(57)【要約】  エアバッグインフレータと共に使用するのに適切な、内孔を有する円筒状巻線ワイヤフィルタは、少なくとも２つの異なる外径及び／又は少なくとも２つの異なる内径を有する。隣接する層内の複数のワイヤは、接着剤若しくは蝋付けによって共に接合されるか、又は当該複数のワイヤの間に、セラミックフィルタ紙のようなシート状材料を有する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線ワイヤフィルタであって、前記巻線ワイヤフィルタは、連続する単一のワイヤから作成され、第１の内径と、第１の外径と、該第１の内径とは異なる第２の内径及び該第１の外径とは異なる第２の外径のうちの少なくとも一方とを有することを特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の巻線ワイヤフィルタにおいて、２つの第２の外径を含むことを特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【請求項３】
隣接する層の複数のワイヤが互いに接合されていることを特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【請求項４】
請求項３に記載の巻線ワイヤフィルタにおいて、前記複数のワイヤは蝋付けによって接合されることを特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【請求項５】
請求項３に記載の巻線ワイヤフィルタにおいて、前記複数のワイヤは接着剤によって接合されることを特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【請求項６】
巻線ワイヤフィルタであって、巻線の少なくとも一部は、巻線ワイヤの少なくとも一部の全体にわたって前記ワイヤに隣接して存在する細長い一片（a strip）のシート状材料を含むことを特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【請求項７】
請求項６に記載の巻線ワイヤフィルタにおいて、前記シート状材料は編物状の金属である、特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【請求項８】
請求項６に記載の巻線ワイヤフィルタにおいて、前記シート状材料はセラミックフィルタ紙である、特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【請求項９】
請求項１に記載の巻線ワイヤフィルタにおいて、前記第１の内径と前記第２の内径とを含み、連続する外層をさらに含むことを特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【請求項１０】
フィルタを作製する方法であって、
マンドレルにワイヤを巻くことであって、最内径と最外径とを有する環状装置が生成される、マンドレルにワイヤを巻くこと、及び
巻かれる前記ワイヤの螺旋角αと、ドウェルと、位置とを変更することであって、該変更することは、少なくとも２つの内径又は少なくとも２つの外径を有するフィルタを生成するのに効果的である、巻かれる前記ワイヤの螺旋角と、ドウェルと、位置とを変更すること、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記螺旋角を変更することであって、該変更することは、前記フィルタの内部又は外部上に平坦な表面を提供するのに効果的である、変更することをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法において、巻線前に、前記ワイヤに蝋材を塗布することをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法において、シート状材料に隣接して前記ワイヤを巻くことをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
巻線ワイヤフィルタであって、
多数の開口を有する中空円筒状コアと、
前記コアの長さに沿って該コアに巻かれる連続する単一のワイヤと、
を備えることを特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の巻線ワイヤフィルタにおいて、前記コアは、丸められて円筒にされると共に、当接している縁を溶接されるエキスパンドメタルシートであることを特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【請求項１６】
請求項１４に記載の巻線ワイヤフィルタにおいて、前記コアの端は半径方向に外側に広げられることを特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【請求項１７】
請求項１４に記載の巻線ワイヤフィルタにおいて、前記中空円筒状コアは、内側の巻線と外側の巻線との間に配置されることを特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【請求項１８】
請求項１４に記載の巻線ワイヤフィルタにおいて、前記中空円筒状コアは、金属又はプラスチックから成るメッシュ又は織物であることを特徴とする巻線ワイヤフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ要素と、マンドレルにワイヤを巻くことによって当該フィルタ要素を製造することとに関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルタは長い間、フィルタを作製するための型に紙又はワイヤのような一片の細長い材料を螺旋状に巻くことによって製造されてきた。特許文献１は、ギンプワイヤを螺旋状に巻くことによって製造される、内燃機関用の吸気フィルタを記載している。特許文献２に記載されているように、螺旋状に巻かれたポリマー繊維が、様々なフィルタリング装置又は分離装置を製造するために使用されている。
【０００３】
乗用車用のエアバッグ膨張させるために使用されるようなガス発生器の分野では、フィルタは、ガス発生器によって生成される高温の爆発生成物を制御及び冷却するために使用される。特許文献３は、後に、所望のサイズの複数のフィルタに切断される、フィルタ層を含む様々な材料層が螺旋状に巻き付けられている中空円筒状コアを記載している。特許文献４及び特許文献５におけるように、エアバッグインフレータフィルタを製造するために、セラミック繊維がコアに螺旋状に巻き付けられてきた。ワイヤフィルタに関しては、特許文献６が、共に編まれた銅メッキ鉄線を有すると共に、次いで鉄線が交差する所において当該鉄線を互いに接着させるために銅の融点と銅の焼結温度との間で熱処理されるフィルタを記載している。特許文献７は、２つの層を有する、ワイヤが螺旋状に巻かれたフィルタを記載している。ここで、半径方向において自身に重なる第１の層のピッチ角は対称であり、第２の層は、より細いワイヤを使用することによってより細かい濾過を有する。
【０００４】
メートル単位の直径を有する、プレストレスを与えられたパイプにワイヤを巻く機械から、センチメートル単位の直径を有するボビン又は管に糸を巻く機械まで、複数の巻線機が既知である。そのような機械にコンピュータ制御を提供することも既知である。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第２，１２２，５８２号明細書
【特許文献２】米国特許第４，０４８，０７４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，２３０，７２６号明細書
【特許文献４】米国特許第５，７０２，４９４号明細書
【特許文献５】米国特許第５，９０８，４８１号明細書
【特許文献６】国際出願公開ＷＯ０５／０６５８１１号公報
【特許文献７】国際出願公開ＷＯ０５／０６５９９９号公報
【特許文献８】米国特許第６，２７７，１６６号明細書
【特許文献９】米国特許第４，８９０，８６０号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，９１３，０５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
巻線ワイヤを当該巻線ワイヤ自体に固定するより簡単な方法が必要とされており、また円筒状以外の外形又は幾何学的形状を有するフィルタが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記を鑑みて、本発明は、直角柱以外の幾何学的形状を有する巻線ワイヤフィルタと、強度が向上した巻線ファイルと、隣接するワイヤ層との間に配置されている半径方向の中間部分として設けられる別の材料を有する巻線ワイヤフィルタとを提供する。
【０００８】
本発明は、エアバッグインフレータと共に使用するのに適切な内孔を有する円筒状巻線ワイヤフィルタを提供する。当該円筒状巻線ワイヤフィルタは、少なくとも２つの異なる外径及び／又は少なくとも２つの異なる内径を有する。隣接する層内の複数のワイヤは、蝋付けによって共に接合されるか、又は当該複数のワイヤの間にセラミックフィルタ紙のようなシート状材料を有する。蝋材は補助剤の一例である。補助剤は、接着剤、又はワイヤに沿って供給されるセラミックフィルタ紙のような、細長い一片の編物状の材料若しくは不織材料とすることができる。
【０００９】
概して、本発明は、第１の内径と、第１の外径と、少なくとも１つの第２の（異なる）内径（第１の内径とは異なる）又は少なくとも１つの第２の（異なる）外径（第１の外径とは異なる）とを有する巻線ワイヤフィルタを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
背景技術において記載したように、コンピュータによって制御される巻線機が既知である。一実施形態では、本発明は、コンピュータ制御を新規な方法で使用して、直角柱以外の幾何学的形状を有するフィルタを作製する。図１に示されているように、典型的な巻線機は、マンドレル１と、マンドレルに巻かれる、長さが定まっていない材料、本発明においてはワイヤ３の供給源２とを有する。本発明の目的のために、ワイヤは好ましくは平角線であるが、円形断面、楕円形断面、又は他の任意の断面を使用することができる。マンドレルは好ましくは、ドリル用のチャックのような組立式マンドレルである。コンピュータによって制御されるこれらの機械においては、供給源の位置Ｌはマンドレルの回転速度Ｒに関して制御される。ワイヤとマンドレルの中心線（回転軸）との間の角度α（螺旋角）は通常一定に保たれ、供給源は、１つの方向に規則的に動く、すなわちマンドレルの両端の間を（又はワイヤが巻かれる部分（the part）を形成するのに望ましい任意の長さにわたって）規則的に往復して動く。ドウェル時間は通常、両方の端においてゼロである。すなわち、供給源は、マンドレルの一方の端に到達すると、直ちに他方の端へと戻る。
【００１１】
本発明では、角度αは変えられ、供給源の移動は所望の幾何学的形状を達成するために変更される。簡単なプログラミングによって、又は既存のコンピュータ制御の調整によって、螺旋角及びドウェル時間が、単純な直角柱以外の幾何学的形状を形成するように調整される。螺旋角の代替として、ワインド数を指定することができる。「ワインド数」は、マンドレルの回転軸に対して平行な直線長さ当たりの巻線回数である。ワイヤが巻かれるにつれて円周が変化するため、螺旋角が固定されていると、装置が大きくなるにつれてワインド数は変化し、同様にワインド数が固定されていると、装置が大きくなるにつれて螺旋角は変化する。特定の軸方向長さにおけるドウェル時間は、その長さにわたって巻線層の厚さを変えるために変更することができる。この装置は、市販部品から又は従来のワイヤ巻線機を変更することによって比較的簡単に作製される。
【００１２】
図２は、中央円筒１２と、中央円筒よりも大きい半径をそれぞれ有する複数の盤状端１３とを有する、ダンベル形状の巻線ワイヤフィルタ１０を示す。このような装置を作製するために、フィルタの長さ全体にわたって中央円筒部に巻線を行い、次いでダンベル端のうちの一方に巻線を行い、その後他方の端に移動して、この端に巻線を行うようにコンピュータをプログラミングする。移動速度が十分に遅い場合、第１のダンベルの外周にあるワイヤは中央部にまず巻かれ、中央部のワイヤと外見上ほとんど見分けがつかなくなる。このようにして、図２に示されているフィルタは単純な直角柱以外の幾何学的形状を有する。正確に言うと、この装置は、２つの外径、すなわち中央部の外径及びダンベル両端の外径と、単一の内径とを有する。
【００１３】
これらのフィルタは、その開示が参照によって本明細書に援用される特許文献８に記載されているような金網フィルタのように、エアバッグインフレータのために使用することができる。特許文献８の特許においては、金網管が鋳型内で圧縮されて、複数のリブが外側において軸方向に延在している環状フィルタが形成される。本発明を使用して、図２のダンベル設計のように効果的に、最も外側のディスク間により大きいディスク（複数可）を追加する（すなわち、複数の２つの異なる外径）ことによって、複数のリブが横方向に延在しているフィルタを作製することができる。
【００１４】
幾つかのエアバッグインフレータでは、装薬が長さの短い堅固な管内に供給され、当該管の両方の端は封止され、ガスを逃すために管の円周上には複数の開口が存在している。本発明を使用して、犠牲バンドをマンドレル及び所望の幾何学的形状に巻かれたフィルタ上に配置することができる。その後、この装置はマンドレル及び取り除かれるバンドから取り除かれる。バンドは、機械的に若しくは手動で取り除かれるネオプレン、又は焼き払われるか若しくは化学的に溶解されるポリスチレン、又は水溶性高分子化合物のようなポリマーとすることができる。図３に示されているように、結果として得られるフィルタ３１は、孔３２と、巻かれる材料に強制的に空隙３５を形成させる犠牲材料のバンド３３とを有する。図３に示されているフィルタは、単一の外径と複数の内径とを有する。驚くべきことに、ワイヤが張力を受けて巻かれても、犠牲材料を取り除くときに空隙の目立つ変形は一切生じないことが分かった。使用時には、空隙は爆発性ガスのためのマニホルドとして機能する。また図３には、並んでいる連続した巻線によって形成される連続した（軸方向）外層３７が示されている。すなわち、外層は、直円筒形の巻線ワイヤフィルタを概ね管にする。この連続層によって、爆発性ガスはフィルタから軸方向に出る。
【００１５】
図４は、巻線前にワイヤに対して行うことができる変更を示す。一実施形態では、ワイヤはクリンピングロール４２のセットを通過し、それによって巻線ワイヤは波形になる。フィルタが管状構造体内に配置される場合は、波形状ワイヤは外側に配置するのが好ましい。波形状ワイヤは、バルクフィルタ（bulk filter）の波形状でないワイヤよりも（半径方向において）圧縮性が高いため、外側に波形状ワイヤを有するフィルタは円筒内により容易に圧力嵌めすることができる。同様に、環状構造体（例えば上述のエアバッグ装薬）をフィルタの孔内に押し込むことを可能にするために、マンドレルに直に隣接して波形状層を形成することができる。
【００１６】
図４に示されている別の実施形態は、巻線を行う前のワイヤの表面への補助剤の塗布である。例えば、ワイヤに隣接する塗布機４４が使用されて、塗装可能又は噴霧可能な流体がリザーバ４６からワイヤに塗布される。塗布機はブラシ又はスプレーノズルとすることができる。補助剤は、波形付けと共に使用する必要はなく、ワイヤの片側又は両側に塗布することができる。補助剤は、巻線構造体に剪断強度を加える接着剤とすることができる。補助剤は、蝋付けに使用されるペーストとすることができる。巻き付けられたフィルタは、ワイヤが交差する所に拡散接合を提供するために焼結することができる。蝋付け補助剤、例えば車両においては銅粉（例えば３００メッシュ）（例えばプロピレングリコール）を使用することによって、より強力な接合を達成することができる。ワイヤは蝋付けされ、交差するワイヤの間により強力な接合が形成される。焼結又は他の熱処理の間、フィルタをマンドレル上に保持することが望ましいであろう。この場合、マンドレルは、熱処理されたフィルタを熱処理後にマンドレルから容易に取り除くことを可能にする非反応性材料（例えばＳｉＮ、ＢＮ）によって被覆することができる。
【００１７】
ワイヤに補助剤を塗布するのと同様に、巻線中に、細長い一片のシート状材料をワイヤに沿って供給することができる。適切なシート状材料は、織物状の金属又はガラス繊維、不織マット（例えばガラス繊維又はカーボン繊維、又はセラミックフィルタ紙（例えば、その開示が参照によって本明細書に援用される特許文献９および特許文献１０に記載されているもの））、ステンレ鋼のマイクロファイバ（例えばメッシュ形態）を含む。フィルタ紙の幅は好ましくはワイヤの幅よりも広い。織られていない細長い一片又はフィルタ紙を使用することによって、比較的より細かい粒子をフィルタリングすることができる。ワイヤに使用される金属に応じて（少なくともＳＳ３０９ほど強い）、耐熱性を有するステンレス鋼が本発明に好ましい）、熱分解可能なポリマー繊維又はポリマーの細長い一片をワイヤと共に供給することができ、フィルタの熱処理中に、その細長い一片をセラミック又は炭素に熱分解することができる。
【００１８】
図５〜図７は、ワイヤが並んで巻き付けられている平坦な外部と、ワイヤが螺旋状に巻き付けられている内部と、小さい方の内径とを有する巻線ワイヤフィルタ装置を示す。図５は、平坦な、すなわち凹凸のない表面を形成するためにワイヤが並んで巻かれている最内径５０１と、ワイヤの巻線が螺旋状に変化している中間部５０３とを有する巻線ワイヤフィルタの拡大図である。最内面は、この装置の小さい方の内径と大きい方の内径とを分離する内部のフランジを効果的に形成する棚（shelf：シェルフ）５０５において終端する。図６は同様の装置を示し、この装置では、フィルタの外面６０１は平坦であり（並んで巻かれている）、大きい方の直径の内面において見られるように、巻線が螺旋状になる小さい棚６０５において終端する（６０３）。図５におけるように、小さい方の直径の内径は別の棚６０７において終端する。図７は、螺旋状に巻かれた内部７０３に重なる平坦な外面７０１を有する同様の装置の別の斜視図である。この装置は、７０３における大きい方の直径の内径（ＩＤ）と、棚７０５において終端する小さい方の直径のＩＤとの両方を有する。図５〜図７において見られる装置から、複数の内径及び／又は外径を有するように巻線フィルタを作製することができること、並びに、平坦な巻線（すなわち並んだ巻線）を有するように、又は螺旋状の巻線によってより多孔性であるように最内面及び／又は最外面を作製することができることが分かる。
【００１９】
別の実施形態では、エキスパンドメタルスリーブを内径及び／又は外径上に配置することができる。フィルタの軸方向の強度は、エキスパンドメタルのダイアモンド形状の開口をフィルタの軸に沿うように向けることによって向上させることができる。加えて、スリーブの厚さが巻線に使用されるワイヤの厚さよりも厚い場合、スリーブはヒートシンクとして機能し、より小さいワイヤを保護する。エキスパンドメタルスリーブは、炭素鋼、ステンレス鋼、又は任意の他の金属物質から製造することができる。このスリーブは、この装置が焼結される場合に配置することができ、それによって、接触しているあらゆるワイヤと溶合するようになる。
【００２０】
別の実施形態では、マンドレルへのワイヤの巻線は未完了の巻線の一端において停止することができ、インサートが既存の巻線の上方に配置され、次いで巻線を続行し、相対的に内側の巻線と相対的に外側の巻線との間にインサートが効果的に包み込まれる。この作業は、複数回行うことができ、上述のエキスパンドメタルスリーブのような、内部が多孔性のスリーブを含むことができる。インサートは、多孔シート（網又は編物のような織物を含む金属又はポリマー）、事前成形管（例えばエキスパンドメタル管）、メッシュ（プラスチック又は金属、好ましくは編物状）、又は任意の組合せの形態をとることができる。
【００２１】
上述の実施形態では、フィルタは好ましくは、約１インチ〜３インチ（２．５ｃｍ〜７．５ｃｍ）の内径と、約１インチ〜２インチ（２０ｃｍ〜５０ｃｍ）の長さとを有し、これらは、運転席側のエアバッグの一部としての車両のハンドル内への設置に適している。助手席側のエアバッグ安全装置用のフィルタは通常はるかに長く（約１２ｃｍ〜１８ｃｍ）、小さい方の直径（約１５ｃｍ〜４０ｃｍ）を有する。側窓との接触に対して保護するエアバッグカーテン装置は、はるかに小さい内径（５ｍｍ〜２０ｍｍ）と長さ（約２０ｍｍ〜３０ｍｍ）とを有する。フィルタの厚さは、特定の用途と使用される装薬とによって決まる。フロント（運転手及び乗客）エアバッグは通常、装薬に爆発性物質を使用し、一方、側方（カーテン）エアバッグは、衝突中に点火される装薬、又は衝突時に破裂してガスを放出する内蔵ガスボンベのいずれかを使用する。
【００２２】
車両の助手席側のフロントエアバッグは通常、運転席側のフロントエアバッグよりもはるかに大きいため、より多くのガスの発生が必要とされる。運転席側のフロントエアバッグ装置は単一の装薬を含むことができる一方、助手席側のフロントエアバッグは、異なるサイズの装薬を含む最大５つの同等の装薬（乗客の重量を検知して必要とされる爆発力を求める「スマートな」エアバッグ技術におけるように、これらの装薬の全てが点火されるわけではない）を有することができる。車両の内部設計に起因して、助手席側のフロントエアバッグは、（基本的に運転手をハンドルから保護する）運転席側のフロントエアバッグよりもはるかに大きいダッシュボード部分を覆わなければならない。したがって、上述したように、これらの装置及びひいてはフィルタははるかに長い。
【００２３】
別の実施形態では、本発明は、助手席側のフロントエアバッグに特に有用なフィルタを提供する。ここで、ワイヤは、多数の開口を有する中空コアに巻かれる。このコアは、爆発に耐えると共にフィルタリングを提供する任意の材料とすることができる。織物状又は編物状の金網をコアとして使用することができる。織物状の金属ワイヤのシート又は網は丸められて管又は円筒になり、当接している端を溶接される。金網は通常、管として編まれ、編まれたワイヤが重なる所では、金網の統合性を提供するためにそれらのワイヤをスポット溶接することができる。その後、金網は所望の管の長さに切断することができる。別の代替形態はエキスパンドメタルシートである。織物状のシートのように、エキスパンドメタルシートは適切なサイズに切断され、その当接している縁が溶接されて、円筒が提供される。爆発が基本的に等方性であり且つワイヤがコアに巻かれるため、重なっている縁よりも当接している縁の方が好ましい。図８に示されているように、エキスパンドメタルシートは丸められて円筒となり、その当接している縁が溶接されて、コア８０１が提供される。コアの各端８０３は好ましくは口広げ加工される。その後、このコアはマンドレルに配置されて、ワイヤ８０５がコアに巻き付けられて、フィルタが提供される。上述したフィルタにおけるように、ワイヤの端は好ましくは巻線にスポット溶接されて、その後、ワイヤがもつれ（解け）ないのを確実にするために切断される。上述したように、巻線を作製して、巻線の様々なパターン又は構造を提供することができる。コアは好ましくはステンレス鋼から成り、約０．１ｍｍ〜約１．０ｍｍ（図では厚さは約０．５ｍｍである）の厚さを有し、約５％〜５０％が隙間となっている（すなわち、多数の開口が片側の領域の幾らかの割合を占めている）。
【００２４】
図９Ａはフィルタの側面図、図９Ｂはフィルタの平面図、そして図９Ｃはフィルタの斜視図である。ここで、内面９０１は比較的平坦であり、外面９０３は比較的大きい角度を使用して作製されており、それによって、螺旋状の巻線が比較的開いているパターンを提供する。図６に示されている棚と比較すると、棚９０５は、これらの図に示されている巻線パターンに起因してよりはっきりと画定されており、したがって、その内部でフィルタが使用されるハウジングへの接続に良好な公差を有するフランジを形成する。
【００２５】
上記の説明は、例示として意図されており、限定するものとしては意図されていない。様々な変更、修正、及び追加が、本明細書を読むと当業者には明らかになるであろう。そのような変化、修正、及び追加は、特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲及び精神内にあるものと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】巻線装置を示す図である。
【図２】ダンベル形状の、巻線ワイヤフィルタを示す図である。
【図３】複数の内径と、１つの犠牲部材とを有するフィルタの断面図である。
【図４】クリンピングロールのセットと、塗装可能な又は噴霧可能な補助材料のための塗布機とを有する図１の装置を示す図である。
【図５】平坦な外部と、螺旋状に巻かれた内部と、２つ以上の内径とを有する巻線ワイヤフィルタを示す図である。
【図６】平坦な外部と、螺旋状に巻かれた内部と、２つ以上の内径とを有する巻線ワイヤフィルタを示す図である。
【図７】平坦な外部と、螺旋状に巻かれた内部と、２つ以上の内径とを有する巻線ワイヤフィルタを示す図である。
【図８】エキスパンドメタルコアを有する巻線ワイヤフィルタを示す図である。
【図９Ａ】本発明に従って作製されたフィルタ設計の側面図である。
【図９Ｂ】本発明に従って作製されたフィルタ設計の平面図である。
【図９Ｃ】本発明に従って作製されたフィルタ設計の斜視図である。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2009533221.tif 000012
【図９Ｃ】
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【国際調査報告】
2009533221.tif 000014
2009533221.tif 000015