(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザーを精密にコントロールし、圧電／電歪層が振動板を被覆している部分のみをトリミングし、かつ振動板の損傷を伴わずに、レーザーによるトリミングを行う。【解決手段】キャビティー構造を有する肉厚基板２１と、キャビティー２０を覆蓋する振動板２２とを一体的に形成して成るインクタンク、及び上部電極層２５と下部電極層２３の間に圧電／電歪層２４を配して成る圧電／電歪作動部２６を有し、圧電／電歪作動部２６を、インクタンク上に、下部電極層２３と振動板２２とが接触する状態で配置して成るアクチュエータで、圧電／電歪層２４が振動板２２を被覆している部分のみ、上部電極層２５をトリミングすること、また上部電極層２５の少なくともトリミングを施す部分の近傍において、圧電／電歪層２４が振動板２２を被覆し、上部電極層２５をトリミングすることにより、有効電極面積を制御し、インク噴射量を適宜な値に調節する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティー構造を有する肉厚基板と、キャビティーを覆蓋する振動板とを一体的に形成して成るインクタンク、及び
上部電極層と下部電極層の間に圧電／電歪層を配して成る圧電／電歪作動部を有し、
当該圧電／電歪作動部を、当該インクタンク上に、当該下部電極層と当該振動板とが接触する状態で配置して成るインクジェットプリンタ用アクチュエータであって、
当該圧電／電歪層が当該振動板を被覆している部分のみ、当該上部電極層をトリミングすることにより、有効電極面積を制御し、インク噴射量を適宜な値に調節したことを特徴とするインクジェットプリンタ用アクチュエータ。
【請求項２】
キャビティー構造を有する肉厚基板と、キャビティーを覆蓋する振動板とを一体的に形成して成るインクタンク、及び
上部電極層と下部電極層の間に圧電／電歪層を配して成る圧電／電歪作動部を有し、
当該圧電／電歪作動部を、当該インクタンク上に、当該下部電極層と当該振動板とが接触する状態で配置して成るインクジェットプリンタ用アクチュエータであって、
当該上部電極層の少なくともトリミングを施す部分の近傍において、当該圧電／電歪層が当該振動板を被覆し、当該上部電極層をトリミングすることにより、有効電極面積を制御し、インク噴射量を適宜な値に調節したことを特徴とするインクジェットプリンタ用アクチュエータ。
【請求項３】
当該圧電／電歪層が当該上部電極層より大きな平面積を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットプリンタ用アクチュエータ。
【請求項４】
当該上部電極層が長方形状を有し、当該上部電極層をトリミングにより、対向する長辺上の適宜な点を結ぶ線分で切断するか、又は当該線分により隔てられた部分の一方を除去することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用アクチュエータ。
【請求項５】
当該上部電極層が長方形状を有し、トリミングにより切断又は除去された１又は２以上の適宜な面積を有する切欠き部を、当該上部電極層の長辺に沿って設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用アクチュエータ。
【請求項６】
当該上部電極層が長方形状を有し、当該上部電極層のいずれか一方の短辺に沿って、トリミングにより切断又は除去された１又は２以上の適宜な面積を有する切欠き部を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用アクチュエータ。
【請求項７】
当該切欠き部が矩形状を有する請求項５又は６に記載のインクジェットプリンタ用アクチュエータ。
【請求項８】
当該上部電極層が長方形状を有し、当該上部電極層の面内にトリミングにより切断又は除去された１又は２以上の適宜な面積を有するくり貫き部を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用アクチュエータ。
【請求項９】
当該線分の延長線上において、当該圧電／電歪層が当該振動板を被覆する請求項４に記載のインクジェットプリンタ用アクチュエータ。
【請求項１０】
当該切欠き部の周辺と当該長辺の交点近傍において、当該圧電／電歪層が当該振動板を被覆する請求項５又は６に記載のインクジェットプリンタ用アクチュエータ。
【請求項１１】
当該キャビティーの開口部、当該振動板、及び当該上部電極層が重なる部分の面積のうち、適宜なインク噴射量を実現するためにトリミングにて除去すべき面積を予め算出し、当該除去すべき面積に、当該上部電極層が当該振動板より当該肉厚基板の縁方向にはみ出ている部分の面積を加えた値を実際の除去面積とした請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンタに用いられるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタ用アクチュエータとは、インクジェットプリンタに使用されるプリントヘッドのインクポンプであり、図３に示すような構成を有するものが一般的に用いられている。図３において、インクジェットプリンタ用アクチュエータ１は、インクタンク２８と圧電／電歪作動部２６とから成る。インクタンク２８は、キャビティー２０を有する肉厚基板２１と、そのキャビティー２０を覆蓋する振動板２２とを一体的に形成して成る。圧電／電歪作動部２６は、圧電／電歪層２４及び、その上面に形成された上部電極層２５とその下面に形成された下部電極層２３とから成り、下部電極層２３がインクタンク２８の振動板２２と接触するように、インクタンク２８上に配置されている。
【０００３】
上部電極層２５と下部電極層２３との間に電界が生じると、圧電／電歪機能部材から成る圧電／電歪層２４が変形し、キャビティー２０の容積が減少することにより、インクタンク２８内に充填されたインクがキャビティー２０に連通するノズル孔（図示せず。）から噴射され、印字が行われる。そして、このような構成のアクチュエータ１を所定数、適宜に配置することによりインクジェットプリンタが形成されている。
【０００４】
このようなインクジェットプリンタ用アクチュエータにおいては、インク噴射量にばらつきがあると、印字の際のドットの大きさにもばらつきが生じ、品質のよい画像を得ることができない。従って、各ノズル孔からのインク噴射量を均一化することが必要となり、例えば、特許文献１には、ヘッド励振用ピエゾ素子の電極面をトリミングしてピエゾ素子のインピーダンスを変化させることにより、インク噴射量を均一化したインクジェットプリンタ用マルチノズルヘッドが開示されている。
【特許文献１】特開昭６１−１１８２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のインクジェットプリンタ用アクチュエータでは、キャビティー２０を覆蓋する振動板２２は肉薄で、損傷し易いため、トリミング用として通常用いられるレーザーが振動板２２に直接照射されると損傷してその耐久性が低下する。従って、レーザーを振動板２２に直接照射しないことが必要である。また、アクチュエータのキャビティー２０、インクタンク２８、圧電／電歪作動部２６はそれぞれ極めて微細なものであり、振動板２２上の全面を圧電／電歪層２４が精度良く被覆するように配置・形成することは実際上困難である。
【０００６】
従って、本発明は、上記の不都合を解消したものであって、レーザーを精密にコントロールし、圧電／電歪層が振動板を被覆している部分のみをトリミングするインクジェットプリンタ用アクチュエータを提供することを目的とする。さらに、振動板の損傷を伴わずに、レーザーによるトリミングを行うことができるインクジェットプリンタ用アクチュエータ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】
【０００７】
即ち、本発明によれば、キャビティー構造を有する肉厚基板と、キャビティーを覆蓋する振動板とを一体的に形成して成るインクタンク、及び上部電極層と下部電極層の間に圧電／電歪層を配して成る圧電／電歪作動部を有し、圧電／電歪作動部を、インクタンク上に、下部電極層と振動板とが接触する状態で配置して成るインクジェットプリンタ用アクチュエータであって、圧電／電歪層が当該振動板を被覆している部分のみ、上部電極層をトリミングすることにより、有効電極面積を制御し、インク噴射量を適宜な値に調節したインクジェットプリンタ用アクチュエータが提供される。
【０００８】
又、本発明によれば、キャビティー構造を有する肉厚基板と、キャビティーを覆蓋する振動板とを一体的に形成して成るインクタンク、及び上部電極層と下部電極層の間に圧電／電歪層を配して成る圧電／電歪作動部を有し、圧電／電歪作動部を、インクタンク上に、下部電極層と振動板とが接触する状態で配置して成るインクジェットプリンタ用アクチュエータであって、上部電極層の少なくともトリミングを施す部分の近傍において、圧電／電歪層を振動板と同等以上に大きく被覆し、上部電極層をトリミングすることにより、有効電極面積を制御し、インク噴射量を適宜な値に調節したインクジェットプリンタ用アクチュエータが提供される。
【０００９】
なお、本発明においては、圧電／電歪層が上部電極層より大きな平面積を有することが好ましく、また、本発明のインクジェットプリンタ用アクチュエータにおいては、キャビティーの開口部、振動板、及び上部電極層が重なる部分の面積のうち、適宜なインク噴射量を実現するためにトリミングにて除去すべき面積を予め算出し、上記の除去すべき面積に、上部電極層が振動板より肉厚基板の縁方向にはみ出ている部分の面積を加えた値をトリミングにて除去することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアクチュエータにおいては、上部電極層の一部がトリミングにより切断又は除去されているため、有効電極面積が適宜な値に制御されており、所望のインク噴射量を得ることができる。
【００１１】
又、上部電極層の周辺のうち、トリミングが施される部分の近傍において、圧電／電歪層が振動板を被覆するため、レーザービームによる振動板の破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るインクジェットプリンタ用アクチュエータ（以下、アクチュエータと記載する。）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明のアクチュエータの一例を説明した構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図１（ａ）、（ｂ）において、肉厚基板２１はキャビティー２０を有しており、このキャビティー２０を覆蓋するように振動板２２が肉厚基板２１と一体に形成されている。振動板２２の上面には、下部電極層２３、圧電／電歪層２４及び上部電極層２５が順次積層されて圧電／電歪作動部２６が形成されている。
【００１４】
上部電極層２５は、トリミングにより、対向する長辺上の適宜な点を結ぶ線分３０で切断されており、その結果、有効電極面積が減少し、有効電極面積を制御することができる。この場合、線分３０により隔てられた部分をトリミングにより除去してもよい。
【００１５】
このような構成とすることにより、図２に示すように、上部電極層２５と下部電極層２３との間に電源２７により電圧をかけると、圧電／電歪層２４がキャビティー２０の方向に変形するが、その変形量（キャビティー２０内の排除体積）を調節することができ、各ノズル孔からのインク噴射特性を一定にすることができる。
【００１６】
又、図１のアクチュエータ１において、上部電極層２５は長方形状を有するため、有効電極面積を適宜な値に制御する際に、トリミングにより除去すべき面積を算出することが容易である。即ち、上部電極層２５が長方形状であれば、例えば、トリミングにより線分３０で切断することにより、除去すべき面積は極めて容易に算出できるが、他の形状、例えば、上部電極層２５が円形の場合には、トリミングにより線分で切断すると、除去すべき面積の算出が多少煩雑になる。なお、長方形状とは、長方形のみならず、その頂角に丸みをつけた形状をも含む。
【００１７】
アクチュエータ１は、前記したように、極めて微細なものであるため、振動板２２上の全面を圧電／電歪層２４が精度良く被覆するように配置・形成することが困難であり、図４に示すように、圧電／電歪層２４が振動板２２全面を被覆しておらず、振動板２２（キャビティー２０）の片側のみ圧電／電歪層２４が被覆した場合が生じる。この場合、片側だけでも被覆しているので、圧電／電歪層２４が振動板２２を被覆している部分のみをレーザーによって精密にコントロールしてトリミングすることにより、振動板２２にレーザーが直接照射されることが殆どなくなるとともに、圧電／電歪層２４で被覆されている部分のみ圧電／電歪層２４を越えてレーザートリミングＢを行なっても振動板２２を損傷させることがない。
【００１８】
また、図１のアクチュエータ１においては、少なくとも上記線分３０の延長線上において圧電／電歪層２４が振動板２２を被覆することが好ましい（図５を参照）が、圧電／電歪層２４が振動板２２の全面を被覆するように形成することがより好ましい。このように、圧電／電歪層２４を、少なくとも上記線分３０の延長線上において圧電／電歪層２４が振動板２２を被覆するように形成することにより、上部電極層２５をレーザー等によってトリミングする際、図１（ａ）および図５に示すように、トリミングＡが上部電極層２５の部分だけでなく、それを越えて行っても、レーザービームを圧電／電歪層２４が遮断して肉薄の振動板２２に当たらないので、振動板２２を損傷させることがない。
【００１９】
また、図１０に示すように、隣接するアクチュエータ１の圧電／電歪層２４として、レーザートリミングする側Ｅ、Ｆの圧電／電歪層２４を図上縦方向に（即ち、幅広に）交互に大きく形成することにより、振動板２２の損傷を防止するとともに、インクジェットプリンタ用のアクチュエータ１の密度を低下させず、多数個のアクチュエータ１を配置することができる。
【００２０】
トリミングにより除去すべき面積は、キャビティー２０の開口部、振動板２２、及び上部電極層２５が重なる部分の面積のうち、適宜なインク噴射量を実現するためにトリミングにて除去すべき面積を予め算出して行う。しかし、本発明のアクチュエータ１においては、上部電極層２５が振動板２２より肉厚基板２１の縁２９方向にはみ出ているため、この部分をトリミングにて除去しても、インク噴射量には影響を与えない。従って、この部分の面積を考慮した上で、実際の除去面積を決定する必要がある。即ち、上部電極層２５を、対向する長辺上の適宜な点を結ぶ線分で分割する場合には、上記算出値に、上部電極層２５が振動板２２よりはみ出ている部分３１の面積を加えた値を実際の除去面積とすることが好ましい。
【００２１】
図６は本発明のアクチュエータの他の例を示した平面図である。図６においては、上部電極層２５の一方の短辺に沿って、トリミングにより切断されて成る切欠き部３２が設けられている。切欠き部３２を設けることにより、その部分の面積が有効電極面積から除外され、インク噴射量を適宜な値に調節することができる。切欠き部の数は１であることが好ましく、矩形状であることが好ましい。この場合も、上部電極層２５が振動板２２より肉厚基板２１の縁方向にはみ出ている部分にトリミングが行われるため、この部分の面積を考慮した上で、実際の除去面積を決定する必要があるが、図１に示したアクチュエータに比べ、除去する面積中のインク噴射量に影響を与えない部分の割合が小さくなるという利点がある。なお、図６に示すアクチュエータにおいては、トリミングを上部電極層２５を越えて行っても、レーザービームが振動板２２に当たることはないため、圧電／電歪層２４が振動板２２を被覆するように形成する必要はない。
【００２２】
図７は本発明のアクチュエータのさらに他の例を示した平面図である。図７においては、上部電極層２５の一方の長辺に沿って、トリミングにより切断されて成る切欠き部３２が設けられている。切欠き部の数は１又は２以上であってもよく、矩形状であることが好ましい。切欠き部は双方の長辺に設けてもよい。図７に示すアクチュエータにおいては、上部電極層２５が振動板２２より肉厚基板２１の縁方向にはみ出ている部分にはトリミングが行われないため、キャビティー２０の開口部、振動板２２、及び上部電極層２５が重なる部分の面積と、インク噴射量との関係より求めた算出値を実際の除去面積とすることができる。一方、図１に示したアクチュエータと同様に、トリミングが上部電極層２５を越えて行われた場合、振動板２２（キャビティー２０）に対する圧電／電歪層２４の被覆状態によっては、振動板２２が破損するおそれがあるため、図８に示すように、少なくとも、上記切欠き部３２の周辺と上記長辺の交点３３近傍において、圧電／電歪層２４が振動板２２を被覆することが好ましい。
【００２３】
図９は本発明のアクチュエータのさらに他の例を示した平面図である。図９においては、上部電極層２５の面内にトリミングにより適宜な面積を有するくり貫き部３４が設けられている。上記くり貫き部３４は、切断しても除去してもよく、又、その数は１又は２以上であってもよい。又、くり貫き部３４の形状は特に限定されるものではないが、除去する面積を計算する場合の便宜より、円形又は矩形状とすることが好ましい。
【００２４】
図９に示すアクチュエータにおいては、上部電極層２５が振動板２２より肉厚基板２１の縁方向にはみ出ている部分にはトリミングが行われないため、キャビティー２０の開口部、振動板２２、及び上部電極層２５が重なる部分の面積と、インク噴射量との関係より求めた算出値を実際の除去面積とすることができる。又、トリミングの際にレーザービームが振動板２２に当たることはないため、圧電／電歪層２４が振動板２２を被覆するように形成する必要はない。
【００２５】
本発明のアクチュエータにおいて、肉厚基板２１と振動板２２とは、通常、セラミックスの一体焼成品として形成されるものである。具体的には、先ず、セラミックス原料とバインダー並びに溶媒等から調製されるセラミックススラリーから、ドクターブレード法等の公知の手法によりグリーンシートを成形する。次いで、必要に応じて、グリーンシートに切断、切削、打ち抜き等の加工を施してキャビティーを形成し、各グリーンシートを積層、焼成することによって、一体的なセラミックス焼成品を得ることができる。
【００２６】
肉厚基板２１と振動板２２を構成する材料としては、特に限定されるものではないが、絶縁性の点よりセラミックス材料が好ましく、又、成形性の観点から、アルミナ、ジルコニアが特に好適に使用される。なお、振動板２２の厚さは、好ましくは５０μｍ以下であり、さらに好ましくは２０μｍ以下である。
【００２７】
また、圧電／電歪作動部２６は、振動板２２の上面に、下部電極層２３、圧電／電歪層２４及び上部電極層２５が順次積層されて成り、通常、膜形成法によって形成される。
即ち、振動板２２の外面上に、下部電極層２３、圧電／電歪層２４及び上部電極層２５が、公知の各種の膜形成法、例えば、スクリーン印刷、スプレー等の厚膜形成方法、イオンビーム、スパッタリング、ＣＶＤ等の薄膜形成法によって形成される。
【００２８】
このように形成された各膜（下部電極層２３、圧電／電歪層２４、上部電極層２５）は、次いで熱処理（焼成）に付されるが、かかる熱処理は、それぞれの膜の形成の都度行ってもよく、あるいは全部の膜を形成した後、同時に行ってもよい。
【００２９】
圧電／電歪作動部２６を構成する下部電極層２３及び上部電極層２５の材料としては、熱処理（焼成）温度程度の高温雰囲気に耐え得る導体であれば、特に限定はなく、例えば、金属単体でも合金であってもよい。又、導電性セラミックスであってもよい。具体的には、白金、金、パラジウム等の高融点貴金属類等を好適なものとして挙げることができる。
【００３０】
又、圧電／電歪作動部２６を構成する圧電／電歪層２４の材料としては、圧電あるいは電歪効果等の電界誘起歪を示す材料であれば、いずれの材料であってもよい。具体的には、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ系）を主成分とする材料、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）を主成分とする材料、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）を主成分とする材料等が好ましく用いられる。
【００３１】
圧電／電歪作動部２６の厚さは、一般に１００μｍ以下で、下部電極層２３、上部電極層２５の厚さは一般に２０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下であり、さらに圧電／電歪層２４の厚さは、低作動電圧で大きな変位を得るために、好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは３μｍ以上４０μｍ以下である。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々の変更、修正、改良等を加えうるものであることが理解されるべきである。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細に説明する。
【００３４】
（実施例１）
圧電／電歪層が振動板の全面を被覆するように形成した上で、上部電極層に、上部電極層を越えてレーザーによるトリミングを行い、振動板と上部電極層とが重ならない部分における振動板のクラックの発生状態を調べた。なお、振動板はジルコニアにて形成し、５μｍの厚さとした。圧電／電歪層はＰＺＴにて形成し、２０μｍの厚さとした。又、上部電極層は、Ａｕにて形成し１μｍの厚さとした。
【００３５】
レーザー照射装置としては、ＹＡＧ（ＥＳＩ社製）を使用し、波長  ２６６ｎｍ、レーザースピード  ３０ｍｍ／秒、Ｑレイト  ５ｋＨｚ、レーザーパワー  ５ｍＷ／２ｋＨｚで照射を行った。結果を表１に示す。なお、クラックが発生しなかった場合を○、クラックが発生した場合を×で表示した。又、トリミング状態については、○は良好であったことを示す。
【００３６】
（実施例２）
レーザーパワーを２００ｍＷ／２ｋＨｚとした以外は、実施例１と同様の条件でレーザーによるトリミングを行い、振動板のクラックの発生状態を調べた。結果を表１に示す。
【００３７】
（比較例１）
圧電／電歪層が振動板の一部のみを被覆するように形成した上で、上部電極層に、上部電極層及び圧電／電歪層を越えてレーザーによるトリミングを行い、振動板と上部電極層又は圧電／電歪層とが重ならない部分における振動板のクラックの発生状態を調べた。振動板の厚さを５〜５０μｍの範囲内で変化させた以外は、実施例１と同様の条件でレーザーによるトリミングを行った。結果を表１に示す。
【００３８】
（比較例２〜８）
レーザーパワーを１０〜２００ｍＷ／２ｋＨｚの範囲内において変化させた以外は、比較例１と同様の条件でレーザーによるトリミングを行い、振動板のクラックの発生状態を調べた。結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１より、圧電／電歪層で振動板を被覆している場合には、上部電極層を越えてトリミングを行っても、振動板にはクラックが発生しなかった。一方、圧電／電歪層が振動板の一部のみを被覆するように形成した上で、上部電極層に、上部電極層及び圧電／電歪層を越えてレーザーによるトリミングを行い、レーザーが直接振動板に当った場合には、すべての場合において振動板の表面にクラックが発生した他、振動板の厚さ及びレーザーパワーによっては、振動板を貫通するクラックの発生も見られた。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のインクジェットプリンタ用アクチュエータは、インクジェットプリンタに使用されるプリントヘッドのインクポンプとして好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るアクチュエータの一例を説明した構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明に係るアクチュエータが変形した状況を示す説明図である。
【図３】従来のアクチュエータの例を示す断面図である。
【図４】本発明のアクチュエータの他の例を示す平面図である。
【図５】本発明のアクチュエータのさらに他の例を示す平面図である。
【図６】本発明のアクチュエータのさらに他の例を示す平面図である。
【図７】本発明のアクチュエータのさらに他の例を示す平面図である。
【図８】本発明のアクチュエータのさらに他の例を示す平面図である。
【図９】本発明のアクチュエータのさらに他の例を示す平面図である。
【図１０】本発明のアクチュエータのさらに他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…インクジェットプリンタ用アクチュエータ、２０…キャビティー、２１…肉厚基板、２２…振動板、２３…下部電極層、２４…圧電／電歪層、２５…上部電極層、２６…圧電／電歪作動部、２７…電源、２８…インクタンク、２９…肉厚基板の縁、３０…線分、３１…上部電極層が振動板より肉厚基板の縁方向にはみ出ている部分、３２…切欠き部、３３…切欠き部の周辺と長辺の交点、３４…くり貫き部。
【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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