(57)【要約】  本発明は、複数のキャビティを有する切削インサート・ボディーと、複数の切削チップを含む切削インサートとを提供する。複数の切削チップの各々は、それぞれのキャビティに配置される。切削チップは、切削インサート・ボディーのキャビティに挿入されたときに機械的保持又はロックを可能にする幾何形状を有する。幾何形状はボディーの切れ刃から実質的に離隔された基底を有するアンカー部を含む。さらに、切削チップの各々と切削インサート・ボディーとの間にろう付け接合部を含む。切削インサート・ボディー及び／又は切削チップは少なくとも一つの非対称手段を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャビティが形成された切削インサート・ボディーと、複数の切削チップとを含む切削インサートであって、
前記複数の切削チップの各々はそれぞれのキャビティに配置され、前記切削チップは、前記切削インサート・ボディーの前記キャビティに挿入されたときに機械的保持又はロックを可能にする幾何形状を有し、該幾何形状は切れ刃部から実質的に離隔された基底を有するアンカー部を含み、
さらに、前記切削チップの各々と、前記切削インサート・ボディーとの間に少なくとも一つの非対称な特徴を有する接合部を含むことを特徴とする切削インサート。
【請求項２】
少なくとも一つの前記切削チップが、前記切削インサート・ボディーのコーナーの二等分線に関して非対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項３】
少なくとも一つの前記切削チップが、該切削チップの上面を通る二等分線に関して非対称であることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項４】
少なくとも一つの前記切削チップが、前記切れ刃部において、前記切削チップの前記アンカー部を対称に分ける線に関して非対称であることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項５】
少なくとも一つの前記切削チップが、前記アンカー部において、前記切削チップの前記切れ刃部を対称に分ける線に関して非対称であることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項６】
前記切削チップの各々が、少なくとも部分的に、超硬質切削材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項７】
前記切削チップの各々は、全体が超硬質切削材料から作られていることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項８】
前記超硬質材料が窒化ホウ素又は多結晶ダイヤモンドを含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の切削インサート。
【請求項９】
前記超硬質材料がさらに、周期律表の第ＩＶａ〜ＶＩａ族から選択される金属の窒化物、炭化窒化物、酸化物、又はホウ化物の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項８に記載の切削インサート。
【請求項１０】
前記超硬質材料が、立方晶窒化ホウ素又は多結晶ダイヤモンドを含む第１の相と、金属、非金属、又はその合金を含む第２の相を有する複合材料を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の切削インサート。
【請求項１１】
前記切れ刃部は上面及び該上面に対向する底面を備え、前記超硬質材料は前記上面から前記底面まで伸びて二つの切れ刃を規定することを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項１２】
少なくとも前記切れ刃部が上面及び該上面に対向する底面を備え、前記超硬質材料は前記上面及び前記底面から、切れ刃の材料と異なる少なくとも一つの介在する材料まで伸びていることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項１３】
少なくとも前記切れ刃部が上面及び対向する底面を備え、前記超硬質材料が前記上面及び前記底面から、切れ刃と異なる材料まで伸びていることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項１４】
前記介在する材料が前記切削チップの一部であることを特徴とする請求項１２に記載の切削インサート。
【請求項１５】
前記介在する材料が前記切削インサート・ボディーの一部であることを特徴とする請求項１２に記載の切削インサート。
【請求項１６】
前記切削チップの前記アンカー部が略台形の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項１７】
前記切削チップの前記アンカー部が実質的にフラットであることを特徴とする請求項１６に記載の切削インサート。
【請求項１８】
前記切削チップの前記アンカー部が多角形の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項１９】
前記切削チップの前記アンカー部が長円形又は円形を有することを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項２０】
前記切削チップが、丸められた前方ノーズと、該ノーズで出会う一対の収束する前方表面とを含むことを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の切削インサート。
【請求項２１】
前記切削チップには、前記アンカー部より幅が減少した括れ部が設けられていることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の切削インサート。
【請求項２２】
前記括れ部が、実質的に傾斜した一対の第１の表面と、前記アンカー部より幅が減少した部分で出会う一対の第２の表面を含むことを特徴とする請求項２１に記載の切削インサート。
【請求項２３】
前記切削インサート・ボディーは、超硬合金、サーメット、又は硬い金属合金から形成されることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項２４】
前記切削インサート・ボディーが、ＷＣ及びＣｏを含む超硬合金から形成され、該超硬合金は５〜２０重量％のＣｏを含むことを特徴とする請求項２３に記載の切削インサート。
【請求項２５】
前記切削インサート・ボディーが多角形の形状であることを特徴とする請求項２４に記載の切削インサート。
【請求項２６】
前記キャビティが前記切削チップに対して十分に相補的である形状を有することを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項に記載の切削インサート。
【請求項２７】
少なくとも一つの切削チップが少なくともその一部分に設けられたコーティングを含むことを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項２８】
前記切削インサート・ボディーがチップブレーキング手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項２９】
前記切削インサート・ボディーが突き切り工具及び溝削り工具であることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項３０】
前記切削インサート・ボディーがボーリング工具であることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項３１】
前記切削インサート・ボディーがドリルであることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項３２】
少なくとも一つの切削チップが、前記ドリルの軸方向と実質的に平行に配置されていることを特徴とする請求項３１に記載の切削インサート。
【請求項３３】
少なくとも切削チップが、前記ドリルの軸方向と実質的に直角に配置されていることを特徴とする請求項３１に記載の切削インサート。
【請求項３４】
前記接合部がろう付け接合であることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗超硬質材料から成形される切れ刃を有する切削インサートに関する。
【背景技術】
【０００２】
割出可能な切削インサートは、普通、多角形の形状を有し、ほぼそのコーナーに超硬質材料が配置される。超硬質材料は、多くの場合、立方晶窒化ホウ素又は多結晶ダイヤモンドを材料とし、金属など硬い被削材を切削するのに用いられる。これらの切削インサートは、普通、超硬質材料を含む一つのコーナー又は部位が被削材の表面に当たるように切削工具に対して固定された位置に装着される。ある期間使用されると、この超硬質材料の部位は摩耗する。
【０００３】
このようなインサートを作るには二つの主なやり方がある。一つのやり方では、硬い基材の第一の層と、この基材層に重ねられる超硬質切削材料の層から成る積層構造が形成される。次に、切削チップがこの積層構造から切り取られ、切削インサート・ボディーに、普通はそのコーナーに、ろう付けされる、米国特許第５，１８３，３６２号明細書。
【０００４】
しかし、このやり方にはいくつか問題がある。チップが切削インサート・ボディーにろう付けされた接合部は、この構造にとって内在的な弱点になる。特に、このような切削インサートを使用するときによく見られる高温がこの接合部のすぐ近くに発生する傾向があるために、そこが弱点になる。さらに、ろう付けプロセスにおいて比較的複雑な器具を使用する必要がある。
【０００５】
割出可能な切削インサートを作る第二のやり方は、ポケットが形成されたブランク又は基板を用意し、ポケットに超硬質材料を充填し、その後ブランクに焼結処理を施して超硬質材料を基板と結合させる。その後、ブランクを機械加工して切削インサートを最終形状にする、すなわち、コーナーに超硬質材料が配置された略多角形ボディーにする、米国特許第５，６７６，４９６号明細書。
【０００６】
このやり方にもいくつか難点がある。この第二のやり方に関連した一つの難点は、仕上がったインサートで超硬質材料が占めることができる体積に上限があることである。この第二のやり方に関連した別の難点は、一つのポケットの超硬質材料に欠陥があると、インサート全体が売りものにならず、スクラップにしなければならないということである。
【０００７】
仏国特許出願公開第２，６９１，６５７号明細書は、多結晶ダイヤモンド、ＣＢＮ、又はその他の切削材料から作られる特別な自動位置決め形状を有する切削インサートを開示している。インサートはろう付けされず、バネによってチップに固定される。
【０００８】
仏国特許出願公開第２，７０６，３３９号明細書は、同様の材料によるインサートであって、先端の対応する孔にろう付けではなく機械的くさび固定によって固定できる形状の（固定ラグを含む）インサートを開示している。
【０００９】
国際公開２００４／１０５９８３は、複数のキャビティが内部に形成された切削インサート・ボディーと、複数の切削チップを含む切削インサートであって、複数の切削チップの各々がそれぞれのキャビティに配置され、切削チップは切削インサート・ボディーのキャビティに挿入されたときに機械的な保持又はロックを可能にする対称な幾何形状を有し、切削チップはさらに切削インサート・ボディーにろう付けされている切削インサートを開示している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このように、上述の問題やその他の問題に対処することが当業者にとって必要である。本発明の一態様は、複数のキャビティが形成された切削インサート・ボディーと、複数の切削チップを含む切削インサートであって、複数の切削チップの各々はそれぞれのキャビティに配置され、前記切削チップは、前記切削インサート・ボディーの前記キャビティに挿入されたときに機械的保持又はロックを可能にする幾何形状を有し、該幾何形状は前記ボディーの切れ刃から実質的に離隔された基底を有するアンカー部を含み、さらに、前記切削チップの各々と、前記切削インサート・ボディーとの間に少なくとも一つの非対称な特徴を有する接合部を含むことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
旋削、転削、孔あけ、その他の機械加工用途のための本発明による切削インサート６０は、図１に示されるように、少なくとも一つの切削チップ２０と、インサート・ボディー３２とから成る。切削チップはインサート・ボディーのキャビティに挿入されたときに機械的保持又はロックを可能にするような幾何形状を有する。切削チップ２０は、ボディー３２のキャビティに、界面４０に沿って任意の適当な方法で固定される。適当な方法としては、接着、はんだ付け、又はろう付けなどがある。キャビティは、そこに配置される切削チップの形又は幾何形状に対して相補的な形又は幾何形状を有することが好ましい。図１に示されているように、切削インサートの上面における切削チップは、対称な形２０ｘであってインサートに非対称に配置されているか、又は非対称な形２０ｙである。
【００１２】
もっと具体的に言うと、少なくとも一つの切削チップが切削インサート・ボディーのコーナーを通る二等分線に関して非対称に配置される、及び／又は少なくとも一つの切削チップが切削チップの上面を通る二等分線に関して非対称である、及び／又は少なくとも一つの切削チップが切れ刃部において切削チップのアンカー部を対称に分割する線に関して非対称である、及び／又は少なくとも一つの切削チップが後方アンカー部において切削チップの切れ刃部を対称に分割する線に関して非対称である、及び／又は少なくとも一つの切削チップが、切削チップを上面と底面の間で対称に分割する平面において非対称である。
【００１３】
言及された非対称性が、切れ刃部と後方アンカー部の間以外であることは明らかである。
【００１４】
本発明に把握される切削チップ２０が、図２Ａ（対称）と２Ｂ（非対称）に示されている。一対の収束する前方表面２２ａと２２ｂが、好ましくは丸められた前方ノーズ２４で出会う。ノーズ２４は、切削チップを使用するときに被削材に当てられる。図２Ａと２Ｂに示されているように、表面２２ａと２２ｂ、及びノーズ２４の少なくとも一部分は超硬質材料１６を含む。前方ノーズ２４から離れてゆくと、収束する表面２２ａと２２ｂの後に、幅が小さくなった部分、すなわち、括れ部２５がある。括れ部は、傾斜した表面の第１の対２６ａと２６ｂ、並びに表面の第２の組２８ａと２８ｂによって規定される。表面２６ａと２８ａ、並びに表面２６ｂと２８ｂは幅が小さくなった部分で出会ってトラフ状の形を規定し、本質的に台形の形状を与える。”ａ”と”ｂ”で表された表面は、図２Ａに示されているように同じ長さであっても、図２Ｂに示されているように異なる長さであってもよい。基底部分２９は実質的にフラットであるが、長円形、円形、又は多角形など他の形状もあり得る。
【００１５】
超硬質材料は、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）などの窒化ホウ素、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）などのダイヤモンド、又はアルミナ又は窒化ケイ素又はそれらの混合物などの適当な酸化物又は窒化物セラミックを備えることができる。ＣＢＮ、ＰＣＤ、又はセラミック材料は、他の材料が添加されていてもよい、例えば周期律表のＩＶａ族からＶＩａ族までの金属、又は当業者に公知の他の元素、例えばＡｌ、の炭化物、窒化物、炭化窒化物、酸化物、及び／又はホウ化物などが添加されていてもよい。
【００１６】
好ましくは、ＣＢＮ複合材料は、４０−８０、最も好ましくは５５−７０ｖｏｌ％のＣＢＮを、平均粒径３０μm未満、好ましくは５μm未満、さらに好ましくは０．１−４μmで、本質的に一つ以上のＣＢＮ粒径成分によって、例えばバイモーダル分布（bimodal）で含む。
【００１７】
しばしば、ＰＣＢＮ材料はまた少量の（普通、各＜１０重量％の）他の元素、例えばＣｏ、Ｎｉ、Ａｌ，Ｗを、多くの場合ＷＣ、ＡｌＮ，及びＡｌ2Ｏ3などを化合物として含む。
【００１８】
別の実施形態では、本発明によるＰＣＢＮ材料は、６０重量％を超えるＣＢＮを、好ましくは８０重量％を超えるＣＢＮを、少なくとも２重量％のアルミニウム化合物と共に含み、別の成分、一般にＣｏベースの別の成分、を含むことができる。この材料は鋳鉄の機械加工に特に有用である。
【００１９】
図３Ａ−３Ｇは、少なくとも上面において対称と呼ばれる三つの切削チップの形態２０ａ、２０ｂ及び２０ｃを示している。これらの切削チップの形態は、そこに含まれる超硬質材料の量が異なる。上記の図に示されているように、切削チップは、超硬質材料が比較的少ない成分であるような形態２０ａで、又は全部が超硬質材料であるような形態２０ｃで構成できる。
【００２０】
ある実施形態では、超硬質材料１６は図３Ｄに示されているように、チップの上面（図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃでは見えない）から対向するチップ底面まで連続している。
【００２１】
別の実施形態では、超硬質材料１６は図３Ｅ及び３Ｆに示されているように、チップの上面（図３Ａ、３Ｂ、及び３ＣCでは見えない）から対向するチップ底面まで連続しておらず、上面と底面の超硬質材料と異なる材料の少なくとも一つの層が介在している。図示の形態は、３Ｆのように対称であるか又は３Ｅのように非対称である、又はその逆であってもよい。
【００２２】
さらに別の実施形態では、超硬質材料１６は図３Ｇに示されているように、チップの上面（図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃでは見えない）にのみ存在し、対向するチップ底面は上面の超硬質材料と異なる材料の層を有する。
【００２３】
ここで超硬質材料と異なる材料とは、別の超硬質材料、ある種の超硬合金などの硬い材料、及びある種のはんだ合金などの軟らかい材料、の一つ以上を意味する。
【００２４】
図１のインサート・ボディー３２は任意の適当な硬い材料で構成される。適当な材料の例は、超硬合金、サーメット、及び硬い金属合金などであり、ドリル用途には高速度鋼、好ましくは当業者に公知の５〜２０重量％のＣｏを含む適当な組成のＷＣ−Ｃｏ超硬合金であってもよい。
【００２５】
図示された切削インサート・ボディーは、好ましくは多角形又はダイヤモンドの形であり、二つの切削チップを受け入れるように構成されている。しかし、ボディーの形態は、当業者に従来公知などんな形であってもよい。ボディー３０は、任意の適当な個数の先端部を受け入れるように構成できる。ボディー３０に配置されるチップは互いに同一である必要はない。オプションとしての中心の貫通孔３６は固定するために用いられ、実際の形態は当業者に公知の用途に応じて決まる。
【００２６】
図４Ａは、旋削作業で使用できるねじ切りインサートの本発明による実施形態である。この例では、切削チップ２０ｄは、インサートのコーナーの二等分線に関して非対称になるように形成され挿入される。図４Ｂは、本発明によるねじフライス削りインサートのある実施形態である。この場合、切削チップの後方部分は複数の保持部によって切削インサート・ボディーに沿って対称に配置され、被削材と接触する切削エッジが非対称になる。
【００２７】
図４Ａも４Ｂも、上述した図３Ｃの形態を用いて例示される。
【００２８】
図５は、本発明のねじ切りインサートの別の実施形態である。やはり、切削チップは切削インサートのコーナーの二等分線に関して非対称であり、さらに異なる切削チップ形態２０ａ、２０ｂ、及び２０ｃを有する。図５の中にはさらに別の実施形態がある、すなわち、切削チップが切れ刃部の二等分線に関して非対称であり、２０ｃにおける切削チップは非対称な後方アンカー部を有する。他の参照符号は図２Ａに定義されている。
【００２９】
図６Ａ−６Ｅは、本発明の切削インサートの別の実施形態を、図３Ｃの形態を例として、切削チップのサイズを誇張して示す。図６Ａは、略正方形の（長方形であってもよい）切削インサートであり、切削チップがインサートのコーナーの二等分線に関して非対称に配置され、さらに切削チップの厚さ方向にも非対称性を有する。図６ＢとＤは、同じような、三角形のインサートであって、切削チップがインサートのコーナーの二等分線に関して対称に（図６Ｂ）及び非対称に（図６Ｄ）配置されている。図６Ｂでは、切削チップは切削インサート・ボディーに固定されたときに切れ刃部で二つの方向に非対称になる。図６Ｃと６Ｅも、同じような、突き切りタイプの工具であり、やはり切削チップが切れ刃を通る二等分線に対して対称に（図６Ｃ）及び非対称に（図６Ｅ）配置されている。図６Ｃでは、切削チップはまた、例えばチップブレーキング手段を備えた傾斜した上面に関して非対称である。
【００３０】
図７Ａと７Ｂは、本発明のさらに別の実施形態を示している。このケースでは、切削チップ５２が全体を５０で表したドリル内にある。図７Ａに示されているように、ドリルは単一の切削チップを有することもあるが、図７Ｂに示されているドリルは、ドリルの中心軸の両側に配置された２つの切削チップを有する。図示されていないが、ドリルは溝を有することができ、それ以外は従来の製品と同じである。図７Ａでは、切削チップは本質的にドリルの中心軸と平行に配置され、図７Ｂでは、切削チップは本質的にこの軸と直角に配置されている。
【００３１】
図８Ａ−８Ｃは、本発明のドリルの側面断面図を示している。例えば、図７Ａは、図８Ａ、８Ｂ、及び８ＣのＡ−Ａで切った断面である。図８Ａと８Ｂも、図７Ｂの実施形態の断面Ｂ−Ｂである。
【００３２】
図９は、本発明の別の実施形態を示しており、ここでは表面２８ａ’と２８ｂ’は長さが異なり、したがって非対称である。切削チップはやはり切削インサート・ボディーと呼ばれるボディーに固定される。この特定の実施形態では、簡単のためにやはり切削インサートと呼ばれる工具を、ボーリングバーとして、又は被削材の内面旋削のために用いることができ、切削チップは、ロック手段に対して図１に比べて別の方向に切削する。
【００３３】
図１０は、図１１Ｃと同様な本発明のインサートの側面図であり、切削インサートは例えば突き切り工具として用いられる。インサートは、全体が６０で表されるキャビティ内に保持され、キャビティの形はインサートのアンカー部に対応している。切削チップは、ロック手段に対して図１に比べて別の方向に切削する。
【００３４】
図１１は、小型パーツである内径ボーリングバーの上面図であり、やはり切削インサートと呼ばれ、インターロック手段が棒と切削チップを分ける少なくとも部分的に互いに接している界面に設けられている。切削チップは、ロック手段に対して図１に比べて別の方向に切削する。
【００３５】
さらに、図１のインサート６０には、チップブレーカの構成を、例えば米国特許第５，５６９，０００号明細書に記載されているように設けることができる。
【００３６】
切削インサート６０には、当業者に公知の一つ以上の層を含むコーティングを、少なくともその機能表面に設けることができる。
【００３７】
本明細書の説明では、切削チップはインサート・ボディーの面と合致する面を有する。切削チップの面は、調整されたアンカー部を用いて、及び／又は図６Ｂ及び６Ｃに示した切削チップを用いて、インサート・ボディーの面より上又は下に位置させる、及び／又は傾斜させることができることは明らかである。
【００３８】
本発明によるインサートは、例えば国際公開２００４／１０５９８３に開示されている方法によって作ることができる。対称な‘a’又は非対称な‘b’切削チップは国際公開２００４／１０５９８３の図２のブランクから図１２のブランク１０に示されているように調製される。ブランクは、超硬質材料１６が充填された複数のポケット１４を含む。切削チップ２０は、後方アンカー部２１を形成する輪郭１８に沿ってカットした後に規定される。次に切削チップは切削インサート・ボディーに対称又は非対称に配置され、固定される。
【００３９】
米国特許第４，７１４，３８５又は米国特許第５，８１３，１０５に開示されている方法も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に従って形成された切削インサートの上面図を示し、黒い部分は超硬質材料を表している。
【図２Ａ−２Ｂ】本発明に従って形成された切削チップの幾何形状の細部を示す上面図である。
【図３Ａ−３Ｇ】本発明に従って形成されたいろいろな切削チップの上面図と側面図である。
【図４Ａ−４Ｂ】本発明に従って形成されたねじ切りインサートとねじフライス切削インサートを示す上面図である。
【図５】本発明に従って形成された別のタイプのねじ切りインサートを示す上面図である。
【図６Ａ−６Ｅ】本発明に従って形成された別のインサートの上面図及び三つの側面断面図である。
【図７Ａ−７Ｂ】本発明に従って形成されたドリルの側面断面図と上面図である。
【図８Ａ−８Ｃ】本発明に従って形成されたドリル形態の側面断面図である。
【図９】本発明に従って形成された内部旋削、ボーリング加工、溝削り加工、又は突き切り加工に使用できる工具の側面図である。
【図１０】本発明に従って形成された突き切り及び溝削り工具の側面図である。
【図１１】本発明に従って形成された工具の上面図である。
【図１２】いくつかの超硬質材料が充填されたポケットを含むブランクとそれから複数の切削チップを切り取るための切取線を示す上面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
2008521636.tif 000021
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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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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【国際調査報告】
2008521636.tif 000030
2008521636.tif 000031
2008521636.tif 000032
2008521636.tif 000033
2008521636.tif 000034
2008521636.tif 000035