(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インサート交換式の切削工具において、
Ｌ字形の形状を有し、回転の支点となるピン部を切削工具本体部に形成された軸受部に嵌め込まれたインサート留め具と、
切削工具の先端部の内部に固定され、その復元力を前記インサート留め具の足部に掛けて、前記インサート留め具によるインサートの固定動作を起こす、対称に分岐した腕部を持つ平板状の上板バネと、対称に分岐した腕部にそれぞれ２箇所の屈曲部を入れて折り曲げて形成した下板バネとを、対応する腕部を固定して構成された重ね板バネと、
油圧シリンダにより駆動されて、前記インサート留め具の足部に前記重ね板バネの復元力と対向する向きに前記重ね板バネを変形させ、および前記インサート留め具を回転させる力を掛けて、インサートの固定を解除する動作を起こす油圧ピストンと、
を備えたことを特徴とする切削工具。
【請求項２】
切削工具に固定された使用済みのインサートを除去するインサート除去装置と、前記切削工具に新しいインサートを取付けるインサート取付装置と、前記切削工具に油圧を供給する油圧給油口とをそれぞれ独立にＸ，Ｙ，Ｚ軸各軸を駆動して、対象とする切削工具へ位置決め可能とするインサート自動交換装置であって、
対象とする切削工具の位置、および前記切削工具の台座にインサートの有無を確認するためのセンサを備え、
前記インサート除去装置は、固定力が解除されたインサートに対してエアーを吹きかけて除去するエアーブローノズルと、除去されたインサートが装置外に落下することを防ぐインサート落下防止ガードとを備え、
前記インサート取付装置は、交換用インサートを多数保管するマガジンと、前記マガジンの排出口を切削工具の台座に位置決めるモータと、前記交換用インサートを前記マガジンの排出口から押し出す送り装置とを備え、
前記油圧給油口は、前記切削工具の注油口へ差し込まれ、油を注油する、または油圧を解除することを特徴とするインサート自動交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、インサート自動着脱機構を有する切削工具、およびインサート自動交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  本技術分野の背景として、特開２００９−７５４号公報（特許文献１）がある。この公報には、「押さえ金（インサートを固定する留め具）を用いてスローアウェイチップ（インサート）を装着するスローアウェイ式切削工具において、押さえ金の破損を防止して、高精度の仕上げ面品位および作業の安全性を確保する。押さえ金の交換時期を作業者に知らせる表示手段を備える押さえ金を提供する。」と記載されている。また、特開２０１１―２０１９９号公報（特許文献２）がある。この公報には、「回転切削工具に固定された切削インサートが破断したときの回転切削工具本体の保護の役割を担うシムシートを、チップ座に切削インサートと一体ではなく独自に安定して固定できる構造にすると共に、シムシートの交換を、簡易、迅速にできる固定構造を提供する。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９―７５４号公報
【特許文献２】特開２０１１―２０１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  前記特許文献１には、インサート交換作業の安全性を向上する構造が記載されている。また、前記特許文献２にはインサートと共にシムシートを安定して固定でき、簡易に着脱できる構造が記載されている。しかし、特許文献１および特許文献２のインサートの固定は、ネジによる締め付け構造である。従来の手作業でのネジ固定式のインサート固定方法では、インサート着脱におけるネジの位置の割り出し、ネジ脱落のため、自動交換ではネジ固定方式は不向きと考えられる。例えば、ネジ固定方式で自動的にインサートを着脱するためには、ドライバーやレンチなどの工具位置決め、締め付けトルク管理、ネジ脱落防止等の必要があり、装置が複雑化し高価になるという課題がある。【０００５】  そこで、切削工具のインサートの着脱を自動化することで、作業を無人化し、生産効率を向上するために本発明は、ネジによる締め付け力ではなく、切削工具のヘッド部内部に固定されたバネの復元力でインサートを固定する切削工具を提供する。例えば、インサートを固定する場合にはバネの復元力でインサートを押さえ付け、インサートの固定を解除する場合には油圧ピストン等でバネによる復元力を相殺してインサートの固定を緩めることが可能な切削工具を提供する。これによって、人手を介さず容易にインサートを自動交換することを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明では、インサート交換式の切削工具を、Ｌ字形の形状を有し、回転の支点となるピン部を切削工具本体部に形成された軸受部に嵌め込まれたインサート留め具と、切削工具の先端部の内部に固定され、その復元力を前記インサート留め具の足部に掛けて、前記インサート留め具によるインサートの固定動作を起こす、対称に分岐した腕部を持つ平板状の上板バネと、対称に分岐した腕部にそれぞれ２箇所の屈曲部を入れて折り曲げて形成した下板バネとを、対応する腕部を固定して構成された重ね板バネと、油圧シリンダにより駆動されて、前記インサート留め具の足部に前記重ね板バネの復元力と対向する向きに前記重ね板バネを変形させ、および前記インサート留め具を回転させる力を掛けて、インサートの固定を解除する動作を起こす油圧ピストンとを備えて構成した。
【０００９】  また、上記課題を解決するために本発明では、切削工具に固定された使用済みのインサートを除去するインサート除去装置と、前記切削工具に新しいインサートを取付けるインサート取付装置と、前記切削工具に油圧を供給する油圧給油口とをそれぞれ独立にＸ，Ｙ，Ｚ軸各軸を駆動して、対象とする切削工具へ位置決め可能とするインサート自動交換装置を、対象とする切削工具の位置、および前記切削工具の台座にインサートの有無を確認するためのセンサを備え、前記インサート除去装置は、固定力が解除されたインサートに対してエアーを吹きかけて除去するエアーブローノズルと、除去されたインサートが装置外に落下することを防ぐインサート落下防止ガードとを備え、前記インサート取付装置は、交換用インサートを多数保管するマガジンと、前記マガジンの排出口を切削工具の台座に位置決めるモータと、前記交換用インサートを前記マガジンの排出口から押し出す送り装置とを備え、前記油圧給油口は、前記切削工具の注油口へ差し込まれ、油を注油する、または油圧を解除するように構成した。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、人手を介さずに容易にインサートを着脱することが可能な切削工具を提供することができる。【００１１】  上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明より明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】バネの力によりインサートを着脱できる切削工具の全体構成図の例である。
【図２】バネの力によりインサートを着脱できる切削工具の分解図の例である。
【図３】切削工具本体部の内部の構成を示す斜視図の例である。
【図４】切削工具の一部を示す断面図の例である。
【図５】インサート固定解除の動作を示す断面図の例である。
【図６（Ａ）】構成部品の一つであるバネを示す斜視図の例である。
【図６（Ｂ）】(Ｂ)：上板バネを示す斜視図の例である。(Ｃ)：下板バネを示す斜視図の例である。(Ｄ)：上板バネと下板バネとを対応する腕部で固定して構成したバネの側面を示す斜視図の例である。
【図７】構成部品の一つである留め具およびピンを示す斜視図の例である。
【図８】インサートを示す斜視図の例である。
【図９】インサートが切削工具に固定された状態を示す斜視図の例である。
【図１０】インサート自動交換装置を示す全体構成図の例である。
【図１１】インサート除去装置を示す斜視図の例である。
【図１２】インサート取付装置を示す断面図の例である。
【図１３】インサート取付装置のインサート取付け動作を示す断面図の一例である。
【図１４】インサート取付装置を示す側面図の例である。
【図１５】インサート自動交換のプロセスを説明するフローチャートの例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】  以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】  本実施例では、切削工具のヘッド部内部に固定されたバネの復元力によりインサートを固定する切削工具の例を説明する。【００１５】  図１はヘッド部内部に固定されたバネの復元力によりインサートを固定する切削工具の全体構成図の例である。また、図２は切削工具の分解図の例である。  これら図１及び図２において、インサート自動着脱切削工具１は、本体部２、シャンク６を備えた本体カバー１４、台座１２、インサート留め具４、バネ８、油圧ピストン９、オイルシール１３、注油口５、油圧シリンダ１０、複数のインサート３を有する。【００１６】  本体部２は、台座１２上にインサート留め具４によって固定されたインサート３と、内部に固定されたバネ８と、油圧シリンダ１０により駆動される油圧ピストン９とを備え、本体カバー１４と結合することで切削工具１を構成する。【００１７】  図３は図１に示す本実施例の切削工具１の本体部２の外壁部をＹ−Ｚ破断面により切り取り、内部の構造を示した斜視図である。また、図４は図１に示す本実施例の切削工具１の本体部２をＡ−Ｂ−Ｃ切断面で切断した断面図である。【００１８】  図７は構成部品の一つであるインサート留め具４およびピン７を示す斜視図の例である。インサート留め具４は、インサート固定部２０、固定用ピン７、インサート３と接触する固定面部３６、円柱状の足部１６、突起３５を備え、L字形の形状を有する一体品、または構成部品である。前記インサート留め具４は、前記ピン７をＬ字形状の曲がり角部に有し、前記ピン部を境にして前記足部１６と対を成すインサート固定部２０により、台座１２に設置されたインサート３の端面を加圧して固定する  図１に示すように、インサート留め具４はピン７を回転中心として回転するようにピン７の両端部を本体部２に形成された軸受け部１１に嵌め込まれている。また、図４に示すように、留め具４の足部１６は、切削工具のヘッド部内部に固定されたバネ８と、油圧ピストン先端部１５の間に挟まれる形で設置される。バネ８からの力でインサート固定部２０をインサート３に押し付けることでインサート３を固定する。【００１９】  図６(Ａ)は構成部品の一つであるバネ８を示す斜視図の例である。  バネ８は、図６(Ｂ)に示すように対称に分岐した腕部２９を持つ平板状の上板バネ３０と、図６(Ｃ)に示すように対称に分岐した腕部２９にそれぞれ２箇所の屈曲部３２を入れて折り曲げて形成した下板バネ３１とを、重ね板バネ状に腕部２９を固定して図６(Ｄ)に示すように構成したバネを採用する。各腕部２９の固定は、例えば溶接、カシメ、圧着、接着剤による接着などが使用される。【００２０】  図６(Ａ)に示すバネ８は、上板バネ３０の中央に貫通穴大２７、下板バネ３１の中央に貫通穴小２８を有し、固定用ネジ２５を貫通穴小２８に通して切削工具１の本体部２の内部先端にネジ止めしてバネ８を固定する。また、バネ８の固定はネジでなくてもよい。例えば溶接やカシメなどが挙げられる。【００２１】  バネ８は固定された状態で、弾性範囲内で変形が加えられて他構成部品と共に組み立てられ、腕部２９の復元力によって、図４に示すように留め具４の足部１６をＹ１(Ｙ軸正)方向に押し、それによって留め具４のインサート固定部２０���Ｚ２(Ｚ軸負)方向に動くことでインサート３を固定する。【００２２】  油圧ピストン９は、図５に示すように油圧シリンダ１０からの油圧によって留め具４の足部１６を、Ｙ２(Ｙ軸負)方向にバネ８の押す力より強い力で押し、留め具４のインサート固定部２０がＺ１(Ｚ軸正)方向に動くことでインサート３の固定を緩める。  片当たりによる接触不良を回避するため、油圧ピストン９が留め具足部１６が接触する先端部分は、円弧状の形状１５としてもよい。留め具４はピン７を中心にスムーズに回転できるようにするため、本体部２と留め具４が直接接触する部分は、留め具４に円弧状の形状１９を施してもよい。  また、油圧シリンダ１０からの油漏れを防ぐために、油圧ピストン９にオイルシール１３を外周部に設けてもよい。【００２３】  バネ８は前記切削工具の先端部の内部に固定された状態で、切削工具の組立時に予め初期変形が加えられて組み立てられるか、又は組立後に油圧ピストンにより所定の変形を加えられて構成される。【００２４】  また、図４に示すように留め具４が本体部２を通る孔１７の径は留め具足部１６の直径より広くなっており、さらに留め具４と本体部２とのギャップ１８があるので、インサート着脱時においてインサート固定部２０はＺ１−Ｚ２方向に十分に動くことができる。【００２５】  本実施例のインサート自動着脱切削工具１では、留め具４はL字形の形状を有しており、ピン７中心から足部１６の長さ３７が、ピン７中心部からインサート固定部２０の長さ３８より長いため、バネ８および油圧ピストン９の押す力を、インサートの固定および固定解除の力に増幅する機構を有する。【００２６】  本実施例の設計仕様では、例えば工具１の直径が５０mm、バネ８の腕部２９の本数３本、留め具４のピン７中心から足部１６の長さ３７が１５mm、ピン７中心部からインサート固定部２０の長さ３８が１０mmのとき、固定力を２２５０Nとなるように設定した。これは、一般的にインサートを固定するために用いられる呼び径M4ねじを使用した場合の固定力が１８４０Nであり、それと同等以上になる。【００２７】  このとき、バネ８には留め具から反発力１５００Nの力が加わり、バネ８はこれに十分耐え得る材料特性を有するものである必要がある。例えば図６(Ａ)に示す２枚の板バネを接合した形状のモデル解析では、各腕部に１５００Nの荷重を掛けた場合に、上板バネ３０の中央部縁に最大相当応力約６８０MPaの応力集中が観られた。これに耐え得るためには、降伏点がこれより高い材料を使う必要がある。例として、チタン合金やバネ鋼が挙げられる。【００２８】  また、留め具４にはバネ８と油圧ピストン９から力を受けるモデル解析を実施して、留め具４の足部１６に２０００Nの荷重が掛かる場合に、L字形の形状の部材が交差する首元で最大相当応力約３９５MPaの応力集中が観られた。これに耐え得るためには、降伏点がこの値より高い材料を用いる必要がある。例えば、降伏点が約７５０MPaの高張力鋼が挙げられる。【００２９】  また、油圧ピストン９はバネ８の復元力１５００N以上の力で押し返して、インサートの固定を緩める必要がある。そのため、本実施例の直径３６mmの油圧シリンダ１０は、約４．５MPa以上の圧力供給が必要となり、市販されている油圧機器を考慮しても、十分に実現が可能なレベルである。【００３０】  本実施例では、切削工具１はバネ８によって常にインサートが固定されている状態のセルフロック式のため、加工中および交換中にインサート３が本体部２から脱落する心配はない。【００３１】  本実施例では油圧によってピストン９を押し付ける手段を採っているが、ピストンをＹ１−Ｙ２方向に駆動できるものであればよく、例えばモータ駆動によるボールねじ機構でも良い。【００３２】  また、本実施例では回転式切削工具を用いて説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、旋削工具にも同様に適用できる。
【実施例２】
【００３３】  本実施例では、インサート自動交換の際により高精度に切削工具１に固定できることを目的とした、前記切削工具１に取り付けるインサート３の例を説明する。【００３４】  図８は、本実施例のインサート３を示す斜視図の例である。  インサート３の端面には円状の溝４１が形成されており、図７に示す留め具４のインサート３と接触する固定面部３６に形成された突起３５を、前記溝４１内に図９のように係合することで、水平方向であるＸ１−Ｘ２方向およびＹ１−Ｙ２方向の動きを抑制する。この水平方向の動きを抑制することで、インサート３を自動で着脱する際に、切削工具１に位置ずれが起きることなく高精度にインサートを固定することができる。【００３５】  図８のインサート３は丸型（円柱）であるが、必ずしもこの形状である必要はなく、多角形状のインサートでも、同じように端面部に溝構造を有することで同様の効果を得る。
【実施例３】
【００３６】  本実施例では、前記実施例１のインサート自動着脱切削工具に適用するインサート自動交換装置およびインサート交換プロセスの一例について説明する。本実施例では、工作機械に併設される自動工具交換装置(ATC)に退避された切削工具を対象とするか、または工作機械に併設されて、工作機械に取付られた切削工具のインサートの自動交換を行うことができるインサート自動交換装置を提供することを目的とする。【００３７】  図１０は、インサート自動交換装置７０を示す全体構成図の例である。  インサート自動交換装置７０は、Ｘ軸方向に駆動軸を持つＸ軸テーブル６７，６８と、Ｙ軸方向に駆動軸を持つＹ軸テーブル６９と垂直方向に駆動するＺ軸６０，６１，６２を有する。  各Ｚ軸６０，６１，６２は、インサート取付装置６５、インサート除去装置６６、油圧給油口６３を駆動する。  各テーブル６７，６８，６９と各Ｚ軸６０，６１，６２が稼動することによって、油圧給油口６３、インサート除去装置６６、インサート取付装置６５が、順次、切削工具１設置場所まで移動する。【００３８】  切削工具１の位置は、センサなどで認識する手法を用いることが望ましい。センサは少なくとも切削工具１の位置と、インサートの有無とを認識できればよく、例えばカメラにより撮像したデータの画像処理やレーザによる位置測定などを用いてもよい。また、センサはインサート自動交換装置７０上の任意の場所に設置してもよい。工作機械上でインサートの自動交換を行う場合は、工作機械側で切削工具１の位置決めを行ってもよい。【００３９】  図１１は、インサート除去装置６６を示す断面図の例である。  インサート除去装置６６は、インサート落下防止ガード８１、エアーブローノズル８０、固定板８３、エアー供給ホース８２を有する。  インサート除去装置６６は、Ｚ軸６１が駆動することによって、エアーブローノズル８０がまだ切削工具１に残っているインサート３まで近づき、エアーを吹きかけることでインサート３を切削工具１から除去する。  インサート落下防止ガード８１は、除去されたインサート３が装置７０外に落下することを防ぐ。そのため、インサートを紛失することなく回収できる。  ここではインサートの除去の手段としてエアーブローを挙げたが、それ以外に棒状の物体を接触させて除去する方法や、振動を加えて振るい落とす手法でもよい。【００４０】  図１２は、インサート取付装置６５を示す断面図の例である。  インサート取付装置６５は、カバー９２、交換用インサート９４を多数保管するマガジン９７、モータ９１、エンコーダ９０、送り装置９８、送り装置用モータ９６、を有する。【００４１】  図１３に示すように、インサート取付装置６５は、送り装置９８がインサート排出口９９からＹ１(Ｙ軸正)方向に押し出すことによって、切削工具１のインサート台座１２に、マガジン９７に保管されていたインサート９４を送り込む。  マガジン９７は、エンコーダ９０によって制御されたモータ９１によって回転し、図２に示す切削工具１のインサート台座１２とインサート排出口９９とが重なり合うように位置決めを行う。切削工具の種類によって、刃数が異なりセンサを固定する位置が変わるため、切削工具に適した大きさを選択し、本装��６５に取り付けができるよう、マガジン９７は着脱式にしてもよい。  マガジン９７は、インサート排出口９９から交換用インサート９４の脱落を防ぐための固定具９３を備えてもよい。固定具９３は、弾性体であればよく、例として樹脂やバネなどでよい。  また、インサート取付装置６５をＹ２方向正面から見た図１４に示すように、切削工具１が有するインサート台座１２と同数のインサート排出口９９を有することで、一度の交換サイクルで全てのインサートを取り付けることができる手法を用いても良い。【００４２】  インサート自動交換処理の一連の流れを、図１５のフローチャートにて説明する。  ステップS１で、センサが切削工具１の位置を確認する。  ステップS２で、センサが切削工具１のインサート台座１２上にインサート３の有無、インサート３の位置を認識する。ステップS２で使用済みのインサートが切削工具１に固定されていると認識された場合、処理はステップS３に進む。【００４３】  ステップS３では、インサート除去装置６６が切削工具１に固定されているインサート３を除去できる位置まで移動する。  次にステップS４において油圧給油口６３が切削工具１の注油口５まで移動し、注油口５に差し込まれる。完全に差し込まれたら、ステップS５において、油が切削工具内部のシリンダ１０に送り込まれ、油圧ピストン９が留め具４の足部１６を押し付け、インサート３の固定が解除される。インサート３の固定が解除されたら、ステップS６においてインサート除去装置６６が作動し、インサート３の除去動作を実行する。【００４４】  次にステップS７において、インサート３が除去されたことを確認し、切削工具１に固定されているインサート３が全て除去されていたら、ステップS８においてインサート除去装置６６が以後の動作に邪魔にならないところまで退避する。インサート３が全て完全に除去されていなければ、ステップS６に戻り、切削工具１に残っているインサート３が完全に除去されるまで除去動作を繰り返す。【００４５】  次に、ステップS１１において、インサート取付装置６５が、切削工具１にインサート９４を取り付けることができる位置まで移動する。ステップS１２において、インサート取付装置６５により、新しいインサート９４が切削工具１に取り付けられる。  新しいインサート９４が切削工具１に送り込まれたら、ステップS１３において油圧を解除することで、油圧によって留め具４を押していた油圧ピストン９がバネ８の力で押し戻され、新しいインサートが留め具４によって固定される。【００４６】  次にステップS１４において、センサでインサート９４の有無を認識することでインサート交換の完了を確認する。インサート交換の完了が確認できたら、ステップS１５とS１６において、油圧給油口６３とインサート取付装置が順次退避し、インサートの自動交換が終了する。  ステップS１４において、インサート９４の取り付けに成功していなければ、ステップS１に戻り、インサート自動交換処理を再度実施する。このフィードバックがあることで、インサートの取り付けが不十分であったりした場合でも、インサートの取り付けを再度行うことができ、常に正常な状態の切削工具を供給することができる。【００４７】  ステップS２において、���削工具１に固定されたインサートが無い場合は、ステップS９にとび、ステップS３からS８のインサート除去の工程は踏まずに、直接ステップS９からS１４のインサート取付の工程に進む。そのため、本実施例のインサート自動交換フローは、インサートが有る場合と無い場合の両方において対応している。【００４８】  本実施例では、多刃の回転切削工具のインサート自動着脱の場合、全てのインサートを一度のフローで交換することができ、刃の数にかかわらず一定の時間で交換することができる。【００４９】  なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５０】１  インサート自動着脱切削工具２  切削工具本体部３  インサート４  留め具５  注油口６  シャンク７  固定用ピン８  バネ９  油圧ピストン１０  油圧シリンダ１１  軸受け部１２  台座１３  オイルシール１４  本体カバー１５  油圧ピストン先端部１６  留め具の足部１７  留め具が本体部を通る孔１８  留め具と本体部とのギャップ１９  留め具の円弧状の形状２０  インサート固定部２５  固定用ネジ２７  貫通穴大２８  貫通穴小２９  バネの腕部３０  上板バネ３１  下板バネ３２  屈曲部３５  突起３６  固定面部３７  ピン中心から足部の長さ３８  ピン中心からインサート固定部の長さ６０，６１，６２  Ｚ軸６３  油圧給油口６５  インサート取付装置６６  インサート除去装置６７，６８  Ｘ軸テーブル６９  Ｙ軸テーブル７０  インサート自動交換装置８０  エアーブローノズル８１  インサート落下防止ガード８２  エアー供給ホース８３  固定板９０  エンコーダ９１  モータ９２  カバー９３  脱落防止用固定具９４  保管されていたインサート９６  送り装置用モータ９７  マガジン９８  送り装置９９  インサート排出口
【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（Ａ）】
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【図６（Ｂ）】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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