(57)【要約】【課題】  シェルモードインクジェットヘッドのチャンネルからのインク吐出において、インクジェットヘッドの温度変化に対して、安定したインクの吐出を確保する。【解決手段】  インク室を膨張させる第１の駆動パルスと前記インク室を収縮させる第２の駆動パルスを付加することにより前記チャンネルの壁を変形させて前記インクを吐出させるインクジェットヘッド駆動方法で、インクジェットヘッドの温度の変化に応じて、第１の駆動パルスと第２の駆動パルスの長さおよび振幅を制御し、安定したインクの突出を行う。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料の壁に仕切られたインク室を有する複数のチャンネルから構成され、前記チャンネルの壁に設けられた駆動用の電極に対し、前記インク室を膨張させる第１の駆動パルスと前記インク室を収縮させる第２の駆動パルスを付加することにより前記チャンネルの壁を変形させて前記インクを吐出させるインクジェットヘッド駆動方法であって、
前記インクジェットヘッドの温度が高いほど、前記第２の駆動パルスの長さを長くする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】
圧電材料の壁に仕切られたインク室を有する複数のチャンネルから構成され、前記チャンネルの壁に設けられた駆動用の電極に対し、前記インク室を膨張させる第１の駆動パルスと前記インク室を収縮させる第２の駆動パルスを付加することにより前記チャンネルの壁を変形させて前記インクを吐出させるインクジェットヘッド駆動方法であって、
前記インクジェットヘッドの温度が高いほど、前記第１の駆動パルスと前記第２の駆動パルスの振幅を小さくし、さらに前記インクジェットヘッドの温度が高いほど、前記第２の駆動パルスの長さを長くする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】
圧電材料の壁に仕切られたインク室を有する複数のチャンネルから構成され、前記チャンネルの壁に設けられた駆動用の電極に対し、前記インク室を膨張させる第１の駆動パルスと前記インク室を収縮させる第２の駆動パルスを付加することにより前記チャンネルの壁を変形させて前記インクを吐出させるインクジェットヘッド駆動方法であって、
前記インクジェットヘッドの温度が高いほど、前記第１の駆動パルスと前記第２の駆動パルスの振幅を小さくし、かつ前記第１の駆動パルスと前記第２の駆動パルスの長さを長くする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４】
圧電材料の壁に仕切られたインク室を有する複数のチャンネルから構成され、前記チャンネルの壁に設けられた駆動用の電極に対し、前記インク室を膨張させる第１の駆動パルスと前記インク室を収縮させる第２の駆動パルスを付加することにより前記チャンネルの壁を変形させて前記インクを吐出させるインクジェットヘッド駆動方法であって、
前記インクジェットヘッドの温度が高いほど、前記第１の駆動パルスと前記第２の駆動パルスの振幅を小さくし、かつ前記第１の駆動パルスと前記第２の駆動パルスの長さを長くし、かつ前記第１の駆動パルスの長さに対する前記第２の駆動パルスの長さの比率が、２．０以上２．４以下であることを特徴とするインクジェットヘッド駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子により構成されたインク吐出チャンネルを有するインクジェットヘッドの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドには、様々の方式によりインクを吐出する構造を有するものがあるが、シェルモードインクジェットの例を図１２と図１３に示す。インクジェットヘッドは、上下方向の一方向に分極処理された圧電材料に複数条の溝が形成されたベース部材１と、インク供給口２１を有するカバー部材２と、ノズル穴を有するノズル板４とから構成されたインク室２２が形成され、チャンネル壁３の上部には電界を印加するための電極５が形成されている。
【０００３】
図１４は、シェアモードインクジェットヘッドの駆動原理を説明するための断面図である。図示のように、上下方向の一方向に分極処理がなされた圧電材料であるチャネル壁３の両側面の上部には電極５が形成されている。図１４は電極５による電界が印加されていない状態を示し、図１５は、この電極５を用いて、インク室２２Bの両側のチャンネル壁３に、分極方向と直交する方向の電界を印加して、インク室２２Bの容積が増加する方向にチャネル壁３が変形している状態を示す。図１６では、図１５と電界の向きが逆であり、インク室２２Bの容積が減少する方向にチャンネル壁３が変形している状態を示している。
【０００４】
これらのインクジェットヘッドの駆動方法は、第1の駆動として、図１５のようにインク室２２の容積を膨張させるように、チャンネルBのインク室２２に「発生する圧力波の半分となるパルス（APという）を印加して、第２の駆動として図１６のようにインク室２２の容積を減少させるようにチャンネルBのインク室２２に２APのパルスを印加すると、効率的にインクがノズル穴１０より吐出されることを示している。
【０００５】
このようなインクジェットヘッドの吐出に使用するインクは、温度により物性値が異なるため、インクジェットヘッドの温度変化に対して以下のことが知られている。
【０００６】
第１の駆動としてAP長さのパルスを、第２の駆動として２AP長さのパルスに固定し、パルスの振幅を一定とした吐出駆動条件ではインクの吐出速度やインクの吐出量に変動が生じ、印字品質を悪化させる。この改善策として、パルスの長さを固定したまま駆動パルスの振幅を電圧により変える手段、あるいはこれらの組合せにより一定の吐出速度や一定のインク吐出量を得て印字品質提案されている（例えば、特許文献１または特許文献２）。これらの提案は、インクジェットヘッドの過熱冷却制御によりインク温度を安定させようとするものである。
【特許文献１】特開２００５−２１２３６５
【特許文献２】特開２００３−１３６６９０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のようなシェアモードインクジェットヘッドの加熱冷却によるインク温度の制御では、インクジェットヘッドにヒーターを取り付けたり、冷却水によりヘッドを冷却したりし、新たに加熱冷却装置が必要であること、またその加熱冷却制御が必要であることより、効率性が悪い。また、駆動パルスの振幅の制御のみでは、インク吐出速度やインク吐出量を一定にできるが、温度変化により生じる圧力波の変化等のインク物性の変化によるインク吐出安定性を考慮していないため、温度によってはインク吐出が不安定となってしまう。
【０００８】
図１７に駆動方法による各チャンネルのインク室の動作状態を示す。シェアモードインクジェットヘッドでは、隣り合うチャンネルのインクを同時に吐出することができないため、Ａ，Ｂ，Ｃチャンネルのように連続する３チャンネルずつを１サイクルとするグループとして構成され、１a，２aのタイミングでは、A チャンネルに該当する２チャンネルおきのチャンネルがパルス付加の対象に、１ｂ，２ｂのタイミングでは、Ｂチャンネルに該当する次の２チャンネルおきのチャンネルがパルス付加の対象に、１ｃ，２ｃのタイミングでは、Ｃチャンネルに該当する次の２チャンネルおきのチャンネルがパルス付加の対象となる。このサイクルがインクジェットヘッド中の多数のチャンネルにおいて繰り返される。この時に温度の変化によるインクの物性値の変化に対して、付加されるパルスの長さを一定のままに、インクジェットヘッドの温度に応じて、付加されるパルスの振幅を駆動電圧の調整により変化させ、インクジェットヘッドからのインクの吐出速度を一定にしたり、インクの吐出量を一定にしたりする。
【０００９】
図１８にインク粘度と温度の関係を示す。このように温度によりインク粘度が変化するため、図３に示すように、インクジェットヘッドの温度変化に応じて、温度が低いほどインクジェットの駆動電圧を低下させ、付加されるパルスの振幅を温度が低いほど小さくする。
【００１０】
しかし、このような温度変化に対応させて、インクジェットヘッドの温度が高くなるほど駆動電圧を低くしパルスの振幅を小さくする方法のみでは、インクの吐出速度や吐出量を制御できるが、インクの吐出の安定性を広い温度範囲に渡って維持することができず、印刷の途中でインク不吐出などの印刷不良が発生してしまう。これは、インク室２２に発生する圧力波によるインク振動の減衰の仕方が温度により異なり、全範囲の温度で駆動パルスの長さが同じであると、温度によっては吐出チャンネル自身のインク振動の抑制やその他の吐出チャンネルのインク振動の抑制がなされず、次のインク吐出までインク振動が残存し、インク吐出安定性に悪影響を及ぼすためである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のインクジェットヘッドの駆動方法は、電界の付加によりチャンネル壁を変形させインクを吐出させるシェアモードインクジェットヘッドであり、隣り合うチャンネルが同時に吐出しないように、３つの連続するチャンネルを１グループとして、一定のサイクルを持つ駆動方法において、インクジェットヘッドの温度に対応して、温度が低いほど駆動電圧を低くし駆動パルスの振幅を小さくすることにより、インクの吐出速度や吐出量を制御すると共に、駆動パルスの長さを温度に応じて変化させることにより、インクの吐出の安定性を向上させることにある。
【００１２】
すなわち、インク室２２の容積を膨張させる第１の駆動とインク室２２の容積を収縮させる第２の駆動を有する駆動の場合、第１の駆動パルスと第２の駆動パルスの振幅を変化させインク室のチャンネル壁の変位量を温度に応じて変化させるともに、第１の駆動パルスと第２の駆動パルスの長さを変化させインク室のチャンネル壁の変位時間を温度に応じて変化させることにより、インクの吐出速度や吐出量を制御すると共に、インク吐出の安定性を維持する。
【発明の効果】
【００１３】
上述したように本発明の駆動方法は、シェアモードインクジェットヘッドにおいて、インクジェットヘッドの温度変化があっても、インクの吐出速度や吐出量を制御でき、かつ吐出の安定性も得ることが可能となる。さらに、インクジェットヘッドの動作温度も広くすることが可能となり、環境温度への適応能力が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の駆動方法によるインクジェットヘッドの温度による駆動パルスを示す図である。インクジェットヘッドの温度が１５℃、２５℃、４０℃の場合のインクの吐出速度をほぼ一定に保ちながら、インクの吐出安定性を向上させることが可能な駆動パルスを示している。以下のパルス長、振幅はこの条件を満たすときの値を示す。ここで、インク室２２の容積を膨張させる第１の駆動は、各温度においてパルスの長さをＡＰである６．０μsecで一定にすると、インク室２２の容積を収縮させる第２の駆動パルスの長さは、１５℃で１１．０μsec、２５℃で１２．４μsec、４０℃で１３．６μsecと温度が高くなるほど長くなる。また、パルスの振幅は、インク室２２の容積を膨張させる第１の駆動と収縮する第２の駆動ともに同じであるが、温度に対しては、２５℃を１とすると、１５℃で１．１５、４０℃で０．８５となる。
【００１６】
図２は、本発明の駆動方法によるインクジェットヘッドの温度と第２の駆動パルスの長さの関係を示す図である。第１の駆動パルスはＡＰである６．０μsecで一定であるが、第２の駆動パルスは、インクジェットヘッドの温度が高いほど、長くなる。図３は、本発明の駆動方法によるインクジェットヘッドの温度と第２の駆動パルスの振幅の関係を示す図である。インクの吐出速度をほぼ一定にすると、インクジェットヘッドの温度が高いほど第１の駆動パルスと第２の駆動パルスの振幅が小さくなる。
【００１７】
図４は、インクジェットヘッドの温度による駆動パルスの長さとインク吐出の安定性を示す図である。は、インクジェットヘッドの温度が高いほどインクの粘度が低くなるため、第１と第２の駆動パルスの振幅は、２５℃を１とすると、１５℃で１．１５、４０℃で０．８５と小さくなり、温度に応じてインクの吐出速度がほぼ一定になるように調整されている。
【００１８】
ここで、連続印字安定性とは、インク吐出を連続して行った場合のインク吐出の安定性のことをいい、ランダム模様印字安定性とは、ランダムな模様を印字した場合のインク吐出の安定性のことをいう。また、それぞれの状態については、インクジェットヘッドの全ノズルから正常にインクが吐出する場合を「安定」と示し、数ノズルに異常なインクの吐出が生じる場合を「比較的安定」と示し、多数ノズルに異常なインクの吐出が生じる場合を「不安定」と示す。
【００１９】
インクジェットヘッドの温度が４０℃では、第１の駆動パルスの長さをＡＰである６．０μsecに固定した場合、第２の駆動パルスの長さが１３．６μsecにおいて連続印字安定性が「安定」、ランダム模様印字安定性が「安定」であり、１２．４μsecにおいて連続印字安定性は「安定」であるが、ランダム模様印字安定性は「比較的安定」となり、１１．０μsecのおいて連続印字安定性は「安定」であるが、ランダム模様印字安定性は「不安定」となる。すなわち、インクジェットヘッドの温度が４０℃では、第１の駆動パルスの長さがＡＰである６．０μsecの場合、第２の駆動パルスの長さが１３．６μsecで連続印字安定性とランダム模様印字安定性とが共に安定であり、第２の駆動パルスの長さが短くなるとランダム模様印字安定性が悪くなる。したがって、インクジェットヘッドの温度が４０℃では、第一の駆動パルスの長さを６．０μsecに、第二の駆動パルスの長さを１３．６μsecに設定するとよい。
【００２０】
インクジェットヘッドの温度が２５℃と低くなった場合、４０℃で連続印字安定性とランダム模様印字安定性が共に「安定」であった第１の駆動パルスの長さ６．０μsecと第２の駆動パルスの長さ１３．６μsecでは、連続印字安定性が「不安定」と悪くなる。そこで第２の駆動パルスの長さを１２．４μsecに短くすると、連続印字安定性が「比較的安定」、ランダム模様印字安定性が「安定」と改善する。したがって、インクジェットヘッドの温度が２５℃では、第一の駆動パルスの長さを６．０μsecに、第二の駆動パルスの長さを１２．４μsecに設定するとよい。
【００２１】
さらにインクジェットヘッドの温度が１５℃と低くなった場合、第１の駆動パルスの長さ６．０μsecと第２の駆動パルスの長さ１２．４μseにおいても、連続印字安定性が不安定であり、ランダム模様印字安定性も「比較的安定」と悪くなる。そこで第２の駆動パルスの長さを１１．０μsecに短くすると、連続印字安定性は「安定」、ランダム模様印字安定性は「比較的安定」と改善する。したがって、インクジェットヘッドの温度が１５℃では、第一の駆動パルスの長さを６．０μsecに、第二の駆動パルスの長さを１１．０μsecに設定するとよい。
【００２２】
すなわち、第１の駆動パルスの長さをＡＰである６．０μsecと一定とした場合、インクジェットヘッドの温度が低くなるほど第２の駆動パルスの長さを短くすることにより、連続印字安定性とランダム模様印字安定性とが共に向上する。
【００２３】
図５は、本発明の駆動方法によるインクジェットヘッドの温度による駆動パルスを示す図である。図１は、第１の駆動パルスの長さをＡＰに固定し、第２の駆動パルスのみをヘッド温度に応じて適正に変化させ、インクの吐出安定性を向上させているが、本図においては、インクジェットヘッドの温度に応じて第１の駆動パルスをＡＰを基準にして変化させ、それに応じて第２の駆動パルスも変化させることにより、さらにインクの吐出安定性を向上させるものである。本図は、インクジェットヘッドの温度が１５℃、２５℃、４０℃の場合の駆動パルスを示しており、インクジェットヘッドの温度が１５℃、２５℃、４０℃と高くなるほど、インク室２２の容積を膨張させる第１の駆動の長さは、ＡＰより短い５．０μsec、５．４μsec、ＡＰである６．０μsecと長くなり、それに応じてインク室２２の容積を収縮させる第２の駆動の長さも、１１．０μsec、１２．０μsec、１３．６μsecと長くなる。また、パルスの振幅は、インク室２２の容積を膨張させる第１の駆動と収縮する第２の駆動ともに同じであるが、温度に対しては、２５℃を１とすると、１５℃で１．２、４０℃で０．８となる。ここで、駆動パルスの振幅のヘッド温度に対する変化率が図１の場合より大きくなっているが、これは４０℃での第１の駆動パルスの長さがＡＰである６．０μsecであるのに対し、これより温度が低いほど第１の駆動パルスの長さがＡＰより短く図１よりインクの吐出速度が遅く、吐出速度を温度によらず一定に保つために温度が低いほど駆動パルスの振幅を大きくする必要があるからである。
【００２４】
図６は、本発明の駆動方法によるインクジェットヘッドの温度と第１の駆動パルスの長さおよび第２の駆動パルスの長さの関係を示す図である。インクジェットヘッドの温度が高いほど、第１の駆動パルスと第２の駆動パルスの長さが長くなる。図７は、本発明の駆動方法によるインクジェットヘッドの温度と第１と第２の駆動パルスの振幅の関係を示す図である。インクジェットヘッドの温度が高いほど第１の駆動パルスと第２の駆動パルスの振幅が小さくなり、インクの吐出速度がほぼ一定になるように設定されている。
【００２５】
図８は、インクジェットヘッドの温度による駆動パルスの長さとインク吐出の安定性を示す図である。インクの吐出速度をほぼ一定になるようにするためには、第１と第２の駆動パルスの振幅は、温度が高いとインクの粘度が低下するためインクジェットヘッドの温度が高いほど小さく、また第１の駆動パルスの長さがＡＰに近づくほど小さくなり、温度と第１の駆動パルスの長さに応じてに調整する必要がある。インクジェットヘッドの温度が１５℃では、第１の駆動パルスの長さが５．０μsec、第２の駆動パルスの長さが１１．０μsecにおいて、連続印字安定性とランダム模様印字安定性が共に「安定」であり、第１の駆動パルスが５．４μsec、第２の駆動パルスが１２．０μsecでは連続印字安定性が「不安定」、第１の駆動パルスが６．０μsec、第２の駆動パルスが１３．６μsecでは連続印字安定性が「不安定」となる。インクジェットヘッドの温度が２５℃では、第１の駆動パルスの長さが５．４μsec、第２の駆動パルスの長さが１２．０μsecにおいて、連続印字安定性とランダム模様印字安定性が共に「安定」であり、第１の駆動パルスが５．０μsec、第２の駆動パルスが１１．０μsecではランダム模様印字安定性が「不安定」、第１の駆動パルスが６．０μsec、第２の駆動パルスが１３．６μsecでは連続印字安定性が「不安定」となる。インクジェットヘッドの温度が４０℃では、第１の駆動パルスの長さが６．０μsec、第２の駆動パルスの長さが１３．６μsecにおいて、連続印字安定性とランダム模様印字安定性が共に「安定」であり、第１の駆動パルスが５．０μsec、第２の駆動パルスが１１．０μsecではランダム模様印字安定性が「不安定」、第１の駆動パルスが５．４μsec、第２の駆動パルスが１２．０μsecではランダム模様印字安定性が「不安定」となる。すなわち、インクジェットヘッドの温度が低くなるほど第1一の駆動パルスと第２の駆動パルスの長さを短くすることにより、連続印字安定性とランダム模様印字安定性とが共に向上する。
【００２６】
図９は、インクジェット温度が１５℃の場合の駆動パルスの長さとインク吐出の安定性を示す図である。第１の駆動パルスの長さを５．０μsecに固定し、第２の駆動パルスの長さを９．５μsecから１２．５μsecまで変化させることにより、第１の駆動パルスの長さに対する第２の駆動パルスの長さの比を１．９から２．５まで変化させている。この場合、第１の駆動パルスの長さに対する第２の駆動パルスの長さの比が、１．９以下または２．５以上で連続印字安定性あるいはランダム模様印字安定性が「不安定」となり、２．０から２．３の間で連続印字安定性とランダム模様印字安定性とが共に「安定」となる。
【００２７】
図１０は、インクジェット温度が２５℃の場合の駆動パルスの長さとインク吐出の安定性を示す図である。第１の駆動パルスの長さを５．４μsecに固定し、第２の駆動パルスの長さを１０．２μsecから１３．５μsecまで変化させることにより、第１の駆動パルスの長さに対する第２の駆動パルスの長さの比を１．９から２．５まで変化させている。この場合、第１の駆動パルスの長さに対する第２の駆動パルスの長さの比が、１．９以下または２．５以上で連続印字安定性あるいはランダム模様印字安定性が「不安定」となり、２．０から２．３の間で連続印字安定性とランダム模様印字安定性とが共に「安定」となる。
【００２８】
図１１は、インクジェット温度が４０℃の場合の駆動パルスの長さとインク吐出の「安定性」を示す図である。第１の駆動パルスの長さを６．０μsecに固定し、第２の駆動パルスの長さを１１．５μsecから１５．０μsecまで変化させることにより、第１の駆動パルスの長さに対する第２の駆動パルスの長さの比を１．９から２．５まで変化させている。この場合、第１の駆動パルスの長さに対する第２の駆動パルスの長さの比が、１．９以下または２．５以上で連続印字安定性あるいはランダム模様印字安定性が「不安定」となり、２．０から２．３の間で連続印字安定性とランダム模様印字安定性とが共に「安定」となる。
【００２９】
これらのことより、インクジェットヘッドの温度が高くなるほど、インク室２２の容積を膨張させる第１の駆動パルスの長さを長く、インク室２２の容積を収縮させる第２の駆動パルスの長さを長くし、かつ第１の駆動パルスの長さに対する第２の駆動パルスの長さの比を２．０から２．４とすることにより、連続印字安定性とランダム模様印字安定性とを共に安定とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の駆動方法による駆動パルスを表す図である。
【図２】本発明の温度と駆動パルスの長さを表す図である。
【図３】温度と駆動パルスの振幅を表す図である。
【図４】駆動パルスの長さとインク吐出の安定性を表す図である。
【図５】本発明の駆動方法による駆動パルスを表す別の図である。
【図６】本発明の温度と駆動パルスの長さを表す別の図である。
【図７】温度と駆動パルスの振幅を表す別の図である。
【図８】駆動パルスの長さとインク吐出の安定性を表す別の図である。
【図９】温度１５℃での駆動パルスの長さとインク吐出の安定性を表す図である。
【図１０】温度２５℃での駆動パルスの長さとインク吐出の安定性を表す図である。
【図１１】温度４０℃での駆動パルスの長さとインク吐出の安定性を表す図である。
【図１２】インクジェットヘッドのノズル穴と平行方向の断面図である。
【図１３】インクジェットヘッドのノズル穴と垂直方向の断面図である。
【図１４】インクジェットヘッドの無付加状態を表す図である。
【図１５】インクジェットヘッドのインク室を膨張させた状態を表す図である。
【図１６】インクジェットヘッドのインク室を収縮させた状態を表す図である。
【図１７】各インク室の動作状態を表す図である。
【図１８】インクの温度と粘度を表す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ベース部材
２  カバー部材
３  チャンネル壁
４  ノズル板
５  電極
１０  ノズル穴
２１  インク供給口
２２  インク室
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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