(57)【要約】【課題】凝固層及び酸化膜等を含まない清浄でガス含有の少ない溶湯を製品キャビティに注入することで鋳造欠陥の少ないダイカスト製品を成形すること。【解決手段】ダイカスト成形方法は、射出プランジャ16の移動により射出スリーブ15から射出される溶湯30を、金型6のランナ9を通じて金型6の製品キャビティに注入することで鋳造を行う。金型6は、ランナ入口9aの近傍周囲に分流堰17を、その分流堰17の周囲に捕捉キャビティ18を、その捕捉キャビティ18に連通するエアベント20を備える。射出スリーブ15から射出された溶湯30を分流堰17に突き当てることで、溶湯30を外周部の不純物層30aと清浄層30bとに分流する。分流された清浄層30bをランナ9を通じて製品キャビティに注入する。分流された外周部の不純物層30aを捕捉キャビティ19に捕捉する。捕捉キャビティ18に集まるガスは、エアベント20を通じて外部へ排出される。【選択図】        図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プランジャの移動によりスリーブから射出される溶湯を、金型のランナを通じて前記金型の製品キャビティに注入することにより鋳造を行うダイカスト成形方法において、
前記金型は、前記ランナの入口近傍の周囲に分流堰を、その分流堰の周囲に捕捉キャビティを、その捕捉キャビティにエアベントをそれぞれ備え、
前記スリーブから射出される溶湯を前記分流堰に突き当てることにより、前記溶湯を清浄層と不純物層とに分流し、分流された清浄層の溶湯を、前記ランナを通じて前記製品キャビティに注入し、分流された不純物層の溶湯を、前記捕捉キャビティに捕捉すると共に、前記捕捉キャビティに集まるガスを、前記エアベントを通じて外部へ排出することを特徴とするダイカスト成形方法。
【請求項２】
前記金型は、前記エアベントの途中にガスのみの通過を許容するチルベントを含み、
前記エアベントに流れ込む溶湯だけを前記チルベントで塞ぎ止めることを特徴とする請求項１に記載のダイカスト成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、精密な金型を使用してアルミニウムや亜鉛合金の鋳造を行うダイカスト成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のダイカスト成形において、ダイカスト製品に水素や窒素を主体とするガスが混入すると、その製品の機械的性質が低下したり、ブリスターや鋳巣等の製品欠陥が発生したりすることが知られている（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００３】
ここで、窒素ガスは、スリーブ、湯溜まり、ランナ及びキャビティに残存した空気が発生源となる。一方、水素等のガスは、溶解時に溶湯中に溶け込んだものと、離型剤に起因して成形途中に発生し、成形時の高圧により溶湯中に分散混入したものとがある（例えば、非特許文献２を参照）。離型剤は、溶湯が付着しないようにプランジャ、スリーブ及び金型等に塗布されるものである。強度や耐圧性の要求が厳しいダイカスト製品において、溶解時に溶湯に溶け込むガスについては、成形前の溶解炉中で脱ガス処理の対策が採られるが、成形過程で発生するガスについても対策が望まれている。成形過程で発生するガスの対策のうち、製品キャビティに残存した空気を主体に対策する技術として、製品キャビティからのガス抜きが行われている（例えば、非特許文献３を参照）。
【０００４】
しかし、製品キャビティからのガス抜きのみでは不十分で、高温液体時に溶存していたガスは、溶湯の冷却固化により急激に溶存できなくなり、スタンプ部やランナの溶湯からも放出される（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００５】
この放出されたガスと、スリーブ、湯溜まり及びランナ等に残存していた空気は、成形過程で高圧により圧縮され、溶湯内部に混入して製品キャビティに圧送され、ダイカスト製品の欠陥の一因となる。特に、液体と固体が混在した状態で成形する半溶融成形又は半凝固成形では、溶湯の粘性が高いことから、成形途中で溶湯がランナを塞ぎ、スリーブや湯溜まりに残留した空気が閉じ込められて、射出圧力により非常に高圧に圧縮される。このため、閉じ込められた空気は、逃げ場を無くして溶湯に混入し、製品キャビティに圧送されてダイカスト製品中に空隙として封じ込められてしまう。
【０００６】
上記した閉じ込め空気の対策として、溶湯射出前にスリーブから製品キャビティを真空にして成形する真空法があるが（例えば、非特許文献４を参照）、装置や管理が複雑となり、離型剤に起因するガス発生まで防止するには、不十分である。
【０００７】
また、ダイカスト成形では、成形サイクルごとにスリーブや金型に塗布される離型剤が、主として黒鉛等の無機物や油脂、水分等で構成され、これらが高温の溶融金属に触れて蒸発あるいは分解してガスを発生させる。一般にダイカスト成形では、射出前にスリーブに供給される溶湯が、スリーブ内面に接触して溶湯の表面が冷却され固化して、薄い凝固層ができる。この凝固層は、射出時の溶湯の移動に伴いスリーブ内面から離型剤を掻き取り、表面に離型剤を付着させた状態で溶湯中に巻き込まれる。その巻き込み過程でガスが発生する。このガスは、スリーブや製品キャビティの空間、溶湯内部に放出される。このガスの多くがダイカスト製品中に含まれ、鋳巣やミクロ巣、あるいは熱処理後の変形や膨れなどの製品欠陥になることが知られている。
【０００８】
このように、凝固層には多量の離型剤が付着していることが多く、その離型剤から発生するガスがダイカスト製品の品質低下につながることから、一般に、製品キャビティに凝固層の破断片（凝固片）が入らないように管理する対策が採られている。また、離型剤に関係したガス発生を抑制する技術として、離型剤が付着した凝固片が製品キャビティに侵入しないようにランナ途中に凝固片を塞き止める塞き止め部材を設けたり（例えば、特許文献１を参照）、凝固層捕捉キャビティをランナ途中に設けたり（例えば、非特許文献５を参照）する対策が採られている。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２０４８２１号公報（第２−３頁，図１−５）
【非特許文献１】軽金属協会編「アルミニウム技術便覧」カロス出版、ｐ．３５１−３５４，４１０
【非特許文献２】菅野友信、植原寅蔵著「アルミニウム合金ダイカスト／その技術と不良対策」カロス出版、第二版、ｐ．３６５
【非特許文献３】菅野友信、植原寅蔵著「アルミニウム合金ダイカスト／その技術と不良対策」カロス出版、第二版、ｐ．１２４−１２６
【非特許文献４】軽金属協会編「アルミニウム技術便覧」カロス出版、ｐ．３８０−３８１、表４.２.１４
【非特許文献５】菅野友信、植原寅蔵著「アルミニウム合金ダイカスト／その技術と不良対策」カロス出版、第二版、ｐ．４４７−４４９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、上記した特許文献１及び非特許文献５に記載の従来技術では、塞き止め部材や凝固層捕捉キャビティに凝集した溶湯には、離型剤が多く含まれることから、そこで発生するガスも多くなる。このガスも同様に高圧となり、溶湯に混入して製品キャビティに流入し、ダイカスト製品に含まれることになり、鋳巣やミクロポア、膨れ、変形及び機械的性質低下等の製品欠陥の原因になる。この従来技術では、ダイカスト製品に含まれるガス量の大幅な低減は困難であり、製品１００ｇ当たりに含まれるガス量は、理想的に成形された製品の数倍から十数倍にも達することになる。
【００１１】
また、凝固層捕捉キャビティをランナやスタンプ部に設定すると、成形初期に湯口又は凝固層捕捉キャビティの出口で、清浄な溶湯と凝固片等を多く含む溶湯とに分断される。このため、凝固層捕捉キャビティは密閉状態となり、その中に空気と凝固片を含む溶湯が封じ込められてしまう。その後も成形の進行（プランジャの前進）に伴い、凝固片等を含む溶湯が凝固層捕捉キャビティに流入し、この部位の圧力が上昇すると空気が押し潰され、その空気が溶湯中に混入して製品キャビティに流入してしまう。
【００１２】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、凝固層及び酸化膜等を含まない清浄でガス含有の少ない溶湯を製品キャビティに注入することで鋳造欠陥の少ないダイカスト製品を成形することを可能としたダイカスト成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、プランジャの移動によりスリーブから射出される溶湯を、金型のランナを通じて前記金型の製品キャビティに注入することにより鋳造を行うダイカスト成形方法において、金型は、ランナの入口近傍の周囲に分流堰を、その分流堰の周囲に捕捉キャビティを、その捕捉キャビティにエアベントをそれぞれ備え、スリーブから射出される溶湯を分流堰に突き当てることにより、溶湯を清浄層と不純物層とに分流し、分流された清浄層の溶湯を、ランナを通じて製品キャビティに注入し、分流された不純物層の溶湯を、捕捉キャビティに捕捉すると共に、捕捉キャビティに集まるガスを、エアベントを通じて外部へ排出することを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、スリーブ内面にて溶湯の外周にできた凝固層及びその凝固層の表面に付着した酸化膜等は、プランジャの移動によりスリーブから溶湯が射出されるとき、分流堰に突き当たり、分流堰に掻き取られて不純物層の溶湯として捕捉キャビティに捕捉される。また、凝固層及び酸化膜等を含まない清浄な清浄層の溶湯は、そのままランナを通じて製品キャビティに注入される。さらに、不純物層の溶湯に混じって捕捉キャビティに集まったガスは、エアベントを通じて外部へ排出される。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、金型は、エアベントの途中にガスのみの通過を許容するチルベントを含み、エアベントに流れ込む溶湯だけをチルベントで塞ぎ止めることを趣旨とする。
【００１６】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、捕捉キャビティからエアベントに流れ込む溶湯がチルベントで塞ぎ止められ、溶湯がエアベントから外部へ漏れ出ることがない。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、凝固層及び酸化膜等を含まない清浄でガス含有の少ない溶湯を製品キャビティに注入することができ、鋳造欠陥の少ないダイカスト製品を成形することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、溶湯等が不用意に外部へ漏れ出ることを防止することができ、ガスだけを効果的に排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明のダイカスト成形方法を具体化した一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１に、横型締縦射出タイプのダイカスト成形装置１の概略構成図を示す。この成形装置１は、基本構成として、機台２上に設けられた固定盤３及び可動盤４と、固定盤３に設けられた固定金型５と、可動盤４に設けられた可動金型６と、両金型５，６の下側に傾動可能に設けられた射出装置７とを備える。両金型５，６には、型閉めにより、製品キャビティ８、ランナ９及びスタンプ部１０等が形成される。製品キャビティ８は、目的のダイカスト製品を成形する空間である。ランナ９は、射出装置７からスタンプ部１０へ射出された溶湯を製品キャビティ８へ導く通路である。可動盤４には、成形品押出装置１１が設けられる。この装置１１は、製品キャビティ８とスタンプ部１０に出没可能に設けられた押出ピン１２，１３を備える。射出装置７は、シリンダ装置１４と、射出スリーブ１５と、シリンダ装置１４のロッド１４ａに固定され、射出スリーブ１５内を往復動可能に設けられた射出プランジャ１６とを備える。
【００２１】
このダイカスト成形装置１において、可動盤４を動作させて型閉めすることにより、両金型５，６の間に製品キャビティ８、ランナ９及びスタンプ部１０等が形成される。その後、射出装置７を両金型５，６の下側へ移動させ、スタンプ部１０に射出スリーブ１５の先端部を連結する。その後、射出スリーブ１５に供給した溶湯を、射出プランジャ１６の移動により同スリーブ１５からスタンプ部１０に射出し、ランナ９を通じて製品キャビティ８に注入する。注入された溶湯が固化することにより、ダイカスト製品を含むワークが鋳造される。その後、可動盤４を動作させて型開きし、成形品押出装置１１を動作させて押出ピン１２，１３により、ワークを両金型５，６の間から押し出す。
【００２２】
図２に、両金型５，６に射出スリーブ１５の先端部を連結した主要部分を断面図により示す。図３に、可動金型６の型合わせ面６ａ等の主要部分を一部断面を含む平面図により示す。両金型５，６は、ランナ９の入口（以下「ランナ入口」と言う。）９ａの手前の周囲に分流堰１７を、その分流堰１７の周囲に捕捉キャビティ１８を、その捕捉キャビティ１８にエアベント２０をそれぞれ備える。溶湯が射出スリーブ１６に供給されて同スリーブ１６の内面に接触すると、溶湯がスリーブ１６により冷却され、溶湯の外周に凝固層等が生じる。この結果、凝固層、酸化物、離型剤等を含む「不純物層」と、凝固層等を含まない清浄な「清浄層」とが生成される。分流堰１７は、この「不純物層」と「清浄層」とを分流する。捕捉キャビティ１８は、スタンプ部１０に対してフランジ状に設けられ、分流された不純物層を捕捉する。エアベント２０は、捕捉キャビティ１８に集まるガスを外部へ排出する。エアベント２０は、捕捉キャビティ１８の両端に一対設けられ、ランナ９及び製品キャビティ８と平行をなす。エアベント２０は、チルベント２１を含む。このチルベント２１は、金型５，６に接触する表面積を増やしたり、焼結部材により空気のみを通過させたり、小さな孔をあけたフィルタ部材等で形成されたりする。
【００２３】
図４に、図３の主要部分を簡略図により示す。分流堰１７の周縁は、射出スリーブ１５の内面にて溶湯３０の外周にできた不純物層３０ａよりも同スリーブ１５の内側に位置するように設定される。ランナ入口９ａの寸法ａ１は、射出スリーブ１５の内径ｄ１より「５ｍｍ」程度小さく設定される。分流堰１７のコーナ１７ａは、可能な限り鋭角に設定される。捕捉キャビティ１８のスタンプ部１０側のコーナ１８ａは、滑らかな曲面に設定される。捕捉キャビティ１８の容積（捕捉容積）Ｖｃは、溶湯３０の外周にできた不純物層３０ａの体積と同等か、それより少し大きく設定される。この捕捉容積Ｖｃは、次式（１）のように表すことができる。
Ｖｃ≧πｈ（ｄ１2−ｄ２2）／４    …（１）
ここで、［ｈ］は射出スリーブ１５に供給された溶湯の高さ、「ｄ１］は射出スリーブ１５の内径、「ｄ２」は不純物層３０ａを除いた清浄層３０ｂの内径をそれぞれ意味する。
【００２４】
図５に、捕捉キャビティ１８の断面（型合わせ面と直角な断面）形状を概念図に示す。図５からも分かるように、捕捉キャビティ１８には、中心から型開き方向へ収束する勾配ＳＰが付けられる。
【００２５】
図６に、ランナ入口９ａの設定可能範囲ＳＥを概念図により示す。ランナ入口９ａは、射出スリーブ１５の内面における不純物層３０ａより内側に設定される。従って、図６において、ランナ入口９ａは、破線円で示す設定可能範囲ＳＥより内側に設定される。
【００２６】
図７（ａ），（ｂ）に、射出プランジャ１６、射出スリーブ１５、ランナ９及び製品キャビティ８の関係を概念図により示す。図７（ａ），（ｂ）は、製品キャビティ８の正面及び側面の違いを示す。この実施形態では、製品キャビティ８の入口断面積を「Ａ×Ｃ」、ランナ９の断面積を「Ｋ×Ｌ」、射出プランジャ１６の先端断面積を「Ｍ」、射出スリーブ１５の断面積を「Ｓ］とすると、これらの関係は、次式（２）のように表すことができる。
Ａ×Ｃ≦Ｋ×Ｌ≦Ｍ＜Ｓ      …（２）
【００２７】
図８（ａ），（ｂ）に、ランナ９の寸法を概念図により示す。図８（ａ），（ｂ）は、ランナ９の縦横の違いを示す。この実施形態では、ランナ９の出口寸法を「Ｋ１」及び「Ｂ１」と示す。また、ランナ９の入口寸法を「Ｋ２」及び「Ｂ２」と示す。ランナ９の出口寸法Ｋ１，Ｂ１は、製品キャビティ８の縦寸法Ａと横寸法Ｃに対し、次式（３），（４）の関係により設定される。
Ｋ１≧Ａ×０．９      …（３）
Ｂ１≧Ｃ×０．９      …（４）
【００２８】
ランナ９の縦勾配は、ランナ９の長さを「Ｌ」とすると、「（Ｋ１−Ｋ２）／Ｌ」と表される。また、横勾配は、「（Ｂ１−Ｂ２）／Ｌ」と表される。この実施形態では、これらの勾配が「０．２３」以下になるように設定される。
【００２９】
次に、上記したダイカスト成形装置１を使用して行われるダイカスト成形方法を説明する。図９〜１１に、主要部分等を簡略図により示す。
【００３０】
このダイカスト成形装置１において、可動盤４を動作させて型閉めすることにより、両金型５，６の間に製品キャビティ８、ランナ９、スタンプ部１０、捕捉キャビティ１８及びエアベント２０等が形成される。その後、射出装置７を両金型５，６の下側へ移動させ、スタンプ部１０に射出スリーブ１５の先端部を連結する。その後、図９に示すように、射出スリーブ１５に溶湯３０を供給する。このとき、射出スリーブ１５の内面にて溶湯３０の外周には、不純物層３０ａが生じる。不純物層３０ａの表面には、同スリーブ１５の表面に塗布して引きはがされた離型剤や酸化膜等が付着する。つまり、射出スリーブ１５に供給された溶湯３０は、その外周部が不純物層３０ａとなり、その不純物層３０ａより内側が凝固層及び酸化膜等を含まない清浄な清浄層３０ｂとなる。
【００３１】
次に、図１０に示すように、射出プランジャ１６を移動させて射出スリーブ１５からスタンプ部１０に溶湯３０を射出する。このとき、溶湯３０の外周部である不純物層３０ａは、分流堰１７に突き当たる。そして、分流堰１７に突き当たった不純物層３０ａは、ランナ入口９ａに入ることなく分流堰１７のコーナ１７ａで溶湯３０から掻き取られ、図１１に示すように、捕捉キャビティ１８の中に捕捉される。また、凝固層及び酸化膜等を含まない清浄層３０ｂは、そのままランナ入口９ａに入り、ランナ９を通じて製品キャビティ８に注入される。このとき、不純物層３０ａに含まれていたり、離型剤等で発生したりしたガスは、清浄層３０ｂの溶湯に混入することなく、捕捉キャビティ１８に集まる。そして、捕捉キャビティ１８に集まったガスは、図１０，１１に矢印で示すように、エアベント２０を通じて外部へ排出される。捕捉キャビティ１８からエアベント２０に流れ込む不純物層３０ａの溶湯は、チルベント２１で塞ぎ止められるので、その溶湯がエアベント２０から外部へ漏れ出ることはない。
【００３２】
その後、製品キャビティ８に注入された清浄層３０ｂの溶湯が固化することにより、ダイカスト製品を含むワークが鋳造される。
【００３３】
次に、可動盤４を動作させて型開きし、成形品押出装置１１の押出ピン１２，１３を突き出すことにより、ワークが両金型５，６の間から押し出される。この実施形態では、捕捉キャビティ１８に勾配ＳＰが設定されるので、成形後の型開きを円滑に行うことができる。このワークから、ランナ９や捕捉キャビティ１８等にて固化した不要な部分を除去することにより、目的のダイカスト製品が得られる。このようにして、凝固層及び酸化膜等を含まない清浄でガス含有の少ない清浄層３０ｂの溶湯を製品キャビティ８に注入することができ、鋳巣や機械的強度低下等の鋳造欠陥の少ないダイカスト製品を成形することができる。
【００３４】
この実施形態では、エアベント２０の途中に設けられたチルベント２１で、ガスのみの通過が許容され、エアベント２０に流れ込む不純物層３０ａの溶湯だけがチルベント２１にて塞ぎ止められる。このため、溶湯等が不用意に外部へ漏れ出ることを防止することができ、ガスだけを効果的に排出することができる。
【００３５】
この実施形態では、ランナ９の途中に従来例のような「塞き止め部材」を設けていないので、清浄層３０ｂの溶湯をランナ９に円滑に流すことができ、ランナ９の形状を複雑にすることがない。また、ランナ９の途中でガスが塞き止められることがなく、ランナ９の途中でガスが清浄層３０ｂの溶湯に混入することがない。さらに、この実施形態では、従来例の凝固層捕捉キャビティとは異なり、捕捉キャビティ１８に流入したガスが清浄層３０ｂの溶湯に混入することがない。
【００３６】
この実施形態では、捕捉キャビティ１８のコーナ１８ａが滑らかな曲面に設定されるので、不純物層３０ａの流れを円滑に変化させて捕捉キャビティ１８に入り易くすることができる。また、分流堰１７のコーナ１７ａが直角を挟む角度（例えば「１２０°」以下）に設定されるので、不純物層３０ａを確実に掻き取ることができ、不純物層３０ａの破断片がランナ９に侵入するのを未然に防止することができる。また、この実施形態では、ランナ入口９ａが不純物層３０ａより内側の範囲に設定されるので、この意味でも、不純物層３０ａを確実に掻き取ることができ、不純物層３０ａの破断片がランナ９に侵入するのを未然に防止することができる。この意味で、製品キャビティ８の中に不純物層３０ａが侵入し、その中で不純物層３０ａからガスが発生することを未然に防止することができる。
【００３７】
この実施形態では、射出プランジャ１６、射出スリーブ１５、ランナ９及び製品キャビティ８の寸法関係を上記式（２）のように設定したので、製品キャビティ８の入口付近の湯境を軽減することができ、不純物層３０ａの破断を低減することができる。
【００３８】
この実施形態では、射出スリーブ１６の寸法と捕捉容積Ｖｃとの関係を上記式（１）のように設定したので、捕捉キャビティ１８に捕捉された不純物層３０ａをランナ入口９ａへ逆流させることがない。この意味でも、製品キャビティ８の中に不純物層３０ａが侵入し、その中で不純物層３０ａからガスが発生することを未然に防止することができる。
【００３９】
尚、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００４０】
前記実施形態では、捕捉キャビティ１８、ランナ９及び製品キャビティ８の形状を、図２に示すように、断面積変化が不連続的になるように設定したが、この形状を、図１２に示すように、断面積変化が連続的になるように設定してもよい。すなわち、この別例では、ランナ９がランナ入口９ａからランナ出口９ｂへ向かって徐々に大きく又は小さく変化するように設定される。このため、溶湯の注入抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ダイカスト成形装置を示す概略構成図。
【図２】型閉めされた両金型等の主要部分等を示す断面図。
【図３】可動金型の型合わせ面等の主要部分を示す平面図。
【図４】図３の主要部分を示す簡略図。
【図５】捕捉キャビティの断面形状を示す概念図。
【図６】ランナ入口の設定可能範囲を示す概念図。
【図７】射出スリーブ、ランナ及び製品キャビティ等の関係を示す概念図。
【図８】ランナの寸法を示す概念図。
【図９】主要部分等を示す簡略図。
【図１０】主要部分等を示す簡略図。
【図１１】主要部分等を示す簡略図。
【図１２】型閉めされた両金型等の主要部分等を示す断面図。
【符号の説明】
【００４２】
５      固定金型
６      可動金型
８      製品キャビティ
９      ランナ
１５    射出スリーブ
１６    射出プランジャ
１７    分流堰
１８    捕捉キャビティ
２０    エアベント
２１    チルベント
３０    溶湯
３０ａ  不純物層
３０ｂ  清浄層
【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】
2005161349.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005161349.tif 000009
【図８】
2005161349.tif 000010
【図９】
2005161349.tif 000011
【図１０】
2005161349.tif 000012
【図１１】
2005161349.tif 000013
【図１２】
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