(57)【要約】  多重撚り線ワイヤ（２２）は、超音波の溶接先端（２４）と対向アンビル（２８）との間にクランプされる。多重撚り線ワイヤ（２２）は、銅よりも可鍛性が高い材料でできているか、またはアルミニウムの可鍛性と実質的に同一の、またはアルミニウムの可鍛性よりも高い可鍛性を有する材料でできている。複数の多重撚り線ワイヤ（２２）は、ワイヤ束をさらに形成するために、対向側面間にクランプすることができる。超音波エネルギーは、超音波の溶接先端に近接したワイヤ束の第１側部に加えられる。第１側部への超音波エネルギーの終了後、ワイヤ束は、アンビル（２８）に対して１８０度回転され、超音波エネルギーは、第１側部に対して反対側に配置された、ワイヤ束の第２側部に加えられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅よりも可鍛性が高いか、またはアルミニウムと実質的に同一の、またはアルミニウムよりも高い可鍛性を有するか、または両方である、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを、超音波の溶接先端と対向アンビルとの間に配置するステップと、
ワイヤ束を形成するために、複数の多重撚り線ワイヤを超音波の溶接先端と対向アンビルとの間にクランプするステップと、
ワイヤ束を部分的に溶接するために、超音波エネルギーを超音波の溶接先端に近接したワイヤ束の第１側部に加えるステップと、
超音波エネルギーを第１側部に加えることを終了させるステップと、
第１側部への超音波エネルギーの終了後、第１側部に対して反対側に配置された部分的に溶接されたワイヤ束の第２側部を超音波の溶接先端に近接して位置させるために、部分的に溶接されたワイヤ束を超音波の溶接先端と対向アンビルとの間に再度配置するステップと、
部分的に溶接されたワイヤ束を再度配置した後、超音波エネルギーを第２側部に加えるステップと
を含む、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項２】
部分的に溶接されたワイヤ束を再度配置するステップが、ワイヤ束を１８０度回転させるステップを含む、請求項１に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項３】
複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波の溶接先端と対向アンビルとの間に配置するステップが、少なくとも３つの可鍛性の多重撚り線ワイヤを配置するステップを含む、請求項１または２に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項４】
超音波エネルギーを第１側部に加えること、およびその後に超音波エネルギーを第２側部に加えることにより、ワイヤ束に、同一の全超音波エネルギーをワイヤ束の第１側部に加えることによって形成された同一のワイヤの溶接の少なくとも約１．５倍の引き抜き強度である、引張ゲージを使用して測定された引き抜き強度を有するようにさせる、請求項１から３のいずれか一項に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項５】
ワイヤ束をさらに形成するために、複数の多重撚り線ワイヤを対向側面間にクランプするステップをさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項６】
クランプすることにより、ワイヤ束に、最大７０ｍｍ２である、上面領域を加えた側面領域の総和である領域Ｘを有するようにさせる、請求項１から５のいずれか一項に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項７】
クランプすることにより、ワイヤ束に、Ｘの約４０％であるワイヤ束の第１側部に対応する側面領域、およびＸの約６０％であるワイヤ束の第１側部に近接した側部に対応する前面領域を有するようにさせる、請求項１から６のいずれか一項に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項８】
部分的に溶接されたワイヤ束を再度配置するステップが、複数の多重撚り線ワイヤのクランプを緩めるステップ、および部分的に溶接されたワイヤ束を超音波の溶接先端と対向アンビルとの間に再度クランプするステップを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項９】
超音波エネルギーを第１側部に加えるステップと超音波エネルギーを第２側部に加えるステップとの間にワイヤ束を硬化させることができるステップをさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項１０】
銅よりも可鍛性が高いか、またはアルミニウムと実質的に同一の、またはアルミニウムよりも高い可鍛性を有するか、または両方である、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを、超音波の溶接先端と対向アンビルとの間に配置するステップと、
自動溶接プロセスを開始するステップとを含み、
該自動溶接プロセスは、
ワイヤ束を形成するために、複数の多重撚り線ワイヤを超音波の溶接先端と対向アンビルとの間にクランプするステップと、
ワイヤ束を部分的に溶接するために、超音波エネルギーを超音波の溶接先端に近接したワイヤ束の第１側部に加えるステップと、
第１側部に対して反対側に配置された部分的に溶接されたワイヤ束の第２側部を超音波の溶接先端に近接して位置させるために、部分的に溶接されたワイヤ束を超音波の溶接先端と対向アンビルとの間に再度配置できるように、十分な時間の間、超音波エネルギーをワイヤ束の第１側部に加えることを終了させるステップと、
十分な時間の経過後、超音波エネルギーを部分的に溶接されたワイヤ束の第２側部に加えるステップと
を含む、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項１１】
十分な時間の経過の間、第２側部を超音波の溶接先端に近接して位置させるために、部分的に溶接されたワイヤ束を手動で再度配置するステップをさらに含む、請求項１０に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項１２】
自動溶接プロセスが、手動の介入なしに第２側部を超音波の溶接先端に近接して位置させるために、十分な時間の経過の間、部分的に溶接されたワイヤ束を自動的に再度配置することをさらに備える、請求項１０または１１に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項１３】
十分な時間が、超音波エネルギーを第２側部に加える前にワイヤ束を硬化させることができるほど十分に長い、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項１４】
自動溶接プロセスが、ワイヤ束をさらに形成するために、複数の多重撚り線ワイヤを対向側面間にクランプするステップをさらに含む、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項１５】
ワイヤ束を１８０度回転させ再度クランプできるようにするために、自動溶接プロセスが、部分的に溶接されたワイヤ束のクランプを緩めるステップをさらに含む、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項１６】
自動溶接プロセスが、超音波エネルギーを第２側部に加えた後、ワイヤ束のクランプを緩めるステップをさらに備える、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項１７】
超音波エネルギーを第１側部に加えるステップ、およびその後に超音波エネルギーを第２側部に加えるステップにより、ワイヤ束に、同一の全超音波エネルギーをワイヤ束の第１側部に加えることによって形成された同一のワイヤの溶接の少なくとも約２倍の引き抜き強度である、引張ゲージを使用して測定された引き抜き強度を有するようにさせる、請求項１０から１６のいずれか一項に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項１８】
クランプすることにより、ワイヤ束に、最大７０ｍｍ２である、上面領域を加えた側面領域の総和である領域Ｘを有するようにさせる、請求項１０から１７のいずれか一項に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【請求項１９】
クランプすることにより、ワイヤ束に、Ｘの約４０％であるワイヤ束の第１側部に対応する側面領域、およびＸの約６０％であるワイヤ束の第１側部に近接した側部に対応する前面領域を有するようにさせる、請求項１０から１８のいずれか一項に記載の、複数の可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１４年６月２日に出願された米国実用新案出願第１４／２９３，３９５号明細書に対する優先権を請求し、２０１３年６月１９日に出願された米国仮出願第６１／８３６，８８２号明細書の利益も請求する。上記出願の開示の全ては、参照によってこの中に取り込まれている。
【０００２】
本開示は、可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
このセクションは、必ずしも先行技術とは限らない本開示に関する背景技術情報を提供する。
【０００４】
多重撚り線ワイヤは、時には超音波で一緒に溶接される。しかしながら、このような多重撚り線ワイヤが銅よりも高い可鍛性を有するアルミニウムまたは他の材料と同様である可鍛性を備えるとき、困難が生じることがある。これらの困難は、撚り線ワイヤの量または数が比較的多いとき、特に問題であることがある。例えば、典型的な超音波のワイヤ溶接装置、およびこのような可鍛性の材料を使用して作成したワイヤを有する方法を使用することにより、撚り線ワイヤ全量に十分な超音波エネルギーを適切に移動できないことがある。超音波先端が最も近いワイヤを溶接し軟化させ始めるとき、ワイヤ束全体に一貫した強力な溶接を作り出すために、十分なエネルギーがワイヤ束の反対側に誘導されない。これにより、いくつかの撚り線ワイヤが一緒に十分に溶接できていない、弱いまたは部分的な溶接を生じさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，７８２，９９０号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７９９，６１４号明細書
【発明の概要】
【０００６】
このセクションは、本開示の全般的な概要を提供するが、その全範囲の包括的な開示またはその特徴の全てではなく、ここで説明された全ての特徴は本開示の不可欠な特徴を考慮していない。
【０００７】
複数の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法は、超音波の溶接先端と対向アンビルとの間に複数の多重撚り線ワイヤを配置することを含む。多重撚り線ワイヤは、銅よりも可鍛性が高い材料でできているか、またはアルミニウムの可鍛性と実質的に同一の、またはアルミニウムの可鍛性よりも高い可鍛性を有する材料でできている。複数の多重撚り線ワイヤは、ワイヤ束を形成するために、超音波の溶接先端と対向アンビルとの間にクランプされる。複数の多重撚り線ワイヤは、ワイヤ束をさらに形成するために、対向側面間にクランプできる。超音波エネルギーは、超音波の溶接先端に近接したワイヤ束の第１側部に加えられる。超音波エネルギーを第１側部に加えることは終了される。束は、硬化させることができ、かつ／またはワイヤ束は１８０度回転される。第１側部への超音波エネルギーの終了後、超音波エネルギーは第１側部に対して反対側に配置された、ワイヤ束の第２側部に加えられる。
【０００８】
複数の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接する方法は、超音波の溶接先端と対向アンビルとの間に複数の多重撚り線ワイヤを配置することを含む。ユーザは、制御装置がオペレータのさらなる介入なしに予め決められた溶接プロセスを超音波溶接機に自動的に実行させるようにプログラムされた制御シーケンスを開始することができる。予め決められた溶接プロセスは、ワイヤ束を形成するために、超音波の溶接先端と対向アンビルとの間に複数の多重撚り線ワイヤをクランプすることを含むことができる。複数の多重撚り線ワイヤは、ワイヤ束をさらに形成するために、対向側面間にクランプできる。超音波エネルギーは、超音波の溶接先端に近接したワイヤ束の第１側部に加えられる。超音波エネルギーを第１側部に加えることは終了され、側部は、ワイヤ束から自動的にクランプが緩められる。超音波溶接機は、自動的に一時停止することができ、ユーザにワイヤ束を手動で１８０度回転させることができるようにするか、または超音波溶接機がワイヤ束を自動的に１８０度回転させることができ、かつ／または部分的に溶接された束を硬化させることができる。複数の多重撚り線ワイヤは、ワイヤ束を形成するために、超音波の溶接先端と対向アンビルとの間に再度クランプすることができる。複数の多重撚り線ワイヤは、ワイヤ束をさらに形成するために、対向側面間に再度クランプできる。このように再度クランプするステップ後、超音波エネルギーは、第１側部に対して反対側に配置された、ワイヤ束の第２側部に自動的に加えられる。前と同じように、側部は、ワイヤ束から自動的にクランプを緩めることができる。
【０００９】
適用可能性の別の領域は、ここで提供される説明から明らかにされる。この概要における説明および特徴的な例は、単に説明することを意図するものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【００１０】
ここで説明される図面は、選択された実施形態のみの例示のためのものであり、全ての考えられる実施形態ではなく、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の方法において有用な超音波ワイヤ溶接機の概略図である。
【図２】ワイヤクランプ配置における図１の超音波溶接機の概略図である。
【図３】束として一緒に結合された４つの撚り線ワイヤの端部の斜視図である。
【図４】超音波エネルギーが束の一側に加えられた後の図３のワイヤ束の側面図である。
【図５】超音波エネルギーが束の反対側に加えられた後の図３のワイヤ束の側面図である。
【図６】本開示に従う可鍛性の多重撚り線ワイヤを超音波で一緒に溶接するための例示の制御方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
対応する参照符号は、図面のいくつかの図にわたって対応する部分を示す。
【００１３】
例の実施形態は、添付図面を参照してより完全に説明される。
【００１４】
図１は、多重撚り線ワイヤ２２を一緒に溶接する際に使用する超音波溶接機２０を示す。一般に、超音波溶接機２０は、超音波ホーン溶接先端２４、および溶接先端２４に対して垂直に移動するガイドブロック２６を含むことができる。
【００１５】
制御装置２５に、以下で説明される、超音波溶接機２０の様々な構成要素の移動、および超音波エネルギーを加えることを制御するようにプログラムすることができる。制御装置２５は、プロセッサおよびメモリ（図示していない）を含むことができる。
【００１６】
溶接先端２４にアンビル２８が対向している。ガイドブロック２６にギャザー３０が対向している。一緒に溶接されるワイヤ２２の露出端部は、溶接先端２４、アンビル２８、ガイドブロック２６、およびギャザー３０の間の空間の中に挿入される。アンビル２８に向かう溶接先端２４の垂直の相対的な移動、およびガイドブロック２６に向かうギャザー３０の水平の相対的な移動は、図２に示された溶接空間３２の内部の束２３の中にワイヤ２２の露出端部を閉じ込め、クランプするように操作する。
【００１７】
例示の超音波溶接機２０は、例えば、１９８８年１１月８日にＰａｔｒｉｋｉｏｓ  ｅｔ  ａｌ．に対して発行された「超音波で溶接するワイヤのための携帯銃（Ｐｏｒｔａｂｌｅ  Ｇｕｎ  ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｗｉｒｅｓ）」という表題が付けられた米国特許第４，７８２，９９０号明細書、および１９８９年１月２４日にＷｅｌｔｅｒ  ｅｔ  ａｌ．に対して発行された「ワイヤを超音波で溶接するための装置（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｗｉｒｅｓ）」という表題が付けられた米国特許第４，７９９，６１４号明細書において、さらに開示されている。それらの両方は、それらの全体がこの中に取り込まれている。
【００１８】
いくつかのケースでは、露出ワイヤ端部の束２３は、２、３、４、またはそれ以上の撚り線ワイヤ２２から形成できる。図３は、露出端部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを有する４つのワイヤ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄがそれぞれ束２３に含まれる例を示す。
【００１９】
図６を参照すると、一緒に溶接される複数のワイヤ２２の露出ワイヤ端部は、箱４０で、溶接先端２４とアンビル２８との間に配置される。箱４１では、ユーザは、予め決められた溶接プロセスを自動的に実行するために制御装置２５の中にプログラムされた制御シーケンスを開始する。箱４２では、溶接先端２４は、複数のワイヤ２２の対向側面（例えば、図２の上側および下側）に接するように、アンビル２８に対して移動できる。同様に、箱４４では、ギャザー３０は、残りの対向側面（例えば、図２の左側および右側）に接するように、ガイドブロック２６に対して移動できる。結果として、束２３は、２つの対向側面が溶接先端２４とアンビル２８とに接し、かつ他の２つの対向側面がガイドブロック２６とギャザー３０とに接するように集められクランプすることができる。
【００２０】
いくつかのケースでは、束２３またはナゲットは、最大約７０ｍｍ２である、上面領域（図４および図５の上）を加えた側面領域（図４および図５の前）の総和である領域Ｘを有することができ、側面領域はＸの４０％であり、前面領域はＸの６０％である。
【００２１】
箱４６で、初期量の超音波エネルギーは、束２３の第１側部に対して溶接先端２４を介して加えることができる。箱４７では、部分的に溶接されたワイヤ束２３は、溶接先端２４とアンビル２８、およびガイドブロック２６とギャザー３０のクランプ力から解放することができる。その後、箱４８では、超音波溶接機の移動および操作は、箱４９に示すようにユーザに部分的に溶接されたワイヤ束２３またはナゲットを１８０度回転させることができるように、一時停止することができる。この一時停止の間、部分的に溶接されたワイヤ束２３は、いくつかの例では、硬化させることができる。その代案として、または付加的に、部分的に溶接されたワイヤ束２３またはナゲットは、制御装置２５のプログラム制御下で（図示していない）アクチュエータを介して自動的に１８０度回転させることができる。
【００２２】
その後、ワイヤ束２３またはナゲットの第１および第２の対向側面は、箱５０，５１で、それぞれ再度クランプされる。結果として、（アンビル２８に接するように以前に存在した）対向側面は、今度は溶接先端２４に接するようにクランプされる。その後、超音波溶接機は、箱５２で束２３の（図２の下側に存在した）対向側面に対して溶接先端２４を介して加えることができる、第２の量の超音波エネルギーを自動的に加えるようにプログラムされている。箱５４では、最後に溶接されたワイヤ束２３の側部は、クランプを緩めることができ、ワイヤを溶接機２０から取り外すことができる。
【００２３】
上述の説明から明らかであるように、箱４２でユーザが制御シーケンスを開始すると、制御装置２５に、ユーザのさらなる介入なしに、超音波溶接機２０に箱４２，４４，４６，４７，４８，４９，５０，５１，５２，５４のステップのいずれかまたは全てを自動的に実行させるようにプログラムすることができる。１つの特徴的な例では、制御装置２５に、箱４８の一時停止の間、または別の方法では箱４７と箱５０との間の箱４９で、ユーザにワイヤ束２３を手動で回転できるようにすること以外のユーザのさらなる介入なしに、超音波溶接機２０に箱４２，４４，４６，４７，４８，５０，５１，５２，５４のステップのいずれかまたは全てを自動的に実行させるようにプログラムすることができる。
【００２４】
箱４６と箱５２との間のある状態および時間における例示の部分的に溶接されたワイヤ束２３ａまたはナゲットが、図４に示されている。箱５２の後のある状態および時間における完全に溶接されたワイヤ束２３ｂが、図６に示されている。図５においてこのような実質的に均一のワイヤ束２３ｂが存在する一方で、実質的に均一のワイヤ溶接がワイヤ束２３ａ全体に提供されていないということが図４において見ることができる。
【００２５】
いくつかのケースでは、ワイヤ束２３ｂの超音波溶接結合は、同一の全超音波エネルギー（例えば同一時間の全期間に対する同一エネルギー）をワイヤ束の一側だけに加えることによって形成された同一のワイヤの溶接の少なくとも約１．５倍の張力の引き抜き強度である、引張ゲージを使用して測定された張力の引き抜き強度を有することができる。他のケースでは、超音波溶接結合は、同一の超音波エネルギーをワイヤ束の一側だけに加えることによって形成された同一のワイヤの溶接の少なくとも約１．７倍の張力の引き抜き強度である、引張ゲージを使用して測定された張力の引き抜き強度を有することができる。さらに他のケースでは、超音波溶接結合は、同一の超音波エネルギーをワイヤ束の一側だけに加えることによって形成された同一のワイヤの溶接の少なくとも約２．０倍の張力の引き抜き強度である、引張ゲージを使用して測定された張力の引き抜き強度を有することができる。
【００２６】
実施形態の前述の説明は、図示および説明のために提供されている。本開示は、包括的であること、または限定することを意図していない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般にその特定の実施形態に限定されないが、明確に示されるか、または説明されなくても、利用可能であるところで交換でき、選択された実施形態で使用できる。同一のものは、多くの方法で変更してもよい。このような変形例は、本開示からの逸脱とみなされるものではなく、全てのこのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。
【００２７】
例えば、特徴の詳細またはそれぞれの明確に特定されたステップがこの開示の範囲内の全ての方法で採用される必要がないということが、当業者に明らかである。同様に、採用される方法のステップ、プロセス、および操作は、実行の順序として明確に特定されていない場合、説明され、または図示された特定の順序での実行を必ずしも必要としない。付加的な、または代替のステップを採用してもよいということも理解される。
【００２８】
第１、第２、第３などの用語は、様々な要素、構成要素、領域、層、および／または部分を説明するためにここで使用してもよいが、これらの要素、構成要素、領域、層、および／または部分は、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、別の領域、層、または部分から１つの要素、構成要素、領域、層、または部分を区別するためだけに使用してもよい。「第１」、「第２」、および他の数的な用語のような用語は、ここで使用されるとき、文脈によって明確に示されていない場合、シーケンスまたは順序を意味しない。したがって、以下で検討される第１の要素、構成要素、領域、層、または部分は、例の実施形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層、または部分を称することができる。
【００２９】
「上の」、「下の」、「頂部」、「底部」、「側部」、「左」、「右」、および同様のもののような空間的に相対的な用語は、図に示されるような、別の要素または特徴に対する１つの要素または特徴の関係を容易に説明するために、ここで使用してもよい。空間的に相対的な用語は、図で表された方向付けに加えて、使用または操作における装置の異なる方向付けを包含するように意図してもよい。例えば、図の装置がひっくり返された場合、他の要素または特徴に対して「下の」、または「底部」のように説明される要素は、他の要素または特徴の「上の」、または「上部」のように方向付けられる。したがって、「上の」という例の用語は、上方と下方の両方の方向付けを包含することができる。
【００３０】
別の方法では、本装置は、（９０度回転させて、または他の方向付けで回転させて）方向付けてもよく、ここで使用される空間的に相対的な記述子は、それに応じて解釈される。
【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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【国際調査報告】
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