(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板を、フランジを有する多角形断面の閉断面形状にプレス成形する方法であって、
金属板の端部に対し閉断面接合用の一対のフランジを予成形すると共に、一方のフランジ先端部にヘミング用の曲げ形状部を予成形する予成形工程と、
上記予成形工程後の金属板を、横断面が上記多角形断面に沿った形状のパンチと、一対のダイとによって上記閉断面形状に曲げ成形する閉断面化工程と、
上記閉断面化工程後に、上記曲げ形状部を折り曲げてヘミング加工を行い閉断面の開口部を止めるヘミング加工工程と、を有し、
上記閉断面化工程は、
上記パンチ側面を形成する多角形の面の一つに、上記金属板をパッドで押し付けて仮固定した状態で、上記パンチ位置に対し上記金属板を仮固定した上記パンチ側面の面より外側に待機する上記一対のダイを、当該一対のダイが上記パンチを挟んで対向する位置まで、上記パンチ側に相対移動させて、上記金属板に第１の曲げ成形を行う第１の工程と、
上記第１の工程後に、一対のダイを上記パンチに向けて移動させて第２の曲げ成形を行う第２の工程と、を備え、  
上記閉断面化工程において、上記パンチの位置が固定され、一対のダイ側が移動することで、上記第１の工程及び第２の工程が行われることを特徴とする閉断面形状部品のプレス成形方法。
【請求項２】
上記パンチは、下端部又は上端部の一方が固定されていると共に他方が開放されていて、上記閉断面形状に成形された閉断面形状部品を、上記パンチの開放されている側の端部に向けて移動させることで上記パンチから取り出すことを特徴とする請求項１に記載した閉断面形状部品のプレス成形方法。
【請求項３】
上記請求項１又は請求項２に記載した閉断面形状部品のプレス成形方法で多角形断面の閉断面形状の部品を製造することを特徴とする閉断面形状部品の製造方法。
【請求項４】
金属板を、フランジを有する多角形断面の閉断面形状にプレス成形するプレス装置であって、
金属板の端部に対し閉断面接合用の一対のフランジを予成形すると同時に、一方のフランジ先端部にヘミング用の曲げ形状部にプレス成形する予成形用の金型と、
下端部又は上端部の一方が固定され横断面が上記多角形断面に沿った形状のパンチと、
上記パンチ側面を形成する多角形の面の一つに上記金属板を押し付けるパッドと、
上記パンチ位置に対し上記金属板を仮固定した上記パンチ側面の面よりも外側で待機する一対のダイと、
上記一対のダイを、当該一対のダイが上記固定されたパンチを挟んで対向する位置まで、上記パンチ側に相対移動させ、更に、上記一対のダイを上記パンチに向けて移動させて、上記金属板を上記閉断面形状に曲げ成形するためのダイ移動機構と、を有することを特徴とするプレス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板を、フランジを有する多角形断面の閉断面形状部品にプレス成形する技術に関し、金属板から、フランジを有する多角形断面の閉断面形状部品を製造するのに好適な技術である。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車車体の軽量化と衝突安全性向上を目的として、車体構造部品への超ハイテン材の適用が進んでいる。剛性が高い超ハイテン材を適用することにより板厚をゲージダウンができ、車体軽量化が行われる。しかし、板厚のゲージダウンに伴い、車体剛性の低下が課題となる。そこで、車体剛性を確保するために、自動車部品に閉断面構造が適用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、金属板を閉構造部材に対応した断面形状を有する有端状の中間部品に加工する予備成形工程と、中間部品における一対の接合端部を互いに近接させると共に、プレス成形型に形成された一対のプレス成形面のうち、他方のプレス成形面における一方のプレス成形面側の縁端部に形成された凹状のフランジ加工部を一方の接合端部に突き当てる閉込み工程と、金属板における一対の接合端部の外側部分を所定形状にプレス成形する接合プレス工程と、を有する。
【０００４】
特許文献２では、第１工程で折り曲げ支点となる屈曲部を形成した後に、第２工程で折り曲げ支点となる屈曲部で曲がるように曲げ成形を実施することで閉断面形状部品の成形を行う技術が開示されている。さらに、閉断面化溶接装置を用いることで、開口部端面を位置決めした後、もう一方の端面を位置決めした開口部端面へ押し当てて溶接する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−７５９４６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４７２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のプレス成形方法では、金属板をパンチ上面に配置し、さらに成形後にパンチの取り外しを必要としており、閉断面形状に成形するためには、全部で３工程を実施する必要がある。
また、特許文献２に記載のプレス成形方法では、精度良く溶接することが可能になるが、高度な溶接精度が要求される。また、フランジが閉断面形状の場合には溶接を行うことが難しい。
【０００７】
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、少ない工程数でフランジを有する閉断面形状の構造部品に成形でき、且つパンチの取り外し不要とすることも可能なプレス成形技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
課題を解決するために、本発明の一態様は、金属板を、フランジを有する多角形断面の閉断面形状にプレス成形する方法であって、
金属板の端部に対し閉断面接合用の一対のフランジを予成形すると共に、一方のフランジ先端部にヘミング用の曲げ形状部を予成形する予成形工程と、上記予成形工程後の金属板を、横断面が上記多角形断面に沿った形状のパンチと、一対のダイとによって上記閉断面形状に曲げ成形する閉断面化工程と、上記閉断面化工程後に、上記曲げ形状部を折り曲げてヘミング加工を行い閉断面の開口部を止めるヘミング加工工程と、を有し、
上記閉断面化工程は、
上記パンチ側面を形成する多角形の面の一つに、上記金属板をパッドで押し付けて仮固定した状態で、上記パンチ位置に対し上記金属板を仮固定した上記パンチ側面の面より外側に待機する上記一対のダイを、当該一対のダイが上記パンチを挟んで対向する位置まで、上記パンチ側に相対移動させて、上記金属板に第１の曲げ成形を行う第１の工程と、上記第１の工程後に、一対のダイを上記パンチに向けて移動させて第２の曲げ成形を行う第２の工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の態様によれば、多角形形状のパンチに対し一対のダイを２方向に移動させることで、少ないプレス工程数によって、フランジを有する多角形断面の閉断面形状部品を得ることができる。この結果、生産コストの低減および生産の高効率化に繋がる。
また、プレス成形後、例えば一対のダイを待機位置に戻すことで、パンチを外すことなく、成形品（閉断面形状部品）を取り出すことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る六角形閉断面形状モデルを示す図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る成形工程を示す図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係る予成形工程を説明する図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係る閉断面化工程のプレス装置の配置を示す平面でみた概念図である。
【図５】本発明に基づく実施形態に係る第１のカム機構（平行動作用）を説明する概念図である。
【図６】本発明に基づく実施形態に係る第２のカム機構（プレス成形動作用）を説明する概念図である。
【図７】本発明に基づく実施形態に係る閉断面化工程を説明するための概略図である。
【図８】比較例の工法における予成形工程の概略図である。
【図９】比較例の工法における下面成形工程の概略図である。
【図１０】比較例の工法における閉断面化工程の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
ここで、本実施形態では、金属板１０（ブランク材）を、図１に示すような、六角形閉断面形状の閉断面形状部品にプレスで製造する場合を例に挙げて説明する。なお、図１の例では、フランジ（一対の接合端部１０ａ、１０ｂ）を省略した形状モデルの図で示している。また成形する閉断面形状部品の多角形形状は六角形形状に限定されない。また多角形形状は正多角形形状である必要も無く、また各面に剛性向上などのための凹凸等による補剛部が付与された面形状であっても構わない。
【００１２】
本実施形態のプレス成形による製造方法は、図２に示すように、予成形工程１Ａ、閉断面化工程１Ｂ、ヘミング加工工程１Ｃ及び成形品取出し工程１Ｄを有し、この工程の順番に処理が実施される。
＜予成形工程１Ａ＞
予成形工程１Ａは、金属板１０の端部に対し、閉断面接合用の一対のフランジ１０ａ、１０ｂ（以下、接合端部とも呼ぶ）を予成形すると共に一方のフランジ先端部にヘミング用の曲げ形状部１０ｃを予成形するプレス工程である。図１に示すような閉断面形状への成形であれば、金属板１０の長手方向端部が接合端部１０ａ、１０ｂとなる。
【００１３】
本実施形態の予成形工程１Ａは、図３に示すように、金属板１０の長手方向の各端部（接合端部１０ａ、１０ｂ）を曲げ加工する一対の予成形用の金型を使用してプレス成形される。
具体的には、金属板１０を、予成形用の金型（上型１１と下型１２）でプレスすることで、金属板１０の長手方向の一端部側がＬ形状に折り曲げられて、金属板１０の一方の端部に一方の接合端部１０ａが形成される。同時に、金属板１０の長手方向の他端部側も、更にＬ形状に折り曲げられて他方の接合端部１０ｂが形成されると共に、その他方の先端部に曲げ成形が施されて、ヘミング加工用の曲げ形状部１０ｃが形成される。
【００１４】
＜閉断面化工程１Ｂ＞
閉断面化工程１Ｂは、予成形工程１Ａで、一対のフランジ（接合端部１０ａ、１０ｂ）と曲げ形状部１０ｃとが成形された金属板１０を、横断面が閉断面形状部品の多角形断面に沿った六角形形状のパンチ２０と、一対のダイ２２とによって上記閉断面形状の閉断面部品に曲げ成形するプレス工程である。
【００１５】
＜閉断面化工程１Ｂ用のプレス装置＞
閉断面化工程１Ｂを行うプレス装置は、図４に示すように、パンチ２０、パッド２１、一対のダイ２２、及びダイ移動機構２４を備える。
パンチ２０の横断面は、閉断面形状部品の六角形形状に沿った形状となっている。すなわちパンチ２０（中子）は、図４に示すように、パンチ２０の側面が六面から構成される。ここで、パンチ２０の六面のうち、図４で左方向を向く面を第１押さえ面２０Ａと呼ぶ。
【００１６】
パンチ２０は、図５に示すように、下端面が床面に固定されると共に上端部が開放された状態に設定されている。
パッド２１は、パンチ２０の第１押さえ面２０Ａに対向する位置（図４ではパンチ２０の右側位置）に配置され、シリンダ装置２５によって第１押さえ面２０Ａに対し進退可能に配置されている。そして、パッド２１は、第１押さえ面２０Ａに金属板１０を押し付けて当該第１押さえ面２０Ａに金属板１０を仮固定することが可能となっている。
【００１７】
一対のダイ２２は、パンチ２０の位置に対し金属板１０を仮固定したパンチ２０の側面の面（第１押さえ面２０Ａ）よりも外側で待機する（図４、図５の位置）。この位置をダイ待機位置と呼ぶ。  
ダイ待機位置の一対のダイ２２は、図４に示すように、進退するパッド２１を挟んで対向配置していて、仮に一対のダイ２２を接近させると、左右の二面を除き、成形品に沿った多角形形状に沿った空間形状となるように形成された加工面２２Ａを有する。
【００１８】
ここで、一対のダイ２２の基本位置としては、上記のダイ待機位置（図５の位置）の他、パンチ２０を挟んで対向する閉断面化開始位置を有する（後述の図６、図７（ｂ）の位置）。
一対のダイ２２の基本動作としては、ダイ待機位置から閉断面化開始位置への横方向への平行動作（図７（ａ）から図７（ｂ）への動作）と、閉断面化開始位置から一対のダイ２２が接近するプレス成形動作（図７（ｂ）から図７（ｃ）への動作）とを有する。ここでプレス成形動作は、平行動作に直交、若しくは略直交する方向に横移動する接近動作である。
【００１９】
上記の基本動作のうち、平行動作およびプレス成形動作は、ダイ移動機構２４で実施される。ダイ移動機構２４は、カム機構の組合せで構成される。カム機構は、図５及び図６に示すように、プレス装置の上側可動部２８が下降するに伴い、カムドライバ２４Ａ及びカムドライバ２４Ｂが時間差を有して下降することで、一対のダイ２２が、平行動作及びプレス成形動作を行う。また、２つのカムドライバ２４Ａ、２４Ｂが上方に移動することで、スライドした一対のダイ２２がダイ待機位置に復帰するように設定されている。
【００２０】
すなわち、ダイ移動機構２４は、図５に示す第１のカム機構と図６に示す第２のカム機構とを有する
第１のカム機構は、図５に示すように、カムドライバ２４Ａと、ダイ２２に形成された第１カム面２２ａとを備える。そして、第１のカム機構の作動によって、カムドライバ２４Ａが下降するに伴い、一対のダイ２２は、ダイ待機位置から閉断面化開始位置への横方向への平行動作が行われる。これによって第１の工程が実施される。
【００２１】
第２のカム機構は、図６に示すように、カムドライバ２４Ｂと、ダイ２２に形成された第１カム面２２ｂとを備える。そして、第２のカム機構は、第１のカム機構の作動によって一対のダイ２２が閉断面化開始位置へ移動するのに同期して作動開始し、その第２のカム機構の作動によって、カムドライバ２４Ｂが下降するに伴い、一対のダイ２２は、閉断面化開始位置から一対のダイ２２が接近する、すなわち一対のダイ２２は、パンチ２０に向けて移動する。これによって、金属板１０を挟んでパンチ２０側面に当接して第２の工程が実施される。ここで、例えば、カムドライバ２４Ｂの高さをカムドライバ２４Ａの高さよりも低く設定する事で、カムドライバ２４Ｂの下降開始を遅らせることが出来る。
【００２２】
閉断面化工程１Ｂは、金属板１０に第１の曲げ成形を行う第１の工程と、第１の曲げ成形状態の金属板１０に第２の曲げ成形を施す第２の工程とを備える。
第１の工程は、図７（ａ）のように、パンチ２０側面のうち第１押さえ面２０Ａにパッド２１で押し付けられて仮固定された金属板１０よりも外側で待機する一対のダイ２２を、図７（ｂ）に示すように、当該一対のダイ２２が上記パンチ２０を挟んで対向する閉断面化開始位置まで、パンチ２０側に相対移動させることで、金属板１０の長手方向両側がパンチ２０側に押されて第１の曲げ成形が行われる。
第２の工程は、第１の工程後に、図７（ｃ）のように、一対のダイ２２をパンチ２０に向けて移動させて、金属板１０を閉断面形状にプレス成形することで、第２の曲げ成形が実施されて閉断面形状に成形される。
【００２３】
＜ヘミング加工工程１Ｃ＞
上記のように、閉断面化工程１Ｂによって金属板１０が一対のダイ２２によってパンチ２０に押し付けられることで、金属板１０は、閉断面形状に成形される。その状態では、パンチ２０と一対のダイ２２とによって、金属板１０はその閉断面形状に保持された状態となっていることから、予成形工程１Ａで形成された一対の接合端部１０ａ、１０ｂ（一対のフランジ）が面で当接若しくは近接した状態となっている。このとき、一方の接合端部１０ａ、１０ｂの先端部に形成した曲げ形状部１０ｃが、他方の接合端部１０ｂ側にＬ字に折れ曲がった状態に配置されている（図７（ｃ）参照）。
【００２４】
この状態からヘミング加工工程１Ｃが作動する。ヘミング加工工程１Ｃは、ヘミングプレス用の溝部２６ａを有するヘミングプレス装置２６を作動させて、溝部２６ａでＬ曲げ状態の曲げ形状部１０ｃを、他方の接合端部１０ｂ側に曲げ込むヘミング加工を行うことで（図７（ｄ）参照）、一対の接合端部１０ａ、１０ｂを接合する処理を行う。これによって、閉断面構造の成形品が形成（製造）される。なお、ヘミング加工で接合した一対の接合端部１０ａ、１０ｂを閉断面の面に当接するまで曲げ込む工程を有しても良い。
【００２５】
＜成形品取出し工程１Ｄ＞
成形品取出し工程１Ｄは、ヘミング加工工程１Ｃが終了すると作動する。成形品取出し工程１Ｄは、一対のダイ２２をダイ待機位置まで後退させると共に、パッド２１やヘミングプレス装置２６も後退させる。その後、パンチ２０側面全周に位置する成形品を、不図示の引き抜き装置にて上方に引き抜くことで、当該パンチ２０から成形品を取り出す。
【００２６】
＜動作その他＞
本実施形態においては、予成形工程１Ａにおいて、予成形用の金型によって、金属板１０をプレス成形して、金属板１０の端部に、フランジとヘミング加工用の曲げ形成部を形成する。その後、閉断面化工程１Ｂが実施される。
まず、金属板１０の長手方向中央部位置を、パッド２１で、パンチ２０の第１押さえ面２０Ａに仮押さえする。このとき、金属板１０は、一対のダイ２２の対向方向に沿った方向に長手方向を向けて配置しておく。この状態では、金属板１０の長手方向左右両側に、ダイ待機位置に存在する各ダイ２２が対向配置している。
【００２７】
次に、第１の工程として、一対のダイ２２を、ダイ待機位置から閉断面化開始位置へ横移動する。この移動によって、金属板１０は、長手方向中央部を中心にして、長手方向両側がそれぞれ、パンチ２０側に曲げられ且つパンチ２０とダイ２２の加工面２２Ａとの間に位置する。これによって第１の曲げ成形が行われる。
次に、第２の工程として、一対のダイ２２を、閉断面化開始位置からパンチ２０に向けて移動させることで、パンチ２０とダイ２２とによって、第１の曲げ成形状態の金属板１０がプレス成形されて、目的の六角形形状の閉断面形状に曲げ成形される。これによって、第２の曲げ成形が行われる。
【００２８】
次に、ヘミング加工工程１Ｃが実施されて、フランジからなる一対の接合端部１０ａ、１０ｂがヘミング加工によって接合する。これによって金属板１０は六角形断面の閉断面部品からなる成形品が製造される。
次に、一対のダイ２２等を後退させて、外側からの成形品の拘束を解除した後に、不図示の引き抜き装置によって、成形品を、パンチ２０の上方に引き抜いて取り出す。これによって、パンチ２０を取り外すこと無く、成形品を取り出すことが出来る。
【００２９】
以上のように、本実施形態においては、多角形形状のパンチ２０に対し一対のダイ２２を直交する２方向に、具体的にはＬ字状に水平移動させるという少ないプレス工程数によって、フランジを有する多角形断面の閉断面形状部品を得ることができる。この結果、生産コストの低減および生産の高効率化に繋がる。
更に、プレス成形後、例えば一対のダイ２２をダイ待機位置に戻すなどによって、パンチ２０を外すことなく、成形品（閉断面形状部品）をパンチ２０から取り出すことも可能となる。このようにパンチ２０を取り外すことなくパンチ２０上面から成形品を抜き取ることができる結果、工程数および製造コストの低減が可能となる。
【００３０】
ここで、通常、パンチ２０の上方にプレス装置の上側可動部２８などの機器が存在する。このため、パンチ２０上面から成形品を抜き取る際に、成形品が高すぎると成形品をプレス装置内から取り外すことが難しくなる。このため、成形品を取り出す際のプレス装置の各機器の取り合いにおいて、パンチ２０の固定面（パンチ２０の下面）と、パンチ２０上面から、該パンチ２０上方に位置するプレス装置の部品までの距離をＳとすると、パンチ２０側面に配置する金属板１０の最大高さ（本実施形態では、金属板１０の幅）をＳ／２以下に設定する。
【００３１】
また、パンチ２０は上端部側を固定し、下端部側を開放した状態としても良い。この場合には、成形品は下方に引き抜くことで取り出されることになる。
また、上記説明ではパンチ２０を定位置に固定しておき、一対のダイ２２をダイ待機位置から横方向に移動させることで、第１の曲げ成形（第１の工程）を実施しているが、これに限定されない。例えば、パンチ２０を、初期の定位置から、ダイ待機位置で待機している一対のダイ２２の間へ移動させることで、第１の曲げ成形（第１の工程）を実施するようにしても良い。この場合には、一対のダイ２２によるプレス成形のための基本プレス動作は、ダイ待機位置から、当該一対のダイ２２を接近するプレス成形動作だけとなる。但し、パンチ２０を往復移動させる機構を別途具備する必要がある。
【実施例１】
【００３２】
本発明に係るプレス成形方法による作用効果を確認するため、有限要素法（ＦＥＭ）によるプレス成形解析を行ったので、その結果について以下に説明する。
当該プレス成形解析は、図１に示すように、閉断面形状を六角形閉断面形状として実施した。六角形閉断面形状の閉断面形状部品は図１に示すように、成形品における多角形形状の一辺あたりの長さをそれぞれ１００ｍｍに設定し、六角形形状の各角部のコーナーＲを８ｍｍとし、その角度を１２０°に設定した。
また金属板１０を鋼板とし、その鋼種として５９０ＭＰａ級材として設定した。また、板厚は１．４ｍｍとした。
実施例では、上記実施形態で説明した工程の成形方法で、六角形閉断面形状の閉断面形状部品にプレス成形することをシミュレートした。
【００３３】
＜比較例の工程＞
比較例の工程では、図８〜図１０に示す比較の工法によって六角形閉断面形状に成形した。比較例の工法では、まず図８に示すように、金属板１０を第１工程で上型５０と下型５１によって予成形を実施して、接合端部と曲げ形状部を形成した。次に、第２工程で、図９のように、上型５２および下型５３により予成形した金属板１０を挟み、六角形形状の下面を成形する。次に、第３工程で、図１０のように、軸を左右に向けたパンチ５４の下部と支持パッド５５とで、第２工程で成形した金属板１０の六角形下面を仮固定した状態で、パンチ５４に金属板１０を押圧カム５６で押圧することで、閉断面形状の側面を成形して、金属板１０を閉断面形状とした。
【００３４】
その後、上側からヘミングプレス装置２６によって一対のフランジからなる接合端部１０ａ、１０ｂをヘミング加工で接合した（図１０（ｃ）参照）。
この比較例の成形方法では六角形閉断面部品のプレス成形に３工程が必要である。更に、成形品を抜く際には、パンチ５４を取り外してから行うため、生産効率が低下する。なお、パンチ５４を取り外す必要は、比較例の工程では、パンチ５４の両端部を固定してプレス成形する必要があるからである。
【００３５】
＜本発明に基づく工程の評価＞
一方、本発明に基づく工程では、２工程で六角形閉断面部品の成形が可能になる。さらにヘミングプレス装置２６、ダイ２２、パッド２１を後退させることにより、パンチ２０を取り外すことなくパンチ２０上面から成形品を抜き取ることが可能となる。
以上のように、比較例の成形方法と比較して、本発明による成形方法では、成形した多角形閉断面部品の取り出しを、パンチを取り外すことなく、しかも少ないプレス工程で多角形閉断面部品に成形することが可能になる。この結果、本発明では、生産コストの低減および生産の高効率化に繋がる。
【符号の説明】
【００３６】
１Ａ   予成形工程
１Ｂ   閉断面化工程
１Ｃ   ヘミング加工工程
１Ｄ   成形品取出し工程
１０   金属板
１０ａ 接合端部（フランジ）
１０ｂ 接合端部（フランジ）
１０ｃ 曲げ形状部
１１   上型
１２   下型
２０   パンチ
２０Ａ 第１押さえ面
２１   パッド
２２   ダイ
２２ａ、２２ｂ  カム面
２２Ａ 加工面
２４   ダイ移動機構
２４Ａ、２４Ｂ  カムドライバ
２６   ヘミングプレス装置
【図１】
0006504102.tif 000002
【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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