(57)【要約】【課題】高粘度の流動性材料を微小な液滴として支障なく吐出する手法を提供する。【解決手段】流動性材料を収容する収容部に組み込まれた移動体の移動により流動性材料を吐出口から吐出するに当たり、収容部に連通する連通部から吐出口までの吐出流路を吐出口の開口径より大きい流路径で形成する。その上で、連通部から移動体の移動方向に沿った収容部の外郭までの距離を、連通部から吐出流路を経由して吐出口までの流路長より長くする。【選択図】図２
2018051502.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する収容部と、
該収容部に連通する連通部と、前記流動性材料を外部に吐出する吐出口とを有し、前記連通部から前記吐出口までの吐出流路を前記吐出口の開口径より大きい流路径で形成する吐出流路形成部と、
前記収容部の内部に前記連通部の方向に移動可能に組み込まれ、前記連通部の方向への移動により、前記流動性材料を前記吐出口から吐出させる移動体とを備え、
前記吐出流路形成部は、
前記連通部から前記移動体の移動方向に沿った前記収容部の外郭までの距離が前記連通部から前記吐出流路を経由して前記吐出口までの流路長より長い形状とされた、液滴吐出装置。
【請求項２】
前記吐出流路は、前記連通部から前記吐出口までの間で前記移動体の移動方向に対して屈曲または湾曲して前記吐出口に到る、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記吐出流路は、前記移動体の移動方向に対して４５°〜９０°の角度で屈曲して前記吐出口に到る、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、吐出口から流動性材料を液滴として吐出させている（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】
上記した特許文献１のような液滴吐出装置は、例えば立体物を造形する３Ｄプリンターに用いられる。立体物は、吐出された液滴が密着して隙なく堆積することで造形形状が定まるので、造形品質を高めるためは、高粘度の流動性材料を微小な液滴として吐出することが求められる。液滴の微小化については、吐出口を小径化することで対応できるものの、小径の吐出口に向けて押される流動性材料が高粘度である故、次のような問題点が指摘されるに到った。
【０００５】
高粘度の流動性材料は、プランジャーロッドの移動方向に沿った小径の吐出口に向けて押されるので、吐出口における高粘度の流動性材料の通過確保のためには、吐出口が短寸であることが望ましい。このため、プランジャーロッドの移動方向に沿った吐出口の形成部位の肉厚が薄肉となる。そうすると、プランジャーロッドの移動により生じる力が薄肉の吐出口の形成部位に直接的に掛かるため、吐出口の形成部位に変形が起き、吐出不良を招くことが危惧される。こうしたことから、高粘度の流動性材料を微小な液滴として支障なく吐出する手法が要請されるに到った。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
（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する収容部と、該収容部に連通する連通部と、前記流動性材料を外部に吐出する吐出口とを有し、前記連通部から前記吐出口までの吐出流路を前記吐出口の開口径より大きい流路径で形成する吐出流路形成部と、前記収容部の内部に前記連通部の方向に移動可能に組み込まれ、前記連通部の方向への移動により、前記流動性材料を前記吐出口から吐出させる移動体とを備える。そして、前記吐出流路形成部は、前記連通部から前記移動体の移動方向に沿った前記収容部の外郭までの距離が前記連通部から前記吐出流路を経由して前記吐出口までの流路長より長い形状とされている。
【０００８】
この形態の液滴吐出装置は、吐出口の開口径を吐出流路の流路径より小さくすることで、吐出口の小径化を図ることができ、これにより、微小な液滴の吐出を可能とする。この形態の液滴吐出装置は、連通部から移動体の移動方向に沿った収容部の外郭までの距離を連通部から吐出流路を経由して吐出口までの流路長より長くすることで、吐出口を連通部から移動体の移動方向に延ばした直線上から外れた位置とし、吐出口を、連通部から移動体の移動方向に沿った収容部の外郭には形成しない。また、この形態の液滴吐出装置は、連通部から移動体の移動方向に沿った収容部の外郭までの距離を連通部から吐出流路を経由して吐出口までの流路長より長くすることで、吐出流路の末端から収容部の外郭に掛けての部位の厚みを確保する。吐出流路の末端から収容部の外郭に掛けての部位は、吐出口の形成部位をなすことから、吐出口の形成部位の強度を高めて、吐出口の変形を抑制できる。これらの結果、この形態の液滴吐出装置によれば、高粘度の流動性材料を微小な液滴として好適に吐出できる。
【０００９】
（２）上記形態の液滴吐出装置において、前記吐出流路は、前記連通部から前記吐出口までの間で前記移動体の移動方向に対して屈曲または湾曲して前記吐出口に到るようにしてもよい。こうすれば、吐出流路の末端から収容部の外郭に掛けての部位の厚みを容易に確保して、吐出口の形成部位の強度向上、吐出口の変形抑制が容易となる。
【００１０】
（３）上記形態の液滴吐出装置において、前記吐出流路は、前記移動体の移動方向に対して４５°〜９０°の角度で屈曲して前記吐出口に到るようにしてもよい。こうすれば、吐出流路の末端から収容部の外郭に掛けての部位の厚みをより確実に容易に確保して、吐出口の形成部位の強度向上、吐出口の変形抑制が容易となる。
【００１１】
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。
【００１２】
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、立体物造形装置、画像形成装置、印刷装置等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】液滴吐出装置の吐出部を図１における矢印Ａ方向から見て示す説明図である。
【図３】第１実施形態品における吐出部の主要な寸法関係を概略視する説明図である。
【図４】第２実施形態品における吐出部の主要な寸法関係を概略視する説明図である。
【図５】第１比較例品における吐出部の主要な寸法関係を概略視する説明図である。
【図６】第２比較例品における吐出部の主要な寸法関係を概略視する説明図である。
【図７】実施形態品と比較例品の吐出効果を対比して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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り、図２は液滴吐出装置１００Ａの吐出部１１０を図１における矢印Ａ方向から見て示す説明図である。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３から図６においても図示されている。なお、図１および後述の図３から図６は、装置構成を概略的に示しており、図示する形状は実物の実寸を反映したものではない。
【００１５】
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。
【００１６】
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、を備えている。
【００１７】
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、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。
【００１８】
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。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。
【００１９】
吐出部１１０はいわゆるヘッド部であって図示するように水平に配設され、制御部１０１の制御下において液体ＬＭを鉛直方向に向けて吐出する。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。
【００２０】
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の水平方向右側に位置し、駆動室１２５は、水平方向左側に位置する。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が設けられている。図１においては、流入口１２２は、鉛直方向に開口する貫通孔として形成されているが、鉛直方向に限らず、紙面手前側、或いは紙面手前側の水平方向に開口する貫通孔や、水平方向や鉛直方向に対して傾斜した貫通孔としてもよい。
【００２１】
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を吐出口１２３に導くための吐出流路１２４が形成されている。吐出流路１２４は、吐出口１２３までの流路であり、テーパー状の傾斜壁面の中央を、収容室１２１に連通する連通部１２４ａとし、本実施形態では、この連通部１２４ａは、後述の弁体１１３が液体ＬＭの吐出のために移動する際の後述の移動終点となる。吐出部１１０は、この吐出流路１２４を弁体１１３の移動方向に沿って備える。吐出流路１２４は、連通部１２４ａから吐出口１２３までの間、具体的には流路末端で弁体１１３の移動方向に対して屈曲して、吐出口１２３に到る。吐出口１２３は、図２に示すように切欠形成された本体部１１１の側壁部１１１ｃで開口し、鉛直方向を向いている。吐出流路１２４は、吐出口１２３の開口径より大きい流路径で形成されていることから、吐出口１２３の開口径は吐出流路１２４の流路径より小さくなる。吐出口１２３の開口径は、例えば、５〜３００μｍ程度であり、吐出流路１２４の流路径は、例えば、５０〜１０００μｍ程度である。吐出部１１０の収容室１２１は、供給を受けた液体ＬＭを収容することから、本願における収容部として機能する。また、吐出部１１０は、収容室１２１に連通する連通部１２４ａと、液体ＬＭを外部に吐出する吐出口１２３とを有し、連通部１２４ａから吐出口１２３までの吐出流路１２４を吐出口１２３の開口径より大きい流路径で形成することから、本願における吐出流路形成部として機能する。
【００２２】
吐出機構１１２の弁体１１３は、本体部１１１の内部に連通部１２４ａの方向に移動可能に組み込まれて、吐出流路１２４を連通部１２４ａにおいて直接開閉し、吐出口１２３については、これを間接的に開閉する。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、中心軸ＮＸにおいて、水平方向に沿って、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、連通部１２４ａの方向への移動により、液体ＬＭを吐出流路１２４を経て吐出口１２３から吐出させる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。
【００２３】
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の左端部は駆動室１２５の側壁面に固定されており、右端部は弁体１１３の左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は吐出流路１２４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を左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左方に移動する。
【００２４】
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、吐出流路１２４の連通部１２４ａにおける傾斜壁面に液密に線接触して、吐出流路１２４と吐出口１２３を閉塞する。この位置が、弁体１１３の移動終点となる。このように吐出流路１２４と吐出口１２３を閉塞するよう駆動する弁体１１３は、吐出流路１２４に向かう方向への移動の過程において、吐出流路１２４を経由して吐出口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の右端部に追従して左方に移動し、その先端部１１３ｔが吐出流路１２４から離間する。このように、弁体１１３が、吐出流路１２４を塞ぐ位置と、吐出流路１２４から離間した位置との間を往復動することによって、吐出流路１２４および吐出口１２３が開閉される。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、２Ｐａ・ｓ以上の粘度となるように調整される。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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が吐出流路１２４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。
【００３１】
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を左方に移動させて、吐出流路１２４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から吐出流路１２４の流路域および吐出口１２３に液体ＬＭが流れ込む。
【００３２】
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を吐出流路１２４に向かって移動させる。これによって、吐出流路１２４の流路域および吐出口１２３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によって吐出流路１２４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。
【００３３】
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〜５０ｍ／秒程度に調整されるものとしてもよい。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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が吐出されるのであれば、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。
【００３７】
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）、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を含む。それらの粉末を、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。
【００３８】
図３は第１実施形態品における吐出部１１０の主要な寸法関係を概略視する説明図であり、図４は第２実施形態品における吐出部１１０Ａの主要な寸法関係を概略視する説明図であり、図５は第１比較例品における吐出部１１０Ｈ１の主要な寸法関係を概略視する説明図であり、図６は第２比較例品における吐出部１１０Ｈ２の主要な寸法関係を概略視する説明図である。
【００３９】
図３と図４に示す実施形態品と図５と図６に示す比較例品は、図１を用いて説明した吐出関連構成において共通するものの、吐出口１２３と吐出流路１２４の形成の様子や流路長において以下のように相違する。
【００４０】
図３の第１実施形態品の吐出部１１０は、弁体１１３の先端部１１３ｔが吐出流路１２４の連通部１２４ａにおける周縁部の傾斜壁面に液密に線接触した弁体１１３の図示する移動終点ＥＰから弁体１１３の移動方向に沿った吐出部１１０の外郭、即ち底面１１１ｂまでの距離（以下、底面間距離Ｌ１）を、上記の移動終点ＥＰから吐出流路１２４を経由して吐出口１２３の開口に到るまでの流路長Ｌ２より長くしている。こうすることで、第１実施形態品の吐出部１１０は、吐出口１２３を連通部１２４ａから弁体１１３の移動方向に延ばした直線上から外れた位置とし、吐出口１２３を、連通部１２４ａから弁体１１３の移動方向に沿った底面１１１ｂの外郭には形成せず、側壁部１１１ｃで開口させている。上記の流路長Ｌ２は、上記の移動終点ＥＰから吐出流路１２４の末端までの流路長Ｌ２ａと、吐出流路１２４の末端から屈曲して吐出口１２３に到るまで、詳しくは吐出口１２３の開口に到るまでの流路長Ｌ２ｂとの和である。図示するように、第１実施形態品の吐出部１１０では、底面間距離Ｌ１は１．１ｍｍであり、流路長Ｌ２は０．２ｍｍ（Ｌ２ａ＝０．１ｍｍ、Ｌ２ｂ＝０．１ｍｍ）である。
【００４１】
図４の第２実施形態品の吐出部１１０Ａは、吐出流路１２４の流路径より小さい開口径の吐出口１２３が弁体１１３の移動方向から６０°の角度を向くように、吐出流路１２４を弁体１１３の移動方向から６０°の角度で屈曲して備える。そして、吐出部１１０Ａは、吐出口１２３が鉛直方向となるように、３０°の傾斜姿勢で配設されている。この吐出部１１０Ａにあっても、弁体１１３の移動終点ＥＰから弁体１１３の移動方向に沿った底面間距離Ｌ１を１．１ｍｍとし、移動終点ＥＰから吐出流路１２４を経由して吐出口１２３の開口までの流路長Ｌ２を０．２ｍｍ（Ｌ２ａ＝０．１ｍｍ、Ｌ２ｂ＝０．１ｍｍ）とし、底面間距離Ｌ１を流路長Ｌ２より長くしている。こうすることで、第２実施形態品の吐出部１１０Ａにあっても、吐出口１２３を連通部１２４ａから弁体１１３の移動方向に延ばした直線上から外れた位置とし、吐出口１２３を、連通部１２４ａから弁体１１３の移動方向に沿った底面１１１ｂの外郭には形成せず、側壁部１１１ｃで開口させている。
【００４２】
図５の第１比較例品の吐出部１１０Ｈ１は、弁体１１３を鉛直方向に沿って往復動可能に配設され、既述した移動終点ＥＰから吐出口１２３に到るまで間の吐出流路１２４と吐出口１２３とを、鉛直方向に沿って備える。また、吐出部１１０Ｈ１は、吐出口１２３の開口径を吐出流路１２４の流路径より小さくしている。そして、吐出部１１０Ｈ１は、移動終点ＥＰから弁体１１３の移動方向に沿った底面１１１ｂまでの底面間距離Ｌ１（＝１．１ｍｍ）と、上記の移動終点から吐出流路１２４を経由して吐出口１２３の開口までの流路長Ｌ２（＝１．１ｍｍ）とを同じ長さとしている。なお、移動終点ＥＰから吐出流路１２４の末端までの流路長Ｌ２ａは０．９ｍｍであり、吐出口１２３の流路長Ｌ２ｂは０．２ｍｍである。
【００４３】
図６の第２比較例品の吐出部１１０Ｈ２は、弁体１１３を鉛直方向に沿って往復動可能に配設され、吐出口１２３を移動終点ＥＰから鉛直方向に沿って備える。つまり、吐出部１１０Ｈ２は、吐出流路１２４を備えず、小径の吐出口１２３を収容室１２１に直接形成して備える。そして、吐出部１１０Ｈ２は、吐出流路１２４を備えないので、移動終点ＥＰから弁体１１３の移動方向に沿った底面１１１ｂまでの底面間距離Ｌ１を、移動終点ＥＰから吐出流路１２４の末端までの流路長Ｌ２（＝Ｌ２ａ）と同じ０．２ｍｍとしている。
【００４４】
以上説明した図３の第１実施形態品の吐出部１１０と図４の第２実施形態品の吐出部１１０Ａ、および図５の第１比較例品の吐出部１１０Ｈ１と図６の第２比較例品の吐出部１１０Ｈ２を用いて液体ＬＭの吐出実験を行った。それぞれの吐出口１２３の開口径は０．０３ｍｍであり、吐出流路１２４の流路径は０．１２ｍｍである。吐出実験では、異なる粘度の液体ＬＭを上記のそれぞれの吐出部から吐出し、その際の吐出可否、１滴当たりの吐出量、吐出速度、最大圧力について調べた。なお、最大圧力については、コンピューターを用いたシミュレーションを行い、最大圧力を算出した。図７は実施形態品と比較例品の吐出効果を対比して示す説明図である。
【００４５】
図７に示すように、第１実施形態品の吐出部１１０と第２実施形態品の吐出部１１０Ａでは、低粘度（２Ｐａ・ｓ）の液体ＬＭのみならず、高粘度（２０Ｐａ・ｓ）の液体ＬＭを、１．３〜３ナノリットル（ｎｌ）という微小な液滴として支障なく吐出できた。これに対し、第１比較例品の吐出部１１０Ｈ１では、低粘度（２Ｐａ・ｓ）の液体ＬＭを３．５ナノリットル（ｎｌ）の液滴として吐出できたものの、高粘度（２０Ｐａ・ｓ）の液体ＬＭについては、液滴として吐出できなかった。高粘度（２０Ｐａ・ｓ）の液体ＬＭを吐出できなかったのは、吐出口１２３に到る手前の吐出流路１２４において液体ＬＭの圧縮がおき、この圧縮により液体ＬＭを吐出するための圧力が吸収されたからだと想定される。第２比較例品の吐出部１１０Ｈ２では、低粘度（２Ｐａ・ｓ）の液体ＬＭのみならず、高粘度（２０Ｐａ・ｓ）の液体ＬＭについても、液滴として吐出できなかった。高低の粘度の液体ＬＭを吐出できなかったのは、吐出流路１２４が無いために、液体ＬＭを吐出するための圧力が僅か０．２ｍｍ（＝Ｌ２）という薄肉の吐出口１２３の形成部位に掛かるため、吐出口１２３の形成部位に変形が起きたからだと想定される。
【００４６】
第１実施形態品の吐出部１１０と第２実施形態品の吐出部１１０Ａでいずれも高低の粘度の液体ＬＭを微小な液滴として支障なく吐出できたのは、次の理由による。まず第１に、吐出口１２３の開口径を吐出流路１２４の流路径より小さくして、吐出口１２３の小径化を図り、微小な液滴の吐出を可能とする。第２に、移動終点ＥＰから弁体１１３の移動方向に沿った底面１１１ｂまでの隔たり（底面間距離Ｌ１）を、移動終点ＥＰから吐出流路１２４を経由して吐出口１２３の開口までの流路長Ｌ２より長くすることで、吐出流路１２４の末端から吐出部１１０の外郭である底面１１１ｂに掛けての部位の厚み（底面間距離Ｌ１）を確保する。吐出流路１２４の末端から底面１１１ｂに掛けての部位は吐出口１２３の形成部位をなすので、吐出口１２３の形成部位の強度を高めて、吐出口１２３の変形を抑制できるからである。また、弁体１１３の移動に伴う力は、移動終点ＥＰから弁体１１３の移動方向に沿った吐出流路１２４の流路末端に直接的に作用する。こうしたことから、第１実施形態品の吐出部１１０或いは第２実施形態品の吐出部１１０Ａを有する液滴吐出装置１００Ａによれば、高粘度の液体ＬＭを微小な液滴として好適に吐出できる。
【００４７】
第１実施形態品の吐出部１１０を有する液滴吐出装置１００Ａは、吐出口１２３を弁体１１３の移動方向から９０°の角度で屈曲させ、第２実施形態品の吐出部１１０Ａを有する液滴吐出装置１００Ａは、吐出口１２３を弁体１１３の移動方向から６０°の角度で屈曲させたに過ぎない。よって、第１実施形態品の吐出部１１０或いは第２実施形態品の吐出部１１０Ａを有する液滴吐出装置１００Ａによれば、吐出口１２３の屈曲形成という簡便な手法で、吐出流路１２４の末端から吐出部１１０の底面１１１ｂに掛けての部位の厚みを容易に確保して、吐出口１２３の形成部位の強度向上、吐出口１２３の変形抑制を容易に達成できる。
【００４８】
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。
【００４９】
既述した実施形態では、吐出流路１２４を弁体１１３の移動方向に対して９０°の角度、或いは６０°の角度で屈曲して吐出口１２３に到るようにしたが、吐出流路１２４を６０°を越えて９０°に到るまでの角度や、４５°から６０°に到るまでの角度で屈曲して吐出口１２３に到るようにしてもよい。
【００５０】
既述した実施形態では、吐出流路１２４を弁体１１３の移動方向に対して屈曲して吐出口１２３に到るようにしたが、吐出流路１２４を弁体１１３の移動方向に対して湾曲して吐出口１２３に到るようにしてもよい。また、吐出流路１２４を、連通部１２４ａから側壁部１１１ｃに向かうよう、弁体１１３の移動方向に対して傾いた直線状の流路とし、流路末端において、吐出口１２３が鉛直方向に向くようにしてもよい。
【００５１】
既述した実施形態では、吐出口１２３を鉛直方向に沿った貫通孔としたが、液体ＬＭを造形ステージ１５０に対して斜めに吐出することを想定した液滴吐出装置であれば、吐出口１２３を、吐出流路１２４の末端から弁体１１３の移動方向に対して屈曲して形成した上で、造形ステージ１５０に対して傾斜するようにしてもよい。具体的には、図２に示す吐出部１１０を傾斜配置したり、図２に示す吐出部１１０Ａを水平配置して、吐出口１２３を造形ステージ１５０に対して傾斜するようにしてもよい。
【００５２】
既述した実施形態では、底面間距離Ｌ１や流路長Ｌ２を規定する移動終点ＥＰを、弁体１１３の先端部１１３ｔが吐出流路１２４の周縁部の傾斜壁面に液密に線接触した位置としたが、次のようにしてもよい。弁体１１３は、ピエゾ素子１１５の伸長に伴い吐出流路１２４の側に移動するので、ピエゾ素子１１５が最も伸長した際に、弁体１１３の先端部１１３ｔが吐出流路１２４の周縁部の傾斜壁面に接触するに到らず、弁体１１３が傾斜壁面の僅か手前で移動を停止することもある。この場合には、弁体１１３が傾斜壁面の手前で移動を停止した位置を、移動終点ＥＰとしてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１００Ａ…液滴吐出装置、１０１…制御部、１０２…ＣＰＵ、１０３…メモリー、１１０…吐出部（第１実施形態品）、１１０Ａ…吐出部（第２実施形態品）、１１０Ｈ１…吐出部（第１比較例品）、１１０Ｈ２…吐出部（第２比較例品）、１１１…本体部、１１１ｂ…底面、１１１ｃ…側壁部、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、１２４…吐出流路、１２４ａ…連通部、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、２００…コンピューター、ＥＰ…移動終点、Ｌ１…底面間距離、Ｌ２…流路長、Ｌ２ａ…流路長、Ｌ２ｂ…流路長、ＬＭ…液体、ＭＤ…データ、ＮＸ…中心軸、ＳＬ…シール部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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