(57)【要約】【課題】  駆動パルスのパルス幅や駆動周波数を変化させなくてもインクの吐出体積を制御すること。【解決手段】  インクジェットヘッド駆動方法において、駆動パルスが印加されているインク室１３に隣接するインク室のノズルのメニスカス位置が前進しているときに駆動パルスを印加することにより当該ノズルから吐出されるインクの吐出量を増加するようにしたことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットヘッド駆動方法において、駆動パルスが印加されているインク室に隣接するインク室のノズルのメニスカス位置が前進しているときに駆動パルスを印加することにより当該ノズルから吐出されるインクの吐出量を増加するようにしたことを特徴とするインクジェットヘッド駆動方法。
【請求項２】
インクジェットヘッド駆動方法において、予めダミーパルスをインク室に印加させることにより当該インク室の容積を拡大して隣接するインク室のメニスカス位置を前進させておき、隣接するインク室に駆動パルスを印加することによりノズルから吐出されるインクの吐出量を増加するようにしたことを特徴とするインクジェットヘッド駆動方法。
【請求項３】
インクを吐出するノズルが設けられたインク室を備え、このインク室の容積を電気機械変換手段により変化させることによりインクを吐出させているインクジェットヘッドと、
前記電気機械変換手段に対して駆動パルスを出力する駆動パルス発生部を具備し、
駆動パルス発生部は、駆動パルスが印加されているインク室に隣接するインク室のノズルのメニスカス位置が前進しているときに駆動パルスを印加することにより当該ノズルから吐出されるインクの吐出量を増加するようにしたことを特徴とするインクジェットヘッド記録装置。
【請求項４】
インクを吐出するノズルが設けられたインク室を備え、このインク室の容積を電気機械変換手段により変化させることによりインクを吐出させているインクジェットヘッドと、
前記電気機械変換手段に対して駆動パルスを出力する駆動パルス発生部を具備し、
駆動パルス発生部は、予めダミーパルスをインク室に印加させることにより当該インク室の容積を拡大して隣接するインク室のメニスカス位置を前進させておき、隣接するインク室に駆動パルスを印加することによりノズルから吐出されるインクの吐出量を増加するようにしたこと特徴とするインクジェットヘッド記録装置。
【請求項５】
前記インクジェットヘッドは３分割駆動により駆動されることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のインクジェットヘッド駆動方法。
【請求項６】
前記駆動パルス発生部は３分割駆動による駆動パルスを出力することを特徴とする請求項３あるいは請求項４に記載のインクジェットヘッド記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣接ノズル駆動時の圧力変動を利用して吐出体積を変動させることができるインクジェットヘッドの駆動方法及びインクジェットヘッド記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドを有する記録装置は広く普及されている。このインクジェットヘッドにより印字された印字品質を向上させることが望まれている。例えば、印字品質を向上させる方法として、インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインク吐出体積を制御するものが知られている。例えば、インクジェットヘッドのノズルからインクの小液滴を複数回吐出させて、ドットサイズを変化させるものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。この特許文献１、２の方式は、インクジェットヘッドに印加する駆動パルス数を制御することによってノズルからインクの小液滴を複数回吐出させ、この吐出させる小液滴の数を変化させることにより記録媒体に被弾させるインク滴のドットサイズを変化させるようにしたものである。
【０００３】
また、インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインクの吐出体積自体を変化させるものも知られている（特許文献３〜５参照）。これらの方式は、インクジェットヘッドに印加する駆動信号の電圧やパルス幅等を変化させることによりノズルから吐出されるインク滴の体積を変化させるようにしている。
【特許文献１】米国特許4,513,299号
【特許文献２】特開2003-1821
【特許文献３】米国特許5,461,493号
【特許文献４】特開平4-250045号公報
【特許文献５】特許第327,795号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した特許文献１，２のように、小液滴を複数吐出させる方法は、一つの画素を形成するのに複数のインクの吐出が必要となるため、インクの吐出体積を増加させるためには、高い駆動周波数で複数個の小液滴を吐出させる必要がある。さらに、この特許文献１，２のもので、印字速度を早くするためには、駆動パルスを高い周波数で連続的に印加すると、直前に小液滴を吐出させる駆動パルスで発生するメニスカス振動が加わり、そのメニスカス振動が大きくなって乱れてしまう。このため、インクの吐出速度が低下したり場合によってはインクが不吐出となるため、印字速度を速くすることは困難であった。
【０００５】
また、特許文献３〜５に示すように吐出体積を変化させる方法では、変化させる体積に応じて電圧の異なる駆動パルスを複数準備しなければならなかった。また、駆動パルスのパルス幅を変化させることにより吐出体積を制御する方法では、メニスカス位置に対する影響が受けやすく、メニスカス位置が一定になるまでは次の吐出を行うことはできなかった。従って、駆動パルスの駆動周波数を高くすることはできなかった。なぜなら、駆動周波数を高くした場合、メニスカス位置が一定ではないため、インクの吐出体積を安定して制御することはできなかった。
【０００６】
このため、印字速度を速くするために、駆動パルスの駆動周波数を高めるようにしたインクジェットヘッドでは、インクの吐出体積の制御を行わないのが主流である。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、駆動パルスのパルス幅や駆動周波数を変化させなくてもインクの吐出体積を制御することができるインクジェットヘッド駆動方法及びインクジェットヘッド記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載のインクジェットヘッド駆動方法は、インクジェットヘッド駆動方法において、駆動パルスが印加されているインク室に隣接するインク室のノズルのメニスカス位置が前進しているときに駆動パルスを印加することにより当該ノズルから吐出されるインクの吐出量を増加するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
このように、駆動パルスが印加されているインク室に隣接するインク室のノズルのメニスカス位置が前進しているとき、駆動パルスを印加するようにしたので、駆動パルスのパルス幅や駆動周波数を変化させなくてもインクの吐出体積を制御することができる。
【００１０】
請求項２記載のインクジェットヘッド駆動方法は、インクジェットヘッド駆動方法において、予めダミーパルスをインク室に印加させることにより当該インク室の容積を拡大して隣接するインク室のメニスカス位置を前進させておき、隣接するインク室に駆動パルスを印加することによりノズルから吐出されるインクの吐出量を増加するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
このように、隣接するインク室の容積を拡大させてメニスカス位置を前進させておき、駆動パルスを印加することによりノズルから吐出されるインクの吐出量を増加するようにしたので、駆動パルスのパルス幅や駆動周波数を変化させなくてもインクの吐出体積を制御することができる。
【００１２】
請求項３記載のインクジェットヘッド記録装置は、インクを吐出するノズルが設けられたインク室を備え、このインク室の容積を電気機械変換手段により変化させることによりインクを吐出させているインクジェットヘッドと、前記電気機械変換手段に対して駆動パルスを出力する駆動パルス発生部を具備し、駆動パルス発生部は、駆動パルスが印加されているインク室に隣接するインク室のノズルのメニスカス位置が前進しているときに駆動パルスを印加することにより当該ノズルから吐出されるインクの吐出量を増加するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
このように、駆動パルスが印加されているインク室に隣接するインク室のノズルのメニスカス位置が前進しているとき、駆動パルスを印加するようにしたので、駆動パルスのパルス幅や駆動周波数を変化させなくてもインクの吐出体積を制御することができる。
【００１４】
請求項４記載のインクジェットヘッド記録装置は、インクを吐出するノズルが設けられたインク室を備え、このインク室の容積を電気機械変換手段により変化させることによりインクを吐出させているインクジェットヘッドと、前記電気機械変換手段に対して駆動パルスを出力する駆動パルス発生部を具備し、駆動パルス発生部は、予めダミーパルスをインク室に印加させることにより当該インク室の容積を拡大して隣接するインク室のメニスカス位置を前進させておき、隣接するインク室に駆動パルスを印加することによりノズルから吐出されるインクの吐出量を増加するようにしたこと特徴とする。
【００１５】
このように、隣接するインク室の容積を拡大させてメニスカス位置を前進させておき、駆動パルスを印加することによりノズルから吐出されるインクの吐出量を増加するようにしたので、駆動パルスのパルス幅や駆動周波数を変化させなくてもインクの吐出体積を制御することができる。
【００１６】
請求項５記載のインクジェットヘッド駆動方法は、請求項１あるいは請求項２に記載の前記インクジェットヘッドは３分割駆動により駆動されることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載のインクジェットヘッド記録装置は、請求項３あるいは請求項４に記載の前記駆動パルス発生部は３分割駆動による駆動パルスを出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、インクジェットヘッド駆動方法及び記録装置において、駆動パルスが印加されているインク室に隣接するインク室のノズルのメニスカス位置が前進しているとき、或いは、隣接するインク室の容積を拡大させてメニスカス位置を前進させておき、駆動パルスを印加することによりノズルから吐出されるインクの吐出量を増加するようにしたので、駆動パルスのパルス幅や駆動周波数を変化させなくてもインクの吐出体積を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下図面を参照して本発明の一実施の形態に係るインクジェットヘッド記録装置及びインクジェットヘッド駆動方法について説明する。図１は本発明に係るインクジェットヘッドの斜視図、図２は溝５の方向と直交する方向に沿った断面図である。
【００２０】
図において、インクジェットヘッド１は、ＰＺＴ等の圧電材料により形成された圧電材料２，３を図２に示すように２層積層した積層圧電部材４を有する。ここで、圧電部材２，３の分極方向は、矢印に示すように積層圧電部材４の板厚方向に沿って互いに反対方向である。
【００２１】
積層圧電部材４には、上側及び前面側が開放された複数の溝５が互いに平行となるように形成されている。これらの溝５は、ダイソーイングのダイヤモンドホイール等により研削加工される。この結果、各溝５は、側壁６により仕切られている。
【００２２】
溝５の内面及び積層圧電部材４の上面には、無電解ニッケルメッキ法により形成された複数の電極７が設けられている。ここで、電極７は特にニッケルに限るものではなく、例えば金や銅であってもよい。
【００２３】
溝５において、積層圧電部材４の前面側で開口している前面開口部８は、複数のノズル９が形成されたノズルプレート１０により閉塞されている。
【００２４】
また、溝５の積層圧電部材４の上側に向けて開口している上側開口部１１は、蓋部材１２により閉塞されている。この蓋部材１２には、図示しないインクタンク等に連通される後述する各インク１３にインクを供給するインク供給管１４が連通されるインク流路としてのインク供給路１５が形成されている。
【００２５】
蓋部材１２及びノズルプレート１０によってヘッド基板の溝５の前面開口部８及び上側開口部１１が閉塞されていることによりインク室１３が形成される。各インク室１３は、インク供給路１５を介してそれぞれ連通されている。
【００２６】
以上のように構成されたインクジェットヘッド１は、図３に示すように接続されてインクジェットヘッド記録装置が構成される。
【００２７】
図３において、２１はインクジェットヘッド１を統括して制御するためのＣＰＵ（中央処理装置）である。このＣＰＵ２１には、各種制御プログラムが記憶されているＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）２２、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２３、ヘッドドライバ２４、モータドライバ２５が接続されている。
【００２８】
ヘッドドライバ２４は、インクジェットヘッド１に対して図４に示すような３分割駆動の駆動パルスや図８に示すダミーパルスを出力する。
【００２９】
モータドライバ２５には記録媒体（図示しない）をノズルプレート１０の表面に沿うように搬送するための搬送モータ２６が接続されている。
【００３０】
ところで、複数のインク室１３は、連続する３つのインク室１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃで１つの組を構成し、各組のインク室１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに対応する電極７Ａ、７Ｂ、７Ｃにはそれぞれ同じタイミングで図４に示すような駆動パルスが印加される。つまり、３分割駆動される。この実施の形態では、各組のインク室１３Ｂ→１３Ａ→１３Ｃの順にインクを吐出させる場合を例にとり説明する。
【００３１】
最初に、インク室１３からインクを突出させる基本原理について説明する。まず、インク室１３にインクを供給している状態で、インクを突出させるインク室１３の両側に位置する電極７へ電圧を印加する。この電圧が印加された電極７に対応する一対の側壁６は、分極方向が相反する圧電部材２，３のシェアモード変形によりインク室１３の容積を増加する方向に湾曲する。次に、インクを突出させるインク室１３の両側に位置する電極７に逆極性の電圧を印加する。すると、側壁６が急激に初期位置に復帰する。そして、側壁６が初期位置に復帰すると、インク室１３内のインクが加圧されて、インク室１３内のインクの一部がインク滴となって、ノズル９から吐出される。
【００３２】
例えば、インク室１３Ｂからインクを吐出させる場合について説明する。この場合には、インク室１３Ｂの電極７Ｂとこのインク室１３Ｂに隣接するインク室１３Ａ，１３Ｃの電極７Ａ，７Ｃとの間に図４に示すような波形を有する駆動パルスを印加する。
【００３３】
この駆動パルスは、インク室１３に変化を与えない待機電圧Ｖresからインク室の容積を拡大させる第１電圧Ｖ１に変化した後に、インク室１３を収縮させる第２電圧Ｖ２に変化する。
【００３４】
さらに詳細に説明すると、駆動パルスは、時刻ｔ１において待機電圧Ｖresから第１電圧Ｖ１に立ち上がる。この電圧Ｖ１は一定時間（Ｔｃ／２）だけ保持される。なお、Ｔｃは、インクのヘルムホルツ周期、すなわちインクのメニスカス共振周期である。そして、時刻ｔ３において第１電圧Ｖ１から待機電圧Ｖresを経由して第２電圧Ｖ２まで急激に立ち下がる。この第２電圧Ｖ２は時刻ｔ３からｔ５までの一定時間Ｔｃだけ保持される。そして、時刻ｔ５において第２電圧Ｖ２から待機電圧Ｖresまで急激に立ち上げ、この待機電圧Ｖresを一定時間保持させて後、時刻ｔ８において急激に待機電圧Ｖresまで急激に立ち下げられる。
【００３５】
上記した時刻ｔ１からｔ３までのパルスをプリパルスＰ１、時刻ｔ４からｔ５までのパルスを吐出パルスＰ２、時刻ｔ６からｔ８までのパルスをダンピングパルスＰ３と呼ぶことにする。
【００３６】
ここで、ダンピングパルスＰ３のパルス幅は、インク室１３のインク圧力の残留振動を効果的にキャンセルできる値に設定される。例えば、このパルス幅は、インクやインクの供給形態等のようなヘッド構造により決定される。例えば、ダンピングパルスＰ３のパルス幅の中間点と時刻ｔ５との間がＴｃ／４に設定される。
【００３７】
次に、図４の駆動パルスによりメニスカス位置がどのように変化するかを図５を参照して説明する。例えば、インク室１３Ｂに図４の駆動パルスが印加されると、プリパルスＰ１の立ち上がりで両側壁６がインク室１３Ｂの容積を拡大するように外側に変形する。これにより、インク室１３Ｂのインク圧力は低下する。プリパルスＰ１の第１電圧Ｖ１をそのまま保持し続けると、時刻ｔ１からｔ２までの間は、インク室１３Ｂのインク圧力は負となるため、メニスカス位置はＡに示すように後退する。次に、時刻ｔ２でインク室１３Ｂのインク圧力は負圧から正圧に反転するため、時刻ｔ２を過ぎると、メニスカス位置はＢに示すように前進する。
【００３８】
そして、時刻ｔ４の直前の時刻ｔ３で吐出パルスＰ２を印加すると、メニスカスの前進速度にインク室１３Ｂ内のインク圧力の上昇が重なって、ノズル９からインクが吐出される。
【００３９】
さらに、時刻ｔ４では、プリパルスＰ１で発生したメニスカス位置は前進から後退に変化する。そして、このまま吐出パルスＰ２を保持し続けると、メニスカス位置はＣに示すように時刻ｔ４からｔ４´まで後退し続ける。そして、時刻ｔ４´を過ぎると、メニスカス位置はＤで示すように前進する。
【００４０】
その後、時刻ｔ５で待機電圧Ｖresに戻し、時刻ｔ６でダンピングパルスＰ３を印加することにより、インク室１３Ｂ内のメニスカス振動が相殺されてＥに示すように収束する。
【００４１】
このようにして、次のインク室１３Ｂからのインクの吐出タイミングまでは、メイスカス振動が安定する。これにより、連続して高い駆動周波数でインクを吐出させることができる。
【００４２】
なお、図６は、図４の駆動パルスと図５のメニスカス位置を重ねて示した図である。
【００４３】
以上の説明は、１つのインク室１３Ｂに着目して図４の駆動パルスによりメニスカス位置の変化する様子について説明した。
【００４４】
前述したように、本実施の形態では各組ではインク室１３Ｂ→１３Ａ→１３Ｃの順にインクを吐出させる動作が行なわれる。つまり、インク室１３Ｂ→１３Ａ→１３Ｃの順に駆動パルスが図９（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように供給される。インク室１３Ｂはインク室１３Ａと１３Ｃに側壁６を隔てて隣接しているため、側壁が変形するとその影響をインク室１３Ｂが受ける。つまり、インク室１３Ａあるいはインク室１３Ｃの容積が拡大する場合には、インク室１３Ｂの容積は縮小し、インク室１３Ａあるいはインク室１３Ｃの容積が縮小する場合には、インク室１３Ｂの容積は拡大するように動作する。つまり、隣接するインク室１３Ａあるいは１３Ｂに駆動パルスが印加されることによりインク室１３Ｂのメニスカス位置は、図５の波形を反転した波形に相似する波形となる。
【００４５】
図９（Ｃ）の時刻ｔ８でインク室１３Ａに対して図４に示す駆動パルスが印加されると、図９（Ａ）の時刻ｔ８からαに示すようにインク室１３Ｂのメニスカス位置が変動する。
【００４６】
さらに、図９（Ｄ）の時刻ｔ９でインク室１３Ｃに対して図４に示す駆動パルスが印加されると、図９（Ａ）の時刻ｔ９からβに示すようにインク室１３Ｂのメニスカス位置が変動する。
【００４７】
そして、図９（Ａ）のインク室１３Ｂのメニスカス位置は斜線で示すように前進した位置にくる。この斜線中でγで示した位置が最もメニスカス位置が前進した位置である。
【００４８】
従って、図９（Ａ）のインク室１３Ｂのメニスカス位置が斜線で示した前進位置にあるときに、インク室１３Ｂに駆動パルスを印加すると、インク室１３Ｂのノズル９から吐出されるインクの量を増加させることができる。従って、駆動パルスのパルス幅や駆動周波数を変化させなくても、インクの吐出量を増加させることができる。このように、パルス幅や駆動周波数を変化させないので高速印字が可能である。
【００４９】
図１０は図９（Ａ）に示したメニスカス体積位置を実験により求めた図である。例えば、駆動パルスの待機電圧Ｖresを０Ｖ、第１電圧Ｖ１を２０Ｖ、第２電圧−２０Ｖとした場合に、メニスカス位置がＸに示すように５×Ｅ−15ｍ３  である場合に、通常では２０plであるインクの吐出体積を８pl程度増加させることができる。
【００５０】
前述したように、インク室１３Ｂのノズル９から吐出されるインクの吐出体積が増加されるのは、インク室１３Ｂに隣接するインク室１３Ａ及び１３Ｃに駆動パルスが印加された場合である。
【００５１】
従って、図９（Ｂ）の駆動パルスＤ１によっては、インク室１３Ｂのノズル９から吐出されるインクの吐出体積は増加しない。
【００５２】
もし、最初にインク室１３Ｂに駆動パルスＤ１を印加したときにインク室１３Ｂのノズル９から吐出されるインクの吐出体積は増加させたい場合には、インク室１３Ａに図８に示すようなダミーパルスを印加しておけばよい。このダミーパルスは図４に示した駆動パルスと同じ電圧Ｖ１を有し、パルス幅はＴｃ時間である。このようなダミーパルスをインク室１３Ａに印加することにより、インク室１３Ａの容積を拡大させている。このインク室１３Ａと側壁６を隔ててインク室１３Ｂが配置されているため、ダミーパルスによりインク室１３Ｂは縮小する。これにより、インク室１３Ｂのメニスカス位置を前進させることができる。このように、インク室１３Ｂのメニスカス位置を前進させておくことにより、最初に駆動パルスＤ１を印加した場合でも、インク室１３のノズル９から吐出されるインクの吐出体積を増加させることができる。
【００５３】
以上のように本発明の一実施の形態によれば、壁を隔てて隣接するインク室に駆動パルスが印加された後にインク室に駆動パルスを印加すると、当該インク室のノズルから吐出されるインクの吐出量を増加させることができる。例えば、３分割駆動の場合には、図１１（Ｂ）に示すようにドット径で印字される。例えば、図１１（ａ）に示すようにａに示すように３分割駆動がインク室１３Ａ→１３Ｂ→１３Ｃという順番で駆動パルスが印加された後、ｂに示すように次の３分割駆動が行われる場合について説明する。ａに示すタイミングで３分割駆動が行われた場合には、インク室１３Ａは隣接するインク室に駆動パルスが印加されていないため、図１１（Ａ）に示す通常のドット径と同じドットで印字される。次に、ｂに示すタイミングで３分割駆動が行われた場合には、インク室１３Ａの一番左のドット３０のみ通常の大きさのドットとなる。なぜなら、隣接するインク室に駆動パルスが印加されていないからである。また、ａのタイミングでインク室１３Ａから吐出されたドットは通常のドット径であるが、次のｂのタイミングでインク室１３Ａから吐出される場合には吐出体積が増加されたドット３２で印字される。
【００５４】
なお、上記した実施の形態では、３分割駆動方法について説明したが、側壁を共有するインク室に対し、同時に駆動パルスを印加させなければ３分割駆動に限定されるものではない。
【００５５】
また、２値のみの高速印字を行うことができるインクジェットヘッドに本発明の駆動方法を適用すれば、濃い印字を行いたいときにはノズルからのインクの吐出量を増加させるようにし、淡い印字を行いたいときには、ノズルから吐出させるインクの吐出量を少なくすることにより、階調をもつような印字を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施の形態に係るインクジェットヘッドの斜視図。
【図２】同インクジェットヘッドの要部断面図。
【図３】インクジェットヘッド記録装置のブロック図。
【図４】同インクジェットヘッドに供給される駆動パルスを示す図。
【図５】同インクジェットヘッドのメニスカス位置を示す図。
【図６】同インクジェットヘッドに供給される駆動パルスとメニスカス位置との関係を示す図。
【図７】同インクジェットヘッドのインク室１３Ｂのメニスカス位置の変動を示す図。
【図８】同インクジェットヘッドに供給されるダミーパルスを示す図。
【図９】同インクジェットヘッドのインク室１３Ｂのメニスカス位置と各インク室に供給される駆動パルスとの関係を示す図。
【図１０】同インクジェットヘッドのインク室のメニスカス位置の変動を示す図。
【図１１】図１１（Ａ）はインクジェットヘッドで印字される通常印字の印字状態を示す図、図１１（Ｂ）はインクジェットヘッドで印字される吐出体積が増加された印字状態を示す図。
【符号の説明】
【００５７】
１…インジェットヘッド、４…積層圧電部材、６…側壁、１０…ノズルプレート、１３…圧力室、１４…インク供給管、２１…ＣＰＵ、２２…ＲＯＭ、２３…ＲＡＭ、２４…ヘッドドライバ、２５…モータドライバ。
【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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