(57)【要約】【課題】マルチノズルの三次元造形装置にて、休止中のノズルの三次元造形物への干渉を抑制する。【解決手段】三次元造形装置は、吐出機構と傾斜機構と制御部とを備える。吐出機構は、供給流路と、第１分岐流路と、第２分岐流路と、供給流路と第１分岐流路と第２分岐流路とを接続する接続部と、第１分岐流路に連通する第１ノズルと、第２分岐流路に連通する第２ノズルと、弁機構とを有し、テーブルに向かうにつれて第１ノズルの中心軸と第２ノズルの中心軸とが相互に離間し、制御部は、弁機構を制御して、供給流路と第１分岐流路とが連通し、供給流路と第２分岐流路とが遮断された第１状態と、供給流路と第２分岐流路とが連通し、供給流路と第１分岐流路とが遮断された第２状態とに切替え、傾斜機構を制御して、第１状態では、第１ノズルを第２ノズルよりもテーブルに近接させ、第２状態では、第２ノズルを第１ノズルよりもテーブルに近接させる。【選択図】図１１
2020104382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形装置であって、
造形材料を吐出する吐出機構と、
前記吐出機構から吐出された前記造形材料が積層されるテーブルと、
前記吐出機構を前記テーブルに対して傾斜させる傾斜機構と、
前記吐出機構および前記傾斜機構を制御する制御部と、
を備え、
前記吐出機構は、
材料を溶融させて前記造形材料とする溶融部と、
前記溶融部から供給された前記造形材料が流通する供給流路と、
前記供給流路から前記造形材料が供給される第１分岐流路および第２分岐流路と、
前記供給流路と、前記第１分岐流路および前記第２分岐流路と、を接続する接続部と、
前記第１分岐流路に連通する第１ノズル、および、前記第２分岐流路に連通する第２ノズルと、
前記接続部に設けられた弁機構と、
を有し、
前記第１ノズルおよび前記第２ノズルは、前記テーブルに向かうにつれて前記第１ノズルの中心軸と前記第２ノズルの中心軸とが相互に離間する向きに配置され、
前記制御部は、前記吐出機構の前記弁機構を制御することによって、
前記供給流路と前記第１分岐流路との間が連通し、かつ、前記供給流路と前記第２分岐流路との間が遮断された第１状態と、
前記供給流路と前記第２分岐流路との間が連通し、かつ、前記供給流路と前記第１分岐流路との間が遮断された第２状態と、に切替え、
前記制御部は、前記傾斜機構を制御することによって、
前記第１状態においては、前記第１ノズルを前記第２ノズルよりも前記テーブルに近接させ、
前記第２状態においては、前記第２ノズルを前記第１ノズルよりも前記テーブルに近接させる、
三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元造形装置であって、
前記第２ノズルのノズル径は、前記第１ノズルのノズル径よりも大きい、三次元造形装置。
【請求項３】
請求項２に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、
三次元造形物の外観形状を造形する場合には、前記第１状態にて造形し、
前記三次元造形物の内部形状を造形する場合には、前記第２状態にて造形する、三次元造形装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記第１分岐流路に接続され、前記第１分岐流路内の前記造形材料を吸引可能に構成された第１吸引部と、
前記第２分岐流路に接続され、前記第２分岐流路内の前記造形材料を吸引可能に構成された第２吸引部と、
を備える、三次元造形装置。
【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三次元造形装置であって、
前記溶融部は、
溝が形成された溝形成面を有するフラットスクリューと、
前記フラットスクリューの前記溝形成面に対向し、前記供給流路に連通する連通孔が形成された対向面、および、加熱部を有するバレルを備え、
前記溶融部は、前記フラットスクリューの回転、および、前記加熱部による加熱によって、前記材料を溶融させて前記造形材料を生成し、前記連通孔から前記供給流路に前記造形材料を供給する、三次元造形装置。
【請求項６】
三次元造形装置であって、
造形材料を吐出する第１吐出機構および第２吐出機構と、
前記第１吐出機構および前記第２吐出機構から吐出された前記造形材料が積層されるテーブルと、
前記第１吐出機構および前記第２吐出機構のそれぞれを前記テーブルに対して傾斜させる傾斜機構と、
前記第１吐出機構と前記第２吐出機構と前記傾斜機構とを制御する制御部と、
を備え、
前記第１吐出機構および前記第２吐出機構は、それぞれ、
材料を溶融させて前記造形材料とする溶融部と、
前記溶融部から供給された前記造形材料が流通する供給流路と、
前記供給流路に連通するノズルと、
前記供給流路に設けられ、前記ノズルに供給される前記造形材料の流量を調整する流量調整機構と、
を有し、
前記制御部は、前記流量調整機構を制御することによって、前記第１吐出機構と前記第２吐出機構とのいずれか一方から前記造形材料を吐出させ、
前記制御部は、前記傾斜機構を制御することによって、
前記第１吐出機構から前記造形材料を吐出させ、かつ、前記第２吐出機構から前記造形材料を吐出させない場合には、前記第１吐出機構の前記ノズルを前記第２吐出機構の前記ノズルよりも前記テーブルに近接させ、
前記第２吐出機構から前記造形材料を吐出させ、かつ、前記第１吐出機構から前記造形材料を吐出させない場合には、前記第２吐出機構の前記ノズルを前記第１吐出機構の前記ノズルよりも前記テーブルに近接させる、三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、溶融した熱可塑性の材料を、予め設定された形状データにしたがって走査する押出ノズルから基台上に押し出し、その基台上で硬化した材料の上に更に溶融した材料を積層して三次元造形物を作成する三次元造形装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９２７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した三次元造形装置では、１つのノズルによって三次元造形物を造形するので、小径のノズルを用いて造形精度の向上を図る場合には、造形速度の低下を招き、大径のノズルを用いて造形速度の向上を図る場合には、造形精度の低下を招くこととなる。そこで、本願の発明者らは、大径のノズルと小径のノズルとを三次元造形装置に設け、ノズルを切替えながら三次元造形物を造形することによって、造形精度の向上と造形速度の向上とを両立させることを検討した。また、上述した三次元造形装置では、１つのノズルによって三次元造形物を造形するので、ノズルが吐出不良等によって故障した場合、ノズルの修理または交換等のために、三次元造形物の造形を中断する必要があり、生産性の低下を招くこととなる。そこで、本願の発明者らは、同径の２つのノズルを三次元造形装置に設けることによって、生産性の低下を抑制することについても検討した。しかし、本願の発明者らは、これらのようなマルチノズルの三次元造形装置では、一方のノズルを用いて三次元造形物を造形中に、休止中の他方のノズルが三次元造形物に干渉して、造形精度に影響を与える可能性があるという課題を見出した。そこで、本願は、マルチノズルの三次元造形装置における、休止中のノズルの三次元造形物への干渉を抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、造形材料を吐出する吐出機構と、前記吐出機構から吐出された前記造形材料が積層されるテーブルと、前記吐出機構を前記テーブルに対して傾斜させる傾斜機構と、前記吐出機構および前記傾斜機構を制御する制御部と、を備える。前記吐出機構は、材料を溶融させて前記造形材料とする溶融部と、前記溶融部から供給された前記造形材料が流通する供給流路と、前記供給流路から前記造形材料が供給される第１分岐流路および第２分岐流路と、前記供給流路と、前記第１分岐流路および前記第２分岐流路と、を接続する接続部と、前記第１分岐流路に連通する第１ノズル、および、前記第２分岐流路に連通する第２ノズルと、前記接続部に設けられた弁機構と、を有し、前記第１ノズルおよび前記第２ノズルは、前記テーブルに向かうにつれて前記第１ノズルの中心軸と前記第２ノズルの中心軸とが相互に離間する向きに配置され、前記制御部は、前記吐出機構の前記弁機構を制御することによって、前記供給流路と前記第１分岐流路との間が連通し、かつ、前記供給流路と前記第２分岐流路との間が遮断された第１状態と、前記供給流路と前記第２分岐流路との間が連通し、かつ、前記供給流路と前記第１分岐流路との間が遮断された第２状態と、に切替え、前記制御部は、前記傾斜機構を制御することによって、前記第１状態においては、前記第１ノズルを前記第２ノズルよりも前記テーブルに近接させ、前記第２状態においては、前記第２ノズルを前記第１ノズルよりも前記テーブルに近接させる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態の三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【図２】第１状態の弁機構の概略構成を示す断面模式図。
【図３】第２状態の弁機構の概略構成を示す断面模式図。
【図４】第３状態の弁機構の概略構成を示す断面模式図。
【図５】第１実施形態の弁部の概略構成を示す斜視図。
【図６】第１実施形態の吸引部の概略構成を示す説明図。
【図７】第１実施形態のフラットスクリューの溝形成面の構成を示す斜視図。
【図８】第１実施形態のバレルのスクリュー対向面の構成を示す上面図。
【図９】第１実施形態の造形処理の内容を示すフローチャート。
【図１０】初期位置の各ノズルと造形テーブルとの距離を示す説明図。
【図１１】第１状態の各ノズルと造形テーブルとの距離を示す説明図。
【図１２】第２状態の各ノズルと造形テーブルとの距離を示す説明図。
【図１３】第２実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【図１４】第２実施形態の各ノズルと造形テーブルとの距離の一例を示す説明図。
【図１５】第３実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【図１６】第３実施形態の各ノズルと造形テーブルとの距離の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における三次元造形装置１００の概略構成を示す説明図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が表されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平方向に沿った方向であり、Ｚ方向は、鉛直方向に沿った方向である。他の図においても、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図１におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向と、他の図におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向とは、同じ方向を表している。
【０００８】
本実施形態における三次元造形装置１００は、吐出ユニット２００と、傾斜機構２５０と、造形テーブル３００と、移動機構４００と、制御部５００とを備えている。三次元造形装置１００は、制御部５００の制御下で、吐出ユニット２００に設けられた第１ノズル６５または第２ノズル６６から、造形テーブル３００に向かって造形材料を吐出させつつ、移動機構４００によって、第１ノズル６５および第２ノズル６６と、造形テーブル３００との相対的な位置を変化させることによって、造形テーブル３００上に所望の形状の三次元造形物を造形する。本実施形態では、制御部５００は、第１ノズル６５から造形材料を吐出させるか、第２ノズル６６から造形材料を吐出させるかを切替えつつ、三次元造形物を造形する。本実施形態では、第１ノズル６５と第２ノズル６６とは、造形テーブル３００に向かうにつれて、第１ノズル６５の中心軸ＣＬ1と第２ノズルの中心軸ＣＬ２とが相互に離間する向きに配置されている。尚、第１ノズル６５の中心軸ＣＬ１とは、第１ノズル６５の先端に設けられた第１ノズル孔６７の中心軸のことを意味する。第２ノズル６６の中心軸ＣＬ２とは、第２ノズル６６の先端に設けられた第２ノズル孔６８の中心軸のことを意味する。吐出ユニットのことを、吐出機構と呼ぶこともある。造形テーブル３００のことを単にテーブルと呼ぶこともある。
【０００９】
傾斜機構２５０は、吐出ユニット２００を造形テーブル３００に対して傾斜させる。本実施形態では、傾斜機構２５０は、吐出ユニット２００を支持しており、Ｙ軸に平行な軸を中心として吐出ユニット２００を回転させることによって、吐出ユニット２００を造形テーブル３００に対して傾斜させる。本実施形態では、傾斜機構２５０は、後述する弁機構７０の弁部７１の中心軸ＣＡを中心として吐出ユニット２００を回転させる。傾斜機構２５０は、モーターの駆動力によって、吐出ユニット２００を回転させる。モーターは、制御部５００の制御下にて駆動する。尚、傾斜機構２５０は、吐出ユニット２００を回転させずに、造形テーブル３００を回転させる構成であってもよい。傾斜機構２５０は、吐出ユニット２００と、造形テーブル３００との両方を回転させる構成であってもよい。
【００１０】
移動機構４００は、吐出ユニット２００と、造形テーブル３００との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動機構４００は、吐出ユニット２００に対して、造形テーブル３００を移動させる。本実施形態における移動機構４００は、３つのモーターの駆動力によって、造形テーブル３００をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成される。各モーターは、制御部５００の制御下にて駆動する。尚、移動機構４００は、造形テーブル３００を移動させる構成ではなく、造形テーブル３００を移動させずに、吐出ユニット２００を移動させる構成であってもよい。移動機構４００は、吐出ユニット２００と、造形テーブル３００との両方を移動させる構成であってもよい。
【００１１】
制御部５００は、１以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成されている。本実施形態では、制御部５００は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。尚、制御部５００は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。
【００１２】
吐出ユニット２００は、材料供給部２０と、溶融部３０と、吐出部６０とを備えている。材料供給部２０は、ペレットや粉末等の状態の材料を貯蔵する。本実施形態における材料は、ペレット状のＡＢＳ樹脂である。本実施形態における材料供給部２０は、ホッパーによって構成されている。材料供給部２０と溶融部３０との間は、材料供給部２０の下方に設けられた供給路２２によって接続されている。材料供給部２０に投入された材料は、供給路２２を介して、溶融部３０に供給される。
【００１３】
溶融部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、フラットスクリュー４０と、バレル５０とを備えている。溶融部３０は、材料供給部２０から供給された固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させて流動性を有するペースト状の造形材料にして、第１ノズル６５や第２ノズル６６に供給する。尚、フラットスクリュー４０のことを単にスクリューと呼ぶこともある。
【００１４】
スクリューケース３１は、フラットスクリュー４０を収容する筐体である。スクリューケース３１の上面には、駆動モーター３２が固定されている。駆動モーター３２は、フラットスクリュー４０の上面４１に接続されている。
【００１５】
フラットスクリュー４０は、中心軸ＡＸに沿った方向の高さが直径よりも小さい略円柱形状を有している。フラットスクリュー４０は、中心軸ＡＸがＺ方向に平行になるように、スクリューケース３１内に配置されている。フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させるトルクによって、スクリューケース３１内において、中心軸ＡＸを中心に回転する。
【００１６】
フラットスクリュー４０は、中心軸ＡＸに沿った方向における上面４１とは反対側に溝形成面４２を有している。溝形成面４２には、溝部４５が形成されている。フラットスクリュー４０の溝形成面４２の詳細な形状は、図７を用いて後述する。
【００１７】
バレル５０は、フラットスクリュー４０の下方に設けられている。バレル５０は、フラットスクリュー４０の溝形成面４２に対向するスクリュー対向面５２を有している。バレル５０には、フラットスクリュー４０の溝部４５に対向する位置にヒーター５８が内蔵されている。ヒーター５８の温度は、制御部５００によって制御される。尚、ヒーター５８のことを加熱部と呼ぶこともある。
【００１８】
スクリュー対向面５２の中心には、連通孔５６が設けられている。連通孔５６は、吐出部６０に連通している。尚、バレル５０のスクリュー対向面５２の詳細な形状については、図８を用いて後述する。
【００１９】
吐出部６０は、バレル５０の連通孔５６に連通し、溶融部３０から供給された造形材料が流通する供給流路６１と、供給流路６１から造形材料が供給される第１分岐流路６３および第２分岐流路６４と、供給流路６１と第１分岐流路６３と第２分岐流路６４とを接続する接続部６２と、第１分岐流路６３に連通する第１ノズル６５と、第２分岐流路６４に連通する第２ノズル６６と、接続部６２に設けられた弁機構７０とを備えている。吐出部６０に供給された造形材料は、第１ノズル６５と第２ノズル６６とのうちのいずれか一方から造形テーブル３００に向かって吐出される。造形材料が第１ノズル６５から吐出されるか、第２ノズル６６から吐出されるかについては、弁機構７０によって切替えられる。
【００２０】
本実施形態では、第２ノズル６６のノズル径Ｄｎ２は、第１ノズル６５のノズル径Ｄｎ１よりも大きい。第１ノズル６５のノズル径Ｄｎ１は、第１ノズル孔６７における最小径であり、第２ノズル６６のノズル径Ｄｎ２は、第２ノズル孔６８における最小径である。第１ノズル孔６７は、第１ノズル６５における大気に連通する側の端部に設けられた流路断面が縮小された部分である。第２ノズル孔６８は、第２ノズル６６における大気に連通する側の端部に設けられた流路断面が縮小された部分である。本実施形態では、第１ノズル孔６７の形状、および、第２ノズル孔６８の形状は円形である。
【００２１】
本実施形態では、吐出部６０に、第１ノズル６５を加熱する第１ノズルヒーター９１、および、第２ノズル６６を加熱する第２ノズルヒーター９２が設けられている。第１ノズルヒーター９１および第２ノズルヒーター９２は、制御部５００によって加熱のオンオフが切替えられる。第１ノズルヒーター９１を用いて第１ノズル６５を加熱することによって、第１ノズル６５の造形材料の流動性を高めることができる。第２ノズルヒーター９２を用いて第２ノズル６６を加熱することによって、第２ノズル６６の造形材料の流動性を高めることができる。
【００２２】
本実施形態では、吐出部６０に、第１分岐流路６３に接続された第１吸引部８０と、第２分岐流路６４に接続された第２吸引部８５とが設けられている。第１吸引部８０は、第１分岐流路６３内の造形材料を吸引可能に構成されている。第２吸引部８５は、第２分岐流路６４内の造形材料を吸引可能に構成されている。第１吸引部８０および第２吸引部８５の具体的な構成は、図６を用いて後述する。
【００２３】
図２は、第１状態における弁機構７０の概略構成を示す断面模式図である。図３は、第２状態における弁機構７０の概略構成を示す断面模式図である。図４は、第３状態における弁機構７０の概略構成を示す断面模式図である。第１状態とは、供給流路６１と第１分岐流路６３との間が連通し、かつ、供給流路６１と第２分岐流路６４との間が遮断された吐出ユニット２００の状態を意味する。第２状態とは、供給流路６１と第２分岐流路６４との間が連通し、かつ、供給流路６１と第１分岐流路６３との間が遮断された吐出ユニット２００の状態を意味する。第３状態とは、供給流路６１と第１分岐流路６３との間が遮断され、かつ、供給流路６１と第２分岐流路６４との間が遮断された吐出ユニット２００の状態を意味する。
【００２４】
弁機構７０は、第１状態と第２状態と第３状態とに切替え可能に構成された弁である。弁機構７０は、接続部６２内において回転可能に構成され、造形材料が流通可能な流通路７２を有する弁部７１を備えている。弁部７１の回転に応じて、第１分岐流路６３と第２分岐流路６４とのうちのいずれか一方が流通路７２を介して供給流路６１に連通され、かつ、他方が弁部７１によって供給流路６１と遮断されることによって、第１状態と第２状態とに切替えられる。また、弁部７１によって、供給流路６１と第１分岐流路６３との間が遮断され、かつ、供給流路６１と第２分岐流路６４との間が遮断されることによって、第３状態に切替えられる。さらに、本実施形態の弁機構７０は、弁部７１の回転角を調節することによって、第１状態において第１分岐流路６３に流入する造形材料の第１流量と、第２状態において第２分岐流路６４に流入する造形材料の第２流量とを調節する。
【００２５】
図５は、本実施形態の弁部７１を示す斜視図である。本実施形態の弁部７１は、中心軸ＣＡを有する円柱状の形態を有している。流通路７２は、弁部７１の側面の一部が切り欠かれて設けられている。弁部７１の一方の端部には、操作部７３が設けられている。操作部７３には、制御部５００による制御下で駆動するモーターが接続されている。モーターによるトルクが操作部７３に加えられることによって、弁部７１が回転する。
【００２６】
図６は、第１吸引部８０の概略構成を示す説明図である。本実施形態では、第１吸引部８０は、第１分岐流路６３に接続された円筒状の第１シリンダー８１と、第１シリンダー８１内に収容された第１プランジャー８２と、第１プランジャー８２を駆動させる第１プランジャー駆動部８３とを備えている。本実施形態では、第１プランジャー駆動部８３は、制御部５００の制御下で駆動するモーターと、モーターの回転を第１シリンダー８１の軸方向に沿った並進方向の移動に変換するラックアンドピニオンによって構成されている。尚、第１プランジャー駆動部８３は、制御部５００の制御下で駆動するモーターと、モーターの回転を第１シリンダー８１の軸方向に沿った並進方向の移動に変換するボール螺子によって構成されてもよいし、ソレノイド機構やピエゾ素子等のアクチュエーターによって構成されてもよい。
【００２７】
図６に矢印を用いて表したように、第１プランジャー８２が第１分岐流路６３から遠ざかる方向に移動した場合には、第１シリンダー８１内が負圧となるため、第１分岐流路６３から第１ノズル６５にかけての造形材料は、第１シリンダー８１内に吸引される。一方、第１プランジャー８２が第１分岐流路６３に近付く方向に移動した場合には、第１シリンダー８１内の造形材料は、第１プランジャー８２によって第１分岐流路６３に押し出される。
【００２８】
第２吸引部８５は、第２分岐流路６４に接続された円筒状の第２シリンダー８６と、第２シリンダー８６内に収容された第２プランジャー８７と、第２プランジャー８７を駆動させる第２プランジャー駆動部８８とを備えている。第２吸引部８５の構成および動作は、第１吸引部８０と同様であるため、説明を省略する。
【００２９】
図７は、本実施形態におけるフラットスクリュー４０の溝形成面４２の構成を示す斜視図である。図７に示したフラットスクリュー４０は、技術の理解を容易にするために、図１に示した上下の位置関係を逆向きとした状態で示されている。フラットスクリュー４０の溝形成面４２には、上述したとおり、溝部４５が形成されている。溝部４５は、中央部４６と、渦状部４７と、材料導入部４８とを有している。
【００３０】
中央部４６は、フラットスクリュー４０の中心軸ＡＸの周りに形成された円形の窪みである。中央部４６は、バレル５０に設けられた連通孔５６に対向する。
【００３１】
渦状部４７は、中央部４６を中心として、溝形成面４２の外周に向かって弧を描くように渦状に延びる溝である。渦状部４７は、インボリュート曲線状や螺旋状に延びるように構成されてもよい。渦状部４７の一端は、中央部４６に接続されている。渦状部４７の他端は、材料導入部４８に接続されている。尚、図７には、フラットスクリュー４０に、１条の渦状部４７が設けられた形態を表したが、フラットスクリュー４０に、複数条の渦状部４７が設けられてもよい。
【００３２】
材料導入部４８は、溝形成面４２の外周縁に設けられた渦状部４７よりも幅広な溝である。材料導入部４８は、フラットスクリュー４０の側面４３まで連続している。材料導入部４８は、供給路２２を介して材料供給部２０から供給された材料を、渦状部４７に導入する。
【００３３】
図８は、本実施形態におけるバレル５０のスクリュー対向面５２の構成を示す上面図である。上述したとおり、スクリュー対向面５２の中央には、供給流路６１に連通する連通孔５６が形成されている。スクリュー対向面５２における連通孔５６の周りには、複数の案内溝５４が形成されている。それぞれの案内溝５４は、一端が連通孔５６に接続され、連通孔５６からスクリュー対向面５２の外周に向かって渦状に延びている。それぞれの案内溝５４は、造形材料を連通孔５６に導く機能を有している。
【００３４】
上述した三次元造形装置１００の構成によれば、材料供給部２０内に貯留された材料は、供給路２２を通って、回転しているフラットスクリュー４０の側面４３から材料導入部４８に供給される。材料導入部４８内に供給された材料は、フラットスクリュー４０の回転によって、渦状部４７内へと搬送される。
【００３５】
渦状部４７内に搬送された材料は、フラットスクリュー４０の回転と、バレル５０に内蔵されたヒーター５８による加熱とによって、少なくとも一部が溶融されて、流動性を有するペースト状の造形材料となる。
【００３６】
フラットスクリュー４０の回転によって、渦状部４７内を中央部４６に向かって造形材料が搬送される。中央部４６に搬送された造形材料は、連通孔５６から供給流路６１に送出される。第１状態においては、第１分岐流路６３を介して供給流路６１から第１ノズル６５に造形材料が供給される。第１ノズル６５に供給された造形材料は、第１ノズル孔６７から造形テーブル３００に向かって吐出される。一方、第２状態においては、第２分岐流路６４を介して供給流路６１から第２ノズル６６に造形材料が供給される。第２ノズル６６に供給された造形材料は、第２ノズル孔６８から造形テーブル３００に向かって吐出される。
【００３７】
図９は、本実施形態における三次元造形物ＯＢを造形するための造形処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、三次元造形装置１００に設けられた操作パネルや、三次元造形装置１００に接続されたコンピューターに対して、所定の開始操作がユーザーによって行われた場合に実行される。
【００３８】
まず、ステップ１１０にて、制御部５００は、三次元造形装置１００に接続されるコンピューターや記録媒体から、造形パスデータを取得する。造形パスデータは、造形材料を吐出しながら移動する第１ノズル６５または第２ノズル６６の造形テーブル３００に対する走査軌跡である造形パスが表されたデータである。ＳＴＬ形式やＡＭＦ形式によって表された三次元造形物ＯＢの形状データが、スライサーによって、造形パスデータに変換される。
【００３９】
次に、ステップＳ１２０にて、制御部５００は、フラットスクリュー４０の回転、および、バレル５０に内蔵されたヒーター５８の加熱を制御することによって、材料を溶融させて造形材料を生成する。尚、造形材料は、三次元造形物ＯＢの造形が行われる間、生成され続ける。
【００４０】
制御部５００は、ステップＳ１３０にて、造形する三次元造形物ＯＢの部位が外観形状であるか否かを判定する。外観形状とは、三次元造形物ＯＢの完成形状における外部から視認可能な部位を意味する。外観形状以外の三次元造形物ＯＢの部位のことを内部形状と呼ぶ。制御部５００は、例えば、ステップＳ１１０にて取得した造形パスデータを用いて、造形する三次元造形物ＯＢの部位が外観形状であるか否かを判定できる。外観形状に対しては、寸法精度や面粗度について、内部形状よりも高い品質が求められるため、小径の第１ノズル６５から造形材料を吐出させることによって、外観形状が緻密に造形されることが好ましい。一方、内部形状に対しては、寸法精度や面粗度について、外観形状よりも高い品質が求められないため、大径の第２ノズル６６から造形材料を吐出させることによって、内部形状が短時間で造形されることが好ましい。
【００４１】
ステップＳ１３０で造形する三次元造形物ＯＢの部位が外観形状であると判断された場合、制御部５００は、ステップＳ１４０にて、弁機構７０を制御することによって第１状態に切替え、さらに、図１１を用いて後述するように、傾斜機構２５０を制御することによって、第１ノズル６５が造形テーブル３００に近接し、第２ノズル６６が造形テーブル３００から離間するように吐出ユニット２００を造形テーブル３００に対して傾斜させた状態で、第１ノズル６５から造形材料を吐出して、三次元造形物ＯＢを造形する。
【００４２】
一方、ステップＳ１３０で造形中の三次元造形物ＯＢの部位が外観形状であると判断されなかった場合、制御部５００は、ステップＳ１５０にて、弁機構７０を制御することによって第２状態に切替え、さらに、図１２を用いて後述するように、傾斜機構２５０を制御することによって、第１ノズル６５が造形テーブル３００から離間し、第２ノズル６６が造形テーブル３００に近接するように吐出ユニット２００を造形テーブル３００に対して傾斜させた状態で、第２ノズル６６から造形材料を吐出して、三次元造形物ＯＢを造形する。
【００４３】
つまり、制御部５００は、造形する三次元造形物ＯＢの部位に応じて、第１状態または第２状態に切替える。尚、第１ノズル６５および第２ノズル６６の移動スピードに応じて、吐出される造形材料の流量を調節してもよい。例えば、造形パスの直線部分については、弁機構７０を制御して造形材料の流量を多くし、造形パスの屈曲部分については、造形材料の流量を少なくすることで、積層される造形材料の厚みを均一化できる。
【００４４】
ステップＳ１４０またはステップＳ１５０の後、制御部５００は、ステップＳ１６０にて、三次元造形物ＯＢの造形が完了したか否かを判定する。制御部５００は、例えば、ステップＳ１１０にて取得した造形パスデータを用いて、三次元造形物ＯＢの造形が完了したか否かを判定できる。ステップＳ１６０にて、三次元造形物ＯＢの造形が完了したと判断されなかった場合、制御部５００は、ステップＳ１３０の処理に戻り、三次元造形物ＯＢの造形を継続する。制御部５００は、例えば、三次元造形物ＯＢの１層目の外観形状の造形を行った後に、１層目の内部形状の造形を行う。制御部５００は、三次元造形物ＯＢの１層目を造形した後、１層目の上に２層目を造形する。尚、制御部５００は、外観形状を複数層に亘って造形した後、内部形状を複数層に亘って造形してもよい。このようにして、制御部５００は、造形材料を積層させることによって、三次元造形物ＯＢを造形していく。一方、ステップＳ１６０にて、三次元造形物ＯＢの造形が完了したと判断された場合、制御部５００は、この処理を終了する。
【００４５】
図１０は、初期位置における各ノズル６５，６６と造形テーブル３００との距離を示す説明図である。初期位置とは、吐出ユニット２００が造形テーブル３００に対して傾斜していない吐出ユニット２００の回転位置のことを意味する。初期位置では、第１ノズル６５の中心軸ＣＬ１、および、第２ノズル６６の中心軸ＣＬ２が造形テーブル３００に対して傾斜している。初期位置における、第１ノズル６５の中心軸ＣＬ１の造形テーブル３００に対する傾斜角と、第２ノズル６６の中心軸ＣＬ２の造形テーブル３００に対する傾斜角とが同じになるように、初期位置が設定されている。初期位置における、第１ノズル６５と造形テーブル３００との距離Ｈ１ａと、第２ノズル６６と造形テーブル３００との距離Ｈ２ａとは同じである。初期位置では、吐出ユニット２００は、第１ノズル６５から造形材料が吐出されず、かつ、第２ノズル６６から造形材料が吐出されない第３状態にされている。
【００４６】
図１１は、第１状態における各ノズル６５，６６と造形テーブル３００との距離を示す説明図である。図９のステップＳ１４０で、第１状態に切替えられる際に、制御部５００は、傾斜機構２５０を駆動することによって、第１ノズル６５が初期位置よりも造形テーブル３００に近接し、第２ノズル６６が初期位置よりも造形テーブル３００から離間するように、吐出ユニット２００を造形テーブル３００に対して傾斜させる。本実施形態では、制御部５００は、第１状態において、第１ノズル６５の中心軸ＣＬ１が造形テーブル３００に対して垂直になるように、吐出ユニット２００を造形テーブル３００に対して傾斜させる。そのため、第１状態では、第１ノズル６５と造形テーブル３００との距離Ｈ１ｂは、第２ノズル６６と造形テーブル３００との距離Ｈ２ｂよりも小さい。
【００４７】
図１２は、第２状態における各ノズル６５，６６と造形テーブル３００との距離を示す説明図である。図９のステップＳ１５０で、第２状態に切替えられる際に、制御部５００は、傾斜機構２５０を駆動することによって、第１ノズル６５が初期位置よりも造形テーブル３００から離間し、第２ノズル６６が初期位置よりも造形テーブル３００に近接するように、吐出ユニット２００を造形テーブル３００に対して傾斜させる。本実施形態では、制御部５００は、第２状態において、第２ノズル６６の中心軸ＣＬ２が造形テーブル３００に対して垂直になるように、吐出ユニット２００を造形テーブル３００に対して傾斜させる。そのため、第２状態では、第１ノズル６５と造形テーブル３００との距離Ｈ１ｃは、第２ノズル６６と造形テーブル３００との距離Ｈ２ｃよりも大きい。
【００４８】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００によれば、制御部５００は、傾斜機構２５０を駆動して吐出ユニット２００を造形テーブル３００に対して傾斜させることによって、第１状態においては、造形材料を吐出する第１ノズル６５を造形テーブル３００に近接させるとともに、造形材料の吐出を休止する第２ノズル６６を造形テーブル３００から離間させる。そのため、第１ノズル６５から造形材料を吐出して三次元造形物ＯＢを造形中に、造形材料の吐出を休止中の第２ノズル６６が三次元造形物ＯＢに干渉することを抑制できる。また、第２状態においては、造形材料を吐出する第２ノズル６６を造形テーブル３００に近接させるとともに、造形材料の吐出を休止する第１ノズル６５を造形テーブル３００から離間させる。そのため、第２ノズル６６から造形材料を吐出して三次元造形物ＯＢを造形中に、造形材料の吐出を休止中の第１ノズル６５が三次元造形物ＯＢに干渉することを抑制できる。
【００４９】
また、本実施形態では、第２ノズルのノズル径Ｄｎ２の方が第１ノズルのノズル径Ｄｎ１の方が大きいので、造形精度が求められる三次元造形物ＯＢの部位を造形する際には、小径の第１ノズル６５を用いて造形し、造形速度が求められる三次元造形物ＯＢの部位を造形する際には、大径の第２ノズル６６を用いて造形できる。そのため、ノズル径の異なる第１ノズル６５と第２ノズル６６とを用途に応じて使い分けて造形できるので、造形精度の向上と造形速度の向上との両立を図ることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、造形精度が求められる三次元造形物ＯＢの外観形状を造形する際には、小径の第１ノズル６５を用いて造形し、造形精度よりも造形速度が求められる三次元造形物ＯＢの内部形状を造形する際には、大径の第２ノズル６６を用いて造形するように、制御部５００によって制御される。そのため、造形精度の向上と造形速度の向上とを両立できる。
【００５１】
また、本実施形態では、第１ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させる際に、第１吸引部８０によって、第１分岐流路６３内の造形材料を吸引できるため、造形材料の吐出を停止した第１ノズル６５からの造形材料の漏出を抑制できる。また、第２ノズル６６からの造形材料の吐出を停止させる際に、第２吸引部８５によって、第２分岐流路６４内の造形材料を吸引できるため、造形材料の吐出を停止した第２ノズル６６からの造形材料の漏出を抑制できる。そのため、第１ノズル６５と第２ノズル６６とのうち、造形材料の吐出を休止するノズルからの造形材料の漏出を抑制できる。
【００５２】
また、本実施形態では、小型なフラットスクリュー４０を用いて造形材料を生成するため、溶融部３０を小型化できる。そのため、三次元造形装置１００を小型化できる。
【００５３】
尚、本実施形態では、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられたが、吐出ユニット２００において用いられる材料としては、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として三次元造形物を造形する材料を採用することもできる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料には、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。
【００５４】
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、溶融部３０において、当該材料が可塑化することによって造形材料が生成される。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。
【００５５】
熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記のいずれか一つまたは２以上を組み合わせた熱可塑性樹脂材料を用いることができる。
＜熱可塑性樹脂材料の例＞
ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ乳酸樹脂（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、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、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。
【００５６】
熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、溶融部３０において、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。また、そのように生成された造形材料は、第１ノズル孔６７または第２ノズル孔６８から吐出された後、温度の低下によって硬化する。
【００５７】
熱可塑性を有する材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態で第１ノズル孔６７および第２ノズル孔６８から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳ樹脂は、ガラス転移点が約１２０℃であり、第１ノズル孔６７および第２ノズル孔６８からの射出時には約２００℃であることが望ましい。このように高温の状態で造形材料を射出するために、第１ノズル孔６７および第２ノズル孔６８の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
【００５８】
吐出ユニット２００では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、溶融部３０に投入されることが望ましい。
＜金属材料の例＞
マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単一の金属、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金。
＜合金の例＞
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。
【００５９】
吐出ユニット２００においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが使用可能である。主材料として、上述したような金属材料やセラミック材料を用いる場合には、造形テーブル３００に配置された造形材料は、例えばレーザーの照射や温風などによる焼結によって硬化されてもよい。
【００６０】
材料供給部２０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料は、単一の金属の粉末や合金の粉末、セラミック材料の粉末を、複数種類、混合した混合材料であってもよい。また、金属材料やセラミック材料の粉末材料は、例えば、上で例示したような熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、溶融部３０において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。
【００６１】
材料供給部２０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のような溶剤を添加することもできる。溶剤は、下記の中から選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
＜溶剤の例＞
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）；ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等。
【００６２】
その他に、材料供給部２０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のようなバインダーを添加することもできる。
＜バインダーの例＞
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）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）或いはその他の熱可塑性樹脂。
【００６３】
Ｂ．第２実施形態：
図１３は、第２実施形態の三次元造形装置１００ｂの概略構成を示す説明図である。第２実施形態の三次元造形装置１００ｂは、第１吐出ユニット２００Ａと第２吐出ユニット２００Ｂとを備えていることが第１実施形態と異なる。第１吐出ユニット２００Ａと第２吐出ユニット２００Ｂとの構成は、第１実施形態の吐出ユニット２００と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。
【００６４】
本実施形態における第１吐出ユニット２００Ａは、吐出部６０Ａの構成が第１実施形態の吐出部６０と異なる。本実施形態における吐出部６０Ａには、供給流路６１Ａと、ノズル６５Ａと、流量調整機構７５Ａと、吸引部８０Ａと、ノズルヒーター９１Ａとが設けられている。ノズル６５Ａは、供給流路６１Ａに連通する。溶融部３０Ａにて生成された造形材料は、供給流路６１Ａを介して、ノズル６５Ａに供給される。供給流路６１Ａには、上流側から、流量調整機構７５Ａと、吸引部８０Ａとが設けられている。流量調整機構７５Ａは、供給流路６１Ａの流路抵抗を変化させることによって、ノズル６５Ａに供給される造形材料の流量を調整する。流量調整機構７５Ａは、ノズル６５Ａからの造形材料の吐出の開始および停止を切替えることができる。本実施形態では、流量調整機構７５Ａは、バタフライバルブによって構成されている。流量調整機構７５Ａは、制御部５００の制御下で駆動する。吸引部８０Ａの構成は、第１実施形態の第１吸引部８０と同じである。ノズルヒーター９１Ａの構成は、第１実施形態の第１ノズルヒーター９１と同じである。尚、本実施形態における吐出部６０Ａには、第１実施形態の吐出部６０における第２ノズル６６と、接続部６２と、第１分岐流路６３と、第２分岐流路６４と、弁機構７０と、第２吸引部８５とが設けられていない。
【００６５】
本実施形態における第２吐出ユニット２００Ｂは、吐出部６０Ｂの構成が第１実施形態の吐出部６０と異なる。本実施形態における吐出部６０Ｂには、供給流路６１Ｂと、ノズル６５Ｂと、流量調整機構７５Ｂと、吸引部８０Ｂと、ノズルヒーター９１Ｂとが設けられている。ノズル６５Ｂは、供給流路６１Ｂに連通する。溶融部３０Ｂにて生成された造形材料は、供給流路６１Ｂを介して、ノズル６５Ｂに供給される。供給流路６１Ｂには、上流側から、流量調整機構７５Ｂと、吸引部８０Ｂとが設けられている。流量調整機構７５Ｂは、供給流路６１Ｂの流路抵抗を変化させることによって、ノズル６５Ｂに供給される造形材料の流量を調整する。流量調整機構７５Ｂは、ノズル６５Ｂからの造形材料の吐出の開始および停止を切替えることができる。本実施形態では、流量調整機構７５Ｂは、バタフライバルブによって構成されている。流量調整機構７５Ｂは、制御部５００の制御下で駆動する。吸引部８０Ｂの構成は、第１実施形態の第１吸引部８０と同じである。ノズルヒーター９１Ｂの構成は、第１実施形態の第１ノズルヒーター９１と同じである。尚、本実施形態における吐出部６０Ｂには、第１実施形態の吐出部６０における第２ノズル６６と、接続部６２と、第１分岐流路６３と、第２分岐流路６４と、弁機構７０と、第２吸引部８５とが設けられていない。
【００６６】
本実施形態では、ノズル６５Ｂのノズル径Ｄｎ４は、ノズル６５Ａのノズル径Ｄｎ３よりも大きい。第１吐出ユニット２００Ａおよび第２吐出ユニット２００Ｂは、それぞれ、ノズル６５Ａ，６５Ｂから、三次元造形物ＯＢを形成する造形材料を吐出する。尚、ノズル６５Ａのノズル径Ｄｎ３と、ノズル６５Ｂのノズル径Ｄｎ４とが同じであってもよい。この場合、例えば、第１吐出ユニット２００Ａは、ノズル６５Ａから、三次元造形物ＯＢを形成する造形材料を吐出し、第２吐出ユニット２００Ｂは、ノズル６５Ｂから、三次元造形物ＯＢの造形に用いられるサポート材を吐出してもよい。サポート材とは、造形中の三次元造形物の形状を保持するための部材であり、造形の終了後に除去される部材のことを意味する。
【００６７】
本実施形態における傾斜機構２５０ｂは、第１吐出ユニット２００Ａと第２吐出ユニット２００Ｂとを、それぞれ独立に、造形テーブル３００に対して傾斜させる。本実施形態では、傾斜機構２５０ｂは、第１吐出ユニット２００Ａと第２吐出ユニット２００Ｂとを支持している。傾斜機構２５０ｂは、Ｙ軸に平行な軸を中心として第１吐出ユニット２００Ａを回転させることによって、第１吐出ユニット２００Ａを造形テーブル３００に対して傾斜させ、Ｙ軸に平行な軸を中心として第２吐出ユニット２００Ｂを回転させることによって、第２吐出ユニット２００Ｂを造形テーブル３００に対して傾斜させる。傾斜機構２５０ｂは、モーターの駆動力によって、第１吐出ユニット２００Ａと第２吐出ユニット２００Ｂとを、それぞれ独立に回転させる。各モーターは、制御部５００の制御下にて駆動する。
【００６８】
図１３に表したように、本実施形態では、第１吐出ユニット２００Ａが初期位置にされ、かつ、第２吐出ユニット２００Ｂが初期位置にされた状態において、第１吐出ユニット２００Ａのノズル６５Ａと、第２吐出ユニット２００Ｂのノズル６５Ｂとが、造形テーブル３００に向かうにつれて、相互に離間する向きに配置されている。第１吐出ユニット２００Ａの初期位置では、ノズル６５Ａの中心軸ＣＬ３が造形テーブル３００に対して傾斜している。第２吐出ユニット２００Ｂの初期位置では、ノズル６５Ｂの中心軸ＣＬ４が造形テーブル３００に対して傾斜している。第１吐出ユニット２００Ａの初期位置における、ノズル６５Ａの中心軸ＣＬ３の造形テーブル３００に対する傾斜角と、第２吐出ユニット２００Ｂの初期位置における、ノズル６５Ｂの中心軸ＣＬ４の造形テーブル３００に対する傾斜角とが同じになるように、それぞれの初期位置が設定されている。第１吐出ユニット２００Ａの初期位置における、ノズル６５Ａと造形テーブル３００との距離Ｈ３ａと、第２吐出ユニット２００Ｂの初期位置における、ノズル６５Ｂと造形テーブル３００との距離Ｈ４ａとは同じである。
【００６９】
図１４は、本実施形態における各ノズル６５Ａ，６５Ｂと造形テーブル３００との距離の一例を示す説明図である。例えば、第１吐出ユニット２００Ａのノズル６５Ａから造形材料の吐出を開始する場合には、制御部５００は、傾斜機構２５０ｂを駆動することによって、第１吐出ユニット２００Ａを造形テーブル３００に対して傾斜させる。そのため、第１吐出ユニット２００Ａのノズル６５Ａが初期位置よりも造形テーブル３００に近接する。本実施形態では、制御部５００は、ノズル６５Ａの中心軸ＣＬ３が造形テーブル３００に対して垂直になるように、第１吐出ユニット２００Ａを造形テーブル３００に対して傾斜させる。この状態における、ノズル６５Ａと造形テーブル３００との距離Ｈ３ｂは、ノズル６５Ｂと造形テーブル３００との距離Ｈ４ａよりも小さい。
【００７０】
図示は省略するが、第１吐出ユニット２００Ａのノズル６５Ａからの造形材料の吐出を停止し、第２吐出ユニット２００Ｂのノズル６５Ｂから造形材料の吐出を開始する場合には、制御部５００は、傾斜機構２５０ｂを駆動することによって、第１吐出ユニット２００Ａを初期位置に戻し、第２吐出ユニット２００Ｂを造形テーブル３００に対して傾斜させる。そのため、第１吐出ユニット２００Ａのノズル６５Ａが造形テーブル３００から離間し、第２吐出ユニット２００Ｂのノズル６５Ｂが造形テーブル３００に近接する。本実施形態では、制御部５００は、ノズル６５Ｂの中心軸ＣＬ４が造形テーブル３００に対して垂直になるように、第２吐出ユニット２００Ｂを造形テーブル３００に対して傾斜させる。
【００７１】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｂによれば、制御部５００は、傾斜機構２５０ｂを駆動して第１吐出ユニット２００Ａまたは第２吐出ユニット２００Ｂを造形テーブル３００に対して傾斜させることによって、第１吐出ユニット２００Ａのノズル６５Ａと、第２吐出ユニット２００Ｂのノズル６５Ｂとのうち、造形材料を吐出するノズルを造形テーブル３００に近接させるとともに、造形材料の吐出を休止するノズルを造形テーブル３００から離間させる。そのため、第１吐出ユニット２００Ａのノズル６５Ａと、第２吐出ユニット２００Ｂのノズル６５Ｂとのうち、いずれか一方のノズルから造形材料を吐出して三次元造形物ＯＢを造形中に、造形材料の吐出を休止中の他方のノズルが三次元造形物ＯＢに干渉することを抑制できる。
【００７２】
Ｃ．第３実施形態：
図１５は、第３実施形態の三次元造形装置１００ｃの概略構成を示す説明図である。第３実施形態の三次元造形装置１００ｃは、第１吐出ユニット２００Ｃと第２吐出ユニット２００Ｄとを備えていることが第１実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。
【００７３】
第１吐出ユニット２００Ｃおよび第２吐出ユニット２００Ｄの構成は、第１実施形態の吐出ユニット２００と同じである。そのため、第１吐出ユニット２００Ｃは、第１ノズル６５Ｃと第２ノズル６６Ｃとを備えている。第１吐出ユニット２００Ｃにおいて、第１ノズル６５Ｃの中心軸ＣＬ５と第２ノズル６６Ｃの中心軸ＣＬ６とが、造形テーブル３００に向かうにつれて相互に離間する向きに配置されている。第２吐出ユニット２００Ｄは、第１ノズル６５Ｄと第２ノズル６６Ｄとを備えている。第２吐出ユニット２００Ｄにおいて、第１ノズル６５Ｄの中心軸ＣＬ７と第２ノズル６６Ｄの中心軸ＣＬ８とが、造形テーブル３００に向かうにつれて相互に離間する向きに配置されている。尚、第１吐出ユニット２００Ｃが有する第１ノズル６５Ｃのノズル径Ｄｎ５、および、第２ノズル６６Ｃのノズル径Ｄｎ６と、第２吐出ユニット２００Ｄが有する第１ノズル６５Ｄのノズル径Ｄｎ７、および、第２ノズル６６Ｄのノズル径Ｄｎ８とは、それぞれ異なってもよいし、全て同じであってもよい。
【００７４】
本実施形態では、第１吐出ユニット２００Ｃは、第１ノズル６５Ｃおよび第２ノズル６６Ｃから、三次元造形物ＯＢを形成する造形材料を吐出する。第２吐出ユニット２００Ｄは、第１ノズル６５Ｄおよび第２ノズル６６Ｄから、三次元造形物ＯＢの造形に用いられるサポート材を吐出する。尚、第１吐出ユニット２００Ｃと第２吐出ユニット２００Ｄとの両方が、第１ノズル６５Ｃ，６５Ｄおよび第２ノズル６６Ｃ，６６Ｄから、三次元造形物ＯＢを形成する造形材料を吐出してもよい。
【００７５】
本実施形態における傾斜機構２５０ｃは、第１吐出ユニット２００Ｃと第２吐出ユニット２００Ｄとを造形テーブル３００に対して傾斜させる。本実施形態では、傾斜機構２５０ｃは、第１吐出ユニット２００Ｃと第２吐出ユニット２００Ｄとを支持している。傾斜機構２５０ｃは、Ｙ軸に平行な軸を中心として第１吐出ユニット２００Ｃを回転させることによって、第１吐出ユニット２００Ｃを造形テーブル３００に対して傾斜させる。傾斜機構２５０ｃは、Ｙ軸に平行な軸を中心として第２吐出ユニット２００Ｄを回転させることによって、第２吐出ユニット２００Ｄを造形テーブル３００に対して傾斜させる。傾斜機構２５０は、モーターの駆動力によって、第１吐出ユニット２００Ｃと第２吐出ユニット２００Ｄとを、それぞれ独立に回転させる。各モーターは、制御部５００の制御下にて駆動する。
【００７６】
図１５に表したように、第１吐出ユニット２００Ｃの初期位置における、第１ノズル６５Ｃと造形テーブル３００との距離Ｈ５ａと、第２ノズル６６Ｃと造形テーブル３００との距離Ｈ６ａと、第２吐出ユニット２００Ｄの初期位置における、第１ノズル６５Ｄと造形テーブル３００との距離Ｈ７ａと、第２ノズル６６Ｄと造形テーブル３００との距離Ｈ８ａとは同じである。
【００７７】
図１６は、本実施形態における各ノズル６５Ｃ，６６Ｃ，６５Ｄ，６６Ｄと造形テーブル３００との距離の一例を示す説明図である。図１６には、第１吐出ユニット２００Ｃが傾斜され、第２吐出ユニット２００Ｄが初期位置にされた状態を表している。例えば、第１吐出ユニット２００Ｃの第１ノズル６５Ｃから造形材料を吐出する場合には、第１吐出ユニット２００Ｃが第１状態に切替えられる際に、制御部５００は、傾斜機構２５０ｃを駆動することによって、第１吐出ユニット２００Ｃの第１ノズル６５Ｃが初期位置よりも造形テーブル３００に近接し、第２ノズル６６Ｃが初期位置よりも造形テーブル３００から離間するように、第１吐出ユニット２００Ｃを造形テーブル３００に対して傾斜させる。第１吐出ユニット２００Ｃは、第１ノズル６５Ｃの中心軸ＣＬ５が造形テーブル３００に対して垂直になるように、傾斜機構２５０ｃによって傾斜させられる。尚、この際には、第２吐出ユニット２００Ｄは、初期位置に保たれており、第１ノズル６５Ｄおよび第２ノズル６６Ｄからのサポート材の吐出を休止している。この状態における、第１吐出ユニット２００Ｃの第１ノズル６５Ｃと造形テーブル３００との距離Ｈ５ｂは、第１吐出ユニット２００Ｃの第２ノズル６６Ｃと造形テーブル３００との距離Ｈ６ｂや、第２吐出ユニット２００Ｄの第１ノズル６５Ｄと造形テーブル３００との距離Ｈ７ａや、第２吐出ユニット２００Ｄの第２ノズル６６Ｄと造形テーブル３００との距離Ｈ８ａよりも小さい。
【００７８】
図示は省略するが、第１吐出ユニット２００Ｃの第２ノズル６６Ｃから造形材料を吐出する場合には、第１吐出ユニット２００Ｃが第２状態に切替えられる際に、制御部５００は、傾斜機構２５０ｃを駆動することによって、第１吐出ユニット２００Ｃの第１ノズル６５Ｃが初期位置よりも造形テーブル３００から離間し、第２ノズル６６Ｃが初期位置よりも造形テーブル３００に近接するように、第１吐出ユニット２００Ｃを造形テーブル３００に対して傾斜させる。第１吐出ユニット２００Ｃは、第２ノズル６６Ｃの中心軸ＣＬ６が造形テーブル３００に対して垂直になるように、傾斜機構２５０ｃによって傾斜させられる。尚、この際には、第２吐出ユニット２００Ｄは、初期位置に保たれており、第１ノズル６５Ｄおよび第２ノズル６６Ｄからのサポート材の吐出を休止している。
【００７９】
第２吐出ユニット２００Ｄの第１ノズル６５Ｄからサポート材を吐出する場合には、第２吐出ユニット２００Ｄが第１状態に切替えられる際に、制御部５００は、傾斜機構２５０ｃを駆動することによって、第２吐出ユニット２００Ｄの第１ノズル６５Ｄが初期位置よりも造形テーブル３００に近接し、第２ノズル６６Ｄが初期位置よりも造形テーブル３００から離間するように、第２吐出ユニット２００Ｄを造形テーブル３００に対して傾斜させる。第２吐出ユニット２００Ｄは、第１ノズル６５Ｄの中心軸ＣＬ７が造形テーブル３００に対して垂直になるように、傾斜機構２５０ｃによって傾斜させられる。尚、この際には、第１吐出ユニット２００Ｃは、初期位置に保たれており、第１吐出ユニット２００Ｃは、第１ノズル６５Ｃおよび第２ノズル６６Ｃからの造形材料の吐出を休止している。
【００８０】
第２吐出ユニット２００Ｄの第２ノズル６６Ｄからサポート材を吐出する場合には、第２吐出ユニット２００Ｄが第２状態に切替えられる際に、制御部５００は、傾斜機構２５０ｃを駆動することによって、第２吐出ユニット２００Ｄの第１ノズル６５Ｄが初期位置よりも造形テーブル３００から離間し、第２ノズル６６Ｄが初期位置よりも造形テーブル３００に近接するように、第２吐出ユニット２００Ｄを造形テーブル３００に対して傾斜させる。第２吐出ユニット２００Ｄは、第２ノズル６６Ｄの中心軸ＣＬ８が造形テーブル３００に対して垂直になるように、傾斜機構２５０ｃによって傾斜させられる。尚、この際には、第１吐出ユニット２００Ｃは、初期位置に保たれており、第１吐出ユニット２００Ｃは、第１ノズル６５Ｃおよび第２ノズル６６Ｃからの造形材料の吐出を休止している。
【００８１】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｃによれば、制御部５００は、傾斜機構２５０ｃを駆動して、第１吐出ユニット２００Ｃと第２吐出ユニット２００Ｄとのうち、造形材料やサポート材を吐出するノズルを有する方を造形テーブル３００に対して傾斜させることによって、第１吐出ユニット２００Ｃの第１ノズル６５Ｃおよび第２ノズル６６Ｃと、第２吐出ユニット２００Ｄの第１ノズル６５Ｄおよび第２ノズル６６Ｄとのうち、造形材料を吐出するいずれか一つのノズルを造形テーブル３００に近接させるとともに、造形材料の吐出を休止するその他のノズルを造形テーブル３００から離間させる。そのため、第１吐出ユニット２００Ｃの第１ノズル６５Ｃおよび第２ノズル６６Ｃと、第２吐出ユニット２００Ｄの第１ノズル６５Ｄおよび第２ノズル６６Ｄとのうち、いずれか一つのノズルから造形材料を吐出して三次元造形物ＯＢを造形中に、造形材料の吐出を休止中のその他のノズルが三次元造形物ＯＢに干渉することを抑制できる。
【００８２】
Ｄ．他の実施形態：
（Ｄ１）上述した第１実施形態の三次元造形装置１００では、第２ノズル６６のノズル径Ｄｎ２は、第１ノズル６５のノズル径Ｄｎ１よりも大きい。これに対して、第１ノズル６５のノズル径Ｄｎ１と、第２ノズル６６のノズル径Ｄｎ２とが同じであってもよい。この場合、例えば、第１ノズル６５を用いて三次元造形物ＯＢを造形中に、第１ノズル６５が造形材料の吐出不良を起こした場合に、第１状態から第２状態に切替えることによって、第２ノズル６６を用いて三次元造形物ＯＢの造形を継続できるため、生産性の低下を抑制できる。
【００８３】
（Ｄ２）上述した第１実施形態の三次元造形装置１００では、第１ノズル６５の第１ノズル孔６７の形状、および、第２ノズル６６の第２ノズル孔６８の形状は円形である。これに対して、第１ノズル孔６７の形状と、第２ノズル孔６８の形状とが異なってもよい。例えば、第１ノズル孔６７が円形であり、第２ノズル孔６８の形状が正方形であってもよい。ノズル孔の形状が正方形の場合、正方形の対角線の長さがノズル径となる。例えば、第１ノズル６５の第１ノズル孔６７の形状が円形であり、第２ノズル６６の第２ノズル孔６８の形状が正方形であり、第１ノズル６５のノズル径Ｄｎ１と、第２ノズル６６のノズル径Ｄｎ２とが同じである場合、第２ノズル６６から吐出される造形材料の密度を、第１ノズル６５から吐出される造形材料の密度よりも高めることができる。
【００８４】
（Ｄ３）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂ，１００ｃでは、吐出ユニット２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄには、吸引部８０，８５のプランジャー８２，８７と連動して動作する位置決めピンが設けられ、傾斜機構２５０，２５０ｂ，２５０ｃには、これらの位置決めピンが嵌合する位置決め穴が設けられてもよい。位置決めピンは、プランジャー駆動部８３，８８によって駆動する。プランジャー８２，８７が流路から遠ざかる方向に移動すると、プランジャー８２，８７に連動して位置決めピンが、位置決め穴に嵌合し、吐出ユニット２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄの回転が固定される。一方、プランジャー８２，８７が流路に近付く方向に移動すると、プランジャー８２，８７に連動して位置決めピンが、位置決め穴から離脱し、吐出ユニット２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄが回転可能になる。この場合、吐出ユニット２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄの回転位置がずれることを抑制できる。
【００８５】
Ｅ．他の形態：
本開示は、上述した実施形態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形態で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示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。
【００８６】
（１）本開示の第１の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、造形材料を吐出する吐出機構と、前記吐出機構から吐出された前記造形材料が積層されるテーブルと、前記吐出機構を前記テーブルに対して傾斜させる傾斜機構と、前記吐出機構および前記傾斜機構を制御する制御部と、を備える。前記吐出機構は、材料を溶融させて前記造形材料とする溶融部と、前記溶融部から供給された前記造形材料が流通する供給流路と、前記供給流路から前記造形材料が供給される第１分岐流路および第２分岐流路と、前記供給流路と、前記第１分岐流路および前記第２分岐流路と、を接続する接続部と、前記第１分岐流路に連通する第１ノズル、および、前記第２分岐流路に連通する第２ノズルと、前記接続部に設けられた弁機構と、を有し、前記第１ノズルおよび前記第２ノズルは、前記テーブルに向かうにつれて前記第１ノズルの中心軸と前記第２ノズルの中心軸とが相互に離間する向きに配置され、前記制御部は、前記吐出機構の前記弁機構を制御することによって、前記供給流路と前記第１分岐流路との間が連通し、かつ、前記供給流路と前記第２分岐流路との間が遮断された第１状態と、前記供給流路と前記第２分岐流路との間が連通し、かつ、前記供給流路と前記第１分岐流路との間が遮断された第２状態と、に切替え、前記制御部は、前記傾斜機構を制御することによって、前記第１状態においては、前記第１ノズルを前記第２ノズルよりも前記テーブルに近接させ、前記第２状態においては、前記第２ノズルを前記第１ノズルよりも前記テーブルに近接させる。
この形態の三次元造形装置によれば、傾斜機構が吐出機構を傾斜させることによって、第１ノズルと第２ノズルとのうち、造形材料を吐出するノズルがテーブルに近接するとともに、造形材料の吐出を休止するノズルがテーブルから離間する。そのため、造形材料の吐出を休止中のノズルが造形中の三次元造形物に干渉することを抑制できる。
【００８７】
（２）上記形態の三次元造形装置において、前記第２ノズルのノズル径は、前記第１ノズルのノズル径よりも大きくてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、造形精度が求められる部位を造形する際には、小径の第１ノズルを用いて造形し、造形速度が求められる部位を造形する際には、大径の第２ノズルを用いて造形できる。そのため、ノズル径の異なる第１ノズルと第２ノズルとを用途に応じて使い分けて造形できるので、造形精度の向上と造形速度の向上との両立を図ることができる。
【００８８】
（３）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、三次元造形物の外観形状を造形する場合には、前記第１状態にて造形し、前記三次元造形物の内部形状を造形する場合には、前記第２状態にて造形してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、造形精度が求められる外観形状を造形する際には、小径の第１ノズルを用いて造形し、造形精度よりも造形速度が求められる内部形状を造形する際には、大径の第２ノズルを用いて造形するように、制御部によって制御される。そのため、造形精度の向上と造形速度の向上とを両立できる。
【００８９】
（４）上記形態の三次元造形装置は、前記第１分岐流路に接続され、前記第１分岐流路内の前記造形材料を吸引可能に構成された第１吸引部と、前記第２分岐流路に接続され、前記第２分岐流路内の前記造形材料を吸引可能に構成された第２吸引部と、を備えてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、第１吸引部によって、第１分岐流路内の造形材料を吸引できるため、第１ノズルからの造形材料の漏出を抑制できる。また、第２吸引部によって、第２分岐流路内の造形材料を吸引できるため、第２ノズルからの造形材料の漏出を抑制できる。そのため、第１ノズルと第２ノズルとのうち、造形材料の吐出を休止中のノズルからの造形材料の漏出を抑制できる。
【００９０】
（５）上記形態の三次元造形装置において、前記溶融部は、溝が形成された溝形成面を有するフラットスクリューと、前記フラットスクリューの前記溝形成面に対向し、前記供給流路に連通する連通孔が形成された対向面、および、加熱部を有するバレルを備え、前記溶融部は、前記フラットスクリューの回転、および、前記加熱部による加熱によって、前記材料を溶融させて前記造形材料を生成し、前記連通孔から前記供給流路に前記造形材料を供給してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、小型なフラットスクリューによって造形材料を生成するため、三次元造形装置を小型化できる。
【００９１】
（６）本開示の第２の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、造形材料を吐出する第１吐出機構および第２吐出機構と、前記第１吐出機構および前記第２吐出機構から吐出された前記造形材料が積層されるテーブルと、前記第１吐出機構および前記第２吐出機構のそれぞれを前記テーブルに対して傾斜させる傾斜機構と、前記第１吐出機構と前記第２吐出機構と前記傾斜機構とを制御する制御部と、を備える。前記第１吐出機構および前記第２吐出機構は、それぞれ、材料を溶融させて前記造形材料とする溶融部と、前記溶融部から供給された前記造形材料が流通する供給流路と、前記供給流路に連通するノズルと、前記供給流路に設けられ、前記ノズルに供給される前記造形材料の流量を調整する流量調整機構と、を有し、前記制御部は、前記流量調整機構を制御することによって、前記第１吐出機構と前記第２吐出機構とのいずれか一方から前記造形材料を吐出させ、前記制御部は、前記傾斜機構を制御することによって、前記第１吐出機構から前記造形材料を吐出させ、かつ、前記第２吐出機構から前記造形材料を吐出させない場合には、前記第１吐出機構の前記ノズルを前記第２吐出機構の前記ノズルよりも前記テーブルに近接させ、前記第２吐出機構から前記造形材料を吐出させ、かつ、前記第１吐出機構から前記造形材料を吐出させない場合には、前記第２吐出機構の前記ノズルを前記第１吐出機構の前記ノズルよりも前記テーブルに近接させる。
この形態の三次元造形装置によれば、傾斜機構が第１吐出機構と第２吐出機構とのうち、造形材料を吐出するノズルを有する方を傾斜させることによって、第１吐出機構のノズルと、第２吐出機構のノズルとのうち、造形材料を吐出するノズルが、造形材料の吐出を休止中のノズルよりもテーブルに近接する。そのため、造形材料の吐出を休止中のノズルが造形中の三次元造形物に干渉することを抑制できる。
【００９２】
本開示は、三次元造形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、三次元造形装置の制御方法、三次元造形物の製造方法等の形態で実現することができる。
【符号の説明】
【００９３】
２０…材料供給部、２２…供給路、３０…溶融部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４１…上面、４２…溝形成面、４３…側面、４５…溝部、４６…中央部、４７…渦状部、４８…材料導入部、５０…バレル、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…供給流路、６２…接続部、６３…第１分岐流路、６４…第２分岐流路、６５…第１ノズル、６６…第２ノズル、６７…第１ノズル孔、６８…第２ノズル孔、７０…弁機構、７１…弁部、７２…流通路、７３…操作部、７５…流量調整機構、８０…第１吸引部、８１…第１シリンダー、８２…第１プランジャー、８３…第１プランジャー駆動部、８５…第２吸引部、８６…第２シリンダー、８７…第２プランジャー、８８…第２プランジャー駆動部、９１…第１ノズルヒーター、９２…第２ノズルヒーター、１００，１００ｂ，１００ｃ…三次元造形装置、２００…吐出ユニット、２００Ａ，２００Ｃ…第１吐出ユニット、２００Ｂ，２００Ｄ…第２吐出ユニット、２５０，２５０ｂ，２５０ｃ…傾斜機構、３００…造形テーブル、４００…移動機構、５００…制御部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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