(57)【要約】【課題】セルフピアスリベットにより複数の被接合部材同士を接合する場合に、複数の被接合部材のうちリベット接合用金型に最も近い被接合部材である金型側被接合部材にひび割れが生じるのを抑制する。【解決手段】リベット接合用金型１が、軸方向の一側の端面が該金型１に最も近い被接合部材である金型側被接合部材に当接される柱状の金型本体部２を備え、金型本体部２における上記軸方向の上記一側の端面の外周縁部を除く部分に、キャビティ２０が形成され、該キャビティ２０の、上記軸方向から見て円形をなしたキャビティ底面２１において、上記セルフピアスリベットの脚部の内径と外径との平均の径を有しかつキャビティ底面２１と同心の仮想円上に、該仮想円の周方向に連続して延びる１つの粗面部４１、又は、上記周方向に断続的に配置された複数の粗面部４１が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被接合部材を重ね合わせた状態で、略筒状の脚部を有するセルフピアスリベットにより該複数の被接合部材同士を接合する際に、該複数の被接合部材における、上記セルフピアスリベットが打ち込まれる部分において、上記セルフピアスリベットの上記打ち込み側とは反対側に配置されるリベット接合用金型であって、
軸方向の一側の端面が上記金型に最も近い上記被接合部材である金型側被接合部材に当接される柱状の金型本体部を備え、
上記金型本体部における上記軸方向の上記一側の端面の外周縁部を除く部分に、上記セルフピアスリベットの打ち込みによる上記金型側被接合部材の上記軸方向の他側への膨出変形を許容すべく、上記端面から上記軸方向の上記他側に向かって凹んだ、上記軸方向から見て円形をなしたキャビティが形成され、
上記キャビティは、上記軸方向から見て円形をなしたキャビティ底面と、キャビティ側面とで構成され、
上記キャビティ底面において、上記セルフピアスリベットの脚部の内径と外径との平均の径を有しかつ上記キャビティ底面と同心の仮想円上に、該仮想円の周方向に連続して延びる１つの粗面部、又は、上記周方向に断続的に配置された複数の粗面部が設けられており、
上記粗面部は、上記キャビティ底面における該粗面部以外の部分及びキャビティ側面に比べて、表面粗さが粗くされた部分であることを特徴とするリベット接合用金型。
【請求項２】
請求項１記載のリベット接合用金型において、
上記粗面部は、上記キャビティ底面の上記仮想円上において上記軸方向の上記一側に突出した突出部の、上記軸方向と略直交する方向に平面状に広がる突出先端面に設けられていることを特徴とするリベット接合用金型。
【請求項３】
請求項１又は２記載のリベット接合用金型において、
上記粗面部は、１つであって、上記周方向の全体に亘って連続して延びていることを特徴とするリベット接合用金型。
【請求項４】
請求項１又は２記載のリベット接合用金型において、
上記粗面部は、複数設けられており、
上記複数の粗面部は、互いに上記周方向に等間隔をあけて断続的に配置されていることを特徴とするリベット接合用金型。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のリベット接合用金型において、
上記キャビティ側面は、上記軸方向の上記一側に向かって金型本体部の径方向の外側に傾斜していることを特徴とするリベット接合用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルフピアスリベットにより複数の被接合部材同士を接合する際に用いられるリベット接合用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の被接合部材を接合するためにセルフピアスリベットが用いられることがあり、該セルフピアスリベットによる接合の際にはリベット接合用金型が用いられている。
【０００３】
特許文献１に記載のリベット接合用金型では、セルフピアスリベットによる接合の際に、複数の被接合部材のうち金型に最も近い被接合部材である金型側被接合部材に当接する基部本体を備え、該基部本体には、セルフピアスリベットが打ち込まれることによる金型側被接合部材の膨出変形を許容する凹部（キャビティ）が形成され、該凹部の底面における中央領域に環状の隆起部が設けられている。
【０００４】
また、特許文献１に記載のリベット接合用金型では、セルフピアスリベットが打ち込まれる際に、金型側被接合部材が、上記隆起部よりも径方向の内側から該径方向の外側に向かって流出するのを該隆起部によって抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１５−５２９５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、セルフピアスリベットによる複数の被接合部材同士の接合を行う場合には、該複数の被接合部材における、セルフピアスリベットが打ち込まれる部分において、該セルフピアスリベットの上記打ち込み側とは反対側にリベット接合用金型を配置して、セルフピアスリベットを、リベット接合用金型に向かって、複数の被接合部材に打ち込む。
【０００７】
リベット接合用金型には、セルフピアスリベットの打ち込みによる、複数の被接合部材のうちリベット接合用金型に最も近い被接合部材（以下、金型側被接合部材という）の膨出変形を許容するべく凹んだキャビティが設けられているため、セルフピアスリベットが複数の被接合部材に打ち込まれると、上記金型側被接合部材はキャビティ内に向かって膨出変形する。そして、セルフピアスリベットの脚部が、上記金型側被接合部材以外の被接合部材を貫通するとともに、該金型側被接合部材に食い込むことで、上記複数の被接合部材が接合される。また、セルフピアスリベットの脚部が上記金型側被接合部材に食い込む際に、該脚部が拡径するように変形することで、上記複数の被接合部材が強固に接合される。
【０００８】
しかしながら、本願発明者らの検討によれば、セルフピアスリベットによって複数の被接合部材を接合するために、セルフピアスリベットを複数の被接合部材に打ち込んだ際に、上記金型側被接合部材にひび割れが生じることがあることが分かった。
【０００９】
この点について、本願発明者らがさらに検討を進めたところ、上記金型側被接合部材のひび割れは、以下のようにして生じることが判明した。すなわち、金型側被接合部材におけるセルフピアスリベットの脚部に対応する部分が、該セルフピアスリベットの脚部によってキャビティの径方向に局所的に変形し易い。しかし、金型側被接合部材における上記脚部に対応する部分及び該部分よりも径方向内側及び外側の部分が、キャビティの底面及び側面に当接した状態では、上記脚部に対応する部分よりも径方向内側及び外側の部分が殆ど変形できないので、金型側被接合部材における、特に上記脚部に対応する部分から該部分よりも径方向外側の部分にかけての部分に過剰に大きな力が作用して、該部分にひび割れが生じ易くなる。
【００１０】
特許文献１のようなリベット接合用金型では、環状の隆起部によって、セルフピアスリベットを打ち込む際の金型側被接合部材の流出を抑制して、セルフピアスリベットの打ち込み後に、金型側被接合部材におけるセルフピアスリベットが打ち込まれた部分の厚みを出来る限り厚くするようにしている。しかし、特許文献１のリベット接合用金型では、環状の隆起部によって、金型側被接合部材におけるセルフピアスリベットの脚部に対応する部分の、キャビティの径方向への変形を拘束し過ぎて、金型側被接合部材における、上記脚部に対応する部分から該部分よりも径方向内側の部分にかけての部分に過剰に大きな力が作用して、該部分にひび割れが生じ易くなる。
【００１１】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、セルフピアスリベットにより複数の被接合部材同士を接合する場合に、複数の被接合部材のうちリベット接合用金型に最も近い被接合部材である金型側被接合部材にひび割れが生じるのを抑制することができるリベット接合用金型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明では、複数の被接合部材を重ね合わせた状態で、略筒状の脚部を有するセルフピアスリベットにより該複数の被接合部材同士を接合する際に、該複数の被接合部材における、上記セルフピアスリベットが打ち込まれる部分において、上記セルフピアスリベットの上記打ち込み側とは反対側に配置されるリベット接合用金型を対象として、軸方向の一側の端面が上記金型に最も近い上記被接合部材である金型側被接合部材に当接される柱状の金型本体部を備え、上記金型本体部における上記軸方向の上記一側の端面の外周縁部を除く部分に、上記セルフピアスリベットの打ち込みによる上記金型側被接合部材の上記軸方向の他側への膨出変形を許容すべく、上記端面から上記軸方向の上記他側に向かって凹んだ、上記軸方向から見て円形をなしたキャビティが形成され、上記キャビティは、上記軸方向から見て円形をなしたキャビティ底面と、キャビティ側面とで構成され、上記キャビティ底面において、上記セルフピアスリベットの脚部の内径と外径との平均の径を有しかつ上記キャビティ底面と同心の仮想円上に、該仮想円の周方向に連続して延びる１つの粗面部、又は、上記周方向に断続的に配置された複数の粗面部が設けられており、上記粗面部は、上記キャビティ底面における該粗面部以外の部分及びキャビティ側面に比べて、表面粗さが粗くされた部分である、という構成とした。
【００１３】
上記の構成により、セルフピアスリベットにより複数の被接合部材同士を接合する場合に、キャビティ底面に設けられた粗面部によって、該金型側被接合部材にひび割れが生じるのを抑制することができる。
【００１４】
具体的には、金型本体部には、金型側被接合部材の、該金型本体部の軸方向のキャビティ底面側（上記他側）への膨出変形を許容すべく凹んだキャビティが設けられているため、上記複数の被接合部材を重ね合わせた状態で、セルフピアスリベットを、リベット接合用金型に向かって上記複数の被接合部材に打ち込むと、複数の被接合部材は、金型本体部のキャビティ内に向かって膨出するように変形する。このとき、金型側被接合部材における、セルフピアスリベットの脚部に対応する部分（以下、脚部対応部という）は、キャビティ底面の径方向（金型本体部の径方向でもある）に伸び変形される。また、金型側被接合部材における、上記脚部よりも上記径方向の内側の部分（以下、内側変形部という）は、上記径方向の外側に伸び変形される。一方、金型側被接合部材における、上記脚部よりも上記径方向の外側でかつキャビティ側面と金型本体部の上記軸方向の上記一側の端面との境界部分よりも上記径方向の内側の部分（以下、外側変形部という）は、キャビティ内に向かって曲げられて、基本的に上記軸方向のキャビティ底面側に伸び変形される。
【００１５】
やがて、脚部対応部及び内側変形部がキャビティ底面に当接する。これと略同じタイミングで、外側変形部が、キャビティ底面及びキャビティ側面に当接する。キャビティ底面における、セルフピアスリベットの脚部の内径と外径との平均の径を有しかつキャビティ底面と同心の仮想円上には粗面部が設けられているため、脚部対応部は上記粗面部に当接することになる。
【００１６】
金型側被接合部材の脚部対応部がキャビティ底面（粗面部）に当接した状態から、セルフピアスリベットをさらにリベット接合用金型に向かって打ち込むと、脚部対応部は、上記径方向（特に外側）により一層伸び変形しようとする。また、金型側被接合部材の外側変形部は、脚部対応部から上記径方向の外側に伸び変形しようとする力を受けて、上記径方向の外側に伸び変形しようとするが、キャビティ底面及びキャビティ側面に当接していて、基本的に変形することはできない。
【００１７】
そして、セルフピアスリベットをさらにリベット接合用金型に向かって打ち込むと、セルフピアスリベットの脚部は、金型側被接合部材以外の被接合部材を貫通する。その後、セルフピアスリベットをさらに打ち込むと、セルフピアスリベットの脚部は、リベット接合用金型からの反力により上記径方向の外側に拡径するように変形しながら、金型側被接合部材に食い込む。これにより、セルフピアスリベットによる複数の被接合部材同士の接合が完了する。
【００１８】
ここで、従来のようにキャビティ底面に粗面部が設けられていない場合、脚部対応部がキャビティ底面に当接した状態で上記径方向（特に外側）に変形しようとしても、上記のように外側変形部が殆ど変形することができないために、金型側被接合部材における脚部対応部から外側変形部にかけての部分に過剰に大きな力が作用して、該部分にひび割れが生じる場合がある。
【００１９】
これに対して、本発明のリベット接合用金型では、金型側被接合部材の脚部対応部が粗面部に当接することで、脚部対応部が、粗面部による抵抗により上記径方向に変形し難くなる。すなわち、脚部対応部が上記径方向に伸び変形しようとする力の一部を、キャビティ底面に適切に逃がすことができる。この結果、金型側被接合部材における脚部対応部から外側変形部にかけての部分に作用する力が減少する。したがって、セルフピアスリベットにより複数の被接合部材同士を接合する場合に、金型側被接合部材にひび割れが生じるのを抑制することができる。
【００２０】
上記リベット接合用金型において、上記粗面部は、上記キャビティ底面の上記仮想円上において上記軸方向の上記一側に突出した突出部の、上記軸方向と略直交する方向に平面状に広がる突出先端面に設けられている、ことが好ましい。
【００２１】
この構成によると、セルフピアスリベットをリベット接合用金型に向かって打ち込むと、最初に脚部対応部が突出部の突出先端面（粗面部）に当接する。このとき、内側変形部は、未だ、キャビティ底面に当接していないとともに、外側変形部は、未だ、キャビティ底面及びキャビティ側面に当接していない。この状態から、セルフピアスリベットをさらにリベット接合用金型に向かって打ち込むと、内側変形部がキャビティ底面に向かって膨出するように変形することができるとともに、外側変形部がキャビティ底面及びキャビティ側面に向かって膨出するように変形することができる。この結果、粗面部により脚部対応部の上記径方向の変形自体が少なくなることに加えて、脚部対応部が粗面部に当接した状態で上記径方向に変形したとしても、内側変形部及び外側変形部が変形することにより、金型側被接合部材における脚部対応部から外側変形部にかけての部分に作用する力は小さくなって、該部分にひび割れが生じるのを抑制することができる。したがって、金型側被接合部材にひび割れが生じるのをより一層確実に抑制することができる。
【００２２】
上記リベット接合用金型の一実施形態では、上記粗面部は、１つであって、上記周方向の全体に亘って連続して延びている。或いは、上記粗面部は、複数設けられており、上記複数の粗面部は、互いに上記周方向に等間隔をあけて断続的に配置されていてもよい。
【００２３】
これらの構成によると、金型側被接合部材の脚部対応部の全体、又は、周方向において略均等に粗面部に当接させるようにすることができるので、金型側被接合部材にひび割れが生じるのを効果的に抑制することができる。
【００２４】
上記リベット接合用金型において、上記キャビティ側面は、上記軸方向の上記一側に向かって金型本体部の径方向の外側に傾斜している、ことが好ましい。
【００２５】
このことにより、金型側被接合部材の外側変形部が、脚部対応部から上記径方向の外側に伸び変形しようとする力を受けたときに、キャビティ側面の傾斜に沿って、外側変形部が上記径方向の外側に変形し易くなる。したがって、金型側被接合部材における脚部対応部から外側変形部にかけての部分に作用する力を出来る限り減少させることができる。よって、金型側被接合部材にひび割れが生じるのをさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明のリベット接合用金型によると、キャビティ底面において、セルフピアスリベットの脚部の内径と外径との平均の径を有しかつ上記キャビティ底面と同心の仮想円上に、該仮想円の周方向に連続して延びる１つの粗面部、又は、上記周方向に断続的に配置された複数の粗面部が設けられていることにより、金型側被接合部材内に生じる力を減少させて、金型側被接合部材にひび割れが生じるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態１に係るリベット接合用金型を斜め上側から見た斜視図である。
【図２】上記リベット接合用金型を上側から見た平面図である。
【図３】図２のIII−III線で切断した、上記リベット接合用金型の金型本体部におけるキャビティ周辺の部分を拡大して示す拡大断面図である。
【図４】セルフピアスリベットの側面図である。
【図５】上記リベット接合用金型を用いて２つの被接合部材をセルフピアスリベットにより接合するために、上記リベット接合用金型、上記セルフピアスリベット及び上記２つの被接合部材を配置した状態を示す断面図である。
【図６】図５の状態から、上記セルフピアスリベットが上記リベット接合用金型に向かって打ち込まれた初期の状態を示す断面図である。
【図７】図６の状態から、上記セルフピアスリベットが上記リベット接合用金型に向かってさらに打ち込まれた状態（上記セルフピアスリベットがリベット側被接合部材を貫通する直前の状態）を示す断面図である。
【図８】上記セルフピアスリベットによる上記２つの被接合部材の接合が完了した状態を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態２に係るリベット接合用金型（金型本体部）を上側から見た平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線で切断した、実施形態２に係るリベット接合用金型の金型本体部におけるキャビティ周辺の部分を拡大して示す拡大断面図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係るリベット接合用金型（金型本体部）を上側から見た平面図である。
【図１２】図１１のＸII−ＸII線で切断した、実施形態３に係るリベット接合用金型の金型本体部におけるキャビティ周辺の部分を拡大して示す拡大断面図である。
【図１３】本発明の実施形態３に係るリベット接合用金型を用いて２つの被接合部材をセルフピアスリベットにより接合しているときの図７相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るリベット接合用金型１（以下、単に金型１という）を示す。この金型１は、セルフピアスリベット５０（図４参照。以下、ＳＰＲ５０という）により複数の板状の被接合部材６０（図５〜図８参照）同士を接合する際に用いられる金型である。
【００３０】
金型１は、例えば工具鋼で形成されていて、円柱状の金型本体部２と、該金型本体部２よりも径が小さい円柱状の金型シャンク部３とを備えている。金型本体部２と金型シャンク部３とは同軸となるように一体に形成されている。金型本体部２及び金型シャンク部３の径は、接合に用いられるＳＰＲ５０（図４参照）の大きさに応じた値に設定されている。尚、金型１は、使用状態では、金型本体部２が上側、金型シャンク部３が下側となるように配置されるため、以下の説明では、上記使用状態に合わせて、金型本体部２の軸方向における金型シャンク部３とは反対側を上側（軸方向の一側に相当）といい、金型シャンク部３側を下側（軸方向の他側に相当）という。
【００３１】
金型本体部２の上側の端面（つまり、軸方向の一側の端面）である上面１０は、図５〜図８に示すように、ＳＰＲ５０によって被接合部材６０同士を接合する際に、金型１に最も近い被接合部材６０である金型側被接合部材６１と当接する面である。上面１０と金型本体部２の周側面１１との間の角部には、図１及び図２に示すように、上面１０の外周縁全周に亘って、面取り部１２が形成されている。
【００３２】
図１及び図２に示すように、上面１０の一部、詳しくは、上面１０における外周縁部を除く部分には、上面１０から下側に凹んだキャビティ２０が形成されている。キャビティ２０は、図２に示すように、上記軸方向から見て円形をなしている。本実施形態では、キャビティ２０は、金型本体部２と同軸になるように形成されている。キャビティ２０の詳細な構成については後述する。
【００３３】
ＳＰＲ５０は、図４に示すように、リベット頭部５１と、該リベット頭部５１から連続して設けられた脚部５２とを有している。脚部５２は、リベット頭部５１よりも小さい径を有する円筒状をなしていて、筒軸方向（ＳＰＲ５０全体の中心軸方向と一致）におけるリベット頭部５１とは反対側が解放されている。脚部５２の上記筒軸方向の長さは、複数の被接合部材６０のトータルの厚みに応じて設定される。尚、脚部５２は、厳密に円筒状である必要はなく、例えば、上記筒軸方向から見てＣ字状をなした形状であってもよく、上記筒軸方向から見て２つのＵ字状のものが互いのＵ字開口が対向して配置されたような形状であってもよい。
【００３４】
ＳＰＲ５０は、該ＳＰＲ５０による複数の被接合部材６０の接合時に、脚部５２が金型側被接合部材６１以外の被接合部材６０を厚み方向に貫通しかつ金型側被接合部材６１に食い込むように、被接合部材６０よりも高い強度を有する材料で形成される。
【００３５】
脚部５２は、図４に示すように、一定の厚みで上記筒軸方向に延びる脚部基部５２ａと、該脚部基部５２ａにおけるリベット頭部５１とは反対側の端から、該リベット頭部５１とは反対側に向かうに連れて細くなる脚部先端部５２ｂとを有している。より具体的には、脚部先端部５２ｂの径方向の外側の部分が上記筒軸方向に沿って真っ直ぐに伸びる一方、脚部先端部５２ｂの径方向の内側の部分がリベット頭部５１とは反対側に向かうに連れて拡径するテーパー状になっており、リベット頭部５１とは反対側に向かって脚部先端部５２ｂの厚みが徐々に薄くなるようになっている。脚部５２が、上記のような形状をなしていることによって、ＳＰＲ５０を被接合部材６０に打ち込んだときには、脚部５２は該脚部５２の径方向の外側に向かって拡径するように変形し、該変形した脚部５２によって、被接合部材６０同士が強固に接合される。
【００３６】
ここで、実際にＳＰＲ５０によって複数の被接合部材６０同士を接合するときには、図５に示すように、複数（図５では、２つ）の被接合部材６０を重ね合わせた状態で、ＳＰＲ５０と金型１とが複数の被接合部材６０を挟んで対向するようにそれぞれ配置され、ＳＰＲ５０が、金型１に向かって、複数の被接合部材６０に打ち込まれる。このとき、複数の被接合部材６０は、キャビティ２０内に向かって膨出するように変形する。つまり、キャビティ２０は、複数の被接合部材６０におけるＳＰＲ５０が打ち込まれる部分の下側（つまり、軸方向の他側）への膨出変形を許容するキャビティである。
【００３７】
そして、ＳＰＲ５０による接合が完了した状態では、図８に示すように、ＳＰＲ５０の脚部基部５２ａが金型側被接合部材６１以外の被接合部材６０を厚み方向に貫通するとともに、ＳＰＲ５０の脚部先端部５２ｂが金型側被接合部材６１に食い込んだ状態となる。
【００３８】
従来のリベット接合用金型を用いてＳＰＲ５０により複数の被接合部材６０同士を接合すると、金型側被接合部材６１にひび割れが生じる可能性がある。特に、金型側被接合部材６１が、アルミニウムや、押し込み硬さがアルミニウムの押し込み硬さ以下である材料で構成されている場合には、ひび割れが生じる可能性が高くなる。金型側被接合部６１にひび割れが発生すると、該ひび割れの部分から被接合部材６０が腐食する可能性がある。このため、該ひび割れの発生を適切に防止する必要がある。
【００３９】
そこで、本実施形態では、金型１におけるキャビティ２０の構成に工夫を凝らすことで、金型側被接合部材６１のひび割れを防止するようにしている。以下、キャビティ２０の詳細な構成について説明する。
【００４０】
キャビティ２０は、図２及び図３に示すように、上記軸方向から見て円形のキャビティ底面２１と、キャビティ２０の径方向の側方の全周を覆うキャビティ側面３０とで構成されている。キャビティ底面２１の直径Ｄｉ２は、キャビティ２０の開口端における直径Ｄｉ１よりも小さい値に設定されている。尚、キャビティ底面２１の直径Ｄｉ２は、図３に示すように、キャビティ底面２１の後述する外側底面部２３の径方向の外側端における直径である。キャビティ２０の開口端における直径Ｄｉ１の定義については後述する。
【００４１】
キャビティ底面２１は、該キャビティ底面２１における他の部分に対して上側に突出した１つの突出部４０を有している。この突出部４０は、キャビティ底面２１において、ＳＰＲ５０の脚部５２の内径と外径との平均の径（（内径＋外径）／２）を有しかつキャビティ底面２１と同心の仮想円Ｃ上に設けられている。
【００４２】
突出部４０は、図２に示すように、上から見て、上記仮想円Ｃの周方向の全体に亘って連続して延びる円環状をなしている。キャビティ底面２１は、突出部４０と、突出部４０よりもキャビティ底面２１の径方向の内側に位置しかつ上記軸方向から見て円形をなした中央底面部２２と、突出部４０よりもキャビティ底面２１の径方向の外側に位置しかつ上記軸方向から見て円環状をなした外側底面部２３とで構成される。
【００４３】
中央底面部２２は、図２及び図３に示すように、上記軸方向と直交する方向（すなわち、水平方向）に広がる平面で形成されている。一方で、外側底面部２３は、周方向全体に亘って、キャビティ底面２１の径方向の中間部が、該径方向の両側端よりも下側に位置するように少し湾曲した湾曲部により形成されている。尚、外側底面部２３も、中央底面部２２と同じ平面で形成されていてもよい。
【００４４】
キャビティ側面３０は、図３に示すように、キャビティ底面２１（厳密には、外側底面部２３）の径方向の外側端の全周から、上側に向かって該径方向の外側に傾斜して延びている。より具体的には、キャビティ側面３０は、図３に示すように、キャビティ底面２１の径方向に沿って切断した断面において、上面１０に連続するような傾斜曲面をなした上側側面部３１と、外側底面部２３に連続するような傾斜曲面をなした下側側面部３２と、上側側面部３１の下側端と下側側面３２の上側端とを繋ぐように、上側に向かって上記径方向の外側に傾斜して延びる傾斜平面部３３とを有している。
【００４５】
上記突出部４０の突出先端面（上面（後述の粗面部４１））は、上記軸方向に直交する方向（つまり、水平方向）に広がりかつキャビティ底面２１の径方向に所定の幅Ｗを有する平面とされている。これにより、図３に示すように、突出部４０は、金型本体部２の径方向に沿って切断した断面おいて台形状をなす。突出部４０において、上記突出先端面よりも突出部４０の径方向の内側の部分は、該径方向の内側に向かって下側に傾斜した内側傾斜部４２となっており、上記突出先端面よりも突出部４０の径方向の外側の部分は、該径方向の外側に向かって下側に傾斜した外側傾斜部４３となっている。
【００４６】
内側傾斜部４２は、図３に示すように、金型本体部２の径方向に沿って切断した断面において、略Ｓ字状をなしている。より具体的には、内側傾斜部４２は、上記突出先端面に連続するような傾斜曲面をなした上側傾斜曲面部４２ａと、中央底面部２２に連続するような傾斜曲面をなした下側傾斜曲面部４２ｂと、上側傾斜曲面部４２ａの下側端と下側傾斜曲面部４２ｂの上側端とを繋ぐように、上側に向かって上記径方向の外側に傾斜して延びる傾斜平面部４２ｃとを有している。
【００４７】
外側傾斜部４３も、内側傾斜部４２と同様に、金型本体部２の径方向に沿って切断した断面において、略Ｓ字状をなしている。より具体的には、外側傾斜部４３は、上記突出先端面に連続するような傾斜曲面をなした上側傾斜曲面部４３ａと、中央底面部２２に連続するような傾斜曲面をなした下側傾斜曲面部４３ｂと、上側傾斜曲面部４３ａの下側端と下側傾斜曲面部４３ｂの上側端とを繋ぐように、直線的に上記軸方向に延びかつ上側に向かって上記径方向の内側に傾斜して延びる傾斜平面部４３ｃとを有している。
【００４８】
上記突出部４０の突出先端面（上面）の全周が、粗面部４１とされている。すなわち、粗面部４１は、キャビティ底面２１の仮想円Ｃ上において上側に突出した突出部４０の、上記軸方向と略直交する方向に平面状に広がる突出先端面に設けられていて、仮想円Ｃの周方向の全体に亘って連続して延びている。本実施形態では、金型本体部２を上から見て、キャビティ底面２１における仮想円Ｃ上（詳細には、突出部４０上）に、１つの円環状の粗面部４１が設けられていることになる。
【００４９】
粗面部４１は、キャビティ底面２１における該粗面部４１以外の部分（つまり、中央底面部２２、外側底面部２３、内側傾斜部４２及び外側傾斜部４３）及びキャビティ側面３０に比べて、表面粗さが粗くされた部分である。キャビティ底面２１における粗面部４１以外の部分及びキャビティ側面３０の表面粗さＲａは、通常、３．２μｍ程度であり、これに対して、粗面部４１の表面粗さＲａは、後述の如く粗面部４１により金型側被接合部材６１にひび割れが生じるのを抑制する観点から、６．３μｍ〜２５．０μｍであることが好ましい。
【００５０】
キャビティ２０は、切削加工の後に研摩加工することで、キャビティ２０の壁面部の表面粗さＲａが３．２μｍ程度となる。粗面部４１については、切削加工のまま研摩加工をしなければ、粗面部４１の表面粗さＲａを６．３μｍ以上にすることができる。但し、切削加工後の粗面部４１の表面粗さＲａは、６．３μｍに近い値であるので、その表面粗さＲａをさらに大きくするために、切削加工後の粗面部４１に、例えばサンドブラスト処理等のブラスト処理を施すことが好ましい。
【００５１】
尚、突出部４０の突出先端面の全周が粗面部４１である必要はなく、突出部４０の突出先端面の周方向の複数箇所（例えば、金型本体部２を上から見たときの、後述の実施形態２と同様の複数箇所）が、粗面部４１とされていてもよい。また、突出部４０は、上から見て、円環状である必要はなく、仮想円Ｃの周方向に連続して延びる、例えばＣ字状であってもよい。この場合も、この突出部４０の突出先端面の周方向の全体、又は、周方向の複数箇所に、粗面部４１を設ければよい。
【００５２】
突出部４０の突出先端面（粗面部４１）の上記所定の幅Ｗは、キャビティ２０の開口端における直径Ｄｉ１に対して、１０％以上の長さに設定されていることが好ましい。
【００５３】
具体的には、キャビティ２０の開口端における直径Ｄｉ１は、図３に示すように、キャビティ底面２１の中心（金型本体部２の中心と一致）を通りかつ上記軸方向に延びる平面で金型本体部２を切断した断面において、キャビティ底面２１の径方向の両側に位置するキャビティ側面３０の傾斜平面部３３に沿って上側に延ばした２つの直線Ｌ１と、上面１０に沿ってキャビティ底面２１の径方向に延ばした直線Ｌ２とがそれぞれ交わる２つ交点Ｐの間の長さで定義される。そして、上記所定の幅Ｗが、上記のように定義されたキャビティ２０の開口端における直径Ｄｉ１に対して１０％以上の長さに設定されていることが好ましい。
【００５４】
尚、上記キャビティ２０の開口端における直径Ｄｉ１は、ＳＰＲ５０の脚部５２の径に対応して決定されている。具体的には、ＳＰＲ５０の脚部５２が、複数の被接合部材６０のうち上記金型側被接合部材６１以外の被接合部材６０を貫通し易くかつ拡径するように変形し易いような適切な値に設定されている。
【００５５】
また、キャビティ２０の最も深い位置からの突出部４０の高さＨは、キャビティ２０の最も深い位置における該キャビティの深さＤに対して３０％よりも大きい値に設定されていることが好ましい。本実施形態では、外側底面部２３の最も下側に湾曲した部分での深さが中央底面部２２での深さと同じである。したがって、本実施形態では、中央底面部２２からの突出部４０の高さＨ（図３参照）が、中央底面部２２の位置におけるキャビティ２０の深さＤ（図３参照）に対して３０％よりも大きい値に設定されている。尚、中央底面部２２と外側底面部２３の最も下側に湾曲した部分とでキャビティ２０の深さが互いに異なっていてもよい。
【００５６】
次に、図５〜図８を参照しながら、本実施形態に係る金型１を用いて、ＳＰＲ５０によって複数（ここでは、２つ）の被接合部材６０を接合する際の、ＳＰＲ５０及び２つの被接合部材６０の動きについて説明する。以下の説明では、２つの被接合部材６０のうち接合作業時にＳＰＲ５０が配置される側の被接合部材をリベット側被接合部材６２という（金型側及びリベット側被接合部材６１，６２を区別する必要がないときは、単に、被接合部材６０という）。尚、ここでは、金型側被接合部材６１はアルミニウム板又はアルミニウム合金の板材であり、リベット側被接合部材６２は鋼板である。ＳＰＲ５０は、クロムモリブデン鋼で形成されたものである。また、詳細な記載を省略しているが、実際の接合作業は、一般的なリベット接合用装置を用いて行われる。
【００５７】
ＳＰＲ５０によって２つの被接合部材６０を接合する際には、先ず、図５に示すように、金型側被接合部材６１とリベット側被接合部材６２とを重ね合わせた状態で、金型側被接合部材６１と金型１の上面１０とが当接するように、両被接合部材６１，６２を配置する。次に、図５に示すように、ＳＰＲ５０を、両被接合部材６１，６２を挟んで金型１と対向するように配置する。つまり、金型１は、複数の被接合部材６０におけるＳＰＲ５０が打ち込まれる部分において、ＳＰＲ５０の打ち込み側とは反対側に配置された状態となる。このとき、図５に示すように、ＳＰＲ５０の中心軸がキャビティ底面２１の中心を通るとともに、ＳＰＲ５０の脚部５２に対応（対向）する位置に、金型１の突出部４０（粗面部４１）が位置するようになる。尚、実際には、上記リベット接合用装置に、金型１の位置を決めるガイド並びにＳＰＲ５０の配置及び進入方向を案内するガイドが設けられているため、各ガイドに従って金型１及びＳＰＲ５０を配置すれば、金型１及びＳＰＲ５０は、図５に示すような位置関係になるようになっている。
【００５８】
図５の状態から、ＳＰＲ５０を金型１に向かって打ち込むと、図６に示すように、両被接合部材６１，６２がキャビティ２０内に向かって膨出するように変形する。このとき、金型側被接合部材６１における脚部５２に対応する部分（以下、脚部対応部６１ａという）が、キャビティ底面２１の径方向に伸び変形される。また、金型側被接合部材６１における、脚部５２よりも上記径方向の内側の部分（以下、内側変形部６１ｃという）は、上記径方向の外側に伸び変形される。一方で、金型側被接合部材６１における、脚部５２よりも上記径方向の外側でかつキャビティ側面３０と上面１０との境界部分よりも上記径方向の内側の部分（以下、外側変形部６１ｂという）は、キャビティ２０内に向かって下側に曲げられて、基本的に上記軸方向のキャビティ底面２１側に伸び変形される。
【００５９】
図６の状態では、金型側被接合部材６１の脚部対応部６１ａが、キャビティ底面２１に形成された突出部４０の粗面部４１に当接している。一方、金型側被接合部材６１の内側変形部６１ｃは、中央底面部２２に当接していないとともに、外側変形部６１ｂは、外側底面部２３及びキャビティ側面３０に当接していない。つまり、金型側被接合部材６１の脚部対応部６１ａが突出部４０の粗面部４１に先当てされた状態となる。
【００６０】
図６の状態から、ＳＰＲ５０をさらに金型１に向かって打ち込むと、図７に示すように、リベット側被接合部材６２が、ＳＰＲ５０の脚部５２によって破断される。金型側被接合部材６１は、さらにキャビティ２０内に向かって膨出するように変形する。図６の状態からＳＰＲ５０の打ち込みが進行する過程で、金型側被接合部材６１における脚部対応部６１ａは、突出部４０の粗面部４１に当接しているために、キャビティ底面２１の径方向により一層伸び変形しようとする。一方、上記過程で、金型側被接合部材６１の外側変形部６１ｂ及び内側変形部６１ｃは、下側に変形することができ、内側変形部６１ｃは、その下側への変形により、中央底面部２２に当接する（図７参照）。図７では、外側変形部６１ｂは、外側底面部２３及びキャビティ側面３０に当接していない。尚、内側変形部６１ｃが中央底面部２２に当接するのタイミングと、外側変形部６１ｂが外側底面部２３及びキャビティ側面３０に当接するタイミングとが略同じになるように、中央底面部２２と外側底面部２３とでキャビティ２０の深さを調整するようにしてもよい。
【００６１】
図７の状態から、ＳＰＲ５０をさらに金型１に向かって打ち込むと、図８に示すように、ＳＰＲ５０の脚部５２は、金型１からの反力により上記径方向の外側に拡径するように変形しながら、金型側被接合部材６１に食い込む。図７の状態からＳＰＲ５０の打ち込みが進行する過程で、内側変形部６１ｃは下側へ変形することができないので、脚部対応部６１ａは、キャビティ底面２１の径方向の外側へ伸び変形しようとする。一方、その過程で、外側変形部６１ｂは下側へ変形することができ、外側変形部６１ｂは、その下側への変形により、外側底面部２３及びキャビティ側面３０に当接する（図８参照）。
【００６２】
図８に示すように、ＳＰＲ５０のリベット頭部５１が、リベット側被接合部材６２に食い込む程度にまでＳＰＲ５０が打ち込まれれば、ＳＰＲ５０による、リベット側被接合部材６２と金型側被接合部材６１との接合が完了する。
【００６３】
上述したように、本実施形態の金型１を用いれば、金型側被接合部材６１の脚部対応部６１ａが突出部４０の粗面部４１に先当てされた状態になり、この状態から、ＳＰＲ５０をさらに金型１に向かって打ち込むと、脚部対応部６１ａが粗面部４１に当接した状態でキャビティ底面２１の径方向に伸び変形しようとする。このとき、粗面部４１により、脚部対応部６１ａの該伸び変形が抑制される。この結果、金型側被接合部材６１における脚部対応部６１ａから外側変形部６１ｂにかけての部分に作用する力が減少する。しかも、脚部対応部６１ａが突出部４０の粗面部４１に当接したとき以降も、外側変形部６１ｂ及び内側変形部６１ｃが下側に変形することができるので、脚部対応部６１ａが突出部４０の粗面部４１に当接したのと略同じタイミングで、内側変形部６１ｃが中央底面部２２に当接しかつ外側変形部６１ｂが外側底面部２３及びキャビティ側面３０に当接した場合に比べて、上記力は減少する。したがって、金型側被接合部材６１における脚部対応部６１ａから外側変形部６１ｃにかけての部分にひび割れが生じるのを抑制することができる。
【００６４】
ここで、粗面部４１の上記所定の幅Ｗが狭すぎると、粗面部４１による脚部対応部６１ａの上記伸び変形の抑制効果が得られ難くなるので、上記のように、キャビティ２０の開口端における直径Ｄｉ１に対して、１０％以上の長さに設定されていることが好ましい。
【００６５】
また、キャビティ２０の最も深い位置からの突出部４０の高さＨが低すぎると、金型側被接合部材６１が粗面部４１に当接した以降直ぐに、内側変形部６１ｃが中央底面部２２に当接するとともに、外側変形部６１ｂが外側底面部２３及びキャビティ側面３０に当接することになるので、上記高さＨは、キャビティ２０の最も深い位置における該キャビティの深さＤに対して３０％よりも大きい値に設定されていることが好ましい。
【００６６】
また、本実施形態では、内側及び外側傾斜部４２，４３が、粗面部４１に連続するような上側傾斜曲面部４２ａ，４３ａを有しているため、金型側被接合部材６１にひび割れが生じるのをより適切に抑制することができる。すなわち、仮に、内側及び外側傾斜部４２，４３と粗面部４１との間のそれぞれの角部に尖ったエッジが形成されているとすると、金型側被接合部材６１が粗面部４０に当接した後、さらにＳＰＲ５０が金型１に向かって打ち込まれたときに、上記エッジが金型側被接合部材６１に食い込んで、このエッジの食い込みからひび割れが発生するおそれがある。本実施形態のように、内側及び外側傾斜部４２，４３に上側傾斜曲面部４２ａ．４３ａが形成されていれば、金型側被接合部材６１に上記エッジが食い込むことがないため、金型側被接合部材６１にひび割れが生じることがより適切に抑制される。
【００６７】
さらに、本実施形態では、キャビティ側面３０が、キャビティ底面２１（厳密には、外側底面部２３）の径方向の外側端から上側に向かって、該径方向の外側に傾斜するとともに、上面１０に連続する傾斜曲面部をなした上側側面部３１を有しているため、ＳＰＲ５０が金型１に向かって打ち込まれたときに、金型側被接合部材６１の外側変形部６１ｂの外側端部が過剰に曲げられることがない。これにより、金型側被接合部材６１の外側変形部６１ｂの外側端部におけるひび割れについても適切に抑制することができる。
【００６８】
また、外側変形部６１ｂが、脚部対応部６１ａからキャビティ底面２１の径方向の外側に伸び変形しようとする力を受けたときに、外側変形部６１ｂが外側底面部２３及びキャビティ側面３０に当接した状態にあっても、キャビティ側面３０の上記傾斜に沿って、外側変形部６１ｂが上記径方向の外側に変形し易くなる。したがって、金型側被接合部材６１における脚部対応部６１ａから外側変形部６１ｂにかけての部分に作用する力を出来る限り減少させることができる。
【００６９】
したがって、本実施形態では、キャビティ底面２１に設けられた粗面部４１によって、金型側被接合部材６１内に生じる力を減少させて、金型側被接合部材６１にひび割れが生じるのを抑制することができる。
【００７０】
（実施形態２）
図９及び図１０は、本発明の実施形態２に係る金型１の金型本体部２を示し（以下の各実施形態では、図２及び図３と同じ部分について同じ符号を付している）、キャビティ底面２１に形成された突出部４０の形状、突出部４０を除くキャビティ底面２１の形状、及び、突出部４０の突出先端面に位置する粗面部４１の形状が、上記実施形態１とは異なり、その他の構成は、上記実施形態１と同様である。
【００７１】
すなわち、本実施形態では、図９に示すように、複数（本実施形態では６つ）の突出部４０が、上記実施形態１で説明した仮想円Ｃ上において、該仮想円Ｃの周方向に断続的に配置されている。本実施形態では、複数の突出部４０が、互いに上記周方向に等間隔をあけて断続的に配置されているが、必ずしも互いに上記周方向に等間隔をあける必要はない。また、複数の突出部４０が、回転対称性を有するように配置されていなくてもよい。
【００７２】
本実施形態では、全ての突出部４０の突出先端面（上面）が粗面部４１とされている。これにより、複数（本実施形態では６つ）の粗面部４１も、仮想円Ｃ上において、該仮想円Ｃの周方向に断続的に配置されていることになる。また、複数の粗面部４１も、互いに上記周方向に等間隔をあけて断続的に配置されていることになる。尚、全ての突出部４０のうちの一部である複数の突出部４０の突出先端面が、粗面部４１とされていてもよい。
【００７３】
本実施形態においても、粗面部４１の表面粗さＲａは、上記実施形態１と同様に、６．３μｍ〜２５．０μｍであることが好ましい。
【００７４】
また、本実施形態では、図１０に示すように、キャビティ底面２１における突出部４０よりも、キャビティ底面２１の径方向の外側の部分（上記実施形態１の外側底面部２３に相当する部分）が、下側に湾曲しておらず平面になっている。この平面は、キャビティ底面２１における突出部４０よりも上記径方向の内側の部分（上記実施形態１の中央底面部２２に相当する部分）と同じ平面である。
【００７５】
本実施形態においても、上記実施形態１と同様に、ＳＰＲ５０が金型１に向かって複数の被接合部材６０に打ち込まれたときには、金型側被接合部材６１の脚部対応部６１ａが突出部４０の粗面部４１に先当てされることになり、この結果、上記実施形態１と同様に、金型側被接合部材６１にひび割れが生じるのを抑制することができる。
【００７６】
（実施形態３）
図１１及び図１２は、本発明の実施形態３に係る金型１の金型本体部２を示し、キャビティ底面２１に突出部４０を形成しないようにした点が、上記実施形態１及び２とは異なる。本実施形態では、突出部４０を除くキャビティ２０の形状は、上記実施形態２と同様である。
【００７７】
本実施形態では、キャビティ底面２１の全体が、水平方向に広がる平面とされている。そして、金型本体部２を上から見て、キャビティ底面２１における仮想円Ｃ上の、上記実施形態１の粗面部４１と同じ位置（図１１の２つの二点鎖線の円で囲まれた、斜線を施した部分、及び、図１２で太線で示す部分）に、円環状の粗面部４１が設けられている。尚、粗面部４１は、円環状に設けられている必要はなく、仮想円Ｃの周方向の複数箇所（例えば、金型本体部２を上から見たときの、上記実施形態２と同様の複数箇所）に、粗面部４１が設けられていてもよい。
【００７８】
本実施形態においても、粗面部４１の表面粗さＲａは、上記実施形態１と同様に、６．３μｍ〜２５．０μｍであることが好ましい。
【００７９】
本実施形態では、キャビティ底面２１に突出部４０が形成されていないので、上記実施形態１と同様にして、ＳＰＲ５０が金型１に向かって複数の被接合部材６０に打ち込まれたときにおいて、ＳＰＲ５０がリベット側被接合部材６２を貫通する前には、図１３に示すように、脚部対応部６１ａ及び内側変形部６１ｃがキャビティ底面２１に当接する。これと略同じタイミングで、外側変形部６１ｂが、キャビティ底面２１及びキャビティ側面３０に当接する。脚部対応部６１ａは粗面部４１に当接する。
【００８０】
金型側被接合部材６１の脚部対応部６１ａがキャビティ底面２１（粗面部４１）に当接した状態から、ＳＰＲ５０をさらに金型１に向かって打ち込むと、脚部対応部６１ａは、キャビティ底面２１の径方向（特に外側）に伸び変形しようとする。しかし、内側変形部６１ｃ及び外側変形部６１ｂは、基本的に変形できないので、脚部対応部６１ａも上記径方向に変形することができない。このため、キャビティ底面２１に粗面部４１が設けられていないとすると、金型側被接合部材６１における脚部対応部６１ａから外側変形部６１ｂにかけての部分に過剰に大きな力が作用して、該部分にひび割れが生じる場合がある。
【００８１】
これに対して、本実施形態では、脚部対応部６１ａが粗面部４１に当接することで、脚部対応部６１ａが、粗面部４１による抵抗により上記径方向に変形し難くなる。すなわち、脚部対応部６１ａが上記径方向に伸び変形しようとする力の一部を、キャビティ底面２１に適切に逃がすことができる。この結果、金型側被接合部材６１における脚部対応部６１ａから外側変形部６１ｂにかけての部分に作用する力が減少する。したがって、上記実施形態１及び２のような突出部４０がなくても、金型側被接合部材６１における脚部対応部６１ａから外側変形部６１ｂにかけての部分にひび割れが生じるのを抑制することができる。
【００８２】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【００８３】
例えば、上記実施形態１〜３では、ＳＰＲ５０により２つの被接合部材６０を接合する場合の例を示したが、ＳＰＲ５０により３つ以上の被接合部材６０を接合することも可能である。接合する複数の被接合部材６０の材料は同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。或いは、複数の被接合部材６０のうち少なくとも２つの被接合部材６０の材料が同じであって、他の被接合部材６０の材料と異なっていてもよい。接合する複数の被接合部材６０の中で、金型１に最も近い被接合部材６０は、押し込み硬さが最も低い材料の板材であることが好ましい。
【００８４】
また、上記実施形態１〜３では、金型本体部２は円柱状をなしていたが、これに限らず、金型本体部２の軸方向から見て円形のキャビティ２０を形成することができれば、角柱状であってもよい。
【００８５】
さらに、上記実施形態１及び２では、突出部４０の突出先端面（粗面部４１）が、金型本体部２の軸方向に直交する方向（水平方向）に広がる平面とされていたが、これに限らず、金型側側被接合部材６１にひび割れが生じることがなければ、突出部４０の突出先端面（粗面部４１）は、キャビティ底面２１の径方向の内側又は外側に向かって上側に僅かに傾斜する平面であってもよい。
【００８６】
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、セルフピアスリベットにより複数の被接合部材同士を接合する際に用いられるリベット接合用金型として有用である。
に有用である。
【符号の説明】
【００８８】
１      リベット接合用金型
２      金型本体部
１０    金型本体部の上面（金型本体部の軸方向の一側の端面）
２０    キャビティ
２１    キャビティ底面
３０    キャビティ側面
４０    突出部
４１    粗面部
５０    セルフピアスリベット
５２    脚部
６０    被接合部材
６１    金型側被接合部材
Ｃ      仮想円
【図１】
2018176237.tif 000003
【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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