(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリントヘッドにおいて、
非平面下面を有する圧電トランスデューサと、
前記圧電トランスデューサの下方に結合されて配置され、非平面下面を有するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの下方に結合されて配置され、非平面下面を有するインクマニホールドと、
前記インクマニホールドの下方に結合されて配置され、非平面下面を有するノズルプレートと、
ハウジングと、を備え、
前記圧電トランスデューサ、前記ダイヤフラム、および前記インクマニホールドを含んでバックアッププレートが構成されており、
前記ハウジングは、前記ノズルプレートから吐出されるインクを受ける対象物の非平面に対応させて、複数の前記バックアッププレートのうちの１つが選択的に結合できるように構成される、プリントヘッド。
【請求項２】
前記圧電トランスデューサ、前記ダイヤフラム、前記インクマニホールド及び前記ノズルプレートの前記下面が凹状であり、前記プリントヘッドが、前記対象物の凸面上にインクを吐出するように構成されている、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項３】
前記圧電トランスデューサ、前記ダイヤフラム、前記インクマニホールド及び前記ノズルプレートの前記下面が凸状であり、前記プリントヘッドが、前記対象物の凹面上にインクを吐出するように構成されている、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項４】
前記圧電トランスデューサは、電流にさらされると半径方向に変形し、前記変形は、１ｎｍから１０ｎｍであり、前記圧電トランスデューサの前記下面に沿った任意の２点間の変形における変動は、１ｎｍ以下である、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項５】
前記圧電トランスデューサの前記変形は、前記ダイヤフラムに前記インクマニホールド内の圧力を発生させ、前記ノズルプレートにおける複数の開口を介して前記インクマニホールドからインクを流出させ、前記開口のうちのいずれか２つの開口内の圧力変動は５０Ｐａ以下である、請求項４に記載のプリントヘッド。
【請求項６】
前記インクマニホールドの前記下面は１０ｍｍから７５ｍｍの曲率半径を有する、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項７】
前記ノズルプレートの前記下面は１０ｍｍから７５ｍｍの曲率半径を有する、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項８】
前記ノズルプレートの曲率半径は、前記プリントヘッドから吐出されるインクを受ける対象物の表面の曲率半径の＋１０％〜−１０％の範囲内にある、請求項７に記載のプリントヘッド。
【請求項９】
圧電トランスデューサと、
前記圧電トランスデューサの下方に結合されて配置されたダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの下方に結合されて配置されたインクマニホールドと、
複数のプレートのうちの少なくとも１つが前記インクマニホールドに結合される、複数のプレートと、
ハウジングと、を備えるプリントヘッドであって、
前記圧電トランスデューサ、前記ダイヤフラム、前記インクマニホールド及び前記プレートが、それぞれ、１０ｍｍから７５ｍｍの曲率半径を有し、前記プレートの曲率半径は、前記プリントヘッドから吐出されるインクを受ける対象物の曲率半径の＋１０％〜−１０％の範囲内にあり、
前記圧電トランスデューサが、電流にさらされると半径方向に変形し、前記変形が１ｎｍから１０ｎｍであり、前記圧電トランスデューサの湾曲に沿った任意の２点間の前記変形における変動が１ｎｍ以下であり、
前記圧電トランスデューサの変形が、前記ダイヤフラムに前記インクマニホールド内の圧力を発生させ、前記プレートにおける複数の開口を介して前記インクマニホールドからインクを流出させ、
前記圧電トランスデューサ、前記ダイヤフラム、および前記インクマニホールドを含んでバックアッププレートが構成されており、
前記ハウジングは、前記プレートから吐出されるインクを受ける前記対象物の非平面に対応させて、複数の前記バックアッププレートのうちの１つが選択的に結合できるように構成される、プリントヘッド。
【請求項１０】
前記圧電トランスデューサ、前記ダイヤフラム、前記インクマニホールド及び前記プレートが凹状である、請求項９に記載のプリントヘッド。
【請求項１１】
前記圧電トランスデューサ、前記ダイヤフラム、前記インクマニホールド及び前記プレートが凸状である、請求項９に記載のプリントヘッド。
【請求項１２】
前記各開口が、第１の部分と、前記第１の部分の下方に配置された第２の部分とを備え、前記第１の部分が、前記プレートの下面に向かって先細りする幅を有し、前記第２の部分の幅が略一定である、請求項１１に記載のプリントヘッド。
【請求項１３】
対象物の非平面表面に印刷する方法において、
下面が非平面であるバックアッププレートを複数準備することと、
ノズルプレートから吐出されるインクを受ける前記対象物の非平面表面に対応させて、複数の前記バックアッププレートのうちの１つをプリントヘッドのハウジングに結合することと、
下面が非平面である前記ノズルプレートを複数の前記バックアッププレートのうちの１つの下面に結合することと、
前記ノズルプレートの下面に対して非平面の前記対象物を移動させることと、
前記対象物が前記ノズルプレートの下面に対して移動するのにともない前記プリントヘッドから前記対象物にインクを吐出することとを備える、方法であって、
前記ノズルプレートの下面が曲率半径を有し、前記ノズルプレートの前記曲率半径は、前記対象物の曲率半径の＋１０％〜−１０％の範囲内にある、方法。
【請求項１４】
前記対象物は、前記プリントヘッドの幅に沿ってプリントヘッドギャップが略一定のまま残るように、前記ノズルプレートの下面に対して一方向に移動される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記プリントヘッドギャップは、前記対象物が移動する際に、前記ノズルプレートの下面に沿ったいずれの点においても６ｍｍより大きく変動しない、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記バックアッププレートが、圧電トランスデューサと、ダイヤフラムと、インクマニホールドとを含み、
前記圧電トランスデューサは、電流にさらされると半径方向に変形し、前記変形は、１ｎｍから１０ｎｍであり、
前記圧電トランスデューサの下面に沿った任意の２点間の変形における変動は、１ｎｍ以下であり、
前記圧電トランスデューサの前記変形は、前記ダイヤフラムに前記インクマニホールド内の圧力を発生させ、前記ノズルプレートにおける複数の開口を介して前記インクマニホールドからインクを流出させ、前記開口のうちのいずれか２つの開口内の圧力変動は５０Ｐａ以下である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記対象物は、靴、衣料品、包装、ボトル、スポーツ用ボール、及び光学レンズから成るグループから選択される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本教示は、一般に、プリントヘッドに関し、より具体的には、非平面表面上に印刷するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリントヘッドとそれが印刷する対象物（例えば、用紙）の表面との間にギャップが存在する。このギャップは、大抵の場合、「プリントヘッドギャップ」と称される。プリントヘッドギャップは、典型的には、約１ｍｍから約５ｍｍの間である。プリントヘッドギャップにおける変動が印刷画像の品質を低下させることがあるため、できるだけ一定に保つプリントヘッドギャップを有することが望ましい。対象物が用紙である場合、プリントヘッドギャップは、印刷中に略一定のままであり、その結果、高品質の印刷画像をもたらす。しかしながら、対象物の表面が平面でない場合、プリントヘッドギャップにおける変動が生じ、印刷画像の品質を低下させることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
以下は、本教示の１つ以上の実施形態のいくつかの態様の基本的理解を提供するために簡略化された概要を提示する。この概要は、広範な概観ではなく、また、本教示の主要又は重要な要素を特定することを意図するものではなく、本開示の範囲を詳しく説明することを意図するものではない。むしろ、その主要な目的は、後に提示される詳細な説明の序文として、簡略化された形態で１つ以上の概念を提示するにすぎない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
プリントヘッドが開示される。プリントヘッドは、バックアッププレートと、ノズルプレートとを含む。バックアッププレートは、非平面下面を有する。ノズルプレートはまた、非平面下面を有する。ノズルプレートは、バックアッププレートの下面に結合される。
【０００５】
他の実施形態において、プリントヘッドは、圧電トランスデューサを含む。ダイヤフラムは、圧電トランスデューサの下方に結合されて配置される。インクマニホールドは、ダイヤフラムの下方に結合されて配置される。ノズルプレートは、バックアッププレートの下方に配置される。ノズルプレートは、インクマニホールドに結合される。圧電トランスデューサ、ダイヤフラム、インクマニホールド及びノズルプレートは、それぞれ、約１０ｍｍから約７５ｍｍの曲率半径を有し、ノズルプレートの曲率半径は、プリントヘッドがインクを転写する対象物の曲率半径の１０％以内である。圧電トランスデューサは、電流にさらされると半径方向に変形する。変形は、約０．２ｍｍから約１ｍｍであり、圧電トランスデューサの湾曲に沿った任意の２点間の変形における変動は、約０．２ｍｍ以下である。圧電トランスデューサの変形は、ダイヤフラムにインクマニホールド内の圧力を発生させ、ノズルプレートにおける複数の開口を介してインクマニホールドからインクを流出させる。
【０００６】
対象物の非平面表面に印刷する方法は、バックアッププレートをプリントヘッドのハウジングに結合することを含む。バックアッププレートの下面は非平面である。ノズルプレートは、バックアッププレートの下面に結合される。ノズルプレートの下面は非平面である。非平面対象物は、ノズルプレートの下面に対して移動される。インクは、対象物がノズルプレートの下面に対して移動されるのにともないプリントヘッドから対象物に転写される。
【０００７】
本願明細書に組み込まれて本願明細書の一部を構成する添付図面は、詳細な説明とともに本教示の実施形態を例示し、本開示の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態にかかるプリントヘッドの側面図を示している。
【図２】図２は、実施形態にかかる図１に示されるプリントヘッドの一部の拡大断面図を示している。
【図３】図３は、実施形態にかかる図２に示されるプリントヘッドの一部の拡大断面図を示している。
【図４】図４は、実施形態にかかる凸状である複数のノズルプレートを有するプリントヘッドの斜視図を示している。
【図５】図５は、実施形態にかかる凹状の対象物上に配置された凸状ノズルプレートを有するプリントヘッドの側面図を示している。
【図６】図６は、実施形態にかかる凸状対象物上に配置された凹状ノズルプレートを有するプリントヘッドの側面図を示している。
【図７】図７は、実施形態にかかる非平面対象物上に印刷する方法のフローチャートを示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本教示の例示的な実施形態が詳細に参照され、その例は添付図面に図示される。可能な限り、同一、類似又は同様の部分を指すために同じ参照符号が図面全体を通して使用される。
【００１０】
図１は、実施形態にかかるプリントヘッド１００の側面図を示している。プリントヘッド１００は、ハウジング１１０を含むことができる。バックアッププレート１２０は、ハウジング１１０に結合されることができる。他の実施形態において、バックアッププレート１２０は、アダプタプレートと称することができる。バックアッププレート１２０の下面１５２は、非平面（例えば、湾曲）とすることができる。１つ以上の追加層１６０は、バックアッププレート１２０の下面１５２に結合されることができる。追加層１６０はまた、バックアッププレート１２０の下面１５２に適合するように非平面（例えば、湾曲）とすることができる。
【００１１】
図２は、図１に示されるプリントヘッド１００の一部の拡大断面図を示しており、図３は、実施形態にかかる図２に示されるプリントヘッド１００の一部の拡大断面図を示している。バックアッププレート１２０は、圧電トランスデューサ１３０、ダイヤフラム１４０及びインクマニホールド１５０を含むことができる。圧電トランスデューサ１３０がそのデフォルト状態であるとき（すなわち、電流にさらされていないとき）、圧電トランスデューサ１３０の下面１３２は、非平面（例えば、湾曲）とすることができる。示されるように、圧電トランスデューサ１３０の下面１３２は凸状であるが、他の実施形態においては、圧電トランスデューサ１３０の下面１３２は凹状又は任意の他の湾曲形状とすることができる。
【００１２】
圧電トランスデューサ１３０の下面１３２は、ダイヤフラム１４０の上面に結合されることができる。そのため、ダイヤフラム１４０の上面は、圧電トランスデューサ１３０の下面１３２の湾曲形状に適合することができる。ダイヤフラム１４０の下面１４２は、非平面（例えば、湾曲）とすることができる。示されるように、ダイヤフラム１４０の下面は凸状であるが、他の実施形態においては、ダイヤフラム１４０の下面１４２は、凹状又は任意の他の湾曲形状とすることができる。
【００１３】
ダイヤフラム１４０の下面１４２は、インクマニホールド１５０の上面に結合されることができる。そのため、インクマニホールド１５０の上面は、ダイヤフラム１４０の下面１４２の湾曲形状に適合することができる。インクマニホールド１５０の下面１５２は、非平面（例えば、湾曲）とすることができる。示されるように、インクマニホールド１５０の下面１５２は凸状であるが、他の実施形態においては、インクマニホールド１５０の下面１５２は、凹状又は任意の他の湾曲形状とすることができる。インクマニホールド１５０の下面１５２は、インクマニホールド１５０がバックアッププレート１２０の最下層とすることができるため、（図１に関して上述した）バックアッププレート１２０の下面１５２と同一とすることができる。
【００１４】
インクマニホールド１５０の下面１５２は、１つ以上のプレート（例えば、中間プレート及びノズルプレート）１６０の上面に結合されることができる。そのため、プレート１６０の上面は、インクマニホールド１５０の下面１５２の湾曲形状に適合することができる。プレート１６０の下面１６２は、非平面（例えば、湾曲）とすることができる。示されるように、プレート１６０の下面１６２は凸状であるが、他の実施形態においては、プレート１６０の下面１６２は、凹状又は任意の他の湾曲形状とすることができる。
【００１５】
プレート１６０は、それぞれ、上面から下面１６２まで延びる１つ以上のオリフィス１６４を含むことができる。そのため、インク１７０は、以下においてより詳細に記載されるように、オリフィス１６４を介して、インクマニホールド１５０から対象物（例えば、用紙）に流出することができる。オリフィス１６４は、ノズルプレート１６０の下面１６２に近接するよりもプレート１６０の上面に近接する大きい断面幅１６６を有することができる。断面幅１６６は、（例えば、下面１６２に向かって先細りする）テーパ部と、テーパ部の下方に配置された略一定の直径部とを含むことができる。
【００１６】
圧電トランスデューサ１３０、ダイヤフラム１４０、インクマニホールド１５０及び／又はプレート１６０は、曲率半径１８０を有することができる。曲率半径１８０は、約５ｍｍから約１００ｍｍ、約１０ｍｍから約７５ｍｍ又は約２０ｍｍから約５０ｍｍとすることができる。他の実施形態において、曲率半径１８０よりもむしろ、圧電トランスデューサ１３０、ダイヤフラム１４０、インクマニホールド１５０及び／又はプレート１６０の下（及び／又は上）面は、互いに角度をなして配向された２つの平面部を含むことができる。プレート１６０の２つの平面部は、それぞれ、貫通して延びる少なくとも１つのオリフィス１６４を有することができる。角度は、約１６０°から約２００°とすることができる。
【００１７】
図４は、実施形態にかかる凸状の複数のプレート１６０を有するプリントヘッド１００の斜視図を示している。５枚のプレート１６８Ａ−Ｅが示されているが、理解されるように、プレートの数は、より多く又はより少なくすることができる。プレートは、複数の中間プレート１６８Ａ−Ｄと、中間プレート１６８Ａ−Ｄの下方に配置されたノズルプレート１６８Ｅとを含むことができる。プレート１６８Ａ−Ｅは、それぞれ、バックアッププレート１２０の下面１５２の形状に適合することができる。この例において、プレート１６８Ａ−Ｅ及びバックアッププレート１２０の下面１２２は凸状である。プレート１６８Ａ−Ｅは、それぞれ、貫通して延びるオリフィス１６４（図３を参照）を有し、１つのプレート（例えば、プレート１６８Ｂ）におけるオリフィス１６４は、上下層（例えば、プレート１６８Ａ、１６８Ｃ）においてオリフィス１６４と並ぶことができる。層１６８Ａ−Ｅは、ステンレス鋼から形成されることができる。
【００１８】
図５は、実施形態にかかる凹状対象物１９０上に配置された凸状プレート１６０を有するプリントヘッド１００の側面図を示している。対象物１９０は、用紙、靴、衣料品、包装、ボトル、スポーツ用ボール（例えば、バスケットボール、フットボールなど）、光学レンズ又は他の非平面対象物であるか又はそれを含むことができる。示されるように、バックアッププレート１２０及びプレート１６０の形状（例えば、凸）は、プリントヘッド１００が印刷している対象物１９０の形状（例えば、凹）に対応することができる。これは、プリントヘッドギャップ１９４Ａ−Ｅ（すなわち、プレート１６０の下面１６２と対象物１９０との間の距離）が、プリントヘッド１００（例えば、プレート１６０の下面１６２）が平面である場合よりも、印刷中にプリントヘッド１００の幅１０２に沿ってより一定のままであるのを可能とする。図５に示される例において、プリントヘッドギャップ１９４Ａ−Ｅは、プリントヘッド１００の幅１０２に沿った５つの異なる点において略一定（例えば、約３ｍｍ）とすることができる。対照的に、プリントヘッド１００（例えば、プレート１６０の下面１６２）が凹状対象物１９０上への印刷中に平面であった場合、プリントヘッドギャップ１９４Ａ−Ｅは、第１の点１９４Ａにおいて２ｍｍ、第２の点１９４Ｂにおいて４ｍｍ、第３の点１９４Ｃにおいて６ｍｍ、第４の点１９４Ｄにおいて４ｍｍ、第５の点１９４Ｅにおいて２ｍｍであることがあり、低品質の画像をもたらす。
【００１９】
図６は、実施形態にかかる凸状の対象物１９０上に配置された凹状のプレート１６０を有するプリントヘッドの側面図を示している。示されるように、バックアッププレート１２０及びプレート１６０の形状（例えば、凹）は、プリントヘッド１００が印刷している対象物１９０の形状（例えば、凸）に対応することができる。これは、プリントヘッドギャップ１９４Ａ−Ｅが、プリントヘッド１００（例えば、プレート１６０の下面１６２）が平面である場合よりも、印刷中にプリントヘッド１００の幅１０２に沿ってより一定のままであるのを可能とする。図６に示される例において、プリントヘッドギャップ１９４Ａ−Ｅは、プリントヘッド１００の幅１０２に沿って５つの異なる点において略一定（例えば、約３ｍｍ）とすることができる。対照的に、プリントヘッド１００（例えば、プレート１６０の下面１６２）が凸状対象物１９０上への印刷中に平面であった場合、プリントヘッドギャップ１９４Ａ−Ｅは、第１の点１９４Ａにおいて６ｍｍ、第２の点１９４Ｂにおいて４ｍｍ、第３の点１９４Ｃにおいて２ｍｍ、第４の点１９４Ｄにおいて４ｍｍ、第５の点１９４Ｅにおいて６ｍｍであることがあり、低品質の画像をもたらす。
【００２０】
圧電トランスデューサ１３０、ダイヤフラム１４０、インクマニホールド１５０及び／又はプレート１６０の曲率半径１８０は、プリントヘッド１００が（例えば、画像を生成するように）インク１７０を転写する対象物１９０の曲率半径１９６の（例えば、＋／−）１０％以内とすることができる。さらに、プリントヘッドギャップ１９４Ａ−Ｅは、ハウジング１１０の平面下面と対象物１９０の表面１９２との間の距離未満だけプリントヘッド１００の幅１０２に沿って変化してもよい。
【００２１】
図７は、実施形態にかかる非平面対象物１９０上に印刷する方法７００のフローチャートを示している。方法７００は、７０２におけるように、プリントヘッド１００のハウジング１１０にバックアッププレート１２０を結合することを含むことができ、バックアッププレート１２０の下面１５２は非平面である。例えば、下面１５２は、凹状、凸状とすることができるか、又は、互いに対して非１８０°の角度で配向された２つの平面部を含むことができる。方法７００はまた、７０４におけるように、バックアッププレート１２０の下面１５２にプレート１６０（例えば、ノズルプレート１６８Ｅ）を結合することを含むことができ、プレート１６０の下面１６２は非平面である。
【００２２】
そして、方法７００は、７０６におけるように、プリントヘッド１００に対して非平面対象物１９０を移動させることを含むことができる。例えば、対象物１９０の表面１９２は、凹状、凸状とすることができるか、又は、２つの平面部を含むことができる。対象物１９０は、プリントヘッドギャップ１９４Ａ−Ｅが移動中に略一定のままであるように、プリントヘッド１００に対して所定方向に移動されることができる。図５及び図６をみると、対象物１９０は、左又は右とは対照的に、ページ内又は外にある所定方向に移動することができる。１つの例において、プリントヘッドギャップ１９４Ａ−Ｅは、対象物１９０が移動されるのにともないプレート１６０の下面１６２に沿った任意の点において約６ｍｍを超えて変化しなくてもよい。他の実施形態において、プリントヘッドギャップ１９４Ａ−Ｅは、約１ｍｍを超えて変化しなくてもよい。
【００２３】
そして、方法７００は、７０８におけるように、対象物１９０がプリントヘッド１００に対して移動されるのにともないプリントヘッド１００から対象物１９０にインク１７０を転写することを含むことができる。より具体的には、複数のパルスの形態で電流が圧電トランスデューサ１３０に供給されることができる。圧電トランスデューサ１３０は、電流のパルスによって発生する電界に応じて変形する（例えば、屈曲又は伸長する）材料から形成されることができる。例えば、圧電トランスデューサ１３０は、電界に応じて伸長するロッドであるか若しくはそれを含むことができるか、又は、圧電トランスデューサ１３０は、電界に応じて屈曲するバイモルフであるか若しくはそれを含むことができる。材料は、結晶性材料、セラミック、バイメタルストリップ、光ファイバ材料、積層材料又はそれらの組み合わせであるか若しくはそれを含むことができる。
【００２４】
圧電トランスデューサ１３０は、圧電トランスデューサ１３０の湾曲に沿って半径方向に略均一に変形（例えば、屈曲又は伸長する）することができる。例えば、圧電トランスデューサ１３０は、半径方向に約１ｎｍから約１００ｎｍまで又は約１ｎｍから約１０ｎｍまで変形することができ、圧電トランスデューサ１３０の湾曲（例えば、下面１３２）に沿った任意の２点間の変形における変動は、約１ｎｍ以下とすることができる。
【００２５】
ダイヤフラム１４０は、インクマニホールド１５０に力を及ぼすことができる圧電トランスデューサ１３０の変形に応じて屈曲する又は曲がることができる。インクマニホールド１５０は、その内部に格納されたインク１７０を有することができる。ダイヤフラム１４０によって及ぼされる力は、プレート１６０における開口１６４を介して、画像を生成するようにインク１７０の一部をインクマニホールド１５０から対象物１９０の表面１９２上に流出させるように、インクマニホールド１５０内に圧力を生成することができる。圧力は、プレート１６０の湾曲に沿って各開口１６４において略一定とすることができる。例えば、２つの開口１６４内の圧力は、約１ｋＰａ未満だけ、約５０Ｐａ未満だけ又は約５Ｐａ未満だけ変化することができる。
【００２６】
本教示の広い範囲を記載する数値範囲及びパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の例に記載された数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、いずれの数値も、各試験測定値にみられる標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本質的に含む。さらに、本願明細書に開示された全ての範囲は、その中に包含される任意及び全ての部分範囲を包含するように理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、ゼロの最小値と１０の最大値との間の（及び含む）任意及び全ての部分範囲、すなわち、例えば１から５などのゼロ以上の最小値及び１０以下の最大値を有する任意及び全ての部分範囲を含むことができる。
【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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