(57)【要約】【課題】高速吐出に対応した好ましい液体吐出及びリフィルが実現される液体吐出ヘッド及び画像形成装置を提供する。【解決手段】液体吐出時には、アクチュエータ２６の動作に応動して流路開閉部材３０を下方向に移動させると、流路開閉部材３０に設けられたノズル開閉部３４は下方向に移動してノズル１２を開き、供給絞り開閉部３６は下方向に移動して供給絞り２８を閉じる。供給絞り２８を閉じて供給側の流路抵抗を上げることで、吐出効率を向上させることができる。また、リフィル時には、流路開閉部材３０を上方向に移動させると、ノズル開閉部３４は上方向に移動してノズル１２を閉じ、供給絞り開閉部３６は上方向に移動して供給絞り２８を開けるので、供給側の流路抵抗を下げることでリフィル効率を上げることができるとともに、ノズル１２を閉じることでメニスカスの乾燥を抑制することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出させるノズルと、
前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、
前記圧力室と連通される供給側流路と、
前記圧力室に設けられ、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記供給側流路の少なくとも一部を閉じ、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には吐出時に比べて供給側流路を開く供給側流路開閉部と、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記ノズルを開き、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には前記ノズルの少なくとも一部を閉じるように動作するノズル開閉部と、を有する流路開閉手段と、
を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記流路開閉手段は、前記圧力室に収容されている液体に吐出力を与えるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作に応動して前記ノズルから吐出される液体の吐出方向と略直交する方向に移動する可動部材を含むことを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記ノズル開閉部は、前記アクチュエータの動作に応動して前記圧力室内側の前記ノズルが形成される面に沿って移動して前記ノズルを開閉することを特徴とする請求項２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記供給側流路開閉部は、前記アクチュエータの動作に応じて前記供給側流路の断面積を可変させて該供給側流路を開閉することを特徴とする請求項２又は３記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記ノズル開閉部は、前記可動部材に設けられる第１の突起部を含み、該第１の突起部の前記ノズルに対応する部分の面積は前記ノズルの面積以上であることを特徴とする請求項２、３又は４記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記可動部材の移動範囲を規制する規制部材を備えたことを特徴とする請求項５記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記供給側流路開閉部は、前記可動部材に設けられる第２の突起部を含むことを特徴とする請求項２乃至６のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記ノズル開閉部及び前記供給側流路開閉部は、吐出時における前記ノズルを開くタイミングと前記供給側流路を閉じるタイミングとの間に所定の時間差があるとともに、リフィル時における前記ノズルを閉じるタイミングと前記供給側流路を開くタイミングとの間に所定の時間差がある構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記供給側流路開閉部は、前記ノズル開閉部により前記ノズルが閉じられてから所定の期間前記吐出側流路を開く構造を有することを特徴とする請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記ノズル開閉部は、前記供給側流路開閉部により前記供給側流路の断面積が減少してから所定の期間経過後に前記ノズルを開く構造を有することを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
液体を吐出させるノズルと、
前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、
前記圧力室と連通される供給側流路と、
前記圧力室に設けられ、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記供給側流路の少なくとも一部を閉じ、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には吐出時に比べて供給側流路を開く供給側流路開閉部と、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記ノズルを開き、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には前記ノズルの少なくとも一部を閉じるように動作するノズル開閉部と、を有する流路開閉手段と、
を有する液体吐出ヘッドを備え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、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に係り、特にインクジェット記録装置などの液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドの流路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置では、駆動信号発生源から駆動信号を与えて、記録ヘッド（液体吐出ヘッド）の各吐出素子に備えられた駆動素子を駆動することで、該ヘッドからインク液滴を吐出させるように構成されている。各吐出素子からインク液滴が吐出されると、当該吐出素子には供給側の流路を介してインクがリフィルされる。
【０００３】
各吐出素子内のインクに吐出エネルギーを与えると、ノズルから吐出されるインクだけでなく供給側のインク流路へ押し戻されるインクがある。ノズルからインクが吐出される分のエネルギーだけでなく供給側のインク流路へインクが押し戻される分のエネルギーを含めて、駆動素子は吐出素子へエネルギー（吐出力）を付与する必要がある。吐出時に供給側のインク流路へ押し戻されるインク量を低減させるには、供給側のインク流路の流路抵抗を大きくすればよいが、供給側のインク流路の流路抵抗を大きくするとリフィルに時間がかかってしまい、高速吐出時のリフィルが間に合わないことが起こり得る。インクジェット記録装置では、インク吐出及びリフィルを効率よく行うために様々な方法が提案されている。
【０００４】
特許文献１、２に記載された発明は、圧力室と供給側の流路との間に弁構造（球体）やアクチュエータ（駆動素子）の動作に連動して変形する構造体（堰）を備え、吐出時に供給側の流路へのインクの逆流を防ぐことにより吐出効率の向上を図るように構成されている。
【０００５】
また、特許文献３に記載された発明は、流体供給側と流体噴出側にそれぞれ変形する独立したバイモルフを備え、時間差を持たせてこれらのバイモルフをドライブすることで、流体供給側の流路と流体噴出側の流路を制御するように構成されている。
【特許文献１】特開平８−５８０８５号公報
【特許文献２】特開平４−３４１８５４号公報
【特許文献３】特願平５−８０２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に記載の発明では、吐出時における供給側へのインクの逆流を防ぐことができるとしても、リフィル時に吐出側の流路を制御していないので、リフィル効率は改善されず、リフィル時に吐出側の流路を通じて吐出素子内に気泡が混入する可能性が高くなる。
【０００７】
また、特許文献３に記載の発明では、流体供給側と流体吐出側にそれぞれバイモルフを備える必要があり、更に、２つのバイモルフをそれぞれ独立に制御する必要があるのでシステムが複雑になってしまう。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高速吐出に対応した好ましい液体吐出及びリフィルが実現される液体吐出ヘッド及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出させるノズルと、前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、前記圧力室と連通される供給側流路と、前記圧力室に設けられ、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記供給側流路の少なくとも一部を閉じ、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には吐出時に比べて供給側流路を開く供給側流路開閉部と、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記ノズルを開き、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には前記ノズルの少なくとも一部を閉じるように動作するノズル開閉部と、を有する流路開閉手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、ノズルから液体が吐出される吐出動作時には、圧力室と連通される供給側流路の少なくとも一部を閉めるとともにノズルを開き、供給側流路を介して圧力室へ液体が供給されるリフィル時には、供給側流路の少なくとも一部を開くとともにノズルを閉じるように、圧力室に設けられた流路開閉部材が動作するので、吐出効率及びリフィル効率が向上し、また、リフィル時にはノズルを閉じることでノズル詰まりやノズル及び圧力室への気泡混入が防止される。
【００１１】
供給側流路には、各圧力室に共通の液流路（本流）を含む態様や、該液流路から各圧力室と連通する個別流路（支流）を含む対応がある。この供給側流路には供給絞り（供給口）が設けられている。
【００１２】
また、ノズルには、少なくとも液体が吐出される開口部を含み、該開口部と連通する吐出側流路を含んでいてもよい。即ち、ノズルを閉じる態様には、ノズル開閉部によって該開口部を塞ぐ態様や、ノズル開閉部によって該吐出側流路を塞ぐ態様がある。
【００１３】
なお、リフィル時を含む非吐出時には、ノズルから液体が吐出されない程度にノズルの一部が開いていてもよいが、非吐出時にはノズルを完全に閉じることが好ましい。
【００１４】
液体吐出ヘッドには、記録媒体の全幅（記録媒体の画像形成可能幅）に対応した長さを有する吐出孔列を備えたライン型ヘッドや、記録媒体の全幅に満たない長さを有する吐出孔列を備えた短尺ヘッドを記録媒体の幅の方向へ走査させるシリアル型ヘッドがある。
【００１５】
ライン型の液体吐出ヘッドには、記録媒体の全幅に対応する長さに満たない短尺の吐出孔列を有する短尺ヘッドを千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、記録媒体の全幅に対応する長さとしてもよい。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記流路開閉手段は、前記圧力室に収容されている液体に吐出力を与えるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作に応動して前記ノズルから吐出される液体の吐出方向と略直交する方向に移動する可動部材を含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、簡易な構成によってノズルの開閉と供給側流路の開閉が可能になり、また、アクチュエータの動作に応じて移動する可動部材を液体吐出方向と略直交方向に移動するように構成することでノズルを高密度に配置することができる。
【００１８】
アクチュエータには、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などのセラミック系圧電素子（圧電アクチュエータ）が好適に用いられる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記ノズル開閉部は、前記アクチュエータの動作に応動して前記圧力室内側の前記ノズルが形成される面に沿って移動して前記ノズルを開閉することを特徴とする。
【００２０】
少なくとも非吐出時には、ノズル開閉部が圧力室の内側のノズル形成面に接触することでノズルが閉じた状態となる。吐出時には、ノズル開閉部は圧力室の内側のノズル形成面に接触していてもよいし、ノズル開閉部と該ノズル形成面との間に空間があってもよい。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記供給側流路開閉部は、前記アクチュエータの動作に応じて前記供給側流路の断面積を可変させて該供給側流路を開閉することを特徴とする。
【００２２】
吐出側流路において断面積を可変させる部分は供給絞りとして機能する。吐出動作時には供給側流路（供給絞り）を完全に閉じることが好ましく、リフィル時には供給側流路（供給絞り）を完全に開く（供給側流路の断面積が最大の状態である）ことが好ましい。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項２、３又は４記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記ノズル開閉部は、前記可動部材に設けられる第１の突起部を含み、該第１の突起部の前記ノズルに対応する部分の面積は前記ノズルの面積以上であることを特徴とする。
【００２４】
第１の突起部のノズルに対応する部分の形状は略四角形でもよいし、ノズルと略同一形状の略円形や四角形以外の形状を適用してもよい。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項５の液体吐出ヘッド一態様に係り、前記可動部材の移動範囲を規制する規制部材を備えたことを特徴とする。
【００２６】
可動部材の移動範囲内（例えば、可動部材の停止位置や移動範囲の端部）に規制部材を設けることで、確実に可動部材（第１の突起部）を所定の停止位置に停止（移動）させることができる。なお、規制部材は移動範囲内に少なくとも１つ設けられていればよい。規制部材は少なくとも非吐出時の可動部材の停止位置（ノズルを閉じる位置）に設けられていればよい。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項２乃至６のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド一態様に係り、前記供給側流路開閉部は、前記可動部材に設けられる第２の突起部を含むことを特徴とする。
【００２８】
第２の突起部は、供給側流路と圧力室との境界近傍に設けられ、供給側流路を構成する面や圧力室を構成する面と接触する面を有している。即ち、第２の突起部を構成する面と供給側流路を構成する面や圧力室を構成する面が接触することで供給側流路が閉じられる。
【００２９】
更に、請求項５乃至７に記載の発明を組み合わせることで、簡易な構成により吐出時及びリフィル時におけるノズル及び供給側流路（供給絞り）の開閉を容易に行うことが可能になる。
【００３０】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の液体吐出装置の一態様に係り、前記ノズル開閉部及び前記供給側流路開閉部は、吐出時における前記ノズルを開くタイミングと前記供給側流路を閉じるタイミングとの間に所定の時間差があるとともに、リフィル時における前記ノズルを閉じるタイミングと前記供給側流路を開くタイミングとの間に所定の時間差がある構造を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項８記載の発明によれば、ノズルの開閉タイミングと供給側流路の開閉タイミングに時間差を持たせることで、液体吐出時以外にノズルが開いている期間をコントロールすることができる。
【００３２】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記供給側流路開閉部は、前記ノズル開閉部により前記ノズルが閉じられてから所定の期間前記吐出側流路を開く構造を有することを特徴とする。
【００３３】
請求項９記載の発明によれば、ノズル開閉部及び供給側流路開閉部（可動部材）は、ノズルを閉じてから供給側流路を開く構造を有するので、リフィル時にノズルから気泡が混入することを防止できる。
【００３４】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記ノズル開閉部は、前記供給側流路開閉部により前記供給側流路の断面積が減少してから所定の期間経過後に前記ノズルを開く構造を有することを特徴とする。
【００３５】
請求項１０記載の発明によれば、液体吐出時以外にノズルが開いている期間を短くすることができるので、メニスカスの乾燥が抑制され、ノズル詰まりやこれによる吐出異常が防止される。
【００３６】
また、上記目的を達成するために、請求項１１に記載の発明に係る画像形成装置は、液体を吐出させるノズルと、前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、前記圧力室と連通される供給側流路と、前記圧力室に設けられ、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記供給側流路の少なくとも一部を閉じ、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には吐出時に比べて供給側流路を開く供給側流路開閉部と、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記ノズルを開き、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には前記ノズルの少なくとも一部を閉じるように動作するノズル開閉部と、を有する流路開閉手段と、を有する液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００３７】
請求項１１に記載の発明によれば、高速吐出に対応した好ましい液体吐出が実現され、高品質な画像を得ることができる。なお、ここでいう画像には、例えば、プリント配線基板に形成される配線パターンや、マスキングに用いられるマスク（レジスト等）によるマスクパターンなどを含んでいる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、吐出効率が向上するとともにリフィル性が向上し、高い吐出周波数でも安定した液体吐出が実現される。また、メニスカスの乾燥によるノズル詰まりやノズル及び圧力室内への気泡混入が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
〔第１実施形態、液体吐出ヘッドの構成〕
図１は、本発明に係る液体吐出ヘッド（以下、ヘッドと記載）１０の外観を示す斜視図である。図１に示すように、ヘッド１０は、インクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドであり、液体を吐出させる多数のノズル（吐出孔）１２が形成されたノズル形成面１４を有し、このノズル形成面１４と対向する位置にある記録媒体（不図示）に液体を吐出させて当該記録媒体の画像形成面に所望の画像が形成される。
【００４０】
図１に示すヘッドは、記録媒体の幅方向（記録媒体の画像形成可能幅）に対応する長さを持つ２つのノズル列１６及びノズル列１８を有するフルライン型ヘッドであり、ヘッド１０のノズル配置には、ノズル列１６及びノズル列１８を各ノズル列の長さ方向（ヘッド１０の長手方向）に位相をずらして並べた千鳥配置が適用される。
【００４１】
図１に示すように、２列のノズル列の位相をずらして並べる千鳥配置によって各ノズル１２（ノズル列１６、ノズル列１８）を配置させると、ヘッド５０の長手方向の実質的なノズル間ピッチを高密度化することができる。例えば、ノズル列１６及びノズル列１８のノズル密度を３００ｄｐｉとし、ノズル列１６とノズル列１８とを各ノズル列の配列方向に１／２ピッチずらして配置することにより、ヘッドの長手方向のノズル密度が実質的に６００ｄｐｉのヘッド１０が実現される。なお、上記ノズル密度はあくまでも一例であり、ノズル列１６及びノズル列１８のノズル密度を１００ｄｐｉ程度とする態様（実質的に２００ｄｐｉ程度）としてもよい。
【００４２】
図２は、ヘッド１０の内部構造を示す透視斜視図である。ヘッド１０は、ノズル１２となる複数の開口（穴）が形成されるノズルプレート２９と、各ノズル１２に対応して各ノズルから吐出される液体が収容される空間（隙間）である圧力室２０と、加圧板２２上に形成され、駆動信号が印加される個別電極２４を加圧板２２と反対側の上面に備え、圧力室２０内の液体に吐出力を与えるアクチュエータ２６と、アクチュエータ２６の動作に応じて圧力室２０内を移動してノズル１２及び供給絞り２８の開閉を行う流路開閉部材３０（可動部材）と、を備えている。
【００４３】
圧力室２０は、流路開閉部材３０及び規制部材４２を天面とし、ノズル１２が形成されるノズルプレート２９と、隣り合う圧力室との隔壁２０Ａと、底面プレート２０Ｃ（図３(a)参照）によって囲まれた空間であり、共通液室３８（図３(a)参照）から図２の供給絞り２８を介して供給された液体を、アクチュエータ２６を動作させることによってノズル１２から吐出させるように構成されている。
【００４４】
アクチュエータ２６には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などの圧電素子（圧電アクチュエータ）が好適に用いられる。本例では、上面及び下面に電極が設けられ、この電極間に駆動信号を印加すると該圧電素子が横方向（駆動信号の印加方向と略直交する方向）にたわみを生じ、加圧板２２を上下方向に変形させる、ｄ31モードの変位を用いたベンダー型圧電素子が適用される。加圧板２２に金属材料を用いる場合にはアクチュエータ２６の共通電極は加圧板２２と兼用される。
【００４５】
本発明に適用されるアクチュエータ２６には、２つの圧電素子を積層させた圧電素子において、一方の圧電素子が伸張方向に他方の圧電素子が収縮方向にたわみを生じるように構成されたバイモルフ型圧電素子などの圧電素子を適用してもよい。なお、バイモルフ型圧電素子を用いる態様では、加圧板２２は不要である。
【００４６】
ノズルプレート２９は、図１に示すノズル形成面１４を有するプレートであり、ＳＵＳなどの金属材料が好適に用いられる。図２におけるノズル１２は、液体が吐出される開口部を表しているが、本明細書では、ノズル１２は液体が吐出される開口部を示すこともあるし、また、圧力室２０から該開口部での管路（吐出側流路、図２ではノズルプレート２９の厚み部分）を示すこともある。これらを混同しない場合には、特に断らずに「ノズル」という用語を用いることする。
【００４７】
なお、上述した吐出側流路は、圧力室２０側からヘッド１０の外部側へ流路径が徐々に小さくなるテーパ形状部分を有していてもよいし、流路径が異なる複数の管路から構成されてもよい。もちろん、流路径が全域にわたり略均一である管路を適用してもよい。
【００４８】
流路開閉部材３０は、接合部材３２を介して加圧板２２及びアクチュエータ２６と接合されている。この流路開閉部材３０は、ノズル１２を開閉するノズル開閉部３４（第１の突起部）と供給絞り２８を開閉する供給絞り開閉部３６（第２の突起部、供給絞り開閉部３６の構造は図３(a)参照）とを備えた構造を有し、樹脂や金属などの材料が用いられる。なお、流路開閉部材３０には所定の耐液性や耐磨耗性が確保されるように所定の表面処理が施されている。耐液性や耐磨耗性に優れた材料が用いられる場合には該表面処理は不要である。
【００４９】
次に、本例のヘッド１０の吐出動作について説明する。図２の右から２番目のアクチュエータ２６Ａは、駆動信号が印加された吐出動作状態であり、吐出動作状態のアクチュエータ２６Ａと接合される流路開閉部材３０Ａ（流路開閉部材３０Ａが有するノズル開閉部３４Ａ）は、図２の下方向に押し下げられ、吐出動作状態のアクチュエータ２６Ａに対応するノズル１２Ａが開かれて、該ノズル１２Ａから液体が吐出される。
【００５０】
ここでいう吐出動作状態とは、液体を吐出させるために駆動信号がアクチュエータ２６に与えられてから、アクチュエータ２６が動作してノズル１２から液体が吐出されるまでの状態である。
【００５１】
また、アクチュエータ２６が動作していない状態（静定状態、圧力室２０の初期状態、図２における右から２番目のアクチュエータ２６Ａを除く３つのアクチュエータの状態）では流路開閉部材３０に設けられたノズル開閉部３４によって圧力室２０の内部からノズル１２が塞がれた状態となっている。言い換えると、ノズル開閉部３４は、アクチュエータ２６が動作していない圧力室２０の初期状態ではノズル１２のカバーとして機能している。
【００５２】
〔液体吐出（打滴）動作の説明〕
次に、本例に示すヘッド１０の液体吐出動作について詳細に説明する。図３は、吐出時における圧力室２０の状態を示し、図４には、アクチュエータ２６の静定状態における圧力室２０の状態（圧力室の初期状態）を示す。
【００５３】
図３(a)及び図４(a)は、図２のＸで示す方向から見た透視図（横断面）であり、図３(b)及び図４(b)は、図２のＹで示す方向から見た透視図（上断面）である。なお、図３(b)及び図４(b)では、アクチュエータ２６、加圧板２２、接合部材３２、規制部材４２の図示は省略されている。
【００５４】
図３(a)に示すように、液体吐出動作時にはアクチュエータ２６に所定の駆動信号が印加され、アクチュエータ２６に接合される加圧板２２が変形して該加圧板２２と接合部材３２を介して接合される流路開閉部材３０が図３(a)の下方向（矢印線で図示）へ移動する。
【００５５】
このように、流路開閉部材３０が図３(a)の下方向に移動すると、ノズル開閉部３４が図３(a)の下方向に移動してノズル１２が開かれる。また、圧力室２０の体積が減少してこの圧力室２０の体積変化に相当する量の液体がノズル１２からヘッド１０の外部へ吐出される。更に、供給絞り開閉部３６が図３(a)の下方向に移動することで供給絞り２８が閉じられた状態になる。
【００５６】
このようにして、液体吐出時にノズル１２を開くとともに供給絞り２８を閉じるように流路開閉部材３０を移動させることで、吐出動作時に供給絞り２８から共通液室３８（供給側流路）への液体の逆流を防ぎ、吐出効率の向上が見込まれる。なお、図３(a),(b) には、吐出動作時（吐出タイミング）において供給絞り２８が完全に閉じられた状態を示したが、供給絞り２８の流路抵抗（供給側流路の流路抵抗）がノズル１２の流路抵抗（吐出側流路の流路抵抗）に比べて十分に小さい状態が維持されれば、供給絞り２８の一部が開いていてもよい。
【００５７】
ノズル開閉部３４は、ノズルプレート２９の圧力室側の面（ノズル形成面４６）に接触する面を有し、この接触面の形状は、略四角形となっている。もちろん、ノズル１２と同様に略円形状としてもよいし、略四角形や略円形以外の形状を適用してもよい。この接触面は少なくともノズル１２と略同一或いはノズル１２よりも大きい面積を有している。なお、ノズルプレート２９とノズル開閉部３４との密着性と摺動性を両立させるために、ノズルプレート２９のノズル開閉部３４と接触する部分にノズル開閉部３４に対応した大きさの溝加工を施すとよい。
【００５８】
本例に示す絞り開閉部３６は、共通液室３８に凸となる形状を有し、供給側流路を閉じた状態では、共通液室３８の底面４０と接触する面を有している。即ち、共通液室３８の底面４０と絞り開閉部３６が接触している状態では、供給絞り２８の断面積はゼロとなる。
【００５９】
また、流路開閉部材３０は、圧力室２０と共通液室３８との境界近傍に傾斜面４１を有しており、インク流路内に角（直角）形状を持たない構造により、圧力室２０と共通液室３８との境界近傍において気泡が発生することが防止される。
【００６０】
一方、図４(a),(b)にはリフィルが完了した圧力室２０の初期状態を示す。ノズル１２から液体が吐出された後に共通液室３８から供給絞り２８を介して圧力室２０へ液体が供給される（液体の供給方向を矢印線で図示）リフィル時には、アクチュエータ２６が初期状態に戻る動作を利用して流路開閉部材３０が図４(a)における上方向へ移動することで、ノズル開閉部３４も上方向に移動し、該ノズル開閉部３４によってノズル１２は圧力室２０の内部から塞がれた状態になる。
【００６１】
また、流路開閉部材３０の図４(a)における上方向に移動することで供給絞り開閉部３６も図４(a)における上方向に移動し、図４(b)に示す供給絞り２８が開かれた状態になる。
【００６２】
即ち、図４(a),(b)に示す圧力室２０の初期状態では、ノズル開閉部３４によってノズル１２が閉じられた状態が維持され、且つ、供給絞り２８が開かれた状態（吐出動作時に比べて供給絞り２８の断面積が大きな状態）が維持される。
【００６３】
流路開閉部材３０は、供給絞り開閉部３６が共通液室３８の底面４０に接触する位置（即ち、図３(a)に示す供給絞り２８が完全に閉められた状態となる位置）を一方の端（吐出時端部）とし、ノズル開閉部３４が圧力室２０の内部に設けられたノズル開閉部３４の上端を規制する規制部材４２と接触する位置（即ち、図４(a)に示すノズル１２が完全に閉められた状態となる位置）を他方の端（非吐出時端部）とする移動範囲を有しており、ノズル開閉部３４のノズル側端部（先端部）４４が圧力室２０のノズル形成面４６に接触しながら該ノズル形成面４６に沿って図３(a)、図４(a)の上下方向に移動可能に構成されている。
【００６４】
なお、図４(a),(b) には、圧力室２０の初期状態においてノズル１２が完全に閉じられた状態を示したが、ノズル１２の流路抵抗（吐出側流路の流路抵抗）が供給絞り２８の流路抵抗（供給側流路の流路抵抗）に比べて十分に小さい状態が維持され、メニスカスの乾燥防止の観点から許容範囲であれば、ノズル１２の一部が開いていてもよい。但し、ノズル１２は圧力室２０の初期状態では完全に閉じていることが好ましい。
【００６５】
また、本例では、図４(a),(b)に示すアクチュエータ２６の静定状態を圧力室２０の初期状態とする態様を示したが、アクチュエータ２６に所定の一定電圧を有する駆動信号を印加して、圧力室２０内に一定の負圧を発生させた状態を圧力室２０の初期状態としてもよい。
【００６６】
次に、図５、図６を用いて、吐出動作時及びリフィル動作時における圧力室２０の状態遷移を説明する。図５には吐出動作時における、時間経過とノズル１２の開口部分の断面積（吐出側流路の断面積）及び供給絞り２８の断面積（供給側流路の断面積）との関係を示す。なお、図５及び図６では、ノズル１２の開口部分の断面積及び供給絞り２８の断面積は、それぞれの最大断面積を１としたときの相対的な断面積で表されている。
【００６７】
図５に示すように、ノズル１２の開口部分が最大断面積となる状態は流路開閉部材３０が上述した吐出時端部（下端部）に位置する状態であり、供給絞り２８が最大断面積となる状態は、流路開閉部材３０が上述した非吐出時端部（上端部）に位置する状態である。
【００６８】
図５のタイミングｔ0は吐出動作オフ状態であり、ノズル１２は完全に閉じられた状態（即ち、開口部分の断面積が０の状態）であり、供給絞り２８は最大断面積となる状態（即ち、断面積１の状態）である。言い換えると、図５のタイミングｔ0は、図４(a)に示す流路開閉部材３０が非吐出時端部に位置する圧力室２０の初期状態である。
【００６９】
アクチュエータ２６に吐出動作の駆動信号を与えると、流路開閉部材３０は図３(a)、図４(a)における下方向に移動し、これに応じてノズル１２の開口部分の断面積は時間経過とともに徐々に大きくなり、供給絞り２８の断面積は時間経過とともに徐々に小さくなる。流路開閉部材３０が図３(a)、図４(a)における下方向に移動して、図５のタイミングｔ1で図３(a)に示す吐出時端部に位置する状態（吐出動作オン）になると、ノズル１２の開口部分の断面積は最大（即ち、断面積１の状態）となり、供給絞り２８の断面積は最小（本例では、断面積０の状態）となり、ノズル１２から液体が吐出される。
【００７０】
図６にはリフィル動作時における、時間経過とノズル１２及び供給絞り２８の断面積との関係を示す。
【００７１】
図６のタイミングｔ10は吐出動作オン状態であり、ノズル１２は最大断面積となる状態であり、供給絞り２８は完全に閉じられた状態である。即ち、リフィル動作時におけるタイミングｔ10は、図３(a),(b)に図示された状態であり、この状態においてノズル１２から液体が吐出される。
【００７２】
ノズル１２から液体が吐出された後にアクチュエータ２６にリフィル動作の駆動信号を与えると、図３(a),(b)に示す状態の流路開閉部材３０は図３(a)、図４(a)における上方向に移動し、流路開閉部材３０の図３(a)、図４(a)における上方向への移動に応じてノズル１２の開口部分の断面積は時間経過とともに徐々に小さくなり、供給絞り２８の断面積は時間経過とともに徐々に大きくなる。流路開閉部材３０が図３(a)、図４(a)における上方向に移動して、図６のタイミングｔ11で図４(a)に示す非吐出時端部に位置する圧力室２０の初期状態（吐出動作オフ）になると、ノズル１２の開口部分の断面積は最小（本例では、断面積０の状態）となり、供給絞り２８の断面積は最大となる。
【００７３】
このように、ノズル開閉部３４及び供給絞り開閉部３６を備えた（ノズル開閉機能及び供給絞り開閉機能を有する）流路開閉部材３０をアクチュエータ２６の動作に応じて（吐出動作及びリフィル動作に応じて）圧力室２０内を移動させることで、ノズル１２の開閉及び供給絞り２８の開閉が行われる。
【００７４】
上記の如く構成された液体吐出ヘッド１０は、吐出動作時には、供給絞り２８の少なくとも一部を閉じて液体が供給側流路へ逆流することを防止して、吐出効率を向上させる。また、非吐出時（例えば、圧力室２０の初期状態）には、ノズル開閉部３４によってノズル１２を塞ぐことでメニスカスの乾燥及びメニスカスの乾燥による液体の増粘を防ぐことができ、メニスカスの乾燥やメニスカスの乾燥によるインク増粘を回避するための機能（例えば、メニスカス振動など）をヘッドに付加する必要がなくなり、ヘッド１０の構造やシステム（制御）の簡素化が実現される。更に、気泡混入やメニスカス固化などによる吐出異常（不吐出）現象が発生する可能性を低くすることができるため、ヘッド１０の信頼性の向上が見込まれる。
【００７５】
また、少なくとも圧力室２０の初期状態では、ノズル１２はノズル開閉部３４により塞がれているので、他の部位が駆動されたことにより発生する流体クロストークなどからの影響を受けない構造が実現され、ノズル１２の高密度配置が容易になる。
【００７６】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態中、上述した第１実施形態と同一又は類似する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００７７】
図７(a),(b)には、吐出時におけるヘッド１００の状態を示し、図８(a),(b)及び図９は、非吐出時におけるヘッド１００の状態を示す図である。即ち、図７(a),(b)は、上述した第１実施形態の図３(a),(b)に相当し、図８(a),(b)及び図９は図４(a),(b)に相当する。
【００７８】
ヘッド１００の吐出動作時には、アクチュエータ２６の動作に応じて流路開閉部材３０を非吐出時端部から図７(a)における下方向に移動させて（吐出時端部まで移動させて）ノズル１２を開くとともに供給絞り２８を閉じる。流路開閉部材３０が移動することにより圧力室２０の体積が減少し、圧力室２０の体積変化に相当する量の液体がノズルから吐出される。また、供給絞り２８が閉じられるので、圧力室２０から共通液室３８への液体の逆流が防止される。
【００７９】
図８(a),(b)には、図７に示す吐出時から圧力室２０の初期状態へ戻る途中の圧力室２０の状態を示し、図９には、圧力室２０の初期状態を示す。図８に示す状態では、ノズル１２はノズル開閉部３４によって完全に閉じられているが、ノズル開閉部３４と規制部材４２との間には隙間が存在しているので、ノズル開閉部３４（流路開閉部材３０）は図８(a)に示す状態から更に図８(a)における上方向に移動可能である。即ち、図８(a)に示す圧力室２０は、流路開閉部材３０が吐出時端部と非吐出時端部の間の位置する状態となっている。
【００８０】
なお、図８(a)に示す状態は、アクチュエータ２６は駆動信号が印加されていない静定状態であり、アクチュエータ２６及び加圧板２２は変形（たわみ）を生じていないフラットな状態である。
【００８１】
図９には、図８(a)に示す状態から更に非吐出時端部側（図８(a)及び図９の上側）へ流路開閉部材３０が移動した、第２実施形態における圧力室２０の初期状態を示す。第２実施形態に係る液体吐出ヘッド１００は加圧板２２が図９における上側（圧力室２０の外側方向）に凸状態となるようにアクチュエータ２６を駆動して、図８(a)に示す状態から更に図８(a)及び図９における上方向に流路開閉部材３０を移動させ、ノズル開閉部３４が規制部材４２と当接する位置（即ち、非吐出時端部）に移動した状態が圧力室２０の初期状態となっている。
【００８２】
即ち、第２実施形態に係る液体吐出ヘッド１００は、圧力室２０の初期状態における流路開閉部材３０（ノズル開閉部３４）の位置を規制する規制部材４２の位置（流路開閉部材３０の非吐出時端部の位置）が、上記第１実施形態に係る液体吐出ヘッド１０よりも加圧板２２側（上側）に位置しており、ノズル１２が完全に閉められた状態でもノズル１２が完全に閉じた状態を維持しながら流路開閉部材３０を更に図８における上側へ移動させることが可能である。
【００８３】
次に、図１０、図１１を用いて、吐出動作時及びリフィル動作時における圧力室２０の状態遷移を説明する。図１０には吐出動作時における、時間経過とノズル１２の開口部分の断面積及び供給絞り２８の断面積との関係を示す。なお、第１実施形態と同様に、図１０及び図１１では、ノズル１２の開口部分の断面積及び供給絞り２８の断面積は、それぞれの最大断面積を１としたときの相対的な断面積で表されている。
【００８４】
図１０に示すように、ノズル１２の開口部分が最大断面積となる状態は、図７(a),(b)に図示する流路開閉部材３０が吐出時端部に位置する状態であり、供給絞り２８が最大断面積となる状態は、流路開閉部材３０が図８(a)に示す位置にある状態及び、図９に示す非吐出時端部に位置する状態（圧力室２０の初期状態）である。
【００８５】
図１０のタイミングｔ20は吐出動作オフ状態であり、ノズル１２は完全に閉じられた状態（即ち、開口部の断面積が０の状態）であり、供給絞り２８は最大断面積となる状態（即ち、断面積１の状態）である。言い換えると、図１０のタイミングｔ20は、図９に示す流路開閉部材３０が非吐出時端部に位置する圧力室２０の初期状態である。
【００８６】
また、図１０のタイミングｔ21は吐出動作オン状態であり、ノズル１２は最大断面積となる状態であり、供給絞り２８は断面積が最小（図１０に示す例では、断面積０の状態）である。
【００８７】
タイミングｔ20でアクチュエータ２６に吐出動作の駆動信号を与えると、流路開閉部材３０は図７(a)等の下方向に移動し、流路開閉部材３０の図７(a)等における下方向への移動に応じて供給絞り２８の断面積は時間経過とともに徐々に小さくなる。一方、タイミングｔ22までノズル１２の開口部分の断面積が最小の状態が維持され、更に、流路開閉部材３０が図７等における下方向に移動を続けると、ノズル１２の開口部分の断面積は時間経過とともに徐々に大きくなり、タイミングｔ21で最大となる。
【００８８】
図１１には、リフィル動作時における時間経過とノズル１２及び供給絞り２８の断面積との関係を示す。図１１のタイミングｔ30は吐出動作オン状態であり、ノズル１２は最大断面積となり供給絞り２８は断面積が最小となる。即ち、図１１に示すタイミングｔ30では、圧力室２０は図７(a),(b)に図示された状態となっている。
【００８９】
アクチュエータ２６にリフィル動作の駆動信号を与えると、図７(a),(b)に示す状態の流路開閉部材３０は図７(a)等における上方向に移動し、流路開閉部材３０の図７等における上方向への移動に応じてノズル１２の開口部分の断面積は時間経過とともに徐々に小さくなり、供給絞り２８の断面積は時間経過とともに徐々に大きくなる。
【００９０】
図１１のタイミングｔ31は、図９に示す流路開閉部材３０が非吐出時端部に位置する圧力室２０の初期状態（吐出動作オフ）であり、ノズル１２の開口部分の断面積は最小となり供給絞り２８の断面積は最大となる。
【００９１】
タイミングｔ30でリフィル動作が開始されると、タイミングｔ32でノズル１２はその開口部の断面積が最小になり、タイミングｔ32からタイミングｔ31までの期間では、ノズル１２はその断面積が最小となる状態が維持される。一方、供給絞り２８はタイミングｔ30からタイミングｔ31の期間で時間経過とともに徐々にその断面積が大きくなる。
【００９２】
即ち、本例のヘッド１００では、リフィル動作時にはノズル１２を早く閉めて供給絞り２８をゆっくり開けるので、リフィル時におけるノズル１２を経由してヘッド外部から圧力室２０への気泡混入が防止される。また、吐出動作時には吐出動作開始から所定の期間ノズル１２が閉められているので、メニスカスの乾燥やインクの増粘が防止される。
【００９３】
〔製造方法の説明〕
次に、上述した第１実施形態に係る液体吐出ヘッド１０、第２実施形態に係るヘッド１００の製造方法について説明する。なお、上記液体吐出ヘッド１０，１００の製造方法は共通であり、ここでは、ヘッド１０の製造方法について説明する。
【００９４】
図１２に示すように、ヘッド１０、図１に示すノズル列１６を有する構造体２００とノズル列１８を有する構造体２０２とを重ねた構造を有し、この構造体２００と構造体２０２とはほぼ同一の構造を有している。
【００９５】
図１２に示すように、構造体２００及び構造体２０２は複数のキャビティプレート２２０，２２２等を積層した積層構造を有し、構造体２００と構造体２０２は共通液室２０４を共有するように構成されている。また、符号２０６，２０８は各構造体２００，２０２に形成されたアクチュエータ２６を保護するアクチュエータカバーである。アクチュエータカバー２０６，２０６には、アクチュエータ２６の配設位置に対応する凹部２１０，２１２が形成されている。
【００９６】
図１３(a),(b)には、図１２にも示したヘッド１０を構成するキャビティプレートの一例を示す。図１３(a)には、キャビティプレート２２０の平面形状を示し、図１３(b)には、キャビティプレート２２２の平面形状を示す。
【００９７】
図１３(a),(b)に示すキャビティプレート２２０，２２２等を積層し、アクチュエータ２６及び流路開閉部材３０が接合された加圧板２２を接合し、アクチュエータカバー２０６，２０８を接合した後に、ノズル１２が形成されるノズルプレート２９が接合されてヘッド１０が形成される。
【００９８】
図１３(a),(b)に示すキャビティプレート２２０，２２２及び液体流路を構成するこれら以外のキャビティプレートにはＳＵＳなどの金属材料、樹脂材料、シリコンなどが耐液性、磨耗性、絶縁性能等の条件から適宜選択される。もちろん、これらの材料の中から１種類の材料を選択してもよいし、異なる材料のキャビティプレートを組み合わせてもよい。
【００９９】
〔他の実施形態の説明〕
次に、本発明に係る他の実施形態について説明する。図１４及び図１５には、吐出力付与手段として機能するアクチュエータに積層型圧電素子を適用した態様を示す。
【０１００】
図１４はヘッド３００をノズル形成面から見た平面図であり、図１５はヘッド３００の立体構造を示す断面図である。図１４に示すように、ヘッド３００はノズル列３０２が形成されるヘッド構造体３０４とノズル列３０６が形成されるヘッド構造体３０８とから構成され、これらのヘッド構造体３０４，３０８を重ねた構造を有している。また、ヘッド３００は各ヘッド構造体３０４，３０８の接合部と反対側には、各ノズル１２に対応して積層型圧電素子３１０が配設されている。積層型圧電素子３１０の加圧板２２（破線で図示）と反対側には、該積層型圧電素子３１０の加圧板２２と反対方向への変位を規制する拘束部材３１２が設けられている。
【０１０１】
積層型圧電素子３１０は、圧電体層と電極層とを交互に積層した構造を有し、各圧電体層にｄ33モードの変位を発生させるように駆動信号が印加される。このような積層型圧電素子３１０は、単層型圧電素子やバイモルフ型圧電素子と比較して同じ電圧を印加した場合に大きなエネルギーを得ることができる。
【０１０２】
また、図１５に示すように、ヘッド構造体３０４及びヘッド構造体３０８は同一構造を有しており、同じ工程により形成された２つのヘッド構造体を組み合わせてヘッド３００を製造することができるので、製造工程の簡素化が見込まれる。
【０１０３】
次に、ノズル配列にマトリクス配列を適用した態様について説明する。図１６及び図１７に示すヘッド４００は、６列のノズル列から構成されるマトリクス配置されたノズル１２を備えている。
【０１０４】
図１６は、ヘッド４００をノズル形成面１４側か見た平面図であり、図１７は、ヘッド４００の透視斜視図である。図１６に示すように、ヘッド４００は、ノズル列４０２が形成されたヘッド構造体４０４と、ノズル列４０６が形成されたヘッド構造体４０８と、ノズル列４１０が形成されたヘッド構造体４１２と、ノズル列４１４が形成されたヘッド構造体４１６と、ノズル列４１８が形成されたヘッド構造体４２０と、ノズル列４２２が形成されたヘッド構造体４２４と、を備え、各ヘッド構造体４０４，４０８，４１２，４２６，４２０がノズルの配列方向に位相をずらして配置されている。
【０１０５】
記録媒体上に形成されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド４００におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド４００は、ノズル１２マトリクス配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。
【０１０６】
即ち、本例に示すヘッド４００では、各ヘッド構造体４０４，４０８，４１２，４１６，４２０に形成されるノズル列４０２，４０６，４１０，４１４，４１８，４２２のノズル密度を高くしなくても、ヘッド４００としてのノズル配置密度を高くすることができる。
【０１０７】
例えば、ヘッド４００の長手方向に沿う行方向及び、ヘッド４００の長手方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向に沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度にノズルが配置されたヘッド４００が実現されている。
【０１０８】
即ち、ヘッド４００の長手方向に対してある角度θの方向に沿ってノズル１２を一定のピッチｄで複数配列する構造により、ヘッド４００の長手方向に並ぶように投影されたノズル１２のピッチＰはｄ× cosθとなり、ヘッド４００の長手方向については、各ノズル１２が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。
【０１０９】
なお、本例では、流路開閉部材３０（絞り開閉部３６）と共通液室３８の底面４０が形成する空間（面）が供給絞り２８となり、流路開閉部材３０を上下方向に移動させることで、供給絞り２８の断面積を可変させる態様示したが、供給絞り２８となる開口を有する絞りプレートに沿って流路開閉部材３０（絞り開閉部３６）を移動させて該開口の面積（供給絞り２８の断面積）を可変させてもよい。
【０１１０】
上記実施形態では、記録媒体の全幅に対応する長さのノズル列を有するページワイドのフルライン型ヘッドを説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、短尺の記録ヘッドを往復移動させながら画像記録を行うシャトルヘッドをについても本発明を適用可能である。
【０１１１】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、記録媒体上にインクを吐出させて該記録媒体上に所望の画像を形成するインクジェット記録装置以外にも、レジストなどインク以外の液体で画像（立体形状）を形成する画像形成装置、ノズル（吐出孔）から薬液、水などを吐出されるディスペンサ等の液体吐出装置などにも広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの全体構成図
【図２】図１に示した液体吐出ヘッドの内部構造を示す透視斜視図
【図３】本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの立体構造を示す断面図
【図４】図３に示す液体吐出ヘッドの動作を説明する図
【図５】図３に示す液体吐出ヘッドの吐出動作時における時間経過と流路断面積との関係を説明する図
【図６】図３に示す液体吐出ヘッドのリフィル動作時における時間経過と流路断面積との関係を説明する図
【図７】本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドの立体構造を示す断面図
【図８】図７に示す液体吐出ヘッドの動作を説明する図
【図９】本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドの圧力室の初期状態を説明する図
【図１０】図７に示す液体吐出ヘッドの吐出動作時における時間経過と流路断面積との関係を説明する図
【図１１】図７に示す液体吐出ヘッドのリフィル動作時における時間経過と流路断面積との関係を説明する図
【図１２】積層構造を説明する図
【図１３】図１２に示す積層構造を構成するキャビティプレートの一例を示す平面図
【図１４】本発明の他の実施形態に係る液体吐出ヘッドの平面図
【図１５】図１４に示す液体吐出ヘッドの断面図
【図１６】本発明の更に他の実施形態に係る液体吐出ヘッドの平面図
【図１７】図１６に示す液体吐出ヘッドの斜視図
【符号の説明】
【０１１３】
１０，１００，３００，４００…ヘッド、１２…ノズル、２０…圧力室、２２，２２Ａ…加圧板、２４，２４Ａ…個別電極、２６，２６Ａ…アクチュエータ、２８…供給絞り、３０…流路開閉部材、３４…ノズル開閉部、３６…供給絞り開閉部、４２…規制部材
【図１】
2007076113.tif 000003
【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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【図１７】
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