(57)【要約】【課題】旋盤加工において発生する切りくずの処理性を向上することを目的としている。【解決手段】旋盤加工用切削工具は、  取り付け穴の周囲に広がっているテラスと、テラスを包囲している下り斜面と、下り斜面を包囲している第１すくい面と、第１すくい面を包囲し、この第１すくい面から立ち上がっている第２すくい面と、第２すくい面を包囲し、外周に形成されている切れ刃と、を備え、切れ刃の高さは、コーナーでは一定であるが、コーナーの起点から隔たったところより３mmにわたって直線的に増加しており、この直線的に増加している切れ刃がコーナーの切れ刃に対してなす角度は、1.7°〜2.7°の範囲に収まっている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取り付け穴の周囲に広がっているテラスと、
前記テラスを包囲している下り斜面と、
前記下り斜面を包囲している第１すくい面と、
前記第１すくい面を包囲し、この第１すくい面から立ち上がっている第２すくい面と、
前記第２すくい面を包囲し、外周に形成されている切れ刃と、を備え、
前記切れ刃の高さは、コーナーでは一定であるが、コーナーの起点から隔たったところより３mmにわたって直線的に増加しており、
この直線的に増加している切れ刃が前記コーナーの切れ刃に対してなす角度は、1.7°〜2.7°の範囲に収まっていることを特徴とする旋盤加工用切削工具。
【請求項２】
取り付け穴の周囲に広がっているテラスと、
前記テラスを包囲している下り斜面と、
前記下り斜面を包囲している第１すくい面と、
前記第１すくい面を包囲し、この第１すくい面から立ち上がっている第２すくい面と、
前記第２すくい面を包囲し、外周に形成されている切れ刃と、を備え、
前記切れ刃の高さは、コーナーでは一定であるが、コーナーの起点から隔たったところより３mmにわたって曲線状に増加しており、
この曲線状に増加している切れ刃は、前記コーナーの切れ刃に対する角度1.7°〜2.7°の傾斜線よりも常に上側に位置していることを特徴とする旋盤加工用切削工具。
【請求項３】
旋盤加工用切削工具の取り付け金具を有するアームと、
前記アームを支える台座と、
前記アームの先端に取り付けられていて、片面に切れ刃が形成されている２本の切れ刃部材と、を備え、
前記アームと前記台座の間には旋盤加工用切削工具の装着部が形成され、
前記２本の切れ刃部材の間隔は先端に行くほど狭まっていて、
各々の切れ刃部材の高さは、先端から３mmにわたって直線的に増加しており、
この直線的に増加している切れ刃が底面となす角度は、1.7°〜2.7°の範囲に収まっていることを特徴とする切削工具のホルダー。
【請求項４】
ロータシャフトの原材を旋盤に取り付ける工程と、
請求項１または２に記載の旋盤加工用切削工具を切削工具のホルダーに取り付ける工程と、
前記原材を旋盤によって回転させながら、前記切削工具のホルダーに取り付けられた旋盤加工用切削工具を押し当てて、前記原材を切削する工程とを備えているロータシャフトの製造方法。
【請求項５】
ロータシャフトの原材を旋盤に取り付ける工程と、
請求項３に記載の切削工具のホルダーに旋盤加工用切削工具を取り付ける工程と、
前記原材を旋盤によって回転させながら、前記切削工具のホルダーに取り付けられた旋盤加工用切削工具を押し当てて、前記原材を切削する工程とを備えているロータシャフトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、旋盤加工用切削工具、切削工具のホルダーおよびロータシャフトの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
じん性の高い材料を対象にして、旋盤で加工することが行われている。旋盤加工用切削工具を用いる旋盤加工では、材料の切りくずを適切に処理できない場合、切りくずが折断されずに工具に巻きつくことが発生する。たとえ、切りくずが折断されたとしても、切りくずが長すぎると、コンベヤでは排出されない。そのため、切りくずを螺旋状にカールさせ、安定して排出することを目的とした旋盤加工用切削工具が多く提案されてきた。
【０００３】
これらの旋盤加工用切削工具（バイト）では、切りくずの処理性を向上させるために、切れ刃やすくい面の形状に様々な工夫が成されている（例えば特許文献１から６を参照）。好ましい先端形状を備えた旋盤加工用切削工具は、じん性の高い材料を対象にしても、切りくずのカール半径を小さくして、切り出された切りくずは折断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2005-096034号公報
【特許文献２】特開2002-066811号公報
【特許文献３】特開2002-200504号公報
【特許文献４】特開平8-300214号公報
【特許文献５】特開平11-010412号公報
【特許文献６】特開2000-107911号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
旋盤加工用切削工具を用いて発電機用ロータシャフトのようなじん性の高い材料を旋盤加工する際、切りくず処理のトラブルが発生しやすい。そのため、旋盤加工中、作業者は切りくずの排出具合を常に注視している。巻きついた切りくずや、コンベヤで運搬できなかった長い切りくずは、作業者が排出する。本発明は、このような旋盤加工用切削工具にまつわる課題を解決するためになされたものであり、特に、旋盤加工において発生する切りくずの処理性を向上することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる旋盤加工用切削工具は、取り付け穴の周囲に広がっているテラスと、テラスを包囲している下り斜面と、下り斜面を包囲している第１すくい面と、第１すくい面を包囲し、この第１すくい面から立ち上がっている第２すくい面と、第２すくい面を包囲し、外周に形成されている切れ刃と、を備え、切れ刃の高さは、コーナーでは一定であるが、コーナーの起点から隔たったところより３mmにわたって直線的に増加しており、この直線的に増加している切れ刃がコーナーの切れ刃に対してなす角度は、1.7°〜2.7°の範囲に収まっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係わる旋盤加工用切削工具は、取り付け穴の周囲に広がっているテラスと、テラスを包囲している下り斜面と、下り斜面を包囲している第１すくい面と、第１すくい面を包囲し、この第１すくい面から立ち上がっている第２すくい面と、第２すくい面を包囲し、外周に形成されている切れ刃と、を備え、切れ刃の高さは、コーナーでは一定であるが、コーナーの起点から隔たったところより３mmにわたって直線的に増加しており、この直線的に増加している切れ刃がコーナーの切れ刃に対してなす角度は、1.7°〜2.7°の範囲に収まっていることにより、旋盤加工において発生する切りくずの処理性が向上している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１による旋盤加工用切削工具とホルダーとの関係を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１による旋盤加工用切削工具を示す全体図である。
【図３】実施の形態１による旋盤加工用切削工具の要部を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１による旋盤加工用切削工具の要部を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態１による旋盤加工用切削工具の切れ刃を示す拡大図である。
【図６】本発明の実施の形態１による旋盤加工用切削工具で旋削した際に発生する切りくずを表す模式図である。
【図７】切りくずの限界ひずみεと切りくずの厚みｈの関係を表す式１を示している図である。
【図８】本発明の実施の形態による切りくず処理のシミュレーションの結果を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態による旋盤加工用切削工具と原材の関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による旋盤加工用切削工具の切れ刃を示す拡大図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による切削工具のホルダーを示す構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による切削工具のホルダーを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係わる、旋盤加工用切削工具、切削工具のホルダーおよびロータシャフトの製造方法について、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付しており、対応する各構成部のサイズや縮尺はそれぞれ独立している。例えば構成の一部を変更した断面図の間で、変更されていない同一構成部分を図示する際に、同一構成部分のサイズや縮尺が異なっている場合もある。また、旋盤加工用切削工具および切削工具のホルダーの構成は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については省略している。
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に従って説明する。図１は、旋盤加工用切削工具と切削工具のホルダーの関係を示している。同図に示されているように、切削工具のホルダー１１は、取り付け金具１１ａ、アーム１１ｂ、台座１１ｃを備えている。旋盤加工用切削工具１は、２か所に切削部１ａを有している。切削部１ａは、本実施の形態に係る鉛直上方向を正とした傾斜のついた切れ刃を備えている。旋盤加工用切削工具１には、逃げ面３が、工具の外周に全周にわたって形成されている。旋盤加工用切削工具１は、切削工具のホルダー１１の装着部１１ｄに挿入された後、取り付け金具１１ａを使って切削工具のホルダー１１に固定される。旋盤加工用切削工具１は、加工面１ｂと載置面１ｃを有する。
【００１１】
図２は、本発明の実施の形態１による旋盤加工用切削工具の全体構造を示す正面図である。本発明の実施の形態１による旋盤加工用切削工具１は、第１すくい面２ｂ、第２すくい面２ａ、逃げ面３、切れ刃４ａ、下り斜面５、取り付け穴６、テラス９などを備えている。旋盤加工用切削工具１には、４か所のコーナーが存在するが、○で示した２か所の相対向するコーナー４ｂが、切削部１ａに該当する。旋盤加工では、○で示した２か所の切削部１ａのうち、どちらか片方を使用する。
【００１２】
２つの切削部１ａの構造は同じである。テラス９は平坦で、取り付け穴６の周囲に広がっている。第１すくい面２ｂは平坦であるが、第２すくい面２ａは立ち上がっている。下り斜面５は、テラス９を包囲している。第１すくい面２ｂは、下り斜面５を包囲している。第２すくい面２ａは、第１すくい面２ｂを包囲し、この第１すくい面から立ち上がっている。切れ刃４ａは、第２すくい面２ａを包囲し、旋盤加工用切削工具１の外周に形成されている。
【００１３】
図３は切削部１ａを示す拡大斜視図である。図４は同じく切削部１ａを示す拡大正面図である。旋盤加工用切削工具１の切削部１ａには、第１すくい面２ｂ、第２すくい面２ａ、逃げ面３、切れ刃４ａ、下り斜面５およびテラス９が形成されている。コーナー４ｂは、起点を中心にして、両方向に展開している。切れ刃４ａは、コーナー４ｂでは高さが一定であるが、コーナー４ｂの起点から隔たったところより３mmにわたって傾斜している。図に示した、傾斜の始点と傾斜の終点の間隔が３mmに相当する。
【００１４】
図５は切削部１ａを示す拡大下面図である。同図に示すように、本発明の旋盤加工用切削工具１の切れ刃４ａは、逃げ面３に対向する方向から見たとき、切れ刃４ａの方向に３mmの範囲で、正に傾斜している。この傾斜の大きさをすくい角θと呼ぶ。図には、傾斜の始点と終点が示されている。コーナーの起点から傾斜の始点までの距離は一定ではない。傾斜角度は1.7°〜2.7°の範囲に収まっている。
【００１５】
傾斜の始点から傾斜の終点まで、すくい角θは、上方向を正として1.7°〜2.7°に設計されている。傾斜によって変化するのは第１すくい面２ｂからの高さのみで、切れ刃４ａから第１すくい面２ｂまでの水平方向の幅は変化しない。また、切れ刃４ａが鉛直上方向に傾斜しているのは始点と終点の間だけである。コーナー４ｂでは、切れ刃４ａは傾斜しておらず、水平を保っている。傾斜範囲は３mmになる。
【００１６】
次に本発明の旋盤加工用切削工具の動作について詳細に説明する。図６は本発明の実施の形態１による旋盤加工用切削工具１で材料７を旋削した際に流出する切りくずの模式図である。始点‐終点間の切れ刃４ｃで削られた切りくず８ａよりもコーナー４ｂの切れ刃４ｄで削られた切りくず８ｂの切削速度が遅いため、切り出された切りくずは、始点‐終点間の切れ刃４ｃで削られた切りくず８ａを内側としてすくい面に垂直な軸を中心にカールする。
【００１７】
この旋盤加工用切削工具１ではコーナー４ｂには切れ刃４ａに傾斜がついていない一方で、始点‐終点間では切れ刃４ａに傾斜がついている。始点‐終点間の切れ刃で削られた切りくずはコーナー４ｂの切れ刃で削られた切りくずよりも強い力で圧縮されるため、より短く厚くなる。コーナー４ｂの切れ刃で削られた切りくず８ｂと始点‐終点間の切れ刃で削られた切りくず８ａでは長さが異なるため、切削部１ａで加工される切りくずは切れ刃側を内側としてカールする。
【００１８】
すくい面に垂直な軸周りのカール半径は通常の切削速度差に加えて切削比差によって小さくなると想定される。このカール半径を小さくすることで、すくい面に垂直な軸周りのカールとすくい面に平行な軸周りのカールの合成である切りくずカール半径ＲOを小さくする。なお、ここでの切りくずカール半径ＲOとは、旋盤加工用切削工具のすくい面に対向する方向から見たとき、切りくずが逃げ面に拘束されるまでのカール半径を指している。
【００１９】
図７に示されている式１は、切りくずカール半径と切りくず折断の関係を表している。切りくずは、切りくずの限界ひずみε、切りくずの厚みｈ、切りくずカール半径ＲO、切りくず折断時のカール半径ＲLとすると、式１を満たすとき折断される。この式から分かるように、切りくずの厚みｈを大きく、切りくずカール半径ＲOを小さくすることで切りくずは折れやすくなる。
【００２０】
次に、切りくずの発生をソフトウェアによってシミュレーションした結果を説明する。旋盤加工用切削工具のモデルは、PTC Creo Parametric社製の３Ｄ ＣＡＤを使って、すくい角θ＝0°〜3.0°で作成した。切りくず処理のシミュレーションは、切削加工専用シミュレーションプログラムAdvantEdge FEMを用いて、下記の切削条件で、行った。
切削速度  ：120m/min
送り量    ：0.9mm/rev
切込み量  ：3.5mm
切削油    ：ブラソカット
被削材    ：SNCM439(JIS)
チップ形状：CNMG190616
加工形態  ：外径加工
【００２１】
その結果を、図８に示す。これらのシミュレーションにおいて、切りくずカール半径ＲOを評価した。切りくずカール半径ＲOは、すくい角の増加とともに増加し、すくい角θ＝0.5°で最大となった。その後減少し始め、すくい角θ＝1.7°〜2.7°の範囲で、切りくずカール半径ＲOは極小になった。すくい角θが2.7°よりも大きくなると、切りくずカール半径ＲOは再び増加した。上記のシミュレーション結果から、すくい角θ＝1.7°〜2.7°の場合に切りくずカール半径が小さくなることで、切りくずが折断されやすくなることがわかった。
【００２２】
すくい角θ＝1.7°〜2.7°の範囲では、切りくずの流れは阻害されず、円滑に排出される効果が得られる。このため本実施の形態に係る旋盤加工用切削工具は、逃げ面に対向する方向から見たとき、すくい面に対して水平なコーナーと、切れ刃方向に３mmの範囲で、切れ刃に鉛直上方向を正としたすくい角θ＝1.7°〜2.7°となる傾斜を備えていることを特徴とする。切れ刃の高さは、載置面１ｃから測るものとする。
【００２３】
従って、本実施の形態に係る旋盤加工用切削工具は、取り付け穴の周囲に広がっているテラスと、テラスを包囲している下り斜面と、下り斜面を包囲している第１すくい面と、第１すくい面を包囲し、この第１すくい面から立ち上がっている第２すくい面と、第２すくい面を包囲し、外周に形成されている切れ刃と、を備え、切れ刃の高さは、コーナーでは一定であるが、コーナーの起点から隔たったところより３mmにわたって直線的に増加しており、この直線的に増加している切れ刃がコーナーの切れ刃に対してなす角度は、1.7°〜2.7°の範囲に収まっていることを特徴とする。
【００２４】
次に、本発明に係る旋盤加工用切削工具を使ってロータシャフトを製造する方法を説明する。図９は、旋盤加工用切削工具と原材の関係図である。旋盤１３によって回転する原材１４（材料７）の表面から旋盤加工用切削工具１の逃げ面３までの角度は９５°である。先ず、ロータシャフトの原材１４を旋盤１３に取り付ける。つぎに、本実施の形態に記載の旋盤加工用切削工具１を切削工具のホルダー１１に取り付ける。原材１４を旋盤１３によって回転させながら、切削工具のホルダー１１に取り付けられた旋盤加工用切削工具１を押し当てて、原材１４を切削する。
【００２５】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、旋盤加工用切削工具の切れ刃に鉛直上方向を正とした直線状の傾斜をつけることで切りくず処理性を向上させる場合について述べた。切れ刃はそれ以外の形状にしても切りくず処理性を向上させることができる。以下、この発明の実施の形態２を図に基づいて説明する。図１０は本発明の実施の形態２による旋盤加工用切削工具１の要部を示している。同図に示されているように実施の形態２の旋盤加工用切削工具は鉛直上方向に突出した曲線状の切れ刃４ａを傾斜範囲３mmにわたって備えている。
【００２６】
すなわち本実施の形態に係る旋盤加工用切削工具は、切りくずのカール半径を小さくする、鉛直上方向を正とした傾斜のついた切れ刃を備えている。切れ刃４ａの曲線は、すくい角θ＝1.7°〜2.7°となる傾斜よりも、上に凸の形状を有している。実施の形態１では、旋盤加工用切削工具の切れ刃に鉛直上方向を正とした直線状の傾斜をつけることで切りくず処理性を向上させる場合について述べた。本実施の形態による旋盤加工用切削工具は、鉛直上方向に突出した曲線の切れ刃を備えることで、切りくず処理性を向上させることができる。
【００２７】
従って、本実施の形態に係る旋盤加工用切削工具は、取り付け穴の周囲に広がっているテラスと、テラスを包囲している下り斜面と、下り斜面を包囲している第１すくい面と、第１すくい面を包囲し、この第１すくい面から立ち上がっている第２すくい面と、第２すくい面を包囲し、外周に形成されている切れ刃と、を備え、切れ刃の高さは、コーナーでは一定であるが、コーナーの起点から隔たったところより３mmにわたって曲線状に増加しており、この曲線状に増加している切れ刃は、コーナーの切れ刃に対する角度1.7°〜2.7°の傾斜線よりも常に上側に位置していることを特徴とする。
【００２８】
次に、本発明に係る旋盤加工用切削工具を使ってロータシャフトを製造する方法を説明する。ロータシャフトの原材を旋盤に取り付ける。つぎに、本実施の形態に記載の旋盤加工用切削工具を切削工具のホルダーに取り付ける。原材を旋盤によって回転させながら、切削工具のホルダーに取り付けられた旋盤加工用切削工具を押し当てて、原材を切削する。
【００２９】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を図に基づいて説明する。上記実施の形態１では、旋盤加工用切削工具の切れ刃に鉛直上方向を正とした傾斜をつけることで切りくず処理性を向上させる場合について述べた。本実施の形態では、鉛直上方向を正とした傾斜のついた切れ刃を通常の旋盤加工用切削工具（バイト）に追加することで旋盤加工用切削工具の切りくず処理性を向上させる。
【００３０】
図１１は、本発明の実施の形態３による、旋盤加工用切削工具と切削工具のホルダーとの関係を表している。実施の形態３に係る切削工具のホルダー１１は上記実施の形態１で述べた鉛直上方向を正とした傾斜のついた切れ刃を備えている。先ず図１１Ａは、汎用に使用される旋盤加工用切削工具１２を表している。通常の旋盤加工用切削工具１２は２か所のコーナーに切削部１２ａを有している。旋盤加工用切削工具１２の切れ刃は、全周にわたって平坦である。本実施の形態では、切削工具のホルダーに通常の旋盤加工用切削工具１２を取り付けたものを旋盤加工で使用する。
【００３１】
図１１Ｂは、実施の形態３に係る切削工具のホルダー１１を示す上面図である。切削工具のホルダー１１は、取り付け金具１１ａ、アーム１１ｂ、台座１１ｃおよび切れ刃部材１１ｅを備えている。２個の切れ刃部材１１ｅは、アーム１１ｂの先端から、台座１１ｃの先端に向かって伸びている。図１１Ｃは、実施の形態３に係る切削工具のホルダー１１を示す側面図である。旋盤加工用切削工具１２は、加工面側を上にして、装着部１１ｄに挿入された後、取り付け金具１１ａを使って切削工具のホルダー１１に固定される。固定すると、切れ刃部材１１ｅの底面１１ｆが、旋盤加工用切削工具１２の加工面に密接触する。
【００３２】
図１２は本実施の形態に係る切削工具のホルダー１１に、旋盤加工用切削工具１２を取り付けた状態を示している。旋盤加工用切削工具１２は、載置面１２ｃを下にして、装着部１１ｄに挿入されている。切れ刃部材１１ｅは、旋盤加工用切削工具１２の加工面１２ｂに密接触している。図９および図１０に示されるように鉛直上方向を正とした傾斜のついた切れ刃を備えた切削工具のホルダーに汎用の旋盤加工用切削工具を挿入することで、切りくず処理性を向上させることができる。
【００３３】
次に、本発明に係る切削工具のホルダーを使ってロータシャフトを製造する方法を説明する。ロータシャフトの原材を旋盤に取り付ける。つぎに、汎用の旋盤加工用切削工具を本実施の形態に記載の切削工具のホルダーに取り付ける。原材を旋盤によって回転させながら、本実施の形態に係る切削工具のホルダーに取り付けられた旋盤加工用切削工具を押し当てて、原材を切削する。
【００３４】
従って、本実施の形態に係る切削工具のホルダーは、旋盤加工用切削工具の取り付け金具を有するアームと、アームを支える台座と、アームの先端に取り付けられていて、片面に切れ刃が形成されている２本の切れ刃部材と、を備え、アームと台座の間には旋盤加工用切削工具の装着部が形成され、２本の切れ刃部材の間隔は先端に行くほど狭まっていて、各々の切れ刃部材の高さは、先端から３mmにわたって直線的に増加しており、この直線的に増加している切れ刃が底面となす角度は、1.7°〜2.7°の範囲に収まっていることを特徴とする。
【００３５】
本実施の形態に係る旋盤加工用切削工具を使用する製造方法は、実施の形態１または実施の形態２に記載の旋盤加工用切削工具を切削装置に取り付ける工程と、加工対象を回転させる工程と、回転する加工対象物に対して旋盤加工用切削工具を用いて切削加工を施す工程を備えている。
【００３６】
本実施の形態に係るロータシャフトの製造方法は、ロータシャフトの原材を旋盤に取り付ける工程と、本実施の形態に記載の切削工具のホルダーに旋盤加工用切削工具を取り付ける工程と、原材を旋盤によって回転させながら、切削工具のホルダーに取り付けられた旋盤加工用切削工具を押し当てて、原材を切削する工程とを備えている。
【００３７】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  旋盤加工用切削工具、２ａ  第２すくい面、２ｂ  第１すくい面、３  逃げ面、４ａ  切れ刃、４ｂ  コーナー、５  下り斜面、６  取り付け穴、７  材料、８ａ  始点‐終点間の切れ刃４ｃで削られた切りくず、８ｂ  コーナー４ｂの切れ刃４ｄで削られた切りくず、９  テラス、１１  切削工具のホルダー、１２  旋盤加工用切削工具、１３  旋盤、１４  原材
【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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