(57)【要約】【課題】静電気力を用いて液体を吐出させる装置において、迅速に液体を吐出可能な技術を提供する。【解決手段】液体吐出装置は、液体を吐出するためのノズルに連通する液室と、液室に液体を圧送して供給する液体供給部と、液室内でノズルに向かって往復移動可能であり、液室内のノズルの周囲の内壁に先端部が接触可能な移動体と、移動体を往復移動させるアクチュエーターと、移動体の先端部に設けられ、移動体の往復移動に伴いノズル内を往復移動する端子と、ノズルに対向して配置された電極と、アクチュエーターによって移動体を往復移動させるとともに、端子と電極との間に電位差を与えて静電気力によってノズルから液体を吐出させる制御部と、を備える。【選択図】図１
2018103544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体吐出装置であって、
液体を吐出するためのノズルに連通する液室と、
前記液室に前記液体を圧送して供給する液体供給部と、
前記液室内で前記ノズルに向かって往復移動可能であり、前記液室内の前記ノズルの周囲の内壁に先端部が接触可能な移動体と、
前記移動体を往復移動させるアクチュエーターと、
前記移動体の先端部に設けられた端子と、
前記ノズルに対向して配置された電極と、
前記アクチュエーターによって前記移動体を往復移動させるとともに、前記端子と前記電極との間に電位差を与えて静電気力によって前記ノズルから前記液体を吐出させる制御部と、
を備える液体吐出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出装置であって、
前記端子は、前記移動体の往復移動に伴って前記ノズル内を往復移動可能な形状を有する、液体吐出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の液体吐出装置であって、
前記制御部は、前記移動体の先端部が前記内壁から離れるときに、前記端子と前記電極間に電位差を与えて前記ノズルから前記液体を吐出させる、液体吐出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
前記液室は、前記液体供給部から前記液体が流入する流入口を備え、
前記移動体は、前記先端部が前記内壁に接触した際に、前記流入口から前記ノズルに至る流路の少なくとも一部を塞ぐ蓋部材を備える、液体吐出装置。
【請求項５】
液体吐出装置を制御する方法であって、
前記液体吐出装置は、
液体を吐出するためのノズルに連通する液室と、
前記液室に前記液体を圧送して供給する液体供給部と、
前記液室内で前記ノズルに向かって往復移動可能であり、前記液室内の前記ノズルの周囲の内壁に先端部が接触可能な移動体と、
前記移動体を往復移動させるアクチュエーターと、
前記移動体の先端部に設けられ、前記移動体の往復移動に伴い前記ノズル内を往復移動する端子と、
前記ノズルに対向して配置された電極と、を備え、
前記アクチュエーターによって前記移動体を往復移動させるとともに、前記端子と前記電極との間に電位差を与えて静電気力によって前記ノズルから前記液体を吐出させる、方法。
【請求項６】
液体吐出装置を制御するためのコンピュータープログラムであって、
前記液体吐出装置は、
液体を吐出するためのノズルに連通する液室と、
前記液室に前記液体を圧送して供給する液体供給部と、
前記液室内で前記ノズルに向かって往復移動可能であり、前記液室内の前記ノズルの周囲の内壁に先端部が接触可能な移動体と、
前記移動体を往復移動させるアクチュエーターと、
前記移動体の先端部に設けられ、前記移動体の往復移動に伴い前記ノズル内を往復移動する端子と、
前記ノズルに対向して配置された電極と、を備え、
前記アクチュエーターによって前記移動体を往復移動させるとともに、前記端子と前記電極との間に電位差を与えて静電気力によって前記ノズルから前記液体を吐出させる機能をコンピューターに実現させるコンピュータープログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出装置に関し、例えば、特許文献１には、ノズル内のインクに圧電アクチュエーターから圧力を加えるとともに、静電気力を同時に加えることによってインクを吐出させるインクジェットプリンターが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７９６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された技術では、インクが流れる流路の毛管力によってインクをノズルに供給していると推測される。そうすると、吐出させようとする液体（インク）の粘度によっては、ノズルに液体をスムーズに供給することができず、液体を迅速に吐出させることができない虞がある。そのため、静電気力を用いて液体を吐出させる装置において、迅速に液体を吐出可能な技術が求められていた。
【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、液体吐出装置が提供される。この液体吐出装置は、液体を吐出するためのノズルに連通する液室と；前記液室に前記液体を圧送して供給する液体供給部と；前記液室内で前記ノズルに向かって往復移動可能であり、前記液室内の前記ノズルの周囲の内壁に先端部が接触可能な移動体と；前記移動体を往復移動させるアクチュエーターと；前記移動体の先端部に設けられた端子と；前記ノズルに対向して配置された電極と；前記アクチュエーターによって前記移動体を往復移動させるとともに、前記端子と前記電極間に電位差を与えて静電気力によって前記ノズルから前記液体を吐出させる制御部と；を備える。このような形態の液体吐出装置であれば、圧送された液体がノズルに供給され、また、移動体の往復移動と静電気力とによってノズルから液体を吐出させることができるので、液体の粘度が高い場合であっても、液体を迅速に吐出させることができる。
【０００７】
（２）上記形態の液体吐出装置において、前記端子は、前記移動体の往復移動に伴って前記ノズル内を往復移動可能な形状を有してもよい。このような形態の液体吐出装置であれば、液体内の電荷を端子の周囲に集中させやすい。
【０００８】
（３）上記形態の液体吐出装置において、前記制御部は、前記移動体の先端部が前記内壁から離れるときに、前記端子と前記電極間に電位差を与えて前記ノズルから前記液体を吐出させてもよい。このような形態の液体吐出装置であれば、ノズル内における液体の界面形状を円錐状にすることができるので、静電気力によって効率的に液体を吐出させることができる。
【０００９】
（４）上記形態の液体吐出装置において、前記液室は、前記液体供給部から前記液体が流入する流入口を備え、前記移動体は、前記先端部が前記内壁に接触した際に、前記流入口から前記ノズルに至る流路の少なくとも一部を塞ぐ蓋部材を備えてもよい。このような形態の液体吐出装置であれば、液体を吐出させない待機状態において、ノズルを移動体の先端部によって塞ぐだけではなく、液体が流入する流入口からノズルに至る流路の少なくとも一部を蓋部材によって塞ぐことができるので、ノズルから液体が漏れることを効果的に抑制することができる。
【００１０】
本発明は、液体吐出装置としての形態以外にも、種々の形態で実現することが可能である。例えば、液体吐出装置を制御する方法や、液体吐出装置を制御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が記録された一次的でない有形な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】
【００１１】
【図１】第１実施形態における液体吐出装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】吐出制御処理のタイミングチャートである。
【図３】第２実施形態における吐出制御処理のタイミングチャートである。
【図４】ノズル付近の拡大断面図である。
【図５】第３実施形態における吐出制御処理のタイミングチャートである。
【図６】第４実施形態における吐出部の概略構成を示す断面図である。
【図７】第４実施形態における吐出部の他の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態における液体吐出装置１００の概略構成を示す説明図である。本実施形態の液体吐出装置１００は、液体ＬＭを吐出可能なディスペンサーである。本実施形態の液体吐出装置１００は、原材料である液体ＬＭを、吐出部１１０に設けられたノズル１１５から造形ステージ１５０に向かって吐出して平面状の断面体を形成し、その断面体を複数積層することで立体物を製造することができる。つまり、液体吐出装置１００は、三次元造形装置として機能することが可能である。以下の説明において、「下」とは、重力方向を意味し、「上」とは、重力方向と反対の方向を意味する。
【００１３】
本実施形態において用いられる液体ＬＭは、例えば、粉末材料と溶媒とを含む流動性組成物である。粉末材料は、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。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。
【００１４】
液体ＬＭ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。液体ＬＭ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。液体ＬＭ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。このように、液体ＬＭの構成材料に特に限定はなく、上記金属以外の金属やセラミックス、樹脂等を採用可能である。また、液体ＬＭには、焼結助剤が含まれていてもよい。
【００１５】
造形ステージ１５０は、液体ＬＭが吐出されるノズル１１５に対向して配置されている。ノズル１１５から造形ステージ１５０までの距離は、例えば、２０〜５０ｍｍである。造形ステージ１５０は、移動機構１５５によって移動可能である。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。造形ステージ１５０は、移動機構１５５によって、液体ＬＭが吐出される吐出部１１０に対して相対的に水平方向および鉛直方向に移動する。移動機構１５５による造形ステージ１５０の移動は、制御部１０１によって制御される。なお、他の実施形態においては、造形ステージ１５０が固定され、吐出部１１０が造形ステージ１５０に対して移動するように構成されていてもよい。本実施形態では、造形ステージ１５０は導電性を有する電極として構成されており、接地されている。つまり、本実施形態における造形ステージ１５０は、接地電極として機能する。
【００１６】
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。なお、エネルギー付与部１６０は、レーザー装置に限らず、液体ＬＭの特性に応じて、紫外線照射装置などの他の装置によって構成してもよい。また、液体ＬＭの種類によっては、エネルギー付与部１６０を省略してもよい。
【００１７】
本実施形態の液体吐出装置１００は、制御部１０１と、吐出部１１０と、液体供給部１４０と、を更に備えている。
【００１８】
制御部１０１は、液体吐出装置１００の全体の動作を制御する。制御部１０１は、ＣＰＵ１０２およびメモリー１０３を含む制御用コンピューターとして構成されており、更に、駆動回路１０４と電圧印加回路１０５とを備えている。ＣＰＵ１０２は、メモリー１０３に記憶されたコンピュータープログラムに基づき、後述する吐出制御処理を実行する。コンピュータープログラムは、例えば、ハードディスクやフラッシュメモリー、光ディスクなどの各種の記録媒体に記録されていてもよい。駆動回路１０４は、後述するアクチュエーター（ピエゾ素子１２２）を駆動するための波形発生器や電力増幅器を含む。電圧印加回路１０５は、移動体１２０および造形ステージ１５０に電気的に接続されており、これらの間に例えば、３ｋ〜１０ｋＶの高電圧を印加する。換言すれば、電圧印加回路１０５は、移動体１２０および造形ステージ１５０の間に、大きな電位差を与える。
【００１９】
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、立体物を製造するためのデータ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、データＭＤを、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取得してもよい。
【００２０】
吐出部１１０は、制御部１０１の制御下において液体ＬＭを吐出する装置である。図１には、吐出部１１０の概略断面を示している。吐出部１１０は、液室１１２と、移動体１２０と、ピエゾ素子１２２とを備えている。
【００２１】
液室１１２は、液体ＬＭを吐出するためのノズル１１５に連通している。液室１１２を構成する外壁１１６および底壁１１４は、例えば、超硬合金によって形成されている。本実施形態では、ノズル１１５は、液室１１２の底壁１１４を重力方向に貫通して吐出部１１０の鉛直下方の造形ステージ１５０に向けて開口する貫通孔として形成されている。ノズル１１５の開口径は、例えば、５〜１００μｍである。液室１１２内のノズル１１５の周囲には、外壁１１６からノズル１１５に向かって下方に傾斜した内壁１１８が備えられている。
【００２２】
液室１１２には、液室１１２に液体を圧送して供給する液体供給部１４０が接続されている。液体供給部１４０は、液体供給流路１４１と、液体貯留部１４２と、圧力発生部１４３とを含む。液体貯留部１４２は、液体ＬＭを貯留するタンクによって構成されており、吐出部１１０に対する液体ＬＭの供給源として機能する。タンクの内部には、液体ＬＭを攪拌するための攪拌機構が設けられてもよい。液体貯留部１４２では、液体ＬＭが所定の粘度に保持されるように、液体ＬＭに溶媒が混合されて調整される。本実施形態では、液体ＬＭの粘度は、例えば、５０ｍＰａ・ｓ以上、あるいは、１００ｍＰａ・ｓ以上になるように調整される。圧力発生部１４３は、例えば加圧ポンプによって構成される。圧力発生部１４３は、液体貯留部１４２内の液体ＬＭに一定の圧力を付与し、液体供給流路１４１と液室１１２に設けられた流入口１１９とを通じて液室１１２に液体ＬＭを圧送する。圧力発生部１４３は、例えば、１０〜１００気圧の圧力を液体ＬＭに付与する。なお、図１では、圧力発生部１４３は、液体貯留部１４２の上流側に設けられているが、圧力発生部１４３は、液体貯留部１４２の下流側に設けられていてもよい。
【００２３】
液室１１２内には移動体１２０が備えられている。移動体１２０は、電圧印加回路１０５に電気的に接続されている。移動体１２０は、液室１１２内においてノズル１１５に向かって往復移動可能である。移動体１２０は、略円柱状の金属部材であり、その先端部１２５が略半球状に形成されている。移動体１２０の先端部１２５には端子１２１が設けられている。端子１２１は、移動体１２０の往復移動に伴ってノズル１１５内を往復移動可能な形状を有する。具体的には、本実施形態では、端子１２１は、造形ステージ１５０側に向けて尖った針状の形状を有している。なお、他の実施形態では、端子１２１は、円柱状や棒状であってもよい。液室１１２の上端部には、移動体１２０の周囲に、液室１１２から液体ＬＭが漏洩することを抑制するための円環状のシール部材１１７が配置されている。なお、移動体のことを、「ロッド」あるいは「ピストン」と呼ぶことも可能である。
【００２４】
移動体１２０の上端には、ピエゾ素子１２２が接続されている。ピエゾ素子１２２は、移動体１２０に印加された電圧がピエゾ素子１２２に印加されないように、絶縁層１２４を介して移動体１２０に接続されている。ピエゾ素子１２２は、移動体１２０を往復移動させるアクチュエーターとして機能する。ピエゾ素子１２２は、複数の圧電材料が積層された構成を有しており、駆動回路１０４から、各圧電材料へ電圧が印加されることによって、その積層方向に長さが変化する。ピエゾ素子１２２が伸長して最も長くなった状態では、移動体１２０が下方に移動し、移動体１２０の先端部１２５がノズル１１５の周囲の内壁１１８に気密に線接触して、ノズル１１５を閉塞する。ピエゾ素子１２２が短くなった状態では、移動体１２０が上方に移動し、移動体１２０の先端部１２５が内壁１１８から離間する。移動体１２０が上方に移動すると、液室１１２の液体ＬＭがノズル１１５内に流れ込む。移動体１２０が移動する距離、つまり、ピエゾ素子１２２が伸縮する長さは、例えば、５０〜１００μｍである。
【００２５】
本実施形態では、ピエゾ素子１２２によって移動体１２０を往復移動させる処理と、端子１２１に対して電圧を印加する処理とを同期させて行う吐出制御処理を実行することにより、制御部１０１は、吐出部１１０に液体ＬＭを吐出させる。
【００２６】
図２は、吐出制御処理のタイミングチャートである。図２には、液体ＬＭを一滴吐出する際の吐出制御処理が示されている。そのため、液体ＬＭを連続的に吐出する場合には、図２に示した吐出制御処理が、連続的に繰り返し行われる。本実施形態では、制御部１０１は、駆動回路１０４を用いて、ピエゾ素子１２２に最大で１５０Ｖの電圧を印加する。高い電圧を印加するほど、ピエゾ素子１２２は伸張して移動体１２０が下降する。また、本実施形態では、静電気力によって液体ＬＭをノズル１１５から吐出するため、制御部１０１は、電圧印加回路１０５を用いて、移動体１２０の端子１２１に最大で−５ｋＶの電圧を印加する。
【００２７】
図２に示すように、まず、吐出制御処理の開始前であるタイミングＴａ０では、制御部１０１は、駆動回路１０４を用いてピエゾ素子１２２に最大電圧を印加することにより、移動体１２０の先端部１２５を内壁１１８に接触させ、ノズル１１５を閉塞させている。そして、吐出制御処理を開始したタイミングＴａ１において、制御部１０１は、ピエゾ素子１２２に印加する電圧を徐々に低下させることにより、ピエゾ素子１２２を収縮させ、移動体１２０の先端部１２５を内壁１１８から離間させる。そうすると、移動体１２０が上昇した体積分の負圧がノズル１１５に生じ、ノズル１１５内の液体ＬＭが液室１１２に一旦、引き上げられる。
【００２８】
移動体１２０が最も上昇したタイミングＴａ２以降では、液体供給部１４０から液室１１２に加えられる圧力により、液室１１２内の液体ＬＭが再びノズル１１５に供給される。そして、制御部１０１は、ノズル１１５に液体ＬＭが供給されたタイミングＴａ３で、電圧印加回路１０５を用いて端子１２１にパルス状の高電圧を印加する。すると、端子１２１に付着した液体ＬＭに電荷が集中し、静電気力によって、接地された造形ステージ１５０に液体ＬＭが吐出（噴射）される。
【００２９】
液体ＬＭが吐出した後のタイミングＴａ４では、制御部１０１は、駆動回路１０４を制御して、ピエゾ素子１２２への電圧印加を開始して、移動体１２０を下降させる。そして、ピエゾ素子１２２に最大電圧を印加したタイミングＴａ５以降は、移動体１２０の先端部１２５が内壁１１８に接触し、ノズル１１５が閉塞される。
【００３０】
以上で説明した本実施形態の液体吐出装置１００によれば、液体供給部１４０から圧送された液体ＬＭがノズル１１５に供給され、また、移動体１２０の往復移動と静電気力とによってノズル１１５から液体ＬＭを吐出させることができるので、液体ＬＭの粘度が高い場合であっても、液体ＬＭを迅速に吐出させることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、移動体１２０の先端に針状の端子１２１が設けられているので、液体ＬＭ内の電荷を端子１２１の周囲に集中させやすく、液体ＬＭを効率的に吐出させることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、液体ＬＭの吐出を行わない待機状態では、移動体１２０の先端部１２５によりノズル１１５を閉塞させることができるので、待機状態においてノズル１１５から液体ＬＭが漏れることを抑制することができる。
【００３３】
Ｂ．第２実施形態：
図３は、第２実施形態において実行される吐出制御処理のタイミングチャートである。上記第１実施形態と第２実施形態とでは、高電圧を印加して液体ＬＭを吐出させるタイミングが異なる。なお、第２実施形態における液体吐出装置１００の構成は、第１実施形態と同じである。
【００３４】
図３に示すように、本実施形態では、まず、第１実施形態と同様に、吐出制御処理の開始前であるタイミングＴｂ０では、制御部１０１は、駆動回路１０４を用いてピエゾ素子１２２に最大電圧を印加することにより、移動体１２０の先端部１２５を内壁１１８に接触させ、ノズル１１５を閉塞させる。
【００３５】
吐出制御処理を開始したタイミングＴｂ１以降、制御部１０１は、ピエゾ素子１２２に印加する電圧を徐々に低下させることにより、ピエゾ素子１２２を収縮させ、移動体１２０の先端部１２５を内壁１１８から離間させる。すると、移動体１２０が上昇した体積分の負圧がノズル１１５に生じ、ノズル１１５内の液体ＬＭが液室１１２に引き上げられる。本実施形態では、制御部１０１は、こうして移動体１２０を上昇させている途中のタイミングであるタイミングＴｂ２において、電圧印加回路１０５を用いて端子１２１に高電圧を印加する。すると、端子１２１の先端に付着した液体ＬＭに電荷が集中し、ノズル１１５から液体ＬＭが吐出される。
【００３６】
液体ＬＭを吐出させた後のタイミングであるタイミングＴｂ３以降、制御部１０１は、駆動回路１０４を制御して、ピエゾ素子１２２への電圧印加を開始して、移動体１２０を下降させる。移動体１２０の下降中には、液体供給部１４０からの圧力によって、液室１１２からノズル１１５に対して液体ＬＭが供給される。移動体１２０の先端部１２５が内壁１１８に接触したタイミングＴｂ４以降、ノズル１１５は閉塞される。
【００３７】
図４は、上述したタイミングＴｂ１およびタイミングＴｂ２におけるノズル１１５付近の拡大断面図である。本実施形態では、図４に示すように、移動体１２０を上方に引き上げている途中において、端子１２１に高電圧を印加する。移動体１２０を上方に引き上げている途中では、移動体１２０が上昇した体積分の負圧によって液体ＬＭが液室１１２内に引き上げられ、その際、移動体１２０の先端に設けられた端子１２１とノズル１１５の壁面との間で、図５に示すように円錐状の界面が形成される。この界面の形状は、静電気力によって液体ＬＭにより形成されるテイラーコーンの形状と類似した形状である。そのため、本実施形態によれば、静電気力によって効率的に液体ＬＭを吐出させることができる。この結果、例えば、液体ＬＭを吐出させるための電圧を低くすることができ、液体吐出装置１００の消費電力を低減することができる。その他、本実施形態によっても、上述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００３８】
Ｃ．第３実施形態：
図５は、第３実施形態において実行される吐出制御処理のタイミングチャートである。上記第１，２実施形態と第３実施形態とでは、高電圧を印加して液体ＬＭを吐出させるタイミングが異なる。なお、第３実施形態における液体吐出装置１００の構成は、第１実施形態と同じである。
【００３９】
図５に示すように、本実施形態では、まず、第１実施形態と同様に、吐出制御処理の開始前であるタイミングＴｃ０では、制御部１０１は、駆動回路１０４を用いてピエゾ素子１２２に最大電圧を印加することにより、移動体１２０の先端部１２５を内壁１１８に接触させ、ノズル１１５を閉塞させる。
【００４０】
吐出制御処理を開始したタイミングＴｃ１以降、制御部１０１は、ピエゾ素子１２２に印加する電圧を徐々に低下させることにより、ピエゾ素子１２２を収縮させ、移動体１２０の先端部１２５を内壁１１８から離間させる。すると、移動体１２０が上昇した体積分の負圧がノズル１１５に生じ、ノズル１１５内の液体ＬＭが液室１１２に一旦、引き上げられる。
【００４１】
移動体１２０が最も上昇したタイミングＴｃ２以降では、液体供給部１４０から液室１１２に加えられる圧力により、液室１１２内の液体ＬＭが再びノズル１１５に供給される。液体ＬＭをノズル１１５に供給した後のタイミングであるタイミングＴｃ３以降、制御部１０１は、駆動回路１０４を用いてピエゾ素子１２２に印加する電圧を徐々に高めて移動体１２０を下降させる。本実施形態では、制御部１０１は、こうして移動体１２０を下降させている途中のタイミングＴｃ４において、電圧印加回路１０５を用いて端子１２１に高電圧を印加する。すると、端子１２１の先端に付着した液体ＬＭに電荷が集中し、ノズル１１５から液体ＬＭが吐出される。
【００４２】
液体ＬＭを吐出させた後のタイミングであるタイミングＴｃ５では、移動体１２０の下降が完了し、移動体１２０の先端部１２５が内壁１１８に接触してノズル１１５が閉塞される。
【００４３】
以上で説明した第３実施形態の液体吐出装置によっても、上述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第３実施形態によれば、移動体１２０の下降中に液体ＬＭの吐出を行うため、効率的に液体ＬＭを吐出させることができる。
【００４４】
また、本実施形態によれば、例えば、タイミングＴｃ４において電圧の印加を行わなければ、移動体の降下のみの力によって液体ＬＭをノズルから吐出させることもできる。そのため、タイミングＴｃ４における電圧印加の有無に応じて、静電気力と移動体１２０による押し出しの両方の力によって液体ＬＭを吐出するか、移動体１２０による押し出しのみによって液体ＬＭを吐出するのかを選択することができる。この結果、例えば、制御部１０１は、異なる量の液体ＬＭを打ち分けることができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、移動体１２０を下降させている途中で高電圧を印加したが、移動体１２０が内壁１１８に接触した後のタイミング（タイミングＴｃ５以降のタイミング）で高電圧を印加して液体ＬＭを吐出させてもよい。つまり、ノズル１１５が移動体１２０によって閉塞された後に、液体ＬＭを吐出してもよい。
【００４６】
Ｄ．第４実施形態：
上記実施形態では、液体吐出装置１００は、液体ＬＭを吐出しない待機状態では、移動体１２０の先端部１２５を、ノズル１１５の周囲の内壁１１８に接触させることによりノズル１１５を閉塞させることができる。これに対して、第４実施形態では、待機状態において、ノズル１１５だけではなく、液室１１２に設けられた流入口１１９からノズル１１５に至る流路の少なくとも一部を閉塞させる。
【００４７】
図６は、第４実施形態における吐出部１１０ａの概略構成を示す断面図である。本実施形態では、移動体１２０は、流入口１１９に対向する側面に、蓋部材１２３を備えている。蓋部材１２３は、移動体１２０の先端部１２５が内壁１１８に接触した際に、流入口１１９を塞ぐように構成されている。本実施形態では、蓋部材１２３は、移動体１２０から少なくとも流入口１１９に向けて凸となる形状を有している。このような構成によれば、液体ＬＭを吐出させない待機状態において、移動体１２０の先端部１２５によってノズル１１５を塞ぐだけではなく、液体ＬＭが流入する流入口１１９を蓋部材１２３によって塞ぐことができるので、ノズル１１５から液体ＬＭが漏れることを効果的に抑制することができる。また、蓋部材１２３は、移動体１２０に設けられているので、蓋部材１２３を動作させるための機構を別途設ける必要がない。そのため、吐出部１１０ａの構成を複雑化させることなく、ノズル１１５からの液体ＬＭの漏れを抑制できる。
【００４８】
図７は、第４実施形態における吐出部１１０ａの他の構成を示す断面図である。図６に示した吐出部１１０ａは、蓋部材１２３が流入口１１９を塞ぐように構成されている。これに対して、図７に示した吐出部１１０ｂの蓋部材１２３は、移動体１２０の先端部１２５が内壁１１８に接触した際に、液室１１２の底壁１１４に接触してノズル１１５までの流路を塞ぐように構成されている。このような構成であっても、ノズル１１５から液体ＬＭが漏れることを効果的に抑制することができる。
【００４９】
Ｅ．変形例：
＜変形例１＞
上記実施形態では、吐出部１１０は、移動体１２０を往復移動させるアクチュエーターとしてピエゾ素子１２２を備えている。これに対して、吐出部１１０は、移動体１２０を往復移動させられるのであれば、どのようなアクチュエーターを備えていてもよい。例えば、圧縮空気やソレノイド、モーター、磁歪素子などによって移動体１２０を往復移動させるアクチュエーターでもよい。
【００５０】
＜変形例２＞
上記実施形態において、液体吐出装置１００は、移動体１２０に設けられた端子１２１にパルス状の高電圧を印加することによって液体ＬＭを吐出させている。これに対して液体吐出装置１００は、一定の高電圧を端子１２１に印加することによって液体ＬＭを吐出させてもよい。この場合、移動体１２０の往復移動に伴って、端子１２１と造形ステージ１５０との間の距離が、端子１２１に付着した液体ＬＭが静電気力によって吐出されるほど十分に縮まったタイミングで液体ＬＭが吐出される。
【００５１】
＜変形例３＞
上記実施形態では、移動体１２０の先端に針状の端子１２１が備えられている。これに対して、液体ＬＭを静電気力によって吐出可能であれば、移動体１２０は棒状の端子を備えていなくてもよい。例えば、移動体１２０の半球状の先端部１２５が端子として機能してもよい。
【００５２】
＜変形例４＞
上記実施形態では、液体吐出装置１００は、移動体１２０の１回の往復動作内で、液体ＬＭを１回、吐出させている。これに対して、液体吐出装置１００は、移動体１２０の１回の往復動作につき、液体ＬＭを複数回吐出させてもよい。より具体的には、液体吐出装置１００は、ノズル１１５に液体ＬＭを供給した後、電圧印加回路１０５を用いて、複数回のパルスを端子１２１に印加することによって、微少量ずつ液体ＬＭを複数回吐出させることで、移動体１２０の１回の往復動作につき、液体ＬＭを複数回吐出させることができる。
【００５３】
本発明は、上述の実施形態や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や変形例の技術的特徴は、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】
【００５４】
１００…液体吐出装置、１０１…制御部、１０２…ＣＰＵ、１０３…メモリー、１０４…駆動回路、１０５…電圧印加回路、１１０，１１０ａ，１１０ｂ…吐出部、１１２…液室、１１４…底壁、１１５…ノズル、１１６…外壁、１１７…シール部材、１１８…内壁、１１９…流入口、１２０…移動体、１２１…端子、１２２…ピエゾ素子、１２３…蓋部材、１２４…絶縁層、１２５…先端部、１４０…液体供給部、１４１…液体供給流路、１４２…液体貯留部、１４３…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、ＬＭ…液体、ＭＤ…データ
【図１】
2018103544.tif 000003
【図２】
2018103544.tif 000004
【図３】
2018103544.tif 000005
【図４】
2018103544.tif 000006
【図５】
2018103544.tif 000007
【図６】
2018103544.tif 000008
【図７】
2018103544.tif 000009