(57)【要約】【課題】  吐出口の開口周辺において流動性材料の吐出に影響を与える要素を的確に考慮した新たな付着対処手法を提供する。【解決手段】  流動性材料を吐出する吐出口を有する収容部の開口周辺に付着した流動性材料の付着厚みと付着広がりとを検知する。その一方、吐出口からの流動性材料吐出に影響を及ぼす付着厚み閾値と付着広がり閾値とを、流動性材料の粘度に対応付けて記憶する。そして、検知付着厚みと検知付着広がりとが、吐出口からの流動性材料吐出に影響を及ぼす付着厚み閾値と付着広がり閾値を共に越える場合には、移動体の往復動を停止する。【選択図】  図１
2018051432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性材料を液滴として吐出する液滴吐出装置であって、
前記流動性材料を収容し、前記流動性材料を吐出する吐出口を有する収容部と、
前記収容部の内部において前記吐出口に対して往復動可能とされ、前記吐出口に向かう方向に移動することで前記吐出口から前記流動性材料を吐出する移動体と、
該移動体の往復動を制御する制御部と、
前記吐出口の開口周辺に付着した前記流動性材料の付着厚みと付着広がりとを、検知付着厚みと検知付着広がりとして検知する付着検知部と、
前記収容部に収容されて吐出される前記流動性材料の粘度の入力を受け、該入力を受けた粘度を前記流動性材料の入力粘度とする粘度入力部と、
前記検知付着厚みおよび前記検知付着広がりと比較する付着厚み閾値および付着広がり閾値を、前記吐出口の開口周辺に前記流動性材料が付着したことで前記吐出口からの前記流動性材料の吐出に影響を及ぼす閾値として捉えた上で、前記流動性材料の第１の粘度に対応付けて記憶すると共に、該第１の粘度より高い第２の粘度については、前記第１の粘度における前記付着厚み閾値および前記付着広がり閾値に比べて低い閾値として記憶する記憶部とを備え、
前記制御部は、前記記憶部が記憶した前記流動性材料の粘度ごとの前記付着厚み閾値および前記付着広がり閾値を参照し、前記検知付着厚みと前記検知付着広がりが前記入力粘度に対応する前記付着厚み閾値と前記付着広がり閾値を共に越える場合には、前記移動体の前記往復動を停止する、液滴吐出装置。
【請求項２】
前記付着検知部は、
前記流動性材料の付着厚みを、前記収容部の側方の側から光学的に検知し、
前記流動性材料の付着広がりを、前記吐出口に向かう方向から光学的に検知する、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液滴吐出装置であって、
前記収容部に対して相対的に移動可能とされ、前記吐出口の開口周辺に付着した前記流動性材料を取り除くクリーニング機構を備え、
該クリーニング機構は、前記制御部により前記移動体の前記往復動が停止されている間に、前記流動性材料を取り除く、請求項１または請求項２に記載の液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、吐出口から流動性材料を液滴として吐出する種々の液滴吐出装置が提案されている。こうした液滴吐出装置では、流動性材料の吐出部において、弁体であるプランジャーロッドを往復動させることによって、吐出部の液体に慣性力を付与して、吐出口であるノズルから流動性材料を液滴として吐出させている。プランジャーロッドで押された流動性材料は、その全量が常に吐出されるわけではなく、流動性を有する故に、一部の流動性材料が吐出口の開口周辺に付着して残ることが有り得る。こうした流動性材料の付着は、次回の流動性材料の吐出に悪影響を与えることがある。よって、吐出口の開口周辺に付着した流動性材料の付着広がりを検出し、検出した付着広がりが閾値を超えると、液体付着に伴う品質低下が起き得るとして、ノズルクリーニングを行う付着対処手法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１８８７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、吐出口の開口周辺に付着した流動性材料の付着広がり程度が同じであっても、付着した流動性材料の盛り上がり方は一律とはならない。しかも、付着した流動性材料の付着広がり程度のみならず、付着した流動性材料の盛り上がり方は、流動性材料の粘度の影響を受けて、変化することが有り得る。そうすると、検出した付着広がりが閾値を超えていても、流動性材料の粘度や流動性材料の盛り上がり方によっては、液体付着に伴う品質低下がさほど起きなかったり、次回の流動性材料の吐出の際に、規定量の吐出ができない、或いは、吐出自体ができないという不具合が起きないことも有り得る。こうしたことから、吐出口の開口周辺において流動性材料の吐出に影響を与える要素を的確に考慮した新たな付着対処手法が要請されるに到った。
【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）本発明の一形態によれば、液滴吐出装置が提供される。この液滴吐出装置は、流動性材料を液滴として吐出する液滴吐出装置であって、前記流動性材料を収容し、前記流動性材料を吐出する吐出口を有する収容部と、前記収容部の内部において前記吐出口に対して往復動可能とされ、前記吐出口に向かう方向に移動することで前記吐出口から前記流動性材料を吐出する移動体と、該移動体の往復動を制御する制御部と、前記吐出口の開口周辺に付着した前記流動性材料の付着厚みと付着広がりとを、検知付着厚みと検知付着広がりとして検知する付着検知部と、前記収容部に収容されて吐出される前記流動性材料の粘度の入力を受け、該入力を受けた粘度を前記流動性材料の入力粘度とする粘度入力部と、前記検知付着厚みおよび前記検知付着広がりと比較する付着厚み閾値および付着広がり閾値を、前記吐出口の開口周辺に前記流動性材料が付着したことで前記吐出口からの前記流動性材料の吐出に影響を及ぼす閾値として捉えた上で、前記流動性材料の第１の粘度に対応付けて記憶すると共に、該第１の粘度より高い第２の粘度については、前記第１の粘度における前記付着厚み閾値および前記付着広がり閾値に比べて低い閾値として記憶する記憶部とを備える。そして、前記制御部は、前記記憶部が記憶した前記流動性材料の粘度ごとの前記付着厚み閾値および前記付着広がり閾値を参照し、前記検知付着厚みと前記検知付着広がりが前記入力粘度に対応する前記付着厚み閾値と前記付着広がり閾値を共に越える場合には、前記移動体の前記往復動を停止する。
【０００７】
この形態の液滴吐出装置は、吐出口の開口周辺に流動性材料が付着した場合の付着対処を図るに当たり、吐出口の開口周辺に付着した流動性材料（以下、付着流動性材料と称する）の付着広がりに加え、付着流動性材料の付着厚みと、吐出口から吐出される流動性材料の粘度とを考慮する。この形態の液滴吐出装置は、付着流動性材料の付着厚みと付着広がりとが流動性材料の入力粘度に対応する付着厚み閾値と付着広がり閾値を共に越える場合に移動体の往復動を停止する。こうして移動体の往復動を停止する付着厚み閾値と付着広がり閾値は、吐出口の開口周辺に流動性材料が付着したことで吐出口からの流動性材料の吐出に影響を及ぼす閾値である。よって、この形態の液滴吐出装置は、付着流動性材料の付着厚みと付着広がりが付着厚み閾値と付着広がり閾値に達するまでは、移動体の往復動による流動性材料の吐出を可能とする。そして、付着流動性材料の付着厚みと付着広がりが付着厚み閾値と付着広がり閾値に達していない状況下では、吐出口の開口周辺に付着流動性材料が存在していても、次回の流動性材料の吐出の際には、規定量の吐出が可能である。この結果、この形態の液滴吐出装置によれば、吐出口の開口周辺の付着流動性材料の付着広がりに加え、流動性材料の粘度と付着厚みとを考慮することで、吐出口の開口周辺における流動性材料の付着対処を好適に図ることができる。
【０００８】
（２）上記形態の液滴吐出装置において、前記付着厚検知部は、前記流動性材料の付着厚みを、前記収容部の側方の側から光学的に検知し、前記流動性材料の付着広がりを、前記吐出口に向かう方向から光学的に検知するようにしてもよい。こうすれば、付着流動性材料の付着厚みと付着広がりを、簡便且つ正確に検知できる。
【０００９】
（３）上記のいずれの形態の液滴吐出装置において、前記収容部に対して相対的に移動可能とされ、前記吐出口の開口周辺に付着した前記流動性材料を取り除くクリーニング機構を備え、該クリーニング機構は、前記制御部により前記移動体の前記往復動が停止されている間に、前記流動性材料を取り除くようにしてもよい。こうすれば、吐出口の開口周辺における流動性材料の付着対処として、付着流動性材料の除去を図ることができる。
【００１０】
上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素は全てが必須のものではなく、上述の課題の一部また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また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の構成要素について、その変更、削除、新たな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、上述の課題の一部また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また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また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また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。
【００１１】
また、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、液滴吐出装置の制御方法や、液滴を吐出する方法、立体物造形装置、立体物造形方法、画像形成装置、画像形成方法、印刷装置、印刷方法、前述の各装置の制御方法、前述の各方法および制御方法を実現する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】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における液滴吐出装置の構成を示す概略図である。
【図２】第１撮像部と第２撮像部による吐出口の開口周辺における液滴撮像の様子を概略的に示す説明図である。
【図３】付着厚み閾値（付着厚）と付着広がり閾値（付着面積）の対応関係を吐出される液体の粘度ごとに示すグラフである。
【図４】制御部による液滴吐出可否の判定制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は本発明の実施形態における液滴吐出装置１００Ａの構成を示す概略図である。図１には、液滴吐出装置１００Ａ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。本明細書において、「上」または「下」は、鉛直方向を基準とする方向を意味している。矢印Ｇは、図２においても図示されている。
【００１４】
本実施形態の液滴吐出装置１００Ａは、いわゆる３Ｄプリンターであり、流動性材料である液体ＬＭを液滴として、吐出部１１０から、造形ステージ１５０に向かって吐出する。「液滴」とは、液体噴射装置から吐出される液体の状態をいい、粒状、涙状、糸状に尾を引くものも含むものとする。液体ＬＭの具体例については後述する。
【００１５】
液滴吐出装置１００Ａは、当該造形ステージ１５０上において、その液体ＬＭを固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。本実施形態では、立体物の造形のための液滴の着弾対象である造形ステージ１５０が、立体物の造形のために液滴を付着させる処理対象物である。液滴吐出装置１００Ａは、吐出部１１０および造形ステージ１５０に加えて、制御部１０１と、供給部１３０と、移動機構１５５と、エネルギー付与部１６０と、第１撮像部１７０と、第２撮像部１８０と、クリーニング機構１９０と、を備えている。
【００１６】
制御部１０１は、後述の弁体１１３の往復動を含め、液滴吐出装置１００Ａの全体の動作を制御する。制御部１０１は、少なくとも、ＣＰＵ１０２と、記憶部たるメモリー１０３と、を備えるマイクロコンピューターによって構成される。ＣＰＵ１０２は、メモリー１０３に記憶済みのプログラムを読み出して実行することにより、種々の機能を発揮する。このプログラムは、例えば、ハードディスクやフラッシュメモリー、ＤＶＤ−ＲＯＭなどの各種の記録媒体に記録されていてもよい。
【００１７】
制御部１０１には、コンピューター２００が接続されている。制御部１０１は、コンピューター２００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層における液体ＬＭの吐出位置を表すデータが含まれている。制御部１０１は、当該データＭＤに基づいて、吐出部１１０に液体ＬＭの液滴を吐出させるタイミングや、造形ステージ１５０に対する液滴の着弾位置などの処理条件を決定する。コンピューター２００は、液滴として吐出部１１０から吐出される液体ＬＭの粘度を、ユーザーの操作により、制御部１０１に出力する。よって、制御部１０１は、後述の収容室１２１に供給される流動性材料たる液体ＬＭの粘度の入力を受ける粘度入力部を、ＣＰＵ１０２がメモリー１０３に記憶済みのプログラムを実行することで構築する。なお、制御部１０１は、コンピューター２００からではなく、ネットワークや記録媒体を介して直接的にデータＭＤを取得してもよい。
【００１８】
吐出部１１０は、いわゆるヘッド部であり、制御部１０１の制御下において液体ＬＭを吐出する。吐出部１１０は、中空容器である本体部１１１と、液体ＬＭを吐出するための吐出機構１１２と、を備える。本体部１１１は、例えば、ステンレス鋼によって構成される。吐出機構１１２は、本体部１１１の内部に収容されている。吐出機構１１２は、弁体１１３と、駆動部１１４と、を備える。駆動部１１４は、圧電素子であるピエゾ素子１１５と、付勢部材１１６と、を備える。
【００１９】
本体部１１１の内部空間は、隔壁１１１ｓによって、収容室１２１と、駆動室１２５と、に分けられている。収容室１２１は、本体部１１１の下端に位置し、駆動室１２５は、その上に位置する。収容室１２１は、液体ＬＭを収容する。収容室１２１の側壁部には、供給部１３０が供給する液体ＬＭを流入させるための流入口１２２が水平方向に開口する貫通孔として設けられている。
【００２０】
収容室１２１の底面１２１ｂは、その中央に向かって窪んだテーパー状の傾斜壁面を構成しており、その中央における最も低い部位には、液体ＬＭを外部に吐出するためのノズルである吐出口１２３が設けられている。そして、収容室１２１を有する吐出部１１０は、収容室１２１に液体ＬＭの供給を受け、その供給を受けた液体ＬＭを収容し、収容した液体ＬＭを吐出する吐出口１２３を有することになり、本願における収容部として機能する。本実施形態では、吐出口１２３は、本体部１１１の底壁部を重力方向に貫通する貫通孔として形成されている。吐出口１２３は、本体部１１１の底面１１１ｂにおいて、鉛直下方の領域に向かって開口している貫通孔として形成されている。本実施形態では、吐出口１２３から液体ＬＭが吐出される方向である吐出方向は、吐出口１２３の開口方向に一致するとともに、鉛直方向の中心軸ＮＸに一致する。吐出口１２３の開口径は、例えば、５〜３００μｍ程度であってよい。
【００２１】
吐出機構１１２の弁体１１３は、吐出口１２３を開閉する。本実施形態では、弁体１１３は、金属製の柱状の部材によって構成されている。弁体１１３の下端の先端部１１３ｔは、半球状の形状を有している。弁体１１３は、隔壁１１１ｓに設けられた貫通孔１１１ｈを介して収容室１２１と駆動室１２５とに跨がって配置されている。弁体１１３は、吐出口１２３の中心軸ＮＸにおいて、鉛直方向に沿って、その長手方向に往復動可能なように配置されている。つまり、弁体１１３は、収容室１２１の内部において吐出口１２３に対して往復動可能な移動体として機能する。なお、貫通孔１１１ｈには、駆動室１２５への液体ＬＭの漏洩を抑制するための円環状のシール部材ＳＬが弁体１１３の周囲を囲むように配置されている。
【００２２】
駆動室１２５には、吐出機構１１２の駆動部１１４を構成するピエゾ素子１１５と付勢部材１１６とが収容されている。駆動部１１４は、収容室１２１において弁体１１３を往復動させるための駆動力を発生させる。ピエゾ素子１１５は、複数の圧電材料が積層された構成を有しており、各圧電材料への電圧の印加によって、その積層方向に長さが変化する。ピエゾ素子１１５の上端部は駆動室１２５の上壁面に固定されており、下端部は弁体１１３の上端部に接触している。ピエゾ素子１１５が伸長することによって、弁体１１３は吐出口１２３に向かう方向に移動する。付勢部材１１６は、例えば、弦巻ばねによって構成され、弁体１１３を上方に向かって付勢する。ピエゾ素子１１５が収縮すると、弁体１１３は、付勢部材１１６の付勢力によって、ピエゾ素子１１５の下端部に追従して上方に移動する。
【００２３】
ピエゾ素子１１５が伸長して最も長くなった状態では、弁体１１３の先端部１１３ｔが、吐出口１２３の周縁部の傾斜壁面に気密に線接触して、吐出口１２３を閉塞する。このように吐出口１２３を閉塞するよう駆動する弁体１１３は、吐出口１２３に向かう方向への移動の過程において、吐出口１２３から液体ＬＭを吐出する。ピエゾ素子１１５が収縮すると、弁体１１３は、付勢部材１１６の付勢力によって、ピエゾ素子１１５の下端部に追従して上方に移動し、その先端部１１３ｔが吐出口１２３から離間する。このように、弁体１１３が、吐出口１２３を塞ぐ位置と、吐出口１２３から離間した位置との間を往復動することによって吐出口１２３が開閉される。
【００２４】
供給部１３０は、吐出部１１０の収容室１２１に液体ＬＭを圧送する。供給部１３０は、流路部材１３１と、配管１３２と、バルブ１３３と、液体貯留部１３４と、圧力発生部１３５と、を備える。流路部材１３１は、本体部１１１の側面に連結される部材である。流路部材１３１は、内部に、液体ＬＭが流通する供給流路１３１ｐを有している。本実施形態では、供給流路１３１ｐは、収容室１２１の上方から斜め下方に向かって伸びる部位を有する管状の連通路として構成されている。供給流路１３１ｐは、一方の開口端部が、収容室１２１の流入口１２２に接続されており、他方の開口端部が配管１３２に接続されている。
【００２５】
バルブ１３３は、配管１３２に設けられており、供給流路１３１ｐへの液体ＬＭの流通を制御する。本実施形態では、バルブ１３３は、遮断弁によって構成されている。バルブ１３３が開かれているときには、供給流路１３１ｐへの液体ＬＭの流通が許容され、バルブ１３３が閉じているときには、供給流路１３１ｐへの液体ＬＭの流通が遮断される。バルブ１３３の開閉動作は、制御部１０１によって制御される。バルブ１３３は、液滴吐出装置１００Ａの運転中においては、通常、開いたままである。
【００２６】
配管１３２には、液体貯留部１３４が接続されている。液体貯留部１３４は、液体ＬＭを貯留するタンクによって構成されており、液滴吐出装置１００Ａにおける液体ＬＭの供給源として機能する。当該タンクの内部に、液体ＬＭ攪拌するための攪拌機構を設けてもよい。液体貯留部１３４では、コンピューター２００を介してユーザーから入力された液体ＬＭの粘度（入力粘度）となるように、液体ＬＭに溶媒が混合されて調整される。本実施形態では、制御部１０１の制御下において、液体ＬＭの粘度は、例えば、１０００ｍＰａ・ｓ以上の入力粘度となるように調整される。
【００２７】
圧力発生部１３５は、例えば加圧ポンプによって構成される。圧力発生部１３５は、液体貯留部１３４の液体ＬＭに、配管１３２および供給流路１３１ｐを介して収容室１２１へと流入するため圧力を付与する。圧力発生部１３５は、例えば、１０〜１００気圧程度の圧力を液体ＬＭに付与する。なお、図１では、圧力発生部１３５は、液体貯留部１３４の上流側に設けられているが、圧力発生部１３５は、液体貯留部１３４とバルブ１３３との間に設けられていてもよい。
【００２８】
制御部１０１は、圧力発生部１３５が液体ＬＭに付与する圧力を制御することによって、収容室１２１内の液体ＬＭの圧力を制御する。より具体的には、制御部１０１は、圧力計（図示は省略）によって、吐出部１１０における液体ＬＭの圧力を監視し、圧力発生部１３５が液体ＬＭに加える圧力をフィードバック制御する。
【００２９】
液滴吐出装置１００Ａでは、以下のように、吐出部１１０からの液体ＬＭの吐出が実行される。液体ＬＭの吐出前は、ピエゾ素子１１５が伸長して、弁体１１３が吐出口１２３を閉塞している状態である。また、収容室１２１内には、供給部１３０による液体ＬＭの圧送によって、所定の圧力が生じている。
【００３０】
液体ＬＭの吐出を開始するときには、まず、ピエゾ素子１１５を収縮させて、弁体１１３を上方に移動させて、吐出口１２３から離間させる。すると、液体ＬＭに付与されている圧力を駆動力として、収容室１２１における弁体１１３と吐出口１２３との間の領域に液体ＬＭが流れ込む。
【００３１】
所定の期間、ピエゾ素子１１５の収縮状態が維持された後、ピエゾ素子１１５を伸長変形させて、弁体１１３を吐出口１２３に向かって移動させる。これによって、弁体１１３と吐出口１２３の間の領域に流れ込んでいた液体ＬＭが吐出口１２３を介して外部に押し出され、液体ＬＭは、吐出口１２３から下方に垂下する。弁体１１３によって吐出口１２３が完全に閉塞されると、吐出口１２３からの液体ＬＭの吐出が遮断され、吐出口１２３から垂下していた液体ＬＭが液滴として下方に吐出される。
【００３２】
なお、吐出口１２３から流出する液体ＬＭの流速は、圧力発生部１３５によって収容室１２１に付与されている圧力によって調整される。液体ＬＭの流速は、液体ＬＭの粘度を考慮して決められることが望ましい。吐出口１２３から吐出される液体ＬＭの流速は、例えば、１０ｍ／秒〜２０ｍ／秒程度に調整されるものとしてもよい。
【００３３】
吐出口１２３の開口方向の先には、上述した造形ステージ１５０が設けられている。造形ステージ１５０は、水平に延びる平板な板状部材によって構成される。造形ステージ１５０は、例えば、吐出口１２３から鉛直下方に１．５〜３ｍｍ程度離れた位置に配置される。本実施形態の液滴吐出装置１００Ａでは、造形ステージ１５０は、移動機構１５５によって吐出部１１０の吐出口１２３に対する位置が変位する。
【００３４】
移動機構１５５は、造形ステージ１５０を移動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などを備える。移動機構１５５は、図１に示す両矢印Ｘ，Ｙによって示されているように、造形ステージ１５０を吐出部１１０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１５０上における液体ＬＭの着弾位置が調整される。制御部１０１は、上述した立体物を造形するためのデータＭＤに基づいて、移動機構１５５による造形ステージ１５０の移動を制御する。なお、液滴吐出装置１００Ａにおいては、造形ステージ１５０が固定され、吐出部１１０が造形ステージ１５０に対して変位するように構成されていてもよい。
【００３５】
エネルギー付与部１６０は、造形ステージ１５０に着弾した液体ＬＭの液滴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１６０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、光エネルギーを液滴に付与する。エネルギー付与部１６０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１５０に着弾した液滴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１６０は、造形ステージ１５０における液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、液滴中の材料粉末を焼結させる。あるいは、液滴中の材料粉末をいったん溶融させた後に固化させる。これによって、造形対象である立体物や当該立体物を支持するためのサポート部を構成する粒子が造形ステージ１５０上に固定される。なお、エネルギー付与部１６０は、レーザー装置の他、赤外光照射により熱エネルギーを液滴に付与するものや、紫外線により硬化する粉末と溶媒を含む液体ＬＭを吐出するのであれば、紫外線を着弾済みの液体ＬＭの液滴に照射するものでもよい。
【００３６】
第１撮像部１７０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を備えた撮像機器を内蔵し、吐出部１１０の側方に配設されている。そして、この第１撮像部１７０は、吐出口１２３の開口周辺を吐出部１１０における収容室１２１の側方の側から撮像した撮像画像を制御部１０１に出力する。
【００３７】
第２撮像部１８０は、ＣＣＤを備えた撮像機器を内蔵し、造形ステージ１５０における非造形部に配設されている。第２撮像部１８０は、液体ＬＭの液滴としての吐出による立体物の非造形期間、例えば、造形立体物の変更段取り時や、所定数のロット造形後の造形品質チェックのためのアイドリング時等において、造形ステージ１５０の移動により吐出口１２３の真下に位置する。この状態で、第２撮像部１８０は、吐出部１１０における収容室１２１の下方の側から底面１１１ｂに向かうことになるので、吐出口１２３の開口周辺を吐出口１２３に向かう方向から撮像し、その撮像画像を制御部１０１に出力する。第１撮像部１７０および第２撮像部１８０から出力される撮像画像と、制御部１０１でなされる入力画像の解析結果については、後述する。なお、第１撮像部１７０による撮像は、上記した立体物の非造形期間に行うようにしてもよいほか、液体ＬＭの吐出量制御のために、常時、行うようにしてもよい。
【００３８】
クリーニング機構１９０は、クリーニングヘッド１９１と、駆動機構１９２と、ガイドレール１９３とを備える。クリーニングヘッド１９１は、吐出部１１０と造形ステージ１５０との間において、ガイドレール１９３により、図中の矢印で示すように水平に往復動可能に架設されている。そして、クリーニングヘッド１９１は、不織布等で形成されたヘッドを吐出部１１０の底面１１１ｂに接触させながら往復動することで、吐出口１２３の開口周辺に付着した液体ＬＭを取り除く。なお、クリーニングヘッド１９１は、吐出部１１０に対して相対的に移動可能であればよいので、吐出部１１０を図中の矢印で示すように水平に往復動可能に架設してもよい。駆動機構１９２は、制御部１０１の制御下で、図示しないパルスモータ等の駆動源を駆動することで、クリーニングヘッド１９１をガイドレール１９３に沿って往復動制御する。図示するように、制御部１０１は、通常は、クリーニングヘッド１９１を、吐出口１２３からの液滴の吐出を阻害しないように、吐出口１２３の下方から外れた位置に位置させる。
【００３９】
以上の構成により、本実施形態の液滴吐出装置１００Ａは、吐出部１１０から、造形ステージ１５０に向かって液体ＬＭを液滴として吐出することによって立体物を造形する。本実施形態において用いられる液体ＬＭは、粉末と溶媒とを含む流動性組成物である。液体材料は、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（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）などの混合粉末を、溶剤と、バインダーとを含む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。また、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。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。このように、液体材料は特に限定されることはなく、上記金属以外の金属やセラミックス、樹脂等を使用可能である。液体材料の溶媒は、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。また、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。
【００４０】
図２は第１撮像部１７０と第２撮像部１８０による吐出口１２３の開口周辺における液滴撮像の様子を概略的に示す説明図である。本実施形態の液滴吐出装置１００Ａによる立体物の造形過程では、吐出部１１０から造形ステージ１５０に向かって液滴として吐出した液体ＬＭが吐出口１２３の開口周辺、詳しくは吐出口１２３の開口周辺の底面１１１ｂの表面に付着することが有り得る。この液体ＬＭの付着は、ピエゾ素子１１５の収縮に伴う弁体１１３の上方に向けた移動の際に、液体ＬＭの粘度の影響を受けて起き、液膜状となる。以下、吐出口１２３の開口周辺の底面１１１ｂの表面に付着した液膜状の液体ＬＭを、付着液膜ＬＭｚと称する。
【００４１】
この付着液膜ＬＭｚは、液体ＬＭの粘度の影響を受けて、底面１１１ｂの表面から液膜最下端側表面までの付着厚み（以下、付着厚ｔと称する）と、吐出口１２３を中心とした底面１１１ｂの表面における付着広がり（以下、付着面積ｓと称する）とが必ずしも一定とはならず、付着厚ｔや付着面積ｓを変えて、底面１１１ｂの表面に残る。そして、付着厚ｔが、図２に示すように、小さい状況であれば、次回以降の吐出口１２３からの液体ＬＭの吐出が可能となる。これに対し、付着厚ｔが、図２に示すように、大きくなると、次回以降の吐出口１２３からの液体ＬＭの吐出に支障が起き得る。つまり、付着厚ｔは、吐出口１２３の開口周辺に液体ＬＭが付着したことで吐出口１２３からの液体ＬＭの吐出に影響を及ぼす要因となる。第１撮像部１７０は、既述したように、吐出口１２３の開口周辺を吐出部１１０における収容室１２１の側方の側から、付着液膜ＬＭｚを含む画像を撮像し、その撮像画像を制御部１０１に出力する。制御部１０１は、入力した撮像画像を画像解析し、その画像解析結果に基づいて、上記した付着厚ｔを規定し、これにより、付着厚ｔが検知されることになる。
【００４２】
付着面積ｓは、その広狭と付着厚ｔとの関連を持って、次回以降の吐出口１２３からの液体ＬＭの吐出の可否を定める。つまり、付着面積ｓにあっても、吐出口１２３の開口周辺に液体ＬＭが付着したことで吐出口１２３からの液体ＬＭの吐出に影響を及ぼす要因となる。第２撮像部１８０は、既述したように、吐出口１２３の開口周辺を収容室１２１の下方の側から底面１１１ｂに向けて撮像し、付着液膜ＬＭｚを含む撮像画像を制御部１０１に出力する。制御部１０１は、入力した撮像画像を画像解析し、その画像解析結果に基づいて、上記した付着面積ｓを規定し、これにより、付着面積ｓが検知されることになる。よって、第１撮像部１７０と第２撮像部１８０および画像解析を行う制御部１０１とにより、付着液膜ＬＭｚの付着厚み（付着厚ｔ）と付着広がり（付着面積ｓ）とを検知する付着検知部が構成される。なお、付着液膜ＬＭｚは、図２に示すように、吐出口１２３に対して同心で広がるのではなく、ほぼ円形とは言えその外郭はいびつとなる。よって、画像解析による付着面積ｓの検知に際しては、面積算出の簡便化のため、付着液膜ＬＭｚの付着広がりの最大値を直径とする円の面積を付着面積ｓとしたり、吐出口１２３の軸回りに、例えば９０°のピッチで求めた付着広がりの平均値を直径とする円の面積を付着面積ｓとしてもよい。
【００４３】
付着液膜ＬＭｚにおける付着厚ｔと付着面積ｓは、図２に示すように、付着厚ｔが小さいときに付着面積ｓが狭くなり、付着厚ｔが大きいときに付着面積ｓは広くなる訳ではない。つまり、付着液膜ＬＭｚにおける付着厚ｔと付着面積ｓとは、様々な値を採り得る。そして、付着厚ｔが所定の閾値である時に付着面積ｓが所定の閾値よりも小さいならば、こうした閾値の付着厚ｔと付着面積ｓを有する付着液膜ＬＭｚが吐出口１２３の開口周辺に付着していても、次回以降の吐出口１２３からの液体ＬＭの吐出が可能となる。これに対し、付着厚ｔと付着面積ｓが共に閾値を超えていると、次回以降の吐出口１２３からの液体ＬＭの吐出に支障が起き得る。上記した閾値の付着厚ｔと付着面積ｓは、吐出口１２３の開口周辺に付着した付着液膜ＬＭｚにより吐出口１２３からの吐出に影響を及ぼす付着厚み閾値と付着広がり閾値として把握でき、この付着厚み閾値（付着厚ｔ）と付着広がり閾値（付着面積ｓ）の対応関係は、吐出される液体ＬＭの粘度で規定される。図３は付着厚み閾値（付着厚ｔ）と付着広がり閾値（付着面積ｓ）の対応関係を吐出される液体ＬＭの粘度ごとに示すグラフである。なお、図３のグラフは、付着厚み閾値に対応する付着厚ｔを横軸とし、付着広がり閾値に対応する付着面積ｓを縦軸としている。
【００４４】
この図３の粘度ごとのグラフは、次回以降の吐出口１２３からの液体ＬＭの吐出可否の閾値を示しており、第１撮像部１７０と第２撮像部１８０を用いて検知された付着厚ｔと付着面積ｓの比較に用いられる。つまり、吐出口１２３の開口周辺の付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔと付着面積ｓがグラフより下方の領域に属していれば、次回以降の吐出口１２３からの液体ＬＭの吐出は可能である。これに対し、吐出口１２３の開口周辺の付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔと付着面積ｓがグラフより上方の領域に属していれば、次回以降の吐出口１２３からの液体ＬＭの吐出に支障が起き得る。制御部１０１は、図３に示す付着厚み閾値（付着厚ｔ）と付着広がり閾値（付着面積ｓ）の対応関係を、吐出部１１０からの吐出対象となる液体ＬＭの粘度ごとの吐出可否マップとしてメモリー１０３に記憶している。メモリー１０３は、図３に示す三つの粘度以外の粘度についての吐出可否マップも記憶している。付着厚み閾値（付着厚ｔ）と付着広がり閾値（付着面積ｓ）の対応関係が１２００ｍＰａ・ｓと２８００ｍＰａ・ｓと５０００ｍＰａ・ｓの三つの液体ＬＭの粘度について示されている図３から、１２００ｍＰａ・ｓの粘度（第１の粘度）より高い２８００ｍＰａ・ｓと５０００ｍＰａ・ｓ（第２の粘度）の粘度については、１２００ｍＰａ・ｓの粘度における付着厚み閾値（付着厚ｔ）と付着広がり閾値（付着面積ｓ）に比べて低い閾値である。また、２８００ｍＰａ・ｓの粘度（第１の粘度）より高い５０００ｍＰａ・ｓ（第２の粘度）の粘度については、２８００ｍＰａ・ｓの粘度における付着厚み閾値（付着厚ｔ）と付着広がり閾値（付着面積ｓ）に比べて低い閾値である。
【００４５】
図４は制御部１０１による液滴吐出可否の判定制御を示すフローチャートである。この液滴吐出可否判定制御は、所定時間ごとに制御部１０１（図１参照）により繰り返し実行され、まず、現時点が液滴吐出可否の判定を図るタイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１０）。通常、液滴吐出装置１００Ａは、立体物の造形のために吐出部１１０から液体ＬＭを繰り返し液滴として突出しているので、こうした立体物造形期間は、液滴吐出可否判定制御の実行タイミングではない。本実施形態の液滴吐出装置１００Ａでは、既述した造形立体物の変更段取り時やアイドリング時等を液滴吐出可否判定制御の実行タイミングとしているので、ステップＳ１０では、制御部１０１における変更段取りスイッチ（図視略）やアイドリングスイッチ（図視略）の操作状況により、現時点が液滴吐出可否の判定を図るタイミングであるか否かを判定する。このステップＳ１０で、現時点が液滴吐出可否の判定を図るタイミングでないと否定判定すれば、制御部１０１は、一旦、本ルーチンを終了する。なお、変更段取りスイッチやアイドリングスイッチのスイッチ操作を契機に、液滴吐出可否の判定制御を実行してもよい。
【００４６】
ステップＳ１０で、現時点が液滴吐出可否の判定を図るタイミングであると肯定判定すれば、制御部１０１は、コンピューター２００から入力されている液体ＬＭの粘度を読み込む（ステップＳ２０）。なお、品質チェックのためのアイドリング時であれば、その後も、以前と同じ液体ＬＭを使って同じ立体物の造形が行われることから、液体ＬＭの粘度読込をスキップするようにしてもよい。
【００４７】
ステップＳ２０に続き、制御部１０１は、液膜形状検知を行う（ステップＳ３０）。ステップＳ３０での液膜形状検知は、図２を用いて説明したように、第１撮像部１７０および第２撮像部１８０から入力した付着液膜ＬＭｚを含む撮像画像の画像解析に基づいてなされ、画像解析結果から、付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔと付着面積ｓが検知される。
【００４８】
こうして付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔと付着面積ｓが検知されると、制御部１０１は、ステップＳ２０で読み込んだ液体ＬＭの粘度に対応する図３のグラフ相当の吐出可否マップを参照し（ステップＳ４０）、その参照結果から、付着液膜ＬＭｚの検知した付着厚ｔと付着面積ｓが図３に示す閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ５０）。このステップＳ５０で、検知した付着厚ｔと付着面積ｓが図３に示す閾値（吐出閾値）を超えていないと否定判定すれば、制御部１０１は、一旦、本ルーチンを終了する。
【００４９】
ステップＳ５０で、検知した付着厚ｔと付着面積ｓが図３に示す閾値を超えていると肯定判定すれば、制御部１０１は、弁体１１３が往復動しないように停止制御を行う（ステップＳ６０）。その後、制御部１０１は、クリーニング機構１９０を用いたクリーニングを実行し（ステップＳ７０）、吐出部１１０の底面１１１ｂに付着した付着液膜ＬＭｚをクリーニングヘッド１９１で取り除く。そして、制御部１０１は、クリーニング完了後に弁体１１３の停止を解除し、本ルーチンを終了する。
【００５０】
以上説明した構成を備える本実施形態の液滴吐出装置１００Ａは、吐出口１２３の開口周辺の底面１１１ｂに付着した付着液膜ＬＭｚに対しての何らかの対処を図るに当たり、付着液膜ＬＭｚの検知付着広がり（付着面積ｓ）に加え、付着液膜ＬＭｚの検知付着厚みである付着厚ｔと、吐出口１２３から吐出される液体ＬＭの粘度とを考慮する。そして、本実施形態の液滴吐出装置１００Ａは、検知した付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔと付着面積ｓとが液体ＬＭの入力粘度に対応する図３のグラフで示される付着厚ｔと付着面積ｓの閾値を越えていると（ステップＳ５０：肯定判定）、弁体１１３の往復動を停止する（ステップＳ６０）。よって、検知した付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔと付着面積ｓとが付着厚み閾値と付着広がり閾値に達するまでは、弁体１１３の往復動による流動性材料の吐出を可能とする。そして、付着液膜ＬＭｚの付着厚みと付着面積ｓが図３のグラフで示される付着厚ｔと付着面積ｓの閾値に達していない状況下では、吐出口１２３の開口周辺に付着液膜ＬＭｚが存在していても、次回の液体ＬＭの吐出の際には、規定量の吐出が可能である。この結果、本実施形態の液滴吐出装置１００Ａによれば、吐出口１２３の開口周辺の付着液膜ＬＭｚの付着面積ｓに加え、液体ＬＭの粘度と付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔとを考慮することで、吐出口１２３の開口周辺における液体ＬＭの付着対処を図ることができる。
【００５１】
本実施形態の液滴吐出装置１００Ａは、吐出口１２３の開口周辺を側方から撮像する第１撮像部１７０の撮像画像の画像解析結果から、付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔを検知し、吐出口１２３の開口周辺を下方から撮像する第２撮像部１８０の画像解析結果から、付着液膜ＬＭｚの付着面積ｓを検知する。よって、本実施形態の液滴吐出装置１００Ａによれば、付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔと付着面積ｓを、簡便且つ正確に検知できる。
【００５２】
本実施形態の液滴吐出装置１００Ａは、弁体１１３を停止させている状況下で（ステップＳ６０）、クリーニングヘッド１９１を吐出部１１０の底面１１１ｂに接触させながらガイドレール１９３に沿って往復動させ（ステップＳ７０）、吐出口１２３の開口周辺に付着した液体ＬＭを取り除く。よって、本実施形態の液滴吐出装置１００Ａによれば、吐出口１２３の開口周辺に付着した付着液膜ＬＭｚの対処として、付着液膜ＬＭｚの除去を図ることができる。
【００５３】
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。
【００５４】
既述した実施形態では、付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔと付着面積ｓを、ＣＣＤを備えた第１撮像部１７０と第２撮像部１８０の撮像画像の画像解析から検知したが、レーザー光を用いた光学機器を用いて検知してもよい。この場合には、吐出部１１０の側方の側からレーザー光を照射し、照射したレーザー光の反射光の検知結果から、付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔを検知すればよい。付着液膜ＬＭｚの付着面積ｓについては、吐出口１２３の開口周辺における底面１１１ｂに対して吐出口１２３に向かう方向からレーザー光を照射し、照射したレーザー光の反射光の検知結果から、付着液膜ＬＭｚの付着面積ｓを検知すればよい。第１撮像部１７０に代わる光学機器と第２撮像部１８０に代わる光学機器のレーザー光照射タイミングをずらすと、レーザー光の干渉による検知不良を回避できる。
【００５５】
既述した実施形態では、付着液膜ＬＭｚを含む画像を吐出部１１０の側方に固定した第１撮像部１７０で撮像したが、吐出口１２３の軸回りに回転可能な第１撮像部１７０で撮像してもよい。こうすれば、付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔが付着広がりの範囲で変化していても、吐出口１２３の軸回りの各方向、例えば９０°の等ピッチの方向から、付着液膜ＬＭｚを含む画像を撮像できる。そして、この場合には、各方向から得た画像の画像解析から求めた付着厚ｔの平均値や最大値を、付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔとできる。
【００５６】
既述した実施形態では、付着液膜ＬＭｚの付着厚ｔと付着面積ｓを、ＣＣＤを備えた第１撮像部１７０と第２撮像部１８０の撮像画像の画像解析から検知したが、静電容量変化により付着厚ｔや付着面積ｓを検知してもよい。例えば、吐出部１１０の側方と造形ステージ１５０に、静電容量変位の計測機器を設置する。吐出部１１０と付着液膜ＬＭｚとは、当然にその構成材が相違するので、吐出部１１０の底面１１１ｂにおいては、付着液膜ＬＭｚの部位と付着液膜ＬＭｚの無い部位では静電容量が相違する。この静電容量の相違を、吐出部１１０の側方と造形ステージ１５０に設けた静電容量変位の計測機器により検知することで、付着厚ｔや付着面積ｓを検知できる。
【００５７】
既述した実施形態では、クリーニングヘッド１９１によるクリーニングと言った付着対処を採るに当たり、液体ＬＭの粘度（入力粘度）に対応する付着厚ｔの閾値（付着厚み閾値）と付着面積ｓの閾値（付着広がり閾値）との対応関係を用いたが、図２における底面１１１ｂの下方側の付着液膜ＬＭｚの体積を光学的機器や静電容量式測定機器を用いて検知し、液体ＬＭの粘度（入力粘度）に対応する付着液膜ＬＭｚの体積に閾値を設定し、体積閾値で付着液膜ＬＭｚに対するクリーニング等の付着対処を図るようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１００Ａ…液滴吐出装置、１０１…制御部、１０２…ＣＰＵ、１０３…メモリー、１１０…吐出部、１１１…本体部、１１１ｂ…底面、１１１ｈ…貫通孔、１１１ｓ…隔壁、１１２…吐出機構、１１３…弁体、１１３ｔ…先端部、１１４…駆動部、１１５…ピエゾ素子、１１６…付勢部材、１２１…収容室、１２１ｂ…底面、１２２…流入口、１２３…吐出口、１２５…駆動室、１３０…供給部、１３１…流路部材、１３１ｐ…供給流路、１３２…配管、１３３…バルブ、１３４…液体貯留部、１３５…圧力発生部、１５０…造形ステージ、１５５…移動機構、１６０…エネルギー付与部、１７０…第１撮像部、１８０…第２撮像部、１９０…クリーニング機構、１９１…クリーニングヘッド、１９２…駆動機構、１９３…ガイドレール、２００…コンピューター、ＬＭ…液体、ＬＭｚ…付着液膜、ＭＤ…データ、ＳＬ…シール部材、ＮＸ…中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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