(57)【要約】【課題】駆動素子に均一に封止材を塗布することにより、封止材の剥がれを防止して防湿性を確保することで結露による電極のショートや絶縁破壊を防止することができる液滴吐出ヘッドを得る。【解決手段】液体状の封止材４５をダミー素子４４で取り囲まれた領域に流し込むことで封止材４５は、ダミー素子４４に塞き止められて駆動素子４２の周囲に均一に満たされる。これにより、駆動素子４２の周囲に均一に封止材４５が塗布され、防湿性を確保することで結露による電極のショートや絶縁破壊を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が充填される圧力室の一部を構成すると共に、変位することで液体をノズルから吐出させる振動板と、
前記振動板の面上に配置されると共に、電圧が印加されることで前記振動板を変位させる複数の駆動素子と、 
前記振動板の面上に配置され、複数の前記駆動素子を取り囲む第１流出防止壁と、
前記第１流出防止壁の内側へ流し込まれ、前記駆動素子を封止する封止材と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１流出防止壁は、スリットで分割されて前記駆動素子と同じ共振周波数を有する複数の非駆動のダミー素子で構成されることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記スリットの流路抵抗は、前記駆動素子間の流路抵抗より大きくされていることを特徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記スリットからの前記封止材の流出を防止する第２流出防止壁を第１流出防止壁の周囲に設けたことを特徴とする請求項２又は３記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第１流出防止壁の高さが、前記駆動素子より高いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記第１流出防止壁は、前記駆動素子と同一の材料で形成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記第１流出防止壁、及び前記第２流出防止壁は、前記駆動素子と同一の材料で形成されることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
振動板の上に下部電極層、圧電素子層、及び上部電極層を順に積層する第１工程と、
下部電極層、圧電素子層、及び上部電極層の積層体を多数個に分割することで下部電極と上部電極を備える駆動素子と、前記駆動素子を取り囲むダミー素子とを形成する第２工程と、
前記上部電極の電気的接続部をマスキング材でマスクする第３工程と、
駆動素子を封止する封止材をダミー素子で取り囲まれた領域に流し込み、前記駆動素子を封止する第４工程と、
上部電極のマスキング材を除去し、半田バンプが設けられた基板を上方から接近させて半田バンプと上部電極の電気的接続部を接続させる第５工程と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至７何れか１項に記載された液滴吐出ヘッドが設けられたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項８に記載された液滴吐出ヘッドの製造方法により製造された液滴吐出ヘッドが設けられたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出するノズルを備えた液滴吐出ヘッドと、液滴吐出ヘッドの製造方法と、この液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）には、圧電素子（駆動素子）をエポキシ系接着剤でコーティングするものがある。（特許文献１）
これによると、基板に接着固定された複数の圧電素子（駆動素子）を下向きにして、エポキシ系接着剤（封止材）が満ちた容器にディピングする。これにより、圧電素子（駆動素子）及び圧電素子（駆動素子）の内部電極にエポキシ系接着剤（封止材）をコーティングすることで防湿性を向上させ、高温高湿環境下における電極のショートや絶縁破壊を防止している。
【特許文献１】特開２００３−６２９９９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ディピングではコーティングの膜厚は一定とならず安定しない。また、膜厚が薄い箇所に外力が付加されるとコーティングの剥がれ予想され、コーティングが剥がれた場合は、電極のショートや絶縁破壊が発生する。
【０００４】
本発明は、上記事実を考慮し、駆動素子に均一に封止材を塗布することにより、封止材の剥がれを防止して防湿性を確保することで結露による電極のショートや絶縁破壊を防止することができる液滴吐出ヘッドを提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に係る液滴吐出ヘッドは、液体が充填される圧力室の一部を構成すると共に、変位することで液体をノズルから吐出させる振動板と、前記振動板の面上に配置されると共に、電圧が印加されることで前記振動板を変位させる複数の駆動素子と、前記振動板の面上に配置され、複数の前記駆動素子を取り囲む第１流出防止壁と、前記第１流出防止壁の内側へ流し込まれ、前記駆動素子を封止する封止材と、を有することを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、封止材を第１流出防止壁の内側へ流し込むと、第１流出防止壁が封止材の流出を塞き止め、封止材は第１流出防止壁の内側に均一に満たされ、駆動素子に均一に封止材が塗布される。これにより、封止材の剥がれを防止して防湿性を確保することで電極のショートや絶縁破壊を防止することができる。
【０００７】
本発明の請求項２に係る液滴吐出ヘッドは、請求項１記載において、前記第１流出防止壁は、スリットで分割されて前記駆動素子と同じ共振周波数を有する複数の非駆動のダミー素子で構成されることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、第１流出防止壁をスリットで分割し駆動素子と同じ共振周波数を有する複数のダミー素子を構成している。このため、ダミー素子に隣接する駆動素子の変位特性が他の駆動素子と同じになり、全ての駆動素子が同じように振動板を変位させることができる。これにより、ノズルからの液体の吐出が安定する。
【０００９】
本発明の請求項３に係る液滴吐出ヘッドは、請求項２記載において、前記スリットの流路抵抗は、前記駆動素子間の流路抵抗より大きくされていることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、封止材は粘度によってはダミー素子間のスリットから流れ出ようとするが、スリットの流路抵抗が駆動素子間の流路抵抗より大きくされているため、スリットから漏れることなく、封止材はダミー素子で取り囲まれた領域内に均一に満たされる。このため、封止材を無駄に使用することがない。
【００１１】
本発明の請求項４に係る液滴吐出ヘッドは、請求項２又は３記載において、前記スリットからの前記封止材の流出を防止する第２流出防止壁を第１流出防止壁の周囲に設けたことを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、スリットからの封止材の流出が、第２流出防止壁によって防止されている。このため、粘度の低い封止材も使用することができる。
【００１３】
本発明の請求項５に係る液滴吐出ヘッドは、請求項１乃至３の何れか１項記載において、前記第１流出防止壁の高さが、前記駆動素子より高いことを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、第１流出防止壁の高さが、駆動素子より高いため、封止材を多めに流し込んでも外に漏れることはない。
【００１５】
本発明の請求項６に係る液滴吐出ヘッドは、請求項１乃至５の何れか１項記載において、前記第１流出防止壁は、前記駆動素子と同一の材料で形成されることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、第１流出防止壁が駆動素子と同一の材料で形成されるため、第１流出防止壁を、駆動素子の加工工程内で加工することができる。このため、第１流出防止壁を加工する特別な工程を設ける必要はない。
【００１７】
本発明の請求項７に係る液滴吐出ヘッドは、請求項４記載において、前記第１流出防止壁、及び前記第２流出防止壁は、前記駆動素子と同一の材料で形成されることを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、第１流出防止壁及び第２流出防止壁が駆動素子と同一の材料で形成されるため、第１流出防止壁及び第２流出防止壁を、駆動素子の加工工程内で加工することができる。このため、第１流出防止壁及び第２流出防止壁を加工する特別な工程を設ける必要はない。
【００１９】
本発明の請求項８に係る液体ヘッドの製造方法は、振動板の上に下部電極層、圧電素子層、及び上部電極層を順に積層する第１工程と、下部電極層、圧電素子層、及び上部電極層の積層体を多数個に分割することで下部電極と上部電極を備える駆動素子と、前記駆動素子を取り囲むダミー素子とを形成する第２工程と、前記上部電極の電気的接続部をマスキング材でマスクする第３工程と、駆動素子を封止する封止材をダミー素子で取り囲まれた領域に流し込み、前記駆動素子を封止する第４工程と、上部電極のマスキング材を除去し、半田バンプが設けられた基板を上方から接近させて半田バンプと上部電極の電気的接続部を接続させる第５工程と、を有することを特徴とする。
【００２０】
上記製造方法によれば、第１工程において、振動板の上に下部電極層、圧電素子層、及び上部電極層を順に積層する。
【００２１】
次に、第２工程において、下部電極層、圧電素子層、及び上部電極層の積層体から多数個に分割することで下部電極と上部電極を備える駆動素子と、前記駆動素子を取り囲むダミー素子とを形成する。
【００２２】
次に、第３工程において、上部電極の電気的接続部をマスキング材でマスクする。
【００２３】
次に、第４工程において、駆動素子を封止する封止材をダミー素子で取り囲まれた領域に流し込み、駆動素子を封止する。これにより、駆動素子に均一に封止材が塗布されることで駆動素子の防湿性が確保され、結露による電極のショートや絶縁破壊を防止することができる。
【００２４】
次に、第５工程において、上部電極のマスキング材を除去し、半田バンプが設けられる基板を上方から接近させて半田バンプと電気的接続部を接続させる。つまり、上部電極の電気的接続部はマスキング材でマスクされていたため、封止材が付着していない。このため、上部電極は半田バンプと容易に接続される。
【００２５】
本発明の請求項９に係る画像形成装置は、請求項１乃至７何れか１項に記載された液滴吐出ヘッドが設けられたことを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、画像形成装置に請求項１乃至７いずれか１項に記載された液滴吐出ヘッドが設けられているため、駆動素子の防湿性を確保して電極のショートや絶縁破壊を防止することができる。
【００２７】
本発明の請求項１０に係る画像形成装置は、請求項８に記載された液滴吐出ヘッドの製造方法により製造された液滴吐出ヘッドが設けられたことを特徴とする。
【００２８】
上記構成によれば、画像形成装置に請求項８に記載された液滴吐出ヘッドの製造方法によって製造された液滴吐出ヘッドが設けられているため、駆動素子の防湿性を確保して電極のショートや絶縁破壊を防止することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の液滴吐出ヘッドによれば、駆動素子に均一に封止材を塗布することにより、封止材の剥がれを防止して防湿性を確保することで結露による電極のショートや絶縁破壊を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の液滴吐出ヘッドが採用された画像形成装置の第１実施形態を図１〜５に従って説明する。
【００３１】
図５に示されるように、画像形成装置としてのインクジェット記録装置１０２は、液滴吐出ヘッドとしてのインクジェット記録ヘッド１１２が装着されるキャリッジ１０４と、キャリッジ１０４を主走査方向Ｍに沿って走査させる主走査機構１０６と、記録紙Ｐを副走査方向Ｓに沿って搬送する副走査機構１０８と、メンテナンスステーション１１０とを有している。
【００３２】
インクジェット記録ヘッド１１２は、ノズル１０が形成されたノズルプレート２１（図１参照）が記録用紙Ｐと対向するようにキャリッジ１０４上に装着され、主走査機構１０６によって主走査方向Ｍに移動しつつノズル１０からインク滴を吐出することにより、記録用紙Ｐの一定のバンド領域ＢＥに対して画像の記録を行う。主走査方向への１回の移動が終了すると、副走査機構１０８によって記録用紙Ｐが副走査方向Ｓに搬送され、再びキャリッジ１０４が主走査方向Ｍに移動しながらバンド領域ＢＥを記録する。こうした動作を複数回繰り返すことにより、記録用紙Ｐの全面にわたって画像記録を行うことができる。
【００３３】
図１、図３に示されるように、インクジェット記録ヘッド１１２は、マトリックス状に配置されたノズル１０、ノズル１０に連通する圧力室１４、および圧力室１４にインクを供給される共通インク室２０を備えている。
【００３４】
圧力室１４のノズル１０が設けられた側の頂点の近傍には、ノズル連通路１２が設けられ、ノズル連通路１２によってノズル１０と圧力室１４とが連通されている。一方、圧力室１４と共通インク室２０とは、厚さ方向連通路１８と平面方向連通路１６とによって連通されている。
【００３５】
図２に示されるように、ノズルプレート２１と、ノズル連通路１２と共通インク室２０とが形成されたインクプールプレート２２およびインクプールプレート２３と、共通インク室２０の厚さ方向連通路１８とノズル連通路１２とが形成されたスループレート２４と、平面方向連通路１６が形成されたインク供給路プレート２６と、圧力室１４が形成された圧力室プレート２８とが、この順に積層されることで流路プレートユニット２９が形成されている。
【００３６】
さらに、圧力室プレート２８の上面には振動板３０が接着され、振動板３０の上面には、圧力室１４と対応する位置に駆動素子４２と第１流出防止壁としてのダミー素子４４が接着されている。
【００３７】
駆動素子４２は、電歪作用によって変形して圧力室１４内部のインクを加圧する駆動部であり、駆動素子４２に電圧を印加するための電極が駆動素子４２の上下面に形成されている。
【００３８】
次に、駆動素子４２、ダミー素子４４、及び封止材４５について詳細を説明する。
【００３９】
図３に示されるように、駆動素子４２は、マトリックス状に配置され、平面視した場合に圧力室１４（図２参照）の上方へ各圧力室１４毎に設けられている。さらに、駆動素子４２を囲むようにダミー素子４４がマトリックス状に配置されている。なお、図上では駆動素子４２、ダミー素子４４を略矩形状に図示しているが、実際には圧力室の形状にならう形状に加工されている。一方ダミー素子４４の形状は、平面視にて駆動素子４２の形状にダミー素子４４間の隙間を減らす三角形状の壁部４４Ａが追加された形状となっている。ダミー素子４４の形状が駆動素子４２の形状を含む形状とされているため、ダミー素子４４の共振周波数と駆動素子４２の共振周波数とはほぼ同じ周波数となっている。
【００４０】
この構成により隣接するダミー素子４４には、隣り合う壁部４４Ａの間にスリット４６が形成されている。そして、このスリット４６の流路抵抗は、駆動素子４２間の流路抵抗より大きくなっている。
【００４１】
また前述したように、駆動素子４２には、駆動素子４２の下部に一方の極性となる下部電極４２Ａが備えられ、駆動素子４２の上部には他方の極性となる上部電極４２Ｂが備えられている（図２参照）。この下部電極４２Ａ側が振動板３０と接着し、上部電極４２Ｂ側が半田バンプ３４を介して回路基板３６に接合されている。これにより、回路基板３６から半田バンプ３４を介して駆動素子４２に所定の電圧が印加され、駆動素子４２が駆動して圧力室１４内部が加圧、減圧される構成となっている。
【００４２】
また、ダミー素子４４は、駆動素子４２と同じ材料で形成され、下部電極４４Ｂと上部電極４４Ｃを備えており、駆動素子４２と同じ高さに加工されているが、上部電極４４Ｃと回路基板３６とは接合されておらずダミー素子４４が駆動することはない。
【００４３】
さらに、ダミー素子４４に囲まれた駆動素子４２には、駆動素子４２の電極に湿気が吸着するのを防止する封止材４５が塗布されている。なお、この実施形態では、封止材４５に粘度１０Ｐａ・ｓのフッ素系の樹脂を使用する。
【００４４】
次にインクジェット記録ヘッド１１２の作用を説明する。
【００４５】
図１（Ｂ）の矢印Ｙで示すように、インクタンクから導入されたインクが、共通インク室２０、圧力室１４、ノズル連通路１２に充填される。インクが充填された状態で、回路基板３６から半田バンプ３４（図２参照）を通じて駆動素子４２に所定の電圧が印加され、これによって駆動素子４２が駆動して圧力室１４内部は加圧、減圧され、ノズル１０からインク滴が吐出する。
【００４６】
ここで、ダミー素子４４が駆動素子４２と同じ共振周波数を有していること、さらに、ダミー素子４４が駆動素子４２と同様にマトリックス状に配置されていること、また、封止材４５が駆動素子４２の周囲に均一に満たされていることより、ダミー素子４４に隣接する駆動素子４２の変位特性が他の駆動素子４２と同じになり、全ての駆動素子４２が同じように振動板３０を変位させることができる。これにより、ノズル１０からのインクの吐出が安定する。
【００４７】
次にインクジェット記録ヘッド１１２の製造手順について図４を用いて説明する。
【００４８】
まず、図４（Ａ）で示されるように、振動板３０の上に下部電極層、圧電素子層、及び上部電極層を順にスパッタリングにより積層する。
【００４９】
次に、図４（Ｂ）で示されるように、下部電極層、圧電素子層、及び上部電極層をパターンニングしてエッチングすることで駆動素子４２と駆動素子４２を取り囲むダミー素子４４に加工する。このため、駆動素子４２とダミー素子４４の高さは同一となり、この実施例では、高さ４０μｍとなる。これにより、ダミー素子４４と駆動素子４２が同一工程で加工できる。
【００５０】
次に、図４（Ｃ）で示されるように、封止材４５の付着を防止するため、上部電極４２Ｂの上面の電気的接続部をマスキング材４８でマスクする。
【００５１】
次に、図４（Ｄ）、図３で示されるように、液体状の封止材４５をダミー素子４４で取り囲まれた領域に流し込む。流し込まれた封止材４５は、ダミー素子４４に塞き止められて駆動素子４２の周囲に均一に満たされるため、駆動素子４２の周囲に均一に封止材４５が塗布される。また、図３に示すスリット４６の流路抵抗が駆動素子４２間の流路抵抗より大きく設けられているため、封止材４５は、スリット４６からは漏れない。封止材４５の充填が終了してから、この状態で１２０℃の高温槽に１時間以上放置し、封止材４５をゲル状に硬化させる。封止材４５がゲル状に硬化するため、封止材４５が駆動素子４２の変位に与える影響はほとんどない。
【００５２】
なお、本実施形態では、図３に示すスリット４６の開口寸法を駆動素子４２間の距離の１／３である１０μｍに設定している。
【００５３】
次に、図４（Ｅ）に示されるように、マスキング材４８を除去し、半田バンプ３４が設けられた回路基板３６を上方より接近させて回路基板３６を加圧し、半田バンプ３４と上部電極４２Ｂとを接続させる。接続の際には、上下面にヒータを配置し、半田バンプ３４を溶融させる。上部電極４２Ｂの電気的接続部はマスキング材４８でマスクされていたため、封止材が付着していない。このため、上部電極４２Ｂは半田バンプ３４と確実に接続される。
【００５４】
以上の工程により、図４（Ｆ）に示すインクジェット記録ヘッド１１２を製造する。この製造方法によって、駆動素子４２の周囲に封止材４５が均一に満たされることで、駆動素子４２に均一に封止材４５が塗布される。これにより、封止材４５の剥がれを防止して防湿性を確保することで結露による電極のショートや絶縁破壊を防止することができる。
【００５５】
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、封止材４５として１液性でゲル状に硬化するフッ素系樹脂を使用して防湿性を確保したが、それに替えて、２液性の樹脂等を使用してゲル状に硬化させて防湿性を確保してもよい。
【００５６】
また、本実施形態では走査ヘッドを備えた画像形成装置を例として説明したが、記録媒体の巾より長いインク吐出機構を備えた固定ヘッドでも適用できる。
【００５７】
次に本発明の液滴吐出ヘッドが採用された画像形成装置の第２実施形態を図６〜７に従って説明する。
【００５８】
なお、第１実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
図６、図７に示されるように、この実施形態では第１実施形態とは違い、スリット４６からの封止材４５の流出を防止するため、スリット４６の外周に第２流出防止壁６０が設けられている。
【００６０】
詳細には、第２流出防止壁６０は、ダミー素子４４と同様に駆動素子４２と同一の材料で形成され、同一工程で加工されている。また、第２流出防止壁６０は、小ブロックとされており、ダミー素子４４から１０μｍ離れて設けられている。これにより、粘度の低い封止材４５（例えば２Ｐａ・ｓ）をダミー素子４４の内側に流し込んでもスリット４６からの封止材４５の流出が第２流出防止壁６０によって防止される。
【００６１】
次に本発明の液滴吐出ヘッドが採用された画像形成装置の第３実施形態を図８〜９に従って説明する。
【００６２】
なお、第１実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００６３】
図８、図９に示されるように、この実施形態では第１実施形態のように、ダミー素子と駆動素子とは同一高さにはなっておらず、それに替えて、ダミー素子７０の高さは、駆動素子４２の高さより高くなっている。
【００６４】
詳細には、ダミー素子７０の上部には、高壁樹脂層７０Ａが形成されており、この高壁樹脂層７０Ａの高さ分が、駆動素子４２との差となっている。本実施例では、駆動素子４２の高さが４０μｍに対し、ダミー素子７０の高さは、回路基板３６の上面より高くならないように８０μｍに設定されている。これにより、封止材４５を多めに流し込んでも外に漏れることはない。
【００６５】
また、上部電極４２Ａの上面を封止材４５で均一に封止できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】（Ａ）本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの斜視図である。（Ｂ）本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの拡大斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの駆動素子部分の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの駆動素子及びダミー素子がマトリックス状に配置されたことを示す平面図である。
【図４】（Ａ）本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造手順を示し、振動板上に下部電極層、駆動素子膜、及び上部電極層を積層する状態を示した断面図である。（Ｂ）本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造手順を示し、下部電極層、駆動素子膜、及び上部電極層をエッチングすることで駆動素子及びダミー素子を形成すること示した断面図である。（Ｃ）本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造手順を示し、上部電極の上面をマスキング材でマスクすることを示した断面図である。（Ｄ）本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造手順を示し、封止材を振動板に流し込むだ後の状態を示した断面図である。（Ｅ）本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造手順を示し、回路基板をさせる状態を示した断面図である。（Ｆ）本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造手順を示し、液滴吐出ヘッドの完成後の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を示した斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る液滴吐出ヘッドの斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る液滴吐出ヘッドの駆動素子及びダミー素子がマトリックス状に配置されたことを示す平面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る液滴吐出ヘッドの斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る液滴吐出ヘッドの断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０    ノズル
１４    圧力室
３０    振動板
４２    駆動素子
４４    ダミー素子
４５    封止材
４６    スリット
６０    第２流出防止壁
７０    ダミー素子
１０２  インクジェット記録装置（画像形成装置）
１１２  インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
【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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