(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通するチャンバとインクの充填されないダミーチャンバとを圧電セラミックプレートからなる基板の一方面に交互に並設すると共に、前記各チャンバ及び前記ダミーチャンバの両側の側壁に電極を設け、当該チャンバ内の電極を共通電極とすると共に各ダミーチャンバ内の電極を個別電極として各チャンバの両側の側壁に駆動電界を印加するヘッドチップにおいて、
前記チャンバが前記ダミーチャンバの深さよりも深く形成される一方、前記基板の他方面側には、前記チャンバの並設方向に亘って当該チャンバの深くなった底部に連通する共通溝が形成され、
前記共通溝は、封止層により複数に区画され、該共通溝を介して前記チャンバに前記区画に対応した複数色のインクが供給されることを特徴とするヘッドチップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、プリンタ、ファックスなどに適用されるインクジェット式記録装置に搭載されるヘッドチップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクを吐出する複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット式記録装置が知られている。かかるインクジェット式記録装置では、インクジェットヘッドのノズルが被記録媒体に対向するようにヘッドホルダに設けられ、このヘッドホルダはキャリッジに搭載され被記録媒体の搬送方向とは直交する方向に走査されるようになっている。
【０００３】
このようなインクジェットヘッドのヘッドチップの一例の分解概略を図８に、また、要部断面を図９に示す。図８及び図９に示すように、圧電セラミックプレート１０１には、複数の溝１０２が並設され、各溝１０２は、側壁１０３で分離されている。各溝１０２の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１０１の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各溝１０２内の両側壁１０３の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電圧印加用の電極１０５が形成されている。
【０００４】
また、圧電セラミックプレート１０１の溝１０２の開口側には、カバープレート１０７が接着剤１０９を介して接合されている。カバープレート１０７には、各溝１０２の浅くなった他端部と連通する凹部となる共通インク室１１１と、この共通インク室１１１の底部から溝１０２とは反対方向に貫通するインク供給口１１２とを有する。
【０００５】
また、圧電セラミックプレート１０１とカバープレート１０７との接合体の溝１０２が開口している端面には、ノズルプレート１１５が接合されており、ノズルプレート１１５の各溝１０２に対向する位置にはノズル開口１１７が形成されている。
【０００６】
なお、圧電セラミックプレート１０１のノズルプレート１１５とは反対側でカバープレート１０７とは反対側の面には、配線基板１２０が固着されている。配線基板１２０には、各電極１０５とボンディングワイヤ１２１等で接続された配線パターン１２２が形成され、この配線パターン１２２を介して電極１０５に駆動電圧を印加できるようになっている。
【０００７】
このように構成されるヘッドチップでは、インク供給口１１２から各溝１０２内にインクを充填し、所定の溝１０２の両側の側壁１０３に電極１０５を介して所定の駆動電界を作用させると、側壁１０３が変形して所定の溝１０２内の容積が変化し、これにより、溝１０２内のインクがノズル開口１１７から吐出する。
【０００８】
例えば、図１０に示すように、溝１０２ａに対応するノズル開口１１７からインクを吐出する場合には、その溝１０２ａ内の電極１０５ａ，１０５ｂに正の駆動電圧を印加すると共にそれぞれに対向する電極１０５ｃ，１０５ｄを接地するようにする。これにより、側壁１０３ａ，１０３ｂには溝１０２ａに向かう方向の駆動電界が作用し、これが圧電セラミックプレート１０１の分極方向と直交すれば、圧電厚みすべり効果により側壁１０３ａ，１０３ｂが溝１０２ａ方向に変形し、溝１０２ａ内の容積が減少して圧力が増加し、ノズル開口１１７からインクが吐出する。
【０００９】
このようなヘッドチップに水性インク等の導電性インクを使用した場合、一つの溝１０２ａ内の側壁１０３ａ，１０３ｂに設けられた隣り合う電極１０５ａ，１０５ｂが導通してしまい、電位差が無くなることによって側壁１０３ａ，１０３ｂが変形しなくなり、インクを吐出できないという問題がある。
【００１０】
このため、図１１に示すように、ノズル開口１３１に連通してインクの吐出に使用する溝を一つ置きとして、ノズル開口１３１に連通してインクの吐出に使用する溝をチャンバ１３２ａ、インク吐出に使用せずにインクを充填しない溝をダミーチャンバ１３２ｂとする。そして、チャンバ１３２ａの両側壁１３３の内面に設けられた電極を全てのチャンバ１３２ａで同電位とする共通電極１３４ａとすると共にチャンバ１３２ａの両側壁１３３の外面の電極をチャンバを選択的に駆動する個別電極１３４ｂとすることでチャンバ１３２ａの両側の側壁１３３に電界を印加してインクを吐出させるようにしている。
【００１１】
このように、チャンバ１３２ａ及びダミーチャンバ１３２ｂにインクを選択的に供給する場合には、圧電セラミックプレート１３５とインク室プレート１３６との間に、チャンバに対向する領域に貫通した連通孔１３７を有する仕切板１３８を設けることにより、チャンバ１３２ａのみにインクを供給するようにしていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、仕切板１３８によってチャンバ１３２ａ内に選択的にインクを供給する従来のヘッドチップでは、仕切板１３８を圧電セラミックプレート１３５に接合する際に連通孔１３７の位置合わせが非常に困難であり歩留まりが悪いという問題がある。
【００１３】
特に、高分解能のヘッドチップでは、チャンバ１３２ａ間の距離が例えば、２８２μｍと微少なため、厚さが１．０ｍｍ程度の仕切板１３８にチャンバ１３２ａと共通インク室１３９とを連通する連通孔１３７を例えば、幅が７０μｍで長さが２．５ｍｍと微少な長穴を形成しなくてはならず、高精度な形成が困難であると共に位置決めが特に困難であるという問題がある。
【００１４】
また、仕切板１３８と圧電セラミックプレート１３５とを接合する際に連通孔１３７の位置合わせがずれてしまうと、チャンバ１３２ａへのインク供給が正常に行われないという問題がある。
【００１５】
さらに、圧電セラミックプレート１３５と仕切板１３８とを接合する際に、接合に用いられる接着剤がはみ出してしまい、連通孔の開口を塞いでしまい、各チャンバ１３２ａへのインク供給不良が生じてしまうという問題がある。
【００１６】
また、チャンバ１３２ａにインクを供給し、ダミーチャンバ１３２ｂにインクを供給しないようにする仕切板１３８を別途設けなくてはならず、部品点数が増えて高コストになってしまうという問題がある。
【００１７】
本発明は、このような事情に鑑み、確実なインク供給を行うと共にインクを選択的に供給するための構造の加工を容易にし、さらに、歩留まりを向上してコストを低減することができるヘッドチップを提供することを課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通するチャンバとインクの充填されないダミーチャンバとを基板の一方面に交互に並設すると共に、各チャンバ及びダミーチャンバの両側の側壁に電極を設け、当該チャンバ内の電極を共通電極とすると共に各ダミーチャンバ内の電極を個別電極として各チャンバの両側の側壁に駆動電界を印加するヘッドチップにおいて、前記チャンバが前記ダミーチャンバの深さよりも深く形成される一方、前記基板の他方面側には、前記チャンバの並設方向に亘って当該チャンバの深くなった底部に連通する共通溝が形成され、該共通溝を介して前記チャンバにインクが供給されることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記基板の前記チャンバ及びダミーチャンバが開口する一端面には、前記ノズル開口を有するノズルプレートが接合され、前記基板の前記チャンバ及び前記ダミーチャンバが開口する前記一方面には、蓋部材が接合されていることを特徴とするヘッドチップにある。
【００２０】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記基板が圧電セラミックプレートからなり、前記チャンバ及びダミーチャンバが前記圧電セラミックプレートに形成された溝であることを特徴とするヘッドチップにある。
【００２１】
かかる本発明では、チャンバをダミーチャンバの深さよりも深く形成して、基板の他方面側にチャンバの並設方向に亘ってそのチャンバの深くなった底部に連通する共通溝を形成することにより、この共通溝を介してチャンバにインクを確実に供給することができる。また、インクを選択的に供給するための構造の加工を容易にし、さらに、歩留まりを向上してコストを低減することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るヘッドチップユニットの分解斜視図であり、図２は、実施形態１に係るヘッドチップの分解斜視図であり、図３は、実施形態１に係るヘッドチップの要部拡大断面斜視図である。また、図４は、ヘッドチップの平面図及びそのＡ−Ａ′断面図とＢ−Ｂ′断面図である。
【００２４】
図示するように、本実施形態のヘッドチップユニット１０は、ヘッドチップ１１と、このヘッドチップ１１の一方面側に設けられるベースプレート１２と、ヘッドチップ１１の他方面側に設けられるヘッドカバー１３と、ヘッドチップ１１を駆動するための駆動回路１４が設けられた配線基板１５とを有する。
【００２５】
まず、ヘッドチップ１１について詳しく説明する。図２〜図４に示すように、ヘッドチップ１１を構成する圧電セラミックプレート１６は、分極方向が厚さ方向に向かって一方向の圧電セラミックプレート１６からなり、圧電セラミックプレート１６の一方面には、ノズル開口１７に連通してインクを吐出する圧力室であるチャンバ１８と、インクが充填されないダミーチャンバ１９とが側壁２０により区画されて交互に設けられている。
【００２６】
また、チャンバ１８及びダミーチャンバ１９の長手方向一端部は、圧電セラミックプレート１６の一端面まで延設されており、他端部は他端面まで延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。
【００２７】
このチャンバ１８は、ダミーチャンバ１９の深さよりも深く形成されている。本実施形態では、例えば、チャンバ１８とダミーチャンバ１９との深さの差を１００μｍとしている。
【００２８】
このような深さの異なるチャンバ１８及びダミーチャンバ１９は、圧電セラミックプレート１６に円盤状のダイスカッターにより形成され、チャンバ１８及びダミーチャンバ１９の深さが徐々に浅くなった他端部は、ダイスカッターの形状により形成される。
【００２９】
また、チャンバ１８及びダミーチャンバ１９を区画する側壁２０には、チャンバ１８及びダミーチャンバ１９の内面に、開口側に長手方向に亘って駆動電圧印加用の電極２１が形成されている。
【００３０】
この電極２１の内、チャンバ１８の開口側の長手方向に亘って設けられた電極２１は、チャンバ１８内のインクが水性インク等の導電性インクの場合、チャンバ１８内の対向する電極がチャンバ１８内で導通してしまうと共に、電極材料の溶出及び腐食や、インクの電気分解による気泡の発生及び変質などを防止するために、各チャンバ１８内で同電位となる共通電極２１ａとなっている。
【００３１】
一方、電極２１の内、ダミーチャンバ１９の開口側の長手方向に亘って設けられた電極２１は、各チャンバ１８毎に独立した駆動信号を与えることができる個別電極２１ｂとなっている。
【００３２】
なお、このような共通電極２１ａ及び個別電極２１ｂからなる電極２１は、公知の斜め蒸着により形成することができる。
【００３３】
一方、圧電セラミックプレート１６のチャンバ１８及びダミーチャンバ１９が設けられた一方面側とは反対の他方面側には、チャンバ１８の並設方向に亘ってチャンバ１８の深くなった底部に連通する共通溝２２が形成されている。
【００３４】
このような共通溝２２を介して各チャンバ１８にインクが供給されるようになっている。すなわち、この共通溝２２は、各チャンバ１８に共通のインク室となる共通インク室の役割と、チャンバ１８のみに選択的にインクを供給する役割を果たす。
【００３５】
このように、チャンバ１８の深くなった底部と連通する共通溝２２からチャンバ１８のみに選択的にインクを供給するようにしたため、ダミーチャンバ１９内で個別電極２１ｂが導電性インクによって短絡することなく、チャンバ１８毎に個別に駆動することができる。
【００３６】
なお、この共通溝２２は、圧電セラミックプレート１６の一方面に深さの異なるチャンバ１８とダミーチャンバ１９とを形成後、圧電セラミックプレート１６の他方面側に所定深さの共通溝２２を円盤状のダイスカッターにより形成することで、チャンバ１８の底部のみに連通し、ダミーチャンバ１９に連通しないように形成することができる。
【００３７】
このような共通溝２２を形成時に、共通溝２２をチャンバ１８及びダミーチャンバ１９の並設方向に亘って圧電セラミックプレート１６の両端部側まで形成する場合は、共通溝２２の圧電セラミックプレート１６の両端部側を接着剤等の封止層２３で封止する必要がある。
【００３８】
また、本実施形態では、各チャンバ１８は、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のインクに対応したグループに分かれており、共通溝２２は色毎に封止層２３で４つに区画されている。
【００３９】
このような圧電セラミックプレート１６のチャンバ１８及びダミーチャンバ１９が開口する一方面には、チャンバ１８及びダミーチャンバ１９を封止する平板状の蓋部材２４が接着剤を介して接合されている。
【００４０】
また、この蓋部材２４と圧電セラミックプレート１６とを接合する接着剤によってチャンバ１８及びダミーチャンバ１９の浅くなった端部を封止している。
【００４１】
なお、蓋部材２４は、セラミックプレート、金属プレートなどで形成することができるが、圧電セラミックプレート１６との接合後の変形等を考えると、熱膨張率の近似したセラミックプレートを用いるのが好ましい。
【００４２】
また、圧電セラミックプレート１６と蓋部材２４との接合体のチャンバ１８及びダミーチャンバ１９が開口している端面にはノズルプレート２５が接合されており、ノズルプレート２５の各チャンバ１８に対向する位置にはノズル開口１７が形成されている。すなわち、このノズルプレート２５によってダミーチャンバ１９は封止されている。
【００４３】
本実施形態では、ノズルプレート２５は、圧電セラミックプレート１６と蓋部材２４との接合体のチャンバ１８及びダミーチャンバ１９が開口している端面の面積よりも大きくなっている。このノズルプレート２５は、ポリイミドフィルムなどに、例えば、エキシマレーザ装置を用いてノズル開口１７を形成したものである。また、図示しないが、ノズルプレート２５の被印刷物に対向する面には、インクの付着等を防止するために撥水性を有する撥水膜が設けられている。
【００４４】
なお、本実施形態では、圧電セラミックプレート１６と蓋部材２４との接合体のチャンバ１８及びダミーチャンバ１９が開口している端部の周囲には、ノズル支持プレート２６が配置されている。このノズル支持プレート２６は、ノズルプレート２５の接合体端面の外側と接合されて、ノズルプレート２５を安定して保持するためのものである。
【００４５】
このように、本実施形態のヘッドチップ１１は、各チャンバ１８をダミーチャンバ１９の深さよりも深く形成して、圧電セラミックプレート１６の各チャンバ１８及びダミーチャンバ１９が開口する一方面側とは反対側に、チャンバ１８の並設方向に亘ってチャンバ１８の深くなった底部に連通する共通溝２２を設けることにより、各チャンバ１８に選択的にインクを供給することができる。従って、仕切板等を設ける必要がないため、部品点数を少なくでき、コストの低減を図ることができる。また、各チャンバ１８に対して確実にインクを供給することができる。さらに、インクを選択的に供給するための構造の加工を容易にし、歩留まりを向上できる。
【００４６】
以下に、このようなヘッドチップ１１を用いた本実施形態のヘッドチップユニット１０について説明する。なお、図５は、ヘッドチップユニットの製造工程の一例を示す斜視図である。
【００４７】
図１及び図５に示すように、本実施形態のヘッドチップユニット１０は、ヘッドチップ１１を構成する圧電セラミックプレート１６のノズル開口１７側とは反対側の端部には共通電極２１ａ及び個別電極２１ｂからなる電極２１に接続される図示しない配線パターンが形成されている。そして、この配線パターンには異方性導接着膜を介してフレキシブルケーブル２７が接合される。
【００４８】
また、圧電セラミックプレート１６と蓋部材２４との接合体のノズル支持プレート２６の後端側には、蓋部材２４側にアルミニウム製のベースプレート１２と、圧電セラミックプレート１６側にヘッドカバー１３とが組み付けられる。ベースプレート１２とヘッドカバー１３とは、ベースプレート１２の係止孔１２ａにヘッドカバー１３の係止シャフト１３ａを係合することにより固定され、両者で圧電セラミックプレート１６と蓋部材２４との接合体を挟持する。なお、ヘッドカバー１３には、色毎に区画された各共通溝２２に連通するインク導入路２９が設けられている。
【００４９】
また、図５（ａ）に示すように、圧電セラミックプレート１６の後端側に突出したベースプレート１２上には配線基板１５が固着される。ここで、配線基板１５上にはヘッドチップ１１を駆動するための駆動ＩＣを有する駆動回路１４が搭載され、駆動回路１４とフレキシブルケーブル２７とが異方性導電接着膜２８を介して接続される。すなわち、圧電セラミックプレート１６の電極２１から引出された配線パターンと駆動回路１４とが、フレキシブルケーブル２７を介して接続される。これにより、図５（ｂ）のヘッドチップユニット１０が完成する。
【００５０】
このようなヘッドチップユニット１０は、インクカートリッジを保持するタンクホルダ３０に組み付けられてヘッドユニット４０が形成される。
【００５１】
このタンクホルダの一例を図６に示す。図６に示すタンクホルダ３０は、一方面が開口した略箱形形状をなし、インクカートリッジが着脱自在に保持可能なものである。また、底壁上面には、インクカートリッジの底部に形成された開口部であるインク供給口と連結する連結部３１が設けられている。連結部３１は、例えば、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のインク毎に設けられている。連結部３１内には図示しないインク流路が形成され、その開口となる連結部３１の先端には、フィルタ３２が設けられている。また、連結部３１内に形成されたインク流路は底壁の裏面側まで連通して形成され、各インク流路は、タンクホルダ３０の裏面側に設けられた流路基板３３内の図示しないインク流路を介して流路基板３３の側壁に開口するヘッド連結口３４に連通する。このヘッド連結口３４はタンクホルダ３０の側面側に開口し、当該側壁の底部には、上述したヘッドチップユニット１０を保持するヘッドチップユニット保持部３５が設けられている。ヘッドチップユニット保持部３５は、配線基板１５上に設けられた駆動回路１４を包囲する略コ字状に立設された包囲壁３６と、包囲壁３６内にあってヘッドチップユニット１０のベースプレート１２及び配線基板１５に設けられた係止孔１２ｂと係合する係合シャフト３７が立設されている。
【００５２】
従って、このヘッドチップユニット保持部３５にヘッドチップユニット１０を搭載してヘッドユニット４０が完成する。このとき、ヘッドカバー１３に形成されたインク導入路２９が流路基板３３のヘッド連結口３４に連結される。これにより、タンクホルダ３０の連結部３１を介してインクカートリッジから導入されたインクは、流路基板３３内のインク流路を通ってヘッドチップユニット１０のインク導入路２９に導入され、共通溝２２を介してチャンバ１８内に充填される。
【００５３】
また、このように形成されたヘッドユニット４０は、例えば、インクジェット式記録装置のキャリッジに搭載されて使用される。この使用態様の一例の概略を図７に示す。
【００５４】
図７に示すように、キャリッジ５１は、一対のガイドレール５２ａ，５２ｂ上に軸方向に移動自在に搭載されており、ガイドレール５２ａ，５２ｂの一端側に設けられてキャリッジ駆動モータ５３に連結されたプーリ５４ａと、他端側に設けられたプーリ５４ｂとに掛け渡されたタイミングベルト５５を介して搬送される。キャリッジ５１の搬送方向と直交する方向の両側には、ガイドレール５２ａ，５２ｂに沿ってそれぞれ一対の搬送ローラ５６及び５７が設けられている。これらの搬送ローラ５６，５７は、キャリッジ５１の下方に当該キャリッジ５１の搬送方向とは直交する方向に被記録媒体Ｓを搬送するものである。
【００５５】
キャリッジ５１上には、上述したヘッドユニット４０が搭載され、このヘッドユニット４０には上述したインクカートリッジを着脱自在に取付可能である。
【００５６】
このようなインクジェット式記録装置によると、被記録媒体Ｓを送りつつキャリッジ５１をその送り方向とは直交方向に走査することにより、ヘッドチップ１１によって被記録媒体Ｓ上に文字及び画像を記録することができる。
【００５７】
（他の実施形態）
以上、実施形態１について説明したが、ヘッドチップの基本的な構成はこのようなものに限定されるものではない。
【００５８】
例えば、上述した実施形態１では、圧電セラミックプレート１６の蓋部材２４とは反対側の面に、チャンバ１８の底部に連通する共通溝２２を各チャンバ１８の並設方向に亘って設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、このような共通溝２２をチャンバ１８の長手方向に亘って並設するようにしてもよい。これにより、各チャンバ１８へのインクの供給量を増大させることができる。
【００５９】
また、上述した実施形態１では、分極方向が厚さ方向に向かって一方向の圧電セラミックプレート１６を例示して説明したが、これに限定されず、側壁の厚さ方向の略中央で分極方向が異なる圧電セラミックプレートであってもよい。この場合には、側壁の高さ方向全体に亘って電極が設けられている。そして、この電極に電圧を印加することで側壁に電界を印加すると、側壁の全体が同一方向に撓み変形する。これにより、側壁にチャンバの深さの略中央となる深さに電極を設けるのに比べて側壁の変形量を大きくすることができると共に同一の変形量とするのに低い電圧で駆動することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のヘッドチップでは、チャンバをダミーチャンバの深さよりも深く形成して、圧電セラミックプレートの他方面側にチャンバの並設方向に亘ってそのチャンバの深くなった底部に連通する共通溝を形成することにより、この共通溝を介してチャンバにインクを確実に供給することができる。また、インクを選択的に供給するための構造の加工を容易にし、さらに、歩留まりを向上してコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るヘッドチップユニットの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るヘッドチップの分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る圧電セラミックプレートの斜視図及び断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る圧電セラミックプレートの概略図であって、（ａ）が平面図であり、（ｂ）がＡ−Ａ′断面図であり、（ｃ）がＢ−Ｂ′断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るヘッドチップユニットの製造工程の一例を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るヘッドユニットの組み立て工程を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録装置の概略斜視図である。
【図８】従来技術に係るヘッドチップの概要を示す斜視図である。
【図９】従来技術に係るヘッドチップの概要を示す断面図である。
【図１０】従来技術に係るヘッドチップの概要を示す断面図である。
【図１１】従来技術に係る他のヘッドチップの概要を示す斜視図及び断面図である。
【符号の説明】
１０  ヘッドチップユニット
１１  ヘッドチップ
１２  ベースプレート
１３  ヘッドカバー
１４  駆動回路
１５  配線基板
１６  圧電セラミックプレート
１７  ノズル開口
１８  チャンバ
１９  ダミーチャンバ
２０  側壁
２１  電極
２１ａ  共通電極
２１ｂ  個別電極
２２  共通溝
２３  封止層
２４  蓋部材
２５  ノズルプレート
２６  ノズル支持プレート
２７  フレキシブルケーブル
２８  異方性導電接着膜
３０  タンクホルダ
４０  ヘッドユニット
【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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