(57)【要約】緩衝構造体は、複数の隣接コイルによって規定される本体を具備している。実質的に軸外または本体の軸に対して略垂直に印加された荷重を受けると、コイルは弾んで撓む。コイルが本体の軸に対して略垂直な方向に曲がるように、本体は使用にあたって配置される。このように、本体は緩衝器のように作用するが、コイルばねとは異なり、衝撃は軸に沿ったコイル自体の伸張または圧縮ではなく、コイルの内側または外側に横方向に収縮することによって吸収される。ナイロンなどのポリマー材料からつくり出されているモノフィラメントストランドを巻き付けることによって、本体を形成することができる。たとえば、履き物物品、耐衝撃バンパ、タイヤ、および振動減衰パッドをはじめとする、本発明の緩衝構造体を組み込むことによって、多数のさまざまなタイプの物品を製作することができる。
2004526102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の隣接コイルによって規定される本体を備え、前記本体が長手軸を有し、実質的に軸から外れて印加される荷重を受けるときに前記コイルの少なくとも一部が弾んで撓み、前記コイルが前記本体の前記長手軸に対して略垂直である方向に曲がるように前記本体が使用にあたって配置される緩衝構造体。
【請求項２】
前記本体が前記複数の隣接コイルを形成するように巻き付けられた連続長の材料からつくり出されている請求項１に記載の緩衝構造体。
【請求項３】
前記コイルが略円形である請求項２に記載の緩衝構造体。
【請求項４】
前記コイルが長円形、楕円形、多角形の何れかに形成されている請求項２に記載の緩衝構造体。
【請求項５】
前記材料がポリマーモノフィラメント材料および金属からなる群から選択される請求項２に記載の緩衝構造体。
【請求項６】
前記ポリマーモノフィラメント材料が、ナイロン樹脂、アセタール樹脂およびポリエステル樹脂からなる群から選択される請求項５に記載の緩衝構造体。
【請求項７】
前記複数のコイルに連結され、それによって前記コイルの所望の向きを維持することを支援する少なくとも１つの支持部材をさらに備える請求項２に記載の緩衝構造体。
【請求項８】
前記支持部材がストリングである請求項７に記載の緩衝構造体。
【請求項９】
少なくとも靴底部を有する本体、および
着用者の足と地面との間で、靴底部またはその付近に配置される少なくとも１つの緩衝器を備え、
前記少なくとも１つの緩衝器が、複数の隣接コイルによって少なくとも部分的に規定され、実質的に軸から外れて印加される荷重を受けるときに前記コイルの少なくとも一部が弾んで撓み、前記コイルが前記本体の前記長手軸に対して略垂直である方向に曲がるように前記少なくとも１つの緩衝器が使用にあたって配置される履き物物品。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの緩衝器がフォーム材料に埋め込まれている請求項９に記載の物品。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの緩衝器が前記靴底部の少なくとも２層の間に配置されている請求項９に記載の物品。
【請求項１２】
前記緩衝器が、前記隣接コイルを形成するように巻き付けられた連続長の材料からつくり出されている請求項９に記載の物品。
【請求項１３】
前記コイルが略円形である請求項９に記載の物品。
【請求項１４】
前記コイルが長円形および多角形のうちの１つに成されている請求項９に記載の物品。
【請求項１５】
前記材料がポリマーモノフィラメント材料である請求項１２に記載の物品。
【請求項１６】
前記ポリマーモノフィラメント材料が、ナイロン、ポリエステルおよびアセタールからなる群から選択される請求項１５に記載の物品。
【請求項１７】
前記複数のコイルに連結され、それによって前記コイルの所望の向きを維持することを支援する少なくとも１つの支持部材をさらに備える請求項１２に記載の物品。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの支持部材がストリングである請求項１７に記載の物品。
【請求項１９】
前記ストリングがポリマー材料からつくり出されているモノフィラメントである請求項１８に記載の物品。
【請求項２０】
中心軸を有する本体を規定する側壁を形成するように巻き付けられた一定の長さのポリマーモノフィラメントを備える物品。
【請求項２１】
前記本体が略円筒形状である請求項２０に記載の物品。
【請求項２２】
前記ポリマーモノフィラメント材料が、ナイロン、ポリエステルおよびアセタールからなる群から選択される請求項２１に記載の物品。
【請求項２３】
前記モノフィラメントからコイルばねを形成するステップを含み、前記コイルばねが使用にあたって軸方向に印加される荷重を受ける対向する軸方向端部を有するポリマーモノフィラメントの使用方法。
【請求項２４】
前記形成ステップが、一定の長さのポリマーモノフィラメントを用意するステップと、マンドレルの周囲に前記一定の長さのポリマーモノフィラメントを巻き付け、それによって、前記モノフィラメントの長さが前記マンドレルの長さに対応する形状をなすステップと、その形成状態で前記モノフィラメントの長さを設定するステップと、を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記設定ステップが、巻き付けられた一定の長さのポリマーモノフィラメントを加熱するステップを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
長手軸と、第１および第２の対向する軸方向端部と、前記第１および第２の対向する軸方向端部の間の側壁と、を有する本体と、
長手軸を有し、該長手軸が前記本体の前記長手軸と略垂直をなす状態で前記本体内に少なくとも部分的に配置される少なくとも１つのコイル状構造体と、
前記第１および第２の対向する軸方向端部の一方において、前記本体によって軸方向の移動のためにガイドされ、かつ、前記本体内部に少なくとも部分的に配置されるピストンと、
前記第１および第２の対向する軸方向端部の他方に配置される当接部であって、前記少なくとも１つのコイル状構造体が前記ピストンと前記当接部との間で拘束され、前記当接部または前記ピストンのいずれかに印加される力によって放射方向に曲がるようになされている当接部と、を含む緩衝器。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのコイル状構造体は、ポリマーおよび金属からなる群から選択される材料からつくり出されている請求項２６に記載の緩衝器。
【請求項２８】
前記ポリマーが、ナイロン、ポリエステルおよびアセタールからなる群から選択される請求項２７に記載の緩衝器。
【請求項２９】
前記少なくとも１つのコイル状構造体は、前記本体内部に、少なくとも１つの長手方向に離隔されたステージに配置された複数の直線コイル状構造体を含み、各ステージが部分によって離隔され、少なくとも１つの直線コイル状構造体を含む請求項２６に記載の緩衝器。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのコイル状構造体は、前記本体内部に、長手方向に離隔されたステージに配置された複数の螺旋状に巻き付けられたコイル状構造体を含み、各ステージが部分によって離隔され、少なくとも１つの螺旋状に巻き付けられたコイル状構造体を含む請求項２６に記載の緩衝器。
【請求項３１】
前記本体が、円筒形、長円形、楕円形、および多角形からなる群から選択される形状を有する請求項３０に記載の緩衝器。
【請求項３２】
平行なアレイに配置され、実質的に同時に終端処理される対向する端部を有する複数の軟質ストランドと、
前記同時に終端処理される対向する端部を共に接合するための手段と、を備え、
前記対向する端部が拘束されていないとき、前記ストランドが略直線となり、前記対向する端部が接合されるとき、アーチ形状をなすように前記ストランドが撓み、前記ストランドが印加される荷重に応じて内方に撓み、それにより、荷重が除去されると、前記ストランドをアーチ形状に戻すばね復元力を生成する緩衝構造体。
【請求項３３】
前記ストランドが、ポリマーおよび金属からなる群から選択される材料からつくり出されている請求項３２に記載の緩衝構造体。
【請求項３４】
前記ポリマーが、ナイロン、ポリエステルおよびアセタールからなる群から選択される請求項３３に記載の緩衝構造体。
【請求項３５】
前記接合ストリングが、ナイロン、ポリエステルおよびアセタールからなる群から選択される材料からつくり出されている請求項３２に記載の緩衝構造体。
【請求項３６】
内部空洞を有し、リムに取り付け可能であり、衝撃および他の荷重に抵抗する内部空気力を生成するように膨張可能であるタイヤと、
前記内部空洞において、前記タイヤの周囲に実質的に連続的に延在するアーチ状構造体と、を備える装置。
【請求項３７】
前記アーチ状構造体が、平行なアレイに配置されて実質的に同時に終端処理される対向する端部を有する複数の軟質ストランドと、前記同時に終端処理される対向する端部を共に接合するための手段と、を備え、前記対向する端部が拘束されていないとき、前記ストランドが略直線となり、前記対向する端部が接合されるとき、アーチ形状をなすように前記ストランドが撓み、前記ストランドが印加される荷重に応じて内方に撓み、それにより、荷重が除去されると、前記ストランドをアーチ形状に戻すばね復元力を生成する請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記軟質ストランドが、ポリマーおよび金属からなる群から選択される材料からつくり出されている請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記ポリマーが、ナイロン、ポリエステルおよびアセタールからなる群から選択される請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記アーチ状構造体が、前記複数の隣接コイルを形成するように巻き付けられた連続長の材料からつくり出されている本体を備え、前記コイルが実質的に前記リムと前記タイヤのトレッド領域の内部側面との間に延在する請求項３６に記載の装置。
【請求項４１】
平行なアレイに配置され、実質的に同時に終端処理される第１の対向する端部および第２の対向する端部を有する複数の軟質ストランドと、
前記同時に終端処理される対向する端部を共に接合するための手段と、を備え、
前記対向する端部が拘束されていないとき、前記ストランドが略直線となり、前記第１の対向する端部は実質的に第１の平面に配置され、前記第２の対向する端部は第２の平面に配置され、前記第１の対向する端部が第１の連続ループを形成し、前記第２の対向する端部が前記第１の連続ループから離隔される第２の連続ループを形成し、
前記ストランドは、前記第１および第２の対向する端部のいずれかまたは両方に印加される荷重に応じて撓み、それにより、荷重が除去されると、前記ストランドを元の位置に戻すばね復元力を生成する緩衝構造体。
【請求項４２】
前記ストランドが、ポリマーおよび金属からなる群から選択される材料からつくり出されている請求項４１に記載の緩衝構造体。
【請求項４３】
前記ポリマーが、ナイロン、ポリエステルおよびアセタールからなる群から選択される請求項４２に記載の緩衝構造体。
【請求項４４】
前記接合手段が、前記ストランドの前記第１の対向する端部に接続される第１のベースストリングと、前記ストランドの前記第２の対向する端部に接続される第２のベースストリングと、を含む請求項４１に記載の緩衝構造体。
【請求項４５】
前記軟質ストランドがループに巻き付けられるとき、前記ストランドがアーチ形状をなすようにわずかに撓む請求項４１に記載の緩衝構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、衝撃を吸収する一般的なタイプの支持構造体に関し、さらに詳細には、ポリマーモノフィラメントからつくり出されている支持構造体に関する。連続長のモノフィラメントが巻き取られ、所望の形状の同軸に配置された複数のラップを有する管状構造体を形成している。特に好都合な形状は円形である。円形のラップは、荷重を受けて変形し、元の形状にはね戻ることが個別にできるため、支持および緩衝の両方を提供することができる。
【背景技術】
【０００２】
緩衝装置に関連する技術は、昔からあり、十分に発達している。たとえば、自動車の分野において、鋼は、トラックおよび自動車の懸架装置に組み込まれるコイルばねおよびコイルばねを形成するために一般的に用いられている。鋼製のばねは、金属物体が自然状態から歪められるときに、一旦、屈撓力が除去されると、物体を元の配置に戻そうとするばね力が生成される原理で作用する。屈撓力は、たとえば車両に配置される重量であってもよく、重量はコイルばねまたは重ね板ばねを圧縮させる。コイルばねの場合には、荷重力が放射方向に印加される。すなわち、ばねの軸と同一直線上にない場合には、力のベクトルは平行となることを意味する。
【０００３】
フォーム製品は、別の種類の緩衝装置である。たとえば、履き物において、内部パッドは、セルラーポリマーフォームからつくり出されている。フォーム材料は、そうでなければ地面から着用者の足まで移動する衝撃に対するクッションを提供する。フォーム材料は、比較的軽量であり、廉価で製作することができることをはじめとする複数の利点を備えているが、長い間に圧縮する傾向にあり、快適性が減少し、衝撃を吸収しにくくなる。この現象は、部分的または全体的には、フォームの気泡構造の破裂およびポリマー材料の妥協した構造的健全性による。
【０００４】
運動靴に用いられる別の種類の緩衝装置は、流体充填クッションである。これらの装置は、空気で膨張させることができるブラダーまたは衝撃減衰ジェルまたは液体で満たされたブラダーを含み、靴底に組み込まれる。場合によっては、靴の着用者は、使用中、ブラダーを膨張させるために、靴に組み込まれた小型の空気ポンピングベローを用いることができる。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許出願第０９／４５５，３０８号明細書（１９９９年１２月６日出願）
【特許文献２】
米国特許出願第０９／０９２，０９２号明細書（１９９８年６月５日出願）
【特許文献３】
米国特許同時係属出願第０９／２４７，０９３号明細書（１９９９年２月９日出願）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなブラダーは、適切な衝撃吸収を提供することができるが、製作に費用が嵩む傾向があり、機械が故障しがちである。たとえば、一旦、ブラダーに漏れが生じると、靴全体が使い物にならなくなるため、着用者にとって莫大な経済的損失が生じる恐れがある。また、他の緩衝装置と同様に、空気または流体を充填したブラダーは、衝撃サイクル数または衝撃媒体がストレスを受けて配置される回数によって決定される有用耐用年数となりやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本出願は、２００１年１月２６日出願の米国特許仮出願第６０／２６４，４１８号の利益を主張する。
【０００８】
本発明は、横方向の衝撃または緩衝器の軸に略垂直に印加される力を吸収する円筒緩衝器を形成するように巻き付けられたポリマーモノフィラメントストリングからつくり出されている全く新しい種類の衝撃材料の形成に関する。
【０００９】
モノフィラメントを形成する特に適した１つのポリマー材料は、ナイロンである。このようなモノフィラメントは、ブラシ用剛毛、釣り糸、テニスラケットのガットをはじめとする幅広い製品を製作するために用いられている。これらの材料が巻き取られて複数の離隔されたループを形成している場合には、ループは、略円形から偏球形状に圧縮することができる。一旦、重量などの変形力が除去されると、モノフィラメントループは元の形状に戻る。
【００１０】
モノフィラメントループは、構造的健全性に劣化を被ることなく、荷重印加および荷重除去のサイクルを繰り返し反復することができるという利点がある。
【００１１】
したがって、緩衝構造体は複数の隣接コイルによって規定される本体を具備し、本体は長手軸を備え、実質的に軸から外れて印加された荷重を受けると、コイルの少なくとも一部は弾んで撓み、コイルが本体の長手軸に対して略垂直な方向に曲がるように、本体は使用にあたって配置される。
【００１２】
具体的に言えば、本体は、複数のコイルを形成するように巻き付けられた連続長の材料からつくり出されている。コイルは円形であることが好ましいが、長円形、三角形または事実上すべての多角形を含む他の形状であってもよい。巻き付けられた長さの材料から構成されたコイル状構造体は、履き物物品および車両用緩衝器、衝突用バンパ、振動減衰パッドなどをはじめとする幅広い用途に用いられることができる。コイル状構造体を製作するための好ましい材料はポリマーモノフィラメントであり、その種類の中で好ましい材料は、アセタール、ポリエステルおよびナイロンである。
【００１３】
本発明の別の態様は、アセタール、ナイロン、およびポリエステルなどのプラスチック材料から従来の放射方向に荷重が印加されるコイルばねを形成することである。この意味では、本発明は、既知の材料（緩衝特性を呈する任意のプラスチック材料）の新しい用途（ばねまたは緩衝器）である。
【００１４】
添付図面の例示の実施形態と共に考慮すれば、本発明のこれらの特徴および別の目的は、以下の詳細な説明から明白となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１Ａ〜図１Ｃは、内部軸方向荷重がばね１０のいずれかの端部に印加された場合に生じると推測されるような圧縮状態（図１Ａ）のコイルばね１０を示している。そのような状態において、個別のコイル１２は、「密巻き」状態にあり、隣接コイルは接触している。圧縮荷重が除去されると、ばねは荷重を受けていない状態になり、図１Ｂに示された長さを取ることから、ばねの「自由長さ」とも言う。ばね１０が圧縮荷重または図１Ｃに示された引張荷重のいずれかによって、その自由長さから逸れる場合には、緩衝力を生成することができる。一般に、ばねの伸張および圧縮に関する剛性係数は、どの程度のばね１０の緩衝特性を提供するかであり、この特性をばね定数または文字「ｋ」によって表される剛性定数と呼ぶ。
【００１６】
ばね１０の軸「Ａ」は一般に、圧縮荷重すなわち力Ｆ１および引張荷重すなわち力Ｆ２と平行または同軸である。上述した形態および機能を有する市販のコイルばねは、比較的十分な荷重を扱うためのシリコンクロムばね鋼ワイヤなどの金属ワイヤから一般につくり出されている。
【００１７】
本発明は、従来のコイルばねを採用し、コイルばねをその側面に向けることによって、荷重がコイルの軸に略垂直な方向に印加されると、個々のコイルが緩衝器として作用する。図２において分かるように、本発明のコイル状構造体１４は、密巻きの荷重のかかっていない状態に配置された複数のコイル１６を有する。コイルは、コイル状構造体の長手軸「Ｂ」を中心にして同軸に配置される。本発明によれば、図３において分かるように、コイル状構造体１４は、コイル状構造体の軸Ｂに垂直な方向に荷重、すなわち力Ｆ３を受ける。力が軸Ｂに向けられている場合、たとえば物体が構造体１４を押している場合には、力Ｆ３は圧縮力として作用する。他方、力が構造体から遠ざかるように向けられている場合、たとえば物体が構造体１４の側面から離される場合には、力Ｆ３は引張力として作用する。
【００１８】
図４Ａおよび図４Ｂにおいて分かるように、コイル１６は、荷重を受けていない状態で略円形である。荷重が図４Ｂに示されている方向に印加されると、円形は、力の影響を受けて押しつぶされる。コイルの扁平化は、力が除去された後、元の形状にコイルを復元しようとするばね力を生成する。所期の力が材料の弾性限度を超えないように、材料を選択することができる。このように、コイル状構造体１４は、緩衝器として機能し、事実上すべての緩衝用途に組み込むことができるコイル状構造体に印加された荷重の衝撃を和らげる。
【００１９】
図５および図６に示されている特に好ましい一実施形態において、コイル状構造体１８は、複数のコイル２０を形成するように巻き付けられた連続長のポリマーモノフィラメントからつくり出されている。巻き付けたモノフィラメントが確実にそのコイル形状を維持するようにするために、剛毛部分組立品を形成するための方法および装置について記載した本譲受人の先行同時係属出願において用いられるタイプの連続熱接合工程において、少なくとも１つの支持ストリング２２を個別のコイル２０に超音波接合することができる。これらの出願は、（特許文献1）および（特許文献２）に包含されており、当該特許は本願明細書に参照によって引用される。
【００２０】
本願特許出願人の同時係属出願に記載されるこれらの製作技術は、多角形のマンドレルの周囲にモノフィラメントストランドを巻き付けることを述べている。コイルを形成するように、マンドレルは円筒形状であってもよい。コイル形状にコイルを保持するために、ベースストリングを用いる別法とは、コイル形状にモノフィラメントを保持するために、下流のヒートセットステップを用いることである。より大きな径のコイルの場合には、コイル形状の型を用いて、その型の中に液体状態の熱可塑性材料または熱硬化性材料を注入した後、材料を凝固させることも可能である。
【００２１】
形成を容易にするために、支持ストリング２２はポリマー材料から構成され、超音波加熱の影響を受けて、流れ領域でモノフィラメントコイルからの材料と接合することによってコイルおよび支持ストリングを機械的に相互接続する。コイルを結合させて、単独の一体構造体としてさらに機能するために、他の構造体を用いることもできる。たとえば、図７および図８において分かるように、緩衝構造体２３は、第１の部材２４および第２の部材２６を含み、それらの間に複数のコイル状構造体２８を配置して、第１の部材２４と第２の部材２６との間で接続されるか、または嵌め込んでもよい。両部材に沿った任意の点で印加される荷重を複数のコイル状構造体２８の中および個別の構造体の長さに沿って分散することができるように、部材２４、２６は硬質または半硬質であってもよい。逆にいえば、いずれかの部材２４または２６と接触する凹凸面を有する場合には荷重が凹凸面に印加されるとき、各コイル２８は「局所的な」荷重に個別かつ直接反応すると推測されるため、部材２４、２６は軟質であってもよい。さらに、部材２４、２６または両部材が軟質であり、不規則な荷重がコイル状構造体２８の一部の長さに印加される場合には、コイル状構造体の長さに沿った各個別のコイル部分は、それに直接作用する荷重に個別かつ直接反応すると推測される。
【００２２】
一般に、モノフィラメントは、適切な荷重が印加されるときに所望のばね力を生じる任意の材料であってもよい。軽荷重の場合には、比較的薄い径の「堅い」モノフィラメントまたはより大きな径の低いモジュラスのモノフィラメントを用いることができる。逆に言えば、重荷重の場合には、比較的大きい径の堅いモノフィラメントを用いることができる。モノフィラメントの径に加えて、コイルの曲率半径と構造体を形成する螺旋のピッチとの間に関係があることが認識される。たとえば、図２に示されるばね構造体は、本質的に互いに接触しているため、構造体の最小ピッチを提供している個別のコイルを示している。対照的に、図１１は、個別のコイルが離隔されているようなピッチであるばね構造体を示している。それ以外のすべての変数が同一であれば、図１１に示された構造体はより大きなピッチのため、剛性が低下する。本質的に、コイルの剛性は、半径の減少または螺旋のより緩いピッチと共に増大する。また、剛性は、モノフィラメントの径の増大と共に増大する。すべての径および半径の範囲内で、ポリマー材料のタイプの正確な選択は、コイルの全体的な剛性に影響を及ぼす。したがって、モノフィラメントの径、コイルの半径、コイルのピッチ、モノフィラメントを含む材料のタイプは、所望の衝撃緩和、すなわち緩衝効果を実現するためにすべて選択される。言い換えれば、所望の程度の剛性または軟度を実現するために、これらの変数を変化させる。モノフィラメントを形成する３つの特に適したポリマー材料は、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、およびアセタール樹脂である。ナイロンモノフィラメントは、ブラシ用剛毛、釣り糸、テニスラケットのガットをはじめとする幅広い製品を製作するために用いられている。複数の隣接コイルを形成するようにこれらの材料が巻き取られるとき、略円形から偏球または押しつぶされた円形に圧縮することができる。一旦、重量など変形力が除去されると、モノフィラメントコイルは元の形状に戻る。モノフィラメントを形成するために特に適した１つのナイロン材料は、「タイネックス」（ＴＹＮＥＸ（登録商標））という商品で本願特許出願人によって市販されているナイロンフィラメントである。特に有用な「タイネックス」（ＴＹＮＥＸ（登録商標））は、ポリヘキサメチレンドデカンアミドからつくり出されている６，１２ナイロンフィラメントである。この融点は２０８℃〜２１５℃であり、比重は１．０５〜１．０７であり、さまざまな断面形状および径で市販されている。他の適切な材料としては、「ハイトレル」（ＨＹＴＲＥＬ（登録商標））、ポリエステル、「デルリン」（ＤＥＬＲＩＮ（登録商標））、およびアセタール樹脂が挙げられる。「ハイトレル」（ＨＹＴＲＥＬ（登録商標））および「デルリン」（ＤＥＬＲＩＮ（登録商標））は、本願特許出願人によって製造および市販されている。化学的に言えば、アセタールは、アルコールとアルデヒドとの間の二段反応の生成物である。１９６０年に市販されるようになったアセタールホモポリマーは、オキシメチレン単位の鎖を生成するように無水ホルムアルデヒドを重合することによって形成される。ヘキスト・テクニカル・ポリマー（Ｈｏｅｃｈｓｔ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ（ＨＴＰ））製の「セルコン」（Ｃｅｌｃｏｎ（登録商標））アセタールポリマーは、１９６１年に紹介され、環状エーテルとトリオキサンを共重合することによって、オキシメチレン単位およびオキシエチレン単位からつくり出されているより化学的に耐性を有する鎖に調合された。このコポリマーはまた、他のメーカーによっても提供されている。
【００２３】
図７の緩衝構造の特定の用途は履き物にある。伝統的に、履き物のメーカーは、ウォーキングまたはランニングの衝突および衝撃を吸収するために、地面と足との間に１層以上のフォーム材料を用いていた。事実上すべてのタイプまたは種類の履き物は、何らかの形の衝撃吸収を必要とし、一般的に材料の厚さおよび種類の問題である。つい最近、運動靴は、衝撃を吸収するために、膨張させることができるブラダーおよび／または液体またはジェルを充填したブラダーを用いている。これらの一部は効果的であるが、いずれのブラダーも緩衝作用が許容可能なレベル以下に劣化する前に有用な際する数が制限されやすい。
【００２４】
本発明の横方向に荷重を受けるコイル状構造体を用いて製作された緩衝器は、より大きな使用サイクル数に耐えやすいため、履き物物品の寿命も長くなると推測される。図９を参照すると、履き物物品３０は、上部本体３２および靴底３４を有する。靴底３４は、靴底の下部牽引面と物品３０内部に配置された上部支持面との間に配置されることができる複数のコイル状構造体３６を含むパッド付き緩衝構造体を含む。立っていることによってなど着用者は自分の体重を物品の靴底に加えるか、またはウォーキングまたはランニング中にその体重を加速するため、印加される荷重である体重の衝撃はコイル状構造体によって緩和される。個別のコイルは印加される力の量および位置に応じて、ある程度の圧縮によって反応する傾向にある。一旦、荷重が除去されると、コイルは元の形状を回復する。
【００２５】
図１０に示されているように、履き物物品に関して、複数のコイル状構造体３８は、履き物の製作において伝統的に用いられたタイプのフォーム材料４０に埋め込まれてもよい。これらは、連続気泡ポリマーフォーム材料および独立気泡ポリマーフォーム材料の両方を含む。これらの場合には、コイル状構造体は、フォームの緩衝性能を緩和し、補強しやすいため、フォームの耐用年数を長くする。コイル状構造体は、上部部材４２と下部部材４４との間に配置されていることが示されており、履き物に関して、靴底の部分を構成するポリマー材料または他の材料の軟質シートであってもよい。他の用途において、履き物用途と同様に、埋め込まれたコイル状構造体３８を有するフォーム４０は、４２および４４のような他の支持部材がない単一の緩衝本体として構成されてもよい。層、シート、フォームの正確な組合せおよびコイル状構造体の数および位置のほか、そのサイズおよび剛性も、必要とされる衝撃吸収または振動減衰の量に応じて、特定の用途のためにすべて選択される。また、ポリマーモノフィラメント実施形態において、射出成形であってもよい周囲のフォームによって、コイルの向きを所定の位置に保持することも可能である。印加された力がコイルの軸に対して垂直、すなわち法線方向であるときに、衝撃の最も効果的な吸収を生じるため、コイルの向きの正確な維持が重要である。そうでなければ、印加された力は、印加された力の方向においてコイル自体を収縮するのではなく、印加された力から遠ざけるようにコイルを傾斜させる傾向にあると推測されるため、荷重を受けていない位置にコイルを戻す復元ばね力を確立する。
【００２６】
従来の軸方向荷重ばね、重ね板ばねまたは実質的にその他すべてのタイプのばねと交換するために、事実上すべての緩衝環境において、本発明のコイル状構造体を用いることができる。用いられた環境において、ガス圧式ピストンおよび／または油圧シリンダの代わりに本発明のコイル状構造体を用いることができる。これまで、たとえば、自動車のバンパは、一旦、衝撃力が除去されると、バンパをその初期位置に戻す復元力を生成するように、衝撃を吸収し、衝撃の力を利用するガス圧式緩衝器を用いていた。これらの用途は、履き物において用いられるモノフィラメントより実質的に厚いモノフィラメントを必要とすることが予想されている。
【００２７】
上述したように、荷重を受けていない状態にコイルを回復する傾向がある主な復元力は、コイルの長手軸に対して略垂直な方向においてコイルに対して伸張または圧縮を加えることによって形成されるばね力である。この主な復元力は図１１〜図１４に関して再び示されている。２コイル緩衝器４２は、長手軸「Ａ」と、第１の物体４４および第２の物体４６との間の距離「Ｄ１」を規定する外径と、を有する。これらの物体は、たとえば第１の物体４２として靴の内部靴底板であり、第２の物体４４として靴の外部靴底板であってもよい。
【００２８】
ウォーキング、ランニングまたは立っているときに生じるような地面に加えている着用者の体重などの荷重が緩衝器４２に印加されると、荷重は力ベクトル「ＦＷ」によって示されているように、緩衝器４２の軸Ａに対して略法線方向または垂直である。（ＦＷの逆方向の力がない場合には、構造体は平行移動するに過ぎないと推測される。対向する力を積極的に提供しない場合には、地面は４４と４６との間で緩衝器を圧縮させる反力を形成する。）これは、図１４に示されているように、緩衝器４２をわずかに扁平にさせるが、その際、ばね復元力「ＳＲ」が生じ、荷重が除去されると、緩衝器をその元の形状を取らせる傾向にある。力ベクトルＦＷに組み込まれ緩衝器４２に印加される荷重によって、距離Ｄ１をより短い距離Ｄ２に短縮させ、荷重の除去後、ばね復元力ＳＲによって距離をＤ１に戻す。
【００２９】
他方、図１５に示されているように、力ベクトルが法線から傾斜している場合には、緩衝器をその元の配置に戻すために、トルク「Ｔ」を生成するモノフィラメントのねじれ作用によって生成される復元力を生成する可能性が存在する。履き物構造体の実施例は着用者が突然停止することによって、物体４４を物体４６に対して平行移動させる場合であると推測される。この実施例では復元力の少なくとも一部はねじれやすいが、圧縮成分もあり得る。しかし、結合力は、緩衝器を圧縮するかまたは傾斜させるかまたは両方の組合せのいずれかを生じる。コイルの傾斜が生じる場合には、復元力のＴ成分が生じ得る。
【００３０】
コイルの圧縮またはコイルの傾斜のいずれによって生じようと、本発明の緩衝器は、従来の緩衝器とは根本的に異なるように作用し、衝撃吸収は互いに対するコイルの配置によって影響を受ける。すなわち長手方向の圧縮力を受ける場合には近くなり、長手方向の引張力を受ける場合にはさらに遠くなる。
【００３１】
本発明は衝撃吸収に関して述べているが、基本的な振動減衰用途において、最もわずかな力による機械的に移動であっても、減衰させるために、コイル状構造体を用いることができる。以前は振動パッドおよびブッシュを用いていた事実上すべての環境において、本発明を利用することができる。
【００３２】
上述の実施形態および次の付加的な実施形態はコイルばねに似た構造体について述べているが、荷重との衝撃点またはその付近で形成されるアーチを活かして、荷重は放射方向に印加される。放射方向に印加される荷重を考慮して、本願明細書はプラスチックの軟質材料の利用について述べてきた。しかし、金属材料を用いてもよい。所望のばね定数またはそうでないならば所望の緩衝効果を実現するために、金属材料を選択することができる。
【００３３】
本発明の別の態様は、上述したプラスチック材料から従来の軸方向の荷重が印加されるコイルばねを形成することである。図１６を参照すると、双方向矢印によって示される従来の軸方向において荷重を受けているものとして、コイルばね５０が示されている。これは、ばね５０に印加される荷重が圧縮または引張のいずれであってもよいことを示している。ばね５０と従来のコイルばねとの著しい差異は、従来のばねは鋼などの金属から構成されているのに対し、本発明のばねはナイロンまたはポリエステルまたは他の合成樹脂などのコイル状モノフィラメント材料から構成されていることである。ばねの相対的な堅さまたは柔らかさを決定するために、コイルの径およびピッチを選択することができる。また、ばね合成を決定するための別の変数として的確な材料を選択することができる。
【００３４】
垂直荷重コイルばねの形成時に、コイルを形成する方法は、コイル形状の型を形成し、ナイロンまたはポリエステルなどの液体プラスチック材料でその型を充填し、次に液体材料を硬化することによる成形工程を含むことができる。熱硬化性材料または熱可塑性材料のいずれかを用いることができる。
【００３５】
また、コイル状構造体を形成するように一定の長さの予め形成されたモノフィラメントをマンドレルの周囲に巻き付けることができ、次の加熱ステップによってコイルを機械的に硬化するか、または結合ストリング、接着剤層などによって所定の位置に保持することができる。一例として、コイルのピッチが隣接コイル間の相対移動を可能にし、支持ストリング２２が隣接コイル間の相対移動を可能にするように弾性特性を有する点を除き、図５に示されている軸方向または横方向に力蛾印加されるばねを形成するために用いられる工程と類似の工程を用いることによって、プラスチックからつくり出されていることを除いて、従来のコイルばねを形成することができる。あるいは、支持ストリング２２を必要とせず、所望のコイル形状に材料を熱硬化させるために、コイルを加熱してもよい。
【００３６】
本発明の別の態様は、ピストン型緩衝器を製作するために放射方向に荷重を印加したコイル構造体を用いることである。ここで、図１７および図１８を参照すると、緩衝器５２は、長手軸と、第１および第２の対向する軸方向の端部と、第１および第２の対向する軸方向の端部間の側壁と、を有する本体５４を具備している。任意の適切な材料から本体を構成することができる。長手軸を有する少なくとも１つのコイル状構造体５６は、本体５４の長手軸に対して略垂直をなす状態でコイル状構造体５６の長手軸を備え、本体５４内部に配置されている。
【００３７】
ピストン５８は、本体５４によって軸方向の移動のためにガイドされ、第１および第２の対向する軸方向の端部のうちの一方で、本体５４内部に少なくとも部分的に配置される。当接部６０は、第１および第２の対向する軸方向の端部のうちの他方に配置され、少なくとも１つのコイル構造体５６がピストンと当接部との間で拘束されるようになっている。力がピストン５８または当接部６０のいずれかに印加されると、少なくとも１つのコイル構造体５６を撓ませるため、ばね復元力を生じる。図１７に示されているように、少なくとも１つのコイル状構造体は、本体５４内部の長手方向に離隔されたステージに配置された複数のまっすぐなコイル状構造体を具備している。各ステージは、各コイル状構造体の個別のコイルを隣接コイル状構造体のコイル間で相互に嵌め込まないようにするために機能する部分６２によって分離される。各ステージは１つのみの直線コイル状構造体を含むことができるが、図示の実施形態は、各ステージが２つのコイル状構造体を含むように示されている。各ステージにおけるコイル状構造体のほか、ステージの数も特定の用途および所望のばね力に応じて選択されることができる。
【００３８】
図１７および図１８に示されている実施形態において、ピストン５８は、本体内部の相互移動のために本体５４によってガイドされる。当接部６０は、本体用のエンドキャップのように固定されてもよく、または当接部が別のピストンである場合のように移動可能であってもよいため、装置に「２つの働き」をさせる。本体において当接部またはピストンを取り付けるために、任意の適切な手段を利用することができる。両端が同形である場合には、印加される荷重と保護される構造体との間にピストン５８および当接部６０を配置することができる。一例として、当接部６０を自動車のフレームに固定連結することができ、ピストンをバンパに固定連結することができる。衝撃がバンパに印加されると、ピストンはまっすぐなコイル状構造体５６を圧縮するために（方向矢印Ｃによって示されるように）内方に移動する。ピストン５８が内方に移動するときに、空気減衰を活かすために、本体５４はまた、密閉されてもよい。しかし、その代わりに、緩衝器５２は、各コイル状構造体の個別のコイルを圧縮することによって生成されるばね力に専ら左右される可能性がある。緩衝器の総移動量が、各ステージで許容される移動に加算される。したがって、移動量を増大させるために、ステージの数を増加させる。また、ばね力を非線形にするために、各ステージが異なるばね力を有することができるように、ステージは、異なる径のコイルまたは異なるピッチまたは異なる材料またはこれらの変数のすべての組合せを備えることができる。
【００３９】
図１７および図１８の実施形態は、矩形断面の本体を示している。図１９および図２０は、本体６６の断面が円形である変形緩衝器６４を示している。各ステージは螺旋状に巻き付けられたコイル状構造体６８を含み、部分６９によって分離されている。螺旋状に巻き付けられたコイル状構造体は、直線コイル状構造体を単に形成し、それらを螺旋構成に曲げることによって形成される。プラスチックまたは鋼のいずれを用いるかに関係なく、好ましい材料は軟質であるため、これは容易に実現される。
【００４０】
上述の実施形態は、端面図または放射断面図において基本的に円形である緩衝構造体似ついて記載しているが、本発明は、任意の略アーチ型構成の材料を用いることができる。たとえば、梯子型構造体が（特許文献３）に記載されており、当該特許は本願明細書に参照によって引用される。図２１〜図２３を参照すると、梯子構造体７０は、２つのベースストリング７４、７６の間に配置される複数のモノフィラメント７２を具備している。ベースストリングは、超音波加熱によってモノフィラメントに接合される。モノフィラメントは、ベースストリングと同様に、ナイロンまたはポリエステルからつくり出されていることが好ましい。しかし、他の材料および接合技術を用いてもよい。
【００４１】
図２２の方向矢印によって示されているように、ベースストリング７４、７６が接合されると、モノフィラメント７２はアーチ７８を形成するように曲げられ、その頂点が荷重を受けるように配置される。したがって、任意の対応する緩衝構造体において、コイル状構造体の代わりに、アーチ状の梯子構造体を用いることができる。アーチを撓ませることによって生成されるばね力を活かすために、梯子構造体のベースストリング端部を閉じ込めるか、または他の方法で対応する構造体に連結する必要がある。
【００４２】
図２３の緩衝構造体において、軟質ストランドは平行なアレイに配置され、実質的に同時に終端処理される対向する端部を有する。ベースストリング７４、７６は、同時に終端処理される対向する端部を共に結合するための手段として作用する。しかし、クランプ、接着剤、他の構造体をはじめとする任意の他の適切な手段を用いてもよい。対向する端部が拘束されていない場合には、ストランドは略直線であるが、対向する端部が共に接合されている場合には、ストランドはアーチ状をなすように撓む。ストランドは印加される荷重に応じて内方に撓み、それによって、荷重が除去されたとき、ストランドをアーチ状に戻すばね復元力を生成する。任意の適切な手段によって、緩衝構造体によって保護されることになっている構造体に端部を接着することによって、端部は拘束されてもよい。
【００４３】
アーチ構造体の用途の一例が図２４に示されており、アーチ状の緩衝器８０がタイヤ８２内部に配置されている。タイヤを組立てるために、タイヤ８２の内側の周囲に環状に延在するように一定の長さの梯子構造体を選択することができる。接着剤をはじめとする任意の適切な手段によって、緩衝器の対向する端部をタイヤ８２の内側に接着することができる。図２４の実施形態は、チューブレスタイヤであるが、チューブ式タイヤと同様の概念が適用される。アーチ状構造体は、タイヤによって車両から荷重を受けるため、タイヤの膨張によって生じる空気クッションと共に、自動車の乗り心地にクッションを補う。タイヤの圧力の全損失またはタイヤの膨張が不十分である場合には、不十分な膨張がそうでなければ安全運転を妨げると推測される場合であっても、車両を運転することができるように、アーチ状構造体はタイヤを支持するのに十分である可能性がある。言い換えれば、アーチ状構造体は、タイヤがパンクしないようにするのに十分な剛性または強度を備えることが可能であると同時に、アーチの柔軟性により、タイヤに緩和した乗り心地を提供することができる。タイヤは、自転車およびオートバイをはじめとする任意の車両に関する任意のタイプであってもよく、パンクおよび膨張不足は特に重大な安全性の問題を生じる。
【００４４】
タイヤに関して、本願明細書に記載されるコイル状構造体はまた、図２５に示されるようなタイヤとの組合せに用いることも可能である。図示されているように、略円形であるコイル８４は、タイヤリムとタイヤの内側を意味するタイヤ８６の軸方向の外側範囲との間に実質的に延在するようなサイズである。タイヤ８６を組立てるために、一定の長さのコイル状構造体は、端部と端部を接合したときに、長さがタイヤの内部空胴の周囲に実質的に対応するようなサイズである。アーチ状構成の場合のように、コイル状構造体は、正常運転中の衝撃吸収を保持することができ、急激な圧力損失またはたとえ緩慢な漏れが原因となり得るパンクの場合に、タイヤが平たくならないようにすることができる。
【００４５】
梯子構造体の別の用途が図２６に示されており、「鳥かご型」緩衝器と呼ぶことができる。緩衝構造体８８は、図２１に示されているような平行なアレイに配置される複数の軟質ストランド９０を具備し、実質的に同時に終端処理される第１の対向端部および第２の対向端部を有する。端部は、図２１のベースストリング７４、７６に対応するベースストリング９２、９４などの任意の適切な手段を用いることによって接合される。
【００４６】
鳥かごを形成するために、図２１の梯子構造体は、図２３のアーチを形成する場合に行ったベースストリング９４より近い位置にベースストリング９２を移動させるのではなく、ベースストリング９２の対向する端部を接合し、ベースストリング９４の対向する端部を接合するように回転される。本質的に、梯子構造体の回転およびベースストリングの対向する端部の次の接合によって、シリンダの端部が対向するベースストリングによって規定され、側壁が個別のストランドによって形成される湾曲シリンダを形成する。
【００４７】
したがって、対向する端部が拘束されていないとき、または回転前には、ストランド９０は略まっすぐであり、軟質ストランドがループに巻かれるときには、ストランドはアーチ状を成すようにわずかに外側に撓み、第１の対向する端部は実質的に第１の平面に配置され、第２の対向する端部は第２の平面に配置される。ストランドの第１の対向する端部はベースストリング９２によって結合される第１の連続ループを形成し、第２の対向する端部はベースストリング９４によって結合される第２の連続ループを形成する。第２のループは第１の連続ループから離隔され、軟質ストランドは、第１および第２の対向する端部のいずれかまたは両方に印加される荷重に応じて、外側方向に撓む。
【００４８】
本願明細書に示したばねのコイルは円形であるが、三角形および矩形などの他の形状を形成してもよい。
【００４９】
本発明は特定の製品を示す特定の実施形態に関して説明してきたが、撓みまたは衝撃吸収を必要としないものも含めて、複数の他のさまざまな製品および物品のいずれか１つを製作することは、本発明の範囲内にある。たとえば、他の物品を製作する際の支持物または構成部材として物品を用いることができるように、コイル状構造体を形成した後、構造体は比較的堅いか、または実質的に堅くてもよい。
【００５０】
本発明は特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明は添付特許請求の範囲の精神の中でさまざまな別の実施形態を実現することができることを当業者は理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】コイルばねの側面図であり、圧縮荷重を受けた状態のばねを示している。
【図１Ｂ】コイルばねの側面図であり、荷重を受けていない状態のばねを示している。
【図１Ｃ】コイルばねの側面図であり、引張荷重を受けた状態のばねを示している。
【図２】本発明によるコイル状構造体の側面図である。
【図３】図２のコイル状構造体の端面図である。
【図４Ａ】本発明の荷重を受けていない状態のコイル状構造体を示す端面図である。
【図４Ｂ】本発明の荷重を受けた状態のコイル状構造体を示す端面図である。
【図５】本発明の別の実施形態によるコイル状構造体の側面図である。
【図６】図５のコイル状構造体の端面図である。
【図７】本発明による緩衝（または振動減衰）構造体の側面図である。
【図８】図７の緩衝構造体の端面図である。
【図９】本発明による履き物物品の側面図である。
【図１０】コイル状構造体がフォームに埋め込まれ、履き物物品の底に用いられる本発明の実施形態の端面図である。尚、図は、本発明によるさまざまな緩衝または振動減衰物品であってもよい。
【図１１】本発明による緩衝器の側面図である。
【図１２】図１１の緩衝器の端面図である。
【図１３】緩衝器の軸に対して略垂直をなす状態で圧縮外力を受けた図１１の緩衝器の端面図である。
【図１４】図１３に示された圧縮外力を受けた図１１の緩衝器の端面図である。
【図１５】緩衝器の軸に対して垂直でない外力を受けることによって、ねじれ復元力を生成する図１１の緩衝器の端面図である。
【図１６】本発明の別の実施形態によるコイルばねの部分側面図である。
【図１７】本発明の別の実施形態による緩衝構造体の縦断面図である。
【図１８】図１７の線１８−１８に沿った図１７の緩衝構造体の横断面図である。
【図１９】まっすぐなコイル状構造体の代わりに、螺旋状に巻き付けられたコイル状構造体を用いた本発明の別の実施形態による緩衝構造体の縦断面図である。
【図２０】図１９の線２０−２０に沿った図１９の緩衝構造体の横断面図である。
【図２１】本発明による緩衝構造体として用いることができるモノフィラメント梯子構造体の斜視図である。
【図２２】図２１の梯子構造体の端面図である。
【図２３】本発明の別の実施形態によるアーチ状緩衝構造体の端面図である。
【図２４】本発明によるタイヤおよびアーチ状緩衝構造体の放射部分断面図である。
【図２５】本発明によるタイヤおよびコイル状緩衝構造体の放射部分断面図である。
【図２６】本発明の別の実施形態による緩衝構造体の側面図であり、一定の長さの梯子構造体が軸端部から軸端部に至り、ループを形成している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004526102.tif 000072
2004526102.tif 000073
2004526102.tif 000074
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