(57)【要約】【課題】低い駆動電圧でインクの応答が早く、効率良くインクメニスカスを微振動させることにより、ノズル開口におけるインクの増粘防止効果が高く、インク滴を安定的に飛翔させることができると共に、インクメニスカスを微振動させるための回路構成も簡単で済むインクジェット記録装置の提供。【解決手段】圧電材料により形成された側壁によって隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁に形成された電極に駆動パルスを印加することにより該側壁をせん断変形させ、せん断変形時の圧力によりインクチャネル内のインクをノズルよりインク滴として飛翔させる記録ヘッドと、該記録ヘッドを印刷媒体に対して相対的に移動させる移動手段とを備えたインクジェット記録装置において、記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域外にあるときに、インクチャネルの電極に、ノズルからインク滴を飛翔させずに全インクチャネル内のインクメニスカスを微振動させるための矩形波からなる振動パルスを印加するように構成する。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料により形成された側壁によって隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁に形成された電極に駆動パルスを印加することにより該側壁をせん断変形させ、せん断変形時の圧力によりインクチャネル内のインクをノズルよりインク滴として飛翔させる記録ヘッドと、該記録ヘッドを印刷媒体に対して相対的に移動させる移動手段とを備えたインクジェット記録装置において、
前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域外にあるときに、前記インクチャネルの電極に、ノズルからインク滴を飛翔させずに全インクチャネル内のインクメニスカスを微振動させるための矩形波からなる振動パルスを印加するように構成したこと特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記振動パルスは、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、４ＡＬ幅の矩形波からなる振動パルスを偶数チャネルと奇数チャネルに、タイミングを４ＡＬずらして印加し、これらの振動パルスを１２ＡＬ間隔で繰り返すことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記印刷領域外は、記録ヘッドがホームポジションにある時、印刷領域内へ向けて加速している時又は印刷領域内から印刷領域外へ脱出する際に減速している時の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
圧電材料により形成された側壁によって隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁に形成された電極に駆動パルスを印加することにより該側壁をせん断変形させ、せん断変形時の圧力によりインクチャネル内のインクをノズルよりインク滴として飛翔させる記録ヘッドと、該記録ヘッドを印刷媒体に対して相対的に移動させる移動手段とを備えたインクジェット記録装置において、
前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域内にあるときに、画像記録に寄与しないインクチャネルの電極に、ノズルからインク滴を飛翔させずに該インクチャネル内のインクメニスカスを微振動させるための矩形波からなる振動パルスを印加するように構成したことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記振動パルスは、隣接する３つのインクチャネルがすべて画像記録に寄与しない時、そのうちの中央のインクチャネルの電極にのみ印加することを特徴とする請求項４記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】
前記振動パルスは、インク滴を飛翔させる際の吐出パルスの１／２の強度であることを特徴とする請求項４又は５記載のインクジェット記録装置。
【請求項７】
前記振動パルスの印加は、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、画像記録を行うためにインク滴の吐出を開始する１ＡＬ時間以上前に停止することを特徴とする請求項４、５又は６記載のインクジェット記録装置。
【請求項８】
圧電材料により形成された側壁によって隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁に形成された電極に駆動パルスを印加することにより該側壁をせん断変形させ、せん断変形時の圧力によりインクチャネル内のインクをノズルよりインク滴として飛翔させる記録ヘッドと、該記録ヘッドを印刷媒体に対して相対的に移動させる移動手段とを備えたインクジェット記録装置において、
前記記録ヘッドの複数のインクチャネルのうち、互いに２本のインクチャネルを挟んで離れているインクチャネルをまとめて一つの組として全インクチャネルを３つの組に分割し、前記すべてのインクチャネルの電極に、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、同一タイミングで２ＡＬ幅の矩形波からなるパルス信号を印加すると共に、
前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域内にあるときに、画像記録に寄与しないインクチャネルの電極に、前記２ＡＬ幅のパルス信号を印加しないことにより、ノズルからインク滴を飛翔させずに該インクチャネル内のインクメニスカス及びその両隣のインクチャネル内のインクメニスカスを微振動させるように構成したことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項９】
前記インクチャネルのうち、隣接する３つのインクチャネルがすべて画像記録に寄与しない場合、そのうちの中央のインクチャネルの電極にのみ、前記２ＡＬ幅のパルス信号を印加しないことを特徴とする請求項８記載のインクジェット記録装置。
【請求項１０】
前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、画像記録を行うためにインク滴の吐出を開始する１ＡＬ時間以上前に、前記パルス信号の印加を再開することを特徴とする請求項８又は９記載のインクジェット記録装置。
【請求項１１】
圧電材料により形成された側壁によって隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁に形成された電極に駆動パルスを印加することにより該側壁をせん断変形させ、せん断変形時の圧力によりインクチャネル内のインクをノズルよりインク滴として飛翔させる記録ヘッドと、該記録ヘッドを印刷媒体に対して相対的に移動させる移動手段とを備えたインクジェット記録装置において、
前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域外にあるときに、インクチャネルの電極に、ノズルからインク滴を飛翔させずに全インクチャネル内のインクメニスカスを微振動させるための矩形波からなる振動パルスを印加すると共に、
前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域内にあるときに、画像記録に寄与しないインクチャネルの電極に、ノズルからインク滴を飛翔させずに該インクチャネル内のインクメニスカスを微振動させるための矩形波からなる振動パルスを印加するように構成したことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１２】
前記印刷領域外における振動パルスは、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、４ＡＬ幅の矩形波からなる振動パルスを偶数チャネルと奇数チャネルに、タイミングを４ＡＬずらして印加し、これらの振動パルスを１２ＡＬ間隔で繰り返すことを特徴とする請求項１１記載のインクジェット記録装置。
【請求項１３】
前記印刷領域外は、記録ヘッドがホームポジションにある時、印刷領域内へ向けて加速している時又は印刷領域内から印刷領域外へ脱出する際に減速している時の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１１又は１２記載のインクジェット記録装置。
【請求項１４】
前記印刷領域内における振動パルスは、隣接する３つのインクチャネルがすべて画像記録に寄与しない場合、そのうちの中央のインクチャネルの電極にのみ印加することを特徴とする請求項１１、１２又は１３記載のインクジェット記録装置。
【請求項１５】
前記印刷領域内における振動パルスは、インク滴を飛翔させる際の吐出パルスの１／２の強度であることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項１６】
前記振動パルスの印加は、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、画像記録を行うためにインク滴の吐出を開始する１ＡＬ時間以上前に停止することを特徴とする請求項１１〜１５のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項１７】
圧電材料により形成された側壁によって隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁に形成された電極に駆動パルスを印加することにより該側壁をせん断変形させ、せん断変形時の圧力によりインクチャネル内のインクをノズルよりインク滴として飛翔させる記録ヘッドと、該記録ヘッドを印刷媒体に対して相対的に移動させる移動手段とを備えたインクジェット記録装置において、
前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域外にあるときに、インクチャネルの電極に、ノズルからインク滴を飛翔させずに全インクチャネル内のインクメニスカスを微振動させるための矩形波からなる振動パルスを印加し、
前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域内にあるときに、前記記録ヘッドの複数のインクチャネルのうち、互いに２本のインクチャネルを挟んで離れているインクチャネルをまとめて一つの組として全インクチャネルを３つの組に分割し、前記すべてのインクチャネルの電極に、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、同一タイミングで２ＡＬ幅の矩形波からなるパルス信号を印加すると共に、画像記録に寄与しないインクチャネルの電極には、前記２ＡＬ幅のパルス信号を印加しないことにより、ノズルからインク滴を飛翔させずに該インクチャネル及びその両隣のインクメニスカスを微振動させるように構成したことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１８】
前記印刷領域外における振動パルスは、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、４ＡＬ幅の矩形波からなる振動パルスを偶数チャネルと奇数チャネルに、タイミングを４ＡＬずらして印加し、これらの振動パルスを１２ＡＬ間隔で繰り返すことを特徴とする請求項１７記載のインクジェット記録装置。
【請求項１９】
前記印刷領域外は、記録ヘッドがホームポジションにある時、印刷領域内へ向けて加速している時又は印刷領域内から印刷領域外へ脱出する際に減速している時の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１７又は１８記載のインクジェット記録装置。
【請求項２０】
前記印刷領域内では、前記インクチャネルのうち、隣接する３つのインクチャネルがすべて画像記録に寄与しない時、そのうちの中央のインクチャネルの電極にのみ、前記２ＡＬ幅のパルス信号を印加しないことを特徴とする請求項１７、１８又は１９記載のインクジェット記録装置。
【請求項２１】
前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、画像記録を行うためにインク滴の吐出を開始する１ＡＬ時間以上前に、前記パルス信号の印加を再開することを特徴とする請求項１７〜２０のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドの駆動方法に関し、詳しくは、矩形波を用いてインクメニスカスを微振動させることにより、ノズル開口付近の増粘したインクを効率良く攪拌して、インク吐出の信頼性を高め、高品位な画像を高速で信頼性高く記録することが可能なインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録においては、画像を形成するインクのドット径が小さい程、画像の解像度が向上する。ドット径はノズル径の大きさで決まるので、最近ではインクジェットヘッドのノズル径が微細化している。しかし、ノズル径を余り微細化するとノズル詰まりが起こり易くなるため、ノズル径は余り小さくせずに吐出時のインクメニスカスの位置と吐出圧力を微細に制御して、吐出するノズルの径よりも小さなインク滴を吐出することが行われる。
【０００３】
また、インクも進歩し、顔料インクを使用することで、染料に比べ、耐水性や耐光性が著しく向上した。更に、インクにラテックス等のポリマーを添加することで、インクを吸収できない媒体、例えば、ＰＥＴベース上に、滲みや混色の無い高画質な画像が形成できるようになり、また、顔料分散にポリマー分散剤を使用することで、超微粒子インクを安定に分散でき、染料のように鮮やかな色彩を持つ顔料インクが出現した。これらの技術を組み合わせて、写真を越える画像がインクジェット記録装置で得られるようになった。
【０００４】
しかし、インク滴を小径化したりインクに顔料やポリマーを加えたりすると、インク非吐出時にノズル開口付近のインクが増粘し易くなり、極めて短い時間インクの吐出を中断しただけで、吐出再開時に吐出できなくなったり、吐出インク滴の重量、飛翔速度や飛翔方向が変化したりして、画質が著しく低下する現象が発生する。ノズル開口は２０〜４０μｍ程度と極めて小さく、インクが流動拡散しにくいため、ごく少量の水分や溶剤がノズル開口から蒸発しただけで、ノズル開口付近では局所的にインクの粘度が上昇する。この吐出の中断は、ヘッドが印刷待機位置にある時、キャリッジの加減速時、そして、画像パターンに依っては印刷中にも起こる。
【０００５】
特に、ラテックスやポリマーを含むインクは、吐出をごく短時間、例えば秒のオーダー停止しただけで、ノズル開口から極微量の水分や溶剤が蒸発して被膜を形成するため粘度が急上昇する。また、顔料を含むインクは、中断中にノズル開口から水分や溶剤が蒸発すると、局所的に凝集が起こり、粘度が上昇する恐れもある。吐出インク滴を微小化すると、ノズル開口で局所的に増粘したインクが吐出により持ち去られる速度が遅くなり、粘度の低いバルクのインクと置換されにくくなるので、吐出不良が簡単には解消しない。
【０００６】
このように、インク滴の小径化とインクへの顔料やポリマー添加により、今では高画質、高耐久性の画像が得られるようになったが、反対に、ごく短時間の吐出中断時にもノズル詰まりが起こり易くなって、吐出再開時に最初から正常に吐出しなくなり、この対策が必要となった。
【０００７】
長期間の印刷休止時には、ノズル面全体をキャップで覆ってノズル開口からのインク成分の蒸発を防止できる。しかし、印刷待機中や印刷中の吐出中断期間にはキャッピングができないので、従来から、対策の一つとして、インクを吐出しない程度に圧電材料を駆動してノズル内のインクメニスカスを微振動させることで、ノズル開口付近の増粘したインクをインクチャネル内のバルクのインクと攪拌し、ノズル開口面のインク粘度を低下させるという方法が知られている（特許文献１〜３）。
【０００８】
上記従来技術では、インクメニスカスを微振動させるために、図９に示すように、いずれも信号の立ち上がりと立ち下りに傾斜をつけた台形波からなる微振動パルスを印加している。台形波を使用することで、インク室をゆっくりと膨張、収縮させることができるので、急激な膨張、収縮に伴うインクメニスカスの大きな移動によるノズルからの空気の吸い込みを防止できると共に、インクメニスカスが静止するまでの時間を短くすることができるためである。
【０００９】
しかし、台形波で駆動すると、インクの応答性が遅く、効率が悪いため、駆動電圧が高くなる。一般に、インクジェット記録ヘッドは、圧電素子の発熱が駆動電圧の二乗に比例するので、この駆動電圧は重要であり、低いほど好ましい。駆動電圧が高いと記録ヘッドの発熱が大きく、インクの温度が上昇し、インク粘度が低下してインク滴の飛翔速度が速くなり、着弾誤差による画質低下を招く問題がある。このインクメニスカスを微振動させるための信号は、非吐出時は全インクチャネルに、吐出時は非吐出チャネルに掛かるので、記録ヘッドには常時信号が掛かることになり、記録ヘッドの発熱が大きな問題となる。
【００１０】
また、台形波を構成する立ち上がり及び立ち下りの傾斜波の作成は、コンデンサーの充放電で行うため、複雑なアナログ回路が必要となる問題もある。
【００１１】
なお、特許文献４〜８は、せん断モードヘッドを矩形波で駆動するが、残留振動の抑制、温度変動の抑制に関するもので、矩形波でインクメニスカスを微振動させるものではない。
【００１２】
【特許文献１】特開平９−３０００７号公報
【特許文献２】特開２０００−３７８６７号公報
【特許文献３】特開平２０００−２５５０５６号公報
【特許文献４】特許第３２９００８４号公報
【特許文献５】特許第３０２４４２３号公報
【特許文献６】特許第３０２４４２４号公報
【特許文献７】特許第３２９４７５６号公報
【特許文献８】特許第３３２４９４９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、低い駆動電圧でインクの応答が早く、効率良くインクメニスカスを微振動させることにより、ノズル開口におけるインクの増粘防止効果が高く、インク滴を安定的に飛翔させることができると共に、インクメニスカスを微振動させるための回路構成も簡単で済むインクジェット記録装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１５】
請求項１記載の発明は、圧電材料により形成された側壁によって隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁に形成された電極に駆動パルスを印加することにより該側壁をせん断変形させ、せん断変形時の圧力によりインクチャネル内のインクをノズルよりインク滴として飛翔させる記録ヘッドと、該記録ヘッドを印刷媒体に対して相対的に移動させる移動手段とを備えたインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域外にあるときに、前記インクチャネルの電極に、ノズルからインク滴を飛翔させずに全インクチャネル内のインクメニスカスを微振動させるための矩形波からなる振動パルスを印加するように構成したこと特徴とするインクジェット記録装置である。
【００１６】
請求項２記載の発明は、前記振動パルスは、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、４ＡＬ幅の矩形波からなる振動パルスを偶数チャネルと奇数チャネルに、タイミングを４ＡＬずらして印加し、これらの振動パルスを１２ＡＬ間隔で繰り返すことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置である。
【００１７】
請求項３記載の発明は、前記印刷領域外は、記録ヘッドがホームポジションにある時、印刷領域内へ向けて加速している時又は印刷領域内から印刷領域外へ脱出する際に減速している時の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録装置である。
【００１８】
請求項４記載の発明は、圧電材料により形成された側壁によって隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁に形成された電極に駆動パルスを印加することにより該側壁をせん断変形させ、せん断変形時の圧力によりインクチャネル内のインクをノズルよりインク滴として飛翔させる記録ヘッドと、該記録ヘッドを印刷媒体に対して相対的に移動させる移動手段とを備えたインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域内にあるときに、画像記録に寄与しないインクチャネルの電極に、ノズルからインク滴を飛翔させずに該インクチャネル内のインクメニスカスを微振動させるための矩形波からなる振動パルスを印加するように構成したことを特徴とするインクジェット記録装置である。
【００１９】
請求項５記載の発明は、前記振動パルスは、隣接する３つのインクチャネルがすべて画像記録に寄与しない時、そのうちの中央のインクチャネルの電極にのみ印加することを特徴とする請求項４記載のインクジェット記録装置である。
【００２０】
請求項６記載の発明は、前記振動パルスは、インク滴を飛翔させる際の吐出パルスの１／２の強度であることを特徴とする請求項４又は５記載のインクジェット記録装置である。
【００２１】
請求項７記載の発明は、前記振動パルスの印加は、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、画像記録を行うためにインク滴の吐出を開始する１ＡＬ時間以上前に停止することを特徴とする請求項４、５又は６記載のインクジェット記録装置である。
【００２２】
請求項８記載の発明は、圧電材料により形成された側壁によって隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁に形成された電極に駆動パルスを印加することにより該側壁をせん断変形させ、せん断変形時の圧力によりインクチャネル内のインクをノズルよりインク滴として飛翔させる記録ヘッドと、該記録ヘッドを印刷媒体に対して相対的に移動させる移動手段とを備えたインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドの複数のインクチャネルのうち、互いに２本のインクチャネルを挟んで離れているインクチャネルをまとめて一つの組として全インクチャネルを３つの組に分割し、前記すべてのインクチャネルの電極に、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、同一タイミングで２ＡＬ幅の矩形波からなるパルス信号を印加すると共に、前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域内にあるときに、画像記録に寄与しないインクチャネルの電極に、前記２ＡＬ幅のパルス信号を印加しないことにより、ノズルからインク滴を飛翔させずに該インクチャネル内のインクメニスカス及びその両隣のインクチャネル内のインクメニスカスを微振動させるように構成したことを特徴とするインクジェット記録装置である。
【００２３】
請求項９記載の発明は、前記インクチャネルのうち、隣接する３つのインクチャネルがすべて画像記録に寄与しない場合、そのうちの中央のインクチャネルの電極にのみ、前記２ＡＬ幅のパルス信号を印加しないことを特徴とする請求項８記載のインクジェット記録装置である。
【００２４】
請求項１０記載の発明は、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、画像記録を行うためにインク滴の吐出を開始する１ＡＬ時間以上前に、前記パルス信号の印加を再開することを特徴とする請求項８又は９記載のインクジェット記録装置である。
【００２５】
請求項１１記載の発明は、圧電材料により形成された側壁によって隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁に形成された電極に駆動パルスを印加することにより該側壁をせん断変形させ、せん断変形時の圧力によりインクチャネル内のインクをノズルよりインク滴として飛翔させる記録ヘッドと、該記録ヘッドを印刷媒体に対して相対的に移動させる移動手段とを備えたインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域外にあるときに、インクチャネルの電極に、ノズルからインク滴を飛翔させずに全インクチャネル内のインクメニスカスを微振動させるための矩形波からなる振動パルスを印加すると共に、前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域内にあるときに、画像記録に寄与しないインクチャネルの電極に、ノズルからインク滴を飛翔させずに該インクチャネル内のインクメニスカスを微振動させるための矩形波からなる振動パルスを印加するように構成したことを特徴とするインクジェット記録装置である。
【００２６】
請求項１２記載の発明は、前記印刷領域外における振動パルスは、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、４ＡＬ幅の矩形波からなる振動パルスを偶数チャネルと奇数チャネルに、タイミングを４ＡＬずらして印加し、これらの振動パルスを１２ＡＬ間隔で繰り返すことを特徴とする請求項１１記載のインクジェット記録装置である。
【００２７】
請求項１３記載の発明は、前記印刷領域外は、記録ヘッドがホームポジションにある時、印刷領域内へ向けて加速している時又は印刷領域内から印刷領域外へ脱出する際に減速している時の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１１又は１２記載のインクジェット記録装置である。
【００２８】
請求項１４記載の発明は、前記印刷領域内における振動パルスは、隣接する３つのインクチャネルがすべて画像記録に寄与しない場合、そのうちの中央のインクチャネルの電極にのみ印加することを特徴とする請求項１１、１２又は１３記載のインクジェット記録装置である。
【００２９】
請求項１５記載の発明は、前記印刷領域内における振動パルスは、インク滴を飛翔させる際の吐出パルスの１／２の強度であることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
【００３０】
請求項１６記載の発明は、前記振動パルスの印加は、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、画像記録を行うためにインク滴の吐出を開始する１ＡＬ時間以上前に停止することを特徴とする請求項１１〜１５のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
【００３１】
請求項１７記載の発明は、圧電材料により形成された側壁によって隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁に形成された電極に駆動パルスを印加することにより該側壁をせん断変形させ、せん断変形時の圧力によりインクチャネル内のインクをノズルよりインク滴として飛翔させる記録ヘッドと、該記録ヘッドを印刷媒体に対して相対的に移動させる移動手段とを備えたインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域外にあるときに、インクチャネルの電極に、ノズルからインク滴を飛翔させずに全インクチャネル内のインクメニスカスを微振動させるための矩形波からなる振動パルスを印加し、前記記録ヘッドが印刷媒体に対する印刷領域内にあるときに、前記記録ヘッドの複数のインクチャネルのうち、互いに２本のインクチャネルを挟んで離れているインクチャネルをまとめて一つの組として全インクチャネルを３つの組に分割し、前記すべてのインクチャネルの電極に、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、同一タイミングで２ＡＬ幅の矩形波からなるパルス信号を印加すると共に、画像記録に寄与しないインクチャネルの電極には、前記２ＡＬ幅のパルス信号を印加しないことにより、ノズルからインク滴を飛翔させずに該インクチャネル及びその両隣のインクメニスカスを微振動させるように構成したことを特徴とするインクジェット記録装置である。
【００３２】
請求項１８記載の発明は、前記印刷領域外における振動パルスは、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、４ＡＬ幅の矩形波からなる振動パルスを偶数チャネルと奇数チャネルに、タイミングを４ＡＬずらして印加し、これらの振動パルスを１２ＡＬ間隔で繰り返すことを特徴とする請求項１７記載のインクジェット記録装置である。
【００３３】
請求項１９記載の発明は、前記印刷領域外は、記録ヘッドがホームポジションにある時、印刷領域内へ向けて加速している時又は印刷領域内から印刷領域外へ脱出する際に減速している時の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１７又は１８記載のインクジェット記録装置である。
【００３４】
請求項２０記載の発明は、前記印刷領域内では、前記インクチャネルのうち、隣接する３つのインクチャネルがすべて画像記録に寄与しない時、そのうちの中央のインクチャネルの電極にのみ、前記２ＡＬ幅のパルス信号を印加しないことを特徴とする請求項１７、１８又は１９記載のインクジェット記録装置である。
【００３５】
請求項２１記載の発明は、前記インクチャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬとした時、画像記録を行うためにインク滴の吐出を開始する１ＡＬ時間以上前に、前記パルス信号の印加を再開することを特徴とする請求項１７〜２０のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３７】
図１は、インクジェット記録装置の概略構成を示す図である。インクジェット記録装置１において、印刷媒体Ｐは、搬送機構３の搬送ローラ対３２に挟持され、更に、搬送モータ３３によって回転駆動される搬送ローラ３１により図示Ｙ方向に搬送されるようになっている。
【００３８】
搬送ローラ３１と搬送ローラ対３２の間で印刷媒体Ｐの印刷面ＰＳと対向するように、記録ヘッド２が設けられている。この記録ヘッド２は、印刷媒体Ｐの幅方向に亘って掛け渡されたガイドレール４に沿って、不図示の駆動手段によって、上記印刷媒体Ｐの搬送方向（副走査方向）と略直交する図示Ｘ方向（主走査方向）に沿って往復移動可能に設けられたキャリッジ５に、ノズル面側が印刷媒体Ｐの印刷面ＰＳと対向するように配置されて搭載されており、フレキシケーブル６を介して駆動パルスを発生するための回路が設けられる不図示の制御基板に電気的に接続されている。
【００３９】
かかる記録ヘッド２は、キャリッジ５の移動に伴って印刷媒体Ｐの印刷面ＰＳを幅方向に移動し、この移動過程でインク滴を吐出することによって所望のインクジェット画像を印刷するようになっている。
【００４０】
なお、図中、７はインク受け器であり、記録ヘッド２が非印刷時の待機位置であるホームポジションに設けられている。記録ヘッド２がこのホームポジションにある時、後述するようにノズル開口で増粘したインクを微振動させ、減粘した後、このインク受け器７に向けてインク滴を少量はき捨てるようにする。記録ヘッド２がこのホームポジションにある時は、図示しないが、記録ヘッド２のノズル面にキャップを被せることにより保護するようになっている。また、８は印刷媒体Ｐを挟んで上記インク受け器７の反対位置に設けられたインク受け器であり、往復両方向で印刷するとき、往動から復動に切り替える前に、上記同様にはき捨てられたインク滴を受け入れる。
【００４１】
図２は、記録ヘッド２の概略構成を示す図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は断面図、図３はその作動を示す図である。同図において、２１はインクチューブ、２２はノズル形成部材、２３はノズル、Ｓは側壁、２４はカバープレート、２５はインク供給口、２６は基板である。そして、図２に示すようにインクチャネルＡが側壁Ｓとカバープレート２４及び基板２６によって形成されている。
【００４２】
図２（ｂ）には１個のノズル２３を有する１個のインクチャネルＡの断面図が示されているが、実際の記録ヘッド２では、図３（ａ）に示すようにカバープレート２４と基板２６との間には複数の側壁Ｓ、即ち、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、…Ｓｎ＋１で隔てられたインクチャネルＡ、即ち、Ａ０、Ａ１、Ａ２、…Ａｎが多数構成されている。インクチャネルＡ０、Ａ１、Ａ２、…Ａｎの一端（以下、これをノズル端という場合がある）はノズル形成部材２２に形成されたノズル２３につながり、他端（以下、これをマニホールド端という場合がある）はインク供給部を構成するインク供給口２５及びインクチューブ２１によって不図示のインクタンクに接続されていて、ノズル２３にはインクによるインクメニスカスを形成している。
【００４３】
各側壁Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、…は、図３（ａ）の矢印で示すように分極方向が異なる２個の圧電材料からなる側壁Ｓ１ａ、Ｓ２ａ、…とＳ１ｂ、Ｓ２ｂ、…とから構成されており、各インクチャネルＡ内には、側壁Ｓの対向する両側面から底面にかけて繋がる電極Ｑが密着形成されている。即ち、側壁Ｓ１には密着形成された電極Ｑ０、Ｑ１が、側壁Ｓ２には密着形成された電極Ｑ１、Ｑ２が、側壁Ｓ３には密着形成された電極Ｑ２、Ｑ３が設けてある。同様に各側壁にそれぞれ電極が密着形成されており、各電極Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２…は駆動パルス発生回路に接続している。
【００４４】
かかる記録ヘッド２は、図３（ａ）に示すように全電極Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２・・・を接地した状態から、図３（ｂ）に示す状態において、例えばインクチャネルＡ２から吐出を行う時は、電極Ｑ２に駆動パルス（＋Ｖ）を印加すると、側壁Ｓ２、Ｓ３を構成する圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じることにより、側壁Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ共に側壁の接合面にせん断変形を生じ、また側壁Ｓ３ａ、Ｓ３ｂも同様に反対方向にせん断変形を生じて、図３（ｂ）に示すように側壁Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ及び側壁Ｓ３ａ、Ｓ３ｂは互いに外側に向けて変形し、インクチャネルＡ２の容積を拡大してインクチャネルＡ２内に負の圧力が生じてインクが流れ込む。同時にマニホールド端とノズル端から圧力が上がり始め、正の圧力波がインクチャネル中央に向かって伝わり、１ＡＬ経過すると、その音響波が反対端に達し、インクチャネル内が正圧となる。
【００４５】
なお、ＡＬ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｌｅｎｇｔｈ）とは、インクチャネルの長さをＬ（図２（ｂ）参照）、インク中の音速をＣとした時、Ｌ／Ｃで表される時間（単位：μｓ）であり、インクチャネルの音響的共振周期の１／２である。実際の記録ヘッドのＡＬは、圧電材料により構成される側壁Ｓに矩形波を印加して出射するインク滴の速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波のパルス幅を変化させたときに、インク滴の飛翔速度が最大になるパルス幅として求められる。
【００４６】
ノズル端とマニホールド端に達した音響波は、それぞれ反射して、位相が１８０°反転した負の圧力波となって、インクチャネルの中央に向かって伝搬する。更に、１ＡＬ経過すると、負の圧力波がそれぞれ他端に達して、インクチャネル内部が負圧となる。このように、側壁を移動させて発生した圧力波は、ＡＬ時間毎に圧力の反転を繰り返す。ノズル端は、音響インピーダンスの小さい空気と接しているので、ほぼ１００％反射されるが、マニホールド端は、インクチャネルの断面積とマニホールドの断面積の比率により、部分的に反射されるので、次第に圧力が減衰してゆく。
【００４７】
正の駆動パルス（＋Ｖ）の印加でインクチャネルが膨張して、インク圧力が負圧になるが、１ＡＬ経過後に圧力が反転して正圧になるので、このタイミングで電位を０に戻すと、側壁Ｓ２、Ｓ３は膨張位置から図３（ａ）に示す中立位置に戻り、インクに高い圧力が掛かる。引き続き、図３（ｃ）に示すように、側壁Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ及びＳ３ａ、Ｓ３ｂを互いに逆方向に変形するように負電圧の駆動パルス（−Ｖ）を印加して、インクチャネルＡ２の容積を縮小すると、インクチャネルＡ２内に更に高い正の圧力が生じる。これによりインクチャネルＡ２を満たしているインクの一部によるノズル２３内のインクメニスカスがノズル２３から押し出される方向に変化する。この正の圧力がインク滴をノズル２３から射出する程に大きくなると、インク滴はノズル２３から吐出する。この状態を２ＡＬ保持すると、インクチャネルＡ２内の圧力が反転、再反転するので、電位を０に戻し、側壁Ｓ２、Ｓ３を収縮位置から中立位置に戻すと、残留する圧力波がキャンセルされ、次のインク滴の吐出が可能になる。各インクチャネルも同様に駆動パルスの印加によって上記と同様に動作する。
【００４８】
これはせん断モードタイプの記録ヘッド２の基本的な駆動法であり、Ｄｒａｗ（インクチャネルを膨張させる）→Ｒｅｌｅａｓｅ（元にもどす）→Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ（インクチャネルを収縮させる）→Ｃａｎｃｅｌ（インクチャネルを元に戻す）操作を繰り返すので、ＤＲＲＣ駆動と呼ばれ、図４（ａ）に示すような矩形波を駆動パルスとして各側壁Ｓの電極Ｑに印加する。なお、図４（ｂ）に駆動波形と、これに対応するインクチャネル内の平均圧力の概念図を示す。
【００４９】
前記のようにインクチャネルＡ２の側壁Ｓ２及びＳ３が吐出の動作をすると、隣のインクチャネルＡ１、Ａ３が影響を受けるため、通常、複数のインクチャネルのうち、互いに２本のインクチャネルを挟んで離れているインクチャネルをまとめて一つの組として全インクチャネルを３つの組に分割し、３チャネル毎に３群に分けて吐出するいわゆる３サイクル吐出が行われる。例えば、Ａ１、Ａ４、Ａ７…を同一周期のパルスで駆動し、次の周期でＡ２、Ａ５、Ａ８…を駆動する方法が行われる。
【００５０】
せん断モードタイプの記録ヘッド２では、一つの側壁Ｓはその両隣のインクチャネルＡで共有しているため、例えば図３に示すインクチャネルＡ２から吐出を行う場合、図４（ａ）に示すように、インクチャネルＡ２の電極Ｑ２に１ＡＬ幅の正電圧の駆動パルスを印加し、続いて、このインクチャネルＡ２の電極Ｑ２に２ＡＬ幅の負電圧を印加するが、インクチャネルＡ２の電極Ｑ２に負電圧を印加する代わりに、図５に示すように、隣接するインクチャネルＡ１及びＡ３の各電極Ｑ１、Ｑ３に、２ＡＬ幅の正電圧の駆動パルスを印加する態様とすることで、側壁Ｓに掛かる差電圧を利用して、図４（ａ）の駆動パルスを印加した場合と同一の駆動を行うようにすることもできる。特にこの態様では、図４（ａ）に示す駆動パルスを印加する場合のように正負の２電源を使用する煩雑さがないために好ましい。
【００５１】
次に、かかるインクジェット記録装置１において、記録ヘッド２に対してインクメニスカスを微振動させる構成について説明する。
【００５２】
本発明において、インクメニスカスを微振動させるタイミングは、記録ヘッド２が印刷媒体Ｐに対する印刷領域外にある場合と印刷領域内にある場合とに分けられる。
【００５３】
まず、記録ヘッド２が印刷媒体Ｐに対する印刷領域外にある場合、記録ヘッド２の側壁Ｓの電極Ｑに、ノズル２３からインク滴を飛翔させずに全インクチャネルＡ内のインクメニスカスを微振動させるための矩形波からなる微振動パルスを印加する。
【００５４】
このときの微振動パルスを図６（ａ）に示す。この微振動パルスは、偶数チャネル（例えばＡ２、Ａ４、Ａ６・・・）の側壁（Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７・・・）の電極（Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８、Ｑ９Ｑ、１０・・・）に４ＡＬ幅の矩形波を１２ＡＬ間隔で繰り返し印加し、一方、奇数チャネル（例えばＡ１、Ａ３、Ａ５・・・）の側壁（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６・・・）の電極（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８・・・）には、上記偶数チャネルに印加される微振動パルスと同一の４ＡＬ幅、１２ＡＬ間隔の矩形波を、該偶数チャネルに対して４ＡＬずらせて繰り返し印加する。微振動パルスを印加する時間は１００ｍｓ以上あれば良い。図６（ｂ）の下段は、そのときの偶数及び奇数チャネルのインクメニスカスの振動状況を示す概略図である。圧電素子は大きな容量と抵抗を持つため、矩形波の立ち上がりと立下りが緩やかになる。
【００５５】
なお、本発明において矩形波とは、電圧の０−９０％までの立ち上がり時間、立ち下がり時間のいずれもがＡＬの１／４以内であるような波形のことをいう。但し、ＡＬが長い場合でも、上記時間は１μｓ以内とする。
【００５６】
せん断モードタイプである記録ヘッド２では、各インクチャネルは隣接する両隣のインクチャネルと側壁Ｓを共有しているため、一つのインクチャネルの側壁Ｓの駆動による影響はその両隣のインクチャネルにも及ぶ。このため、偶数チャネルの側壁Ｓの電極Ｑに矩形波を印加すると、自チャネルのインクメニスカスのみならず、その両隣の奇数チャネルのインクメニスカスも微振動させることができる。また、この矩形波の印加が偶数チャネルと奇数チャネルとで互いにずれていることから、その間にある壁の電極にかかる差電圧が、吐出時の１／２となり、インク滴が吐出されるおそれはない。
【００５７】
また、４ＡＬ駆動、１２ＡＬ休止を、偶数チャネルと奇数チャネルとでタイミングを４ＡＬずらせて交互に繰り返しているので、各インクチャネルの側壁
４ＡＬ駆動、４ＡＬ休止を繰り返すようになり、図６（ｂ）に示すように、全インクチャネルのインクメニスカスを微振動させることができる。
【００５８】
また、微振動パルスに矩形波を用いているので、台形波よりインクの圧力変動が大きくなるように思われるが、実際は、記録ヘッド２は、インクチャネルＡを構成する側壁Ｓを圧電素子により構成し、この側壁Ｓをせん断変形させることによりインク滴をノズル２３から飛翔させるための圧力を作り出すせん断モードタイプの記録ヘッドであるため、発生した圧力波の共振を利用して吐出するので、せん断変形する側壁Ｓの変位量はｎｍオーダーですみ、伸縮モードで作動する積層型圧電素子と振動板を使用する従来技術記載のタイプの記録ヘッドに比べて、インク室の変形が１／１０〜１／１００と極めて小さい。このため、矩形波を使用して圧電素子を急激に変位させても、インクメニスカスが上記積層型のように大きく振動することはなく、空気を吸い込んだり、メニスカス振動の静定に時間がかかるような問題はない。
【００５９】
また、かかるせん断モードタイプの記録ヘッド２によれば、矩形波からなる微振動パルスの印加に対してインクメニスカスの応答が速く、効率良く微振動させることができるため、微振動パルスの駆動電圧を低く抑えることが可能である。吐出、非吐出を問わず、記録ヘッドには常に電圧が掛かるので、低い駆動電圧は、ヘッドの発熱を抑え、インク滴を安定的に飛翔させる上で重要である。
【００６０】
更に、矩形波は、簡単なデジタル回路を用いることで容易に生成可能であるため、従来のように傾斜波を有する台形波を用いるものに比べ、回路構成も簡素化できる利点がある。
【００６１】
本発明において印刷領域外とは、記録ヘッド２によって印刷媒体Ｐに対して画像印刷を行わない位置であり、これには記録ヘッド２が停止位置であるホームポジションにある時、記録ヘッド２が印刷媒体Ｐに対して画像印刷を行うために印刷領域内へ向けて加速している時、その印刷領域内から印刷領域外へ脱出する際に減速している時が挙げられる。本発明ではこれらのうちの少なくともいずれかにおいて上記の通りインクメニスカスを微振動させることが好ましい。
【００６２】
特に、キャリッジ５が移動して記録ヘッド２が加速している間は、記録ヘッド２のノズル面に高速の空気流が当たるため、ノズル２３に面しているインクから水分や溶剤の揮発が激しくなり、ノズル表面のインク粘度が急激に上昇するため、この加速時にインクメニスカスに微振動を与えることは好ましい態様である。
【００６３】
なお、インクの種類によっては、特に粘度の高い増粘し易いインクは微振動させるだけでは不十分なことがあるので、記録ヘッド２が印刷媒体Ｐに対する印刷領域外にある場合は、以上のようにインクメニスカスを微振動させた後、印刷を行うのに先立って、各インクチャネルＡから一定数（例えば５０滴ずつ）のインク滴を吐出するリフレッシュ動作を行って回復処理を行い、画像記録の最初の一滴からより一層安定的にインク滴を吐出できるようにすると良い。画像記録開始までの時間に応じて、このリフレッシュ動作後には、再度インクメニスカスに微振動を与えるように動作させても良い。キャリッジの往動時と復動時にインク吐出する場合は、往動の前に微振動させてインクをはき捨ててから往動を開始し、更に復動の前に微振動させてインクをはき捨ててから復動を開始することが好ましい。
【００６４】
次に、記録ヘッド２が印刷媒体Ｐに対する印刷領域内にある場合は、記録ヘッド２は画像形成のために駆動中であるため、吐出信号から非吐出ノズルを検出して、選択的にインクメニスカスの微振動を行う必要がある。この場合、画像記録に寄与しないインクチャネルＡの側壁Ｓの電極Ｑに、ノズル２３からインク滴を飛翔させずに該インクチャネルＡ内のインクメニスカスを微振動させるための矩形波からなる微振動パルスを印加する。記録ヘッド２が印刷領域内に移動した際には、すでにデータバッファには１行分の印刷データが送られているため、この印刷データから記録ヘッド２が１主走査する間に画像記録に寄与しないインク滴不吐出のインクチャネルを検出することが可能である。従って、記録ヘッド２が印刷領域内にある場合でも、この画像記録に寄与しないインクチャネルＡ内のインクメニスカスに微振動を与えることで、印刷中の極く僅かな吐出中断でも、インクの増粘を抑えることが可能となる。
【００６５】
せん断モードタイプの記録ヘッド２は、一つの側壁Ｓを両隣のインクチャネルと共有しているため、一つのインクチャネルからインク滴を吐出すると、その両隣の非吐出のインクチャネル内にも自動的に微振動がかかる。従って、非吐出のインクチャネルのすべてに微振動を与える必要はない。効率良くインクの増粘を抑え、記録ヘッド２の発熱を抑える上では、例えば図３（ａ）に示す隣接する３つのインクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３のがすべて非吐出のインクチャネルであって画像記録に寄与しない場合に、そのうちの中央のインクチャネルＡ２の側壁Ｓ２、Ｓ３の電極Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３にのみ印加することが好ましい。
【００６６】
この微振動パルスの例を図７及び図８を用いて説明する。ここでは図３（ａ）に示す隣接するインクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３を例に挙げ、インクチャネルＡ２において２発のインク滴を吐出して、その後微振動させる場合について説明する。
【００６７】
本実施形態に示す記録ヘッド２のように３サイクル吐出を行う記録ヘッドの場合、印刷領域内においては、図７に示すように、常に全インクチャネルに同じタイミングで２ＡＬ幅の矩形波からなる駆動パルスＰＡが印加されている。このとき各インクチャネル間（Ａ２−Ａ１、Ａ２−Ａ３）の側壁Ｓには、同図に示すように電圧差が生じないため、せん断変形を生じることはない。
【００６８】
そして、吐出データが来ると、図８に示すように、インクチャネルＡ２に掛ける２ＡＬ幅の信号を取り除き、その代わりに１ＡＬ幅の信号をタイミングを１ＡＬ早くして掛ければ、図５において説明した如く、隣接するインクチャネルＡ１、Ａ３間の側壁Ｓ２、Ｓ３との電位差によってインクチャネルＡ２からインク滴を吐出することができる。また、微振動させる場合は、２ＡＬ幅の信号を取り除くだけで良い。
【００６９】
なお、以上説明した印刷領域外及び印刷領域内でのインクメニスカスの微振動は、それに続く吐出パルスの印加によりインク滴を安定的に吐出できるようにするために、画像記録を行うためにインク滴の吐出を開始する少なくとも１ＡＬ以上前までには停止させることが好ましい。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、せん断モードタイプの記録ヘッドのインク滴の吐出において、印字信号を少し変形した矩形波からなる信号で、印刷領域外及び／又は印刷領域内でインクメニスカス微振動を掛けることができる。矩形波からなる信号であるため、低い駆動電圧で応答が早く、効率良く微振動させることによりノズル開口におけるインクの増粘防止効果が高く、インク滴を安定的に飛翔させることができると共に、インクメニスカスを微振動させるための回路構成も簡単で済むインクジェット記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェット記録装置の概略構成を示す図
【図２】（ａ）は記録ヘッドの概略構成を示す外観斜視図、（ｂ）はその断面図
【図３】（ａ）〜（ｃ）は記録ヘッドの作動を示す図
【図４】（ａ）ＤＲＲＣ駆動の駆動パルスを示す図、（ｂ）は駆動パルスとそのときのインクチャネル内の平均圧力を示す図
【図５】図４（ａ）と同一駆動の他の駆動パルスの印加例を示す図
【図６】印刷領域外における微振動パルスの印加例を示す図
【図７】印刷領域内における記録ヘッドに印加されるパルス信号を示す図
【図８】印刷領域内における微振動パルスの印加例を示す図
【図９】従来の微振動パルスを示す図
【符号の説明】
１：インクジェット記録装置
２：記録ヘッド
２１：インクチューブ
２２：ノズル形成部材
２３：ノズル
２４：カバープレート
２５：インク供給口
２６：基板
３：搬送機構
４：ガイドレール
５：キャリッジ
６：フレキシブルケーブル
７、８：インク受け器
Ａ：インクチャネル
Ｐ：印刷媒体
ＰＳ：記録面
Ｓ：側壁
Ｑ：電極
【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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