(57)【要約】【課題】鋳物の外観から、その鋳物の品質を判断可能とするとともに、その鋳物を形成した砂型に、冷し金が配置されていたか否かを判断することのできる、鋳造用模型を得る。【解決手段】鋳造用模型は、冷し金が配置される位置に、開口部と、開口部に連通する凹部とを有し、開口部は、冷し金が正常な位置に配置された場合に、冷し金によって、開口部が隙間なく塞がれる位置及び大きさに形成され、開口部の大きさは、冷し金の位置が異常な位置に配置された場合に、開口部の少なくとも一部が露出する大きさに形成される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷し金が埋設される鋳型の製作に用いられる鋳造用模型であって、
前記冷し金が配置される位置に、開口部と、前記開口部に連通する凹部とを有し、
前記開口部は、
前記冷し金が正常な位置に配置された場合に、前記冷し金によって、前記開口部が隙間なく塞がれる位置及び大きさに形成され、
前記開口部の大きさは、
前記冷し金の位置が異常な位置に配置された場合に、前記開口部の少なくとも一部が露出する大きさに形成される、
鋳造用模型。
【請求項２】
前記凹部は、
前記凹部の底に、凹形状に形成された文字を有する、
請求項１に記載の鋳造用模型。
【請求項３】
前記凹部は、
逆テーパ形状に形成される、
請求項１又は２に記載の鋳造用模型。
【請求項４】
着脱可能な着脱部を有し、
前記凹部は、前記着脱部に形成される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の鋳造用模型。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の鋳造用模型を用いた鋳物の製造方法であって、
前記鋳造用模型の表面に、開口部を有する凹部を形成し、
冷し金により、前記開口部を隙間なく塞いだ状態で砂型を形成する、
鋳造用模型を用いた鋳物の製造方法。
【請求項６】
前記鋳造用模型に形成された前記凹部により前記砂型に凸部を形成し、
前記砂型の前記凸部によって鋳物の表面に形成される凹部の有無により、
前記鋳物の良否を判定する、
請求項５に記載の、鋳造用模型を用いた鋳物の製造方法。
【請求項７】
前記鋳造用模型に形成された前記凹部により前記砂型に凸部を形成し、
前記砂型の前記凸部によって鋳物の表面に形成される凹部の有無により、
前記砂型の良否を判定する、
請求項５又は６に記載の、鋳造用模型を用いた鋳物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は砂型を用いた鋳物を製造することに用いる模型とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋳造に使用される砂型には、冷し金が配置されている（例えば特許文献１，２参照）。冷し金は、砂型を形成する砂に埋設されて、砂型に注入される溶湯の熱を吸収し、溶湯の温度を適度に低下させる。そして、鋳物に引け巣欠陥が発生することを防止するとともに、鋳物を構成する組織を微細化して、鋳物の品質を確保する。また、冷し金を砂型に配置する方法として、自動造型機を用いて配置するものが知られている（例えば特許文献３，４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２７９６５号公報
【特許文献２】特許第３４０１７６５号公報
【特許文献３】特許第３１１２２１３号公報
【特許文献４】特許第３１１２２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷し金を砂型に配置する場合、枠で囲んだ模型の上に冷し金を置き、枠の中に砂を充填して、砂型に冷し金を埋め込んでいる。小型の鋳物の場合には、造型機を用いて自動で砂型を製作することが多いが、大型の鋳物の場合には、作業者が砂型を手込めで製作することがある。作業者が砂型を製作する場合には、冷し金を作業者が配置している。
【０００５】
経験の少ない作業者が砂型を製作すると、冷し金の位置ずれ及び冷し金の配置忘れといった不具合が発生する場合がある。冷し金の位置がずれた砂型及び冷し金のない砂型を用いて鋳物を製造した場合には、鋳物に必要な強度が得られないこと及び鋳物の内部に引け巣欠陥が発生することがある。しかしながら、このような砂型によって形成された鋳物は、外観上は正常な鋳物とほとんど変わらないため、目視で選別することが難しい。よって、鋳物の外観から、その鋳物を形成した砂型に、冷し金が配置されていたか否かを判断することが難しかった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、鋳物の外観から、その鋳物の品質を判断可能とするとともに、その鋳物を形成した砂型に、冷し金が配置されていたか否かを判断することのできる、鋳造用模型を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
鋳造用模型の冷し金が配置される位置に、開口部と、開口部に連通する凹部とを形成する。開口部は、冷し金が正常な位置に配置された場合に、冷し金によって、開口部が隙間なく塞がれる位置及び大きさに形成する。そして、開口部の大きさを、冷し金の位置が異常な位置に配置された場合に、開口部の少なくとも一部が露出する大きさに形成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の鋳造用模型は、砂型を作成する際に、冷し金の配置位置がずれたこと及び冷し金を鋳造用模型に配置し忘れたことを、鋳物の外観から識別可能としたものである。これにより、鋳物の外観に基づいて、鋳物の品質を容易に判定することができ、不良品の鋳物が製品として流出することが防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による鋳造用模型を示す斜視図である。
【図２】図１の鋳造用模型を定盤に配置し、金枠で囲んだ状態を示す図である。
【図３】図２の鋳造用模型に、冷し金を配置した状態を示す図である。
【図４】図２の鋳造用模型の上面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う鋳造用模型の断面を示す図である。断面を示す図である。
【図６】図５の鋳造用模型に、冷し金を配置した状態を示す図である。
【図７】図６の鋳造用模型の周囲に砂型形成用の砂を配置した状態を示す図である。
【図８】図７の状態から、砂型を分離した状態を示す図である。
【図９】図８の砂型と、該砂型を用いて形成した鋳物を示す図である。
【図１０】図５の鋳造用模型に冷し金を配置せずに、砂型形成用の砂を配置した状態を示す図である。
【図１１】図１０の鋳造用模型から、砂型を分離した状態を示す図である。
【図１２】図１１の砂型と、該砂型を用いて形成した鋳物を示す図である。
【図１３】図５の鋳造用模型に配置した冷し金がずれている状態で、砂型形成用の砂を配置した状態を示す図である。
【図１４】図１３の鋳造用模型から、砂型を分離した状態を示す図である。
【図１５】図１４の砂型と、該砂型を用いて形成した鋳物を示す図である。
【図１６】実施の形態１による鋳造用模型の第１変形例を示す上面図である。
【図１７】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う鋳造用模型の断面図である。
【図１８】実施の形態１による鋳造用模型の第２変形例を示す断面図である。
【図１９】実施の形態２による鋳造用模型を示す断面図である。
【図２０】実施の形態３による鋳造用模型を示す断面図である。
【図２１】実施の形態３による鋳造用模型の変形例を示す断面図である。
【図２２】実施の形態４による鋳造用模型を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明の鋳造用模型の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における鋳造用模型１０を示す図である。図２は、図１の鋳造用模型１０を定盤２０に配置して、金枠４０を取り付けた状態を示す図である。また、図３は、図２の鋳造用模型に、冷し金５０を配置した図である。
【００１２】
図１に示すように、鋳造用模型１０は直方体の形状をしており、上面に矩形状の開口部１０Ａを有する凹部１０Ｂが形成されている。鋳造用模型１０は、木、樹脂又は金属により形成され、凹部１０Ｂは、工作機械を用いた切削加工により形成される。また、鋳造用模型１０は、３Ｄプリンタを用いた積層造型法によって形成することも可能である。積層造型法を用いることにより、凹部１０Ｂを切削することなく形成することができる。よって、切削加工する場合と比べて、少ない材料で形成することができる。
【００１３】
鋳造用模型１０は、製品である鋳物と同じ形状をしており、鋳物を鋳造する砂型の製作に用いられる。冷し金５０は、この砂型を形成する際に、砂の中に埋設される。鋳造用模型１０は、図２に示すように、定盤２０の上に配置され、金枠４０によって周囲を囲われた状態で使用される。冷し金５０は、図３に示すように、鋳造用模型１０に形成された凹部１０Ｂの開口部１０Ａを塞ぐように、鋳造用模型１０の上に配置される。
【００１４】
次に、図４から図９を参照して、鋳造用模型１０を用いて鋳物７０を製作する手順を説明する。図４は、図２の鋳造用模型１０を上面から見た図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。また、図６から図９は、図５と同じ断面を示している。
【００１５】
まず、図４及び図５に示すように、定盤２０の上に鋳造用模型１０を配置し、鋳造用模型１０の周囲を金枠４０で囲む。次に、図６に示すように、鋳造用模型１０に形成された凹部１０Ｂの開口部１０Ａを塞ぐように、冷し金５０を配置する。
【００１６】
次に、図７に示すように、金枠４０と鋳造用模型１０との間に、隙間なく砂９０を入れる。図７に示すように、鋳造用模型１０の開口部１０Ａは、冷し金５０で塞がれているため、凹部１０Ｂの中には砂９０が入らない。この後、砂９０を固め、砂型６０を形成する。砂型６０の形成方法としては、生型、自硬性型、ガス硬化性型といった形成方法があるが、いずれの方法であってもよい。
【００１７】
次に、鋳造用模型１０及び金枠４０から砂型６０を取り外す。図８に示すように、砂型６０には、開口部６０Ａを有する凹部６０Ｂが形成される。そして、冷し金５０は、鋳造用模型１０に接していた面を、砂型６０の凹部６０Ｂの底部６０Ｄに露出させた状態で、砂型６０に埋設される。
【００１８】
次に、形成された砂型６０の凹部６０Ｂに開口部６０Ａから溶湯を鋳込み、図９に示すように、鋳物７０を形成する。以上により、鋳造用模型１０を用いた鋳物７０の形成は完了する。正常に冷し金５０が配置された砂型６０で形成した鋳物７０は、鋳造用模型１０と同じ形となり、鋳物７０の表面には凹凸がない。
【００１９】
ここで、鋳造用模型１０を用いて鋳物７０を製作する際に、鋳造用模型１０に冷し金５０を配置しなかった場合について、図１０から図１２を用いて説明する。なお、図１０から図１２は、図５と同じ断面を示している。
【００２０】
正常な鋳物７０を形成した時と同様に、定盤２０の上に鋳造用模型１０を配置し、鋳造用模型１０の周囲を金枠４０で囲む。そして、図１０に示すように、鋳造用模型１０に冷し金５０を配置せずに、金枠４０と鋳造用模型１０との間に、隙間なく砂９０を入れる。このとき、図１０に示すように、鋳造用模型１０の開口部１０Ａは、冷し金５０で塞がれていないため、凹部１０Ｂの中に砂９０が入る。この後、砂９０を固め、砂型６０を形成する。
【００２１】
次に、金枠４０及び鋳造用模型１０から砂型６０を取り外す。このとき、図１１に示すように、砂型６０の凹部６０Ｂの底部６０Ｄには、凸部６０Ｃが形成される。
【００２２】
次に、形成された砂型６０の凹部６０Ｂに開口部６０Ａから溶湯を鋳込み、図１２に示すように、鋳物７０を形成する。すると、砂型６０の凸部６０Ｃによって、鋳物７０の表面に凹部７０Ａが形成される。したがって、鋳物７０に凹部７０Ａがある場合、鋳物７０は異常な砂型６０で形成されたものであり、不良品である。
【００２３】
また、図１３に示すように、冷し金５０を鋳造用模型１０に配置していても、冷し金５０の配置位置が、鋳造用模型１０の開口部１０Ａからずれていた場合には、冷し金５０によって塞がれていない開口部１０Ａの隙間から砂９０が凹部１０Ｂに入り込む。そして、図１４に示すように、砂型６０の凹部６０Ｂの底部６０Ｄには、凸部６０Ｃが形成され、図１５に示すように、鋳物７０には、凹部７０Ａが形成される。鋳物７０に凹部７０Ａがある場合、鋳物７０は異常な砂型６０で形成されたものであり、不良品である。
【００２４】
このように、実施の形態１の鋳造用模型１０によれば、鋳造用模型１０の上面に、開口部１０Ａを有する凹部１０Ｂを形成している。そして、開口部１０Ａを塞ぐように冷し金５０を配置して、砂型６０を形成している。砂型６０に冷し金５０が正常に配置されている場合には、砂型６０で形成された鋳物７０の、冷し金５０と対向する面は平面となる。
【００２５】
これに対し、砂型６０に冷し金５０が配置されていない場合には、鋳物７０の、冷し金５０の位置と対応する面に凹部７０Ｂが形成される。また、冷し金５０を鋳造用模型１０に配置していても、冷し金５０の配置位置が、鋳造用模型１０の開口部１０Ａからずれていた場合には、鋳物７０の、冷し金５０の位置と対応する面に凹部７０Ｂが形成される。
【００２６】
これにより、実施の形態１の鋳造用模型１０によれば、凹部７０Ｂの有無を確認することによって、鋳物７０が正常な砂型６０で形成されたものであるか、異常な砂型６０で形成された不良品であるかを識別することが可能となる。よって、外観検査工程において、容易に鋳物７０の不良品を選別することができる。さらに、この凹部７０Ａの有無により、鋳物７０を形成した砂型６０に、冷し金５０が正常に配置されていたか否かを判別することができる。
【００２７】
なお、実施の形態１では、鋳造用模型１０の形状が直方体であったが、これに限るものではない。鋳造用模型１０は、製品の形状に応じて多様な形状に形成されるものであり、砂型６０が形成可能な形状であれば、どのような形状でも構わない。また、開口部１０Ａ及び凹部１０Ｂの形状は、矩形に限らない。例えば開口部１０Ａの形状は、楕円形や多角形であってもよい。さらに、実施の形態１では、冷し金５０の形状も直方体であったが、これに限るものではない。例えば、冷し金５０の形状は、円柱状又は多面体であってもよい。また、冷し金５０の、砂型６０の底部６０Ｄに露出する面は、製品となる鋳物７０の形状に応じて異なるので、平面に限るものではない。例えば、冷し金５０の表面は、曲面であってもよい。
【００２８】
また、実施の形態１では、鋳造用模型１０の凹部の底は平面であったが、これに限るものではない。例えば、図１６の上面図及び図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う断面図である図１７に示した第１変形例の鋳造用模型１１のように、凹部１１Ｂの底部に、凹状の文字１１Ｃを彫り込んでもよい。そして、冷し金５０が砂型６０に配置されていない場合に、この文字１１Ｃが砂型６０に転写されるようにして、鋳物７０の表面に文字１１Ｃが形成されるようにしてもよい。
【００２９】
また、図１８に示す第２変形例の鋳造用模型１２のように、文字１２Ｃを凸状としてもよい。文字１２Ｃを凸状にすることにより、砂型６０に転写される文字を凹状にすることができる。砂型６０に転写される文字１２Ｃが凸状であると、砂型６０がもろいために、文字１２Ｃが欠落してしまう場合がある。文字１２Ｃを凹状にすることにより、小さな文字であっても、欠落することなく形成することができる。なお、鋳造用模型１２に凹部１２Ｂを形成せずに、鋳造用模型１２の表面に、直接凹状の文字１２Ｃを形成するようにしてもよい。
【００３０】
文字１１Ｃ及び１２Ｃは、数字、アルファベット又は記号などを用いて、意味のある文字にするとよい。例えば、砂型６０に、「ＮＧ」などの不良品を表す単語を鋳込むことにより、砂型６０を鋳造用模型１０から分離する工程から、砂型６０に塗型をする工程、砂型６０の状態を確認する検査工程、砂型６０の砂バリなどを除去する工程、注湯する工程までの全ての工程において、その砂型６０が不良であることを、作業者に報知することができる。
【００３１】
実施の形態２．
図１９は、実施の形態２による鋳造用模型１３を示す図である。実施の形態２では、鋳造用模型１３を２部品で構成した点が、実施の形態１とは異なる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３２】
図１９に示すように、鋳造用模型１３は、凹部１３Ｂに着脱部３０を有している。着脱部３０は、鋳造用模型１３から取り外して交換することが可能である。着脱部３０は、開口部３０Ａと凹部３０Ｂ及び凸状の文字３０Ｃを有する。なお、着脱部３０を鋳造用模型１３に取り付ける構造は、例えば金型の入れ子と同様に、ネジを用いた締結などによるものとし、詳細な説明は省略する。
【００３３】
着脱部３０は、鋳造用模型１３から着脱可能であるので、冷し金５０を配置する位置、大きさ及び形状の変更に応じて、着脱部３０に形成された凹部３０Ｂの位置、大きさ及び形状の異なる着脱部３０に取り換えることが可能となる。これにより、実施の形態２による鋳造用模型１３によれば、冷し金５０を配置する位置、大きさ及び形状が変更された場合であっても、新たに鋳造用模型１３を製作する必要がなくなり、鋳造用模型１３の製作費用の削減及び製作期間の短縮ができる。
【００３４】
また、鋳物７０は、海外の複数の国で製造される場合がある。日本の工場で製造する場合であっても、異なる国籍の作業者が交代で製造を担当することがある。このような場合に、実施の形態２による鋳造用模型１３によれば、あらかじめ、複数の着脱部３０を用意して、それぞれの着脱部３０の文字３０Ｃを、想定される複数の国の言語で形成しておくことができる。そして、製造する国及び作業者の国籍に対応した言語で文字３０Ｃが形成された着脱部３０を、鋳造用模型１３に取り付けることができる。これにより、異なる国籍の作業者に対しても、砂型６０が不良であることを報知することができる。
【００３５】
鋳造用模型１３の着脱部３０に文字を形成する方法としては、マシニングセンターなどによる切削加工が一般的であるが、材質が木材であれば、手加工で文字を彫ることも可能である。材質が樹脂であれば、３Ｄプリンタなどの積層造形を用いて形成してもよい。
【００３６】
また、着脱部３０と鋳造用模型１３は、異なる材質及び製造方法で形成されてもよい。例えば、鋳造用模型１３は木材又は金属を切削加工することにより形成し、着脱部３０はＣＡＤデータを用いて３Ｄプリンタにより精密に造型するということも可能である。これにより、工作機械による加工と３Ｄプリンタによる造型という、異なる製造方法の長所を生かし、製作費用の削減及び製作期間の短縮をすることができる。
【００３７】
実施の形態３．
図２０は、実施の形態３による鋳造用模型１４を示す図である。実施の形態３による鋳造用模型１４は、凹部１４Ｂを、逆テーパ形状とした点が、実施の形態１の鋳造用模型１０とは異なる。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３８】
図２０に示すように、鋳造用模型１４に形成された凹部１４Ｂは、開口部１４Ａから鋳造用模型１４の内側に向けて、逆テーパ形状となっている。よって、冷し金５０を配置しないで砂型６０を形成した場合に、凹部１４Ｂ内に形成された砂型６０の一部が鋳造用模型１４から抜けなくなる。この状態で砂型６０を無理に抜くと、凹部１４Ｂの周辺の砂型６０が崩れ、砂型６０の凹部６０Ｂの底部６０Ｄが異常な凹凸形状となる。すると、この砂型６０で形成した鋳物７０の表面には、異常な凹凸形状が形成される。これにより、実施の形態３による鋳造用模型１４によれば、鋳物７０の外観を検査することによって、砂型６０に冷し金５０が正常に配置されていないことが判別できる。また、鋳物７０の表面に異常な凹凸が形成されることにより、不良品の選別が容易となる。
【００３９】
凹部１４Ｂの逆テーパ形状を形成する方法としては、工作機械による切削加工では加工が難しいため、３Ｄプリンタによって製作するとよい。この場合、図２１に示す変形例の鋳造用模型１５のように、逆テーパ形状の凹部３１Ｂを、別部品の着脱部３１に形成して、鋳造用模型１５の凹部１５Ｂに取り付けるようにしてもよい。加工の難しい逆テーパ形状の凹部３１Ｂを、別部品の着脱部３１に形成することにより、加工費用の削減及び製作期間の短縮をすることができる。
【００４０】
実施の形態４．
図２２は、実施の形態４による鋳造用模型１６を示す図である。実施の形態４による鋳造用模型１６は、凹部１６Ｂを、鋳造用模型１６の上面ではなく、側面に形成した点が、実施の形態１とは異なる。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４１】
図２２に示すように、鋳造用模型１６は、側面に開口部１６Ａを有する凹部１６Ｂを有している。よって、冷し金５０を配置しないで砂型６０を形成した場合に、凹部１６Ｂ内に形成された砂型６０の一部が鋳造用模型１６から抜けなくなる。この状態で砂型６０を無理に抜くと、凹部１６Ｂの周辺の砂型６０が崩れ、砂型６０の凹部６０Ｂの内壁が異常な凹凸形状となる。すると、この砂型６０で形成した鋳物７０の側面には、異常な凹凸形状が形成される。これにより、実施の形態４による鋳造用模型１４によれば、鋳物７０の外観を検査することによって、砂型６０に冷し金５０が正常に配置されていないことが判別できる。また、鋳物７０の表面に異常な凹凸が形成されることにより、不良品の選別が容易となる。
【００４２】
ここで、鋳物７０は、通常、上型と下型の２つ又は上型と下型及び中間型の３つの砂型６０を製作し、それらを合わせることによって、１つの製品の型を形成している。本明細書にて説明している砂型６０は、上型、下型及び中間型のいずれであってもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０〜１６  鋳造用模型、１０Ａ〜１６Ａ  開口部、１０Ｂ〜１６Ｂ  凹部、１１Ｃ,１２Ｃ  文字、２０  定盤、３０，３１  着脱部、３０Ａ，３１Ａ  開口部、３０Ｂ，３１Ｂ  凹部、３０Ｃ  文字、４０  金枠  、５０  冷し金、６０  砂型（鋳型）、６０Ａ  開口部、６０Ｂ  凹部、６０Ｃ  凸部、６０Ｄ  底部、７０  鋳物、７０Ａ  凹部、９０  砂。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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