JPH11106856A - 成形加工用Al−Mg−Si系アルミニウム合金板材 - Google Patents
成形加工用Al−Mg−Si系アルミニウム合金板材Info
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Abstract
l−Mg−Si系アルミニウム合金板材を得る。 【解決手段】 Si:0.2〜1.8%、Mg:0.2
〜1.6%を含有し、圧延方向に伸張したマクロ結晶粒
を有するAl−Mg−Si系アルミニウム合金板材にお
いて、板厚の1/4深さにおいて圧延直角方向に測定し
たマクロ結晶粒の粒径が1.5mm以下であることを特
徴とする成形加工用Al−Mg−Si系アルミニウム合
金板材。マクロ結晶粒の粒径は、板厚の1/4深さまで
溶解した板材を腐食液で化学エッチングした後、その表
面凹凸形状を測定して得られた波形のうち長周期の波の
波長(矢印の幅)として表される。この粒径を上記の範
囲に規制することで、リジングマークの発生を防止でき
る。
Description
ア、カーテンウオール等の建材、器物、電気部品、光学
機器、自動車、鉄道車両及び航空機等の輸送機器、一般
機械部品等の用途に適する、成形加工後の表面外観に優
れる成形加工用Al−Mg−Si系アルミニウム合金板
材に関する。
ミニウム合金は、耐食性及び常温での成形加工性が比較
的優れ、人工時効処理により高強度が得られることか
ら、成形性あるいは軽量化、薄肉化が要求される用途に
適している。Al−Mg−Si系合金板材は、通常、均
質化処理後、熱間圧延し、続いて中間焼鈍した後、必要
に応じて冷間圧延を施して所定厚の板材とし、これに溶
体化焼入れを施し、さらにその後必要に応じてスキンパ
ス、冷間圧延、ストレッチ等を施して製造される。
対し成形加工を行ったとき、特開平7−228956号
公報又は特開平8−232052号公報に記載されてい
るように、板表面にリジングマークと呼ばれる表面荒れ
が発生することが問題となっている。リジングマークと
は成形加工したとき板表面に新たに生じる圧延方向に対
して平行な筋状の凹凸であり、特に圧延方向に対して9
0゜方向への加工度が大きいとき、例えば引張加工、絞
り加工、しごき加工を行った場合、顕著に生じる。この
リジングマークが発生すると、表面が極めて美麗である
ことが要求されるインテリア、カメラケース、自動車用
外板パネル等の用途には外観不良として使用できず、ま
た、リジングマークは塗装を行った場合特に目立つよう
になるため、成形加工後気付かれないまま塗装工程に進
み、塗装後に初めて認識されることもある。つまり製品
になって初めて現れることがあるという困った特性を持
っている。
開平8−232052号公報は、Al−Mg−Si系合
金板材についてリジングマークの発生を防止する方法に
関し、前者が、均質化処理後350〜450℃の温度ま
で冷却して熱間圧延を開始し、200〜300℃の温度
で熱間圧延を終了し、必要に応じて中間焼鈍を行った
後、冷間圧延、溶体化焼入れを施すというもの、後者
が、均質化処理後450℃以下の温度まで冷却して熱間
圧延を開始し、200〜350℃の温度で熱間圧延を終
了し、必要に応じて350〜420℃の中間焼鈍を行っ
た後、冷間圧延、溶体化焼入れ、さらに最終加熱処理を
施すというものであり、いずれも熱間圧延温度を低めに
設定し、同時にその他の各工程の処理条件も厳密に制御
し、微細かつ結晶学的方位がランダムな結晶粒を生じさ
せることにより、リジングマークの発生を防止しようと
いうものである。
はリジングマークが発生しなかったとされるプレス加工
の変形量の開示がなく、特開平8−232052号公報
ではプレス加工のシミュレーションとして高々2%の引
張変形が行われたに過ぎない(つまり、高々2%の引張
変形に相当する成形加工により発生するリジングマーク
を防止することが意図されているに過ぎない)。しか
も、これらの先行技術はリジングマークが発生しない板
材自体の構成を解明したものではないため、当該方法に
従って製造した板材が確かにリジングマークが発生しな
いかどうかは、実際にこの板材をプレス成形するまで
(あるいはさらに塗装して製品にするまで)分からない
という問題が残っている。
Mg−Si系アルミニウム合金の中間焼鈍省略材(熱間
圧延後の中間焼鈍を省略して冷間圧延を行ったもの)に
ついて、リジングマークの発生を防止する方法を検討す
る過程で、熱間圧延終了温度を比較的高温度に設定した
とき、リジングマークを防止できることを見いだした。
さらに、そのようにして製造されたリジングマークが発
生しない板材が特定の内部組織状態を示すことを見いだ
し、また、リジングマーク発生防止につながるこの内部
組織状態が、Al−Mg−Si系アルミニウム合金の中
間焼鈍省略材だけでなく、中間焼鈍材(熱間圧延後に中
間焼鈍を施したもの)、熱間圧延材(熱間圧延まま
材)、冷間圧延材(冷間圧延まま材)、焼鈍材(O
材)、時効処理材(T5、T6材)、ストレッチ材(溶
体化後ストレッチしたもの)等にも等しく適用されるこ
とを見いだし、本発明を完成するに至った。
アルミニウム合金板材は、Si:0.2〜1.8%、M
g:0.2〜1.6%を含有し、圧延方向に伸張したマ
クロ結晶粒を有するAl−Mg−Si系アルミニウム合
金板材において、圧延直角方向に測定したマクロ結晶粒
の粒径が1.5mm以下であることを特徴とする。後述
する理由から、このマクロ結晶粒の粒径は、板厚の1/
4深さにおいて測定したものとする。ここで、マクロ結
晶粒とは、表面を研磨した後、電気化学的あるいは化学
的にエッチングすることにより、通常、肉眼又は10倍
以下程度の拡大で容易に観察できる結晶粒である。各マ
クロ結晶粒は互いに方位差が大きいため、表面での光の
反射方向が大きく異なり、このように肉眼で容易に観察
できる。また、各マクロ結晶粒は多数のミクロ結晶粒か
ら構成され、熱間圧延及び/又は冷間圧延後は圧延方向
に伸張している。
晶粒のことであり、表面を研磨した後、電気化学的ある
いは化学的にエッチングし、光学顕微鏡で数10倍以上
に拡大することで観察できる組織である。ただし、一般
には各ミクロ結晶粒の方位差は小さいため、各ミクロ結
晶粒は容易に区別できない。このため、偏光顕微鏡を用
いるか、ミクロ結晶粒の境界を優先的にエッチングして
観察する必要がある。マクロ結晶粒は小さいものでも1
00μm程度はあり、ミクロ結晶粒との大きさの差はけ
た違いである。
ニウム合金板材の中で、中間焼鈍省略材を例にとり、本
発明をより詳細に説明する。Al−Mg−Si系合金の
中間焼鈍省略材は、先に述べたように、均質化処理後、
熱間圧延し、続いて中間焼鈍を省略して冷間圧延を施
し、所定厚の板材とした後、これに溶体化焼入れを施し
て製造されるが、このとき熱間圧延温度を高めに設定し
再結晶させる必要がある。再結晶をしなければ、圧延方
向に伸張したマクロ結晶粒は熱間圧延及び冷間圧延を通
してその粒径(圧延直角方向)が実質変化せず、粗大な
マクロ結晶粒のままである。しかし、再結晶させること
でマクロ結晶粒は細粒化し、1.5mm以下というマク
ロ結晶粒径を得ることが可能となる。再結晶によっても
マクロ結晶のこの伸張した形態は保存される。
延方向に対しほぼ平行に向く筋模様として観察される。
なお、図1は、中間焼鈍省略材の表面から板厚の1/4
深さ位置における金属組織写真(王水でエッチング)で
あり、(a)は筋模様が細かく、後述する方法により圧
延直角方向に測定した粒径が0.7mmのもの(表1の
No.1)であり、(b)は筋模様が粗く、同じく粒径
が1.8mm(表1のNo.8)のものである。このよ
うに圧延方向に伸張したマクロ結晶粒を有する板材が、
特に圧延直角方向に大きい変形を受けると、各マクロ結
晶粒の粒界がすべり変形を起こし、粒界において圧延直
角方向に段差ができ、これが大きい場合にリジングマー
クとして観察されるものと考えられる。従って、圧延直
角方向に測定したマクロ結晶粒の粒径が小さければ、リ
ジングマークの発生を防止することができる。具体的に
は、この粒径が1.5mm以下のとき、リジングマーク
の発生を防止できる。マクロ結晶粒の粒径の望ましい範
囲は0.25〜0.7mmである。マクロ結晶粒の粒径
が0.7mm以下のとき、加工率がより高い場合でもリ
ジングマークが発生せず、かつ表面のうねりも少なく、
表面が美麗である。このように一段と小さいマクロ結晶
粒径は、熱間圧延工程において加工−再結晶を繰り返し
起こすことにより得ることができるが、マクロ結晶粒の
粒径を0.25mm未満となるとリジングマーク防止の
改善効果が飽和する。
その近傍において高く、熱間圧延終了時には板厚内部に
比べ再結晶がより進行して等軸状の結晶粒にほとんど又
は完全に置き代わっていることもあり、その場合、表面
ではマクロ結晶粒を観察することは難しい。また、通常
マクロ結晶粒の粒径は表面で小さく中心にいくほど大き
くなっていることから、本発明では、板材のマクロ結晶
粒径として平均的と思われる板厚の1/4深さでの粒径
を指標として選択する。
ことにより再結晶を起こすと、再結晶粒は粗大化する傾
向にある。粗大なミクロ結晶粒ができると成形加工によ
り板材表面にオレンジピールが生じやすいため、ミクロ
結晶粒の粒径は45μm以下になるようにするのが望ま
しい。そのためには、例えば冷間圧延の冷延率を高めに
設定し、続く溶体化処理で微細な再結晶粒が得られるよ
うにするのがよい。
上げ圧延を通し圧延開始温度が均熱温度以下(例えば5
40℃以下)、圧延終了温度が350〜450℃となる
ように高めに設定するのが望ましいが、結果的に熱間圧
延後に再結晶により1.5mm以下に細粒化したマクロ
結晶粒が得られるのであれば、これと異なる温度条件を
採用することもできる。その他の均質化処理、冷間圧
延、溶体化焼入れ等の条件については、従来法の中間焼
鈍有り材とほぼ同じでよい。
合金の中間焼鈍省略材を例にとって説明したが、先にも
述べたように、本発明は、中間焼鈍材(熱間圧延後に中
間焼鈍を施したもの)、熱間圧延材(熱間圧延まま
材)、冷間圧延材(冷間圧延まま材)、焼鈍材(O
材)、時効処理材(T5、T6材)、溶体化焼入れ材
(T4材)、ストレッチ材(溶体化後ストレッチしたも
の)等、種々のAl−Mg−Si系アルミニウム合金板
材に等しく適用される。また、上記板材には、押出法、
引き抜き法(抽伸法)等により製造された展伸材も含ま
れる。いずれにしても、熱間圧延又は熱間押出あるいは
その後の焼鈍により再結晶を起こし、マクロ結晶粒が
1.5mm以下に細粒化されていれば、リジングマーク
を防止することができる。
Si:0.2〜1.8%、Mg:0.2〜1.6%を含
有し、残部Alと不可避不純物からなるアルミニウム合
金のほか、必要に応じて、さらにZn:0.005〜
1.0%、Cu:0.005〜1.0%、Ti:0.0
01〜0.1%、B:1〜300ppm、Be:0.
1〜100ppm、Mn:1.0%以下、Cr:0.
3%以下、Zr:0.15%以下、V:0.15%以下
のうちから1種又は2種以上を合計で0.01〜1.5
%、のいずれか又はこれらを組み合わせて含有するアル
ミニウム合金など、Si:0.2〜1.8%、Mg:
0.2〜1.6%を含有するAl−Mg−Si系アルミ
ニウム合金全てに適用し得る。Al−Mg−Si系合金
の組成を上記のように規定した理由は下記のとおりであ
る。
元素であるが、0.2%未満では人工時効で十分な強度
が得られず、一方、1.6%を越えると成形性が低下す
る。従って、Mg含有量は0.2〜1.6%の範囲とす
る。 Si:SiはMgとともに強度を付与する元素である
が、0.2%未満では人工時効で十分な強度が得られ
ず、一方、1.8%を越えると伸びが低くなり、成形性
が低下する。従って、Si含有量は0.2〜1.8%の
範囲とする。なお、人工時効で高い強度を得るには、M
gとSiとの含有量の割合を、Si/Mg≧0.65と
することが望ましい。
2を微細かつ高密度に析出させ高い強度を実現させる。
ただし、0.005%未満では十分な強度が得られず、
一方1.0%を越えると耐食性が顕著に低下するため、
含有量は0.005〜1.0%の範囲とする。 Cu:Cuは人工時効時にMg2Siを微細にかつ高密
度に析出させ、高い強度を実現させる。ただし、0.0
05%未満では効果がなく、一方、1.0%を越えると
耐食性及び溶接性が顕著に低下するため、含有量は0.
005〜1.0%の範囲とする。 Ti:Tiは鋳塊の結晶粒を微細化し、成形性を向上さ
せるために添加する元素であるが、0.001%未満で
は効果がなく、一方、0.1%を越えて添加されると粗
大な晶出物を形成し、成形性を低下させる。このため、
Ti含有量は0.001〜0.1%の範囲とする。
化し、成形性を向上させるために添加する合金である
が、1ppm未満の添加では効果がなく、300ppm
を越えて含有されると粗大な晶出物を形成し、成形性を
低下させる。このため、B含有量は1〜300ppmの
範囲とする。 Be:Beは空気中におけるアルミニウム溶湯の再酸化
を防止するため、必要があれば0.1ppm以上含有さ
せる。しかし、100ppmを越えると材料硬度が増大
し成形性が低下するため、Be含有量は0.1〜100
ppmの範囲とする。
質化熱処理時及びその後の熱間圧延時にAl20Cu2M
n3、Al12Mg2Cr、Al3Zr、Al2Mg3Zn3等
の分散粒子を生成する。これらの分散粒子は再結晶後の
粒界移動を妨げる効果があるため、微細な結晶粒を得る
ことができる。しかし、過剰な添加は溶解鋳造時に粗大
な不溶性金属間化合物を生成しやすく、成形加工時の破
壊の起点となり、成形性を低下させる原因となる。ま
た、Zrの過剰添加はミクロ組織を針長状にしやすく、
特定方向の破壊靱性及び疲労特性さらには成形性を劣化
させる。このため、Mn、Cr、Zr、Vそれぞれの添
加量は、1.0%、0.30%、0.15%、0.15
%以下とする。
7Cu2Fe、Al12(Fe,Mn)3Cu2、(Fe,M
n)Al6等の晶出物を生成する。これらの晶出物は破
壊靱性及び疲労特性に対して有害であり、Fe含有量が
0.5%を越えると顕著に破壊靱性、疲労特性及び成形
性が低下するため、Fe含有量は0.5%以下とする。
なお、晶出物としては、Fe系以外のAl2Cu2Mg、
Al2Cu2、Mg2Si等の可溶のものがあり、これら
は溶体化処理及び焼入れで十分にAlマトリックス中に
再固溶させることが望ましい。 その他の不純物:Niは0.05%以下に制限する。
5%、Fe0.16%、Cr0.25%、Ni0.00
2%、Zn0.05%、Cu0.1%、Ti0.06
%、B:10ppm、Be:30ppmを含み、残部A
l及び不純物からなるアルミニウム合金を溶解鋳造し、
460mm厚の鋳塊とし、次に540℃×4hrの均熱
処理を行った後、表1に示す種々の条件で熱間圧延し、
5mm、2.5mm、2mm厚の板とした。続いて、中
間焼鈍することなく冷間圧延し、1mm厚の板とした。
この板を530℃の溶体化温度に加熱して20秒間保持
した後、60℃の温度に冷却速度200℃/秒で焼入れ
し、そのまま60℃の温度で24時間保持した。その
後、室温で3カ月放置した後、板幅の中央部からサンプ
リングを行い、材料特性を評価し、その結果を表2にあ
わせて示す。
測定した。 マクロ結晶粒の粒径・・・・板材(70mm×100mm)
を80〜90℃の30wt%NaOH水溶液中に約10
〜30分間浸漬し、板材両面において表面から板厚1/
4ずつ溶解する。さらに#400〜#1000研磨紙を
用いて表面を滑らかにし、腐食液(塩酸75,硝酸2
5,フッ酸5の割合)で化学エッチング(45〜55℃
×5分間)した後、圧延方向に対して90゜方向に表面
形状測定の接触センサーを走査させ、化学エッチングで
生じた表面の凹凸を測定し、チャート紙上に記録した。
1箇所当りの走査長は15〜20mm、1サンプル当り
測定点は15箇所(総走査長225〜300mm)とし
た。チャート紙上には化学エッチング後の表面形状を表
す短周期と長周期の2種類の波が示され、マクロ結晶粒
の粒径は長周期で示される波の波長を用いて規定し、全
ての平均値をマクロ結晶粒の粒径とした。なお、表1中
のNo.2の波形の一部を図2に、No.5の波形の一
部を図3に示す(矢印の幅が長周期の波長)。
5〜0.1mmまで機械研磨した後、電解エッチング
し、光学顕微鏡(偏光板使用)を用いて観察した。粒径
は圧延方向でラインインターセプト法にてL−L面を測
定した。1測定ライン長は500μmであり、1視野当
り各5本で計5視野観察した。なお、熱間圧延材(冷間
圧延材、ストレッチ材でも同様)では、ミクロ結晶粒を
観察面全体に現出させることが難しい。従って、実施例
2ではミクロ結晶粒と判別された粒を50個選び、その
圧延方向の平均粒径を測定した。耐力、伸び・・・・JIS
−Z2241に準拠し、常温大気中で、JIS5号試験
片を用いLT方向(圧延方向に対して90゜方向)に引
張速度5mm/分にて引張試験を行って求めた。
表面を鏡面(Ra<0.1μm)としたサンプル板材
(70mm×150mm)を、プレス加工のシミュレー
ションとして圧延方向に対して90゜方向に20%の引
張変形を行い、表面の凹凸の程度を肉眼で観察し、圧延
方向に対して平行な筋模様(筋状の凹凸)が顕著に観察
される場合を×、リジングマークと判別できない場合は
○と評価した。なお、参考として、表面形状測定器によ
り圧延方向に対して90゜の方向において表面の凹凸を
測定した結果を、図4(表1のNo.2に対応)及び図
5(表1のNo.8に対応)に示す。 オレンジピールの有無・・・・上記のサンプル板材(20%
引っ張り変形後)について、表面に梨地模様が顕著に観
察される場合を×、梨地模様が判別困難な場合を○と評
価した。
るマクロ結晶粒径が本発明の規定の範囲内であるNo.
1〜No.4、No.9、No.10はリジングマーク
が発生せず、さらにミクロ結晶粒径が本発明の規定の範
囲内であるNo.1〜No.3、No.9、No.10
はオレンジピールの発生もなかった。一方、本発明の規
定の範囲外であるNo.5〜No.8はリジングマーク
が発生した。なお、No.1〜No.4、No.9、N
o.10の板材を熱間圧延終了時に調査したところ、主
に等軸状のミクロ結晶粒が観察され、再結晶が起こって
いたことが分かった。
%、Zn0.25%、Cu0.2%、Ti0.03%、
B5ppm、Be0.5ppmを含み、残部Al及び不
純物からなるアルミニウム合金を溶解鋳造し、500m
m厚の鋳塊とし、次に510℃×10hrの均熱処理を
行った後、表2に示す種々の条件で熱間圧延し、1mm
厚の板とした。続いて、昇温速度40℃/hrで410
℃に加熱し、2hr保持後、室温まで40℃/hrで冷
却し、軟質材とした。その後、室温で3カ月放置した
後、材料特性を評価した。その結果を表2にあわせて示
す。なお、各測定方法は実施例1に準じた。
るマクロ結晶粒径が本発明の規定の範囲内であるNo.
11、No.12はリジングマークが発生せず、さらに
ミクロ結晶粒径が本発明の規定の範囲内であるためオレ
ンジピールの発生もなかった。一方、本発明の規定の範
囲外であるNo.13はリジングマークが発生した。な
お、No.11〜No.12の板材はほとんどのミクロ
結晶粒が等軸状であり、再結晶が起こっていたことが分
かった。
しないAl−Mg−Si系アルミニウム合金板材を得る
ことができ、また、成形前又は塗装前の板材の状態で、
その板材にリジングマークが発生するかどうか判定する
ことができる。
示す金属組織写真である。
凸を示す図である。
の凹凸を示す図である。
を表面形状測定器で測定した結果を示す図であり、
(a)は俯瞰図、(b)は圧延方向に対して90゜方向
((a)のAで示す箇所)の凹凸を示す図である。
形状測定器で測定した結果を示す図であり、(a)は俯
瞰図、(b)は圧延方向に対して90゜方向((a)の
Aで示す箇所)の凹凸を示す図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 Si:0.2〜1.8%(重量%、以下
同じ)、Mg:0.2〜1.6%を含有し、圧延方向に
伸張したマクロ結晶粒を有するAl−Mg−Si系アル
ミニウム合金板材において、圧延直角方向に測定したマ
クロ結晶粒の粒径が1.5mm以下であることを特徴と
する成形加工用Al−Mg−Si系アルミニウム合金板
材。 - 【請求項2】 Al−Mg−Si系アルミニウム合金
が、さらにZn:0.005〜1.0%、Cu:0.0
05〜1.0%、Ti:0.001〜0.1%を含有す
ることを特徴とする請求項1に記載された成形加工用A
l−Mg−Si系アルミニウム合金板材。 - 【請求項3】 Al−Mg−Si系合金が、さらにB:
1〜300ppm、Be:0.1〜100ppmを含有
することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載され
た成形加工用Al−Mg−Si系アルミニウム合金板
材。 - 【請求項4】 Si:0.2〜1.8%、Mg:0.2
〜1.6%、Zn:0.005〜1.0%、Cu:0.
005〜1.0%、Ti:0.001〜0.1%、B:
1〜300ppm、Be:0.1〜100ppmを含有
し、さらにMn:1.0%以下、Cr:0.3%以下、
Zr:0.15%以下、V:0.15%以下のうちより
1種又は2種以上を合計で0.01〜1.5%以下含有
し、残部Al及び不可避不純物からなり、圧延方向に伸
張したマクロ結晶粒を有するAl−Mg−Si系アルミ
ニウム合金板材において、圧延直角方向に測定したマク
ロ結晶粒の粒径が1.5mm以下であることを特徴とす
る成形加工用Al−Mg−Si系アルミニウム合金板
材。 - 【請求項5】 ミクロ結晶粒の粒径が45μm以下であ
ることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載され
た成形加工用Al−Mg−Si系アルミニウム合金板
材。 - 【請求項6】 熱間圧延後、中間焼鈍を行うことなく冷
間圧延を受けたAl−Mg−Si系アルミニウム合金板
材であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記
載された成形加工用Al−Mg−Si系アルミニウム合
金板材。 - 【請求項7】 請求項1〜4のいずれかに記載された成
分組成からなるAl−Mg−Si系アルミニウム合金の
押出又は抽伸板材であって、押出方向又は引抜方向に伸
張したマクロ結晶粒を有し、押出又は引抜方向に対し直
角方向に測定したマクロ結晶粒の粒径が1.5mm以下
であることを特徴とする成形加工用Al−Mg−Si系
アルミニウム合金板材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28790697A JP4186240B2 (ja) | 1997-10-03 | 1997-10-03 | 成形加工用Al−Mg−Si系アルミニウム合金板材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28790697A JP4186240B2 (ja) | 1997-10-03 | 1997-10-03 | 成形加工用Al−Mg−Si系アルミニウム合金板材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11106856A true JPH11106856A (ja) | 1999-04-20 |
JP4186240B2 JP4186240B2 (ja) | 2008-11-26 |
Family
ID=17723263
Family Applications (1)
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JP28790697A Expired - Lifetime JP4186240B2 (ja) | 1997-10-03 | 1997-10-03 | 成形加工用Al−Mg−Si系アルミニウム合金板材 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP4186240B2 (ja) |
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