(57)【要約】【課題】高デューティ環境下でも不吐出現象を生じないインクジェット記録ヘッドを提供する。【解決手段】インクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する吐出口３４が複数配列された吐出口列４１を有する吐出口プレート４５と、複数の吐出口３４に連通し複数の吐出口３４にインクを供給する共通液室３３と、を備え、吐出口プレート４５の吐出口３４が設けられている吐出口面４２は親水性を有し、吐出口３４の内部は負圧状態に維持可能である。吐出口面４２の、吐出口列４１の一端４６を通り吐出口列４１と垂直に引いた直線と吐出口列４１の他端４７を通り吐出口列４１と垂直に引いた直線とで囲まれる領域３０に属さない位置に、共通液室３３と連通する１以上の開口３１が設けられている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する吐出口が複数配列された吐出口列を有する吐出口プレートと、複数の前記吐出口に連通し前記複数の吐出口にインクを供給する共通液室と、を備え、前記吐出口プレートの前記吐出口が設けられている吐出口面は親水性を有する、インクジェット記録ヘッドであって、
前記吐出口面の、前記吐出口列の一端を通り前記吐出口列と垂直に引いた直線と前記吐出口列の他端を通り前記吐出口列と垂直に引いた直線とで囲まれる領域以外の位置に、前記共通液室と連通する１以上の開口が設けられている、インクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記吐出口プレートの前記開口における厚さが前記吐出口における厚さ以下である、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記開口が前記吐出口列方向に２つ以上設けられ、前記領域より遠い開口ほど流抵抗が小さい、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記吐出口列の長さは２．５４ｃｍより短い、請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記吐出口の各々の吐出量は５ｐｌ以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記吐出口の記録時の吐出周波数は１０ｋＨｚ以上である、請求項１から５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
前記吐出口列において隣接する前記吐出口間のピッチは２．５４ｃｍあたり６００ドット以上である、請求項１から６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
２つの平行な前記吐出口列を有し、２つの前記吐出口列では前記吐出口が互いに１／２ピッチずれて配列されており、前記開口は２つの前記吐出口列の間であって、前記吐出口列に対応するいずれの領域にも属さない位置に配置されている、請求項１から７のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク液等の液滴を吐出させて記録媒体に記録を行うためのインクジェット記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式のプリンタ（以下、インクジェットプリンタ）は、インクジェット記録ヘッドから被記録媒体にインクを吐出してプリントを行うものである。インクジェットプリンタは他のプリント方式のプリンタに比べて高精細化が容易かつ、高速で静粛性に優れ安価であるという、種々の利点を有している。
【０００３】
インクジェット記録ヘッドでは、インクを吐出するための吐出口が設けられている面（以下、単に吐出口面と称す。）が、表面処理されていることが多い。これは、吐出口の周囲に不均一にインクが付着していた場合には、インク吐出時、付着インクに引っ張られて、吐出方向が片寄ることがあるためである。
【０００４】
表面処理としては、撥水処理を施されることが多い。その一方で、近年、顔料インクや高機能インクを用いる場合など、撥水処理の機能が十分に発揮されにくい環境や、小液滴吐出の場合など、吐出口内のインクの増粘がしやすい環境などでは、親水処理も積極的に行われるようになってきた。
【０００５】
親水性を有する吐出口面の場合、吐出口面全面に薄膜のインクが存在するため、付着インクと親水面との間に濡れ性の差が起きにくく、さらには、吐出口面に十分なインクが存在するため、小径吐出口であっても吐出口内のインクが乾燥しにくい。
【０００６】
このような親水処理を施したインクジェット記録ヘッドとしては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載の構成を挙げることができる。
【０００７】
ところで、近年、インクジェット記録ヘッドにおいては、さらなる高画質化、高速化を目指す動きが顕著となっている。そのため、小液滴化、高周波数駆動に対応するよう、吐出口の配列密度も、例えば２．５４ｃｍあたり６００ドット（６００ｄｐi）以上と非常に高いものとなってきている。小液滴による高速記録は、高画質化の恩恵を受ける写真プリントのような吐出データが多いプリント（高デューティ環境）に多くみられる。
【０００８】
このような環境下において、上記親水性の吐出口面を有するインクジェット記録ヘッドで、吐出を行っていたところ、一部のヘッドで印字途中に突然、不吐出現象が見受けられるようになってきた。
【０００９】
このような現象によって、使用インクが単色の場合完全な画像欠陥となり、複数色の場合は画像の濃度ムラにつながる。
【００１０】
この不吐出現象には、いくつかの特徴があることを本発明者は見出した。
【００１１】
すなわち、
・吐出口面の清掃後、しばらくの間は不吐出現象は生じないこと。
・不吐出現象を生じた吐出口の吐出口面を観察すると、不吐出現象を生じなかった吐出口面に比べ、インク溜まり量が多かったこと。
【００１２】
これらの事象から、本現象のメカニズムを以下のように推測した。
【００１３】
吐出口面の清掃後、インク滴を吐出していくことで、吐出の際に溢れ出したインクが徐々に親水性の吐出口面に広がり溜まっていく。吐出口より上流側は負圧環境になっているため、一部のインクは吐出口内部に引かれ回収されるが、高デューティ環境下においては、吐出口内部に引かれる量よりも吐出直後に溢れる量のほうが圧倒的に多いため、溢れたインクが急速に増えていく。すると、あるスキャン後から次スキャン開始に至るとき、吐出口付近に形成されていた厚いインク膜が吐出口を覆い、次スキャン開始直後の吐出障害となり、正常なインクの吐出が行われなくなる（図１）。
【００１４】
特許文献３には、吐出口の近傍に、吐出口から溢れ出た濡れを回収できる開口を設ける構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平８−１１８６５６号公報
【特許文献２】特開２００１−１０５５９９号公報
【特許文献３】特開２００３−３１１９６６号公報
【特許文献４】特開２００８−６８５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献３のような形態では、開口で回収した濡れが吐出口近傍にも集まることになるため、かえってその集まった濡れが吐出の妨げとなることがあり、印字開始時の不吐出を助長させることがある。さらには、何らかの衝撃により、開口で張っていたメニスカスが壊れ、かえって濡れが溢れ吐出障害となる弊害が想定される。
【００１７】
本発明は、高デューティ環境下でも不吐出現象を生じないインクジェット記録ヘッド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】
【００１８】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する吐出口が複数配列された吐出口列を有する吐出口プレートと、複数の前記吐出口に連通し前記複数の吐出口にインクを供給する共通液室と、を備え、前記吐出口プレートの前記吐出口が設けられている吐出口面は親水性を有する、インクジェット記録ヘッドであって、前記吐出口面の、前記吐出口列の一端を通り前記吐出口列と垂直に引いた直線と前記吐出口列の他端を通り前記吐出口列と垂直に引いた直線とで囲まれる領域以外の位置に、前記共通液室と連通する１以上の開口が設けられている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のインクジェット記録ヘッドでは、吐出口面の、吐出口列の一端を通り吐出口列と垂直に引いた直線と吐出口列の他端を通り吐出口列と垂直に引いた直線とで囲まれる側方領域に属さない位置に、共通液室と連通する１以上の開口が設けられている。すなわち開口は吐出口列とは離れた位置に設けられている。吐出口面が親水性であるため、吐出口から溢れ出たインクは吐出口面一面に膜状に広がり、吐出口列から離れた位置にある開口から回収することができる。この機構により、高デューティ環境下での記録の際にも、吐出口を塞ぐ溢れインクを回収してインク不吐出現象を防止する。
【００２０】
本発明は、高デューティ環境下でも不吐出現象を生じないインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】高デューティ環境下で、溢れたインクが蓄積され、吐出口をインクが塞ぐ状態を示した図である。
【図２】本発明に係るインクジェット記録装置の記録部分を示す図である。
【図３】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの吐出口面を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を示した図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示した図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について図を参照して説明する。
【００２３】
図２は以下の各実施形態に共通するインクジェット記録装置主要部を示す模式図である。記録ヘッド１はインクジェット記録装置に搭載され、複数インクを供給し画像形成に用いる記録ヘッドの一例である。記録ヘッド１はインクタンク２を別途備え、そこからチューブ等によりインクが供給される。記録ヘッド１はインクジェット記録装置に着脱可能なものとして構成されている。記録ヘッド１の詳細については後述する。
【００２４】
記録媒体３を保持する状態で設けられた紙送りローラ４が回転することによって記録媒体３をｙ方向（副走査方向）に随時搬送する。また給紙ローラ５によって記録媒体の給紙を行う。給紙ローラ５は紙送りローラ４よりもその回転速度を小さくすることによって記録媒体に張力を作用させることが出来る。
【００２５】
キャリッジ１００は、記録ヘッド１を保持しガイドレール６に沿って記録媒体上を走査する。キャリッジ１００は記録媒体の一方端から他方端に向かって走査し、この走査時に記録ヘッド１よりインクを記録媒体３に吐出して記録を行う。キャリッジ１００が記録媒体３の他方端に到達したら、紙送りローラ４等が回転し、記録媒体３を一定量だけ搬送する。この記録動作と紙送り動作を交互に繰り返すことにより、記録媒体全体に画像が形成されることになる。キャリッジ１００は記録を行わないとき、あるいは記録ヘッド１の回復処理（インクの吸引動作やワイピング処理）などを行うときには、ホームポジションであるキャップ領域７へ移動して停止する。また、高速な印字を実現させるために双方向印字とした場合、予備吐出の実施は、図２のキャップ領域７及び、記録媒体３の両側直前まで予備吐出可能な廃インク受け領域８で行う。
【００２６】
次に記録ヘッド１と記録ヘッド１に備わるチップ９について詳細を述べる。
【００２７】
記録ヘッド１には、インクの種類毎にインク供給部が設けられ、内部でインクが混合しないようなインク毎の個別の液室が設けられている。そのインク毎の個別となった液室よりチップ９へインクが供給される。すなわち、チップ９は各色個別に記録ヘッド１に設けられている。図３は記録ヘッドの吐出口面４２を示す模式図である。記録ヘッド１は記録媒体と対向する面にインク色別の吐出口３４が配置されている。吐出口３４は互いに平行な第１の吐出口列１４１と第２の吐出口列２４１として、隣接する各吐出口間隔が２．５４ｃｍあたり６００ドット（６００ｄｐi）のピッチで配列されている。また、第２の吐出口列１２は、第１の吐出口列１１に対して、各吐出口のピッチが１／２ピッチだけずれて配列されている。これらの吐出口列は、キャリッジ１００の走査方向に並列に配置されている。
【００２８】
各吐出口３４はチューブ、インク路を介してインクタンクと連通しており、インクタンクからのインク供給によって、吐出口３４付近は常にインクで充填されている。後述のように、各吐出口３４には電気熱変換素子３８が設けられ、インクに対して熱エネルギーを付与する。すなわち、電気熱変換素子３８によって熱が加えられ膜沸騰による気泡が生成されることで、インクにはその気泡による発泡圧によって運動エネルギーが与えられ、吐出口３４からインクが吐出される。
【００２９】
本発明においては、チップ９の表面（吐出口面４２）は高い親水性を有するように構成されている。これは、吐出口面４２に付着した液体由来の汚れはインク滴を形成せず吐出口面４２全面に薄膜として広がり、固化して粒を形成することが抑制されるため、汚れに由来する粒により吐出口が閉塞されにくく記録ヘッドは長期間良好な性能を維持できるからである。ここでは、吐出口形成部材の表面のみ高い親水性を有する材料でコーティングしてもよいし、吐出口形成部材の表面のみ物理処理を施すことで親水性を高める手法をとってもよい。さらには、吐出口形成部材自体が親水性の高い材料で構成されているものであってもよいものとする。これには、積極的な親水処理、あるいは材料を採用せずとも、結果的に親水化した場合も含まれる。また、ここで言う親水とは、純水と吐出口面との静的接触が６０°以下のことを示している。
【００３０】
次に、インク吐出のメカニズムについて説明する。
【００３１】
吐出エネルギー発生素子として、電気熱変換素子３８を用いるインク吐出方法では、まずインク流路を介して共通液室３３内にインクが供給されて充填された状態で、発泡室３５に配置された電気熱変換素子３８に電気信号を与えて発熱させる。これにより、発泡室３５内における電気熱変換素子３８周辺のインクが瞬時に加熱され、電気熱変換素子３８周辺のインクが沸点に達して沸騰し、電気熱変換素子３８上で気泡が生じる。このとき生じる気泡の大きな発泡圧によって、エネルギー作用室内部のインクに運動エネルギーが与えられ、インクを吐出口３４から外部へ吐出させる。この際、吐出されるインク滴量が小さいほど運動エネルギーは小さくなるため、極小の障害等が吐出口周囲にあった場合でも吐出方向の片寄りや不吐出が発生し易くなる。
【００３２】
近年のインクジェット方式の記録装置には、極めて微細な口径の複数のインク吐出口を備えたインクジェット記録ヘッドが用いられている。これは、画素を複数の小滴で埋めることにより、画像の階調性を向上させようとするためである。吐出口の配列密度も、画素形成に合わせて、例えば２．５４ｃｍあたり６００ドット以上（６００ｄｐi以上）と高い配列密度としてあり、その時の吐出量は、一般に５ｐｌ以下となっている。また、インク滴が小さくなってくると、その分、打ち込み量を増やさなければならなくなってくる。そして、高い打ち込み量で高速記録を行うためには、吐出口の記録時の吐出周波数を高く（例えば、１０ｋＨｚ以上）することが求められる。
【００３３】
図４には本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１を示す。図４（ａ）は記録ヘッド１を吐出口面４２に対して垂直方向に見た図を示している。図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ’断面（開口３１を通る断面）、図４（ｃ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面（吐出口３４を通る断面）を示している。
【００３４】
図４（ｂ）、図４（ｃ）に示すように、吐出口３４は、発泡させるインクを保持する発泡室３５と、電気熱変換素子３８と、電気熱変換素子３８に対応して配置され、大気に開放された吐出口３４と、インクを発泡室３５へと導く流路３６と、を有する。インクジェット記録ヘッド１は、吐出口３４が複数配列された吐出口列４１を有する吐出口プレート４５と、吐出口列４１に連通し吐出口列４１にインクを供給する共通液室３３を有する。吐出口３４が設けられている吐出口面４２は親水性を有し、吐出口３４の内部は負圧状態に維持可能である。吐出口面４２の、吐出口列４１の一端４６を通り吐出口列４１と垂直に引いた直線と吐出口列４１の他端４７を通り吐出口列４１と垂直に引いた直線とで囲まれる側方領域３０に属さない位置に、共通液室３３と連通する１以上の開口３１が設けられている。ここで、吐出口列４１の一端４６と他端４７とは、吐出口列４１を構成する吐出口３４のうち両末端に位置する吐出口の中心位置のことを指す。
【００３５】
以上のような構成をとることで、高デューティ環境下において溢れたインクが、あるスキャン後から次スキャン開始に至るときまでに回収され易くなる。すなわち、吐出口３４に負圧のかかっているヘッドにおいて、吐出口３４を塞いでいた溢れ濡れインクが、前スキャンから次スキャンへ向かう間の時間に、吐出口３４とは別の開口３１からも回収されることになる。このようにして、印字開始時の不吐出を緩和し、印字信頼性を大きく向上させる。
【００３６】
もし開口３１が吐出口列４１の近傍にあったとしたら、開口３１が回収した濡れが、吐出口列４１近傍にも集まることになるため、かえってその集まった濡れが吐出の妨げとなることがあり、印字開始時の不吐出を助長させることがある。さらには、何らかの衝撃により、開口で張っていたメニスカスが壊れ、かえって開口から濡れが溢れ吐出障害となる弊害が想定される。このような観点から、開口３１は、吐出口列４１から遠い場所にあった方が好ましい。よって、本構成が、吐出口列４１の吐出口３４の吐出を妨げずに、濡れを回収できる最適な系といえる。
【００３７】
また従来、特許文献４のように、予備吐出時間短縮のために、ダミー吐出口３２を増設したものがあった。ダミー吐出口３２とは、印字開始前に吐出することで、吐出口列４１両端の吐出口３４の混色の防止や、増粘インク排出などを目的に設けられ、記録媒体へインクを吐出して画像形成を行わない吐出口のことである。このような形態でも、実質、溢れた濡れは回収でき、本課題を解決するようにも思える。しかし、ダミー吐出口３２も吐出口である以上、共通液室３３から吐出口３４にいたるまでに流路が設けられているため、共通液室３３までの距離が長くなり、吐出口面４２に溢れでた濡れを効率よく、共通液室３３側へ回収するには不適切であった。よって、濡れを効率よく共通液室３３側へ回収できる本構成が最適な系といえる。
【００３８】
本実施形態では、吐出口列４１が２列あり、その間に共通液室３３を備えた構成を示しているが、必ずしも２列である必要は無く、１つの共通液室３３に対して、１列以上の吐出口列４１があっても良い。なお、吐出口列４１が複数ある場合は、各吐出口列に対応するいずれの側方領域３０にも属さない位置に開口３１を配置すればよい。
【００３９】
ダミー吐出口３２が、各列につき、吐出口列４１方向に４つずつ設けられた場合を示しているが、このダミー吐出口３２も必ずしもある必要はない。
【００４０】
開口３１が吐出口列４１に対応する側方領域３０の両端に１２個ずつ設けられた場合を示しているが、１つ以上あれば本課題に対して効果がある。
【００４１】
図４では、開口３１が、吐出口３４相当の穴径となっている。しかし、その穴径は吐出時に発生するクロストーク（複数の吐出口が吐出する際に発生する共通液室３３方向へ与える圧力波）によって、メニスカスが決壊しない程度の穴径であれば（メニスカスが保持できるほどの毛管力があれば）吐出口３４より大きくてもよい。またその形について必ずしも円形である必要もない。
【００４２】
図５には本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１を示す。第２の実施形態については、第１の実施形態と異なる点を下記に示す。図５（ａ）は記録ヘッド１を吐出口面４２に対して垂直方向に見た図を示している。図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ’断面（開口３１を通る断面）、図５（ｃ）は図５（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面（吐出口３４を通る断面）を示している。
【００４３】
第２の実施形態では、開口３１から積極的に溢れた濡れが回収されるように、開口３１の厚さを吐出口３４の厚さと同等以下にしている。
【００４４】
通常の吐出口プレート４５では、図５（ｃ）に示したように、共通液室３３がある領域に、吐出口プレート４５の強度アップのために、センタービーム３７なる構造物がある。吐出口プレート４５の吐出口３４における厚さと、センタービーム３７の厚さとを比べると、後者の方が厚く出来ている。
【００４５】
このような構造のまま共通液室３３上に開口３１を設けると、吐出口プレート４５の厚さは吐出口３４においてよりも開口３１において厚くなり、その分、流抵抗が大きくなり、溢れた濡れの回収をするには不利であった。
【００４６】
そこで、本実施形態では、開口３１を設ける部分だけ、吐出口プレート４５の厚さを吐出口３４における厚さと同等、もしくはそれ以下にすることで、濡れの回収をよりスムーズにし、印字開始時の不吐出を大きく改善し、印字信頼性を大きく向上させる。
【００４７】
本実施形態では、吐出口列４１が２列あり、その間に共通液室３３を備えた構成を示しているが、必ずしも２列である必要は無く、１つの共通液室３３に対して、１列以上の吐出口列４１があっても良い。なお、吐出口列４１が複数ある場合は、各吐出口列に対応するいずれの側方領域３０にも属さない位置に開口３１を配置すればよい。
【００４８】
ダミー吐出口３２が、各列につき、吐出口列４１方向に４つずつ設けられた場合を示しているが、このダミー吐出口３２も必ずしもある必要はない。
【００４９】
開口３１が吐出口列４１に対応する側方領域３０の両端に１２個ずつ設けられた場合を示しているが、１つ以上あれば本課題に対して効果がある。
【００５０】
図５では、開口３１が、吐出口３４相当の穴径となっている。しかし、その穴径は吐出時に発生するクロストーク（複数の吐出口が吐出する際に発生する共通液室３３方向へ与える圧力波）によって、メニスカスが決壊しない程度の穴径であれば（メニスカスが保持できるほどの毛管力があれば）吐出口３４より大きくてもよい。またその形について必ずしも円形である必要もない。
【００５１】
図６には本発明の第３の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１を示す。第３の実施形態についても、第１の実施形態と異なる点を下記に示す。図６（ａ）は記録ヘッド１を吐出口面４２に対して垂直方向に見た図を示している。図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ’断面（開口３１を通る断面）、図６（ｃ）は図６（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面（吐出口３４を通る断面）を示している。
【００５２】
第３の実施形態では、開口３１から溢れた濡れを回収する効果をもちつつ、回収された濡れができるだけ吐出口列４１に干渉しないようにするための好適な系といえる。すなわち、吐出口列４１から遠い開口３１ほど流抵抗を低くして、吐出口列４１から遠い開口３１で優先的に濡れを回収させる。尚且つ、何らかの衝撃により、吐出口列４１から遠い位置に設けられた開口３１のメニスカス決壊があったとしても、吐出口列４１近傍には、その決壊による溢れ濡れの影響が少ない系にしたものである。
【００５３】
ここで、図６では、開口３１を吐出口列４１から遠ざかるにしたがって大きくすることで、流抵抗を小さくした場合を示している。しかし、開口径を変えるに留まらず、徐々に開口の厚みを薄くするなど、吐出口列４１から遠ざかるにつれ、流抵抗が徐々に減っていくような系であれば、図６と同じ効果がある。
【００５４】
本実施形態では、吐出口列４１が２列あり、その間に共通液室３３を備えた構成を示しているが、必ずしも２列である必要は無く、１つの共通液室３３に対して、１列以上の吐出口列４１があっても良い。なお、吐出口列４１が複数ある場合は、各吐出口列に対応するいずれの側方領域３０にも属さない位置に開口３１を配置すればよい。
【００５５】
ダミー吐出口３２が、各列につき、吐出口列４１方向に４つずつ設けられた場合を示しているが、このダミー吐出口３２も必ずしもある必要はない。
【００５６】
開口３１が吐出口列４１に対応する側方領域３０の両端に１２個ずつ設けられた場合を示しているが、吐出口列方向に２つ以上設けられていれば本課題に対して効果がある。
【００５７】
また、開口３１の開口径は、吐出時に発生するクロストークによって、メニスカスが決壊しない程度の穴径である（メニスカスが保持できるほどの毛管力がある）ことが好ましい。またその形について必ずしも円形である必要はない。
【符号の説明】
【００５８】
３１    開口
３４    吐出口
４１    吐出口列
４２    吐出口面
【図１】
2014108538.tif 000003
【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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