(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＲ製法において溶解可能なインク流路形成樹脂とインク流路壁を形成する被覆樹脂の相溶を解消または抑制することで、吐出口に発生する「ひさし」を解消または抑制すること。【解決手段】溶解可能なインク流路形成樹脂４に分子量１０００以下の炭化フッ素を含む物質を混合して、塗膜形成時にブリードしてきた炭化フッ素が表面を覆うことでその上を覆うインク流路壁を形成する被覆樹脂５との相溶７を解消または抑制することで境界に発生しやすい「ひさし」を解消または抑制する。混合量が少なすぎても効果が発現せず、多すぎては最終的に樹脂を除去するときに残留してしまうので０．５以上４．０％以下という最適値が存在する。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク吐出圧力発生素子が形成された基体上に、
溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程と、
常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶媒に溶解し、これを前記溶解可能な樹脂層上にソルベントコートすることによって、前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁となる被覆樹脂層を形成する工程と、
前記インク吐出圧力発生素子上方の前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成する工程と、
前記溶解可能な樹脂層を溶出する工程と、前記溶解可能な樹脂層に炭化フッ素を含む物質が混合されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記溶解可能な樹脂には前記炭化フッ素を含む分子量1000以下の物質が4%以下混合されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェット記録方式に用いる記録液小滴を発生するためのインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録方式（液体噴射記録方式）に適用されるインクジェット記録ヘッドは、一般に微細な記録液吐出口（以下、オリフィスと称す）、液流路および該液流路の一部に設けられる液体吐出エネルギー発生部を複数備えている。そして、このようなインクジェット記録ヘッドで高品位の画像を得るためには、前記オリフィスから吐出される記録液小滴がそれぞれの吐出口より常に同じ体積、吐出速度で吐出されることが望ましい。これを達成するために、特開平４−１０９４０号〜特開平４−１０９４２号公報においては、インク吐出圧力発生素子（電気熱変換素子）に記録情報に対応して駆動信号を印加し、電気熱変換素子にインクの核沸騰を越える急激な温度上昇を与える熱エネルギーを発生させ、インク内に気泡を形成させ、この気泡を外気と連通させてインク液滴を吐出させる方法が開示されている。
【０００３】
このような方法を実現するためのインクジェット記録ヘッドとしては、電気熱変換素子とオリフィスとの距離（以下、「ＯＨ距離」と称す。）が短い方が好ましい。また、前記方法においては、ＯＨ距離がその吐出体積をほぼ決定するため、ＯＨ距離を正確に、また再現良く設定できることが必要である。
【０００４】
従来、インクジェット記録ヘッドの製造方法としては、特開昭５７−２０８２５５号公報〜特開昭５７−２０８２５６号公報に記載されている方法、すなわち、インク吐出圧力発生素子が形成された基体上にインク流路およびオリフィス部からなるノズルを感光性樹脂材料を使用してパターン形成して、この上にガラス板などの蓋を接合する方法や、特開昭６１−１５４９４７号公報に記載されている方法、すなわち、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成し、該パターンをエポキシ樹脂などで被覆して該樹脂を硬化し、基板を切断後に前記溶解可能な樹脂パターンを溶出除去する方法等がある。しかし、これらの方法は、いずれも気泡の成長方向と吐出方向とが異なる（ほぼ垂直）タイプのインクジェット記録ヘッドの製造方法である。そして、このタイプのヘッドにおいては、基板を切断することによりインク吐出圧力発生素子とオリフィスとの距離が設定されるため、インク吐出圧力発生素子とオリフィスとの距離の制御においては、切断精度が非常に重要なファクターとなる。しかしながら、切断はダイシングソー等の機械的手段にて行うことが一般的であり、高い精度を実現することは難しい。
【０００５】
また、気泡の成長方向と吐出方向とがほぼ同じタイプのインクジェット記録ヘッドの製造方法としては、特開昭５８−８６５８号公報に記載されている方法、すなわち、基体とオリフィスプレートとなるドライフィルムとをパターニングされた別のドライフィルムを介して接合し、フォトリソグラフィーによってオリフィスを形成する方法や、特開昭６２−２６４９７５号公報に記載されている方法、すなわち、インク吐出圧力発生素子が形成された基体と電鋳加工により製造されるオリフィスプレートとをパターニングされたドライフィルムを介して接合する方法等がある。しかし、これらの方法では、いずれもオリフィスプレートを薄く（例えば２０μｍ以下）かつ均一に作成することは困難であり、たとえ作成できたとしても、インク吐出圧力発生素子が形成された基体との接合工程はオリフィスプレートの脆弱性により極めて困難となる。
【０００６】
また、特開平6-286149に示されているインク吐出圧力発生素子が形成された基体上に、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程と、常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶媒に溶解し、これを前記溶解可能な樹脂層上にソルベントコートすることによって、前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁となる被覆樹脂層を形成する工程と、前記インク吐出圧力発生素子上方の前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成する工程と、前記溶解可能な樹脂層を溶出する工程とからなるインクジェットヘッドの製造方法がもっとも現実的であるが前記液室形成のための溶解除去可能な樹脂層とその上に形成するインク流路壁となる被覆樹脂層との境界部分で相溶層が形成され吐出口形成のときに設計どおりの貫通口が出来ないことがしばしば発生する。
【特許文献１】特開平４−１０９４０号公報
【特許文献２】特開平４−１０９４１号公報
【特許文献３】特開平４−１０９４２号公報
【特許文献４】特開昭５７−２０８２５５号公報
【特許文献５】特開昭５７−２０８２５６号公報
【特許文献６】特開昭６１−１５４９４７号公報
【特許文献７】特開昭５８−８６５８号公報
【特許文献８】特開昭６２−２６４９７５号公報
【特許文献９】特開平６−２８６１４９号公報
【特許文献１０】特開昭６０−１６１９７３号公報
【特許文献１１】特開昭６３−２２１１２１号公報
【特許文献１２】特開昭６４−９２１６号公報
【特許文献１３】特開平２−１４０２１９号公報
【非特許文献１】Ｊ．ＰＯＬＹＭＥＲ  ＳＣＩ：Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  No. ５６  ３８３−３９５（１９７６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の諸点に鑑み成されたものであって、液室形成のための溶解除去可能な樹脂層とインク流路壁となる被覆樹脂層の境界に双方の類似した性質から形成される相溶層の形成を排除して高い精度で再現よく吐出口を形成し、高品位記録が可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法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】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の形態は、インク吐出圧力発生素子が形成された基体上に、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程と、常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶媒に溶解して、これを前記溶解可能な樹脂層上にソルベントコートすることによって、前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁となる被覆樹脂層を形成する工程と、前記インク吐出圧力発生素子上方の前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成する工程と、前記溶解可能な樹脂層を溶出する工程と、を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法で、前記溶解可能な樹脂層に炭化フッ素を含有する低分子量の物質を混入させることで樹脂層表面に炭化フッ素基がブリードし、インク流路壁となる被覆樹脂層との相溶を阻害するので、前記被覆樹脂層に吐出口を形成するときに相溶層が無いので所望の形状を実現できる。
【０００９】
［作用］
本発明によれば、前記液室形成のための溶解除去が可能な樹脂に炭化フッ素を含む低分子量物質を混合することで樹脂層の表面に炭化フッ素をブリードさせ、その上にインク流路壁となる被覆樹脂層との間に出来てしまう相溶層の形成を阻害し、吐出口の形成を精度と再現よく実現可能で、高品位記録が可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することができるものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明した本発明によってもたらされる効果としては、インク吐出圧力発生素子とオリフィス間の距離、位置精度を厳密に制御できるため、吐出特性の安定しかつ信頼性の高いインクジェット記録ヘッドが簡単な手法にて製造できることが挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。
【００１２】
図１から図６は、本発明の基本的な態様を示すための摸式図であり、図１から図６のそれぞれには、本発明の方法に係わるインクジェット記録ヘッドの構成とその製作手順の一例が示されている。
【００１３】
まず、本態様においては、例えば図１に示されるような、ガラス、セラミックス、プラスチックあるいは金属等からなる基板１が用いられる。
【００１４】
このような基板１は、液流路構成部材の一部として機能し、また、後述のインク流路およびインク吐出口を形成する材料層の支持体として機能し得るものであれば、その形状、材質等に特に限定されることなく使用できる。上記基板１上には、電気熱変換素子あるいは圧電素子等のインク吐出エネルギー発生素子２が所望の個数配置される。このような、インク吐出エネルギー発生素子２によって記録液小滴を吐出させるための吐出エネルギーがインク液に与えられ、記録が行われる。ちなみに、例えば、上記インク吐出エネルギー発生素子２として電気熱変換素子が用いられる時には、この素子が近傍の記録液を加熱することにより、記録液に状態変化を生起させ吐出エネルギーを発生する。また、例えば、圧電素子が用いられる時は、この素子の機械的振動によって、吐出エネルギーが発生される。
【００１５】
なお、これらの素子２には、これら素子を動作させるための制御信号入力用電極（図示せず）が接続されている。また、一般にはこれら吐出エネルギー発生素子の耐用性の向上を目的として、保護層等の各種機能層が設けられるが、もちろん本発明においてもこのような機能層を設けることは一向に差し支えない。
【００１６】
次いで、図２（図１のＡ−Ａ′断面図）に示すように、上記インク吐出エネルギー発生素子２を含む基板１上に、溶解可能な樹脂にてインク流路パターン４を形成する。最も一般的な手段としては感光性材料にて形成する手段が挙げられるが、スクリーン印刷法等の手段にても形成は可能である。感光性材料を使用する場合においては、インク流路パターンが溶解可能であるため、ポジ型レジストか、あるいは溶解性変化型のネガ型レジストの使用が可能である。
【００１７】
レジスト層の形成の方法としては、ポリメチルイソプロピルケトン、ポリビニルケトン等のビニルケトン系光崩壊性高分子化合物を好適に用い、後工程で除去可能な充填物を配置し通常のスピンコート法、ロールコート法等で被膜を形成する。
【００１８】
このように、インク流路をパターニングした溶解可能な樹脂材料層４上に、図３に示すように、さらに被覆樹脂層５を通常のスピンコート法、ロールコート法等で形成する。ここで、該樹脂層５を形成する工程において、溶解可能な樹脂パターンを変形せしめない等の特性が必要となる。すなわち、被覆樹脂層５を溶剤に溶解し、これをスピンコート、ロールコート等で溶解可能な樹脂パターン４上に形成する場合、溶解可能な樹脂パターン４を溶解しないように溶剤を選択する必要がある。
【００１９】
次に、本発明に用いる被覆樹脂層５について説明する。被覆樹脂層５としては、インク吐出口をフォトリソグラフィーで容易にかつ精度よく形成できることから、感光性のものが好ましい。このような感光性被覆樹脂層５は、構造材料としての高い機械的強度、基板１との密着性、耐インク性と、同時にインク吐出口の微細なパターンをパターニングするための解像性が要求される。ここで、本件発明者は、鋭意検討の結果、エポキシ樹脂のカチオン重合硬化物が構造材料として優れた強度、密着性、対インク性を有し、かつ前記エポキシ樹脂が常温にて固体状であれば、優れたパターニング特性を有することを見いだし、本発明に至った。
【００２０】
まず、エポキシ樹脂のカチオン重合硬化物は、通常の酸無水物もしくはアミンによる硬化物に比較して高い架橋密度（高Ｔｇ）を有するため、構造材として優れた特性を示す。また、常温にて固体状のエポキシ樹脂を用いることで、光照射によりカチオン重合開始剤より発生した重合開始種のエポキシ樹脂中への拡散が抑えられ、優れたパターニング精度、形状を得ることができる。
【００２１】
溶解可能な樹脂層上に被覆樹脂層を形成する工程は、常温で固体状の被覆樹脂を溶剤に溶解し、スピンコート法で形成することが望ましい。
【００２２】
薄膜コーティング技術であるスピンコート法を用いることで、被覆樹脂層５は均一にかつ精度良く形成することができ、従来方法では困難であったインク吐出圧力発生素子２とオリフィス間の距離を短くすることができ、小液滴吐出を容易に達成することができる。
【００２３】
ここで、被覆樹脂層５は溶解可能な樹脂層４上にフラットに形成されることが望ましい。これは下記の理由による。
【００２４】
・オリフィス面に凸凹があると凹部に不要なインク溜を生じること、
・被覆樹脂層５にインク吐出口を形成する際に加工が容易であること。
【００２５】
そこで、本発明者らは、被覆樹脂層５をフラットに形成する条件を鋭意検討したところ、被覆樹脂の溶剤に対する濃度が被覆樹脂層５の平滑性の点で非常に重大なファクターとなっていることを見いだした。具体的にはスピンコート時に被覆樹脂を溶剤に対して３０〜７０ｗｔ％の濃度で、さらに好ましくは４０〜６０ｗｔ％の濃度で溶解させることにより被覆樹脂層５表面をフラットにすることが可能となる。
【００２６】
ここで、被覆樹脂を３０ｗｔ％未満の濃度で溶解し、スピンコートを行った時には、形成された被覆樹脂層がパターニングされた溶解可能な樹脂層４にならって凸凹を生じてしまう。また、被覆樹脂を７０ｗｔ％を越える濃度で溶解した場合には、溶液自体が高粘度になり、スピンコート不能となるか、例え、スピンコートできたとしても、その膜厚分布が悪化する。
【００２７】
そもそもスピンコート法により塗布を行う場合は、塗布剤の粘度を１０〜３０００ｃｐｓとする必要がある。これは粘度が低過ぎる時には塗布剤が流れ出してしまい、粘度が高すぎる場合は塗布剤が均等にゆきわたってくれないからである。したがって、被覆樹脂含有溶液の粘度が上述の濃度において所望の粘度となるように溶剤を適宜選択することが必要である。
【００２８】
また、被覆樹脂５として上述のいわゆるネガ型の感光性材料を用いた場合、通常は基板面からの反射、およびスカム（現像残渣）が発生する。しかしながら、本発明の場合、溶解可能な樹脂にて形成されたインク流路上に吐出口パターンを形成するため、基板からの反射の影響は無視でき、さらに現像時に発生するスカムは、後述のインク流路を形成する溶解可能な樹脂を洗い出す工程でリフトオフされるため、悪影響を及ぼさない。
【００２９】
本発明に用いる固体状のエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡとエピクロヒドリンとの反応物のうち分子量がおよそ９００以上のもの、含ブロモスフェノールＡとエピクロヒドリンとの反応物、フェノールノボラックあるいはｏ−クレゾールノボラックとエピクロヒドリンとの反応物、特開昭６０−１６１９７３号公報、特開昭６３−２２１１２１号公報、特開昭６４−９２１６号公報、特開平２−１４０２１９号公報に記載のオキシシクロヘキサン骨格を有する多感応エポキシ樹脂等があげられるが、もちろん本発明はこれら化合物に限定されるわけではない。
【００３０】
また、上述のエポキシ化合物においては、好ましくはエポキシ当量が２０００以下、さらに好ましくはエポキシ当量が１０００以下の化合物が好適に用いられる。これは、エポキシ当量が２０００を越えると、硬化反応の際に架橋密度が低下し、硬化物のＴｇもしくは熱変形温度が低下したり、密着性、耐インク性に問題が生じる場合があるからである。
【００３１】
上記エポキシ樹脂を硬化させるための光カチオン重合開始剤としては、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩［Ｊ．ＰＯＬＹＭＥＲ  ＳＣＩ：Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  No. ５６  ３８３−３９５（１９７６）参照］や旭電化工業株式会社より上市されているＳＰ−１５０、ＳＰ−１７０等が挙げられる。
【００３２】
また、上述の光カチオン重合開始剤は、還元剤を併用し加熱することによって、カチオン重合を促進（単独の光カチオン重合に比較して架橋密度が向上する。）させることができる。ただし、光カチオン重合開始剤と還元剤を併用する場合、常温では反応せず一定温度以上（好ましくは６０℃以上）で反応するいわゆるレドックス型の開始剤系になるように、還元剤を選択する必要がある。このような還元剤としては、銅化合物、特に反応性とエポキシ樹脂への溶解性を考慮して銅トリフラート（トリフルオロメタンスルフォン酸銅（II））が最適である。また、アスコルビン酸等の還元剤も有用である。また、ノズル数の増加（高速印刷性）、非中性インクの使用（着色剤の耐水性の改良）等、より高い架橋密度（高Ｔｇ）が必要な場合は、上述の還元剤を後述のように前記被覆樹脂層の現像工程後に溶液の形で用いて被覆樹脂層を浸漬および加熱する後工程によって、架橋密度をあげることができる。
【００３３】
さらに上記組成物に対して必要に応じて添加剤など適宜添加することが可能である。例えば、エポキシ樹脂の弾性率を下げる目的で可撓性付与剤を添加したり、あるいは基板との更なる密着力を得るためにシランカップリング剤を添加することなどがあげられる。
【００３４】
次いで、上記化合物からなる感光性被覆樹脂層５に対して、図４に示すように、マスク６を介してパターン露光を行う。本態様の感光性被覆樹脂層５は、ネガ型であり、インク吐出口を形成する部分をマスクで遮蔽する（むろん、電気的な接続を行う部分も遮蔽する。図示せず。）。
【００３５】
パターン露光は、使用する光カチオン重合開始剤の感光領域に合わせて紫外線、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光、電子線、Ｘ線などから適宜選択することができる。
【００３６】
ここで、これまでの工程は、すべて従来のフォトリソグラフィー技術を用いて位置合わせが可能であり、オリフィスプレートを別途作成し基板と張り合せる方法に比べて、格段に精度をあげることができる。こうしてパターン露光された感光性被覆樹脂層５は、必要に応じて反応を促進するために、加熱処理を行ってもよい。ここで、前述のごとく、感光性被覆樹脂層は常温で固体状のエポキシ樹脂で構成されているため、パターン露光で生じるカチオン重合開始種の拡散は制約を受け、優れたパターニング精度、形状を実現できる。
【００３７】
次いで、パターン露光された感光性被覆樹脂層５は、適当な溶剤を用いて現像され、図５に示すように、インク吐出口を形成する。ここで、未露光の感光性被覆樹脂層の現像時に同時にインク流路を形成する溶解可能な樹脂パターン４を現像することも可能である。ただし、一般的に、基板１上には複数の同一または異なる形態のヘッドが配置され、切断工程を経てインクジェット記録ヘッドとして使用されるため、切断時のごみ対策として、図５に示すように感光性被覆樹脂層５のみを選択的に現像することにより、インク流路を形成する樹脂パターン４を残し（液室内に樹脂パターン４が残存するため切断時に発生するゴミが入り込まない）、切断工程後に樹脂パターン４を現像することも可能である（図６）。また、この際、感光性被覆樹脂層５を現像する時に発生するスカム（現像残渣）は、溶解可能な樹脂層４と共に溶出されるためノズル内には残渣が残らない。
【００３８】
前述したように架橋密度を上げる必要がある場合には、この後、インク流路およびインク吐出口が形成された感光性被覆樹脂層５を還元剤を含有する溶液に浸漬および加熱することにより後硬化を行う。これにより、感光性被覆樹脂層５の架橋密度はさらに高まり、基板に対する密着性および耐インク性は非常に良好となる。もちろん、この銅イオン含有溶液に浸漬加熱する工程は、感光性被覆樹脂層５をパターン露光し、現像してインク吐出口を形成した直後に行っても一向にさしつかえなく、その後で溶解可能な樹脂パターン４を溶出しても構わない。また浸漬、加熱工程は、浸漬しつつ加熱しても構わないし、浸漬後に加熱処理を行っても構わない。
【００３９】
このような還元剤としては、還元作用を有する物質であれば有用であるが、特に銅トリフラート、酢酸銅、安息香酸銅など銅イオンを含有する化合物が有効である。前記化合物の中でも、特に銅トリフラートは非常に高い効果を示す。さらに前記以外にアスコルビン酸も有用である。
【００４０】
このようにして形成したインク流路およびインク吐出口を形成した基板に対して、インク供給のための部材７およびインク吐出圧力発生素子を駆動するための電気的接合（図示せず）を行ってインクジェット記録ヘッドが形成される（図７）。
【００４１】
本実施態様では、インク吐出口の形成をフォトリソグラフィーによって行ったが、このように形成されたヘッドも、ときとして溶解除去可能な樹脂層とインク流路壁となる被覆樹脂層との境界部分に相溶層が形成され被覆樹脂層の現像条件では吐出口の形成に図8に示すように不都合をきたすことがある。これは図8の7に示すように前記溶解除去可能な樹脂層とインク流路壁となる被覆樹脂層との間に双方の溶解性の影響で形成された相溶層が形成されるために、吐出口形成時のフォト工程の条件から外れた条件の層となり現像除去に不全をきたし残留層となってしまう。このために本発明では溶解除去可能な樹脂に炭化フッ素を含む低分子量の物質(信越化学工業製のトリフルオロプロピルトリメトキシシラン  KBM-7103)を1%混合することで炭化フッ素成分がブリードして前記溶解除去可能な層の表面に析出するので、その上に形成するインク流路壁となる被覆樹脂層との相溶を阻害し、設計どおりの構造を実現できた。混合量は少なすぎると効果が現れず、多すぎると溶解除去層の除去性に影響が現れる。図９のように最適な混合量が存在することがわかった。
【００４２】
本発明は、記録紙の全幅にわたり同時に記録ができるフルラインタイプの記録ヘッドとして、さらには記録ヘッドを一体的にあるいは複数個組み合わせたカラー記録ヘッドにも有効である。
【００４３】
また、本発明による記録ヘッドは、ある温度以上で液化する固体インクにも好適に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図５】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図６】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図７】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図８】本発明のインクジェット記録ヘッドの構成を示す模式的断面図である。
【図９】混合量と効果を示す表である。
【符号の説明】
【００４５】
1  基板
2  インク吐出エネルギー発生素子
3  インク供給口
4  溶解除去可能な樹脂層
5  インク流路壁となる被覆樹脂層
6  フォトマスク
7  相溶層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007253475.tif 000006
【図５】
2007253475.tif 000007
【図６】
2007253475.tif 000008
【図７】
2007253475.tif 000009
【図８】
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【図９】
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