(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にインク流路を有するそれぞれの４２合金で形成されたシート状部材を接合することにより積層し、当該積層されたシート状部材とアクチュエータ素子と接合することにより、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドを製造する方法であって、
前記シート状部材あるいは前記アクチュエータ素子の接合面にＳｉまたはＴｉあるいはＮｉからなる金属を薄膜形成する工程と、
前記シート状部材と、他のシート状部材あるいは前記アクチュエータ素子とを重ね合わせる工程と、
前記シート状部材と、他のシート状部材あるいは前記アクチュエータ素子との隙間にゾルゲルＳｉＯ2からなるゾルゲル液を充填する工程と、
前記ゾルゲル液を充填した前記シート状部材と他のシート状部材、あるいは前記シート状部材と前記アクチュエータ素子を加熱して前記ゾルゲル液を焼成する工程と、
前記焼成した前記シート状部材と他のシート状部材、あるいは前記シート状部材と前記アクチュエータ素子を陽極接合により接合する工程と、
を備えたことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記シート状部材は、前記アクチュエータ素子によって容積を増減する複数の圧力室を形成するプレートと、その圧力室に連通しインクを吐出するノズルを形成するプレートと、各圧力室にインクを供給する共通インク室を形成するプレートとを含む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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電式インクジェットプリンタヘッドの製造方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタに用いられているインクジェットプリンタヘッドにおいて、キャビティの圧力室に隣接して設けられた圧電素子を用いて、この圧電素子に電圧を印加することで圧力室の容積を小さくしてインクをオリフィスから噴射させて印刷を行う圧電式インクジェットプリンタヘッドが知られている。
【０００３】
この圧電式インクジェットプリンタヘッドでは、特開平４−３４１８５１号公報に示されるように、シート状の圧電セラミック層上に、スクリーン印刷により内部電極層を印刷すると共に、各圧電セラミック層及び電極層を設けていないセラミックス層等を交互に積層してプレスして焼成し、焼成後、別途接着剤等を用いて変形拘束材を接着して製造していた。
【０００４】
更に、以上のようにして製造したアクチュエータとしての圧電素子と、圧力室を形成するキャビティプレートとを接着し、更にキャビティプレートにポリイミド等から形成されたノズルプレートを接着することにより、圧電式インクジェットプリンタヘッドを製造していた。また、キャビテイプレートは、特開昭６２−１１１７５８号公報に示されるように、各種の流路パターンを形成した複数のシート状材料を積層することによって構成することが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の方法では、キャビティプレートを構成する各シート状材料の上、あるいはキャビティプレート上に、スピンコート法、ディッピング法、ローラ転写法、あるいはスタンピング法等により接着剤を塗布していたため、塗布厚が厚すぎたり、接着剤の粘度が低下した場合等には、インク流路内に接着剤が流れ出してしまい、インク流路の閉塞が生じるという問題があった。
【０００６】
特に、２液性の接着剤を用いた場合には、それぞれの接着剤を混合した時点から硬化反応が進んでしまうので、重ね合わせる際に硬化の程度にばらつきが出易く、接着剤の流れ込みを制御することが困難であった。また、加熱硬化型の接着剤の場合には、加熱硬化の際に接着剤が動くので、接着剤の流れ込みを制御することが困難であった。
【０００７】
また、焼成体である圧電素子の表面には、２０μｍ程度の凹凸があるため、接着剤を比較的厚く塗る必要がある。しかし、この厚さが厚過ぎると、流れ込みが発生し易い。一方、薄過ぎると、接着剤の欠落部分が生じ、インク流路間でインクがリークしてしまうという問題が発生する。
【０００８】
そして、以上のような接着剤の流れ込みは、キャビティプレートを構成するシート材料を積層してその積層方向に圧力をかけたり、また、キャビティプレート上に圧電素子を重ねて圧力をかけた時に、接着剤がはみ出すことで発生するものであるが、特にインク流路の断面積を狭くしたところでは、流路の閉塞を発生しやすく、インク吐出を行うことが出来なくなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、インク室の接着剤による詰まりを発生させることのないインクジェットヘッドの製造方法を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法は、前記課題を解決するために、内部にインク流路を有するそれぞれの４２合金で形成されたシート状部材を接合することにより積層し、当該積層されたシート状部材とアクチュエータ素子と接合することにより、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドを製造する方法であって、前記シート状部材あるいは前記アクチュエータ素子の接合面にＳｉまたはＴｉあるいはＮｉからなる金属を薄膜形成する工程と、前記シート状部材と、他のシート状部材あるいは前記アクチュエータ素子とを重ね合わせる工程と、前記シート状部材と、他のシート状部材あるいは前記圧電アクチュエータとの隙間にゾルゲルＳｉＯ2からなるゾルゲル液を充填する工程と、前記ゾルゲル液を充填した前記シート状部材と他のシート状部材、あるいは前記シート状部材と前記アクチュエータ素子を加熱して前記ゾルゲル液を焼成する工程と、前記焼成した前記シート状部材と他のシート状部材、あるいは前記シート状部材と前記アクチュエータ素子を陽極接合により接合する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法によれば、まず、内部にインク流路を有するシート状部材あるいはアクチュエータ素子の接合面に、金属を薄膜形成する。次に、この金属が薄膜形成されたシート状部材と、他のシート状部材あるいは前記アクチュエータ素子とを重ね合わせる。次に、前記シート状部材と、他のシート状部材あるいは前記圧電アクチュエータとの隙間に、ゾルゲル液を充填する。次に、前記ゾルゲル液を充填した前記シート状部材と他のシート状部材、あるいは前記シート状部材と前記アクチュエータ素子を加熱し、前記ゾルゲル液を焼成する。次に、前記焼成した前記シート状部材と他のシート状部材、あるいは前記シート状部材と前記アクチュエータ素子を陽極接合により接合する。このように、ゾルゲル液を用いることにより、完全な陽極接合を行うことが出来、また、接着剤を用いないので、接着剤のはみ出しによるインク流路の閉塞が発生しない。従って、優れたインクジェットヘッドを歩留まり良く製造出来る。
また、前記シート状部材は、４２合金で形成された部材なので、当該シート状部材を陽極または陰極として用いて上述の陽極接合により接合が可能となる。
また、前記シート状部材の接合面には、前記金属としてＳｉまたはＴｉあるいはＮｉが薄膜形成され、この薄膜と、前記ゾルゲル液から形成される薄膜との陽極接合による接合が行われる。従って、十分な接合強度が得られる。
また、前記ゾルゲル液は、ゾルゲルＳｉＯ2なので、焼成後にはＳｉＯ2膜が形成され、前記金属の薄膜との間で良好な陽極接合が行われることになる。
【００１８】
請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法は、前記課題を解決するために、請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記シート状部材は、前記アクチュエータ素子によって容積を増減する複数の圧力室を形成するプレートと、その圧力室に連通しインクを吐出するノズルを形成するプレートと、各圧力室にインクを供給する共通インク室を形成するプレートとを含むことを特徴とする。
【００１９】
請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法によれば、前記シート状部材として、前記アクチュエータ素子によって容積を増減する複数の圧力室を形成するプレート、その圧力室に連通しインクを吐出するノズルを形成するプレート、各圧力室にインクを供給する共通インク室を形成するプレートが、上述のように接着剤を用いることなく陽極接合により接合される。従って、接着剤のインク流路への流れ込みが発生せず、優れたインク吐出動作の可能なインクジェットヘッドが製造されることになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。以下の説明は、圧電式インクジェットヘッドに対して本発明を適用した場合の実施形態である。
【００２１】
記録媒体に沿って走行する公知のキャリッジ（図示せず）に搭載される本体フレーム１は、図３に示すように、上面開放の略箱状に形成されており、その上方から４つのインクカートリッジ（図示せず）を着脱自在に装着できる搭載部３を有し、該搭載部３の一側部位３ａには、各インクカートリッジのインク放出部（図示せず）に接続できるインク供給通路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが本体フレーム１の底板５の下面まで連通している。なお、この搭載部３の一側部位３ａの上面には、各インクカートリッジのインク放出部（図示せず）と密接できるようにしたゴム製等のパッキング（図示せず）が配置されている。
【００２２】
底板５は、搭載部３から一段下に突出するようにして水平状に形成され、図１及び図２並びに図４に示すように、該底板５の下面側には、後述するフロントヘッドユニット６を２つ並列させて配置するための２つの支持部８を段付き状に形成する。該各支持部８には、ＵＶ接着剤にて固定するための複数の空所９ａ、９ｂが上下に貫通するように形成されている。
【００２３】
図５は、フロントヘッドユニット６の斜視図を示すものである。図６は、フロントヘッドユニットの断面図を示すものである。フロントヘッドユニット６は、図５及び図６に示すように、複数枚の積層型のキャビティプレート１０と、該キャビティプレート１０に対して接着剤または接着シートを介して接着・積層されるプレート型の圧電アクチュエータ２０と、その上面に外部機器との電気的接続のために、フレキシブルフラットケーブル４０が接着剤にて重ね接合されて構成されており、最下層のキャビティプレート１０の下面側に開口されたノズル１５から下向きにインクが吐出する。
【００２４】
図７は、キャビティプレート１０の分解斜視図を示すものである。図８は、キャビティプレート１０の分解拡大斜視図を示すものである。キャビティプレート１０は、図８に示すように、ノズルプレート１１、２枚のマニホールドプレート１２、スペーサプレート１３、ベースプレート１４の５枚の薄い金属板をそれぞれ接着剤にて重ね接合して積層した構造である。本実施形態では、これらの各プレート１１〜１４は、４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有している。なお、これらの各プレート１１〜１４は、金属に限らず、例えば、樹脂により形成してもよい。
【００２５】
ノズルプレート１１には、微小径（本実施形態では、２５μｍ程度）の複数のインク吐出用のノズル１５が、当該ノズルプレート１１における長手方向の中心線１１ａ、１１ｂに沿って、微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列で穿設されている。２枚のマニホールドプレート１２に対するノズルプレート１１及びスペーサプレート１３の積層により密閉される構造になっている。
【００２６】
また、ベースプレート１４には、図８に示すように、長手方向の中心線１４ａ、１４ｂに対して直交する方向に延びる細幅の複数の圧力室１６が千鳥状配列で穿設されている。また、ベースプレート１４には、各圧力室１６と接続される絞り部１６ｄが穿設されている。さらに当該絞り部１６ｄと接続されるインク供給孔１６ｂが穿設されている。各インク供給孔１６ｂは、スペーサプレート１３における左右両側部位に穿設されたインク供給孔１８を介して、マニホールドプレート１２における共通インク室１２ａに連通している。ここで、各絞り部１６ｄにおけるインクが流れる方向と直交する断面積は、各圧力室１６における当該断面積より小さい構造となっている。これは、絞り部１６ｄの断面積を小さくすることにより、流路抵抗を増すためである。なお、各圧力室１６の断面形状については後述する。
【００２７】
各圧力室１６の一端部１６ａは、ノズルプレート１４における千鳥状配列のノズル１５に、スペーサプレート１３及び２枚のマニホールドプレート１２に同じく千鳥状配列で穿設されている微小径の貫通孔１７を通って、各圧力室１６に対応するノズル１５に至ることとなる。
【００２８】
図９は、圧電アクチュエータ２０の分解拡大斜視図を示すものである。圧電アクチュエータ２０は、図９に示すように、３枚のセラミックスシート２１、２２、２３を積層した構造である。最下段のシート２１の上面には、キャビティプレート１０における各圧力室１６毎に対応した細幅の複数の駆動電極２４が、千鳥状配列で設けられている。また、各駆動電極２４の一端部２４ａは、圧電アクチュエータ２０の表裏面２０ａ、２０ｂと直交する左右側面２０ｃに露出するように形成されている。
【００２９】
次段のシート２２の上面には、複数の圧力室１６に対して共通のコモン電極２５が、設けられている。コモン電極２５の一端部２５ａも、各駆動電極２４の一端部２４ａと同様、左右側面２０ｃに露出するように形成されている。
【００３０】
最上段のシート２３の上面には、各駆動電極２４の各々に対する表面電極２６と、コモン電極２５に対する表面電極２７とが、左右側面２０ｃに沿って並ぶように設けられている。
【００３１】
また、左右側面２０ｃには、各駆動電極２４の一端部２４ａに第１の凹み溝３０が、コモン電極２５の一端部２５ａに第２の凹み溝３１が、それぞれ積層方向に延びるように設けられている。各第１の凹み溝３０内には、図６に示すように、各駆動電極２４と各表面電極２６とを電気的に接続する側面電極３２が、第２の凹み溝３１内には、コモン電極２５と表面電極２７とを電気的に接続する側面電極３３が、それぞれ形成されている。なお、符号２８及び２９の電極は、捨てパターンの電極である。
【００３２】
各駆動電極２４に対応する位置とコモン電極２５とに挟まれた圧電シート２２の各領域は、分極処理されて圧電特性が付与され、各圧力室１６に対応した圧力発生部となる。
【００３３】
以上のような構成のキャビティプレート１０と圧電アクチュエータ２０とは、キャビティプレート１０における各圧力室１６と、圧電アクチュエータ２０における駆動電極２４とが対応するように積層される。また、圧電アクチュエータ２０における上側の表面２０ａには、フレキシブルフラットケーブル４０が重ね押圧されることにより、このフレキシブルフラットケーブル４０における各種の配線パターン（図示せず）が、各表面電極２６、２７に電気的に接合される。
【００３４】
このような構成において、圧電アクチュエータ２０における各駆動電極２４のうち任意の駆動電極２４と、コモン電極２５との間に電圧を印加することにより、圧電シート２２のうち電圧を印加した駆動電極２４の部分、即ち、圧力発生部に、圧電効果による積層方向の歪みが発生する。そして、この歪みによる圧力にて、各駆動電極２４に対応する圧力室１６の内容積が縮小されることにより、この圧力室１６内のインクが、ノズル１５から液滴状に吐出して、所定の印字が行われる。
【００３５】
ここで、前記圧電アクチュエータ２０の製造方法について説明する。まず、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ（ＰｂＴｉＯ3・ＰｂＺｒＯ3））系のセラミック粉末、バインダ、溶剤を混合する。
【００３６】
次に、前記混合液を、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のプラスチックフィルム上に、ドクターブレード法を用いて所定の厚さに塗布し、３枚のセラミックスシート２１、２２、２３から成るグリーンシートを形成する。
【００３７】
さらに、前記グリーンシートの駆動電極２４等の電極となる部分に、金属材料をスクリーン印刷により印刷する。
【００３８】
そして、このようにして形成したグリーンシートを積層し、加熱プレスし、グリーンシートの積層ブロックを得る。
【００３９】
次に、積層ブロックを所定の温度で加熱することにより、バインダーを焼き飛ばした後、焼成炉により所定の温度で焼成する。そして、ブロックを所定の大きさに切断し、個々の圧電アクチュエータ２０を得る。
【００４０】
次に、個々の圧電アクチュエータ２０に側面電極３２、３３を印刷し、焼成炉を用いて前記側面電極３２、３３の焼付を行う。
【００４１】
そして、電極２４、２５に高電圧を印加することで、両電極間のセラミックスシート２１の分極処理を行う。
【００４２】
このようにして、本実施形態の圧電式インクジェットヘッドに用いられる圧電アクチュエータ２０が製造される。
【００４３】
次に、本実施形態における圧電式インクジェットヘッドの製造方法について説明する。
【００４４】
圧電式インクジェットヘッドは、上述したキャビティプレート１０と、圧電アクチュエータ２０とを接合することにより製造する。但し、本実施形態においては、従来のように接着剤を用いてこれらの接合を行うのではなく、ゾルゲル液を用いて陽極接合によりキャビティプレート１０と圧電アクチュエータ２０とを接合する。
【００４５】
まず、４２合金製のキャビティプレート１０に、スパッタ法等を用いて、図１０（Ａ）に示すように、０．１μｍ程度のＳｉ膜５１を形成する。
【００４６】
次に、前記Ｓｉ膜５１が形成されたキャビティプレート１０と、圧電アクチュエータ２０とを重ね合わせる。
【００４７】
そして、ゾルゲル法により図１０（Ａ）に示すように、ＳｉＯ2膜５０を形成する。つまり、前記重ね合わせの際に形成される隙間に、毛細管現象を利用して、ＳｉＯ2を注入し、例えば４５０℃の温度で焼成する。これにより、Ｓｉ膜５１及び圧電アクチュエータ２０に密着したＳｉＯ2膜が形成される。
【００４８】
次に、この状態のまま、キャビティプレート１０を陽極に、圧電アクチュエータ２０を陰極にして、６００Ｖ〜８００Ｖの電圧を印加する。この電圧印加によって、Ｓｉ膜５１とＳｉＯ2膜とが陽極接合により接合される。従って、圧電アクチュエータ２０とキャビティプレート１０は、接着剤を用いることなく接合されることになる。このようにして、圧電式インクジェットヘッドが製造される
【００４９】
接着剤を用いた場合には、接着剤のはみ出しにより、図８に示すベースプレート１４の絞り部１６ｄ等の流路が詰まってしまうことがあったが、本実施形態の製造方法によれば、重ね合わせた材料間の毛細管現象が絞り部１６ｄ等の流路よりも大きいため、このような不具合を発生させることがない。
【００５０】
また、接着剤を用いた場合には、接着剤の不足、あるいは接着層に気泡部が形成される等の原因により、図８に示す各圧力室１６間でインクがリークしてしまうことがあったが、本実施形態の製造方法によれば、ゾルゲル法によりＳｉＯ2膜５０が形成されるので、各圧力室１６間のリークが確実に防止される。
【００５１】
従って、本実施形態の製造方法によれば、優れた圧電式インクジェットヘッドを歩留まり良く製造することが出来る。
【００５２】
また、上述の説明では、圧電アクチュエータ２０とキャビティプレート１０の接合に本発明を適用したが、本発明はこのような例に限定されるものではなく、例えば、図７に示すようなキャビティプレート１０の各プレートの接合にも適用可能である。
【００５３】
例えば、図７に示す４２合金製のベースプレート１４のスペーサプレート１３に対する接合面に、スパッタ法等により図１０（Ｂ）に示すように０．１μｍ程度のＳｉ膜５１を形成し、また、同じく４２合金製のスペーサプレート１３のベースプレート１４に対する接合面に、スパッタ法等により図１０（Ｂ）に示すように０．１μｍ程度のＳｉ膜５１を形成し、これらを重ね合わせる。
【００５４】
そして、ゾルゲル法により図１０（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ2膜５０を形成する。つまり、前記重ね合わせの際に形成される隙間に、毛細管現象を利用して、ＳｉＯ2を注入し、例えば４５０℃の温度で焼成する。これにより、各Ｓｉ膜５１に密着したＳｉＯ2膜が形成される。
【００５５】
次に、この状態のまま、ベースプレート１４を陽極に、スペーサプレート１３を陰極にして、６００Ｖ〜８００Ｖの電圧を印加する。この電圧印加によって、各Ｓｉ膜５１とＳｉＯ2膜とが陽極接合により接合される。従って、ベースプレート１４とスペーサプレート１３は、接着剤を用いることなく接合されることになる。
【００５６】
以下、同様にして、スペーサプレート１３とマニホールドプレート１２、２枚のマニホールドプレート１２、マニホールドプレート１２とノズルプレート１１のそれぞれを、ゾルゲル法により形成したＳｉＯ2膜を用いて陽極接合により接合すれば良い。
【００５７】
あるいは、ノズルプレート１１、２枚のマニホールドプレート１２、スペーサプレート１３、及びベースプレート１４のそれぞれの接合面にＳｉ膜５１を形成し、これらの５枚のプレートを重ね合わせ、それぞれの重ね合わせ部にゾルゲル法によりＳｉＯ2膜を形成し、一度に陽極接合により接合を行うようにしても良い。
【００５８】
また、上述した説明では、接合面にＳｉ膜を形成したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、ＴｉあるいはＮｉを薄膜形成して、陽極接合を行うようにしても良い。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法によれば、内部にインク流路を有するシート状部材あるいはアクチュエータ素子の接合面に金属を薄膜形成し、この金属が薄膜形成されたシート状部材と、他のシート状部材あるいは前記アクチュエータ素子とを重ね合わせ、この隙間にゾルゲル法により薄膜を形成した後に陽極接合により接合を行うので、完全な陽極接合を行うことが出来、また、接着剤を用いないので、接着剤のはみ出しによるインク流路の閉塞が発生しない。従って、優れたインクジェットヘッドを歩留まり良く製造出来る。
また、前記シート状部材は、４２合金で形成された部材なので、当該シート状部材を陽極または陰極として用いて上述の陽極接合により接合が可能となる。
また、前記シート状部材の接合面には、前記金属としてＳｉまたはＴｉあるいはＮｉが薄膜形成され、この薄膜と、前記ゾルゲル液から形成される薄膜との陽極接合による接合が行われる。従って、十分な接合強度が得られる。
また、前記ゾルゲル液は、ゾルゲルＳｉＯ2なので、焼成後にはＳｉＯ2膜が形成され、前記金属の薄膜との間で良好な陽極接合が行われることになる。
【００６３】
請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法によれば、前記シート状部材として、前記アクチュエータ素子によって容積を増減する複数の圧力室を形成するプレート、その圧力室に連通しインクを吐出するノズルを形成するプレート、各圧力室にインクを供給する共通インク室を形成するプレートが、上述のように接着剤を用いることなく陽極接合により接合されるので、接着剤のインク流路への流れ込みが発生せず、優れたインク吐出動作の可能なインクジェットヘッドを製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における圧電式インクジェットヘッドのノズル側を上にした斜視図である。
【図２】図１の圧電式インクジェットヘッドの部品の分解斜視図である。
【図３】図１の圧電式インクジェットヘッドを上方から見た部品の分解斜視図である。
【図４】図１の圧電式インクジェットヘッドの本体フレームの底板を下面側から見た下面図である。
【図５】図１の圧電式インクジェットヘッドにおけるフロントヘッドユニットの斜視図である。
【図６】図１の圧電式インクジェットヘッドにおけるフロントヘッドユニットの断面図である。
【図７】図１の圧電式インクジェットヘッドにおけるキャビティプレートの分解斜視図を示すものである。
【図８】図１の圧電式インクジェットヘッドにおけるキャビティプレートの分解拡大斜視図を示すものである。
【図９】図１の圧電式インクジェットヘッドにおける圧電アクチュエータの分解拡大斜視図を示すものである。
【図１０】（Ａ）は本発明の一実施形態におけるキャビティプレートと圧電アクチュエータとの接合方法を説明する図、（Ｂ）はベースプレートとキャビティプレートとの接合方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０  キャビティプレート
１１  ノズルプレート
１２  マニホールドプレート
１３  スペーサプレート
１４  ベースプレート
２０  圧電アクチュエータ
２１、２２  圧電シート
２３  絶縁シート
２４  駆動電極
２５  コモン電極
２６、２７  表面電極
３０、３１  凹み溝
３２、３３  側面電極
５０  ゾルゲル法により形成されたＳｉＯ2膜
５１  Ｓｉ膜
【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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