(57)【要約】【課題】１つの被接合材に複数の摩擦圧接ワークを密着させて摩擦圧接加工することができるチャック治具を提供する。【解決手段】回転軸１８に固定したチャック治具１と、摩擦圧接ワーク４の圧接面に対する裏面側がが、軸方向に沿い、かつ回転軸心に対し非円形となるようにそれぞれの端部に形成された互いの凹凸形状２、６の嵌め合いによって接合され、チャック治具の端部と摩擦圧接ワークの端部とが、マグネット３と、他方の磁性体部位１２とによって磁気吸着される。【効果】摩擦圧接ワークを容易かつ確実にチャック治具でチャックでき、取り外しも容易にできる。共通する被接合部材に複数の摩擦圧接を近接して接合する際にも、チャック部分が干渉して作業が困難になるのを回避できる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦圧接ワークのチャック構造において、回転軸に固定されたチャック治具と、摩擦圧接ワークの圧接面に対する裏面側とが、軸方向に沿い、かつ回転軸心に対し非円形となるようにそれぞれの端部に形成された互いの凹凸形状の嵌め合いによって接合され、該嵌め合い状態でチャック治具の端部と摩擦圧接ワークの端部とが、一方に設けられたマグネットと、他方の磁性体からなる部位とによって磁気吸着されることを特徴とする摩擦圧接ワークのチャック構造。
【請求項２】
摩擦圧接ワークのチャック構造において、摩擦圧接ワークの圧接面に対する裏面側に連結治具が連結されており、該連結治具と回転軸に固定されたチャック治具とが、軸方向に沿い、かつ回転軸心に対し非円形となるようにそれぞれの端部に形成された互いの凹凸形状の嵌め合いによって接合され、該嵌め合い状態でチャック治具の端部と連結治具の端部とが、一方に設けられたマグネットと、他方の磁性体からなる部位とによって磁気吸着されることを特徴とする摩擦圧接ワークのチャック構造。
【請求項３】
前記磁性体からなる部位は、連結治具または摩擦圧接ワークにねじ結合するボルトのヘッドであり、該ヘッドは連結治具または摩擦圧接ワークの先端側に突出しており、前記チャック治具の端部に、前記ヘッドが嵌合する凹部が形成され、該凹部の底面側にマグネットが設けられていることを特徴とする請求項２記載の摩擦圧接ワークのチャック構造。
【請求項４】
前記チャック治具の凹凸形状が、内形断面を非円形とした凹部からなり、該凹部の底面にマグネットが設置されており、前記凹部に対応する外形形状の非円形ヘッドを有する鉄系ボルトを鉄系の連結治具を介して軽金属摩擦圧接ワークにねじ結合して一体化し、上記凹部にヘッドを嵌め合わせるとともにマグネットに該ヘッドを吸着保持させることを特徴とする請求項２記載の摩擦圧接ワークのチャック構造。
【請求項５】
摩擦圧接ワークの前記裏面側に、回転軸心に対し非円形となる形状または位置で軸方向に沿って凸部が形成され、該凸部が嵌合する凹部が前記連結治具の基端側に設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の摩擦圧接ワークのチャック構造。
【請求項６】
上記鉄系連結治具のワーク取付側に、内形断面を非円形とした嵌合凹部を形成し、上記軽金属摩擦圧接ワークの鉄系治具取付側に、前記嵌合凹部に対応する外形断面を有する凸部を形成し、上記鉄系連結治具の凹部に、上記軽金属摩擦圧接ワークの凸部を嵌合させることを特徴とする請求項４記載の摩擦圧接ワークのチャック構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被接合部材に摩擦圧接ワークを接触加圧させながら相対的に回転運動させて摩擦圧接する際に、前記摩擦圧接ワークをチャックしておくためのチャック構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属材料等を接触加圧しながら相対運動を起こさせ、発生する摩擦熱を熱源として金属材料を溶接する摩擦圧接法が知られている。この摩擦圧接法は、従来、図１４に示すように、例えば円柱状の摩擦圧接ワーク５０をチャック爪５１…５１で締め付けることにより回転軸５２と一体化する。そして、回転軸５２を回転させて摩擦圧接ワーク５０を回転させ、摩擦圧接ワーク５０の端面を被接合部材５３に押しつける。すると、摩擦圧接ワーク５０は被接合部材５３に摩擦圧接される。なお、被接合部材は、図に示す平板形状以外に軸形状のものであってもよい。
【０００３】
上記の摩擦圧接法では、回転軸に固定する摩擦圧接ワークを、例えば３つまたは４つのチャック爪により締め付けて把持しているが、このチャック爪により締め付けて把持する方法では、下記の問題点がある。すなわち、チャック爪でワークを把持する場合には、チャック爪の長さ分のワーク長さが必要であり、その分長く材料取りする必要となる。また、チャック爪はワークを爪先のみで把持するため、ワークを精密に位置決めすることが難しく、ワークの軸心が回転軸に対して傾いて把持される場合がある。この場合でも軸形状のワーク同士を摩擦圧接する形態であれば、充分な塑性流動領域を得ることで両者を良好に接合できるが、板状の被接合部材にワークを摩擦圧接する場合には、塑性流動量を充分に確保できず摩擦圧接部に隙間が形成されてしまうという問題がある。
【０００４】
また、チャック爪を用いてワークをチャックする以外の方法が提案されている（例えば、特許文献１参考。）。この特許文献１では、真円形以外の輪郭を有する板状金属材料を、この板状金属材料の輪郭に対応する形状の凹部を有するチャック部材に、磁力または吸気により吸着して把持する方法が開示されている。この方法によれば、ワークはチャック部材の凹部の底面と吸着されて位置決めされるので、ワークの軸心が回転軸に対して傾いて把持されるのを防止できる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２８１４５３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、チャック爪を用いたチャック方法や特許文献１に開示されるワークのチャック方法では、チャック部分が必然的にワークの外側に位置するため、複数のワークを近接させて被接合部材に摩擦圧接する場合に、図１５に示すように先に摩擦圧接されたワーク５０と、次の摩擦圧接に供するワーク５０をチャックしている部分（図ではチャック爪５１）とが干渉して作業を行うことができない場合がある。このような場合には、可能であればワークの不要な長さ部分を被接合部材に圧接する毎に除去する作業が必要になり煩雑である。
【０００７】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、摩擦圧接ワークを確実かつ容易にチャックすることができ、複数のワークを近接させて被接合部材に圧接する際にも、チャック部分が接合済みのワークに干渉しないように作業を行うことを可能にする摩擦圧接ワークのチャック構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の摩擦圧接ワークのチャック構造のうち請求項１記載の発明は、摩擦圧接ワークのチャック構造において、回転軸に固定されたチャック治具と、摩擦圧接ワークの圧接面に対する裏面側とが、軸方向に沿い、かつ回転軸心に対し非円形となるようにそれぞれの端部に形成された互いの凹凸形状の嵌め合いによって接合され、該嵌め合い状態でチャック治具の端部と摩擦圧接ワークの端部とが、一方に設けられたマグネットと、他方の磁性体からなる部位とによって磁気吸着されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の摩擦圧接ワークのチャック構造の発明は、摩擦圧接ワークのチャック構造において、摩擦圧接ワークの圧接面に対する裏面側に連結治具が連結されており、該連結治具と、回転軸に固定されたチャック治具とが、軸方向に沿い、かつ回転軸心に対し非円形となるようにそれぞれの端部に形成された互いの凹凸形状の嵌め合いによって接合され、該嵌め合い状態でチャック治具の端部と連結治具の端部とが、一方に設けられたマグネットと、他方の磁性体からなる部位とによって磁気吸着されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の摩擦圧接ワークのチャック構造の発明は、請求項２記載の発明において、前記磁性体からなる部位は、連結治具または摩擦圧接ワークにねじ結合するボルトのヘッドであり、該ヘッドは連結治具または摩擦圧接ワークの先端側に突出しており、前記チャック治具の端部に、前記ヘッドが嵌合する凹部が形成され、該凹部の底面側にマグネットが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の摩擦圧接ワークのチャック構造の発明は、請求項２記載の発明において、前記チャック治具の凹凸形状が、内形断面を非円形とした凹部からなり、該凹部の底面にマグネットが設置されており、前記凹部に対応する外形形状の非円形ヘッドを有する鉄系ボルトを鉄系の連結治具を介して軽金属摩擦圧接ワークにねじ結合して一体化し、上記凹部にヘッドを嵌め合わせるとともにマグネットに該ヘッドを吸着保持させることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の摩擦圧接ワークのチャック構造の発明は、請求項２または３に記載の発明において、摩擦圧接ワークの前記裏面側に、回転軸心に対し非円形となる形状または位置で軸方向に沿って凸部が形成され、該凸部が嵌合する凹部が前記連結治具の基端側に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の摩擦圧接ワークのチャック構造の発明は、請求項４記載の発明において、上記鉄系連結治具のワーク取付側に、内形断面を非円形とした嵌合凹部を形成し、上記軽金属摩擦圧接ワークの鉄系治具取付側に、上記嵌合凹部に対応する外形断面を有する凸部を形成し、上記鉄系連結治具の凹部に、上記軽金属摩擦圧接ワークの凸部を嵌合させることを特徴とする。
【００１４】
すなわち本発明によれば、回転軸に固定されたチャック治具と、摩擦圧接ワークの圧接面に対する裏面側とが直接又は連結治具を介して、それぞれの端部に形成した非円形の凹凸形状の嵌め合いによって接合され、該嵌め合い状態でチャック治具の端部と摩擦圧接ワークの裏面側とが、直接または連結治具を介して磁気吸着されるので、簡便な方法によって確実にワークをチャックすることができる。
また、チャック部分がワークの外側に位置する必要性がないので、チャック部分がワークの外側に張り出さないようにして複数のワークを近接して被接合部材に圧接することを容易にする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態を図１〜５に基づいて説明する。
本発明の一実施形態である摩擦圧接ワークチャック治具１は、図１に示すように断面円形の部材の先端側に凹部２とマグネット３とを有している。なお、チャック治具１の外径は後述する摩擦圧接ワーク４の最大外径より小さく形成されている。
【００１６】
凹部２は、図２に示す摩擦圧接ワーク４の摩擦圧接面５の裏側に形成された六角柱状の凸部６と嵌合するように形成された非円形の六角形状孔であり、その深さは、凸部６の長さと略同一に形成されている。また、凹部２の底面７の中央には、断面円形の穴部８が形成され、該穴部８に同じく断面円形で穴部８の深さより厚さが小さいマグネット３が嵌め込まれ固定されている。この穴部８の深さからマグネット３の厚さ分を除いた深さは、後述するボルト１１のヘッド１２の厚さと略同一になっている。
また、摩擦圧接ワーク４の凸部６の端面９の略中央には、軸方向に沿ってねじ穴１０を有し、該ねじ穴１０に円形ヘッド１２を有する鉄製ボルト１１が組み付けられている。円形ヘッド１２は、前記穴部８に挿入できる大きさ（径）になっている。
【００１７】
図３に上記チャック治具１に摩擦圧接ワーク４を組み付けた構造を示す。
チャック治具１は回転軸１８に固定されており、該チャック治具１の前記凹部２に摩擦圧接ワーク４の凸部６を嵌め合わせる。凹部２は、六角柱状の凸部６と若干の隙間を持って嵌合して組み合う六角状孔に形成されているため、凹部２と凸部６とは容易に嵌め合わせることができ、この嵌め合わせによってチャック治具１とワーク４とを円周方向について一体化して回転させることができる。また、上記嵌め合わせに伴ってボルト１１のヘッド１２は、穴部８内に挿入される。ヘッド１２は鉄製（磁性体）のため、穴部８内に挿入されるとともにマグネット３によって吸着される。この吸着力により摩擦圧接ワーク４はチャック治具１に軸方向においても固定されることになる。上記嵌め合わせによって凹部２の底面７と凸部６の端面９とが当接する。底面７および端面９はそれぞれチャック治具１およびワーク４の中心軸に対して直交するように形成しておくことにより、チャック治具１とワーク４とが傾斜することなく組み付けられる。
【００１８】
なお、ボルト１１は鉄製としたが、磁性材料であれば他の種々の材料であってもよい。また、ヘッド１２のみ磁性材料であってもよい。また、ヘッド１２の形状は円形状のボルト１１としたが、六角ボルトや六角穴付ボルト等、非円形の他の種々形状のボルト頭を有するボルトであってもよい。また、マグネット３には永久磁石を用いるが、電磁石により構成することも可能である。
【００１９】
次に、上記チャック治具１に摩擦圧接ワークをチャックして摩擦圧接を行う工程を図４に基づいて説明する。
図４に示すように、摩擦圧接ワーク４を取り付けたチャック治具１を、回転軸１８によって回転させて板状の金属材料である被接合部材１９に対し前進移動させ、摩擦圧接ワーク４の摩擦圧接面５を被接合部材１９に接触加圧させる。これにより摩擦圧接ワーク４が被接合部材１９に摩擦圧接される。なお、摩擦圧接ワーク４はチャック治具１に対し、マグネット３とヘッド１２との吸着力により固定されているだけなので、摩擦圧接後には、図４に示すように回転軸１８を後退移動させると、チャック治具１から摩擦圧接ワーク４が切り離される。その後、該チャック治具１には、必要に応じて新たな摩擦圧接ワーク４をチャックして摩擦圧接に供することができる。また、凸部６は必要に応じて摩擦圧接ワーク４から除去する。
なお、被接合部材に複数の摩擦圧接ワークを摩擦圧接する際には、チャック治具１の外径が摩擦圧接ワーク４の最大外径より小さく形成されているので、図５に示すように、摩擦圧接したワーク４の近傍に新たなワーク４を摩擦圧接する際にもチャック部分が干渉して作業に支障が生じることがない。
【００２０】
なお、上述の実施形態では、断面円形状の摩擦圧接ワークを板状の被接合部材に対して回転移動させて摩擦圧接させたが、被接合部材を摩擦圧接ワークに対して回転移動させてもよい。また、チャック治具１およびワーク４の形状を断面円形状としたが、他の種々の形状であってもよい。
【００２１】
また、この実施形態では、チャック治具に形成する凹部２と摩擦圧接ワーク側の凸部６の形状を断面六角形状としたが、本発明としては互いの凹凸形状は、回転軸に対し非円形となるものであればよく、例えばチャック治具を例にすると、図６（Ａ）に示すチャック治具１ａでは三角穴状の凹部２ａ、図６（Ｂ）に示すチャック治具１ｂでは十字穴状の凹部２ｂを変更例としてあげることができる。また、図６（ｃ）に示すチャック治具１ｃは、凹部２ｃ自体は円形であるが、その中心が回転軸心から偏位していることにより非円形となっている例を示すものである。なお、各図中の符号８は、前記実施形態と同様に凹部を示すものである。
【００２２】
（実施形態２）
次に、摩擦圧接ワークのチャックにおいて、チャック治具と摩擦圧接ワークとの間に連結治具を介在させた実施形態について、図７〜図１２に基づいて説明する。
なお、この実施形態２において、前記実施形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００２３】
この実施形態２では、図７に示すように、半球状の摩擦圧接面２１を有する、軽金属性の摩擦圧接ワーク２０をチャックの対象としている。図１１、図１２に示すように、被接合部材２５は、該摩擦圧接面２１に合わせて半球状の凹部２６が形成されている。また、摩擦圧接ワーク２０は、上記摩擦圧接面２１に対する裏面側に、中心軸を挟んで平行な２側面が位置する凸部２２が形成されており、該凸部２２の中心には、ボルト孔２３が形成されている。
【００２４】
連結治具３０は、上記摩擦圧接ワーク２０よりも比重が大きい鉄製の略円柱形状を有し、図８に示すように、上記凸部２２に対応して、その基端側に中心軸を挟んで平行な２側面が対向する凹部３１を有している。上記凸部２２の高さと凹部３１の深さは略同一であり、互いに嵌め合わせた状態でそれぞれの端面が当接するようにされている。また、連結治具３０の先端側には、中心軸を挟んで平行な２側面が対向する凹部３２が形成されている。さらに連結治具３０の中心には、軸方向に沿ってボルト通し孔３３が貫通している。
【００２５】
回転軸１８に固定されるチャック治具４０は、略円柱形状を有し、上記凹部３２に対応して、その先端側に中心軸を挟んで平行な２側面が位置する凸部４１が形成されている。上記凹部３２の深さと上記凸部４１の高さは略同一であり、互いに嵌め合わせた状態でそれぞれの端面が当接するようにされている。さらに凸部４１の中央部には、チャック治具４０の回転軸心を中心とする丸孔形状の凹部４２が形成されている。該凹部４２の底部には、凹部４２の深さよりも厚さが薄いマグネット４５が設置、固定されている。該凹部４２には、上記摩擦圧接ワーク２０と連結治具３０を固定するボルト３５のヘッド３６が嵌め込まれるようになっている。該凹部４２の深さからマグネット４５の厚さ分を除いた深さがヘッド３６の厚さと略同一になるようにされている。
【００２６】
上記摩擦圧接ワーク２０、連結治具３０、チャック治具４０は、図１０に示すように、凸部２２と凹部３１を嵌め合わせ、連結治具３０の先端側からボルト通し孔３３を通してボルト３５を挿入し、摩擦圧接ワーク２０のボルト孔２３に螺合させて連結治具３０と摩擦圧接ワーク２０とを連結する。さらに、連結治具３０の先端側凹部３２とチャック治具４０の先端側凸部４１を嵌め合わせるとともに、前記ヘッド４３を凹部４２に挿入し、該ヘッド３６とマグネット４５とを磁気吸着させ、摩擦圧接ワーク２０、連結治具３０およびチャック治具４０を一体化する。摩擦圧接ワーク２０、連結治具３０およびチャック治具４０の外形寸法は略同一であり、連結治具３０およびチャック治具４０の外形寸法は、摩擦圧接ワーク２０の外形寸法を超えないものとなっている。
【００２７】
上記チャック治具４０は、回転軸１８に固定されており、図１１に示すように、回転軸１８を回転させながら被接合部材２５に向かって前進させ、被接合部材２５の凹部２６に、摩擦圧接ワーク２０を接触加圧させる。すると、同じく図１１に示すように摩擦圧接ワーク２０の摩擦圧接面２１と被接合部材２５の凹部２６とは摩擦熱により接合する。
摩擦圧接ワーク２０と被接合部材２５とを接合した後、回転軸１８を後退させると、チャック治具４０と連結治具３０とは、軸方向においてマグネット４５とヘッド３６との磁気吸着力によって固定されているのみであるので、図１２に示すように、チャック治具４０から連結治具３０が容易に外れる。そして、ボルト３５を取り外せば、摩擦圧接ワーク２０から連結治具３０を容易に取り外すことができる。摩擦圧接ワーク２０のボルト孔２３の端部は、摩擦圧接により融解した軽金属で塞がれる。そして、必要に応じて摩擦圧接ワーク２０の凸部２２を削除すれば摩擦圧接ワークの接合作業が完了する。
【００２８】
上記実施形態では、凸部２２を大きくする必要がないためコストのロスも小さい。また、中間治具３０は鉄製であるため、摩擦圧接加工時の大きな回転抵抗力にも耐えることができる。さらに、回転のバランスが崩れるような変形もしないため、均一な摩擦圧接加工ができる。また、残留応力に対しても強く耐久性があり、比較的安価であるため、コストを押さえることができる。また、この実施形態では、連結治具を介してチャック治具に摩擦圧接ワークを取り付けているので、摩擦圧接機の操作ミスや作動ミスによって前進距離がオーバーしてもチャック治具を含む摩擦圧接機側の損傷が避けられる。
【００２９】
なお、上記チャック治具では、その外側に、図１３に示すように摩擦圧接ワークや連結治具側に伸張するカバー４７を設けることができる。該カバー４７によって摩擦圧接作業時の安全性の確保やチャック部分でのほこりやオイル等の侵入を防止できる。このカバー４７は、チャック機能は特に必要とされないので、比較的薄肉で形成することができ、被接合部材に複数の摩擦圧接ワークを接合する際にも、既接合の摩擦圧接ワークとの干渉の問題は小さい。
また、上記カバーは、仮に既接合の摩擦圧接と干渉した場合にもチャック治具が直接損傷を受けるのを避けることができる。
【００３０】
以上、本発明の摩擦圧接ワークのチャック構造を詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の摩擦圧接ワークのチャック構造は、摩擦圧接ワークのチャック構造において、回転軸に固定されたチャック治具と、摩擦圧接ワークの圧接面に対する裏面側とが、軸方向に沿い、かつ回転軸心に対し非円形となるようにそれぞれの端部に形成された互いの凹凸形状の嵌め合いによって接合され、該嵌め合い状態でチャック治具の端部と摩擦圧接ワークの端部とが、一方に設けられたマグネットと、他方の磁性体からなる部位とによって磁気吸着されるので、摩擦圧接ワークを容易かつ確実にチャック治具でチャックすることができる。また、チャック側の実質的な外形寸法を摩擦圧接ワークと同じが小さくすることが可能になるので、共通する被接合部材に複数の摩擦圧接を近接して接合する際にも、チャック部分が干渉して作業が困難になるのを回避できる。また、接合は、チャック治具と、摩擦圧接ワーク側は、軸方向においてマグネットで吸着されているのみであるので、容易に離脱して次作業に移行することができ、作業の簡略化と短時間化が達成され、作業コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のチャック治具を示す正面図断面図および右側面図である。
【図２】同じく摩擦圧接ワークを示す左側面図および正面断面図である。
【図３】同じくチャック治具で摩擦圧接ワークをチャックした状態を示す正面断面図である。
【図４】同じく摩擦圧接工程を示す図である。
【図５】同じく被接合部材に複数の摩擦圧接ワークを摩擦圧接する状態を示す図である。
【図６】本発明のチャック治具の変更例を示す側面図である。
【図７】本発明の他の実施形態における、チャック対象となる摩擦圧接ワークを示す左側面図および正面断面図である。
【図８】同じく、連結治具を示す左側面図、正面断面図、右側面図である。
【図９】同じく、チャック治具を示す正面断面図および右側面図である。
【図１０】同じく、連結治具と摩擦圧接ワークの組立およびチャック治具によるチャック工程を示す図である。
【図１１】同じく、摩擦圧接の工程を示す図である。
【図１２】同じく、摩擦圧接後の工程を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に改良を加えたチャック治具を示す概略図である。
【図１４】従来の摩擦圧接ワークのチャック治具の実施形態の説明に供する側面図および該側面図のＡ−Ａ線断面図である。
【図１５】同じく一枚の被接合部材に２つの摩擦圧接ワークを摩擦圧接する形態の説明に供する概略図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、４０  チャック治具
２、２ａ、２ｂ、２ｃ      凹部
３、４５  マグネット
４、２０、５０  摩擦圧接ワーク
５、２１  摩擦圧接面
６  凸部
７    底面
８    穴部
９    端面
１１、３５  ボルト
１２、３６  ヘッド
１８    回転軸
１９、２５、５３  被接合部材
２２    凸部
２３    ボルト孔
３０    連結治具
３１    凹部
３２    凹部
３３    ボルト通し孔
４０    チャック治具
４１    凸部
４２    凹部
４７  安全カバー
５１  チャック爪
【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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【図１０】
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【図１１】
2005000985.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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