(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の先行被溶接材の後端部と板状の後行被溶接材の先端部との突き合わせ部に沿って溶接トーチを走行させて該突き合わせ部を溶接する方法において、
上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部との幅方向両端部のみを板厚方向に重ね合わせ、ついで両被溶接材の重ね合わせ部を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせた後、上記突き合わせ部の溶接をすることを特徴とする突き合わせ溶接方法。
【請求項２】
上記溶接トーチの走行に同期して、上記溶接トーチの走行方向の前方に位置する上記重ね合わせ部の部位を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせるようにし、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを突き合わせつつ溶接するようにしたことを特徴とする請求項１記載の突き合わせ溶接方法。
【請求項３】
板状の先行被溶接材の後端部と板状の後行被溶接材の先端部との突き合わせ部に沿って溶接トーチを走行させて該突き合わせ部を溶接する突き合わせ溶接装置において、
上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部との幅方向両端部のみを板厚方向に重ね合わせる重ね合わせ手段と、
両被溶接材の重ね合わせ部を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせる加圧手段とを備えていることを特徴とする突き合わせ溶接装置。
【請求項４】
上記加圧手段が上記溶接トーチの走行方向の前方に配置され、かつ、上記溶接トーチの走行に同期して移動可能に構成されていることを特徴とする請求項３記載の突き合わせ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、先行するストリップと後行のストリップとのそれぞれの端部を切断した後、両ストリップの端部同士をレーザビーム溶接あるいはアーク溶接する突き合わせ溶接方法および溶接装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９および図１０はそれぞれ例えば特開平７−１３２３８７号公報に記載された従来のレーザビーム溶接装置の構成を示す斜視図である。
図９および図１０において、１はコモンベース、２および３はコモンベース１上に前後に所定間隔をおいて設けられている前部クランプ装置および後部クランプ装置、４は前部クランプ装置２と後部クランプ装置３との間を左右方向から進退可能に設けられているシャー装置、５はシャー装置４と同様に前部クランプ装置２と後部クランプ装置３との間を左右方向から進退可能に設けられているバックバー装置、６は後部クランプ装置３の上部に取り付けられている上部ベッド、７は上部ベッド６上を左右方向に移動可能に取り付けられている溶接キャリッジ装置、８は溶接キャリッジ装置７に前後方向に移動可能に取り付けられている溶接キャリッジ装置、９は溶接キャリッジ装置８に鉛直方向に移動可能に取り付けられている溶接トーチとしての加工ヘッド、１０はレーザ発振器１１で発生したレーザビームを加工ヘッド９に伝送する伝送管、１２は図示されていない先行被溶接材としての先行ストリップ、１３は後行被溶接材としての後行ストリップであり、矢印Ａは先行および後行ストリップ１２、１３の走行方向を示している。ここでは、先行および後行ストリップ１２、１３の走行方向Ａを前後方向とし、先行および後行ストリップ１２、１３の主面において走行方向Ａと直交する方向を左右方向とし、先行および後行ストリップ１２、１３の主面に垂直な方向を鉛直方向としている。
【０００３】
図１１は図９および図１０に示された従来のレーザビーム溶接装置における光学系を示し、１４はレーザビーム１６の光路を変更するためのミラー、１５は加工ヘッド９の内部に取り付けられている集光レンズ（あるいは集光ミラー）である。
【０００４】
つぎに、このように構成された従来のレーザビーム溶接装置の動作について説明する。
鉄鋼プロセスラインにおいては、ストリップが酸洗い、メッキ、熱処理等の連続処理をなされている場合には、ストリップは図９の矢印Ａで示す方向に走行している。
そして、ストリップが送られて終端までくると、この先行ストリップ１２は、図１２に示されるように、その終端部がシャー装置４の刃幅４ａ内に導かれて停止する。この状態になると、後行ストリップ１３がその先端部をシャー装置４の刃幅４ａ内に位置するように送り込まれて停止する。そして、図９および図１２に示されるように、バックバー装置５が後退し、シャー装置４が前進して前部クランプ装置２と後部クランプ装置３との間に位置する。
ついで、両ストリップ１２、１３がそれぞれクランプ装置２、３に保持され、その後シャー装置４の上部シャー刃が下降して両ストリップ１２、１３の相対する端部を切断する。引き続いて、図１０および図１３に示されるように、シャー装置４が後退し、バックバー装置５が前進して前部クランプ装置２と後部クランプ装置３との間に位置する。その後、前部クランプ装置２を後部クランプ装置３側にシャー装置４の刃幅４ａ分だけ移動させて、先行ストリップ１２の切断面と後行ストリップ１３の切断面とを突き合わせる。
ついで、溶接キャリッジ装置８を前後方向に移動させて、即ち加工ヘッド９をストリップ１２、１３の切断面と直交する方向に移動させて、加工ヘッド９を突き合わされた両ストリップ１２、１３の接合部上に位置させるとともに、レーザビームの焦点が所定の高さになるように加工ヘッド９を鉛直方向に移動させて、セットする。
【０００５】
このようにして溶接準備が整った後、伝送管１０を介して、図１１に示されるように、レーザ発振器１１で発生されたレーザビーム１６をミラー１４により方向を変え、かつ、集光レンズ１５により両ストリップ１２、１３の接合部に集光させて溶接を開始するとともに、溶接キャリッジ装置７を左右方向に移動させて、即ち加工ヘッド９をストリップ１２、１３の幅方向に移動させて、両ストリップ１２、１３を連続して溶接する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の突き合わせ溶接装置では以上のように突き合わせ溶接を行っているが、シャー装置４で切断した両ストリップ１２、１３の切断面の形状は、図１４の（ａ）に示されるように、完全な直線となっておらず、前部クランプ装置２を後部クランプ装置３側にシャー装置４の刃幅４ａ分だけ移動させて、先行ストリップ１２の切断面と後行ストリップ１３の切断面とを突き合わせた時に、両ストリップ１２、１３の接合部は、図１４の（ｂ）に示されるように、両端のギャップＧが狭く、中央のギャップＧが広くなっている。
そのため、一般的には、特開昭６１−１７６４９０号公報に記載されているように、ギャップＧがある程度小さければフィラワイヤを挿入して溶接が行われる。しかし、ギャップＧに変化があるため、最大ギャップ部即ち中央部付近のギャップ量Ｇに対して、溶接部仕上がり厚みをストリップ厚み以上に確保できる程度のフィラワイヤ挿入量が必要となり、フィラワイヤ挿入量が多くなってしまう。そこで、フィラワイヤ挿入量に対応して必要入熱が多く要求されるので、出力一定（最大出力）の場合、溶接速度が下がってしまうという問題があった。
さらに、ギャップＧが大きくなると、融け落ちが発生してしまい、溶接ができなくなるという問題があった。このため、板幅全域において均一な溶接を行うには、特公平４−５１２７２号公報に記載されているように、ストリップを切断後に研磨装置により切断面の研磨を行うか、ストリップの機械剛性を大きくする等して切断線の直線性および送り精度を向上してギャップＧを非常に小さなものにしなければならない。この場合、研磨装置を加える必要や、機械剛性を高めるため装置が大型化するという問題があった。
さらに、特開平７−１３２３８７号公報に記載されているように、溶接方向の加工ヘッドより先行位置で突き合わせ部を板厚方向に加圧する加圧手段を備えたレーザビーム溶接装置があるが、板厚に対してギャップＧがある程度小さければ有効であるが、ギャップＧが大きい場合にはギャップを確実に均一にできず、あるいはギャップを無くすことはできない。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、装置の大型化をもたらすことなく、溶接速度を高速にでき、かつ、高品質で確実な突き合わせ溶接ができる突き合わせ溶接方法および溶接装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る突き合わせ溶接方法は、板状の先行被溶接材の後端部と板状の後行被溶接材の先端部との突き合わせ部に沿って溶接トーチを走行させて該突き合わせ部を溶接する方法において、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部との幅方向両端部のみを板厚方向に重ね合わせ、ついで両被溶接材の重ね合わせ部を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせた後、上記突き合わせ部の溶接をするものである。
【０００９】
また、上記溶接トーチの走行に同期して、上記溶接トーチの走行方向の前方に位置する上記重ね合わせ部の部位を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせるようにし、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを突き合わせつつ溶接するようにしたものである。
【００１０】
また、この発明に係る突き合わせ溶接装置は、板状の先行被溶接材の後端部と板状の後行被溶接材の先端部との突き合わせ部に沿って溶接トーチを走行させて該突き合わせ部を溶接する突き合わせ溶接装置において、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部との幅方向両端部のみを板厚方向に重ね合わせる重ね合わせ手段と、両被溶接材の重ね合わせ部を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせる加圧手段とを備えているものである。
【００１１】
また、上記加圧手段が上記溶接トーチの走行方向の前方に配置され、かつ、上記溶接トーチの走行に同期して移動可能に構成されているものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーザビーム溶接装置の構成を模式的に示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係るレーザビーム溶接装置を前部クランプ装置側から見た状態を模式的に示す側面図、図３はこの発明の実施の形態１に係るレーザビーム溶接装置の動作を説明する図である。図４はこの発明の実施の形態１に係るレーザビーム溶接装置における被溶接材の重ね合わせ動作を説明する図であり、図４の（ａ）は重ね合わせ前の状態を、図４の（ｂ）は重ね合わせ状態を示している。図５はこの発明の実施の形態１に係るレーザビーム溶接装置における被溶接材の突き合わせ動作を説明する図であり、図５の（ａ）は重ね合わせ状態を、図５の（ｂ）は突き合わせ状態を示している。
なお、各図において図９乃至図１３に示した従来のレーザビーム溶接装置と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１３】
図１および図２において、１７は前部クランプ装置２の下部に配設された楔状の一対のギブ、１８はギブ１７を作動させて前部クランプ装置２を昇降させるアクチュエータであり、前部クランプ装置２、ギブ１７およびアクチュエータ１８が先行ストリップ１２と後行ストリップ１３とを重ね合わせる重ね合わせ手段を構成している。
１９は加圧ローラ、２０は加圧ローラ１９を先行ストリップ１２と後行ストリップ１３との重ね合わせ部に押圧するアクチュエータであり、このアクチュエータ２０は溶接キャリッジ装置８に加工ヘッド９に対して溶接方向の前方に位置するように溶接キャリッジ装置８に取り付けられている。そして、バックバー装置５、加圧ローラ１９およびアクチュエータ２０が先行ストリップ１２と後行ストリップ１３との重ね合わせ部を板厚方向に加圧する加圧手段を構成している。
【００１４】
つぎに、このように構成されたレーザビーム溶接装置の動作について説明する。
まず、従来のレーザビーム溶接装置と同様に、ストリップが送られて終端までくると、この先行ストリップ１２は、その終端部がシャー装置４の刃幅４ａ内に導かれて停止する。この状態になると、後行ストリップ１３がその先端部をシャー装置４の刃幅４ａ内に位置するように送り込まれて停止する。そして、バックバー装置５が後退し、シャー装置４が前進して前部クランプ装置２と後部クランプ装置３との間に位置する。ついで、両ストリップ１２、１３がそれぞれクランプ装置２、３に保持され、その後シャー装置４の上部シャー刃が下降して両ストリップ１２、１３の相対する端部を切断する。引き続いて、シャー装置４が後退し、バックバー装置５が前進して前部クランプ装置２と後部クランプ装置３との間に位置する。ここまでは、アクチュエータ１８によりギブ１７を作動させて、即ち一対の楔状のギブ１７をずらして前部クランプ装置２を下降させて、前部クランプ装置２が後部クランプ装置３と同じ高さ位置に保持されている。
【００１５】
そして、アクチュエータ１８によりギブ１７を作動させて、即ち下方のギブ１７を図２に示されるように押し入れて前部クランプ装置２を上昇させて、前部クランプ装置２が後部クランプ装置３より高い位置に保持される。この前部クランプ装置２は後部クランプ装置３に対してストリップ１２の厚み分高く保持されている。
その後、前部クランプ装置２を後部クランプ装置３側にシャー装置４の刃幅４ａと重ね設定値（ストリップの板厚の１／２程度）との和分だけ移動させる。これにより、図１および図４の（ｂ）に示されるように、先行ストリップ１２の切断端部と後行ストリップ１３の切断端部とが重ね合わされる。
ついで、溶接キャリッジ装置８を前後方向に移動させて、加工ヘッド９をストリップ１２、１３の切断面と直交する方向（ストリップの長さ方向）に移動させて、加工ヘッド９を両ストリップ１２、１３の重ね合わせ部上に位置させるとともに、レーザビームの焦点が所定の高さになるように加工ヘッド９を鉛直方向に移動させる。また、アクチュエータ２０は溶接キャリッジ装置８に加工ヘッド９に対して溶接方向の前方に位置するように溶接キャリッジ装置８に取り付けられているので、この加工ヘッド９の前後方向の位置調整工程により、アクチュエータ２０に取り付けられている加圧ローラ１９も両ストリップ１２、１３の重ね合わせ部上に位置する。
さらに、溶接キャリッジ装置７を左右方向に移動させて、加圧ローラ１９および加工ヘッド９を両ストリップ１２、１３の重ね合わせ部の溶接方向の始端側外方に位置させる。ついで、加圧ローラ１９が両ストリップ１２、１３の重ね合わせ部に対して所定の押圧力で押し付けるられるように、アクチュエータ２０が加圧ローラ１９を所定の位置まで下降させる。
【００１６】
このようにして溶接準備が整った後、溶接キャリッジ装置７を左右方向に移動させて、加圧ローラ１９を溶接方向に移動させる。そして、加圧ローラ１９は、両ストリップ１２、１３の重ね合わせ部の溶接方向の始端に到達すると、図３に示されるように該重ね合わせ部に乗り上げ、該重ね合わせ部上を溶接方向に走行移動する。この時、該重ね合わせ部はバックバー装置５のバックバー上に配置しているので、加圧ローラ１９により板厚方向に加圧される。これにより、重ね合わされた両ストリップ１２、１３の端部は、図５の（ａ）、（ｂ）に示されるように、変形して密接な状態に突き合わされる。引き続いて、加工ヘッド９が両ストリップ１２、１３の突き合わせ部の溶接方向の始端に到達すると、レーザビームがレーザ発振器１１から発生されて溶接が開始される。レーザ発振器１１で発生されたレーザビーム１６は、集光レンズ１５により両ストリップ１２、１３の突き合わせ部に集光され、該突き合わせ部が加熱溶融されて溶接される。そして、溶接キャリッジ装置７がさらに左右方向に移動されて、即ち加工ヘッド９および加圧ローラ１９がストリップ１２、１３の幅方向（溶接方向）に移動されて、両ストリップ１２、１３が連続して溶接される。
【００１７】
このように、この実施の形態１では、両ストリップ１２、１３の重ね合わせ部を加圧ローラ１９により板厚方向に加圧して両ストリップ１２、１３の切断端部を変形させて密接な状態に突き合わせた後、該突き合わせ部を溶接している。
そこで、突き合わせ部が密接な状態となっており、ギャップＧもなくなり、溶接時の融け落ちがなく、板幅全域において均一な高品質な溶接を行うことができる。また、突き合わせ部にフィラワイヤを挿入する必要もなく、ストリップ１２、１３の切断面を切削したりする必要もなく、さらには機械剛性を大きくする必要もないので、溶接速度を高速にすることができ、研削装置が不要となり装置の高コスト化が抑えられ、さらには装置の大型化を抑えることができる。
【００１８】
なお、上記実施の形態１では、突き合わせ溶接装置としてレーザビーム溶接装置を用いて説明しているが、本発明は、アーク溶接装置に適用しても、同様の効果が得られることはいうまでもないことである。この場合、アーク溶接装置においては、加工ヘッド９がアーク溶接トーチに、伝送管１０がケーブルに、レーザ発振器１１がアーク溶接機電源に、それぞれ置き換わるのみであり、構成および動作はレーザビーム溶接装置と同様である。
また、上記実施の形態１では、直線刃を用いたギロチン式シャー装置４を用いて説明しているが、本発明は、回転円形刃を用いたロータリー式シャー装置を用いても同様の効果を奏する。
また、上記実施の形態１では、前部クランプ装置２を後部クランプ装置３に対してストリップ１２の厚み分高い位置に保持した状態を維持して、重ね合わせ部を加圧ローラ１９で加圧して両ストリップ１２、１３を突き合わせるものとして説明しているが、両ストリップ１２、１３を重ね合わせた後、前部クランプ装置２を後部クランプ装置３と同じ高さ位置に戻して、重ね合わせ部を加圧ローラ１９で加圧して両ストリップ１２、１３を突き合わせるようにしても、同様の効果を奏する。
【００１９】
また、上記実施の形態１では、前部クランプ装置２の下部にギブ１７を配し、アクチュエータ１８によりギブ１７を作動させて前部クランプ装置２を昇降させるものとして説明しているが、前部クランプ装置２をアクチュエータで直接昇降させてもよく、回転軸を設けて前部クランプ装置２を傾動させるようにしてもよい。後者の実施例では、図６および図７に示されるように、前部クランプ装置２の前方下端部がコモンベース１に水平な回転軸２１周りに回動可能に連結され、アクチュエータ１８が前部クランク装置２の後方下端部を昇降させるようにコモンベース１上に配設されている。これにより、ストリップ１２、１３が切断された後、アクチュエータ１８により前部クランプ装置２の後方下端部を上方に押圧して前部クランプ装置２を回転軸２１周りに回動させ、即ち前部クランプ装置２を傾動させ、ついで前部クランプ２を後方（後部クランプ装置３側）に所定量移動させて、両ストリップ１２、１３の切断端部を重ね合わせることになる。
また、上記実施の形態１では、前部クランプ装置２を昇降させるように説明しているが、後部クランプ装置３を昇降させるようにしてもよい。
また、上記実施の形態１では、ストリップ１２、１３の重ね合わせ部を加圧ローラ１９とバックバー装置５との間で加圧して密接な突き合わせ状態を形成するものとして説明しているが、図８に示されるように該重ね合わせ部の上下に加圧ローラ１９、２２を配し、上下の加圧ローラ１９、２２で該重ね合わせ部を加圧して密接な突き合わせ状態を形成するようにしてもよい。この場合、バックバー装置５ａは円盤状の形状となり、加圧ローラ２２とバックバー装置５ａとは加圧ローラ１９および加工ヘッド９と同期して溶接方向に走行するように構成されている。
また、上記実施の形態１では、重ね合わせ部を加圧して密接な突き合わせ状態を形成しつつ溶接するものとして説明しているが、重ね合わせ部を加圧して重ね合わせ部の全体を密接な突き合わせ状態に形成した後、溶接するようにしても、同様の効果を奏する。
【００２０】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２１】
この発明によれば、板状の先行被溶接材の後端部と板状の後行被溶接材の先端部との突き合わせ部に沿って溶接トーチを走行させて該突き合わせ部を溶接する方法において、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部との幅方向両端部のみを板厚方向に重ね合わせ、ついで両被溶接材の重ね合わせ部を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせた後、上記突き合わせ部の溶接をするので、溶接速度を高速にでき、かつ、高品質で確実な突き合わせ溶接ができる突き合わせ溶接方法が得られる。
【００２２】
また、上記溶接トーチの走行に同期して、上記溶接トーチの走行方向の前方に位置する上記重ね合わせ部の部位を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせるようにし、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを突き合わせつつ溶接するようにしたので、溶接時間の短縮化が図られる。
【００２３】
また、板状の先行被溶接材の後端部と板状の後行被溶接材の先端部との突き合わせ部に沿って溶接トーチを走行させて該突き合わせ部を溶接する突き合わせ溶接装置において、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部との幅方向両端部のみを板厚方向に重ね合わせる重ね合わせ手段と、両被溶接材の重ね合わせ部を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせる加圧手段とを備えているので、装置の大型化をもたらすことなく、溶接速度を高速にでき、かつ、高品質で確実な突き合わせ溶接ができる突き合わせ溶接装置が得られる。
【００２４】
また、上記加圧手段が上記溶接トーチの走行方向の前方に配置され、かつ、上記溶接トーチの走行に同期して移動可能に構成されているので、先行被溶接材の後端部と後行被溶接材の先端部とを突き合わせつつ溶接でき、溶接時間の短縮化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係るレーザビーム溶接装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係るレーザビーム溶接装置を前部クランプ装置側から見た状態を模式的に示す側面図である。
【図３】  この発明の実施の形態１に係るレーザビーム溶接装置の動作を説明する図である。
【図４】  この発明の実施の形態１に係るレーザビーム溶接装置における被溶接材の重ね合わせ動作を説明する図である。
【図５】  この発明の実施の形態１に係るレーザビーム溶接装置における被溶接材の突き合わせ動作を説明する図である。
【図６】  この発明の実施の形態１に係るレーザビーム溶接装置の他の実施例における装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】  この発明の実施の形態１に係るレーザビーム溶接装置の他の実施例における装置を前部クランプ装置側から見た状態を模式的に示す側面図である。
【図８】  この発明の実施の形態１に係るレーザビーム溶接装置のさらに他の実施例における装置の動作を説明する図である。
【図９】  従来のレーザビーム溶接装置の構成を斜視図である。
【図１０】  従来のレーザビーム溶接装置の構成を斜視図である。
【図１１】  従来のレーザビーム溶接装置における光路図である。
【図１２】  従来のレーザビーム溶接装置の動作状態を説明する要部側断面図である。
【図１３】  従来のレーザビーム溶接装置の動作状態を説明する要部側断面図である。
【図１４】  ストリップの切断状態および突き合わせ状態を説明するための図である。
【符号の説明】
２  前部クランプ装置（重ね合わせ手段）、５  バックバー装置（加圧手段）、９  加工ヘッド（溶接トーチ）、１２  先行ストリップ（先行被溶接材）、１３  後行ストリップ（後行被溶接材）、１７  ギブ（重ね合わせ手段）、１８  アクチュエータ（重ね合わせ手段）、１９、２２  加圧ローラ（加圧手段）、２０  アクチュエータ（加圧手段）。
【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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