(57)【要約】【課題】精度良く短時間に積層造形模型を定盤に設置することができる鋳型模型および鋳型模型の製造方法を提供する。【解決手段】鋳型模型１は、積層造形模型２と、積層造形模型２が固定される定盤３とを備え、積層造形模型２の定盤３に固定される面にはスナップフィット構造４が形成され、定盤３には積層造形模型２のスナップフィット構造４に係合可能な下穴５が形成される。また、スナップフィット構造４が設けられる積層造形模型２はＣＡＤデータに基づいて３Ｄプリンタで形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形模型と、
前記積層造形模型が固定される定盤と
を備え、
前記積層造形模型の前記定盤に固定される面には、スナップフィット構造が形成され、
前記定盤には、前記積層造形模型の前記スナップフィット構造に係合可能な下穴が形成される
鋳型模型。
【請求項２】
前記積層造形模型の前記定盤に固定される面には、さらにピン部が形成され、
前記定盤には、前記積層造形模型の前記ピン部が挿入可能なピン部挿入孔が形成される  請求項１に記載の鋳型模型。
【請求項３】
前記積層造形模型には、少なくとも２つのスナップフィット構造が形成され、
前記少なくとも２つのスナップフィット構造の各々は、互いに形状が異なる
請求項１または２に記載の鋳型模型。
【請求項４】
前記定盤には、固定治具が取り付けられ、
前記固定治具には、前記スナップフィット構造に係合可能な前記下穴が形成される請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋳型模型。
【請求項５】
スナップフィット構造を有する積層造形模型を形成するためのＣＡＤデータを作成する工程と、
前記ＣＡＤデータに基づいて３Ｄプリンタを使用した積層造形法により前記スナップフィット構造を有する前記積層造形模型を形成する工程と、
前記スナップフィット構造に係合可能な下穴を定盤に形成する工程と、
前記積層造形模型のスナップフィット構造を前記定盤の前記下穴に嵌合させることにより、前記積層造形模型を前記定盤に固定する工程とを含む
鋳型模型の製造方法。
【請求項６】
前記スナップフィット構造に係合可能な前記下穴を有する固定治具を形成するための第二のＣＡＤデータを作成する工程をさらに含み、
前記下穴を前記定盤に形成する工程は、
前記第二のＣＡＤデータに基づいて３Ｄプリンタを使用した積層造形法により前記固定治具を形成する工程と、
前記固定治具を前記定盤に取付ける工程とを含む
請求項５に記載の鋳型模型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、定盤に対する積層造形模型の設置の精度を向上させることができる鋳型模型および鋳型模型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鋳造用の模型(以下、「鋳型模型」と称す)は、木、樹脂または金属を機械加工して製造されている。近年ＣＡＤシステムを利用した鋳造品の設計が行われるようになり、例えば特許文献１に示すように、このＣＡＤシステムによって作成した三次元形状データに基づいて、光造形法または熱溶解法の積層造形法によって鋳型模型を製作することも考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６０７０６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、鋳型模型を積層造形法によって製造するときには、製品部分、湯道部分およびその他の部分の積層造形模型を作製し、定盤に設置する事で鋳型模型とする。そして、積層造形模型は、出来る限り精度良く定盤に設置することが求められる。さらに、各積層造形模型からなる鋳型模型の製作時間を短縮することも求められている。
【０００５】
しかし、積層造形模型を精度良く定盤に設置するためには、積層造形模型ごとに定盤の設置位置を決める必要がある。さらに、積層造形模型と定盤との相対位置を考えて設置する必要がある。そのため、積層造形模型の設置のための時間が増大してしまうという問題があった。
【０００６】
この発明は、このような問題を解決するためになされ、精度良く短時間に積層造形模型を定盤に設置することができる鋳型模型および鋳型模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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明に係る鋳型模型は、積層造形模型と、積層造形模型が固定される定盤とを備え、積層造形模型の定盤に固定される面にはスナップフィット構造が形成され、定盤には積層造形模型のスナップフィット構造に係合可能な下穴が形成される。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る鋳型模型および鋳型模型の製造方法によれば、積層造形模型にスナップフィット構造が設けられることにより、精度良く短時間に積層造形模型を定盤に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る鋳型模型の断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示す鋳型模型の積層造形模型のスナップフィット構造を示す断面図および平面図であり、図２（ｂ）は、図１に示す鋳型模型の定盤の下穴の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る鋳型模型の断面図である。
【図４】図４（ａ）は、図３に示す鋳型模型の積層造形模型のスナップフィット構造を示す断面図および平面図であり、図４（ｂ）は、図３に示す鋳型模型の定盤の下穴の断面図である。
【図５】図５（ａ）は図３に示す鋳型模型の平面図であり、図５（ｂ）は、図３に示す鋳型模型の変形例に係る平面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る鋳型模型の断面図である。
【図７】図７（ａ）は、図６に示す鋳型模型の積層造形模型のスナップフィット構造およびピン部を示す断面図および平面図であり、図７（ｂ）は、図６に示す鋳型模型の定盤の下穴およびピン部挿入孔の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る鋳型模型の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る鋳型模型の断面図である。
【図１０】図９に示す鋳型模型に用いられる固定治具を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による鋳型模型１の断面図である。鋳型模型１は、積層造形模型２と、積層造形模型２が固定される定盤３とを有する。
【００１１】
図２（ａ）に示すように、積層造形模型２の定盤３に固定される側の面には、複数のスナップフィット構造４が形成されている。スナップフィット構造４は、円筒形状のはり部６とフック部７とを有する。また、スナップフィット構造４は、円周方向に４分割されている。
【００１２】
また、図２（ｂ）に示すように、定盤３には、スナップフィット構造４に係合可能な下穴５が形成されている。下穴５は、スナップフィット構造４の挿入側に設けられるキリ穴部８と、キリ穴部８に連通して設けられるザグリ穴部９とを有する。キリ穴部８およびザグリ穴部９は、円形の断面を有し、ザグリ穴部９の内径は、キリ穴部８の内径よりも大きくなっている。積層造形模型２は、スナップフィット構造４が定盤３の下穴５に嵌合することによって定盤３に固定される。すなわち、キリ穴部８とザグリ穴部９との間の段差にスナップフィット構造４のフック部７が係合することにより、スナップフィット構造４は、下穴５に対して固定される。
【００１３】
以下、積層造形模型２のＣＡＤデータの作成手順、定盤３の製作手順および積層造形模型２の定盤３への固定作業の手順について説明する。
はじめに、積層造形模型２のＣＡＤデータの作成手順について説明する。
ＣＡＤシステムを用いて、製品形状のＣＡＤデータを作成する。次に、作成した製品形状のＣＡＤデータを上下２つのデータに分割するための分割面を設定する。続いて、先に設定した分割面で製品形状を分割し、積層造形模型２の上型形状および下型形状のＣＡＤデータを作成する。このとき、必要であれば、機械加工代分、製品鋳造時の膨張、収縮分および抜き代を考慮して、模型形状のＣＡＤデータを修正する。さらに、上型形状および下型形状の各々のＣＡＤデータについて、定盤３と接する面に、積層造形模型２と定盤３とを固定するためのスナップフィット構造４を形成する。ここで、スナップフィット構造４の形状、位置および個数は、３Ｄプリンタで使用される樹脂の機械的性質および抜型時に鋳型模型１に作用する応力を考慮して決定する。さらに湯口、湯道および堰からなる方案部および押湯設置用の座を追加し、積層造形模型２のＣＡＤデータが完成する。積層造形模型２は、完成したＣＡＤデータをもとにして、３Ｄプリンタを使用した積層造形法によって製作される。
【００１４】
次に、定盤３の製作手順を説明する。
定盤３用の素材を、所望の砂型サイズに合わせて切断加工および組み立てをする。次に、定盤３の積層造形模型２と接する面に、下穴５の加工位置をけがいて書き入れる。下穴５の位置は、積層造形模型２のスナップフィット構造４に対応する位置である。そして、書き入れた下穴５の位置にボール盤で穴を開け、下穴５のキリ穴部８を形成する。最後に、キリ穴部８と同じ位置にボール盤で下穴５のザグリ穴部９を形成し、定盤３が完成する。
【００１５】
最後に、積層造形模型２の定盤３への固定作業の手順について説明する。
積層造形模型２のスナップフィット構造４の位置と、定盤３の下穴５の位置とを合わせる。続いて、積層造形模型２が定盤３に対して平行を保つように留意しながら、スナップフィット構造４を下穴５に挿入していく。このとき、円周方向に４分割されたスナップフィット構造４が弾性変形することにより、下穴５のキリ穴部８よりも幅の広いフック部７は、キリ穴部８を通過することができる。フック部７がキリ穴部８を通過してザグリ穴部９に到達するとその弾性力により広がって、フック部７は元の形状に復元する。そして、スナップフィット構造４のフック部７のかえし部分がザグリ穴部９の上面、すなわち、キリ穴部８とザグリ穴部９との間の段差部分に引っかかる。これにより、スナップフィット構造４は、定盤３の下穴５に係合し、積層造形模型２が定盤３に固定される。
【００１６】
以上より、この実施の形態１に係る鋳型模型１では、積層造形模型２の定盤３に固定される面には、あらかじめスナップフィット構造４が形成され、定盤３には、スナップフィット構造４に係合可能な下穴５が形成される。これにより、積層造形模型２を定盤３に位置合わせして固定するために、積層造形模型２にケガキおよび穴あけ加工を施す必要がなくなる。また、積層造形模型２の位置合わせのために、定盤３にケガキをする作業が不要になる。さらに、積層造形模型２と定盤３との仮接着を行う作業も省略することができる。これにより、鋳型模型１の製作の工程が短縮され、製作時間および製作コストを削減できる。さらに、作業者の熟練度に依らずに、精度良く鋳型模型１を製作することができる。
【００１７】
また、この実施の形態１に係る鋳型模型１の製造方法では、ＣＡＤデータに基づいて３Ｄプリンタを使用し、積層造形法によってスナップフィット構造４を有する積層造形模型２を形成する。このように、積層造形模型２は、積層造形法により製作されているため、高強度な樹脂を使用できる。また、積層造形模型２の内部をメッシュ構造または肉抜き構造にすることも可能なため、鋳型模型１を軽量化することができる。さらにまた、積層造形模型２の製作に積層造形装置としての３Ｄプリンタを使用するため、３Ｄプリンタを勤務時間外または休日に稼働させて積層造形模型２を製作することができる。また、複数台の３Ｄプリンタを並列で使用することで、複数の積層造形模型２を同時に製作することができる。これにより、鋳型模型１の製作期間、製作コストの削減を実現できる。
【００１８】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る鋳型模型１０の構成を図３〜５に示す。
図３に示すように、鋳型模型１０は、積層造形模型１１と、積層造形模型１１が固定される定盤１２とを有する。
【００１９】
図４（ａ）に示すように、積層造形模型１１の定盤１２に固定される側の面には複数のスナップフィット構造１３が形成されている。スナップフィット構造１３は、互いに対向する一対のスナップフィット部１３ａ，１３ｂを有している。また、各々のスナップフィット部１３ａ，１３ｂは、はり部１５とフック部１６とを有する。
【００２０】
図４（ｂ）に示すように、定盤３には、スナップフィット構造１３に係合可能な下穴１４が形成される。下穴１４は、スナップフィット構造１３の挿入側に設けられるキリ穴部１７と、キリ穴部１７に連通して設けられるザグリ穴部１８とを有する。キリ穴部１７およびザグリ穴部１８は、スナップフィット構造１３の形状に合わせて長方形状の断面を有し、ザグリ穴部１８の短手方向の幅は、キリ穴部１７の短手方向の幅よりも大きくなっている。積層造形模型１１は、スナップフィット構造１３が定盤１２の下穴１４に嵌合することによって定盤１２に固定される。すなわち、キリ穴部１７とザグリ穴部１８との間の段差にスナップフィット構造１３のフック部１６が係合することにより、スナップフィット構造１３は、下穴１４に対して固定される。
【００２１】
積層造形模型１１のＣＡＤデータの作成手順、定盤１２の製作手順および積層造形模型１１の定盤１２への固定作業の手順については、実施の形態１と同様のため省略する。ただし、定盤１２の製作手順の穴あけ加工時は、下穴１４の位置に合わせてボール盤または糸鋸でキリ穴部１７を加工し、その後、キリ穴部１７の位置に合わせてフライス盤でザグリ穴部１８を加工する必要がある。
【００２２】
以上より、この実施の形態２に係る鋳型模型１０では、積層造形模型１１の定盤１２に固定される面には、あらかじめスナップフィット構造１３が形成され、定盤１２には、スナップフィット構造１３に係合可能な下穴１４が形成される。これにより、実施の形態１と同様に、鋳型模型１０の製作時間および製作コストが削減される。また、作業者の熟練度に依らずに、精度良く鋳型模型１０を製作することができる。
【００２３】
実施の形態２に係る鋳型模型１０では、スナップフィット構造１３は、一対のスナップフィット部１３ａ，１３ｂを有している。これにより、スナップフィット構造１３が弾性変形しやすい方向および弾性変形し難い方向が各々、一方向に定まる。例えば、図５（ａ）に示すように、造型時に積層造形模型１１に対して矢印の方向Ｐ１に大きな力が作用する場合、スナップフィット構造１３が弾性変形し難い方向Ｑ１が方向Ｐ１と平行になるように、スナップフィット構造１３を配置する。すなわち、スナップフィット構造１３が弾性変形しやすい方向Ｑ２と、力が作用する方向Ｐ１とは、互いに直交している。これにより、造型の工程で積層造形模型１１の位置が定盤１２に対してズレてしまう事態を防止することができ、積層造形模型１１をより確実に定盤１２に固定させることができる。
【００２４】
図５（ｂ）に示すように、造型時に積層造形模型１１に対して多方向Ｐ２から大きな力が作用する場合は、積層造形模型１１に各々異なる方向に配置された複数のスナップフィット構造１３を設けることが好ましい。これにより、スナップフィット構造１３が弾性変形し難い方向Ｑ１も多方向となり、造形時に作用する力によって、積層造形模型１１の位置にズレが生じてしまう事態を防止することができる。
【００２５】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る鋳型模型１９の構成を図６および７に示す。
図６に示すように、鋳型模型１９は、積層造形模型２０と、積層造形模型２０が固定される定盤２１とを有する。
【００２６】
図７（ａ）に示すように、積層造形模型２０の定盤２１に固定される側の面には複数のスナップフィット構造２２が形成されている。スナップフィット構造２２は、円筒形状のはり部２６とフック部２７とを有する。スナップフィット構造２２のはり部２６およびフック部２７の形状は、実施の形態１に係る鋳型模型１のスナップフィット構造４のはり部６およびフック部７の形状と同一である。また、積層造形模型２０の定盤２１に固定される側の面には、複数のピン部２３が形成されている。ピン部２３は、スナップフィット構造２２よりも外側に配置されている。
【００２７】
図７（ｂ）に示すように、定盤３には、スナップフィット構造２２に係合可能な下穴２４が形成される。下穴２４は、キリ穴部２８とザグリ穴部２９とを有する。なお、下穴２４のキリ穴部２８およびザグリ穴部２９の形状は、実施の形態１に係る鋳型模型１の下穴５のキリ穴部８およびザグリ穴部９の形状と同一である。また、定盤３には、ピン部２３が嵌合可能なピン部挿入孔２５が形成される。
【００２８】
積層造形模型２０のＣＡＤデータの作成手順、定盤２１の製作手順および積層造形模型２０の定盤２１への固定作業の手順については、実施の形態１と同様のため省略する。ただし、積層造形模型２０のＣＡＤデータの作成時には、ピン部２３を形成する必要がある。また、定盤２１の製作時には、定盤２１のピン部２３に対応する位置にピン部挿入孔２５を加工することも必要である。
【００２９】
以上より、この実施の形態３に係る鋳型模型１９では、積層造形模型２０の定盤２１に固定される面には、あらかじめスナップフィット構造２２が形成され、定盤２１には、スナップフィット構造２２に係合可能な下穴２４が形成される。これにより、実施の形態１，２と同様に、鋳型模型１９の製作時間および製作コストが削減される。また、作業者の熟練度に依らずに精度良く鋳型模型１９を製作することができる。
【００３０】
さらに、実施の形態３に係る鋳型模型１９では、積層造形模型２０の定盤２１に固定される面にピン部２３が形成され、定盤２１にピン部２３が挿入可能なピン部挿入孔２５が形成される。これにより、積層造形模型２０の定盤２１に対する位置決めの精度を向上させることができる。
【００３１】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る鋳型模型３０の構成を図８に示す。
図８に示すように、鋳型模型３０は、積層造形模型３１と、積層造形模型３１が固定される定盤３２とを有する。積層造形模型３１の定盤３２に固定される側の面には、互いに形状の異なるスナップフィット構造３３ａ，３３ｂが形成されている。スナップフィット構造３３ａの形状は、実施の形態１に係る鋳型模型１のスナップフィット構造４の形状と同一である。また、スナップフィット構造３３ｂは、スナップフィット構造３３ａよりも長さが短いものの、スナップフィット構造３３ａと同様に、はり部とフック部とを有している。
【００３２】
定盤３２には、スナップフィット構造３３ａ，３３ｂに各々、係合可能な下穴３４ａ，３４ｂが形成される。下穴３４ａの形状は、実施の形態１に係る鋳型模型１の下穴５の形状と同一であり、キリ穴部とザグリ穴部とを有している。また、下穴３４ｂは、スナップフィット構造３３ｂの形状に合わせて、下穴３４ａよりもキリ穴部の深さが浅くなっているものの、下穴３４ａと同様の構造を有している。
【００３３】
積層造形模型３１のＣＡＤデータの作成手順、定盤３２の製作手順および積層造形模型３１の定盤３２への固定作業の手順については、実施の形態１と同様のため省略する。ただし、積層造形模型３１のＣＡＤデータの作成時には、形状が互いに異なる二種類のスナップフィット構造３３ａ，３３ｂを形成する必要がある。また、定盤３２の製作時は、スナップフィット構造３３ａ，３３ｂの形状に合わせて、各々異なる形状の下穴３４ａ，３４ｂを形成する必要がある。
【００３４】
以上より、この実施の形態４に係る鋳型模型３０では、積層造形模型３１の定盤３２に固定される面には、あらかじめスナップフィット構造３３ａ，３３ｂが形成され、定盤３２には、スナップフィット構造３３ａ，３３ｂに係合可能な下穴３４ａ，３４ｂが形成される。これにより、実施の形態１〜３と同様に、鋳型模型３０の製作時間および製作コストが削減される。また、作業者の熟練度に依らずに、精度良く鋳型模型３０を製作することができる。
【００３５】
実施の形態４に係る鋳型模型３０では、スナップフィット構造３３ａ，３３ｂの各々は互いに異なる形状を有しているため、スナップフィット構造３３ａ，３３ｂの誤挿入を防止することができる。
また、下穴３４ａ，３４ｂを各々のスナップフィット構造３３ａ，３３ｂに対応させた形状とすることで、スナップフィット構造３３ａ，３３ｂと下穴３４ａ，３４ｂとが互いに適切な位置に来ない限りは、スナップフィット構造３３ａ，３３ｂを下穴３４ａ，３４ｂに挿入することが不可能となる。これにより、スナップフィット構造３３ａ，３３ｂの誤挿入をより確実に防止することができ、製作時間の削減および作業者の熟練度に寄らない模型製作を実現することができる。
【００３６】
実施の形態５．
この発明の実施の形態４に係る鋳型模型３９の構成を図９および１０に示す。
図９に示すように、鋳型模型３９は、積層造形模型４０と、積層造形模型４０が固定される定盤４１とを有する。積層造形模型４０の定盤４１に固定される側の面には、複数のスナップフィット構造４２が形成されている。なお、スナップフィット構造４２の形状は、実施の形態１に係る鋳型模型１のスナップフィット構造４の形状と同一である。また、定盤４１には、各々のスナップフィット構造４２に対応する位置に固定治具取付穴４３が形成されている。各々の固定治具取付穴４３には、固定治具４４が挿入され、取り付けられている。
【００３７】
図１０に示すように、固定治具４４には、スナップフィット構造４２が係合可能な下穴４５が形成されている。下穴４５は、スナップフィット構造４２の挿入側に設けられるキリ穴部４８と、キリ穴部４８に連通して設けられるザグリ穴部４９とを有する。下穴４５のキリ穴部４８およびザグリ穴部４９の形状は、実施の形態１に係る鋳型模型１の下穴５のキリ穴部８およびザグリ穴部９の形状と同一である。また、固定治具４４のザグリ穴４９側の端部には、ザグリ穴部４９の縁部に沿って径方向外側に広がるカエリ部５０が設けられている。図９に示すように、固定治具４４を定盤４１の固定治具取付穴４３に取り付けた状態で、カエリ部５０は定盤４１の積層造形模型４０が取り付けられていない側の面に当接する。
【００３８】
積層造形模型４０のＣＡＤデータの作成手順、定盤４１の製作手順および積層造形模型４０の定盤４１への固定作業の手順については、実施の形態１と同様のため省略する。ただし、積層造形模型４０のＣＡＤデータの作成時には、同時に固定冶具４４を形成するための第二のＣＡＤデータも作成する必要がある。固定冶具４４は、第二のＣＡＤデータにも基づいて３Ｄプリンタを使用した積層造形法によって製作される。積層造形模型４０の定盤４１への固定作業時には、まず定盤４１に固定治具取付穴４３を形成し、その後、固定治具取付穴４３に固定冶具４４を挿入して取付ける。そして、積層造形模型４０のスナップフィット構造４２を固定冶具４４の下穴４５に挿入して係合させることで、積層造形模型４０を定盤４１に固定する。
【００３９】
以上より、この実施の形態５に係る鋳型模型３９では、積層造形模型４０の定盤４１に固定される面には、あらかじめスナップフィット構造４２が形成される。定盤４１は、固定治具取付穴４３に固定治具４４が嵌合された状態で準備される。固定治具４４には、スナップフィット構造４２に係合可能な下穴４５が形成される。これにより、定盤４１が変形しやすい、または破壊されやすい材質、例えば木材によって形成されるものであっても、スナップフィット構造４２と固定治具４４の下穴４５との係合を介して、積層造形模型４０を定盤４１に強固に固定することができる。
【００４０】
また、抜型時に応力が集中するスナップフィット構造４２および固定冶具４４は、ともに３Ｄプリンタで製作される。そのため高強度な樹脂を使用でき、積層造形模型４０と定盤４１との固定強度および鋳型模型３９の耐久性をより向上させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１，１０，１９，３０，３９  鋳型模型、２，１１，２０，３１，４０  積層造形模型、３，１２，２１，３２，４１  定盤、４，１３，２２，３３ａ，３３ｂ，４２  スナップフィット構造、５，１４，２４，３４ａ，３４ｂ，４５  下穴、２３  ピン部、２５  ピン部挿入孔、４４  固定治具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019141853.tif 000005
【図４】
2019141853.tif 000006
【図５】
2019141853.tif 000007
【図６】
2019141853.tif 000008
【図７】
2019141853.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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