(57)【要約】【課題】ノズルの吐出量にばらつきがある場合でも、基板などのワーク上に形成するパターンの形状のばたつきを低減できる液滴吐出方法を提供する。【解決手段】ノズル３１に対応して設けられた圧電素子３３の変形によりノズル３１から液滴を吐出するにあたり、ノズル３１ごとに吐出量が異なる場合に、ノズル３１の吐出量からノズル３１ごとに液滴を吐出する回数を設定したデータを取得し、このデータに基づいて設定された回数だけノズル３１から液滴を吐出させて、ガラス基板の表面に所定のパターンを形成するようにした。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルに対応して設けた圧電素子に印加し、前記圧電素子を変形させて、ワーク表面に所定のパターンを形成すべく前記ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出方法において、
前記圧電素子に印加する回数を前記圧電素子への印加により前記ノズルが吐出する液滴の吐出量に応じて前記ノズルごとに設定したデータを取得し、このデータに応じて前記圧電素子への印加を制御することを特徴とする液滴吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークに向かって液滴を吐出して所望のパターンを形成させる液滴吐出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機、携帯型コンピュータなどといった電子機器の表示部として、液晶装置、エレクトロルミネッセンス装置などが用いられている。例えば、液晶装置では、ガラス、プラスチックなどによって形成された基板の表面に、赤、緑、青のドット状の各色のフィルタエレメントを、いわゆるストライプ配列、デルタ配列またはモザイク配列などといった所定の配列で並べてカラーフィルタを形成している。
【０００３】
また、このようなカラーフィルタの形成方法としては、赤、緑、青のそれぞれの色素の液滴を吐出するヘッドをスキャンさせながら、ガラス基板上に塗布したアクリル樹脂に液滴を固着させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−１７３７０３号公報（第２頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のヘッドは、液滴を吐出する微細なノズルが多数設けられているが、各ノズルから吐出する液滴の量が均一でないことがある。吐出量が異なるノズルで同一形状のカラーフィルタを作成しようとすると、同じ回数だけ吐出させても吐出量の多いノズルで作成したフィルタの方が吐出量の少ないノズルで作成したフィルタよりも画素ごとの厚さが大きくなったり、画素ごとの形状が大きくなったりする。これは、吐出量の多いノズルで形成される画素が、吐出量が相対的に少ないノズルで形成する画素よりも厚くなったり、面積が大きくなったりするからである。このような吐出量の違いによる問題は、微細な形状のパターンを形成する場合や、大きさや形状を精度良く作製したい場合には顕著なものになる。
本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、ノズルの吐出量にばらつきがある場合でも、基板などのワーク上に形成するパターンの形状のばたつきを低減できる液滴吐出方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決する本発明の請求項１にかかる発明は、複数のノズルに対応して設けた圧電素子に印加し、前記圧電素子を変形させて、ワーク表面に所定のパターンを形成すべく前記ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出方法において、前記圧電素子に印加する回数を前記圧電素子への印加により前記ノズルが吐出する液滴の吐出量に応じて前記ノズルごとに設定したデータを取得し、このデータに応じて前記圧電素子への印加を制御することを特徴とする液滴吐出方法とした。
【０００７】
この液滴吐出方法は、吐出ヘッドに配設したノズルの吐出量にばらつきがある場合に、そのようなばらつきを許容しつつ、正しい形状のパターンを形成するものである。例えば、吐出量が少ないノズルは、吐出量の多い他のノズルよりも吐出回数を多くする。吐出回数を多く設定したノズルは、１回当たりの吐出量が少なかったとしても、全体として吐出量の多いノズルとほぼ同量の液滴をワークに着弾させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は液滴吐出装置であるインクジェット装置の構成を示す斜視図である。図２は液滴の吐出の制御を説明する図である。また、図３は制御装置のブロック図である。
【０００９】
図１に示す本実施形態の液滴吐出装置であるインクジェット装置１は、制御装置２が、ワークであるガラス基板５上に形成するパターンを液滴の吐出を指示するドットパターンに展開した吐出データを作成し、この吐出データに応じて吐出ヘッド群３から液滴を吐出し、ステージ４に載置したガラス基板５上に所定のパターンを形成するもので、吐出ヘッド群３の配置方向と直交する方向にガラス基板５が搬送される構成を有する。なお、以下において、吐出ヘッド群３の配置方向は、液滴を吐出するノズルの配列方向と同一であり、この方向をＸ方向する。ガラス基板５の搬送方向をＹ方向とする。ＸＹ平面内における面内回転方向をθ方向とする。
【００１０】
吐出ヘッド群３は、基台６から立設する支柱７間に、ステージ５を跨ぐようにＸ方向に平行に架設したＸ方向軸８に固定してある。この吐出ヘッド群３は、Ｘ方向軸８に沿って細長形状を有し、１列に配列した複数の吐出ヘッド３ａから構成してある。吐出ヘッド３ａの配列長さは、ガラス基板５に形成するパターンのＸ方向の長さ以上である。図２に示すように、吐出ヘッド３ａには、Ｘ方向に沿って、液滴を吐出するノズルがガラス基板５に向かって多数穿設してある。なお、ノズルは、液滴の吐出量が最大で１０％程度異なることが知られている。ノズルの吐出量のばらつきは、ノズルごとの１回の吐出量を、精密な重量計で測定すると得られる。
【００１１】
図２に示す吐出ヘッド群３を構成する吐出ヘッド３ａは、ノズル３１とインク室３２とに対応して圧電素子３３が配置されており、所定の電位からなる駆動波形を印加し、圧電素子３３を変形させてインクを加圧することで所定量の液滴をノズル３１から吐出させる構成を有する。例えば、ノズル３１は、１つの吐出ヘッド３ａに等間隔に１８０個設けてある。
【００１２】
圧電素子３３を変形させる駆動回路３４は、第１シフトレジスタ３５と、第２シフトレジスタ３６と、第１ラッチ回路３７と、第２ラッチ回路３８と、レベルシフタ３９と、スイッチ回路４０とを含んで構成してある。制御装置２からクロック信号に同期してシリアル転送される吐出データのうち、上位ビットのデータが第１シフトレジスタ３５に入力し、吐出データの下位ビットのデータが第２シフトレジスタ３６に入力する。各シフトレジスタ３５，３６は、吐出データをパラレル変換し、それぞれのラッチ回路３７，３８にラッチする。ラッチ回路３７，３８は、ラッチ信号に同期させてラッチした吐出データを電圧増幅器であるレベルシフタ３９に受け渡す。レベルシフタ３９は、吐出データをスイッチ回路４０の駆動に適した電圧、例えば数十ボルト程度の所定の電圧にまで昇圧した後に、スイッチ回路４０に与える。そして、スイッチ回路４０は、吐出データが液滴の吐出を指令する場合に、対応するノズル３１の圧電素子３３に駆動波形を印加する。これにより、対応するインク室３２内のインクが加圧され、ノズル３１からインクが吐出する。
【００１３】
本実施形態では、上述したようにノズル３１ごとに吐出量にばらつきがある場合でも、図３に例示する１種類の駆動波形ＣＯＭで圧電素子を駆動させている。図３において、電位ＶＨは、圧電素子を液滴吐出方向と反対方向に最大変位させる電圧であり、電位ＶＬは、圧電素子を液滴吐出方向に最大変位させる電圧である。電位Ｖｃｏｍは、圧電素子が変位しない状態、いわゆる静止状態に相当する電圧である。この駆動波形ＣＯＭによれば、圧電素子に印加される電圧は、時間ｔ１から時間ｔ２にかけて電位Ｖｃｏｍから電位ＶＨに変化し、時間ｔ３まで電位ＶＨに保持される。時間ｔ３から時間ｔ４にかけて電位ＶＬまで変化し、時間ｔ５まで電位ＶＬに保持され、その後、時間ｔ６で電位Ｖｃｏｍに戻る。つまり、この駆動波形ＣＯＭにより駆動される圧電素子３３は、時間ｔ１から時間ｔ２にかけて液滴吐出方向と反対方向に最大変位した後に、時間ｔ３から時間ｔ４にかけて液滴吐出方向に最大変異し、この際に吐出ヘッド３ａがノズル３１から液滴を吐出する。つまり、この駆動波形を圧電素子３３に１回印加すると、ノズル３１から１回液滴が吐出される。
【００１４】
図１に示すガラス基板５を載置するステージ４は、ガラス基板５を位置決めして載置する不図示のピンなどを備える載置部４１を、不図示の回転機構によりベース部４２に対してＸＹ平面上で面内回転可能に連結した構成を有する。また、ベース部４２には、Ｙ方向におけるステージ４の位置を検出するためにＹ軸に沿って基台６に取り付けたリニアスケール１５のスケールを読み取るエンコーダ４３を取り付けてある。なお、回転機構としては、載置部４１の中心を軸支する支持ピンと、載置部４１の端部をＸ方向、またはＹ方向に押圧して載置部４１を支持ピン回りに回転させるプッシャピンと、プッシャピンを進退させるアクチュエータとがあげられる。また、支持ピン自体を回転させるモータでも良い。
【００１５】
さらに、このステージ４は、Ｘ方向と直交するように敷設してあるＹ方向軸９に沿って移動可能に構成になっている。ステージ４をＹ方向に移動させる搬送機構としては、Ｙ方向軸９上に配列した永久磁石１０と、ステージ４のベース部４１の下側に固設したプレート１１にＹ方向に沿って、かつ、永久磁石１０に近接させて配列した複数のコイル（不図示）とから構成されるリニアモータがあげられる。
【００１６】
制御装置２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）や、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）や、入出力用のインターフェイス、発振回路などをバス接続した構成を有し、インクジェット装置１を統括して制御する。制御装置２に入力するデータとしては、ガラス基板５に形成するパターンをビットマップ形式などの所定の形式に則って作成したデータと、ステージ４の位置情報とがあげられる。制御装置７から出力するデータとしては、ステージ４のコイルの制御信号と、ステージ４の回転機構の制御信号と、吐出ヘッド群３の制御信号とがあげられる。吐出ヘッド群３の制御信号としては、発振回路で形成したクロック信号と、ノズル３１ごとに吐出タイミングの制御するデータである吐出データと、駆動波形のデータなどがある。
【００１７】
また、制御装置２を機能ブロックに分割すると図４のようになる。すなわち、制御装置２は、吐出データの設定値の入力を受け付ける吐出データ設定値入力部２２、吐出ヘッド群３の吐出ヘッド３ａの設定値の入力を受け付ける吐出ヘッド設定値入力部２３と、ガラス基板５の位置に応じてビットマップデータに行ったり、ステージ４の回転機構の駆動量を演算したりする補正値を演算する補正演算部２４と、吐出データを作成する吐出データ作成部２５と、外部の各種機器との入出力を制御する入出力ＩＦ（Ｉｎｔｅｒ  Ｆａｃｅ）２６とを有する。
【００１８】
さらに、ガラス基板５にパターンを形成するために制御装置２に取り込まれるデータである吐出データ設定値と、吐出ヘッド設定値と、ビットマップデータと、制御装置２からの出力データである吐出データについて説明する。
吐出データ設定値は、ガラスサイズやパターンの大きさ、パターンの形成ピッチなどの情報である。
吐出ヘッド設定値は、使用するヘッド数、ノズル数、配置について情報である。
【００１９】
不図示のコンピュータなどのデータ処理装置で作成されるビットマップデータは、ガラス基板５に形成するパターンを設計する際に作成するベクトルデータからなるＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）データを、ＸＹ格子に多数のピクセルを配列したデータ構成を有するビットマップ形式に変換したデータである。例えば、図５に示すカラーフィルタ５１をＣＡＤ装置で設計した場合に、ビットマップデータは、図６に示すようなイメージのビットマップ６１を与えるデータとなる。
【００２０】
図６のビットマップ６１は、横方向が図１のＸ方向に対応し、縦方向がＹ方向に対応する。本実施形態では、吐出ヘッド群３がＸ方向の１列分（Ｙ＝０のライン）に相当するノズル数を有するので、Ｘ方向の各ピクセルが吐出ヘッド群３のノズル位置に相当する。このため、図６のビットマップ６１に相当するデータが吐出データとなる。すなわち、このビットマップ６１のＸ方向の各ピクセルがノズル３１からの液滴の吐出のオンまたはオフを示す。ノズル３１からの液滴の吐出のオン、オフとは、例えば、４列目では、ピクセルｐ３３およびピクセルｐ４３に対応するノズル３１が液滴を吐出し（オン）、ピクセルｐ３５に対応するノズル３１は液滴を吐出しない（オフ）ことである。また、Ｙ方向は時間の経過を示す。例えば、吐出開始のときは、Ｙ＝０の列のデータが吐出ヘッド群３の各ノズル３１の制御信号となる。また、最初の液滴の吐出後に１ピクセルに相当する所定距離だけステージ４が移動した後に、Ｙ＝１の列のデータが吐出ヘッド群３の各ノズル３１の制御信号となる。さらに、各ピクセルには吐出させるインクについての情報が含まれている。これにより、例えば、フィルタ片Ｒのピクセルに相当する位置では、赤色の色素を含有するインクを吐出させ、他の色素を含有するインクが吐出されることはない。
【００２１】
ここで、ノズル３１によって液滴の吐出量が異なる場合には、パターンの大きさと吐出量とから吐出数の修正を行う。例えば、図２の各ノズル３１の吐出量を測定した結果、図６のＸ＝２に相当する位置のノズル３１の吐出量が、他のノズル３１の吐出量に比べて１０％少なかった場合には、Ｘ＝２に相当する位置のノズル３１の吐出回数を増やしたビットマップ６１を作成する。この例では、同じ形状のフィルタ片Ｒを形成するために用いられるＸ＝３や、Ｘ＝４に相当する位置のノズル３１は、吐出回数が９回であるのに対して、吐出量の少ないＸ＝２に相当する位置のノズル３１は、ピクセルＰ２１２を、液滴を吐出させるピクセルに変更し、吐出回数を１０回に設定する。
【００２２】
また、インクジェット装置１は、ガラス基板５に位置決めを行うために、ガラス基板５に形成したアライメントマーク２１を撮像する位置検出手段である撮像装置１２を備える。撮像装置１２は、基台６から立設する支柱１３に架設した撮像軸１４の所定位置に固定してある。所定位置とは、各撮像装置１２の視野内にアライメントマーク２１が入るような位置である。なお、制御装置２に入力されるステージ４の位置情報とは、この撮像装置１２の情報と、上述のエンコーダ４３で読み取ったリニアスケール１５の情報とからなる。
【００２３】
次に、ガラス基板５にパターンを形成する手順について説明する。なお、以下においてインクジェット装置１は、１パスでフィルタ片Ｒ，Ｇ，Ｂを形成できるものとする。したがって、吐出ヘッド群３には、フィルタ片Ｒを形成する赤色の色素を含有するインクと、フィルタ片Ｇを形成する緑色の色素を含有するインクと、フィルタ片Ｂを形成する青色の色素を含有するインクとを別々に吐出するノズル３１を有する。
【００２４】
まず、インクジェット装置１よりも前段に配置した図示しない供給装置で、前処理工程の終了したガラス基板５を空のステージ４上に移載する。
制御装置２は、ステージ４のコイルに電流を通電させて、ステージ４を所定位置に達するまでＹ方向に移動させる。ここでの所定位置とは、ガラス基板５のアライメントマーク２１が撮像装置１２の視野内に入る位置である。
【００２５】
アライメントマーク２１が撮像装置１２の視野内に入ったら、補正演算部２４が撮像装置１２で取得したアライメントマーク２１の像を画像処理し、撮像装置１２の視野の中心からアライメントマーク２１の中心までのずれ量を演算する。さらに、補正演算部２４は、２つのアライメントマーク２１の中心を結ぶ仮想線と、Ｘ方向とのなす角度を求める。この角度は、ガラス基板５のθ方向のずれ量に相当するので、この角度に相当する駆動信号を作成して入出力ＩＦ２６からステージ４の回転機構に送信し、回転機構を稼動させて載置部４１を回転させる。これにより、ガラス基板５のθ方向の角度が修正される。さらに、θ方向の角度を修正したら、再度、撮像装置１２の視野内のアライメントマーク２１の位置を調べ、補正演算部２４でＸ方向およびＹ方向の位置のずれ量を演算する。演算結果に応じて制御装置２から、ステージ４のＸ方向およびＹ方向の移動機構に制御信号が出力され、ガラス基板５の位置ずれが修正される。
【００２６】
一方、吐出データ作成部２５は、前もってカラーフィルタ５１のＣＡＤデータから変換したビットマップデータと、吐出データ設定値入力部２２から取得した吐出データ設定値と、吐出ヘッド設定値入力部２３から取得した吐出ヘッド設定値とを取得し、バッファメモリに格納してあり、これらの情報から吐出データを作成する。
【００２７】
制御装置２は、吐出データを作成したら、この吐出データと、クロック信号と、駆動波形とを入出力ＩＦ２６から吐出ヘッド３ａの駆動回路３４に出力する。吐出ヘッド３ａの駆動回路３４は、吐出データに応じて、所定のノズル３１の圧電素子に駆動波形に応じた電圧を印加し、ノズル３１からガラス基板５に向けて液滴を吐出させる。また、制御装置２は、１ライン分の吐出データにより吐出した液滴がガラス基板５の表面に着弾してから、次の１ライン分の吐出データにより吐出した液滴がラス基板５の表面に着弾するまでの間に、ステージ４を１ピクセル分に相当する距離だけ前進させる。ノズル３１の吐出タイミングと、ステージ４の移動タイミングとは、発振回路で発生させたクロック信号により同期させている。
【００２８】
ここにおいて、上述したように、制御装置２に読み込ませるビットマップデータの作成時に吐出量が少ないノズル３１（例えば、図６のＸ＝２に相当する位置のノズル３１）と、吐出量の多いノズル３１とで同じ形状のパターンが形成できるように、吐出回数をノズル３１ごとに設定してあるので、ノズル３１ごとに吐出回数は異なるが、ノズル位置による形状のばらつきは生じない。
【００２９】
ステージ４を順送りしながら、吐出データのすべてのラインに基づいて吐出ヘッド群３から液滴を吐出させ、ガラス基板５上に所定のピッチでフィルタ片Ｒ，Ｇ，Ｂを形成したら、ガラス基板５をインクジェット装置１から搬出し、不図示の搬出装置から焼成工程などの次工程に搬送する。なお、インクジェット装置１が、フィルタ片Ｒのみを形成する装置である場合には、インクジェット装置１から搬出されたガラス基板５が、フィルタ片Ｇを形成する他のインクジェット装置や、フィルタ片Ｂを形成する他のインクジェット装置に、順番に移送され、カラーフィルタ５１が形成される。この場合の吐出データは、装置ごと、つまりフィルタ片Ｒ、Ｇ，Ｂごとに作成される。
【００３０】
このように、本実施形態では、同じ駆動波形で作動させた場合でも液滴の吐出量が異なるノズル３１を有する場合に、そのノズル３１の吐出量に応じて吐出回数を調整して、ノズル３１によるパターンのばらつきを防止するようにした。このようにして行うパターンの形成は、上述したカラーフィルタ５１の他にも、例えば、コンデンサや、コイルなどの回路素子や、これらの組み合わせの作製にも適用できる。コンデンサを作製する場合には、電極の面積によって容量が変化するが、ノズル３１の吐出量に応じて吐出回数を制御することで、コンデンサの容量の精度を向上させることができる。また、抵抗を作製する場合には、抵抗の長さや幅をノズル３１の吐出量に応じて精度良く形成し、抵抗値の精度を向上させることができる。
【００３１】
また、ビットマップデータを作成する不図示のデータ処理装置としては、ＣＡＤデータを読み込む入力部と、データ処理後のビットマップデータを出力する出力部と、データやイメージを表示する表示部と、データを記録する記録部と、作業者が操作する操作部とを制御部で制御するコンピュータを用いることができる。ここにおいて、ビットマップデータは、作業者がノズル３１の吐出量に応じて吐出回数を設定しながら作成しても良いし、前もってノズル位置と吐出量とを関連付けたテーブルを記録部に登録しておき、制御部が自動的にビットマップデータを作成しても良い。テーブルを用いる場合には、ＣＡＤデータをビットマップに変換する際に、ガラス基板５上に形成するパターンの長さや、面積を計測し、そのパターンの形成位置に対応するノズル３１の吐出量に応じた所定値でパターンの長さまたは面積を除算して吐出回数を演算する。吐出量に応じた所定値とは、演算対象が長さであるときには吐出量に係数をかけて得られる着弾径に相当する値である。また、演算対象が面積である場合には吐出量に係数をかけて得られる着弾面積に相当する値である。そして、このようにして演算した吐出回数だけノズル３１が液滴を吐出するように制御部がビットマップを作成する。
【００３２】
なお、本発明は、実施形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、上述の実施形態では１回の吐出量が少ないノズル３１の吐出回数を多くしたが、１回の吐出量が多いノズル３１の吐出回数を少なくしても良い。
【００３３】
また、ＣＡＤデータからビットマップデータを作成するデータ処理装置と同様の処理をインクジェット装置１の制御装置２で行わせても良い。データ処理を手動で行う場合には、上述のデータ処理装置の入力部と、表示部と、操作部とを同等の装置をインクジェット装置１に設ける必要がある。データ処理をテーブル検索で自動的に行う場合には、入力部などの他に、ノズル位置と吐出量とを関連付けたテーブルを制御装置２に備える必要がある。また、インクジェット装置１は、ＣＡＤデータをそのままビットマップ形式に変換したデータを読み込んで、手動または自動でノズルごとの吐出量に応じた修正を行い、液滴を吐出させるようにしても良い。
【００３４】
吐出ヘッド群３は、ガラス基板５のＸ方向の長さに渡ってノズル３１を配列した構成にする代わりに、より少ないノズル数の吐出ヘッド群３をＸ方向に走査するように構成しても良い。この場合は、Ｘ方向軸８に沿って吐出ヘッド群３を往復移動させる走査手段を備える必要がある。走査手段としては、吐出ヘッド群３のキャリッジにＸ方向に沿って配設したコイル（不図示）と、コイルに近接するようにＸ方向軸８に配設した永久磁石とからなるリニアモータがあげられる。また、Ｘ方向軸８をＹ方向に往復移動可能に構成し、吐出ヘッド群３をＹ方向にも走査可能にしても良い。
【００３５】
さらに、Ｘ方向に吐出ヘッド群３を移動させる走査手段や、Ｙ方向にステージ４を移動させる搬送機構は、ステッピングモータなどの回転角度を高精度に制御可能なモータと、このモータに係合したリードスクリューとから構成しても良い。この場合は、リードスクリューをＸ方向またはＹ方向に平行に架設し、キャリッジまたはステージ４にリードスクリューと螺合するナットを設ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における液滴吐出装置であるインクジェット装置の構成を示す斜視図である。
【図２】吐出ヘッドと駆動回路の構成を示す図である。
【図３】圧電素子の駆動波形を示す図である。
【図４】制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】ガラス基板上に形成するカラーフィルタを示す図である。
【図６】データ処理の概要を説明する図である。
【符号の説明】
１      インクジェット装置（液滴吐出装置）
２      制御装置
３      吐出ヘッド群
３ａ    吐出ヘッド
５      ガラス基板（ワーク）
３１    ノズル
３３    圧電素子
ＣＯＭ  駆動波形
【図１】
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【図２】
2004337703.tif 000004
【図３】
2004337703.tif 000005
【図４】
2004337703.tif 000006
【図５】
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【図６】
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