(57)【要約】【課題】リザーバー内に溜まった気泡をノズルから外部に良好に排出させることができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】ノズル２１に連通する複数の圧力発生室２３とリザーバー２７とが形成された流路形成基板２４と、圧力発生室２３内に圧力変化を生じさせる圧力発生手段２５と、を具備する液体噴射ヘッド１１であって、圧力発生室２３とリザーバー２７とが、流路形成基板２４に形成された液体供給孔２８によって接続されており、液体供給孔２８はリザーバー２７側の開口部に少なくとも流路形成基板２４の厚さ方向における内径が圧力発生室２３側に向かって漸小する漸小部５０を有する構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を噴射するノズルに連通する複数の圧力発生室とこれら複数の圧力発生室に供給する液体が貯留されるリザーバーとが形成された流路形成基板と、前記圧力発生室内に前記ノズルから液滴を噴射するための圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、を具備する液体噴射ヘッドであって、
前記圧力発生室と前記リザーバーとが、前記流路形成基板に形成された液体供給孔によって接続されており、該液体供給孔は前記リザーバー側の開口部に少なくとも前記流路形成基板の厚さ方向における内径が前記圧力発生室側に向かって漸小する漸小部を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記漸小部のテーパー面である内面は、外側に向かって凸となる曲面となっていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記漸小部の前記流路形成基板の厚さ方向における開口径が、前記リザーバーの深さと同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記リザーバーは、前記液体供給孔側の端部に当該液体供給孔の並設方向における当該リザーバーの幅が前記圧力発生室側に向かって漸小する幅漸小部を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記幅漸小部は、前記液体供給孔の並設方向における前記リザーバーの幅が前記流路形成基板の中央部に向かって漸小していることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表例としては、ノズルに連通する圧力発生室内のインクをアクチュエーターによって加圧することでノズルからインク滴を噴射させるインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。インクジェット式記録ヘッドの流路構造は、様々提案されているが、一般的には、複数の圧力発生室がインク供給路によってリザーバーに接続されており、このリザーバーから各圧力発生室にインクが供給されるようになっている。具体的には、流路形成基板の一方面側に圧力発生室が形成されると共に、流路形成基板を厚さ方向に貫通してリザーバーが形成され、各圧力発生室とリザーバーとが、流路形成基板の厚さ方向中央部に設けられたインク供給口によって接続されているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−７６０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような流路構造のインクジェット式記録ヘッドにおいては、リザーバー内に溜まった気泡によってノズルからインク滴が噴射されない等の印刷不良が発生するため、定期的に流路内の気泡を外部に排出する必要がある。流路内の気泡を外部に排出するために、例えば、所定のタイミングでノズルから流路内を吸引することで、リザーバー内に溜まった気泡をインクと共にノズルから排出させる吸引動作が行われている。このとき、リザーバー内の気泡は、インク供給孔（インク供給口）の開口部に密着するほどインク供給孔内に引き込まれ易くなり、ノズルから良好に外部に排出される。
【０００５】
しかしながら、上述のような流路構造では、例えば、リザーバー内の角部等に気泡が停滞してしまいインク供給孔の開口部に十分に密着せず、気泡をインク供給孔内に引き込ませてノズルから外部に良好に排出することができない虞がある。
【０００６】
このような問題は、ノズルからインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、他の液滴を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、リザーバー内に溜まった気泡をノズルから外部に良好に排出させることができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置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】
【０００８】
上記課題を解決する本発明は、液滴を噴射するノズルに連通する複数の圧力発生室とこれら複数の圧力発生室に供給する液体が貯留されるリザーバーとが形成された流路形成基板と、前記圧力発生室内に前記ノズルから液滴を噴射するための圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、を具備する液体噴射ヘッドであって、前記圧力発生室と前記リザーバーとが、前記流路形成基板に形成された液体供給孔によって接続されており、該液体供給孔は前記リザーバー側の開口部に少なくとも前記流路形成基板の厚さ方向における内径が前記圧力発生室側に向かって漸小する漸小部を有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる本発明では、漸小部が設けられていることで、リザーバー内の気泡が液体供給孔内に引き込まれ易くなり、吸引動作時等に流路内の気泡をノズルから外部に良好に排出させることができる。
【０００９】
ここで、前記漸小部のテーパー面である内面は、外側に向かって凸となる曲面となっていることが好ましい。特に、テーパー部は曲面となっていることが好ましい。これにより、漸小部内に気泡が流れ込んだ際に、漸小部の内面と気泡との接触面積が大きくなる。したがって、吸引動作時等に、気泡がより確実に液体供給孔内に引き込まれ、ノズルから外部に排出され易くなる。
【００１０】
また前記漸小部の前記流路形成基板の厚さ方向における開口径が、前記リザーバーの深さと同一であることが好ましい。これにより、漸小部の開口部には、流路形成基板の厚さ方向においてリザーバーの角部が存在しないため、気泡が漸小部内にさらに流れ込みやすくなる。
【００１１】
また前記リザーバーは、前記液体供給孔側の端部に当該液体供給孔の並設方向における当該リザーバーの幅が前記圧力発生室側に向かって漸小する幅漸小部を有することが好ましい。例えば、前記幅漸小部は、前記液体供給孔の並設方向における前記リザーバーの幅が前記流路形成基板の中央部に向かって漸小していることが好ましい。換言すれば、各液体供給孔の開口部が、流路形成基板の中央部側のものほど、圧力発生室側に位置していることが好ましい。
これにより、吸引動作時等にリザーバー内の気泡が幅漸小部に集まることで、気泡が液体供給孔内に引き込まれ易くなる。したがって、ノズルから気泡をさらに良好に外部に排出させることができる。
【００１２】
また本発明は、このような液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる本発明では、液滴の噴射特性を長期に亘って良好に維持することができ、耐久性に優れた液体噴射装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１に係る記録装置の概略斜視図。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドを示す断面図。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの流路構造を示す縦断面図。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの流路構造を示す横断面図。
【図５】実施形態１に係る流路形成基板の構成を示す断面図。
【図６】本発明の記録ヘッドにおける吸引動作時の気泡状態を説明する図。
【図７】従来技術の記録ヘッドにおける吸引動作時の気泡状態を説明する図。
【図８】実施形態１に係る漸小部の変形例を示す縦断面図。
【図９】実施形態２に係る記録ヘッドの流路構造を示す横断面。
【図１０】実施形態２に係る記録ヘッドの流路構造の変形例を示す横断面図。
【図１１】実施形態２に係る記録ヘッドの流路構造の変形例を示す横断面図。
【図１２】実施形態２に係る記録ヘッドの流路構造の変形例を示す横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の概略斜視図である。本実施形態のインクジェット式記録装置１０は、図１に示すように、ノズルからインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッド（以下、単に「記録ヘッド」という）１１がキャリッジ１２に固定され、この記録ヘッド１１には、ブラック、シアン、マゼンダ、イエロー等の複数の異なる色のインクが貯留された液体貯留手段であるインクカートリッジ１３がそれぞれ着脱可能に固定されている。
【００１５】
記録ヘッド１１が搭載されたキャリッジ１２は、装置本体１４に取り付けられたキャリッジ軸１５に軸方向移動自在に設けられている。そして、駆動モーター１６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト１７を介してキャリッジ１２に伝達されることで、キャリッジ１２はキャリッジ軸１５に沿って移動される。一方、装置本体１４にはキャリッジ軸１５に沿ってプラテン１８が設けられており、図示しない給紙装置等により給紙された紙等の被記録媒体Ｓがプラテン１８上を搬送されるようになっている。
【００１６】
キャリッジ１２の移動方向の端部であるプラテン１８の側方の非印字領域には、吸引手段１９が設けられている。この吸引手段１９は、例えば、記録ヘッド１１のノズルを覆うキャップ部材１９ａと、このキャップ部材１９ａにチューブ１９ｂを介して接続された、例えば真空ポンプ等の吸引装置１９ｃとで構成されている。
【００１７】
このような構成の吸引手段１９は、所定のタイミングで、いわゆる吸引動作を実行する。具体的には、吸引手段１９は、キャップ部材１９ａを記録ヘッド１１のノズル開口面に当接させ、吸引装置１９ｃによってキャップ部材１９ａの内部を吸引して負圧とする。これにより、ノズルから記録ヘッド１１のインク流路内が吸引されて、インクと共に気泡が外部に排出される。
【００１８】
そして、本発明に係る記録ヘッドでは、以下に説明するように、このような吸引動作が実行される際、インク流路を構成するリザーバー内の気泡をさらに良好に外部に排出させることができる。
【００１９】
以下、本発明の記録ヘッドの構成について説明する。図２は、実施形態１に係る記録ヘッドを示す断面図である。図２に示すように、記録ヘッド１１は、インク滴を噴射する複数のノズル２１が穿設されたノズルプレート２２と、このノズルプレート２２が一方面側に接合され各ノズル２１に連通する複数の圧力発生室２３が形成された流路形成基板２４と、流路形成基板２４のノズルプレート２２とは反対側の面に設けられる圧力発生手段としてのアクチュエーター２５とを有する。
【００２０】
流路形成基板２４には、本実施形態では、圧力発生室２３と共に、ノズル連通孔２６、リザーバー２７及びインク供給孔（液体供給孔）２８が形成されている。圧力発生室２３は、流路形成基板２４の一方面側の表層部分に設けられており、隔壁２９によって区画されてその幅方向で複数並設されている。
【００２１】
ノズル連通孔２６は、流路形成基板２４を厚さ方向に貫通して設けられており、このノズル連通孔２６を介して各圧力発生室２３の一端部とノズル２１とが連通している。リザーバー２７は、各圧力発生室２３に供給するためのインクが一時的に貯留される空間であり、圧力発生室２３の他端部の外側の領域に、流路形成基板２４を厚さ方向に貫通して設けられている。このリザーバー２７と各圧力発生室２３とが、インク供給孔２８によってそれぞれ接続されている。
【００２２】
上述のように圧力発生室２３は流路形成基板２４の表層部分に設けられているのに対し、インク供給孔２８は、流路形成基板２４の厚さ方向中央部に設けられている。つまりインク供給孔２８は、流路形成基板２４の圧力発生室２３とリザーバー２７との間の部分を圧力発生室２３の長手方向に沿って貫通して形成されており、本実施形態では各圧力発生室２３の底面近傍に連通している。
【００２３】
このインク供給孔２８は、リザーバー２７から圧力発生室２３に流入するインクの流路抵抗を一定に保持する役割を果たしており、本実施形態では、圧力発生室２３よりも狭い幅で形成されている。また詳しくは後述するが、インク供給孔２８のリザーバー２７側の開口部には漸小部５０が設けられており、この漸小部５０によって吸引動作時における気泡の排出効果が高められている。
【００２４】
このような流路形成基板２４のノズルプレート２２とは反対側の面、すなわち、圧力発生室２３の開口面側には、振動板３０が接合されており、各圧力発生室２３の一方面はこの振動板３０によって構成されている。また振動板３０上には、各圧力発生室２３内に圧力を発生させるための圧電素子３１が設けられている。すなわち本実施形態では、振動板３０と、振動板３０上に設けられた圧電素子３１とで圧力発生手段であるアクチュエーター２５が構成されている。
【００２５】
振動板３０は、本実施形態ではシート部材３２と支持板３３とからなり、支持板３２で構成されて圧電素子３１の先端部が当接する島部３４を有する。
【００２６】
圧電素子３１の構成は、特に限定されないが、本実施形態では、圧電材料３５と電極形成材料３６，３７とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層することによって構成されている。そして、圧電素子３１は、振動に寄与する活性領域と振動に寄与しない不活性領域とを有し、活性領域の先端部が振動板３０の島部３４に当接した状態で固定され、振動に寄与しない不活性領域が固定基板３８に固着されている。
【００２７】
また振動板３０上には、圧電素子３１の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態でその空間を密封可能な圧電素子保持部３９を有するヘッドケース４０が固定されている。圧電素子３１が固定された固定基板３８は、圧電素子３１とは反対側の面でこのヘッドケース４０に固定されている。
【００２８】
このような記録ヘッド１１では、アクチュエーター（振動板３０及び圧電素子３１）２５の変形によって各圧力発生室２３の容積を変化させて所定のノズル２１からインク滴を噴射させるようになっている。具体的には、図示しないインクカートリッジからリザーバー２７にインクが供給されると、インク供給孔２８を介して各圧力発生室２３にインクが分配される。実際には、圧電素子３１に電圧を印加することにより圧電素子３１を収縮させることで振動板３０が圧電素子３１と共に変形し、圧力発生室２３の容積が広げられて各圧力発生室２３内にインクが引き込まれる。ノズル２１に至るまで記録ヘッド１１の内部にインクを満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、圧電素子３１に印加していた電圧を解除する。これにより、圧電素子３１が伸張されて元の状態に戻ると共に振動板３０の変位も元の状態に戻る。結果として圧力発生室２３が収縮して内部圧力が高まり、ノズル２１からインク滴が噴射される。
【００２９】
ここで、このような記録ヘッド１１を具備する記録装置１０では、上述のように所定のタイミングで吸引動作が実行される。本実施形態に係る記録ヘッド１１には、インク供給孔２８のリザーバー２７側の開口部に漸小部５０が設けられているため、この吸引動作の際にリザーバー２７等のインク流路内の気泡を外部に良好に排出させることができる。以下、この漸小部５０について詳しく説明する。
【００３０】
図３は、記録ヘッドの流路構造、特にインク供給孔の漸小部の構造を示す縦断面図である。図３に示すように、インク供給孔２８は、リザーバー２７側の開口部に流路形成基板２４の厚さ方向における内径が圧力発生室２３側に向かって漸小する漸小部５０を有する。つまり、この漸小部５０は、流路形成基板２４の厚さ方向における両端面（内面）５１が、流路形成基板２４の表面に対して傾斜するテーパー面となっている。また本実施形態では、図４の横断面図に示すように、流路形成基板２４の面方向（圧力発生室２３の並設方向）における漸小部５０の両端面（内面）５２もテーパー面となっている。勿論、流路形成基板２４の面方向における漸小部５０の両端面５２は、必ずしもテーパー面である必要はなく、圧力発生室２３の長手方向（図中上下方向）において漸小部５０の幅は一定であってもよい。
【００３１】
なお、流路形成基板２４は、本実施形態では、図５に示すように、第１の流路形成基板２４Ａ及び第２の流路形成基板２４Ｂの２枚の基板を接合することによって形成されている。そして、インク供給孔２８（漸小部５０を含む）は、例えば、第１の流路形成基板２４Ａ及び第２の流路形成基板２４Ｂの他方との接合面にそれぞれ設けられた溝部４１，４２によって構成されている。
【００３２】
このようにインク供給孔２８のリザーバー２７側の開口部に漸小部５０が設けられていることで、いわゆる吸引動作を実行する際に、リザーバー２７内の気泡がインク供給孔２８の開口部付近に良好に引き寄せられる。これにより、リザーバー２７内の気泡がインクと共にノズル２１から外部に良好に排出される。特に本発明の構成では、インク供給孔２８の内径よりも大きい直径の気泡を排出させる場合に有効である。
【００３３】
具体的には、インク供給孔２８の開口部に漸小部５０が設けられていることで、吸引動作時に、図６（ａ）に示すように、気泡１００がテーパー面である端面５１に沿って漸小部５０内に良好に流れ込む。そして、図６（ｂ）に示すように、気泡１００がこの漸小部５０（インク供給孔２８の開口部）を実質的に塞いだ状態になることで、気泡１００はインク供給孔２８内に引き込まれ易くなり、インクと共に気泡１００をノズル２１から外部に良好に排出させることができる。したがって、インク滴の噴射特性を長期に亘って良好に維持することができる。
【００３４】
なお、図７に示すように、インク供給孔１２８の圧力発生室１２３とは反対側の開口部に漸小部が形成されていない従来の構成では、気泡１００はリザーバー１２７のインク供給孔１２８側の角部１２７ａに停滞してしまい、インク供給孔１２８の開口部を塞いだ状態にはなり難い。このため、吸引動作を実行してもインクだけがインク供給孔１２８内に引き込まれ、気泡１００を外部に排出することができない虞がある。
【００３５】
また本実施形態では、このような漸小部５０のテーパー面である端面５１，５２は平面となっているが、これに限定されず、例えば、図８に示すように、外側に向かって凸となる曲面となっていてもよい。これにより、漸小部５０内に気泡が流れ込んだ際に、気泡と端面５１，５２との接触面積がさらに増加し、気泡がさらに外部に排出され易くなる。
【００３６】
さらに、漸小部５０の流路形成基板の厚さ方向における開口径は、特に限定されないが、リザーバー２７の深さと同一であることが好ましい（図２参照）。つまり、流路形成基板２４の厚さ方向において、漸小部５０の開口部には、リザーバー２７の角部（図７参照）が存在していないことが好ましい。また漸小部５０の端面５１，５２の流路形成基板２４の表面に対する傾斜角度は、特に限定されないが、例えば、４５度程度であることが好ましい。これにより、吸引動作時に、気泡が漸小部５０内により流れ込み易くなる。
【００３７】
（実施形態２）
図９は、実施形態２に係る記録ヘッドのインク流路を示す横断面図である。
【００３８】
本実施形態は、図９に示すように、リザーバー２７のインク供給孔２８側の端部に、インク供給孔２８の並設方向におけるリザーバー２７の幅が圧力発生室２３側に向かって漸小する幅漸小部６０が設けられている例である。具体的には、本実施形態では、リザーバー２７の圧力発生室２３側の端面が、図中二点鎖線で示すように圧力発生室２３側に向かって凸となる曲面となっており、幅漸小部６０は、インク供給孔２８の並設方向におけるリザーバー２７の幅が流路形成基板２４の中央部に向かって漸小している。すなわち、流路形成基板２４の中央部側に位置するインク供給孔（漸小部）２８ほど、その開口部が圧力発生室２３側に位置する構成となっている。特に、幅漸小部６０を構成するリザーバー２７の端面は、球面となっていることが好ましい。
【００３９】
このような構成では、吸引動作時に、リザーバー２７内の気泡がインク供給孔２８の並設方向における流路形成基板２４の中央部に集まり、これにより気泡がインク供給孔２８内にさらに引き込まれ易くなる。また、幅漸小部６０が設けられていることで、気泡が非常に大きくなった場合でも、リザーバー２７の端面との接触面積が比較的大きくなるため、気泡がインク供給孔２８内に引き込まれ易くなる。したがって、ノズル２１から気泡をさらに良好に外部に排出させることができる。
【００４０】
なお、このようにリザーバー２７に幅漸小部６０を設けるようにすると、各インク供給孔２８の長さが一定にならず流路抵抗にばらつきが生じてしまう。このため、例えば、各インク供給孔２８の幅を適宜変更する等により、各インク供給孔２８の流路抵抗を一定にしておく必要がある。あるいは、例えば、図１０に示すように、リザーバー２７（幅漸小部６０）の形状に合わせ、インク供給孔２８の長さを一定としたまま各圧力発生室２３及びノズル２１の位置を変更するようにしてもよい。このような構成とする場合、制御により圧電素子３１を駆動するタイミングを適宜調整することで、良好な印刷品質を維持することができる。
【００４１】
また本実施形態では、幅漸小部６０を構成するリザーバー２７の端面が曲面となっている例を説明したが、勿論、幅漸小部６０を構成するリザーバー２７の端面は、例えば、図１１中に二点鎖線で示すように平面となっていてもよい。また、リザーバー２７の幅が流路形成基板２４の中央部に向かって漸小する幅漸小部６０を例示したが、幅漸小部６０は、例えば、図１２に示すように、インク供給孔２８の並設方向における流路形成基板２４の一方の端部に向かってリザーバー２７の幅が漸小していてもよい。何れにしても、リザーバー２７内の気泡が一箇所に集まることで、気泡を外部に排出させ易くなる。
【００４２】
（他の実施形態）
以上本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４３】
また本発明は、流路形成基板に形成される流路の構造に特徴があり、それ以外の構成は特に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、圧力発生手段として、振動板と圧電素子とからなる縦振動側のアクチュエーターを例示したが、圧力発生手段の構成は特に限定されず、例えば、撓み振動型の圧電素子を具備するアクチュエーターや、発熱素子等であってもよい。
【００４４】
また上述の実施形態では、液体噴射ヘッドとしてインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドを例示すると共に液体噴射装置としてインクジェット式記録装置を例示したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  インクジェット式記録装置、  １１  インクジェット式記録ヘッド、  ２１  ノズル、  ２２  ノズルプレート、  ２３  圧力発生室、  ２４  流路形成基板、  ２５  アクチュエーター、  ２６  ノズル連通孔、  ２７  リザーバー、  ２８  インク供給孔、  ２９  隔壁、  ３０  振動板、  ３１  圧電素子、  ５０  漸小部、  ６０  幅漸小部
【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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