(57)【要約】【課題】循環型の液体吐出装置において液体の循環を停止させた際のノズルからの液体漏れを防ぐ。【解決手段】一実施形態に係る液体吐出装置は、液体を貯留するタンク、ノズルから液体を吐出するヘッド、上記タンクから上記ヘッドに液体を供給する供給路及び上記ヘッドから上記タンクに液体を戻す還流路を含む流路と、循環装置と、圧力調整装置と、コントローラとを備える。上記循環装置は、上記流路で液体を循環させる。上記圧力調整装置は、上記流路における液体の圧力を調整する。上記コントローラは、上記循環装置及び上記圧力調整装置を制御する。さらに、上記コントローラは、上記流路における液体の循環を停止させる際に、先ず上記圧力調整装置により上記流路における液体の圧力を下げ、その後に上記循環装置を停止させる。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留するタンクと、
ノズルから液体を吐出するヘッドと、
前記タンクから前記ヘッドに液体を供給する供給路と、
前記ヘッドから前記タンクに液体を戻す還流路と、
前記タンク、前記ヘッド、前記供給路、及び前記還流路を含む密閉系の流路で液体を循環させる循環装置と、
前記流路における液体の圧力を調整する圧力調整装置と、
前記流路における液体の循環を停止させる際に、先ず前記圧力調整装置により前記流路における液体の圧力を下げ、その後に前記循環装置を停止させるコントローラと、を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記流路における液体の循環を停止させる際に、前記圧力調整装置により前記流路における液体の圧力を下げつつ、前記循環装置が循環させる液体の流量を段階的に下げて停止させることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記タンクは、内部に空気層を含み、
前記圧力調整装置は、前記タンクの空気層から空気を外部に排出することにより前記流路における液体の圧力を下げることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ノズルから液体を吐出する液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体をノズルから吐出するヘッドと、液体を貯留するタンクとを含む環状の流路においてポンプなどの循環装置により液体を循環させる循環型の液体吐出装置がある。液体を循環させることで、ヘッドのノズル内に生じる気泡や当該ノズルに混入した異物を当該ノズルから除去することができ、結果としてヘッドの良好な吐出性能を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２５６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記流路を液体が循環している状態において、循環装置の駆動を停止させたとき、液体の運動エネルギーの低下に伴って流路に急激な圧力上昇が生じる。この圧力上昇により、ヘッドのノズルから液体が漏れることがある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、循環型の液体吐出装置において液体の循環を停止させた際のノズルからの液体漏れを防ぐことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態に係る液体吐出装置は、タンクと、ヘッドと、供給路と、還流路と、循環装置と、圧力調整装置と、コントローラとを備える。上記タンクは、液体を貯留する。上記ヘッドは、ノズルから液体を吐出する。上記供給路は、上記タンクから上記ヘッドに液体を供給する。上記還流路は、上記ヘッドから上記タンクに液体を戻す。上記循環装置は、上記タンク、上記ヘッド、上記供給路、及び上記還流路を含む密閉系の流路で液体を循環させる。上記圧力調整装置は、上記流路における液体の圧力を調整する。上記コントローラは、上記循環装置及び上記圧力調整装置を制御する。さらに、上記コントローラは、上記流路における液体の循環を停止させる際に、先ず上記圧力調整装置により上記流路における液体の圧力を下げ、その後に上記循環装置を停止させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態におけるインクジェットプリンタのインク循環機構を示す模式図。
【図２】同プリンタのインクジェットヘッドの概略構造を示す模式図。
【図３】同プリンタの制御回路を概略的に示すブロック図。
【図４】同プリンタのシステムコントローラの動作を示すフローチャート。
【図５】同プリンタの電磁弁、循環ポンプ及び調整ポンプに関するタイムチャート。
【図６】従来の構成におけるインクの圧力変動を示すグラフ。
【図７】本実施形態の構成におけるインクの圧力変動を示すグラフ。
【図８】第２の実施形態におけるシステムコントローラの動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
いくつかの実施形態について図面を参照しながら説明する。  
（第１の実施形態）
本実施形態では、液体吐出装置の一例として、液体であるインクを記録媒体に吐出して画像を形成するインクジェットプリンタを開示する。
【０００９】
図１は、インクジェットプリンタが備えるインク循環機構１の要部構成を示す模式図である。インク循環機構１は、インクジェットヘッド２、インクタンク３、インク供給路４、インク還流路５、循環ポンプ６（循環装置）、フィルタ７、大気連通路８、電磁弁９、圧力センサ１０、及び、調整ポンプ１１を備える。電磁弁９及び調整ポンプ１１は、本実施形態における圧力調整装置１２を密閉系で構成する。
【００１０】
インクジェットヘッド２は、インク供給路４を接続する流入口２０、及び、インク還流路５を接続する流出口２１を備える。
【００１１】
インクタンク３は、インクジェットヘッド２よりも重力方向における下方に配置される。インクタンク３は、内部にインク層３０と空気層３１とを含む。インク供給路４及びインク還流路５のインクジェットヘッド２と接続されていない側の端部は、いずれもインク層３０内に位置する。例えばインクジェットヘッド２からインクに気泡が混入した場合であっても、当該気泡はインクタンク３において空気層３１に吸収される。
【００１２】
インク供給路４及びインク還流路５は、例えば柔軟性のある樹脂チューブ或いはステンレス等の金属パイプである。
【００１３】
循環ポンプ６は、インク還流路５に設けられる。循環ポンプ６は、インクジェットヘッド２、インクタンク３、インク供給路４、及びインク還流路５を含む密閉系の流路において、矢印Ａで示す循環方向にインクを循環させる。循環ポンプ６としては、例えばチューブポンプ、ダイアフラムポンプ、或いはピストンポンプ等を利用できる。
【００１４】
フィルタ７は、インク還流路５において、循環ポンプ６よりも循環方向の下流に設けられる。フィルタ７は、インク還流路５を流れるインクに混入した異物を除去する。フィルタ７としては、例えばポリプロピレン、ナイロン、ポリフェニレンサルファルド、或いはステンレス等のメッシュフィルタを利用できる。
【００１５】
大気連通路８の一端はインクタンク３の空気層３１に位置し、他端はインクタンク３の外部、すなわち大気中に位置する。電磁弁９は、大気連通路８を開閉する。
【００１６】
圧力センサ１０は、インクタンク３の空気層３１における圧力の値を検出する。圧力センサ１０としては、例えば半導体ピエゾ抵抗圧力センサを利用できる。半導体ピエゾ抵抗圧力センサは、外部からの圧力を受けるダイヤフラムと、このダイヤフラムの表面に形成された半導体歪ゲージとを備え、外部からの圧力によるダイヤフラムの変形に伴い歪ゲージに生じるピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化に基づいて圧力を検出する。
【００１７】
調整ポンプ１１は、上記流路内の圧力を調整する。特に本実施形態において、調整ポンプ１１は、インクタンク３の空気層３１に空気を送り込むことにより上記流路内の圧力を高め、当該空気層３１から空気を吸引することにより上記流路内の圧力を下げる。調整ポンプ１１としては、例えば空気層３１と大気とを連通する可撓性のチューブと、このチューブを押圧する１又は複数の押圧部材とを備え、押圧部材を移動させることで空気層３１から大気への排気及び大気から空気層３１への吸気を行うチューブポンプを利用できる。調整ポンプ１１は、蛇腹ポンプ等の他種のポンプであってもよい。
【００１８】
図２は、インクジェットヘッド２の概略構造を示す模式図である。インクジェットヘッド２は、ヘッド本体２２、ノズルプレート２３、及び多数のアクチュエータ２４を備える。ヘッド本体２２及びノズルプレート２３の間の空間は、流入口２０及び流出口２１に接続されたインク室２５である。ノズルプレート２３は、各アクチュエータ２４と同数のノズル２６を備える。ヘッド本体２２は、各ノズル２６と向かい合う位置にそれぞれ設けられた多数の突出部２７を備える。突出部２７が設けられた位置では、インク室２５におけるインクの流路幅が他の位置よりも狭い。各アクチュエータ２４は、各突出部２７の天面に１つずつ設けられる。アクチュエータ２４としては、例えばピエゾ素子等の圧電素子を利用できる。なお、図２においてはアクチュエータ２４、ノズル２６、及び突出部２７を１組のみ示している。
【００１９】
アクチュエータ２４が動作すると、当該アクチュエータ２４の近傍においてインクに圧力変動が生じ、当該アクチュエータ２４に対応するノズル２６からインク滴が吐出する。図２においてはインク滴を吐出するためのエネルギーをアクチュエータ２４により供給する構成を示したが、ヒータ等が発生する熱エネルギーを利用してインクの圧力を変動させることによりインク滴を吐出する構成を採用してもよい。
【００２０】
図３は、インクジェットプリンタの制御回路を概略的に示すブロック図である。当該制御回路は、システムコントローラ１００、メモリ１０１、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）１０２、コントロールパネル１０３、ヘッド駆動回路１０４、循環ポンプ駆動回路１０５、弁駆動回路１０６、Ａ／Ｄコンバータ１０７、調整ポンプ駆動回路１０８、インクジェットヘッド２、循環ポンプ６、電磁弁９、圧力センサ１０、及び、調整ポンプ１１を備える。
【００２１】
システムコントローラ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える。システムコントローラ１００は、インク循環機構１の流路におけるインクの循環に関する処理を含む各種の処理を実行する。これらの処理は、例えばＣＰＵによりＲＯＭ等が記憶するコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
【００２２】
メモリ１０１は、印刷対象となる画像データを記憶する。この画像データは、インクジェットプリンタに接続された上位装置から受信したデータであってもよいし、インクジェットプリンタが備えるスキャナにより読み取られたデータであってもよい。
【００２３】
インターフェイス１０２は、例えばＩ／Ｏポートであり、コントロールパネル１０３とシステムコントローラ１００との間で行われるデータの送受信を中継する。コントロールパネル１０３は、各種の操作ボタン、タッチパネル、及びＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のディスプレイを備える。
【００２４】
ヘッド駆動回路１０４は、システムコントローラ１００からのコマンドに応じてインクジェットヘッド２を駆動する。例えば当該コマンドが画像の印刷を指示するものである場合、ヘッド駆動回路１０４は、メモリ１０１が記憶する画像データに応じて各アクチュエータ２４を選択的に駆動し、用紙等の記録媒体に画像を形成する。
【００２５】
循環ポンプ駆動回路１０５は、システムコントローラ１００からのコマンドに応じて循環ポンプ６を駆動する。
【００２６】
弁駆動回路１０６は、システムコントローラ１００からのコマンドに応じて電磁弁９を開閉する。
【００２７】
Ａ／Ｄコンバータ１０７は、圧力センサ１０が出力するアナログ信号をＡ／Ｄ変換し、この変換により生成したデジタル信号をシステムコントローラ１００に出力する。以下、当該デジタル信号が示す圧力の値をセンサ値Ｐと称す。
【００２８】
調整ポンプ駆動回路１０８は、システムコントローラ１００からのコマンドに応じて調整ポンプ１１を駆動する。
【００２９】
続いて、インク循環機構１の流路におけるインクの循環に関するインクジェットプリンタの動作について説明する。
【００３０】
図４は、インクの循環に関するシステムコントローラ１００の動作を示すフローチャートである。システムコントローラ１００は、例えばインクジェットプリンタに電源が投入されたとき、或いはインクジェットプリンタが省電力モードにおける動作から復帰したとき等に当該フローチャートに示す動作を開始する。
【００３１】
先ず、システムコントローラ１００は、弁駆動回路１０６に電磁弁９の閉鎖を指令する（ＡＣＴ１０１）。この指令を受けたとき、弁駆動回路１０６は、電磁弁９を閉鎖する。
【００３２】
ＡＣＴ１０１の後、システムコントローラ１００は、循環ポンプ駆動回路１０５に循環ポンプ６の駆動を指令する（ＡＣＴ１０２）。この指令を受けたとき、循環ポンプ駆動回路１０５は、循環ポンプ６の駆動を開始する。これにより、インク循環機構１の流路においてインクが循環する。
【００３３】
ＡＣＴ１０２の後、システムコントローラ１００は、Ａ／Ｄコンバータ１０７から出力されるデジタル信号が示すセンサ値Ｐが予め定められた第１の閾値Ｐt1以上かつ予め定められた第２の閾値Ｐt2未満であるかを判定する（ＡＣＴ１０３）。第１の閾値Ｐt1は、インクの循環時においてインクジェットヘッド２が良好なインク吐出性能を発揮できる圧力範囲の下限値である。第２の閾値Ｐt2は、上記圧力範囲の上限値である。第１の閾値Ｐt1及び第２の閾値Ｐt2は、例えば実験的、ノズルの大きさと流量よりベルヌイの定理より理論的、或いは経験的に定めればよい。
【００３４】
センサ値Ｐが第１の閾値Ｐt1以上かつ第２の閾値Ｐt2未満でないと判定した場合（ＡＣＴ１０３のＮｏ）、システムコントローラ１００は、調整ポンプ駆動回路１０８に調整ポンプ１１の駆動を指令する（ＡＣＴ１０４）。この指令を受けたとき、調整ポンプ駆動回路１０８は、調整ポンプ１１を駆動してインクタンク３内の圧力を調整する。例えばセンサ値Ｐが第１の閾値Ｐt1未満であるならば、調整ポンプ駆動回路１０８は、インクタンク３内の圧力が所定量だけ上昇するように調整ポンプ１１を駆動する。一方、センサ値Ｐが第２の閾値Ｐt2以上であるならば、調整ポンプ駆動回路１０８は、インクタンク３内の圧力が所定量だけ減少するように調整ポンプ１１を駆動する。ＡＣＴ１０４の後、システムコントローラ１００の動作はＡＣＴ１０３に戻る。
【００３５】
一方、センサ値Ｐが第１の閾値Ｐt1以上かつ第２の閾値Ｐt2未満であると判定した場合（ＡＣＴ１０３のＹｅｓ）、システムコントローラ１００は、インクの循環を停止するか否かを判定する（ＡＣＴ１０５）。例えばシステムコントローラ１００は、コントロールパネル１０３からインクの循環停止が指示されている場合にインクの循環を停止すると判定し、そうでない場合にインクの循環を停止しないと判定する。
【００３６】
インクの循環を停止しないと判定した場合（ＡＣＴ１０５のＮｏ）、システムコントローラ１００の動作はＡＣＴ１０３に戻る。
【００３７】
一方、インクの循環を停止すると判定した場合（ＡＣＴ１０５のＹｅｓ）、システムコントローラ１００は、弁駆動回路１０６に電磁弁９の開放を指令する（ＡＣＴ１０６）。この指令を受けたとき、弁駆動回路１０６は、電磁弁９を開放する。
【００３８】
電磁弁９が開放した後、システムコントローラ１００は、循環ポンプ駆動回路１０５に循環ポンプ６の駆動停止を指令する（ＡＣＴ１０７）。この指令を受けたとき、循環ポンプ駆動回路１０５は、循環ポンプ６の駆動を停止する。これにより、インク循環機構１の流路におけるインクの循環が停止する。ＡＣＴ１０７を以って、システムコントローラ１００は、当該フローチャートに示す動作を終了する。
【００３９】
図５は、図４のフローチャートに示した動作の実行時における電磁弁９、循環ポンプ６、及び調整ポンプ１１の制御等を示すタイムチャートである。
【００４０】
コントロールパネル１０３から循環の開始が指示されたとき、電磁弁９が閉鎖する（ＡＣＴ１０１）。さらに、循環ポンプ６が作動する（ＡＣＴ１０２）。
【００４１】
調整ポンプ１１は、センサ値Ｐが第１の閾値Ｐt1未満となるときにインクタンク３内を加圧する（ＡＣＴ１０４）。さらに調整ポンプ１１は、センサ値Ｐが第２の閾値Ｐt2以上となるときにインクタンク３内を減圧する（ＡＣＴ１０４）。
【００４２】
コントロールパネル１０３から循環の停止が指示されたとき、電磁弁９が開放する（ＡＣＴ１０６）。さらに、電磁弁９が開放してから期間Ｔが経過した後、循環ポンプ６が停止する（ＡＣＴ１０７）。期間Ｔは、例えば電磁弁９を開放した際にインクタンク３内で生じる圧力変動が安定するのに十分な期間とする。
【００４３】
本実施形態の作用について説明する。  
図６及び図７は、いずれもインクの循環を停止させる前後におけるインクジェットヘッド２内のインクの圧力変動を示すグラフである。図７は、図４及び図５を用いて説明した手順でインクの循環を停止させた場合に相当する。一方、図６は従来の手順、すなわち電磁弁９を開放することなくインクの循環を停止させた場合に相当する。
【００４４】
インクを循環させている間、図６及び図７のいずれにおいてもインクジェットヘッド２内のインクの圧力は負圧で安定する。
【００４５】
循環ポンプ６を停止させたとき、図６の例ではインクの運動エネルギーの減少に伴ってインクジェットヘッド２内のインクの圧力が急激に上昇する。この圧力が大気圧を超える場合には、ノズル２６からインクが漏れる虞がある。インクジェットヘッド２内のインクの圧力は時間経過とともに減衰し、やがてインクジェットヘッド２とインクタンク３との水頭差に対応する負圧に収束する。
【００４６】
一方、図７の例では、循環ポンプ６を停止させる前に電磁弁９を開放するため、インクタンク３内の圧力は殆ど上昇しない。したがって、インクジェットヘッド２内のインクの圧力も殆ど上昇することなく、上記水頭差に相当する負圧に収束する。この場合には、ノズル２６からインクが漏れる心配はない。
【００４７】
このように、本実施形態に係るインクジェットプリンタは、ノズル２６からのインク漏れを生じることなく、インクの循環を停止させることができる。
【００４８】
さらに、本実施形態に係るインクジェットプリンタは、調整ポンプ１１により流路内の圧力を調整するので、インクジェットヘッド２内の圧力を適正な値に保つことができる。これにより、より確実にノズル２６からのインク漏れを防ぐことができる。
【００４９】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。  
本実施形態は、インクの循環を停止させる手順が第１の実施形態と相違する。図１、図２及び図３を用いて説明した構成は、第１の実施形態と同様である。
【００５０】
図８は、インクの循環に関するシステムコントローラ１００の動作を示すフローチャートである。ＡＣＴ２０１〜ＡＣＴ２０５における動作は、ＡＣＴ１０１〜ＡＣＴ１０５における動作と同様であるため説明を省略する。
【００５１】
システムコントローラ１００は、ＡＣＴ２０５においてインクの循環を停止すると判定した場合（ＡＣＴ２０５のＹｅｓ）、センサ値Ｐが予め定められた第３の閾値Ｐt3以上であるかを判定する（ＡＣＴ２０６）。
【００５２】
センサ値Ｐが第３の閾値Ｐt3以上であると判定した場合（ＡＣＴ２０６のＹｅｓ）、システムコントローラ１００は、調整ポンプ駆動回路１０８に調整ポンプ１１の駆動を指令する（ＡＣＴ２０７）。この指令を受けたとき、調整ポンプ駆動回路１０８は、調整ポンプ１１を駆動して、例えばセンサ値Ｐと第３の閾値Ｐt3との差分に応じた量だけインクタンク３の圧力を減圧する。
【００５３】
ＡＣＴ２０７の後、或いはセンサ値Ｐが第３の閾値Ｐt3以上でないと判定した場合（ＡＣＴ２０６のＮｏ）、システムコントローラ１００は、循環ポンプ駆動回路１０５に循環ポンプ６の回転数の低減を指令する（ＡＣＴ２０８）。この指令を受けたとき、循環ポンプ駆動回路１０５は、インク循環機構１の流路を循環するインクの流量がＮ（ml/min）だけ減少するように循環ポンプ６の回転数を下げる。
【００５４】
ＡＣＴ２０３〜ＡＣＴ２０５の実行時においてインク循環機構１の流路を循環するインクの流量をＦ（ml/min）とすると、例えば流量Ｎは、流量Ｆを分割数Ｘで分割した値である（Ｎ＝Ｆ／Ｘ）。例えば第３の閾値Ｐt3は、インク循環機構１の流路を循環するインクの流量をＮだけ減少させた際にインクジェットヘッド２内で生じる圧力上昇の幅を大気圧から差し引いた値よりも十分小さい値に設定する。このように第３の閾値Ｐt3を設定すれば、流量がＮだけ減少した際に生じる圧力上昇に起因してノズル２６からインクが漏れる心配がない。
【００５５】
ＡＣＴ２０８の後、システムコントローラ１００は、循環ポンプ６が完全に停止しているか否かを判定する（ＡＣＴ２０９）。例えばシステムコントローラ１００は、循環の停止が指示された後、ＡＣＴ２０８を実行した回数が分割数Ｘ未満である場合には循環ポンプ６が完全に停止してないと判定し、当該回数が分割数Ｘと等価である場合には循環ポンプ６が停止していると判定する。
【００５６】
循環ポンプ６が完全に停止してないと判定した場合（ＡＣＴ２０９のＮｏ）、システムコントローラ１００の動作はＡＣＴ２０６に戻る。すなわち、システムコントローラ１００は、インク循環機構１の流路を循環するインクの流量を循環ポンプ６が完全に停止するまで段階的に減らす。
【００５７】
循環ポンプ６が完全に停止していると判定した場合（ＡＣＴ２０９のＹｅｓ）、システムコントローラ１００は、当該フローチャートに示す動作を終了する。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態に係るインクジェットプリンタは、循環ポンプ６を停止させる前に、調整ポンプ１１によりインク循環機構１の流路内のインクの圧力を下げる。このようにした場合であっても、第１の実施形態と同様に、ノズル２６からのインク漏れを防ぐことができる。
【００５９】
さらに、本実施形態に係るインクジェットプリンタは、流量を段階的に下げることでインクの循環を停止させる。このようにすれば、瞬時にインクの循環を停止させる場合に比べ、インクジェットヘッド２内でのインクの圧力上昇のピークを低く抑えることができる。したがって、ノズル２６からのインク漏れがより生じ難くなる。
【００６０】
（変形例）
各実施形態では、液体吐出装置の一例としてインクジェットプリンタを開示した。しかしながら、液体吐出装置は液体を吐出する機構を備えた他種の装置であってもよい。例えば各実施形態にて開示した構成を、インクジェット方式で画像を形成するファクシミリ装置や複写機に適用してもよい。
【００６１】
また、各実施形態にて開示した構成をインク以外の液体を吐出する液体吐出装置に適用することもできる。このような液体吐出装置としては、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置がある。
【００６２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１…インク循環機構、２…インクジェットヘッド、３…インクタンク、４…インク供給路、５…インク還流路、６…循環ポンプ（循環装置）、７…フィルタ、８…大気連通路、９…電磁弁、１０…圧力センサ、１１…調整ポンプ、１２…圧力調整装置、２０…流入口、２１…流出口、２６…ノズル、３０…インク層、３１…空気層、１００…システムコントローラ。
【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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