(57)【要約】【課題】  流路に複数のヒータを配置したインクジェット記録ヘッドにおいて、複数のヒータをほぼ同時に加熱駆動するとき、簡易な構成で、ヒータ間における熱エネルギーのロスを抑え、かつ安定した吐出を行う。【解決手段】  複数のヒータ間の保護膜をヒータ上の保護膜より薄くし、あるいは熱抵抗の高い保護膜層も設け、ヒータ間へ伝達する熱エネルギーロスを低減し、かつそれによる不安定発泡を防ぐ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するための複数の発熱抵抗体が列状に配されたインクジェットヘッドにおいて、基板上に該発熱抵抗体と電気的絶縁もしくは保護するための複数の層が積層された基板と、少なくとも２つ以上の該発熱抵抗体に対応して、設けられた液流路とを有し、
該流路に対応する複数の該発熱抵抗体の間の前記層の少なくとも一部が除去されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１の構成において、前記層とは発熱抵抗体の上に積層され、電気的に流路上のインクから発熱抵抗体あるいは電気通電層を保護する層であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１の構成において、前記除去されている部分の長さは、前記発熱抵抗体の長さと略同じあるいはやや短いことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
インクを吐出するための複数の発熱抵抗体が列状に配されたインクジェットヘッドにおいて、基板上に該発熱抵抗体と電気的絶縁もしくは保護するための複数の層が積層された基板と、少なくとも２つ以上の該発熱抵抗体に対応して、設けられた液流路とを有し、
該流路に対応する複数の該発熱抵抗体の間に、発熱抵抗体上の層より熱抵抗の高い層を積層することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項４の構成において、前記熱抵抗の高い層とは発熱抵抗体上の層の上に積層され、電気的に流路上のインクから発熱抵抗体あるいは電気通電層を保護する層であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項４の構成において、前記熱抵抗の高い層の部分の長さは、前記発熱抵抗体の長さと略同じあるいはやや短いことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項１または４に記載の構成において、該流路に対応する複数の該発熱抵抗体は略同時に駆動されるように電気的に直列に接続されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】
インクを吐出するための複数の発熱抵抗体が列状に配されたインクジェットヘッドにおいて、基板上に該発熱抵抗体と電気的絶縁もしくは保護するための複数の層が積層された基板と、少なくとも２つ以上の該発熱抵抗体に対応して、設けられた液流路と、該発熱抵抗体に通電する配線とを有し、
複数の該発熱抵抗体の配線がつながれていない縁で他方の該発熱抵抗体がない縁の外側における前記層の少なくとも一部が除去されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項９】
請求項８の構成において、前記層とは発熱抵抗体の上に積層され、電気的に流路上のインクから発熱抵抗体あるいは電気通電層を保護する層であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１０】
インクを吐出するための複数の発熱抵抗体が列状に配されたインクジェットヘッドにおいて、基板上に該発熱抵抗体と電気的絶縁もしくは保護するための複数の層が積層された基板と、該発熱抵抗体に対応して、設けられた液流路と、該発熱抵抗体に通電する配線とを有し、
該発熱抵抗体の配線がつながれていない縁の外側において、発熱抵抗体上の層より熱抵抗の高い層を積層することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１１】
請求項１０の構成において、前記熱抵抗の高い層とは発熱抵抗体上の層の上に積層され、電気的に流路上のインクから発熱抵抗体あるいは電気通電層を保護する層であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１２】
請求項１または４、８、１０に記載のインクジェットヘッドと、被記録媒体を搬送する手段とを有し、該流路に対応する複数の該発熱抵抗体は略同時に駆動されることを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット方式に従ってインクを吐出して記録媒体に記録を行うインクジェットヘッド及びそのインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、数多くの記録装置が使用されるようになり、これらの記録装置に対して、高速記録、高解像度、高画像品質、低騒音などが要求されている。このような要求に応える記録装置として、インクジェット装置をあげることができる。インクジェット式は、記録ヘッドの吐出口からインク（記録液）滴を吐出飛翔させ、これを被記録材に付着させて記録するように構成されている。このインクジェット記録装置では、記録ヘッドからインクを吐出させて記録を行うために非接触で印字が可能でありこのために非常に安定した記録画像を得ることができる。
【０００３】
このようなインクジェットヘッドの中でも、熱エネルギーを利用して記録液（インク）を吐出するインクジェットヘッドは、複数の吐出口を高密度に配列することができるために高解像度の記録をすることが可能である他、コンパクト化も容易であることなどの利点を有している。
【０００４】
この熱エネルギーを利用する従来のインクジェットヘッドは、シリコン等の基体上に複数の発熱抵抗体を列状に配すことで、高密度化を達成し、また、複数の発熱抵抗体に対して共通の蓄熱層や電気絶縁層を有した基板を用いる構成が一般的である。
【０００５】
図１３は、このような構成のインクジェットヘッドの１発熱素子の模式的図であり、図１２は図１３のＡ−Ａ’断面の模式図である。
【０００６】
図において、１０３は蓄熱層及び電気絶縁層であり、１０４は発熱抵抗体（ヒータ）、１０７はヒータに電力を供給するための電極配線、１０２は電気絶縁層、１０１は耐キャビテーション用保護膜である。以上のように構成されるヒータボード上に液路及び吐出口を形成するためのノズル材１００が作られ、インクジェットヘッドが構成される。
【０００７】
１０５はインクチャンバーであり、１０９は吐出口である。１０７に通電し発生した熱エネルギーがインクチャンバー１０５に伝わりインクが発泡し、気泡によって押し出されたインクが吐出口１０９より吐出する。
【０００８】
ヒータ近傍の膜構成については、ヒータ１０４で発生した熱エネルギーを効率よくインクに伝えるために、これまでに様々な工夫が提案がされている。特開平７−８９０７５にあるように、隣接するヒータの間蓄熱層を一部を除去し、隣接するヒータに伝達しないようにしている。また隣接ノズルに発泡の圧力が逃げないようにするため、特開平７−８９０７３にある構成などもある。
【０００９】
また通常、ヒータに通電する際、配線部で浪費される無駄なエネルギーを少なくするため、ヒータをより薄くし、ヒータの抵抗をあげて実質的に配線抵抗の比率を下げるといったことを行っている。
【００１０】
最近では、さらにヒータの抵抗値を上げるために改良を施した構成のインクジェットヘッドが図６であり、図５は図６のＡ−Ａ’断面の模式図である。図において、２つのヒータを平行にかつ近接して配し、電気的に直列に接続することによって、ヒータの抵抗値を上げることができ、図１３の例と比較して同じヒータ材、同じ厚さ条件では、４倍相当の抵抗値に上げることができる。この２つのヒータを同時に駆動し、２つの気泡を発生させ一つの液滴を形成することができる。
【特許文献１】特開平７−８９０７５号公報
【特許文献２】特開平７−８９０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、プリンタの高画質化から、より小さなインク滴を吐出させるために、より小さなヒータ１０４を形成する必要がある。また、より小さな液滴でありかつ高速に印字を行うために、ノズル数、すなわち発熱素子数は増やす必要があり、前記のような配線抵抗の浪費を減らすに、ヒータをより薄くすることは限界であり、図６のような２つのヒータ構成またはそれ以上のヒータをつないだ構成が必須となってきている。また、ヒータ１０４で発生した熱エネルギーを効率よくインクに伝えるためには、図６におけるヒータ間隔ｄはより小さいことが好ましいだけでなく、広すぎると、２つのヒータにより発生される２つの気泡が互いに干渉し不安定となるという弊害も発生していた。特に小インク滴を発生させる場合においては顕著であり、数ｐｌまたはそれ以下のインク滴の吐出において、図６のヒータ１０４ａ、ｂの各ヒータ幅は１０μｍ程度またはそれ以下となる。それに対し２つのヒータ間距離ｄは現在の製膜技術から数μｍが限界とされている。ヒータ幅の２０％以上の間隔をもつ２つのヒータで発生した２つの発泡から吐出されるインク滴は公差などで寸法が変化した際に吐出状態が異なり発泡が不安定になることもあった。
【００１２】
また、図９に示されるようにヒータ上のインクの表面温度の分布から、ヒータ幅が小さい場合、ヒータで発生した熱エネルギーが保護膜を伝わる過程で上下左右に拡散し、結果としてヒータの中央部のみにしか熱が有効的に伝わらず、中央部のみ発泡が発生し、インクのコゲなどが中央部に集中し、その影響を多大に受けるという不具合も発生していた。この問題もヒータ幅が１０μｍ程度またはそれ以下の小インク滴を吐出される系において顕著に表れていた。
【００１３】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ヒータ間隔ｄにおける絶縁膜や耐キャビテーション膜の一部を除去することによって、２つのヒータにおける発泡と吐出を安定化させ、同時に熱効率をあげ、小インク滴を効率良く吐出でき、安定した高画質な印刷を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、請求項１に記載の発明においては、インクを吐出するための複数の発熱抵抗体が列状に配されたインクジェットヘッドにおいて、基板上に該発熱抵抗体と電気的絶縁もしくは保護するための複数の層が積層された基板と、少なくとも２つ以上の該発熱抵抗体に対応して、設けられた液流路とを有し、該流路に対応する複数の該発熱抵抗体の間の前記層の少なくとも一部が除去されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明においては、前記層とは発熱抵抗体の上に積層され、電気的に流路上のインクから発熱抵抗体あるいは電気通電層を保護する層であることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明においては、前記除去されている部分の長さは、前記発熱抵抗体の長さと略同じあるいはやや短いことを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明においては、インクを吐出するための複数の発熱抵抗体が列状に配されたインクジェットヘッドにおいて、基板上に該発熱抵抗体と電気的絶縁もしくは保護するための複数の層が積層された基板と、少なくとも２つ以上の該発熱抵抗体に対応して、設けられた液流路とを有し、該流路に対応する複数の該発熱抵抗体の間に、発熱抵抗体上の層より熱抵抗の高い層を積層することを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明においては、前記熱抵抗の高い層とは発熱抵抗体上の層の上に積層され、電気的に流路上のインクから発熱抵抗体あるいは電気通電層を保護する層であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明においては、前記熱抵抗の高い層の部分の長さは、前記発熱抵抗体の長さと略同じあるいはやや短いことを特徴とするものである。
【００２０】
また、請求項７に記載の発明においては、  該流路に対応する複数の該発熱抵抗体は略同時に駆動されるように電気的に直列に接続されていることを特徴とするものである。
【００２１】
また、請求項８に記載の発明においては、インクを吐出するための複数の発熱抵抗体が列状に配されたインクジェットヘッドにおいて、基板上に該発熱抵抗体と電気的絶縁もしくは保護するための複数の層が積層された基板と、少なくとも２つ以上の該発熱抵抗体に対応して、設けられた液流路と、該発熱抵抗体に通電する配線とを有し、複数の該発熱抵抗体の配線がつながれていない縁で他方の該発熱抵抗体がない縁の外側における前記層の少なくとも一部が除去されていることを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項９に記載の発明においては、前記層とは発熱抵抗体の上に積層され、電気的に流路上のインクから発熱抵抗体あるいは電気通電層を保護する層であることを特徴とするものである。
【００２３】
また、請求項１０に記載の発明においては、インクを吐出するための複数の発熱抵抗体が列状に配されたインクジェットヘッドにおいて、基板上に該発熱抵抗体と電気的絶縁もしくは保護するための複数の層が積層された基板と、該発熱抵抗体に対応して、設けられた液流路と、該発熱抵抗体に通電する配線とを有し、該発熱抵抗体の配線がつながれていない縁の外側において、発熱抵抗体上の層より熱抵抗の高い層を積層することを特徴とするものである。
【００２４】
また、請求項１１に記載の発明においては、前記熱抵抗の高い層とは発熱抵抗体上の層の上に積層され、電気的に流路上のインクから発熱抵抗体あるいは電気通電層を保護する層であることを特徴とするものである。
【００２５】
また、請求項１２に記載の発明においては、被記録媒体を搬送する手段とを有し、該流路に対応する複数の該発熱抵抗体は略同時に駆動されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
以上の説明から明らかなように、本発明により、流路に複数のヒータを配置したインクジェット記録ヘッドにおいて、複数のヒータをほぼ同時に加熱駆動するとき、ヒータ間隔における絶縁膜や耐キャビテーション膜の一部を除去することによって、２つのヒータにおける発泡と吐出を安定化させ、同時に熱効率をあげ、小インク滴を効率良く吐出でき、安定した高画質な印刷を提供することができる。
【００２７】
また２つのヒータ間隔を広くしても、安定した吐出が行え、製造交差マージンが増え、生産性も向上し、また設計自由度があがるという効果も有する。
【００２８】
さらにはヒータ中央部のみ発泡が発生し、インクのコゲなどが中央部に集中するといった幅小ヒータ、とくにヒータ幅が１０μｍ程度またはそれ以下の小インク滴を吐出される系において、コゲなどの影響を軽減し、耐久性に優れた記録ヘッドを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００３０】
＜装置本体の概略説明＞
図１０は、本発明の代表的な実施の形態であるインクジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図である。図１０において、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５００９〜５０１１を介して回転するリードスクリュー５００５の螺旋溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣはピン（不図示）を有し、ガイドレール５００３に支持されて矢印ａ，ｂ方向を往復移動する。キャリッジＨＣには、記録ヘッドＩＪＨとインクタンクＩＴとを内蔵した一体型インクジェットカートリッジＩＪＣが搭載されている。５００２は紙押え板であり、キャリッジＨＣの移動方向に亙って記録用紙Ｐをプラテン５０００に対して押圧する。５００７，５００８はフォトカプラで、キャリッジのレバー５００６のこの域での存在を確認して、モータ５０１３の回転方向切り換え等を行うためのホームポジション検知器である。５０１６は記録ヘッドＩＪＨの前面をキャップするキャップ部材５０２２を支持する部材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引器で、キャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。５０１７はクリーニングブレードで、５０１９はこのブレードを前後方向に移動可能にする部材であり、本体支持板５０１８にこれらが支持されている。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニングブレードが本例に適用できることは言うまでもない。又、５０２１は、吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジと係合するカム５０２０の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラッチ切り換え等の公知の伝達機構で移動制御される。
【００３１】
これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キャリッジがホームポジション側の領域に来た時にリードスクリュー５００５の作用によってそれらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されているが、周知のタイミングで所望の動作を行うようにすれば、本例にはいずれも適用できる。
【００３２】
＜制御構成の説明＞
次に、上述した装置の記録制御を実行するための制御構成について説明する。
【００３３】
図１１はインクジェットプリンタＩＪＲＡの制御回路の構成を示すブロック図である。制御回路を示す同図において、１７００は記録信号を入力するインタフェース、１７０１はＭＰＵ、１７０２はＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯＭ、１７０３は各種データ（上記記録信号や記録ヘッドＩＪＨに供給される記録データ等）を保存しておくＤＲＡＭである。１７０４は記録ヘッドＩＪＨに対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）であり、インタフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。１７１０は記録ヘッドＩＪＨを搬送するためのキャリアモータ、１７０９は記録紙搬送のための搬送モータである。１７０５は記録ヘッドＩＪＨを駆動するヘッドドライバ、１７０６，１７０７はそれぞれ搬送モータ１７０９、キャリアモータ１７１０を駆動するためのモータドライバである。
【００３４】
上記制御構成の動作を説明すると、インタフェース１７００に記録信号が入るとゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１との間で記録信号がプリント用の記録データに変換される。そして、モータドライバ１７０６、１７０７が駆動されると共に、ヘッドドライバ１７０５に送られた記録データに従って記録ヘッドＩＪＨが駆動され、記録が行われる。
【実施例１】
【００３５】
図８は記録ヘッドＩＪＨのインク吐出部の模式図である。１０４ａ、１０４ｂは直列につながれた発熱抵抗体（ヒータ）であり、同時に駆動される。１０９は吐出口(オリフィス)、１１０はノズルフィルタ、１１１はノズル壁である。これらが複数並べられることによって、ノズル列を形成しており、カラープリンタなどでは、このノズル列を複数備える構成が好ましい。インクはノズルフィルタ側から流れ込み、ヒータ１０４上に流れ、ヒータ１０４を通電し熱エネルギーを発生させることにより、ヒータ１０４上のインクが発泡し、吐出口１０９よりインクが吐出する。本実施例においては、ヒータ１０４ａ、１０４ｂが同時に通電され、２つの気泡が発生するが、吐出するインクは１液となっている。
【００３６】
図２は１つのノズルを拡大して、詳細を示した模式図であり、図１は図２のＡ−Ａ’断面の模式図で、図７は図２のＢ−Ｂ’断面の模式図である。
【００３７】
図において、１０３は蓄熱層及び電気絶縁層であり、１０４ａ、１０４ｂは発熱抵抗体（ヒータ）、１０７、１０７ｔはヒータに電力を供給するための電極配線、１０２は電気絶縁層、１０１は耐キャビテーション用保護膜である。以上のように構成されるヒータボード上に液路及び吐出口を形成するためのノズル材１００が作られ、インクジェットヘッドが構成される。本実施例では、蓄熱層及び電気絶縁層１０３はＳｉＯで厚さは１．５〜２．８μｍ程度が好ましい。また発熱抵抗体１０４は、ＴａＳｉＮまたＴａＮなどで、厚さは３００〜５００Å、電極配線はＡｌで２０００〜６０００Å、電気絶縁層はＳｉＮなどで２０００〜８０００Å、耐キャビテーション用保護膜はＴａで２０００〜５０００Åが好ましい。ノズル材は、樹脂材料であり、インク液滴の大きさに伴って、２０〜８０μｍ程度で変更することが好ましい。
【００３８】
１０５はインクチャンバーであり、１０９は吐出口である。１０７に通電し発生した熱エネルギーがインクチャンバー１０５に伝わりインクが発泡し、気泡によって押し出されたインクが吐出口１０９より吐出する。
【００３９】
請求項１に記載されているように、１０６が耐キャビテーション用保護膜１０１と、電気絶縁層１０２の一部が除去された実施例である。この構成を取ることにより、２つのヒータによる吐出を安定化させ、熱エネルギー効率を上げることができる。
【００４０】
図９は、Ａ−Ａ’断面におけるヒータ上の耐キャビテーション用保護膜１０１の直上近傍のインク温度分布を調べた結果である。図６に示す従来と、図２に示す本実施例の温度分布が示してある。図から明らかなように、３００℃程度でインクが核発泡を起こすとすると、従来では２つのヒータの間近傍に発泡に寄与しない低温部分がかなりの領域で発生している。これが時としてダブルヒータの不安定な発泡と吐出を引き起こしていると考えられる。また、先に述べたインクのコゲの問題も、図から明らかなように、従来では２つのヒータの間近傍には発生せず温度の高いヒータの真ん中に集中してしまう。
【００４１】
本実施例において、この２つのヒータの間近傍の温度が高くなり、このような不具合が改善されることが図より明らかである。
【実施例２】
【００４２】
図４は第２の実施例における１つのノズル拡大模式図であり、図３は図４のＡ−Ａ’断面の模式図で、図７は図４のＢ−Ｂ’断面の模式図である。
【００４３】
請求項４に記載されている実施例がこの第２の実施例であり、１０８が絶縁層１０２より高い熱抵抗である層であり、本実施例においては、絶縁層ＳｉＮより熱抵抗の高いＴａなどが好ましい。本実施例においても、実施例１と同等の温度分布（図６）を示すことが分かっている。
【実施例３】
【００４４】
図１５は第３の実施例における１つのノズル拡大模式図であり、図１４は図１５のＡ−Ａ’断面の模式図で、図７は図４のＢ−Ｂ’断面の模式図である。
【００４５】
請求項１及び８に記載されている実施例がこの第３の実施例であり、実施例１と同様に、耐キャビテーション用保護膜１０１と、電気絶縁層１０２の一部が除去された１０６が２つのヒータの外側にもある構成で、ヒータの熱エネルギーをより効率的にインクに伝達することができる。
【実施例４】
【００４６】
図１７は第４の実施例における１つのノズル拡大模式図であり、図１６は図１７のＡ−Ａ’断面の模式図で、図７は図４のＢ−Ｂ’断面の模式図である。
【００４７】
請求項４及び１０に記載されている実施例がこの第４の実施例であり、実施例２と同様に、絶縁層１０２より高い熱抵抗である層１０８が、２つのヒータの外側にもある構成で、ヒータの熱エネルギーをより効率的にインクに伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施例における１つのノズルの断面模式図である。
【図２】本発明の第１の実施例における１つのノズルの平面模式図である。
【図３】本発明の第２の実施例における１つのノズルの断面模式図である。
【図４】本発明の第２の実施例における１つのノズルの平面模式図である。
【図５】従来の複数ヒータによる１つのノズルの断面模式図である。
【図６】従来の複数ヒータによる１つのノズルの平面模式図である。
【図７】本発明の第１〜４の実施例における１つのノズルの断面模式図である。
【図８】本発明の第１〜４の実施例における複数ノズルの平面模式図である。
【図９】本発明の実施例と従来例におけるヒータ上、保護膜近傍のインク温度分布である。
【図１０】本発明に用いるインクジェットプリンタの図である。
【図１１】本発明の実施例のおけるインクジェットプリンタのブロック図である。
【図１２】従来の単ヒータによる１つのノズルの断面模式図である。
【図１３】従来の単ヒータによる１つのノズルの平面模式図である。
【図１４】本発明の第３の実施例における１つのノズルの断面模式図である。
【図１５】本発明の第３の実施例における１つのノズルの平面模式図である。
【図１６】本発明の第４の実施例における１つのノズルの断面模式図である。
【図１７】本発明の第４の実施例における１つのノズルの平面模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  ノズル材
１０１  耐キャビテーション用保護膜
１０２  電気絶縁層
１０３  蓄熱層及び電気絶縁層
１０４  発熱抵抗体（ヒータ）
１０５  インクチャンバー
１０６  保護膜除去部分
１０７  電極配線
１０８  熱抵抗の高い層
１０９  吐出口
１１０  ノズルフィルタ
１１１  ノズル壁
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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