(57)【要約】【課題】インクジェットヘッドにおいて、アクチュエータの幅を狭くしつつインク吐出性能の低下を防止することを目的とする。【解決手段】インク液が充填される圧力室１１と、圧力室１１に連通して当該圧力室１１の長手方向の一方端側に形成されたノズル孔１５と、圧力室１１の他方端側に形成されたインク流入口１４を介して圧力室１１内へインク液を供給する共通液室１３と、圧力室１１上に形成されたアクチュエータ１６と、インク流入口１４側から延びて先端がノズル孔１５の中心位置上よりもインク流入口１４側となるように圧力室１１に対応して当該圧力室１１上に形成され、電圧印加でアクチュエータ１６を変位させて圧力室１１内のインク液をノズル孔１５から吐出させる個別電極１７とを有する構成のインクジェットヘッドとする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク液が充填される圧力室と、
前記圧力室に連通して当該圧力室の長手方向の一方端側に形成されたノズル孔と、
前記圧力室の他方端側に形成されたインク流入口を介して前記圧力室内へ前記インク液を供給する共通液室と、
前記圧力室上に形成されたアクチュエータと、
前記インク流入口側から延びて先端が前記ノズル孔の中心位置上よりも前記インク流入口側となるように前記圧力室に対応して当該圧力室上に形成され、電圧印加で前記アクチュエータを変位させて前記圧力室内の前記インク液をノズル孔から吐出させる電極と、を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記電極は、その先端に向かって幅が徐々に狭くなっていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記電極の幅は、前記圧力室の幅に対して、前記インク流入口側で１．０〜０．９、先端側で０．６〜０．７の比率であることを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記電極には、その長さ方向の途中位置において前後よりも幅が狭くなった括れ部が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記電極は、前記括れ部より先端側の幅の方が前記インク流入口側の幅よりも細くなっていることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記電極の幅は、前記圧力室の幅に対して、前記インク流入口側で０．９〜０．７、先端側で０．６〜０．７の比率であることを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記電極には、その長さ方向の途中位置から先端にわたって幅が狭くなった段差部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記アクチュエータの幅は前記圧力室の幅に対して０．９〜０．７の比率であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドおよびそれを備えたインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置のインクジェットヘッドは、インク液を収容する圧力室の容積をアクチュエータの変位により変化させてノズル孔からインク滴を吐出し、これを記録媒体に着弾させることにより印刷を行っている。
【０００３】
そして、インクジェットヘッドの高密度化を達成するためには圧力室およびアクチュエータの幅を狭くすることが必須になるが、単に幅を狭くするだけではアクチュエータの変位量が小さくなり、ノズルから吐出されるインクの吐出速度や吐出量が所期の性能に達しなくなる。
【０００４】
ここで、従来は、圧電振動板が電極からオーバーハングするように形成され、また電極と圧力発生室の幅との比を０．６〜０．７に設定することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、圧電領域をリザーバタンク側まで延びて圧力発生室幅にほぼ一致する矩形状とし、電極をノズル開口側の境界よりもリザーバタンク側に位置するように形成し、さらに導電パターンを電極幅よりも狭く形成する技術が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２６７７３８号公報
【特許文献２】
特開平１０−１６６５７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した文献に記載の技術では、アクチュエータの変位量減少に対する考察はなされていない。
【０００７】
そして、圧力室幅が狭くなってアクチュエータの変位が十分にとれない場合には、吐出速度を稼ぐために細く長いヘッド構造にしなければならない。すると、圧力室自体が流体的な抵抗となるため無駄が多く、またその面積も大きくなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、アクチュエータの幅を狭くしつつインク吐出性能の低下を防止することのできるインクジェットヘッドおよびそれを備えたインクジェット式記録装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは、インク液が充填される圧力室と、圧力室に連通して当該圧力室の長手方向の一方端側に形成されたノズル孔と、圧力室の他方端側に形成されたインク流入口を介して圧力室内へインク液を供給する共通液室と、圧力室上に形成されたアクチュエータと、インク流入口側から延びて先端がノズル孔の中心位置上よりもインク流入口側となるように圧力室に対応して当該圧力室上に形成され、電圧印加でアクチュエータを変位させて圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる電極と、を有する構成としたものである。
【００１０】
このように、インク流入口側から延びた個別電極を、その先端がノズル孔の中心位置上よりもインク流入口側となる長さにしているので、ノズル孔位置より先の部分の変位の自由度が増してノズル孔位置におけるアクチュエータの変位量が大きくなり、吐出液滴に与えられるエネルギー効率が高くなるため、アクチュエータの幅を狭くしつつインク吐出性能の低下を防止することが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、インク液が充填される圧力室と、圧力室に連通して当該圧力室の長手方向の一方端側に形成されたノズル孔と、圧力室の他方端側に形成されたインク流入口を介して圧力室内へインク液を供給する共通液室と、圧力室上に形成されたアクチュエータと、インク流入口側から延びて先端がノズル孔の中心位置上よりもインク流入口側となるように圧力室に対応して当該圧力室上に形成され、電圧印加でアクチュエータを変位させて圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる電極と、を有するインクジェットヘッドであり、ノズル孔位置より先の部分の変位の自由度が増してノズル孔位置におけるアクチュエータの変位量が大きくなるので、アクチュエータの幅を狭くしつつインク吐出性能の低下を防止することが可能になるという作用を有する。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、電極は、その先端に向かって幅が徐々に狭くなっているインクジェットヘッドであり、電極幅を一定にした場合に比較して、ノズル孔位置におけるアクチュエータの変位量をより大きくすることができるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、電極の幅は、圧力室の幅に対して、インク流入口側で１．０〜０．９、先端側で０．６〜０．７の比率であるインクジェットヘッドであり、電極幅を一定にした場合に比較して、ノズル孔位置におけるアクチュエータの変位量をより大きくすることができるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、電極には、その長さ方向の途中位置において前後よりも幅が狭くなった括れ部が形成されているインクジェットヘッドであり、括れ部は大きな電圧を受けないことからは曲がりやすくなっているので、この部分を屈曲点として大きな変位を得ることができるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項４記載の発明において、電極は、括れ部より先端側の幅の方がインク流入口側の幅よりも細くなっているインクジェットヘッドであり、括れ部を屈曲点として大きな変位を得ることができるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項５記載の発明において、電極の幅は、圧力室の幅に対して、インク流入口側で０．９〜０．７、先端側で０．６〜０．７の比率であるインクジェットヘッドであり、括れ部を屈曲点として大きな変位を得ることができるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１記載の発明において、電極には、その長さ方向の途中位置から先端にわたって幅が狭くなった段差部が形成されているインクジェットヘッドであり、段差部の変位が大きくなることから、ノズル孔位置に置いて大きな変位を得ることができるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか一項に記載の発明において、アクチュエータの幅は圧力室の幅に対して０．９〜０．７の比率であるインクジェットヘッドであり、アクチュエータの素子形状が安定化して変位動作がばらつきにくくなるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置であり、圧力室幅が狭くなってもインクジェットヘッドのインク吐出性能の低下が防止されることから、印字画像の高品質化を図ることが可能になるという作用を有する。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１６を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。
【００２１】
図１は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図、図２は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す断面図、図３は図２の平面図、図４は図２のインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの変位状態を示す断面図、図５は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける圧力室と電極との関係を示す説明図、図６は図５のインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの位置とその位置での変位量との関係を示すグラフ、図７は図５のインクジェットヘッドにおけるインク吐出量とインク吐出速度との関係を示すグラフ、図８は本発明の他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図９は図８のインクジェットヘッドにおける圧力室と電極との関係を示す説明図、図１０は図９のインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの位置とその位置での変位量との関係を示すグラフ、図１１は本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドの示す平面図、図１２は図１１のインクジェットヘッドにおける圧力室と電極との関係を示す説明図、図１３は図１２のインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの位置とその位置での変位量との関係を示すグラフ、図１４は本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドの示す平面図、図１５は本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドの示す平面図、図１６は本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドの示す平面図である。
【００２２】
図１に示すインクジェット式記録装置４０は、アクチュエータである強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発明のインクジェットヘッド４１を備え、このインクジェットヘッド４１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体４２に着弾させて、記録媒体４２に記録を行うものである。インクジェットヘッド４１は、主走査方向Ｘに配置したキャリッジ軸４３に設けられたキャリッジ４４に搭載されていて、キャリッジ４４がキャリッジ軸４３に沿って往復動するのに応じて、主走査方向Ｘに往復動する。さらに、インクジェット式記録装置４０は、記録媒体４２をインクジェットヘッド４１の幅方向（すなわち、主走査方向Ｘ）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数個のローラ（移動手段）４５を備える。
【００２３】
次に、インクジェットヘッド４１の構造の一実施の形態について、図２および図３を用いて説明する。
【００２４】
これらの図面に示すように、インクジェットヘッド４１は、区画壁１０で区画されてインク液が充填される圧力室１１を備えており、圧力室１１上にはたとえば圧電体膜からなるアクチュエータ１６が形成されている。そして、圧力室１１に連通して、この圧力室１１の長手方向の一方端側には、インク滴が吐出するノズル孔１５が形成されている。
【００２５】
また、インク液供給方向に並ぶ圧力室１１内へインク液を供給する共通液室１３が、圧力室１１の他方端側に形成されたインク流入口１４を介して圧力室１１に連通して形成されている。
【００２６】
ここで、圧力室１１上には、前述したアクチュエータ１６と、このアクチュエータ１６に電圧を印加して変位（収縮・伸張）させる圧力室１１に対応した上方の個別電極（電極）１７及び下方の振動板兼共通電極１８とが形成されている。
【００２７】
そして、アクチュエータ１６は、振動板兼共通電極１８と圧力室１１に対応した個別電極１７とへの電圧印加による圧電効果により変位し、圧力室１１の容積を変化させて圧力室１１内のインク液をノズル孔１５から吐出させる。
【００２８】
なお、本実施の形態では共通電極と振動板とを一体とした構造（振動板が共通電極を兼ねている）となっているが、両者は別々に形成されていてもよい。その場合には、区画壁１０の上に振動板を形成し、その上に共通電極が形成される。
【００２９】
本実施の形態において、個別電極１７は例えばＰｔ（白金）で、アクチュエータ１６は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で、振動板兼共通電極１８は例えばＣｕ（銅）で、それぞれ形成されている。また、個別電極１７は例えば厚さ０．２μｍに、アクチュエータ１６は例えば厚さ３μｍに、振動板兼共通電極１８は例えば厚さ５．５μｍに、各々成膜されている。
【００３０】
また、個別電極１７、アクチュエータ１６、振動板兼共通電極１８などの形成方法は、公知の各種の膜形成法、例えばスクリーン印刷の如き厚膜法やディッピング等の塗布法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、ゾルゲル法、メッキ等の薄膜形成法等が適宜採用され得るが、それらに何等限定されるものではない。
【００３１】
なお、本実施の形態に示す振動板兼共通電極１８、アクチュエータ１６、個別電極１７のそれぞれの膜間には、例えばそれぞれの膜の接合を良くするなどの目的で、これら以外の層を介在させてもよい。
【００３２】
ここで、図示するように、個別電極１７は、インク流入口１４側から延び、その先端がノズル孔１５の中心位置（図３において＋印で示す位置）上よりもインク流入口１４側となる長さで形成されている。そして、以下の説明を含め、アクチュエータの幅は圧力室１１の幅に対してたとえば０．９〜０．７の比率となっている。但し、この数値は一例を示すものであり、本発明がこの数値に限定されるものではない。
【００３３】
このような構造によるインクジェットヘッドでは、図４に示すように、電極１７，１８への電圧印加により、ノズル孔１５の位置でピークとなるようにアクチュエータ１６が変位する。
【００３４】
ここで、図５に示すように、たとえば圧力室１１の長さが１１５０μｍ、圧力室１１のインク流入口１４側からノズル孔１５の中心位置までの長さが１０００μｍとした場合、ノズル孔１５の中心位置よりも５０μｍ短くなった本実施の形態に示す個別電極１７、ノズル孔１５の中心位置上に先端が位置する個別電極、およびノズル孔１５の中心位置よりも５０μｍ長い個別電極でアクチュエータを駆動した場合におけるアクチュエータの位置とその位置での変位量との関係を図６に示す。図６において、（Ａ）はノズル孔１５の中心位置よりも５０μｍ短い本実施の形態の個別電極１７で駆動した場合、（Ｂ）はノズル孔１５の中心位置上に先端が位置する個別電極で駆動した場合、（Ｃ）ノズル孔１５の中心位置よりも５０μｍ長い個別電極で駆動した場合である。図６に示すように、ノズル孔１５の位置においては、（Ａ）に示す場合が最も大きな変位量となっているのが分かる。
【００３５】
次に、図５のインクジェットヘッドにおけるインク吐出量とインク吐出速度との関係を図７に示す。図７において、（Ａ）はノズル孔１５の中心位置よりも５０μｍ短い本実施の形態の個別電極１７で駆動した場合、（Ｂ）はノズル孔１５の中心位置上に先端が位置する個別電極で駆動した場合である。図７に示すように、（Ａ）に示す本実施の形態の個別電極で駆動した場合では、インク吐出量およびインク吐出速度が良好なレベルになっているのが、つまりインク吐出性能が低下していないのが分かる。
【００３６】
このように、本実施の形態によれば、インク流入口１４側から延びた個別電極１７を、その先端がノズル孔１５の中心位置上よりもインク流入口１４側となる長さにしているので、ノズル孔１５位置より先の部分の変位の自由度が増してノズル孔１５位置におけるアクチュエータ１６の変位量が大きくなる。これにより、吐出液滴に与えられるエネルギー効率が高くなるため、アクチュエータ１６の幅を狭くしつつインク吐出性能の低下を防止することが可能になる。
【００３７】
なお、アクチュエータ１６の幅を一定にすれば、アクチュエータ１６の素子形状が安定化して変位動作がばらつきにくくなるので望ましい。また、アクチュエータ１６は圧力室１１の長さ以上の長さに形成してもよい。このようにすれば、アクチュエータ形成時における長手方向のアライメントずれに対する許容範囲が大きくなる。
【００３８】
次に、本発明の他の実施の形態であるインクジェットヘッドを図８に示す。図示する場合においては、個別電極１７は、先端がノズル孔１５の中心位置上よりもインク流入口側となっているのに加え、その先端に向かって幅が徐々に狭くなる形状となっている。そして、個別電極１７の幅は、圧力室１１の幅に対して、インク流入口１４側で１．０〜０．９、先端側で０．６〜０．７の比率となっている。但し、これら以外の比率となっていてもよい。
【００３９】
このようなインクジェットヘッドにおいて、図９に示すように、たとえば圧力室１１の長さが１１５０μｍ、圧力室１１のインク流入口１４側からノズル孔１５の中心位置までの長さが１０００μｍとした場合、ノズル孔１５の中心位置よりも１０μｍ短く先端に向かって幅が徐々に（１００μｍ幅から徐々に８０μｍ幅へ）狭くなった本実施の形態に示す個別電極１７、およびノズル孔１５の中心位置上に先端が位置するとともに幅が一定（１００μｍ）の個別電極でアクチュエータを駆動した場合におけるアクチュエータの位置とその位置での変位量との関係を図１０に示す。図１０において、（Ａ）は本実施の形態の個別電極１７で駆動した場合、（Ｂ）はノズル孔１５の中心位置上に先端が位置して幅が一定の個別電極で駆動した場合である。図１０に示すように、ノズル孔１５の位置においては、個別電極１７の幅が徐々に細くなった（Ａ）に示す場合がより大きな変位量となっているのが分かる。
【００４０】
このように、個別電極１７の幅を先端に向かって幅が徐々に狭くすれば、幅を一定にした場合に比較して、ノズル孔１５位置におけるアクチュエータ１６の変位量をより大きくすることができる。
【００４１】
次に、本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを図１１に示す。図示する個別電極１７は、その長さ方向の途中位置において前後よりも幅が狭くなった括れ部１７ａが形成されたものである。そして、括れ部１７ａより先端側の幅の方がインク流入口１４側の幅よりも細くなっており、たとえば、圧力室１１の幅に対して、インク流入口１４側で０．９〜０．７、先端側で０．６〜０．７の比率となっている。また、括れ部１７ａの幅は、圧力室１１の幅に大して１／２の比率となっている。但し、これら以外の比率となっていてもよい。
【００４２】
このようなインクジェットヘッドにおいて、図１２に示すように、たとえば圧力室１１の長さが１１５０μｍ、圧力室１１のインク流入口１４側からノズル孔１５の中心位置までの長さが１０００μｍとした場合、ノズル孔１５の中心位置よりも１０μｍ短い本実施の形態に示す個別電極１７、およびノズル孔１５の中心位置上に先端が位置するとともに幅が一定（１００μｍ）の個別電極でアクチュエータを駆動した場合におけるアクチュエータの位置とその位置での変位量との関係を図１２に示す。なお、本実施の形態に示す個別電極１７は、括れ部１７ａの幅が６５μｍ、インク流入口１４側の幅が１００μｍ、先端側の幅が８０μｍとなっている。
【００４３】
図１３において、（Ａ）は本実施の形態の個別電極１７で駆動した場合、（Ｂ）はノズル孔１５の中心位置上に先端が位置して幅が一定の個別電極で駆動した場合である。図１３に示すように、ノズル孔１５の位置においては、個別電極１７の幅が徐々に細くなった（Ａ）に示す場合がより大きな変位量となっているのが分かる。
【００４４】
このように、個別電極１７に設けられた括れ部１７ａは大きな電圧を受けないことからは曲がりやすくなっているので、この部分を屈曲点として大きな変位を得ることができる。
【００４５】
なお、括れ部１７ａは、図１４に示すように先端に向かって幅が徐々に狭くなった個別電極１７や、図１５に示すように幅が一定となった個別電極１７に形成することもできる。
【００４６】
また、図１６に示すように、個別電極１７は、その長さ方向の途中位置から先端にわたって幅が狭くなった段差部１７ｂを形成しても、段差部１７ｂの変位が大きくなることから、ノズル孔１５位置に置いて大きな変位を得ることができる。
【００４７】
そして、このようなインクジェットヘッド４１を備えたインクジェット式記録装置によれば、圧力室幅が狭くなってもインクジェットヘッド４１のインク吐出性能の低下が防止されることから、アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動が抑制されることから、インクジェットヘッド４１を高密度化しても所期の吐出性能が確保され、印字画像の高品質化を図ることが可能になる。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、インク流入口側から延びた個別電極を、その先端がノズル孔の中心位置上よりもインク流入口側となる長さにしているので、ノズル孔位置より先の部分の変位の自由度が増してノズル孔位置におけるアクチュエータの変位量が大きくなり、吐出液滴に与えられるエネルギー効率が高くなるため、アクチュエータの幅を狭くしつつインク吐出性能の低下を防止することが可能になるという有効な効果が得られる。
【００４９】
そして、このようなインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、圧力室幅が狭くなってもインクジェットヘッドのインク吐出性能の低下が防止されることから、インクジェットヘッドを高密度化しても所期の吐出性能が確保され、印字画像の高品質化を図ることが可能になるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図
【図２】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す断面図
【図３】図２の平面図
【図４】図２のインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの変位状態を示す断面図
【図５】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける圧力室と電極との関係を示す説明図
【図６】図５のインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの位置とその位置での変位量との関係を示すグラフ
【図７】図５のインクジェットヘッドにおけるインク吐出量とインク吐出速度との関係を示すグラフ
【図８】本発明の他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図９】図８のインクジェットヘッドにおける圧力室と電極との関係を示す説明図
【図１０】図９のインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの位置とその位置での変位量との関係を示すグラフ
【図１１】本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドの示す平面図
【図１２】図１１のインクジェットヘッドにおける圧力室と電極との関係を示す説明図
【図１３】図１２のインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの位置とその位置での変位量との関係を示すグラフ
【図１４】本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドの示す平面図
【図１５】本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドの示す平面図
【図１６】本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドの示す平面図
【符号の説明】
１１  圧力室
１３  共通液室
１４  インク流入口
１５  ノズル孔
１６  アクチュエータ
１７  個別電極（電極）
１７ａ  括れ部
１７ｂ  段差部
４１  インクジェットヘッド
４０  インクジェット式記録装置
【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】
2004188900.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004188900.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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