(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを収容したインクカートリッジのインク供給口をインクカートリッジ接続部に着脱自在に設け、インクカートリッジのインク供給口をインクカートリッジ接続部に装着した状態で、インクカートリッジ接続部を介してインクジェット記録ヘッドにインクを供給するようにしたインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造において、
上記インク供給口を、非伸長状態ではインクが通過できない大きさの複数の小孔を有する伸縮自在膜で遮蔽し、インク供給口をインクカートリッジ接続部に装着した状態で、上記伸縮自在膜を押圧し、伸長して上記小孔をインクが通過できる大きさに広げてインクカートリッジ内のインクをインクカートッジ接続部に供給する押圧部材を、上記伸縮自在膜または上記インクカートリッジ接続部のどちらか一方または両方に設けたことを特徴とするインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造。
【請求項２】
インクを収容したインクカートリッジのインク供給口を、非伸長状態ではインクが通過できない大きさであって、伸長状態ではインクが通過できる大きさの複数の小孔を有する伸縮自在膜で遮蔽したことを特徴とするインクカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像情報に応じてインク滴を吐出して記録媒体に画像を形成するインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造及びインクを収容するインクカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧電素子等の加圧手段を有するインクジェット記録ヘッドのキャビティにインクを供給し、上記加圧手段を駆動することでキャビティに収容されたインクを加圧して、上記キャビティに連通するノズルからインクを吐出させて記録媒体に画像を形成するインクジェット記録装置が使用されている。
上記インクジェット記録装置にインクを供給するには、図１１に示すように、インクジェット記録ヘッド２００を保持するキャッリジ２０１に設けられたインクカートリッジ収容部２０３にインクが収容されたインクカートリッジ２０５を接続して行う。
【０００３】
上記インクカートリッジ２０５は、本体が箱体からなっており、その内部上側部分は仕切り板２０７によってインク収容室２０９と充填剤収容室２１１とに仕切られている。充填剤収容室２１１には多孔質材からなる充填剤２１３が収容されており、この充填剤２１３は充填剤収容室２１１の内部天井部と床部にそれぞれ設けられたリブ２１５と２１７によって固定されている。充填剤収容室２１１の天井部には通気口２１９が形成され、床部分にはインク供給口２２１が形成されている。また、インク供給口２２１の出口には円筒形状からなる押圧針挿入部２２３が形成されている。
【０００４】
インク収容室２０９にはインクが収容されており、インク収容室２０９と充填剤収容室２１１との連通部２２５（仕切り板２０７の下端部）からインクが充填材２１３に浸透するようになっている。
【０００５】
インク収容室２０３には上記押圧針挿入部２２３が収容される凹部２２７が形成されている。また、この凹部２２７の底部分には押圧針２２９が突設してあり、押圧針挿入部２２３が凹部２２７に収容された状態で、押圧針挿入部２２３には押圧針２２９が挿入されるようになっている。また、凹部２２７の縁にはＯリング２３１が取り付けてあり、凹部２２７と押圧針挿入部２２３とが隙間無く接続されるようになっている。押圧針２２９の先端は、充填材２１３に突き刺さるように尖っており、また、押圧針２２９の内部に形成されたインク通路２３３に連通するインク侵入口２３５が形成されている。上記インク通路２３１はインクジェット記録ヘッド２００のインク供給路２３５に連通されている。
【０００６】
上記構成からなるインクカートリッジ２０５をインクカートリッジ収容部２０３に接続すると、押圧針２２９が押圧針支持部２２３に挿入され、その先端が充填材２１３に突き刺さり、充填材２１３に浸透しているインクがインク侵入口２３５から侵入してインク通路２３３及びインク供給路２３５を介してインクジェット記録ヘッド２００に供給される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成のインクカートリッジ２０５では、インク収容室２０９の内部にインクが残っている場合はもちろんのこと、インク収容室２０９の内部のインクを使い切った場合であっても、充填材２１３にインクが浸透していることから、インクカートリッジ２０５を交換する際にインク供給口２２１からインクが漏れてしまうという問題点があった。これに対して、インクの漏れを防止するためにインク供給口２２１に開閉可能な蓋を設けた場合、蓋の開閉機構がインクカートリッジの製造コストの増加を招くという問題点がある。
【０００８】
また、押圧針２２９を充填材２１３に突き刺す際に空気を含んだインクがインク侵入口２３５に侵入する場合がある。このようにして空気を含んだインクがインクジェット記録ヘッド２００に供給されると、この空気が気泡となってインクを加圧するインク加圧室（キャビティ）内でダンパーとして働き、インクの加圧を阻害するため、所望のインク滴を吐出することができない。このため、インクジェット記録装置では良好な画像を形成することができない場合があるという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、請求項１に記載のインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造では、インクを収容したインクカートリッジのインク供給口をインクカートリッジ接続部に着脱自在に設け、インクカートリッジのインク供給口をインクカートリッジ接続部に装着した状態で、インクカートリッジ接続部を介してインクジェット記録ヘッドにインクを供給するようにしたインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造において、上記インク供給口を、非伸長状態ではインクが通過できない大きさの複数の小孔を有する伸縮自在膜で遮蔽し、インク供給口をインクカートリッジ接続部に装着した状態で、上記伸縮自在膜を押圧し、伸長して上記小孔をインクが通過できる大きさに広げてインクカートリッジ内のインクをインクカートッジ接続部に供給する押圧部材を、上記伸縮自在膜または上記インクカートリッジ接続部のどちらか一方または両方に設けたことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２に記載のインクカートリッジでは、インクを収容したインクカートリッジのインク供給口を、非伸長状態ではインクが通過できない大きさであって、伸長状態ではインクが通過できる大きさの複数の小孔を有する伸縮自在膜で遮蔽することを特徴としている。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
本発明に係るインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造及びインクカートリッジでは、インクカートリッジのインク供給口をインクカートリッジ接続部に接続すると、押圧部材によってインク供給口を遮蔽する伸縮自在膜が押圧されて伸長し、伸縮自在膜に形成された小孔が広がり、この小孔をインクが通過してインクカートリッジからインクカートリッジ接続部にインクが供給される。このように、インク供給口をインクカートリッジに接続した際に限り、伸縮自在膜にはインクが通過するので、インクカートリッジ内のインクの有無に拘わらず、インクカートリッジをインクカートリッジ接続部から取り外した際にインク供給口からインクが漏れることが防止される。また、インク供給口には開閉機構を備えた蓋を設ける必要が無いので、インクカートリッジの製造コストの増加を招くこともない。
【００１２】
また、本発明に係るインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造では、押圧部材を伸縮自在膜に押圧してインク供給口からインクをインクカートリッジ接続部に供給するので、空気を含んだインクがインクカートリッジ接続部を介してインクジェット記録ヘッドに供給されることが無い。したがって、本発明に係るインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造を備えたインクジェット記録装置では、インク加圧室内におけるインクの加圧が正確に行われるので、所望のインク滴を吐出して良好な画像を形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係るインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造１を備えたインクジェット記録装置３を示している。インクジェット記録装置３は、記録媒体である用紙５を副走査方向（矢印ｙ方向）に送り出すための送り出し機構７と、キャリッジ１２を主走査方向（ｘ方向）に移動させるための移動機構９を備えており、インクジェット記録ヘッド（以下、「記録ヘッド」と呼ぶ。）１０は上記キャリッジ１２に取り付けられることで主走査方向（ｘ方向）に移動するように設けてある。
【００１４】
図２、図３にそれぞれ記録ヘッド１０の正面、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す。これらの図に示すように、記録ヘッド１０は第１記録ヘッド部２６と、第２記録ヘッド部２８からなり、天板３０、隔壁３２、振動板３４、ベースプレート３６を一体的に組み合わせて構成されている。第１記録ヘッド部２６と第２記録ヘッド部２８は記録ヘッド１０の移動方向に並んでおり、中央の一点鎖線３８に関して左右対称な構成をしている。
【００１５】
天板３０は隔壁３２との対向面を電鋳あるいはフォトリソグラフィー等の方法により微細加工して複数の凹部を形成し、第１記録ヘッド部２６、第２記録ヘッド部２８のそれぞれにインクを収容する複数のキャビティ４０と、補給用のインクを収容するインク供給室４２と、各キャビティ４０をインク供給室４２に連結するインクインレット４４が形成されている。
【００１６】
第１記録ヘッド部２６と第２記録ヘッド部２８のキャビティ４０は、これらの記録ヘッド部２６、２８が対向する方向に向かって伸びる長溝状に且つ平行に形成されている。また、天板３０には、キャビティ４０のインクインレット４４と反対側にキャビティ４０に連通するノズル４６がキャビティ４０の長手方向に直交する１つの直線上に所定の間隔を置いて複数形成されている。ノズル４６は外側に向かって細くなるテーパ状をしており、吐出側の内径が２５μｍとしてある。
【００１７】
隔壁３２は導電材からなる薄肉フィルムが用いられており、天板３０と振動板３４との間に固定されている。なお、この隔壁は後述する圧電部材４８の変形を阻害するものでなく、圧電部材４８の変形に応じて変形する。
【００１８】
振動板３４は、例えばセラミックス板の上面及び下面に金属を蒸着するなどの方法により導電層を設けたものであり、隔壁３２とベースプレート３６にそれぞれ導電性の接着剤で固定されている。また、振動板３４は、ベースプレート３６に接着固定した後、ダイシング加工により縦横に切断して、キャビティ４０に対向する圧電部材４８と各圧電部材４８を囲む壁５０とに分離し、高温下で各圧電部材４８は高圧を印加して分極処理してある。
【００１９】
ベースプレート３６は振動板３４との対向面に複数の導電リード部（図示せず）を備えており、各導電リード部は圧電部材４８に対向している。
【００２０】
また、上記構成の記録ヘッド１０では、各記録ヘッド部２６、２８において、後述するインクカートリッジ６０からインクカートリッジ接続部７０を介してインク供給室４２にインクが供給されると、インク供給室４２のインクは、インクインレット４４を介して各キャビティ４０に分配されるようになっている。なお、記録ヘッド１０の構成は、第１記録ヘッド部２６と、第２記録ヘッド部２８から構成するものに限らず、第１ヘッド部２６のみで構成してもよい。また、第１記録ヘッド部２６と第２記録ヘッド部２８のノズル４６は、２列に平行に形成するものに限定するものではなく、例えば、千鳥状に配置するように形成してもよいし、複数列であってもよい。
【００２１】
上記構成のインクジェット記録装置３では、圧電部材４８に所定の電圧（印字信号）を印加して圧電部材４８をキャビティ４０に向かって変形させて、その変形を隔壁３２に伝え、キャビティ４０内のインクを加圧することでノズル４６よりインク滴を吐出させるようになっている。また、この際記録ヘッド１０を主走査方向（ｘ方向）に往復移動させるとともに、用紙５を副走査方向（ｙ方向）に移動させることで所望の画像が用紙５に形成される。
【００２２】
次に、本発明の特徴部分であるインクカートリッジ接続構造１について説明する。図４（ａ）に示すように、キャリッジ１２にはインクカートリッジ６０を収容する収容空間６１が形成されている。インクカートリッジ６０には開閉可能な蓋６２が設けてあり、収容空間６１にインクカートリッジ６０を収容し、蓋６２を閉じた状態で蓋６２に設けられた係合爪６３がインクキャビティ本体に設けられた被係合部６４と係合するようになっている。また、蓋６２がインクキャビティ本体に密着するように、蓋６２の内側周縁にはゴムパッド６５が取り付けてある。
【００２３】
図５に示すように、収容空間６１の底面には、インクカートリッジ６０のインク供給口６６が接続されるインクカートリッジ接続部７０が設けてある。このインクカートリッジ接続部７０は、上記インク供給口６６が収容される凹部７１と、該凹部７１の中央に立設した押圧部材７３とからなっている。上記凹部７１の縁にはＯリングが取り付けてあり、インク供給口６６と凹部７１とが隙間無く接続されるようになっている。
【００２４】
上記押圧部材７３は丸棒の先端部分７７を半球状に加工し、内部を切削加工してインク流路７９を形成するとともに、該インク流路７９に連通する楕円形状からなる複数のインク流入口８１を先端部分７７に形成してある（図４ｂ参照）。上記インク流路７９は、キャリッジ１２に形成されたインク流路８３を介して記録ヘッド１０のインク供給室４２に連通するインク流路８５に連通してある。
【００２５】
インクカートリッジ６０は本体が箱体からなっており、その内部は底面側の連通部８７を除いて、仕切り板８９によってインク収容室９１と充填剤収容室９３とに仕切られている。充填剤収容室９３にはスポンジで形成された充填剤９５が収容されており、この充填剤９５は充填剤収容室９３の内部天井部に設けられたリブ９７によって固定されている。充填剤収容室９３の天井部には通気口９９が形成され、床部分にはインク供給口６６が形成されている。インク供給口６６はインクが流出する開口部１００と、該開口部の外側に設けられた円筒形状からなる押圧部挿入部１０１とで構成されている。
【００２６】
上記開口部１００の充填材収容室９３に面する側には、厚さ１００μｍのシリコンゴムからなる伸縮自在膜１０５が貼り付けてあり、開口部１００が遮蔽されている。上記伸縮自在膜１０５は、図６ａに示されるように矩形形状からなっており、開口部１００に対向する対向部分１０７には、インクが通過することが出来ない大きさの孔１０９（直径約２０μｍ）が複数形成してある。上記対向部分１０７は、インクカートリッジ６０をインクカートリッジ接続部７０に接続した状態で、押圧部材７３で押圧されることにより伸長し、孔１０９がインクが通過することが出来る大きさの孔１１１（直径約１００μｍ）に変形するようになっている。なお、上記伸縮自在膜１０５の材質は、シリコンゴムに限らず、フルオロシリコンゴム、ブタジエンゴム、ウレタンゴム等の所定の強度、可撓性及び伸縮性を有するゴムであればよい。なお、孔１０９、１１１の径及び形状は、インクカートリッジ６０に収容されるインク、伸縮自在膜１０５の材質、及び充填材９５の材質等に基づいて適宜設定すればよく、上記大きさに限定されるものではない。
【００２７】
インク収容室９１にはインクが収容されており、連通部８７からインクが充填材９５に浸透するようになっている。なお、上記のように、伸縮自在膜１０５によって開口部１００が遮蔽されているので、インクカートリッジ６０の内部は、インク収容室９１のみで構成するようにしてもインクがインク開口部１００から漏れることが無い。
【００２８】
上記構成からなるインクカートリッジ接続構造１では、キャリッジ１２の収容空間６１にインクカートリッジ６０を収容し、蓋６２を閉じることでインクカートリッジ６０のインク供給口６６がインクカートリッジ接続部７０の凹部７１に接続される。図７に示すように、インク供給口６６が凹部７１に接続されることで、押圧部材７３は押圧部挿入部１０１から充填材収容室９３の内部に挿入される。この際、押圧部材７３の先端部分は伸縮自在膜１０５をインクカートリッジ６０の内部に押し込むので、伸縮自在膜１０５の対向部１０７は伸長する。これにより、孔１０９は拡張してインクが通過できる孔１１１に変形する。したがって、充填材９５に浸透しているインクが孔１０９を通過してインク流入口８１からインク流路７９に流入する。インク流路７９に流入したインクはインク流路８３を介して記録ヘッド１０のインク供給室４２に連通するインク流路８５に流入する。
【００２９】
このように、インクがインク流入口８１に侵入する際には伸縮自在膜１０５の対向部１０７と押圧部材７３の先端部７７は密着しているので、これらの間には空気が介在しない。このため、インク流入口８１に侵入するインクには空気が混入することがないので、記録ヘッド１０のインク供給室４２及びキャビティ４０内で気泡が発生することがない。したがって、キャビティ４０におけるインクの加圧制御を正確に行うことができるので、記録ヘッド１０では所望のインク滴を吐出して良好な画像を形成することができる。
【００３０】
また、インクカートリッジ６０をキャリッジ１２から取り外した状態では、インク供給口６６を遮蔽する伸縮自在膜１０５の対向部１０７は、インクが通過することができない大きさの孔１０９を有する形状に復元するので、孔１０９からインクが漏れることが防止される。
【００３１】
図８、９、１０は、それぞれ、本発明に係るインクカートリッジ接続構造１の変形例１、２、３を示しており、図５に示すインクカートリッジ６０及びインクカートリッジ接続部７０と同一部分または対応部分については同一符号を付してある。
【００３２】
図８に示すインクカートリッジ６０は、その内部を仕切り板８９で上下に仕切ってあり、上部をインク収容室９１、下部を充填材収容室９３としてある。インク収容室９１に収容されたインクは仕切り板８９によって仕切られていない連通部８７から充填材収容室９３に収容された充填材９５に浸透するようになっている。
【００３３】
また、孔１０９が形成された伸縮自在膜１０５はキャップ形状に加工されてインク供給口６６の押圧部挿入部１０１に嵌合・接着されており、伸縮自在膜１０５の縁部分１０６がＯリングの役割を果たしている。なお、図示するように、伸縮自在膜１０５と充填剤９５との間に空間９６が形成されている場合であっても、押圧部材７３がインク供給口６６から充填材収容室９３に挿入された状態で、充填材９５、伸縮自在膜１０５及び先端部７７とが密着していれば、押圧部材７３の流入口８１から流入するインクに空気が混入することは無い。
【００３４】
図９に示すインクカートリッジ６０では、開口部１００を遮蔽する伸縮自在膜１０５のインク供給口６６の出口側に円柱形状の押圧部材７４が取り付けてある。また、インクカートリッジ接続部７０のインク流路８３には凸状部材８４が設けてあり、インク供給口６６をインクカートリッジ接続部７０の凹部７１に接続した状態で、押圧部材７４と凸状部材８４が当接し、伸縮自在膜１０５が充填材収容室９３の内部に押し込まれ、対向部１０７が伸長して孔１０９が拡張する。これにより、インクが孔１１１を通じてインク流路８３に流入するようになっている。
【００３５】
図１０に示すインクカートリッジ６０は、その内部を上下に仕切る仕切り板８９の中央部分に連通部８７が形成されている。また、伸縮自在膜１０５はキャップ形状に加工されてインク供給口６６の凸状部材挿入部１０２に嵌合・接着されるとともに、シート形状に加工されたものがインクカートリッジ接続部７０の凹部７１を遮蔽するように貼り付けてある。インクカートリッジ接続部７０のインク流路８３には凸状部材８４が設けてあり、インク供給口６６をインクカートリッジ接続部７０の凹部７１に接続した状態で、凸状部材８４が伸縮自在膜１０５、１０５を充填材収容室９３の内部に押し込んで伸縮自在膜１０５、１０５のそれぞれの孔１０９、１０９を拡張し、孔１１１、１１１を通じてインクがインク流路８３に流入するようになっている。
【００３６】
次に、上記図５に示したインクカートリッジ接続構造（実施の形態）１、図８に示した変形例１、図９に示した変形例２、図１０に示した変形例３及び図１１に示した従来のインクカートリッジ２０５について、（ｉ）インク補給性能、（ｉｉ）気泡混入、（ｉｉｉ）不純物混入、及び（ｉｖ）インク漏れ性に関して行った実験について説明する。インクは、水分７７．０％、多価アルコール／ジエチルグリコール６．５％、多価アルコールエーテル／トリエチレングリコールモノブチルエーテル６．５％、染料ＢａｋｅｒＢＫ−ＳＰ４．５％で構成されたものを使用し、用紙はエプソン社製ＳＦ（スーパーファイン）紙を使用した。
【００３７】
（ｉ）インク補給性能
インク補給性能に関する実験では、インクカートリッジに収容されたインクがインクカートリッジ接続部に供給される供給率について調査したもので、供給率が６５％以上である場合は〇、３０〜６５％である場合△、３０％未満である場合は×で評価している。
【００３８】
（ｉｉ）気泡混入
気泡混入に関する実験では、染料を除去したインクを使用し、インクカートリッジ接続部のインク流入路に流入したインクを透明チューブを介して吸引ポンプ装置で吸引し、透明チューブ内の気泡の有無を測定した。気泡が無い場合は◎、気泡が３個以内である場合は〇、気泡が５個以内である場合は△、気泡が５個を越える場合は×で評価している。なお、気泡が５個以内であればキャビティ内のインクの加圧制御に問題を発生させることはない。
【００３９】
（ｉｉｉ）不純物混入
不純物混入に関する実験では、染料を除去したインクを使用し、インクカートリッジをインクカートリッジ接続部に着脱する動作を１０回繰り返した後、インクカートリッジ接続部のインク流入路に流入したインクを透明チューブを介して吸引ポンプ装置で吸引し、この吸引されたインクをメンブランフィルタで濾過した後、メンブランフィルタを洗浄した純水をコールターカウンターで回収して、ごみ等の不純物の有無を測定した。不純物が無い場合は◎、不純物が３個以内である場合は〇、不純物が５個以内である場合は△、不純物が５個を越える場合は×で評価している。なお、不純物が３個以内である場合は印字に問題を発生させることがない。
【００４０】
（ｉｖ）インク漏れ性
インク漏れ性に関する実験では、１回のみインクカートリッジ接続部に接続し、その後取り外したインクカートリッジを１ｍの高さから落下させてインク供給口からインクが飛散するか否か測定した。インク滴の飛散が５個以内である場合は〇、６個以上である場合は△、１０個以上である場合は×で評価している。上記実験（ｉ）〜（ｉｖ）の結果を下記の表１に示した。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
上記表１から明らかなように、実施の形態１、変形例１〜３については、全ての実験に関して、実用上問題となる不具合を発生させることはなかった。特に変形例３においては、優れた結果を得ることができた。これは、伸縮自在膜をインクカートリッジ６０のインク供給口６６と、インクカートリッジ接続部７０の凹部７１に設けてあるため、伸縮自在膜１０５の遮蔽性がより顕著に働いたからであると考えられる。また、従来例では、実験（ｉ）を除いて、実験（ｉｉ）〜（ｉｖ）において良好な結果を得ることができず、印字等に不具合を発生させることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造を備えたインクジェットプリンタの部分斜視図である。
【図２】インクジェット記録ヘッドの平面図である。
【図３】図２に示すインクジェット記録ヘッドのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】（ａ）はキャリッジにインクカートリッジを収容する状態を示す斜視図であり、（ｂ）は押圧部材の部分拡大斜視図である。
【図５】インクカートリッジをインクカートリッジ接続部に接続する状態を示す断面図である。
【図６】（ａ）は伸縮自在膜の斜視図であり、（ｂ）は伸長した伸縮自在膜の斜視図である。
【図７】インク供給口をインクカートリッジ接続部に接続した状態の部分断面図である。
【図８】図５に示すインクカートリッジ接続構造の第１の変形例を示す断面図である。
【図９】図５に示すインクカートリッジ接続構造の第２の変形例を示す断面図である。
【図１０】図５に示すインクカートリッジ接続構造の第３の変形例を示す断面図である。
【図１１】従来のインクカートリッジをインクカートリッジ接続部に接続する状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…インクカートリッジ接続構造、３…インクジェット記録装置、１０…インクジェット記録ヘッド、６０…インクカートリッジ、６６…インク供給口、７０…インクカートリッジ接続部、７３…押圧部材。１０５…伸縮自在膜、１０９、１１１…孔。
【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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