JP2004090636A - インクジェットプリントヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 流路板に対するノズル板の接着性が向上したモノリシックインクジェットプリントヘッド等を提供すること。
【解決手段】 インクチャンバ２１０及びインクチャンバ２１０で連結される流路を提供する流路板２００と，インクチャンバ２１０に対応するオリフィス３１０が形成されたノズル板３００とを備え，流路板２００とノズル板３００はフォトレジストで形成され，流路板２００とノズル板３００との間には流路板２００の工程限界温度以下の工程温度で形成可能なシリコン系の低温蒸着化合物による接着層２１１が形成されている構造物を有するインクジェットプリントヘッドを提供する。接着層２１１は流路板２００とノズル板３００との接着力を確固とし，特にインクチャンバ２１０の内部にも形成されてインクチャンバ２１０の内部をインクから保護する。
【選択図】 図３
【解決手段】 インクチャンバ２１０及びインクチャンバ２１０で連結される流路を提供する流路板２００と，インクチャンバ２１０に対応するオリフィス３１０が形成されたノズル板３００とを備え，流路板２００とノズル板３００はフォトレジストで形成され，流路板２００とノズル板３００との間には流路板２００の工程限界温度以下の工程温度で形成可能なシリコン系の低温蒸着化合物による接着層２１１が形成されている構造物を有するインクジェットプリントヘッドを提供する。接着層２１１は流路板２００とノズル板３００との接着力を確固とし，特にインクチャンバ２１０の内部にも形成されてインクチャンバ２１０の内部をインクから保護する。
【選択図】 図３
Description
本発明は，インクジェットプリントヘッド及びその製造方法に関する。
インクジェットプリントヘッドは熱源を用いてインクに気泡を発生させてこの力にインク液滴を吐き出させる電気−熱変換方式（バブルジェット（登録商標）方式）が主流を成す。図１は従来インクジェットプリントヘッドの概略的構造を示す斜視図であり，図２は断面図である。
図１及び図２に示されたように，インクジェットプリントヘッドはインクが供給されるマニフォールド（図示せず）を備え，その表面にヒータ１２及びこれを保護するパッシベーション層１１が形成された基板１と，基板１上に流路２２及びインクチャンバ２１を形成する流路板２と，流路板２上に形成されてインクチャンバ２１に対応するオリフィス３１が形成されたノズル板３とを備える。
一般に，流路板とノズル板とはポリイミドを用いたフォトリソグラフィ法により形成される。従来のインクジェットプリントヘッドで，流路板とノズル板とは同じ物質，例えばポリイミドで形成される。ノズル板はポリイミドが有する弱い接着性のため流路板から離れやすい。
こうした問題を解消するために，従来のインクジェットプリントヘッドの一つの製造方法によれば，上記のように流路層とノズル板とがポリイミドにより別個の層で形成される場合には，流路板とノズル板とを別途に製作した後，それを基板に接合させる。こうした方法は構造的なミスアライン等の多くの問題のためウェーハレベルでノズル板を付着することができず，ウェーハから分離されたチップの各々に対してノズル板を付着しなければならず，従って製品生産性において非常に不利である。
一方，従来の一つのインクジェットプリントヘッドの他の製造方法は，チャンバ及び流路を設けるための犠牲層としてのモールド層をフォトレジストにより形成した後，その上にポリイミドにより流路板とノズル板とを単一層として形成し，最終的に犠牲層を除去してチャンバ及び流路を形成する。モールド層により流路及びノズルを形成する場合，モールド層を保護するためポリイミド等を充分な温度にベーキングすることができないという問題がある。即ち，モールド層は熱に弱いフォトレジストによる犠牲層であり，モールド層が存在する限りポリイミドより成った流路板やノズル板をハードベーキングすることができない。このようにハードベーキングされない流路板やノズル板はモールド層を除去する過程でエッチング液の攻撃を受け，これにより接触される部分がエッチングされ，そして流路板とノズル板との界面が不安定になって浮き上がるという問題が発生する。
こうしたインクジェットプリントヘッドのノズル板は記録用紙に直接対面し，ノズルを通じて吐き出されるインク液滴の吐き出しに影響を及ぼしうる色々の因子を有する。これら因子のうちにはノズル板の表面の疏水性がある。疏水性が小さい場合，即ち親水性を有する場合，ノズルを通じて吐き出されるインクの一部がノズル板の表面に染み出してノズル板の表面を汚染するだけではなく，吐き出されるインク液滴のサイズ，方向及び速度等が一定しないという問題が生じる。前述したようなポリイミドによるノズル板は親水性を有し，従って前述したような問題を有する。こうした親水性による問題点を解消するために一般にポリイミドより成ったノズル板の表面に疏水化のためのコーティング層の形成が追加的に要求される。コーティング層としてはメッキされたＮｉ，Ａｕ，Ｐｄ又はＴａ等のような金属とＦＣ（ｆｌｕｏｒｏｎａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ），Ｆ−Ｓｉｌａｎｅ又はＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ）等のような疏水性に優れた過フルオル化アルケン及びシラン化合物が使用される。疏水性コーティング層はスプレーコーティングやスピンコーティングのようなウェット法により形成してもよく，ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ），スパッタリング等のような乾式法を使用して蒸着してもよい。こうした疏水化のためのコーティング層は結局ヘッドの製作コストを高める。なお，本願発明に関連する公知文献情報としては，下記の特許文献１，特許文献２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，その目的とするところは，流路板に対するノズル板の接着性が向上したインクジェットプリントヘッドを提供することである。本発明の他の目的は，ウェーハレベルでノズル板と流路板とを形成できるモノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）なインクジェットプリントヘッドの製造方法を提供することである。
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，インクチャンバ及びインクチャンバに連結される流路を提供する流路板と，インクチャンバに対応するオリフィスが形成されたノズル板とを備えるインクジェットプリントヘッドが提供される。このインクジェットプリントヘッドは，流路板とノズル板はフォトレジストで形成され，流路板とノズル板との間には流路板の工程限界温度以下の工程温度で形成可能なシリコン系の低温蒸着化合物による接着層が形成されていることを特徴とする。かかる構成によれば，接着層は流路板とノズル板との接着力を確固とできる。
上記本発明のインクジェットプリントヘッドにおいて，流路板及びノズル板はポリイミドで形成されることが望ましく，接着層はＳｉＮ，ＳｉＯ２，又はＳｉＯＮのうちいずれか一つの物質で形成されることが望ましく，この接着層はＰＥＣＶＤにより形成されることが望ましい。
又，本発明の望ましい態様によれば，ノズル板の表面にシリコン系の低温蒸着化合物によりコーティング層が形成され，このコーティング層は接着層のようにＳｉＮ，ＳｉＯ２，又はＳｉＯＮのうちいずれか一つの物質で形成され，このコーティング層はインクチャンバの底に延びて形成される。
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，インクジェットプリントヘッドの製造方法が提供される。この製造方法は，ａ）ヒータ及びヒータを保護するパッシベーション層がその表面に形成された基板を準備する段階と，ｂ）基板上にヒータに対応するインクチャンバ及びインクチャンバに連結される流路が設けられた流路板を第１フォトレジストで形成する段階と，ｃ）流路板の表面に低温蒸着シリコン系の物質による接着層を形成する段階と，ｄ）インクチャンバ及び流路を第２フォトレジストで充填する段階と，ｅ）流路板上にノズル板を第３フォトレジストで形成する段階と，ｆ）ノズル板にチャンバに対応するオリフィスを形成する段階と，ｇ）ウェットエッチングによりチャンバ内の第２フォトレジストを除去する段階とを含むことを特徴とする。
上記本発明の製造方法において，第１フォトレジスト及び第３フォトレジストとしてポリイミドを使用することがが望ましく，接着層はＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮのうちいずれか一つの物質で形成されることが望ましく，ＰＥＣＶＤ法で形成することが望ましい。
上記本発明に係る製造方法の段階ｄ）は第２フォトレジストの全面コーティング段階と，インクチャンバ内にのみフォトレジストを残留させるためのエッチバック段階とを含むことが望ましい。
又，段階ｄ）と段階ｇ）との間にチャンバ内に存在する第２フォトレジストを高温加熱によりアッシングした後でその残留物をウェットエッチング液によりストリップすることが望ましい。
本発明の製造方法の望ましい態様によれば，段階ｇ）以後に低温蒸着シリコン系の物質によりコーティング層をノズル板上に形成し，そのコーティング層はＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮのうちいずれか一つの物質で形成し，ＰＥＣＶＤ法により形成する。
以上詳述したように本発明によれば，流路板とノズル板との間に接着層が形成されているので，流路板とノズル板との接着が確固とされたインクジェットプリントヘッドを提供することができる。また，本発明の別の観点によれば，ウェーハレベルでノズル板と流路板とを形成できるモノリシックなインクジェットプリントヘッドの製造方法を提供することである。
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。以下，添付した図面を参照しながら，本発明に係るインクジェットプリントヘッドの望ましい実施形態と，その製造方法の望ましい実施形態とを詳細に説明する。
図３は本発明の第１の実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの概略的断面図である。Ｓｉ基板１００の表面にヒータ１０２が形成されており，この上にパッシベーション層１０１が形成されている。ヒータ１０２は電気的発熱装置として基板１００に設けられるコンダクタ及びパッドに連結されている。本実施形態及び以下の他の実施形態の説明では，かかるコンダクタ及びパッドに関しては説明及び図示されない。パッシベーション層１０１上にはポリイミド等のフォトレジストによる流路板２００が位置する。流路板２００はヒータ１０２の上方に位置するインクチャンバ２１０とインクチャンバ２１０に連結されるインク供給のための流路としてのインク供給経路（図示せず）を提供する。そして，流路板２００の表面及びインクチャンバ２１０の内壁及び底にはポリイミド等のフォトレジストと接着性に優れたシリコン系の低温蒸着化合物，例えばＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮのうちいずれかの物質で形成された接着層２１１が形成される。接着層２１１の上にはフォトレジスト，望ましくは流路板２００と同一な物質，例えばポリイミドで形成されたノズル板３００が位置する。接着層２１１はポリイミド等のフォトレジストと接着性に優れたシリコン系の物質，例えばＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮで形成されるので流路板２００とノズル板３００の接着状態を非常に確固に維持できる。又，接着層２１１はインクチャンバ２１０の内壁及び底にも形成されるので，インクから流路板２００及びノズル板３００を保護する。ノズル板３００にはインクチャンバ２１０に対応し，インク液滴を吐き出すオリフィス３１０が形成されている。
前記のように，流路板２００及びノズル板３００はフォトレジスト，望ましくはポリイミドで形成される。ポリイミドは疏水性及び接着性がよくないと知られていた。しかし，基板１００上の流路板２００とノズル板３００との間に全てシリコン系の物質であるＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮより成った接着層２１１が形成される。このような物質は接着性がよく，従って基板１００に対して流路板２００及びノズル板３００を確固と付着することができる。こうした接着層２１１のための物質は流路板２００の物質特性（性質）により制限される工程限界温度以下の工程温度，例えばポリイミドの場合３５０℃以下の低温で蒸着されうる物質であり，従ってウェーハレベルで流路板２００及びノズル板３００を形成できる。
図４は本発明の第２の実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの概略的断面図を示す。シリコンＳｉ基板１００の表面にヒータ１０２が形成されており，この上にパッシベーション層１０１が形成されている。ヒータ１０２は電気的発熱装置として基板１００に設けられるコンダクタ及びパッドに連結されている。本実施形態及び以下の他の実施形態の説明ではこうしたコンダクタ及びパッドに関しては説明及び示されない。パッシベーション層１０１上にはポリイミド等のフォトレジストによる流路板２００が位置する。流路板２００はヒータ１０２の上方に位置するインクチャンバ２１０とインクチャンバ２１０に連結されるインク供給のための流路としてのインク供給経路（図示せず）とを提供する。そして，流路板２００の表面及びインクチャンバ２１０の内壁及び底にはポリイミド等のフォトレジストと接着性に優れたシリコン系の物質，例えばＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮのうちいずれかの物質で形成された接着層２１１が形成される。接着層２１１上にはフォトレジスト，望ましくは流路板２００と同一な物質，例えばポリイミドで形成されたノズル板３００が位置する。接着層２１１はポリイミド等のフォトレジストと接着性に優れたシリコン系の低温蒸着化合物，例えばＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮで形成されるので，流路板２００とノズル板３００の接着状態を非常に確固と維持できる。又接着層２１１はインクチャンバ２１０の内壁及び底にも形成されるので，インクから流路板２００及びノズル板３００を保護する。ノズル板３００にはインクチャンバ２１０に対応し，インク液滴を吐き出すオリフィス３１０が形成されている。一方，ノズル板３００上にはコーティング層３２０が形成される。このコーティング層３２０は接着層２１１と同様の物質，すなわちここではシリコン系の低温蒸着化合物，例えばＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮで形成され，特性上疏水性を有するのでノズル板３００の表面のインクによる濡れを防止できる。コーティング層３２０はノズル板３００及びオリフィス３１０の内壁，インクチャンバ２１０の内壁及び底にも延びて形成される。こうしたコーティング層３２０のコーティングはＰＥＣＶＤ法により可能である。
図５は本発明の第３の実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの概略的断面図を示す。第３の実施形態は第２の実施形態とは違って，ノズル板３００に形成されるコーティング層３２０ａがインクチャンバ２１０内には形成されないということである。これはコーティング層３２０ａの形成時，物質がインクチャンバ２１０内へ浸透しなかったからである。こうした形態は一般的な物理的蒸着法，例えばスパッタリング法により得ることができる。
以下，前述した第１〜第３の実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの製造方法を各々説明する。以下の実施形態の説明において，一般に知られた工法，特にインクジェットプリントヘッド製造のために使用される公知技術については詳細に説明されない。
図６〜図１１は図３に示された第１の実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの製造工程を示す。図６に示されたように，ヒータ１０２及びそれを保護するＳｉＮパッシベーション層１０１を含む下部膜質層がその表面に形成されたシリコンウェーハ状態の基板１００を準備する。この過程はウェーハレベルより成り，ヒータ物質形成，パターニングそしてパッシベーション層の蒸着等を伴うものである。
図７に示されたように，基板１００上にフォトレジスト，例えばポリイミドを数十ミクロン，例えば３０ミクロン厚さに全面コーティングした後これを写真エッチング法によりパターニングしてインクチャンバ２１０及びこれに連結されるインクの流路（図示せず）を形成する。パターニング以後にハードベーキング過程を通じて，インクチャンバ２１０及びインクの流路が設けられたポリイミドによる流路板２００を完成する。
図８に示されたように，流路板２００上に接着層２１１を形成する。この際接着層２１１は４００℃以下の低温蒸着法，例えばＰＥＣＶＤによりＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮのうちいずれかの物質からなる層を蒸着して形成される。従って，接着層２１１はインクチャンバ２１０の内壁及び底にも形成される。
図９に示されたように，インクチャンバ２１０の内部に犠牲層としてのモールド層２１２をフォトレジストで形成する。インクチャンバ２１０及び流路をこのフォトレジストで充填する。ここでは流路板２００上の接着層２１１の全体に対するフォトレジストのコーティングに続いて全面エッチングによりインクチャンバ２１０内にのみフォトレジストを残留させるエッチバック又は部分露光及びエッチングを遂行する写真エッチング法を適用してもよい。
図１０に示されたように，接着層２１１とモールド層２１２の上面にフォトレジスト，例えばポリイミドをスピンコーティングしてノズル板３００を形成した後，ソフトベークする。
図１１に示されたように，ノズル板３００にインクチャンバ２１０に対応するオリフィス３１０を形成する。オリフィス３１０はフォトレジストによるマスク形成及びドライ及びウェットエッチングによるパターニング過程により形成してもよく，このフォトレジストは露光パターンを有するレティクルを用いて露光可能である。
図１２に示されたように，インクチャンバ２１０内のモールド層２１２を除去する。オリフィス３１０の形成後にオリフィス３１０形成のため使用されたマスクを除去する工程でアッシング及びストリップを進行すれば，インクチャンバ２１０内のモールド層２１２も共に除去できる。例えば，インクチャンバ２１０内に存在するモールド層２１２を高温加熱によりアッシングした後，その残留物をウェットエッチング液によりストリップする。モールド層２１２の残留物及び他の流路上に存在するフォトレジストは基板１００の背面に対して実施されるインクフィードホール等の形成段階以後にウェットエッチング液により除去されうる。
一方，図４に示された本発明の第２の実施形態に係るインクジェットプリントヘッドは，図１２の過程に続いてＰＥＣＶＤによりＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮ等の低温蒸着シリコン系の物質をノズル板３００上に蒸着してコーティング層３２０を形成することにより得られる。そして，図５に示された本発明の第３の実施形態に係るインクジェットプリントヘッドは，図１２の過程に続いてＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮ等の低温蒸着シリコン系の物質をノズル板３００上にスパッタリングにより蒸着してコーティング層３２０ａを形成することにより得られる。
以上説明したように，上記第１〜第３の実施形態によれば，流路板とノズル板とが別途の本体を維持する構造を有しながらも流路板とノズル板との間に接着層が形成されているので，流路板とノズル板との接着を確固とすることができる。即ち，ノズル板形成後にそれをハードベークせずソフトベークのみ遂行した後，オリフィスの形成，モールド層の除去がエッチング液等により成されても，接着層により流路板とノズル板境界での浮き上がり現象を防止することができる。また，接着層はインクチャンバの内部にも形成されるため，インクチャンバの内部をインクから保護できる。さらに，第２，第３の実施形態においては，ノズル板の表面に別途のコーティング層が形成される。第２の実施形態においては，このコーティング層がチャンバの底面まで形成されるので，インクチャンバ内部をインクから保護する。特に，基板上の全ての境界部分，例えば基板と流路板の間及び流路板とノズル板との間は，コーティング層によりエッチング液から完全にカバーされ，ノズル板に形成されたコーティング層はモールド層を除去する過程で使用されるエッチング液からノズル板等を保護する。又，ノズル板の表面に疏水性を付与しているため，インクによるノズル板の汚染及びこれによる記録用紙の汚染を防止することができる。また，上記のインクジェットプリントヘッドの製造方法によれば，ウェーハレベルでノズル板と流路板とを形成可能なモノリシックなインクジェットプリントヘッドの製造方法を提供できる。
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は，インクジェットプリントヘッド及びその製造方法に適用可能であり，例えば，バブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリントヘッド及びその製造方法に適用可能である。
１００ 基板
１０１ パッシベーション層
１０２ ヒータ
２００ 流路板
２１０ インクチャンバ
２１１ 接着層
３００ ノズル板
３１０ オリフィス
１０１ パッシベーション層
１０２ ヒータ
２００ 流路板
２１０ インクチャンバ
２１１ 接着層
３００ ノズル板
３１０ オリフィス
Claims (16)
- インクチャンバ及び前記インクチャンバに連結される流路を提供する流路板と，
前記インクチャンバに対応するオリフィスが形成されたノズル板とを備え，
前記流路板と前記ノズル板とはフォトレジストで形成され，
前記流路板と前記ノズル板との間には前記流路板の性質により制限される工程限界温度以下の工程温度で形成可能なシリコン系の低温蒸着化合物による接着層が形成されていることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。 - 前記流路板及び前記ノズル板はポリイミドで形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記接着層はＳｉＮ，ＳｉＯ２，又はＳｉＯＮのうちいずれか一つの物質で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記接着層はＰＥＣＶＤにより形成されることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記ノズル板の表面にシリコン系の低温蒸着化合物によりコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つの項に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記コーティング層はＳｉＮ，ＳｉＯ２，又はＳｉＯＮのうちいずれか一つの物質で形成されることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記コーティング層は前記インクチャンバの底に延びて形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載のインクジェットプリントヘッド。
- ａ）ヒータ及び前記ヒータを保護するパッシベーション層がその表面に形成された基板を準備する段階と，
ｂ）前記基板上に前記ヒータに対応するインクチャンバ及び前記インクチャンバに連結される流路が設けられた流路板を第１フォトレジストで形成する段階と，
ｃ）前記流路板の表面に低温蒸着シリコン系の物質による接着層を形成する段階と，
ｄ）前記インクチャンバ及び前記流路を第２フォトレジストで充填する段階と，
ｅ）前記流路板上にノズル板を第３フォトレジストで形成する段階と，
ｆ）前記ノズル板に前記インクチャンバに対応するオリフィスを形成する段階と，
ｇ）ウェットエッチングにより前記インクチャンバ内の前記第２フォトレジストを除去する段階とを含むことを特徴とするインクジェットプリントヘッドの製造方法。 - 前記第１フォトレジスト及び前記第３フォトレジストはポリイミドであることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
- 前記接着層はＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮのうちいずれか一つの物質で形成されることを特徴とする請求項８または９に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
- 前記段階ｄ）は第２フォトレジストの全面コーティング段階と，
前記インクチャンバ内にのみフォトレジストを残留させるためのエッチバック段階とを含むことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一つの項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。 - 前記ＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮをＰＥＣＶＤ法により蒸着することを特徴とする請求項１０に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
- 前記段階ｆ）と前記段階ｇ）との間に前記インクチャンバ内に存在する前記第２フォトレジストを高温加熱によりアッシングした後，その残留物をウェットエッチング液によりストリップすることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一つの項に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
- 前記段階ｇ）以後に低温蒸着シリコン系の物質によりコーティング層を前記ノズル板上に形成することを特徴とする請求項８に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
- 前記コーティング層はＳｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉＯＮのうちいずれか一つの物質で形成されることを特徴とする請求項１４に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
- 前記コーティング層はＰＥＣＶＤ法により形成することを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
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