(57)【要約】【課題】新鮮で安全な野菜や果物等の植物を消費者に提供することができ、かつ、これらの植物を効率的に栽培・提供できる植物栽培システムを提供する。また、植物に含まれる特定の機能性成分を通常よりも多く含有する植物を提供する植物栽培システムを提供する。【解決手段】第１の植物工場１と、第２の植物工場２とを備える植物栽培システムであって、第１の植物工場１では植物の播種から移植可能な半成品植物までの育成が行われ、第２の植物工場２では第１の植物工場１から輸送された半成品植物を収穫可能な成品植物までの育成が行われ、第２の植物工場２は、成品植物を消費又は販売する建物内に設置又は前記建物に併設され、第１の植物工場１及び／又は第２の植物工場２は、植物に対して光を照射するＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源が照射する光を制御する制御手段とを備える、植物栽培システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の植物工場と、第２の植物工場とを備える植物栽培システムであって、
前記第１の植物工場では植物の播種から移植可能な半成品植物までの育成が行われ、前記第２の植物工場では前記第１の植物工場から輸送された半成品植物を収穫可能な成品植物までの育成が行われ、
前記第２の植物工場は、前記成品植物を消費又は販売する建物内に設置又は前記建物に併設され、
前記第１の植物工場及び／又は前記第２の植物工場は、植物に対して光を照射するＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源が照射する光を制御する制御手段とを備える、植物栽培システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ＬＥＤ光源が照射する光を制御することにより、植物に含まれる特定の機能性成分を増加させる、請求項１に記載の植物栽培システム。
【請求項３】
栽培する植物がトマトであり、
前記制御手段は、前記ＬＥＤ光源が照射する光を制御することにより、前記トマトに含まれる13-オキソ-9,11-オクタデカジエン酸を増加させる、請求項２に記載の植物栽培システム。
【請求項４】
前記制御手段は、トマトの成長段階に応じて前記光の波長を制御する、請求項３に記載の植物栽培システム。
【請求項５】
前記制御手段は、トマトの成長段階に応じて、青色、赤色及び橙色の光を照射する、請求項４に記載の植物栽培システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物栽培システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、植物工場において、水耕栽培によって植物を栽培する技術が種々提案されているが、これらの植物工場では、播種から成品収穫までの栽培工程を同一の植物工場において一貫して行うのが通例であった。
【０００３】
これに対し、特許文献１では、野菜種の播種から移植可能な半成品野菜までの育成を第１の植物工場で実施し、この半成品野菜を輸送手段によって第２の植物工場まで輸送し、第２の植物工場では上記半成品野菜を収穫可能な成品野菜まで育成して収穫するように構成した植物栽培システムが提案されている。
【０００４】
特許文献１に記載の植物栽培システムによれば、生産の最終段階における形体の大きな成品野菜を輸送する場合に比して輸送コストの低減が図れ、さらに、第２の植物栽培工場が野菜消費地に近接して立地していることから、第２の植物工場２で収穫された成品野菜を短時間のうちに新鮮な状態で販売することができ、消費者の購買意欲が促進される等の効果が得られる、とされている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、第１及び第２の植物工場において、野菜の育成にどのような照明を用いるか、さらにはどのように光源の波長を制御するかという点については記載されていない。
【０００６】
植物栽培用の光源としては、従来より、白色蛍光灯や高圧ナトリウム灯等が用いられており、近年では省電力・長寿命・放射熱が少ない・波長選択性に優れる等の特徴を持つ発光ダイオード（ＬＥＤ）も使用されるようになってきている。
【０００７】
光源にＬＥＤを用いる植物栽培方法として、ＬＥＤの高度な波長選択性を利用し、植物の生長段階に応じて照射する光の波長を制御することにより、植物の生長を促進させたり、植物の品質を改良する方法が提案されている（例えば特許文献２〜４参照）。
【０００８】
また、ＬＥＤから照射される光の波長等を制御することにより、植物に含まれる特定の機能性成分を制御する方法が提案されている（特許文献５〜６参照）
【０００９】
一方、最近、トマトに含まれる13-オキソ-9,11-オクタデカジエン酸（13-oxo-9,11-octadecadienoic acid 、以下「13-oxo-ODA」という）という成分が、脂肪肝や高中性脂肪血症などの脂質代謝異常の改善に有効であるという報告があり（非特許文献１参照）、それによってメタボリック症候群の予防・改善を期待する消費者がトマトを大量に購入し、トマトが店頭から無くなる程の人気を博しているという報道もある。
人間の食事に換算すると、生トマトは１食に２〜３個、成分が凝縮されるトマトジュースでは１食に２００ｍｌ程度を摂取することで上記の効果が期待できるとされている。
しかしながら、生のトマトを多量に、しかも継続的に摂取することは現実的には難しく、またトマトジュースには食塩を含むものもあり多量に摂取する場合には注意が必要という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１５４７８９号公報
【特許文献２】特開２００６−３０４６１０号公報
【特許文献３】特開２００３−０７９２５４号公報
【特許文献４】特開２００１−００００４４号公報
【特許文献５】特開２００５−１５１８５０号公報
【特許文献６】特開２００７−０７５０７３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Kim Y-i, HiraiS, Goto T, Ohyane C, Takahashi H, et al. , Potent PPARα Activator Derived from Tomato Juice,13-oxo-9,11-Octadecadienoic Acid, Decreases Plasma and Hepatic Triglyceride inObese Diabetic Mice, PLoS ONE 7(2), e31317, Public Library of Science,9-Feb-2012
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、新鮮で安全な野菜や果物等の植物を消費者に提供することができ、かつ、これらの植物を効率的に栽培・提供できる植物栽培システムを提供する。
また、本発明の他の目的は、植物に含まれる特定の機能性成分を通常よりも多く含有する植物を提供する植物栽培システムを提供する。特に、トマトに含まれる13-oxo-ODAを通常よりも多く含有するトマトを提供する植物栽培システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
〈１〉第１の植物工場と、第２の植物工場とを備える植物栽培システムであって、
前記第１の植物工場では植物の播種から移植可能な半成品植物までの育成が行われ、前記第２の植物工場では前記第１の植物工場から輸送された半成品植物を収穫可能な成品植物までの育成が行われ、
前記第２の植物工場は、前記成品植物を消費又は販売する建物内に設置又は前記建物に併設され、
前記第１の植物工場及び／又は前記第２の植物工場は、植物に対して光を照射するＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源が照射する光を制御する制御手段とを備える、植物栽培システム。
〈２〉前記制御手段は、前記ＬＥＤ光源が照射する光を制御することにより、植物に含まれる特定の機能性成分を増加させる、上記〈１〉項に記載の植物栽培システム。
〈３〉栽培する植物がトマトであり、
前記制御手段は、前記ＬＥＤ光源が照射する光を制御することにより、前記トマトに含まれる13-オキソ-9,11-オクタデカジエン酸を増加させる、上記〈２〉項に記載の植物栽培システム。
〈４〉前記制御手段は、トマトの成長段階に応じて前記光の波長を制御する、上記〈３〉項に記載の植物栽培システム。
〈５〉前記制御手段は、トマトの成長段階に応じて、青色、赤色及び橙色の光を照射する、上記〈４〉項に記載の植物栽培システム。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の植物栽培システムは、第１の植物工場と第２の植物工場とを備え、第２の植物工場が植物の消費地（例えばレストラン、カフェ、家庭）や植物を販売する建物（例えばスーパーマーケット）内に設置又は併設されるため、新鮮で安全な野菜や果物等の植物を消費者に提供することができる。
また、第１の植物工場において、播種から移植可能な半成品植物までの育成を一括して行うため（特にＬＥＤ光源からの光を制御して植物の生長を促進させる場合）、これらの植物を効率的に栽培・提供できる。
【００１５】
また、本発明の植物栽培システムは、ＬＥＤ光源が照射する光を制御することにより、植物に含まれる特定の機能性成分を通常よりも多く含有する植物を提供することができる。
本発明の植物栽培システムは、特に、脂肪肝や高中性脂肪血症などの脂質代謝異常の改善に有効である13-oxo-ODAを豊富に含むトマトを提供することができる。大量のトマトを継続的に摂取することが難しいという問題があったが、このトマトは少量摂取すれば上記の効果が得られるため、メタボリック症候群の予防・改善を継続的に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る植物栽培システムにおける栽培工程図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る植物栽培システムにおける流通経路説明図である。
【図３】野菜の播種状態説明図である。
【図４】野菜の定植状態説明図である。
【図５】野菜の移植状態説明図である。
【図６】野菜の収穫時における状態説明図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る第１の植物工場の概念図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る光制御装置の機能ブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る第２の植物工場の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る植物栽培システムをブロック化して示している。
この実施形態の植物栽培システムでは、野菜の栽培工程を、その生育段階によって第１栽培工程、第２栽培工程及び第３栽培工程の三段階に分けて管理するようにしている。
【００１８】
この実施形態では、これらの各栽培工程を実施するための植物工場として、図１及び図２に示すように、第１の植物工場１と第２の植物工場２を備え、且つ記第１の植物工場１では第１栽培工程と第２栽培工程（即ち、播種から半成品野菜までの育成）を実施し、第２の植物工場２では第３栽培工程（即ち、半成品野菜から成品野菜までの育成及び収穫）を実施するようにしている。
【００１９】
＜第１栽培工程＞
第１栽培工程は、図３に示すように、育苗用トレイ１１の各育苗ポット部２０に設けた育苗床２２への野菜種２１（例えば、サラダ菜、レタス、ミツバ、ほうれん草、トマト、キュウリ、蕎麦等の種）の播種から、発芽した苗を定植可能な状態まで育成して野菜苗３１（図４参照）を得る工程である。
【００２０】
第１栽培工程は、播種された野菜種２１が発芽し、さらに定植が可能な野菜苗３１まで生長する栽培工程であるが、この栽培工程では、野菜苗３１の生長が遅く長期間を要するとともに、緻密な栽培技術が必要とされるなど栽培が難しい栽培工程である。
【００２１】
＜第２栽培工程＞
第２栽培工程は、第１栽培工程で得られた野菜苗３１を、図４に示すように、育苗用トレイ１１（図示３参照）から取り出し、これを定植用トレイ１２の各植栽部２３に植え付け、これを育成して移植可能な大きさの半成品野菜３２（図５参照）まで育成する工程である。なお、育苗用トレイ１１がそのまま定植用トレイ１２として利用できる場合は、植替える必要がない。
【００２２】
第２栽培工程は、定植された野菜苗３１をさらに生長させて、移植が可能な半成品野菜３２まで育成する栽培工程であり、この栽培工程では、第１栽培工程時よりも生育率が向上し、その育成期間は第１栽培工程の生育期間の半分程度の日数とされるが、この期間は生育初期の不安定な生長期間であるため、第１栽培工程ほどではないものの、ある程度緻密な栽培技術が必要とされ、栽培が比較的難しい工程である。
【００２３】
＜第３栽培工程＞
第３栽培工程は、第２栽培工程で育成された半成品野菜３２を、定植用トレイ１２側から取り出し、これを図６に示す、移植用トレイ１３の各植栽部２３に植え付け、且つこれを育成して、収穫可能な成品野菜３３まで育成し、且つこれを収穫する工程である。なお、定植用トレイ１２をそのまま移植用トレイ１３として利用してもよく、その場合は植え替える必要がない。
【００２４】
第３栽培工程は、移植された半成品野菜３２をさらに生長させて、収穫が可能な成品野菜３３まで育成し、これを収穫する栽培工程であり、この栽培工程では、半成品野菜３２の生育状態が安定し高い生育率で急速に生長するため、短期間で所要の収穫目標重量まで生長し、しかも栽培技術については第１栽培工程及び第２栽培工程ほどの緻密性は要求されず、比較的栽培が容易な栽培工程である。
【００２５】
上記のような栽培技術の難易を考慮して、第１栽培工程と第２栽培工程の実施のみを第１の植物工場１で行い、第３栽培工程の実施は第２の植物工場２において行なうようにしている。このように栽培工程の実施を第１の植物工場１と第２の植物工場２に分けたことで、図２に示すように、第２の植物工場２を、都市部近郊の野菜消費地に近接して立地させることが可能となる。
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態に係る第１の植物工場及び第２の植物工場のそれぞれについて、より具体的に説明する。
【００２７】
＜第１の植物工場＞
図７は、本実施形態に係る第１の植物工場１を模式的に示したものである。この第１の植物工場１は、植物を収容し育成するための育成用チャンバ４２と、そのチャンバ４２内の温度及び湿度をコントロールする温度制御機構４３及び湿度制御機構４４と、複数色のＬＥＤ光源４５１を有する光照射部４５と、それら光照射部４５から射出される光を制御する光制御装置４７とを備えている。
【００２８】
育成用チャンバ４２は、植物４８を出し入れするための扉を有する中空のもので、この扉を閉めることにより外気と内部とを遮断可能に構成してある。
【００２９】
植物４８は、育成トレイ４９（上記育苗用トレイ１１又は定植用トレイ１２に相当する）に植えられており、育苗トレイ４９は育成用チャンバ４２内に複数並べられている。この育成トレイ４９は第１の植物工場から分離させて、第２の植物工場に移動させることができる。
図示していないが、育成トレイ４９内には、培地又は水耕栽培のためのロックウール等が設置されており、養液供給手段により随時養液が供給されている。
【００３０】
温度制御機構４３は、温度センサ４３１と、ペルチェ素子等を利用した温度アクチュエータ４３２と、温度制御部４３３とを備えたもので、設定温度と温度センサ４３１による測定温度との差から温度制御部４３３が温度アクチュエータを駆動し、チャンバ４２内の温度を、設定温度に近づけるように動作するものである。
【００３１】
湿度制御機構４４は、湿度センサ４４１と、加湿器、除湿器等を利用した湿度アクチュエータ４４２と、湿度制御部４４３とを備えたもので、設定湿度と湿度センサ４４１による測定湿度との差から湿度制御部４４３が湿度アクチュエータ４４２を駆動し、チャンバ２内の湿度を、設定湿度に近づけるように動作するものである。
【００３２】
光照射部４５は、例えば多数のＬＥＤ光源４５１を平面基板４５２上に敷設し、それらＬＥＤ光源４５１が面状をなすように構成したもので、各ＬＥＤ光源４５１の発光方向が下方を向き、収容した植物４８に向かって光が照射されるように配置されている。それらＬＥＤ光源４５１には、赤色・橙色・青色・緑色・近赤外・紫外等を射出するものがそれぞれ複数個ずつ含まれている。
【００３３】
光制御装置４７は、光照射部４５の各ＬＥＤ光源４５１への供給電力（供給電流）を制御するもので、図示しないＣＰＵやメモリ、増幅器の他、スイッチ等の入力手段やディスプレイ等を備えている。
【００３４】
そしてメモリに記憶させた所定プログラムによってＣＰＵを始めとする周辺機器を動作させることにより、図８に示すように、機能性成分含有量制御部４７１等としての機能を発揮する。なお、この光制御装置４７は、ＣＰＵやメモリを用いず、ワイヤ結線したディスクリート回路で構成してもよい。
【００３５】
機能性成分含有量制御部４７１は、光照射部４５を駆動して各色ＬＥＤ光源４５１の発光比、すなわち各色ＬＥＤ光源４５１の発光個数比や発光強度比を変えることにより、光照射部４５から照射される光の色（波長又はスペクトル分布）を調整するものである。
【００３６】
この実施形態では、トマトを例とした場合、育てるべきトマトの品種をオペレータが入力手段を用いて選択すると、その品種をこの機能性成分含有量制御部４７１が受け付け、メモリの所定領域に設定した光質格納部４７３（例えばトマトの品種と光質とを一対にしたテーブル）を参照して、光照射部４５の各種ＬＥＤ光源４５１の発光比率を定め、そのトマトに適した光質の光、すなわち機能性成分含有量を増大させるような光をこの光照射部４５から照射させるように構成している。
【００３７】
例えば、光制御装置４７は、トマトの成長段階に応じて光の波長を制御することにより、トマトに含まれる13-oxo-ODAを増加させる。具体的な波長制御方法は特に限定されないが、例えば、トマトの成長段階に応じて、青色、赤色及び橙色の光を照射することが挙げられる。
【００３８】
また、光照射の時期は、オペレータからの指令又は自動で定めればよいが、ここでは種子又は種子から発芽した直後からトマトへの光照射を開始するようにしている。
【００３９】
その他に、オペレータが入力手段を用いて光質を自由に選択又は調整できるようにし、その指定された光質となるように、この機能性成分含有量制御部４７１が光照射部４５の各種ＬＥＤ４５１の発光比率を定めるように構成しても構わない。また、光質の他に、光をパルス照射できるようにし、そのパルスの周波数やデューティ比をこの機能性成分含有量制御部４７１が、トマトの種類に応じて自動調整又はオペレータからの入力指令値で設定するように構成してもよい。
【００４０】
第１の植物工場１は、第２の植物工場２と比べて大型にすることができ、大量の植物を同時に育成することができる。それによって、植物を効率的に栽培することが可能になり、安価で提供することが可能となる。
また、第１の植物工場は、基本的に外部環境から遮断されているため、害虫駆除のための農薬散布等が不要であり、また放射能等による汚染の心配もないため、安全・安心な植物を提供することができる。
【００４１】
第１の植物工場の設置場所は特に限定されないが、大規模な用地を安価で確保できるという観点から郊外であることが好ましい。
また、第１の植物工場は、ハウス栽培と異なり、市街地またはその近郊にある、使わなくなった倉庫・工場・ビル等の建物内に設置することもできる。この場合、工場建設に掛かる初期費用と、第２の植物工場への輸送コストを抑えることができる。
【００４２】
＜第２の植物工場＞
図９は、本実施形態に係る第２の植物工場２を模式的に示したものである。
第２の植物工場２は、植物４８を収容し、育成するための収容ケース５２と、複数色のＬＥＤ光源５５１を有した光照射部５５と、それら光照射部５５から射出される光を制御する光制御装置（図示しない）とを備えている。
【００４３】
ここでは図示していないが、第２の植物工場２は、第１の植物工場と同様に温度制御機構、湿度制御機構等を備えることができ、第１の植物工場の機能をそのまま、店舗内等に設置できるように小型化したものとすることができる。
【００４４】
また、第２の植物工場は、収容ケース５２の一部（例えば天井部）を開放状態とし、設置される店舗等の空調を利用できるようにすることで、温度制御機構等を省略することもできる。それによって、装置を簡略化・軽量化でき、装置コスト及びランニングコストを抑えることができる。
【００４５】
収容ケース５２は、植物４８が植えられた育成トレイ４９を収容することができるものである。収容ケース５２は、第１の植物工場が設置されている場所から、第２の植物工場を設置する店舗等まで輸送する際のコンテナの役割も兼ねることができる。そのため、収容ケース５２は、軽量であることが好ましく、例えば、アルミ、樹脂、ＦＲＰ等の軽量な素材を用いて形成されていることが好ましい。
【００４６】
また、収容ケース５２は、第２の植物工場を複数積み重ねて輸送・設置できるように、高い強度を有していることが好ましい。
【００４７】
また、収容ケース５２は、第２の植物工場を複数積み重ねて又は並べて設置した際に、お互いに電力を融通し、１つの電源で賄うことができるように、電気的接触部（図示せず）を有していることが好ましい。さらに、この電気的接触部により、ブロックの如く、第２の植物工場を相互に固定できることが好ましい。
【００４８】
収容ケース５２のサイズは特に限定されないが、店舗等への搬入・設置が可能なサイズ、特には建物のドアを通ることができるサイズであることが好ましい。具体的には、例えば、縦は３０〜２００ｃｍ（好ましくは５０〜１５０ｃｍ）、幅は３０〜１２０ｃｍ（好ましくは５０〜９０ｃｍ）、高さは３０〜１５０ｃｍ（好ましくは５０〜１２０ｃｍ）であってよい。
【００４９】
育成トレイ４９は第１の植物工場１で用いられていたものを用いることができ、第１の工場１から植物４８ごと収容ケース５２内に移動させる。そのため、育成トレイ４９は、その下部にフォークリフト等で持ち上げられるように空隙が設けられている、又はクレーン等で持ち上げられるようにフックが設けられていてもよい。
【００５０】
第２の植物工場２では、光照射部５５から植物４８に光を照射することにより、収穫可能な成品植物まで育成を行う。
第２の植物工場２においても、上述した第１の植物工場１と同様に、光照射部５５が照射する光を制御することにより、植物に含まれる特定の機能性成分を増加させることができる。特定の機能性成分が第１の植物工場で増加されている場合等は、第２の植物工場では上記のような光制御を行う必要がなく、育成工程及び装置を簡略化することができる。
また、第２の植物工場２は店舗等に設置され、消費者に新鮮な野菜を使用しているという様なイメージを与えるものであるため、外観も重要である。特に、照射する光の色によっては植物の色合いが不自然に見える場合があるため、例えば白色や暖色系の光を照射するように制御することが好ましい場合がある。
【００５１】
上述したように、本発明の植物栽培システムは、第１の植物工場と第２の植物工場とを備え、第２の植物工場が植物の消費地（例えばレストラン、ファーストフード店、カフェ、家庭）や、植物を販売する建物（例えばスーパーマーケット）内に設置又は併設されるため、新鮮で安全な野菜や果物等の植物を消費者に提供することができる。  また、第１の植物工場において、播種から移植可能な半成品植物までの育成を一括して行うため、これらの植物を効率的に栽培・提供できる。
【００５２】
また、本発明の植物栽培システムは、ＬＥＤ光源が照射する光を制御することにより、植物に含まれる特定の機能性成分を通常よりも多く含有する植物を提供することができる。
本発明の植物栽培システムは、特に、脂肪肝や高中性脂肪血症などの脂質代謝異常の改善に有効である13-oxo-ODAを豊富に含むトマトを提供することができる。これにより、大量のトマトを継続的に摂取することが難しいという問題があったが、このようなトマトを少量摂取すれば上記の効果が得られるため、継続的にメタボリック症候群の予防・改善効果を享受できることが期待される。
【符号の説明】
【００５３】
１ ・・第１の植物工場
２ ・・第２の植物工場
３ ・・販売部
４ ・・販売店舗
５ ・・輸送手段
１１ ・・育苗用トレイ
１２ ・・定植用トレイ
１３ ・・移植用トレイ
２０ ・・育苗ポット部
２１ ・・野菜種
２２ ・・育苗床
２３ ・・植栽部
３１ ・・野菜苗
３２ ・・半成品野菜
３３ ・・成品野菜
４２・・育成用チャンバ
４３・・温度制御機構
４３１・・温度センサ
４３２・・温度アクチュエータ
４３３・・温度制御部
４４・・湿度制御機構
４４１・・湿度センサ
４４２・・湿度アクチュエータ
４４３・・湿度制御部
４５・・光照射部
４５１・・ＬＥＤ光源
４５２・・平面基板
４７・・光制御装置
４７１・・機能性成分含有量制御部
４７３・・光質格納部
４８・・植物
４９・・育成トレイ
５２・・収容ケース
５５・・光照射部
【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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