(57)【要約】【課題】物品を設計する際に１／ｆゆらぎ成分をその形状に取り込むことにより、製品化後の造形物に接する人間に対し購入を動機付ける契機となる視覚印象を感受させたり、心地よい癒し効果を感得させたりすることができる感性形状を付与した造形物の創成システム及びその創成方法を提供する。【解決手段】３次元形状を呈する仮想物品の基本形状から得られる設計データに別途取得したゆらぎ因子を組み込ませてゆらぎを伴った形状データを生成するための形状データ生成装置１２と、該形状データ生成装置１２生成されたゆらぎを伴った形状データをＳＴＬ形式のデータに変換するためのデータ変換処理装置３２と、該データ変換処理装置３２で変換されたＳＴＬデータに基づいてゆらぎを伴った物品形状を創成するための３次元造形装置４２とで造形物創成装置１１を構成して、感性形状を付与した造形物を創成できるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元形状を呈する仮想物品の基本形状から得られる設計データに別途取得したゆらぎ因子を組み込ませてゆらぎを伴った形状データの生成を自在とした形状データ生成装置と、該形状データ生成装置で生成されたゆらぎを伴った形状データのＳＴＬ形式のデータへの変換を自在としたデータ変換処理装置と、該データ変換処理装置で変換されたＳＴＬデータに基づいてゆらぎを伴った物品形状の創成を自在とした３次元造形装置とで少なくとも構成したことを特徴とする感性形状を付与した造形物の創成システム。
【請求項２】
３次元形状を呈する仮想物品の基本形状から得られる設計データに別途取得されるゆらぎ因子を組み込ませてゆらぎを伴った形状データを生成する形状データ生成工程と、
生成されたゆらぎを伴った前記形状データをＳＴＬ形式のデータに変換するデータ変換工程と、
変換後の前記ＳＴＬデータに基づいてゆらぎを伴った３次元の物品形状を創成する形状創成工程とを少なくとも含むことを特徴とする感性形状を付与した造形物の創成方法。
【請求項３】
前記形状データ生成工程における設計データへのゆらぎ因子の組み込み処理は、前記仮想物品の基本形状をらせん状のワイヤーフレームデータとして要素化した上で、ゆらぎ成分を組み込む１次元的手法により行われる請求項２に記載の感性形状を付与した造形物の創成方法。
【請求項４】
形状データ生成工程における設計データへのゆらぎ因子の組み込みは、仮想物品の基本形状をサーフェスデータとして要素化した上で、ゆらぎ成分を組み込む２次元的手法により行われる請求項２に記載の感性形状を付与した造形物の創成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、茶器等を含む各種の物品形状を設計するに際し１／ｆゆらぎ成分を取り込んで行うことにより、造形物として製品化した物品から単なる工業製品からは感じ取ることができない強い購入意欲を感受させたり、心地よい癒し効果を感得させたりすることができる感性形状を付与した造形物の創成システム及びその創成方法に関する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
従来より３次元コピー技術を利用した各種の積層造形システムが提供されてきており、こらのうちには、微粉体テープ用いたレーザーマイクロ積層造形方法及び装置（例えば、特許文献１参照）や光造形装置及び光造形方法（例えば、特許文献２参照）などもある。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６２６５７号公報
【特許文献２】特開２００１−２５２９８６号公報
【０００４】
特許文献１には、金属微粉体又は金属とセラミックスの混合微粉体にバインダーを加えて成形した微粉体テープ面にレーザー光を照射して、金属又は金属とセラミックスとからなる積層造形体を形成する技術が開示されている。この開示技術によれば、明確な異相が存在する積層造形体や、空洞部を持つ比較的複雑な形状の造形体を、高精度で比較的容易に製造することができるとされている。
【０００５】
特許文献２には、液晶マスクと可視光とを用いて、面露光による非積層での造形を、高い造形自由度、高精度、高速で実現できる技術が開示されている。
【０００６】
一方、癒し効果があるとされる１／ｆゆらぎ成分に関する従来技術のなかには、物品形状に１／ｆゆらぎ成分を取り込むことにより、見る者に対し快適感を感じさせることができるようにしたもの（例えば、特許文献３参照）もある。
【０００７】
【特許文献３】第２７７５１５８号特許公報
【０００８】
特許文献３には、その表面を１／ｆでゆらがせることにより、見る者に快適感などのやすらぎを感じさせることができる壁紙に関する技術が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１，２には、積層造形法に代表されるようなラピッドプロトタイピング技術が開示されてはいるものの、これを工業的に製造するに際しては必然的に機能性とコスト性とが追求されることになる。つまり、このような手法により製造される工業製品は、見た目にも画一的で無機質な外観形状を呈するものとなりがちであり、これに接する人間に対し他の同種製品と差別化し得る購入意欲を触発できるような強い動機付けを与えることが難しいという不都合があった。
【００１０】
一方、特許文献３には、その表面を１／ｆでゆらがせることにより、見る者に対し快適感などのやすらぎを感じさせることができるようにした壁紙が開示されてはいるものの、壁紙以外の他の物品に対しても適用できる汎用性がなく、応用領域が狭いという不具合があった。
【００１１】
本発明は、従来技術にみられた上記課題に鑑み、物品を設計する際に１／ｆゆらぎ成分をその形状に取り込むことにより、製品化した造形物に接する人間に対し購入を動機付ける契機となる視覚印象を感受させたり、心地よい癒し効果を感得させたりすることができる感性形状を付与した造形物の創成システム及びその創成方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成すべくなされたものであり、そのうちの第１の発明（造形物の創成システム）は、３次元形状を呈する仮想物品の基本形状から得られる設計データに別途取得したゆらぎ因子を組み込ませてゆらぎを伴った形状データの生成を自在とした形状データ生成装置と、該形状データ生成装置で生成されたゆらぎを伴った形状データのＳＴＬ形式のデータへの変換を自在としたデータ変換処理装置と、該データ変換処理装置で変換されたＳＴＬデータに基づいてゆらぎを伴った物品形状の創成を自在とした３次元造形装置とで少なくとも構成したことに構成上の特徴がある。
【００１３】
また、第２の発明（造形物の創成方法）は、３次元形状を呈する仮想物品の基本形状から得られる設計データに別途取得されるゆらぎ因子を組み込ませてゆらぎを伴った形状データを生成する形状データ生成工程と、ゆらぎ因子を組み込ませてゆらぎを伴った形状データを生成する形状データ生成工程と、生成されたゆらぎを伴った前記形状データをＳＴＬ形式のデータに変換するデータ変換工程と、変換後の前記ＳＴＬデータに基づいてゆらぎを伴った３次元の物品形状を創成する形状創成工程とを少なくとも含むことに構成上の特徴がある。
【００１４】
この場合、前記形状データ生成工程における設計データへのゆらぎ因子の組み込み処理は、前記仮想物品の基本形状をらせん状のワイヤーフレームデータとして要素化した上で、ゆらぎ成分を組み込む１次元的手法により行うことができるほか、前記仮想物品の基本形状をサーフェスデータとして要素化した上で、ゆらぎ成分を組み込む２次元的手法により行うこともできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における第１の発明（造形物創成システム）の概略構成例を示すブロック図であり、造形物創成システム１１の全体は、形状データ生成装置１２とデータ変換処理装置３２と３次元造形装置４２とで構成されている。
【００１６】
このうち、形状データ生成装置１２は、基本形状として用意される仮想物品を設計してその設計データを得る基本形状設計手段１３と、ゆらぎ因子を生成してこれを取得するゆらぎ因子生成手段１４と、このようにして得られた設計データにゆらぎ因子を組み込ませてなる形状データを生成する形状データ生成手段２５とで構成されている。
【００１７】
このうち、基本形状設計手段１３は、コンピュータによる設計支援（ＣＡＤ）のもとでゆらぎ因子を含まない基本形状としての仮想物品につき設計を行うことができ、これにより該仮想物品の設計データが生成される。
【００１８】
ゆらぎ因子生成手段１４は、１／ｆゆらぎを人為的に生成するために用いられるものであり、自然界に存在する１／ｆゆらぎをデータとして取得することも一応は可能であるものの、その際に取得しなければならないデータ量は膨大なものとなることから、本発明においては、次式（１）で計算される１／ｆゆらぎ波形を人為的に生成して用いている。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
通常、１／ｆゆらぎを人為的に生成する場合には、上記式（１）の位置を表すパラメータｄの代わりに時間を表すパラメータｔを用いて、初期値ｘ０（０＜ｘ０＜１）を与え、時間ｔにおける値を求める。しかし、本発明では、時間変化する信号でなく、３次元形状にゆらぎ因子を組み込むため、時間軸の代わりに位置を示すベクトル軸を導入し、式（１）に示すように位置を表すパラメータｄを用いて、点ｄにおける値を求める。このとき、初期値ｘ０＝０．８とした場合の計算結果（ゆらぎの波形）を図２として示す。また、図３は、図２で示した波形のパワースペクトル分布を示したものである。なお、図３における横軸の「周波数」は、１周の長さを基準とし、その測定基準長さを、繰り返される凹凸の周期の波長で割ったものを意味している。
【００２１】
形状データ生成手段２５は、造形物の製造段階に何らかのゆらぎ現象が起きるためにその形状もゆらぐものであると仮定し、この現象をシミュレートすることにより１／ｆゆらぎを造形物に付与するために用いられる。
【００２２】
この場合、ゆらぎ現象により造形物の形状がゆらぐという現象には、さまざまな態様が考えられるが、本発明においては、基本形状（仮想物品）をワイヤーフレームデータとして要素化し、これにゆらぎ成分を組み込む１次元的手法と、基本形状をサーフェスデータとして要素化し、これにゆらぎ成分を組み込む２次元的手法との二種類を採用している。
【００２３】
図４は、このうちの１次元的手法について示すものであり、まず、物品の基本形状を定めて仮想物品１５とし、該仮想物品１５の基準面から等間隔となるようにある厚さで輪切り（スライス）にして個々のスライス面１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，・・・を形成する。
【００２４】
次に、ゆらぎを導入する流線１７を仮想物品１５の円周曲面１６上にらせん状に設定し、適宜の回数で周回させた流線１７とスライス面１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，・・・の円周との交点１８の座標を１／ｆゆらぎに従って半径方向（円心方向）へと移動させて円周曲面上に凹凸をつける。
【００２５】
この場合、図２に示した波形からも明らかなように、上記式で求められる１／ｆゆらぎの波形は、点ｄの時の値と点ｄ＋１の時の値との間には大きな隔たりがある場合が少なくない。
【００２６】
図４で示した１／ｆゆらぎの適用法は、１／ｆゆらぎの波形を基本形状である仮想物品１５の表面にそのまま凹凸として転写する手法である。このため、波形の中に見出されれる不連続な部分は、創成後の造形物の表面中において、局所的に曲率の変化した部分として現れてしまうことになる。
【００２７】
そこで、上記１次元的手法においては、１／ｆゆらぎの波形の特徴を損なうことなく、かつ、局所的に曲率が変化部分を少なくする方法として、次式に示す補間処理を施している。なお、この式において、ｖ１，ｖ２は頂点座標で、ｖは求める座標とする。
【００２８】
【数２】
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【００２９】
図５は、他の一つである２次元的手法について例示するものであり、この例によれば、まず、型押し模様が規則正しく並べられた基本形状を定める。図５（ａ）によれば、基本形状１９は、底辺が正方形の四角錐２０を等間隔で押し当てた形となって用意される。
【００３０】
次に、この基本形状１９に１／ｆゆらぎを導入する。図５（ｂ）に示す例では、四角錐２０の頂点２１の座標をｘ，ｙ，ｚ方向のそれぞれにｄｘ，ｄｙ，ｄｚだけ移動させている。なお、１／ｆゆらぎはスカラー量であるから、１の頂点２１の移動量を計算するのには、ｄｘ，ｄｙ，ｄｚのそれぞれについて１／ｆゆらぎを適用したものを計算し、最終的に足し合わせ、三次元のベクトル量として扱うことになる。
【００３１】
図５（ｃ）は、図５（ａ）の基本形状１９に図５（ｂ）に示す１／ｆゆらぎを導入した後の型押し模様２２であり、規則的なデザインにありがちな画一的な視覚印象を防いだものとすることができる。
【００３２】
一方、図１におけるデータ変換処理装置３２は、３次元ＣＡＤ装置などからなるＳＴＬデータ作成手段３３とＳＴＬデータ入力手段３４とデータ処理手段３５とで構成されている。
【００３３】
ＳＴＬデータ作成手段３３で作成されるＳＴＬデータは、造形対象物の表面を微小な三角形平面（微小平面）の集合体とみなして造形対象物の形状を表現した形状データとして示される。この場合、個々の微小表面は、微小三角形を構成する３つの頂点と、三次元形状の内部方向を示す法線とによって定義付けられる。
【００３４】
すなわち、ＳＴＬデータは、図６に概念的に示してあるようにひとつの微小平面Ｐ１につき、法線ベクトルデータＤＮ１と第１頂点データＤＡ１と第２頂点データＤＡ２と第３頂点データＤＡ３とからなるデータを有している。同図に示すように他の微小平面Ｐ２，Ｐ３，・・・についても同様のデータを有している。
【００３５】
また、ＳＴＬデータ作成手段３３で作成されるＳＴＬデータには、図７に概念的に示されているように感性情報Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，・・・が付加される。なお、感性情報には、ゆらぎ因子生成手段１４により生成されるゆらぎ成分のほか、色彩情報のような感性に訴える他の情報も含めておくことができる。
【００３６】
ＳＴＬデータ入力手段３４は、作成されたＳＴＬデータを取得してこれを後段に用意されているデータ処理手段３５に送る。該データ処理手段３５は、送り込まれたＳＴＬデータに基づいてゆらぎ成分を含ませた造形対象物の形状を再現するための造形データを作成する。
【００３７】
図１における３次元造形装置４２は、駆動制御手段４３と図８に例示されているような造形手段４４とで構成されている。このうち、駆動制御手段４３は、演算制御部（ＣＰＵ）を備えており、データ変換処理装置３２の側から送り込まれた造形データに基づいて造形手段４４の駆動を制御し、このような駆動制御手段４３からの制御ものとで造形手段４４により積層造形プロセスが実行される。
【００３８】
図８は、粉末焼結法に適用される造形手段４４の装置構成例を示す説明図であり、この場合における造形手段４４は、窒素ガス雰囲気４６中に設置されている水平基台４７上に樹脂やセラミックスなどの適宜素材からなる粉末材料を供給する粉末カートリッジ４５と、水平基台４６上を転動して粉末薄層４９を形成するローラ４８と、粉末薄層４８における所定の焼結部位５０に走査ミラー５２を介してレーザビーム５３を照射してその照射領域を焼結するＣＯ２レーザなどのレーザビーム発生器５１と、水平基台４７を昇降自在に下支えするピストンなどからなる昇降機構５４とを少なくとも備えている。
【００３９】
次に、第２の発明（造形物の創成方法）を上記した第１の発明（造形物の創成システム）の作用ととともに説明すれば、感性形状を付与した造形物の創成は、例えば図４（ａ）に示す３次元形状を呈する基本形状としての仮想物品１５や、図５（ａ）に示す基本形状１９から得られる設計データに別途取得されるゆらぎ因子を組み込ませてゆらぎを伴った形状データを生成する形状データ生成工程と、生成されたゆらぎを伴った前記形状データをＳＴＬ形式のデータに変換するデータ変換工程と、変換後の前記ＳＴＬデータに基づいてゆらぎを伴った３次元の物品形状を創成する形状創成工程とを少なくとも経ることにより行われる。
【００４０】
このうち、形状データ生成工程では、図１における基本形状設計手段１３を用いたコンピュータによる設計支援（ＣＡＤ）のもとで、ゆらぎ因子を含まない図４（ａ）に示す仮想物品１５や、図５（ａ）に示す基本形状１９について設計をまず行うことにより、その設計データを生成する。
【００４１】
また、形状データ生成工程では、ゆらぎ因子生成手段１４を用いることにより、上記式（１）に初期値ｘ０（０＜ｘ０＜１）を与え、順次計算によって点ｄにおける値について求める。例えば初期値ｘ０＝０．８とした場合の計算結果であるゆらぎの波形は、図２に示すようにして人為的に生成されることになる。なお、図３は、図２で示した波形のパワースペクトル分布を示したものである。
【００４２】
さらに、形状データ生成工程では、このようにして得られた設計データにゆらぎ因子を組み込ませた形状データが図１における形状データ生成手段２５を用いて生成される。この場合における設計データにゆらぎ因子を組み込ませる手法には、図４（ａ）に示す基本形状としての仮想物品１５をワイヤーフレームデータとして要素化し、これにゆらぎ成分を組み込む１次元的手法と、図５（ａ）に示す基本形状１９をサーフェスデータとして要素化し、これにゆらぎ成分を組み込む２次元的手法との二種類があるが、これらについては既に詳しく説明してあるので、重複を避けるためにその説明を省略する。
【００４３】
次のデータ変換工程では、形状データ生成工程にて生成された形状データが、３次元ＣＡＤ装置などからなる図１に示すＳＴＬデータ作成手段３３を用いることにより、図６に示すＳＴＬデータにさらに感性情報Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，・・・をも付加された図７に示すＳＴＬデータへと変換される。
【００４４】
また、データ変換工程では、このようにして作成されたＳＴＬデータを、図１におけるＳＴＬデータ入力手段３４を用いて後段に用意されているデータ処理手段３５に送り、該データ処理手段３５を経ることによりＳＴＬデータに基づくゆらぎ成分を含ませた造形対象物の形状を再現するための造形データが作成される。
【００４５】
最終工程である形状創成工程では、駆動制御手段４３による駆動制御のもとで造形手段４４を駆動させることにより、データ変換工程を経ることで取り込まれた造形データに基づいて所定の積層造形プロセスが実行されることになる。
【００４６】
これを粉末焼結法に適用される図８に示す造形手段４４について説明すれば、粉末カートリッジ４５から窒素ガス雰囲気４６中の水平基台４７上に供給された粉末材料は、ローラ４８を転動させることにより粉末薄層４９とすることができる。
【００４７】
粉末薄層４９の所定の焼結部位５０には、走査ミラー５２を介してレーザビーム発生器５１からレーザビーム５３が照射され、その照射領域が焼結される。
【００４８】
第１回目の焼結作業を終えると、昇降機構５４を介して水平基台４７が所定位置にまで降下され、粉末薄層４９の所定の焼結部位５０にレーザビーム５３が照射されてその照射領域が焼結され、第２回目の焼結作業を終える。以下、同様の作業を繰り返すことにより、立体形状となって焼結された感性形状が付与された造形物を創成することができる。
【００４９】
図９は、図４に示す１次元的手法により仮想物品１５に１／ｆゆらぎを適用して感性形状を付与した後の形状をパターン別に示す説明図であり、そのうちの（ａ）は仮想物品１５の基本形状を、（ｂ）は２％ゆらぎ（流線１７を３回周回）の創成形状６１を、（ｃ）は５％ゆらぎ（流線１７を３回周回）の創成形状６２を、（ｄ）は３％ゆらぎ（流線１７を１２回周回）の創成形状６３をそれぞれ示す。
【００５０】
また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す無地のカップからなる基本形状１９に対し、図５に示す２次元的手法により１／ｆゆらぎを適用して感性形状を付与した後の創成形状６５の一例を示す説明図である。
【００５１】
以上は、本発明の実施形態を図示例に即して説明したものであり、その具体的な実施の形態例はこれに限定されるものではない。例えば、造形手段は、光造形手法やインクジェット手法など、適宜の積層造形法に対応し得るように構成することができる。また、感性情報としては、感性に訴えるものであれば色彩情報などを組み込むことができるほか、各種の感性情報を組み合わせて用いることもできる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、物品を設計する際に１／ｆゆらぎ成分をその形状に取り込んであるので、単なる工業製品からは感じ取ることができない強い購入意欲を感受させたり、心地よい癒し効果を感得させたりすることができる造形物を製品として創成することができる。
【００５３】
また、本発明における設計データへのゆらぎ因子の組み込み処理を、仮想物品の基本形状をらせん状のワイヤーフレームデータとして要素化した上で、ゆらぎ成分を組み込む１次元的手法により行う場合には、適宜の３次元形状を呈する物品形状に対し感性形状を付与することができる。
【００５４】
さらに、本発明における設計データへのゆらぎ因子の組み込み処理を、仮想物品の基本形状をサーフェスデータとして要素化した上で、ゆらぎ成分を組み込む２次元的手法により行う場合には、３次元形状を呈する各種の物品の表面や、布地などの各種の生地を含む２次元形状を呈する各種の物品の表面に対し好ましい感性形状を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の発明（造形物創成システム）の概略構成例を示すブロック図。
【図２】ゆらぎ波形の一例を示すグラフ図。
【図３】図２に示すゆらぎ波形のパワースペクトル分布図。
【図４】基本形状をワイヤーフレームデータとして要素化し、これにゆらぎ成分を組み込む１次元的手法を（ａ）〜（ｄ）として示す説明図。
【図５】基本形状をサーフェスデータとして要素化し、これにゆらぎ成分を組み込む２次元的手法を（ａ）〜（ｃ）として示す説明図。
【図６】ＳＴＬデータの概念図。
【図７】図６のＳＴＬデータの概念図に、さらに感性情報を付加したＳＴＬデータの概念図。
【図８】粉末焼結法のために用意される造形手段の装置構成例を示す説明図。
【図９】図４に示す１次元的手法により仮想物品に１／ｆゆらぎを適用して感性形状を付与した後の形状をパターン別に示す説明図であり、（ａ）は仮想物品の基本形状を、（ｂ）は２％ゆらぎの創成形状を、（ｃ）は５％ゆらぎの創成形状を、（ｄ）は３％ゆらぎの創成形状をそれぞれ示す。
【図１０】図５に示す２次元的手法により１／ｆゆらぎを適用して感性形状を付与した後の創成形状の一例を示す説明図であり、（ａ）は、無地のカップからなる基本形状図を、（ｂ）は、（ａ）の基本形状に１／ｆゆらぎを適用して感性形状を付与した後の創成形状をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１１  造形物創成システム
１２  形状データ生成装置
１３  基本形状設計手段
１４  ゆらぎ因子生成手段
１５  仮想物品
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，・・・  スライス面
１６  円周曲面
１７  流線
１８  交点
１９  基本形状
２０  四角錐
２１  頂点
２２  型押し模様
２３  形状データ生成手段
３２  データ変換処理装置
３３  ＳＴＬデータ作成手段
３４  ＳＴＬデータ入力手段
３５  データ処理手段
４２  ３次元造形装置
４３  駆動制御手段
４４  造形手段
４５  粉末カートリッジ
４６  窒素ガス雰囲気
４７  水平基台
４８  ローラ
４９  粉末薄層
５０  焼結部位
５１  レーザビーム発生器
５２  走査ミラー
５３  レーザビーム
５４  昇降機構
６１，６２，６３，６５  創成形状
【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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