(57)【要約】【課題】吐出口の周縁における流体の残留を抑制できる技術を提供する。【解決手段】流体吐出装置は、流体を貯留する貯留室と、連通口を介して前記貯留室に連通し、前記流体を吐出する吐出口を有する圧力室と、前記流体を吐出する吐出口を有する圧力室と、前記貯留室の内部において、前記連通口に向かって移動して、前記圧力室における前記流体の圧力を高めて、前記吐出口から前記流体を吐出させる移動体と、前記圧力室に臨むように設けられ、前記圧力室の圧力を変化させる圧力変化機構と、を備える。前記圧力変化機構は、前記移動体が前記連通口に向かって移動し始めた後に、前記圧力室の圧力を低減する方向に動作する。【選択図】図１
2018051479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体吐出装置であって、
流体を貯留する貯留室と、
前記流体を吐出する吐出口を有し、前記貯留室において開口している連通口を介して前記貯留室に連通する圧力室と、
前記貯留室の内部において、前記連通口に向かって移動して、前記圧力室における前記流体の圧力を高めて、前記吐出口から前記流体を吐出させる移動体と、
前記圧力室に臨むように設けられており、前記圧力室の圧力を変化させる圧力変化機構であって、前記移動体が前記連通口に向かって移動し始めた後に、前記圧力室の圧力を低減する方向に動作する圧力変化機構と、
を備える、流体吐出装置。
【請求項２】
請求項１記載の流体吐出装置であって、さらに、
前記移動体の移動を制御して、前記吐出口から前記流体を吐出させる吐出処理を実行し、前記吐出処理において、前記移動体を移動させるタイミングに合わせて、前記圧力変化機構を動作させる制御部を備える、流体吐出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の流体吐出装置であって、
前記圧力変化機構は、前記吐出口から前記流体が吐出されている間に、前記圧力室の圧力を低減する方向に動作して、前記吐出口から吐出されている前記流体の少なくとも一部を分離させる、流体吐出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流体吐出装置であって、
前記圧力室に連通する連通室を備え、
前記圧力変化機構は、前記連通室の空間容積を変化させるように動作し、
前記圧力変化機構の前記圧力室の圧力を低減させる方向の動作は、前記連通室の空間容積を低減させる動作である、流体吐出装置。
【請求項５】
請求項２に従属する請求項４記載の流体吐出装置であって、
前記圧力変化機構は、前記連通室において伸縮運動して、前記連通室の空間容積を変化させる弁体を備え、
前記制御部は、前記吐出処理において、前記移動体を移動させるタイミングに合わせて前記弁体の伸縮運動を制御する、流体吐出装置。
【請求項６】
請求項５記載の流体吐出装置であって、
前記移動体は、前記貯留室の内部において、前記連通口に向かう第１方向と、前記連通口から離れる第２方向と、に移動し、
前記制御部は、前記吐出処理において、
前記移動体を、前記第２方向に移動させた後に、前記第１方向に移動させることによって、前記吐出口から前記流体を吐出させ、
前記移動体が前記第２方向への移動を開始したときから前記第１方向への移動を開始する前の間の期間に、前記連通室の空間容積を減少させ、
前記移動体が前記第１方向への移動を開始した後の期間に、前記連通室の空間容積を増大させる、流体吐出装置。
【請求項７】
請求項２、または、請求項２に従属する請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の流体吐出装置であって、
前記圧力室の外部における前記吐出口の周縁領域に存在している前記流体を検出する流体検出部を備え、
前記制御部は、前記吐出処理において、前記流体検出部によって検出された前記流体の量に応じて、前記圧力変化機構によって圧力を低減させる度合いを制御する、流体吐出装置。
【請求項８】
吐出口から流体を吐出する方法であって、
前記流体を貯留する貯留室の内部において、移動体を、前記貯留室において開口し、前記吐出口を有する圧力室に連通する連通口に向かって移動させて、前記圧力室における前記流体の圧力を高めて、前記吐出口からの前記流体の吐出を開始させる工程と、
前記圧力室に臨むように設けられ、前記圧力室の圧力を変化させる圧力変化機構を、前記移動体が前記圧力室に向かって移動し始めた後に、前記圧力室の圧力を低減させる方向に動作させる工程と、
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体吐出装置および流体を吐出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
吐出口から流体を吐出する種々の流体吐出装置が提案されている。例えば、下記の特許文献１には、収容部である液室において、プランジャーロッドを往復移動させることによって、吐出口から液体を押し出して、液滴として吐出させる液滴吐出装置が開示されている。特許文献１のプランジャーロッドのような移動体を用いた流体の吐出機構は、インクを吐出して印刷物を作製する印刷装置であるインクジェットプリンターや、液体材料を吐出して立体物を造形する三次元造形装置である３Ｄプリンターなどに適用される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８２７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような流体吐出装置では、流体を吐出した後に、吐出口の周縁に付着した流体によって、次の流体の吐出が阻害されてしまう場合があった。流体吐出装置においては、流体の吐出後に吐出口の周縁に流体が残留してしまうことを抑制する技術について、依然として改良の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
［１］本発明の第一形態によれば、流体吐出装置が提供される。この流体吐出装置は、貯留室と、圧力室と、移動体と、圧力変化機構と、を備える。前記貯留室は、前記流体を貯留する。前記圧力室は、前記流体を吐出する吐出口を有する。前記圧力室は、前記貯留室において開口している連通口を介して前記貯留室に連通する。前記貯留室の内部において、前記連通口に向かって移動して、前記圧力室における前記流体の圧力を高めて、前記吐出口から前記流体を吐出させる。前記圧力変化機構は、前記圧力室に臨むように設けられており、前記圧力室の圧力を変化させる。前記圧力変化機構は、前記移動体が前記連通口に向かって移動し始めた後に、前記圧力室の圧力を低減する方向に動作する。
この形態の流体吐出装置によれば、吐出口から流体の吐出が開始された後の圧力変化機構の動作によって、前記吐出口から前記圧力室に向かう方向の力を生じさせ、余分な流体を吐出口の方に引き戻すことができる。従って、流体の吐出後に、吐出口の外の周縁領域に余分な流体が残留してしまうことが抑制される。
【０００７】
［２］上記形態の流体吐出装置は、さらに、前記移動体の移動を制御して、前記吐出口から前記流体を吐出させる吐出処理を実行し、前記吐出処理において、前記移動体を移動させるタイミングに合わせて、前記圧力変化機構を動作させる制御部を備えてよい。
この形態の流体吐出装置によれば、制御部の制御下において、移動体の移動に合わせて動作する圧力変化機構によって、吐出処理の実行後に、吐出口の外の周縁領域に余分な流体が残留してしまうことが適切に抑制される。
【０００８】
［３］上記形態の流体吐出装置において、前記圧力変化機構は、前記吐出口から前記流体が吐出されている間に、前記圧力室の圧力を低減する方向に動作して、前記吐出口から吐出されている前記流体の少なくとも一部を分離させてよい。
この形態の流体吐出装置によれば、圧力変化機構の動作によって、吐出口から吐出されている流体の先端部分の分離を促進させることができ、流体の吐出性能を高めることができる。
【０００９】
［４］上記形態の流体吐出装置は、前記圧力室に連通する連通室を備え、前記圧力変化機構は、前記連通室の空間容積を変化させるように動作し、前記圧力変化機構の前記圧力室の圧力を低減させる方向の動作は、前記連通室の空間容積を低減させる動作であってよい。
この形態の流体吐出装置によれば、連通室の空間容積の変動によって、吐出口から吐出されている流体に、吐出口から圧力室に向かう方向の力を生じさせることができ、流体の吐出後に、余分な流体が吐出口の外の周縁領域に残留してしまうことが抑制される。
【００１０】
［５］上記形態の流体吐出装置は、前記圧力変化機構は、前記連通室において伸縮運動して、前記連通室の空間容積を変化させる弁体を備え、前記制御部は、前記吐出処理において、前記移動体を移動させるタイミングに合わせて前記弁体の伸縮運動を制御してよい。
この形態の流体吐出装置によれば、制御部の制御下において、移動体の移動に合わせて駆動する弁体によって、吐出処理の実行後に、吐出口の外の周縁領域に余分な流体が残留してしまうことが抑制される。
【００１１】
［６］上記形態の流体吐出装置において、前記移動体は、前記貯留室の内部において、前記連通口に向かう第１方向と、前記連通口から離れる第２方向と、に移動し、前記制御部は、前記吐出処理において、（ｉ）前記移動体を、前記第２方向に移動させた後に、前記第１方向に移動させることによって、前記吐出口から前記流体を吐出させ、（ｉｉ）前記移動体が前記第２方向への移動を開始したときから前記第１方向への移動を開始する前の間の期間に、前記連通室の空間容積を減少させ、（ｉｉｉ）前記移動体が前記第１方向への移動を開始した後の期間に、前記連通室の空間容積を増大させてよい。
この形態の流体吐出装置によれば、連通室の容積の減少によって、吐出口と移動体との間の領域への流体の補充を促進させることができる。また、その後の連通室の容積を増大によって、吐出口の周縁領域に残留する流体を低減させることができる。よって、吐出処理の実行が効率化される。
【００１２】
［７］上記形態の流体吐出装置において、前記圧力室の外部における前記吐出口の周縁領域に存在している前記流体を検出する流体検出部を備え、前記制御部は、前記吐出処理において、前記流体検出部によって検出された前記流体の量に応じて、前記吐出口からの前記流体の吐出が開始された後の前記弁体の伸縮運動を制御してよい。
この形態の流体吐出装置によれば、吐出口の周縁領域に残留している流体を適切に除去しつつ、吐出口内に流体を適切に保持することができる。
【００１３】
［８］上記形態の第二形態によれば、吐出口から流体を吐出する方法であって；前記流体を貯留する貯留室の内部において、移動体を、前記貯留室において開口し、前記吐出口を有する圧力室に連通する連通口に向かって移動させて、前記圧力室における前記流体の圧力を高めて、前記吐出口からの前記流体の吐出を開始させる工程と；前記圧力室に臨むように設けられ、前記圧力室の圧力を変化させる圧力変化機構を、前記移動体が前記圧力室に向かって移動し始めた後に、前記圧力室の圧力を低減させる方向に動作させる工程と；を備える、方法が提供される。
この形態の方法によれば、圧力変化機構の動作によって、吐出口の外の周縁領域に余分な流体が残留してしまうことが抑制される。
【００１４】
上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。
【００１５】
本発明は、流体吐出装置および流体を吐出する方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、流体吐出装置の機能を備える印刷装置や三次元造形装置、それらの装置と同等の機能を備えるシステム、それらの装置やシステムを制御する制御方法、流体の吐出方法や前記の制御方法を実現するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態における流体吐出装置の構成を示す概略図。
【図２】第１実施形態における圧力変化機構の構成を示す概略図。
【図３】吐出処理における吐出工程の流れの一例を示すフロー図。
【図４】吐出処理における移動体および弁体の移動のタイミングチャートの一例を示す説明図。
【図５Ａ】吐出処理の実行開始時における吐出部の様子を示す模式図。
【図５Ｂ】工程１〜工程２，工程ａにおける吐出部の様子を示す模式図。
【図５Ｃ】工程３および工程ｂの実行途中における吐出部の様子を示す模式図。
【図５Ｄ】工程３および工程ｂの実行後における吐出部の様子を示す模式図。
【図６】第２実施形態における流体吐出装置の構成を示す概略図。
【図７】第３実施形態における流体吐出装置の構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
A．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態における流体吐出装置１００の構成を示す概略図である。図１には、流体吐出装置１００が通常の使用状態で配置されているときの重力方向（鉛直方向）を示す矢印Ｇが図示されている。図１には、後述する第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２を示す矢印が図示されている。矢印Ｇ，Ｄ１，Ｄ２は、本明細書において参照される各図においても、適宜、図示してある。
【００１８】
流体吐出装置１００は、三次元造形装置である３Ｄプリンターであり、流体ＦＬを吐出し、その流体ＦＬを硬化させた層を積み重ねることによって立体物を造形する。本明細書において「吐出」とは、流体を、重力を含む何らかの力によって、流体が収容されている空間内から外部へと放出することを意味し、圧力により流体を放出する「噴射」を含む概念である。流体吐出装置１００が造形対象である立体物の材料として吐出する流体ＦＬの具体例については後述する。流体吐出装置１００は、流体ＦＬを吐出する吐出部１０を備える。
【００１９】
吐出部１０は、３Ｄプリンターにおけるヘッド部に相当し、流動性を有する材料である流体ＦＬを流体滴の状態で吐出する。「流体滴」とは、流体の粒状のかたまりを意味し、流体が液体である場合には液滴を意味する。流体滴の形状は限定されることはなく、球状であってもよいし、球状の形状が一方向に延ばされた形状や、針状、棒状の形状でもよい。また、１回の吐出につき吐出される流体滴の数は１つに限定されず、複数の流体滴が吐出されるものとしてもよい。吐出部１０は、収容部１１と、移動体１２と、駆動機構１３と、第１駆動回路１４と、圧力変化機構２０と、第２駆動回路２１と、を備える。
【００２０】
収容部１１は中空容器として構成されており、吐出部１０の吐出対象である流体ＦＬと、流体ＦＬを吐出するための駆動機構１３と、圧力変化機構２０と、を収容する。本実施形態では、収容部１１は、概ね略円筒状の形状を有しており、例えば、ステンレス鋼によって構成される。収容部１１の底面１１ｂには、流体ＦＬを吐出するためのノズルとして機能する吐出口１５が設けられている。
【００２１】
吐出口１５は、収容部１１の内部空間に連通し、略円形状の開口断面を有する貫通孔として設けられている。本実施形態は、吐出口１５は鉛直方向に開口している。吐出口１５の開口径は、例えば、１０〜２００μｍ程度であってよい。吐出口１５の鉛直方向における長さは、例えば、１０〜３０μｍ程度としてよい。
【００２２】
収容部１１は、内部に、貯留室１６と、圧力室１７と、駆動室１８と、を有する。貯留室１６は、流体ＦＬを貯留する。本実施形態では、貯留室１６は、略円柱状の空洞によって構成されている。貯留室１６は、後述する供給部４０から圧送される流体ＦＬを受け入れるための流通路１９が接続されている。流通路１９は、収容部１１の外壁を貫通する管路として構成されている。貯留室１６の下端には、圧力室１７に連通する連通口１６ｏに向かって下降傾斜する傾斜壁面によって、下方に向かって縮径するテーパー部が形成されている。当該テーパー部は省略されてもよく、貯留室１６の底面は略水平面によって構成されていてもよい。
【００２３】
圧力室１７は、貯留室１６の下方に位置している。圧力室１７は、貯留室１６において開口している連通口１６ｏを介して、貯留室１６に連通し、貯留室１６と空間的に連続している。本実施形態では、連通口１６ｏは、貯留室１６の下端において開口している。本実施形態では、圧力室１７は、略円柱状の空洞によって構成されており、圧力室１７の中心軸は貯留室１６の中心軸と一致している。圧力室１７の中心軸に直交する断面における圧力室１７の開口面積は、貯留室１６の中心軸に直交する断面における貯留室１６の開口断面よりも小さい。これによって、圧力室１７における流体ＦＬの流路抵抗は、貯留室１６における流体ＦＬの流路抵抗よりも大きくなっている。後述するように、圧力室１７は、移動体１２が吐出口１５を閉塞する閉塞位置にあるときに、移動体１２によって、貯留室１６に対して空間的に分断される。
【００２４】
圧力室１７の下端には吐出口１５が開口している。本実施形態では、圧力室１７の中心軸は吐出口１５の中心軸ＮＸと一致している。圧力室１７の中心軸に直交する断面における開口面積は、吐出口１５の中心軸ＮＸに直交する断面における開口面積よりも大きくなっており、圧力室１７の流路抵抗は、吐出口１５の流路抵抗よりも小さい。
【００２５】
駆動室１８は、貯留室１６の上方に位置しており、駆動機構１３を収容する。駆動室１８は、貯留室１６に貯留されている流体ＦＬが進入しないように、後述するシール部材２２によって貯留室１６とは空間的に分離されている。これによって、駆動機構１３が流体ＦＬから保護される。
【００２６】
移動体１２は、収容部１１内に収容されている。移動体１２は、吐出口１５の上方に配置されている。本実施形態では、移動体１２は、金属製の柱状の部材によって構成されており、自身の中心軸が吐出口１５の中心軸ＮＸに一致するように配置されている。移動体１２の形状は柱状には限定されない。移動体１２は、例えば、略三角錐形状であってもよいし、略球形であってもよい。
【００２７】
移動体１２は、貯留室１６と駆動室１８とにわたって配置されている。移動体１２の先端部１２ａは、貯留室１６に収容されており、移動体１２の後端部１２ｂは、駆動室１８に収容されている。本実施形態では、移動体１２の先端部１２ａは、半球状の形状を有している。移動体１２の後端部１２ｂは、水平方向に張り出した略円盤形状を有している。先端部１２ａと後端部１２ｂとの間の移動体１２の本体部１２ｃは、略円柱形状を有している。本体部１２ｃの直径は、例えば、０．３〜５ｍｍ程度としてよい。
【００２８】
貯留室１６と駆動室１８との境界には、樹脂製のＯリングによって構成された円環状のシール部材２２が配置されている。移動体１２の本体部１２ｃは、シール部材２２の中央の貫通孔に挿通されている。シール部材２２の外周面は、収容部１１の内壁面と気密に接しており、シール部材２２の内周面は移動体１２の本体部１２ｃの側面と気密に接している。これによって、貯留室１６と駆動室１８とは、上述したように、空間的に分離されている。
【００２９】
移動体１２は、収容部１１の貯留室１６内において、貯留室１６に連通する連通口１６ｏに向かう第１方向Ｄ１と、当該連通口１６ｏから離れる第２方向Ｄ２と、に移動可能に配置されている。本実施形態は、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２はともに、移動体１２の中心軸に平行であり、鉛直方向に平行である。本実施形態では、移動体１２は、吐出口１５の中心軸ＮＸ上を往復移動する。移動体１２は、シール部材２２の内周面を擦りながら移動する。本実施形態では、移動体１２は、１０〜５００μｍ程度の範囲で移動する。
【００３０】
移動体１２は、最も下側の位置に位置するときには、その先端部１２ａが、貯留室１６における連通口１６ｏの開口周縁部に線接触する。これによって、貯留室１６と吐出口１５との空間的な接続が遮断され、貯留室１６に対して吐出口１５が閉塞される。本明細書では、このときの移動体１２の位置を「閉塞位置」と呼ぶ。
【００３１】
駆動機構１３は、移動体１２に移動のための駆動力を付与する。駆動機構１３は、圧電素子であるピエゾ素子２３と、弾性部材２４と、を備える。ピエゾ素子２３は、複数の圧電材料が積層された構成を有しており、各圧電材料に印加される電圧の大きさに応じて、その積層方向に長さが変化する。ピエゾ素子２３は、第１駆動回路１４から電圧を印加される。
【００３２】
ピエゾ素子２３の上端部は駆動室１８の上壁面に固定されており、下端部は移動体１２の後端部１２ｂに接触している。ピエゾ素子２３が伸長して移動体１２に荷重を付与することによって、移動体１２は第１方向Ｄ１に移動する。
【００３３】
弾性部材２４は、移動体１２を第２方向Ｄ２に付勢する。本実施形態では、弾性部材２４は、皿ばねによって構成されている。弾性部材２４は、移動体１２の後端部１２ｂの下側において、本体部１２ｃの周囲を囲むように配置されており、後端部１２ｂを対して第２方向に力を付与する。弾性部材２４は、皿ばねに代えて、弦巻ばねによって構成されてもよい。ピエゾ素子２３が収縮したときに、移動体１２は、弾性部材２４から付与される力によって、ピエゾ素子２３の下端部に追従して第２方向Ｄ２に移動する。
【００３４】
吐出部１０は、移動体１２が、後述する制御部６０の制御下において、往復移動することによって、吐出口１５から流体ＦＬの流体滴を吐出する。吐出部１０における流体滴の吐出メカニズムについては後述する。なお、吐出部１０において、収容部１１の底面１１ｂを構成し、吐出口１５が設けられている壁部は、収容部１１本体から取り外し可能な部材によって構成されていてもよい。収容部１１からの当該部材の取り外しによって、吐出口１５のクリーニングやメンテナンス、劣化や破損が生じたときの交換などが容易化される。また、開口径（ノズル径）の異なる種々の吐出口１５への交換が可能になる。その他に、吐出部１０では、移動体１２や、シール部材２１、弾性部材２４など、収容部１１に収容されている部品がそれぞれ、収容部１１から取り外し可能に構成されていてもよい。これによって、吐出部１０のメンテナンスや部品交換が容易化される。
【００３５】
図２は、吐出部１０が備える圧力変化機構２０の構成を示す概略図である。図２には、吐出部１０における圧力変化機構２０の近傍領域を抜き出して図示してある。圧力変化機構２０は、圧力室１７に臨むように設けられている。圧力変化機構２０は、圧力室１７に接続されており、圧力室１７における圧力を変化させるように動作する。圧力変化機構２０は、連通室３０と、駆動室３２と、弁体３３と、シール部材３４と、駆動機構３５と、を備える。
【００３６】
連通室３０は、圧力室１７に連通しており、圧力室１７から流入する流体ＦＬを収容する。本実施形態では、連通室３０は、収容部１１内において、圧力室１７に隣接する位置に設けられている。連通室３０は、吐出口１５の中心軸ＮＸに交差する方向に延びる略円柱状の空洞によって構成されており、圧力室１７の側壁面において開口している。
【００３７】
駆動室３２は、連通室３０に隣接する位置に設けられており、弁体３３を駆動するための駆動機構３５を収容する。弁体３３、柱状の部材によって構成されており、先端部３３ａが連通室３０に配置され、後端部３３ｂが駆動室３２に配置されている。弁体３３の後端部３３ｂは、略円盤形状を有しており、弁体３３の径方向に張り出している。
【００３８】
連通室３０と駆動室３２との境界には、円環状のシール部材３４が配置されている。シール部材３４は、樹脂製のＯリングによって構成されている。弁体３３は、シール部材３４の中央の貫通孔に挿通されて保持されている。シール部材３４の外周面は、連通室３０の内周壁面と気密に接しており、シール部材３４の内周面は弁体３３の側面と気密に接している。これによって、連通室３０と駆動室３２とは気密に分離されており、駆動室３２への流体ＦＬの進入が抑制され、駆動機構３５が保護されている。
【００３９】
弁体３３は、駆動室３２の駆動機構３５から駆動力を付与されて、シール部材３４の内周面を擦りながら、連通室３０と駆動室３２との間において往復移動する。これによって、弁体３３は、連通室３０内において伸縮し、連通室３０の空間容積を変化させる。連通室３０の空間容積は、連通室３０の内壁面に囲まれた空間の体積から、連通室３０に収容されている弁体３３の先端部３３ａ側の部位の体積を減じた値に相当する。連通室３０の空間容積は、連通室３０が収容可能な流体ＦＬの容量を表す。
【００４０】
駆動機構３５は、圧電素子であるピエゾ素子３５ａと、弾性部材３５ｂと、を備える。ピエゾ素子３５ａは、複数の圧電材料が積層された構成を有しており、各圧電材料に印加される電圧の大きさに応じて、その積層方向にその長さが変化する。ピエゾ素子３５ａは、第２駆動回路２１から電圧を印加される。第２駆動回路２１は、制御部６０からの指令に応じて、ピエゾ素子３５ａに電圧を印加する。
【００４１】
ピエゾ素子３５ａの積層方向における一方の端部は駆動室３２の壁面に固定されており、他方の端部は弁体３３の後端部３３ｂに接触している。ピエゾ素子３５ａが伸長して弁体３３の後端部３３ｂを押すことによって、弁体３３は、圧力室１７に向かって移動して、連通室３０内に突出している長さが伸びる。この連通室３０内における弁体３３の長さの伸長によって、連通室３０の空間容積が減少する。
【００４２】
弾性部材３５ｂは、弁体３３を、圧力室１７から離れる方向に付勢する。本実施形態では、弾性部材３５ｂは、皿ばねによって構成されている。弾性部材３５ｂは、弁体３３の後端部３３ｂより先端部３３ａ側において、弁体３３の周囲を囲むように配置されており、鍔状に張り出している後端部３３ｂに接して、弁体３３に弾性力を付与する。弾性部材３５ｂは、皿ばねに代えて、弦巻ばねによって構成されてもよい。
【００４３】
ピエゾ素子３５ａが収縮するときには、弁体３３は、弾性部材３５ｂから付与される力によって、ピエゾ素子３５ａの収縮に追従して圧力室１７から離れる方向に移動し、弁体３３の連通室３０内に突出している長さが縮む。この連通室３０内における弁体３３の長さの収縮によって、連通室３０の空間容積は増大する。
【００４４】
本実施形態では、圧力変化機構２０は、連通室３０において弁体３３が伸縮運動して、連通室３０に収容される流体ＦＬの量を変化させることによって、圧力室１７の圧力状態を変化させる。圧力変化機構２０は、吐出部１０が流体ＦＬを吐出するときに、制御部６０の制御下において、圧力室１７の圧力を低減させる方向に動作するが、その詳細については後述する。
【００４５】
図１を参照する。流体吐出装置１００は、上述した吐出部１０に加えて、さらに、供給部４０と、造形ステージ５０と、移動機構５２と、エネルギー付与部５５と、制御部６０と、を備える。供給部４０は、収容部１１の貯留室１６に、流通路１９を介して、流体ＦＬを圧送する。供給部４０は、配管４１と、流体貯留部４２と、圧力発生部４３と、を備える。
【００４６】
配管４１は、収容部１１の流通路１９と流体貯留部４２とを接続する。流体貯留部４２は、流体吐出装置１００における流体ＦＬの供給源であり、流体ＦＬを貯留するタンクによって構成されている。流体貯留部４２では、貯留されている流体ＦＬに溶媒が混合されることによって、流体ＦＬの粘度が予め決められた所定の粘度に保持される。流体ＦＬの粘度は、例えば、５０〜４０，０００ｍＰａ・ｓ程度であってよい。
【００４７】
圧力発生部４３は、例えば加圧ポンプによって構成される。圧力発生部４３は、流体貯留部４２の流体ＦＬを、配管４１を介して収容部１１に圧送するための圧力を付与する。圧力発生部４３は、例えば、０．４〜０．６ＭＰａ程度の圧力を流体ＦＬに付与する。なお、図１では、圧力発生部４３は、流体貯留部４２の上流側に設けられているが、圧力発生部４３は、流体貯留部４２の下流側に設けられていてもよい。
【００４８】
造形ステージ５０は、吐出部１０における吐出口１５の開口方向の先に配置されている。吐出部１０は、造形ステージ５０を目標対象物として流体ＦＬを吐出する。造形ステージ５０に着弾した流体ＦＬの流体滴によって立体物が造形される。本実施形態では、造形ステージ５０は、平板な板状部材によって構成され、略水平に配置されている。造形ステージ５０は、例えば、吐出口１５から鉛直下方に１．５〜３ｍｍ程度離れた位置に配置される。
【００４９】
移動機構５２は、造形ステージ５０を吐出部１０に対して変位させるためのモーターやローラー、シャフト、各種アクチュエーターを備える。移動機構５２は、図１において両矢印Ｘ，Ｙによって示されているように、造形ステージ５０を吐出部１０に対して相対的に水平方向および鉛直方向に変位させる。これによって、造形ステージ５０上における流体ＦＬの着弾位置が調整される。なお、流体吐出装置１００においては、造形ステージ５０が固定され、吐出部１０が造形ステージ５０に対して変位するように構成されていてもよい。
【００５０】
エネルギー付与部５５は、造形ステージ５０に着弾した流体ＦＬにエネルギーを付与して硬化させる。本実施形態では、エネルギー付与部５５は、レーザー装置によって構成され、レーザーの照射によって、光エネルギーを流体ＦＬに付与する。エネルギー付与部５５は、少なくとも、レーザー光源と、レーザー光源から射出されたレーザーを、造形ステージ５０に着弾した流体ＦＬに集光させるための集光レンズと、レーザーを走査するためのガルバノミラーと、を含む（図示は省略）。エネルギー付与部５５は、造形ステージ５０における流体滴の着弾位置をレーザーによって走査し、レーザーの光エネルギーによって、流体ＦＬ中の粉末材料を焼結させる。あるいは、流体ＦＬ中の粉末材料をいったん溶融させて結合させる。これによって、立体物を構成する材料層が造形ステージ５０上に形成される。
【００５１】
エネルギー付与部５５は、レーザー照射以外の方法によって流体ＦＬを硬化させてもよい。エネルギー付与部５５は、紫外線の照射によって流体ＦＬを硬化させてもよいし、ヒーターによる加熱によって流体ＦＬの溶媒の少なくとも一部を除去して粉末材料を硬化させてもよい。
【００５２】
制御部６０は、ＣＰＵ６１と、メモリー６２と、を備えるコンピューターによって構成される。ＣＰＵ６１は、メモリー６２に、コンピュータープログラムを読み出して実行することにより、流体吐出装置１００を制御するための種々の機能を発揮する。制御部６０は、上述した吐出部１０、供給部４０、移動機構５２、および、エネルギー付与部５５をそれぞれ制御して立体物を造形する造形処理を実行する。
【００５３】
制御部６０は、流体吐出装置１００に接続される外部のコンピューター（図示は省略）から、立体物を造形するためのデータＭＤを受信する。当該データＭＤには、立体物の高さ方向に積み重ねられる各材料層を表すデータが含まれている。制御部６０は、データＭＤに基づいて、吐出部１０に流体ＦＬの流体滴を吐出させるタイミングや流体滴のサイズを決定する。また、制御部６０は、データＭＤに基づいて、造形ステージ５０上における当該流体ＦＬの流体滴の着弾位置や、エネルギー付与部５５によるレーザー照射位置および照射タイミングを決定する。なお、造形ステージ５０上において造形された立体物は、必要に応じて加熱炉における焼結工程を経るものとしてもよい。
【００５４】
制御部６０は、造形処理において、第１駆動回路１４に駆動信号を送信して、吐出部１０における移動体１２の移動を制御し、吐出部１０に流体ＦＬを吐出させる吐出処理を実行する。また、制御部６０は、その吐出処理において、第２駆動回路２１に駆動信号を送信して、圧力変化機構２０の動作を制御する。吐出処理における制御部６０による移動体１２の制御および圧力変化機構２０の制御については後述する。
【００５５】
以上の構成により、本実施形態の流体吐出装置１００は、吐出対象である流体ＦＬを材料として、立体物を造形する。立体物の材料となる流体ＦＬの具体例を説明する。本実施形態では、流体ＦＬは、粉末材料と、溶媒と、を含むペースト状の流動性組成物である。流体ＦＬは、粉末材料と、溶媒と、を含んでよい。粉末材料としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単体粉末、もしくは、これらの金属を１つ以上含む合金粉末（マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金）、または、単体粉末や合金粉末から選択される１種または２種以上を組み合わせた混合粉末でもよい。流体ＦＬの溶媒は、例えば、水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）等のイオン液体等や、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせたものであってもよい。
【００５６】
流体ＦＬは、上記の粉末材料と溶媒に、バインダーを混合してスラリー状、あるいは、ペースト状にした混合材料であってもよい。バインダーは、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）或いはその他の熱可塑性樹脂であってもよい。流体ＦＬは、上記の粉末材料を含むものに限定されず、例えば、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックなどの樹脂を溶融させたものであってもよい。流体ＦＬは、その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチックなどの樹脂であってもよい。流体ＦＬには、上記金属以外の金属やセラミックス、樹脂等が含まれていてもよい。流体ＦＬには、焼結助剤が含まれていてもよい。
【００５７】
図３，図４および図５Ａ〜図５Ｄを参照して、吐出処理における制御部６０による制御および流体ＦＬの吐出のメカニズムを説明する。図３は、吐出処理における流体ＦＬの吐出工程の流れの一例を示すフロー図である。図４は、吐出処理における移動体１２および弁体３３の移動のタイミングチャートの一例を示す説明図である。図４のタイミングチャートの縦軸における移動体１２の位置および弁体３３の位置はそれぞれ、各駆動回路１４，２１が対応するピエゾ素子２３，３５ａに印加する電圧の大きさに対応している。図５Ａ〜図５Ｄはそれぞれ、吐出処理における吐出部１０の様子を時系列で示す模式図である。図５Ａ〜図５Ｄにはそれぞれ、圧力変化機構２０を含む吐出口１５の近傍領域が抜き出して図示してある。
【００５８】
制御部６０は、造形処理において吐出部１０による流体ＦＬの吐出タイミングが到達したときに吐出処理を実行する。吐出処理の１回の実行によって、吐出部１０の吐出口１５からは１ドット分の量の流体滴が吐出される。吐出処理では、工程１〜３および工程ａ，ｂが実行される（図３）。工程１〜３は、吐出部１０の移動体１２の移動制御の工程であり、工程ａ，ｂは、その移動制御と並列に実行される圧力変化機構２０の駆動制御の工程である。本実施形態では、制御部６０は、工程１〜３の移動体１２の移動のタイミングに合わせて工程ａ，ｂにおいて圧力変化機構２０の弁体３３の伸縮運動を制御する。吐出処理の実行開始時には、貯留室１６において移動体１２は吐出口１５を閉塞する閉塞位置ＰＣに位置し、連通室３０において弁体３３は圧力室１７から最も離れ、圧力室１７の空間容積が最大になる第１位置ＰＬに位置している（図５Ａ）。
【００５９】
工程１では、制御部６０は、第１駆動回路１４によってピエゾ素子２３に対して電圧を印加し、ピエゾ素子２３を収縮させ、移動体１２を、閉塞位置ＰＣから第２方向Ｄ２に移動させる（図４の時刻ｔ１）。これによって、貯留室１６と圧力室１７とが連通する状態となり、吐出口１５が開放される。工程１において、移動体１２は、移動体１２の移動範囲のうちの吐出口１５から最も離れた位置である開放位置ＰＯまで到達する（図４の時刻ｔ２，図５Ｂ）。工程１における移動体１２の移動時間（時刻ｔ１〜ｔ２）は、例えば、５０〜４００μｓ程度としてもよい。
【００６０】
工程２では、予め決められた微小な待機時間の間、ピエゾ素子２３に印加する電圧を維持して、移動体１２を開放位置ＰＯに保持する（図４の時刻ｔ２〜ｔ３）。この間に、貯留室１６の圧力を駆動力として、図５Ｂにおける貯留室１６内の矢印ｆａによって示されているように、移動体１２の先端部１２ａと吐出口１５との間の領域に流体ＦＬが流動して補充される。工程２における待機時間は、流体ＦＬの粘度や圧力発生部４３によって流体ＦＬに付与されている圧力、貯留室１６の容積などに応じて適宜、決められればよい。待機時間は、例えば、１００〜３００μｓ程度としてもよい。なお、工程２の待機時間は、以下に説明する工程ａによって連通室３０から補充される流体ＦＬの分だけ短縮した時間に設定されることが望ましい。
【００６１】
制御部６０は、工程１〜２の間に、工程ａを実行する（図４の時刻ｔａ〜ｔｂ）。工程ａでは、制御部６０は、圧力変化機構２０を、圧力室１７の圧力を高める方向に動作させる。制御部６０は、第２駆動回路２１によって、圧力変化機構２０のピエゾ素子３５ａに対して電圧を印加して、ピエゾ素子３５ａを伸長させる。これによって、弁体３３は、連通室３０において伸長し、その先端部３３ａが第１位置ＰＬから連通室３０の空間容積を最小にする第２位置ＰＳまで移動する（図５Ｂ）。連通室３０における弁体３３の伸長により、連通室３０の空間容積が低減され、連通室３０の流体ＦＬが、矢印ｆｂが示すように、圧力室１７に押し出され、移動体１２の先端部１２ａと吐出口１５との間の領域への流体ＦＬの補充が促進される。
【００６２】
図４では、工程１が実行されている時刻ｔ１〜ｔ２の間に、工程ａの実行が開始される例が示されている。工程ａの実行を開始するタイミングは、図４に例示されているタイミングに限定されない。工程ａの実行を開始するタイミングは、工程１において移動体１２の移動を開始するときと同時でもよいし、工程１において移動体１２の移動を開始した後でもよい。工程ａの実行を開始するタイミングは、工程１の実行完了後、工程２の待機時間の間であってもよい。
【００６３】
工程３では、制御部６０は、第１駆動回路１４に、ピエゾ素子２３に対する印加電圧を変化させて、ピエゾ素子２３を伸長させ、移動体１２を第１方向Ｄ１へ移動させる（図３の時刻ｔ３〜ｔ４）。移動体１２が第１方向Ｄ１への移動を開始すると、貯留室１６の流体ＦＬが、移動体１２によって押されて、圧力室１７における流体ＦＬの圧力が高まり、吐出口１５からの流体ＦＬの吐出が開始される（図５Ｃ）。工程３では、移動体１２は、閉塞位置ＰＣまで移動し、その先端部１２ａが連通口１６ｏの開口周縁部に衝突して、吐出口１５を閉塞する（図５Ｄ）。
【００６４】
工程３において、移動体１２がピエゾ素子２３から付与される荷重は、吐出口１５から流体ＦＬを吐出するときに吐出口１５の流体ＦＬに生じる目標圧力に応じて決められればよい。例えば、その目標圧力が、約９００〜１１００ＭＰａである場合には、ピエゾ素子２３が移動体１２に付与する荷重は、数百Ｎ程度としてもよい。
【００６５】
制御部６０は、工程３の実行タイミングに合わせて、工程ｂを実行する（図４の時刻ｔｃ〜ｔｄ）。制御部６０は、工程３において移動体１２が第１方向Ｄ１への移動を開始した後の予め決められたタイミングにおいて、工程ｂの実行を開始する（図４の時刻ｔｃ）。工程ｂでは、制御部６０は、圧力変化機構２０を圧力室１７の圧力を低減させる方向に動作させる。制御部６０は、第２駆動回路２１によってピエゾ素子３５ａに印加している電圧を変化させて、ピエゾ素子３５ａの収縮を開始させ、弁体３３の連通室３０における収縮を開始させる（図５Ｃ）。弁体３３の先端部３３ａが第２位置ＰＳから第１位置ＰＬに移動することにより、連通室３０の空間容積が増大し、連通室３０へ流体ＦＬが流入する。そのため、圧力室１７の圧力の一部が連通室３０に逃げ、矢印ｆｄによって示されているように、吐出口１５から吐出されている流体ＦＬに、吐出口１５から圧力室１７に向かう方向の力が生じる。
【００６６】
工程ｂの実行時には、吐出口１５から吐出されて垂下している流体ＦＬの下端側の部位には、上述した工程３における移動体１２の第１方向Ｄ１への移動によって生じた鉛直方向への慣性力と重力とが働いている。工程ｂにおいて、上述した吐出口１５から圧力室１７に向かう方向の力が生じると、吐出口１５から吐出されている流体ＦＬの吐出口１５側の部位には、当該流体ＦＬを吐出口１５内へと引き戻す方向に力が働くことになる（矢印ｆｄ）。従って、吐出口１５から吐出された流体ＦＬの下端側の部位の分離が促進される。よって、目標対象物へと飛行する流体滴の生成が円滑化され、吐出部１０の流体ＦＬの吐出性能が高められる。加えて、工程ｂによって生じた上記の力は、流体滴が分離した後にも、吐出口１５に残留している流体ＦＬを圧力室１７へと引き戻す方向に働く（図５Ｄの矢印ｆｅ）。よって、流体ＦＬの吐出後に、吐出口１５の外の周縁領域に流体ＦＬが残留してしまうことが抑制される。
【００６７】
図４には、工程３において移動体１２が第１方向Ｄ１への移動を開始した後に、連通室３０の空間容積を低減させ始め、移動体１２が閉塞位置ＰＣに到達した後に、連通室３０の空間容積が最大にする例が示されている。工程ｂの実行期間は、図４に例示されている期間には限定されない。工程ｂにおいて、連通室３０の空間容積を低減させ始めるタイミングは、吐出口１５から流体ＦＬの吐出が開始されるタイミングであってもよい。吐出口１５から流体ＦＬの吐出が開始されるタイミングは、移動体１２が第１方向Ｄ１への移動を開した後の吐出口１５から流体ＦＬの吐出が開始されることが見込まれる予め実験的に決められたタイミングでよい。工程ｂにおいて、連通室３０の空間容積が最大になるタイミングは、工程３において移動体１２が閉塞位置ＰＣに到達するタイミングより前であってもよい。
【００６８】
工程ｂは、吐出口１５から流体ＦＬが吐出されている間に実行開始されることが望ましい。このようにすれば、上述したように、吐出口１５から吐出されている流体ＦＬに圧力室１７へと引き戻す方向への力を生じさせることができ、流体滴の生成が円滑化される。「吐出口１５から流体ＦＬが吐出されている間」とは、吐出口１５から流体ＦＬが柱状に垂下している期間を意味し、当該柱状の流体ＦＬの先端部位が流体滴として分離した後の期間は含まない。つまり、この期間は、吐出口１５からの流体ＦＬの吐出が開始された後、流体ＦＬの流体滴が分離する前の期間である。
【００６９】
以上のように、本実施形態の流体吐出装置１００およびその吐出処理における流体ＦＬの吐出方法によれば、圧力変化機構２０の動作によって、吐出口１５から流体ＦＬを吐出した後に、余分な流体ＦＬを収容部１１内に引き戻すことができる。従って、吐出口１５の周縁領域に余分な流体ＦＬが残留してしまうことが抑制され、そうした余分な流体ＦＬによって、次の流体ＦＬの吐出が阻害されてしまうことが抑制され、流体ＦＬの流体滴の吐出を円滑に連続して実行することが可能になる。また、吐出口１５の周縁領域に流体ＦＬが残留していることによって、次の吐出工程において吐出される流体滴のサイズに狂いが生じてしまうことや、流体ＦＬの流体滴の形状に狂いが生じて、その飛行状態が悪化してしまうことなどが抑制される。加えて、吐出口１５の周縁領域に余分な流体ＦＬが付着することが抑制されるため、吐出口１５の周縁領域のクリーニング処理の実行回数を低減することができ、効率的である。また、本実施形態の流体吐出装置１００およびその吐出処理における流体ＦＬの吐出方法によれば、圧力変化機構２０の動作によって、吐出口１５から吐出された流体ＦＬからの流体滴の分離が促進される。従って、流体滴が尾を引くなどして適切に分離せず、流体滴のサイズに狂いが生じてしまうことや、流体滴の飛行状態が悪化してしまうことなどが抑制される。その他に、本実施形態の流体吐出装置１００およびその吐出処理における流体ＦＬの吐出方法によれば、上記実施形態中で説明した種々の作用効果を奏することができる。
【００７０】
B．第２実施形態：
図６は、本発明の第２実施形態における流体吐出装置１００Ａの構成を示す概略図である。図６では、便宜上、流体吐出装置１００Ａの一部の構成部のみを抜き出して図示してある。第２実施形態の流体吐出装置１００Ａは、流体検出部７０が追加されている点以外は、第１実施形態の流体吐出装置１００の構成とほぼ同じである。第２実施形態の流体吐出装置１００Ａが実行する吐出処理は、以下に説明するように、流体検出部７０の検出結果に応じて、圧力変化機構２０における弁体３３の伸縮運動を制御する点以外は、第１実施形態で説明したのとほぼ同じである。
【００７１】
流体検出部７０は、制御部６０の制御下において、収容部１１の外部の吐出口１５の周縁領域に滞留している流体ＦＬを光学的に検出する。流体検出部７０は、ＣＣＤイメージセンサーなどによって構成される撮像素子を備える。流体検出部７０は、吐出部１０が流体ＦＬの吐出処理を実行していない間に、吐出口１５の周縁領域を撮影し、その撮影画像を解析する。そして、吐出口１５の下方において吐出口１５を覆うように形成されている流体ＦＬの膜の厚みや当該膜の像の面積を、吐出口１５の周縁領域に存在する流体ＦＬの量を表す値として検出する。
【００７２】
制御部６０は、流体検出部７０によって検出された流体ＦＬの量に応じて、次の吐出処理における工程ｂにおいて、圧力変化機構２０が貯留室１６の圧力を低減する度合いを制御する。制御部６０は、流体検出部７０によって検出された流体ＦＬの量に応じて、弁体３３の伸縮運動を制御する。制御部６０は、流体検出部７０によって検出された流体ＦＬの量が多いほど、工程ｂにおける弁体３３の移動距離を大きくするものとしてもよい。制御部６０は、流体検出部７０によって検出された流体ＦＬの量が、予め決められた閾値より大きくなったときに、工程ｂにおける弁体３３の移動距離を大きくするものとしてもよい。
【００７３】
工程ｂにおける弁体３３の移動距離を大きくすることによって、流体ＦＬの吐出後に吐出口１５の方へと引き戻される流体ＦＬの量を増加させることができ、吐出口１５の周縁領域に残留する流体ＦＬの量を減少させることができる。また、流体ＦＬの周縁領域に残留する流体ＦＬの検出量が小さいときには、吐出口１５内の流体ＦＬが必要以上に少なくなってしまうことが抑制される。従って、吐出口１５内の流体ＦＬが不足することによって、適切なサイズや形状の流体滴が吐出されないなどの流体ＦＬの吐出不良が生じてしまうことが抑制される。
【００７４】
制御部６０は、流体検出部７０によって検出された流体ＦＬの量が多いほど、工程ｂにおける弁体３３の移動速度を高めて、吐出口１５の方へと引き戻される流体ＦＬの量を増加させるものとしてもよい。あるいは、制御部６０は、流体検出部７０によって検出された流体ＦＬの量が、予め決められた閾値より大きくなったときに、弁体３３の移動速度を高めるものとしてもよい。こうした制御によっても、上述したのと同様な効果を得ることができる。
【００７５】
以上のように、第２実施形態の流体吐出装置１００Ａおよびその吐出処理における流体ＦＬの吐出方法によれば、吐出口１５の周縁領域に流体ＦＬが残留してしまうことが抑制されるとともに、吐出口１５内の流体ＦＬの量を適切に保つことができる。その他に、第２実施形態の流体吐出装置１００Ａおよびその吐出処理における流体ＦＬの吐出方法によれば、上記の第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。
【００７６】
C．第３実施形態：
図７は、第３実施形態における流体吐出装置１００Ｂの構成を示す概略図である。第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂは、第１実施形態の圧力変化機構２０とは異なる構成の圧力変化機構８０が設けられている点以外は、第１実施形態の流体吐出装置１００（図１）とほぼ同じ構成を有している。図７では、便宜上、造形ステージ５０、移動機構５２、および、エネルギー付与部５５の図示は省略されている。
【００７７】
圧力変化機構８０は、圧力室１７に臨むように設けられている。圧力変化機構８０は、圧力室１７の流体ＦＬに作用できるように接続されており、圧力室１７における流体ＦＬの圧力を変化させるように動作する。圧力変化機構８０は、連通路８１と、流出配管８２と、制御弁８３と、ポンプ８４と、を備える。連通路８１は、収容部１１の外部から圧力室１７まで延びる貫通孔として設けられている。連通路８１は、流出配管８２を介して、供給部４０の流体貯留部４２に接続されている。
【００７８】
制御弁８３は、流出配管８２に設けられている。制御弁８３は、開閉弁であり、制御部６０の制御下において開閉する。ポンプ８４は、制御部６０の制御下において駆動する吸引ポンプであり、流出配管８２内の流体ＦＬを流体貯留部４２に向かう方向に流す駆動力を発生させる。ポンプ８４は省略されてもよい。
【００７９】
第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂでは、制御部６０は、吐出口１５から流体ＦＬを吐出する吐出処理において、第１実施形態で説明した工程１〜３によって、移動体１２の移動を制御する。そして、制御部６０は、吐出処理において、その移動体１２の移動の制御に合わせて、圧力変化機構８０の動作を制御する。
【００８０】
制御部６０は、通常は、制御弁８３を閉じておき、圧力室１７から流出配管８２への流体ＦＬの流出を遮断しておく。制御部６０は、吐出処理の工程１において、移動体１２を第２方向Ｄ２に移動させ、工程２の待機時間が経過したときに、工程３において移動体１２の第１方向Ｄ１への移動を開始させる。制御部６０は、移動体１２の第１方向Ｄ１への移動を開始させるのと同時、あるいは、それより後に、圧力室１７の圧力が低減される方向に圧力変化機構８０を動作させる。制御部６０は、制御弁８３を所定の微小な時間だけ開き、圧力室１７の圧力を、瞬間的に流出配管８２へと逃がす。
【００８１】
これによって、吐出口１５から吐出されている流体ＦＬに、吐出口１５から圧力室１７に向かう方向の力を生じさせることができる。従って、第１実施形態で説明したように、吐出口１５から吐出されている流体ＦＬからの流体滴の分離を促進させることができるとともに、吐出口１５の周縁領域に余分な流体ＦＬが残留してしまうことが抑制される。なお、流出配管８２へと流出した流体ＦＬは、ポンプ８４の駆動力によって、流体貯留部４２へと誘導されて造形処理に再利用される。従って、流体ＦＬが無駄に消費されてしまうことが抑制される。
【００８２】
以上のように、第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂおよびその吐出処理における流体ＦＬの吐出方法によれば、圧力変化機構８０に圧力室１７の圧力を低減させる方向へ動作させることによって、流体ＦＬの吐出後に、余分な流体ＦＬが吐出口１５に引き戻される。従って、吐出口１５の周縁領域に余分な流体ＦＬが残留してしまうことが抑制される。また、吐出口１５から吐出された流体ＦＬからの流体滴の分離が促進され、流体滴のサイズに狂いが生じることや、流体滴の形状が悪化してしまうことが抑制される。加えて、圧力変化機構８０によって圧力室１７から流出した流体ＦＬが循環されて再利用されるため、流体吐出装置１００Ｂの運転コストの増加が抑制される。その他に、本実施形態の流体吐出装置１００Ｂおよびその吐出処理における流体ＦＬの吐出方法によれば、上記の第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。
【００８３】
D．変形例：
D1．変形例１：
上記の第１実施形態および第２実施形態の流体吐出装置１００，１００Ａは、連通室３０の容積を変化させて圧力室１７内の圧力を変化させる圧力変化機構２０を備えている。上記の第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂは、圧力室１７から流体ＦＬを流出配管８２に流出させることによって圧力室１７内の圧力を変化させる圧力変化機構２０を備えている。これに対して、流体吐出装置は、上記の各実施形態で説明したのとは異なる方法によって圧力室１７内の圧力を変化させる圧力変化機構を備えていてもよい。流体吐出装置は、例えば、ピエゾ素子などのアクチュエーターによって、圧力室１７の壁面を撓み変形させて、圧力室１７の空間容積を変化させることによって、圧力室１７内の圧力を変化させる圧力変化機構を備えていてもよい。
【００８４】
D2．変形例２：
上記の各実施形態では、圧力変化機構２０，８０は、吐出口１５から流体ＦＬが吐出されている間に、圧力室１７の圧力を低減する方向に動作している。これに対して、圧力変化機構２０，８０は、吐出口１５から吐出されている流体ＦＬから流体滴が分離した後に、圧力室１７の圧力を低減する方向に動作してしてもよい。このようなタイミングで、圧力変化機構２０，８０が、圧力室１７の圧力を低減する方向に動作させることによって、吐出口１５の外に残留する余分な流体ＦＬを吐出口１５の中に吸引することができる。よって、流体ＦＬの吐出後に、吐出口１５の周縁領域に余分な流体ＦＬが残留してしまうことが抑制される。
【００８５】
D3．変形例３：
上記の第１実施形態および第２実施形態では、圧力変化機構２０の弁体３３は、吐出処理において、制御部６０が指令するタイミングで往復運動している。また、上記の第３実施形態では、圧力変化機構８０の制御弁８３は、吐出処理において、制御部６０が指令するタイミングで開閉している。これに対して、圧力変化機構２０の弁体３３および圧力変化機構８０の制御弁８３は、吐出処理において、制御部６０の制御下において動作しなくてもよい。上記の第１実施形態および第２実施形態において、圧力変化機構２０の弁体３３は、圧力室１７の圧力が、予め決められた大きさ以上になったときに、第２位置ＰＳから第１位置ＰＬへの移動を機械的に開始するように構成されていてもよい。例えば、移動体１２は、予め決められた荷重が付与されたときに第２位置ＰＳから第１位置ＰＬへの移動を開始するように付勢部材によって付勢されていてもよい。第３実施形態の圧力変化機構８０の制御弁８３も同様に、圧力室１７の圧力が、予め決められた大きさ以上になったときに、機械的に開閉動作するバルブによって構成されていてもよい。
【００８６】
D4．変形例４：
上記の第１実施形態および第２実施形態の流体吐出装置１００，１００Ａでは、ピエゾ素子３５ａによって弁体３３を往復移動させることによって、連通室３０において弁体３３を伸縮させている。これに対して、第１実施形態および第２実施形態の流体吐出装置１００，１００Ａでは、ピエゾ素子３５ａ以外の手段によって弁体３３を往復移動させてもよい。例えば、ソレノイド機構によって弁体３３を移動させてもよいし、空気の圧力を利用して弁体３３を移動させてもよい。
【００８７】
D5．変形例５：
上記の第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂでは、圧力変化機構８０の制御弁８３は開閉弁によって構成されている。これに対して、制御弁８３は開度によって流出配管８２における流体ＦＬの流量を調整する流量調整弁によって構成されていてもよい。この場合には、上記第３実施形態で説明した制御弁８３を開くタイミングにおいて、制御弁８３の開度を一時的に急激に大きくするものとしてもよい。
【００８８】
D6．変形例６：
上記の第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂでは、流出配管８２は流体貯留部４２に接続されており、流出配管８２に流入した流体ＦＬを循環させて再利用している。これに対して、流出配管８２は流体貯留部４２に接続されていなくてもよく、流出配管８２に流入した流体ＦＬは、他の貯留部に貯留されるものとしてもよい。
【００８９】
D7．変形例７：
上記の各実施形態において、吐出処理（図３）は、立体物を造形する造形処理において実行されている。これに対して、吐出処理は、造形処理以外のときに実行されてもよい。吐出処理は、例えば、吐出部１０のメンテナンスのために実行されるフラッシングにおいて実行されてもよい。
【００９０】
D8．変形例８：
上記の各実施形態において、移動体１２はピエゾ素子２３の伸縮によって荷重を加えられて変位している。これに対して、移動体１２はピエゾ素子２３を用いる以外の他の方法によって荷重をかけられて変位するものとしてもよい。移動体１２は、例えば、気体の圧力によって荷重をかけられて変位するものとしてもよい。また、上記の各実施形態において、移動体１２はピエゾ素子２３と一体化されていてもよく、ピエゾ素子２３の先端部分が移動体１２として、収容部１１内において往復移動するように構成されていてもよい。
【００９１】
D9．変形例９：
上記の第２実施形態の流体検出部７０は、第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂに適用されてもよい。この構成において、制御部６０は、流体検出部７０によって検出される流体ＦＬの量に応じて、制御弁８３を開く時間を変化させてもよい。制御部６０は、流体検出部７０によって検出される流体ＦＬの量が多いほど、制御弁８３を開く時間を増加させてもよい。また、制御部６０は、流体検出部７０によって検出される流体ＦＬの量が所定の閾値より大きいときに、制御弁８３を開く時間を増加させてもよい。
【００９２】
D10．変形例１０：
上記の各実施形態では、貯留室１６と圧力室１７とは、吐出口１５の中心軸ＮＸ上に配列されている。これに対して、貯留室１６と圧力室１７とは、吐出口１５の中心軸ＮＸに交差する方向に配列されていてもよい。この場合において、移動体１２の往復移動の方向は、吐出口１５の開口方向に交差する方向になっていてもよい。また、貯留室１６と圧力室１７とは、貯留室１６の中心軸と圧力室１７の中心軸とが互いに交差するように配列されていてもよい。この構成において、貯留室１６の中心軸と圧力室１７の中心軸とに挟まれている領域に、圧力変化機構２０を設ければ、吐出部１０をコンパクトに構成することもできる。
【００９３】
D11．変形例１１：
上記各実施形態の流体吐出装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、立体物を造形する三次元造形装置として実現されている。これに対して、流体吐出装置は、三次元造形装置として実現されていなくてもよい。流体吐出装置は、例えば、流体としてインクを吐出するインクジェットプリンターとして実現されてもよいし、塗料を吐出する塗布装置や、流動性を有する接着剤を吐出する加工装置として実現されてもよい。
【００９４】
D12．変形例１２：
上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。
【００９５】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１０…吐出部、１１…収容部、１１ｂ…底面、１２…移動体、１２ａ…先端部、１２ｂ…後端部、１２ｃ…本体部、１３…駆動機構、１４…第１駆動回路、１５…吐出口、１６…貯留室、１６ｏ…連通口、１７…圧力室、１８…駆動室、１９…流通路、２０…圧力変化機構、２１…第２駆動回路、２２…シール部材、２３…ピエゾ素子、２４…弾性部材、３０…連通室、３２…駆動室、３３…弁体、３３ａ…先端部、３３ｂ…後端部、３４…シール部材、３５…駆動機構、３５ａ…ピエゾ素子、３５ｂ…弾性部材、４０…供給部、４１…配管、４２…流体貯留部、４３…圧力発生部、５０…造形ステージ、５２…移動機構、５５…エネルギー付与部、６０…制御部、６１…ＣＰＵ、６２…メモリー、７０…流体検出部、８０…圧力変化機構、８１…連通路、８２…流出配管、８３…制御弁、８４…ポンプ、１００，１００Ａ，１００Ｂ…流体吐出装置、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、ＦＬ…流体、ＭＤ…データ、ＮＸ…中心軸、ＰＣ…閉塞位置、ＰＬ…第１位置、ＰＯ…開放位置、ＰＳ…第２位置
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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