(57)【要約】      （修正有）【課題】吐出口からの蒸発による、不吐出、ヨレの課題に対して発一現象が生じにくい信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供すること。【解決手段】複数の圧力発生手段と、複数のインク流路と、複数の吐出口が形成された吐出口プレートとを有し、前記吐出口が複数並んだ吐出口列１を、１列ないし複数列の吐出口列の近傍に、加湿された空気が噴出される噴出口６を有することを特徴とする。本発明のインクジェット記録ヘッドは、空気を加湿する加湿装置９を有する加湿管８を有し、該加湿管の第一端は、ヘッドの吐出口プレート面と平行な面に形成された前記噴出口に接続され、加湿管の第二端は、ヘッドの吐出口プレート面とほぼ垂直な面に形成された空気導入口７と接続されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧力発生手段と、前記圧力発生手段が設けられた複数の圧力室と、前記各圧力室にインクを導くための複数のインク流路と、前記各インク流路に連通し、インクを吐出するための複数の吐出口が形成された吐出口プレートとを有し、
前記吐出口が複数並んだ吐出口列を、１列ないし複数列有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記１列ないし複数列の吐出口列の近傍に、加湿された空気が噴出される噴出口を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
空気を加湿する加湿装置を有する加湿管を有し、該加湿管の第一端は、前記ヘッドの吐出口プレート面と平行な面に形成された前記噴出口に接続され、該加湿管の第二端は、前記ヘッドの吐出口プレート面とほぼ垂直な面に形成された空気導入口と接続されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記空気導入口は、ヘッド主走査方向の上流側に位置し、印字に伴うヘッドの移動により発生する圧力差により前記噴出口からの加湿された空気が噴出されることを特徴とする請求項１ないし２記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記加湿装置は、繊維や、直径数μｍないし数ｍｍの複数の細管で構成されることを特徴とする請求項１ないし３記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記加湿装置は、加熱手段を有することを特徴とする請求項１ないし３記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記インクジェット記録ヘッドは、低熱抵抗物質を備え、該低熱抵抗物質の一端は、前記加湿装置の近傍に位置し、他端は、前記吐出口プレート近傍に位置することを特徴とする請求項１ないし３記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
前記インクジェット記録ヘッドは水タンクを備え、該水タンクから前記加湿装置への水の供給がされることを特徴とする請求項１ないし３記載のインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクを吐出してインク液滴を形成し、記録を行うインクジェット記録装置に用いるインクジェット記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日広く一般的に用いられているインクジェット記録方式のインク吐出方法にはインク滴を吐出するために用いられる圧力発生素子として電気熱変換素子（ヒータ）を利用する方法と圧電素子（ピエゾ）を利用する方法があり、いずれも電気的な信号によってインク滴の吐出を制御することが可能である。例えば、電気熱変換素子を用いるインク滴吐出方法の原理は、電気熱変換素子に電気信号を与えることにより、電気熱変換素子近傍のインクを瞬時にして沸騰させ、そのときのインクの相変化により生じる急激な気泡の成長によってインク滴を高速に吐出させるものである。一方、圧電素子を用いるインク滴の吐出方法の原理は、圧電素子に電気信号を与えることにより、圧電素子が変位しこの変位時の圧力によってインク滴を吐出させるものである。ここで、前者の方法は圧力発生素子のスペースをそれほど設けなくとも済み、インクジェット記録ヘッドの構造が単純で、高集積化が容易であること等の利点がある。
【０００３】
近年、パソコンの処理速度の高性能化、インターネットなどの普及よりカラー画像に対する高速化の欲求もますます増大してきていて、高精細あるいは階調性のあるいわゆる非常に高品位な記録物を迅速に記録する需要が高まっており、高画質でかつ高速であるプリンターが求められている。インクジェット記録装置は、記録ヘッドの微細な吐出口から微小なインク滴を吐出して、紙やＯＨＰフィルムなどの被記録媒体に画像を記録する。そのため、非記録動作状態が続いて、記録ヘッドがインクを吐出していない場合には、吐出口内のインクが蒸発乾燥してしまい、増粘・固化したインクが吐出口内に発生して、ヨレ（インクの吐出方向の変化）や吐出不良を引き起こすことが分かっている。この吐出不良現象を以下では発一現象と呼ぶこととする。
【０００４】
小液滴になるほど発一現象が発生するまでの時間が短くなり、例えば吐出体積２ｐｌないし４ｐｌのインクジェット記録ヘッドでは、数秒で発一現象が発生し、ヨレや吐出不良を引き起こす。数秒で発一現象が発生するということは、印字中に、ある色のインクを数秒吐出しなかった場合、この色の吐出を開始した時に正常に吐出しないということを意味する。
【０００５】
発一現象が発生した場合、例えば特開平６−４００４２で開示されているように、メディア（紙）領域以外の場所で吐出を行う等の回復動作を行い、吐出不良の発生を防止する方法が知られている。
【特許文献１】特開平６−４００４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１による方法では発一特性が悪いほど回復動作を行う頻度が高くなり、この結果、印字速度が低下するという問題があった。従って印字中に発一現象が起こり難くすることは非常に重要である。
【０００７】
発一現象は、吐出していない吐出口からインクが蒸発乾燥することにより発生することから、吐出口周囲の湿度が大きく影響することが分かっている。発明者の検討では、２５℃／１０％と２５℃／４５％では、発一現象に大きな差があり、湿度が１０％の場合の方がかなり短時間で不吐出が発生していた。
【０００８】
そこで本発明は、上述したような従来の問題に着目し、吐出口からの蒸発による、不吐出、ヨレの課題に対して発一現象が生じにくい信頼性の高いインクジェット記録ヘッド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】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明のインクジェット記録ヘッドは、複数の圧力発生手段と、前記圧力発生手段が設けられた複数の圧力室と、前記各圧力室にインクを導くための複数のインク流路と、前記各インク流路に連通し、インクを吐出するための複数の吐出口が形成された吐出口プレートとを有し、前記吐出口が複数並んだ吐出口列を、１列ないし複数列有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記１列ないし複数列の吐出口列の近傍に、加湿された空気が噴出される噴出口を有することを特徴とする。
【００１０】
噴出口から加湿された空気が噴出され、吐出口近傍の湿度を増加させるため、より長い休止時間後の吐出においても、液滴は正常に吐出する。
【００１１】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、空気を加湿する加湿装置を有する加湿管を有し、該加湿管の第一端は、前記ヘッドの吐出口プレート面と平行な面に形成された前記噴出口に接続され、該加湿管の第二端は、前記ヘッドの吐出口プレート面とほぼ垂直な面に形成された空気導入口と接続されていることを特徴とする。
【００１２】
前記空気導入口の吐出口プレート面と垂直方向の寸法は、前期ヘッドと被印字物の距離より大きいことが望まれる。
【００１３】
前記空気導入口は、ヘッドの主走査方向の上流側に位置し、印字に伴うヘッドの移動により発生する圧力差により、前記噴出口からの加湿された空気が噴出される。この場合、加湿空気噴出のための加圧用モータ等が必要でなくなり、コストアップを抑えて加湿空気の噴出を実現できる。
【００１４】
前記加湿装置への水の補給は、ヘッドに搭載された水タンクから供給される。
【００１５】
前記加湿装置は、加熱手段を有しても良い。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明によれば、吐出口が複数並んだ吐出口列を、１列ないし複数列有するインクジェット記録ヘッドにおいて、吐出口列の近傍に、加湿された空気が噴出する噴出口を有し、この噴出口から加湿された空気が噴出して吐出口近傍の湿度を増加させるため、吐出口からの蒸発が抑制されて発一現象を発生しにくくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、用いる寸法、数値等は一例を示したものであり、これに限定されるものではない。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１に、本発明のインクジェット記録装置の概観斜視図を示す。
【００１９】
本発明のインクジェット記録装置１００は、インクジェットヘッドを搭載するキャリッジ１０１と、キャリッジ１０１を走査移動させるキャリッジ駆動モータ１０２と、インクジェット記録装置１００の制御部（不図示）から電気信号をインクジェットカートリッジに送るためのフレキシブルケーブル１０３と、インクジェットヘッドの回復処理を行うための回復手段１０４と、紙などの記録媒体を積層状態で蓄える給紙トレイ１０５と、キャリッジ１０１の位置を光学式に読み取る光学式位置センサ１０６と、記録がなされて排出された記録媒体を保持する排紙トレイ１０７を有する。
【００２０】
このような構成のインクジェット記録装置１００は、キャリッジ１０１を記録媒体の搬送方向（副走査方向）と直交する主走査方向に移動させ、インクジェット記録ヘッドの吐出口列の幅に対応した幅の記録を行う一方、非記録時に記録媒体をすでに決められている量、間欠的に搬送する。
【００２１】
なお、図１ではインクジェット記録装置１００の構成をわかり易く示すために、外装（カバー）は図示していない。実際のインクジェット記録装置では、キャリッジ、駆動モータ等は外装に覆われている。
【００２２】
図２に、本発明のインクジェット記録ヘッドに搭載されている、ヒータ、吐出口等が形成されているチップの構造の模式図を示す。図２には、圧力発生素子として電気熱変換素子（ヒータ）を利用する場合に関して示した。
【００２３】
図２はチップをヒータが配置された面から見た平面図である。図２において２０１はシリコン基板から成るチップ、２０２はＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＡｌ等から成るヒータ、２０３はチップ裏面に設けたインクタンク（不図示）から、チップ表面にインクを導くための供給口である。図２にはヒータ２０２および供給口２０３の配置のみを示した。
【００２４】
図３に、インクジェット記録ヘッドに搭載されているチップの模式図を示す。図３は図２中のＡ−Ａ‘線での断面図である。
【００２５】
図３において、２０１はチップ、２０２はヒータ、２０３は供給口、２０４は絶縁膜、２０５は保護膜、２０６はＴａ等から成る耐キャビテーション膜、２０７は流路、２０８は圧力室、２０９は吐出口、２１０は吐出口プレート、２１１は基板裏面の絶縁膜、である。
【００２６】
吐出口２０９は図３に示したように、ヒータ２０２のほぼ真上に配置されている。ヒータは図２に示したように、供給口２０３の両端に配置されても良いし、供給口２０３の片側のみに配置されても良い。隣接するヒータの配置は、一般的には３００ｄｐｉないし１２００ｄｐｉである。図２に示したように供給口の両端で、隣接するヒータ間隔の半分の距離オフセットして配置することにより、実質的に倍の密度のヒータ配置を実現できる。
【００２７】
図３ではチップの構造を明確に説明するためにヒータの個数は２４個としているが、一般的なインクジェット記録ヘッドでは各列に配列されている吐出口の数は、６４ないし２０４８個である。
【００２８】
絶縁膜２０４および２１１は、シリコン基板を熱酸化して作成される熱酸化膜、あるいはＣＶＤにより作成される酸化膜もしくは窒化膜等のいずれの膜でもよい。
【００２９】
保護膜２０５は、ＣＶＤにより作成される酸化膜または窒化膜等いずれの膜でもよい。
【００３０】
吐出口２０９および流路２０７を形成している吐出口プレート２１０の形成は、あらかじめ吐出口および流路を有した吐出口プレートを半導体基板に貼り付けても良いし、半導体プロセスで用いられているフォトリソグラフィー技術を用いてチップ２０１上に形成しても良い。
【００３１】
ヒータ２０２の両端にはアルミニウム等からなる配線(不図示)が接続され、該配線を介してヒータ２０２両端に所望の電圧パルスが印加される。
【００３２】
インクは基板裏面から図４に示したように、供給口２０３を通って基板表面に導かれ、流路２０７を通り吐出口２０９まで導かれる。ヒータ２０２両端に所望の電圧パルスが印加されると、ヒータ近傍のインクが急激に加熱され、瞬時にして沸騰し、インクは図４に示したように吐出する。
【００３３】
供給口２０３は、たとえは水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液を用いたシリコンの異方性エッチングにより作製される。この場合図３に示したように、基板表面に対して約５４．７°の角度で傾斜して開口する。
【００３４】
チップ内にヒータを駆動するための半導体素子を備えても良いし、チップ内には半導体素子を備えず、チップ外部から入力される電気信号を伝達する配線およびヒータのみで構成されても良い。
【００３５】
次に、本発明の実施形態の特徴であるヘッドの構造について図面を参照して説明する。
【００３６】
図５は、図１に示したインクジェット記録装置に搭載される、本発明のインクジェット記録ヘッドの概観斜視図である。
【００３７】
図５において、１は複数の吐出口が配列された吐出口列、２は吐出口プレート、３はフレキシブル配線、４はコンタクト部、５はタンクホルダ、６は噴出口、７は空気導入口である。
【００３８】
図５では、４列の吐出口列が存在している場合に関して示した。各列はそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのインクを吐出する吐出口列に相当する。
【００３９】
インクの吐出は、吐出口プレート２に張り合わされたチップ（不図示）に設けられた圧力発生素子（不図示）によって行われる。圧力発生素子としては、前記したようにヒータやピエゾ素子が知られている。
【００４０】
チップにはフレキシブル配線を通して電力が供給され、圧力発生素子を駆動する。ヘッドにはインクジェット記録装置から、コンタクト部を介して電力が供給される。
【００４１】
次に本発明の特徴である、加湿装置に関して詳しく説明する。
【００４２】
図６に、インクジェットヘッドの模式的平面図を示す。
【００４３】
図７に、インクジェットヘッドの模式的断面図を示す。図７は、図６中に示したＢ−Ｂ‘線での断面図である。
【００４４】
図６および図７において、１は吐出口列、２は吐出口プレート、５はタンクホルダ、６は噴出口、７は空気導入口、８は加湿管、９は加湿装置、１０はインクタンク、１１は水タンク、１２は吐出口である。
【００４５】
前記したように、前記吐出口列１は、複数の吐出口１２が所望の間隔で配列されて構成されている。
【００４６】
本実施例では加湿装置９は、ポリプロピレン繊維等から成る水分を保持可能な物質で形成され、水タンク１１から流路（不図示）を介して水が供給される。加湿装置９は少なくとも一部を加湿管８の内面に露出している。したがって、加湿管８内の加湿装置９の近傍では、加湿装置９に保持されている水が蒸発し、湿度は高い状態になる。
【００４７】
次に図８を用いて本発明の説明をより詳しく行う。
【００４８】
図８において、１は吐出口列、２は吐出口プレート、６は噴出口、７は空気導入口、８は加湿管、９は加湿装置、１３は紙である。
【００４９】
印字のためヘッドが図８中黒色で示したブロック矢印の方向移動すると、ヘッドの移動に伴う空気の流れにより、空気導入口７においての圧力は、噴出口６においての圧力より高くなるため、図８中、白色で示したブロック矢印で示したような空気の流れが生じる。この時、湿度の高い領域の空気が噴出口６から吐出口の近傍に流れ、加湿された状況で印字が行われる。従って、従来のインクジェット記録装置と比較して、休止時間が長くても正常に吐出が行われる発一特性に優れたインクジェット記録装置が実現できる。
【００５０】
空気の流れを積極的に起こすためには、空気導入口７の紙面と垂直方向の寸法を、吐出口プレートと紙の間隔より大きくする必要がある。
【００５１】
また、本構成では、印字する際にのみ加湿された空気が、加湿を必要とする吐出口近傍に効率良く供給されるため、加湿に必要な水が不必要に消費されることは無い。
【００５２】
また、印字に伴うヘッドの移動によって生じる圧力差を利用して、噴出口から加湿された空気を噴出するため、モータおよびモータを駆動するための特別な制御を必要とせず、コストアップを抑えて発一特性を改善することができる。
【００５３】
本実施形態のインクジェット記録ヘッドと、加湿装置を持たない従来インクジェット記録ヘッドにより、インク粘度が上昇し吐出しにくい１５℃／１０％の環境における発一現象を比較した。比較に使用したインクジェット記録ヘッドは、圧力発生素子としてヒータを用いた吐出体積４ｐｌのサーマルインクジェットを用いた。
【００５４】
この両者を比較したところ、加湿装置を持たない従来のヘッドでは４秒間吐出させないと、一部の吐出口が不吐出になったのに対し、本実施例のヘッドではは６秒間吐出させない場合に不吐出が発生した。このように加湿装置が形成された本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、発一現象が発生するまで時間が約１．５倍となり、発一現象を抑制することが可能であることが確認できた。
【００５５】
なお、加湿装置９の位置は、図７に示した位置に限られるものではなく、図９に示したように加湿管８の上下にあっても良いし、加湿管８の内面全域にあっても良い。
【００５６】
また加湿装置９は、ポリプロピレン繊維等から成る水分を保持可能な物質に限られるものではなく、図１０に示したように、加湿管内に開口部を持つ複数の細管が集合した物でも良い。図１１は、加湿管８の内面に配置された細管１４の形態を示した物である。細管１４の開口部は図１１に示したように加湿管８の内面に２次元に配置される。各細管内には水タンクから水が供給される。細管内の水は表面張力により保持され、開口部からは水が蒸発する。従って細管開口部近傍では、湿度の高い状態になる。
【００５７】
（第２の実施形態）
図１２に本発明の第２の実施例におけるインクジェット記録ヘッドの、模式的断面図を示す。
【００５８】
本実施例ではインクジェット記録ヘッド内に加熱装置１５を備える。本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、加湿装置１５を備えること以外は、第１の実施形態で示したインクジェット記録ヘッドと同様である。よって、詳細の説明は省略するとともに、加熱機構１５以外の符号は第１の実施形態で用いた符号を用いて説明することとする。
【００５９】
加熱装置１５は抵抗体（ヒータ）から成り、印字開始直前に抵抗体に電力を供給し印字を開始する。この場合、加湿装置８が加熱された状態で印字が行われ、この際より多くの水が蒸発するため加湿管内の湿度はより高くなり、噴出口から噴出する空気の湿度がより高くなる。従ってより発一特性が向上させることができる。
【００６０】
加熱温度は４０℃ないし１００℃である。
【００６１】
本実施形態のインクジェット記録ヘッドと、加湿装置を持たない従来インクジェット記録ヘッドにより、インク粘度が上昇し吐出しにくい１５℃／１０％の環境における発一現象を比較した。比較に使用したインクジェット記録ヘッドは、圧力発生素子としてヒータを用いた吐出体積４ｐｌのサーマルインクジェットを用いた。加熱装置１５の加熱温度は６０℃とした。
【００６２】
この両者を比較したところ、加湿装置を持たない従来のヘッドでは４秒間吐出させないと、一部の吐出口が不吐出になったのに対し、本実施例のヘッドではは１０秒間吐出させない場合に不吐出が発生した。このように加湿装置９および加熱装置１５が形成された本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、発一現象が発生するまで時間が約２．５倍となり、発一現象を抑制することが可能であることが確認できた。
【００６３】
（第３の実施形態）
図１３に本発明の第３の実施例におけるインクジェット記録ヘッドの、模式的断面図を示す。
【００６４】
第２の実施例では加熱装置１５を用いて、加湿装置８を加熱し加湿装置８近傍の湿度を高くしたが、第３の実施例では電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドの印字の際に発生する熱を利用して加湿装置８を加熱し、湿度を高くする。本実施例では、図１３に示したように、電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドの吐出口プレート２の近傍から、加湿装置８の近傍まで、低熱抵抗物質１６が配置される。本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、低熱抵抗物質１６を備えること以外は、第１の実施形態で示したインクジェット記録ヘッドと同様である。よって、詳細の説明は省略するとともに、低熱抵抗物質１６以外の符号は第１の実施形態で用いた符号を用いて説明することとする。低熱抵抗物質１６は、銅、銀、等の金属でも良いし、ヒートパイプでも良い。
【００６５】
前記したように、電気熱変換素子を用いるインク滴吐出方法では、電気熱変換素子に電気信号を与えることにより、電気熱変換素子近傍のインクを瞬時にして沸騰させ、そのときのインクの相変化により生じる急激な気泡の成長によってインク滴を高速に吐出させる。この際全ての熱エネルギーがインク滴の吐出に使われるわけではなく、その結果電気熱変換素子が配置してあるチップ（不図示）の温度が上昇する。このチップは前記したように、吐出口プレート２と張り合わされている。
【００６６】
本実施例では、このチップの温度を上昇させた熱を、低熱抵抗物質１６を介して加湿装置８まで伝熱させ、加湿装置８を加熱し蒸発を促進する。この場合加熱する温度がチップ温度以下に制約され、また加熱されるタイミングを自由に選べなくなる等の制約を受けるが、新たに加熱用抵抗体および、抵抗体駆動装置を設ける必要は無く、ヘッドのコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドを搭載可能なインクジェット記録装置の一例の概略斜視図。
【図２】本発明のインクジェット記録ヘッドに搭載されているチップの構成を説明するための模式図（平面図）。
【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドに搭載されているチップの構成を説明するための模式図（断面図）。
【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドの、インク液滴の吐出動作を説明するための模式図（断面図）。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの概略斜視図。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの模式図（平面図）。
【図７】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの模式図（断面図）。
【図８】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの動作を説明するための模式図（断面図）。
【図９】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの模式図（断面図）
【図１０】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの模式図（断面図）
【図１１】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの模式図（平面図）
【図１２】本発明の第２の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの模式図（断面図）
【図１３】本発明の第３の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの模式図（断面図）
【符号の説明】
【００６８】
１  吐出口列
２  吐出口プレート
３  フレキシブル配線
４  コンタクト部
５  タンクホルダ
６  噴出口
７  空気導入口
８  加湿管、９は、１０は、１１は水タンク、１２はノズル
９  加湿装置
１０  インクタンク
１１  水タンク
１２  吐出口
１３  紙
１４  細管
１５  加熱装置
１６  低熱抵抗物質
１００  インクジェット記録装置
１０１  キャリッジ
１０２  キャリッジ駆動モータ
１０３  フレキシブルケーブル
１０４  回復手段
１０５  光学位置センサ
１０６  給紙トレイ
１０７  排紙トレイ
２０１  チップ
２０２  ヒータ
２０３  供給口
２０４  絶縁膜
２０５  保護膜
２０６  耐キャビテーション膜
２０７  流路
２０８  圧力室
２０９  吐出口
２１０  吐出口プレート
２１１  基板裏面の絶縁膜
【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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【図１１】
2007307865.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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