JP6963914B2 - 液体材料供給装置および三次元造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、三次元造形装置用インクジェットノズルに液体材料を供給する液体材料供給装置およびこの液体材料供給装置を含む三次元造形装置に関する。

ＡＭ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）技術に基づく三次元造形を実現する手段として、３Ｄプリンターとも呼ばれる三次元造形装置が注目を集めている。三次元造形装置を用いることで、比較的複雑な構造を持つ部品を簡単且つ短期間で作ることが可能となる。

例えば特許文献１は、粉末状の造形材料の層状固化によって三次元造形物を製造する装置を開示している。この装置では、垂直方向に移動可能なステージに粉末層が形成され、この粉末層に対して所定のパターンで液体材料が供給される。液体材料は、粉末材料のバインダー材料として機能し、液体材料が供給されたパターンにて粉末材料が固化する。そして、ステージが下降し、新たな粉末層がステージに形成され、液体材料が新たな粉末層に供給される。このような一連の工程が繰り返されることで、三次元造形物が作られる。

特許文献１では、液体材料の供給にインクジェットノズルが用いられている。インクジェットノズルは、吐出口に連通したインク室に圧力を加えることで、当該インク室内の液体を吐出口から噴射することができる。このようなインクジェットノズルによれば、高精細なパターンで液体材料を粉末層上に迅速に供給することができる。

なお、インクジェットノズルのインク室は、液体材料の噴射後に、液体材料供給装置から液体材料を供給される。液体材料供給装置は、液体材料を収容した保持容器を有している。この保持容器は、内部圧力を一定に維持されている。この保持容器がインクジェットノズルに連通することで、インク室内の液体の消費にともなって、保持容器からインク室へ自動的に液体材料が補給されるようになっている。

特開２０１６−２０３４２５号公報

ところで、保持容器内の液体材料の液面高さは、サーミスタ、フロート、光学式センサ等の検出手段を用いて監視される。そして、検出手段による検出結果に応じて、保持容器へ液体材料が補給される。しかしながら、検出手段の信頼性は十分と言えず、検出手段は、汚れや劣化によって液面高さを正確に検出することができないこともある。また、一般に保持容器内に蓄えられている液体材料の量は下限を検出するとポンプなどを用いて補給され、上限を検出すると補給が停止する。この液体材料の補給にともなって、インクジェットノズルの吐出口におけるメニスカスの状態が変化し、印刷の状態も変化する。また、補給するためのポンプの始動時等にインクジェットノズルの吐出口におけるメニスカスが不安定となることもある。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、三次元造形装置用のインクジェットノズルに液体材料を供給する液体材料供給装置の動作を安定且つ迅速とすることを目的とする。

本発明による第１の液体材料供給装置は、
三次元造形装置で用いられるインクジェットノズルに液体材料を供給する液体材料供給装置であって、
前記インクジェットノズルに供給される液体材料を保持する保持槽と、
前記保持槽よりも上方に配置され且つ前記保持槽に補給される液体材料を保持する補給容器と、
前記補給容器内で開口した上端と、前記保持槽内で開口した下端と、を有する第１管と、
前記第１管の前記上端よりも下方となる位置にて前記補給容器内で開口した上端を有する第２管と、を備える。

本発明による第１の液体材料供給装置において、前記第２管の前記下端は、前記第１管の前記下端よりも下方に位置していてもよい。

本発明による第１の液体材料供給装置において、前記補給容器は、前記液体材料の液面高さが前記第１管の前記上端よりも下方であって且つ前記第２管の前記上端よりも上方となるよう、前記液体材料を保持するようにしてもよい。

本発明による第１の液体材料供給装置において、前記第１管の前記下端は、前記保持槽内において調整されるべき前記液体材料の液面高さに位置していてもよい。

本発明による第１の液体材料供給装置において、前記保持槽内における前記液体材料の液面高さが調整されるべき液面高さよりも低くなった場合、前記第１管は、前記補給容器に気体を移送し、前記第２管は、前記補給容器内の前記液体材料を前記保持槽に移送するようにしてもよい。

本発明による第１の液体材料供給装置は、
前記保持槽を収容する筐体と、
前記筐体内の圧力を制御する圧力制御手段と、を更に備え、
前記圧力制御手段は、気体給排手段と、前記気体給排手段と前記筐体との間に設けられた給排管と、を有し、
前記給排管の前記筐体側の端部は、前記保持槽の外部に位置していてもよい。

本発明による第２の液体材料供給装置は、
三次元造形装置で用いられるインクジェットノズルに液体材料を供給する液体材料供給装置であって、
前記インクジェットノズルに供給される液体材料を保持する保持槽と、
前記保持槽よりも上方に配置され且つ前記保持槽に補給される液体材料を保持する補給容器と、
前記保持槽内における前記液体材料の液面高さが調整されるべき液面高さよりも低くなった場合に、前記保持槽から前記補給容器に気体を移送する第１管および前記補給容器から前記保持槽に前記液体材料を移送する第２管と、を備える。

本発明による三次元造形装置は、
本発明による第１及び第２の液体材料供給装置のいずれかと、
前記液体材料供給装置から前記液体材料を供給されるインクジェットノズルと、を備える。

本発明によれば、液体材料供給装置の動作を安定且つ迅速とすることができる。

図１は、インクジェット粉末式の三次元造形装置を模式的に示す図である。 図２は、図１の三次元造形装置の動作を説明するための図である。 図３は、図１の三次元造形装置の動作を説明するための図である。 図４は、図１の三次元造形装置の動作を説明するための図である。 図５は、図１の三次元造形装置に含まれるインクジェットノズルおよび液体材料供給装置を示す縦断面図である。 図６は、図５の液体材料供給装置の作用を説明するための図である。 図７は、図５の液体材料供給装置の作用を説明するための図である。 図８は、液体材料供給装置に含まれる圧力制御手段の一変形例を説明するための縦断面図である。 図９は、液体材料供給装置に含まれる圧力制御手段の他の変形例を説明するための縦断面図である。 図１０は、液体材料供給装置に含まれる圧力制御手段の更に他の変形例を説明するための縦断面図である。 図１１は、液体材料供給装置に含まれる圧力制御手段の更に他の変形例を説明するための縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、図面においては、便宜上、縮尺及び縦横の寸法比等を実物のそれらから変更されて誇張されている箇所がある。また、本明細書において用いられる形状、幾何学的条件及びそれらの程度を特定する用語や値は、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待しうる程度の範囲を含みうるものとして解釈することとする。また、本明細書において「上」及び「下」の用語は、重力が作用する方向を基準とした鉛直方向に基づいて定められている。

図１〜図１１は、本発明の一実施の形態を説明するための図である。図１に示すように、三次元造形装置１０は、制御部１５及び三次元造形機２０を有している。制御部１５は、三次元造形機２０の各構成要素の動作を制御する。制御部１５は、操作者等が三次元造形装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボード１７や、三次元造形装置１０の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ１８等の入出力装置と接続されている。また、制御部１５は、三次元造形装置１０で実行される処理を実現するためのプログラム等が記録された記録媒体１６にアクセス可能となっている。記録媒体１６は、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の半導体メモリ、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のディスク状記録媒体等、既知のプログラム記録媒体から構成され得る。

三次元造形機２０は、制御部１５からの制御信号に基づき、材料を所定の固化パターンで固化させてなる単位層ｕｌ（図４参照）を積層していくことで三次元造形物Ｏを製造する。図１に示された例において、三次元造形機２０は、粉末材料ｐｍの層に所定のパターンで液体材料ｌｍを塗布することで、粉末材料ｐｍを当該所定のパターンで結合又は固化してなる単位層ｕｌを順次形成していき、三次元造形物Ｏを完成させる。

粉体材料ｐｍとして、例えば、ポリアミドまたはポリスチレンなどの合成粉末や、石膏やガラスビーズ、砂などの材料、スターチなどの有機材料など、粉末を層状に積層していくことができれば、あらゆる粉体を用いることができる。また、液体材料ｌｍとして、例えば、硬化性樹脂を含む結着液を用いることができる。なお、昨今では、生体適合性造形物を、三次元造形物Ｏとして作製することも検討されている。生体適合性造形物は、生体への適用を想定された物品であり、典型的には生体の体内に移植されるようになる。生体適合性造形物を作製する場合、例えば、乾燥させたコラーゲン粉末を粉末材料ｐｍとして用い、結着剤として機能する水を液体材料ｌｍとして用いることができる。

図１に示すように、三次元造形機２０は、ステージ２５、昇降手段２６、区画壁２７、粉末材料供給装置２８、リコータ２９、インクジェットノズル３０及び液体材料供給装置４０を有している。インクジェットノズル３０及び液体材料供給装置４０によって、インクジェット印刷装置Ｐが、構成される。この三次元造形機２０では、ステージ２５上で三次元造形物Ｏが作製されていく。ステージ２５は、区画壁２７で囲まれた空間内に配置されている。昇降手段２６は、ステージ２５に接続し、ステージ２５を上下に駆動する。すなわち、ステージ２５は、区画壁２７によって囲まれた空間内で上下に移動することができる。昇降手段２６３として、例えば、流体圧シリンダ、ボール螺子機構、リニアモータ、パンタグラフ等を用いることができる。

粉末材料供給装置２８は、粉末材料ｐｍを供給する手段である。粉末材料供給装置２８は、図１の紙面における左右方向に移動可能となっている。粉末材料供給装置２８は、図１における紙面の奥行き方向に長手方向を有し、この長手方向に沿って線状に粉末材料ｐｍを供給することができる。この結果、粉末材料供給装置２８は、移動しながら粉末材料ｐｍを塗布することで、ステージ２５上の全域に粉末材料ｐｍを供給することができる。

リコータ２９は、細長状の部材であって、粉末材料供給装置２８と同様に、図１における紙面の奥行き方向に長手方向を有している。リコータ２９は、粉末材料供給装置２８と同様に、図１における紙面の左右方向に移動可能となっている。リコータ２９は、ステージ２５上を移動することで、ステージ２５上に供給された粉末材料ｐｍを均し、一定厚みを有する粉末材料ｐｍの層を形成する。

インクジェットノズル３０は、粉末材料供給装置２８と同様に、図１における紙面の奥行き方向に長手方向を有している。図５に示すように、インクジェットノズル３０は、その長手方向ｄｌに沿って多数の吐出口３１を有している。インクジェットノズル３０は、各吐出口３１に対応して、インク室３２およびインク室３２内の圧力を調整する調整手段（図示せず）を有している。圧力を調整する調整手段として、ピエゾ素子のような圧電素子や、加熱素子を例示することができる。インクジェットノズル３０では、各インク室３２の圧力を他のインク室３２から独立して制御することで、当該インク室３２に対応する吐出口３１からの液体材料ｌｍの吐出の有無を制御することができる。インクジェットノズル３０は、粉末材料供給装置２８と同様に、図１における紙面の左右方向に移動可能となっている。この結果、インクジェットノズル３０は、ステージ２５上に形成された粉末材料ｐｍの層に、任意のパターンで液体材料ｌｍを塗布することができる。

インクジェットノズル３０は、供給管３５を介して、液体材料供給装置４０と接続している。供給管３５は、インクジェットノズル３０内に形成された内部通路３３と接続している。この内部通路３３は、インクジェットノズル３０内に形成されたインク室３２に通じている。液体材料供給装置４０は、供給管３５を介して、インクジェットノズル３０に液体材料ｌｍを供給する。液体材料供給装置４０は、インクジェットノズル３０の吐出口３１に形成されたメニスカスを破壊しないよう、一定圧力に維持された液体材料ｌｍをインクジェットノズル３０に安定して供給する。

吐出口３１におけるメニスカスは、インク室３２内の圧力と吐出口３１の外部圧力とのバランスによって形成されている。メニスカスが安定しないと、液体材料ｌｍの吐出量が変動し、更には吐出口３１から液体材料ｌｍが漏れ出してしまうこともある。すなわち、インクジェットノズル３０内に一定圧力の液体材料ｌｍを供給してメニスカスを安定させることが、所望のパターンで液体材料ｌｍを塗布する上で、更には所望の形状の三次元造形物Ｏを作製する上で、極めて重要となる。この点、ここで説明する液体材料供給装置４０には、液体材料ｌｍを一定圧力で迅速に供給することを可能にする工夫が、施されている。この結果、所望のパターンで高精度に液体材料ｌｍを塗布することができ、これにより、所望の形状の三次元造形物Ｏを安定して作製することができる。この液体材料供給装置４０については、後に詳述する。

なお、供給管３５は、筒状の部材である。液体材料供給装置４０が、インクジェットノズル３０と同期して移動可能である場合、供給管３５は、例えば樹脂や金属等からなる高剛性の部材とすることができる。一方、液体材料供給装置４０は静止し、インクジェットノズル３０のみが移動する場合、供給管３５は、例えばゴム等からなる柔軟性を有した部材とすることができる。ただし、供給管３５が潰れて、供給管３５を介した液体材料ｌｍの流路が閉鎖されてしまうことを防止するため、供給管３５は、或る程度の剛性を有していることが好ましい。

次に、三次元造形装置１０を用いて三次元造形物Ｏを製造する方法について、説明する。以下に説明する三次元造形装置の製造方法は、制御部１５が記録媒体１６に予め記録されたプログラムを読み込むことにより、実施される。

ここで説明する三次元造形物Ｏの製造方法では、作製されるべき三次元造形物Ｏを一方向に沿って多数に分割してなる単位層（断面層）ｕｌを、順次作製していくことで、三次元造形物Ｏを最終的に造形する。三次元造形機２０の各構成要素の具体的な動作は、以下のとおりである。

まず、図２に示すように、ステージ２５が、昇降手段２６によって所定に高さに維持される。具体的には、ステージ２５の上面と区画壁２７とによって、一定の深さの凹部が形成されるようにする。

次に、粉末材料供給装置２８及びリコータ２９が、ステージ２５上を移動する。このとき、粉末材料供給装置２８は、粉末材料ｐｍをステージ２５上に供給する。リコータ２９は、ステージ２５上に供給された粉末材料ｐｍを掻き広げる。これにより、ステージ２５上に、一定の厚みを有した粉末材料ｐｍの層が形成される。なお、図２に示すように、粉末材料供給装置２８及びリコータ２９の移動中、インクジェットノズル３０は、ステージ２５の上方となる領域からずれた位置に静止している。

その後、図３に示すように、粉末材料供給装置２８及びリコータ２９が、ステージ２５の上方となる領域からずれた位置に戻る。次に、インクジェットノズル３０が、ステージ２５上を移動する。インクジェットノズル３０は、制御部１５からの制御信号にしたがった所定のパターンで、ステージ２５上の粉末材料ｐｍの層に液体材料ｌｍを塗布する。ステージ２５上における粉末材料ｐｍの層のうち液体材料ｌｍが塗布された領域において、粉末材料ｐｍが固化または結合する。

以上の工程により、粉末材料ｐｍが所定のパターン（二次元形状）で固められてなる単位層ｕｌが形成される。なお、液体材料ｌｍの塗布後に、液体材料ｌｍに含まれた硬化性物質を硬化させる処理が行われてもよい。

その後、昇降手段２６が、ステージ２５を所定量だけ降下させる。この状態から再び、粉末材料ｐｍの層の形成および液体材料ｌｍの塗布が実施され、単位層ｕｌ上に別の単位層ｕｌが形成される。図４に示すように、順次形成される単位層ｕｌが互いに結合していくことにより、三次元造形物Ｏを一体的に形成することができる。最終的に、液体材料ｌｍが塗布されていない粉末材料ｐｍの未結合部分を除去することで、所望の形状を有した三次元造形物Ｏが得られる。

次に、液体材料供給装置４０について更に詳述していく。上述したように、液体材料供給装置４０には、インクジェットノズル３０への液体材料ｌｍの供給を安定して且つ迅速に行うことを可能とする工夫がなされており、これにより、インクジェットノズル３０からの液体材料ｌｍの塗布精度を効果的に改善することができる。

図５に示すように、液体材料供給装置４０は、主たる構成要素として、保持槽６０、補給容器７０、第１管８１及び第２管８２を有している。保持槽６０及び補給容器７０は、液体材料ｌｍを貯留している。一方、第１管８１及び第２管８２は、保持槽６０及び補給容器７０の間での流体の移動を可能にしている。

保持槽６０は、供給管３５と接続している。保持槽６０に貯留された液体材料ｌｍは、供給管３５を介してインクジェットノズル３０に供給される。したがって、保持槽６０は、供給管３５及びインクジェットノズル３０の内部通路３３を介して、インクジェットノズル３０の各インク室３２と流体連通している。一方、補給容器７０は、密閉容器として形成されている。すなわち、補給容器７０は、第１管８１及び第２管８２を介して保持槽６０と連通していることを除き、密閉されている。補給容器７０は、保持槽６０に対して鉛直方向ｄｖにずらして配置されている。補給容器７０は、保持槽６０よりも鉛直方向ｄｖにおける上方に位置している。保持槽６０及び補給容器７０は、収容する液体材料ｌｍに対する耐性を有する種々の材料を用いて、形成され得る。

次に、第１管８１及び第２管８２について説明する。第１管８１及び第２管８２は、両端が開口した筒状の部材である。したがって、第１管８１及び第２管８２は、流体の流路を形成することができる。第１管８１及び第２管８２は、例えば、液体材料ｌｍに対する耐性を有する種々の材料を用いて形成され得る。第１管８１は、補給容器７０内に開口した上端８１ａを有している。また、第１管８１は、保持槽６０内に開口した下端８１ｂを有している。第２管８２は、補給容器７０内に開口した上端８２ａを有している。第２管８２の上端８２ａは、補給容器７０内において、第１管８１の上端８１ａよりも鉛直方向ｄｖにおける下方に位置している。第２管８２の下端８２ｂは、第２管８２内を通過する液体材料ｌｍを保持槽６０に導入することができる位置に配置されている。典型的には、図示された例のように、第２管８２の下端８２ｂは、保持槽６０内に位置する。

なお、図示された例において、第１管８１及び第２管８２は、直線状に延びる部材として形成されているが、この例に限られない。上述した上端８１ａ，８２ａおよび下端８１ｂ，８２ｂの位置関係が満たされれば、第１管８１及び第２管８２は、例えばゴムチューブによって構成されて、湾曲していていもよい。ただし、ただし、第１管８１又は第２管８２が潰れて、第１管８１又は第２管８２を介した流路が閉鎖されてしまうことを防止するため、第１管８１及び第２管８２は、或る程度の剛性を有していることが好ましい。

なお、図示された例において、補給容器７０に保持された液体材料ｌｍの液面高さｌｓ２は、第１管８１の上端８１ａよりも下方であって且つ第２管８２の上端８２ａよりも上方となっている。これにより、第２管８２内を液体材料ｌｍで満たすことが可能となる。また、第２管８２の下端８２ｂは、第１管８１の下端８１ｂよりも下方に位置している。そして、第２管８２の下端８２ｂは、保持槽６０の保持された液体材料ｌｍの液面高さｌｓ１よりも下方に位置している。

図５に示された液体材料供給装置４０は、上述した構成要素に加えて、保持槽６０を収容する筐体５０と、筐体５０内の圧力を調整する圧力制御手段４５と、を有している。すなわち、圧力制御手段４５は、インクジェットノズル３０に液体材料ｌｍを供給する保持槽６０の設置環境となる筐体５０内の圧力を一定に維持する。

具体的な構成として、圧力制御手段４５は、気体給排手段４６と、気体給排手段４６と筐体５０との間に設けられた給排管４７と、を有している。気体給排手段４６は、例えばポンプ等によって形成される。保持槽６０に保持された液体材料ｌｍの液面高さｌｓ１とインクジェットノズル３０の吐出口３１との鉛直方向ｄｖにおける高さの差にも依存するが、メニスカスを安定させる観点から、保持槽６０の設置環境を大気圧よりも低い一定圧力に維持することが多い。この場合、気体給排手段４６として吸引ポンプやベンチュリ管を用いることができる。

一方、給排管４７は、種々の材料を用いて形成され得る。ただし、給排管４７は、気体給排手段４６での吸引によって潰れて流路を閉鎖しない程度の剛性を有している必要がある。

図５に示された例において、給排管４７の筐体５０側の端部４７ａは、保持槽６０の外部に位置している。このような配置によれば、保持槽６０内で液体材料ｌｍに動きが生じたとしても、液体材料ｌｍの飛沫が、給排管４７内に進んで気体給排手段４６に吸引されることを効果的に防止することができる。例えばポンプ等の機器からなる気体給排手段４６にとって、液体材料ｌｍの吸引は故障の原因となり得る。この故障原因に処することによっても、液体材料供給装置４０による液体材料ｌｍの供給動作を効果的に安定させることができる。

さらに、図５に示された例では、保持槽６０の上方開口６０ａを塞ぐ蓋体６５が設けられている。この蓋体６５によっても、液体材料ｌｍの飛沫が給排管４７に進むことを効果的に防止することができる。なお、この蓋体６５には、複数の通気孔６６が設けられている。この通気孔６６を介して気体（例えば、空気）が流通することで、蓋体６５で覆われた保持槽６０の内部圧力が、筐体５０内の圧力と同一に維持される。

次に、以上のような構成からなる液体材料供給装置４０を用いてインクジェットノズル３０に液体材料ｌｍを供給する際の作用について、図５〜図７を主に参照しながら、説明する。

まず、インクジェットノズル３０から液体材料ｌｍの吐出が実施されると、インクジェットノズル３０のインク室３２内の圧力が低下する。このインク室３２内の圧力低下にともなって、液体材料供給装置４０の保持槽６０に保持された液体材料ｌｍが、供給管３５を流れて、インクジェットノズル３０内に供給される。

ここで説明する液体材料供給装置４０では、詳しくは後述するように、保持槽６０内における液体材料ｌｍの保持量は一定に維持されるようになっている。具体的には、図５に示すように、保持槽６０に保持された液体材料ｌｍの液面高さｌｓ１は、第１管８１の下端８１ｂと同じ高さに維持される。また、液体材料ｌｍを保持した保持槽６０の設置環境は、圧力制御手段４５によって一定圧力に維持された筐体５０内である。したがって、インクジェットノズル３０の吐出口３１に形成されたメニスカスを乱すことなく、液体材料供給装置４０からインクジェットノズル３０に、おおよそ一定圧力の液体材料ｌｍを安定して供給することができる。また、液体材料供給装置４０からインクジェットノズル３０への液体材料ｌｍの流れは、圧送手段等の機器によるものではなく、重力および圧力に起因するものである。したがって、機器の始動にともなった、液体材料ｌｍの供給遅れ等を引き起こすことなく、液体材料供給装置４０からインクジェットノズル３０へと迅速に液体材料ｌｍを供給することができる。

図６に示すように、液体材料供給装置４０からインクジェットノズル３０へと液体材料ｌｍが流れると、保持槽６０内における液体材料ｌｍの保持量が減少する。これにともなって、保持槽６０内での液体材料ｌｍの液面高さｌｓ１が、第１管８１の下端８１ｂの位置よりも低くなる。すなわち、第１管８１の下端８１ｂが、保持槽６０に貯留された液体材料ｌｍ内から露出するようになる。

図６及び図７に示すように、第１管８１の下端８１ｂが気体環境内（例えば、空気環境内）に配置されると、気体の比重が液体材料ｌｍの比重よりも小さいことに起因して、保持槽６０内の気体が、第１管８１を通じて、補給容器７０内に流れる。併せて、図７に示すように、上端８２ａが補給容器７０に貯留された液体材料ｌｍ内に位置する第２管８２を通じて、補給容器７０の液体材料ｌｍが保持槽６０に流れる。すなわち、補給容器７０から保持槽６０へと、第２管８２を通じて、液体材料ｌｍが補給される。この結果、補給容器７０内での液体材料ｌｍの液面高さｌｓ２は下がり、保持槽６０内での粉末材料ｐｍの液面高さｌｓ１は上昇する。

補給容器７０から保持槽６０への液体材料ｌｍの補給は、圧送手段等の機器によるものではなく、重力に起因するものである。したがって、機器の始動にともなった、液体材料ｌｍの補給遅れ等を引き起こすことなく、補給容器７０から保持槽６０へと迅速に液体材料ｌｍを補給することができる。また、圧送手段等の機器を用いて保持槽６０へ液体材料ｌｍを補給する場合と比較して、重力による液体材料ｌｍの補給によれば、保持槽６０内における液体材料ｌｍの液面の乱れを効果的に抑制することができる。これにより、インクジェットノズル３０の吐出口３１に形成されたメニスカスが乱れてしまうことを効果的に防止することもできる。

さらに、保持槽６０に液体材料ｌｍを送出する第２管８２の下端８２ｂは、図示された例において、保持槽６０内に貯留された液体材料ｌｍに浸漬されている。したがって、第２管８２の下端８２ｂから送出される液体材料ｌｍが、保持槽６０に貯留された液体材料ｌｍの液面の衝突することに起因した飛沫の発生も効果的に防止することができる。したがって、保持槽６０に貯留された液体材料ｌｍの液面の動きに起因した圧力変動によって、インクジェットノズル３０の吐出口３１に形成されたメニスカスが乱れてしまうことを効果的に防止することができる。

このような液体材料ｌｍの補給は、保持槽６０内での液体材料ｌｍの液面高さｌｓ１が、第１管８１の上端８２ａに達するまで、継続される。保持槽６０内において、液体材料ｌｍの液面高さｌｓ１が第１管８１の上端８２ａに達すると、第１管８１を介した、補給容器７０への気体の流入が停止する。これにより、密閉容器として形成された補給容器７０からの液体材料ｌｍの流出が停止する。すなわち、図示された例によれば、サーミスタ、フロート、光学式センサ等の検出手段での検出結果に基づいてポンプ等の機器を動作させて液体材料ｌｍを積極的に圧送することなく、保持槽６０内における液体材料ｌｍの液面高さｌｓ１を、一定の高さ、具体的には第１管８１の下端８１ｂの位置に、維持することができる。

このように、第１管８１の下端８１ｂの位置は、保持槽６０内において調整されるべき液体材料ｌｍの液面高さを決定することなる。すなわち、第１管８１の下端８１ｂの高さを調整することで、保持槽６０内における液体材料ｌｍの液面高さｌｓ１を制御することができる。このような制御を容易化すべく、図５に示された例では、第１管８１の下端８１ｂの位置を鉛直方向ｄｖにおいて調節可能となるように第１管８１を保持する保持具６３が設けられている。図５に示された例において、保持具６３は、保持槽６０に含まれている。

なお、補給容器７０内の液体材料ｌｍが減少した場合には、例えば、通常は閉鎖手段によって封鎖されている補給口（図示せず）を介して、補給容器７０内に液体材料ｌｍを補給することになる。補給後における補給容器７０内における液体材料ｌｍの液面高さｌｓ２は、保持槽６０内における液体材料ｌｍの液面高さｌｓ１の自動調整機能を有効にするため、第１管８１の上端８１ａよりも下方であって、第２管８２の上端８１ａよりも上方とする。

上述してきた一実施の形態において、液体材料供給装置４０は、液体材料ｌｍを保持し且つ供給管３５に接続した保持槽６０と、保持槽６０よりも上方に配置され且つ液体材料ｌｍを保持する補給容器７０と、保持槽６０及び補給容器７０の間で流体を移送する第１管８１及び第２管８２と、を有している。第１管８１は、補給容器７０内で開口した上端８１ａと、保持槽６０内で開口した下端８１ｂと、を有している。第２管８２は、第１管８１の上端８１ａよりも下方となる位置にて補給容器７０内で開口した上端８２ａと、補給容器７０内の液体材料ｌｍを保持槽６０内に送出する下端８２ｂと、を有している。この液体材料供給装置４０によれば、サーミスタ、フロート、光学式センサ等の検出手段を用いることなく、更にポンプ等の機器による液体材料ｌｍの圧送に依存することもなく、保持槽６０内における液体材料ｌｍの液面高さｌｓ１を、主に重力を利用して、自動的且つ迅速に調節することができる。この結果、インクジェットノズル３０の各吐出口３１からの液体材料ｌｍの吐出が安定し、三次元造形物Ｏを所望の形状で高精度に造形することが可能となる。

また、生体適合性造形物を三次元造形物Ｏとして造形することもあるが、作製された生体適合性造形物は一般的に熱に弱い。したがって、得られた生体適合性造形物を滅菌することに代えて、滅菌済みの三次元造形装置１０を用いて滅菌済みの粉末材料ｐｍ及び液体材料ｌｍから生体適合性造形物を作製することも検討されている。ここで説明した液体材料供給装置４０は、センサやポンプ等の機器を含んでいないことから、オートクレーブなどを用いる加熱や薬剤散布、放射線により簡単に滅菌することができる点において優れる。

また、上述してきた一実施の形態の一具体例において、第２管８２の下端８２ｂは、第１管８１の下端８１ｂよりも下方に位置している。この例によれば、第２管８２の下端８２ｂは、保持槽６０に貯留された液体材料ｌｍ内に位置することができる。この場合、第２管８２の下端８２ｂから保持槽６０内に液体材料ｌｍを導入した際に、保持槽６０内で液面が大きく波打つことを効果的防止することができる。したがって、保持槽６０内の液体材料ｌｍの動圧によって、インクジェットノズル３０の吐出口３１に形成されたメニスカスが不安定となることを効果的に抑制することができる。また、保持槽６０に貯留された液体材料ｌｍの飛沫が、圧力制御手段４５に吸引されることを効果的に防止することができる。

さらに、上述してきた一実施の形態の一具体例において、液体材料供給装置４０は、保持槽６０を収容する筐体５０と、筐体５０内の圧力を制御する圧力制御手段４５と、を更に有している。圧力制御手段４５は、気体給排手段４６と、気体給排手段４６と筐体５０との間に設けられた給排管４７と、を含んでいる。給排管４７の筐体５０側の端部４７ａは、保持槽６０の外部に位置している。この例によれば、保持槽６０内において液体材料ｌｍが波打ったとしても、液体材料ｌｍの飛沫が給排管４７内に入り込むことを効果的に防止することができる。したがって、気体給排手段４６が、液体材料ｌｍの飛沫を吸引して故障してしまうことを効果的に防止することができる。

さらに、上述してきた一実施の形態の一具体例において、三次元造形装置１０は、上述してきた液体材料供給装置４０を含んでいる。液体材料供給装置４０からインクジェットノズル３０への液体材料ｌｍの供給動作は安定し且つ迅速であることから、インクジェットノズル３０の吐出口３１に形成されたメニスカスの安定状態を維持することができる。このインクジェットノズル３０を用いることで、所望のパターンで高精度に液体材料ｌｍを噴射することができ、これにより、三次元造形物を高精度に作製することができる。

なお、上述した具体例に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した具体例と同様に構成され得る部分について、上述の具体例における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。

上述した一具体例において、給排管４７の筐体５０側の端部４７ａが、筐体５０内の上方領域で開口している例を示したが、この例に限られない。

図８に示すように、給排管４７の筐体５０側の端部４７ａが、保持槽６０の上方開口６０ａよりも鉛直方向ｄｖの上方に位置し、且つ、鉛直方向ｄｖの上方に向けて開口するようにしてもよい。図８に示された例において、給排管４７は、筐体５０側の端部領域において、鉛直方向ｄｖにおける下方に延びて保持槽６０内に進入し、次に、湾曲により反転して上方に向けて延びている。この給排管４７では、仮に液体材料ｌｍの飛沫が給排管４７に入ったとしても、この飛沫を湾曲部分に補足することも可能となる。これにより、給排管４７に接続した気体給排手段４６が液体材料ｌｍを吸引することに起因した、気体給排手段４６の損傷を効果的に防止することができる。

また、図９に示すように、給排管４７の筐体５０側の端部４７ａが、保持槽６０の上方開口６０ａよりも鉛直方向ｄｖの下方に位置し、しかも鉛直方向ｄｖの下方に向けて開口するようにしてもよい。図９に示された例によっても、給排管４７内に液体材料ｌｍの飛沫が入ることを効果的に防止することができる。

図１０に示された例では、保持槽６０の上方開口６０ａと、給排管４７の筐体５０側の端部４７ａと、の間に遮蔽部材５５が設けられている。遮蔽部材５５が、液体材料ｌｍの飛沫を遮蔽することで、給排管４７への液体材料ｌｍの進入を効果的に防止することができる。

なお、図８〜図１０に示された例において、保持槽６０の上方開口６０ａを少なくとも部分的に塞ぐ蓋体６５を設けてもよい。

さらに、図１１に示された例において、蓋体６５を貫通して延びる通気管６７が設けられている。通気管６７の先端部６７ａは、給排管４７の筐体５０側の端部４７ａよりも鉛直方向ｄｖにおける下方まで延び、鉛直方向ｄｖにおける下方に向けて開口している。この例によれば、液体材料ｌｍの飛沫が、通気管６７の先端部６７ａから給排管４７に向けて進むことを効果的に防止することができる。

なお、以上においていくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせることも可能である。

１０ 三次元造形装置
１５ 制御部
１６ 記録媒体
１７ キーボード
１８ ディスプレイ
２０ 三次元造形機
２５ ステージ
２６ 昇降手段
２７ 区画壁
２８ 粉末材料供給装置
２９ リコータ
３０ インクジェットノズル
３１ 吐出口
３２ インク室
３３ 内部通路
３５ 供給管
４０ 液体材料供給装置
４５ 圧力制御手段
４６ 気体給排手段
４７ 給排管
４７ａ 端部
５０ 筐体
５５ 遮蔽部材
６０ 保持槽
６０ａ 上方開口
６３ 保持具
６５ 蓋体
６６ 通気孔
６７ 通気管
６７ａ 先端部
７０ 補充容器
８１ 第１管
８１ａ 上端
８１ｂ 下端
８２ 第２管
８２ａ 上端
８２ｂ 下端
ｄｖ 鉛直方向
Ｏ 三次元造形物
ｐｍ 粉末材料
ｌｍ 液体材料
ｌｓ１ 液面高さ
ｌｓ２ 液面高さ
Ｐ インクジェット印刷装置

Claims (8)

1. 三次元造形装置で用いられるインクジェットノズルに液体材料を供給する液体材料供給装置であって、
   前記インクジェットノズルに供給される液体材料を保持する保持槽と、
   前記保持槽よりも上方に配置され且つ前記保持槽に補給される液体材料を保持する補給容器と、
   前記補給容器内で開口した上端と、前記保持槽内で開口した下端と、を有する第１管と、
   前記第１管の前記上端よりも下方となる位置にて前記補給容器内で開口した上端と、前記補給容器から移送される前記液体材料を前記保持槽内に送出する下端と、を有する第２管と、
   前記保持槽を収容する筐体と、
   前記筐体内の圧力を制御する圧力制御手段と、を備え、
   前記圧力制御手段は、前記保持槽の設置環境を大気圧よりも低い一定圧力に維持できる、液体材料供給装置。
2. 前記第２管の前記下端は、前記第１管の前記下端よりも下方に位置する、請求項１に記載の液体材料供給装置。
3. 前記補給容器は、前記液体材料の液面高さが前記第１管の前記上端よりも下方であって且つ前記第２管の前記上端よりも上方となるよう、前記液体材料を保持する、請求項１又は２に記載の液体材料供給装置。
4. 前記第１管の前記下端は、前記保持槽内において調整されるべき前記液体材料の液面高さに位置している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体材料供給装置。
5. 前記保持槽内における前記液体材料の液面高さが調整されるべき液面高さよりも低くなった場合、前記第１管は、前記補給容器に気体を移送し、前記第２管は、前記補給容器内の前記液体材料を前記保持槽に移送する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体材料供給装置。
6. 前記圧力制御手段は、気体給排手段と、前記気体給排手段と前記筐体との間に設けられた給排管と、を有し、
   前記給排管の前記筐体側の端部は、前記保持槽の外部に位置している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体材料供給装置。
7. 三次元造形装置で用いられるインクジェットノズルに液体材料を供給する液体材料供給装置であって、
   前記インクジェットノズルに供給される液体材料を保持する保持槽と、
   前記保持槽よりも上方に配置され且つ前記保持槽に補給される液体材料を保持する補給容器と、
   前記保持槽内における前記液体材料の液面高さが調整されるべき液面高さよりも低くなった場合に、前記保持槽から前記補給容器に気体を移送する第１管および前記補給容器から前記保持槽に前記液体材料を移送する第２管と、
   前記保持槽を収容する筐体と、
   前記筐体内の圧力を制御する圧力制御手段と、を備え、
   前記圧力制御手段は、前記保持槽の設置環境を大気圧よりも低い一定圧力に維持できる、液体材料供給装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体材料供給装置と、
   前記液体材料供給装置から前記液体材料を供給されるインクジェットノズルと、を備える、三次元造形装置。

Images