JP2018051502A - Droplet discharge device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to a droplet discharge device.
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)。 Conventionally, various droplet discharge devices for discharging a fluid material as droplets from a discharge port have been proposed. In such a droplet discharge device, by reciprocating a plunger rod, which is a valve body, in the discharge portion of the fluid material, an inertial force is applied to the liquid in the discharge portion, and the fluid material is dropped from the discharge port. (For example, Patent Document 1).
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。 The droplet discharge device as described in Patent Document 1 described above is used in, for example, a 3D printer that forms a three-dimensional object. The three-dimensional object has a modeling shape determined by depositing the ejected droplets in close contact with each other. Therefore, in order to improve the modeling quality, it is required to eject a highly viscous fluid material as minute droplets. . Although the droplet size can be reduced by reducing the diameter of the discharge port, the following problems are pointed out because the fluid material pushed toward the small diameter discharge port is highly viscous. Arrived.
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。 The high-viscosity flowable material is pushed toward the small-diameter discharge port along the direction of movement of the plunger rod, so the discharge port is short in order to ensure the passage of the high-viscosity flowable material at the discharge port. It is desirable that For this reason, the thickness of the formation part of the discharge port along the moving direction of the plunger rod is thin. As a result, the force generated by the movement of the plunger rod is directly applied to the formation portion of the thin discharge port, so that there is a concern that the formation portion of the discharge port is deformed, resulting in discharge failure. For these reasons, there has been a demand for a technique for ejecting a high-viscosity fluid material as fine droplets without hindrance.
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。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
(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。 (1) According to an aspect of the present invention, a droplet discharge device is provided. The droplet discharge device is a droplet discharge device that discharges a fluid material as droplets, and includes a storage portion that stores the fluid material, a communication portion that communicates with the storage portion, and the fluid material. A discharge channel forming portion that has a discharge port that discharges to the outside, and that forms a discharge channel from the communication portion to the discharge port with a channel diameter larger than the opening diameter of the discharge port; and And a movable body that is incorporated so as to be movable in the direction of the communication portion, and that discharges the fluid material from the discharge port by movement in the direction of the communication portion. The discharge flow path forming section is configured such that the distance from the communication section to the outer wall of the housing section along the moving direction of the moving body is a flow from the communication section to the discharge port via the discharge flow path. The shape is longer than the road length.
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。 The droplet discharge device of this embodiment can reduce the diameter of the discharge port by making the opening diameter of the discharge port smaller than the channel diameter of the discharge channel, thereby enabling the discharge of minute droplets. To do. In this form of the droplet discharge device, the distance from the communicating portion to the outer contour of the accommodating portion along the moving direction of the moving body is made longer than the channel length from the communicating portion to the discharge port via the discharge channel. The discharge port is positioned away from the straight line extending in the moving direction of the moving body from the communicating portion, and the discharging port is not formed in the outer portion of the accommodating portion along the moving direction of the moving body from the communicating portion. Further, in this form of the droplet discharge device, the distance from the communication portion to the outline of the accommodating portion along the moving direction of the moving body is longer than the flow path length from the communication portion to the discharge port via the discharge flow channel. In this way, the thickness of the portion extending from the end of the discharge flow channel to the outline of the accommodating portion is ensured. Since the part extending from the end of the discharge channel to the outline of the housing portion forms the discharge port forming part, the strength of the discharge port forming part can be increased and the deformation of the discharge port can be suppressed. As a result, according to the droplet discharge device of this embodiment, it is possible to suitably discharge a highly viscous fluid material as fine droplets.
(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。 (2) In the droplet discharge device of the above aspect, the discharge flow path is bent or curved with respect to the moving direction of the movable body between the communication portion and the discharge port to reach the discharge port. It may be. If it carries out like this, the thickness of the site | part from the terminal of a discharge flow path to the outline of an accommodating part will be ensured easily, the intensity | strength improvement of the formation part of a discharge port and the deformation | transformation suppression of a discharge port will become easy.
(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。 (3) In the droplet discharge device of the above aspect, the discharge flow path may be bent at an angle of 45 ° to 90 ° with respect to the moving direction of the movable body to reach the discharge port. If it carries out like this, the thickness of the site | part from the terminal of a discharge flow path to the outline of an accommodating part will be ensured more reliably and easily, the intensity | strength improvement of the formation part of a discharge port and the deformation | transformation suppression of a discharge port will become easy.
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。 A plurality of constituent elements of each embodiment of the present invention described above are not essential, and some or all of the effects described in the present specification are to be solved to solve part or all of the above-described problems. In order to achieve the above, it is possible to appropriately change, delete, replace with a new component, and partially delete the limited contents of some of the plurality of components. In order to solve some or all of the above-described problems or achieve some or all of the effects described in this specification, technical features included in one embodiment of the present invention described above. A part or all of the technical features included in the other aspects of the present invention described above may be combined to form an independent form of the present invention.
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。 In addition, the present invention can be realized in various modes, and can be realized in the form of, for example, a three-dimensional object forming apparatus, an image forming apparatus, and a printing apparatus.
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。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
A
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。
The
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。
The internal space of the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
In the state in which the
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。
The
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。
The
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。
A
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。
The
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。
The
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。
In the
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。
When starting the discharge of the liquid LM, first, the
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。
After the
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。
The flow rate of the liquid LM flowing out from the
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。
The
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。
The moving
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。
The
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。
With the above configuration, the
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。
FIG. 3 is an explanatory diagram that outlines the main dimensional relationship of the
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。 The embodiment product shown in FIGS. 3 and 4 and the comparative example product shown in FIGS. 5 and 6 are common in the discharge-related configuration described with reference to FIG. And the channel length is different as follows.
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。
In the
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。
The
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。
The discharge part 110H1 of the first comparative example product in FIG. 5 is disposed so that the
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。
The discharge part 110H2 of the second comparative example product in FIG. 6 is disposed so that the
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。
3 described above and the
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。
As shown in FIG. 7, in the
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。
The reason why the liquid LM having high and low viscosity can be discharged as fine droplets without any trouble by the
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。
The
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
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。
In the embodiment described above, the
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。
In the embodiment described above, the
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。
In the embodiment described above, the
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。
In the embodiment described above, the movement end point EP that defines the distance L1 between the bottom surfaces and the flow path length L2 is the position where the
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
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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。 A droplet discharge device for discharging a fluid material as droplets,
An accommodating portion for accommodating the flowable material;
A communication portion that communicates with the accommodating portion; and a discharge port that discharges the fluid material to the outside. A discharge channel forming part to be formed;
A movable body that is incorporated in the housing portion so as to be movable in the direction of the communication portion, and that moves in the direction of the communication portion to discharge the fluid material from the discharge port;
The discharge flow path forming part is
A liquid in which the distance from the communication part to the outline of the housing part along the moving direction of the moving body is longer than the flow path length from the communication part to the discharge port via the discharge flow path. Drop ejection device.
Priority Applications (1)
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