(57)【要約】【課題】  ノズルに詰まり等が生じてもヘッドユニットの交換を不要とし、またインクカートリッジの構造を簡素化し、さらにカラー化にあたっても装置の簡素化を図り、コストダウンが可能となる画像形成装置を得る。【解決手段】  音響インクジェットプリンタにおいて、インクユニット５ｂと圧電体ユニット５ａとを分離し、圧電体ユニット上をインクユニットが移動することにより印字を行うように構成する。ここで、複数個のインクカートリッジを、記録ヘッド５上に配置するように構成する。また、その際に、必要なインクカートリッジだけを、記録ヘッド上に配置するように構成する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録ヘッドからインクを記録紙に選択的に飛翔させて印字を行う音響インクジェットプリンタにおいて、
記録ヘッドを、インクユニットと圧電体ユニットとに分離し、
圧電体ユニット上でインクユニットを移動させることにより印字を行うように構成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
記録ヘッドからインクを記録紙に選択的に飛翔させて印字を行う音響インクジェットプリンタにおいて、
記録ヘッドを、インクユニットと圧電体ユニットとに分離し、
圧電体ユニットを、インクユニットを貫通させて配置するとともに、
インクユニットを主走査方向に移動させることにより印字を行うように構成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の画像形成装置において、
インクユニットとして、複数個のインクカートリッジを用い、
これら複数個のインクカートリッジを、圧電体ユニット上に配置させるように構成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の画像形成装置において、
インクユニットとして、必要なインクカートリッジだけを用い、
これら必要な個数のインクカートリッジだけを、圧電体ユニット上に配置させるように構成した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、音響インクジェット式記録装置（音響インクジェットプリンタ）に用いられる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から音響インクジェットプリンタとして、種々の構造をもつものが知られている。
例えば振動により記録ヘッドのノズルからインクを飛翔させて記録紙に記録印字を行う音響インクジェットプリンタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３２７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述したような従来のインクジェットプリンタでの画像形成装置では、ノズルが詰まると高価な記録ヘッドを含むヘッドユニットを交換しなければならず、コストアップの要因となっていた。さらに、複雑な構造をしたインクカートリッジが必要となることから、この点でもコストアップの原因になっていた。
【０００５】
また、プリンタのカラー化を図った場合に、各色毎に飛翔用振動子等を用意しなければならないので、装置の複雑化およびコストアップの原因となっていた。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ノズルに詰まり等が生じてもヘッドユニットの交換を不要とし、またインクカートリッジの構造を簡素化でき、さらにカラー化にあたっても装置の簡素化が図れ、コストダウンが可能となる画像形成装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係る画像形成装置は、記録ヘッドからインクを記録紙に選択的に飛翔させて印字を行う音響インクジェットプリンタにおいて、記録ヘッドを、インクユニットと圧電体ユニットとに分離し、圧電体ユニット上でインクユニットを移動させることにより印字を行うように構成したことを特徴とする。
【０００８】
本発明（請求項２記載の発明）に係る画像形成装置は、記録ヘッドからインクを記録紙に選択的に飛翔させて印字を行う音響インクジェットプリンタにおいて、記録ヘッドを、インクユニットと圧電体ユニットとに分離し、圧電体ユニットを、インクユニットを貫通させて配置するとともに、インクユニットを主走査方向に移動させることにより印字を行うように構成したことを特徴とする。
【０００９】
本発明（請求項３記載の発明）に係る画像形成装置は、請求項１または請求項２記載の画像形成装置において、インクユニットとして、複数個のインクカートリッジを用い、これら複数個のインクカートリッジを、圧電体ユニット上に配置させるように構成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明（請求項４記載の発明）に係る画像形成装置は、請求項１または請求項２記載の画像形成装置において、インクユニットとして、必要なインクカートリッジだけを用い、これら必要な個数のインクカートリッジだけを、圧電体ユニット上に配置させるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明に係る画像形成装置によれば、音響インクジェットプリンタにおいて、記録ヘッドを、インクユニット（インクカートリッジ等）と圧電体ユニット（記録ヘッド部）とに分離し、圧電体ユニット上でインクユニットを移動させるように構成しているので、簡易な構成のインクユニット（インクカートリッジ等）を使用でき、これによりコストダウンを図ることができる。
【００１２】
また、本発明によれば、たとえ不具合を生じても高価な記録ヘッドを交換する必要がなく、さらにインク飛翔にあたっても、熱を使わないので、インクの選択幅が広いという利点もある。
【００１３】
また、本発明によれば、音響インクジェットプリンタにおいて、記録ヘッドを、インクユニットと圧電体ユニットとに分離し、圧電体ユニットを、インクユニットを貫通させ、インクユニットを主走査方向に移動させることにより印字を行うように構成しているから、簡易な構成のインクユニット（インクカートリッジ等）を使用できるので、コストダウンを図ることができる。さらに、本発明によれば、ノズルの目詰まり等の不具合が生じてもインクカートリッジのみの交換で解消できるから、高価な記録ヘッドを交換する必要がなく、また熱を使わないので、インクの選択幅が広い等といった優れた効果がある。
【００１４】
また、本発明によれば、記録ヘッド一つでカラー印字が可能になるので、簡易な方式でのカラー印字が可能になり、コストダウンが可能になる。
さらに、本発明によれば、印字に不要な色のインクカートリッジは、退避場所から移動させる必要がなくなるので、よりキャッピングを継続することが可能になり、より安定した印字を得ることが可能になるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１ないし図６は本発明に係る画像形成装置の第１の実施形態を示す。
ここで、これらの図において、本発明を適用する音響インクジェット記録方式による装置（音響インクジェットプリンタ）では、記録ヘッドのノズルからインクを記録紙に選択的に飛翔させて、記録パターンを記録紙上に作成するようになっている。
【００１６】
本発明に係る画像形成装置の模式的断面図を、図１に示す。
すなわち、画像形成装置は、大きく分けて給紙部Ａ、記録部Ｂ、排紙部Ｃで構成されている。
給紙部Ａは、給紙カセット１、給紙ローラ２で構成され、不図示の中央演算装置から送られて来る給紙データに応じて記録部Ｂへ用紙Ｐを供給する。
【００１７】
記録部Ｂは、搬送ローラＡ３、搬送ローラＢ７、プラテンローラ４、記録ヘッド５で構成されている。記録ヘッド５はシリアル型を採用する。印字データに応じて記録ヘッド５からインクＩが用紙Ｐへ向けて飛翔し、記録が行われる。必要に応じてインクタンク６からインクが記録ヘッド５へ供給される。記録部Ｂで記録が完了した用紙Ｐは、搬送ローラＢ７の回転により排紙部Ｃへ向かう。
排紙部Ｃでは、記録が完了した用紙Ｐをスタックする。
【００１８】
記録ヘッド５の構成を、図２ないし図６に示す。
記録ヘッド５は、記録ヘッド部５ａとインクカートリッジ５ｂとで構成される。ここで、記録ヘッド部５ａは、記録部Ｂに用紙幅全域（主走査方向）に記録が行えるサイズで固定されている。
【００１９】
インクカートリッジ５ｂはインクユニットとして、記録ヘッド部５ａに接して配置され、不図示のガイドロッド、タイミングベルト、駆動モータにより、記録ヘッド部５ａ上を用紙幅方向（主走査方向）に移動可能な状態で配置されている。記録ヘッド部５ａとインクカートリッジ５ｂ間には、カップリング剤１３が塗布されており、記録ヘッド部５ａで発生した超音波が、インクカートリッジ５ｂに伝達可能になっている。
【００２０】
記録ヘッド部５ａは圧電体ユニットとして、ガラス基板９、共通電極１２、圧電体１１、セグメント電極１０で構成されている。ここで、圧電体１１は、共通電極１０とセグメント電極１２間に配置され、ｐｚｔやｚｎｏなどの圧電性を示す材料が使用される。カップリング剤１２は、グリセリン、シリコンオイル等の超音波伝搬性を示すもので構成される。
【００２１】
また、インクカートリッジ５ｂは、インクＩが充填されており、開口部１５からインクが飛翔するようになっている。
【００２２】
すなわち、不図示の中央演算装置から、印字信号が、セグメント電極１０に印加されるとセグメント電極１０と共通電極間１２に発生する電界により、圧電体１１が振動し超音波が発生する。発生した超音波は、ガラス基板９を通しカップリング剤１３を介してインクカートリッジ５ｂに伝播される。
そして、図６に示すようにインクカートリッジ５ｂに伝達した超音波によりインクタンク開口部１５にはメニスカスが形成され、インクＩが飛翔することになる。
【００２３】
図３ないし図５は、記録ヘッド５を用紙Ｐ側から見た状態を示している。なお、説明の為にカップリング剤１３の記載は省略している。
ここで、インクカートリッジ５ｂは、記録ヘッド部５ａ上を移動可能に設置されている。
そして、図３に示すように印字信号に応じてインクカートリッジ５ｂは主走査方向矢印イ方向に移動を開始する。
【００２４】
印字が必要な位置にインクカートリッジ５ｂが移動すると、セグメント電極１０に電圧が印加され、圧電体１１により超音波が発生するとともにインクカートリッジ５ｂに超音波が伝播され、インクタンク開口部１５よりインクＩが飛翔する。
【００２５】
図４に示すように、さらにインクカートリッジ５ｂは移動し記録が必要な位置に到達した際にセグメント電極１０に電圧が印加され記録が実施される。この動作を繰り返すことにより、主走査方向の印字が完了する。
【００２６】
用紙が副走査に１ドット分移動すると、図５に示すように再びインクカートリッジ５ｂは主走査方向矢印ロの方向の記録を行う。この動作を繰り返すことにより用紙の必要な部分にインクを飛翔記録させることができ印字が完了する。
【００２７】
このように記録ヘッド部５ａを固定した状態で、インクカートリッジ５ｂを移動するだけで記録を行うことができる。
インクカートリッジ５ｂ中のインクが減少し記録が不可能になった場合、インクカートリッジ５ｂを交換する必要が発生した場合、インクカートリッジ５ｂだけを交換すればよい。
【００２８】
従来の圧電体を使用したインクジェットプリンタでは、圧電体の変形変位を利用したものであるために、圧力室の配置等によりインクタンクの構造が複雑になっていたが、本発明によれば、発生した超音波の放射圧によりインクを飛翔させるので、インクタンクの構造が簡易になる。さらに、インク目詰まり等の問題が生じた場合でも高価な記録ヘッド部５ａを交換する必要はなく、インクカートリッジ５ｂだけを交換すればよいから、コストダウンにつながる。
【００２９】
また、従来のヒータを利用したインクジェットプリンタでは、ヒータが高温になるために、インク材料の選択幅が狭くなるという問題があったが、本発明では熱を利用することはないので、このような不具合はなくなり、各種インク材料が使用できるという効果がある。
【００３０】
以上の構成によれば、簡易な構成のインクカートリッジ５ｂを使用できるので、コストダウンにつながるし、またたとえ不具合が生じても高価な記録ヘッドを交換する必要がない。さらに、従来のような熱を使わないので、インクの選択幅が広いという利点もある。
【００３１】
なお、上述した実施形態では、共通電極１２、セグメント電極１０を一列に配置した場合を示したが、本発明はこれに限らず、図７に示すように、共通電極１２、セグメント電極１０を複数列配置することにより、ノズル数を増加することも可能である。そして、このようにすれば、印字速度の向上が可能になる。
【００３２】
また、図８に示すように、インクカートリッジ５ｂにインクタンク６を接続することも可能である。この場合には、インクが減少してもインクタンク６にインクを供給するだけでよい。
【００３３】
図９ないし図１２は本発明に係る画像形成装置の別の実施形態を示す。
ここで、この実施形態では、詳細な図示は省略するも、図１の前述した実施形態での概略図において、プラテンローラ４と記録ヘッド５とが天地逆に配置されている場合を説明する。
【００３４】
図９（ａ），（ｂ）に記録ヘッド部５ａの構造を示す。
記録ヘッド部５ａは、記録部Ｂに用紙幅全域（主走査方向）に記録が行えるサイズで固定されている。図９（ａ）に示すように、ガラス基板９上、電極層１２Ｅ、電極保護層１８で構成される。
【００３５】
図９（ｂ）は、電極層１２Ｅの説明のために、電極保護層１８を省略した図である。
電極層１２Ｅは、共通電極１２、圧電体１１、セグメント電極１０で構成される。セグメント電極１０には、印字に必要な圧電体１１の共振周波数を含む電圧が印加される。セグメント電極１０と共通電極１２間に発生する電界により、セグメント電極１０と共通電極１２間に配置される圧電体１１が共振し超音波を発生する。
【００３６】
記録ヘッド部５ａは、図１０に示すように、インクカートリッジ５ｂを貫通して配置される。インクカートリッジ５ｂは、不図示のガイドロッド、タイミングベルト、駆動モータにより、印字情報に応じて、記録ヘッド部５ａをインクカートリッジ５ｂ内部に貫通しながら用紙幅方向（主走査方向）に移動可能な状態で配置されている。
【００３７】
図１１は、図１０の矢印ａの方向から見た記録ヘッド５である。
インクカートリッジ５ｂの側面には記録ヘッド部５ａが貫通している。インクカートリッジ５ｂのこの貫通部分には、シリコンゴム１４が配置され、インクカートリッジ５ｂ内のインクが漏れないようにシールする構造になっている。
【００３８】
インクカートリッジ５ｂ内部には、インクＩが充填されており、印字データに応じて開口部１５からインクが飛翔し、用紙Ｐへ印字を行う。
【００３９】
不図示の中央演算装置から、印字信号が、セグメント電極１０に印加されるとセグメント電極１０と共通電極間１２に発生する電界により、圧電体１１が共振し超音波が発生する。発生した超音波は、ガラス基板９を伝播しガラス基板９上のインクに超音波により発生した放射圧を与える。
【００４０】
図１２は、インク飛翔時の挙動を模式的に示したものである。
図１２（ｂ）に示すように、発生した放射圧によりインクタンク開口部１５にはメニスカスが形成され、その後図５ｃに示すようにインクＩが飛翔する。
【００４１】
図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、記録ヘッド５を用紙Ｐ側から見た状態を示している。ここで、インクカートリッジ５ｂは、記録ヘッド部５ａを内部に貫通しながら主走査方向に移動可能に設置されている。
図１３（ａ）に示すように、印字信号に応じてインクカートリッジ５ｂは主走査方向矢印イ方向に移動を開始する。印字が必要な位置にインクカートリッジ５ｂが移動するとセグメント電極１０に電圧が印加され、圧電体１１により超音波が発生すると、インクタンク開口部よりインクが飛翔する。図１３（ｂ）に示すように、さらにインクカートリッジ５ｂは移動し記録が必要な位置に到達した際にセグメント電極１０に電圧が印加され記録が実施される。この動作を繰り返すことにより、主走査方向の印字が完了する。
【００４２】
用紙が副走査に１ドット分移動すると、図１３（ｃ）に示すように、再びインクカートリッジ５ｂは主走査方向矢印ロの方向の記録を行う。この動作を繰り返すことにより用紙の必要な部分にインクを飛翔記録させるこができ印字が完了する。
このように記録ヘッド部５ａを固定した状態で、インクカートリッジ５ｂを移動するだけで記録を行うことができる。
【００４３】
インクカートリッジ５ｂ中のインクが減少し記録が不可能になった場合、インクカートリッジを交換する必要が発生した場合は、インクカートリッジ５ｂだけを交換すればよい。すなわち、インクカートリッジ５ｂの交換は、図１３（ａ）に示すように、インクカートリッジ５ｂを矢印ハ方向へ移動し、記録ヘッド部５ａから離脱する。
新しいインクカートリッジ５ｂを装着する場合には、記録ヘッド部５ａを挿入するように装着する。
【００４４】
このような構成によっても、前述した実施形態と同様に、以下のように種々優れた効果を奏する。
すなわち、従来の圧電体を使用したインクジェットプリンタでは、圧電体の変形変位を利用したものであるために、圧力室を配置するためにインクタンクにマイクロマイクロ流路等を形成するためにインクタンクの構造が複雑になっているが、本発明によれば、圧電体の共振により発生した超音波の放射圧によりインクを飛翔させるので、圧力室を必要としない。したがって、インクタンクの構造が簡易になる。
【００４５】
また、インクを直接記録ヘッド部５ａに接触させるので、超音波伝播のためのカップリング剤が不要になるので、装置の簡略化およびコストダウンにつながる。さらに、インク目詰まり等の問題が生じた場合でも高価な記録ヘッド部５ａを交換する必要は無く、インクカートリッジ５ｂだけを交換すればいいのでコストダウンにつながる。
【００４６】
また、従来のヒータを利用したインクジェットプリンタでは、ヒータが高温になるために、インク材料の選択幅が狭くなるという問題があったが、本発明では熱を利用することはないので、各種インク材料が使用できるという効果がある。
【００４７】
そして、このような構成によっても、簡易な構成のインクカートリッジを使用できるので、コストダウンにつながる。さらに、ノズルの目詰まり等の不具合が生じても、インクカートリッジのみで構成できるので、高価な記録ヘッドを交換する必要がない。また、熱を使わないので、インクの選択幅が広いという利点もある。
【００４８】
なお、この実施形態でも、前述した実施形態と同様に、共通電極、セグメント電極を複数列配置することにより、ノズル数を増加することは可能である。
また、インクカートリッジ５ｂにインクタンク６を接続することも可能である。
【００４９】
また、図１４（ａ）に示すように、ラインヘッドでも、本発明は適用可能である。
ここで、このような構成において、ノズル目詰まり等の問題が生じた場合には、図１４（ｂ）のように、記録ヘッド部５ａからインクカートリッジ５ｂを移動し、インクカートリッジ５ｂのみ交換すればよいので、コストダウンにつながるという利点がある。
【００５０】
図１５（ａ），（ｂ）は本発明に係る装置構成でカラー印字を行う場合を示す。
すなわち、図１５（ａ）に示すように、記録ヘッド部５ａ上に複数個のインクカートリッジ５ｂを配置する。
【００５１】
たとえば、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの４色で印字を行う場合、図１５（ａ）に示すようにインクカートリッジ５ｂｂｋ，５ｂｍ，５ｂｃ，５ｂｙの４個が記録ヘッド部５ａ上に並べて配置される。印字データに応じてインクカートリッジ５ｂｂｋ，５ｂｍ，５ｂｃ，５ｂｙは、図１５（ａ），（ｂ）に示すように副走査方向に移動する。
【００５２】
そして、インクカートリッジ５ｂｂｋ，５ｂｍ，５ｂｃ，５ｂｙが、印字が必要なセグメント電極１０上に達すると印字データに応じてセグメント電極１０に電圧が印加され、超音波が発生し、たとえば黒印字を行う場合はインクカートリッジ５ｂｂｋからインク飛翔を行うことができる。
【００５３】
また、同一セグメント電極１０で他の色を印字する場合、たとえばマゼンタの場合は、インクカートリッジ５ｂｍの移動してきたときにセグメント電極１０に電圧が印加されインクＩの飛翔を行うことができる。４色のインクカートリッジ５ｂｂｋ，５ｂｍ，５ｂｃ，５ｂｙが一緒に移動するので、一つの記録ヘッド部５ａで４色の印字を行うことが可能になる。
【００５４】
そして、従来のインクジェットプリンタでは、複数色の印字を行う場合には複数色分の記録ヘッドを用意する必要があったが、本発明によれば、記録ヘッド部５ａ一つでカラー印字が可能になるので、簡易な方式でのカラー印字が可能になり、コストダウンが可能である。
【００５５】
さらに、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、インクカートリッジ５ｂｂｋ，５ｂｍ，５ｂｃ，５ｂｙを退避する場所と手段を設ければ、必要な色のみを記録ヘッド部５ａ上に配置することが可能になる。
【００５６】
また、非印字時はインクカートリッジ５ｂｂｋ，５ｂｍ，５ｂｃ，５ｂｙはインクの乾燥を防止するためにキャッピングを行っている。本発明であれば、印字中であっても印字に必要のない色のインクカートリッジは退避場所でキャッピングを継続することが可能になるので、インクの乾燥を防止することが出来るので、インクの目詰まりの発生を防止することが可能になり、安定した印字を提供することができる。
【００５７】
以上の構成によれば、記録ヘッド一つでカラー印字が可能になるので、簡易な方式でのカラー印字が可能になり、コストダウンが可能になる。また、印字に不要な色のインクカートリッジは、退避場所から移動する必要がないので、よりキャッピングを継続することが可能になり、より安定した印字を得ることが可能になる。
【００５８】
なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、画像形成装置を構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示し、その模式的な断面図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置において特徴とする記録ヘッドの構成を示す概略図である。
【図３】図２の記録ヘッドを用紙側から見た状態を示す動作説明図である。
【図４】図２の記録ヘッドを用紙側から見た状態を示す動作説明図である。
【図５】図２の記録ヘッドを用紙側から見た状態を示す動作説明図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）はインクの飛翔を説明するための説明図である。
【図７】本発明に係る画像形成装置の変形例を示す図である。
【図８】本発明に係る画像形成装置のさらに別の変形例を示す図である。
【図９】（ａ），（ｂ）は本発明に係る画像形成装置の別の実施形態を説明するための記録ヘッドの概略図である。
【図１０】図９の記録ヘッドを用紙側から見た状態を示す動作説明図である。
【図１１】図１０を矢印ａ方向から見た図である。
【図１２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図９，１０の記録ヘッドの動きを説明するための図である。
【図１３】（ａ），（ｂ），（ｃ）は記録ヘッドを用紙側から見た状態を示す概略図である。
【図１４】（ａ），（ｂ）は本発明に係る画像形成装置の別の実施形態を説明するための説明図である。
【図１５】（ａ），（ｂ）は本発明に係る画像形成装置の他の実施形態を示し、カラー化した場合を説明するための図である。
【図１６】（ａ），（ｂ）は本発明に係る画像形成装置のさらに他の実施形態を示し、カラー化の場合のさらに別の変形例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…給紙カセット、２…給紙ローラ、３…搬送ローラＡ、４…プラテンローラ、５…記録ヘッド、５ａ…記録ヘッド部、５ｂ…インクカートリッジ、６…インクタンク、７…搬送ローラＢ、８…排紙カセット、９…ガラス基板、１０…セグメント電極、１１…圧電体、１２…共通電極、１３…カップリング剤、１５…開口部、１８…電極保護層、Ｐ…用紙、Ｉ…インク、Ａ…給紙部、Ｂ…記録部、Ｃ…排紙部。
【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】
2009292106.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2009292106.tif 000017
【図１６】
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