(57)【要約】【課題】収縮嵌めにより工具を固定する工具ホルダーに関し、振動属性が少ない工具ホルダーを提供する。【解決手段】本発明の工具ホルダーは、工具ホルダーの収縮嵌め頭部（６）および収縮嵌め基部（５）の区域における特殊な輪郭形状により、従来の工具ホルダーよりも振動が少ない傾向にある。このため、特に一層高速で作動することができ、工具の速度と工具の送りと工具の切削深さによって決定される切削能力を高めることができる。そして、１工作物の製造に要する機械工具の操作時間を減少させることができる。本発明の工具ホルダー（１）によれば、実質的に一層効果的かつ経済的な方法で、工作物の製造および機械加工が可能になる。【選択図】図１
2009507651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
好ましくは円筒状の工具シャフトを有する工具を収縮嵌めにより装着する工具ホルダー（１）であって、
機械工具に接続するためのシャフト、特に中空のシャフト継手（２）または急勾配の円錐シャフト継手と、収縮嵌めチャック（４）を備え、
収縮嵌めチャック頭部（６）および収縮嵌めチャック基部（５）を備え、
前記収縮嵌めチャックは前記収縮嵌めチャック頭部（６）に固定部を備え、
前記固定部は工具シャフトを固定するため軸方向内方の内径孔の形状になる受け側（１２）と、前記シャフト継手（２）および前記収縮嵌めチャック基部（５）間に配置された中央部（３）と、を備え、
収縮嵌めチャック（４）は前記工具に向かう前記頭部（６）の前部直径（Ｄ１）と、前記中央部（３）に向かう前記基部（５）後部直径（Ｄ４）とを備え、
収縮嵌めチャック（４）のこれら前部および後部直径（Ｄ１，Ｄ４）を接続する輪郭が、この輪郭の直径に関してほぼ一定の部分（７，８）を少なくとも２つ備え、
第１部（７）は収縮嵌めチャック頭部（６）に配置され、第２部（８）は収縮嵌めチャック基部（５）に配置され、収縮嵌めチャック頭部（６）と収縮嵌めチャック基部（５）との間に変わり目（１１）が配置され、
前記変わり目（１１）で前記第１部（７）から前記第２部（８）へ向かって収縮嵌めチャック（４）の直径が不連続に広がることにより、前記収縮嵌めチャック（４）は、前記収縮嵌めチャック基部（５）よりも細長い前記収縮嵌めチャック頭部（６）を有する工具ホルダー（１）。
【請求項２】
前記受け側（１２）は、受け側（１２）内における工具シャフトの位置を規定する軸方向止め（１３）を備え、
軸方向止め（１３）は、軸方向における前記変わり目（１１）と収縮嵌めチャック頭部（６）の前端との間の高さに配置され、
これにより、固定位置での工具シャフトの固定端が、軸方向における変わり目（１１）の高さ、または変わり目（１１）と収縮嵌めチャック頭部（６）の前端との間の高さに配置される請求項１に記載の工具ホルダー（１）。
【請求項３】
前記第１部は前記収縮嵌めチャック頭部（６）の前端と前記変わり目（１１）との間で延びて実質的に円錐状の輪郭を備え、前記輪郭の直径が変わり目（１１）に向かって広がり、好ましくは工具ホルダー（１）の長手方向軸に対し１°から２０°の範囲の角度で、より好ましくは４．５°である請求項１または２に記載の工具ホルダー（１）。
【請求項４】
前記収縮嵌めチャック（４）の輪郭の直径が、前記変わり目（１１）で前記収縮嵌めチャック基部（５）の方向に前記第１部（７）から前記第２部（８）へ向かって広がり、この広がりの工具ホルダーの長手方向軸と垂直な直線に対する角度が０°から５０°の範囲であり、好ましくは１０°から４０°であり、特には３０°である請求項１〜３のいずれかに記載の工具ホルダー（１）。
【請求項５】
前記中央部と前記第２部との間に第３部が配置され、該第３部はほぼ円筒状の輪郭を備え、
第２部の輪郭の直径が、中央部の方向に、工具ホルダーの長手方向軸に対する角度が１°から２０°の範囲で、特には中空のシャフト継手を有する工具ホルダーで６°で、および急勾配の円錐シャフト継手を有する工具ホルダーで８°で円錐状に広がり、第２部と第３部との間の輪郭の変化がほぼ緩やかである請求項１〜４のいずれかに記載の工具ホルダー（１）。
【請求項６】
前記中央部（３）と前記第２部（８）との間に第３部が配置され、前記第３部（９）と中央の構成要素（３）との間に第４部が配置され、
第２部（８）と第４部（１０）がほぼ円筒状の輪郭を備え、第３部（９）がほぼ円錐状の輪郭を備え、
第３部（９）の輪郭の直径が、中央部（３）の方向に延び、この延びの工具ホルダーの長手方向軸に対する角度が１°から２０°の範囲であり、特には中空のシャフト継手（２）を有する工具ホルダー（１）で６°、および急勾配の円錐シャフト継手を有する工具ホルダーで８°であり、
第２部（８）と第３部（９）との間、または第３部（９）と第４部（１０）との間の輪郭の変化がほぼ緩やかである請求項１〜４のいずれかに記載の工具ホルダー（１）。
【請求項７】
バランスをとるための要素として内径孔、特にバランスをとるためのボルト、を前記第２部（８）に備える請求項１〜６のいずれかに記載の工具ホルダー（１）。
【請求項８】
冷却液を供給する供給チャネル（１４）になる軸方向の内径孔を、工具ホルダー（１）の内部に備え、
前記供給チャネル（１４）は、収縮嵌めチャック（４）の外径と比較して相対的に小さな直径を備え、この直径は特に３ｍｍから６ｍｍの範囲である請求項１〜７のいずれかに記載の工具ホルダー（１）。
【請求項９】
工具ホルダーが一体物である請求項１〜８のいずれかに記載の工具ホルダー（１）。
【請求項１０】
少なくとも１つの溝（１５）を受け側（１２）に備え、該溝は刻み目状であって内径を部分的に拡大し、
前記溝（１５）の終端は、工具ホルダー（１）の軸方向に関し、受け側（１２）のはめ合いの両端からそれぞれの距離にある請求項１〜９のいずれかに記載の工具ホルダー（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収縮嵌めにより工具を固定する工具ホルダーに関する。好ましくは、請求項１の前提条件として円柱形状のシャフトを有する。
【０００２】
上述のような工具ホルダーは既に知られている。上述のような工具ホルダーは、旋削工具、穴あけ工具、拡孔工具、研削工具およびフライス工具を固定するために用いられ、収縮嵌めチャックを備える。該チャックは、軸方向に延びる内径孔をもった固定部を備える。工具のシャフトは、該内径孔の中に、収縮嵌めにより取り付けられることができる。
【背景技術】
【０００３】
固定部の内径孔の内径は工具シャフトの外径よりもわずかに小さく、収縮嵌めの過程において固定部は熱により膨張する。この熱は、好ましくは誘導コイルによるものであり、工具シャフトを挿入した後、再び冷却される。それによって、工具シャフトと収縮嵌めチャックとの間でねじりを生じさせない接続が確保される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような工具ホルダーの具体例として例えば、ドイツ国特許公報  ＤＥ  １９９  ４４  ４４０  Ｃ２およびドイツ国特許公報  ＤＥ  １０１  １４  １４９  Ｃ２が知られ、優れた振動減衰およびねじれ安定性を備える。しかしながら、これら従来の工具ホルダーにあっては、特に、極めて高速回転になる工具に用いられる場合に、振動の影響を受け易くなる恐れがある。つまり工具ホルダーの回転中に工具が、工具ホルダーの長手方向軸に対して歳差運動をしてしまいかねず、それにともなって、製造される工作物の精度および再現性が低下してしまう。このような理由から、高い精度および再現性を提供するためには、工具を極めて高速回転で使用してはならず、送りおよび切削深さを大きくし過ぎてはならなかった。上述のように、切削能力は次善のものであり、生産される工作物１個当たりの機械稼動時間は次善のものであった。
【０００５】
このような工具ホルダーは、高速回転する工具にとって不利であるばかりでない。回転しない工具にとっても、機械加工される工作物の衝撃によって、工具ホルダーの軸に対する工具の偏差および振動が引き起こされることがあり、これにより機械加工の精度が低下する。
【０００６】
ドイツ国特許公報  ＤＥ  ２０２  ００  ２９８  Ｕ１およびドイツ国特許公報  ＤＥ  １０  ２００４  ０１９  ８６９  Ａ１には、収縮嵌めチャックを有する他の工具ホルダーが記載される。これらは入れ子式の工具ホルダーまたは追加的に固定される工具ホルダーである。一方で特定の継手から離れ、他方で深く細長い開口を通じて、入れ子式の工具ホルダーによって工具が掴まれる。追加的に固定される工具ホルダーによって、多くの振動を補償することが可能になる。前者の工具ホルダーは、格別の振動減衰を奏しない。後者の工具ホルダーの振動減衰は複雑に構成され、技術的に複雑である。
【０００７】
本発明の目的は、低振動であって、より優れた切削能力を実現する、収縮嵌めにより工具を固定する工具ホルダーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は請求項１の工具ホルダーによって達成され、好ましい実施形態は従属請求項になる。
【０００９】
本発明の工具ホルダーは収縮嵌めチャックの輪郭に特徴がある。つまり、収縮嵌めチャックの直径が収縮嵌めチャックの頭部の第１前部直径と収縮嵌めチャックの基部の第２後部直径との間で不連続的に増大する。これにより、少なくとも２つの輪郭部が収縮嵌めチャックに形成される。第１輪郭部と第２輪郭部との変わり目で直径が不連続的に増大変化し、収縮嵌めチャックの頭部と基部との間における変わり目を定める。
【００１０】
この独特の形状を通じて、収縮嵌めチャックの頭部は、基部よりも細いばかりでなく質量がはるかに少ない。この質量は、工具ホルダーが高速で回転する時に振動を生じさせたり増大させたりしていた。このような工具ホルダーによれば、振動が減少傾向となることから、とても高い精度で工作物を加工し、再現性を得ることが可能になり、従来の工具ホルダーよりもはるかに高速で操作することができる。収縮嵌めチャックの基部の壁厚を頭部よりも大きくしたことから、機械工具と工具ホルダーとの境界における幾何学的構成の結果、工具ホルダーの構成に関する標準的な要件に適合するとともに、十分な硬さを備えた収縮嵌めチャックを提供することができる。
【００１１】
有利な実施形態として、工具シャフトを受容する受け側が、受け側の中にある工具シャフトの軸方向位置を規定する軸方向止めを備える。これにより、工具シャフトが収縮嵌めチャックに挿入される深さを規定する。変わり目に関し、軸方向止めを配置するため、工具シャフトが収縮嵌めチャックの頭部に完全に受容され、収縮嵌めチャックの基部へ工具シャフトが部分的にはみ出ることがない。換言すれば、軸方向止めは、変わり目の高さ、または変わり目と収縮嵌めチャックの前端との間に配置されてもよい。ただし、変わり目と収縮嵌めチャックの下端との間の部分には配置されない。変わり目に関する軸方向止めのこのような特定の軸方向配置によって、一方では、質量が減少した収縮嵌めチャックの頭部と、硬さ剛性が増大した収縮嵌めチャックの基部との比率を、著しく有利なものにすることができる。他方では、誘導コイルによって何ら問題なく収縮嵌めチャックを加熱することができ、誘導コイルは複雑な幾何学的配列を必要としない。さらに、固定部のすべての部分において壁厚がほぼ同じであることから、加熱をなるべく均一にすることにより収縮嵌めチャックの頭部の膨張を容易にし、不均一な加熱および固定部の膨張を回避する。
【００１２】
好ましくは、第１部は、収縮嵌めチャックの頭部の前端と変わり目との間を連続的に延びる円錐形の輪郭を備える。そしてその直径が、工具ホルダーの長手方向軸に関して１度から２０度までの角度範囲、特に４．５度で、変わり目に向かうにつれて広がる。収縮嵌めチャックの頭部のこのような幾何学的構成を通じて、工具ホルダーはすべての収縮嵌め装置に適合する。
【００１３】
変わり目部分における収縮嵌めチャックの輪郭の直径の広がりは、工具ホルダーの長手方向軸に対して０°から５０°まで急に変化することができる。好ましくは１０度から４０度の範囲であり、変わり目は好ましくは３０度で広がる。
【００１４】
好ましくは、第２部の後に第３部が従い、この第３部は工具ホルダーの中央部分に隣接する収縮嵌めチャックの基部の下端に向かう。第３部は、ほぼ円筒形状の輪郭を備える。第２部は、第３部に向かって広がり、長手方向軸に対する角度で１°から２０°の範囲のほぼ円錐形状の輪郭を備える。特に、中空のシャフト継手をもった工具ホルダーでは６°であり、急勾配の円錐形状のシャフト継手をもった工具ホルダーでは８°である。これにより、第２部と第３部との間の輪郭の変わり目はほぼ連続したものとなる。または、不連続な変わり目も可能である。これにより、工具ホルダーの中央部分に隣接する基部は、規格によって定まる輪郭を備える。これに対し、第３部と変わり目との間の部分は円錐形状の輪郭のため、壁厚が追加的に減少し、収縮嵌めチャック自身の質量が一層減少する。したがって、工具ホルダーの振動傾向がさらに減少する。
【００１５】
特に、長い収縮嵌めチャックを備えた工具ホルダーは、収縮嵌めチャックの部分が４つの部分で構成される輪郭を備えることで有利なものとなる。これは、第１部と、変わり目に隣接したほぼ円筒形状の第２部と、これに続いて円錐状に広がる第３部と、これに続いて中央部と接続し基準要求に適合するほぼ円筒形状の第４部である。そして、第３部の円錐状の輪郭は、工具ホルダーの長手方向軸に対し、１°から２０°の角度範囲で広がる。特に、中空のシャフト継手を有する工具ホルダーにあっては６°であり、急勾配の円錐形状継手を有する工具ホルダーにあっては８°である。第２部、第３部、および第４部との間の輪郭の変化は、実質的に連続して延びる、なお、不連続的な変わり目も可能である。このような４つの部分の輪郭によって、３つの輪郭の構成要素に関し収縮嵌めチャック基部の質量をさらに減少させる。
【００１６】
好ましい実施形態では、第２部が中空孔を備え、該中空孔へバランサー要素、特にバランサーボルト、を挿入することができる。これは、工具ホルダーのアンバランスをなくして滑らかな稼動を達成するのに使用される。
【００１７】
工作物を機械加工する間に工具を冷却するため、工具ホルダーはその内部に軸方向に延び、工具または工具が工作物に当たる位置に冷却液を供給する内径孔を備える。有利な方法として、この供給チャネルは、収縮嵌めチャックの外径と比較して、相対的に小さな直径を備え、特にその範囲は３ｍｍから６ｍｍである。相対的に小さな直径によって、内径孔も振動属性および工具ホルダーの安定性において有利なものとなり、工具ホルダーの十分な剛性を維持する。
【００１８】
軸方向の供給チャネルを通じて供給される冷却液は、一方で、軸方向の内径孔を通り、工具を通って工具が工作物に当たる位置へ直接に供給されることができる。これにより同時に工具の内部を冷却することができる。および／または、供給チャネルから冷却液を受けとり工具ホルダー壁内のうち工具シャフトの隣にこの冷却液を送る１以上の内径孔を収縮嵌めチャックの壁内に備える。これにより、冷却液は収縮嵌めチャック頭部から工具の横側に出る。他方で、剛性を大きくするため、冷却液の通路を離して配置することもできる。
【００１９】
本発明のさらなる特質、特徴および利点は、図と共に示す好ましい実施形態の記載を参照することにより明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は工具ホルダー１の縦断面図である。工具ホルダーは一体物であって、中空のシャフト継手２と、中央部分３と、収縮嵌めチャック４とを備える。収縮嵌めチャック４は、その下部で中央部３に隣接する収縮嵌めチャック基部５と、収縮嵌めチャック頭部６とを備える。収縮嵌めチャック４は、第１円錐部７と、第２円筒部８と、第３円錐部９と、第４円筒部１０とを備え、これら４つの部分の輪郭が、容易に認識される。これら部分７，８，９，１０は、収縮嵌めチャック４の実質的に回転対称な輪郭を接続して、収縮嵌めチャック頭部６の前部直径D1から始まり収縮嵌めチャック基部５の後部直径D4に至る。
【００２１】
工具ホルダーの直径の輪郭は、特定の部分７，８，９，１０内でほぼ滑らかに延び、部分８，９，１０間で緩やかに変化して延びる。ここで、収縮嵌めチャック４の直径は連続的に広がり、前部直径D1で始まり、後部直径D4に向かい、第２円筒部８および第４円筒部１０でほぼ一定のままである。第１円錐部７と第２円筒部８との間の変わり目の部分１１で直径が不連続的に増大する。この意味は、第１部７から第２部８への変わり目において輪郭の直径の変化が緩やかではないということである。
【００２２】
変わり目１１の結果として、収縮嵌めチャック基部５は収縮嵌めチャック頭部６よりもはるかに大きな壁厚を有する。収縮嵌めチャック頭部６は細長く見えるばかりでなく、質量が小さい。変わり目１１がなければ、収縮嵌めチャック基部５から始まる輪郭が収縮嵌めチャック頭部６まで一様なものとなる。
【００２３】
これらの工夫を通じて、工具ホルダー１の振動性が実質的に減少する。これは、機械工具内で工具ホルダー１の取付点から離れた位置でより小さい質量が配置され、この取付点に近い位置でより大きな質量が配置されるためである。同時に、図１に示す工具ホルダーは十分な安定性を備え、例えば第４部１０の最大直径を決める基準要求に特に適合する。
【００２４】
収縮嵌めチャック頭部６はその前部に固定部を備える。この固定部は、工具シャフトを受容するため軸方向に延在する内径孔１２を特徴とする。工具シャフトが軸方向内径孔１２に挿入される軸方向の挿入深さは、内径孔１２の径方向に収縮する形状になる軸方向止め１３によって規定される。固定された状態の工具シャフトは、軸方向止め１３によって、収縮嵌めチャック基部７ではなく、収縮嵌めチャック頭部６に唯一配置される。これにより、収縮嵌めの処置が実質的に簡便かつ容易になる。
【００２５】
軸方向止め１３に続いて、供給チャネル１４が配置される、供給チャネル１４も軸方向に延びる内径孔を備え、受け側１２の中へ焼き嵌められる工具シャフトに冷却液を送る。供給チャネル１４はこのように、収縮嵌めチャック４の外径と比較してかなり小さい直径を備え、その範囲は３ｍｍから６ｍｍである。この比較的小さな内径孔も、振動特性を有利なものとし、工具ホルダーの高い安定性を促進する。
【００２６】
冷却液は、工具内部に軸方向に配置された冷却液チャネルを通じて工具の頭部および工作物へ送られることができるものであってもよく、および／または収縮嵌めチャック頭部は、６つの内径孔（図示せず）を備えていてもよい。これら６つの内径孔は、収縮嵌めチャック頭部６の壁の中で、工具シャフトを過ぎて、収縮嵌めチャック頭部６の前部へ、送りチャネル１４で始まる冷却液を供給する。これは、例えば、工具ホルダー１の長手方向軸に関し鏡像対称に配置される２つの内径孔によって達成される。これら内径孔は、第１部７の中を、工具シャフトの壁に隣接して延びる。
【００２７】
図１の工具ホルダーは、図２の縦断面図に再び示すように、詳細な寸法がより精密に規定されている。次の表は詳細な寸法の模範的な数値を示す。これらすべての数値は[ｍｍ]で、または角度α、βおよびγについては[°]で示され、工具ホルダーの継手シャフト２のタイプに従って、および収縮嵌めチャックの長さＬ４に従って記載される。
【００２８】
すべての寸法は、５０ｍｍまたは５３ｍｍになる収縮嵌めチャック基部５の下部直径D4に関連する。この下部直径Ｄ４は、選択された機械工具インターフェースの基準に基づく所定値である。このようにして、１６ｍｍまでの工具シャフト直径が、表１，２，３および４に用意されている。これは、工具シャフト直径Ｄ１がより大きいと、標準的な材料を用いて不連続の変わり目１１を設けることができなくなるためである。より大きな工具シャフト直径Ｄ１においても回転が安定した工具ホルダーを供給するため本発明では、高速領域で、第４部１０の一層大きな直径Ｄ４を許容するより大きなインターフェースを用いなければならない。
【００２９】
寸法α、βおよびγの角度値は、収縮嵌めチャックの全体長さＬ４および収縮嵌めチャック基部５の直径Ｄ４の選択に基づく。それゆえこれら数値は、表１，２，３および４毎にそれぞれ一定である。
【００３０】
【表１】
2009507651.tif 000003
【００３１】
表１は、第１収縮嵌めチャック長さＬ４を備え、中空のシャフト継手２を有する工具ホルダー１の寸法値を記載する。
【００３２】
【表２】
2009507651.tif 000004
【００３３】
表２は、第２収縮嵌めチャック長さＬ４を備え、中空のシャフト継手２を有する工具ホルダー１の寸法値を記載する。
【００３４】
【表３】
2009507651.tif 000005
【００３５】
表３は、第１収縮嵌めチャック長さＬ４を備え、急勾配の円錐シャフト継手（図示せず）を有する工具ホルダー１の寸法値を記載する。ここで急勾配の円錐シャフト継手を有する工具ホルダー１の形状は、中空のシャフト継手２を有する工具ホルダー１の形状と、継手シャフトの部分および中央部の部分のみ異なる。
【００３６】
【表４】
2009507651.tif 000006
【００３７】
表４は、第２収縮嵌めチャック長さＬ４を備え、急勾配の円錐シャフト継手（図示せず）を有する工具ホルダー１の寸法値を記載する。
【００３８】
本発明では、図３および詳細に示す図４に示すように、受け側１２の内径を部分的に拡大する刻み目状の溝１５を、工具ホルダー１の受け側１２に設けてもよい。１つの溝に代えて、複数の溝を設けてもよい。受け側１２への工具シャフトの収縮嵌めが完了すると、これにより受け側１２は、これら溝において工具シャフトと物理的に接触しない。これによりこれら溝にあっては空隙が形成され、水分、潤滑剤および工具シャフトにくっつく同様のものを受け入れることができるという利点がある。そして、受け側１２と工具シャフトとの間に、トルクの完全な伝達を妨げるような流体による支持が形成されることがない。軸に関し平行または径方向に延びる複数の溝などに代えて、好ましくは螺旋状溝１５を設ける。
【００３９】
この溝１５は受け側１２のすべての部分に延在するのみならず、嵌合前端から距離Ａの位置で終了し、後端から距離Ｂの位置で終了する。このようにして、嵌合の締め付けを確実にする。あるいは、冷却液を内部に供給する場合、冷却液が１つまたは複数の溝を通って流出することができる。これにより圧力損失を生じさせることができる。
【００４０】
【表５】
2009507651.tif 000007
【００４１】
表５は、受け側１２の寸法Ｄ１が様々であるときの、図３および図４に示される受け側１２の嵌合端からの距離ＡおよびＢと、溝１５の間隔Ｐ、深さｔ、幅ｘおよび径Ｒとの寸法値を記載する。
【００４２】
上述した本発明の工具ホルダー１は、発明完成時の技術水準にある工具ホルダーよりも、はるかに振動しない傾向にあることが明らかになった。これにより従来よりも高速化することが可能になり、工具の速度と、工具の送りと、工具の切削深さによって決定される切削能力を高めることができる。そして、１工作物の製造に要する機械工具の操作時間を減少させることができる。その結果、本発明の工具ホルダーによれば、極めて効果的で経済的な工作物の製造および機械加工が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】工具ホルダーの好ましい実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す工具ホルダーの直径に関する説明図である。
【図３】図１に示す好ましい実施例の受け側の内部構成を示す図である。
【図４】図３の詳細を示す図である。
【図１】
2009507651.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2009507651.tif 000013
2009507651.tif 000014
2009507651.tif 000015
2009507651.tif 000016
2009507651.tif 000017
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