(57)【要約】【課題】多角形状部付き筒状金具の外形が比較的小さな鍛造荷重で簡単容易に、かつ、金型への負担を抑えて長期の使用にも耐え得る多角形状部付き筒状金具の製造方法を提供をすること。【解決手段】まず、円柱状の素材Ａを鍛造することにより、素材Ａの両端部の中心部に軸方向内方に凹入する第１凹部Ｄ６と第２凹部Ｄ７を成形すると同時に、頭部Ｄ２と多角形状部Ｄ４と脚部Ｄ５を成形して、多角形状部付き筒状金具の外形を呈し、かつ、その両端部の中心部に第１凹部Ｄ６と第２凹部Ｄ７を有する中間鍛造品Ｄを成形する。次いで、中間鍛造品Ｄをさらに鍛造することにより、第１凹部Ｄ６と第２凹部Ｄ７とが貫通するように成形して、上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その中心部に軸方向に貫通する収容孔６，７，８が形成された最終成形品を形成する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の頭部と、頭部よりも大径の多角形状部と、筒状の脚部とを備え、その中心部に軸方向に貫通する収容孔が形成された多角形状部付き筒状金具の製造方法であって、まず、円柱状の素材を鍛造することにより、素材の両端部の中心部に軸方向内方に凹入する第１凹部と第２凹部を成形すると同時に、頭部と多角形状部と脚部を成形して、上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その両端部の中心部に第１凹部と第２凹部を有する中間鍛造品を成形し、次いで、上記中間鍛造品をさらに鍛造することにより、第１凹部と第２凹部とが貫通するように成形して、上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その中心部に軸方向に貫通する収容孔が形成された最終成形品を形成するようにしたことを特徴とする多角形状部付き筒状金具の製造方法。
【請求項２】
筒状の頭部と、頭部よりも大径の多角形状部と、筒状の脚部とを備え、その中心部に軸方向に貫通する収容孔が形成された多角形状部付き筒状金具の製造方法であって、第１工程にて、素材を据え込み成形することにより、両端が据え込み加工された円柱状の第１鍛造品を形成し、第２工程にて、第１鍛造品を据え込み成形することにより、一端中心部に軸方向内方へ凹入する第１凹部を有する頭部と他端中心部に軸方向内方に凹入する第２凹部を有する脚部とを備えた第２鍛造品を形成し、第３工程にて、第２鍛造品を据え込み成形することにより、素材の両端部の中心部に軸方向内方へさらに深く凹入する第１凹部と第２凹部を成形すると同時に、頭部と多角形状部と脚部を成形して、上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その両端部の中心部に深い第１凹部と第２凹部を有する第３鍛造品を形成し、第４工程にて、第３鍛造品を据え込み成形することにより、第１凹部の底部から連続して第２凹部側に延びる第３凹部を成形して、上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その中心部に軸方向に内方に凹入する第１、第３凹部と第２凹部を有する第４鍛造品を形成し、その後、最終工程にて、第４鍛造品を据え込み成形することにより、第１、３凹部と第２凹部とが貫通するように打ち抜き加工して、上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その中心部に軸方向に貫通する収容孔が形成された最終成形品を形成するようにしたことを特徴とする多角形状部付き筒状金具の製造方法。
【請求項３】
最終工程の前に第５工程が設けられ、第５工程にて、第４鍛造品を据え込み成形することにより、多角形状部の頭部側に環状の鍔部を成形して、多角形状部に鍔部を備えた上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その中心部に軸方向に内方に凹入する第１、第３凹部と第２凹部を有する第５鍛造品を形成したことを特徴とする請求項２に記載の多角形状部付き筒状金具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被収納物を収納する多角形状部付き筒状金具の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば自動車の内燃機関やボイラ等の各種燃焼機器の排気ガス中の被検出成分をガスセンサにて検出し、その検出した被検出成分濃度に応じて燃焼機器の燃焼効率を最適な状態に制御することが知られている。そして、この種のガスセンサでは、検出用の各種構成部材を内側に収容するボルト部付き筒状金具を備えている。
【０００３】
そのガスセンサの一種として知られている酸素センサの主体金具としては、例えば、後述する図１に示すように、図中上方から筒状の頭部、頭部よりも外側に突出して６角形状を呈するボルト部、筒状の脚部、小径脚部が設けられ、この金具の中心軸を通る軸方向には、同じく図中上方から、第１筒部、第１管部、第２管部が連通して形成されたものが知られている。なお、この主体金具の外表面には、対象物に取付けるためのねじ山等が形成されている。
【０００４】
このように形成された主体金具は、筒内に検出用り検出素子が収納され、例えば燃焼機器の排気管等の対象物に設けられた取付孔からこの検出素子の検出部を管内に突出させ、筒状金具のボルト部を所定の工具により締め付けることにより対象物に固定される。
【０００５】
そして、このような主体金具を製造する方法としては、金属素材を鍛造成形機を用いて鍛造することにより、主体金具の原型となる多角形状部付きの筒状金具を製造することが知られている。
具体的には、第１工程において、円柱状の素材を据え込み成形することにより、一端の角が丸みを帯びた弾丸状の第１鍛造品を形成し、第２工程において、第１鍛造品の丸みを帯びた側を押し出し成形することにより、丸みを帯びた側と反対側に円柱状の頭部と、丸みを帯びた側に頭部よりも小径の脚部とを有する第２鍛造品を形成し、第３工程において、第２鍛造品を据え込み加工することにより、頭部の脚部側外周を外側方向に突出させて、ボルト部が予備成形された状態の中間鍛造品を形成し、第４工程において、中間鍛造品を据え込み成形することにより、頭部を貫通するように穿設された第１孔部と、第１孔部の体積に略相当する分の素材をボルト部の予備成形部分に押し広げて完成されたフランジ部を有する第３鍛造品を形成し、第５工程において、第３鍛造品を据え込み加工することにより、脚部のフランジ部とは反対側の端部に連設される小径脚部と、第１孔部よりも小径の第２孔部を有する第４鍛造品を形成し、第６工程において、第４鍛造品を打ち抜き成形することにより、第１孔部及び第２孔部に連通し、小径脚部の端部まで貫通するように穿設された第３孔部を有する最終鍛造品を形成するようにしている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１１５４３号公報  （第２頁、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した製造方法によれば、第１から第３工程までの予備成形工程にて、筒状金具の外形を呈する中実の中間鍛造品を成形し、その後、第４から第６工程までの最終工程にて、中実の中間鍛造品をさらに鍛造して、その中心部に軸方向に貫通する第１孔部、第２孔部、第３孔部が穿設された最終鍛造品を形成するものであるから、筒状金具の外形を成形する第３工程の金型に他の金型に比べて大きな鍛造荷重が必要となる。そのため、第３工程の金型に大きな負担がかかり、長期の使用に耐えることができず、高価な金型を頻繁に交換しなければならないといった問題を有していた。
【０００８】
そこで、本発明は、最初の工程から素材の両端部に凹部を成形しながら多角形状部付き筒状金具の外形を同時に成形するようにして、その外形の成形が比較的小さな鍛造荷重で簡単容易に、かつ、金型への負担を抑えて長期の使用にも耐え得る多角形状部付き筒状金具の製造方法の提供を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、本願の請求項１に記載の発明は、筒状の頭部と、頭部よりも大径の多角形状部と、筒状の脚部とを備え、その中心部に軸方向に貫通する収容孔が形成された多角形状部付き筒状金具の製造方法であって、まず、円柱状の素材を鍛造することにより、素材の両端部の中心部に軸方向内方に凹入する第１凹部と第２凹部を成形すると同時に、頭部と多角形状部と脚部を成形して、上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その両端部の中心部に第１凹部と第２凹部を有する中間鍛造品を成形し、次いで、上記中間鍛造品をさらに鍛造することにより、第１凹部と第２凹部とが貫通するように成形して、上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その中心部に軸方向に貫通する収容孔が形成された最終成形品を形成するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
本願の請求項２に記載の発明は、筒状の頭部と、頭部よりも大径の多角形状部と、筒状の脚部とを備え、その中心部に軸方向に貫通する収容孔が形成された多角形状部付き筒状金具の製造方法であって、第１工程にて、素材を据え込み成形することにより、両端が据え込み加工された円柱状の第１鍛造品を形成し、第２工程にて、第１鍛造品を据え込み成形することにより、一端中心部に軸方向内方へ凹入する第１凹部を有する頭部と他端中心部に軸方向内方に凹入する第２凹部を有する脚部とを備えた第２鍛造品を形成し、第３工程にて、第２鍛造品を据え込み成形することにより、素材の両端部の中心部に軸方向内方へさらに深く凹入する第１凹部と第２凹部を成形すると同時に、頭部と多角形状部と脚部を成形して、上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その両端部の中心部に深い第１凹部と第２凹部を有する第３鍛造品を形成し、第４工程にて、第３鍛造品を据え込み成形することにより、第１凹部の底部から連続して第２凹部側に延びる第３凹部を成形して、上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その中心部に軸方向に内方に凹入する第１、第３凹部と第２凹部を有する第４鍛造品を形成し、その後、最終工程にて、第４鍛造品を据え込み成形することにより、第１、３凹部と第２凹部とが貫通するように打ち抜き加工して、上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その中心部に軸方向に貫通する収容孔が形成された最終成形品を形成するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
本願の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明に加えて、最終工程の前に第５工程が設けられ、第５工程にて、第４鍛造品を据え込み成形することにより、多角形状部の頭部側に環状の鍔部を成形して、多角形状部に鍔部を備えた上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その中心部に軸方向に内方に凹入する第１、第３凹部と第２凹部を有する第５鍛造品を形成したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１はガスセンサの一種である酸素センサに用いられる主体金具の製造方法について本発明を適用した。
【００１３】
図１は、主体金具を製作する際に用いる本発明で製造した多角形状部付き筒状体（以下最終鍛造品という。）を示し、この最終鍛造品１は、図１に示すように、図中上方から筒状の頭部２と、頭部２よりも大径の鍔部３と、鍔部３よりも小径で頭部２よりも大径な多角形状部（実施の形態では６角形状を呈する）４と、筒状の脚部５が設けられ、この最終鍛造品の中心軸を通る軸方向には、同じく図中上方から、第１孔部６、第２孔部７、第３孔部８が連通するように設けられており、この内第１孔部６は頭部２から鍔部３にかけて設けられ、第２孔部７は多角形状部４から脚部５にかけて設けられ、第３孔部は脚部５側に設けられている。なお、図示していないが、この最終鍛造品１の成形後、後工程として最終鍛造品１の外表面を適宜切削機械により例えばねじ山等を切削することにより、主体金具を製作することになる。また、第１孔部６、第２孔部７、第３孔部８により収容孔が構成される。
【００１４】
次に、上記最終鍛造品１を形成する工程について説明する。
図２は、鍛造品の成形手順を表す要部の縦断面図である。なお、図２〜図８において図中上下方向に延びる一点鎖線は鍛造品の中心軸を示しており、この中心軸を境にして左側は側面図を表し、右側は断面図を表している。また、点線は冷間鍛造機の構成部材を表している。
【００１５】
本発明の実施の形態にかかる冷間鍛造機１０では、それぞれ異なる金型を有する第１〜第６の鍛造ステーションを備えており、第１〜第６の鍛造ステーションにて順次素材Ａを冷間鍛造することにより、最終成形品１を一貫して形成することができる。
【００１６】
まず、棒状又は線状の金属素材を図２に示すように所定長さの円柱状に切断して切断素材Ａを形成する。
【００１７】
そして、図３に示すように、冷間鍛造機１０の第１鍛造ステーションでは、円筒状の型部１１ａを有するダイ１１が設けられている。ダイ２１には、型部１１ａの奥部に、型部１１ａ内に突出するノックアウトピン１２が挿入される。また、ダイ１１の上方には、型部１１ａの内径と同径の外径を有し、素材Ａを押圧するためのパンチ１３が上下動可能に配置される。
【００１８】
そして、第１工程では、ダイ１１の型部１１ａに素材Ａを挿入し、パンチ１３をダイ１側に移動させて素材Ａを押圧して据え込み成形することにより、円柱状の第１鍛造品Ｂが形成される。第１鍛造品Ｂは、成形後ノックアウトピン１２によりダイ１外に排出され、移送装置（図示せず）により第２工程に移送される。
【００１９】
次に、図４に示すように、第２鍛造ステーションでは、第１鍛造品Ｂの外径よりもやや大径の内径を有する筒状の型部２１ａを有するダイ２１が設けられている。また、ダイ２１には、型部２１ａの奥部に、型部２１ａ内に突出する成形ピン２２とストリッパ２３が設けられている。また、ダイ２１の上方には、型部２１ａの内径よりも小径の外径を有し、第１鍛造品を押圧するためのスリーブ２４付きパンチ２５が上下動可能に配置される。
【００２０】
そして、第２工程では、ダイ２１の型部２１ａに第１鍛造品Ｂを挿入し、パンチ２５をダイ２１側に移動させて第１鍛造品Ｂを押圧して据え込み成形することにより、一端に第１凹部Ｃ１を有する頭部Ｃ２と他端に第２凹部Ｃ３を有する脚部Ｃ４とを備えた第２鍛造品Ｃが形成される。第２鍛造品Ｃは、成形後ストリッパ２３によりダイ２１外に排出され、移送装置（図示せず）により第３工程に移送される。
【００２１】
次に、図５に示すように、第３鍛造ステーションでは、上から見た形状が図９に示すような多角形状（６角形状）の多角形状成形部３１ｂと、脚部Ｃ４が嵌合する脚保持部３１ｃとからなる型部３１ａを有するダイ３１が設けられている。また、型部３１ｃの奥部に、型部３１ａ内に突出する成形ピン３２とストリッパ３３が設けられている。また、ダイ３１の上方には、外形が多角形状成形部３１ｂの平面形状と同形で、内径が第２鍛造品Ｃの外径と略同径の筒状パンチ３４と、筒状パンチ３４内にスリーブ３５を介して設けられる小径で、前方に突出する中心パンチ３６とを備えたパンチ部材３７が上下動可能に配置される。
【００２２】
そして、第３工程では、パンチ部材３７をダイ３１側に移動させて第２鍛造品Ｃを押圧して塑性変形することにより、頭部Ｄ２と、頭部Ｄ２の下端部側に多角２の下端部側に多角形状部Ｄ４と、脚部Ｄ５とを有すると共に、頭部Ｄ２と多角形状部Ｄ４とにわたる第１凹部Ｄ６と、脚部Ｄ５に第２凹部Ｄ７とを形成した第３鍛造品Ｄが形成される。
【００２３】
ここで、中心パンチ３６で頭部Ｄ２に第１凹部Ｄ６を、また成形ピン３２で脚部Ｄ５に第２凹部Ｄ７を形成すると同時に、第２鍛造品Ｃの中間部に多角形状部Ｄ３を形成するようにしたから、つまり、両端に第１凹部Ｄ６と第２凹部Ｄ７を形成する際に、中間部側に圧縮される素材の流れと、径方向外方に押出される素材の流れとを有効に利用してダイ３１やパンチ３７などの金型部材に大きな鍛造荷重をかけることなく多角形状部Ｄ４を容易にかつ確実に形成することが可能となる。これにより、その外形の成形が比較的小さな鍛造荷重で簡単容易に行えながら、金型への負担を抑えて長期の使用にも耐えることができる。また、第３鍛造品Ｄは、成形後ストリッパ３３によりダイ３１外に排出され、移送装置（図示せず）により第４工程に移送される。
【００２４】
次に、図６に示すように、第４鍛造ステーションでは、多角形状保持部４１ｂと、脚保持部４１ｃとからなる型部４１ａを有するダイが設けられている。また、型部４１ａの奥部に、脚保持部４１ｃ内に突出する成形ピン４２とストリッパ４３が設けられている。また、ダイ４１の上方には、先端に第１凹部Ｄ６の径よりも小径の外径を有する小径パンチ部４４ａを有する段付きパンチ４４が上下動可能に配置される。
【００２５】
そして、第４工程では、パンチ４４をダイ４１側に移動させて第３鍛造品Ｄを押圧して据え込み成形することにより、図６に示すように、頭部Ｅ２と、頭部Ｅ２の下端部側に多角形状部Ｅ４と、脚部Ｅ５とを有し、かつ、頭部Ｅ２から多角形状部Ｅ４とにわたる第１凹部Ｅ６と、多角形状部Ｅ４に第１凹部Ｅ６に連通する第３凹部Ｅ８と、脚部Ｅ５に第２凹部Ｅ７とを形成した第４鍛造品Ｅが形成される。第４鍛造品Ｅは、成形後ストリッパ４３によりダイ４１外に排出され、移送装置（図示せず）により第５工程に移送される。
【００２６】
次に、図７に示すように、第５鍛造ステーションでは、多角形状保持部５１ｂと、脚保持部５１ｃとからなる型部５１ａを有するダイ５１が設けられている。型部５１ａの奥部に、脚保持部５１ｄ内に突出する成形ピン５２とストリッパ５３が設けられている。また、ダイ５１の上方には、頭部の外径と略同径の内径を有する筒状パンチ５４と、筒状パンチ５４内にスリーブ５５を介して設けられ、かつ第１凹部Ｅ６と第３凹部Ｅ８に嵌合される中心パンチ５６とを有するパンチ部材５７が上下動可能に配置される。
【００２７】
そして、第５工程では、パンチ部材５７をダイ５１側に移動させて中心パンチ５６を第１凹部Ｅ６と第３凹部Ｅ８とに符合するように嵌合させながら、筒状パンチ部５４で多角形状部Ｅ４を押圧することにより、図７に示すように多角形状部Ｆ４の頭部Ｆ２側に環状の鍔部Ｆ３を有し、かつ第１凹部Ｆ６および第３凹部Ｆ８と、第２凹部Ｆ７とを備えた第５鍛造品Ｆが形成される。第５鍛造品Ｆは、成形後ストリッパ５３によりダイ５１外に排出され、移送装置（図示せず）により第６工程に移送される。
【００２８】
次に、図８に示すように、最終鍛造ステーションでは、鍔保持部６１ｂと、多角形状保持部６１ｃと、脚保持部６１ｄとからなる型部６１ａを有するダイ６１が設けられている。また、型部６１ａの奥部で脚保持部６１ｄ内に配置されるストリッパ６２が設けられている。また、ダイ６１の上方には、第３凹部Ｆ８と同径の打ち抜きパンチ６３と、第１孔部Ｆ６と略同径の筒状ガイドパンチ６４とを有するパンチ部材６５が上下動可能に配置される。
【００２９】
そして、第６工程では、パンチ部材６５をダイ６１側に移動させて筒状ガイドパンチ６４を第１孔部Ｆ６に符合するように嵌合させながら、打ち抜きパンチ６３で第３凹部Ｆ８と第２凹部７との間を打ち抜くことにより、図１に示すような多角形状部４の頭部２側に環状の鍔部３を有し、かつ、第１孔部６、第２孔部７、第３孔部８が連通するように設けられた最終鍛造品１が形成される。なお、打ち抜かれた抜き屑は、ストリッパ６２内に落ち込み、排出口（図示せず）を介して外部に排出される。
【００３０】
以上のように本発明の製造方法によれば、最初の工程から凹部を成形しながら多角形状部付き筒状金具の外形を同時に成形するようにしたから、両端に第１凹部Ｄ６と第２凹部Ｄ７を形成する際に生じる中間部側に圧縮される素材の流れと、径方向外方に押出される素材の流れとを有効に利用してダイ３１やパンチ３７などの金型部材に大きな鍛造荷重をかけることなく多角形状部Ｄ３を容易にかつ確実に形成することが可能となる。これにより、その外形の成形が比較的小さな鍛造荷重で簡単容易に、かつ、金型への負担を抑えて長期の使用にも耐えることができる。
【００３１】
なお、上記した実施の形態では、多角形状部の頭部側に環状の鍔部を成形するようにしたものについて説明したけれども、この鍔部を設けないタイプの多角形状部付き筒状金具についても適用できる。その場合には、第５工程を省略することが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明の製造方法によれば、最初の工程から素材の両端部に凹部を成形しながら、それと同時に多角形状部付き筒状金具の外形を成形するようにしたから、素材の両端に凹部を形成する際に生じる中間部側に圧縮される素材の流れと、径方向外方に押出される素材の流れとを有効に利用して金型部材に大きな鍛造荷重をかけることなく多角形状部を容易にかつ確実に形成することが可能となる。これにより、その外形の成形が比較的小さな鍛造荷重で簡単容易に行えながら、金型への負担を抑えて長期の使用にも耐えることができる。
【００３３】
また、請求項２の発明のように第１から第３工程にて筒状金具の外形を呈し、かつ、その両端部の中心部に深い第１凹部と第２凹部を有する中間鍛造品を形成し、その後、第４から最終工程にて、第１凹部と第２凹部とを段階的に貫通させる打ち抜き加工を施すようにすれば、請求項１の効果が期待できながら、筒状金具の外形を呈し、かつ、その中心部に軸方向に貫通する収容孔が形成された最終鍛造品の成形がよりスムースで容易に、かつ確実行えるので好ましい。
【００３４】
さらに、請求項２に記載の発明において、最終工程の前に第５工程を設け、第５工程にて、第４鍛造品を据え込み成形することにより、多角形状部の頭部側に環状の鍔部を成形して、多角形状部に鍔部を備えた上記筒状金具の外形を呈し、かつ、その中心部に軸方向に内方に凹入する第１、第３凹部と第２凹部を有する第５鍛造品を形成するようにすれば、多角形状部に鍔部を備えた多角形状部付き筒状金具についても容易に、かつ確実に成形できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多角形状部付き筒状金具の説明図である。
【図２】切断素材の説明図である。
【図３】同筒状金具の製造課程における第１工程の説明図である。
【図４】同第２工程の説明図である。
【図５】同第３工程の説明図である。
【図６】同第４工程の説明図である。
【図７】同第５工程の説明図である。
【図８】同第６工程の説明図である。
【図９】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１          多角形状部付き筒状金具
２          頭部
３          鍔部
４          多角形状部
５          脚部
６          第１孔部
７          第２孔部
８          第３孔部
Ａ          素材
Ｂ          第１鍛造品
Ｃ          第２鍛造品
Ｃ１        第１凹部
Ｃ２        頭部
Ｃ３        第２凹部
Ｃ４        脚部
Ｄ          第３鍛造品
Ｄ２        頭部
Ｄ４        多角形状部脚部
Ｄ６        第１凹部
Ｄ７        第２凹部
Ｅ          第４鍛造品
Ｅ２        頭部
Ｅ３        第２凹部
Ｅ４        多角形状部
Ｅ５        脚部
Ｅ６        第１凹部
Ｅ７        第２凹部
Ｅ８        第３凹部
Ｆ          第５鍛造品
Ｆ２        頭部
Ｆ３        鍔部
Ｆ４        多角形状部
Ｆ５        脚部
Ｆ６        第１凹部
Ｆ７        第２凹部
Ｆ８        第３凹部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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