(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、異なる環境温度で加工された複数の構成部品を容易に且つ確実に組付けることができる金型の製造方法を提供する。【解決手段】  ポンチ１とリング２のスライドプレート１０、２０の摺動面１０ａ、２０ａを摺動するように所定寸法に加工し組み付けてなる金型の製造方法であって、ポンチ１とリング２のスライドプレート１０、２０の摺動面１０ａ、２０ａについての切削加工するときのそれぞれの想定環境温度と組み付けるときの想定環境温度との差Ｔ１，Ｔ２を求め、ポンチ１とリング２の素材の環境温度変化による膨張／収縮量の特性とから摺動面１０ａ、２０ａのそれぞれの想定寸法変形量を求め、この想定寸法変化量に基づいて摺動面１０ａ、２０ａの寸法設定を補正し、補正された寸法設定で摺動面１０ａ、２０ａを切削加工し、ポンチ１とリング２を組み付ける。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の構成部品を所定寸法に加工し組み付けてなる金型の製造方法であって、
各構成部品についての加工時の想定環境温度と組付け時の想定環境温度の差から環境温度変化による想定寸法変化量を求める工程と、
各構成部品の寸法設定を想定寸法変化量に基づいて補正する工程と、
補正された寸法設定で各構成部品を加工する工程と、
加工された各構成部品を組み付ける工程と、
を有することを特徴とする金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型の製造方法に関し、特に、複数の構成部品を所定寸法に加工し組み付けてなる金型の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連する背景技術としては、特許文献１が知られている。特許文献１は、微細形状を金型に形成するための加工方法および加工装置に係るもので、特に、微細形状を金型に形成するための加工方法および加工装置にサブミクロンオーダーの微細形状を金型からの転写成形により微細プリズム形状、マイクロレンアレイ形状などを有する成形品を得るための転写原型となる金型の加工方法と加工装置に関するものである。そして、特許文献１は、加工装置の外部温度変化と加工時の装置Ｘ−Ｙテーブル移動に起因した加工ヘッドとＸ−Ｙテーブルの相対位置変化による精度低下を抑止し、高精度な微細形状を高速でかつ高精度に金型に形成するための加工方法および加工装置を提供することを目的としている。
【０００３】
特許文献１には、被加工物を保持し滑らかに水平方向に移動する加工テーブルと、加工テーブル上部に位置し、被加工物を加工するための加工工具を保持し、加工工具を垂直方向に移動して被加工物と加工工具との相対位置を位置決め可能な加工ヘッドと、前記加工ヘッドと前記加工テーブルとの距離を測定する変位計測検出装置を具備し、加工の際に前記変位計測検出装置を用いて加工ヘッドと加工テーブルの相対距離を測定し加工ヘッドへの位置決め指令値に反映させて加工を行うことなどが開示されている。そして、特許文献１には、切削工具と被加工物である金型とを相対的に移動させることによって、切削工具で金型の表面に微細形状の加工を行うことが開示されている。
【０００４】
ところで、複数の構成部品を組み付けてなる金型として例えば、図４に示すように、ポンチ１’の周囲にリング状のダイクッション（以下、リングと称する）２’を摺動可能に嵌合するよう組み付けて下型を構成する場合、一般に、ポンチ１’の外周面とリング２’の内周面との互いに対応する位置には、スライドプレート１０’、２０’が設けられる。そして、ポンチ１’とリング２’は、それぞれ鋳造などによってスライドプレート１０’、２０’と一体に成形され、その摺動面１０ａ’、２０ａ’が互いに接した状態で摺動可能に組み付けることができるように切削加工や研削加工などの除去加工（以下、切削などの加工という）によって所定の寸法に加工される。この切削などの加工は、通常、所謂ＣＡＤデータに従いＣＡＭによって加工工具３を数値制御して移動させることにより、行われる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１１５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、各構成部品を加工し組付けて金型を構成する場合、金型を製造する設備や製造計画などの理由から、各構成部品の切削などの加工を含む製造時間帯が異なり、また、各構成部品を組付ける時間帯も異なることが一般に多い。さらには、各構成部品の製造時季と組み付け時季とが異なることもある。そして、この製造と組み付けの時間帯や時季などが異なることに起因して、周囲の温度すなわち環境温度も異なることとなる。
【０００７】
例えば上述したようにポンチ１’とリング２’を組付けて金型を構成する場合、そのスライドプレート１０’、２０’の摺動面１０ａ’、２０ａ’を切削などの加工を行うための加工工具３の移動軌跡は、ＣＡＤデータに従いＣＡＭによって数値制御される。この加工工具３の移動軌跡の設定は、通常、一般的な平均気温などの常温状態（中温状態）を想定している。
【０００８】
これに対して、リング２のスライドプレート２０’の摺動面２０ａ’を切削などの加工をするときが日中の気温が高い時間帯あるいは夏のような時季、すなわち中温状態より環境温度が高い状態（高温状態）の場合、リング２’は、図５に矢印で示すように、膨張した状態となっている。そのため、図６に示すように、スライドプレート２０’の鋳造などによって成形された表面（二点鎖線を参照）から切削などの加工を行う量（取り代）が少なくなり、摺動面２０ａ’の位置は、常温で切削される場合（一点鎖線を参照）よりも内側となる。
また、ポンチ１’のスライドプレート１０’の摺動面１０ａ’を切削などの加工をするときが早朝などの気温が低い時間帯あるいは冬のような時季、すなわち中温状態より環境温度が低い状態（低温状態）の場合、ポンチ１’は、図７に矢印で示すように、収縮した状態となっている。そのため、図８に示すように、スライドプレート１０’の鋳造などによって成形された表面（二点鎖線を参照）から切削などの加工を行う量（取り代）が少なくなり、摺動面１０ａ’の位置は、常温で切削される場合（一点鎖線を参照）よりも外側となる。
そして、このようにスライドプレート１０’、２０’の摺動面１０ａ’、２０ａ’がそれぞれ取り代を少ない状態で切削などの加工をされたポンチ１’とリング２’を組付けるに際して、高温状態の場合では、図９の（ａ）に示すように、リング２’は変化しないが、ポンチ１’が膨張して、スライドプレート１０’、２０’が互いに干渉することとなる。また、ポンチ１’とリング２’を組付けるに際して、中温状態の場合では、図９の（ｂ）に示すように、リング２’が収縮するとともにポンチ１’が膨張して、スライドプレート１０’、２０’が互いに干渉することとなる。さらに、ポンチ１’とリング２’を組付けるに際して、低温状態の場合では、図９の（ｃ）に示すように、ポンチ１’は変化しないが、リング２’が収縮して、スライドプレート１０’、２０’が互いに干渉することとなる。このように、いずれの場合にも、スライドプレート１０’、２０’が互いに干渉するため、従来の技術では、スライドプレート１０’、２０’の摺動面１０ａ’、２０ａ’を再度切削などの加工をして調整作業を行う必要があるという問題があった。
【０００９】
一方、リング２”のスライドプレート２０”の摺動面２０ａ”を切削などの加工をするときが低温状態の場合、リング２”は、図１０に矢印で示すように、収縮した状態となっている。そのため、図１１に示すように、スライドプレート２０”の鋳造などによって成形された表面（二点鎖線を参照）から、切削などの加工を行う量（取り代）が多くなり、摺動面２０ａ”の位置は、常温で切削される場合（一点鎖線を参照）よりも外側となる。
また、ポンチ１”のスライドプレート１０”の摺動面１０ａ”を切削などの加工をするときが高温状態の場合、ポンチ１”は、図１２に矢印で示すように、膨張した状態となっている。そのため、図１３に示すように、スライドプレート１０”の鋳造などによって成形された表面（二点鎖線を参照）から、切削などの加工を行う量（取り代）が多くなり、摺動面１０ａ”の位置は、常温で切削される場合（一点鎖線を参照）よりも内側となる。
そして、このようにスライドプレート１０”、２０”の摺動面１０ａ”、２０ａ”がそれぞれ取り代を多い状態で切削などの加工をされたポンチ１０”とリング２０”を組付けるに際して、高温状態の場合では、図１４の（ａ）に示すように、ポンチ１”は変化しないが、リング２”が膨張して、スライドプレート１０”、２０”が互いに接することなく隙間が生じてガタが発生することとなる。また、ポンチ１”とリング２”を組付けるに際して、中温状態の場合では、図１４の（ｂ）に示すように、リング２”が膨張するとともにポンチ１”が収縮して、スライドプレート１０”、２０”が互いに接することなく隙間が生じてガタが発生することとなる。さらに、ポンチ１”とリング２”を組付けるに際して、低温状態の場合では、図１４の（ｃ）に示すように、リング２”は変化しないが、ポンチ１”が収縮して、スライドプレート１０”、２０”が互いに接することなく隙間が生じてガタが発生することとなる。このように、いずれの場合にも、スライドプレート１０”、２０”の間に生じた間隙を無くすようにするため、従来の技術では、スライドプレート１０”、２０”の間にシムなどのプレートを介装するなどの調整作業を行う必要があるという問題があった。
【００１０】
このように、構成部品毎に加工するときの環境温度が異なり、さらに、組付けるときの環境温度が異なると、上記特許文献１によって、加工装置の設置されている温度環境要因にて装置に微小な伸び縮みが生じることに起因して加工ヘッドとＸ−Ｙテーブルとの相対位置が変化することによる加工精度の低下を抑止して、金型を構成する各構成部品が加工時に精度良く加工できたとしても、各構成部品が組み付け時に環境温度の変化により伸縮・変形し、加工時と組付時とでその寸法に誤差が生じるという問題があった。その結果、所定寸法に精度良く加工されたはずの各部品が干渉して組み付けることができなかったり、組み付けた部品の間にガタが発生するため、従来では、各部品を組み付ける際に調整作業を行う必要があることから、煩雑で手間がかかるなどの問題があった。
【００１１】
本発明は、上述した問題を優位に解決するためになされたもので、簡単な構成で、異なる環境温度で加工された複数の構成部品を容易に且つ確実に組付けることができる金型の製造方法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】
【００１２】
請求項１の金型の製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、複数の構成部品を所定寸法に加工し組み付けてなる金型の製造方法であって、各構成部品についての加工時の想定環境温度と組付け時の想定環境温度の差から環境温度変化による想定寸法変化量を求める工程と、各構成部品の寸法設定を想定寸法変化量に基づいて補正する工程と、補正された寸法設定で各構成部品を加工する工程と、加工された各構成部品を組み付ける工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項１の発明では、各構成部品についての加工時の想定環境温度と組付け時の想定環境温度の差から環境温度変化による想定寸法変化量を求め、この想定寸法変化量に基づいて各構成部品の寸法設定を補正し、補正された寸法設定で各構成部品を加工することにより、各構成部品を異なる環境温度で加工しても組み付ける際の寸法精度が良好となるため、各構成部品を確実に組付けて適切な金型を製造することが可能な金型の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、各構成部品についての加工時の想定環境温度と組付け時の想定環境温度の差から環境温度変化による想定寸法変化量を求める工程と、各構成部品の寸法設定を想定寸法変化量に基づいて補正する工程と、補正された寸法設定で各構成部品を加工する工程と、加工された各構成部品を組み付ける工程と、を有することにより、異なる環境温度で加工された構成部品であっても、組み付ける際の寸法精度が良好となるため、各構成部品を確実に組付けて適切な金型を製造することが可能な方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の金型の製造方法の実施の一形態を、組み付けられる金型の構成部品として、ポンチ１とその周囲に嵌合するよう組み付けられるリング２であり、ポンチ１とリング２が同じ素材により成形されたものであり、所定寸法に加工する対象がスライドプレート１０、２０であり、加工が切削である場合により、図１および図２を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の金型の製造方法は、概略、複数の構成部品１、２を所定寸法に加工し組み付けてなる金型の製造方法であって、各構成部品１、２についての加工時の想定環境温度と組付け時の想定環境温度の差から環境温度変化による想定寸法変化量を求める工程と、各構成部品１、２の寸法設定を想定寸法変化量に基づいて補正する工程と、補正された寸法設定で各構成部品１、２を加工する工程と、加工された各構成部品１、２を組み付ける工程と、を有するものである。
【００１６】
上記従来の技術で説明したのと同様に、金型の構成部材としてポンチ１の周囲にリング２を嵌合するよう組み付けることにより、下型が構成される。ポンチ１とリング２は、それぞれ鋳造などによって成形される。ポンチ１の外周面とリング２の内周面との互いに対応する位置には、スライドプレート１０、２０が取り代を含む大きさで一体に形成される。そして、スライドプレート１０、２０の互いの摺動面１０ａ、２０ａは、互いに接した状態で摺動することができるような寸法に切削加工される。この切削加工は、回転駆動される切削工具３がＣＡＭによって数値制御され、ＣＡＤデータに従って摺動面１０ａ、２０ａが型中心から所定の寸法に位置するようにＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動されることにより行われる。
【００１７】
ここで、図１に示すように、リング２のスライドプレート２０の摺動面２０ａを切削加工するときの環境温度を、早朝あるいは寒い時季である場合のように比較的低い５℃と想定し、ポンチ１のスライドプレート１０の摺動面１０ａを切削加工するときの環境温度を、日中あるいは暖かい時季である場合のように比較的高い２０℃と想定し、また、ポンチ１とリング２を組み付けるときの環境温度を中間の１５℃と想定する。すなわち、この実施の形態においては、図１に示すように、リング２のスライドプレート２０の摺動面２０ａを切削加工するときから後にポンチ１と組み付けるときまでに環境温度が１０℃上昇することにより膨張し、ポンチ１のスライドプレート１０の摺動面１０ａを切削加工するときから後にリング２と組み付けるときまでに環境温度が５℃下降することにより収縮することとなる。
【００１８】
そこで、本発明では、図２に示すような処理を行うべく〈１〉〜〈３〉の工程をＣＡＭのプログラムに含める。
すなわち、〈１〉の工程では、切削工具３のＣＡＤデータに基く移動動作の軌跡を計算する。
〈２〉の工程では、（１）ポンチ１とリング２のスライドプレート１０、２０の摺動面１０ａ、２０ａを切削加工するときの予測した各想定環境温度２０℃と５℃をそれぞれ入力するとともに、（２）ポンチ１とリング２を組み付けるときの予測した想定環境温度１５℃を入力し、また、（３）型中心から加工部位である両スライドプレート１０、２０の摺動面１０ａ、２０ａの相対距離（寸法）Ｌを計算し、（４）ポンチ１とリング２の素材の環境温度変化による膨張／収縮量の特性Ｍと、ポンチ１とリング２の切削加工時から組み付け時までの予測される各想定環境温度の変化Ｔとに基いて、加工位置である両スライドプレート１０、２０の摺動面１０ａ、２０ａの補正量を求める。より具体的には、この実施の形態の場合、リング２のスライドプレート２０の摺動面２０ａを切削加工するときからポンチ１と組み付けるときまでに環境温度が１０℃上昇（環境温度変化Ｔ２＝＋１０℃）するものと予測し、ポンチ１のスライドプレート１０の摺動面１０ａを切削加工するときからリング２と組み付けるときまでに環境温度が５℃下降（環境温度変化Ｔ１＝−５℃）するものと予測し、この環境温度が１０℃上昇することと５℃下降することによる膨張／収縮変形量をそれぞれ求める。この膨張／収縮変形量の絶対値が先に求めた型中心から両スライドプレート１０、２０の摺動面１０ａ、２０ａの相対距離に対する補正量Ｈ１、Ｈ２となる。
〈３〉の工程では、加工位置である両スライドプレート１０、２０の摺動面１０ａ、２０ａの補正方向を計算する。すなわち、ポンチ１とリング２の環境温度変化に伴う膨張／収縮変形が型中心から放射状に起きると考えられるため、ポンチ１とリング２のスライドプレート１０、２０の摺動面１０ａ、２０ａが一致するように、加工部位の法線方向を求めることとする。
このようなプログラムを含むＣＡＭでは、求められた補正量と補正方向に基いて切削工具３の動作軌跡を修正し、数値制御する。なお、ポンチ１とリング２の形状によっては、切削加工するときの環境温度上昇による膨張（プラス）と環境温度下降による収縮（マイナス）の変形量から補正方向が一義的に求まるため、〈３〉の工程を省略することができる場合もある。
【００１９】
以上のようにして構成された本発明によるポンチ１とリング２は、それぞれを切削加工するときと組み付けるときの想定環境温度の変化を予測して、その予測した想定環境温度の変化によるポンチ１とリング２の寸法の変形量を求め、この変化量を見込んでスライドプレート１０、２０の摺動面１０ａ、２０ａの加工位置の補正値Ｈ１、Ｈ２を求める。そして、スライドプレート１０、２０の摺動面１０ａ、２０ａは、求められた補正値Ｈ１、Ｈ２に従って補正した上で切削加工されている。そのため、ポンチ１とリング２を製造するための設備や製造計画による加工時季にとらわれることなく、互いのスライドプレート１０、２０の摺動面１０ａ、２０ａが接した状態で摺動するよう無理なく確実に組み付けることができる。
【００２０】
次に、本発明の別の実施の形態を主に図３を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、上述した実施の形態と異なる部分のみを説明することとし、同様または相当する部分については、その説明を省略する。
図３に示すように、この実施の形態における金型は、相対向して開閉可能に設けられた上型５と下型６により構成されている。上型５と下型６は、同じ素材により成形されている。上型５と下型６の角隅部には、部分的なスライドプレート５０、６０がそれぞれ対応するように一体に取り代を含む大きさで形成されており、スライドプレート５０、６０の互いの摺動面５０ａ、６０ａは、互いに接した状態で摺動することができるように、切削加工される。この実施の形態では、下型６のスライドプレート６０が外側で上型５のスライドプレート５０が内側に位置するよう構成されている。
【００２１】
ここで、この実施の形態では、上述した実施の形態よりもさらに具体的な数値を参照しながら説明する。図３の（ｅ）に概念的に示すように、上型５と下型６を近接させて両スライドプレート５０、６０の摺動面５０ａ、６０ａが接した状態で摺動できるようにするために、（ａ）および（ｃ）に示すように、型中心Ｃから両スライド５０、６０の摺動面の中央までの組み付け時における設定距離Ｌをそれぞれ２ｍ（＝２０００ｍｍ）とし、また、上型５と下型６の素材の環境温度変化による膨張／収縮量の特性Ｍを１℃の環境温度変化Ｔによって１ｍにつき０．０１ｍｍ膨張／収縮するものとする。また、下型６のスライドプレート６０の摺動面６０ａを切削加工するときの予測される想定環境温度を５℃、上型のスライドプレートの摺動面を切削加工するときの予測される想定環境温度を２０℃、下型６と上型５を組み付けるときの予測される想定環境温度を１５℃とする。
【００２２】
下型６は、そのスライドプレート６０の摺動面６０ａを切削加工するときから上型５と組み付けられるときの予測される環境温度の変化量（差）Ｔ１が（１５−５＝）＋１０℃となる。このときの下型６の型中心Ｃから各スライド６０の摺動面６０ａの中央までの組み付け時における距離の変化（膨張）に対して必要な補正量Ｈ２はＬ×Ｍ×Ｔ１＝２（ｍ）×０．０１（ｍｍ）×（＋１０℃）＝０．２ｍｍとなる。よって、予測される環境温度が５℃の下で下型６のスライドプレート６０の摺動面６０ａを切削加工するときの型中心Ｃからの補正後の距離Ｌ２が、設定距離Ｌ＋補正量Ｈ２＝２０００（ｍｍ）−０．２（ｍｍ）＝１９９９．８ｍｍとなるようにＣＡＭにより数値制御される切削加工工具の動作軌跡が設定される。
【００２３】
上型５は、そのスライドプレート５０の摺動面５０ａを切削加工するときから下型６と組み付けられるときの予測される環境温度の変化量（差）Ｔ１が（１５−２０＝）−５℃となる。このときの上型５の型中心Ｃから各スライド５０の摺動面５０ａの中央までの組み付け時における距離の変化（収縮）に対して必要な補正量Ｈ１はＬ×Ｍ×Ｔ２＝２（ｍ）×０．０１（ｍｍ）×（−５℃）＝−０．１ｍｍとなる。よって、予測される環境温度が２０℃の下で上型５のスライドプレート５０の摺動面５０ａを切削加工するときの型中心Ｃからの補正後の距離Ｌ１が、設定距離Ｌ＋補正量Ｈ１＝２０００（ｍｍ）−（−０．１ｍｍ）＝２０００．１ｍｍとなるようにＣＡＭにより数値制御される切削加工工具の動作軌跡が設定される。
【００２４】
以上のようにして構成された本発明による上型５と下型６は、そのスライドプレート５０、６０の摺動面の位置が、それぞれを切削加工するときと組み付けるときの予測される環境温度の差を考慮して補正した上で切削加工されている。そのため、上型５と下型６を製造するための設備や製造計画による加工時季にとらわれることなく、図３の（ｅ）に示すように、互いのスライドプレート５０、６０の摺動面５０ａ、６０ａが型中心Ｃから距離Ｌで接した状態で摺動するよう無理なく確実に組み付けることができる。
【００２５】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、組み付けられて金型を構成する部品がポンチ１とリング２、或いは、上型５と下型６以外のものにも適用することができる。また、加工時の環境温度には、加工工具による摩擦熱やクーラントの温度などを加味することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態を説明するために概念的に示した断面図である。
【図２】本発明に基いて行われる処理内容を説明するために示したブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態を説明するために概念的に示した平面または底面図である。
【図４】本発明に関連して組み付けることにより金型を構成する部品の例として示したポンチとリングの断面図である。
【図５】組み付け時よりも高温でリングのスライドプレートの摺動面を切削加工する状態を説明するために概念的に示した断面図である。
【図６】取り代が少ない状態を説明するために示した図５の拡大図である。
【図７】組み付け時よりも低温でポンチのスライドプレートの摺動面を切削加工する状態を説明するために概念的に示した断面図である。
【図８】取り代が少ない状態を説明するために示した図７の拡大図である。
【図９】図５〜図８に示したように各摺動面が切削加工されたリングとポンチを各環境温度の下で組み付けようとして、いずれの場合にも両スライドプレートが干渉する状態を示した概念図である。
【図１０】組み付け時よりも低温でリングのスライドプレートの摺動面を切削加工する状態を説明するために概念的に示した断面図である。
【図１１】取り代が多い状態を説明するために示した図１０の拡大図である。
【図１２】組み付け時よりも高温でポンチのスライドプレートの摺動面を切削加工する状態を説明するために概念的に示した断面図である。
【図１３】取り代が多い状態を説明するために示した図１２の拡大図である。
【図１４】図１０〜図１３に示したように各摺動面が切削加工されたリングとポンチを各環境温度の下で組み付けようとして、いずれの場合にも両スライドプレートが離れて間隙が生じる状態を示した概念図である。
【符号の説明】
【００２７】
１：ポンチ（金型構成部品）、  ２：リング（金型構成部品）、  １０：スライドプレート（加工部位）、  ２０：スライドプレート（加工部位）、  １０ａ：摺動面（加工位置）、  ２０ａ：摺動面（加工位置）、  ５：上型（金型構成部品）、  ６：下型（金型構成部品）、  ５０：スライドプレート（加工部位）、  ６０：スライドプレート（加工部位）、  ５０ａ：摺動面（加工位置）、  ６０ａ：摺動面（加工位置）、
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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