(57)【要約】【課題】インクジェットプリンタにおいて、インク吐出用アクチュエータと外部回路との電気的接続経路を簡略化して、記録ヘッドの製造を容易にするとともに、記録ヘッド全体でのコストダウンを図り、電力配線のインピーダンスを低減させ、インク吐出口面と記録媒体との間隔を短縮して、インク弾道のずれによる画質低下を防止し、前記電気的接続経路の構造を平坦化して、インク吐出面に付着したインクを拭き取りやすくすること。【解決手段】インクジェットプリンタのヘッドにおいて、インクを吐出させるアクチュエータに電力線通信手段を搭載して、アクチュエータとアクチュエータ制御回路との信号線接続を電力線通信で行うことにより、電力線以外の有線通信路を削除する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットプリンタのヘッドにおいて、インクを吐出するインク吐出用アクチュエータに電力線通信モデムを搭載したことを特徴とするインクジェットプリンタのヘッド。
【請求項２】
インク吐出用アクチュエータの論理回路に電力を供給する論理回路用電力線に、インク吐出制御信号を重畳し、インク吐出用アクチュエータに搭載した電力線通信モデムで、インク吐出用制御信号を分離して取り出し、インク吐出制御を行うことを特徴とした請求項１記載のインクジェットプリンタのヘッド。
【請求項３】
前記インク吐出用アクチュエータへの電源を、インク吐出用素子の駆動用電源のみとし、
インク吐出用アクチュエータ内の論理回路に供給する電力を、インク吐出用素子の駆動用電源から生成する論理回路用電源回路を搭載し、
インク吐出用アクチュエータのインク吐出用素子に電力を供給する駆動回路用電力線に、インク吐出制御信号を重畳し、
前記インク吐出用アクチュエータに搭載した電力線通信モデムで、インク吐出用制御信号を分離して取り出し、インク吐出制御を行うことを特徴とした請求項１記載のインクジェットプリンタのヘッド。
【請求項４】
前記インク吐出用アクチュエータは、インク吐出用素子と、電力線通信モデムを同一のチップ内に搭載したことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタのヘッド。
【請求項５】
前記インク吐出用アクチュエータは、インク吐出用素子を搭載したチップと、電力線通信モデムを搭載したチップを、積層して構成したことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタのヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクを記録ヘッドから吐出させて記録媒体に付着させ印刷を行うインクジェットプリンタのヘッドに関するものである。
【０００２】
詳しくは、記録ヘッドに搭載されたインク吐出用アクチュエータとその外部との電気的信号授受を電力線通信によって行うものである。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１では、
（目的）キャリッジ・ロッドに沿って移動するプリントヘッドに対するプリンタ本体側との電気的接続を低コスト・高信頼で実現する。
（概要）補正後の特許請求範囲によればプリンタヘッドは移動式に限定されているが、段落番号［０００３］よりプリンタは全幅ヘッドまたはスキャニング・ヘッドとなっており、固定式ヘッドと移動式ヘッドの両方を対象としている。
【０００４】
本先願例では、課題は移動式プリンタヘッドとプリンタ本体側との電気的接続の低コスト化・高信頼性化にあり、段落番号［０００４］で述べている第２のレベルの接続を発明の対象としている。
【０００５】
これに対して本発明では、段落番号［０００３］で述べている第１のレベルの接続に相当する部位を発明の対象としている。
【０００６】
すなわち、本先願例の図１ｂで示されている突起状コンタクト・パッド２３とプリントヘッド１４を接続するトレース２４のフレックス回路内に電力線と信号線が配置されているのに対し、信号を電力線に重畳して、信号線を廃止することにより、インク吐出用アクチュエータと外部回路との接続を簡単化するものである。
【０００７】
この外部回路との接続を簡単化することにより、フレックス回路の構成を簡単化または、他の材料で接続することを可能とする。
【０００８】
その結果、フレックス回路のトレース幅を広げたり、他の電力供給材料を用いることで電力線の電流容量を増大させることが可能となる。
【０００９】
なお、本先願例で１４をプリントヘッドと呼称している部分は、本発明ではインク吐出用アクチュエータと呼称している。
【００１０】
また、本先願例では、請求項および図４にも見られるように、信号のみならず、プリンタヘッドの抵抗駆動用電力をもコイルによる誘導結合によって無線供給している。
【００１１】
特許文献２は、
（概要）待機中の消費電力を削減するために、待機中は電力線通信を用いてプリントサーバーとの通信経路を確保し、電力消費量の多い他のネットワーク通信手段への給電を遮断するプリンタ。
【００１２】
特許文献３は、
（概要）複写機に電力を供給する電力線により画像データを含む信号を伝送するネットワークを形成する。
【００１３】
従来、インク吐出用アクチュエータと外部回路との接続は、電力線と信号線とで構成されていた。
【００１４】
電力線はインク吐出用アクチュエータの吐出用素子駆動用電源とアクチュエータ内の論理回路用電源の電力を供給する。
【００１５】
吐出用素子とは、熱制御方式のアクチュエータにおいてはインク吐出用ヒーター抵抗である。
【００１６】
近年、プリンタの高画質化、高速化が求められており、解像度向上の為のインク吐出ノズル数の増加や、高速化の為のインク吐出周波数のアップが行われている。
【００１７】
このため、インク吐出用アクチュエータを制御駆動するためのデータ量も増大の一途を辿っている。
【００１８】
また、インク吐出用アクチュエータの状態を取得して、より緻密な制御に役立てることも行われており、インク吐出用アクチュエータからの状態信号数も増加している。
【００１９】
このため、信号線の数も増えており、従来技術では半導体プロセスで製造されたインク吐出用アクチュエータの長辺側に外部回路との接続用パッドを設けて接続することがあった。
【００２０】
また、長辺側に接続用のパッドを配置した方がパッド間隔を広く取れるため、外部との接続が容易になる場合もある。
【００２１】
ところが、解像度向上のため、インク吐出アクチュエータの実装密度も高くなり、コストダウンのためチップ面積も削減する必要がある。
【００２２】
長辺側にパッドを設けると、チップ面積が増大する。
【００２３】
そこで、信号線の数を削減して短辺側にパッドを設けることにより、パッド面積を削減して全体のチップ面積を削減し、コストダウンを図っている。
【特許文献１】特開平７−７６１４５号公報
【特許文献２】特開２００２−４１２６５号公報
【特許文献３】特開２００３−９２６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
ところが、信号線を削減したとはいえ、依然としてインク吐出用アクチュエータの吐出素子駆動電源と論理回路用電源と吐出データ用信号、制御信号、状態信号などがあり、短辺側のパッド間隔も外部回路との接続が困難になるくらいの間隔となっている。
【００２５】
また接続に精度が必要なため、困難を極めている。
【００２６】
すなわち、インク吐出用アクチュエータと外部回路との接続に多大な工数と高額な設備を要するようになっており、開発および製造期間の増大、インク吐出用アクチュエータを搭載した記録ヘッドのコスト増大を招いている。
【００２７】
さらに、接続部材がインク吐出口面よりも高くなるため、インク吐出口面と記録部材との間隔を短縮することの障害となっており、インク弾道のずれによる画質低下の要因となっていた。
【００２８】
本発明は、以上の点に着目して成されたもので、プリンタ用ヘッドに電力線通信モデムを搭載しているので、ヘッドに電力線を介してヘッドにそのまま通信を行うことができるインクジェットプリンタの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】
【００２９】
上記の課題を解決する為に本発明においては、インク吐出用アクチュエータに電力線通信モデムを搭載して、インク吐出用アクチュエータと外部回路との通信を電力線に重畳する手段とを設ける。
【００３０】
なお、さらに説明すれば、本発明では、インクジェットプリンタのヘッドを次の（１）のとおりに構成する。
【００３１】
（１）インクジェットプリンタのヘッドにおいて、インクを吐出するインク吐出用アクチュエータに電力線通信モデムを搭載したことを特徴とするインクジェットプリンタのヘッド。
【発明の効果】
【００３２】
本発明ではプリンタ用ヘッドに電力線通信モデムを搭載しているので、ヘッドに電力線を介してヘッドにそのまま通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
特開２００１−２３２７９５号公報では、プリント装置本体制御部とプリントヘッド側との接続信号線を削減し、プリントヘッドの小型化および接続ケーブルの細線化を図っているが、本発明では電力線通信手段によりさらに有線接続を削減する。
【００３４】
この場合、インク吐出用のデータ信号は単純に電力線通信におきかえればよいが、インク吐出用アクチュエータ上の論理回路をリセットするリセット信号については工夫が必要である。
【００３５】
リセット信号については、論理回路電源を監視してリセット動作を行う、所謂パワーオンリセット回路を吐出用アクチュエータに搭載すればよい。
【００３６】
パワーオンリセット回路は公知であり、外部素子を必要としないＩＣも市販されている。
【００３７】
上記リセット信号の構成については、一例であり、本発明はこれにとらわれるものではない。
【実施例】
【００３８】
実施例１〜３はいずれもバブルジェット(登録商標)方式のインクジェットプリンタにおける本発明の実施例であるが、本発明はインクジェットプリンタにおいてはバブルジェット(登録商標)方式に限定するものではなく、またインクジェットプリンタに限定するものでもない。
【００３９】
［実施例１］
（二電源方式の場合）
図１は、本発明の電気回路ブロック図で二電源方式の場合である。
【００４０】
１はインク吐出用アクチュエータで薄膜半導体プロセスによって製造される。
【００４１】
２はヒーター抵抗で、通電による発熱でインクを吐出する素子である。
【００４２】
３はヒーター抵抗２を駆動する駆動トランジスタ、４は駆動トランジスタ３を制御するトランジスタ制御回路、５は温度センサで、ダイオードセンサである。
【００４３】
６は電力線通信モデムで、電力線に重畳された信号を分離して受信し、インク吐出アクチュエータ１内の情報を載せた信号を電力線に重畳して外部に送信し、外部回路との信号授受を行う。
【００４４】
ヒーター抵抗２以外のトランジスタ制御回路４、温度センサ５、電力線通信モデム６などを合わせて論理回路７として説明する。
【００４５】
１６、１７、１８、１９は電源用の電極であり、１６はヒーター駆動用電源の電極、１７はヒーター駆動用電源のグランドの電極、１８は論理回路用電源の電極、１９は論理回路用電源のグランドの電極である。
【００４６】
電極１６はヒーター駆動用電源線９を通じてヒーター抵抗２に接続されている。
【００４７】
電極１７はヒーター駆動用電源線１１ａを通じてヒーター駆動用トランジスタ３に接続されている。
【００４８】
電極１８は論理回路用電源線１０を通じてトランジスタ制御回路４、温度センサ５、電力線通信モデム６に接続されている。
【００４９】
電極１９は論理回路用電源線１１ｂを通じてトランジスタ制御回路４、温度センサ５、電力線通信モデム６に接続されている。
【００５０】
電極１７と電極１９とはいずれもグランド線であり、外部回路において接続する。また、図１においては、インク吐出用アクチュエータ１内で結線されていないが、インク吐出用アクチュエータ内で結線してもよい。
【００５１】
１２は制御信号線で、電力線通信モデム６で受信した信号を解読してトランジスタ制御回路４に渡す信号線、１３は状態信号線で、温度センサ５で測定した温度信号を電力線通信モデム６に渡す信号線である。
【００５２】
論理回路用電源線支線１０ａは論理回路用電源線１０の支線で、電力線通信モデム６はこれから、自身の動作用電力を得るとともに、電力線に重畳されている信号を取出して制御信号線１２に出力する。また状態信号線１３から入力した信号を電力線に重畳して送信する。
【００５３】
［実施例２］
（単一電源方式）
図２は、本発明の電気回路ブロック図で、外部から１種類の電源を供給し、インク吐出用アクチュエータ内部の電源回路８でヒーター抵抗２の駆動用電源と論理回路７用の電源を作り出してヒーター抵抗２と論理回路７にそれぞれ供給する場合の図である。
【００５４】
図２において、１６、１７は電源用の電極であり、１６はヒーター駆動用電源の電極、１７はヒーター駆動用電源のグランドの電極である。
【００５５】
電極１６はヒーター駆動用電源線９を通じてヒーター抵抗２と結ばれている。
【００５６】
電極１７はグランド線１１を通じて駆動トランジスタ３、トランジスタ制御回路４、温度センサ５、電力線通信モデム６と接続されている。
【００５７】
また、電源回路８はＤＣ−ＤＣコンバータで、ヒーター駆動用電源線９とグランド線１１と接続されていて、ヒーター駆動用電源から論理回路用電源を生成してトランジスタ制御回路４、温度センサ５、電力線通信モデム６などの論理回路に電源を供給する。
【００５８】
図２では、駆動トランジスタ３のグランド線と論理回路７のグランド線がインク吐出用アクチュエータ内で接続されているが、内部における配線経路は別々にして、電源回路８の近傍で接続することが望ましい。
【００５９】
ヒーター駆動用電源線支線９ａはヒーター駆動用電源線９の支線で、電力線通信モデム６はこれから、電力線に重畳されている信号を取出して制御信号線１２に出力する。また状態信号線１３から入力した信号を電力線に重畳して送信する。
【００６０】
図１と図２の差異については、図１では論理回路用電源線に信号が重畳されており、図２ではヒーター駆動用電源線に信号が重畳されている。
【００６１】
論理回路用電源線は負荷がヒーター駆動用電源線に比べて、負荷インピーダンスが小さい。
【００６２】
またヒーター駆動用電源線は、印刷パターンによって駆動するヒーター数が激しく変動する場合、負荷変動による電圧／電流ノイズが発生する。
【００６３】
電源線に信号を重畳する場合、負荷のインピーダンスが小さいと、電力のみならず信号までもが、電力線通信モデム６ではなく負荷の方に吸い込まれてしまう為、信号を検出しにくくなる。
【００６４】
また電圧／電流の変動が大きいと信号成分の周波数帯にもノイズがのることがあり、好ましくない。
【００６５】
そこで電力線に信号を重畳して通信を行う電力線通信の場合、負荷インピーダンスが大きく、負荷インピーダンスの変動が少ない方がよいので、論理回路用電源線とヒーター駆動用電源線とでは、論理回路用電源線に信号を重畳して伝送した方が有利である。
【００６６】
この場合、論理回路用電源線とヒーター駆動用電源線とは分離していなければならない。
【００６７】
一方、本発明の目的であるインク吐出用アクチュエータ１の電極数削減の観点からは、電源の種類を少なくして統一した方がよい。
さらに、二電源方式と単一電源方式とでは、前者が外部電源回路を利用しチップ内部には電源回路を持たないのに比べ、後者は内部に電源回路を持つので、その分チップ面積が増加し、インク吐出用アクチュエータ単体でのコストアップにつながる。
【００６８】
これらの得失は信号検出の性能、ノイズの影響、外部電源回路のコストや実装の容易性を含めた総合的見地から選択されるべきものであり、一概にどちらの方式が優れていると結論できない。
【００６９】
［実施例１、２についてのチップレイアウトによる説明］
図３、４、５、６はインク吐出用アクチュエータのチップレイアウトの概略図で、図３は従来例、図４、５、６は本発明の図である。
【００７０】
図３において、２はヒーター抵抗、３はヒーター抵抗２を駆動する駆動トランジスタ、２１はヒーター電源用コンタクトパッド、２２はロジック回路用コンタクトパッド、２３は信号線用コンタクトパッドで２１〜２３を総称してコンタクトパッド２０として説明する。
【００７１】
２４はデコーダ、２５はシフトレジスタで、信号線用コンタクトパッド２３で外部回路から入力された信号を受けて、駆動トランジスタ３のオンオフを制御する信号を作り出す。
【００７２】
ここで、高解像度印刷を実現可能なようにヒーター抵抗２が多数あるため、全体の抵抗負荷は重くなる傾向にあり、電源のインピーダンスを減らすことは非常に重要である。このためヒーター電源用コンタクトパッド２１は複数備わっており、電源線のインピーダンス低減に寄与している。これに対しロジック回路の電力負荷は小さい為、ロジック回路電源用コンタクトパッド２２はインク吐出用アクチュエータ１の両端に一対ずつあればよい。
【００７３】
残りのコンタクトパッド２３は信号線用として用いられている。
【００７４】
なお、コンタクトパッドはインク吐出用アクチュエータ１の短辺側に設けられている。
【００７５】
長辺側に設けた方がパッドを多数設けることができ、電力用パッドを増やしたり、外部回路接続が容易になる場合があるが、チップ面積が増大しコストアップを招く為である。この傾向は長辺・短辺のアスペクト比が大きくなると顕著になる。
【００７６】
このようにコンタクトパッドが多数あるので、外部回路との接続が困難であり、多数の電気的接続を行う方法としてワイヤボンディングの手法を用いて接続した場合などはインク吐出面上に突起した構造物となって前述したような障害の原因となる。
【００７７】
図４と図５は本発明のアクチュエータのチップレイアウトであり、二電源方式の場合の図である。
【００７８】
図４は実施例１の図１に対応する図である。
【００７９】
図４は図３の信号線用コンタクトパッド２３を取り去って、外部回路との信号授受に用いる電力線通信モデム６を加えたものである。
【００８０】
図５は図４の電極２１、２２の配置と電力線通信モデム６の配置を変更したもので、図４に比べて、電極２１の個数が増えているが、インク吐出用アクチュエータ１の内部にヒーター駆動用電力線をレイアウトする際に上下のヒーター抵抗２および駆動用トランジスタ３に均等に配線を行うことができる。
【００８１】
図６は本発明のアクチュエータのチップレイアウトであり、単一電源方式の場合の図である。図６は実施例２の図２に対応するものである。
【００８２】
単一電源方式としているので、電源回路８としてＤＣ−ＤＣコンバータを加えている。
【００８３】
外部から供給する電源はヒーター駆動用電源のみでヒーター駆動用コンタクトパッド２１は電源回路８と接続されており、２１と外部電源回路とを接続する。
【００８４】
コンタクトパッド２１はインク吐出用アクチュエータの両端にあり、正極とグランドの２端子となっている。コンタクトパッドが両端に一つずつなので銅箔などによる接続が可能であり、ワイヤボンディングのような精度が不要で製造が簡単になり、外部配線のボトルネックによりインピーダンス増加を防ぐことが可能である。
【００８５】
図７と図８はインク吐出用アクチュエータ１と外部回路との接続を説明する図である。
【００８６】
図７は、従来例の場合で、図８は本発明の場合である。
【００８７】
図７において、５０はフレキシブルプリント基板などによる外部配線で、５１はボンディングワイヤである。
【００８８】
インク吐出用アクチュエータ１内のコンタクトパッド２０と外部配線５０とを、ボンディングワイヤ５１で接続している。
【００８９】
コンタクトパッド２０は数１０μｍ間隔で配置されており、接続には微細なボンディングワイヤ５１を用いる。
【００９０】
図７から明らかなように、外部配線およびコンタクトパッドが多数あるため、一本当たりの線の太さ、電極の面積は小さくなり、配線インピーダンスの増大につながり、ボトルナックとなっている。
【００９１】
また、コンタクトパッド２０と外部配線５０とをワイヤボンディングでいちいちつなぐ必要があり、外部配線５０の実装も含めて製造上困難がある。
【００９２】
図８において、５２は外部配線でフレキシブルプリント板、導電性板材、導電性ワイヤなどなにを用いてもよい。
【００９３】
５３は銅箔など導電性箔状材料であり、外部配線５２とインク吐出用アクチュエータ１内のヒーター電力用パッド２１の上にかぶせて接合する。
【００９４】
図８から明らかなように、外部配線およびコンタクトパッドが少ないため、線の太さ、電極の面積は大きくなり、配線インピーダンスは低くできる。
【００９５】
更に、外部配線は細かくする必要が無いので材料の自由度が高い。
【００９６】
また、コンタクトパッド２１と外部配線５２との接続においては、図７におけるワイヤボンディングのごとく、精密な位置決めを多数行う必要もないので、ラフな位置決めを一度行えばよく、製造が容易である。
【００９７】
図９、図１０、図１１、図１２は本発明の実施例であり、インク吐出用アクチュエータのチップ断面の概念図である。
【００９８】
図９〜図１２において、インク吐出用アクチュエータ１はシリコン基板に薄膜半導体プロセスを用いて、ヒーター抵抗２、ヒーター駆動用トランジスタ３、を形成したものである。
【００９９】
図９では、電力線通信モデム６も形成している。
【０１００】
図１０〜図１２は、電力線通信モデム６をインク吐出用アクチュエータ１内ではなく、その下に配置したモデム基板３１内に設けている。
【０１０１】
インク吐出用アクチュエータ１に既存チップを流用する場合に有用である。
【０１０２】
図１０においては、インク吐出用アクチュエータ１に対して貫通電極３０をもうけてインク吐出用アクチュエータの底面に接合したモデム基板３１上に形成した電力線通信モデムと接続している。
【０１０３】
貫通電極３０は封止剤３３で封止する。
【０１０４】
図１１においては、インク吐出用アクチュエータ１に側面電極３４を設けて、インク吐出面上のコンタクトパッド２０から配線を引出して電力線通信モデム６と接続する。
【０１０５】
コンタクトパッド２０および側面電極３４は封止剤３３で封止する。
側面電極はスパッタリングで取り付ける。
【０１０６】
貫通電極や側面電極を用いることにより、インク吐出面上に領域を確保しなくてよいので、その分、記録媒体である紙との間隔を狭めることが可能である。
【０１０７】
図１２においては、インク吐出用アクチュエータ１のインク吐出面上のコンタクトパッド２０に対してボンディングワイヤ３５で配線を引出して電力線通信モデム６と接続する。
【０１０８】
コンタクトパッド２０およびボンディングワイヤ３５は封止剤３３で封止する。
【０１０９】
ボンディングワイヤ３５の高さに加えて封止剤の厚みが加わるので領域的には不利である。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施例で、電気回路ブロック図である（二電源方式）。
【図２】本発明の実施例で、電気回路ブロック図である（単一電源方式）。
【図３】従来例のインク吐出用アクチュエータのチップレイアウトを示す図である。
【図４】本発明のインク吐出用アクチュエータのチップレイアウトを示す図である（二電源方式）。
【図５】本発明のインク吐出用アクチュエータのチップレイアウトを示す図である（二電源方式）。
【図６】本発明のインク吐出用アクチュエータのチップレイアウトを示す図である（単一電源方式）。
【図７】従来例のインク吐出用アクチュエータへの接続概念図である。
【図８】本発明のインク吐出用アクチュエータへの接続概念図である。
【図９】本発明のインク吐出用アクチュエータの断面図である（一体型）。
【図１０】本発明のインク吐出用アクチュエータの断面図である（貫通電極）。
【図１１】本発明のインク吐出用アクチュエータの断面図である（側面電極）。
【図１２】本発明のインク吐出用アクチュエータの断面図である（ワイヤボンディング）。
【符号の説明】
【０１１１】
１  吐出用アクチュエータ
２  ヒーター抵抗
３  駆動トランジスタ
４  トランジスタ制御回路
５  温度センサ
６  電力線通信モデム
７  論理回路
８  電源回路
９  ヒーター駆動用電源線
１０  論理回路用電源線
１１  ＧＮＤ（グランド）線
１２  制御信号
１３  状態信号
１６  電極（ヒーター駆動用電源）
１７  電極（グランド）
１８  電極（論理回路用電源）
１９  電極（論理回路用グランド）
２０  電極コンタクトパッド
２１  ヒーター電力用コンタクトパッド
２２  ロジック回路電源用コンタクトパッド
２３  信号線用コンタクトパッド
２４  デコーダ
２５  シフトレジスタ
３０  貫通電極
３１  モデム基板
３３  封止剤
３４  側面電極
３５  ボンディングワイヤ
【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】
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【図１２】
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