レーザー切断とワイヤー EDM: カスタム部品の公差とコストのガイド

レーザー切断とワイヤー放電加工の比較エネルギーメカニズムと精度とコストのトレードオフが根本的に異なります。CNC レーザーは集束ビームを使用して、厚さ 0.5 ～ 25 mm の大量の材料を公差 ±0.05 ～ 0.1 mm で非常に迅速に切断します。一方、ワイヤ EDM はマイクロ秒のパルス放電を利用して、厚さ 300 mm までの超硬材料を ±0.002 ～ 0.005 mm の精度で加工します。

公差とコスト: レーザー切断とワイヤー EDM の比較の概要

評価次元	CNCレーザー切断サービス	ワイヤー放電加工サービス	エンジニア選定の推奨事項
標準公差範囲	±0.05mm～±0.10mm	±0.002mm～±0.005mm	±0.01 mm より厳密なタイトフィットにはワイヤ EDM を使用する必要があります
表面粗さ（Ra）	Ra1.6μm～Ra3.2μm	Ra0.2μm～Ra0.8μm	金型のキャビティと鏡面にはマルチスキムワイヤ EDM が必要です
カーフ幅と内コーナー R 制限	カーフ 0.15 ～ 0.35 mm、インナー R ≥0.1 mm	ワイヤØ 0.1–0.25 mm 、内側R ≥0.06 mm	狭くて深いスロットと鋭い内部コーナーはマイクロワイヤー EDM に依存します
熱影響区域 (HAZ)	0.1 ～ 0.3 mm (表面微細硬化あり)	<0.005 mm (白い層はスキムカットで除去可能)	高疲労構造部品には HAZ リスク評価が必要
切断速度と時給	1,000 ～ 60,000 mm/分 ($35 ～ $65/h)	30 ～ 250 mm²/分 ($60 ～ $110/h)	大量選択レーザー。複雑で硬く厚い部品はワイヤー放電加工を選択します

部品公差が ±0.05 mm を超え、量産に最適な単価を目標とする場合は、金属レーザー切断が第一の選択肢となります。それでも、焼き入れ鋼を加工したり、抜き勾配なしで深い穴をあけたり、30 mm を超える材料厚を処理したり、 ±0.005 mm の公差要件を満たす必要がある場合には、歩留まりと全体コストの点でワイヤ切断が優れています。

によるとSME 2024 テクニカル ペーパー、上記の許容範囲の限界は、2,000 を超える実稼働プロジェクトにわたって検証されています。

レーザー切断とワイヤー放電加工では公差はどのように異なりますか?

レーザー切断とワイヤー EDM の許容誤差能力は根本的に異なります。レーザーは最適条件下で±0.05 ～ 0.1 mmを達成しますが、ワイヤー EDM は閉ループ補償を備えたマルチパス スキム切断により±0.002 ～ 0.005 mmに達します。

耐性能力の比較

• ファイバーレーザーの焦点スポットは発散角と厚さの影響を受け、カーフテーパーは 0.3°～0.8°になります。このカーフテーパーが厚板部の直角度を変化させる最大の原因です。厚板の切断となると、ファイバーレーザーとワイヤー EDM の精度の差がさらに顕著になります。
• 低速で動作するワイヤ放電加工機と、閉ループ格子定規および UV 軸サーボマイクロ補償を組み合わせると、ワイヤ電極のヒステリシスを完全に除去し、厚さ 300 mm で 0.008 mm 未満、厚さ100 mm で 0.003 mm 未満の全断面真直度誤差を実現できます。
• ISO 2768-mK と fH の精度クラスの比較を導入すると、エンジニアは適切な許容限界を設定し、コストのかかる過剰設計を回避できます。

実際のプロジェクトでは、JS Precision は非嵌合面の公差を fH から mK に緩和すると改善されることを観察しました。 レーザー加工効率追加の改良を必要とせずに 30% 向上します。

図 1: 動作するレーザー切断機とワイヤー EDM 機。

厚さは金属レーザー切断サービスと放電加工にどのような影響を与えますか?

金属レーザー切断サービスは、0.5 ～ 12 mm のシートでは優れていますが、25 mm を超えると熱歪みが発生します。ワイヤ放電加工は、機械的切断応力ゼロで厚さ 300 mm の導電性金属を通して安定した精度を維持します。

断面質量に対する厚さの影響

• レーザー出力とアシストガスが適切に調整されている場合、厚さは0.5 ～ 12 mm の範囲で、カーフの直角度は 0.1 mm 以内に制御でき、底部のスラグは最小限になります。このタイプの金属レーザー切断サービスレーザー加工では最も経済的です。
• 厚さ20mmを超える炭素鋼やステンレス鋼板を加工する場合、補助ガス田の乱流により底部にスラグが固着する場合があります。また、連続入熱はワークの反りの原因となります。
• ワイヤ放電加工機は、切りくずの除去に脱イオン水の高圧フラッシング液 (1.5 ～ 2.5 MPa) を使用します。これにより、100 ～ 300 mm の金型鋼を加工する際に、材料の除去速度が一定に保たれ、機械的切削応力がゼロに保たれます。

厚さが処理速度とコストに与える影響

• 厚さが増加すると、ピーク送り速度は劇的に低下します。0.5 mm 炭素鋼の場合は 60,000 mm/min から、25 mm 鋼の場合はわずか約 800 mm/min となり、単位時間コストが大幅に増加します。
• 明らかに、取り出される材料の量がワイヤ放電加工の速度を決定します。 100 ～ 300 mm のスパンにわたって、除去速度は30 ～ 80 mm²/min で変わりません。その結果、ワイヤー EDM の相対的な効率の利点は、厚さが増加するにつれてより明らかになります。 厚い板を切る。
• 肉厚が 20 mm を超える 3D パーツの場合、熱歪みによる二次レベリングのコストを考慮する必要がありますが、ワイヤー切断には後処理が必要ありません。全体のコストの分岐点は、厚さ 15 ～ 20 mm の範囲にあります。

厚さの範囲	レーザー切断: カーフテーパー (°)	レーザー切断: 底ドロスのリスク	ワイヤ放電加工機：垂直誤差(mm)
0.5～5mm	0.3～0.5	低い	<0.002
5～12mm	0.4～0.6	中くらい	<0.002
12～25mm	0.5～0.8	高い	<0.003
25～100mm	推奨されません	厳しい	<0.005
100～300mm	適用できない	適用できない	<0.008

JS Precision の 800 以上の厚板プロジェクトからの 2025 年の生産データによると、ワイヤ EDM は厚さ 300 mm であっても垂直度を 0.008 mm 未満に維持します。

図 2: 厚い金属板をスライスする CNC レーザー切断機。

HAZ と粗さはカスタムレーザー切断にどのようなリスクをもたらしますか?

カスタムレーザー切断サービスでは、エッジを脆化させる 0.1 ～ 0.3 mm の熱影響ゾーンが生成されます。ワイヤ放電加工は、微冷浸食により残留応力なしでRa 0.2 μmを達成します。

熱影響部と表面品質

• 局所的なレーザー温度は 1,500 °C を超え、マルテンサイトステンレス鋼のエッジに硬化層 ( ≧55 HRC)が生成されます。この層は、その後のタッピング中にタップの破損や亀裂の原因となり、曲げ中に破損を引き起こす可能性があります。表面仕上げの変化は、組み立て時の失敗につながる主な原因です。
• ワイヤ放電加工機の再溶解した白い層の厚さはわずか 2 ～ 8 μm です。まず、メインカット 1 回 + トリミングカット 3 ～ 5 回で放電エネルギーを低減すると、表面粗さは Ra 0.2 ～ 0.4 μm に減少し、微小亀裂は除去され、非常に長い疲労寿命を実現するのに十分です。
• JS Precision は、高周波振動治具プロジェクトで、マルチパス スキム切断ワイヤ切断面の疲労寿命が、ワイヤ切断面の疲労寿命の3 倍以上であることを実証しました。 レーザーエッジカット。

HAZ がその後の処理に及ぼす実際の影響

• その後の曲げ加工中に硬化層の外表面に微小亀裂が発生する可能性があり、 R/t < 1.5の場合、亀裂の発生率は 15% ～ 20% に達することもあります。
• タップの早期摩耗は、タップねじ穴の熱影響部の硬度勾配の結果として発生する可能性があります。これを避けるためには、レーザー切断後に応力除去焼鈍を行うか、さらに良いのは、ワイヤー放電加工による下穴加工を行うことです。
• 非常に激しい振動の条件下では、HAZ の微小亀裂が成長し、繰り返し荷重下で目に見える疲労源に発展する可能性があります。その後の唯一の解決策は、ワイヤー切断または研削によって変質層を除去することです。

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図 3: 穴のあるカスタム レーザー カット金属部品のスタック。

バッチでのレーザー切断コストとワイヤー EDM のコストを計算するにはどうすればよいですか?

レーザー切断とワイヤー EDM のコスト差は規模が大きくなると劇的に拡大します。レーザーの時間当たり 35 ～ 65 時間、最大 60,000 mm/分の速度での生産量は、部品あたりのコストが大量の場合ワイヤー EDM の5% ～ 15%になります。

コスト構造の内訳

• レーザーのコストは、工作機械の減価償却費、ファイバー損失、補助ガスの消費量 (液体窒素/液体酸素の場合1 時間あたり 8 ～ 15 キロリットル)、および高い切断速度によって分散される非常に低い人件費で構成されます。バッチ生産が1,000 ユニットを超えると、ユニットあたりのレーザーのコスト上の利点は非常に大きくなります。
• ワイヤ放電加工機のコストは、真鍮電極ワイヤの 1 パス損失 (ワイヤ送り速度 10 ～ 15 m/min の 18% ～ 25% )、脱イオン樹脂の損失、および複数のツールの修理にかかる非常に長い作業時間によって主に制御されます。
• バッチ生産とツール パス長のバランス モデルを作成します。単一ピースの研究開発におけるワイヤ切断はより決定的であり、量産が 500 ピースを超える場合、レーザー切断の総コストはワイヤ切断の 10% 未満になる可能性があります。

バッチサイズがコストの変曲点に与える影響

• 一体型プロトタイプのレーザー プログラミングとクランプの使用は、合計時間のかなりの部分を占める可能性があります。それでも、ワイヤー EDM は補助ガスのコストを節約し、レンズのメンテナンスを回避するのに役立ちます。そのため、1 個あたりのコストの差は2 ～ 3 倍にすぎません。の主な違いは、レーザー切断コストvs ワイヤー EDM のコストは装置の初期費用のみです。
• 100 個のバッチ生産:この場合、レーザー切断時間が速いため、1 個あたりのコストがワイヤ切断コストの 20% ～ 30%に削減されます。マルチブレードによるワイヤーカットトリミングが主な制限要因となります。
• 10,000 個のバッチ生産:マルチステーションのリンクとロボットによるロードおよびアンロードにより、レーザー切断はさらなるコスト削減を実現できますが、ワイヤ切断は電極ワイヤの劣化と限られたクランプ領域のため、コスト削減の余地がほとんどありません。

バッチサイズ	レーザー切断: 部品あたりのコスト ($)	ワイヤー EDM: 部品あたりのコスト ($)	レーザーのリードタイム (日)	ワイヤー放電加工のリードタイム (日)
1個（試作品）	8～15	25 – 45	1～2	3～5
100個	3～6	18～30	2～3	5～8
10,000個	0.5～1.5	8～15	5～7	15～25

JS Precision の 2025 ～ 2026 年のプロジェクト コスト データベース (1,200 以上のヨーロッパのプロジェクト) によると、一般的な薄板形状の場合、コストの分岐点は 300 ～ 500 ユニットの間で発生します。

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図 4: バッチ用のレーザー切断機とワイヤ EDM 機。

CNC レーザー切断サービスは微細な穴や鋭い角を処理できますか?

CNC レーザー切断サービスでは、スポット サイズとピアス バースト効果のため、 R 0.1 mm 未満の内側のコーナーや材料の厚さの 0.5 倍より小さい穴を作成することはできません。 Ø 0.1 mm ワイヤを使用したワイヤ放電加工により、R 0.06 mm の鋭いコーナーが実現します。

機能制限の比較

1. 金属表面にレーザーピアシングを行うと、プレートの厚さの約 1.5 倍の直径を持つバーストホール領域が形成されます。コーナーに熱が蓄積すると過熱して丸くなることが多く、非常に正確なピンホールを形成することができなくなります。 CNCレーザー切断微細なフィーチャを処理する場合は、二次加工のために余裕を確保しておく必要があります。
2. ワイヤ EDM を0.1 mm の微小電極ワイヤと事前にドリル加工されたワイヤ穴とともに使用すると、二次フライス加工を必要とせずに、深さと幅の比が 30:1 のキー溝、スプライン、鋭利なコーナーを正確に形成できます。
3. DFM 設計者は、内角 R < 0.15 mm または穴直径 < 0.8 mmのフィーチャーは、レーザー加工後の公差の超過によって引き起こされる干渉を避けるために、指定されたワイヤーカットで行う必要があることを明確にする必要があります。

微細穴加工に対する DFM の推奨事項

1. 正確に位置決めされた 0.8 ～ 1.5 mm の穴の場合は、 2 段階のアプローチを使用します。事前にパンチし、次にレーザーで拡大して穴のエッジの外側の破裂ゾーンを制御します。カスタムパーツ用のこの種のレーザー切断技術は、高品質の微細穴を生成する非常に効果的な方法です。
2. 微細穴の間隔が 2 mm 未満の場合、レーザー熱の蓄積により隣接する穴の壁が変形します。その後、アレイ全体をワイヤー EDM または EDM 穴あけに切り替える必要があります。
3. 鋭い角の除去はレーザーの本質的な弱点です。内角 R < 0.15 mmのデザインには、ワイヤー EDM が必要とマークする必要があります。

ワイヤー放電加工と金属レーザー切断サービスが必要な合金はどれですか?

金属レーザー切断サービスは、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、非金属に適しています。ワイヤ EDM は、硬度 ≥50 HRC の硬化工具鋼、タングステンカーバイド、チタン合金を専門としています。

材料の適合性境界

• でファイバーレーザー切断、反射率の高い材料(C1100 銅や 6061 アルミニウム合金など) の吸収率は非常に正確に制御する必要があります。そうでない場合、反射光が光学レンズを損傷する可能性があります。
• ワイヤ放電加工は、焼き入れ鋼 (Cr12MoV、D2)、粉末高速度鋼 (ASP23)、超硬合金 (YG8)、および高温合金 (インコネル 718、TC4) に対して正確に同じ金属除去率を維持するため、プロセスに残留機械応力を発生させません。
• 厚さ 50 mm を超えるステンレス鋼またはチタン合金のレーザー切断プロセスでは、レーザーのテーパーとスラグの蓄積が主な障害となるため、精密加工にはワイヤー切断が唯一の方法です。

高反射率材料の加工上の課題

• 純銅および銀銅合金は、1.07 μm の波長の 90% 以上を反射します。これは、カーフの質が悪いだけでなく、逆方向の共振空洞にある程度の損傷を与えることになります。このような材料のレーザー切断には、波長変換またはコーティング支援技術が必要です。
• ワイヤカットの利点の 1 つは、導電性の高い材料の場合です。銅の導電性により、放電ギャップがより安定します。また、ステンレス鋼に比べて切削能率が20～30％高く、表面粗さはRa0.4μmを容易に達成できます。
• 8 mm を超える TC4 レーザー切断は窒化物層の脆化や熱亀裂の形成につながりますが、入熱なしのワイヤ切断では元の機械的特性を維持できます。

エンジニアリングマテリアル	レーザー切断の適合性	ワイヤー放電加工の適合性	レーザーの主な制限	EDM の主な利点
ステンレス(SUS304)	優れた (≤12 mm)	素晴らしい	HAZ 硬化 >55 HRC	残留応力ゼロ
チタン合金(TC4)	良好 (≤8 mm)	素晴らしい	熱歪みのリスク	安定した侵食速度
炭化タングステン(YG8)	不適切	素晴らしい	反射ダメージ	硬度に関係なく一定のMRR
銅(C1100)	悪い（特別なコーティングが必要）	素晴らしい	>90% の反射率	高い導電性により放電が促進されます

によるとASM インターナショナル 2025 機械加工ハンドブック、上記の材料選択マトリックスは、生産グレードの結果について検証されています。

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EDM とカスタム部品のレーザー切断を組み合わせるとどのようにコストが削減されますか?

カスタム部品のレーザー切断による大まかなプロファイリングとワイヤ EDM による精密仕上げの組み合わせにより、完全な EDM 加工と比較してサイクル タイムが 60% 削減され、総コストが 40% 以上削減されます。

複合プロセスのコスト削減の道筋

• 外形は大きくても、精密な穴や狭い溝が数か所しかない中型から大型の部品にフルプロセスのワイヤ放電加工機を使用すると、コストが高すぎます。
• 高出力ファイバーレーザーは、次のような用途に使用される機械です。高速ブランキング外側輪郭の（マージンは 0.3 ～ 0.5 mm）。この部品は、応力除去焼きなましの後、ワイヤ EDM マシンに固定され、相手部品のマルチパス スキム カットが行われます。これにより、非常に高速なブランキングと非常に精密な (ミクロン レベル) 部品との間の一種のバランスが得られます。
• レーザー切断コストとワイヤー EDM のトレードオフでは、複合プロセスではコスト曲線の交点がバッチ サイズが小さくなる方向に変化するため、中量 ( 200 ～ 1,000 個) の複雑な部品が経済的になります。

複合プロセスの適用シナリオの例

• 医療機器部品：6mmステンレス板、外形±0.1mm、 φ2mm嵌合穴3個（±0.005mm）付。穴仕上げのレーザーブランキング+ワイヤーカットにより、合計時間は14時間から5時間に短縮され、コストは55％削減されました。
• カスタム部品のレーザー切断は主に、ほとんどのワークピースを迅速に除去する役割を果たし、主要な機能には細かいタッチの余裕だけを残すため、非効率なワイヤ切断を最小限に抑えます。
• 複合加工の鍵は正確な取り代管理です。多すぎるとワイヤーの切断には時間がかかります。少なすぎると、熱影響部を除去することができなくなります。 JS Precision の DFM チームは、材料の厚さと寸法に基づいて最適な許容値を自動的に計算します。

JS Precision はカスタムカットによりドローンアームクランプの歪みをどのように修正しましたか?

JS Precision は、7075-T6 アルミニウム製ドローン アーム クランプの歪みの問題を、レーザー荒加工 + ワイヤー EDM マルチスキム仕上げのハイブリッド戦略を導入することで解決し、0.003 mm 以内の平坦度を達成し、リードタイムを 50% 短縮しました。

お客様の問題点

産業グレードの検査ドローン メーカーは、厚さ 8.0 mm の 7075-T6 アルミニウム合金製折りたたみ式アーム ファスナーを提供する必要がありました。要件は、外側輪郭公差 ±0.08 mm、内側 1.5 mm 係止溝公差 ±0.003 mm、表面粗さ Ra 0.4 μm、全体断面平面度 ≤0.005 mmでした。元のサプライヤーはレーザー切断を使用していましたが、レーザーの高熱で 7075-T6 の残留応力が解放されたため、 0.28 mm の反りが発生し、ロック溝が公差を 0.04 mm 超えたため、バッチ全体が廃棄されました。

JS プレシジョン ソリューション

1. 高純度窒素を使用して動作する 12 kW ファイバー レーザー マシンは、部品の外形を非常に迅速に切断します。この場合、レーザーは内部スロット領域の各側に 0.5 mm を残すように設定されました。この種のカスタムレーザー切断サービス高品質を保証するだけでなく、効率的な荒加工作業も保証します。
2. 荒加工された部品には、120 °C で 4 時間の応力除去時効処理が施されます。このトリートメントは、内部の微小なストレスを閉じ込めるのに役立ちます。
3. 特殊な空気圧プレート固定具が作成され、 0.15 mm の亜鉛被覆黄銅線を使用して牧野ワイヤー放電加工機に固定されました。
4. ツァイス三次元測定機と粗さ計により全数検査を実施します。

試行錯誤の経験

当初、ワイヤ放電加工は応力除去時効を行わずに実施されたため、残留応力により0.015 mmのスプリングバック変形が発生し、 0.015 mmのスプリングバック変形につながるレーザ影響部と母材自体からのみ残留応力が解放されました。その後、JS Precision はワイヤ EDM の前に応力除去時効処理ステップを追加して、応力変形を完全に排除しました。

最終結果

キー係止溝の寸法公差は+0.002/-0.001mm 、溝壁粗さRaレベルは0.35μm、全断面平面度は0.003mmです。フルラインの切断ソリューションと比較すると、単価は45% 削減され、最初のバッチの 500 セットは 6 営業日で納品されました。

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よくある質問

Q1: レーザー切断よりもワイヤー EDM が厳密に要求される技術的条件は何ですか?

ワイヤ放電加工は、公差が ±0.01 mm より細かく、厚さが 30 mm より大きい、内角 R <0.1 mm 、または材料の硬度が 50 HRC 以上の場合に、ゼロ応力変形、熱影響部のない、Ra 0.4 μm の表面仕上げを実現できる唯一のプロセスです。

Q2: ファイバーレーザー切断の最小切り溝幅と最小穴直径の制限はどれくらいですか?

ファイバーレーザーの切り口幅はわずか 0.15 ～ 0.35 mmです。一般に、正確なパンチ穴は、材料の厚さの少なくとも 0.5 倍、直径 ≥0.8 mm です。パルス熱法を使用して形成される小さな穴は、スラグの蓄積、穴の壁の真円度の狂い、および熱による歪みを容易に引き起こす可能性があります。

Q3: ワイヤー EDM は導電性金属に熱影響部 (HAZ) を生成しますか?

ワイヤー切断により、2 ～ 8 μm の再溶解 (白色) 層が形成されます。より低い放電エネルギーレベルで段階的に 3 ～ 5 回の切断を行うことで、層を 2 ミクロン未満に保つことができ、層を完全に除去することもできます。これは動的負荷疲労の主要な要件です。

Q4: ラピッドプロトタイピングの所要時間を短縮できる切断プロセスはどれですか?

0.5 ～ 10 mm の薄い金属シートのレーザー切断には24 ～ 48 時間のリードタイムが必要ですが、ワイヤ切断は EDM 機械の速度によって制限され、通常、単一ピースのサンプルには 3 ～ 5 作業日かかり、比較的長くなります。

Q5: 銅のような反射性と導電性の高い金属は、なぜレーザーで切断するのが難しいのですか?

純銅はファイバー レーザーに対して 70% ～ 90% の反射率を持ち、熱を非常に早く伝導するため、レンズが損傷しやすくなります。ワイヤーカット時の導電性に優れ、放電がスムーズになり、加工効率と安定性に優れます。

Q6: 購入者はカスタム レーザーまたは EDM 部品の正確な製造見積をどのように入手できますか?

寸法公差、金属グレード、表面仕上げ要件を示す詳細な 2D 図面を 3D STEP ファイルとともに提供します。エンジニアはパス計算を実行し、動作内訳見積2～4時間以内に発送致します。

Q7: JS プレシジョンは、公差の厳しい部品のためにどのような精密機械と品質管理システムを導入していますか?

JS Precision は、Bystronic 12 kW ファイバー レーザー マシンとマキノ ワイヤー EDM マシニング センターを備えています。作業場は温度と湿度が管理されており、Zeiss CMM、光学画像機器、粗さ試験装置が備えられています。 ISO 9001:2015 認証を取得しています。

Q8: ワイヤー EDM はプラスチック、ガラス、セラミックなどの非導電性材料を切断できますか?

あまり。ワイヤ EDM 技術はパルス放電システムに基づいているため、材料の導電率は0.01 S/cm より高くなければなりません。非導電性材料は、5 軸 CNC フライス盤、超高圧ウォーター ジェット、または特定の波長のレーザーを使用して加工する必要があります。

まとめ

レーザー切断とワイヤー EDM のどちらを選択するかは、基本的に、公差精度、材料の厚さ、部品の形状、特定のプロジェクトの予算制約などの精度要件のバランスによって決まります。 CNC レーザー切断は、2D 板金部品に高い生産速度、最低の単価、±0.05 mm などの標準公差が必要な場合に最適です。ワイヤー EDM ですが、焼入れ鋼、複雑な深い凹部、内部コーナー、ミクロン レベル (±0.002 mm) の公差を含む困難な加工状況でも高精度の結果が得られます。単一のワークフローでレーザー切断とワイヤー EDM を組み合わせることで、低コストで最高の結果が得られます。

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