CN107009739A - 液体喷出装置以及液体喷出方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了能改善液体喷出装置的液体的喷出性能的液体喷出装置以及液体喷出方法。该液体喷出装置具备：头部，具有将多个喷嘴沿规定的排列方向排列的喷嘴列，从多个所述喷嘴的各喷嘴喷出液体并使液柱垂下；液滴生成部，在从所述喷嘴列的中心观看从相对于所述排列方向倾斜交叉的方向，对至少两个所述液柱照射激光并使液滴从所述液柱分离；以及方向变更部，对所述液滴给予能量，变更所述液滴的飞行方向。

Description

液体喷出装置以及液体喷出方法

技术领域

本发明涉及液体喷出装置以及液体喷出方法。

背景技术

作为喷出液体的液体喷出装置的一个方式，已知喷出墨来制作印刷物的喷墨打印机、喷出液体材料来对立体物进行造型的3D打印机等。例如下述专利文献1的喷墨打印机通过设于喷嘴部分的发热单元(激光)使形成于喷嘴的墨液的液柱的粘度发生变化，使该液柱发生脉动，由此连续地形成墨颗粒。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开平6－64161号公报

但是，在专利文献1记载的技术中，由于在喷出墨液的喷嘴部分设有发热单元，因此干燥的墨附着并堆积于喷嘴的边缘，喷嘴的墨喷出性能有可能会降低。以往，在喷墨打印机中，为了能稳定地使墨喷出，要求能抑制墨堆积于喷嘴附近的技术。另外，在喷墨打印机中，要求能更高效地使墨喷出的技术。上述问题不限于在印刷物的制作中使用的喷墨打印机，在具备能喷出液体的机构的各种液体喷出装置中是共通的问题。特别是喷出液体材料来制作立体物的3D打印机等有时还使用粘度比较高的液体材料，对改善液体材料的喷出技术的期望较大。

发明内容

本发明是为了解决上述问题中的至少一部分而完成的，能作为以下的方式来实现。

[1]根据本发明的一个方式，提供液体喷出装置。该液体喷出装置可以具备头部、液滴生成部和方向变更部。头部可以具有将多个喷嘴沿规定的排列方向排列的喷嘴列，从多个所述喷嘴的各喷嘴喷出液体并使液柱垂下。液滴生成部可以在从所述喷嘴列的中心观看从相对于所述排列方向倾斜交叉的方向，对至少两个所述液柱照射激光并使液滴从所述液柱分离。方向变更部可以对所述液滴给予能量，变更所述液滴的飞行方向。根据该方式的液体喷出装置，由于从与各喷嘴分开的位置对从各喷嘴垂下的液柱照射激光，因此可抑制液体在各喷嘴的喷出口附近干燥而堆积，可抑制液体的喷出性能降低。而且，由于从相对于喷嘴的排列方向倾斜交叉的方向照射激光，因此与从与喷嘴的排列方向正交的方向照射激光的情况相比，能减少未对液柱给予而从液柱彼此之间穿过的光能。另外，由于能缩小激光的照射范围，因此能高效地提高通过激光对各液柱给予的能量密度，实现液滴生成部的小型化等。

[2]在上述方式的液体喷出装置中，所述激光可以具有水平方向的横向宽度比铅直方向的纵向宽度大的聚光形状，至少跨两个所述液柱照射。根据该方式的液体喷出装置，能通过照射1次激光从多个液柱同时生成液滴，因此是高效的。

[3]在上述方式的液体喷出装置中，可以在将所述喷嘴列所包括的所述喷嘴的数量设为N、将在所述排列方向相邻的所述喷嘴彼此的间隔设为D、将所述激光的所述横向宽度设为Lw、将与所述排列方向正交的方向和所述激光的射出方向之间的角度中较小的角度设为θ时，满足Lw＞D·(N－1)·cosθ的关系。根据该方式的液体喷出装置，能对从构成喷嘴列的全部喷嘴垂下的液柱同时照射激光来给予光能，是高效的。

[4]在上述方式的液体喷出装置中，所述液滴生成部可以在沿着所述排列方向的方向扫描所述激光，通过所述激光对至少两个所述液柱进行照射。根据该方式的液体喷出装置，能通过扫描激光对多个液柱高效地给予用于生成液滴的光能。

[5]在上述方式的液体喷出装置中，所述头部可以具备液体室，所述液体室与多个所述喷嘴的各喷嘴连通且存储所述液体。根据该方式的液体喷出装置，对多个喷嘴供应液体可实现高效化。

[6]在上述方式的液体喷出装置中，所述方向变更部可以通过照射激光对所述液滴给予所述能量。根据该方式的液体喷出装置，可提高液滴的飞行方向的控制性。

[7]在上述方式的液体喷出装置中，所述液滴生成部可以生成第一尺寸的液滴和比所述第一尺寸大的第二尺寸的液滴。根据该方式的液体吐出装置，能喷出与用途相应的尺寸的液滴，因此易于进行印刷物或立体物的造型。

[8]所述液体喷出装置可以具备回收部，所述回收部回收所述第一尺寸的液滴或所述第二尺寸的液滴再供应给所述头部。根据该方式的液体吐出装置，由于能回收液滴而将其再利用，因此能高效地使用液体。

[9]在上述方式的液体喷出装置中，所述方向变更部可以变更所述第一尺寸的液滴的飞行方向，不变更所述第二尺寸的液滴的飞行方向，所述回收部回收飞行方向被变更的所述第一尺寸的液滴，不回收飞行方向没有被变更的所述第二尺寸的液滴。根据该方式的液体喷出装置，由于将比较小的第一尺寸的液滴的飞行方向变更后回收，因此与将第二尺寸的液滴的飞行方向变更后回收相比，能更高效地回收液滴。

[10]在上述方式的液体喷出装置中，所述方向变更部可以变更所述第一尺寸的液滴的飞行方向，不变更所述第二尺寸的液滴的飞行方向，所述回收部不回收飞行方向被变更的所述第一尺寸的液滴，回收飞行方向没有被变更的所述第二尺寸的液滴。根据该方式的液体喷出装置，由于能控制比较小的第一尺寸的液滴的飞行方向来进行印刷或造型，因此能提高图像形成或立体物造型的精度。

[11]在上述方式的液体喷出装置中，所述液体喷出装置可以具备能量给予部，所述能量给予部向命中规定的对象物的所述液滴给予能量。根据该方式的液体喷出装置，例如能进行将命中的液滴固定于对象物等加工处理。

[12]在上述方式的液体喷出装置中，所述液体可以是包含粉末和溶媒的流动性组成物，所述能量给予部通过给命中的所述液滴给予能量，从而将所述液滴中的所述粉末烧结、或者熔融后固化。根据该方式的液体喷出装置，通过将液体中的粉末烧结或固化，能将命中的液滴固定于对象物。

上述本发明的各方式所具有的多个构成要素都不是必需的，为了解决一部分或全部上述问题，或为了完成一部分或全部本说明书所记载的效果，能适当地针对上述多个构成要素的一部分构成要素进行变更、削除、与其它新的构成要素的替换、删除限定内容的一部分。另外，为了解决一部分或全部上述问题，或为了完成本说明书所记载的一部分或全部效果，还能将上述本发明的一个方式所包含的一部分或全部技术特征与上述本发明的其它方式所包含的一部分或全部技术特征进行组合，将其设为本发明的一个独立的方式。

本发明还能通过液体喷出装置以外的各种方式来实现。例如，能作为喷出液体的方法来实现。除此以外，能通过立体物造型装置、立体物造型方法、图像形成装置、图像形成方法、印刷装置、印刷方法、上述各装置的控制方法、实现上述各方法和控制方法的计算机程序、记录了该计算机程序的非临时的记录介质等方式来实现。

附图说明

图1是表示第1实施方式的液体喷出装置的概略构成的说明图。

图2是表示立体物的制作工序的流程的说明图。

图3是表示头部的构成的概略截面图。

图4是示意性地表示头部、液滴生成部、方向变更部和造型台的位置关系的概略立体图。

图5是用于说明由液滴生成部射出激光的方向的示意图。

图6是表示液滴生成部射出的激光的聚光形状的一例的概略图。

图7是表示液滴生成部射出的激光的聚光形状的另一例的概略图。

图8是用于说明第2实施方式的液体喷出装置的构成的概略图。

图9是用于说明第3实施方式的液体喷出装置的构成的概略图。

符号说明

100、100A、100B：液体喷出装置；101：控制部；102：CPU；103：存储器；105：液体供应部；110、110B：头部；112：液体存储部；113：液体室；114：喷嘴；115、115a、115b：喷嘴列；120、120A：液滴生成部；130：方向变更部；140：回收部；141：接收部；150：能量给予部；160：造型台；170：加压泵；180：粘度调整容器；182：溶媒供应容器；190：移动机构；200：计算机；AX、VX：轴线；CX：中心轴；CS：聚光形状；G：铅直方向；L1、L2：第一液滴和第二液滴；LC：液柱；ID：射出方向。

具体实施方式

A.第1实施方式：

图1是表示本发明的第1实施方式的液体喷出装置100的概略构成的说明图。在图1中图示出表示液体喷出装置100在通常的使用状态下配置时的重力方向(铅直方向)的箭头G。表示铅直方向的箭头G在后面参照的各图中也会被适当地图示。

本实施方式的液体喷出装置100是所谓的3D打印机，将液体材料从头部110朝向造型台160喷出，在该造型台160上层叠使该原材料固化的层来制作立体物。液体喷出装置100除具备上述头部110和造型台160以外，还具备控制部101、液体供应部105、液滴生成部120、方向变更部130、回收部140、能量给予部150以及移动机构190。

控制部101控制液体喷出装置100的整体。控制部101至少由具备CPU102和存储器103的个人计算机构成。CPU102通过在存储器103中读出并执行程序，控制液体喷出装置100整体的动作。该程序可以记录于例如各种记录介质。

控制部101连接着计算机200。控制部101从计算机200接收用于对立体物进行造型的数据MD。该数据MD包含着表示在立体物的高度方向层叠的各层中的液体材料的喷出位置的数据。控制部101可以不从计算机200而经由网络或记录介质等直接取得数据。对立体物进行造型时的控制部101对液体喷出装置100的控制流程将后述。

头部110具备液体存储部112和喷嘴114。液体存储部112由能存储液体材料的中空容器构成，在内部的液体室113中存储液体材料。在本实施方式中，液体存储部112由不锈钢构成。在本实施方式的液体喷出装置100中使用的液体材料将后述。

在液体存储部112中存储的液体材料经由喷嘴114向外部喷出。在本实施方式中，喷嘴114设为与液体存储部112的内部空间的下端连通并朝向头部110的竖直下方的区域开口的贯通孔。喷嘴114的开口直径例如可以是5～100μm程度。刚从喷嘴114喷出后的液体材料从喷嘴114垂下而形成液柱LC。在本实施方式中，形成直径约为10～100μm程度的液柱LC。在图1中，为了方便，仅图示1个喷嘴114，但在本实施方式中，在液体存储部112中设有排列为一列的多个喷嘴114。头部110的构成的详细内容将后述。

液体供应部105对头部110的液体存储部112供应液体材料，并且将用于使液体材料从喷嘴114喷出的压力给予液体材料。液体供应部105具备加压泵170、粘度调整容器180和溶媒供应容器182。

在粘度调整容器180中存储有液体材料，在溶媒供应容器182中存储有液体材料的溶剂成分。粘度调整容器180从溶媒供应容器182接受溶剂的供应。另外，如后所述，粘度调整容器180接收从回收部140回收的液体材料的供应。粘度调整容器180将自身存储的液体材料与从溶媒供应容器182供应的溶剂混合，调整液体材料的粘度。控制部101为了使液体材料保持为规定的粘度，控制来自溶媒供应容器182的溶剂的供应量。在本实施方式中，在粘度调整容器180中，将液体材料的粘度调整为50mPa·s以上。

粘度调整容器180的液体材料通过加压泵170的驱动向头部110的液体存储部112供应。通过加压泵170的加压，从头部110的喷嘴114喷出液体材料。控制部101通过压力表(省略图示)监视头部110的液体材料的压力，加压泵170对施加于液体材料的压力进行反馈控制。由此，调整液体材料的流速使得液体材料从喷嘴114以液柱状垂下。优选考虑液体材料的粘度来决定液体材料的流速。在本实施方式中，控制部101以从喷嘴114喷出的液体材料的流速成为10m/秒～20m/秒的方式调整液体材料的压力。

液滴生成部120从与头部110分开的位置对从头部110的多个喷嘴114分别垂下的液体材料的液柱LC给予能量，由此从该液柱LC生成液体材料的液滴。在本实施方式中，液滴生成部120由激光装置构成，对液体材料的液柱LC照射激光来给予光能。液滴生成部120至少包括激光光源和用于将从激光光源射出的激光聚光到液柱状的液体材料的聚光透镜。省略液滴生成部120的内部构成的图示。

本实施方式的液滴生成部120对从喷嘴114垂下的液柱LC照射能量周期性地变化的脉冲激光。在对液体照射上述激光时，在液柱LC的液体的流动方向(液柱LC垂下的方向)产生温度高的部分和温度低的部分。由于在液柱LC中产生上述温度梯度，所以液柱LC产生直径小且中间变细的部位，液柱LC在该部位破碎，生成液滴。生成的液滴由于重力的作用向铅直方向落下。这样若是通过激光对液体材料的液柱LC给予光能的构成，则在使用适合制作立体物的粘度高的液体材料的情况下，也能充分地使液柱LC产生用于实现液滴化的温度梯度。

在此，根据液体材料的特性、由液滴生成部120照射激光的定时、激光给予液柱LC的能量的大小(激光的波长或强度)来确定从液柱LC分离而飞行的液滴的尺寸。在本实施方式中，控制部101通过控制由液滴生成部120照射激光的定时来生成具有第一尺寸的第一液滴L1和具有比第一尺寸的液滴L1大的第二尺寸的第二液滴L2。在本说明书中，液滴的尺寸意味着液滴的体积。但是，液滴的尺寸也可以解释为液滴的重量。在本实施方式中，能通过使对液柱LC照射的激光的照射间隔不同来调整液滴的尺寸。例如，若缩短激光的照射间隔，则能相应地生成尺寸小的液滴，反之，若延长激光的照射间隔，则能相应地生成尺寸大的液滴。在本实施方式中，控制部101在生成第一液滴L1时，与生成第二液滴L2时相比，缩短激光的照射间隔。此外，控制部101也可以通过控制激光的照射时间、照射输出、波长、照射范围来生成尺寸不同的液滴。

在本实施方式中，液滴生成部120在从喷嘴114离开规定的距离的位置对液体材料的液柱LC照射激光。喷嘴114与激光的照射位置的距离例如可以是0.3～0.7mm程度。在本实施方式中，在从喷嘴114向竖直下方离开0.5mm的位置对液体材料的液柱LC照射激光。另外，在本实施方式中，液滴生成部120从相对于头部110的喷嘴114的排列方向倾斜交叉的方向朝向往喷嘴114的下方垂下的液柱LC射出激光。液滴生成部120所射出的激光具有能对从各喷嘴114垂下的多个液柱LC照射一次的宽度。关于由液滴生成部120射出激光的方向和该激光的形状的详细内容将后述。此外，在本说明书中，激光的射出方向意味着与激光的光轴平行的方向。

方向变更部130设于液滴生成部120的下方。方向变更部130通过对由液滴生成部120生成并向铅直方向飞行的液滴中的至少一部分液滴给予能量来变更其飞行方向。在本实施方式中，方向变更部130由激光装置构成，对具有第一尺寸的第一液滴L1给予光能。方向变更部130至少包括激光光源和使从激光光源射出的激光聚光到液滴的聚光透镜。省略方向变更部130的内部构成的图示。

在本实施方式中，方向变更部130能并列地照射多个激光，对1个喷嘴114射出1束激光。方向变更部130从相对于液滴的飞行方向垂直的方向射出激光。另外，在本实施方式中，方向变更部130从相对于头部110的喷嘴114的排列方向垂直的方向射出激光。即，在本实施方式中，由方向变更部130射出激光的方向与由液滴生成部120射出激光的方向不同，与由液滴生成部120射出激光的方向交叉。通过液滴生成部120对飞行中的液滴照射激光的位置例如可以是从头部110向竖直下方离开0.8mm～1.2mm程度的位置。在本实施方式中，头部110与由方向变更部130照射激光的位置之间的距离为1mm程度。

在对飞行中的液滴照射激光时，由于液滴中的溶剂的至少一部分瞬间气化，所以产生气体，利用该气体的压力变更液滴的飞行方向。更具体地说，液滴的飞行方向向方向变更部130射出激光的方向弯曲。激光的照射能量越高，另外液滴的尺寸越小，液滴的飞行方向的变更程度也越大。方向变更部130按液滴横穿方向变更部130的定时照射激光。在本实施方式中，控制部101与由液滴生成部120生成第一液滴L1的定时连动地决定由方向变更部130照射激光的定时。方向变更部130射出的激光的强度或波长既可以根据液体材料的特性或第一液滴L1的尺寸预先确定，也可以由控制部101进行控制。这样若是激光，则能对液滴瞬间给予用于变更飞行方向的能量。另外，在本实施方式中，由于方向变更部130能对1个喷嘴114射出1束激光，因此能对从各喷嘴114喷出的液滴中选择的液滴给予光能，可提高液滴的飞行方向的控制性。

除此以外，通过给予变更液滴的飞行方向的光能，还能得到如下效果。例如在采用使液滴带电而利用静电力变更飞行方向的构成的情况下，需要使用能带电的液体材料。对此，若是本实施方式的液体喷出装置100，则由于使用光能来变更液滴的飞行方向，因此即使是无法带电或不易带电的液体材料，也能使用。因而，能增大用于制作立体物的液体材料的选择幅度。

通过方向变更部130变更了飞行方向的第一液滴L1命中从头部110向竖直下方配置的造型台160。造型台160由水平延伸的平板的板状部材构成，可以配置于从头部110向竖直下方离开1.5～3mm程度的位置。在本实施方式中，造型台160与头部110之间的距离为约2mm。另外，在本实施方式中，造型台160通过移动机构190相对于头部110和能量给予部150相对地沿水平方向和铅直方向移位。移动机构190具备用于使造型台160移动的电动机或辊、轴、各种致动器等。通过控制部101控制由移动机构190进行的造型台160的移动。此外，在其它实施方式中，也可以构成为将造型台160的位置固定，头部110和能量给予部150相对于造型台160移位。

能量给予部150对命中造型台160的液滴给予能量使其固化。在本实施方式中，能量给予部150由激光装置构成，通过照射激光对液滴给予光能。能量给予部150至少包括激光光源、用于使从激光光源射出的激光聚光到命中的液滴的聚光透镜、以及用于扫描激光的电流计式反射镜(省略图示)。能量给予部150利用激光扫描造型台160中液滴的命中位置，利用激光的光能使液滴中的材料粉末烧结。或在使液滴中的材料粉末一旦熔融后固化。由此，构成作为制作对象的立体物或用于支撑该立体物的支撑部的颗粒固定于造型台160上。

在本实施方式中，由液滴生成部120生成的液滴中的未被方向变更部130变更了飞行方向的第二液滴L2被回收部140回收。回收部140也被称为“槽”。回收部140具有用于回收该液滴L2的接收部141。接收部141以能接住沿铅直方向飞行的液滴的方式配置于喷嘴114的下方。由接收部141接住的液滴由抽吸泵等抽吸装置(省略图示)收集，被输送到粘度调整容器180。这样本实施方式的液体喷出装置100由于可再利用被回收部140回收的液滴，因此可抑制液体材料的浪费。

尤其在本实施方式中，如上所述，通过方向变更部130的激光来变更尺寸小的第一液滴L1的飞行方向，使该液滴L1命中造型台160。因而，能更细致且精细地生成立体物。另外，在本实施方式中，由于通过回收部140回收大尺寸的第二液滴L2，因此液体材料的回收效率提高，能高效地再利用液体材料。另外，在本实施方式中，由于通过方向变更部130变更尺寸小的第一液滴L1的飞行方向，因此与变更尺寸大的第二液滴L2的飞行方向相比，能较大地变更飞行方向。因此，可抑制应命中造型台160的液滴被回收部140错误回收。

在本实施方式的液体喷出装置100中使用的液体材料是包含粉末和溶剂的流动性组成物。液体材料例如可以是包含镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)的单体粉末、或包含1种以上上述金属的合金(马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金、钴铬合金)等的混合粉末、溶剂以及粘合剂的成为膏状或糊状的混合材料。另外，也可以是使聚酰胺、聚缩醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙酯等通用工程塑料等的树脂熔融而得到的物质。除此以外，也可以是聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮等工程塑料等的树脂。这样对液体材料没有特别限定，还能使用上述金属以外的金属或陶瓷、树脂等。液体材料的溶剂例如可以是水；乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚等(聚)亚烷基二醇单烷基醚类；乙酸乙酯、醋酸正丙酯、醋酸异丙酯、醋酸正丁酯、醋酸异丁酯等乙酸酯类；苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类；甲基乙基酮、丙酮、甲基异丁基酮、乙基-N-丁基酮、二异丙基酮、乙酰丙酮等酮类；乙醇、丙醇、丁醇等醇类；四烷基铵乙酸盐类；二甲基亚砜、二乙基亚砜等亚砜系溶剂；吡啶、γ－甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶等吡啶系溶剂；四烷基乙酸铵(例如四丁基乙酸铵等)等的离子液体等、或将选自它们的1种或2种以上组合而得到的物质。另外，粘合剂例如可以是丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酮树脂、纤维素系树脂或其它合成树脂或PLA(聚乳酸)、PA(聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)或其它热可塑性树脂。

图2是表示在对立体物进行造型时在控制部101的控制下由液体喷出装置100执行的立体物的制作工序的流程的说明图。控制部101根据程序反复执行以下工序。在步骤S10中，控制部101控制加压泵170，使液体从头部110所具备的多个喷嘴114以液柱状喷出。在步骤S20中，控制部101控制液滴生成部120，对分别从多个喷嘴114垂下的液柱LC照射激光，生成液滴。此外，控制部101基于从计算机200接收到的数据MD事先决定照射激光的定时。

在步骤S30中，控制部101控制方向变更部130，对生成的液滴中的第一液滴L1照射激光，变更液滴的飞行方向。另外，在步骤S30中，控制部101基于数据MD控制移动机构190，使造型台160移动。由此，可调整变更了飞行方向的液滴在造型台160上的命中位置。此外，如上所述，未变更飞行方向的第二液滴L2被回收部140回收，返回到液体供应部105。

在步骤S40中，控制部101控制能量给予部150，对命中造型台160上的液体材料照射激光，使该液体材料固化而固定于该命中位置。通过重复步骤S10～S40的工序并层叠固化了的材料颗粒，从而在造型台160上形成立体物。

图3是表示将头部110所具有的多个喷嘴114在包含各中心轴CX的假设平面上截断时的头部110的构成的概略截面图。如上所述，本实施方式的液体喷出装置100的头部110具有多个喷嘴114在规定的排列方向排列为一列的喷嘴列115。在图3中，为了方便，图示出4个喷嘴114。在本实施方式中，在沿着铅直方向观看的情况下，喷嘴列115的各喷嘴114排列为一条直线状。喷嘴列115的各喷嘴114按大致等间隔排列。各喷嘴114的中心轴CX之间的距离例如可以是100～200μm。喷嘴列115的列所延伸的方向相当于本发明的规定的排列方向的下位概念。

各喷嘴114与液体存储部112的液体室113连通。即，在本实施方式中，各喷嘴114共用液体室113。由此，从液体存储部112对各喷嘴114大致均匀地供应大致相同压力的液体材料，从各喷嘴114形成大致同一状态的液柱LC。这样根据本实施方式的液体喷出装置100，能通过控制部101对加压泵170的控制而在多个喷嘴114中同时高效地形成多个液柱LC，因此是高效的。另外，由于从多个喷嘴114同时喷出液体材料，因此能提高立体物的造型速度。

图4是示意性地表示液体喷出装置100的头部110、液滴生成部120、方向变更部130以及造型台160的位置关系的概略立体图。在图4中，示意性地图示出从头部110的各喷嘴114喷出液体材料，液滴生成部120和方向变更部130均正在照射激光的状态。另外，在图4中，图示出表示喷嘴列115的排列方向的轴线AX和该排列方向的喷嘴列115的中心CP。

本实施方式的液体喷出装置100按顺序在铅直方向配置有头部110、液滴生成部120、方向变更部130以及造型台160。液滴生成部120在从喷嘴列115的中心CP观看时位于相对于喷嘴114的排列方向倾斜交叉的方向，射出从该位置以直线状延伸的激光。液滴生成部120所射出的激光朝向形成液体材料的液柱LC的头部110的下方的区域以一条直线、带状或平板状延伸。液滴生成部120射出的激光的横向宽度比其纵向宽度大，其横向宽度是能同时照射从各喷嘴114垂下的多个液柱LC的宽度。在本说明书中，所谓激光的横向宽度是指水平方向的激光的直径，所谓激光的纵向宽度是指铅直方向的激光的直径。根据本实施方式的液体喷出装置100，由于通过照射具有横向宽度大的聚光形状的激光而从多个液柱LC同时生成液滴，因此是高效的。此外，后述关于本实施方式的液滴生成部120射出的激光的聚光形状的详细内容。

方向变更部130在从头部110观看时位于与喷嘴114的排列方向正交的方向，从该位置向与喷嘴114的排列方向正交的方向并列地射出多个激光。方向变更部130射出与头部110具有的喷嘴114的数量对应的数量的激光。方向变更部130射出的激光分别与在铅直方向延伸的各喷嘴114的中心轴CX中的任一个正交。优选根据液体材料的特性或由液滴生成部120生成的液滴的尺寸预先确定方向变更部130射出的各激光的光斑直径。

参照图5进一步详细地说明由液滴生成部120射出激光的方向。在图5中，示意性地图示出在沿着铅直方向从下方观看液体喷出装置100时的头部110和液滴生成部120。在图5中，示意性地图示出通过液滴生成部120射出的激光照射由各喷嘴114生成的液柱LC的状态。而且，在图5中，图示出各喷嘴114的中心轴CX的位置，并且与图4同样地图示出表示排列方向的轴线AX和喷嘴列115的中心CP。

如上所述，在本实施方式的液体喷出装置100中，液滴生成部120在从喷嘴列115的中心CP观看时从相对于喷嘴114的排列方向倾斜交叉的方向射出激光。因此，与从相对于喷嘴114的排列方向正交的方向朝向头部110射出激光的构成相比，穿过相邻的2个液柱LC彼此之间而分支的各激光的横向宽度WS变小。因而，可减小穿过相邻的液柱LC彼此之间的光能的量，可抑制光能的浪费。

在此，将喷嘴列115所包含的喷嘴114的个数设为N(N为2以上的自然数)，将相邻的喷嘴114彼此的间隔(以下也称为“喷嘴间隔”。)设为D。喷嘴间隔D是在喷嘴114的排列方向相邻的喷嘴114彼此的中心轴CX间的距离。将液滴生成部120射出的激光的横向宽度设为Lw，将激光相对于与表示喷嘴114的排列方向的轴线AX正交的轴线VX的射出方向ID的角度中较小的角度设为θ。

此时，在本实施方式的液体喷出装置100中，满足下述的不等式(A)的关系。若液滴生成部120射出的激光具有满足下述的不等式(A)的关系的横向宽度Lw，则能对从构成喷嘴列115的所有喷嘴114垂下的液柱LC给予光能。

Lw＞D·(N－1)·cosθ…(A)

另外，优选在本实施方式的液体喷出装置100中，液滴生成部120射出的激光的横向宽度Lw小于喷嘴114的排列方向的喷嘴列115的宽度RD。由此，能将液滴生成部120实现小型化。另外，通过缩小激光的横向宽度Lw，能提高对各液柱LC给予的光能的能量密度，能提高液滴的生成效率。

参照图6和图7说明液滴生成部120射出的激光的聚光形状。在图6和图7中，示意性地图示出与液滴生成部120射出的激光的射出方向垂直的截面中的该激光的形状即聚光形状CS的例子。液滴生成部120可以如在图6中例示的那样通过聚光透镜使激光的聚光形状成形为横向宽度比纵向宽度大的大致椭圆形状而射出。或液滴生成部120也可以由将光纤以直线状并列排列而从各光纤以相互重合的状态射出并列的激光的光纤集成型激光装置构成。在该情况下，激光的聚光形状如在图7中例示的成为多个大致圆形形状在水平方向相连的形状。此外，液滴生成部120射出的激光的聚光形状不限于图6或图7的形状。

如上所示，本实施方式的液体喷出装置100通过液滴生成部120在与各喷嘴114分开的位置对液体材料给予用于实现液滴化的能量。因此，液体材料或其含有成分在各喷嘴114的附近干燥后堆积，抑制从喷嘴114喷出液体材料被阻碍的情况，液体材料的喷出性能实现稳定化。另外，如本实施方式所示，若是从头部110的外部给予用于生成液滴的能量的构成，则能省略头部110中的用于生成液滴的机构。因而，能简化头部110的结构，能容易地提高头部110的耐圧性，还能使用粘度更高的液体材料。

而且，在本实施方式的液体喷出装置100中，液滴生成部120在从喷嘴列115的中心观看时从相对于喷嘴114的排列方向倾斜交叉的方向射出激光。因此，如上所述，可抑制光能被浪费，可提高用于实现液滴化的能量效率。除此以外，根据本实施方式的液体喷出装置100，能起到在本实施方式中说明的各种作用效果。

B.第2实施方式：

图8是用于说明第2实施方式的液体喷出装置100A所具备的液滴生成部120A的构成的概略图。在图8中，与图5同样地示意性地图示出沿着铅直方向从下方观看第2实施方式的液体喷出装置100A时的头部110和液滴生成部120A。在图8中，标注影线而示意性地图示液滴生成部120射出的激光所扫描的区域。

第2实施方式的液体喷出装置100A除液滴生成部120A的构成不同这一点以外与在第1实施方式中说明的液体喷出装置100的构成大致相同。第2实施方式的液滴生成部120A从喷嘴列115的中心CP观看时位于相对于喷嘴114的排列方向倾斜交叉的方向。并且，使用电流计式反射镜或数字微镜器件从该位置沿着喷嘴114的排列方向水平地扫描从1个激光光源射出的激光，对从多个喷嘴114垂下的多个液柱LC连续地进行照射。由此，可对多个液柱LC连续地给予用于生成液滴的光能。此外，液滴生成部120A所射出的激光的光斑直径可以大于液柱LC的直径。但是，从激光的照射效率方面来看，更优选该光斑直径等于或小于液柱LC的直径。

根据第2实施方式的液体喷出装置100A，与从喷嘴列115的中心CP观看时从相对于喷嘴114的排列方向正交的方向的位置扫描激光的构成相比，可抑制激光穿过液柱LC之间所导致的光能的损失。另外，还能缩小激光的扫描角度Φ。除此以外，根据第2实施方式的液体喷出装置100A，能起到与在第1实施方式中说明的同样的各种作用效果。

C.第3实施方式：

图9是用于说明本发明的第3实施方式的液体喷出装置100B的构成的概略图。在图9中，与图5同样地示意性地图示出在沿着铅直方向从下方观看第2实施方式的液体喷出装置100A时的头部110B和液滴生成部120。在图9中，图示出表示第一喷嘴列115a的喷嘴114的排列方向的轴线AXa和表示第二喷嘴列115b的喷嘴114的排列方向的轴线AXb。第3实施方式的液体喷出装置100B除头部110B具有2个喷嘴列115a、115b的点以外，具有与第1实施方式的液体喷出装置100大致相同的构成。

第一喷嘴列115a和第二喷嘴列115b相互并列设置，第一喷嘴列115a和第二喷嘴列115b的喷嘴114的排列方向相互平行。第一喷嘴列115a设于由液滴生成部120射出激光的方向的前段，第二喷嘴列115b设于后段。另外，在沿与喷嘴114的排列方向正交的方向观看时，第二喷嘴列115b所包含的各喷嘴114一个个地位于第一喷嘴列115a所包含的各喷嘴114之间。即，在第3实施方式的液体喷出装置100B中，多个喷嘴114在喷嘴114的排列方向以锯齿状排列于头部110。此外，第一喷嘴列115a和第二喷嘴列115b分别与不用的液体室(省略图示)连通，喷出不同种类的液体材料。

液滴生成部120在从第一喷嘴列115a的中心CPa或第二喷嘴列115b的中心CPb观看时从相对于喷嘴114的排列方向倾斜交叉的方向射出与在第1实施方式中说明的同样的横向宽度大的激光。液滴生成部120在沿激光的射出方向观看时，从2个喷嘴列115a、115b的各喷嘴不重合的位置射出激光。

根据第3实施方式的液体喷出装置100B，能进一步减少穿过液柱LC之间的光能的量。另外，能通过同一激光对多个液体材料的液柱LC照射用于生成液滴的光能，是更高效的。除此以外，根据第3实施方式的液体喷出装置100B，能起到与在上述实施方式中说明的同样的各种作用效果。

D.变形例：

D1.变形例1：

上述各实施方式的液体喷出装置100、100A、100B构成为喷出液体材料而形成立体物的3D打印机。而上述各实施方式的液体喷出装置100、100A、100B例如可以构成为喷出墨而形成图像的喷墨打印机。在该情况下，可取代造型台160对印刷介质或记录介质上喷出墨滴。另外，可以省略能量给予部150。上述各实施方式的液体喷出装置100、100A、100B将造型台160作为液体材料命中的对象物。而液体材料命中的对象物不限于造型台160。液体喷出装置100、100A、100B也可以取代造型台160而以设置于造型台160上并且能装拆的金属板、材料粉末烧结而成的立体物、材料粉末熔融后固化的立体物等作为对象物喷出液体材料。

D2.变形例2：

在上述各实施方式的液体喷出装置100、100A、100B中，液滴生成部120、120A对从喷嘴列115、115a、115b的所有喷嘴114垂下的液柱LC照射激光。而液滴生成部120、120A也可以仅对从头部110、110B的喷嘴114垂下的一部分液柱LC照射激光。液滴生成部120、120A只要构成为能对从头部110、110B的喷嘴114垂下的液柱LC中的至少2个液柱LC进行照射即可。此外，在该情况下，由生成被激光照射的液柱LC的一部分喷嘴114构成的列相当于本发明的喷嘴列的下位概念。另外，在上述各实施方式中，构成喷嘴列115、115a、115b的各喷嘴114以等间隔排列。而构成喷嘴列115、115a、115b的各喷嘴114也可以不按等间隔配置。

D3.变形例3：

在上述各实施方式的液体喷出装置100、100A、100B中，构成喷嘴列115、115a、115b的多个喷嘴114分别喷出共用的液体材料。而构成喷嘴列115、115a、115b的多个喷嘴114可以分别与存储不同种类的液体材料的液体室连通，喷出不同种类的液体材料。例如，构成喷嘴列115、115a、115b的多个喷嘴114可以构成为，一部分喷嘴114喷出用于对立体物进行造型的液体材料，其它喷嘴114喷出用于对支撑立体物的支撑部进行造型的液体材料。另外，构成各喷嘴列115、115a、115b的所有喷嘴114分别与不同的液体室连通，喷出不同的液体材料。

D4.变形例4：

在上述各实施方式的液体喷出装置100、100A、100B中，调整由液滴生成部120、120A照射激光的定时，生成2种尺寸不同的液滴L1、L2。而液体喷出装置100、100A、100B可以构成为连续地生成单一尺寸的液滴。在该情况下，控制部101可以从单一尺寸的液滴中选择要命中造型台160的液滴，按照生成该液滴的定时执行由方向变更部130进行的激光照射。液体喷出装置100、100A、100B可以构成为生成3种以上的尺寸的液滴。另外，控制部101为了生成尺寸不同的液滴，可以取代由液滴生成部120、120A照射激光的定时而调整例如激光的强度或波长。

D5.变形例5：

在上述各实施方式的液体喷出装置100、100A、100B中，方向变更部130对尺寸小的第一液滴L1给予光能，变更其飞行方向。而方向变更部130也可以对尺寸大的第二液滴L2给予光能，变更其飞行方向。另外，方向变更部130也可以构成为，无论尺寸的大小如何均变更由控制部101选择的液滴的飞行方向。

D6.变形例6：

在上述各实施方式的液体喷出装置100、100A、100B中，方向变更部130通过照射激光对液滴给予光能，变更其飞行方向。而方向变更部130也可以通过给予光能以外的其它能量来变更液滴的飞行方向。方向变更部130可以通过例如微波激射器对液滴给予能量，变更其飞行方向。另外，方向变更部130可以产生空气等气流而对液滴给予动能，变更其飞行方向。

D7.变形例7：

在上述各实施方式中，方向变更部130构成为对1个喷嘴114射出1束激光。而方向变更部130也可以如第1实施方式和第3实施方式的液滴生成部120所示构成为能对从各喷嘴114喷出的各液滴同样照射激光。另外，如第2实施方式的液滴生成部120A所示，也可以构成为通过扫描能变更照射位置的激光而有选择地照射液滴。另外，在上述各实施方式中，从方向变更部130照射的激光的聚光位置只要能变更液滴的飞行方向即可，可以进行精密调整。例如可以不使激光点状地聚光于液滴而照射沿着与液滴的飞行方向垂直的面的平面状的激光，变更液滴的飞行方向。另外，也可以照射聚光光斑为椭圆状的激光而变更液滴的飞行方向。除此以外，方向变更部130可以射出脉冲激光。

D8.变形例8：

在上述各实施方式的液体喷出装置100、100A、100B中，被方向变更部130变更了飞行方向的液滴命中造型台160，未被方向变更部130变更飞行方向的液滴由回收部140回收。对此也可以是未被方向变更部130变更飞行方向的液滴命中造型台160，被方向变更部130变更了飞行方向的液滴由回收部140回收。

D9.变形例9：

在上述变形例3的构成中，回收部140的接收部141例如可以构成为在控制部101的控制下能通过具备轴或电机的致动器在水平方向移动。在该情况下，可以是控制部101例如使回收部140的接收部141向喷嘴114的竖直下方移动直至方向变更部130开始照射激光为止，并在方向变更部130正在照射激光的期间，远离喷嘴114的竖直下方的区域。这样若回收部140的接收部141构成为能移动，则能抑制不需要的液滴无用地命中造型台160。

D10.变形例10：

上述各实施方式的液体喷出装置100、100A、100B通过回收部140回收由液滴生成部120生成的液滴的至少一部分，将其再供应到头部110、110B。而被回收部140回收的液体材料也可以不再供应到头部110、110B，例如直接被废弃。或在上述各实施方式的液体喷出装置100、100A、100B中，也可以省略回收部140。

D11.变形例11：

在上述各实施方式的液体喷出装置100、100A、100B中，液体供应部105只要构成为能对头部110供应高压的液体材料即可，能任意地变更其构成。

D12.变形例12：

在上述各实施方式的液体喷出装置100、100A、100B中，能量给予部150每当液滴命中时使液滴烧结或固化。而能量给予部150例如也可以按命中后可维持形状的程度用粘度高的液体材料进行的成形结束后，用加热炉等进行加热等，给予能量使其烧结或固化。另外，能量给予部150所给予的能量不限于激光，既可以根据液体的特性例如通过加热器给予热能，也可以给予紫外线等光能或微波等电磁能量。

D13.变形例13：

在上述实施方式中，通过软件实现的功能和处理的一部分或全部可以通过硬件来实现。另外，通过硬件实现的功能和处理的一部分或全部可以通过软件来实现。作为硬件能使用例如集成电路、分立电路或将这些电路组合而成的电路模块等各种电路。

本发明不限于上述实施方式或实施例、变形例，能在不脱离其宗旨的范围内通过各种构成来实现。例如为了解决上述问题的一部分或全部，或为了达到上述效果的一部分或全部，能将发明的内容部分所记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征适当地进行替换或组合。另外，该技术特征只要在本说明书中没有作为必要的技术特征进行说明，则能将其适当地删除。

Claims (15)

1.一种液体喷出装置，其特征在于，具备：

头部，具有将多个喷嘴沿规定的排列方向排列的喷嘴列，从多个所述喷嘴的各喷嘴喷出液体并使液柱垂下；

液滴生成部，在从所述喷嘴列的中心观看从相对于所述排列方向倾斜交叉的方向，对至少两个所述液柱照射激光并使液滴从所述液柱分离；以及

方向变更部，对所述液滴给予能量，变更所述液滴的飞行方向。

2.根据权利要求1所述的液体喷出装置，其特征在于，

所述激光具有水平方向的横向宽度比铅直方向的纵向宽度大的聚光形状，至少跨两个所述液柱照射。

3.根据权利要求2所述的液体喷出装置，其特征在于，

在将所述喷嘴列所包括的所述喷嘴的数量设为N、将在所述排列方向相邻的所述喷嘴彼此的间隔设为D、将所述激光的所述横向宽度设为Lw、将与所述排列方向正交的方向和所述激光的射出方向之间的角度中较小的角度设为θ时，满足Lw＞D·(N－1)·cosθ的关系。

4.根据权利要求1所述的液体喷出装置，其特征在于，

所述液滴生成部在沿着所述排列方向的方向扫描所述激光，通过所述激光对至少两个所述液柱进行照射。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的液体喷出装置，其特征在于，

所述头部具备液体室，所述液体室与多个所述喷嘴的各喷嘴连通且存储所述液体。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的液体喷出装置，其特征在于，

所述方向变更部通过照射激光对所述液滴给予所述能量。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的液体喷出装置，其特征在于，

所述液滴生成部生成第一尺寸的液滴和比所述第一尺寸大的第二尺寸的液滴。

8.根据权利要求7所述的液体喷出装置，其特征在于，

所述液体喷出装置具备回收部，所述回收部回收所述第一尺寸的液滴或所述第二尺寸的液滴再供应给所述头部。

9.根据权利要求8所述的液体喷出装置，其特征在于，

所述方向变更部变更所述第一尺寸的液滴的飞行方向，不变更所述第二尺寸的液滴的飞行方向，

所述回收部回收飞行方向被变更的所述第一尺寸的液滴，不回收飞行方向没有被变更的所述第二尺寸的液滴。

10.根据权利要求8所述的液体喷出装置，其特征在于，

所述方向变更部变更所述第一尺寸的液滴的飞行方向，不变更所述第二尺寸的液滴的飞行方向，

所述回收部不回收飞行方向被变更的所述第一尺寸的液滴，回收飞行方向没有被变更的所述第二尺寸的液滴。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的液体喷出装置，其特征在于，

所述液体喷出装置具备能量给予部，所述能量给予部向命中规定的对象物的所述液滴给予能量。

12.根据权利要求11所述的液体喷出装置，其特征在于，

所述液体是包含粉末和溶媒的流动性组成物，

所述能量给予部通过给命中的所述液滴给予能量，从而将所述液滴中的所述粉末烧结、或者熔融后固化。

13.一种液体喷出方法，所述液体喷出方法是喷出液体的方法，其特征在于，包括：

第一工序，在沿规定的排列方向排列有多个喷嘴的喷嘴列中，从多个所述喷嘴的各喷嘴喷出液体并使液柱垂下；

第二工序，在从所述喷嘴列的中心观看从相对于所述排列方向倾斜交叉的方向，对至少两个所述液柱照射激光而使液滴从所述液柱分离；以及

第三工序，对所述液滴给予能量，变更所述液滴的飞行方向。

14.根据权利要求13所述的液体喷出方法，其特征在于，

所述液体喷出方法还包括：对命中规定的对象物的所述液滴给予能量的第四工序。

15.根据权利要求14所述的液体喷出方法，其特征在于，

所述液体是包含粉末和溶剂的流动性组成物，

所述第四工序包括：通过对命中的所述液滴给予能量而使所述液滴中的所述粉末烧结或使所述液滴中的所述粉末熔融后固化。