(57)【要約】【課題】個別流路側から共通液室に伝播した圧力波が共通液室から個別流路側へ戻り易く、相互干渉が生じる。【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル４が通じる複数の個別流路４０と、複数の個別流路４０に液体を供給する共通液室１０とを有し、共通液室１０のノズル配列方向と直交する方向の壁面１０ａに、個別液室６から伝搬された圧力を分散させる複数の圧力分散部２００がノズル配列方向に沿って配置され、圧力分散部２００は、共通液室１０から個別流路４０への液体の流れの方向ａにおいて、液体の流れの方向ａと直交する方向の断面積が、液体の流れの方向ａと逆方向に増加する形状を有している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズルが通じる複数の個別流路と、
前記複数の個別流路に液体を供給する共通液室と、を有し、
前記共通液室のノズル配列方向と直交する方向の壁面に、前記個別液室から伝搬された圧力を分散させる複数の圧力分散手段がノズル配列方向に沿って配置され、
前記圧力分散手段は、前記共通液室から前記個別流路への液体の流れの方向において、前記液体の流れの方向と直交する方向の断面積が、前記液体の流れの方向と逆方向に増加する形状を有している
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記共通液室を構成する部材は、上流側共通液室を形成する上流側共通液室部材と、下流側共通液室を形成する下流側共通液室とを有し、
前記複数の圧力分散手段は圧力分散基板に設けられ、
前記圧力分散板は、前記上流側共通液室部材と前記下流側共通液室部材との間に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記圧力分散手段が前記共通液室の短手方向に跨っている
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記圧力分散手段が設けられた部材が可撓性部材である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記複数の圧力分散手段が複数列配置されている
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記複数の圧力分散手段の列は、前記共通液室から前記個別流路への液体の流れ方向に並べられており、かつ、ノズル配列方向では千鳥状に配置されている
ことを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出ヘッド、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。
【０００３】
液体吐出ヘッドでは、ノズルから液滴を吐出するとき個別液室を加圧すると、個別液室内で生じた圧力変動が、各個別液室に通じる共通液室にも伝播する。そして、共通液室に伝播した圧力変動によって、液滴を吐出させたノズルに隣接する個別液室内のインクにも影響が及ぶ相互干渉が発生し、意図しないノズルからの液滴の漏洩や吐出が生じたり、吐出状態が不安定になったりする。
【０００４】
そこで、共通液室内の壁に個別液室から伝播される圧力を分散させるための柱状波拡散部材を設けるものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２７７１６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されている構成では、柱状波拡散部材の表面に凹凸形状を形成しているため、共通液室側に伝播した圧力波が再度個別流路側に戻りやすいという課題がある。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、共通液室から個別流路側への圧力波の戻りを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、
液滴を吐出する複数のノズルが通じる複数の個別流路と、
前記複数の個別流路に液体を供給する共通液室と、を有し、
前記共通液室のノズル配列方向と直交する方向の壁面に、前記個別液室から伝搬された圧力を分散させる複数の圧力分散手段がノズル配列方向に沿って配置され、
前記圧力分散手段は、前記共通液室から前記個別流路への液体の流れの方向において、前記液体の流れの方向と直交する方向の断面積が、前記液体の流れの方向と逆方向に増加する形状を有している
構成とした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、共通液室から個別流路側への圧力波の戻りを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの分解斜視説明図である。
【図２】同じくノズル配列方向に沿う断面説明図である。
【図３】同じくノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドの分解斜視説明図である。
【図６】同じくノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図である。
【図８】同じくノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図である。
【図１０】本発明に係る画像形成装置の一例の平面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１ないし図３を参照して説明する。図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図、図３は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。
【００１２】
この液体吐出ヘッドは、ノズル板１と流路板２とを接着接合し、流路板２と一体に振動板部材（アクチュエータ基板）３を形成している。これにより、ノズル４が通じる個別液室６、個別液室６に通じる流体抵抗部７、流体抵抗部７が通じる液導入部（通路）８、液導入部８を形成し、液導入部８は振動板部材３の通路９を介して共通液室１０に通じている。
【００１３】
本実施形態では、個別液室６、流体抵抗部７及び液導入部８で個別流路４０を構成している。
【００１４】
ここで、振動板部材３は、個別液室６の壁面の一部をなす変形可能な振動領域（これを「振動板」という。）を形成している。そして、この振動板部材３の振動板の個別液室６と反対側の面には、振動板と一体的に圧電素子１１が設けられ、振動板と圧電素子１１によって圧電アクチュエータ構成している。
【００１５】
圧電素子１１は、振動板部材３側から下部電極１３、圧電層（圧電体）１２及び上部電極１４を順次積層形成して構成している。
【００１６】
なお、圧電素子１１は、上部電極１４と下部電極１３の間に電圧を与えることで、圧電層１２が電極積層方向、すなわち電界方向に伸張し、振動板部材３と平行な方向に収縮する。このとき、下部電極１３側は振動板部材３で拘束されているため、振動板部材３の下部電極１３側に引っ張り応力が発生し、振動板部材３の振動板が個別液室６側に撓み、内部の液体を加圧することで、ノズル４から液滴が吐出される。
【００１７】
そして、圧電素子１１を収容する凹部からなる振動室５０を形成する保護部材５１を設けている。
【００１８】
保護部材５１は共通液室１０の一部１０Ａも形成している。この保護部材５１は、接着剤によって振動板部材３に接合されている。
【００１９】
また、保護部材５１の振動室５０内には圧電素子１１を駆動する駆動ＩＣ５０９が実装されている。
【００２０】
次に、各部の具体例について説明する。
【００２１】
ノズル板１は、液滴を吐出する複数のノズル４を有している。ノズル板１は、例えば、ＳＵＳ板にプレス加工と研磨加工によってノズル４を形成しているが、これに限るものではない。例えば、ニッケル（Ｎｉ）の金属プレートをエレクトロフォーミング法（電鋳）で製造したもの、その他の金属部材、樹脂部材、樹脂層と金属層の積層部材などを用いることができる。また、ノズル板１の液滴吐出側面（吐出方向の表面：吐出面）には撥液層を設けている。
【００２２】
本実施形態では、ノズル板１に４列のノズル列を形成し、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の液滴を吐出可能としている。
【００２３】
流路板２は、シリコン基板上のシリコン酸化膜を介してシリコンが貼り合されたＳＯＩ基板を用いて、シリコン酸化膜をエッチングストップ層としてエッチングし、個別液室６、流体抵抗部７、液導入部８などを構成する溝部及び貫通穴を形成したものである。
【００２４】
流路板２の材料はこれに限るものではない。例えば、シリコン以外のガラス、セラミックスなどの無機材料、ＳＵＳなどの合金材料、樹脂などで形成することができる。
【００２５】
流路板２に一体に設けた振動板部材３の振動板上に圧電素子１１を形成することによりユニモルフ型の圧電アクチュエータを構成している。振動板部材３はＳＯＩ基板を用いた場合、シリコン酸化膜とシリコンの部分で形成される。
【００２６】
また、振動板部材３の材質は、無機材料を用いることが好ましい。例えば、半導体、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物を挙げることができる。半導体としては、多結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ，Ｇｅなどを挙げることができ、金属酸化物や金属窒化物は一般的なセラミックスに用いられるＳｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｚｒ化合物、Ｔｉ化合物、Ｙ化合物、Ｔａ化合物、Ｓｎ化合物、Ｉｎ化合物などが挙げられる。
【００２７】
振動板部材３は、単一膜でも多層膜のいずれでもよい。シリコン基板を用いて流路板２に振動板部材３を形成する場合には、ＣＶＤやスパッタリングなどの気相法によって成膜することもできる。これらの成膜方法を用いることで、表面粗さの少ない振動板とすることができ、振動板部材３上に形成される電極１３、１４や圧電層１２の信頼性を高めることができる。
【００２８】
圧電素子１１の上部電極１４及び下部電極１３の材料は導電性材料である必要があり、金属及び合金、導電性化合物などを用いることができる。材料は、振動板部材３及び圧電層１２との密着性の高い材料を用いる必要があるが、各界面に密着性を高める密着層を形成することで対応することもできる。
【００２９】
上部電極１４及び下部電極１３の材料としては、例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｗ，Ｔａなどの高融点金属が好ましい。
【００３０】
また、上部電極１４及び下部電極１３と圧電層１２との界面、下部電極１３と振動板部材３との界面には、相互拡散を防止するために、耐熱性が高く、電極材料と相互拡散しづらい化学的安定性の高い材料を用いることが好ましい。例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物などが利用でき、さらにこれらの複合化合物を用いることもできる。また、導電性をもつ化合物を用いることで電極としての機能を持たせても良い。
【００３１】
圧電層１２を形成する圧電材料としては、公知の材料を用いることができる。圧電材料としては、高い圧電定数と高い信頼性、安定した温度特性をもつチタン酸ジルコン酸鉛を用いることが好ましい。圧電体の組成は、所望の圧電性能、信頼性から任意に設定することができる。
【００３２】
次に、この液体吐出ヘッドにおける共通液室構造について説明する。
【００３３】
保護部材５１には共通液室１０を形成する共通液室部材７０を接合している。この共通液室部材７０の共通液室１０には、外部の図示しないヘッドタンクや液体カートリッジなどの液体供給手段から液体供給口部７１を介して液体が供給される。液体供給口部７１は、共通液室１０の個別流路４０と対向する壁面（ここでは、天面）１０ｂに設けられている。
【００３４】
また、共通液室１０内には、図３に示すように、ノズル配列方向と直交する方向（短手方向）の壁面１０ａに、個別液室６から伝搬された圧力を分散させる複数の圧力分散手段である圧力分散部（部材）２００が、図２に示すようにノズル配列方向に沿って配置されている。
【００３５】
圧力分散部２００は、共通液室１０から個別流路４０への液体の流れの方向ａ（図３）において、液体の流れの方向ａと直交する方向の断面積が、液体の流れの方向ａと逆方向に増加する形状を有している。ここでは、圧力分散部２００は三角柱形状をなし、三角柱の頂点が個別流路４０側を向いている状態で配置されている。
【００３６】
このように構成したので、個別液室６を加圧して液滴を吐出することで生じた圧力波が個別流路４０側から共通液室１０に伝播されると、図２に矢印２１０で示すように、天面１０ｂに向けて伝播した後、天面１０ｂで跳ね返る。この跳ね返る圧力変動が再度個別流路４０側に向かうときに、圧力分散部２００により妨げられて、個別流路４０側に伝播せず、散乱してしまう。
【００３７】
その結果、個別液室６から発生した圧力伝播による相互干渉が抑制され、意図しないノズル４からの液滴の漏洩や吐出、吐出状態の不安定が緩和され、高画質画像を形成できるようになる。
【００３８】
また、圧力分散部２００は、ノズル配列方向において、隣り合う個別流路４０、４０の間にそれぞれ配置されていることで、各個別液室６から伝播される圧力がより分散、抑制される。
【００３９】
つまり、隣り合う圧力分散部２００、２００間の隙間で構成される流路は、圧力波の進行方向（個別流路４０側から液体供給口部７１へ進行する方向）に沿って徐々に狭まる形状となる。
【００４０】
この隣り合う圧力分散部２００、２００間の隙間で構成される流路内を圧力波が共通液室１０の液体供給口部７１側へ進行するときには、流路断面積が徐々に小さくなるため、圧力波が個別流路４０側へ戻される成分は小さくなると考えられる。そして、この流路を通過した圧力波は散乱されて、共通液室１０の天面１０ｂ側へ進行し、天面１０ｂにより反射される。しかし、反射された散乱波が、圧力分散部２００、２００間の隙間で構成される流路を通過するときには、流路断面積の最も狭い側から流路へ進入することになるため、反射された散乱波は、個別流路４０側に伝わりにくくなる。
【００４１】
これにより、共通液室１０に伝播した圧力波が個別流路４０側へ戻ろうとする伝播を低減させることができる。
【００４２】
さらに、圧力分散部２００は、共通液室１０の天面１０ｂと対向する面２００ａが平坦になっていることで、天面１０ｂで反射した散乱波が、圧力分散部２００の平坦な壁面２００ａに反射されるために散乱波が減衰し、或いは、反射されるので、個別流路４０側への伝播が低減する。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図４を参照して説明する。図４は同ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図である。
【００４４】
本実施形態では、複数の圧力分散部２００は圧力分散板２０１に設けられ、圧力分散板２０１は上流側共通液室部材７０Ａと下流側共通液室部材７０Ｂとの間に配置されている。
【００４５】
このように構成することで、共通液室１０内に簡単な構成で、複数の圧力分散部２００を配置できる。
【００４６】
また、圧力分散板２０１の材料が可撓性のある樹脂によって形成されることで、伝播された圧力により変形するため、圧力の伝播をさらに妨げることができる。
【００４７】
次に、本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図５及び図６を参照して説明する。図５は同ヘッドの分解斜視説明図、図６は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。
【００４８】
本実施形態では、複数の圧力分散部２００が共通液室１０の短手方向で対向する壁面１０ａ、１０ｃ間に跨って設けられている。なお、本実施形態でも前記第２実施形態と同様に、複数の圧力分散部２００は圧力分散板２０１に設けられ、圧力分散板２０１は上流側共通液室部材７０Ａと下流側共通液室部材７０Ｂとの間に配置されている。
【００４９】
このように、圧力分散部２００が共通液室１０に跨って形成されているため、圧力分散部２００の面積が大きくなる。そのため、前記第１実施形態よりも、共通液室１０の天面１０ｂから個別流路４０側に跳ね返える圧力伝播をより速く散乱させることができる。
【００５０】
さらに、圧力分散板２０１の材料が可撓性のある樹脂によって形成されることで、伝播された圧力により変形するため、圧力の伝播をさらに妨げることができる。
【００５１】
次に、本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図７及び図８を参照して説明する。図７は同ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図、図８は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。
【００５２】
本実施形態は、圧力分散部２００を短手方向で見て（図７）半円形状とし、半円の頂点が個別流路４０側を向いている状態、すなわち、天面１０ｂ側に向かって断面積が増加する状態で配置されている。また、長手方向で見て（図８）矩形状としている。
【００５３】
このように、圧力分散部２００の形状が半円形状であることにより、個別流路４０側から共通液室１０に伝播されて天面１０ｂに向かう圧力波が、圧力分散部２００によって跳ね返る方向が、圧力波の進行方向によって異なるため、圧力分散部２００から個別流路４０側への圧力伝播を更に散乱、減少させることができる。
【００５４】
次に、本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図９を参照して説明する。図９は同ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図である。
【００５５】
本実施形態では、複数の圧力分散部２００の列を２列配置し、かつ、ノズル配列方向では千鳥状に配置したものである。なお、各列の複数の圧力分散部２００はそれぞれ圧力分散板２０１Ａ，２０１Ｂに形成され、圧力分散板２０１は上流側共通液室部材７０Ａと下流側共通液室部材７０Ｂとの間に配置されている。
【００５６】
このように、ノズル配列方向で交互に位置が異なる２列（３列以上でもよい。）の圧力分散部２００を配置することで、天面１０ｂから個別流路４０側から跳ね返る圧力伝播を妨げる領域が広くなり、前記第１実施形態よりも圧力波を速く散乱させることができる。
【００５７】
次に、本発明に係る画像形成装置の一例について図１０を参照して説明する。図１０は同画像形成装置の平面説明図である。
【００５８】
この画像形成装置は、シリアル型インクジェット記録装置であり、図示しない左右の側板に横架した主ガイド部材４０１及び図示しない従ガイド部材でキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して主走査方向（キャリッジ移動方向）に往復移動する。
【００５９】
このキャリッジ４０３には、本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド４０４を搭載している。記録ヘッド４０４は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出する４列のノズル列４０４ｎを有している。また、記録ヘッド４０４は、複数のノズルからなるノズル列４０４ｎを主走査方向と直交する副走査方向に配置し、滴吐出方向を下方に向けて装着している。
【００６０】
一方、用紙４１０を搬送するために、用紙を静電吸着して記録ヘッド４０４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト４１２を備えている。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３とテンションローラ４１４との間に掛け渡されている。
【００６１】
そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。この搬送ベルト４１２は、周回移動しながら図示しない帯電ローラによって帯電（電荷付与）される。
【００６２】
さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に記録ヘッド４０４の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置され、他方側には搬送ベルト４１２の側方に記録ヘッド４０４から空吐出を行う空吐出受け４２１がそれぞれ配置されている。
【００６３】
維持回復機構４２０は、例えば記録ヘッド４０４のノズル面（ノズル４が形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２０ａ、ノズル面を払拭するワイパ部材４２０ｂなどで構成されている。
【００６４】
また、キャリッジ４０３の主走査方向に沿って両側板間に、所定のパターンを形成したエンコーダスケール４２３を張装し、キャリッジ４０３にはエンコーダスケール４２３のパターンを読取る透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ４２４を設けている。これらのエンコーダスケール４２３とエンコーダセンサ４２４によってキャリッジ４０３の移動を検知するリニアエンコーダ（主走査エンコーダ）を構成している。
【００６５】
また、搬送ローラ４１３の軸にはコードホイール４２５を取り付け、このコードホイール４２５に形成したパターンを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ４２６を設けている。これらのコードホイール４２５とエンコーダセンサ４２６によって搬送ベルト４１２の移動量及び移動位置を検出するロータリエンコーダ（副走査エンコーダ）を構成している。
【００６６】
このように構成したこの画像形成装置においては、図示しない給紙トレイから用紙４１０が帯電された搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。
【００６７】
そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド４０４を駆動することにより、停止している用紙４１０にインク滴を吐出して１行分を記録する。そして、用紙４１０を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙４１０の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙４１０を図示しない排紙トレイに排紙する。
【００６８】
なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。
【００６９】
また、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味する。また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。
【００７０】
また、「インク」とは、特に限定しない限り、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用いる。
【００７１】
また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。
【００７２】
また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１  ノズル板
２  流路板
３  振動板部材
４  ノズル
６  個別液室
１０  共通液室
７０  共通液室部材
７０Ａ  上流側共通液室部材
７０Ｂ  下流側共通液室部材
２００  圧力分散部
２０１  圧力分散板
４０３  キャリッジ
４０４  記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
【図１】
2015174419.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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【図７】
2015174419.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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