(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質の金属間化合物粒子が結合金属を介して焼結された焼結体を球形に研磨してなるボールペン用ボールであって、
表面に露出した金属間化合物粒子間の結合金属部があらかじめ除去されることにより、上記研磨の際に当該除去部の表面に露呈した金属間化合物の小片が使用中に脱落して研磨剤として作用しないようあらかじめそれが除去されるとともに、表面の上記除去部が使用中にインクを保持するための凹部に形成されていることを特徴とするボールペン用ボール。
【請求項２】
表面に露出した金属間化合物粒子の、上記凹部周辺のエッジ部がペン先本体を磨耗させることがないよう除去されている請求項１記載のボールペン用ボール。
【請求項３】
高粘度インク用ボールペンに用いられるものである請求項１または２記載のボールペン用ボール。
【請求項４】
硬質の金属間化合物粒子が結合金属を介して焼結された焼結体からなるボールペン用ボールの製法であって、
上記焼結体を球形に研磨した後、表面に露出した金属間化合物粒子間の結合金属部をあらかじめ除去することにより、上記研磨の際に当該除去部の表面に露呈した金属間化合物の小片を使用中に脱落して研磨剤として作用しないようあらかじめそれを除去するとともに、表面の上記除去部に使用中にインクを保持するための凹部を形成することを特徴とするボールペン用ボールの製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールペンのペン先に使用されるボールペン用ボールおよびその製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ゲルインク用ボールペンのペン先は、図１２に示すような構造のものが用いられている。図において、１０は中空状に形成されたペン先本体であり、先端側が先細り状に形成され、その先端部にボールペン用ボール（以下「ボール」という）１１が回転自在に取り付けられている。そして、上記ペン先本体１０の後端側がインク筒（図示せず）に連結され、このインク筒から中空部に供給されたインクがインク流路１２を通じてボール１１に供給されるようになっている。
【０００３】
上記ペン先の先端部を詳しく説明すると、図１３に示すように、先端にインク流路１２に連通するボール収容凹部１３が形成され、ボール１１収容状態で上記ボール収容凹部１３の開口にかしめ部１４が形成されることにより、ボール１１が回転自在に保持されるようになっている。上記ボール収容凹部１３の奥面は、すり鉢状のテーパ面１５に形成され、このテーパ面１５に、図１４に示すように、インクの流出量を確保するため、放射状に５本のインク溝１６が形成されている。
【０００４】
上記ペン先を用いて筆記する際には、図１５に示すように、傾けられたペン先のボール１１が紙面２２に押し当てられる。このとき、上記ボール１１は、ボール収容凹部１３内で斜め上方向にずれる（図示の矢印Ｂ）。そして、インクは、ペン先本体１０の中空部からインク流路１２およびインク溝１６を通ってボール収容凹部１３内に導かれ、ボール収容凹部１３の壁面とボール１１との隙間から重力によって流出する（図示の矢印Ｃ）。ついで、ボール１１の回転に伴ってインクがボール１１の表面を伝って紙面２２に転写され筆記が行われる。
【０００５】
上記ボール１１としては、一般に、超硬質合金が使用され、この超硬質合金を球状に研磨仕上げされたものが用いられている。このようなボール１１は、図１６に示すように、ＷＣ等の硬質金属間化合物粒子１７がＣｏ等の結合金属１８を介して焼結された超硬質合金が球状に形成されてなり、表面１９が鏡面に研磨仕上げされて形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のボール１１では、表面１９が鏡面に研磨仕上げされているため、使用しているうちに、表面の硬質金属間化合物粒子１７同士の隙間の結合金属１８部分が摩耗し、図１７に示すように、硬質金属間化合物粒子１７の小片２０が脱落する。このように脱落した小片２０は、研磨剤として作用し、ペン先本体１０を摩耗させる原因となる。また、硬質金属間化合物粒子１７間の柔らかい結合金属１８部分が摩耗すると、研磨仕上げされた硬質金属間化合物粒子１７のエッジ２１が露出する。そして、表面にエッジ２１が露出したボール１１が、筆圧を受けながら回転することにより、図１８に示すように、ペン先本体１０のボール収容凹部１３のテーパ面１５が摩耗し、ボール１１がペン先本体１０内に沈み込む結果となる。
【０００７】
このように、ペン先本体１０のテーパ面１５が摩耗すると、インク溝１６が塞がれてインクが流出しにくくなる。また、ボール１１とペン先本体１０との接触面積が大きくなって摩擦抵抗が増え、ボール１１が回転しにくくなる。さらに、ペン先本体１０内にボール１１が沈み込むため、ペンを立てないとペン先本体１０のかしめ部１４が紙面に当たってかすれてしまう。すなわち、かすれずに書ける紙面２２とペンとの角度（筆記可能角度）が大きくなるのである。このように、筆記可能角度が大きくなると、筆記時のボール１１のズレ（図１５における矢印Ｂ方向へのボール１１の移動距離）が小さくなって、インクが流出する隙間（ボール収容凹部１３の壁面とボール１１との隙間）が狭くなり、さらにインクが出にくくなる。上記のように、従来のボール１１では、使用されるうちにペン先本体１０を早期に摩耗させて書きにくくなったりかすれたりし、早期に書き味が悪くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、ペン先本体の摩耗を和らげ、良好な書き味が長期間維持できるボールペン用ボールおよびその製法の提供をその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のボールペン用ボールは、硬質の金属間化合物粒子が結合金属を介して焼結された焼結体を球形に研磨してなるボールペン用ボールであって、
表面に露出した金属間化合物粒子間の結合金属部があらかじめ除去されることにより、上記研磨の際に当該除去部の表面に露呈した金属間化合物の小片が使用中に脱落して研磨剤として作用しないようあらかじめそれが除去されるとともに、表面の上記除去部が使用中にインクを保持するための凹部に形成されていることを要旨とする。
また、上記の目的を達成するため、本発明のボールペン用ボールの製法は、硬質の金属間化合物粒子が結合金属を介して焼結された焼結体からなるボールペン用ボールの製法であって、
上記焼結体を球形に研磨した後、表面に露出した金属間化合物粒子間の結合金属部をあらかじめ除去することにより、上記研磨の際に当該除去部の表面に露呈した金属間化合物の小片を使用中に脱落して研磨剤として作用しないようあらかじめそれを除去するとともに、表面の上記除去部に使用中にインクを保持するための凹部を形成することを要旨とする。
【００１０】
すなわち、本発明は、硬質の金属間化合物粒子が結合金属を介して焼結された焼結体を球形に研磨してなる。そして、表面に露出した金属間化合物粒子間の結合金属部があらかじめ除去されることにより、上記研磨の際に当該除去部の表面に露呈した金属間化合物の小片が使用中に脱落して研磨剤として作用しないようあらかじめ除去され、表面の上記除去部が使用中にインクを保持するための凹部に形成されている。このため、表面の硬質金属間化合物粒子同士の隙間に存在する硬質金属間化合物の小片があらかじめ取り除かれ、使用中に脱落して研磨剤として作用することがない。このため、ペン先本体の摩耗が防止され、ボールのペン先本体内への沈み込みが防止される。したがって、従来のように、インク溝が塞がれてインクが流出しにくくなったり、ボールとペン先本体との接触面積が大きくなることによる摩擦抵抗の増大が防止される。また、筆記可能角度の増大も抑えられる。このように、従来のボールのように、早期に書き味が悪くなるようなことがほとんどなく、長期間にわたって良好な書き味が維持される。しかも、ボール表面に形成された凹部にインクが保持された状態でボールが回転するため、インクの流出が促進され、さらに書き味が良好になる。
【００１１】
本発明のボールペン用ボールにおいて、表面に露出した金属間化合物粒子の、上記凹部周辺のエッジ部がペン先本体を磨耗させることがないよう除去されている場合には、従来のように、ボール表面に露出したエッジがペン先本体を摩耗させることがなく、一層長期間にわたって良好な書き味が維持される。
【００１２】
本発明のボールペン用ボールが、高粘度インク用ボールペンに用いられるものである場合には、ペン先本体の摩耗が防止されることによって書き味を維持する作用がさらに顕著であり、効果的である。すなわち、高粘度インクでは、比重が重く粒子の大きい顔料を十分に分散させることができるため、アルミ粉末やチタンホワイト等の硬質物質を分散させたインクも使われるようになってきている。このような硬質の顔料を分散させたインクを用いると、従来のボールでは、結合金属部分の摩耗が激しく、金属間化合物粒子小片の脱落による研磨作用により、ペン先本体を激しく摩耗させる。本発明のボールでは、表面の結合金属部分および金属間化合物粒子の小片があらかじめ除去されているため、上記のような硬質の顔料を分散させたインクが使用されても、金属間化合物粒子小片の研磨作用によるペン先本体の摩耗が大幅に軽減されるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１４】
図１は、本発明のボールペン用ボールの一実施の形態を示す。このボール１は、基本的には、図１６に示すものと同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。すなわち、ＷＣ等の硬質金属間化合物粒子１７がＣｏ等の結合金属１８を介して焼結された焼結体からなり、この焼結体が球状に形成され、表面１９が鏡面に研磨仕上げされている。このボール１は、表面に露出した金属間化合物粒子１７間の柔らかい結合金属１８部が除去され、表面の上記除去部が不規則模様の凹部２に形成されている。また、上記金属間化合物粒子１７の、上記凹部２周辺のエッジ部が除去され、丸みを帯びた角３が形成されている。
【００１５】
上記硬質金属間化合物粒子１７の材質としては、ＷＣに限定するものではなく、各種のものが用いられる。例えば、ＴｉＣ，ＶＣ，Ｃｒ３Ｃ２，ＴａＣ，ＮｂＣ，Ｍｏ２Ｃ，Ｂ４Ｃ，ＺｒＣ，ＳｉＣ等の炭化物をはじめ、Ａｌ２Ｏ３，ＣｒＯ３，ＭｇＯ，ＳｉＯ２，ＢｅＯ，ＴｈＯ２，ＴｉＯ２，ＣａＯ，ＴｉＯ，ＺｒＯ２等の各種酸化物、ＴｉＮ，ｃ−ＢＮ，Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮ等の各種窒化物、ＺｒＢ２，ＣｒＢ，ＴｉＢ２等の各種ほう化物、ＭｏＳｉ２，ＴｉＳｉ２，ＣｒＳｉ２等の各種珪化物等があげられる。これらは単独でもしくは併せて用いられる。
【００１６】
上記金属間化合物粒子１７の粒径としては、平均粒径で０．１μm以上１０μｍ以下が好ましい。上限値としては、７μｍ以下であればより好ましく、５μｍ以下であれば一層好ましい。０．１μm未満では、粒径が細かすぎて本発明の効果を十分に得られないほかコストアップとなり、１０μｍを超えると、結晶粒が粗くなり、強度が低下するからである。
【００１７】
上記結合金属としては、Ｃｏだけに限定されるものではなく、各種のものが用いられる。例えば、Ｃｕ，Ｓｎ，Ｐ，Ｂｅ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｎ等各種のものが用いられる。これらは単独でもしくは併せて用いられる。
【００１８】
すなわち、本発明のボール１に用いられる焼結体としては、例えば、ＷＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−Ｃｏ−ＣｒＣ系，ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ（ＮｂＣ）−Ｃｏ系，ＷＣ−ＴａＣ（ＮｂＣ）−Ｃｏ系等の各種超硬質合金や、炭化物系，酸化物系，窒化物系，ほう化物系，珪化物系等の各種サーメット等があげられる。
【００１９】
本発明のボールは、例えば、つぎのようにしてつくることができる。すなわち、まず、所定の金属間化合物粒子１７を所定の焼結条件で焼結し、略球形に形成する。ついで、この球体を、一定間隔に保持した２枚の砥石の間でダイヤモンドパウダーとともにころがし、ダイヤモンドパウダーを徐々に細かなものにして磨き上げることにより、図２に示すように、表面１９を鏡面に仕上げる（従来品の状態である）。
【００２０】
つぎに、例えば、バレルによって球体同士を共ずりさせることにより、図３に示すように、表面の金属間化合物粒子１７間に存在する金属間化合物粒子１７の小片２０を除去するとともに、柔らかい結合金属１８部分を摩耗させて除去し、この除去部分に不規則模様の凹部２を形成する。そして、さらに共ずりを続けることにより、表面に露出した金属間化合物粒子１７の、上記凹部２周辺のエッジ部２１を、球体同士のぶつかり合いによって除去し、エッジ部２１に丸みを帯びた角３を形成させ（図１参照）、本発明のボール１が形成される。
【００２１】
上記ボール１は、所定のペン先本体に取り付けられ、ボールペンのペン先の一部として使用される（図１２，図１３および図１５参照）。
【００２２】
上記ボールペンに用いられるインクとしては、特に限定するものではなく、油性インクや水性インク，ゲルインク等各種のものが用いられるが、特に、粘度が１０ｓｅｃ−１以下のせん断速度で１００ｍＰａ・ｓ以上２００００ｍＰａ・ｓ以下の高粘度インクが好適に使用される。インク粘度の下限値としては、５００ｍＰａ・ｓ以上であれば一層好適である。すなわち、上記粘度範囲にある高粘度インクでは、比重が重く粒子の大きい顔料であっても十分に分散させることができるため、アルミ粉末やチタンホワイト等の硬質物質を分散させたインクに用いられる。このような硬質の顔料を分散させたインクを使用すると、従来のボールでは、結合金属部分の摩耗が激しく、金属間化合物粒子小片の脱落による研磨作用も増大し、ペン先本体を激しく摩耗させる。上記本発明のボールでは、表面の金属間化合物粒子の小片があらかじめ除去されているため、上記のような硬質の顔料を分散させたインクを使用しても、金属間化合物粒子小片の研磨作用によるペン先本体の摩耗が大幅に軽減されるのである。
【００２３】
上記ペン先を使用して筆記を行う場合には、傾けられたペン先のボール１が紙面２２に押し当てられたとき（図１５参照）、上記ボール１は、ボール収容凹部１３内で斜め上方向にずれる。そして、インクは、ペン先本体１０の中空部からインク流路１２およびインク溝１６を通ってボール収容凹部１３内に導かれ、ボール収容凹部１３の壁面とボール１との隙間から重力によって流出する。ついで、ボール１の回転に伴ってインクがボール１の表面を伝って紙面２２に転写され筆記が行われる。このとき、ボール１表面の不規則模様の凹部２によるインク汲み出し作用が働き、インクの流出が促進される。
【００２４】
このとき、上記ボール１では、表面の金属間化合物粒子１７同士の隙間に存在する金属間化合物１７の小片２０があらかじめ取り除かれ、使用中に脱落して研磨剤として作用することがない。また、上記金属間化合物粒子１７の、凹部２周辺のエッジ部が除去されて丸みを帯びた角３が形成されている。このため、筆圧を受けながらボール１がボール収容凹部１３内で回転しても、ペン先本体１０を摩耗させることが抑制される。また、ボール１表面に形成された凹部２にインクが保持された状態でボール１が回転するため、インクの流出が促進され、書き味が良好になる。
【００２５】
このように、上記ボールペン用ボールでは、ペン先本体１０の摩耗が防止され、ボール１のペン先本体１０内への沈み込みが防止される。したがって、インク溝１６が塞がれてインクが流出しにくくなったり、ボール１とペン先本体１０との摩擦抵抗の増大や筆記可能角度の増大も防止され、良好な書き味が維持される。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、ボール１の鏡面研磨を砥石研削で行い、共ずりをバレルによって行ったが、これに限定するものではなく、磁性流体による研磨や、電解研磨，電解研削，化学研磨等各種の手法が用いられる。また、ボール１として球体のものを例示したが、これに限定するものではなく、円柱状のもの等に適用することもできる。
【００２７】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００２８】
【実施例および比較例】
硬質の金属間化合物粒子として平均粒径５μｍ以下のＷＣおよびＣｒＣを使用し、結合金属としてＣｏを使用したＷＣ−Ｃｏ−ＣｒＣ系超硬質合金を、球状に鏡面研磨して直径０．８ｍｍの球体とし、さらに、共ずりを行って本発明のボールを得た。上記実施例のボール１の表面の電子顕微鏡写真を図４および図５に示す。
【００２９】
比較例として、共ずりを行わない以外は実施例と同様にして形成したボールを準備した。上記比較例のボールの表面の電子顕微鏡写真を図６および図７に示す。なお、図４および図６は、ボールの表面を真上から見た二次電子組織像、図５および図７は、ボールの表面を真上から見た凹凸二次電子像である。また、各写真の中央下部に示された白線の長さが１μｍのスケールになっている。
【００３０】
図４および図５からわかるように、実施例のボールは、表面に露出したＷＣ・ＣｒＣ粒子間のＣｏ部が除去されて不規則模様の凹部が形成されているのがわかる。また、ＷＣ・ＣｒＣ粒子の上記凹部周辺は、エッジ部が除去され、丸みを帯びた角が形成されているのがわかる。
【００３１】
図６および図７からわかるように、比較例のボールは、実施例と比べて表面がフラットで凹凸が少なく、表面に露出したＷＣ・ＣｒＣ粒子間のＣｏ部がほとんど除去されていないのがわかる。
【００３２】
つぎに、上記実施例および比較例のボールについて、図１２に示すペン先にセットし、ＪＩＳ  Ｓ６５０３に規定されている連続筆記試験機を使用して下記の条件で連続筆記試験を行った。
［試験条件］
筆記角度：６５°
荷  重  ：２００ｇ
筆記速度：７ｃｍ／ｓｅｃ
筆記距離：３００ｍ
インク  ：ゲルインク（高粘度インク：粘度４８００ｍＰａ・ｓ）
ペン先  ：ステンレス（ＳＦ２０Ｔ：下村特殊鋼社製）
【００３３】
上記筆記試験後の実施例の表面の電子顕微鏡写真を図８および図９に、比較例の表面の電子顕微鏡写真を図１０および図１１に示す。なお、図８および図１０は、ボールの表面を真上から見た二次電子組織像、図９および図１１は、ボールの表面を真上から見た凹凸二次電子像である。また、各写真の中央下部に示された白線の長さが１μｍのスケールになっている。
【００３４】
図１０および図１１からわかるとおり、比較例のボールでは、筆記試験によってＷＣ・ＣｒＣ粒子間のＣｏ部分が摩耗して凹部が形成され、初期状態よりも凹凸が大きくなっているのがわかる。また、表面に露出したＷＣ・ＣｒＣ粒子の凹部周辺の部分には、角張ったエッジが形成されていることがわかる。さらに、脱落したＷＣ等の小片の研磨作用によって表面に新たなキズやクラックが形成されていることがわかる。これに対し、実施例のボールでは、図８および図９からわかるとおり、その表面状態は、初期状態からほとんど変化しておらず、ＷＣ等の小片によるキズやクラックは、ほとんど発生していないことがわかる。
【００３５】
また、上記筆記試験後のボールの沈み込み（ペン先本体の摩耗度）は、実施例のボールを使用した場合で、約２０μｍ、比較例のボールを使用した場合で、約５０μｍであり、実施例のボールを使用することにより、ペン先本体の摩耗を大幅に抑制することができた。
【００３６】
ついで、上記実施例のボールを、粘度５０ｍＰａ・ｓの低粘度インクを用いた中綿使用ペンに適用して同様の筆記試験を行ったが、ゲルインクを用いた場合と同様の効果が得られた。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、表面の硬質金属間化合物粒子同士の隙間に存在する硬質金属間化合物の小片があらかじめ取り除かれ、使用中に脱落して研磨剤として作用することがない。このため、ペン先本体の摩耗が防止され、ボールのペン先本体内への沈み込みが防止される。したがって、従来のように、インク溝が塞がれてインクが流出しにくくなったり、ボールとペン先本体との接触面積が大きくなることによる摩擦抵抗の増大が防止される。また、筆記可能角度の増大も抑えられる。このように、従来のボールのように、早期に書き味が悪くなるようなことがほとんどなく、長期間にわたって良好な書き味が維持される。しかも、ボール表面に形成された凹部にインクが保持された状態でボールが回転するため、インクの流出が促進され、さらに書き味が良好になる。
【００３８】
本発明のボールペン用ボールにおいて、表面に露出した金属間化合物粒子の、上記凹部周辺のエッジ部がペン先本体を磨耗させることがないよう除去されている場合には、従来のように、ボール表面に露出したエッジがペン先本体を摩耗させることがなく、一層長期間にわたって良好な書き味が維持される。
【００３９】
本発明のボールペン用ボールが、高粘度インク用ボールペンに用いられるものである場合には、ペン先本体の摩耗が防止されることによって書き味を維持する作用がさらに顕著であり、効果的である。すなわち、高粘度インクでは、比重が重く粒子の大きい顔料を十分に分散させることができるため、アルミ粉末やチタンホワイト等の硬質物質を分散させたインクも使われるようになってきている。このような硬質の顔料を分散させたインクを用いると、従来のボールでは、結合金属部分の摩耗が激しく、金属間化合物粒子小片の脱落による研磨作用により、ペン先本体を激しく摩耗させる。本発明のボールでは、表面の結合金属部分および金属間化合物粒子の小片があらかじめ除去されているため、上記のような硬質の顔料を分散させたインクが使用されても、金属間化合物粒子小片の研磨作用によるペン先本体の摩耗が大幅に軽減されるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボールペン用ボールを示す要部拡大断面図である。
【図２】研磨仕上げ上がりのボールペン用ボールを示す要部拡大断面図である。
【図３】共ずりされる状態のボールペン用ボールを示す要部拡大断面図である。
【図４】実施例のボール表面を示す電子顕微鏡写真である。
【図５】上記ボール表面を示す電子顕微鏡写真である。
【図６】比較例のボール表面を示す電子顕微鏡写真である。
【図７】上記ボール表面を示す電子顕微鏡写真である。
【図８】実施例のボールの筆記試験後の表面を示す電子顕微鏡写真である。
【図９】上記ボール表面を示す電子顕微鏡写真である。
【図１０】比較例のボールの筆記試験後の表面を示す電子顕微鏡写真である。
【図１１】上記ボール表面を示す電子顕微鏡写真である。
【図１２】ボールペンのペン先を示す断面図である。
【図１３】上記ペン先の要部拡大断面図である。
【図１４】ペン先本体のＡ−Ａ断面図である。
【図１５】上記ペン先の使用状態を示す断面図である。
【図１６】従来のボールペン用ボールを示す要部拡大断面図である。
【図１７】上記ボールペン用ボールの摩耗状態を示す要部拡大断面図である。
【図１８】ペン先本体が摩耗した状態を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１  ボール
２  凹部
１７  金属間化合物粒子
１８  結合金属
【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】
0004473970.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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