバンド（２５）を連続的に巻付ける工程と、 を含んでいることを特徴とする方法。
JP57189973A 1981-12-28 1982-10-28 テ−パ状フイラメント巻体の製造方法 Granted JPS58114920A (ja)

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