(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを加圧する圧力発生室を形成するインク加圧用流路ユニットと、
一端が前記圧力発生室に連通する連通孔と、前記圧力発生室にインクを供給する共通のインク室と、前記連通孔の他端に連通するノズル開口を備えた流路ユニットと、
を備え、前記インク加圧用流路ユニットを前記流路ユニットに固定して構成されたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記流路ユニットの前記ノズル開口が列状に複数同一ピッチＰ１で、２列形成された前記ノズル開口が列相互に同一列上に並んでいる第１のノズル群と、
前記ノズル開口が列状に複数同一ピッチＰ１で、２列形成されており、列相互でＰ１／２ずらされた第２のノズル群と、を具備し、
前記インク加圧流路ユニットは前記第１と第２のノズル群に共通な形状であり、前記インク加圧流路ユニットの前記圧力発生室が、列状に複数同一ピッチＰ１で、２列形成されており、さらに列相互で各列の前記圧力発生室の配列方向の一方に偏するようにＰ１／４ピッチずれて形成され、
前記ノズル開口が前記圧力発生室に対して配列方向にＰ１／８偏する位置になるように前記インク加圧用流路ユニットを前記流路ユニットに固定して構成されているインクジェット式記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術の分野】
本発明は、圧力発生室で加圧されたインクをノズル開口からインク滴として吐出させるインクジェット式記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録ヘッドは、ノズル開口に連通する圧力発生室を備え、圧力発生室の一部を圧電振動子により機械的に加圧変形させたり、また圧力発生室をジュール熱発生素子により加熱してインクを気化させる等の方法でインクを加圧して、ノズル開口からインク滴を吐出させるように構成されている。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドにおいて印刷品質の向上を図るために、例えばモノクロ印刷、及びカラー印刷の双方に対して７２０ｄｐｉ以上の解像度を求めようとしても、１列のノズル開口列の最小ピッチが圧力発生素子の幅で制限されて、単一列でのノズル開口のピッチを小さくすることには限界があり、このため、複数のノズル開口列を各ノズル開口列相互間のピッチを一定ドットずつずらせて解像度を上げる方策が採られている。
すなわち、図１６に示したように圧力発生室、加圧手段からなるインク加圧用流路ユニットＡ，Ｂ，Ｃを、複数のノズル開口列を形成された金属板から成る単一の流路構成ユニットＤに固定して１つの記録ヘッドに構成するという手法が取られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このため、各ノズル開口列のノズル開口に対向する位置にインク吐出口を備えた複数種類のインク加圧用流路形成ユニットを用意する必要があり、インク加圧用流路ユニットの製造や管理に手間が掛かるという問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは少なくとも駆動信号に対応してインクを加圧するインク加圧用流路ユニットを共通化して、多様なノズル開口の配列に少ない部品点数で対応できるインクジェット式記録ヘッドを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明のインクジェット式記録ヘッドは、インクを加圧する圧力発生室を形成するインク加圧用流路ユニットと、
一端が前記圧力発生室に連通する連通孔と、前記圧力発生室にインクを供給する共通のインク室と、前記連通孔の他端に連通するノズル開口を備えた流路ユニットと、
を備え、前記インク加圧用流路ユニットを前記流路ユニットに固定して構成されたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記流路ユニットの前記ノズル開口が列状に複数同一ピッチＰ１で、２列形成された前記ノズル開口が列相互に同一列上に並んでいる第１のノズル群と、
前記ノズル開口が列状に複数同一ピッチＰ１で、２列形成されており、列相互でＰ１／２ずらされた第２のノズル群と、を具備し、
前記インク加圧流路ユニットは前記第１と第２のノズル群に共通な形状であり、前記インク加圧流路ユニットの前記圧力発生室が、列状に複数同一ピッチＰ１で、２列形成されており、さらに列相互で各列の前記圧力発生室の配列方向の一方に偏するようにＰ１／４ピッチずれて形成され、
前記ノズル開口が前記圧力発生室に対して配列方向にＰ１／８偏する位置になるように前記インク加圧用流路ユニットを前記流路ユニットに固定して構成されている。
【０００６】
【作用】
インク加圧用流路ユニットを、同一ピッチの圧力発生室からなるノズル列を相互で１／４ピッチ偏移させて配置したので、ノズル開口を圧力発生室の中心に対して１／４ピッチずつ偏移させて配置させることができ、多様なノズル開口の配列に対して同一のインク加圧用流路ユニットで対応することができ、製造工程の簡素化、信頼性の向上、及び製造コストの引き下げを図ることができる。
【０００７】
【発明の実施の態様】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の記録ヘッドの一実施例を示す組み立て斜視図であり、また図２は、１つのインク加圧用流路ユニット１の圧力発生室近傍の構造を示す断面図であって、図中符号２は第１の蓋板で、厚さ１０μｍ程度のジルコニアの薄板から構成され、その表面に、後述する圧力発生室４に対向するように駆動電極５を形成し、その上にＰＺＴ等からなる圧電振動板３が固定されている。圧力発生室４は、圧電振動板３のたわみ振動を受けて収縮、膨張してノズル開口２８からインク滴を吐出し、またインク供給口２０を介して共通のインク室２３のインクを吸引する。
【０００８】
７は、スペーサで、圧力発生室４を形成するのに適した厚さ、例えば１５０μｍのジルコニア（ＺｒＯ2）などのセラミックス板に通孔を穿設して構成され、後述する第２の蓋体８と第１の蓋体２により両面を封止されて前述の圧力発生室４を形成している。
【０００９】
８は、第２の蓋体で、やはりジルコニア等のセラミック板に後述するインク供給口２０と圧力発生室４とを接続する連通孔９と、圧力発生室４のインクをノズル開口２８に向けて吐出するインク吐出口１０を穿設して構成され、スペーサ７の他面に固定されている。
【００１０】
これら各部材２、７、８は、粘土状のセラミックス材料を所定の形状に成形し、これを積層して焼成することにより接着剤を使用することなくインク加圧用流路ユニット１に纏められている。
【００１１】
２１は、インク供給口形成基板で、インク加圧用流路ユニット１の固定基板を兼ねるとともに、インクタンクとの接続部材も設けることができるように、耐インク性を備えた不錆鋼等の金属やセラミックスにより構成されている。
【００１２】
このインク供給口形成基板２１には、凹部２１ａの近傍の圧力発生室４側の一端側に後述する共通のインク室２３と圧力発生室４を接続するインク供給口２０が設けられ、また圧力発生室４の他端側にはノズル開口２８とインク加圧用流路ユニット１のインク吐出口１０とを接続する連通孔２４が設けられている。さらに、インク加圧用流路ユニット１が固定される領域から外れた位置には図示しないインクタンクからインクが流入するインク導入口２２、２２、２２が穿設されている。
【００１３】
２５は、共通のインク室形成基板で、共通のインク室２３を形成するに適した厚み、例えば１５０μｍのステンレス鋼などの耐蝕性を備えた板材に、共通のインク室２３の形状に対応する通孔と、ノズルプレート２７のノズル開口２８とインク吐出口１０とを接続する連通孔２６を穿設して構成されている。
【００１４】
これら連通孔２４、２６は、図３（イ）、（ロ）に示したようにノズルプレート２７のノズル開口２８の位置と、前述のインク加圧用流路ユニット１のインク吐出口１０との位置ずれΔｄ１、Δｄ２を吸収しつつ、圧力発生室４からのインクを円滑にノズル開口２８に導く機能を備えていて、圧力発生室４の中心線Ｃに対してノズル開口２８の位置を圧力発生室の配列方向に相対的にΔｄ３ずらせることが可能となる。
【００１５】
ノズルプレート２７は、目的に対応した形態、つまりモノクロ高解像度印刷に適したノズル開口列や、また複数の色インクによりカラー印刷を行うのに適したノズル開口２８が列状に設けられ、１つのインク加圧用流路ユニット１に２列のノズル開口列が属するように構成されている。
【００１６】
これらインク供給口形成基板２１、共通のインク室形成基板２５、及びノズルプレート２７は、それぞれの間に熱溶着フィルムや接着剤等からなる接着層Ｓ，Ｓにより流路ユニット２９に纏められている。
【００１７】
この流路ユニット２９のインク供給口形成基板２１の表面に、接着剤により同一構造を採るインク加圧用流路ユニット１、１、１を複数個固定することによりカラー印刷や高解像度でのモノクロ印刷が可能な記録ヘッドが構成される。
【００１８】
なお、図中符号１４は、圧電振動板３の表面に形成される共通の電極を、また１５は外部装置と接続するフレキシブルケーブルをそれぞれ示す。
【００１９】
図４は、上述したインク加圧用流路ユニット１の一実施例を示すものであって、図中符号３０、３０、３０は、第１の圧力発生室であり、また３１、３１、３１は第２の圧力発生室で、それぞれ中央線を挟んで平行に配置され、各圧力発生室３０、３１に対して相対的に一定の位置にノズル開口に連通する第１のインク吐出口３２、３２、３２、及び第２のインク吐出口３３、３３、３３が設けられている。
【００２０】
そして、第１のインク吐出口３２、３２、３２、及び第２のインク吐出口３３、３３、３３は、それぞれドラフト印刷に適したピッチＰ１、例えば１／９０インチ（約０．０２８２ｍｍ）となるように配置されている。
【００２１】
これに対して第１のインク吐出口３２、３２、３２と、第２のインク吐出口３３、３３、３３とは、直近側が各インク吐出口のピッチを補完して高い解像度で印刷するのに適し、かつ流路ユニット２９の連通孔２４、２６の位置修正が可能な間隔Ｐ２、例えば１／３６０インチ（約０．００７０ｍｍ）、つまりインク吐出口３２、３３の配列ピッチの１／４の変位を持たせて一側寄りに偏するように配置されている。
【００２２】
このようにドラフト印刷に適したドットピッチの１／４のピッチＰ１だけ一方に偏してインク吐出口３２、３３を配置することにより、流路ユニット２９を構成しているインク供給口形成板２１、共通のインク室形成板２５の連通孔２４、２６の位置を若干、例えば１／３６０インチ程度ずつ、ノズル開口の配列方向にずらせることによりノズル開口の位置を最大ｐ１／２だけずらせることができて（図３）、多様なノズル開口２８、２８の配列形態に同一のインク加圧用流路ユニット１で対応することができる。
【００２３】
図５乃至図１１は、上述したインク加圧用流路ユニット１により構成可能なインクジェット式記録ヘッドの実施例を、ノズル開口列の配列形態と、インク加圧用流路の配列形態とで示すものである。
【００２４】
図５は、前述した同一構成を採る２のインク加圧用流路ユニット１を用いて、インク吐出口３２、３３の配列ピッチの１／４のピッチ（Ｐ２）でモノクロ印刷を行う記録ヘッドを構成したものである。
【００２５】
第１のインク加圧用流路ユニット４０に属するノズル開口列４１、４２は、それぞれの列のノズル開口４１ａ，４１ａ，４１ａ‥‥、４２ａ、４２ａ、４２ａ‥‥が、及び第２のインク加圧用流路ユニット４３に属するノズル開口列４４、４５は、それぞれの列のノズル開口４４ａ，４４ａ，４４ａ‥‥、４５ａ、４５ａ、４５ａ‥‥が、インク加圧用流路ユニット４０、４３のインク吐出口３２、３３の配列ピッチＰ１と同一のピッチで構成されている。
【００２６】
そして同一インク加圧用流路４０、４１に属する２列のノズル開口列４１、４２、及び４４、４５の間では、一方に偏してインク吐出口３２、３３の配列ピッチの１／４のピッチ（Ｐ２）で形成され、さらに各インク加圧用流路ユニット４０と４３とに属するノズル開口列４１、４２と４４、４５とでは各インク加圧用流路ユニット４０、４３のインク吐出口３２、３３の配列ピッチＰ１の１／２のずれ（Ｐ１／２）を持たせて構成されている。
【００２７】
このようなノズル開口の配列形態に対しても、２つのインク加圧用流路ユニット４０、４３をインク吐出口３２、３３の配列ピッチＰ１の１／２だけずらせて固定することにより対応することができ、インク吐出口の配列ピッチの１／４の解像度でモノクロ印刷が可能な記録ヘッドを構成することができる。
【００２８】
図６は、同一構成を採る３つのインク加圧用流路ユニット５０、５１、５２を同一系統の濃淡２色の色を３系統、つまり６色のインクによりカラー印刷を行う記録ヘッドを構成した場合を示すものである。
【００２９】
各組み２列のノズル開口列５３、５４、５５、５６、５７、５８は、それぞれインク加圧用流路ユニット５０、５１、５２のインク吐出口３２、３３と同一ピッチ（Ｐ１）で、かつキャリッジの移動方向（図中矢印Ａで示す方向）の線上で重なるように配置されている。
【００３０】
このようなノズル開口の配列形態に対しても、各インク加圧用流路ユニット５０、５１、５２を、それぞれに属するノズル開口列５３、５４、５５、５６、５７、５８のノズル開口５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａ、５７ａ、５８ａの中心に対して、一方のインク吐出口３２が、インク吐出口３２、３３の配列ピッチＰ１の１／４だけ各列のノズル開口の配列方向に偏して固定することにより対応することができる。
【００３１】
なお、上述の実施例においては、６列のノズル開口列を用いて６色のインクを吐出する場合について説明したが、図７に示したように前述と同様の配列形態で３列のノズル開口列５３、５４、５５だけを形成し、これらに２つのインク加圧用流路ユニット５０、５１を取付け、各ノズル開口列５３、５４、５５からそれぞれ色の異なる合計３色のインクを吐出させることもできる。
【００３２】
さらには、図８に示したように同一の配列形態を採る２列のノズル開口列６０、６１の内、一方のノズル開口列６０がカラー印刷用のノズル開口列５３、５４、５５、５６、５７、５８に一致するように配置し、これらノズル開口列６０、６１に対してインク加圧用流路ユニット６２を、一方のノズル開口列６０のノズル開口６０ａがインク吐出口３２の下端側で、また他方のノズル開口６１ａがインク吐出口３３の上端側で接続するように配置することにより、ノズル開口列６０、５３乃至５８の各ノズル開口６０ａ、５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａ、５７ａを同一線上に位置させて、モノクロ印刷、及び６色のインクと黒インクとによでカラー印刷を、またインク吐出口３２、３３の配列ピッチの１／２ピッチの高い解像度でモノクロ印刷できる記録ヘッドを構成することができる。
【００３３】
図９は、同一構成を採る３つのインク加圧用流路ユニット７０、７１、７２を、モノクロ印刷とカラー印刷とが同一の記録ヘッドで可能としたもので、黒インクを吐出するノズル開口列７３、７４は、各列のノズル開口７３ａ，７３ａ，７３ａ‥‥、及び７４ａ，７４ａ，７４ａ‥‥がそれぞれインク加圧用流路ユニット７０のインク吐出口３２、３３の配列ピッチと同一のピッチＰ１で配置されているものの、列７３、７４間ではインク吐出口３２、３３の配列ピッチの１／２（Ｐ１／２）だけずらされて、高密度印字に対応できるように構成されている。
【００３４】
一方、色インクを吐出するノズル開口列７５、７６、７７を構成するノズル開口７５ａ、７６ａ，７７ａは、モノクロ印刷用ノズル開口列７３、７４の一方の列、この実施例ではノズル開口列７３のノズル開口７３ａに一致し、かつインク吐出口３２、３３と同一のピッチＰ１となるように配列されている。
【００３５】
このようなノズル開口の配列形態に対しては、モノクロ印刷用のノズル開口列７３、７４には、インク吐出口３２、３３が、その配列のずれの方向における端部、つまり図中下方側、及び上方側で接続させるようにインク加圧用流路ユニット７０を配置、固定して対応する。
【００３６】
他方、カラー印刷用のノズル開口７５、７６、７７に対しては、モノクロ印刷用のインク加圧用流路ユニット７０にはノズル開口列７３、７４、７５、７６、７７の各ノズル開口の配列方向にインンク吐出口３２、３３の配列ピッチＰ１の１／４だけずらせて配置することによりノズル開口７５ａ，及び７７ａをインク吐出口３２の上部側で、またノズル開口列７６のノズル開口７６ａをインク吐出口３３の下方で連通させることができる。
【００３７】
図１０は、同一構成の３個のインク加圧用流路ユニット８０、８１、８２を用いて、インク吐出口３２、３３の１／２のピッチの高い解像度でカーラ印刷を行う記録ヘッドに適用する場合を示すものであって、同一のインク加圧用流路ユニット８０、８１、８２に属する２列のノズル開口列８３と８４、ノズル開口列８５と８６、ノズル開口列８７と８８は、インク吐出口３２、３３の配列ピッチＰ１の１／２だけずれており、また各ノズル開口８３、８５、８７、及びノズル開口８４、８５、８８は同一線上に位置するように配置されている。
【００３８】
このようなノズル開口列８３、８４、ノズル開口列８５、８６、及びノズル開口列８７、８８に対しても、前述した図９のインク加圧用流路ユニット７０と同様に、ノズル開口列８３、８４、ノズル開口列８５、８６、及びノズル開口列８７、インク吐出口３２、３３が、その配列のずれの方向における端部、つまり図中下方側、及び上方側で接続させるようにインク加圧用流路ユニット８０、８１、８２を固定することにより対応できる。
【００３９】
図１１は、上述の図１０に示した実施例に、さらに同一の配列形態を持つノズル開口列９０、９１を形成するとともに、これらノズル開口列９０、９１に対しても上述の実施例と同様の形態でインク加圧用流路ユニット９２を固定したものである。
【００４０】
この実施例によれば、ノズル開口列９０、８３、８５、８７が同一線上に、またノズル開口列９１、８４、８６、８８が同一線上に位置し、相互がＰ１／２ずれているから、高い改造でのカラー印刷とモノクロ印刷が可能な記録ヘッドを構成することができる。
【００４１】
なお、上述の実施例においては圧力発生手段としてたわみ振動する圧電振動子を用いたものに例を採って説明したが、圧力発生手段にはいろいろなものを使用することができる。
【００４２】
すなわち、図１２に示したように圧力発生室４を封止する第１の蓋材を、下面に共通電極１００が形成された一枚構造の圧電振動層１０１により構成するとともに、その上面の圧力発生室４に対向する領域に個別電極１０２を形成して、圧力発生室４に対向する圧電振動層１０１の領域だけを選択的にたわみ変位する構造として構成することもできる。
【００４３】
このような圧電振動層１０１は、圧電振動板の薄板を用いたり、また共通の電極１００に圧電材料をスパッタリングしたり、水熱法により作り付ける等の種々の方法で形成することができる。
【００４４】
また図１３に示したように、第１の蓋部材を、共通の電極１００により形成するとともに、共通の電極１００の圧力発生室４側に圧電振動子１０３と個別電極１０４を設けたり、必要に応じて共通の電極１００の表面に弾性変形に適した層、例えばジルコニアの薄板を積層して構成することもできる。
【００４５】
さらには、図１４に示したようにスペーサ７を封止する蓋部材１０５の圧力発生室４側の面、もしくは圧力発生室４を区画する他の部材の圧力発生室側にジュール熱発生素子１０６を設けて、駆動信号によりジュール熱発生素子１０６を発熱させて圧力発生室内のインクを気化させて加圧するものとして構成することもできる。なお、図中符号１０７は保護層を示す。
【００４６】
さらには、図１５に示したようにスペーサ７の一方の面を封止する蓋部材１０８の薄肉部１０８ａにより厚肉部１０８ｂを区画するとともに、固定基板１１０を介してフレーム１１１に縦振動モードの圧電振動子１０９の一端を固定し、その先端を厚肉部１０８ｂに当接させて構成することもできる。このような縦振動モードの圧電振動子としては、図１５に示したような変位方向と直交する方向に電極と圧電材料とをサンドイッチ構造に積層したものや、また変位方向と平行な方向に電極と圧電材料を積層して構成することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、多様なノズル開口の配列に対して同一のもので対応することができ、製造工程の簡素化、信頼性の向上、及び製造コストの引き下げを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す組み立て斜視図である。
【図２】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施例を、１つのインク加圧用流路ユニットの圧力発生室近傍の構造でもって示す断面図である。
【図３】図（イ）、（ロ）は、それぞれノズルプレートのノズル開口とインク加圧用流路ユニットのインク吐出口との接続構造を示す断面図である。
【図４】本発明が特徴とするインク加圧用流路ユニットの圧力発生室、及びこれに連通するインク吐出口の配列構造を示す図である。
【図５】本発明のインク加圧用流路ユニットを、高い解像度でモノクロ印刷する記録ヘッドに適用する場合の、ノズル開口の配列形態と、これに対応して配置されるインク加圧用流路ユニットの配列形態を示す図である。
【図６】本発明のインク加圧用流路ユニットを、各２列のノズル開口列から濃淡２色のインクを吐出するカラー印刷用記録ヘッドに適用する場合の、ノズル開口の配列形態と、これに対応して配置されるインク加圧用流路ユニットの配列形態を示す図である。
【図７】本発明のインク加圧用流路ユニットを、１列のノズル開口列から１色、合計３色のインクを用いてカラー印刷用記録ヘッドに適用する場合の、ノズル開口の配列形態と、これに対応して配置されるインク加圧用流路ユニットの配列形態を示す図である。
【図８】本発明のインク加圧用流路ユニットを、濃淡２色、合計６色のカラーインクと、黒インクを用いてカラー印刷、モノクロ印刷する記録ヘッドに適用する場合の、ノズル開口の配列形態と、これに対応して配置されるインク加圧用流路ユニットの配列形態を示す図である。
【図９】本発明のインク加圧用流路ユニットを、黒インク、及び３色の色インクを用いてモノクロ印刷、及びカラー印刷する記録ヘッドに適用する場合の、ノズル開口の配列形態と、これに対応して配置されるインク加圧用流路ユニットの配列形態を示す図である。
【図１０】本発明のインク加圧用流路ユニットを、３色の色インクを用いて高い解像度でカラー印刷を行う記録ヘッドに適用する場合の、ノズル開口の配列形態と、これに対応して配置されるインク加圧用流路ユニットの配列形態を示す図である。
【図１１】本発明のインク加圧用流路ユニットを、黒インク及び３色の色インクを用いてカラー印刷、モノクロ印刷を行う記録ヘッドに適用する場合の、ノズル開口の配列形態と、これに対応して配置されるインク加圧用流路ユニットの配列形態を示す図である。
【図１２】本発明の記録ヘッドの圧力発生素子を第１の蓋部材を兼ねる１枚構造の圧電材料で構成した場合の実施例を示す図である。
【図１３】本発明の記録ヘッドの圧力発生素子を圧力発生室の内部に設けた実施例を示す図である。
【図１４】本発明の記録ヘッドの圧力発生室をジュール熱発生素子により構成した場合の実施例を示す図である。
【図１５】本発明の記録ヘッドの圧力発生手段を縦振動モードの圧電振動子で構成した場合の実施例を示す図である。
【図１６】従来の積層型インクジェット式記録ヘッドの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  インク加圧用流路ユニット
２  第１の蓋板
３  圧電振動板
４  圧力発生室
５  駆動電極
７  スペーサ
８  第２の蓋体
９  連通孔９
１０  インク吐出口
２０  インク供給口
２１  インク供給口形成基板
２３  共通のインク室
２５  共通のインク室形成基板
２８  ノズル開口
２９  流路ユニット
【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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【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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