(57)【要約】      （修正有）【課題】金属膜と樹脂膜の積層構造振動板において、剛性のばらつき、変形効率の低下を抑制することが可能な液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体を吐出するノズルと、ノズルが通じる個別液室と、個別液室の一部の壁面を形成する変形可能な振動板３０を含む振動板部材３を備え、振動板部材３は第１層３Ａ〜３Ｃの３層構造であり、薄膜部材である振動板３０を形成する第１層３Ａは金属膜３ａからなり、金属膜３ａの孔４１内には樹脂３ｂが埋め込まれ、金属膜３ａの個別液室側表面は樹脂３ｂで被覆されていない。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズルが通じる個別液室の一部の壁面を形成する薄膜部材を有し、
前記薄膜部材は、
金属膜からなり、
前記金属膜の孔内には樹脂が埋め込まれており、
前記金属膜の前記個別液室側表面は、前記樹脂で被覆されていない
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記樹脂が、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂である
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】
前記樹脂が、シランカップリング材である
ことを特徴とする請求項２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含むことを特徴とする液体吐出ユニット。
【請求項５】
前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化した
ことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ユニット。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項４若しくは５に記載の液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）として、ノズルが通じる個別液室の一部の壁面を変形可能な薄膜部材を有する振動板で形成したものがある。
【０００３】
従来、振動板としては、金属膜の表面に有機樹脂膜を形成したものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、振動板のような薄膜部材には製造過程でピンホールが発生することがあり、ピンホールが発生すると、個別液室内の液体が漏出することになる。
【０００６】
そこで、特許文献１に開示されているように、金属膜の全面に有機膜を形成することが行われる。しかしながら、複合材料で変形可能な部分を形成すると、剛性のばらつきが生じやすくなり、また、膜厚が厚くなって変形効率が低下するという課題がある。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、剛性のばらつき、変形効率の低下を抑制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、
液体を吐出するノズルが通じる個別液室の一部の壁面を形成する薄膜部材を有し、
前記薄膜部材は、
金属膜からなり、
前記金属膜の孔内には樹脂が埋め込まれており、
前記金属膜の前記個別液室側表面は、前記樹脂で被覆されていない
構成とした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、剛性のばらつき、変形効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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２】図１のＡ―Ａ線に沿うノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿うノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態における振動板部材の断面説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態における振動板部材の断面説明図である。
【図６】第１実施形態に係る振動板部材の製造方法の一例の同説明に供する説明図である。
【図７】本発明に係る液体を吐出する装置の一例の要部平面説明図である。
【図８】同装置の要部側面説明図である。
【図９】本発明に係る液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。
【図１０】本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例の正面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同ヘッドの外観斜視説明図、図２は図１のＡ―Ａ線に沿うノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿うノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。
【００１２】
この液体吐出ヘッドは、ノズル板１と、流路板２と、壁面部材としての薄膜部材からなる振動板部材３とを積層接合している。そして、振動板部材３を変位させる圧電アクチュエータ１１と、共通液室部材としてのフレーム部材２０とを備えている。
【００１３】
ノズル板１、流路板２及び振動板部材３によって、液体を吐出する複数のノズル４が通じる個別流路５を形成している。個別流路５は、ノズル４側を下流側とするとき、下流側からノズル４が通じる個別液室６と、個別液室６に液体を供給する流体抵抗部７と、流体抵抗部７に通じる液導入部８とで構成される。
【００１４】
そして、フレーム部材２０の共通流路としての共通液室１０から振動板部材３に形成した導入口部（供給口）９を通じて、個別流路５に液体が導入され、液導入部８、流体抵抗部７を経て個別液室６に液体が供給される。なお、導入口部９にはフィルタが設けられても良い。
【００１５】
ここで、ノズル板１は、ノズル基材となるＳＵＳ基板にプレス加工でノズル４となるノズル孔を形成している。ノズル板１の吐出側面には撥液膜が設けられている。
【００１６】
流路板２は、ＳＵＳ基板をエッチングして、個別液室６、流体抵抗部７、液導入部８などの個別流路５を形成する貫通部（あるいは溝部でもよい。）を形成している。
【００１７】
振動板部材３は、流路板２の個別液室６の壁面を形成する壁面部材である。この振動板部材３は第１層３Ａ、第２層３Ｂ、第３層３Ｃの３層構造（１層、２層、４層以上でもよい。）としている。そして、流路板２側の第１層３Ａで個別液室６に対応する部分に変形可能な振動領域（振動板）３０を形成している。
【００１８】
この振動板部材３は、ニッケル（Ｎｉ）の金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法（電鋳）で製造したものを用いている。これに限らず、その他の金属部材を用いることができる。
【００１９】
そして、この振動板部材３の個別液室６とは反対側に、振動板部材３の振動領域３０を変形させる駆動手段（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ１１を配置している。
【００２０】
この圧電アクチュエータ１１は、ベース部材１３上に接着剤接合した複数の積層型圧電部材１２を有し、圧電部材１２にはハーフカットダイシングによって溝加工して１つの圧電部材１２に対して所要数の柱状の圧電素子（圧電柱）１２Ａ、１２Ｂを所定の間隔で櫛歯状に形成している。
【００２１】
圧電部材１２の圧電素子１２Ａ、１２Ｂは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電素子１２Ａと、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電素子１２Ｂとしている。
【００２２】
そして、圧電素子１２Ａを振動板部材３の振動領域３０に形成した島状の厚肉部である凸部３０ａに接合している。また、圧電素子１２Ｂを振動板部材３の厚肉部である凸部３０ｂに接合している。
【００２３】
この圧電部材１２は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極が設けられ、駆動柱１２Ａの外部電極に駆動信号を与えるための可撓性を有するフレキシブル配線部材としてのＦＰＣ１５が接続されている。
【００２４】
フレーム部材２０は、例えばエポキシ系樹脂或いは熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイト等で射出成形により形成し、ヘッドタンクや液体カートリッジから液体が供給される共通液室１０が形成されている。
【００２５】
このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば圧電素子１２Ａに印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子１２Ａが収縮し、振動板部材３の振動領域３０が下降して個別液室６の容積が膨張することで、個別液室６内に液体が流入する。
【００２６】
その後、圧電素子１２Ａに印加する電圧を上げて圧電素子１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板部材３の振動領域３０をノズル４方向に変形させて個別液室６の容積を収縮させる。これにより、個別液室６内の液体が加圧され、ノズル４から液体が吐出（噴射）される。
【００２７】
そして、圧電素子１２Ａに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材３の振動領域３０が初期位置に復元し、個別液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０から個別液室６内に液体が充填される。そこで、ノズル４のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。
【００２８】
なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。
【００２９】
次に、本発明の第１実施形態について図４を参照して説明する。図４は同実施形態における振動板部材の断面説明図である。
【００３０】
本実施形態では、前述したように、振動板部材３は、Ｎｉ電鋳で形成した第１層３Ａ〜３Ｃで構成される３層構造の部材である。
【００３１】
そして、薄膜部材である振動板３０を形成している第１層３Ａは、金属膜（ここでは、Ｎｉ電鋳膜）３ａからなる。金属膜３ａの孔４１内には樹脂３ｂが埋め込まれている。また、金属膜３ａの個別液室６側表面は樹脂３ｂで被覆されていない。
【００３２】
つまり、振動板３０は、金属膜３ａに生じているピンホールなどの孔４１に樹脂３ｂが埋め込まれ、孔４１が樹脂３ｂで塞がれている。
【００３３】
これにより、振動板３０としては金属膜３ａと樹脂膜との積層構造ではなくなるので、金属膜の表面に樹脂膜を形成することによる振動板３０の剛性のばらつき、剛性の増加による変形効率の低下を抑制することができる。
【００３４】
次に、本発明の第２実施形態について図５を参照して説明する。図５は同実施形態における振動板部材の断面説明図である。
【００３５】
本実施形態では、前述したように、振動板部材３はプレス加工で形成した第１層３３Ａと第２層３３Ｂの２層構造の部材である。
【００３６】
そして、薄膜部材である振動板３０を形成している第１層３３Ａは、プレス加工された金属膜３３ａからなる。金属膜３３ａの孔４１内には樹脂３３ｂが埋め込まれている。また、金属膜３３ａの個別液室６側表面は樹脂３３ｂで被覆されていない。
【００３７】
つまり、振動板３０は、金属膜３３ａに生じているピンホールなどの孔４１に樹脂３３ｂが埋め込まれ、孔４１が樹脂３３ｂで塞がれている。
【００３８】
これにより、振動板３０としては金属膜３３ａと樹脂膜との積層構造ではなくなるので、金属膜の表面に樹脂膜を形成することによる振動板の剛性のばらつき、剛性の増加による変形効率の低下を抑制することができる。
【００３９】
なお、上述した樹脂３ｂ、３３ｂとして、ポリイミド樹脂やポリアミド樹脂を使用することで耐液性が向上し、シランカップリング材を使用することで、接着剤との接合性が向上する。
【００４０】
次に、上記第１実施形態に係る振動板部材の製造方法の一例について図６を参照して説明する。図６は同説明に供する説明図である。
【００４１】
図６（ａ）に示すように、Ｎｉ電鋳で第１層３Ａ、第２層３Ｂ，第３層３Ｃを積層した部材を形成する。
【００４２】
そして、図６（ｂ）に示すように、第１層３Ａを形成する金属膜（ここでは、Ｎｉ電鋳膜）３ａの個別液室６側に感光性樹脂４０をコーティングする。このとき、第１層３Ａを形成する金属膜３ａに存在するピンホールなどの孔４１にも樹脂４０が埋め込まれる。コーティング方法としては、例えば液状の感光性樹脂をスピンコーティングする方法、感光性樹脂液中にディッピングする方法がある。
【００４３】
なお、樹脂膜厚の安定性を高めるためにはより平らな面にコーティングするのが好ましい。また、ピンホールなどの孔の形状が複雑な場合には、コーティング材料の濡れ性を高めて浸透性を高めるため、コーティング前に第１層３Ａのコーティング面にプラズマ処理を施すことができる。
【００４４】
次いで、図６（ｃ）に示すように、コーティングした樹脂４０を加熱硬化させた後に、コーティングした面と逆側面から露光を実施する。なお、振動板３０のピンホールなどの孔４１以外の貫通穴を残したい部分についてはマスクをして遮光する。
【００４５】
これにより、第１層３Ａを形成する金属膜３ａにコーティングされた樹脂４０のうち、ピンホールなどの孔４１部分の樹脂４０のみが露光され硬化し（ネガ反応する感光性樹脂を使用した場合）、樹脂３ｂとなる。
【００４６】
その後、図６（ｄ）に示すように、未露光（未反応）部分の樹脂４０についてはリンス処理によって除去する。
【００４７】
これにより、第１層３Ａを形成する金属膜３ａの孔４１に樹脂３ｂが埋め込まれた状態になる。このとき、第１層３Ａは、金属膜３ａの面内に樹脂３ｂが埋め込まれ、個別液室側表面は樹脂３ｂで被覆されていないものとなる。
【００４８】
次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図７及び図８を参照して説明する。図７は同装置の要部平面説明図、図８は同装置の要部側面説明図である。
【００４９】
この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。
【００５０】
このキャリッジ４０３には、本発明に係る液体吐出ヘッド４０４及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド４０４は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド４０４は、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置し、吐出方向を下方に向けて装着している。
【００５１】
液体吐出ヘッド４０４の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド４０４に供給するための供給機構４９４により、ヘッドタンク４４１には、液体カートリッジ４５０に貯留されている液体が供給される。
【００５２】
供給機構４９４は、液体カートリッジ４５０を装着する充填部であるカートリッジホルダ４５１、チューブ４５６、送液ポンプを含む送液ユニット４５２等で構成される。液体カートリッジ４５０はカートリッジホルダ４５１に着脱可能に装着される。ヘッドタンク４４１には、チューブ４５６を介して送液ユニット４５２によって、液体カートリッジ４５０から液体が送液される。
【００５３】
この装置は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。
【００５４】
搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド４０４に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。
【００５５】
そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。
【００５６】
さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド４０４の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。
【００５７】
維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド４０４のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。
【００５８】
主走査移動機構４９３、供給機構４９４、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。
【００５９】
このように構成したこの装置においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。
【００６０】
そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド４０４を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成する。
【００６１】
このように、この装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。
【００６２】
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図９を参照して説明する。図９は同ユニットの要部平面説明図である。
【００６３】
この液体吐出ユニットは、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド４０４で構成されている。
【００６４】
なお、この液体吐出ユニットの例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０、及び供給機構４９４の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。
【００６５】
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図１０を参照して説明する。図１０は同ユニットの正面説明図である。
【００６６】
この液体吐出ユニットは、流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド４０４と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。
【００６７】
なお、流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド４０４と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。
【００６８】
本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
【００６９】
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。
【００７０】
例えば、「液体を吐出する装置」として、液体を吐出させて媒体に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。
【００７１】
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
【００７２】
上記「液体が付着可能もの」とは液体が一時的にでも付着可能なものを意味する。「液体が付着するもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。
【００７３】
また、「液体」は、インク、処理液、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液なども含まれる。
【００７４】
また、「液体を吐出する装置」には、特に限定しない限り、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置のいずれも含まれる。
【００７５】
また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。
【００７６】
「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。
【００７７】
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。
【００７８】
例えば、液体吐出ユニットとして、図８で示した液体吐出ユニット４４０のように、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。
【００７９】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。
【００８０】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、図９で示したように、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。
【００８１】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。
【００８２】
また、液体吐出ユニットとして、図１０で示したように、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。
【００８３】
主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。
【００８４】
また、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明したような圧電アクチュエータ（積層型圧電素子を使用するものでもよい。）以外にも、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものでもよい。
【００８５】
また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。
【符号の説明】
【００８６】
１  ノズル板
２  流路板
３  振動板部材
４  ノズル
６  個別液室
１０  共通液室
１２  圧電部材
２０  フレーム部材
３０  振動板
３ａ、３３ａ  金属膜
３ｂ、３３ｂ  樹脂
４１  孔
４０３  キャリッジ
４０４  液体吐出ヘッド
４４０  液体吐出ユニット
【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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