(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面に開口する複数の吐出溝を備える圧電体基板と、
複数の前記吐出溝に連通する共通液室を有し、前記圧電体基板の表面に位置するカバープレートと、
複数の前記吐出溝にそれぞれ連通する複数のノズル孔を有し、前記圧電体基板の側面に位置するノズルプレートと、を備え、
前記ノズルプレートは、複数の前記ノズル孔にそれぞれ連通する複数の循環路と複数の前記循環路に連通する共通循環路とを有する液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記ノズルプレートは、第一ノズルプレートと前記第一ノズルプレートの前記圧電体基板の側に位置する第二ノズルプレートとを有し、
前記第一ノズルプレートが前記ノズル孔を有し、
前記第二ノズルプレートは、前記ノズル孔と前記吐出溝とを連通する第一連通孔と、前記循環路と、前記共通循環路とを有し、前記循環路が前記第一連通孔に連通する請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記ノズル孔の開口中心と前記第一連通孔の開口中心とは略同一である請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記第一連通孔の孔径は前記ノズル孔の孔径よりも大きい請求項２又は３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記循環路は前記第二ノズルプレートの前記第一ノズルプレートの側の表面に位置する請求項２〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記ノズルプレートは、前記第二ノズルプレートの前記圧電体基板の側に位置する第三ノズルプレートを有し、
前記第三ノズルプレートは第二連通孔を有し、前記第一連通孔と前記吐出溝は前記第二連通孔を介して連通する請求項２〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記ノズルプレートと前記圧電体基板の側面との間にフィルタープレートを備え、
前記フィルタープレートは、前記第一連通孔と前記吐出溝を連通させる複数の開口からなる第三連通孔を有する請求項２〜６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記圧電体基板は前記共通循環路の液体を前記共通液室に循環させる液体ポンプを備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記液体ポンプは、一端が前記圧電体基板の側面に開口して前記共通循環路に連通し、他端が前記共通液室に連通するポンプ溝と、前記ポンプ溝に充填される液体に圧力変動を誘起する駆動部とを備える請求項８に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
前記駆動部は、前記ポンプ溝を構成する２つの側壁と前記側壁の両側面に位置する駆動電極とを含む請求項９に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１１】
前記ポンプ溝は前記共通循環路から前記共通液室の方向に漸次縮径するディフューザ領域を備え、前記駆動部は前記ディフューザ領域よりも前記共通液室の側に位置する請求項９又は１０に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１２】
前記ディフューザ領域における前記ポンプ溝の対向する２つの側面は、開き角度が５０°〜７０°の範囲にある請求項１１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１３】
前記ノズルプレートは、前記循環路と前記ポンプ溝との間の流路に前記循環路から前記ポンプ溝の方向に漸次縮径するディフューザ領域を備える請求項９又は１０に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１４】
前記共通液室と前記循環路の間の前記ポンプ溝の側の流路には、前記ポンプ溝から前記共通循環路の方向に液体が流れるのを阻止する逆止弁を備える請求項９〜１３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１５】
前記液体ポンプは、複数の前記吐出溝が配列する溝列と前記圧電体基板の基準方向における端部との間に位置する請求項８〜１４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１６】
前記共通液室は、外部から液体を流入し前記外部に液体を流出する循環型である請求項１〜１５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１７】
側面に開口する複数の吐出溝と、前記複数の吐出溝とは別に設けられた循環用の液体ポンプとを備える圧電体基板と、
複数の前記吐出溝に連通する共通液室を有し、前記圧電体基板の表面に位置するカバープレートと、
複数の前記吐出溝にそれぞれ連通する複数のノズル孔を有し、前記圧電体基板の側面に位置するノズルプレートと、を備え、
前記液体ポンプは前記吐出溝の前記ノズル孔の近傍の液体を前記共通液室に循環させる液体噴射ヘッド。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被記録媒体に液滴を噴射して記録する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字や図形を記録する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜を形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料などの液体を液体タンクから供給管を介してチャンネルに導き、チャンネルに充填される液体に圧力を印加してチャンネルに連通するノズルから液体を吐出する。液体の吐出の際には、液体噴射ヘッドや被記録媒体を移動させて文字や図形を記録する、或いは所定形状の機能性薄膜を形成する。
【０００３】
この種の液体噴射ヘッドとして、圧電体基板の基板側面に垂直に液滴を吐出するエッジシュート型と、圧電体基板の基板表面に垂直に液滴を吐出するサイドシュート型が知られている。エッジシュート型の液体噴射ヘッドはサイドシュート型の液体噴射ヘッドよりも液滴の吐出面を小型化することができる。また、液体タンクとチャンネルの間の液体を液体ポンプにより循環させる液体循環型の液体噴射ヘッドが利用されている。液体循環型の液体噴射ヘッドはノズル近傍の液体が循環して滞留しない。そのため、ノズル内の液体の乾燥が抑制され、メニスカスが安定する。また、液体に分散する粒子の沈殿を防止でき、更に、液体中に発生する気泡を除去することができるため、信頼性が向上し堅牢な液体噴射ヘッドを構成することができる。
【０００４】
例えば、特許文献１には液体循環型の液体噴射装置が記載される。この液体噴射装置は、サイドシュート型の液体噴射ヘッドと、液体タンクから液体噴射ヘッドに液体を供給する加圧ポンプと、液体噴射ヘッドから液体タンクに液体を排出する吸引ポンプと、これらを連通する循環路を備える。液体は、液体タンクから加圧ポンプを介して液体噴射ヘッドに供給され、液体噴射ヘッドから吸引ポンプを介して液体タンクに循環する。液体噴射ヘッドは、圧電体基板と、圧電体基板の表面に接合するカバープレートと、圧電体基板のカバープレートとは反対側の表面に接着するノズルプレートとを備える。圧電体基板は、両端が圧電体基板の表面において終端する複数の吐出溝を備える。カバープレートは吐出溝の一端に連通する液体供給室と吐出溝の他端に連通する液体排出室を備える。ノズルプレートは、吐出溝の溝方向における中央の位置において吐出溝と連通するノズルを備える。液体は、液体タンク→加圧ポンプ→液体供給室→複数の吐出溝→液体排出室→吸引ポンプ→液体タンクの順に循環する。
【０００５】
また、特許文献２には、圧電素子を用いるバルブレスマイクロポンプが記載される。バルブレスマイクロポンプは、ディフューザ形状の流路と、ディフューザ形状の狭い側の流路に連通する体積変動室を備える。体積変動室は、側壁の一部に圧電素子を備え、この圧電素子を振動させてディフューザ形状の狭い側の流路に振動流を生成する。この振動流は、流路の液体にディフューザ形状の広い側から狭い側に流れを生成する。ディフューザ形状の流路では液体の流れる方向によって流路抵抗の大きさが異なり、ディフューザ形状の狭い側から広い側に流れる流路抵抗よりも、その逆の広い側から狭い側に流れる流路抵抗の方が小さい。そのため、液体に振動流を生成することができればバルブを用いることなく流路の液体に一方向の流れを生じさせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１２４９３５号公報
【特許文献２】特許第４７７９１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エッジシュート型の液体噴射ヘッドは、吐出溝の一端が圧電体基板の側面に開口し、他端が圧電体基板の表面で終端する。液滴は圧電体基板の側面に接着されるノズルプレートのノズルから側面に垂直な方向に吐出される。吐出溝への液体の供給は、特許文献１に記載の液体供給室と同様に、圧電体基板の表面に接合するカバープレートの液体供給室から容易に行うことができる。しかし、液滴を吐出する吐出面が圧電体基板の側面であることから、ノズル近傍に液体排出構造をコンパクトに構成することが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体噴射ヘッドは、側面に開口する複数の吐出溝を備える圧電体基板と、複数の前記吐出溝に連通する共通液室を有し、前記圧電体基板の表面に位置するカバープレートと、複数の前記吐出溝にそれぞれ連通する複数のノズル孔を有し、前記圧電体基板の側面に位置するノズルプレートと、を備え、前記ノズルプレートは、複数の前記ノズル孔にそれぞれ連通する複数の循環路と複数の前記循環路に連通する共通循環路とを有することとした。
【０００９】
また、前記ノズルプレートは、第一ノズルプレートと前記第一ノズルプレートの前記圧電体基板の側に位置する第二ノズルプレートとを有し、前記第一ノズルプレートが前記ノズル孔を有し、前記第二ノズルプレートは、前記ノズル孔と前記吐出溝とを連通する第一連通孔と、前記循環路と、前記共通循環路とを有し、前記循環路が前記第一連通孔に連通することとした。
【００１０】
また、前記ノズル孔の開口中心と前記第一連通孔の開口中心とは略同一であることとした。
【００１１】
また、前記第一連通孔の孔径は前記ノズル孔の孔径よりも大きいこととした。
【００１２】
また、前記循環路は前記第二ノズルプレートの前記第一ノズルプレートの側の表面に位置することとした。
【００１３】
また、前記ノズルプレートは、前記第二ノズルプレートの前記圧電体基板の側に位置する第三ノズルプレートを有し、前記第三ノズルプレートは第二連通孔を有し、前記第一連通孔と前記吐出溝は前記第二連通孔を介して連通することとした。
【００１４】
また、前記ノズルプレートと前記圧電体基板の側面との間にフィルタープレートを備え、前記フィルタープレートは、前記第一連通孔と前記吐出溝を連通させる複数の開口からなる第三連通孔を有することとした。
【００１５】
また、前記圧電体基板は前記共通循環路の液体を前記共通液室に循環させる液体ポンプを備えることとした。
【００１６】
また、前記液体ポンプは、一端が前記圧電体基板の側面に開口して前記共通循環路に連通し、他端が前記共通液室に連通するポンプ溝と、前記ポンプ溝に充填される液体に圧力変動を誘起する駆動部とを備えることとした。
【００１７】
また、前記駆動部は、前記ポンプ溝を構成する２つの側壁と前記側壁の両側面に位置する駆動電極とを含むこととした。
【００１８】
また、前記ポンプ溝は前記共通循環路から前記共通液室の方向に漸次縮径するディフューザ領域を備え、前記駆動部は前記ディフューザ領域よりも前記共通液室の側に位置することとした。
【００１９】
また、前記ディフューザ領域における前記ポンプ溝の対向する２つの側面は開き角度が５０°〜７０°の範囲にあることとした。
【００２０】
また、前記ノズルプレートは、前記循環路と前記ポンプ溝との間の流路に前記循環路から前記ポンプ溝の方向に漸次縮径するディフューザ領域を備えることとした。
【００２１】
また、前記共通液室と前記循環路の間の前記ポンプ溝の側の流路には、前記共通液室から前記共通循環路の方向に液体が流れるのを阻止する逆止弁を備えることとした。
【００２２】
また、前記液体ポンプは、複数の前記吐出溝が配列する溝列と前記圧電体基板の基準方向における端部との間に位置することとした。
【００２３】
また、前記共通液室は、外部から液体を流入し前記外部に液体を流出する循環型であることとした。
【００２４】
本発明の液体噴射ヘッドは、側面に開口する複数の吐出溝と、前記複数の吐出溝とは別に設けられた循環用の液体ポンプとを備える圧電体基板と、複数の前記吐出溝に連通する共通液室を有し、前記圧電体基板の表面に位置するカバープレートと、複数の前記吐出溝にそれぞれ連通する複数のノズル孔を有し、前記圧電体基板の側面に位置するノズルプレートと、を備え、前記液体ポンプは前記吐出溝の前記ノズル孔の近傍の液体を前記共通液室に循環させることとした。
【００２５】
本発明の液体噴射装置は、上記の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えることとした。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の液体噴射ヘッドは、側面に開口する複数の吐出溝を備える圧電体基板と、複数の吐出溝に連通する共通液室を有し、圧電体基板の表面に位置するカバープレートと、複数の吐出溝にそれぞれ連通する複数のノズル孔を有し、圧電体基板の側面に位置するノズルプレートと、を備え、ノズルプレートは、複数のノズル孔にそれぞれ連通する複数の循環路と複数の循環路に連通する共通循環路とを有する。これにより、液体噴射ヘッドの容積を大きく増加させることなく液体循環構造を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの構成図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドのノズルプレート近傍の説明図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドのノズルプレート近傍の縦断面模式図である。
【図５】本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドのノズルプレート近傍の説明図である。
【図６】本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッドのノズルプレート近傍の説明図である。
【図７】本発明の第六実施形態に係る液体噴射ヘッドのノズルプレート近傍の部分縦断面模式図である。
【図８】本発明の第七実施形態に係る液体噴射ヘッドの構成図である。
【図９】本発明の第八実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な部分分解斜視図である。
【図１０】本発明の第八実施形態に係る液体噴射ヘッドの圧電体基板の表面の垂直方向から見る部分平面模式図である。
【図１１】本発明の第九実施形態に係る液体噴射ヘッドの圧電体基板の表面の垂直方向から見る部分平面模式図である。
【図１２】本発明の第十実施形態に係る液体噴射ヘッドの第二ノズルプレートを第一ノズルプレート側から見る部分正面模式図である。
【図１３】本発明の第十一実施形態に係る液体噴射ヘッドの圧電体基板の表面の垂直方向から見る部分平面模式図である。
【図１４】本発明の第十二実施形態に係る液体噴射ヘッドの構成図である。
【図１５】本発明の第十三実施形態に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１の構成図である。本第一実施形態は本発明に係る液体噴射ヘッド１の基本構成を表す。液体噴射ヘッド１は、圧電体基板２とカバープレート３とノズルプレート４とを備える。圧電体基板２は、基板の側面に開口する複数の吐出溝２ａを備える。カバープレート３は、複数の吐出溝２ａに連通する共通液室３ａを備え、圧電体基板２の表面に位置する。ノズルプレート４は、複数の吐出溝にそれぞれ連通する複数のノズル孔５を有し、圧電体基板２の側面に位置する。ノズルプレート４は、更に、複数のノズル孔５にそれぞれ連通する複数の循環路６と、複数の循環路６に連通する共通循環路７とを有する。液体噴射ヘッド１は、吐出溝２ａが圧電体基板２の側面に開口し、ノズルプレート４が側面に位置するエッジシュート型である。
【００２９】
液体噴射ヘッド１は、次にように動作する。まず、液体は、図示しない液体タンクから共通液室３ａに流入し、共通液室３ａから各吐出溝２ａに流入する。吐出溝２ａの側壁は駆動信号に応じて変形し、吐出溝２ａに充填される液体に圧力波を生成し、この圧力波が吐出溝２ａに連通するノズル孔５から液滴を吐出させる。一方、各ノズル孔５には循環路６が連通し、各循環路６は共通循環路７に連通して合流する。共通循環路７を、例えば図示しない液体タンクに連通させ、ノズル孔５近傍の液体を液体タンクに戻して循環させることができる。また、共通循環路７を、液体ポンプを介して共通液室３ａに連通させ、ノズル孔５近傍の液体を共通液室３ａに戻して循環させることができる。
【００３０】
このように、ノズルプレート４に液体を循環させる循環路６及び共通循環路７を設けるので、液体噴射ヘッド１の容積を大きく増加させることなく液体循環構造を簡便に構成することができる。その結果、エッジシュート型の液体噴射ヘッド１においても、ノズル孔５のメニスカスの安定化、ノズル孔５近傍の粒子の沈殿防止及び気泡の除去等を行うことができ、信頼性及び堅牢性が向上する。
【００３１】
（第二実施形態）
図２は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の説明図である。図２（ａ）は液体噴射ヘッド１の模式的な部分分解斜視図であり、図２（ｂ）は液体噴射ヘッド１の模式的な部分斜視図である。図３は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１のノズルプレート４近傍の説明図である。図３（ａ）はノズルプレート４近傍の部分縦断面模式図であり、図３（ｂ）は第二ノズルプレート４ｂの第一ノズルプレート４ａ側から見る部分正面模式図である。本第二実施形態では液体噴射ヘッド１の具体的な構造について説明する。以下、液滴の吐出方向を前方、これと反対方向を後方という。同一の部分または同一の機能を有する部分については同一の符号を付している。
【００３２】
図２に示すように、液体噴射ヘッド１は、圧電体基板２と、圧電体基板２の表面ＵＳに接合するカバープレート３と、圧電体基板２及びカバープレート３の面一な側面ＳＳに接着するノズルプレート４とを備える。圧電体基板２は、表面ＵＳの基準方向Ｋに吐出溝２ａと非吐出溝２ｂが側壁２ｆを挟んで交互に配列する溝列Ｍを備える。吐出溝２ａは、一端が圧電体基板２の前方の側面ＳＳに開口し、他端が圧電体基板２の後方の表面ＵＳにおいて終端する。非吐出溝２ｂは、一端が圧電体基板２の前方の側面ＳＳに開口し、他端が圧電体基板２の後方の側面に開口する。吐出溝２ａと非吐出溝２ｂは駆動壁である側壁２ｆにより分離される。側壁２ｆは両壁面に帯状の駆動電極２ｃを備え、帯状の駆動電極２ｃは側壁２ｆの上端から溝の深さの略１／２の幅を有する。圧電体基板２の表面ＵＳは、吐出溝２ａの後方に共通端子２ｄと後方の端部側に個別端子２ｅを備える。共通端子２ｄは、吐出溝２ａの両側面に位置する２つの駆動電極２ｃに電気的に接続し、個別端子２ｅは、吐出溝２ａを挟む２つの非吐出溝２ｂの吐出溝２ａ側の両側面に位置する２つの駆動電極２ｃに電気的に接続する。
【００３３】
圧電体基板２は、例えばＰＺＴセラミックスを使用することができる。圧電体基板２は、表面ＵＳの垂直方向に一様に分極処理が施される。吐出溝２ａ及び非吐出溝２ｂの溝幅Ｗ３（図３（ｂ）を参照）は２０μｍ〜１００μｍであり、溝深さＷ４（図３（ｂ）を参照）は２００μｍ〜４００μｍである。共通端子２ｄ及び個別端子２ｅに駆動信号を与えて側壁２ｆを“く”の字又はその逆形状に変形させ、吐出溝２ａの容積を拡張させ又は縮小させる。
【００３４】
カバープレート３は、前方の側面ＳＳを圧電体基板２の側面ＳＳと面一に、圧電体基板２の吐出溝２ａを覆い、共通端子２ｄ及び個別端子２ｅが露出するように、圧電体基板２の表面ＵＳに接着剤を介して接合する。カバープレート３は、共通液室３ａ及び共通液室３ａの底面から圧電体基板２側に貫通するスリット３ｂを備える。共通液室３ａは吐出溝２ａの後方側の上部に位置し、スリット３ｂは吐出溝２ａの後方の端部近傍に連通する。従って、共通液室３ａに供給される液体はスリット３ｂを介して各吐出溝２ａに流入するが、非吐出溝２ｂには流入しない。カバープレート３は、圧電体基板２と同じ材料を使用することができる。圧電体基板２とカバープレート３に同じ材料を使用すれば、熱膨張差による圧電体基板２の変形を避けることができる。また、カバープレート３は他のセラミックス材料や合成樹脂材料を使用することができる。
【００３５】
ノズルプレート４は、第一ノズルプレート４ａと第一ノズルプレート４ａの圧電体基板２の側に位置する第二ノズルプレート４ｂとを有する。第一ノズルプレート４ａは基準方向Ｋに配列する複数のノズル孔５を有する。ノズル孔５は中心軸Ｘの周りに回転対称の形状を有する。第二ノズルプレート４ｂは、ノズル孔５と吐出溝２ａとを連通する第一連通孔８ａと、第一連通孔８ａに連通する循環路６と、複数の循環路６が連通する共通循環路７とを備える。第一連通孔８ａは第二ノズルプレート４ｂの厚さ方向に貫通する。循環路６と共通循環路７は、第二ノズルプレート４ｂの第一ノズルプレート４ａ側の表面に設置する溝からなる。各循環路６は各第一連通孔８ａにそれぞれ連通する。各循環路６と共通循環路７は、第一連通孔８ａよりも上方であり、カバープレート３の側面ＳＳの前方に位置する。共通循環路７は基準方向Ｋに延在する。各循環路６は共通循環路７にそれぞれ連通して合流する。共通循環路７は循環路６が合流する数に応じて幅広に形成し、各循環路６の流速が低下しないようにすることが好ましい。循環路６は第一ノズルプレート４ａではなく第二ノズルプレート４ｂに設けるので、ノズル孔５の回転対称形状を維持することができ、吐出特性への悪影響を避けることができる。
【００３６】
第一及び第二ノズルプレート４ａ、４ｂは、ポリイミドフィルム等のプラスチック系フィルム、或いは金属フィルムを使用することができる。図３（ａ）に示すように、第二ノズルプレート４ｂは、厚さｔが１５μｍ〜１００μｍとするのが好ましい。第二ノズルプレート４ｂは厚さｔが１００μｍよりも厚くなると吐出溝２ａからノズル孔５に伝搬する圧力波の圧力損失が大きくなり、吐出効率が低下する。また、循環路６及び共通循環路７は、溝の深さｄが１５μｍを下回ると液体に分散する色材粒子によって閉塞しやすくなるので、循環路６の溝幅Ｗ５及び共通循環路７の溝幅Ｗ６を１５μｍ以上とする。同様の理由で、第二ノズルプレート４ｂの厚さは１５μｍを下回らない。ノズル孔５の孔径Ｒａは２０μｍ〜７０μｍとすることができる。なお、ノズルプレート４は、カバープレート３及び圧電体基板２の側面ＳＳをはみ出して大きく形成することができるので、共通循環路７の位置や溝幅（Ｗ６）はカバープレート３や圧電体基板２の厚さの範囲に制限されない。例えば、ノズルプレート４を、圧電体基板２及びカバープレート３の端部の周囲を囲むノズルキャップに対応する形状とすることができる。つまり、共通循環路７は、ノズルプレート４において、ノズルキャップに対応する位置へ形成しても構わない。
【００３７】
また、第一連通孔８ａの開口幅Ｗ１及び開口長Ｗ２はノズル孔５の孔径Ｒａよりも大きくすることが好ましい。また、第一連通孔８ａの開口形状は圧電体基板２の側面ＳＳに開口する吐出溝２ａの開口形状と略等しく又は吐出溝２ａの開口形状よりも大きく形成し、吐出溝２ａからノズル孔５に伝搬する圧力波の圧力損失を低減させることが好ましい。例えば、ノズル孔５の孔径Ｒａが吐出溝２ａの溝幅Ｗ３よりも大きくなる場合に、第一連通孔８ａの開口形状、特に開口幅Ｗ１をノズル孔５の孔径Ｒａ及び吐出溝２ａの溝幅Ｗ３よりも大きくすれば、第一連通孔８ａはバッファ層として機能し、圧力波のエネルギー損失を低減させることができる。また、中心軸Ｘに回転対称なノズル孔５の開口中心と第一連通孔８ａの開口中心とを略同一に形成し、ノズル孔５から液滴が偏って（第一ノズルプレート４ａの吐出面の垂直方向からずれて）吐出するのを防止する。
【００３８】
液体は、図示しない液体タンクから共通液室３ａに流入し、共通液室３ａからスリット３ｂを介して分岐して各吐出溝２ａに流入し、各吐出溝２ａから各第一連通孔８ａを介して各ノズル孔５に流入する。液体は、更に、各第一連通孔８ａから各循環路６に流入し、各循環路６から共通循環路７に流入して合流する。そして、液体を共通循環路７から液体ポンプを介して液体タンクに、又はカバープレート３の共通液室３ａに戻す液体循環構造を構成することができる。共通端子２ｄと個別端子２ｅに駆動信号を与え、吐出溝２ａを挟む両側壁２ｆの駆動電極２ｃに電圧を与え、各側壁２ｆの２つの駆動電極２ｃの間の圧電体に電界を印加する。これにより側壁２ｆが厚み滑り変形して吐出溝２ａの液体に圧力波が生成し、この圧力波がノズル孔５に伝搬して液滴が吐出される。
【００３９】
このように、エッジシュート型の液体噴射ヘッド１においても、第二ノズルプレート４ｂを追加するだけで液体循環構造を簡便に構成することができ、また、液体噴射ヘッド１の容積や重量の大きな増加がない。加えて、ノズル孔５のメニスカスの安定化、ノズル孔５近傍の粒子の沈殿防止及び気泡の除去等を行うことができ、信頼性及び堅牢性を向上させることができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、非吐出溝２ｂが圧電体基板２の前方側面から後方側面にストレートに形成されるが、非吐出溝２ｂを吐出溝２ａと同じ形状とし、個別端子２ｅを共通端子２ｄと同じ形状としてもよい。また、本実施形態では吐出溝２ａと非吐出溝２ｂが基準方向Ｋに交互に配列する構成であるが、これに代えて、吐出溝２ａのみを基準方向Ｋに配列する構成であってもよい。この場合は、例えば３サイクル駆動により液滴を吐出することができる。また、圧電体基板２は、表面ＵＳの垂直方向に一様に分極処理が施されているが、これに代えて、表面ＵＳの垂直方向に分極処理が施されている２枚の圧電体基板を、分極方向を反対向きに重ね合せたシェブロン型の圧電体基板を使用することができる。この場合、分極境界は吐出溝２ａの深さの略１／２とする。また、帯状の駆動電極２ｃは、例えば側壁２ｆの上端から溝の底面まで側壁２ｆの全面にわたる幅とする。
【００４１】
（第三実施形態）
図４は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１のノズルプレート４近傍の縦断面模式図である。第二実施形態と異なる点は、ノズルプレート４が第一〜第三ノズルプレート４ａ、４ｂ、４ｃの３層構造である点であり、その他の構成は第二実施形態と同様である。従って、以下、第二実施形態と異なる点について説明し、同一の構成については説明を省略する。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００４２】
ノズルプレート４は、第一ノズルプレート４ａ、第二ノズルプレート４ｂ及び第三ノズルプレート４ｃの積層構造を有し、第三ノズルプレート４ｃが圧電体基板２の側面ＳＳに接着する。第一ノズルプレート４ａは基準方向Ｋに配列する複数のノズル孔５を有する。第二ノズルプレート４ｂは、複数のノズル孔５にそれぞれ連通する複数の第一連通孔８ａと、複数の第一連通孔８ａにそれぞれ連通する複数の循環路６と、複数の循環路６に連通する共通循環路７とを有する。第三ノズルプレート４ｃは、第一連通孔８ａと圧電体基板２の側面ＳＳに開口する吐出溝２ａとを連通する第二連通孔８ｂを有する。第二実施形態では第二ノズルプレート４ｂの第一ノズルプレート４ａ側の表面に循環路６及び共通循環路７からなる溝を形成しているが、本第三実施形態では、第一ノズルプレート４ａと第三ノズルプレート４ｃの間の第二ノズルプレート４ｂによって循環路６及び共通循環路７を構成する。
【００４３】
具体的に、第二ノズルプレート４ｂは第一連通孔８ａ、循環路６及び共通循環路７を有する。第一連通孔８ａ、循環路６及び共通循環路７の深さｄは第二ノズルプレート４ｂの厚さに等しい。つまり、第二ノズルプレート４ｂは、第一連通孔８ａ、循環路６及び共通循環路７の板厚方向に貫通する貫通孔を有する。そして、第一ノズルプレート４ａと第三ノズルプレート４ｃで第二ノズルプレート４ｂを挟んで積層したことによって、この貫通孔を循環路６及び共通循環路７として構成している。
【００４４】
第一〜第三ノズルプレート４ａ、４ｂ、４ｃは、いずれもポリイミド系フィルム等のプラスチック系フィルム、或いは金属フィルムを使用することができる。第二及び第三ノズルプレート４ｂ、４ｃの合計厚さは１５μｍ〜１００μｍとするのが好ましい。第二ノズルプレート４ｂは、厚さが１５μｍを下回らない。これにより、液体に分散する色材粒子によって循環路６や共通循環路７が閉塞されないようにする。第三ノズルプレート４ｃの第二連通孔８ｂの開口形状は、第二ノズルプレート４ｂの第一連通孔８ａと同様の形状を有し、第一連通孔８ａの開口形状は、第二実施形態の第一連通孔８ａの開口形状と同様なので、説明を省略する。また、循環路６及び共通循環路７の溝幅Ｗ５、Ｗ６も第二実施形態と同様である。このようにノズルプレート４を３層構造とすれば、循環路６及び共通循環路７を容易に構成することができる。
【００４５】
なお、以上の説明による第二及び第三実施形態におけるノズルプレート４は、ノズルプレート４内部に循環路６及び共通循環路７を備える。従って、ノズルプレート４を圧電体基板２及びカバープレート３の側面ＳＳから突出させて液体を排出するための配管部材として利用することができる。
【００４６】
（第四実施形態）
図５は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１のノズルプレート４近傍の説明図である。図５（ａ）は吐出溝２ａの溝方向の部分縦断面模式図であり、図５（ｂ）は、第二ノズルプレート４ｂを第一ノズルプレート４ａ側から見る部分正面模式図である。第三実施形態と異なる点は、第三ノズルプレート４ｃを除去した点であり、その他の構成は第三実施形態と同様である。同一の構成については説明を省略する。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００４７】
図５に示すように、ノズルプレート４は、第一ノズルプレート４ａ及び第二ノズルプレート４ｂの積層構造を有し、第二ノズルプレート４ｂは圧電体基板２及びカバープレート３の側面ＳＳに接着する。第一ノズルプレート４ａは基準方向Ｋに配列する複数のノズル孔５を有し、第二ノズルプレート４ｂは、複数のノズル孔５にそれぞれ連通する複数の第一連通孔８ａと、複数の第一連通孔８ａにそれぞれ連通する複数の循環路６と、複数の循環路６に連通する共通循環路７とを有する。ここで、第一連通孔８ａはノズル孔５と側面ＳＳに開口する吐出溝２ａを連通させる。
【００４８】
ノズルプレート４の側面ＳＳへの接着を次のように行うことができる。例えば、第二ノズルプレート４ｂ用のフィルムを基体上に貼り付け、次に、基体上のフィルムに第一連通孔８ａ、循環路６及び共通循環路７のパターンを厚さ方向に貫通させる。そして、基体と第二ノズルプレート４ｂ用のフィルムを圧電体基板２及びカバープレート３の側面ＳＳに貼り付け、次に、基体を第二ノズルプレート４ｂから剥離する。次に、第一ノズルプレート４ａを第二ノズルプレート４ｂに重ねて接着すればよい。
【００４９】
第一連通孔８ａ、循環路６及び共通循環路７は、第一ノズルプレート４ａと圧電体基板２及びカバープレート３の側面ＳＳにより挟まれる領域からなり、第一連通孔８ａ、循環路６及び共通循環路７の深さは第二ノズルプレート４ｂの厚さとなる。そのため、第一実施形態における第二ノズルプレート４ｂよりも厚さを薄く構成することができ、その分、ノズル孔５と吐出溝２ａの開口との間の距離が短縮する。なお、第二ノズルプレート４ｂの材質、第一連通孔８ａの孔径、開口形状、循環路６及び共通循環路７の溝幅は第二実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００５０】
以上、第一〜第四実施形態において、共通循環路７は液体の流れの上流から下流に向かうにしたがって、溝幅が漸次拡大するように形成すれば、吐出溝２ａの位置によらず略等しい流量を流すことができる。
【００５１】
（第五実施形態）
図６は、本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッド１のノズルプレート４近傍の説明図である。図６（ａ）は、第二ノズルプレート４ｂを第一ノズルプレート４ａ側から見る部分正面模式図であり、図６（ｂ）は、ＡＡ部分の横断面を上方から見る部分横断面模式図である。ノズル孔５は、圧電体基板２側の孔径Ｒａの方が液滴を吐出する外部側の孔径Ｒｂよりも大きく、液滴吐出方向に漸次縮径する。第二実施形態と異なる点は、ノズル孔５の孔径Ｒａが吐出溝２ａの溝幅Ｗ３よりも大きい点である。その他の構成は第二実施形態と同様である。従って、以下、第二実施形態と異なる構成について説明し、同一の構成については説明を省略する。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００５２】
図６に示すように、ノズルプレート４は、第一ノズルプレート４ａと第一ノズルプレート４ａの圧電体基板２の側に位置する第二ノズルプレート４ｂとを有し、第一ノズルプレート４ａは吐出溝２ａの開口に対応する位置にノズル孔５を備え、第二ノズルプレート４ｂの第一連通孔８ａは吐出溝２ａとノズル孔５を連通する。ノズル孔５の孔径Ｒａは、吐出溝２ａの溝幅Ｗ３よりも大きい（Ｒａ＞Ｗ３）。第一連通孔８ａの開口幅Ｗ１は、ノズル孔５の孔径Ｒａ及び吐出溝２ａの溝幅Ｗ３よりも大きい（Ｗ１＞Ｒａ、Ｗ１＞Ｗ３）。第一連通孔８ａの開口長Ｗ２は吐出溝２ａの溝深さＷ４と等しい又は溝深さＷ４よりも大きい（Ｗ２≧Ｗ４）。なお、上記説明はあくまで例示であり、ノズルプレート４の貼り付け精度要求に応じて変更可能である。例えば、第一連通孔８ａの開口長Ｗ２は吐出溝２ａの溝深さＷ４よりも小さくても構わない（Ｗ２＜Ｗ４）。
【００５３】
液体噴射ヘッド１の吐出溝２ａの基準方向Ｋの配置密度が高密度化し、吐出溝２ａの溝幅Ｗ３が狭くなっている。一方、ノズル孔５の孔径Ｒａは吐出する液滴の液量を確保するために所定の孔径よりも小さくすることができない。そのため、ノズル孔５の孔径Ｒａを吐出溝２ａの溝幅Ｗ３よりも大きく形成する必要が生ずる。しかし、吐出溝２ａの溝幅Ｗ３がノズル孔５の孔径Ｒａよりも小さくなると、ノズル孔５に対する吐出溝２ａの開口領域が吐出溝２ａに対するノズル孔５の僅かな位置ずれによって変化する。つまり、ノズル孔５に対する吐出溝２ａの開口領域の面積や、ノズル孔５の中心に対する上記開口領域の中心が、吐出溝２ａとノズル孔５の間の基準方向Ｋにおける僅かな位置ずれによって変化する。その結果、ノズル孔５から吐出する液滴の吐出方向が偏向し、記録品質が低下する原因となる。これに対して、本第五実施形態では、吐出溝２ａとノズル孔５の間に位置ずれが発生する場合でも、第一連通孔８ａがバッファ層として機能し、ノズル孔５に対する吐出溝２ａの開口面積や開口中心の変化を緩和させ、記録品質の低下を防ぐことができる。
【００５４】
（第六実施形態）
図７は、本発明の第六実施形態に係る液体噴射ヘッド１のノズルプレート４近傍の部分縦断面模式図である。第二実施形態と異なる点は、ノズルプレート４と圧電体基板２の側面ＳＳとの間にフィルタープレート９を備える点である。その他の構成は第二実施形態と同様なので、以下、異なる点について説明し、同一の構成については説明を省略する。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００５５】
図７に示すように、液体噴射ヘッド１は、ノズルプレート４と圧電体基板２の側面ＳＳとの間にフィルタープレート９を備える。フィルタープレート９は、複数の開口からなる第三連通孔８ｃを有する。第三連通孔８ｃは第一連通孔８ａと吐出溝２ａとを連通させる。フィルタープレート９の開口率はできるだけ大きくとり、フィルタープレート９の厚さは５μｍ〜５０μｍとして、圧力損失を低減させる。第三連通孔８ｃの孔径Ｒｃは吐出溝２ａの溝幅Ｗ３又は溝深さＷ４よりも小さい。また、第三連通孔８ｃの孔径Ｒｃは、ノズル孔５の出口の孔径Ｒｂの９０％未満として、気泡や異物がノズル孔５を塞いで吐出不可となるのを防止する。フィルタープレート９は、ポリイミドフィルム等のプラスチック系フィルム、或いは金属フィルムを使用することができる。
【００５６】
このように、ノズルプレート４と圧電体基板２の側面ＳＳとの間にフィルタープレート９を設けるので、気泡や異物がノズル孔５を塞いで吐出不良となることを防止することができる。なお、フィルタープレート９は第三〜第五実施形態の液体噴射ヘッド１に適用することができる。
【００５７】
（第七実施形態）
図８は、本発明の第七実施形態に係る液体噴射ヘッド１の構成図である。本第七実施形態は、圧電体基板２に液体ポンプ１０を備え、ノズル孔５近傍の液体を共通液室３ａに循環させる液体循環構造を備える。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００５８】
液体噴射ヘッド１は、圧電体基板２とカバープレート３とノズルプレート４とを備える。圧電体基板２は、その側面に開口する複数の吐出溝２ａと、吐出溝２ａに充填されるノズル孔５の近傍の液体を循環させる液体ポンプ１０とを備える。カバープレート３は、複数の吐出溝２ａに連通する共通液室３ａを有し、圧電体基板２の表面ＵＳに位置する。ノズルプレート４は、複数の吐出溝２ａにそれぞれ連通する複数のノズル孔５を有し、圧電体基板２の側面に位置する。液体噴射ヘッド１は、吐出溝２ａが圧電体基板２の側面に開口し、ノズルプレート４が圧電体基板２の側面に位置するエッジシュート型である。
【００５９】
液体噴射ヘッド１のノズルプレート４は、各ノズル孔５の近傍において各吐出溝２ａにそれぞれ連通する複数の循環路６と、複数の循環路６が連通する共通循環路７を備え、共通循環路７が液体ポンプ１０の流入側に接続し、共通液室３ａが液体ポンプ１０の流出側に連通する。液体は、図示しない液体タンクから共通液室３ａに流入し、共通液室３ａから各吐出溝２ａ及び各ノズル孔５に流入する。吐出溝２ａの両側壁は駆動信号に応じて変形し、吐出溝２ａに充填される液体に圧力波を生成する。この圧力波が吐出溝２ａに連通するノズル孔５から液滴を吐出させる。一方、液体ポンプ１０は、各ノズル孔５近傍の液体を各循環路６及び共通循環路７に吸引し、共通液室３ａに送出して循環させる。
【００６０】
このように、圧電体基板２に液体ポンプ１０を設けるので、液体噴射ヘッド１の外部に液体ポンプを含む液体循環構造を設けることなくノズル孔５近傍の液体を循環させることができ、液体循環構造を極めてコンパクトに構成することができる。従って、エッジシュート型の液体噴射ヘッド１においても、ノズル孔５のメニスカスの安定化、ノズル孔５近傍の粒子の沈殿防止及び気泡の除去等を行うことができ、信頼性及び堅牢性を向上させることができる。なお、本実施形態では、循環路６と共通循環路７をノズルプレート４に設けているが、これに代えて、循環路６と共通循環路７をカバープレート３やカバープレート３と圧電体基板２の間に挿入するシートに設けて本実施形態と同様の液体循環路を構成することできる。
【００６１】
（第八実施形態）
図９は、本発明の第八実施形態に係る液体噴射ヘッド１の模式的な部分分解斜視図である。図１０は、本発明の第八実施形態に係る液体噴射ヘッド１の圧電体基板２の表面ＵＳの垂直方向から見る部分平面模式図である。なお、第一及び第二ノズルプレート４ａ、４ｂは理解を容易にするためにノズル孔５の中心を通り表面ＵＳと平行な方向の断面を表す。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００６２】
図９に示すように、液体噴射ヘッド１は、圧電体基板２と、圧電体基板２の表面ＵＳに接合するカバープレート３と、圧電体基板２及びカバープレート３の側面ＳＳに接着するノズルプレート４とを備える。圧電体基板２は、表面ＵＳの基準方向Ｋに吐出溝２ａと非吐出溝２ｂが側壁２ｆを挟んで交互に配列する溝列Ｍと、溝列Ｍの端部と圧電体基板２の端部との間に液体ポンプ１０を備える。吐出溝２ａは、一端が圧電体基板２の前方の側面ＳＳに開口し、他端が圧電体基板２の後方の表面ＵＳにおいて終端する。非吐出溝２ｂは、一端が圧電体基板２の前方の側面ＳＳに開口し、他端が圧電体基板２の後方の側面に開口する。吐出溝２ａと非吐出溝２ｂは駆動壁である側壁２ｆにより分離される。側壁２ｆは両壁面に帯状の駆動電極２ｃを備え、帯状の駆動電極２ｃは側壁２ｆの上端から溝の深さの略１／２の幅を有する。圧電体基板２の表面ＵＳは、吐出溝２ａの後方に共通端子２ｄ、共通端子２ｄと後方の端部との間に個別端子２ｅを備える。共通端子２ｄは、吐出溝２ａの両側面に位置する２つの駆動電極２ｃに電気的に接続し、個別端子２ｅは、吐出溝２ａを挟む２つの非吐出溝２ｂの吐出溝２ａ側の両側面に位置する２つの駆動電極２ｃに電気的に接続する。なお、液体ポンプ１０は、圧電体基板２の両端部の近傍に設置することに限定されず、片方の端部の近傍に設置してもよいし、溝列Ｍの中央部に設置してもよいし、他の場所に設置してもよい。
【００６３】
カバープレート３は、前方の側面ＳＳを圧電体基板２の側面ＳＳと面一に、圧電体基板２の吐出溝２ａを覆い、共通端子２ｄ及び個別端子２ｅが露出するように、圧電体基板２の表面ＵＳに接着剤を介して接合する。カバープレート３は、共通液室３ａ及び共通液室３ａの底面から圧電体基板２側に貫通するスリット３ｂ及び循環用スリット３ｃを備える。共通液室３ａは吐出溝２ａの後方側の上部に位置し、スリット３ｂは吐出溝２ａの後方の端部近傍に連通し、循環用スリット３ｃはポンプ溝１０ａの後方の端部近傍に連通する。従って、共通液室３ａに供給される液体はスリット３ｂを介して各吐出溝２ａに流入するが、非吐出溝２ｂには流入しない。また、液体ポンプ１０から送出される液体は循環用スリット３ｃを介して共通液室３ａに流入する。
【００６４】
ノズルプレート４は、第一ノズルプレート４ａと第一ノズルプレート４ａの圧電体基板２の側に位置する第二ノズルプレート４ｂとを有する。第一ノズルプレート４ａが基準方向Ｋに配列する複数のノズル孔５を有する。第二ノズルプレート４ｂは、ノズル孔５と吐出溝２ａとを連通する第一連通孔８ａと、第一連通孔８ａに連通する循環路６と、複数の循環路６が連通する共通循環路７と、共通循環路７と連通するポンプ連通孔１０ｆとを備える。第一連通孔８ａ及びポンプ連通孔１０ｆは第二ノズルプレート４ｂの厚さ方向に貫通する。循環路６と共通循環路７は、第二ノズルプレート４ｂの第一ノズルプレート４ａ側の表面に設置される溝からなる。各循環路６は各第一連通孔８ａにそれぞれ連通する。各循環路６は、第一連通孔８ａよりも上方でありカバープレート３の側面ＳＳに対応する位置であり、基準方向Ｋに延在する共通循環路７にそれぞれ連通する。共通循環路７に連通するポンプ連通孔１０ｆは、基準方向Ｋにおける端部に位置する第一連通孔８ａと第二ノズルプレート４ｂの端部との間に位置する。なお、第三又は第四実施形態のノズルプレート４を使用してもよい。また、第六実施形態のようにノズルプレート４と圧電体基板２の側面ＳＳとの間にフィルタープレート９を設置してもよい。
【００６５】
圧電体基板２、カバープレート３及びノズルプレート４の材料や、第一及び第二ノズルプレート４ａ、４ｂの厚さや、第一及び第二ノズルプレート４ａ、４ｂに形成するノズル孔５、第一連通孔８ａ、循環路６、共通循環路７の形状等については第二実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００６６】
液体ポンプ１０は、図１０に示すように、一端が圧電体基板２の側面ＳＳに開口して共通循環路７に連通し、他端が共通液室３ａに連通するポンプ溝１０ａと、ポンプ溝１０ａに充填される液体に圧力変動を誘起する駆動部１０ｋとを備える。具体的に、ポンプ溝１０ａは、一端が第二ノズルプレート４ｂのポンプ連通孔１０ｆを介して共通循環路７に連通し、他端はカバープレート３の循環用スリット３ｃを介して共通液室３ａに連通する。本実施形態においては、駆動部１０ｋは、ポンプ溝１０ａを挟む２つの側壁１０ｃと、各側壁１０ｃの両側面に位置する駆動電極１０ｄとを含む。ポンプ溝１０ａは、共通循環路７から共通液室３ａの方向に漸次縮径するディフューザ領域１３を備え、駆動部１０ｋはディフューザ領域１３よりも共通液室３ａの側に位置する。具体的には、ポンプ溝１０ａは共通循環路７から共通液室３ａの方向に溝幅が漸次縮小する。
【００６７】
具体的には、ポンプ溝１０ａの両側には２つのポンプ溝１０ｅが位置し、各ポンプ溝１０ｅは、一端が圧電体基板２の前方側の表面ＵＳでありディフューザ領域１３の狭口Ｎ近傍において終端し、他端が後方の側面に開口する。２つの側壁１０ｃは２つのポンプ溝１０ｅとポンプ溝１０ａとの間に位置する。電極端子１０ｇは、ポンプ溝１０ａの両側面に位置する駆動電極１０ｄと電気的に接続し、ポンプ溝１０ａの後方の端部近傍の表面ＵＳに位置する。電極端子１０ｈは、ポンプ溝１０ａを挟む２つのポンプ溝１０ｅのポンプ溝１０ａ側の側面の２つの駆動電極１０ｄと電気的に接続し、電極端子１０ｇと圧電体基板２の後方の端部との間の表面ＵＳに位置する。ポンプ溝１０ａ及びポンプ溝１０ｅは、吐出溝２ａ及び非吐出溝２ｂと同様にダイシングブレードを用いて同じ工程で形成することができる。ディフューザ領域１３のポンプ溝１０ａはサンドブラスト法やエッチング法により形成することができる。駆動電極１０ｄ、電極端子１０ｇ、１０ｈは、駆動電極２ｃ、共通端子２ｄ、個別端子２ｅと同時に金属材料の斜め蒸着法等により形成することができる。
【００６８】
２つの電極端子１０ｇ、１０ｈに駆動信号を与えることにより、２つの側壁１０ｃが厚み滑り変形してポンプ溝１０ａの容積を増減する。ディフューザ領域１３のポンプ溝１０ａは、幅の広い広口Ｂから幅の狭い狭口Ｎの方向に流れる流路抵抗に対し、逆方向の狭口Ｎから広口Ｂに流れる流路抵抗が大きい。そのため、側壁１０ｃを駆動して狭口Ｎ近傍の液体に圧力変動を与えると、液体は広口Ｂから狭口Ｎの方向に流れ、液体ポンプとして機能する。駆動信号は、ポンプ溝１０ａの容積が中立→拡大→中立を繰り返すように与えてもよいし、容積が中立→拡大→中立→縮小→中立を繰り返すように与えてもよい。ポンプ溝１０ａの液体が負圧のときにディフューザ領域１３のポンプ溝１０ａから液体を吸引し、正圧となるときに共通液室３ａに液体を送出する。
【００６９】
ポンプ溝１０ａの溝幅や溝の深さは、吐出溝２ａ及び非吐出溝２ｂの溝幅や溝の深さと同等であってもよいし、独立に形成してもよい。液体ポンプ１０を駆動させるための電極端子１０ｇ、１０ｈに与える駆動電圧は、吐出溝２ａを駆動させるための共通端子２ｄと個別端子２ｅに与える駆動信号と、電圧波高値（振幅）は共通でもよいが、パルス幅や周期は異なるように設定する。ディフューザ領域１３の対向する２つの側面の開き角度θは５０°〜７０°に設定し、ポンプ効率を向上させることが好ましい。なお、本実施形態においては、ディフューザ領域１３の溝幅が共通循環路７から共通液室３ａの方向に漸次縮小する構成であるが、これに代えて、ディフューザ領域１３の溝幅を一定とし、溝の深さが共通循環路７から共通液室３ａの方向に漸次浅くなる構成であってもよい。液体ポンプ１０は、圧電体基板２の基準方向Ｋの両端部に設置してもよいし、一方の端部に設置してもよい。また、液体ポンプ１０は、駆動能力に応じて両端部にそれぞれ複数設置することができる。液体ポンプ１０を複数設ける場合、それらを異なる位相で駆動して、液体ポンプ１０の駆動により発生する脈動がノズル孔５から吐出する液滴に与える悪影響を制御する。
【００７０】
このように、圧電体基板２の表面ＵＳに微小サイズの液体ポンプ１０を構成し、循環路６及び共通循環路７をノズルプレート４に構成することにより、液体噴射ヘッド１の容積を大きく増加させることなく液体循環構造を形成することができる。その結果、エッジシュート型の液体噴射ヘッド１においても、ノズル孔５のメニスカスの安定化、ノズル孔５近傍の粒子の沈殿防止及び気泡の除去等を行うことができ、信頼性及び堅牢性を向上させることができる。
【００７１】
（第九実施形態）
図１１は、本発明の第九実施形態に係る液体噴射ヘッド１の圧電体基板２の表面ＵＳの垂直方向から見る部分平面模式図である。なお、第一及び第二ノズルプレート４ａ、４ｂは理解を容易にするためにノズル孔５の中心を通り表面ＵＳと平行な方向の断面を表す。第八実施形態と異なる点は、ディフューザ領域１３が圧電体基板２ではなくノズルプレート４に位置する点であり、その他の構成は第八実施形態と同様である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００７２】
液体噴射ヘッド１は、圧電体基板２と、圧電体基板２の表面ＵＳに接合するカバープレート３と、圧電体基板２及びカバープレート３の側面ＳＳに接着するノズルプレート４とを備える。図１１に示すように、圧電体基板２は、表面ＵＳの基準方向Ｋに吐出溝２ａと非吐出溝２ｂが側壁２ｆを挟んで交互に配列する溝列Ｍと、溝列Ｍの端部と圧電体基板２の端部との間に液体ポンプ１０を備える。吐出溝２ａ、非吐出溝２ｂ、側壁２ｆ、駆動電極２ｃ、共通端子２ｄ及び個別端子２ｅの構成は第八実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００７３】
液体ポンプ１０は、図１１に示すように、一端が圧電体基板２の前方の側面ＳＳに開口し、他端が圧電体基板２の後方の端部よりも手前の表面ＵＳにおいて終端するポンプ溝１０ａと、ポンプ溝１０ａの両隣に側壁１０ｃを介して並列し、一端が前方の側面ＳＳに開口し、他端が後方の側面に開口する２つのポンプ溝１０ｅと、を備える。ポンプ溝１０ａは溝幅が均一で後方端部において底面から表面ＵＳに切り上がる傾斜面を成し、ポンプ溝１０ｅは溝幅及び溝深さが前方から後方に均一なストレートな形状を有する。ポンプ溝１０ａを挟む２つの側壁１０ｃは、それぞれ両側面に駆動電極１０ｄを備え、駆動部１０ｋを構成する。ポンプ溝１０ａの後方の端部近傍の表面ＵＳに電極端子１０ｇを備え、ポンプ溝１０ａの両側面に位置する駆動電極１０ｄと電気的に接続する。電極端子１０ｇと圧電体基板２の後方の端部との間の表面ＵＳに電極端子１０ｈが位置し、ポンプ溝１０ａを挟む２つのポンプ溝１０ｅのポンプ溝１０ａ側の側面に位置する駆動電極１０ｄと電気的に接続する。ポンプ溝１０ａ、１０ｅは、吐出溝２ａ及び非吐出溝２ｂと同様にダイシングブレードを用いて同じ工程で形成することができる。駆動電極１０ｄ、電極端子１０ｇ、電極端子１０ｈは、駆動電極２ｃ、共通端子２ｄと同時に金属材料の斜め蒸着法により形成することができる。
【００７４】
圧電体基板２の表面ＵＳには図示しないカバープレート３が接着剤を介して接合する。カバープレート３は、共通液室３ａ、共通液室３ａの底面にスリット３ｂ及び循環用スリット３ｃを備え、これらの構成は第八実施形態と同様であり、説明を省略する。ノズルプレート４は、第一ノズルプレート４ａと第一ノズルプレート４ａの圧電体基板２の側に位置する第二ノズルプレート４ｂとを有する。第一ノズルプレート４ａが基準方向Ｋに配列する複数のノズル孔５を有する。第二ノズルプレート４ｂは、ノズル孔５と吐出溝２ａとを連通する第一連通孔８ａと、第一連通孔８ａに連通する図示しない循環路６と、複数の循環路６が連通する図示しない共通循環路７と、共通循環路７と連通するポンプ連通孔１０ｆとを備える。
【００７５】
第一連通孔８ａ及びポンプ連通孔１０ｆは第二ノズルプレート４ｂの厚さ方向に貫通する。循環路６と共通循環路７は、第二ノズルプレート４ｂの第一ノズルプレート４ａ側の表面に設置される溝からなり、第八実施形態の構成と同様である。共通循環路７はポンプ連通孔１０ｆに連通する。ポンプ連通孔１０ｆは、基準方向Ｋにおける端部側に位置する第一連通孔８ａと第二ノズルプレート４ｂの端部との間に位置し、圧電体基板２の側面ＳＳに開口するポンプ溝１０ａに連通する。ポンプ連通孔１０ｆは、共通循環路７からポンプ溝１０ａの方向に漸次縮径するディフューザ領域１３を成す。ポンプ連通孔１０ｆの圧電体基板２側の開口形状はポンプ溝１０ａの側面ＳＳに開口する開口形状と略同じ形状を有する。つまり、ポンプ連通孔１０ｆは、共通循環路７からポンプ溝１０ａの方向に基準方向Ｋの幅及びこれに直交する方向の幅がそれぞれ漸次縮小する。なお、基準方向Ｋの幅及びこれに直交する方向の幅のいずれか一方が漸次縮小する形状であってもよい。
【００７６】
従って、液体ポンプ１０はポンプ溝１０ａと駆動部１０ｋを備える。ポンプ溝１０ａは一端が圧電体基板２の側面ＳＳに開口してポンプ連通孔１０ｆを介して共通循環路７に連通し、他端がカバープレート３の図示しない循環用スリット３ｃを介して共通液室３ａに連通する。駆動部１０ｋはポンプ溝１０ａを構成する２つの側壁１０ｃと各側壁１０ｃの側壁の両面に位置する駆動電極１０ｄを含む。２つの電極端子１０ｇ、１０ｈに駆動信号を与えることにより、２つの側壁１０ｃが厚み滑り変形してポンプ溝１０ａの容積を増減する。第二ノズルプレート４ｂのディフューザ領域１３（ポンプ連通孔１０ｆ）は、開口の広口から狭口方向に流れる流路抵抗に対し、逆方向の狭口から広口方向に流れる流路抵抗のほうが大きい。そのため、ポンプ溝１０ａの液体に圧力変動を与えると、液体はディフューザ領域１３の広口から狭口方向に流れ、液体ポンプとして機能する。
【００７７】
なお、ポンプ溝１０ａの溝幅や溝の深さは、吐出溝２ａ及び非吐出溝２ｂの溝幅や溝の深さと同等であってもよいし、独立に形成してもよい。液体ポンプ１０の溝列Ｍ側のポンプ溝１０ｅは溝列Ｍの端部に位置する非吐出溝２ｂにより兼用することができ、液体ポンプ１０の領域をより小さく構成することができる。液体ポンプ１０を駆動させるための電極端子１０ｇ、１０ｈに与える駆動電圧は、吐出溝２ａを駆動させるための共通端子２ｄと個別端子２ｅに与える駆動信号と、電圧波高値（振幅）は共通でもよいが、パルス幅や周期は異なるように設定する。ディフューザ領域１３の基準方向Ｋの対向する２つの側面、又は、基準方向Ｋに直交する方向の対向する２つの側面の開き角度θは５０°〜７０°に設定し、ポンプ効率を向上させることが好ましい。また、本実施形態ではノズルプレート４が２層構造を有するが、第三実施形態のようにノズルプレート４が三層構造の場合、或いは、第六実施形態のようにフィルタープレート９を備える場合には、第三ノズルプレート４ｃやフィルタープレート９にポンプ連通孔１０ｆに連通する貫通孔を設け、この貫通孔を循環路６からポンプ溝１０ａの方向に漸次縮径するディフューザ領域１３としてもよい。液体ポンプ１０は、圧電体基板２の基準方向Ｋの両端部に設置してもよいし、一方の端部に設置してもよい。また、液体ポンプ１０は、駆動能力に応じて両端部にそれぞれ複数設置することができる。液体ポンプ１０を複数設ける場合、それらを異なる位相で駆動して、液体ポンプ１０の駆動により発生する脈動がノズル孔５から吐出する液滴に与える悪影響を制御する。
【００７８】
これにより、液体噴射ヘッド１の容積を大きく増加させることなく液体循環構造を構成することができる。エッジシュート型の液体噴射ヘッド１においても、ノズル孔５のメニスカスの安定化、ノズル孔５近傍の粒子の沈殿防止及び気泡の除去等を行うことができ、信頼性及び堅牢性を向上させることができる。
【００７９】
（第十実施形態）
図１２は、本発明の第十実施形態に係る液体噴射ヘッド１の第二ノズルプレート４ｂを第一ノズルプレート４ａ側から見る部分正面模式図である。第九実施形態と異なる点は、ディフューザ領域１３をポンプ連通孔１０ｆに接続する共通循環路７に設ける点であり、その他の構成は第九実施形態と同様である。従って、以下、第九実施形態と異なる部分について説明し、同一の部分は説明を省略する。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００８０】
ノズルプレート４は、図示しない第一ノズルプレート４ａと第二ノズルプレート４ｂの積層構造を有する。圧電体基板２の側面ＳＳには、基準方向Ｋに交互に配列して溝列Ｍを構成する吐出溝２ａ及び非吐出溝２ｂが開口し、溝列Ｍと圧電体基板２の端部との間にポンプ溝１０ａが開口する。図示しない第一ノズルプレート４ａはノズル孔５を備える。第二ノズルプレート４ｂは、吐出溝２ａとノズル孔５を連通する第一連通孔８ａと、第一連通孔８ａに連通する循環路６と、複数の循環路６が連通する共通循環路７と、ポンプ溝１０ａに連通するポンプ連通孔１０ｆを備える。ポンプ連通孔１０ｆは板厚方向に貫通する。ポンプ連通孔１０ｆの開口はポンプ溝１０ａの開口とほぼ同じ形状を有する。ポンプ連通孔１０ｆと接続する共通循環路７の端部は、循環路６からポンプ溝１０ａの方向に漸次縮径するディフューザ領域１３を備える。本実施形態では、共通循環路７の深さは一定であり、共通循環路７の溝幅が循環路６からポンプ連通孔１０ｆの方向に漸次縮小する。ディフューザ領域１３の対向する２つの側面の開き角度θは５０°〜７０°に設定し、ポンプ効率を向上させることが好ましい。
【００８１】
このように、ディフューザ領域１３を第二ノズルプレート４ｂの平面方向に形成するので、ディフューザ領域１３の設計自由度が大きい。その他の構成及び特徴は第九実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００８２】
（第十一実施形態）
図１３は、本発明の第十一実施形態に係る液体噴射ヘッド１の圧電体基板２の表面ＵＳの垂直方向から見る部分平面模式図である。なお、第一及び第二ノズルプレート４ａ、４ｂは理解を容易にするためにノズル孔５の中心を通り表面ＵＳと平行な方向の断面を表す。第八実施形態と異なる点は、圧電体基板２の表面ＵＳにディフューザ領域１３を形成することに代えて、逆止弁を設ける点であり、その他の構成は第八実施形態と同様である。以下、第八実施形態と異なる構成について説明し、同一の構成については説明を省略する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００８３】
図１３に示すように、液体ポンプ１０は、一端が圧電体基板２の側面ＳＳに開口してノズルプレート４の共通循環路７に連通し、他端がカバープレート３の共通液室３ａに連通するポンプ溝１０ａと、ポンプ溝１０ａに充填される液体に圧力変動を誘起する駆動部１０ｋとを備える。また、共通液室３ａと循環路６の間のポンプ溝１０ａの側の流路には、ポンプ溝１０ａから共通循環路７の方向に液体が流れるのを阻止する逆止弁１１ａ、１１ｂを備える。
【００８４】
具体的には、ポンプ溝１０ａは、一端が圧電体基板２の側面ＳＳに開口し、他端が圧電体基板２の後方の表面において終端する。ポンプ溝１０ａは、前方の側面ＳＳ近傍に溝幅が広い拡幅部１０ｊを備え、拡幅部１０ｊの前方側面に逆止弁１１ａを備える。更に、ポンプ溝１０ａの後方端であり、共通液室３ａとの間の循環用スリット３ｃに逆止弁１１ｂを備える。駆動部１０ｋは、２つの逆止弁１１ａ、１１ｂの間に位置し、ポンプ溝１０ａを挟む２つの側壁１０ｃと、各側壁１０ｃの両側面に位置する駆動電極１０ｄを備える。電極端子１０ｇは、ポンプ溝１０ａの両側面に位置する駆動電極１０ｄと電気的に接続し、ポンプ溝１０ａの後方の端部近傍の表面ＵＳに位置する。電極端子１０ｈは、ポンプ溝１０ａを挟む２つのポンプ溝１０ｅのポンプ溝１０ａ側の側面の２つの駆動電極１０ｄと電気的に接続し、電極端子１０ｇと圧電体基板２の後方の端部との間の表面ＵＳに位置する。
【００８５】
２つの電極端子１０ｇ、１０ｈの間に駆動信号を与えると、２つの側壁１０ｃが厚み滑り変形してポンプ溝１０ａに充填される液体に圧力変動を誘起する。ポンプ溝１０ａの液体が負圧になると逆止弁１１ｂが閉じ、逆止弁１１ａが開いて共通循環路７から液体を吸引し、ポンプ溝１０ａの液体が正圧になると逆止弁１１ａが閉じ、逆止弁１１ｂが開いて液体を共通液室３ａに送出する。これを繰り返すことにより、共通循環路７から共通液室３ａに液体を循環させることができる。
【００８６】
本実施形態においても、液体噴射ヘッド１の容積を大きく増加させることなく液体循環構造を構成することができる。なお、液体ポンプ１０は、圧電体基板２の基準方向Ｋの両端部に設置することができる。また、液体ポンプ１０は、駆動能力に応じて両端部にそれぞれ複数設置することができる。また、逆止弁１１ａ、１１ｂの設置個所は本実施形態の位置に限らず、ノズルプレート４に設けてもよいし、ポンプ溝１０ａと連通する共通液室３ａに設けてもよい。
【００８７】
（第十二実施形態）
図１４は、本発明の第十二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の構成図である。第七〜第十一実施形態の液体噴射ヘッド１と異なる点は、カバープレート３に流路部材１２が追加される点である。従って、以下、第七〜第十一実施形態と異なる構成について説明し、同一の構成については説明を省略する。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００８８】
図１４に示すように、液体噴射ヘッド１は、カバープレート３に接合する流路部材１２を備える。流路部材１２は、共通液室３ａに連通する液室１２ａと、液室１２ａに液体を流入する供給口１２ｂと、液室１２ａから液体を排出する排出口１２ｃとを備える。液室１２ａの開口形状は共通液室３ａの開口形状と略同一である。従って、液室１２ａと共通液室３ａは一つの共通液室３ａとして機能する。
【００８９】
液体は、図示しない外部液体ポンプにより図示しない外部液体タンクから供給口１２ｂに供給され、排出口１２ｃから図示しない外部液体タンクに排出して循環する。つまり、共通液室３ａは、外部から液体を流入し外部に液体を流出する循環型である。一方、圧電体基板２の側では液体ポンプ１０により液体が共通液室３ａ、吐出溝２ａ、循環路６、共通循環路７及び液体ポンプ１０を介して循環する。例えば、図１４に示すように、液体ポンプ１０が共通液室３ａに送出する液体の一部は液室１２ａから排出口１２ｃに流出する。また、供給口１２ｂから流入する液体の一部は吐出溝２ａに流入する。そのため、共通液室３ａ、吐出溝２ａ及び液体ポンプ１０の間でのみ循環させる場合よりも液体の交換率が高くなり、液体の劣化を抑制することができる。
【００９０】
また、例えば液体噴射ヘッド１をシャトル型液体噴射装置に適用する場合に、液滴の吐出時には排出口１２ｃをバルブ等で閉じておき、液体ポンプ１０を用いて内部だけで液体を循環させる内部循環を行う。そして、所定の時間や所定の要件を満たしたときは液体噴射ヘッド１を搭載するシャトルをメンテナンス位置に移動させ、排出口１２ｃを開いて液体噴射装置の本体側と連結させ、液体を外部液体タンクと液室１２ａとの間を循環させる外部循環を行う。外部循環の際には外部循環路に脱気フィルターを設け、空気溶解などによって脱気レベルが低下した液体をリフレッシュさせることができる。また、キャリッジと液体噴射装置の本体との間の液体供給チューブと液体回収チューブのうち、液体回収チューブの機械的な負荷を低減させることができる。
【００９１】
（第十三実施形態）
図１５は本発明の第十三実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。液体噴射装置３０は、液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４０と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給する流路部３５、３５’と、流路部３５、３５’に連通する液体ポンプ３３、３３’及び液体タンク３４、３４’とを備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は既に説明した第一〜第十二実施形態の液体噴射ヘッドを使用する。
【００９２】
液体噴射装置３０は、紙等の被記録媒体４４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段４１、４２と、被記録媒体４４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体噴射ヘッド１、１’を載置するキャリッジユニット４３と、液体タンク３４、３４’に貯留した液体を流路部３５、３５’に押圧して供給する液体ポンプ３３、３３’と、液体噴射ヘッド１、１’を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構４０とを備えている。図示しない制御部は液体噴射ヘッド１、１’、移動機構４０、搬送手段４１、４２を制御して駆動する。
【００９３】
一対の搬送手段４１、４２は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに回転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体４４を主走査方向に搬送する。移動機構４０は、副走査方向に延びた一対のガイドレール３６、３７と、一対のガイドレール３６、３７に沿って摺動可能なキャリッジユニット４３と、キャリッジユニット４３を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３８と、この無端ベルト３８を図示しないプーリを介して周回させるモータ３９を備えている。
【００９４】
キャリッジユニット４３は、複数の液体噴射ヘッド１、１’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液滴を吐出する。液体タンク３４、３４’は対応する色の液体を貯留し、液体ポンプ３３、３３’、流路部３５、３５’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。各液体噴射ヘッド１、１’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット４３を駆動するモータ３９の回転及び被記録媒体４４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体４４上に任意のパターンを記録することできる。
【００９５】
なお、本実施形態は、移動機構４０がキャリッジユニット４３と被記録媒体４４を移動させて記録する液体噴射装置３０であるが、これに代えて、キャリッジユニットを固定し、移動機構が被記録媒体を二次元的に移動させて記録する液体噴射装置であってもよい。つまり、移動機構は液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させるものであればよい。
【符号の説明】
【００９６】
１  液体噴射ヘッド
２  圧電体基板、２ａ  吐出溝、２ｂ  非吐出溝、２ｃ  駆動電極、２ｄ  共通端子
２ｅ  個別端子、２ｆ  側壁
３  カバープレート、３ａ  共通液室、３ｂ  スリット、３ｃ  循環用スリット
４  ノズルプレート、４ａ  第一ノズルプレート、４ｂ  第二ノズルプレート
４ｃ  第三ノズルプレート
５  ノズル孔
６  循環路
７  共通循環路
８ａ  第一連通孔、８ｂ  第二連通孔、８ｃ  第三連通孔
９  フィルタープレート
１０  液体ポンプ、１０ａ  ポンプ溝、１０ｃ  側壁
１０ｄ  駆動電極、１０ｅ  ポンプ溝、１０ｆ  ポンプ連通孔
１０ｇ、１０ｈ  電極端子、１０ｋ  駆動部、１０ｊ  拡幅部
１１ａ、１１ｂ  逆止弁
１２  流路部材、１２ａ  液室、１２ｂ  供給口、１２ｃ  排出口
１３  ディフューザ領域
ＵＳ  表面、ＳＳ  側面、Ｋ  基準方向、Ｒａ、Ｒｂ  孔径、Ｍ  溝列
【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】
0006449629.tif 000008
【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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