(57)【要約】      （修正有）【課題】液体吐出装置における液体の吐出性能を改善できる技術を提供する。【解決手段】液体吐出装置１００は、複数のノズル１１４のそれぞれから液体を吐出して液柱ＬＣを垂下させるヘッド部１１０と、前記複数のノズル１１４から離れた位置から前記液柱ＬＣにレーザーを照射して液滴を分離させる液滴生成部１２０と、前記液滴にエネルギーを付与して、前記液滴の飛行方向を変更する方向変更部と、を備える。前記ヘッド部１１０は、第１と第２のノズル列１１５ａ、１１５ｂを含み、前記液滴生成部１２０が前記レーザーを射出する位置から見たときに、前記第１のノズル列１１５ａは、前記第２のノズル列１１５ｂの手前に位置し、前記第２のノズル列１１５ｂの前記ノズルのそれぞれは、前記第１のノズル列１１５ａの前記ノズル１１４のそれぞれに対し、水平方向において、ずれた位置にある。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体吐出装置であって、
複数のノズルのそれぞれから液体を吐出して液柱を垂下させるヘッド部と、
前記複数のノズルから離れた位置から、前記液柱にレーザーを照射して、前記液柱から液滴を分離させる液滴生成部と、
前記液滴にエネルギーを付与して、前記液滴の飛行方向を変更する方向変更部と、
を備え、
前記ヘッド部は、それぞれにおいて前記複数のノズルが配列されている第１と第２のノズル列を含み、
前記液滴生成部が前記レーザーを射出する位置から前記ヘッド部に向かう方向に前記ヘッド部を見たときに、前記第１のノズル列は、前記第２のノズル列の手前に位置し、前記第２のノズル列に含まれる前記ノズルのそれぞれは、前記第１のノズル列に含まれる前記ノズルのそれぞれに対し、水平方向において、ずれた位置にある、液体吐出装置。
【請求項２】
請求項１記載の液体吐出装置であって、
前記液滴生成部は、少なくとも１本の前記レーザーによって、前記第１のノズル列から垂下する前記液柱と、前記第２のノズル列から垂下する前記液柱と、を照射する、液体吐出装置。
【請求項３】
請求項２記載の液体吐出装置であって、
前記レーザーは、水平方向における横幅が鉛直方向における縦幅よりも大きい集光形状を有しており、前記第１と第２のノズル列のそれぞれから垂下している複数の前記液柱にまたがって照射される、液体吐出装置。
【請求項４】
請求項２記載の液体吐出装置であって、
前記液滴生成部は、前記第１と第２のノズル列のそれぞれから垂下している複数の前記液柱が照射されるように、前記レーザーを走査する、液体吐出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
前記方向変更部は、前記第１と第２のノズル列のそれぞれにおいて生成された前記液滴に、レーザーの照射により、前記エネルギーとして光エネルギーを付与する、液体吐出装置。
【請求項６】
請求項５記載の液体吐出装置であって、
前記方向変更部は、少なくとも１本の前記レーザーによって、前記第１のノズル列において生成された前記液滴と、前記第２のノズル列において生成された前記液滴と、を照射する、液体吐出装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
前記ヘッド部は、
前記第１のノズル列を構成する前記複数のノズルのそれぞれに連通し、前記液体を貯留する第１液体室と、
前記第２のノズル列を構成する前記複数のノズルのそれぞれに連通し、前記液体を貯留する第２液体室と、
を備える、液体吐出装置。
【請求項８】
請求項７記載の液体吐出装置であって、
前記第１液体室に貯留されている前記液体は、第１の液体であり、
前記第２液体室に貯留されている前記液体は、前記第１の液体とは異なる成分を含む第２の液体である、液体吐出装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
前記液滴生成部は、第１のサイズの液滴と、前記第１のサイズよりも大きい第２のサイズの液滴と、を生成する、液体吐出装置。
【請求項１０】
請求項９記載の液体吐出装置であって、さらに、
前記第１のサイズの液滴または前記第２のサイズの液滴を回収して前記ヘッド部に再供給する回収部を備える、液体吐出装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の液体吐出装置であって、
前記方向変更部は、前記第１のサイズの液滴の飛行方向を変更し、前記第２のサイズの液滴の飛行方向を変更せず、
前記回収部は、飛行方向の変更された前記第１のサイズの液滴を回収せず、飛行方向の変更されない前記第２のサイズの液滴を回収する、液体吐出装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の液体吐出装置であって、
前記方向変更部は、前記第１のサイズの液滴の飛行方向を変更し、前記第２のサイズの液滴の飛行方向を変更せず、
前記回収部は、飛行方向の変更された前記第１のサイズの液滴を回収し、飛行方向の変更されない前記第２のサイズの液滴を回収しない、液体吐出装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、さらに、
所定の対象物に対して着弾した前記液滴にエネルギーを付与するエネルギー付与部を備える、液体吐出装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の液体吐出装置であって、
前記液体は、粉末と溶媒とを含む流動性組成物であり、
前記エネルギー付与部は、着弾した前記液滴にエネルギーを付与することにより、前記液滴中の前記粉末を焼結させる、あるいは、前記液滴中の前記粉末を溶融させた後に固化させる、液体吐出装置。
【請求項１５】
液体を吐出する方法であって、
複数のノズルのそれぞれから液体を吐出して液柱を垂下させる第１工程と、
前記複数のノズルから離れた位置から前記液柱にレーザーを照射し、前記液柱から液滴を分離させる第２工程と、
前記液滴にエネルギーを付与して、前記液滴の飛行方向を変更する第３工程と、
を備え、
前記第１工程は、それぞれにおいて前記複数のノズルが配列されている第１と第２のノズル列から前記液柱を垂下させる工程であり、
前記第２工程において前記レーザーが射出される位置から前記第１と第２のノズル列を見たときに、前記第１のノズル列は、前記第２のノズル列の手前に位置し、前記第１のノズル列に含まれる前記ノズルのそれぞれは、前記第１のノズル列に含まれる前記ノズルのそれぞれに対し、水平方向において、ずれた位置にある、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出装置および液体吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を吐出する液体吐出装置の一態様として、インクを吐出して印刷物を作製す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３Ｄプリンターなどが知られている。例えば、下記特許文献１のインクジェットプリンターは、ノズルにおいて形成されたインク液の液柱の粘度をノズル部分に設けられた発熱手段（レーザー）によって変化させ、当該液柱に脈動を生じさせることによって、インク粒子を連続的に形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−６４１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１記載の技術では、インク液が吐出されるノズル部分に発熱手段が設けられているため、乾燥したインクがノズルの縁に付着して堆積し、ノズルのインク吐出性能が低下してしまう可能性がある。従来から、インクジェットプリンターにおいては、安定してインクを吐出させることができるように、ノズル近傍にインクが堆積してしまうことを抑制できる技術が求められている。また、インクジェットプリンターにおいては、より効率的にインクを吐出させることができる技術が求められている。こうした課題は、印刷物の作製に用いられるインクジェットプリンターに限らず、液体を吐出可能な機構を備える種々の液体吐出装置に共通した課題である。特に、液体材料を吐出して立体物を作製する３Ｄプリンターなどでは、比較的粘度が高い液体材料が用いられることもあり、液体材料の吐出技術を改善することについての要望が大きい。
【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］本発明の第一の形態によれば、液体吐出装置が提供される。この液体吐出装置は、ヘッド部と、液滴生成部と、方向変更部と、を備えてよい。前記ヘッド部は、複数のノズルのそれぞれから液体を吐出して液柱を垂下させてよい。前記液滴生成部は、前記複数のノズルから離れた位置から、前記液柱にレーザーを照射して、前記液柱から液滴を分離させてよい。前記方向変更部は、前記液滴にエネルギーを付与して、前記液滴の飛行方向を変更してよい。前記ヘッド部は、それぞれにおいて前記複数のノズルが配列されている第１と第２のノズル列を含んでよい。前記液滴生成部が前記レーザーを射出する位置から前記ヘッド部に向かう方向に前記ヘッド部を見たときに、前記第１のノズル列は、前記第２のノズル列の手前に位置し、前記第２のノズル列に含まれる前記ノズルのそれぞれは、前記第１のノズル列に含まれる前記ノズルのそれぞれに対し、水平方向において、ずれた位置にあってよい。この形態の液体吐出装置によれば、各ノズルから垂下している液柱に対して、各ノズルから離れた位置からレーザーが照射されるため、液体が各ノズルの吐出口近傍で乾燥して堆積することが抑制され、液体の吐出性能が低下してしまうことが抑制される。また、複数の液柱に対して同じ方向からレーザーを照射可能なように、ヘッド部における複数のノズルが配列されているため、レーザーの照射による液滴の生成が効率化される。
【０００７】
［２］上記形態の液体吐出装置において、前記液滴生成部は、少なくとも１本の前記レーザーによって、前記第１のノズル列から垂下する前記液柱と、前記第２のノズル列から垂下する前記液柱と、を照射してよい。この形態の液体吐出装置によれば、第１のノズル列のノズルから垂下している液柱同士の間をすり抜けたレーザーによって、第２のノズル列のノズルから垂下している液柱が照射されるため、液滴を生成するための光エネルギーが無駄になることが抑制される。
【０００８】
［３］上記形態の液体吐出装置において、前記レーザーは、水平方向における横幅が鉛直方向における縦幅よりも大きい集光形状を有しており、前記第１と第２のノズル列のそれぞれから垂下している複数の前記液柱にまたがって照射されてよい。この形態の液体吐出装置によれば、１度のレーザーの照射によって第１と第２のノズル列から垂下している複数の液柱から液滴を同時に生成することができるため効率的である。
【０００９】
［４］上記形態の液体吐出装置において、前記液滴生成部は、前記第１と第２のノズル列のそれぞれから垂下している複数の前記液柱が照射されるように、前記レーザーを走査してよい。この形態の液体吐出装置によれば、レーザーの走査によって、第１と第２のノズル列から垂下している複数の液柱に、液滴を生成するための光エネルギーを効率的に付与することができる。また、レーザーのスポット径を絞ることによって液滴に付与されるエネルギー密度を高めることもできる。
【００１０】
［５］上記形態の液体吐出装置において、前記方向変更部は、前記第１と第２のノズル列のそれぞれにおいて生成された前記液滴に、レーザーの照射により、前記エネルギーとして光エネルギーを付与してよい。この形態の液体吐出装置によれば、液滴の飛行方向の制御性が高められる。
【００１１】
［６］上記形態の液体吐出装置において、前記方向変更部は、少なくとも１本の前記レーザーによって、前記第１のノズル列において生成された前記液滴と、前記第２のノズル列において生成された前記液滴と、を照射してよい。この形態の液体吐出装置によれば、液滴の飛行方向の変更を効率的に実行できる。
【００１２】
［７］上記形態の液体吐出装置において、前記ヘッド部は、前記第１のノズル列を構成する前記複数のノズルのそれぞれに連通し、前記液体を貯留する第１液体室と、前記第２のノズル列を構成する前記複数のノズルのそれぞれに連通し、前記液体を貯留する第２液体室と、を備えてよい。この形態の液体吐出装置によれば、複数のノズルに対する液体の供給が効率化される。
【００１３】
［８］上記形態の液体吐出装置において、前記第１液体室に貯留されている前記液体は、第１の液体であり、前記第２液体室に貯留されている前記液体は、前記第１の液体とは異なる成分を含む第２の液体であってよい。この形態の液体吐出装置によれば、少なくとも２種類の液体を同時に扱うことができるため、効率的である。
【００１４】
［９］上記形態の液体吐出装置において、前記液滴生成部は、第１のサイズの液滴と、前記第１のサイズよりも大きい第２のサイズの液滴と、を生成してよい。この形態の液体吐出装置によれば、用途に応じたサイズの液滴を吐出可能であるため、印刷物や立体物の造形が容易化される。
【００１５】
［１０］上記形態の液体吐出装置は、さらに、前記第１のサイズの液滴または前記第２のサイズの液滴を回収して前記ヘッド部に再供給する回収部を備えてよい。この形態の液体吐出装置によれば、液滴を回収して再利用することができるため、液体を効率的に用いることができる。
【００１６】
［１１］上記形態の液体吐出装置において、前記方向変更部は、前記第１のサイズの液滴の飛行方向を変更し、前記第２のサイズの液滴の飛行方向を変更せず、前記回収部は、飛行方向の変更された前記第１のサイズの液滴を回収せず、飛行方向の変更されない前記第２のサイズの液滴を回収してもよい。この形態の液体吐出装置によれば、比較的小さい第１のサイズの液体の飛行方向を制御して印刷や造形を行うことができるため、画像形成や立体物造形の精度を高めることができる。
【００１７】
［１２］上記形態の液体吐出装置において、前記方向変更部は、前記第１のサイズの液滴の飛行方向を変更し、前記第２のサイズの液滴の飛行方向を変更せず、前記回収部は、飛行方向の変更された前記第１のサイズの液滴を回収し、飛行方向の変更されない前記第２のサイズの液滴を回収しなくてもよい。この形態の液体吐出装置によれば、比較的小さい第１のサイズの液滴の飛行方向を変更して回収するため、第２のサイズの液滴の飛行方向を変更して回収するよりも、より効率的に液滴を回収することができる。
【００１８】
［１３］上記形態の液体吐出装置において、上記形態の液体吐出装置は、さらに、所定の対象物に対して着弾した前記液滴にエネルギーを付与するエネルギー付与部を備えてよい。この形態の液体吐出装置によれば、例えば、着弾した液滴を対象物に固定するなどの加工処理が可能になる。
【００１９】
［１４］上記形態の液体吐出装置において、前記液体は、粉末と溶媒とを含む流動性組成物であり、前記エネルギー付与部は、着弾した前記液滴にエネルギーを付与することにより、前記液滴中の前記粉末を焼結させてもよいし、あるいは、前記液滴中の前記粉末を溶融させた後に固化させてもよい。この形態の液体吐出装置によれば、液体中の粉末を焼結または固化することにより、着弾した液滴を対象物に固定することができる。
【００２０】
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。
【００２１】
本発明は、液体吐出装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、液体を吐出する方法として実現することができる。その他に、立体物造形装置や、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】
【００２２】
【図１】第１実施形態の液体吐出装置の概略構成を示す説明図。
【図２】立体物を造形する際に実行される処理工程のフローを示す説明図。
【図３】ヘッド部の構成を示す概略断面図。
【図４】ヘッド部と液滴生成部と方向変更部と造形ステージの位置関係を模式的に示す概略斜視図。
【図５】ヘッド部におけるノズルの配置構成および液柱に対するレーザーの照射を説明するための模式図。
【図６】液滴生成部が射出するレーザーの集光形状の一例を示す概略図。
【図７】液滴生成部が射出するレーザーの集光形状の他の例を示す概略図。
【図８】第２実施形態の液体吐出装置の構成を説明するための概略図。
【図９】第３実施形態の液体吐出装置の構成を説明するための概略図。
【図１０】第４実施形態の液体吐出装置の構成を説明するための概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。図１には、液体吐出装置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。鉛直方向を示す矢印Ｇは、後に参照される各図においても、適宜、図示されている。
【００２４】
本実施形態の液体吐出装置１００は、いわゆる３Ｄプリンターであり、液体材料をヘッド部１１０から造形ステージ１６０に向かって吐出し、当該造形ステージ１６０上において当該原材料を固化させた層を積み重ねて立体物を作製する。液体吐出装置１００は、前述のヘッド部１１０および造形ステージ１６０に加えて、制御部１０１と、液体供給部１０５と、液滴生成部１２０と、方向変更部１３０と、回収部１４０と、エネルギー付与部１５０と、移動機構１９０と、を備えている。
【００２５】
制御部１０１は、液体吐出装置１００の全体を制御する。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にプログラムを読み出して実行することにより、液体吐出装置１００全体の動作を制御する。このプログラムは、例えば、各種の記録媒体に記録されていてもよい。
【００２６】
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材料の吐出位置を表すデータが含まれている。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などを介して直接的にデータを取得してもよい。立体物を造形する際の制御部１０１による液体吐出装置１００の制御フローについては後述する。
【００２７】
本実施形態の液体吐出装置１００は、ヘッド部１１０として、第１と第２のヘッド部１１０ａ，１１０ｂを備えており、それぞれのヘッド部１１０ａ，１１０ｂからは材料成分が異なる液体材料が吐出される。２つのヘッド部１１０ａ，１１０ｂは、互いに同様な構成を有している。以下の説明において、ヘッド部１１０と呼ぶときは、２つのヘッド部１１０ａ，１１０ｂの両方を意味する。ヘッド部１１０は、液体貯留部１１２と、ノズル１１４と、を備えている。液体貯留部１１２は、液体材料を貯留可能な中空容器によって構成されており、内部の液体室１１３に液体材料を貯留する。本実施形態では、液体貯留部１１２は、ステンレス鋼によって構成されている。本実施形態の液体吐出装置１００において用いられる液体材料については後述する。
【００２８】
液体貯留部１１２に貯留されている液体材料は、ノズル１１４を介して外部に吐出される。本実施形態では、ノズル１１４は、液体貯留部１１２の内部空間の下端に連通し、ヘッド部１１０の鉛直下方の領域に向かって開口する貫通孔として設けられている。ノズル１１４の開口径は、例えば、５〜１００μｍ程度であってよい。ノズル１１４から吐出された直後の液体材料は、ノズル１１４から垂下して液柱ＬＣを形成する。本実施形態では、約１０〜１００μｍ程度の径の液柱ＬＣが形成される。図１では、便宜上、１つのノズル１１４のみが図示されているが、本実施形態では、液体貯留部１１２には一列に配列されている複数のノズル１１４が設けられている。ヘッド部１１０の構成の詳細については後述する。
【００２９】
本実施形態の液体吐出装置１００は、液体供給部１０５として、第１と第２の液体供給部１０５ａ，１０５ｂを備えている。第１の液体供給部１０５ａは、第１のヘッド部１１０ａに液体材料を供給し、第２の液体供給部１０５ｂは、第２のヘッド部１１０ｂに液体材料を供給する。第１と第２の液体供給部１０５ａ，１０５ｂは互いに同様な構成を有している。以下の説明において、液体供給部１０５と呼ぶときは、２つの液体供給部１０５ａ，１０５ｂの両方を意味している。液体供給部１０５は、ヘッド部１１０の液体貯留部１１２に液体材料を供給するとともに、ノズル１１４から液体材料を吐出させるための圧力を液体材料に付与する。液体供給部１０５は、加圧ポンプ１７０と、粘度調整タンク１８０と、溶媒供給タンク１８２と、を備える。
【００３０】
粘度調整タンク１８０には、液体材料が貯留されており、溶媒供給タンク１８２には、液体材料の溶媒成分が貯留されている。粘度調整タンク１８０は、溶媒供給タンク１８２から溶媒の供給を受ける。また、後述するように、粘度調整タンク１８０は、回収部１４０から回収された液体材料の供給を受ける。粘度調整タンク１８０は、自身に貯留されている液体材料と溶媒供給タンク１８２から供給される溶媒とを混合して、液体材料の粘度を調整する。制御部１０１は、液体材料が所定の粘度に保持されるように、溶媒供給タンク１８２からの溶媒の供給量を制御する。本実施形態では、粘度調整タンク１８０において、液体材料の粘度が、５０ｍＰａ・ｓ以上になるように調整される。
【００３１】
粘度調整タンク１８０の液体材料は、加圧ポンプ１７０の駆動によってヘッド部１１０の液体貯留部１１２へと供給される。加圧ポンプ１７０による加圧によって、ヘッド部１１０のノズル１１４から液体材料が吐出される。制御部１０１は、圧力計（図示は省略）によって、ヘッド部１１０における液体材料の圧力を監視し、加圧ポンプ１７０が液体材料に加える圧力をフィードバック制御する。これによって、ノズル１１４から液体材料が液柱状に垂下するように、液体材料の流速が調整される。液体材料の流速は、液体材料の粘度を考慮して決められることが望ましい。本実施形態では、制御部１０１は、ノズル１１４から吐出される液体材料の流速が１０ｍ／秒〜２０ｍ／秒になるように、液体材料の圧力を調整する。
【００３２】
液滴生成部１２０は、ヘッド部１１０の複数のノズル１１４からそれぞれ垂下している液体材料の液柱ＬＣに対して、ヘッド部１１０から離れた位置からエネルギーを付与することによって、当該液柱ＬＣから液体材料の液滴を生成する。本実施形態では、液滴生成部１２０は、レーザー装置によって構成され、液体材料の液柱ＬＣにレーザーを照射して光エネルギーを付与する。液滴生成部１２０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液柱状の液体材料に集光させるための集光レンズと、を含む。液滴生成部１２０の内部構成についての図示は省略する。
【００３３】
本実施形態の液滴生成部１２０は、エネルギーが周期的に変化するパルスレーザーをノズル１１４から垂下している液柱ＬＣに照射する。このようなレーザーが液柱ＬＣに照射されると、液柱ＬＣにおける液体材料の流れ方向（液柱ＬＣが垂下している方向）に、温度の高い部分と温度の低い部分が生じる。液柱ＬＣにこのような温度勾配が生じることによって、液柱ＬＣの径が小さく括れる部位が生じ、当該部位において液柱ＬＣがちぎれて、液滴が生成される。生成された液滴は、重力の作用によって鉛直方向に落下する。このように、レーザーによって液体材料の液柱ＬＣに光エネルギーを付与する構成であれば、立体物の形成に適した粘度が高い液体材料が用いられている場合であっても、十分に液柱ＬＣに液滴化のための温度勾配を生じさせることができる。
【００３４】
ここで、液柱ＬＣから分離して飛行する液滴のサイズは、液体材料の特性や、液滴生成部１２０によるレーザーの照射タイミング、レーザーが液柱ＬＣに付与するエネルギーの大きさ（レーザーの波長や強度）によって定まる。本実施形態では、制御部１０１は、液滴生成部１２０によるレーザーの照射タイミングを制御することによって、第１のサイズを有する第１の液滴Ｌ１と、第１のサイズの液滴Ｌ１よりも大きい第２のサイズを有する第２の液滴Ｌ２と、を生成する。本明細書において、液滴のサイズとは、液滴の体積を意味する。ただし、液滴のサイズは、液滴の重量として解釈されてもよい。本実施形態では、液滴のサイズは、液柱ＬＣに照射するレーザーの照射間隔を異ならせることによって調整する。例えば、レーザーの照射間隔を短くすれば、それだけサイズの小さな液滴を生成することができ、逆に、レーザーの照射間隔を長くすれば、それだけサイズの大きな液滴を生成することができる。本実施形態では、制御部１０１は、第１の液滴Ｌ１を生成するときには、第２の液滴Ｌ２を生成するときよりもレーザーの照射間隔を短くする。なお、制御部１０１は、レーザーの照射時間や、照射出力、波長、照射範囲を制御することによって、異なるサイズの液滴を生成するものとしてもよい。
【００３５】
本実施形態では、液滴生成部１２０は、ノズル１１４から所定の距離だけ離れた位置において、液体材料の液柱ＬＣに対してレーザーを照射する。ノズル１１４とレーザーの照射位置との間の距離は、例えば、０．３〜０．７ｍｍ程度であってもよい。本実施形態では、ノズル１１４から鉛直下方に、０．５ｍｍ離れた位置において、液体材料の液柱ＬＣにレーザーを照射する。また、本実施形態では、液滴生成部１２０は、ヘッド部１１０におけるノズル１１４の配列方向に対して斜めに交差する方向から、ノズル１１４の下方に垂下している液柱ＬＣに向かってレーザーを射出する。液滴生成部１２０が射出するレーザーは、各ノズル１１４から垂下している複数の液柱ＬＣを一度に照射することができる幅を有している。液滴生成部１２０によるレーザーの射出方向および当該レーザーの形状についての詳細は後述する。なお、本明細書において、レーザーの射出方向とは、レーザーの光軸に平行な方向を意味する。
【００３６】
方向変更部１３０は、液滴生成部１２０の下方に設けられている。方向変更部１３０は、液滴生成部１２０によって生成され、鉛直方向に飛行している液滴のうちの少なくとも一部の液滴にエネルギーを付与することによって、その飛行方向を変更する。本実施形態では、方向変更部１３０は、レーザー装置によって構成され、第１のサイズを有する第１の液滴Ｌ１に対して光エネルギーを付与する。方向変更部１３０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液滴に集光させるための集光レンズと、を含む。方向変更部１３０の内部構成についての図示は省略する。
【００３７】
本実施形態では、方向変更部１３０は、複数のレーザーを並列に照射可能であり、１つのノズル１１４に対して１本のレーザーを射出する。方向変更部１３０は、液滴の飛行方向に対して垂直な方向からレーザーを射出する。また、本実施形態では、方向変更部１３０は、ヘッド部１１０におけるノズル１１４の配列方向に対して垂直な方向からレーザーを射出する。液滴生成部１２０によって飛行中の液滴にレーザーが照射される位置は、例えば、ヘッド部１１０から鉛直下方に、０．８ｍｍ〜１．２ｍｍ程度離れた位置であってもよい。本実施形態では、ヘッド部１１０と方向変更部１３０によるレーザーの照射位置との間の距離は１ｍｍ程度である。
【００３８】
飛行中の液滴にレーザーが照射されると、液滴中の溶媒の少なくとも一部が瞬間的に気化することによってガスが生じ、そのガスの圧力によって液滴の飛行方向が変更される。より具体的には、液滴の飛行方向は、方向変更部１３０によるレーザーの射出方向に曲げられる。レーザーの照射エネルギーが高いほど、また、液滴のサイズが小さいほど、液滴の飛行方向の変更度合いも大きくなる。方向変更部１３０によるレーザーの照射は、液滴が方向変更部１３０を横切るタイミングで行われる。本実施形態では、制御部１０１は、方向変更部１３０によるレーザー照射のタイミングを、液滴生成部１２０によって第１の液滴Ｌ１が生成されるタイミングに連動して決定する。方向変更部１３０が射出するレーザーの強度や波長は、液体材料の特性や第１の液滴Ｌ１のサイズに応じて予め定められていてもよいし、制御部１０１によって制御されてもよい。このように、レーザーであれば、液滴に、飛行方向の変更のためのエネルギーを瞬間的に付与することができるため、液滴の飛行方向の制御性が高められている。また、本実施形態では、方向変更部１３０が、１つのノズル１１４に対して１本のレーザーを射出可能であるため、各ノズル１１４から吐出された液滴の中から選択されたものに光エネルギーを付与することができ、液滴の飛行方向の制御性がより高められている。
【００３９】
その他に、液滴の飛行方向の変更を光エネルギーの付与によっておこなうことによって以下のような効果を得ることができる。例えば、液滴を帯電させて静電力によって飛行方向を変更する構成を採用した場合には、帯電可能な液体材料を用いる必要がある。これに対して、本実施形態の液体吐出装置１００であれば、光エネルギーを用いて液体の飛行方向を変更しているため、帯電させることができない、あるいは、帯電させることが困難な液体材料であっても用いることができる。従って、立体物の作製に用いられる液体材料の選択の幅を広げることができる。
【００４０】
方向変更部１３０によって飛行方向が変更された第１の液滴Ｌ１は、ヘッド部１１０から鉛直下方に配置されている造形ステージ１６０に着弾する。造形ステージ１６０は、水平に延びる平板な板状部材によって構成され、ヘッド部１１０から鉛直下方に１．５〜３ｍｍ程度離れた位置に配置されていてよい。本実施形態では、造形ステージ１６０とヘッド部１１０との間の距離は、約２ｍｍである。また、本実施形態では、造形ステージ１６０は、移動機構１９０によって、ヘッド部１１０およびエネルギー付与部１５０に対して相対的に水平方向および鉛直方向に変位する。移動機構１９０は、造形ステージ１６０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１９０による造形ステージ１６０の移動は、制御部１０１によって制御される。なお、他の実施形態では、造形ステージ１６０の位置が固定され、ヘッド部１１０およびエネルギー付与部１５０が造形ステージ１６０に対して変位するように構成されていてもよい。
【００４１】
エネルギー付与部１５０は、造形ステージ１６０に着弾した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１５０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１５０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１５０は、造形ステージ１６０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、作製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１６０上に固定される。
【００４２】
本実施形態では、液滴生成部１２０によって生成された液滴のうち、方向変更部１３０によって飛行方向が変更されなかった第２の液滴Ｌ２が回収部１４０によって回収される。回収部１４０は、「ガター」とも呼ばれる。本実施形態の液体吐出装置１００は、回収部１４０として、第１と第２の回収部１４０ａ，１４０ｂを備えている。第１の回収部１４０ａは、第１のヘッド部１１０ａから吐出され液滴を回収し、第２の回収部１４０ｂは、第２のヘッド部１１０ｂから吐出された液滴を回収する。２つの回収部１４０ａ，１４０ｂは、同様な構成を有している。以下の説明において、回収部１４０と呼ぶときは、第１と第２の回収部１４０ａ，１４０ｂの両方を意味している。回収部１４０は、当該液滴Ｌ２を回収するための受け部１４１を有する。受け部１４１は、鉛直方向に飛行する液滴を受け止めることができるようにノズル１１４の下方に配置されている。第１の回収部１４０ａの受け部１４１は、第１のヘッド部１１０ａの下方に配置され、第２の回収部１４０ｂの受け部１４１は、第２のヘッド部１１０ｂの下方に配置されている。第２の回収部１４０ｂの受け部１４１が第１のヘッド部１１０ａからの液滴を誤って回収してしまうことを抑制するために、第２の回収部１４０ｂの受け部１４１は、第１の回収部１４０ａの受け部１４１よりも下方に位置していることが望ましい。受け部１４１に受け止められた液滴は、吸引ポンプなどの吸引装置（図示は省略）によって集められ、対応する液体供給部１０５ａ，１０５ｂの粘度調整タンク１８０に送られる。このように、本実施形態の液体吐出装置１００では、回収部１４０によって回収された液滴が再利用されるため、液体材料の浪費が抑制される。
【００４３】
特に、本実施形態では、上述したように、サイズが小さい第１の液滴Ｌ１の飛行方向を方向変更部１３０のレーザーによって変更し、その液滴Ｌ１を造形ステージ１６０に着弾させている。従って、立体物をよりきめ細かく精細に生成することができる。また、本実施形態では、大きなサイズの第２の液滴Ｌ２を回収部１４０によって回収するので、液体材料の回収効率が向上し、液体材料を効率的に再利用することができる。さらに、本実施形態では、サイズが小さい第１の液滴Ｌ１の飛行方向が方向変更部１３０によって変更されるので、サイズが大きい第２の液滴Ｌ２の飛行方向を変更するよりも、飛行方向を大きく変更することができる。そのため、造形ステージ１６０に着弾すべき液滴が回収部１４０に誤って回収されてしまうことが抑制される。
【００４４】
上述したように、本実施形態の液体吐出装置１００では、第１と第２のヘッド部１１０ａ，１１０ｂのそれぞれから、異なる材料成分の液体材料が吐出される。本実施形態の液体吐出装置１００において用いられる２つの液体材料はともに、粉末と溶媒とを含む流動性組成物である。２つの液体材料はそれぞれ、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。
【００４５】
本実施形態においては、例えば、第１のヘッド部１１０ａからは立体物の本体部を造形するための液体材料が吐出され、第２のヘッド部１１０ｂからは当該本体部を支持し、本体部の造形完了後に除去されるサポート部を形成するための液体材料が吐出されてもよい。また、第１のヘッド部１１０ａと第２のヘッド部１１０ｂとからはそれぞれ、立体物において色や質感、強度、剛性などの物性が異なる部位を造形するための液体材料が吐出されるものとしてもよい。
【００４６】
図２は、立体物を造形する際に制御部１０１の制御下において液体吐出装置１００によって実行される処理工程のフローを示す説明図である。立体物を造形する際には、制御部１０１は、プログラムに従って、液体吐出装置１００に以下の工程を繰り返し実行させる。ステップＳ１０では、制御部１０１は、液体供給部１０５の加圧ポンプ１７０を制御して、各ヘッド部１１０ａ，１１０ｂの複数のノズル１１４から液体材料を液柱状に吐出させる。制御部１０１は、いずれのヘッド部１１０ａ，１１０ｂからいつのタイミングで液体材料を吐出するかを、コンピューター２００から受信したデータＭＤに基づいて事前に決定している。ステップＳ２０では、制御部１０１は、液滴生成部１２０を制御して、ヘッド部１１０の複数のノズル１１４からそれぞれから垂下している液柱ＬＣにレーザーを照射させ、液滴を生成する。なお、制御部１０１は、レーザーが照射されるタイミングを、コンピューター２００から受信したデータＭＤに基づいて事前に決定している。
【００４７】
ステップＳ３０では、制御部１０１は、方向変更部１３０を制御して、生成された液滴のうちの第１の液滴Ｌ１にレーザーを照射させ、液滴の飛行方向を変更させる。また、ステップＳ３０では、制御部１０１は、データＭＤに基づいて、移動機構１９０を制御して造形ステージ１６０を移動させる。これによって、飛行方向が変更された液滴の造形ステージ１６０上での着弾位置が調整される。なお、上述したように、飛行方向が変更されなかった第２の液滴Ｌ２は回収部１４０によって回収されて、液体供給部１０５に戻される。
【００４８】
ステップＳ４０では、制御部１０１は、エネルギー付与部１５０を制御し、造形ステージ１６０上に着弾した液体材料にレーザーを照射し、当該液体材料を固化させて当該着弾位置に固着させる。ステップＳ１０〜Ｓ４０の工程が繰り返され、固化した材料粒子が積み重ねられていくことによって、造形ステージ１６０上に立体物が形成される。
【００４９】
図３は、複数のノズル１１４の各中心軸ＣＸを含む仮想平面において切断したときの第１のヘッド部１１０ａの構成を示す概略断面図である。本実施形態の液体吐出装置１００では、第１のヘッド部１１０ａは、複数のノズル１１４が所定の配列方向に一列に配列されている第１のノズル列１１５ａを有している。図３では、便宜上、４つのノズル１１４が図示されている。本実施形態では、第１のノズル列１１５ａの各ノズル１１４は、鉛直方向に沿って見た場合に一直線上に並んでいる。第１のノズル列１１５ａの各ノズル１１４は、ほぼ等間隔で配列されている。各ノズル１１４の中心軸ＣＸ間の距離は、例えば、１００〜２００μｍであってよい。
【００５０】
各ノズル１１４は、液体貯留部１１２の液体室１１３に連通している。つまり、本実施形態では、各ノズル１１４に対して、液体室１１３が共通化されている。これによって、液体貯留部１１２から各ノズル１１４にほぼ同一の圧力の液体材料がほぼ均一に供給され、各ノズル１１４からほぼ同一の状態の液柱ＬＣが形成される。このように、本実施形態の液体吐出装置１００によれば、制御部１０１による第１の液体供給部１０５ａの加圧ポンプ１７０の制御によって、第１のヘッド部１１０ａの複数のノズル１１４において同時に複数の液柱ＬＣを効率的に形成することができるため効率的である。また、第１のヘッド部１１０ａの複数のノズル１１４から同時に液体材料が吐出されるため、立体物の造形速度を高めることができる。
【００５１】
第２のヘッド部１１０ｂは、第１のヘッド部１１０ａと同様に、複数のノズル１１４が配列されている第２のノズル列１１５ｂと、各ノズル１１４に連通している液体室１１３が形成されている液体貯留部１１２と、を有している。第２のヘッド部１１０ｂにおいても、上述したような第１のヘッド部１１０ａにおいて得られるのと同様な作用効果を得ることができる。ただし、第１のヘッド部１１０ａと第２のヘッド部１１０ｂとでは、各ノズル列１１５ａ，１１５ｂにおけるノズル１１４の位置が、ノズル１１４が配列されている配列方向に互いにずれている。その詳細については後述する。
【００５２】
図４は、液体吐出装置１００におけるヘッド部１１０と液滴生成部１２０と方向変更部１３０と造形ステージ１６０の位置関係を模式的に示す概略斜視図である。図４では、第１と第２のヘッド部１１０ａ，１１０ｂの各ノズル１１４から液体材料が吐出され、液滴生成部１２０と方向変更部１３０とがともにレーザーを照射している状態が模式的に図示されている。また、図４には、各ノズル１１４の中心軸ＣＸと、第１と第２のノズル列１１５ａ，１１５ｂのそれぞれの配列方向を示す軸線ＡＸａ，ＡＸｂと、が図示されている。
【００５３】
本実施形態の液体吐出装置１００では、ヘッド部１１０と、液滴生成部１２０と、方向変更部１３０と、造形ステージ１６０とが、この順で鉛直方向に配置されている。第１と第２のヘッド部１１０ａ，１１０ｂとは、第１と第２のノズル列１１５ａ，１１５ｂが互いに並列な位置関係になるように、各ノズル列１１５ａ，１１５ｂにおけるノズル１１４の配列方向に直交する方向に隣り合って配列されている。第１と第２のノズル列１１５ａ，１１５ｂを構成している各ノズル１１４の位置関係については後述する。
【００５４】
液滴生成部１２０は、ヘッド部１１０に対して、ノズル１１４の配列方向に対して直交する方向に離れた位置に設けられており、その位置からヘッド部１１０に向かって直線状に延びる１本のレーザーを射出する。液滴生成部１２０が射出するレーザーは、液体材料の液柱ＬＣが形成されるヘッド部１１０の下方の領域に向かって、一直線に、帯状、あるいは、平板状に延びる。液滴生成部１２０が射出するレーザーの横幅は、その縦幅よりも大きく、その横幅は、ヘッド部１１０の各ノズル１１４から垂下している複数の液柱ＬＣを一度に照射することができる幅である。本明細書において、レーザーの横幅とは、水平方向におけるレーザーの径であり、レーザーの縦幅とは、鉛直方向におけるレーザーの径である。本実施形態の液体吐出装置１００によれば、横幅が広い集光形状を有するレーザーの照射によって、複数の液柱ＬＣから液滴が同時に生成されるため効率的である。なお、本実施形態の液滴生成部１２０が射出するレーザーの集光形状の詳細については後述する。
【００５５】
方向変更部１３０は、液滴生成部１２０の下方に位置しており、その位置から、ノズル１１４の配列方向に対して直交する方向に、複数のレーザーを並列に射出する。方向変更部１３０は、ヘッド部１１０が有するノズル１１４の数に対応する数のレーザーを射出する。方向変更部１３０が射出するレーザーのそれぞれは、鉛直方向に延びる各ノズル１１４の中心軸ＣＸのいずれか一本と直交する。方向変更部１３０が射出する各レーザーのスポット径は、液体材料の特性や液滴生成部１２０によって生成される液滴のサイズに応じて予め決められていることが望ましい。
【００５６】
図５を参照して、ヘッド部１１０における複数のノズル１１４の配置構成および各ノズル１１４から垂下している液柱ＬＣに対する液滴生成部１２０によるレーザーの照射状態を説明する。図５には、液体吐出装置１００を鉛直方向に沿って下方から見たときのヘッド部１１０と、液滴生成部１２０と、が模式的に図示されている。図５では、液滴生成部１２０が射出したレーザーによって各ノズル１１４に生成された液柱ＬＣが照射されている状態が模式的に図示されている。加えて、図５には、各ノズル１１４の中心軸ＣＸの位置が図示されるとともに、図４と同様に、配列方向を示す軸線ＡＸａ，ＡＸｂが図示されている。
【００５７】
本実施形態の液体吐出装置１００では、液滴生成部１２０がレーザーを射出する位置（以下、単に「レーザー射出位置」とも言う。）から見たときに、第１のヘッド部１１０ａは、第２のヘッド部１１０ｂの手前に位置している。また、上述したように、第１と第２のヘッド部１１０ａ，１１０ｂは、第１と第２のノズル列１１５ａ，１１５ｂは、ノズル１１４の配列されている方向が互いに並列になるように配列されている。
【００５８】
本実施形態の液体吐出装置１００では、レーザー射出位置からヘッド部１１０に向かう方向に見たときに、第２のノズル列１１５ｂの各ノズル１１４は、第１のノズル列１１５ａの各ノズル１１４に対し、水平方向において、ずれた位置にある。より具体的には以下の通りである。本実施形態では、各ノズル列１１５ａ，１１５ｂを構成しているノズル１１４の数が等しく、各ノズル列１１５ａ，１１５ｂにおけるノズル１１４の配列間隔がほぼ等しい。第２のノズル列１１５ｂは、第２のノズル列１１５ｂを構成している各ノズル１１４の位置が、第１のノズル列１１５ａにおける対応するノズル１１４の位置よりも、配列方向にずれている。より具体的には、第２のノズル列１１５ｂにおける各ノズル１１４は、第１のノズル列１１５ａにおける対応するノズル１１４の位置に対して、第１のノズル列１１５ａにおけるノズル１１４の配列間隔のほぼ半分程度の距離だけずれた位置に位置している。これにより、前述の方向にみたときに、第１のノズル列１１５ａにおいて隣り合って配置されているノズル１１４同士の間にはそれぞれ、第２のノズル列１１５ｂを構成するノズル１１４が一つずつ配置される。つまり、本実施形態では、ヘッド部１１０において複数のノズル１１４が、レーザーが照射される方向に対して交差する方向に、千鳥状に配列されていると解釈できる。
【００５９】
上述したように、液滴生成部１２０は、各ノズル列１１５ａ，１１５ｂに対して、軸線ＡＸａ，ＡＸｂによって表されるノズル１１４の配列方向に直交する方向からレーザーを照射する。また、本実施形態では、液滴生成部１２０が射出するレーザーの横幅は、ノズル１１４の配列方向におけるヘッド部１１０の両端に位置するノズル１１４間の距離より大きい。従って、液滴生成部１２０が射出する１本のレーザーによって、第１と第２のノズル列１１５ａ，１１５ｂから垂下する液柱ＬＣを全て照射することができる。
【００６０】
このように、本実施形態の液体吐出装置１００によれば、ヘッド部１１０に対して同じ方向からレーザーを射出することによって、第１と第２のノズル列１１５ａ，１１５ｂから垂下している液柱ＬＣに、液滴を生成するための光エネルギーを付与することができる。また、本実施形態の液体吐出装置１００によれば、液滴を生成するためのレーザーを、第１のノズル列１１５ａから垂下している複数の液柱ＬＣに跨がって照射できるため効率的である。加えて、第１のノズル列１１５ａから垂下している各液柱ＬＣの間をすり抜けたレーザーによって、第２のノズル列１１５ｂから垂下している各液柱ＬＣを照射することができるため、ヘッド部１１０をすり抜けてしまう光エネルギーが低減される。よって、液滴を生成するためのエネルギーの浪費が抑制される。
【００６１】
図６および図７を参照して、液滴生成部１２０が射出するレーザーの集光形状について説明する。図６および図７には、液滴生成部１２０が射出するレーザーの射出方向に垂直な断面における当該レーザーの形状である集光形状ＣＳの例が模式的に図示されている。液滴生成部１２０は、集光レンズによって、レーザーの集光形状を、図６において例示されているように、横幅が縦幅よりも大きい略楕円形状に成形して射出してもよい。あるいは、液滴生成部１２０は、光ファイバーを直線状に並列に並べて各光ファイバーから並列なレーザーを互いに重なり合う状態で射出するファイバー集積型レーザー装置によって構成されてもよい。この場合には、レーザーの集光形状は、図７において例示されているように、複数の略円形形状が水平方向に連なった形状になる。なお、液滴生成部１２０が射出するレーザーの集光形状は、図６や図７の形状に限定されることはない。
【００６２】
以上のように、本実施形態の液体吐出装置１００では、液滴生成部１２０によって、各ノズル１１４から離れた位置において、液体材料に対して液滴化のためのエネルギーが付与されている。そのため、液体材料またはその含有成分が各ノズル１１４の近傍で乾燥して堆積し、ノズル１１４からの液体材料の吐出が阻害されてしまうことが抑制されており、液体材料の吐出性能が安定化されている。また、本実施形態のように、液滴を生成するためのエネルギーをヘッド部１１０の外部から付与する構成であれば、ヘッド部１１０における液滴生成のための機構を省略することができる。従って、ヘッド部１１０の構造を簡素化することができ、ヘッド部１１０の耐圧性を容易に高めることができ、より高い粘度の液体材料を用いることも可能になる。
【００６３】
加えて、本実施形態の液体吐出装置１００では、ヘッド部１１０が第１と第２のノズル列１１５ａ，１１５ｂを有することによって、ヘッド部１１０において単位面積あたり存在するノズル１１４の個数であるノズル密度が増加されている。また、液滴生成部１２０が射出するレーザーによって、第１と第２のノズル列１１５ａ，１１５ｂから垂下している複数の液柱ＬＣが照射されている。これによって、上述したように、光エネルギーが浪費されてしまうことが抑制されており、液滴化のためのエネルギー効率が高められている。その他に、本実施形態の液体吐出装置１００によれば、本実施形態中において説明した種々の作用効果を奏することが可能である。
【００６４】
B．第２実施形態：
図８は、本発明の第２実施形態における液体吐出装置１００Ａの構成を説明するための概略図である。図８には、第２実施形態の液体吐出装置１００Ａが備えるヘッド部１１０と、液滴生成部１２０と、方向変更部１３０Ａと、造形ステージ１６０とが、図４と同様に図示されている。第２実施形態の液体吐出装置１００Ａは、方向変更部１３０Ａの構成が異なっている点以外は、第１実施形態の液体吐出装置１００とほぼ同じである。第２実施形態の液体吐出装置１００Ａでは、方向変更部１３０Ａは、液滴生成部１２０と同様に、横幅の広い集光形状を有するレーザーを射出する。方向変更部１３０Ａは、１本のレーザーによって、第１と第２のノズル列１１５ａ，１１５ｂのそれぞれにおいて生成された全ての液滴を一度に照射することができる。第２実施形態の液体吐出装置１００Ａによれば、一度のレーザーの照射によって、複数の液滴の飛行方向を変更させることができるため、効率的である。また、第１のノズル列１１５ａにおいて生成された液滴の列の間をすり抜けたレーザーによって、第２のノズル列１１５ｂにおいて生成された各液滴が照射されるため、方向変更部１３０Ａのレーザーが無駄に漏れ出てしまうことが抑制される。その他に、第２実施形態の液体吐出装置１００Ａ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。
【００６５】
C．第３実施形態：
図９は、本発明の第３実施形態における液体吐出装置１００Ｂの構成を説明するための概略図である。図９には、第３実施形態の液体吐出装置１００Ｂが備えるヘッド部１１０と、液滴生成部１２０Ｂと、方向変更部１３０Ａと、造形ステージ１６０とが、図８と同様に図示されている。第３実施形態の液体吐出装置１００Ｂは、液滴生成部１２０Ｂの構成が異なっている点以外は、第２実施形態の液体吐出装置１００Ａとほぼ同じである。第３実施形態の液体吐出装置１００Ｂでは、液滴生成部１２０Ｂは、第１実施形態で説明した方向変更部１３０と同様に、複数のレーザーを並列に射出する。液滴生成部１２０Ｂは、ヘッド部１１０におけるノズル１１４の数と同じ数のレーザーを射出可能であり、各ノズル１１４から垂下する１つの液柱ＬＣに対してレーザーを１本ずつ射出する。第３実施形態では、制御部１０１は、液滴生成部１２０Ｂから射出される各レーザーごとに、その射出間隔や、波長、強度などを調整して、各ノズル１１４ごとに異なるサイズの液滴を生成する。第３実施形態の液体吐出装置１００Ｂによれば、各ノズル１１４ごとに生成される液滴のサイズを制御することができる。また、第２実施形態で説明したのと同様に、方向変更部１３０Ａが射出するレーザーによって、複数の液滴の飛行方向を一度に変更することができるため、効率的である。その他に、第３実施形態の液体吐出装置１００Ｂによれば、上記の各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。
【００６６】
D．第４実施形態：
図１０は、本発明の第４実施形態における液体吐出装置１００Ｃの構成を説明するための概略図である。図１０には、液体吐出装置１００Ｃを鉛直方向に沿って下方から見たときのヘッド部１１０と液滴生成部１２０Ｃとが、図５と同様に模式的に図示されている。第４実施形態の１００Ｃの構成は、液滴生成部１２０Ｃの構成が異なっている点以外は第１実施形態で説明した液体吐出装置１００の構成とほぼ同じである。第４実施形態の液滴生成部１２０Ｃは、第１実施形態の液滴生成部１２０と同様な位置からレーザーを射出する。液滴生成部１２０Ｃは、１つのレーザー光源から射出されたレーザーを、ガルバノミラーやデジタルマイクロミラーデバイスを用いて、ノズル１１４の配列方向に沿って水平に走査する。液滴生成部１２０Ｃは、鉛直方向に沿って見たときに、各ノズル列１１５ａ，１１５ｂのノズル１１４の全てが照射範囲に含まれるように、レーザーを走査する。なお、ヘッド部１１０では、液滴生成部１２０Ｃのレーザーの射出位置から見たときに、各ノズル列１１５ａ，１１５ｂの各ノズル１１４が互いに重なり合わないように、ノズル１１４の配置位置が定められていることが望ましい。液滴生成部１２０Ｃは、１本のレーザーによって、複数のノズル１１４から垂下している複数の液柱ＬＣを連続的に照射して、複数の液柱ＬＣに対して、液滴を生成するための光エネルギーを連続的に付与する。なお、液滴生成部１２０Ｃが射出するレーザーのスポット径は、液柱ＬＣの直径よりも大きくてもよい。ただし、当該スポット径が液柱ＬＣの直径と同等以下である方がレーザーの照射効率の点で好ましい。第４実施形態の液体吐出装置１００Ｃであっても、上記の各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。
【００６７】
E．変形例：
E1．変形例１：
上記の各実施形態の液体吐出装置１００，１００Ａ〜１００Ｃは、液体材料を吐出して立体物を形成する３Ｄプリンターとして構成されている。これに対して、上記各実施形態の液体吐出装置１００，１００Ａ〜１００Ｃは、例えば、インクを吐出して画像を形成するインクジェットプリンターとして構成されてもよい。この場合には、造形ステージ１６０に代えて、印刷媒体や記録媒体を、液滴を着弾させる対象物として、インク滴が吐出される。また、エネルギー付与部１５０は省略されてもよい。上記の各実施形態の液体吐出装置１００，１００Ａ，１００Ｂでは、造形ステージ１６０を、液体材料が着弾する対象物としている。これに対して、液体材料が着弾する対象物は、造形ステージ１６０に限定されることはない。液体吐出装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、造形ステージ１６０に代えて、造形ステージ１６０上に取り外し可能に設置されている金属プレートや、材料粉末が焼結した立体物、材料粉末が溶融後に固化した立体物などを対象物として液体材料を吐出してもよい。
【００６８】
E2．変形例２：
上記の各実施形態で説明したヘッド部１１０におけるノズル１１４の配列構成は、上記の各実施形態の構成に限定されない。例えば、ヘッド部１１０は、２つのノズル列１１５ａ,１１５ｂに、さらに１以上のノズル列が追加されていてもよい。また、ヘッド部１１０では、複数のノズル１１４が千鳥状に配列されていなくてもよい。例えば、レーザーの射出位置から見たときに、第１のノズル列１１５ａにおいて隣り合う２つのノズル１１４同士の間に、第２のノズル列１１５ｂを構成している２以上のノズル１１４が配置されていてもよい。また、レーザーの射出位置から見たときに、第１のノズル列１１５ａのノズル１１４と第２のノズル列１１５ｂのノズル１１４とは、互いに重なり合う部分を有しつつ、ノズル１１４の配列方向に互いの位置がずれていてもよい。各ノズル列１１５ａ，１１５ｂにおいて、ノズル１１４は等間隔に配列されていなくてもよく、例えば、ランダムな間隔で配列されていてもよい。各ノズル列１１５ａ，１１５ｂにおいて、ノズル１１４は、一直線上に配列されていなくてもよく、例えば、曲線を描くように配列されていてもよい。また、各ノズル列１１５ａ，１１５ｂは、互いに並列に配置されていなくてもよく、例えば、ノズル１１４が配列されている方向が互いに交差するように配列されていてもよい。
【００６９】
E3．変形例３：
上記の各実施形態において、液滴生成部１２０，１２０Ｂ，１２０Ｃは、一本のレーザーで、ヘッド部１１０の全てのノズル１１４から垂下する液柱ＬＣを同時に照射できるように構成されている。これに対して、液滴生成部１２０，１２０Ｂ，１２０Ｃは、一本のレーザーで、ヘッド部１１０の一部の複数のノズル１１４から垂下している液柱ＬＣのみを照射するように構成されていてもよい。この場合には、液滴生成部１２０，１２０Ｂ，１２０Ｃは、例えば、複数の光源から射出される複数のレーザーによって、ヘッド部１１０から垂下する全ての液柱ＬＣに光エネルギーを付与可能なように構成されていてもよい。上記の各実施形態において、液滴生成部１２０，１２０Ｂ，１２０Ｃは、第１と第２のノズル列１１５ａ，１１５ｂにおけるノズル１１４の配列方向に対して直交する方向からレーザーを射出している。これに対して、各ノズル列１１５ａ，１１５ｂにおけるノズル１１４の配列方向に対して直交する方向以外の、交差する方向からレーザーを射出してもよい。
【００７０】
E4．変形例４：
上記の各実施形態では、各ノズル列１１５ａ，１１５ｂごとに異なる種類の液体材料が吐出されており、第１のノズル列１１５ａから吐出される液体材料と、第２のノズル列１１５ｂから吐出される液体材料とでは、形成される立体物における役割や、含有される材料成分の成分が異なっている。これに対して、各ノズル列１１５ａ，１１５ｂからは同じ種類の液体材料が吐出されてもよい。この場合には、例えば、第１と第２のノズル列１１５ａ，１１５ｂとで、異なる圧力や温度で液体材料が吐出されるなど、液体材料の物理的な吐出条件が変えられてもよい。また、上記の各実施形態では、第１とノズル列１１５ａのノズル１１４と第２のノズル列１１５ｂのノズル１１４はそれぞれ、異なる液体室１１３に連通している。これに対して、第１と第２のノズル列１１５ａ，１１５ｂのノズル１１４は、共通の液体室１１３に連通していてもよい。
【００７１】
E5．変形例５：
上記の各実施形態の液体吐出装置１００，１００Ａ〜１００Ｃでは、液滴生成部１２０，１２０Ｂ，１２０Ｃによるレーザーの照射タイミングを調整して、２種類のサイズが異なる液滴Ｌ１，Ｌ２を生成している。これに対して、液体吐出装置１００，１００Ａ〜１００Ｃは、単一のサイズの液滴を連続して生成するように構成されていてもよい。この場合には、制御部１０１は、単一のサイズの液滴の中から造形ステージ１６０に着弾させるべき液滴を選択し、その液滴が生成されるタイミングに応じて、方向変更部１３０によるレーザー照射を実行してもよい。液体吐出装置１００，１００Ａ〜１００Ｃは、３種類以上のサイズの液滴を生成するように構成されていてもよい。また、制御部１０１は、サイズの異なる液滴を生成するために、レーザーの照射間隔の代わりに、例えば、レーザーの強度や波長を調整してもよい。
【００７２】
E6．変形例６：
上記の各実施形態の液体吐出装置１００，１００Ａ〜１００Ｃにおいては、方向変更部１３０，１３０Ａは、サイズの小さい第１の液滴Ｌ１に対して光エネルギーを付与して、その飛行方向を変更している。これに対して、方向変更部１３０，１３０Ａは、サイズの大きい第２の液滴Ｌ２に対して光エネルギーを付与して、その飛行方向を変更してもよい。また、方向変更部１３０，１３０Ａは、サイズの大小にかかわらず、制御部１０１によって選択された液滴の飛行方向を変更するように構成されていてもよい。
【００７３】
E7．変形例７：
上記の各実施形態の液体吐出装置１００，１００Ａ〜１００Ｃでは、方向変更部１３０，１３０Ａは、レーザーの照射によって液滴に光エネルギーを付与して、その飛行方向を変更している。これに対して、方向変更部１３０，１３０Ａは、光エネルギー以外の他のエネルギーを付与することによって、液滴の飛行方向を変更してもよい。方向変更部１３０，１３０Ａは、例えば、メーザーによって液滴にエネルギーを付与して、その飛行方向を変更してもよい。また、方向変更部１３０は、空気などの気流を生じさせて液滴に運動エネルギーを付与して、その飛行方向を変更してもよい。また、上記の各実施形態において、方向変更部は、第４実施形態の液滴生成部１２０Ｃと同様に、レーザーを走査することによって、複数の液滴の飛行方向を連続的に変更するように構成されていてもよい。上記の各実施形態において、方向変更部１３０，１３０Ａから照射されるレーザーの集光位置は、液滴の飛行方向を変更可能であれば、精密に調整されていなくてもよい。例えば、液滴にスポット的に集光させるのではなく、液滴の飛行方向に垂直な面に沿った平面状のレーザー光を照射して、液滴の飛行方向を変更してもよい。方向変更部１３０，１３０Ａは、パルスレーザーを射出してもよい。
【００７４】
E8．変形例８：
上記の各実施形態の液体吐出装置１００，１００Ａ〜１００Ｃでは、方向変更部１３０，１３０Ａによって飛行方向が変更された液滴が造形ステージ１６０に着弾し、方向変更部１３０，１３０Ａによって飛行方向が変更されなかった液滴が回収部１４０によって回収されている。これに対して、方向変更部１３０，１３０Ａによって飛行方向が変更されなかった液滴が造形ステージ１６０に着弾し、方向変更部１３０,１３０Ａによって飛行方向が変更された液滴が回収部１４０によって回収されてもよい。
【００７５】
E9．変形例９：
上記変形例８の構成において、回収部１４０の受け部１４１は、例えば、制御部１０１の制御下において、シャフトやモーターを備えるアクチュエーターによって、水平方向に移動できるように構成されていてもよい。この場合には、制御部１０１は、例えば、方向変更部１３０がレーザーの照射を開始するまで、回収部１４０の受け部１４１を、ノズル１１４の鉛直下方に移動させ、方向変更部１３０がレーザーを照射している間は、ノズル１１４の鉛直下方の領域から遠ざけてもよい。このように、回収部１４０の受け部１４１が移動可能に構成されていれば、不要な液滴が造形ステージ１６０に無駄に着弾してしまうことを抑制することができる。
【００７６】
E10．変形例１０：
上記の各実施形態の液体吐出装置１００，１００Ａ〜１００Ｃでは、回収部１４０によって、液滴生成部１２０，１２０Ｂ，１２０Ｃによって生成された液滴の少なくとも一部が回収され、ヘッド部１１０に再供給されている。これに対して、回収部１４０によって回収された液体材料は、ヘッド部１１０に再供給されなくてもよく、例えば、そのまま廃棄されてもよい。あるいは、上記各実施形態の液体吐出装置１００，１００Ａ〜１００Ｃにおいて、回収部１４０は省略されてもよい。
【００７７】
E11．変形例１１：
上記の各実施形態の液体吐出装置１００，１００Ａ〜１００Ｃにおいて、液体供給部１０５は、ヘッド部１１０に高圧の液体材料が供給可能に構成されていればよく、その構成は任意に変更可能である。
【００７８】
E12．変形例１２：
上記の各実施形態の液体吐出装置１００，１００Ａ〜１００Ｃでは、エネルギー付与部１５０が、液滴が着弾する度に液滴を焼結または固化している。これに対して、エネルギー付与部１５０は、例えば、着弾後に形状が維持可能な程度に粘度が高い液体材料による成形が終了した後に、加熱炉などで過熱するなどして、エネルギーを付与して焼結または固化してもよい。また、エネルギー付与部１５０が付与するエネルギーは、レーザーに限らず、液体の特性に応じて、例えば、ヒーターによって熱エネルギーを付与してもよいし、紫外線などの光エネルギーや、マイクロ波などの電磁エネルギーを付与してもよい。
【００７９】
E13．変形例１３：
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。
【００８０】
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】
【００８１】
１００，１００Ａ〜１００Ｃ…液体吐出装置、１０１…制御部、１０２…ＣＰＵ、１０３…メモリー、１０５（１０５ａ，１０５ｂ）…液体供給部、１１０（１１０ａ，１１０ｂ）…ヘッド部、１１２…液体貯留部、１１３…液体室、１１４…ノズル、１１５ａ，１１５ｂ…ノズル列、１２０，１２０Ｂ，１２０Ｃ…液滴生成部、１３０，１３０Ａ…方向変更部、１４０（１４０ａ，１４０ｂ）…回収部、１４１…受け部、１５０…エネルギー付与部、１６０…造形ステージ、１７０…加圧ポンプ、１８０…粘度調整タンク、１８２…溶媒供給タンク、１９０…移動機構、２００…コンピューター、ＡＸａ，ＡＸｂ…軸線、ＣＸ…中心軸、ＣＳ…集光形状、Ｇ…鉛直方向、Ｌ１，Ｌ２…第１と第２の液滴、ＬＣ…液柱
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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