(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
(ａ)軟化処理した状態で圧縮した木質材を、組織間に形成された水素結合がミクロフィブリルの弾性変形を拘束することによる仮固定をし、この木質材を前記圧縮方向に切断して前記板材を得る圧縮処理と、
(ｂ) 前記板材を前記圧縮方向と異なる方向への曲げ処理と
を、この順序で施し、
この施された板材を回復するための膨張をさせながら、対向配置させた一対のプレス型でプレスして型成形し、
更にこの型成形された木質材を高温水蒸気下において固定化したことを特徴とした木質材の三次元加工方法。
【請求項２】
木質材の板材に対し、
(ａ) 軟化処理した状態で板面幅方向に圧縮すると共に組織間に形成された水素結合がミクロフィブリルの弾性変形を拘束するための仮固定をする圧縮処理と、
(ｂ) 前記圧縮方向と異なる板面幅方向への曲げ処理と
を、処理順序不問に施し、
この施された板材を回復するための膨張をさせながら、対向配置させた一対のプレス型でプレスして型成形し、
更にこの型成形された木質材を高温水蒸気下において固定化したことを特徴とした木質材の三次元加工方法。
【請求項３】
板材の周辺に板材の回復するための膨張及び／又は曲げの戻りを阻止する阻止壁を設けて回復するための膨張をさせることを特徴とした請求項１又は２記載の木質材の三次元加工方法。
【請求項４】
軟化処理した状態の角材の木質材を一側面から圧縮して組織間に形成された水素結合がミクロフィブリルの弾性変形を拘束する仮固定をした後、所望形状の金型内に位置させて、回復するための膨張をさせながら前記圧縮方向と直角な方向の側面側から圧縮して型成形し、
更にこの型成形された木質材を高温水蒸気下において固定化したことを特徴とした木質材の三次元加工方法。
【請求項５】
丸太材、角材など長尺な木質材を軟化処理した状態で、且つ、断面テーパーの溝状プレス型の前記溝方向に前記長尺方向を揃えた姿勢の前記軟化処理した木質材を、前記溝状プレス型に圧入することにより減径圧縮すると共に、組織間に形成された水素結合がミクロフィブリルの弾性変形を拘束する仮固定をし、この木質材を縦分割可能な略筒状の型に入れて回復するための膨張をさせることにより型成形し、
更にこの型成形された木質材を高温水蒸気下において固定化したことを特徴とした木質材の三次元加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、木質材の回復を利用して曲面加工する木質材の三次元加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
木質材の曲面加工には、プレス型による方法がある。またその際、木質材に軟化処理を施しておき、これにプレス型を用いて曲面加工し、変形を固定化する方法も既に成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
プレス型による木質材の曲面加工では、木質材の引っ張り側で割れるなどの破壊が起きるため、加工程度の少ない限られた形状にしか適さなかった。また、軟化処理した木質材をプレス型により曲面加工する場合は加工の自由度が広がるものの、複雑な曲面加工には、依然、割れ等の問題が残り加工程度に限度があった。
また、丸太材などの周面を曲面加工する場合も、軟化処理ののちプレス型による方法が考えられるが、プレス型は木質材表面に対して垂直にプレスしないときれいな加工ができず、従って丸まった周面への型プレスには制約があり、よって全周面に等しく曲面加工するには問題である。
【０００４】
本願発明は以上の問題に対して成され、圧縮された木質材の回復を利用して、割れなどを起こさず複雑な曲面加工を可能にする木質材の三次元加工方法の提供を目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題に対して、本願の発明では、軟化処理した状態で圧縮した木質材を仮固定し、この木質材を型に入れて回復させることにより型成形することにした。
木質材にはスギなどの板、丸太、角材など単一材が圧縮しやすい点において好適例であるが、これに限らない。
軟化処理は煮沸処理、化学処理、マイクロ波や高周波処理によってもよく、高圧水蒸気下においてもよい。高圧水蒸気下におくと、湿潤下での加熱によりリグニン及びヘミセルロースが軟化し、ミクロフィブリル相互の変形が可能となり、よって圧縮などの変形が可能となるからである。
圧縮は繊維の直角方向への加圧によれば容易に行うことができ、圧縮前の１／３程度までの圧縮を一例として挙げることができる。
仮固定は圧縮した状態で乾燥させることにより可能であり、これは組織間に形成された水素結合がミクロフィブリルの弾性変形を拘束するためである。高圧水蒸気下におき軟化処理した場合には、温度を下げることにより短時間であれば仮固定が可能なため、この間に木質材を型に入れ次の工程に移ることができるなら、乾燥させず単に降温させただけの仮固定でもよい。
以上の様に、圧縮した木質材を回復させるとほぼ圧縮前の大きさに戻るが、この際、型に入れて回復させると、膨張する木質材は型の凹凸に詰められながら回復するので型成形される。またこの際、引っ張り部分が生じないので割れが起きない。
【０００６】
また、前記回復時に前記型をプレスして型成形を補助するようにした。回復により膨張させると同時に、膨張に対向して型をプレスするので、型の凹凸に対して木質材の詰めが十分成される。
【０００７】
先に請求項２に言及するが、請求項２記載の発明では、木質の板材の板面（仮にＸＹ面）に対してＸとＹの２方向に曲面加工するに際して、軟化処理した状態で板面の任意な幅方向（Ｘ方向）に圧縮して仮固定し、これと異方向となるＹ方向には所望の曲げ処理を前処理として施しておくようにした。この板材の表裏板面を一対のプレス型でプレスして型成形すると、Ｘ方向への回復により板材はプレス型が形成する曲面に対応して膨張するので、Ｘ方向への曲面加工が割れを伴わず成される。またＹ方向への曲面加工は、最終的な曲げの一部を前処理の曲げで先取りしてあり、残りの曲げをプレス加工で補う程度でよいため引っ張りが少なくて済み、よって割れがおきない。
【０００８】
請求項１記載の発明では、軟化処理した状態で圧縮した厚手の木質材を仮固定し、この木質材を前記圧縮方向に切断して前記板材を得る様にした。板材を板面の幅方向に圧縮することは困難であるが、板材を切り出す前の木質材を事前に圧縮して仮固定しておき、これから板材を切り出すことは容易に行えるからである。
【０００９】
請求項３記載の発明では、板材の周辺に板材の回復及び／又は曲げの戻りを阻止する阻止壁を設けて回復させるようにした。例えば、ステンレス製の縦筒を阻止壁とすることができ、圧縮処理と曲げ処理のされた板材をプレス型に挟んだ状態でこの縦筒の中に入れ、この中で板材を回復させるなどの方法による。この時、プレス型と板材との周囲形状を各々縦筒の内周形状に合わせておけば、縦筒が阻止壁となって、板材を回復させても膨張する板材がプレス型の間隙からはみ出すことが阻止される。その結果、回復力がプレス型への凹凸に向けられ、凹凸への詰めが十分成されて良好に型成形される。
また、型成形前に曲げが戻ってしまうことを防ぐので、プレス加工による曲げの一部を前処理の曲げで曲げの先取り効果が予定通りに維持される。
【００１０】
請求項４記載の発明では、ブロック状、或いは長尺状の木質材を側面から圧縮して仮固定した後、回復させながら前記圧縮方向と直角な方向から圧縮するようにした。その際、木質材を所望形状の金型内に位置させておくことにより、一回目の時に圧縮された側面が回復してこの側面に対応する金型部分で型成形され、２回目の圧縮により圧縮される側は通常に型成形が成され、結果的に側面もこれに直角な面も型成形されることになる。
【００１１】
請求項５記載の発明では、丸太材、角材など長尺な木質材を軟化処理し、これを断面テーパーの溝状プレス型に圧入することにより減径圧縮すると共に仮固定し、この木質材を縦分割可能な略筒状の型に入れて回復させることにより型成形する様にした。例えば丸太材を用いるなら、溝状プレス型の底部を断面半円状にして減径後の丸太形状に合わせておく等することとができる。これより、この木質材を回復させると全周囲に向けて増径回復するが、事前に略筒状の型に入れておくことにより、長尺な木質材の周面が型内周の凹凸に対応して曲面加工される。
【００１２】
本願の発明では、以上の型成形された木質材を固定化するようにした。曲面加工された木質材は完全に回復したものではなく尚仮固定の状態にある。従ってこれを固定化することにより、水濡れなどした際の再度の回復を規制し、曲面加工された形状が維持される。
【００１３】
更に本願の発明では、前記固定化の実現を、高温水蒸気下に木質材をおくことにより得るものであり、回復及び曲面加工の処理と共に固定化を一連の処理として行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００１５】
（実施例１）
まず、請求項１及び３記載の発明の実施例として、木質材から小物入れに使う器の製造過程を説明する。
この実施例の原材料には、直径２３ｃｍ程度のスギの原本を輪切りにして約１５ｃｍ長さの丸太にし、この丸太の左右側をスライスして図１に示す様な太鼓切りの木質材１０を用いる。また、加工に用いる高圧容器１には、図２に示す様に容器上方に設けられ容器内部で下方にプレスするプレス機２が設けられており、その蓋部３を密閉して、配管４により内部を所望の高温高圧にする様になっている。
【００１６】
まず、太鼓切りにされた先の木質材１０は、高圧容器内のプレス機の下に位置させ、スライスした面が側面となる向きで載置する。高圧容器の蓋部を閉鎖したら、容器内を１００〜１２０℃の水蒸気で充填し、約１時間経過させて内部の木質材１０を軟化させ、プレス機で圧縮する。一例として、１０〜２０ｋｇ／ｃｍ２の圧力による１０ｃｍ厚程度への圧縮が挙げられるが、この場合、圧縮後の木 質材１０’は縦１５ｃｍ×横２０ｃｍ×高さ１０ｃｍの立方体形状になる。
【００１７】
次に、木質材を圧縮しきったままの状態で高圧容器を減圧し、これにより木質材を仮固定する。次に仮固定した木質材１０’を取り出して、図３に示す様に厚さ１５ｍｍの間隔で縦にスライスしてゆく。これにより厚さ１５ｍｍ程度の板材２を多数切り出すことができる。従ってこの板材１１は、板面の幅方向Ｘに圧縮されたものとなる。
【００１８】
次に、図４〜５に示す様にこの板材１１を１枚づつトーネット５０にセットし、これを所望枚数積層してまとめて曲げ処理する。板材１１の曲げは先の圧縮方向Ｘと直角な方向Ｙ（主として繊維方向）に沿って成され、その際、この実施例では一方向への曲げにより断面円弧状となる様な曲げ処理を予定するので、換言すれば円筒を縦割りした形状への曲げ処理となる。曲げ処理の際には積層した板材１１、１１、…を、図に示す様に曲げ形状に対応した上下一対の金型５ａ、５ｂに挟み入れ、これを高圧容器１に入れてプレス機２にセットする。続いて、再度、高圧容器１を１００〜１２０℃の水蒸気で充填し、板材１１を２０分程度軟化させたら、プレス機２により金型５ｂをプレスして曲げ処理を行う。その後減圧して、曲げ状態に板材１１’を仮固定する。
【００１９】
この板材１１’からトーネツト５０を外し、曲げ状態の板材１１’を取り出し、その１枚を図６〜７示す様に、器形状に成形する対向配置された一対のプレス型６ａ、６ｂに挟み入れ、水平姿勢を保ってステンレス製による阻止壁としての縦筒６０に入れる。この時、プレス型６ａ、６ｂと板材１１’とは周囲形状がほぼ同形になるようにしてあり、更に縦筒６０の内周形状もに合わせてある。この様にしてプレス型６ａ、６ｂに挟み且つ縦筒６０に入れた状態の板材１１’を、高圧容器１に入れ、プレス機２にセットする。
【００２０】
次に、高圧容器１に１００〜１２０℃の水蒸気を充填し、約２時間をかけて板材１１’を軟化させてゆく。軟化に伴い仮固定されている板材１１’が回復し始めるが、この回復に合わせてプレス型６ａ、６ｂをプレスしてゆき、これにより板材１１’は器形状に型成形される。
この型成形は板面１１’のＸＹ方向への曲げを伴うが、圧縮方向を仮にＸ方向とするなら、Ｘ方向への板材の回復／膨張が、プレス型のＸ方向曲げに追従して成されるので、この方向への曲げを容易にしている。
また、曲げ方向をＹ方向とするなら、板材１１’の曲げでプレス型６ａ、６ｂで成されるＹ方向への曲げを先取りさせてあるので、この方向への曲げを容易にしている。従って、事前に行っておく曲げ処理は最終的な成形形状に対応した形状でなくてもよく、曲げの凹曲面側の長さが、最終完成品の凹曲面側の長さ程度になるようにする。
【００２１】
また阻止壁としての縦筒６０の役割は以下の通りである。
まず、板材１１’は回復方向Ｘへに膨張するが、プレス型６ａ、６ｂの周囲から外方への膨張は縦筒６０に阻止され、その分の回復力がプレス型６ａ、６ｂへの凹凸に向けられるので、結果、凹凸への詰めが十分成されて良好に型成形される。
また板材１１’の圧縮方向Ｘの幅がプレス型６ａ、６ｂより短い場合は、板材１１’の何れかがプレス型６ａ、６ｂに引っかかった状態で回復すると、引っかかった箇所を中心に膨張することとなるが、よって偏って引っかかると一方だけに膨張して板材１１’がプレス型６ａ、６ｂからはみ出たり、その為プレス型６ａ、６ｂからずれて成形される不都合がある。この様な場合も、縦筒がはみ出しを阻止するので、板材はプレス型６ａ、６ｂに対して予定した位置に収まり、所望の器形状に型成形される。
また、型成形される前の板材１１’は曲げ加工された状態だが、時間をかける軟化の過程で、型成形される前に曲げが戻ってしまう場合がある。この場合、板材１１’の曲げ方向幅Ｙをこれに対応した縦筒６０の差し渡し幅と等しくしておけば、縦筒６０に支えて曲げの戻りを阻止することができる。
【００２２】
以上のようにして型成形が成されたら、プレスしたままの状態で高圧容器１内を１８０℃の水蒸気で充填して、１０分間程度の固定処理を行う。その後は減圧と共に自然冷却を行い、脱型すると図９に例示するな小物入れ用の器Ａが完成する。
【００２３】
尚、上記の各所で成される仮固定の具体的方法は、仮固定から次工程までの待ち時間により選ぶことができる。例えば、待ちが短時間なら軟化温度を１２０〜１５０℃程度の比較的高温で処理することにより室温程度では回復しない程度の仮固定でよく、また、長時間なら軟化温度を１２０℃以下の比較的低温で処理し１日乾燥により仮固定にする。
また、型成型品が室内の内装部材のように水を浴びることとが無く、仮固定状態であっても回復の虞がないものであれば固定化を省略してもよい。
【００２４】
次に別の実施例を説明するが、以下の実施例２〜４においては、高圧容器、軟化方法など上記と同様な部分の説明は省略、簡略などして説明する。
【００２５】
（実施例２）
まず、請求項２記載の発明の実施例として、木質材から小物入れに使う器の製造過程を説明する。まず板材（１２ｍｍ厚×２００ｍｍ幅×３００ｍｍ長さ）を上記同様に１２０℃の水蒸気下で軟化した後、トーネットにより長さ方向に曲げ処理を行い、図１０に示す様に内径３６．５ｍｍの円筒状にする。この円筒状の板材２０は、図示しないステンレス製の２重筒に入れ、この時、円筒状の板材２０は内筒と外筒に挟まれガイドされながら圧縮されるのであり、具体的には軟化した状態で幅方向（円筒の長さ方向）の約１／３に圧縮され、これを仮固定する。またこれを縦に半割りした内の１つの板材２０’を、お椀の雌型と雄型を成す図１１に示す様な一対のプレス型７ａ、７ｂにセットし、１００℃の水蒸気下で回復させながらプレスする。お椀型に型成形したら、再度の圧縮で板厚を１／２にし、１８０℃の水蒸気下で固定化して最終的にお椀Ａ’が得られる。
尚、このお椀Ａ’は実施例１の方法によっても製造可能であるのでこれも図示しないが略説しておく。まず板材を実施例１同様に板面幅方向に圧縮して仮固定し、圧縮方向との異方向に曲げ処理をしておき、図１１と同様な円筒半割状に曲げておく。この状態の板材を当実施例の前半と同様にお椀のプレス型にセットし、回復させながらプレスして型成形するのである。
【００２６】
（実施例３）
次に、請求項４記載の発明の実施例として、木質材から例えば仏像その他置物などの製造過程を説明する。またこの実施例は請求項１〜２の実施例を兼ねる。  まず、スギの角材による木質材３０を１００〜１２０℃の水蒸気下で軟化させる。軟化させたらの図１３に示す様に、プレス機２で繊維方向の側面から圧縮して仮固定する。次に木質材３０’を、図１４に示す様な挿入口を有し、挿入口８ｘの内方に所望形状の雌型空間８ｙを持つ金型８に挿入する。その際、挿入口６ｘが圧縮された木質材の厚さ相当の幅をもつ形状に形成されており、挿入したら、次に回復をさせながら圧縮する。金型８は分解可能に形成されており、これにより脱型して所望形状に加工された図１５の置物Ｂを得る。
又、当実施例では角材の木質材を原材料として三次元加工を示したが、角材に限らずにどのような形状のものであってもよい。
【００２７】
（実施例４）
請求項５記載の発明による実施例として、長尺な木質材から手すり、テーブル脚、立像の置物等の製造過程を説明する。
まず、丸太材、角材など長尺な木質材４０を軟化処理した状態で、図１６に示す様に断面テーパーの溝状プレス型９に圧入することにより減径圧縮する。溝状プレス型９はテーパーの底部となる溝９ａが半割り円筒の内面状を成し、圧入するための圧入型９ｂも半割り円筒の内面状を成し、プレスし切った時点では長尺な木質材４０は軸心へ向けてほぼ均等に圧縮されている。また、溝状プレス型９は圧縮後の木質材４０が容易に脱型できるように上下への分割可能になっている。この様に圧縮された長尺な木質材４０’は仮固定され、図１７に示す様に、所望の内面形状を成し縦分割可能な略筒状の型８０に入れ、これを回復させる。この様な加工による例に図１８に示すテーブル脚Ｂ’などを挙げることができる。仮に所望形状が断面同心円であれば、丸太を回転させて削る従来の工法でも容易に製造できるが、断面が非同心円であったり、表面に凹凸模様を施したものであればその様な従来工法では困難である。この点、本願製造方法によれば容易且つ良好な仕上がりで製造でき、精密に彫刻された木製彫刻品の代用にもなる。
【００２８】
【発明の効果】
以上、本願の発明によれば、圧縮した木質材を型に入れて回復させるので、回復により膨張する木質材が型の凹凸に詰めることができ、木質材の三次元加工が容易になる。またこの際、引っ張り部分が生じないので割れが起きず、自由度の高い加工が可能なる。
【００２９】
また、上記回復時に前記型をプレスして型成形を補助するようにしたので、型の凹凸に対して木質材の詰めがより十分に成され、加工程度が促進される。
【００３０】
請求項２記載の発明によれば、板材の三次元加工を容易にし、器状、入れ物状に代表される木質製品の製造が容易になる。
【００３１】
請求項１記載の発明によれば、板材の板面方向への圧縮に伴う作業の困難性を除去できる。
【００３２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１〜２記載の発明の予定された効果を十分引き出すことができ、例えば回復による膨張力を逃がすことなく型への押し詰めに転化し、プレス型からの位置ズレを補正し、曲げ処理による曲げを逃がすことなく三次元加工に活かすことができる。
【００３３】
請求項４記載の発明によれば、木質材を回復させる時に、回復方向に直角方向な方向から圧縮するので、回復による膨張が補助されてより大きく膨張するため型成形が十分に成される。また回復時に行う圧縮自体によっても型成形が成される。
【００３４】
請求項５記載の発明によれば、長尺な木質材の周面加工に優れる。
【００３５】
また本願の発明によれば、以上に述べた成型品を固定化するので水濡れ等で水分を吸収しても圧縮の回復がなく、形状維持に優れる。
【００３６】
また本願の発明によれば、軟化処理、回復処理に用いる高圧容器などを共有させることができるので設備負担が軽減され、また、回復処理から固定化までの処理の連続化が可能になる。また接着剤などが不要であり、よってこれを添加する工程の省略や、成型物を廃棄する際に、一般に用いられる合成接着剤を含まないので、腐敗廃棄、焼却廃棄が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この図は、実施例１に係る図１〜図９の中の１つであり、スギの原本を輪切りにした丸太の左右側をスライスした太鼓切りの木質材の斜視図である。
【図２】  この図は、図１に示す木質材を高圧容器の中で圧縮する説明図である。
【図３】  この図は、図２に示す方法で圧縮された木質材を圧縮方向Ｘにスライスする様子の説明図である。
【図４】  この図は、トーネットを付けた板材を曲げ処理する様子の説明図であり、圧縮方向Ｘとの直角方向Ｙに曲げる様子を示している。
【図５】  この図は、高圧容器の中で板材の曲げ処理をする様子の説明図である。
【図６】  この図は、圧縮処理及び曲げ処理の成された板材を器型のプレス型にセットして、阻止壁としての縦筒に入れる様子の説明図である。
【図７】  この図は、図６の各部材をセットして型成形する説明図であり、図６のＸ方向に切断した断面を示している。
【図８】  この図は、図６の各部材をセットして型成形する説明図であり、図６のＹ方向に切断した断面を示している。
【図９】  この図は、型成形された器の斜視図である。
【図１０】  この図は、実施例２に係る図１０〜図１２の中の１つであり、曲げ処理した板材による円筒の斜視図を兼ねてこの円筒を圧縮する様子の説明図である。
【図１１】  この図は、圧縮処理及び曲げ処理の成された板材をお椀型のプレス型にセットする様子の説明図である。
【図１２】  この図は、完成したお椀の斜視図である。
【図１３】  この図は、実施例３に係る図１３〜図１５の中の１つであり、角材の側面を圧縮する様子の説明図である。
【図１４】  この図は、図１３に示したプレスにより圧縮された角材を立てて、金型の挿入口に対し挿入し、圧縮する様の説明図である。
【図１５】  この図は、脱型した完成物の図である。
【図１６】  この図は、実施例４に係る図１６〜図１８の中の１つであり、長尺な木質材を溝状プレス型に圧入する様子の部分斜視図であり、溝状プレス型が脱型のために分解可能な様子を併せて示している。
【図１７】  この図は、減径圧縮された長尺な木質材を、縦分割可能な略筒状の型に入れた様子の説明図である。
【図１８】  この図は、型成形により得られたテーブル脚の斜視図である。
【符号の説明】
１  高圧容器
２  プレス機
５ａ、５ｂ  金型
６ａ、６ｂ、プレス型
７ａ、７ｂ  プレス型
８          金型
９          プレス型
１１、１１’、２０、２０’  板材
３０、３０’、４０、４０’  木質材
５０            トーネツト
６０            阻止壁としての縦筒
Ａ    小物入れ用の器
Ａ’  お椀
Ｂ    置物
Ｂ’  テーブル脚
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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