(57)【要約】【課題】  液滴吐出ヘッドからの液体の吐出量のバラツキを防止して、高精度な印刷品質が可能な液滴吐出ヘッド及び、液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置を提供する。【解決手段】  液滴吐出ヘッド１の液体取り入れ口３１が複数設けられていることによって、各々の圧力室６に溜まる液体の量が一定になる。しかも、圧力室６の圧力変動の差が生じにくくなるので、ノズル２１から吐出される液体の速度変動を抑制できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板および第２の基板を相互に重ね合わせることにより、これらの間に、液体を吐出する複数のノズルのそれぞれに対応して配置され、圧力変動によって対応するノズルから液体を吐出させる圧力室と、各圧力室に液体を供給するリザーバと、各圧力室を前記リザーバに連通させている複数の液体供給口とが、平面方向に配列された状態に区画形成され、前記リザーバに液体を注入する液体取り入れ口を備えている液滴吐出ヘッドにおいて、
前記取り入れ口が各液体供給口とそれぞれから最も近い液体取り入れ口との各距離の差が１０％以内になるように複数設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体取り入れ口が少なくとも一直線上に配列されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
第１の基板および第２の基板を相互に重ね合わせることにより、これらの間に、液体を吐出する複数のノズルのそれぞれに対応して配置され、圧力変動によって対応するノズルから液体を吐出させる圧力室と、各圧力室に液体を供給するリザーバと、各圧力室を前記リザーバに連通させている液体供給口とが、平面方向に配列された状態に区画形成され、前記リザーバに液体を注入する液体取り入れ口を備えている液滴吐出ヘッドにおいて
前記液体取り入れ口が長穴形状で、各液体供給口との距離の差が１０％以内になるように形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体取り入れ口は、その長手方向が前記液体供給口の配列方向に対して平行になるように設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出装置の液滴吐出ヘッドに関するものである。更に詳しくは、ノズル間の液体吐出量のバラツキを軽減させる液滴吐出ヘッドの構造及び、液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液滴吐出装置の液滴吐出ヘッドとしては、液滴を発生（吐出）させるためのメカニズムに応じて各種の方式のものが知られている。例えば、ヒータを加熱して液体を沸騰させ、それによって生じる気泡圧で液滴を吐出する形式の液滴吐出ヘッドがある。また、液体を貯留した圧力室に貼り付けられた圧電素子に電圧を印加することにより圧力室の容積を膨張および収縮させて、液滴を吐出する形式の液滴吐出ヘッドがある。さらに、静電気力を利用して液体を貯留した圧力室の容積を変化させて、液滴の吐出を行う形式のものもある。いずれの形式の液滴吐出ヘッドにおいても、圧力室の圧力変動を利用して記録に必要なときにのみ液滴を吐出させるようになっている。
【０００３】
これらの形式の液滴吐出ヘッドは、一般的に、複数のノズルのそれぞれに対応して配置され、圧力変動によって対応するノズルから液滴を吐出させる圧力室と、各圧力室に液体を供給するリザーバと、各圧力室に前記リザーバに連通させている液体供給口とを有している。圧力室、リザーバ、および液体供給口は、平板状の基板を重ね合わせることにより、それらの基板間に平面方向に配列された状態に区画形成される液滴吐出ヘッドの構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１１５１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来構造の液滴吐出ヘッドでは、液滴を吐出させるために圧力室に圧力変動を発生させると、液体が液体供給口を通じてリザーバより逐次供給される時、液滴吐出ヘッド両端に位置する圧力室と中央部に位置する圧力室では、リザーバ内での液体の流速差と、これによる液体供給口から圧力室に供給される液体の量とがバラツクという問題を生じていた。この結果、圧力室の圧力変動にも差が生じて、ノズルから吐出する液体の速度に差が生じてしまう。よって、液滴吐出ヘッドに位置するノズルから吐出する液体の量がバラツイたり、液体の吐出速度のバラツキにより、高精度な印刷品質が得られない等の問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決して、液滴吐出ヘッドのノズル位置による液体の吐出量のバラツキを防止して、高精度な印刷品質が可能な液滴吐出ヘッド及び、液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液滴吐出ヘッドは、第１の基板および第２の基板を相互に重ね合わせることにより、これらの間に、液体を吐出する複数のノズルのそれぞれに対応して配置され、圧力変動によって対応するノズルから液体を吐出させる圧力室と、各圧力室に液体を供給するリザーバと、各圧力室を前記リザーバに連通させている複数の液体供給口とが、平面方向に配列された状態に区画形成され、前記リザーバに液体を注入する液体取り入れ口を備えていて、前記取り入れ口が各液体供給口とそれぞれから最も近い液体取り入れ口との各距離の差が１０％以内になるように複数設けられていることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、リザーバに液体を注入する液体取り入れ口を前記取り入れ口が各液体供給口とそれぞれから最も近い液体取り入れ口との各距離の差が１０％以内になるように複数設けることによって、リザーバ内の液滴吐出ヘッド両端に位置する圧力室と中央部に位置する圧力室との液体の流速差がほぼ無くなる。つまり、リザーバと連通されている各々の液体供給口を通して、供給される液体の量がほぼ一定となり、よって各々の圧力室に溜まる液体の量がほぼ一定になる。しかも、圧力室の圧力変動の差が生じにくくなるので、ノズルから吐出される液体の速度変動も抑制できる。また、液滴吐出ヘッドの各々のノズルから吐出される液滴の量もほぼ一定となる。
【０００９】
本発明の液滴吐出ヘッドは、前記複数の液体取り入れ口が少なくとも一直線上に配置されていることが望ましい。
【００１０】
この発明によれば、前記複数の液体取り入れ口が少なくとも一直線上に配置されているので、液体取り入れ口と液体供給口との距離の差が少なくなるので、供給される液体の量がほぼ一定に調整されて、各々の圧力室に溜まる液体の量がより一定になる。しかも、圧力室の圧力変動の差が生じにくくなるので、ノズルから吐出される液体の速度変動も抑制できる。また、液滴吐出ヘッドの各々のノズルから吐出される液滴の量についてもより一定となる。
【００１１】
本発明の液滴吐出ヘッドは、第１の基板および第２の基板を相互に重ね合わせることにより、これらの間に、液体を吐出する複数のノズルのそれぞれに対応して配置され、圧力変動によって対応するノズルから液体を吐出させる圧力室と、各圧力室に液体を供給するリザーバと、各圧力室を前記リザーバに連通させている液体供給口とが、平面方向に配列された状態に区画形成され、リザーバに液体を注入する液体取り入れ口を備えていて、この液体取り入れ口が長穴形状で各液体供給口との距離の差が１０％以内になるように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、液体取り入れ口が長穴形状で、各液体供給口との距離の差が１０％以内になるように形成されているので、液体取り入れ口と液体供給口との距離の差が少なくなるので、液体の流れる速度分布がほぼ一定となり、供給される液体の量が高精度に調整されるから、各々の圧力室に溜まる液体の量がほぼ均一に管理される。しかも、圧力室の圧力変動の差が生じにくくなるので、ノズルから吐出する液体の速度変動も抑制できる。また、液滴吐出ヘッドの各々のノズルから吐出される液滴の量についてもほぼ均一となる。
【００１３】
本発明の液滴吐出ヘッドは、液体取り入れ口の長手方向が前記液体供給口の配列方向に対して平行になるように設けられていることが望ましい。
【００１４】
この発明によれば、液体取り入れ口の長手方向が前記液体供給口の配列方向に対して平行になるように設けられているので、液体取り入れ口と液体供給口との距離の差が少なくなる。よって、液体の流れる速度分布がより一定となり、供給される液体の量が高精度に調整されるから、各々の圧力室に溜まる液体の量がより均一に管理される。しかも、圧力室の圧力変動の差が生じにくくなるので、ノズルから吐出する液体の速度変動も抑制できる。また、液滴吐出ヘッドの各々のノズルから吐出される液滴の量についてもより均一となる。
【００１５】
本発明の液滴吐出装置は、前述の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置であることが望ましい。
【００１６】
この発明によれば、液滴吐出装置は前述の液滴吐出ヘッドを備えているので、高精度な印刷品質が得られる。従って、このような効果が得られる液滴吐出装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の液滴吐出ヘッド及び、液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置について実施形態を挙げ、添付図面に沿って詳細に説明する。
【００１８】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態としての液滴吐出ヘッドの一部を示す分解斜視図である。また、図２は液滴吐出ヘッドの断面図である。また、図３はキャビティプレートの平面図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、液滴吐出ヘッド１は、インク液滴を基板の上面に設けたノズルから吐出させるフェイスインクジェットタイプであり、静電駆動方式のものである。液滴吐出ヘッド１は、ノズルプレート（第１の基板）２、キャビティプレート（第２の基板）３、ガラス基板４がこの順序で相互に接合された積層構造をしている。
【００２０】
キャビティプレート３は、例えばシリコン基板であり、図１〜図３に示すように、このキャビティプレート３の表面には底壁が振動板５として機能する圧力室６を構成することになる凹部７と、凹部７の後部に設けられたインク供給口８を構成することになる細溝９と、各々の圧力室６にインクを供給するためのインクリザーバ１０を構成することになる凹部１１とがエッチングによって形成されている。このキャビティプレート３の下面は鏡面研磨によって平滑化されており、ガラス基板４に対する取付け部とされている。
【００２１】
図１及び図２に示すように、このキャビティプレート３の上面（溝形成側の基板表面）に接合されるノズルプレート２において、圧力室６の上面を規定する壁部分には各圧力室６に連通する複数のノズル２１が形成されている。図２に示すように、ノズル２１は段状断面をしており、インク液滴２３の吐出方向の前側（同図における上側）には円形の小断面ノズル部分２１ａが形成され、後側には円形の大断面ノズル部分２１ｂが形成されている。
【００２２】
このノズルプレート２およびキャビティプレート３を相互に重ね合わせることにより、ノズルプレート２とキャビティプレートと３の間に、圧力室６、インク供給口８、およびインクリザーバ１０とが平面方向Ｈに配列された状態に区画形成される。
【００２３】
ノズルプレート２において、インクリザーバ１０の底面に対応する壁部分にはインク取り入れ口３１が複数形成されている。このインク取り入れ口３１はインクリザーバ１０と連通していて、接続パイプ３２が接続されている。この接続パイプ３２はチューブ３３を介してインクタンク１０１（図４を参照）のインク供給源に接続されている。このインクタンク１０１からインク取り入れ口３１を介してインクリザーバ１０にインクが供給可能となっている。
【００２４】
ガラス基板４において、各々の振動板５に対峙する部分には、振動室１２を構成することになる凹部１３が形成されている。この凹部１３の底面には、振動板５に対峙する個別電極１４が配置されている。個別電極１４はリード部１５を介して端子部１６に接続されている。端子部１６を除く個別電極１４およびリード部１５は絶縁膜１７に被覆されている。各端子部１６にはリード線１８がボンディングされている。リード線１８はドライバ２０と接続され、外部から電圧を供給されように構成されている（図示せず）。
【００２５】
ここで、第１の基板であるノズルプレート２はインク取り入れ口３１を複数備えている。この複数のインク取り入れ口３１はインクリザーバ１０と連通していて、図３に示すように、インクリザーバ１０のノズル２１の配列方向に従って、一列に配置されるように形成されている。このインク取り入れ口３１はインク供給口８との距離の差の最大値が１０％以内になるように複数個設けられている。ここで、インク供給口８とインク取り入れ口３１との距離とはインク供給口８に最も近いインク取り入れ口３１の外周端部である。
また、このインク取り入れ口３１とインク供給口８との距離の差の最大値が１０％以内になるように複数個設けられているのは、インクがインク取り入れ口３１を通ってインクリザーバ１０からインク供給口８を経由して、各々の圧力室６に補給される時に、インクの流れが調整されて、圧力室６に供給されるインクの速度と流量とが安定し、各々の圧力室６に供給されるインクの量がほぼ均一になるからである。
【００２６】
図４は本実施形態の液滴吐出ヘッド１を搭載した液滴吐出装置（インクジェットプリンタ）の構成例を示す概略斜視図である。液滴吐出装置１００は、インクタンク１０１、キャリッジ１０２、プラテン１０３、記録紙１０４等を備えた構成になっていて、液滴吐出ヘッド１はキャリッジ１０２に搭載されている。
【００２７】
本実施形態における液滴吐出ヘッド１の構成は以上のようであって、図１〜図４を参照しながら、その動作について説明する。
【００２８】
液滴吐出装置１００は、プラテン１０３により記録紙１０４を搬送させつつ、キャリッジ１０２を移動させて、記録紙１０４と液滴吐出ヘッド１との相対位置を制御しながら、インクをインクタンク１０１から供給して、液滴吐出ヘッド１からインク液滴２３を吐出させることにより、任意の文字や画像を記録紙１０４に印刷する。
【００２９】
図１及び図２に示すように、キャビティプレート３に形成した各圧力室６の底面を規定している振動板５は、共通電極として機能し、この共通電極と各個別電極１４の端子部１６との間にはドライバ２０が接続されている。このドライバ２０によって個別電極１４に電圧を印加すると、電圧が印加された個別電極１４と対峙している振動板５が静電気力によって振動し、これに伴って圧力室６の圧力が変動してノズル２１からインク液滴２３が吐出される。
【００３０】
例えば、正の電圧パルスを印加して個別電極１４の表面を正の電位に帯電させると、対応する振動板５の下面は負の電位に帯電される。従って、振動板５は静電気力によって吸引されて下方へ撓む。次に、個別電極１４へ印加している電圧パルスをオフにすると、振動板５が元の位置に復帰する。この復帰動作によって、圧力室６の内圧が急激に上昇して、ノズル２１からインク液滴２３が吐出される。そして、振動板５が下方に撓むことにより、インクがインクリザーバ１０からインク供給口８を経由して、圧力室６に補給される。
【００３１】
ここで、このインク取り入れ口３１とインク供給口８との距離の差の最大値が１０％以内になるようにインク取り入れ口３１が複数個設けられているので、インクがインク取り入れ口３１を通ってインクリザーバ１０からインク供給口８を経由して、各々の圧力室６に補給される時に、インクの流れが調整されて、圧力室６に供給されるインクの速度と流量とが安定し、各々の圧力室６に供給されるインクの量がほぼ均一になる。
【００３２】
このため、インクが複数のインク取り入れ口３１からインクリザーバ１０にほぼ同時に入り、インク供給口８を経由して、圧力室６に補給される。この時、インク取り入れ口３１とインク供給口８との距離の差の最大値が１０％以内になるように設けられているので、インクリザーバ１０内を流れるインクの速度と流量とが略均等になるようにコントロールされる。従って、各圧力室６には、ほぼ均等にインクが供給されることになる。つまり、インクが各々の圧力室６に供給される時の速度と流量とがほぼ均一に調整される。と同時に、各々の圧力室６に供給されるインクの量が略均一になることで、振動板５から圧力室６内へ圧力を印加する時の圧力変動を抑制することになり、ノズル２１から吐出されるインク液滴２３の吐出速度のバラツキや、各ノズル２１からの吐出タイミングのバラツキが防止されることになる。このことによって、液滴吐出ヘッド１のノズル２１からインク液滴２３をほぼ均一に吐出させることが可能になるので、任意の文字や画像を記録紙１０４に印刷する時の印刷品質の低下を防止することになる。
【００３３】
なお、液滴吐出ヘッド１で使用されるインクとしては、水、アルコール、トルエン等の主溶媒または主分散媒にエチレングリコール等の界面活性剤と、染料または顔料とを溶解または分散させることにより調製される。さらに、液滴吐出ヘッド１にヒータを設けておけば、ホットメルトインクも使用できる。
【００３４】
以上のような第１実施形態では、次のような効果が得られる。
１）インク取り入れ口３１とインク供給口８との距離の差の最大値が１０％以内になるように設けられているので、各々の圧力室６に供給されるインクの量が略均一になることで、液滴吐出ヘッド１のノズル２１から吐出されるインク液滴２３の量がほぼ均一になる。このため、液滴吐出ヘッド１が任意の文字や画像を記録紙１０４に印刷する時に、高精度の印刷品質が得られる。
【００３５】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、前述の第１実施形態と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を省略する。
図５は、第２実施形態としての液滴吐出ヘッドの一部を示す分解斜視図である。図６は
液滴吐出ヘッドの平面図である。
【００３６】
ここで、図５及び図６に示すように、液滴吐出ヘッド１はインク取り入れ口３１が長穴形状で、１つ設けられた構成になっているのが第１実施形態と異なる点である。つまり、このインク取り入れ口３１の形状が長穴で、インクリザーバ１０のノズル２１の配列方向と平行な方向に延びた状態に配置されている。インク取り入れ口３１はノズル２１の配列方向において、インク供給口８の配列範囲とほぼ同じ範囲にわたる長さを有している。なおかつ、インク取り入れ口３１とインク供給口８との距離の差の最大値が１０％以内になるように設けられている。
【００３７】
本発明の第２実施形態における液滴吐出ヘッド１の構成は以上のようであって、図５及び図６を参照しながら、その動作について説明する。
【００３８】
図５及び図６において、インク取り入れ口３１が長穴形状で、このインク取り入れ口３１とインク供給口８との距離の差の最大値が１０％以内になるように設けられているので、インクがインクリザーバ１０内を流れる時に、インク取り入れ口３１からインク供給口８までの距離がほぼ一定になっているので、ほぼ均等にインクがインク供給口８に供給される。つまり、インクがインク供給口８を経由して各々の圧力室６に供給される時に、インクの速度と流量とがより一層均一に調整される。と同時に、各々の圧力室６に供給されるインクの量が均一になることで、振動板５から圧力室６内へ圧力を印加する時の圧力変動を抑制することになり、ノズル２１から吐出されるインク液滴２３の吐出速度のバラツキや、各ノズル２１からの吐出タイミングのバラツキが防止されることになる。
【００３９】
以上のような第２実施形態では、第１実施形態で得られた効果以外に、次のような効果が得られる。
２）インク取り入れ口３１が長穴形状で設けられているので、長穴形状（長さ、幅）をインクリザーバ１０のノズル２１の配列方向に従って、ほぼ均一に形成できる。なおかつ、インク供給口８とインク取り入れ口３１との距離の誤差を少なくして形成できる。従って、品質の安定した液滴吐出ヘッド１を容易に提供することができることになり、大量生産向きである。
【００４０】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。以下に変形例を示す。
【００４１】
＜変形例１＞
例えば、第１実施形態で、同一サイズ（大きさ）のインク取り入れ口３１が一直線上に配置される方法を採用したが、本発明はこれにこだわるものではない。例えば、インク取り入れ口３１のサイズを任意に選択して、そのサイズに応じてインク取り入れ口３１とインク供給口８との距離を適宜選んで、インク取り入れ口３１とインク供給口８との距離の差が１０％以内になるように組み合わせて配置される方法でもよい。つまり、インク取り入れ口３１のサイズが大きい時にはインク供給口８から遠ざかった位置にインク取り入れ口３１を設け、インク取り入れ口３１のサイズが小さい時にはインク供給口８に近づけてインク取り入れ口３１を設ける。この時、インク取り入れ口３１とインク供給口８との距離の差が１０％以内になるように組み合わせて配置する方法でもよい。
【００４２】
このようにすれば、インク取り入れ口３１のサイズを任意に選択して、しかもインク取り入れ口３１とインク供給口８との距離を適宜選択して、インク取り入れ口３１とインク供給口８との距離の差が１０％以内になるように組み合わせて配置することによって、インクリザーバ１０に供給されるインクの流れ具合（速度、流量）をほぼ均一にすることができる。従って、インクがインク供給口８を通って、圧力室６にほぼ均等に供給される。つまり、ノズル２１から液滴２３を吐出する時のインク速度とインク流量とが容易に設定できることになり、良好な液滴吐出ヘッド１を提供することができる。
【００４３】
＜変形例２＞
また、第２実施形態で、インク取り入れ口３１は所定の長穴形状（長さ、幅）を採用したが、本発明はこれにこだわるものではない。例えば、インク取り入れ口３１が長さと幅を任意に変更して、異なった形状の長穴を用いて配置されてもよい。ここで、供給されるインクの特性（粘度など）が変化した場合、インクが低粘度の時には、長穴形状の長さと幅とを狭く設けた構成にして、逆にインクが高粘度の時には、長穴形状の長さと幅とを広く設けた構成にしてもよい。また、円形の穴と長穴が混在する構成にしてもよい。
【００４４】
このようにすれば、供給されるインクの特性（粘度など）が変化しても、インク取り入れ口３１の長穴形状（長さ、幅）を任意に変えた方法を採用する場合や、円形の穴と長穴が混在する方法を採用することによって、インクリザーバ１０に供給されるインクの流れ具合をほぼ一定にコントロールすることができるから、インクがインク供給口８を通って、圧力室６にほぼ均等に供給される。従って、供給されるインクの特性に応じた液滴吐出ヘッド１を提供することができる。
【００４５】
＜変形例３＞
また、第２実施形態で、長穴形状のインク取り入れ口３１が１箇所配置される方法を採用したが、本発明はこれにこだわるものではない。例えば、長穴形状のインク取り入れ口３１が複数個配置されてもよい。このインク取り入れ口３１が複数個配置される方法として、供給口８の配列方向と平行な方向に複数配置してもよい。また、供給口８の配列方向と直交する方向に複数配置してもよい。
【００４６】
このようにすれば、第２実施形態と同種の効果が得られる他に、長穴形状のインク取り入れ口３１が複数個配置されることによって、インクリザーバ１０に供給されるインクの流量を多量に供給することができることになる。よって、インクがインク供給口８を通って、圧力室６に速やかに、しかも、ほぼ均等に供給される。従って、インクが短時間で圧力室６に供給されることになるから、速い速度でインク液滴２３を吐出することが可能な液滴吐出ヘッド１を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態の液滴吐出ヘッドの一部を示す分解斜視図。
【図２】液滴吐出ヘッドの断面図。
【図３】液滴吐出ヘッドの平面図。
【図４】液滴吐出装置の構成例を示す斜視図。
【図５】第２実施形態の液滴吐出ヘッドの一部を示す分解斜視図。
【図６】液滴吐出ヘッドの平面図。
【符号の説明】
【００４８】
１…液滴吐出ヘッド、６…圧力室、８…インク供給口、１０…インクリザーバ、２１…ノズル、３１…インク取り入れ口、１００…液滴吐出装置。
【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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