(57)【要約】【課題】液体噴射ヘッド内への気泡の侵入を防止することができる液体カートリッジを提供する。【解決手段】液滴を噴射可能な液体噴射ヘッド２に供給する液体を貯留する液体貯留部１５と、液体噴射ヘッド２内の流路と連通するカートリッジ接続部２１に接続され、液体貯留部１５の液体をカートリッジ接続部２１に向けて流入させる液体供給部１６と、を有する液体カートリッジ３であって、液体供給部１６は、液体貯留部１５からの液体が浸透する多孔質材からなるフォーム部１７と、該フォーム部のカートリッジ接続部２１側に形成されたフィルター部材１８と、から構成され、該フィルター部材１８は、カートリッジ接続部２１側の面とフォーム部１７側の面との間を貫通する貫通孔１９を有し、貫通孔１９は、テーパー形状であること。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を噴射可能な液体噴射ヘッドに供給する液体を貯留する液体貯留部と、
液体噴射ヘッド内の流路と連通するカートリッジ接続部に接続され、前記液体貯留部の液体を前記カートリッジ接続部に向けて流入させる液体供給部と、
を有する液体カートリッジであって、
前記液体供給部は、前記液体貯留部からの液体が浸透する多孔質材からなるフォーム部と、該フォーム部のカートリッジ接続部側に形成されたフィルター部材と、から構成され、
該フィルター部材は、カートリッジ接続部側の面とフォーム部側の面との間を貫通する貫通孔を有し、
前記貫通孔は、テーパー形状であることを特徴とする液体カートリッジ。
【請求項２】
前記フィルター部材は親水性の部材で構成され、
前記貫通孔はフォーム部側からこれとは反対側に向けて内径を次第に小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の液体カートリッジ。
【請求項３】
前記フィルター部材は疎水性の部材で構成され、
前記貫通孔はフォーム部側からこれとは反対側に向けて内径を次第に大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の液体カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式記録装置などの液体噴射ヘッドに液体を供給する液体カートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。
【０００３】
この種の液体噴射ヘッドとしては、流通に乗せ易く取り扱いが容易なカートリッジタイプの液体貯留部材を用いるものが開発されている。例えば、インクジェット式プリンター（以下、単にプリンターという）では、液体状のインクを封入したインクカートリッジを使用するものが広く普及している。このようなインクカートリッジには、内部に貯留したインクが浸透する多孔質材と該多孔質体に密接させたフィルターとをインク供給部として構成し、該インク供給部を記録ヘッド側のインク導入口に接続させるものがある。この構成では、インクカートリッジ内のインクは、インク供給部およびインク導入口を通じて記録ヘッド側に導入される。また、フィルターは、多孔質材の破片等からなるゴミや気泡等が記録ヘッド側に侵入するのを防いでいる。そして、インク導入口から記録ヘッド内に流入したインクは、ヘッド内部の流路を通じて圧力室に供給される。記録ヘッドは、この圧力室内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズルから液体を噴射する。
【０００４】
ここで、インクカートリッジのインク供給部と記録ヘッドのインク導入口とを接続する際に、これらの接続部分に気泡が入り込み、この気泡がインク導入口から記録ヘッド側に侵入する虞があった。記録ヘッド側に侵入した気泡が圧力室に達すると、当該気泡がインク流路やノズル等を塞ぐことによりインクが噴射されない所謂ドット抜けが生じる虞があった。また、記録ヘッドに侵入した気泡を除去するために、定期的に記録媒体（着弾対象）以外にインクを吐出するクリーニング処理が必要になり、その分インクが無駄に消費されていた。このような不具合を解決すべく、記録ヘッドのインク導入口にフィルターを取付け、気泡の侵入を防いだものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−７１９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような従来のインクカートリッジを搭載したプリンターは、記録ヘッドのインク導入口およびインクカートリッジのインク供給部の両方にフィルターを設けているため、これらを接続する際に、この接続部に気泡が入り込んでしまう場合があった。このため、当該気泡によって記録ヘッドへのインクの供給が阻害される虞があった。また、場合によっては、インクカートリッジからのインクの流入に伴って、一部の気泡がフィルターを通じて記録ヘッド内に侵入する虞もあった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体噴射ヘッド内への気泡の侵入を防止することができる液体カートリッジを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体カートリッジは、上記目的を達成するために提案されたものであり、液滴を噴射可能な液体噴射ヘッドに供給する液体を貯留する液体貯留部と、
液体噴射ヘッド内の流路と連通するカートリッジ接続部に接続され、前記液体貯留部の液体を前記カートリッジ接続部に向けて流入させる液体供給部と、
を有する液体カートリッジであって、
前記液体供給部は、前記液体貯留部からの液体が浸透する多孔質材からなるフォーム部と、該フォーム部のカートリッジ接続部側に形成されたフィルター部材と、から構成され、
該フィルター部材は、カートリッジ接続部側の面とフォーム部側の面との間を貫通する貫通孔を有し、
前記貫通孔は、テーパー形状であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の液体カートリッジによれば、カートリッジ接続部と液体カートリッジの液体供給部とを接続する際に、これらの間に気泡が生じたとしても、この気泡の全部または一部を、貫通孔を介して液体カートリッジ側に逃がすことができる。特に、貫通孔の内径を、フィルター部材の液体に対する濡れ易さ（接触角の度合い）に応じたテーパー形状にすることで、毛細管力により気泡を確実にフォーム部側へ移動させることができる。これにより、気泡が液体噴射ヘッド内に侵入することを防止できる。
【００１０】
上記構成において、前記フィルター部材は親水性の部材で構成され、
前記貫通孔はフォーム部側からこれとは反対側に向けて内径を次第に小さくしたことが望ましい。
【００１１】
この構成によれば、フィルター部材を親水性（接触角が９０°より小さい場合）の部材で構成した場合であっても、カートリッジ接続部と液体カートリッジの液体供給部との間に生じた気泡を、貫通孔を介して確実にフォーム部側に逃がすことができる。
【００１２】
また、前記フィルター部材は疎水性の部材で構成され、
前記貫通孔はフォーム部側からこれとは反対側に向けて内径を次第に大きくしたことが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、フィルター部材を疎水性（接触角が９０°より大きい場合）の部材で構成した場合であっても、カートリッジ接続部と液体カートリッジの液体供給部との間に生じた気泡を、貫通孔を介して確実にフォーム部側に逃がすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】プリンターの斜視図である。
【図２】インクカートリッジおよび記録ヘッドの構成を説明する模式図である。
【図３】インクカートリッジと記録ヘッドの接続を説明する模式図である。
【図４】カートリッジ側フィルターが親水性の場合における貫通孔の断面拡大図である。
【図５】カートリッジ側フィルターが疎水性の場合における貫通孔の断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式記録装置１（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。
【００１６】
図１はプリンター１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド２が取り付けられると共に、液体カートリッジの一種であるインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録動作時の記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、キャリッジ４を記録紙６（記録媒体および着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録紙６を搬送する搬送機構８と、を備えている。
【００１７】
キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）をプリンター１の制御部に送信する。
【００１８】
また、キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジ４の走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙６上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録を行う。
【００１９】
図２は、インクカートリッジ３と記録ヘッド２の構成を模式的に示した断面図である。
上記のインクカートリッジ３は、熱可塑性プラスチック等の成型により作製された箱状の液体貯留部１５を備え、この液体貯留部１５内にはインク（記録ヘッド２から噴射する液体の一種）を貯留する空間が形成されている。また、液体貯留部１５内の空間には液体保持部材の一種であるインク保持材（図示せず）が収容されており、この保持部材にインクを吸収することで、液体貯留部１５内にインク保持している。なお、インク保持材としては、例えば、スポンジ状の発泡素材（多孔質材）が好適に用いられる。
【００２０】
インクカートリッジ３（液体貯留部１５）の底面部（記録ヘッド２側）には、後述するカートリッジ接続部２１に接続され、液体貯留部１５内のインクをカートリッジ接続部２１に向けて流入させるインク供給部１６（本発明における液体供給部に相当）が形成されている。インク供給部１６は、液体貯留部１５からのインクが浸透するフォーム部１７と、該フォーム部１７のカートリッジ接続部２１側に形成されたカートリッジ側フィルター１８（本発明におけるフィルター部材に相当）と、から構成されている。フォーム部１７は、例えば、スポンジ状の発泡素材等からなる多孔質材を用いて、底面積がカートリッジ接続部２１の接続面の面積より僅かに小さい円柱状あるいは多角柱状に形成されている。そして、インク供給部１６がカートリッジ接続部２１に接続された状態で、液体貯留部１５からのインクは毛細管力によりフォーム部１７内を浸透し、記録ヘッド２側に流入する。
【００２１】
また、フォーム部１７の底面は、カートリッジ側フィルター１８により覆われている。詳しくは、カートリッジ側フィルター１８は、フォーム部１７の底面よりも僅かに大きく形成され、フォーム部１７の底面に接続されている。このカートリッジ側フィルター１８の周縁の一部には、カートリッジ側フィルター１８を固定する固定部材（図示せず）が固定されている。固定部材は、例えば、カートリッジ側フィルター１８の厚みよりも細い針状の部材を、カートリッジ側フィルター１８の四方の端部に、それぞれの一端を当該端部側に折り曲げた状態で固定されている。この固定部材の他端をインク貯留部１５の底面に固定することにより、フォーム部１７の底面が位置決めされる。なお、カートリッジ側フィルターとしては、フォーム部１７の底面を覆うフィルター面部と、当該フィルター面部の周縁からインク貯留部１５の底面側に向けて斜めに延出した側面部とからなる、フィルター面部を底としたカップ状に形成してもよい。この場合は、カートリッジ側フィルターの側面部の端部をインク貯留部１５の底面に固定し、フィルター面部、側面部、およびインク貯留部１５の底面によって区画される空間に、フォーム部１７を収容する。また、カートリッジ側フィルター１８は、例えば、ナイロン、ガラス、ポリエステル，ポリエチレン等の繊維、またはこれらを組み合わせたものを原料とした不織布が用いられる。なお、本実施形態では、繊維間の平均間隔が１０μｍ程度の不織布を用いている。
【００２２】
さらに、図３に示すように、本実施形態のカートリッジ側フィルター１８は、カートリッジ接続部２１側の面とフォーム部１７側の面との間を貫通する貫通孔１９を複数有している。このため、フォーム部１７からのインクは、この貫通孔１９および不織布の繊維間を通じて、記録ヘッド２側へ送られる。すなわち、カートリッジ側フィルター１８は、フォーム部１７からのゴミ等が記録ヘッド２側に混入することを防ぐ。ここで、貫通孔１９は、内径が当該貫通孔１９の軸方向で異なるテーパー形状に形成されている。そして、このテーパーの傾斜方向は、カートリッジ側フィルター１８を構成する不織布のインクに対する濡れ易さ（接触角の度合い）に応じて決定される。
【００２３】
具体的に説明すると、カートリッジ側フィルター１８が親水性（接触角が９０°より小さい場合）の不織布で構成される場合、図３、図４に示すように、貫通孔１９は、フォーム部１７側からこれとは反対側（後述するヘッド側フィルター２３側）に向けて内径が次第に小さくなるように形成される。すなわち、カートリッジ側フィルター１８の断面において、ヘッド側フィルター２３側の底面と貫通孔１９の内面とのなす角θが９０°よりも小さくなるように貫通孔１９が形成される。一方、カートリッジ側フィルター１８が疎水性（接触角が９０°より大きい場合）の不織布で構成される場合、図５に示すように、貫通孔１９はフォーム部１７側からこれとは反対側（ヘッド側フィルター２３側）に向けて内径が次第に大きくなるように形成される。すなわち、カートリッジ側フィルター１８の断面において、ヘッド側フィルター２３側の底面と貫通孔１９の内面とのなす角θが９０°よりも大きくなるように貫通孔１９が形成される。これにより、インク供給部１６とカートリッジ接続部２１とを接続する際に、これらの間に気泡Ｂが取り込まれた場合、この気泡Ｂが、この貫通孔１９を通じて毛細管力によりフォーム部１７側へ移動する。なお、貫通孔１９における気泡Ｂの移動については、後述する。また、貫通孔１９は、当該カートリッジ側フィルター１８を形成する不織布の繊維間の平均間隔よりも十分に大きい径であって、その内部に働く毛細管力に比べて、気泡Ｂに働く浮力が無視できる程度の大きさに形成されている（例えば、数十μｍ程度）。
【００２４】
インクカートリッジ３のインク供給部１６と接続されるカートリッジ接続部２１は、記録ヘッド２の上部（インクカートリッジ３側）、例えば、記録ヘッド２の上部に備えられたカートリッジホルダー（図示を省略）に設けられている。このカートリッジ接続部２１は、インクカートリッジ３からのインクを受け入れるインク導入口２２（液体導入口）と、インク導入口２２の上端側の開口部を塞ぐヘッド側フィルター２３とを有している。すなわち、ヘッド側フィルター２３のインク供給部１６側の面が、インク供給部１６のカートリッジ側フィルター１８と接続される接続面となる。インク導入口２２は、上方から下方に向けて内径が次第に小さくなる漏斗状に形成されている。このインク導入口２２の下側は、後述するインク導入路２５と連通する。ヘッド側フィルター２３は、カートリッジ側フィルター１８と同様に繊維等からなる不織布が用いられ、インクカートリッジ３からインク導入口２２に流入するインクを濾過する。
【００２５】
本実施形態の記録ヘッド２は、ヘッドケース、流路形成基板、ノズルプレート等を積層して構成される。この記録ヘッド２の内部には、インク導入路２５、リザーバー２６、圧力室２７、連通室２８、及びノズル２９に至るまでのインク流路と、圧力発生手段の一種として機能する圧電振動子３０と、が設けられている。
【００２６】
インク導入路２５は、一端（上流端）がインク導入口２２に連通し、他端がリザーバー２６に連通した一連の流路である。リザーバー２６は、ノズル列方向に沿って長尺な空部であり、当該リザーバー２６の短尺方向において、インク導入路２５とは反対側の端部で各圧力室２７と連通している。したがって、リザーバー２６内のインクは、各圧力室２７にそれぞれ供給される。なお、リザーバー２６と各圧力室２７の連通部分は、圧力室２７よりも狭い幅で形成されており、リザーバー２６から圧力室２７に流入するインクに対して一定の流路抵抗を付与している。
【００２７】
圧力室２７は、ノズル２９の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成されている。また、圧力室２７を挟んでリザーバー２６とは反対側には、連通室２８が形成されている。連通室２８は、一端（上流端）が圧力室２７に連通し、他端がノズル２９に連通した流路である。このため、圧力室２７内のインクに圧力変動が生じると、連通室２８を通じてノズル２９からインクが噴射される。なお、ノズル２９は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数（例えば、１８０個）のノズル２９が副走査方向に沿って列状に穿設されている。
【００２８】
また、圧力室２７の上面には、可撓性を有する振動板３２が設けられている。この振動板３２の圧力室２７とは反対側の面には、圧電振動子３０が配設されている。本実施形態の圧電振動子３０は、所謂撓み振動モードの圧電振動子３０であり、駆動電極と共通電極とによって圧電体を挟んで構成されている（図示を省略）。そして、圧電振動子３０の駆動電極に駆動信号が印加されると、駆動電極と共通電極との間には電位差に応じた電場が発生する。この電場は圧電体に付与され、圧電体が付与された電場の強さに応じて変形する。そして、この変形により、圧力室２７内の容積が変化し、圧力室２７内のインクの圧力が変動する。
【００２９】
そして、上記構成の記録ヘッド２では、カートリッジ接続部２１（ヘッド側フィルター２３）にインクカートリッジ３のインク供給部１６（カートリッジ側フィルター１８）を接続することで、カートリッジ接続部２１を通じてインクを取り込むことができる。記録ヘッド２に取り込まれたインクは、リザーバー２６を通じて、各圧力室２７を満たす。そして、各圧力室２７がインクで満たされた状態で、上記のように圧電振動子３０を作動させると、圧力室２７の容積が変化し、この圧力変動を制御することで、ノズル２９からインク滴が噴射（吐出）される。
【００３０】
ところで、カートリッジ接続部２１とインク供給部１６を接続する際に、ヘッド側フィルター２３とカートリッジ側フィルター１８との間に気泡Ｂが残ることがある。本実施形態のカートリッジ側フィルター１８は、貫通孔１９を複数有しているため、これらの気泡Ｂの全部または一部をこの貫通孔１９を通じてフォーム部１７側に移動させることができる。
【００３１】
この貫通孔１９内の気泡Ｂの移動について説明する。貫通孔１９内に気泡Ｂが混入すると、この気泡Ｂを挟んだ上下の液体に毛細管力が働く。すなわち、カートリッジ側フィルター１８が親水性の場合には、気泡Ｂを挟んで下側（ヘッド側フィルター２３側）の液面は、上昇しようとするのに対し、気泡Ｂを挟んで上側（フォーム部１７側）の液面は、下降しようとする。このため、気泡Ｂの移動方向は、これらの圧力のバランスにより決まる。ここで、管の内部の液体に働く毛細管力は、管の内径の大きさに反比例することが知られている。本実施形態では、カートリッジ側フィルター１８が親水性の場合、図３、図４に示すように、貫通孔１９の内径をフォーム部１７側からこれとは反対側に向けて次第に小さくしたテーパー形状に形成しているため、毛細管力は、気泡Ｂを挟んで上側の液体よりも下側の液体の方で強くなる。このため、気泡Ｂは液体の移動に伴ってフォーム部１７側に移動（上昇）し、フォーム部１７に取り込まれる。その結果、気泡Ｂが記録ヘッド２内に侵入することを防止できる。
【００３２】
一方、カートリッジ側フィルター１８が疎水性の場合には、気泡Ｂを挟んで下側（ヘッド側フィルター２３側）の液面は、下降しようとするのに対し、気泡Ｂを挟んで上側（フォーム部１７側）の液面は、上昇しようとする。この場合も、気泡Ｂの移動方向は、これらの圧力のバランスにより決まる。本実施形態では、カートリッジ側フィルター１８が疎水性の場合、図５に示すように、貫通孔１９の内径をフォーム部１７側からこれとは反対側に向けて次第に大きくしたテーパー形状に形成しているため、毛細管力は、気泡Ｂを挟んで下側の液体よりも上側の液体の方で強くなる。このため、気泡Ｂは液体の移動に伴ってフォーム部１７側に移動（上昇）し、フォーム部１７に取り込まれる。その結果、気泡Ｂが記録ヘッド２内に侵入することを防止できる。
【００３３】
このように、カートリッジ接続部２１とインクカートリッジ３のインク供給部１６とを接続する際に、これらの間に気泡が生じたとしても、この気泡の全部または一部を、貫通孔１９を介してインクカートリッジ３側に逃がすことができる。特に、貫通孔１９の内径を、カートリッジ側フィルター１８の液体に対する濡れ易さ（接触角の度合い）に応じたテーパー形状にすることで、毛細管力により気泡を確実にフォーム部１７側へ移動させることができる。これにより、気泡が記録ヘッド２内に侵入することを防止できる。
【００３４】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、圧力発生手段として、所謂撓み振動型の圧電振動子を例示したが、これには限られず、例えば、所謂縦振動型の圧電振動子を採用することも可能である。さらに、圧力発生手段としては圧電振動子には限らず、圧力室内に気泡を発生させる発熱素子や静電気力を利用して圧力室の容積を変動させる静電アクチュエーター等の各種圧力発生手段を用いる場合にも本発明を適用することができる。
【００３５】
そして、本発明は、圧力発生手段を用いて液体の噴射制御が可能な液体噴射装置に用いられる液体カートリッジであれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等に用いられる液体カートリッジにも適用することができる。そして、ディスプレイ製造装置では、色材噴射ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を噴射する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を噴射する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を噴射する。
【符号の説明】
【００３６】
１…プリンター，２…記録ヘッド，３…インクカートリッジ，１５…液体貯留部，１６…インク供給部，１７…フォーム部，１８…カートリッジ側フィルター，１９…貫通孔，２１…カートリッジ接続部，２２…インク導入口，２３…ヘッド側フィルター 
【図１】
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【図２】
2013082078.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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