(57)【要約】【課題】ノズル列の一端側と他端側で吐出量がばらついて、形成された画像に濃淡が生じる。【解決手段】同じ色の液滴を吐出するノズル列２０２Ａ、２０２Ｂに対応する２つの共通液室２１０Ａ、２１０Ｂを有し、一方の共通液室２１０Ａは、ノズル配列方向一端部側に外部から液体を供給する供給口部２３１が形成され、ノズル配列方向他端部側に端部に向かうに従ってノズル配列方向と直交する方向の断面積が減少する絞り部２３２が形成され、他方の共通液室２１０Ｂは、ノズル配列方向他端部側に外部から液体を供給する供給口部２３１が形成され、ノズル配列方向一端部側に端部に向かうに従ってノズル配列方向と直交する方向の断面積が減少する絞り部２３２が形成されている。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズルが配列された少なくとも２つのノズル列と、
前記複数のノズルが通じる複数の個別液室に液体を供給する前記２つのノズル列に対応する少なくとも２つの共通液室と、を有し、
一方の共通液室は、ノズル配列方向一端部側に外部から液体を供給する供給口部が形成され、ノズル配列方向他端部側に端部に向かうに従ってノズル配列方向と直交する方向の断面積が減少する絞り部が形成され、
他方の共通液室は、ノズル配列方向他端部側に外部から液体を供給する供給口部が形成され、ノズル配列方向一端部側に端部に向かうに従ってノズル配列方向と直交する方向の断面積が減少する絞り部が形成されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記一方の共通液室の絞り部と前記他方の共通液室の供給口部とが、ノズル配列方向に直交する側面から見た場合に重複するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記少なくとも２つのノズル列は同じ色の液滴を吐出することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えている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】
本発明は液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置、例えばインクジェット記録装置が知られている。
【０００３】
液体吐出ヘッドは、例えば、液滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルが通じる個別液室（個別流路ともいう。）と、各個別液室に液体を供給する共通液室（共通流路ともいう。）を有し、個別液室内の液体を圧電アクチュエータ、サーマルアクチュエータ、静電アクチュエータなどの圧力発生手段で加圧することで液滴を吐出させる。
【０００４】
このような液体吐出ヘッドにおける共通液室の構成として、ノズル配列方向に沿う共通液室の両端部側にそれぞれ外部に通じる供給口部と排出口部とを設けて、共通液室内で液体を循環させることで、気泡滞留を低減するものが知られている（特許文献１）。
【０００５】
また、ノズル配列方向に沿う共通液室の中央部に供給口部を設けて、ノズル配列方向両端部に向かうに従ってノズル配列方向と直交する方向の断面積を漸次減少させる絞り部を設けることで、両端部における流速を高め、気泡滞留を低減するものが知られている（特許文献２）。
【０００６】
また、複数の共通液室について供給口部や絞り部を設ける位置を異ならせるものも知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−０２５６６３号公報
【特許文献２】特開２０１１−０５６７２９号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５８８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、共通液室のノズル配列方向一端部側に供給口部を設け、他端部側に絞り部を設けた構成とした場合、供給口部から個別液室までの共通液室内の流体抵抗が流れの上流側と下流側で大きく異なることになる。そのため、個別液室への液体供給量に差が生じて、ノズル列の一端側と他端側で吐出量がばらついて、形成された画像に濃淡が生じる。
【０００９】
特に、単位面積あたりの吐出量が多くなる写真画像等の高濃度の画像を形成するとき、単位時間当りの吐出量が多くなる高速度で画像を形成するとき、滴吐出量が多くないが、淡いハーフトーン画像を形成するときなど、濃度ムラが目立ち易くなる。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、画像品質を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、
液滴を吐出する複数のノズルが配列された少なくとも２つのノズル列と、
前記複数のノズルが通じる複数の個別液室に液体を供給する前記２つのノズル列に対応する少なくとも２つの共通液室と、を有し、
一方の共通液室は、ノズル配列方向一端部側に外部から液体を供給する供給口部が形成され、ノズル配列方向他端部側に端部に向かうに従ってノズル配列方向と直交する方向の断面積が減少する絞り部が形成され、
他方の共通液室は、ノズル配列方向他端部側に外部から液体を供給する供給口部が形成され、ノズル配列方向一端部側に端部に向かうに従ってノズル配列方向と直交する方向の断面積が減少する絞り部が形成されている
構成とした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、２つのノズル列間で濃度を平均化することができて、画像品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る画像形成装置の機構部の一例を示す斜視説明図である。
【図２】本発明に係る液体吐出ヘッドの一例の外観斜視説明図である。
【図３】同じく分解斜視説明図である。
【図４】同じく一部部品を除去した状態の分解斜視説明図である。
【図５】同じく分解側面説明図である。
【図６】同液体吐出ヘッドのノズル配列方向に沿う要部断面説明図である。
【図７】同じくノズル配列方向と直交する方向に沿う要部断面説明図である。
【図８】同液体吐出ヘッドのノズル面の説明図である。
【図９】同液体吐出ヘッドの側面説明図である。
【図１０】同液体吐出ヘッドのフレーム部材を液室部材側から見た平面説明図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ線に沿う断面説明図及び共通液室と流体抵抗の関係を説明する説明図である。
【図１２】図１０のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図及び共通液室と流体抵抗の関係を説明する説明図である。
【図１３】フィルタユニットの分解斜視説明図である。
【図１４】同パッキン部材の斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える画像形成装置の一例について図１を参照して説明する。図１は同画像形成装置の機構部の斜視説明図である。
【００１５】
この画像形成装置は、案内部材である板状部材からなるガイド部材３にてキャリッジ４を主走査方向に移動可能に支持し、主走査モータ５によって駆動プーリ６と図示しない従動プーリとの間に張った状態で掛け回されたタイミングベルト８を介してキャリッジ４を主走査方向に移動走査する。
【００１６】
キャリッジ４には、液滴を吐出する画像形成手段としての本発明に係る液体吐出ヘッドとヘッドタンクを一体化した液体吐出ヘッドユニットからなる記録ヘッド１１Ａ、１１Ｂ（区別しないときは、「記録ヘッド１１」という。以下、同様）を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、滴吐出方向を下方に向けて装着している。
【００１７】
記録ヘッド１１のヘッドタンクには、装置本体側の図示しない液体カートリッジ（メインタンク、以下「インクカートリッジ」という。）から供給チューブを介して所要の色のインクが供給される。
【００１８】
また、キャリッジ４の主走査方向に沿ってエンコーダスケール１５が配置され、キャリッジ４側にはエンコーダスケール１５の目盛り（スケール：位置識別部）を読み取る図示しない透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサが取り付けられている。
【００１９】
ここで、キャリッジ４には、装置本体の制御部を実装した制御基板とＦＦＣ１６を介して接続されたキャリッジ側基板（以下、「中継基板」という。）１７が搭載されている。この中継基板１７には、上述したエンコーダセンサや記録ヘッド１１側の駆動回路（ドライバＩＣ）との信号伝達を行う回路が実装されている。この中継基板１７と記録ヘッド１１とは後述するようにフレキシブル配線部材を介して接続される。
【００２０】
一方、キャリッジ４の下方側には、用紙１０を副走査方向に搬送する搬送手段としての搬送ベルト２１を配置している。この搬送ベルト２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラとテンションローラとの間に掛け回されて、図示しない副走査モータによってタイミングベルト及びタイミングプーリを介して搬送ローラが回転駆動されることによって副走査方向に周回移動される。
【００２１】
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙された用紙を搬送ベルト２１で間歇的に搬送し、キャリッジ４を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１１を駆動することにより、停止している用紙に液滴を吐出して１行分を記録し、用紙を所定量搬送後、次の行の記録を行なう動作を繰り返して用紙上に画像を形成し、画像形成後用紙を排紙する。
【００２２】
次に、この画像形成装置の記録ヘッドを構成している本発明に係る液体吐出ヘッドの一例の全体構成について図２ないし図５を参照して説明する。図２は同液体吐出ヘッドの外観斜視説明図、図３は同じく分解斜視説明図、図４は同じく一部部品を除去した状態の分解斜視説明図、図５は同じく分解側面説明図である。
【００２３】
この液体吐出ヘッド１００は、詳細は後述するノズル板及び流路板並びに振動板部材から構成される液室部材１０１と、共通液室部材を兼ねるフレーム部材１０２とを有し、フレーム部材１０２の液体供給経路上流側にはフィルタユニット１０３が配置されている。
【００２４】
フィルタユニット１０３とフレーム部材１０２との間の液体供給経路の境界面には、パッキン部材１０４が設けられ、組立時はフレーム部材１０２に形成されたパッキン部材設置用の窪み１２１にパッキン部材１０４を嵌め込んだ後、フィルタユニット１０３を上から設置しビス締めで固定して液体供給経路をシールする。
【００２５】
また、フレーム部材１０２と液室部材１０１とは接着剤により固定されている。
【００２６】
フィルタユニット１０３には、メインタンクから供給される液体（インク）中の不純物をろ過するためのフィルタ部材１３１、１３１が設けられている。このフィルタ部材１３１は、例えば、ＳＵＳ材質からなり、焼結工程を経て形成される。フィルタ部材１３１は例えば熱可塑性樹脂からなるフィルタケース１３２に周囲を熱で溶かして接着され、フィルタケース１３２にフィルタ部材１３１を取り付けた後、フィルタケース１３３を嵌め込んでフィルタケース１３２との間を締結する。
【００２７】
なお、フィルタケース１３３とフィルタケース１３２間の締結は、双方の部品を加圧して密着させた状態でフィルタケース１３２に形成された熱加締用突起を熱により加締めることにより行っている。
【００２８】
また、フィルタケース１３３は、構造体及び流路形成部材としての熱可塑性樹脂とパッキン部材としてのエラストマーを２色成形プロセスで一体成形している。これにより、フィルタケース１３３とフィルタケース１３２間の締結時にはパッキン部材としてのエラストマーが部品境界面のシールを行うことになる。
【００２９】
次に、この液体吐出ヘッドの流路構成の詳細について図６ないし図８も参照して説明する。図６は同液体吐出ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図、図７は同じくノズル配列方向と直交する方向に沿う要部断面説明図、図８は同液体吐出ヘッドのノズル面の説明図である。なお、図６はノズル配列方向と直交する方向では流路部分に沿う断面としている。
【００３０】
液室部材１０１は、ノズル板２１２と、流路板２１３と、振動板部材２１４とを接合している。
【００３１】
ノズル板２１２には、図８にも示すように、液滴を吐出する複数のノズル２０２が千鳥状に２列配列された２列のノズル列２０２Ａ、２０２Ｂを有している。このノズル板２１２は、例えば、ステンレスを用いてプレス加工でノズル２０２を形成できる。
【００３２】
流路板２１３は、ノズル２０２に通じる個別液室２０３を形成している。この流路板２１３は、例えばシリコンの異方性エッチングで形成しているが、ステンレスなどの金属材料を使用することもできる。
【００３３】
振動板部材２１４は、個別液室２０３の一部の壁面を変位可能な振動領域４１４ａとして形成する。この振動板部材１４はＮｉ電鋳で形成している。
【００３４】
フレーム部材１０２には、各個別液室２０３に液体を供給する共通液室２１０が形成されている。
【００３５】
また、振動板部材２１４の振動領域２１４ａの個別液室２０３とは反対側に圧電アクチュエータ２２０を配置している。圧電アクチュエータ２２０は、２列のノズル列に合わせて１つのベース部材２１９に例えばノズルピッチの２倍のピッチで柱状の圧電素子（圧電柱）を形成した２つの圧電部材２１８を接合している。圧電部材２１８の各圧電柱は振動板部材２１４の振動領域２１４ａと接合されて、ＦＰＣやＦＦＣなどのフレキシブル配線部材２２１が接続され、フレキシブル配線部材２２１に搭載された駆動回路（ドライバＩＣ）２２２）によって駆動信号が与えられる。
【００３６】
この液体吐出ヘッドでは、圧電アクチュエータ２２０を駆動することで振動板部材２１４の振動領域２１４ａが変位して、個別液室２０３の液体が加圧されてノズル２０２から液滴が吐出される。
【００３７】
次に、この液体吐出ヘッドの共通液室構成について図９ないし図１２を参照して説明する。図９は同液体吐出ヘッドの側面説明図、図１０は同液体吐出ヘッドのフレーム部材を液室部材側から見た平面説明図、図１１は図１０のＡ−Ａ線に沿う断面説明図及び共通液室と流体抵抗の関係を説明する説明図、図１２は図１０のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図及び共通液室と流体抵抗の関係を説明する説明図である。
【００３８】
この液体吐出ヘッドでは、ノズル列２０２Ａに対応する複数の個別液室２０６に液体を供給する共通液室２１０Ａと、ノズル列２０２Ｂに対応する複数の個別液室２０６に液体を供給する共通液室２１０Ｂとを有している。
【００３９】
そして、一方の共通液室２１０Ａは、ノズル配列方向一端部側に外部（本実施形態では「フィルタユニット１０３側」）から液体を供給する供給口部２３１が形成され、ノズル配列方向他端部側に端部に向かうに従ってノズル配列方向と直交する方向の断面積が減少する絞り部２３２が形成されている。
【００４０】
他方の共通液室２１０Ｂは、ノズル配列方向他端部側に外部から液体を供給する供給口部２３１が形成され、ノズル配列方向一端部側に端部に向かうに従ってノズル配列方向と直交する方向の断面積が減少する絞り部２３２が形成されている。
【００４１】
つまり、一方のノズル列２０２Ａに対応する一方の共通液室２１０Ａの供給口部２３１及び絞り部２３２の位置関係と、他方のノズル列２０２Ｂに対応する他方の共通液室２１０Ｂの供給口部２３１及び絞り部２３２の位置関係とが図９の左右方向において逆になっている。
【００４２】
ここで、共通液室２１０の長手方向（共通液室内での液体の流れ方向）において、供給口２３１から各個別液室２０３までの共通液室２１０Ａの流体抵抗は、供給口部２３１が設けられる上流側が小さく、下流側に向かうに従って増加して、絞り部２３２の下流端で最も高くなる。
【００４３】
そのため、１つの共通液室２１０で見た場合、上流側と下流側とで供給口から個別液室２０３までの流体抵抗が異なることで、複数の個別液室２０３に供給する液体の量及び吐出する液体の量にばらつきが生じ、結果として形成する画像にムラが発生してしまうことになる。
【００４４】
これに対し、本実施形態では、２つのノズル列２０２Ａ、２０２Ｂに対応する２つの共通液室２１０Ａ、２１０Ｂの供給口部２３１と絞り部２３２の配置関係が図９の左右方向において逆であるので、図１１及び図１２に示すように、２つの共通液室２１０Ａ、２１０Ｂの流体抵抗の変化は逆方向になる。
【００４５】
その結果、２つのノズル列２０２Ａ、２０２Ｂから同じ色の液滴を吐出する場合、供給する液体の量及び吐出する液体の量にばらつきが２つのノズル列間で逆方向に変化して、濃度も逆方向に変化することになるので、全体として濃度ムラが相殺されることで、画像品質の低下が低減する。
【００４６】
また、２つの共通液室２１０Ａ、２１０Ｂの配置を上記のようにすることで、例えば、フレーム部材１０２の内部空間１１３から液体吐出ヘッド１００の外側に向かって配置されるＦＰＣ２２１のような部品は供給口部２３１の形状に邪魔されることがなく、レイアウト設計が容易になる。
【００４７】
また、ＦＰＣ２２１は対向して２個配置されるが、共通液室２１０Ａ、２１０Ｂの供給口部２３１が互い違いに配置されているため、ＦＰＣ２２１、２２１のそれぞれの形状を容易に共通化することができる。
【００４８】
例えば、供給口部２３１を避けてＦＰＣ２２１をＬ字型に形成した場合、供給口部２３１を同じ側に設けると対向して配置される２つのＦＰＣ２２１は、電極側を手前にみて右側が欠けたＬ字型と左側が欠けたＬ字型となり、異なる形状となってしまう。これに対し、供給口部２３１を逆側に設けると、両ＦＰＣ２２１の形状を共通化できる。
【００４９】
一方、共通液室２１０Ａ、２１０Ｂの供給口部２３１をヘッド１００のいずれか一方の端部側に配置した場合において、ＦＰＣ２２１の形状を共通化を行なうことも可能ではあるが、ヘッド１００の外形寸法が大きくする必要があり、これに伴ってキャリッジ４や装置自体の大型化を招くことになる。
【００５０】
また、ノズル配列方向と直交する側面からヘッドを見た場合に、一方の共通液室に対応する供給口部２３１は、他方の共通液室に対応する絞り部２３２と重複するように配置することが好ましい。図１１に示すように、絞り部２３２は共通液室内の気泡排出性を考慮し共通液室２１０Ａの下流側に限定して配置されることが多いが、この領域は急激に流体抵抗が増加するため、印字の際に画像濃度が急激に低下する傾向がある。このため、他方の共通液室の供給口部２３１をこの部位に重複して配置することにより、他方の共通液室側のノズルから吐き出される液体量を十分に確保し、絞り部２３２に起因する急激な画像濃度低下を目立たなくすることができる。
【００５１】
次に、フィルタユニットについて図１３も参照して説明する。図１３はフィルタユニットの分解斜視説明図である。
【００５２】
前述のように、互い違いに配置された２列の共通液室２１０Ａ、２１０Ｂのフィルタユニット１０３との接続部である供給口部２３１は、図１０及び図１１に示すように、フィルタユニット１０３側の断面積が狭くなっており、且つノズル配列方向の反対側の端部に配置されている。
【００５３】
フィルタユニット１０３内には、構成部品である２つのフィルタ部材１３１が配置される。ここで、液体を濾過するフィルタ部材１３１は、滴吐出特性に与える影響を極力小さいものとするため、液体通過時における流体抵抗は極力小さい方が好ましい。そのためには、フィルタ部材１３１の形状は、面積を極力大きくし、略円形状をした抵抗の少ない形状とすることが好ましい。
【００５４】
フィルタ部材１３１を通過した液体はフィルタケース１３２に設けられた流出口１３４からパッキン部材１０４を介して供給口部２３１へと流れ込む。
【００５５】
本実施形態のように、２つの供給口部２３１、２３１の配置が互い違いとなっていることにより、２つのフィルタ部材１３１をそれぞれヘッドの異なる端部側に寄せて形成することができるため、広い面積で、且つ、略円形状をした流体抵抗の観点で効率が高い、吐出特性に与える影響を極力小さくすることが可能な形状とすることができる。
【００５６】
次に、フィルタユニットとフレーム部材との間のパッキン部材について図１４を参照して説明する。図１４は同パッキン部材の斜視説明図である。
【００５７】
パッキン部材１０４は、フィルタユニット１０３とフレーム部材１０２との間の液体供給経路間のシール部材として配置される。
【００５８】
このパッキン部材１０４は、流路１４１内を流れる液体への不純物混入を防止するため、フッ素ゴムで形成している。また、フッ素ゴムは特性上硬度が高いものを使用している。
【００５９】
パッキン部材１０４は、フレーム部材１０２に形成されたパッキン部材設置用の窪み１２１に嵌め込むと同時に位置合わせが行われる。具体的には、パッキン部材１０４に形成させた位置決め孔１４３でフレーム部材１０２に形成された位置決めボスに対し嵌め込むことと、パッキン部材１０４の側壁部１４４とフレーム部材１０２に形成される窪み１２１の側壁と突き当てることによって位置が決められる。
【００６０】
そして、パッキン部材１０４の位置決め後、フィルタユニット１０３を上から設置し、パッキン部材１０４を圧縮させながらビス締めを行う。フィルタユニット１０３によって圧縮されたパッキン部材１０４は、ニップ部１４２が弾性変形し、相手部品に対して反力を生じることにより、液体供給経路を形成する各部品間の境界部をシールする。
【００６１】
ここで、前述したようにパッキン部材１０４は硬度が高いものを使用している。一方、フィルタユニット１０３は比較的板厚の薄い熱可塑性樹脂で形成されている。
【００６２】
そのため、本実施形態と異なり、フレーム部材１０２に供給口部２３１が並んで配置されている場合においては、パッキン部材１０４もこれに伴って並べて配置され、パッキン部材１０４の圧縮時に生じる反力が１箇所に集中してしまい、結果として、フィルタユニット１０３が部分的に大きく歪んでしまうことになる。フィルタユニット１０３が大きく歪んでしまうと、パッキン部材１０４の圧縮量が不足してしまい、境界部のシール性能が低下してしまうことになる。
【００６３】
これに対し、本実施形態では供給口部２３１が互い違い配置されている構成としているので、パッキン部材１０４もこれに伴って互い違いに配置され、パッキン部材１０４の圧縮時に生じる反力が分散される。これにより、フィルタユニット１０３の歪みも分散され、パッキン部材１０４の圧縮量が不足してしまうようなことはなく、確実に境界部のシール性能を確保することができる。
【００６４】
なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。
【００６５】
また、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。
【００６６】
また、「インク」とは、特に限定しない限り、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。
【００６７】
また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。
【００６８】
また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
４  キャリッジ
１１Ａ、１１Ｂ  記録ヘッド
１００  液体吐出ヘッド
１０１  液室部材
１０２  フレーム部材
１０３  フィルタユニット
２０２  ノズル
２０２Ａ、２０２Ｂ  ノズル列
２０３  個別液室
２１０、２１０Ａ、２１０Ｂ  共通液室
２３１  供給口部
２３２  絞り部
【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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