(57)【要約】      （修正有）【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の提供。【解決手段】流体を貯留する貯留室１６と、貯留室１６に連通している吐出口１５と、貯留室１６に前記流体を圧送する供給部３０と、貯留室１６の内部において、吐出口１５に向かう第１方向Ｄ１と、吐出口１５から離れる第２方向Ｄ２と、に移動する移動体１２と、圧力変化機構と、移動体１２と前記圧力変化機構とを制御する制御部６０と、を備え、制御部６０は、移動体１２を、吐出口１５を閉塞する閉塞位置から第２方向Ｄ１に移動させた後に、第１方向Ｄ１に移動させて、吐出口１５から前記流体を吐出させる吐出処理と、吐出口１５から前記流体が吐出されている間に、移動体１２を、第２方向Ｄ２に移動させる移動処理と、前記圧力変化機構を駆動して、前記移動処理の間における貯留室１６の圧力の上昇を抑制する圧力制御処理と、を実行する流体吐出装置１００。【選択図】図１
2018051478.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、
前記貯留室に連通し、前記流体を吐出する吐出口と、
前記貯留室に前記流体を圧送する供給部と、
前記貯留室の内部において、前記吐出口に向かう第１方向と、前記吐出口から離れる第２方向と、に移動する移動体と、
前記貯留室に供給される前記流体の圧力、または、前記貯留室における前記流体の圧力を変化させる圧力変化機構と、
前記移動体の駆動と前記圧力変化機構の駆動とを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記移動体を、前記吐出口を閉塞する閉塞位置から前記第２方向に移動させて、前記吐出口を開放した後に、前記移動体を、前記第１方向に移動させて、前記吐出口から前記流体を押し出して吐出させる吐出処理と、
前記吐出処理によって前記吐出口から前記流体が吐出されている間に、前記移動体を、前記第２方向に移動させる移動処理と、
前記圧力変化機構を駆動して、前記移動処理の間における前記貯留室の圧力の上昇を抑制する圧力制御処理と、
を実行する、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、
前記圧力変化機構は、前記貯留室に対する前記流体の供給を制御する供給弁を含み、
前記制御部は、前記移動処理の実行中に、前記供給弁によって、前記貯留室に流入する前記流体の流量を低減させて、前記貯留室における圧力の上昇を抑制する、流体吐出装置。
【請求項３】
請求項１記載の流体吐出装置であって、さらに、
前記貯留室に連通し、前記流体を収容するバッファ室を備え、
前記圧力変化機構は、前記バッファ室の空間容積を変化させることによって、前記貯留室の圧力を変化させ、
前記制御部は、前記移動処理の実行中に、前記バッファ室の空間容積を増大させることによって、前記貯留室における圧力の上昇を抑制する、流体吐出装置。
【請求項４】
請求項３記載の流体吐出装置であって、
前記制御部は、前記吐出処理の実行中に、前記バッファ室の空間容積を減少させて、前記貯留室に前記流体を押し出し、前記吐出口への前記流体の流入を促進させる、流体吐出装置。
【請求項５】
請求項１記載の流体吐出装置であって、さらに、
前記貯留室に接続されている流出配管を備え、
前記圧力変化機構は、前記流出配管における前記流体の流通を制御する制御弁を含み、
前記制御部は、前記移動処理の実行中に、前記制御弁によって、前記流出配管に流出する前記流体の流量を増大させることによって、前記貯留室における圧力の上昇を抑制する、流体吐出装置。
【請求項６】
流体を貯留する貯留室に連通している吐出口から流体を吐出する方法であって、
前記貯留室の内部において、移動体を、前記吐出口を閉塞する閉塞位置から、前記吐出口から離れる第２方向に移動させて、前記吐出口を開放した後に、前記移動体を、前記吐出口に向かう第１方向に移動させて、前記吐出口から前記流体を押し出して吐出させる吐出処理を実行する工程と、
前記吐出処理によって前記吐出口から前記流体が吐出されている間に、前記移動体を、前記第２方向に移動させる移動処理を実行する工程と、
前記貯留室に供給される前記流体の圧力、または、前記貯留室における前記流体の圧力を変化させる圧力変化機構を駆動して、前記移動処理の間における前記貯留室の圧力の上昇を抑制する圧力制御処理を実行する工程と、
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、吐出口と、供給部と、移動体と、圧力変化機構と、制御部と、を備える。前記貯留室は、流体を貯留する。前記吐出口は、前記貯留室に連通しており、前記流体を吐出する。前記供給部は、前記貯留室に前記流体を圧送する。前記移動体は、前記貯留室の内部において、前記吐出口に向かう第１方向と、前記吐出口から離れる第２方向と、に移動する。前記圧力変化機構は、前記貯留室に供給される前記流体の圧力、または、前記貯留室における前記流体の圧力を変化させる。前記制御部は、前記移動体の駆動と前記圧力変化機構の駆動とを制御する。前記制御部は、前記移動体を、前記吐出口を閉塞する閉塞位置から前記第２方向に移動させて、前記吐出口を開放した後に、前記移動体を、前記第１方向に移動させて、前記吐出口から前記流体を押し出して吐出させる吐出処理を実行する。前記制御部は、前記吐出処理によって前記吐出口から前記流体が吐出されている間に、前記移動体を、前記第２方向に移動させる移動処理を実行する。前記制御部は、前記圧力変化機構を駆動して、前記移動処理の間における前記貯留室の圧力の上昇を抑制する圧力制御処理を実行する。
この形態の流体吐出装置によれば、吐出口から流体が吐出されている間に、移動体を吐出口から離れる方向に移動させることによって、吐出口から貯留室内へと流体を引き戻す方向に働く力を生じさせることができる。この力によって、吐出口から押し出された流体から目標物に向かって飛翔させるべき流体滴を分離させることができるとともに、残りの流体を貯留室内へと戻すことができる。従って、流体の吐出後に、吐出口の周縁部に余分な流体が残留してしまうことが効率的に抑制される。また、この形態の流体吐出装置によれば、圧力変化機構の駆動によって、移動処理の間における吐出口への流体の流出が抑制されるため、流体の吐出後に、吐出口の周縁部に余分な流体が残留してしまうことが、さらに抑制される。
【０００７】
［２］上記形態の流体吐出装置において、前記圧力変化機構は、前記貯留室に対する前記流体の供給を制御する供給弁を含み、前記制御部は、前記移動処理の実行中に、前記供給弁によって、前記貯留室に流入する前記流体の流量を低減させて、前記貯留室における圧力の上昇を抑制してよい。
この形態の流体吐出装置によれば、移動処理の実行中に、供給部による流体の供給圧力によって、貯留室内の圧力が高まることが抑制され、吐出口から余分な流体が流出してしまうことが抑制される。
【０００８】
［３］上記形態の流体吐出装置は、さらに、前記貯留室に連通し、前記流体を収容するバッファ室を備え、前記圧力変化機構は、前記バッファ室の空間容積を変化させることによって、前記貯留室の圧力を変化させ、前記制御部は、前記移動処理の実行中に、前記バッファ室の空間容積を増大させることによって、前記貯留室における圧力の上昇を抑制してよい。
この形態の流体吐出装置によれば、移動処理の実行中に、貯留室に収容されている流体の一部をバッファ室に移動させることによって、貯留室内の圧力が高まることを抑制でき、吐出口から余分な流体が流出してしまうことが抑制される。
【０００９】
［４］上記形態の流体吐出装置の前記制御部は、前記制御部は、前記吐出処理の実行中に、前記バッファ室の空間容積を減少させて、前記貯留室に前記流体を押し出し、前記吐出口への前記流体の流入を促進させてよい。
この形態の流体吐出装置によれば、吐出口から流体が吐出されるときに、吐出口と移動体の間の領域への流体の補充が促進されるため、吐出処理を効率化することができる。
【００１０】
［５］上記形態の流体吐出装置は、さらに、前記貯留室に接続されている流出配管を備え、前記圧力変化機構は、前記流出配管における前記流体の流通を制御する制御弁を含み、前記制御部は、前記移動処理の実行中に、前記制御弁によって、前記流出配管に流出する前記流体の流量を増大させることによって、前記貯留室における圧力の上昇を抑制してよい。
この形態の流体吐出装置によれば、移動処理の実行中に、貯留室に収容されている流体の一部を流出口を介して流出配管に流出させることによって、貯留室内の圧力が高まることを抑制でき、吐出口から余分な流体が流出してしまうことが抑制される。
【００１１】
［６］本発明の第二形態によれば、流体を貯留する貯留室に通している吐出口から流体を吐出する方法であって；前記貯留室の内部において、移動体を、前記吐出口を閉塞する閉塞位置から、前記吐出口から離れる第２方向に移動させて、前記吐出口を開放した後に、前記移動体を、前記吐出口に向かう第１方向に移動させて、前記吐出口から前記流体を押し出して吐出させる吐出処理を実行する工程と；前記吐出処理によって前記吐出口から前記流体が吐出されている間に、前記移動体を、前記第２方向に移動させる移動処理を実行する工程と；前記貯留室に供給される前記流体の圧力、または、前記貯留室における前記流体の圧力を変化させる圧力変化機構を駆動して、前記移動処理の間における前記貯留室の圧力の上昇を抑制する圧力制御処理を実行する工程と；を備える方法が提供される。
この形態の方法によれば、移動処理における移動体の運動によって、流体の吐出後に吐出口の周縁領域に余分な流体が残留してしまうことが効率的に抑制される。また、圧力変化機構によって、移動処理の間に、吐出口から余分な流体が流出してしまうことが抑制される。
【００１２】
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。
【００１３】
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】
【００１４】
【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実施形態の吐出工程の流れを示すフロー図。
【図３】第１実施形態の吐出工程における移動体の移動および供給バルブの開閉のタイミングチャートの一例を示す説明図。
【図４Ａ】第１実施形態の吐出処理における工程１の内容を示す模式図。
【図４Ｂ】第１実施形態の吐出処理における工程２の内容を示す模式図。
【図５Ａ】第１実施形態の移動処理における工程３の内容を示す模式図。
【図５Ｂ】第１実施形態の移動処理における工程４の内容を示す模式図。
【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２実施形態における吐出工程の流れを示すフロー図。
【図８】第２実施形態の吐出工程における移動体の移動と制御弁機構の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９Ａ】第２実施形態の吐出処理における工程１および工程ｃの内容を示す模式図。
【図９Ｂ】第２実施形態の吐出処理における工程２の内容を示す模式図。
【図１０Ａ】第２実施形態の移動処理における工程３の内容を示す模式図。
【図１０Ｂ】第２実施形態の移動処理における工程４および工程ｄの内容を示す模式図。
【図１１】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。
【図１２】第３実施形態の吐出工程の流れを示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。本明細書において、「上」または「下」として説明される方向は、特に断らない限り、鉛直方向を基準とする方向を意味する。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。
【００１６】
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、吐出部１０と、供給部３０と、造形ステージ４０と、移動機構４５と、エネルギー付与部５０と、制御部６０と、を備える。
【００１７】
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、駆動回路１４と、を備える。
【００１８】
収容部１１は中空容器として構成されており、吐出部１０が吐出する流体ＦＬを収容する。本実施形態では、収容部１１は、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。貯留室１６は、供給部３０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の下端では、吐出口１５に向かって下降傾斜する傾斜壁面が下方に向かって縮径するテーパー部を形成している。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。
【００２１】
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と空間的に連続しており、貯留室１６の下端において開口している。圧力室１７の下端には吐出口１５が開口している。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配置されているときに、移動体１２によって貯留室１６と空間的に分断される。なお、吐出口１５の開口方向に直交する断面における圧力室１７の開口面積は、吐出口１５の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。
【００２２】
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２１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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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２１が配置されている。移動体１２の本体部１２ｃは、シール部材２１の中央の貫通孔に挿通されている。シール部材２１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２１の内周面は移動体１２の本体部１２ｃ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。
【００２６】
移動体１２は、収容部１１の貯留室１６内において、吐出口１５に向かう第１方向Ｄ１と、吐出口１５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は鉛直方向に沿って往復移動する。移動体１２は、シール部材２１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。
【００２７】
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における圧力室１７の開口周縁部に線接触し、貯留室１６に対して吐出口１５を閉塞し、貯留室１６と吐出口１５との空間的な接続を遮断する。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。
【００２８】
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、駆動回路１４から電圧を印加される。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
吐出部１０では、移動体１２が往復移動することによって、吐出口１５から流体ＦＬの流体滴が吐出される。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になる。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も容易化される。
【００３２】
供給部３０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３０は、配管３１と、流体貯留部３２と、圧力発生部３３と、供給弁３４と、を備える。配管３１は、収容部１１の流通路１９と流体貯留部３２とを接続する。流体貯留部３２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３２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。
【００３３】
圧力発生部３３は、例えば加圧ポンプによって構成される。圧力発生部３３は、流体貯留部３２の流体ＦＬを、配管３１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３３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３３は、流体貯留部３２の上流側に設けられているが、圧力発生部３３は、流体貯留部３２の下流側に設けられていてもよい。
【００３４】
供給弁３４は、配管３１に設けられており、収容部１１の貯留室１６に対する流体ＦＬの供給を制御する。本実施形態では、供給弁３４は、開閉弁であり、開状態のときには貯留室１６への流体ＦＬの流入を許容し、閉状態のときには、貯留室１６への流体ＦＬの流入を遮断する。供給弁３４は、例えば、ピエゾバルブによって構成される。ピエゾバルブであれば、高い応答性を得ることができるため、供給弁３４の開閉タイミングの遅れが抑制される。
【００３５】
造形ステージ４０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４０を目標対象物として流体ＦＬを吐出する。造形ステージ４０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４０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４０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。
【００３６】
移動機構４５は、造形ステージ４０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４５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４０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４０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４０が固定され、吐出部１０が造形ステージ４０に対して変位するように構成されていてもよい。
【００３７】
エネルギー付与部５０は、造形ステージ４０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５０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５０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４０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５０は、造形ステージ４０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４０上に形成される。
【００３８】
エネルギー付与部５０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５０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。
【００３９】
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３０、移動機構４５、および、エネルギー付与部５０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。
【００４０】
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４０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５０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４０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。
【００４１】
制御部６０は、造形処理において、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。また、制御部６０は、吐出部１０に流体ＦＬを吐出させるときに、供給弁３４の開閉動作を制御する。流体ＦＬを吐出する吐出工程における制御部６０による移動体１２の制御および供給弁３４の制御については後述する。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
図２〜図５Ｂを参照して、流体吐出装置１００における流体ＦＬの吐出工程およびその吐出工程における制御部６０による移動体１２の制御を説明する。図２は、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３は、吐出工程における移動体１２の移動と、供給弁３４の開閉のタイミングチャートの一例を示す説明図である。図３のタイミングチャートの縦軸における移動体１２の位置は、駆動回路１４がピエゾ素子２３に印加する電圧の大きさに対応している。図４Ａおよび図４Ｂは、吐出工程において実行される吐出処理の内容を示す模式図である。図５Ａおよび図５Ｂは、吐出工程において実行される移動処理の内容を示す模式図である。図４Ａ，図４Ｂ，図５，図５Ｂではそれぞれ、収容部１１における吐出口１５の近傍領域の様子を抜き出して示してある。
【００４５】
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、図２の工程１〜４および工程ａ，ｂの吐出工程を実行する。工程１〜４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、供給弁３４を開閉制御する工程である。吐出工程が１回実行されると、１ドット分の量の流体滴が吐出される。まず、制御部６０は、吐出処理として、工程１と工程２とを順に実行する。
【００４６】
工程１では、制御部６０は、駆動回路１４に、ピエゾ素子２３に対して電圧を印加させて、ピエゾ素子２３を収縮させる（図３の時刻ｔ１〜ｔ２）。これによって、移動体１２が吐出口１５を閉塞する閉塞位置ＰＣから第２方向Ｄ２に移動し、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（図４Ａ）。このとき、供給弁３４は開状態のままであり、貯留室１６には、貯留室１６の内圧が目標圧力になるように、流体ＦＬの供給が継続されている。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。工程１における移動体１２の第２方向への移動時間（時刻ｔ１〜ｔ２）は、例えば、５０〜４００μｓ程度としてもよい。
【００４７】
その後、予め決められた微小な待機時間の間（図３の時刻ｔ３〜ｔ４）、ピエゾ素子２３に印加される電圧が維持されて、移動体１２は開放位置ＰＯに保持される。この間に、貯留室１６の圧力を駆動力として、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。このときの待機時間は、流体ＦＬの粘度や圧力発生部３３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。
【００４８】
工程２では、制御部６０は、ピエゾ素子２３が伸長するように、駆動回路１４によってピエゾ素子２３に印加されている電圧を変化させる（図３の時刻ｔ３〜ｔ４）。これによって、移動体１２が第１方向Ｄ１に移動し、吐出口１５から流体ＦＬが押し出され、流体ＦＬの吐出が開始される（図４Ｂ）。本実施形態では、工程２において、移動体１２は、閉塞位置ＰＣまで移動し、その先端部１２ａが収容部１１の内壁面に衝突して、吐出口１５を閉塞する。これによって、圧力室１７および吐出口１５への流体ＦＬの流入を一旦、遮断することができるため、流体ＦＬの吐出量の調整精度が高められる。
【００４９】
工程２において、移動体１２が第１方向Ｄ１に移動する速さは、工程１において移動体１２が第２方向Ｄ２に移動する速さと同じであってもよいし、それより大きくてもよい。工程２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。
【００５０】
制御部６０は、工程２によって吐出口１５からの流体ＦＬの吐出が開始された後、吐出口１５から流体ＦＬが吐出されている間に移動処理を開始する。「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の流体滴が生成される前の期間である。この期間は、流体ＦＬの粘度や吐出口１５において流体ＦＬに生じている圧力などによって変わる。制御部６０は、工程２を実行した後、吐出口１５から流体ＦＬが吐出されている状態にあると見込まれる予め決められた経過時刻に移動処理を開始する。制御部６０は、例えば、工程２の実行後、０．００１〜０．０４ｓ経過後に、移動処理を開始してもよい。制御部６０は、移動処理として、工程ａ，工程３，４および工程ｂを順に実行する。工程ａおよび工程ｂは、貯留室１６に供給される流体ＦＬの圧力を変化させる圧力制御処理の工程である。
【００５１】
工程ａでは、制御部６０は、供給弁３４を閉じて、貯留室１６に対する流体ＦＬの供給を遮断する。なお、供給弁３４が閉じられて貯留室１６への流体ＦＬの圧送が停止されている状態は、供給弁３４が開かれているときよりも、流体ＦＬの流量が低減されている状態であると解釈できる。続いて、工程３では、制御部６０は、駆動回路１４に、ピエゾ素子２３に対して電圧を印加させて、ピエゾ素子２３を再び収縮させる（図３の時刻ｔ５〜ｔ６）。これによって、吐出口１５から流体ＦＬが吐出されている間に、移動体１２の第２方向Ｄ２への移動が開始される。本実施形態では、工程３において、移動体１２は、閉塞位置ＰＣと開放位置ＰＯとの間の中間位置ＰＭまで移動する（図５Ａ）。
【００５２】
工程３において移動体１２を第２方向Ｄ２に移動させることによって、吐出口１５から吐出されている流体ＦＬに吐出口１５から貯留室１６内に向かう力を発生させることができる。これによって、吐出口１５から垂下している流体ＦＬの下端側の部位には吐出の際の慣性力と重力とが働く一方で、当該流体ＦＬの上端側の部位には収容部１１内に引き寄せようとする力が働くことになる。従って、移動体１２の第２方向Ｄ２への移動が、吐出口１５から垂下している流体ＦＬの下端側の先端部位が、図５Ａにおいて破線で示されているように、流体滴として分離して飛行するきっかけとなる。工程３は、移動体１２を第２方向Ｄ２に移動させて、柱状の流体ＦＬから流体滴を分離させる工程であると解釈できる。加えて、工程３では、移動体１２の第２方向Ｄ２への移動によって、収容部１１内へ流体ＦＬを引き戻す方向への慣性力が生じ、吐出口１５の外部に流体ＦＬが残留することが抑制される。特に、本実施形態では、移動体１２を閉塞位置ＰＣから第２方向Ｄ２に移動させていることによって、収容部１１内へ流体ＦＬを引き戻す力が高められており、吐出口１５の外部に流体ＦＬが残留してしまうことが、さらに抑制される。
【００５３】
工程３では、図３において二点鎖線のグラフＧａによって示されているように、移動体１２を開放位置ＰＯまで移動させてもよい。工程３における移動体１２の移動距離は、工程１（時刻ｔ１〜ｔ２）における移動体１２の移動距離と同じか、それより小さいことが望ましい。これによって、移動体１２の移動距離が無駄に増加してしまうことが抑制され効率的である。特に、工程３における移動体１２の移動距離を工程１における移動体１２の移動距離より小さくすれば、工程３において吐出口１５から収容部１１内に外気が入り込んでしまうことが抑制される。工程３の後、工程４が開始されるまでの期間（図３の時刻ｔ６〜ｔ７）は、移動体１２の先端部１２ａと吐出口１５との間の領域に多量の流体ＦＬが流入してしまわない程度の短い時間であることが望ましい。時刻ｔ６〜ｔ７の期間は、少なくとも、時刻ｔ２〜ｔ３の待機期間よりも短い期間であることが望ましい。この期間は、実質的には省略されるものとしてもよい。これよって、次の工程４において吐出口１５から流体ＦＬが押し出されてしまうことが抑制される。
【００５４】
工程４では、制御部６０は、駆動回路１４によってピエゾ素子２３に印加されている電圧を変化させてピエゾ素子２３を伸長させ、移動体１２を閉塞位置ＰＣに戻す（図３の時刻ｔ７〜ｔ８，図５Ｂ）。これによって、吐出口１５と貯留室１６との連通状態が移動体１２によって遮断され、吐出口１５からの流体ＦＬの漏洩が抑制される。工程４において移動体１２を第１方向Ｄ１に移動させるときの速度は、工程２において移動体１２を第１方向Ｄ１に移動させるときの速度よりも遅い方が望ましい。これによって、工程４における移動体１２の移動によって吐出口１５から流体ＦＬが吐出されてしまうことが抑制される。また、移動体１２が閉塞位置ＰＣにおいて収容部１１の内壁面に衝突するときの衝撃を緩和することができるため、吐出部１０の劣化が抑制される。工程４が完了すると、制御部６０は、工程ｂにおいて、供給弁３４を開き、貯留室１６に対する流体ＦＬの供給を再開させて、貯留室１６の内圧を回復させる。
【００５５】
本実施形態では、供給弁３４が閉じられ、貯留室１６への圧力の伝達が遮断されている間に、工程３，４における移動体１２の移動制御が実行される。これによって、供給弁３４が開かれたままの場合よりも、貯留室１６内の圧力の上昇が抑制されて、移動処理の実行中における吐出口１５への流体ＦＬの流入が抑制される。従って、移動処理のときに、流体ＦＬが吐出口１５から漏れ出てしまうことが抑制される。
【００５６】
供給弁３４を閉じる工程ａの実行タイミングは、工程３より前でなくてもよく、工程３において移動体１２の第２方向への移動が開始されるときと同時でもよい。供給弁３４は、工程３において移動体１２の第２方向Ｄ２への移動が開始された後、移動体１２が移動している間に閉じられてもよいし、工程３と工程４の間の微小時間の間に閉じられてもよい。
【００５７】
供給弁３４が再び開かれる工程ｂの実行タイミングは、工程４の実行完了後でなくてもよい。工程ｂは、移動体１２が第１方向Ｄ１への移動を開始した後、移動体１２が第１方向に移動している間に実行されてもよい。供給弁３４は、次の吐出工程が開始される直前に開かれてもよい。供給弁３４は、次の吐出工程までに貯留室１６における内圧が、予め決められた流体ＦＬの吐出のための目標圧力まで回復できるタイミングで開かれることが望ましい。
【００５８】
以上のように、本実施形態の流体吐出装置１００およびその吐出工程における流体ＦＬの吐出方法によれば、吐出口１５から流体ＦＬが吐出されている間に移動体１２を第２方向Ｄ２に移動させることによって、吐出口１５から垂下している柱状の流体ＦＬからの流体滴の分離が促進される。また、吐出工程における移動処理によって、吐出口１５から吐出された余分な流体ＦＬが収容部１１内に引き戻されるため、吐出工程の後に、吐出口１５の外に流体ＦＬが残留してしまうことが抑制される。加えて、移動処理の実行中に、供給弁３４が閉じられていることによって、吐出口１５への流体ＦＬの流入が抑制されて、吐出口１５からの流体ＦＬの流出が抑制される。従って、吐出口１５を含む吐出口１５の周縁領域に余分な流体ＦＬが存在することによって、次の流体ＦＬの吐出が阻害されてしまうことが抑制される。例えば、次の吐出工程における流体ＦＬの吐出量に狂いが生じてしまうことや、次の吐出工程において吐出された流体ＦＬの流体滴の飛行状態が悪化してしまうことが抑制される。従って、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。その他に、本実施形態の流体吐出装置１００およびその吐出工程における流体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。
【００５９】
B．第２実施形態：
図６は、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。第２実施形態の流体吐出装置１００Ａは、供給部３０が供給弁３４を備えていない点と、バッファ室７０と、制御弁機構７１と、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（図１）とほぼ同じ構成を有している。ただし、図６では、便宜上、造形ステージ４０、移動機構４５、および、エネルギー付与部５０の図示は省略されている。
【００６０】
バッファ室７０は、貯留室１６に連通し、貯留室１６から流出してくる流体ＦＬを収容する。本実施形態では、バッファ室７０は、収容部１１において、貯留室１６に隣接する位置に設けられている。バッファ室７０は、貯留室１６の側壁面において開口している流出口７０ｏを介してバッファ室７０に連通している。
【００６１】
制御弁機構７１は、バッファ室７０において弁体７３を伸縮させて、バッファ室７０に収容される流体ＦＬの量を制御し、貯留室１６の圧力を変化させる。制御弁機構７１は、前記の弁体７３に加えて、駆動室７２と、シール部材７４と、駆動機構７５と、駆動回路７６と、を備える。駆動室７２は、バッファ室７０に隣接する位置に設けられており、弁体７３を駆動するための駆動機構７５を収容する。弁体７３は、柱状の部材によって構成されており、先端部７３ａがバッファ室７０に配置され、後端部７３ｂが駆動室７２に配置されている。
【００６２】
バッファ室７０と駆動室７２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７４が配置されている。弁体７３は、シール部材７４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７４の外周面は、バッファ室７０の内壁面と気密に接しており、シール部材７４の内周面は弁体７３の側面と気密に接している。これによって、バッファ室７０と駆動室７２とは気密に分離されており、駆動室７２への流体ＦＬの進入が抑制され、駆動機構７５が保護される。
【００６３】
弁体７３は、駆動室７２の駆動機構７５から駆動力を付与されて、シール部材７４の内周面を擦りながら、バッファ室７０と駆動室７２との間において往復移動する。これによって、弁体７３は、バッファ室７０内において伸縮し、バッファ室７０の空間容積を変化させる。バッファ室７０の空間容積は、シール部材７４とバッファ室７０の内壁面とに囲まれた空間の体積からバッファ室７０に収容されている弁体７３の体積を減じた値に相当し、バッファ室７０が収容可能な流体ＦＬの容量を表す。
【００６４】
駆動機構７５は、圧電素子であるピエゾ素子７５ａと、弾性部材７５ｂと、を備える。ピエゾ素子７５ａ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７５ａは、駆動回路７６から電圧を印加される。制御部６０は、駆動回路７６に電圧の印加を指令することによって、ピエゾ素子７５ａの伸縮変形を制御する。
【００６５】
ピエゾ素子７５ａの積層方向における一方の端部は駆動室７２の壁面に固定されており、他方の端部は弁体７３の後端部７３ｂに接触している。ピエゾ素子７５ａが伸長して弁体７３の後端部７３ｂを押すことによって、弁体７３は、貯留室１６に向かって移動して、バッファ室７０内に突出している長さが伸びる。このバッファ室７０内における弁体７３の長さの伸長によって、バッファ室７０の空間容積が減少する。
【００６６】
弾性部材７５ｂは、弁体７３を、貯留室１６から離れる方向に付勢する。本実施形態では、弾性部材７５ｂは、皿ばねによって構成されている。弁体７３の後端部７３ｂは、略円盤形状を有しており、弁体７３の径方向に張り出している。弾性部材７５ｂは、弁体７３の後端部７３ｂより先端部７３ａ側において、弁体７３の周囲を囲むように配置されており、後端部７３ｂの張出部位に接して、弁体７３に弾性力を付与する。弾性部材７５ｂは、皿ばねに代えて、弦巻ばねによって構成されてもよい。
【００６７】
ピエゾ素子７５ａが収縮するときには、弁体７３は、弾性部材７５ｂから付与される力によって、ピエゾ素子７５ａの収縮に追従して貯留室１６から離れる方向に移動し、弁体７３のバッファ室７０内に突出している長さが縮む。このバッファ室７０内における弁体７３の長さの収縮によって、バッファ室７０の空間容積は増大する。
【００６８】
制御部６０は、以下に説明する吐出工程において、吐出部１０の移動体１２の移動を制御するとともに、移動体１２の移動に合わせて、制御弁機構７１を制御して、バッファ室７０の空間容積を変化させる。これによって、貯留室１６とバッファ室７０との間で流体ＦＬを流通させて、吐出工程の間の貯留室１６における圧力を変化させる。
【００６９】
図７〜図１０Ｂを参照して、流体吐出装置１００Ａにおける流体ＦＬの吐出工程およびその吐出工程における制御部６０による制御弁機構７１の制御を説明する。図７は、第２実施形態の流体吐出装置１００Ａ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８は、吐出工程における吐出部１０の移動体１２の移動と制御弁機構７１の弁体７３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８における吐出部１０の移動体１２についてのタイミングチャートは、図３とほぼ同じである。図８のタイミングチャートの縦軸における弁体７３の位置は、駆動回路７６がピエゾ素子７５ａに印加する電圧の大きさに対応している。図９Ａおよび図９Ｂは、吐出工程において実行される吐出処理の内容を示す模式図である。図１０Ａおよび図１０Ｂは、吐出工程において実行される移動処理の内容を示す模式図である。図９Ａ，図９Ｂ，図１０Ａ，図１０Ｂではそれぞれ、バッファ室７０を含む吐出口１５の近傍領域の様子を抜き出して示してある。
【００７０】
第２実施形態の吐出工程では、制御部６０は、工程１〜４において、第１実施形態で説明した工程１〜４（図３）と同様な移動体１２の制御を実行し、工程ｃ，ｄにおいて、弁体７３の移動によってバッファ室７０の空間容積を変化させる。工程ｃ，ｄは、制御弁機構７１によって貯留室１６の圧力を変化させる圧力制御処理の工程である。
【００７１】
工程１では、制御部６０は、移動体１２を、閉塞位置ＰＣから第２方向Ｄ２に移動させる（図８の時刻ｔ１〜ｔ２，図９Ａ）。所定の待機時間の後（図８の時刻ｔ２〜ｔ３）、工程２では、移動体１２を、第１方向Ｄ１へと移動させて、吐出口１５から流体ＦＬの吐出を開始させる（図８の時刻ｔ３〜ｔ４，図９Ｂ）。
【００７２】
工程１，２の吐出処理が開始されるときには、制御弁機構７１の弁体７３は、バッファ室７０内において最も収縮したときの位置ＰＢにあり、バッファ室７０は空間容積が最大の状態にある（図８の時刻ｔ１）。制御部６０は、上記の工程１の実行タイミングに合わせて、工程ｃを実行し、バッファ室７０は空間容積を減少させる。工程ｃでは、制御部６０は、移動体１２を第２方向Ｄ２に移動させている工程１の間に、弁体７３を、その先端部７３ａが貯留室１６に最も近づく位置ＰＡまで移動させて、バッファ室７０内において伸長させる（図８の時刻ｔ１〜ｔ２，図９Ａ）。これによって、バッファ室７０の空間容積が低減され、バッファ室７０の流体ＦＬの一部を貯留室１６に流入させることができ、吐出口１５から流体ＦＬを吐出する前の貯留室１６内に流体ＦＬを補充して内圧を高めるための時間を短縮することができる。なお、工程ｃは、時刻ｔ１〜ｔ２の間ではなく、移動体１２が開放位置ＰＯにおいて停止している時刻ｔ２〜ｔ３の間に実行してもよい。
【００７３】
移動処理の工程３では、制御部６０は、吐出口１５から流体ＦＬが吐出されている間に、移動体１２を第２方向Ｄ２に移動させる（図８の時刻ｔ５〜ｔ６，図１０Ａ）。これによって、吐出口１５から貯留室１６へと流体ＦＬを引き戻す方向に働く力を生じさせ、流体ＦＬの流体滴（図１０Ａにおいて破線で図示）を分離させるとともに、残余の流体ＦＬを収容部１１内に吸引する。工程４では、制御部６０は、移動体１２を第１方向に移動させて閉塞位置ＰＣに到達させ、吐出口１５を閉塞された状態にする。
【００７４】
制御部６０は、移動処理の実行中に、上記の工程３の実行タイミングに合わせて、工程ｄを実行する。工程ｄは、制御部６０は、工程３において移動体１２の第２方向Ｄ２への移動を開始させた後に、制御弁機構７１の弁体７３を、その先端部７３ａが貯留室１６から最も離れる位置ＰＢまで移動させる（図８の時刻ｔ７〜ｔ８，図１０Ｂ）。これによって、バッファ室７０内において弁体７３が収縮し、バッファ室７０の空間容積が増大する。そのため、貯留室１６の流体ＦＬの一部をバッファ室７０に移動させることができ、貯留室１６の内圧が高まってしまうことが抑制される。よって、移動体１２を第１方向Ｄ１に移動させるときに、吐出口１５への流体ＦＬの流入を抑制することができ、吐出口１５から余分に流体ＦＬが吐出されてしまうことが抑制される。
【００７５】
以上のように、第２実施形態の流体吐出装置１００Ａおよびその流体ＦＬの吐出方法によれば、移動処理の実行中に、貯留室１６に連通しているバッファ室７０の容積を増大させることによって、吐出口１５への流体ＦＬの流入が抑制されている。従って、移動処理の実行中に吐出口１５から余分な流体ＦＬが吐出されてしまうことが抑制される。また、第２実施形態の流体吐出装置１００Ａおよびその流体ＦＬの吐出方法によれば、吐出処理の実行中に、バッファ室７０から貯留室１６に流体ＦＬが補充されるため、吐出処理の処理時間を短縮することができる。その他に、第２実施形態の流体吐出装置１００Ａおよびその流体ＦＬの吐出方法によれば、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１１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、バッファ室７０および制御弁機構７１に代えて、収容部１１の連通路８０と、流出配管８１と、制御弁機構８２と、が追加されている点以外は、第２実施形態の流体吐出装置１００Ａ（図６）とほぼ同じ構成を有している。図１１では、図６と同様に、便宜上、造形ステージ４０、移動機構４５、および、エネルギー付与部５０の図示は省略されている。
【００７７】
第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂでは、収容部１１に、連通路８０が設けられている。連通路８０は、収容部１１の外部から貯留室１６まで延びる貫通孔として設けられている。貯留室１６の壁面には、連通路８０に連通する流出口が開口している。連通路８０は、流出配管８１を介して、供給部３０の流体貯留部３２に接続されている。
【００７８】
制御弁機構８２は、流出配管８１に設けられており、流出配管８１における流体ＦＬの流通を制御する。制御弁機構８２は、流出配管８１を介して貯留室１６から流体ＦＬを流出させることによって、貯留室１６の圧力状態を変化させる。制御弁機構８２は、制御弁８３と、ポンプ８４と、を備える。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８１内において流体ＦＬを貯留室１６から流体貯留部３２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】
図１２は、第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂにおける吐出工程の流れの一例を示すフロー図である。制御部６０は、吐出工程において、吐出処理の工程１，２および移動処理の工程３，４を、第１実施形態で説明したのと同様に実行する。また、制御部６０は、移動処理において移動体１２の制御に合わせて、制御弁機構８２を制御する工程ｅ，ｆを実行する。工程ｅ，ｆは、制御弁機構８２の駆動によって、貯留室１６の圧力を変化させる圧力制御処理である。
【００８０】
制御部６０は、第１実施形態で説明したのと同様に、吐出処理の工程１および工程２を実行する。制御部６０は、工程１および工程２が実行されている間には、制御弁８３を閉じておく。
【００８１】
移動処理では、制御部６０は、吐出口１５から流体ＦＬが吐出されている間に、工程ｅにおいて、制御弁機構８２の制御弁８３を開き、流出配管８１への流体ＦＬの流出を開始させた上で、工程３において、移動体１２の第２方向Ｄ２に移動させる。さらに、制御部６０は、工程４において、移動体１２を第１方向Ｄ１に移動させ、吐出口１５が閉塞された後に、工程ｆにおいて、制御弁機構８２の制御弁８３を閉じる。制御部６０は、ポンプ８４を駆動させて、流出配管８１に流出した流体ＦＬを流体貯留部３２に誘導する。
【００８２】
このように、移動処理の実行時に、貯留室１６の流体ＦＬを流出配管８１に流出させることによって、移動処理の間に貯留室１６内の圧力が高まることが抑制され、吐出口１５へと流体ＦＬが流入することが抑制される。従って、移動処理の間に、吐出口１５から余分な流体ＦＬが流出してしまうことが抑制される。また、流出配管８１に流出した流体ＦＬは、流体貯留部３２に循環されて再利用されるため、流体ＦＬが無駄になってしまうことが抑制される。
【００８３】
工程ｅの制御弁８３が開かれるタイミングは、工程３において移動体１２の第２方向Ｄ２への移動が開始される前でなくてもよい。制御弁８３が開かれるタイミングは、工程３において移動体１２が移動している間でもよいし、工程４において移動体１２が第１方向Ｄ１に移動している間でもよい。また、制御弁８３が閉じられるタイミングは、移動体１２によって吐出口１５が閉塞された後でなくてもよい。制御弁８３が閉じられるタイミングは、移動体１２によって吐出口１５が閉塞される前であってもよいし、次の吐出工程が開始される直前に閉じられてもよい。制御弁８３は、次の吐出工程の開始時までに、貯留室１６の内圧が予め決められた目標圧力に到達できるタイミングで閉じられることが望ましい。
【００８４】
以上のように、第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂおよびその流体ＦＬの吐出方法によれば、移動処理の間に、貯留室１６の流体ＦＬを流出配管８１に流出させることによって、移動処理の間における吐出口１５への流体ＦＬの流入が抑制されている。従って、移動処理の実行中に吐出口１５から余分な流体ＦＬが吐出されてしまうことが抑制される。また、第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂおよびその流体ＦＬの吐出方法によれば、移動処理の間に流出配管８１から流出した流体ＦＬを循環させて再利用できるため効率的である。その他に、第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂおよびその流体ＦＬの吐出方法によれば、第１実施形態および第２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。
【００８５】
D．変形例：
D1．変形例１：
上記の第１実施形態の流体吐出装置１００は、貯留室１６に供給される流体ＦＬの圧力を変化させる圧力変化機構として、供給弁３４を備えている。上記の第２実施形態の流体吐出装置１００Ａは、貯留室１６内の圧力を変化させる圧力変化機構として、バッファ室７０の空間容積を変化させる制御弁機構７１を備えている。上記の第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂは、貯留室１６内の圧力を変化させる圧力変化機構として、貯留室１６から流出配管８１への流体ＦＬの流出を制御する制御弁機構８２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、貯留室１６に供給される流体ＦＬの圧力、または、貯留室１６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、配管３１から流体ＦＬの一部を一時的に分岐させて、貯留室１６に供給される流体ＦＬの圧力を一時的に低減する圧力変化機構を備えていてもよい。また、ピエゾ素子などのアクチュエーターによって、貯留室１６の壁面を撓み変形させて、貯留室１６の空間容積を変化させることによって、貯留室１６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。
【００８６】
D2．変形例２：
上記の第１実施形態において、供給弁３４は開閉弁によって構成されている。これに対して、供給弁３４は、開度を調整可能な流量調整弁によって構成されてもよい。この場合には、制御部６０は、第１実施形態において供給弁３４を閉じると説明したタイミングにおいて、供給弁３４の開度を小さくして、貯留室１６に対する流体ＦＬの流量を低減させてもよい。また、第１実施形態において供給弁３４を開くと説明したタイミングにおいて、供給弁３４の開度を大きくして、貯留室１６に対する流体ＦＬの流量を増大させてもよい。
【００８７】
D3．変形例３：
上記の第２実施形態の流体吐出装置１００Ａでは、ピエゾ素子７５ａによって弁体７３を往復移動させることによって、バッファ室７０において弁体７３を伸縮させている。これに対して、第２実施形態の流体吐出装置１００Ａでは、ピエゾ素子７５ａによって弁体７３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７３を移動させてもよいし、空気の圧力を利用して弁体７３を移動させてもよい。
【００８８】
D4．変形例４：
上記の第２実施形態では、吐出工程の吐出処理において、工程ｃを実行し、バッファ室７０の容積を低減させて、バッファ室７０の流体ＦＬを貯留室１６に流出させている。これに対して、工程ｃは、吐出工程の吐出処理において実行されなくてもよい。工程ｃは、例えば、移動処理が実行された後の吐出口１５が閉塞されている状態において実行されてもよい。
【００８９】
D5．変形例５：
上記の第２実施形態では、バッファ室７０は、貯留室１６に隣接する位置に設けられている。これに対して、バッファ室７０は、貯留室１６から離れた位置に設けられていてもよい。バッファ室７０は、貯留室１６の流体ＦＬが流入できるように、配管や管路を介して貯留室１６と連通していてもよい。
【００９０】
D6．変形例６：
上記の第２実施形態では、バッファ室７０における弁体７３の伸縮運動によって、バッファ室７０の空間容積を増減させて、貯留室１６の圧力を変化させている。これに対して、バッファ室７０の空間容積は、他の方法によって増減されてもよい。バッファ室７０の空間容積は、ピエゾ素子などによって、バッファ室７０の壁面を変形させることによって増減されるものとしてもよい。
【００９１】
D7．変形例７：
上記の第３実施形態において、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、開度を調整可能な流量調整弁によって構成されてもよい。この場合には、制御部６０は、第３実施形態において制御弁８３を閉じると説明したタイミングにおいて、制御弁８３の開度を小さくして、貯留室１６から流出配管８１に流出する流体ＦＬの流量を低減させてもよい。また、第３実施形態において制御弁８３を開くと説明したタイミングにおいて、制御弁８３の開度を大きくして、貯留室１６から流出配管８１に流出する流体ＦＬの流量を増大させてもよい。
【００９２】
D8．変形例８：
上記の第３実施形態の流体吐出装置１００Ｂでは、流出配管８１は流体貯留部３２に接続されており、流出配管８１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８１は流体貯留部３２に接続されていなくてもよく、流出配管８１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。
【００９３】
D9．変形例９：
上記の各実施形態において、制御部６０は、吐出処理の工程２において、移動体１２を閉塞位置ＰＣまで移動させている。これに対して、制御部６０は、吐出処理の工程２において、移動体１２を閉塞位置ＰＣまで移動させることなく、閉塞位置ＰＣより手前の位置で停止させ、工程３において移動体１２を第２方向Ｄ２に移動させるものとしてもよい。
【００９４】
D10．変形例１０：
上記の各実施形態において、制御部６０は、各工程１〜４における移動体１２の移動速度を途中で変化させてもよい。
【００９５】
D11．変形例１１：
上記の各実施形態および各実施形態の変形例の構成は適宜組み合わせることが可能である。例えば、上記第１実施形態の流体吐出装置１００に、第２実施形態のバッファ室７０および制御弁機構７１の構成を適用し、吐出工程において、第１実施形態で説明した供給弁３４の制御に加えて、第２実施形態で説明した制御弁機構７１の制御を実行してもよい。同様に、上記第１実施形態の流体吐出装置１００に、第３実施形態の流出配管８１および制御弁機構８２の構成を適用し、吐出工程において、第１実施形態で説明した供給弁３４の制御に加えて、第３実施形態で説明した制御弁機構８２の制御を実行してもよい。上記第２実施形態の流体吐出装置１００Ａに、第３実施形態の流出配管８１および制御弁機構８２を適用し、吐出工程において、第２実施形態で説明した制御弁機構７１の制御に加えて、第３実施形態で説明した制御弁機構８２の制御を実行してもよい。上記第１実施形態の流体吐出装置１００に、第２実施形態のバッファ室７０および制御弁機構７１の構成と、第３実施形態の流出配管８１および制御弁機構８２の構成を適用し、吐出工程において、第１実施形態で説明した供給弁３４の制御に加えて、第２実施形態で説明した制御弁機構７１の制御と、第３実施形態で説明した制御弁機構８２の制御と、を実行してもよい。
【００９６】
D12．変形例１２：
上記の各実施形態において、吐出工程は、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、吐出工程は、造形処理以外のときに実行されてもよい。吐出工程は、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。
【００９７】
D13．変形例１３：
上記の各実施形態において、収容部１１の圧力室１７は省略されてもよい。この場合には、閉塞位置ＰＣにおいて移動体１２の先端部１２ａは、吐出口１５の内周縁部に接触して吐出口１５を直接的に閉塞するものとしてもよい。
【００９８】
D14．変形例１４：
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。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。
【００９９】
D15．変形例１５：
上記各実施形態の流体吐出装置は、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。
【０１００】
D16．変形例１６：
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。
【０１０１】
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】
【０１０２】
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…駆動回路、１５…吐出口、１６…貯留室、１７…圧力室、１８…駆動室、１９…流通路、２１…シール部材、２３…ピエゾ素子、２４…弾性部材、３０…供給部、３１…配管、３２…流体貯留部、３３…圧力発生部、３４…供給弁、４０…造形ステージ、４５…移動機構、５０…エネルギー付与部、６０…制御部、６１…ＣＰＵ、６２…メモリー、７０…バッファ室、７０ｏ…流出口、７１…制御弁機構、７２…駆動室、７３…弁体、７３ａ…先端部、７３ｂ…後端部、７４…シール部材、７５…駆動機構、７５ａ…ピエゾ素子、７５ｂ…弾性部材、７６…駆動回路、８０…連通路、８１…流出配管、８２…制御弁機構、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、Ｇ…矢印、ＭＤ…データ、ＮＸ…中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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