(57)【要約】【課題】寸法精度の高い成形品を金型の構造が複雑にならず、コストも高価にならないハイドロフォームの金型構造で成形することを目的とする。【解決手段】金型１は上金型２と下金型３の上下に分割され、それらの合わせ面６ａの内側には、キャビティー７を構成する凹部８，９が形成されている。下金型３の合わせ面６ａには、凹部９の両側にポケットを形成し上下調整シム１０を配設している。上下金型２，３を重ね合わせたときには、上下調整シム１０の厚さ分だけキャビティーの高さ寸法の調整ができる。上下金型２，３のキャビティー７の左右両側部には、一対の調整スリット１２が上下方向に形成されている。これらの調整スリット１２にはシムが挿入されキャビティー７の幅方向の寸法調整ができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型とを有する金型を備えたハイドロフォームの金型構造において、前記金型内部におけるキャビティーの上下方向の寸法を調整する調節機構を、前記金型の上型と下型の合わせ面に設けたことを特徴とするハイドロフォームの金型構造。
【請求項２】
前記調節機構は、前記金型の合わせ面に配置したシムを該合わせ面で挟着し、厚さの異なるシムを交換して前記金型の合わせ面からの前記シムの突出量を変化させることにより上型と下型の隙間を変化させ、前記金型のキャビティーの上下方向の寸法を調節したことを特徴とする請求項１に記載のハイドロフォームの金型構造。
【請求項３】
前記金型の合わせ面に凹部を形成し、該凹部に前記シムを配置することにより、前記金型にシムを固定したことを特徴とする請求項２に記載のハイドロフォームの金型構造。
【請求項４】
前記金型の合わせ面からの前記シムの突出量αを０ｍｍ＜α≦０．５ｍｍとしたことを特徴とする請求項２に記載のハイドロフォームの金型構造。
【請求項５】
前記シムを前記金型のキャビティーの両側に設け、片側のシムが単数または複数からなり、該片側のシムの合計長さは、前記金型の寸法調整必要範囲長さの５０％以上としたことを特徴とする請求項２に記載のハイドロフォームの金型構造。
【請求項６】
上型と下型とを有する金型を備えたハイドロフォームの金型構造において、前記金型内部におけるキャビティーの前後又は左右方向の寸法を調節する調節機構を、前記金型の分割面に設けたことを特徴とするハイドロフォームの金型構造。
【請求項７】
前記調節機構は前記金型の分割面から金型のキャビティー前後又は側面に沿って延在させたスリットと、該スリットに挿入してスリット幅を変えるシムを備え、厚さの異なるシムを交換することにより、前記金型のキャビティーの前後又は左右方向の寸法を調節するようにしたことを特徴とする請求項６に記載のハイドロフォームの金型構造。
【請求項８】
前記スリットの長さは、該スリットが延在する方向に対する前記金型の寸法調整必要範囲長さの１００〜１３０％であることを特徴とする請求項７に記載のハイドロフォームの金型構造。
【請求項９】
前記スリットの延在方向にかつ金型の合わせ面に対応して存在するキャビティーの中心線に対する垂線方向の面と、スリットの底部の線を結ぶ面とが成す角度θが２２．５°≦θ≦４５°であることを特徴とする請求項７に記載のハイドロフォームの金型構造。
【請求項１０】
前記スリットの幅は、前記シムの厚みを引いた寸法βが、０．１ｍｍ≦β≦０．６ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載のハイドロフォームの金型構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイドロフォームの金型構造に関し、詳しくは金型を変更することなく成形品の外径寸法の微調整が可能となり、成形品の寸法精度が要求される成形品の成形に適するハイドロフォームの金型構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイドロフォームの金型は、通常、長寿命化を目的として表面処理や熱処理などが行われる。それらの処理は比較的高温で行われるため、金型は熱影響による歪みを生じ、結果的に処理前と処理後では寸法が変化してしまう。そのため、歪み量を予測して処理前の金型寸法を変更しておくことも行われるが、正確にその値を予測することは難しい。結果的には、寸法精度を要求される部品の成形は非常に難しい。
【０００３】
また、内径寸法が決められている部品も存在するが、内径の寸法制御は外径の場合より遥かに難しい。外形寸法は、部品の外側が金型で拘束されていることから金型寸法とほぼ同等の精度が得られるが、内径寸法は、拡管率による減肉量、成形条件による減肉及び増肉量など不確定な要素が多く、精度の向上は非常に難しい。成形条件は、寸法への影響も大きいが形状や成形不良など他の部品性能にも同時に影響を与えるものであり、全てを満足する条件が存在する保証はない。更に、同一金型中において２カ所以上の部分で寸法精度を要求される場合や材料ロットによる寸法のバラツキもあり、困難な状況は数多く存在する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３０４６７４号公報　（要約、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、目的の精度が得られない場合は、金型の修正や作り直しが主に行われていた。しかし、材料ロットによるバラツキなどは対応することが困難であった。特開平６−３０５６７４号公報（特許文献１参照）に金型内壁に空間を設け、内部のガス量を変化させることにより、金型の内壁にバランス圧力をかけ、寸法精度を向上させる技術があるが、構造が複雑となり、金型内部の圧力とバランス圧力の制御も複雑である。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、寸法精度の高い成形品を金型の構造が複雑にならず、コストも高価にならないで成形することができるハイドロフォームの金型構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のハイドロフォームの金型構造は、上型と下型とを有する金型を備えたハイドロフォームの金型構造において、前記金型内部におけるキャビティーの上下方向の寸法を調整する調節機構を、前記金型の上型と下型の合わせ面に設けた。
前記調節機構は、前記金型の合わせ面に配置したシムを該合わせ面で挟着し、厚さの異なるシムを交換して前記金型の合わせ面からの前記シムの突出量を変化させることにより上型と下型の隙間を変化させ、前記金型のキャビティーの上下方向の寸法を調節することができる。
前記シムは、前記金型の合わせ面に凹部を形成し、該凹部に前記シムを配置することにより、前記金型にシムを固定することができる。また、前記シムは、前記金型の合わせ面からの前記シムの突出量αを０ｍｍ＜α≦０．５ｍｍとすることができる。
さらに、前記シムを前記金型のキャビティーの両側に設け、片側のシムが単数または複数からなり、該片側のシムの合計長さは、前記金型の寸法調整必要範囲長さの５０％以上とするとよい。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の別のハイドロフォームの金型構造は、上型と下型とを有する金型を備えたハイドロフォームの金型構造において、前記金型内部におけるキャビティーの前後又は左右方向の寸法を調節する調節機構を、前記金型の分割面に設けた。
前記調節機構は、前記金型の分割面から金型のキャビティー前後又は側面に沿って延在させたスリットと、該スリットに挿入してスリット幅を変えるシムを備え、厚さの異なるシムを交換することにより、前記金型のキャビティーの前後又は左右方向の寸法を調節することができる。
前記スリットの長さは、該スリットが延在する方向に対する前記金型の寸法調整必要範囲長さの１００〜１３０％とすることができ、また前記スリットは、スリットの延在方向にかつ金型の合わせ面に対応して存在するキャビティーの中心線に対する垂線方向の面と、スリットの底部の線を結んだ面とが成す角度θが２２．５°≦θ≦４５°にするとより効果的である。
さらに前記スリットの幅は、前記シムの厚みを引いた寸法βが、０．１ｍｍ≦β≦０．６ｍｍとするとよい。
なお、本発明の金型の上下、前後、左右と、この金型で成形される成形品の上下、前後、左右とは一致するものではなく、金型に対して上下を調整するものであっても、成形品に対しては左右等を調整するようになることもある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるハイドロフオームの金型構造について、図面を参照しながら説明する。
本実施の形態のハイドロフォームの金型構造は、成形部品の外径または内径寸法の微調整が可能なハイドロフォーム金型構造であり、調整は、金型１の上下方向と左右方向のそれぞれに調整機構を設けることで行う。以下、この調整機構について説明する。
図１の（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係わるハイドロフォームの金型構造を採用している金型であり、（ａ）はその側面から見た断面図であり、（ｂ）は平面図である。
図１の（ａ）に示すように、矩形の金型１は上金型２と下金型３の上下に分割され、上金型２は、そのほぼ外周面に配設されている上金型ホルダー４に保持され、下金型３は、そのほぼ外周面に配設されている下金型ホルダー５に保持されている。
【００１０】
上金型２と下金型３の水平方向に延在する分割面６が設けられ、分割面６にはその内側にさらに合わせ面６ａが設けられ、それらの内側にキャビティー７を構成する凹部８，９が形成されている。なお、本実施の形態では、キャビティー７を円断面とし、凹部８，９をそれぞれ半円形としたが、キャビティー７の形状はこれに限定するものではない。
下金型３の合わせ面６ａには、凹部９（又はキャビティー７）を間に挟むようにして、凹部９の側部に上下調整シム１０が配設されている。上下調整シム１０は、本実施の形態では、凹部９の左右側部に合計４個設けられ、片側には２個宛設けられている。図２に示すように、上下調整シム１０は、下方側に底部を有するポケット１１内に装着して固定し、ポケット１１内から上下調整シム１０の上面を突出させている。よって、上下金型２，３を重ね合わせたときには、実質的に上金型２の合わせ面６ａと上下調整シム１０とが当接することになる。このように、上下方向の調整機構は、上下調整シム１０、上下金型の合わせ面６ａに設けたシム固定機構、例えば上下調整シム１０を入れるポケット１１から構成される。
【００１１】
上下金型２，３で形成されるキャビティー７の左右両側部には、一対のスリット１２を平行に形成している。上金型２の各々の調整スリット１２の深さ方向は、分割面６から上方に向けて形成し、長さ方向はキャビティー７の側部に沿って延在させている。下金型３の各々の調整スリット１２の深さ方向は、分割面６から下方に向けて形成し、長さ方向はキャビティー７の側部に沿って延在させている。これらの調整スリット１２の内部には、図３の（ａ）に示すように、シム１３が挿入される。
【００１２】
次に、ハイドロフォームの金型構造の調整方法について説明する。
図１に示すように、調整方法は、上下方向が合わせ面６ａに設置する上下調整シム１０、左右方向が金型１内のキャビティー（成形が行われる部分）７外に設置した調整スリット１２に挿入する幅調整シム１３によりそれぞれ行う。全周に渡って調整を行う場合は、上下左右を組み合わせて行い、一部分のみの場合はどちらか必要な側だけでも構わない。調整は、寸法を増加させることしかできないため、最初の金型寸法は公差の下限値またはそれ以下を狙い値として設計する必要がある。
【００１３】
上下方向の寸法調整は、設置した上下調整シム１０により上下金型の隙間を変更することで行う。シム固定機構は、シムが移動または脱落しなければ良く、条件を満たすものであれば、その方式は限定されない。ポケット１１の深さは、上下調整シム１０の厚さとの組み合わせで決定すれば良く、上下調整シム１０が金型合わせ面６ａより必要な高さだけはみ出すように設定すればよい。上下方向に調整できる範囲は、０〜０．５ｍｍである。０．５ｍｍ以上の調整を行おうとした場合、材料パイプが成形時の内圧で金型の合わせ面からはみ出してしまい、外バリの原因となってしまう。
【００１４】
図４に示すように、上下調整シム１０の長さａ＋ｂは、被成形物の調整したい部分Ａに対して５０％以上の長さが必要である。上下調整シム１０は分割したが、一体であっても構わない。一体の場合は、全体の長さが必要な条件ａ＋ｂ≧０．５Ａを満たせばよい。ただ、設置する場所は、できるだけ調整部分Ａに対して均等に配置されることが望ましい。
上下調整シム１０の横幅は、型締めの際に合わせ面の隙間を保てることを条件にすると５〜２０ｍｍ程度で十分である。上下調整シム１０は、型締めで変形することがなければ良く、材質はその条件を満たすものであれば使用できる。そのため、金属製であれば良く、入手しやすい鉄材が最適である。また、上下調整シム１０は、調整が容易になるようにできるだけ着脱が容易であることが望ましい。
【００１５】
金型１の左右方向の寸法調整は、金型分割面６側でキャビティー７より外側に設置された調整スリット１２に挿入する幅調整シム１３より行う。上下左右同時に調整を行う場合、合わせ面６ａには上下方向の調整を行うシムを設置するため、左右調整スリット１２は、合わせ面より外側に設置することが望ましい。ハイドロフォームは、通常、内圧が１００ＭＰａ程度で成形が行われるため、キャビティー７の外に設置した調整スリットは、その圧力により変形する。その変形量を幅調整シム１３で調整することで寸法調整が可能となる。
【００１６】
図５に示すように、調整スリット１２は調整部分Ａと平行になるように形成し、長さが調整部分Ａの１００〜１３０％の範囲、すなわち１≦ｃ／Ａ≦１．３が条件式となる。調整スリット１２は左右一対で対称形が望ましく、長さの範囲の条件を満たす場合でも、調整スリット１２の分割は不可である。分割したり１００％より短い場合は、調整できる範囲が減少し、調整したい範囲の全てにおいて寸法調整することができない。また、１３０％より長くしても、効果に変化はなく、かえって金型の強度を低下させることになるため、必要以上に調整スリット１２を長くすることは意味がない。
【００１７】
調整スリット１２の深さの条件は、図６に示すように、金型のキャビティー７の中心から２２．５°と４５°の線を放射状に引き、調整スリット１２の底部が両者の間になるような範囲が望ましい。調整スリット１２の幅は、そこに挿入する幅調整シム１３の幅で調整する。調整できる範囲は、０．１〜０．６ｍｍである。調整範囲を必要以上に増やすことは、調整時に金型１に大きな負荷を与えることになるため、好ましくない。調整スリットの形状は、加工性から合わせ分割面６（又は合わせ面６ａ）に対して垂直が望ましいが、図３の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、深さの条件を満たせば様々な形状が可能である。すなわち、図３の（ｂ）に示すように、スリット１２ａを傾斜させてもよく、図３の（ｃ）に示すように、スリット１２ｂを曲線状にしてもよい。但し、この場合は、幅調整シム１３の断面も曲線状にする。また、スリット１２長さの延在方向を直線にしたが、これについても曲線状にしてもよい。
調整スリット１２の形状は、平行または底部の奥の方を少し広くした方が望ましい。幅調整シム１３の材質は、上下調整シム１０と同様に金属製であれば良く、鉄製が最適である。幅調整シム１３は、調整スリット１２のほぼ全体に充填できれば分割してもよい。
【００１８】
［実施例］
図１に示すような金型１を用いて成形を行った。材料パイプはφ３８．１で、拡管部の外径はφ４２．０である。拡管部の長さは、１００ｍｍである。上下調整シム１０は、２分割でそれぞれの長さ３０ｍｍ、幅１０ｍｍ（左右で合計４枚、長さａ＋ｂの合計は全長Ａの６０％に相当）とし、中央部に２０ｍｍの間隔を空けて設置した。上下調整シムの調整幅設定は、０、０．４、０．８ｍｍのとし、０の他に２種類とした。また、シムの長さを半分にして同じ場所に設置した場合（長さａ＋ｂの合計は全長Ａの３０％に相当）についても比較を行った。
【００１９】
左右調整スリット１２は、キャビティー７の外側から４０ｍｍの位置に設置し、長さ１１０ｍｍ（調整部分Ａに対して１１０％）、深さ３５．５ｍｍ（金型１のキャビティー７の中心から３０゜）とした。幅調整シム１３による調整幅設定は、上下方向と同様に０、０．４、０．８ｍｍとし、０の他に２種類とした。また、長さを８０ｍｍ（調整部分Ａに対して８０％）にした場合と深さを１７．８ｍｍ（金型キャビティー中心から１５°）とした場合についても比較を行った。左右の調整は、幅調整シム１３を入れるため、若干の余裕が必要となるので、０ｍｍ設定が本来できないが０．１ｍｍ設定で０ｍｍになるように設定している。成形品は、上下調整シム１０の中央と金型の中央の２点で上下方向の直径を測定した。表１に示した寸法測定結果は、成形品の上下方向と左右方向の平均値である。
調整幅設定は、上下方向と左右方向を同じ設定値とした。これは、寸法変更後も真円を保つような設定である。
【００２０】
【表１】
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注）
直径１：上下調整シムの中央
直径２：金型中央
調整幅設定は、上下と左右を同じ設定にして成形した。直径は、上下方向と左右方向の平均値である。
カッコ内はそれぞれ下記の内容を示している。
上下シムの長さ：拡管部分に対するシム長さの割合
左右のシムの長さ：拡管部分に対するスリット長さの割合
左右シムのスリット深さ：金型キャビティー中心とスリット先端を結ぶ線が金型割面となす角度
スリットの幅：１ｍｍ、シム厚０．２〜０．９ｍｍまで変化
【００２１】
上表より、▲１▼〜▲３▼は全ての条件を満足する場合であり、他は条件を満足できない項目を含んでいる。▲１▼〜▲３▼は、調整後の寸法が狙い値通りの値（直径１、直径２共に使用したシムとほぼ同じだけ寸法が増加している）となった。
また、条件を満たさない場合に現れる現象について説明する。
▲４▼▲５▼上下調整シム１０の長さが足りない場合は、上下調整シム１０が存在しない金型中央部の寸法が減少する。
▲６▼▲７▼幅調整シム１３の長さが足りない場合は、金型の外側に向かうに従って寸法が減少するので、上下調整シム１０の中央において若干寸法の減少が見られる。
▲８▼▲９▼幅調整シム１３の調整スリット１２の深さが足りない場合は、全ての位置において寸法が減少する。
また、調整幅が大きい場合（▲３▼、▲５▼、▲７▼、▲９▼）は外バリが発生（成形形状不良）すると共に調整後の寸法も若干減少する傾向が見られた。
【００２２】
上記結果から、上下調整シム１０の長さが調整部分Ａの長さに対して５０％以上の場合に狙い通りの寸法調整が行えることが分かる。また、幅調整シム１３の調整スリット１２長さｃが調整したい部分の１００〜１３０％で、調整スリット１２深さが金型キャビティー中心とスリット先端を結んだ線が金型１の合わせ面６ａとなす角度で２２．５〜４５°を満たす場合に、狙い通りの寸法調整が行えることが分かる。４５°を越える部分の調整は上下調整シム１０が担う。２２．５°以上ないと調整したい部分を十分変形させることができない。
寸法調整は、上下左右同時に行うことも可能であるが、独立してどちらか一方の調整も可能である。どの調整を行うかは、必要に応じて選択すればよい。片方のみの寸法調整の場合は、もう片方の調整機構を金型が持つ必要はない。
上記表１には示してないが、左右調整スリット１２を途中で分割した場合は分割した部分で径が小さくなり、分割することが好ましくないことが分かった。
【００２３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明の技術的思想に基いて種々の変形及び変更が可能である。
金型構造は、二輪、四輪を始め様々な部品の成形に適用が可能であり、その適用分野は限定されない。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１のハイドロフォームの金型構造は、上型と下型とを有する金型を備えたハイドロフォームの金型構造において、前記金型内部におけるキャビティーの上下方向の寸法を調整する調節機構を、前記金型の上型と下型の合わせ面に設けたので、金型を変更することなく成形品の上下方向の寸法調整が可能になる。
本発明の請求項２のハイドロフォームの金型構造は、前記調節機構は、前記金型の合わせ面に配置したシムを該合わせ面で挟着し、厚さの異なるシムを交換して前記金型の合わせ面からの前記シムの突出量を変化させることにより上型と下型の隙間を変化させ、前記金型のキャビティーの上下方向の寸法を調節したので、異なる寸法のシムを交換するだけの簡易な方法及び操作で上下方向の寸法調整が可能になり、シムの厚さに応じた寸法調整が可能になる。
本発明の請求項３のハイドロフォームの金型構造は、前記金型の合わせ面に凹部を形成し、該凹部に前記シムを配置することにより、前記金型にシムを固定した。よって、金型の合わせ面に凹部を形成することのみの簡易な方法でシムの固定が可能となり、また、凹部にシムを挿入するだけなので、シムの着脱及び厚さ調整が容易となる。
本発明の請求項４のハイドロフォームの金型構造は、前記金型の合わせ面からの前記シムの突出量αを０ｍｍ＜α≦０．５ｍｍとしたので、シムを配設したことにより、上型と下型の隙間から材料が流出することがなく、成形品の外面にバリが発生することが防止される。
本発明の請求項５のハイドロフォームの金型構造は、前記シムを前記金型のキャビティーの両側に設け、片側のシムが単数または複数からなり、該片側のシムの合計長さは、前記金型の寸法調整必要範囲長さの５０％以上としたので、金型の寸法調整したい範囲の全域を確実に調整が可能である。
本発明の請求項６のハイドロフォームの金型構造は、上型と下型とを有する金型を備えたハイドロフォームの金型構造において、前記金型内部におけるキャビティーの前後又は左右方向の寸法を調節する調節機構を、前記金型の分割面に設けたので、金型を変更することなく、左右方向の寸法調整が可能になる。
本発明の請求項７のハイドロフォームの金型構造は、前記調節機構が前記金型の分割面から金型のキャビティー前後又は側面に沿って延在させたスリットと、該スリットに挿入してスリット幅を変えるシムを備え、厚さの異なるシムを交換することにより、前記金型のキャビティーの前後又は左右方向の寸法を調節するようにした。よって、金型がスリットにより弾性変形を生じ、厚さの異なるシムを交換するだけの簡易な方法及び操作で、シムの厚さに応じた前後左右方向の寸法調整が可能になる。
本発明の請求項８のハイドロフォームの金型構造は、前記スリットの長さは、該スリットが延在する方向に対する前記金型の寸法調整必要範囲長さの１００〜１３０％としたので、調整したい金型の全ての範囲において、金型の強度を低下させることなくキャビティーの寸法調整が可能となる。
本発明の請求項９のハイドロフォームの金型構造は、前記スリットの延在方向にかつ金型の合わせ面に対応して存在するキャビティーの中心線に対する垂線方向の面と、スリットの底部の線を結んだ面とが成す角度θが２２．５゜≦θ≦４５゜としたので、金型の強度を低下させることなく、キャビティーの寸法調整が可能になる。
本発明の請求項１０のハイドロフォームの金型構造は、前記スリットの幅は、前記シムの厚みを引いた寸法βが、０．１ｍｍ≦β≦０．６ｍｍとしたので、調整時に金型に大きな負担をかけることなく、調整が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態によるハイドロフォームの取付構造を採用している金型の縦断面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図２】図１の（ａ）の金型の下金型のポケット部の部分拡大図である。
【図３】（ａ）は、図１の（ａ）の下金型のスリット部の部分拡大図であり、（ｂ）はスリットを斜めに形成した変形例であり、（ｃ）はスリットを湾曲させて形成した他の変形例である。
【図４】図１の（ｂ）に示す金型の上下調整シム長さと成形品の調整部分の長さとの関係を示す平面図である。
【図５】図１の（ｂ）に示す金型のスリット長さと成形品の調整部分の長さとの関係を示す平面図である。
【図６】図１の（ｂ）に示す金型のスリットの深さと成形品の中心との関係からスリットの深さの適正範囲を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１　金型
２　上金型
３　下金型
４　上金型ホルダー
５　下金型ホルダー
６　分割面
６ａ　合わせ面
７　キャビティー
８，９凹部
１０　上下調整シム
１１　ポケット
１２　調整スリット
１３　幅調整シム
【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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