(57)【要約】【課題】造形槽に残存する粉末材料を容易に供給槽に戻すこと。【解決手段】制御装置８８は、三次元造形物９２の造形が完了した後、造形槽２０に配置された第１テーブル２４を上昇させかつ供給槽３０に配置された第２テーブル３４を下降させかつ本体部１０に対して敷詰め部材５０を支持する支持部材７０を走査方向Ｘの下流側から上流側へと相対的に移動させて、敷詰め部材５０によって第１テーブル２４に載置された粉末材料９０を供給槽３０の貯留空間３０Ａに戻す。【選択図】図６
2020082488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これを順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
造形された前記三次元造形物が収容される本体部と、
前記粉末材料が収容されかつ前記三次元造形物が造形される造形空間を有し、前記本体部に設けられた造形槽と、
前記造形槽に配置され、前記粉末材料が載置される第１テーブルと、
前記造形槽に配置され、前記第１テーブルを上昇および下降させる第１昇降装置と、
前記造形槽に対して第１方向の一方側に位置するように前記本体部に設けられ、前記造形槽に供給される前記粉末材料が貯留される貯留空間を有する供給槽と、
前記供給槽に配置され、前記粉末材料が載置される第２テーブルと、
前記供給槽に配置され、前記第２テーブルを上昇および下降させる第２昇降装置と、
前記第２テーブルに載置された前記粉末材料を前記造形槽に搬送しかつ前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰める敷詰め部材と、
前記敷詰め部材を支持する支持部材と、
前記造形空間に収容された前記粉末材料に硬化液を吐出する吐出ヘッドと、
前記本体部および前記支持部材のいずれか一方を他方に対して前記第１方向に相対的に移動させる移動機構と、
前記第１昇降装置、前記第２昇降装置、前記吐出ヘッドおよび前記移動機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記三次元造形物の造形が完了した後、前記第１テーブルを上昇させかつ前記第２テーブルを下降させかつ前記本体部に対して前記支持部材を前記第１方向の他方側から前記一方側へと相対的に移動させて、前記敷詰め部材によって前記第１テーブルに載置された前記粉末材料を前記供給槽の前記貯留空間に戻す、三次元造形装置。
【請求項２】
前記第１方向と平面視で直交する第２方向および上下方向に延び、前記粉末材料を搬送可能な板部材を備え、
前記支持部材は、前記敷詰め部材よりも前記第１方向の前記一方側に配置された前記吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドよりも前記第１方向の前記一方側に配置された前記板部材とを支持し、
前記板部材の下端は、前記敷詰め部材の下端より上方かつ前記敷詰め部材の上端より下方に位置し、
前記第１テーブルに載置された前記粉末材料は、前記敷詰め部材および前記板部材によって前記供給槽の前記貯留空間に戻される、請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記本体部に対して前記支持部材を前記第１方向の前記他方側から前記一方側へと相対的に移動させるときの１回当たりの前記第１テーブルの上方への移動量は、前記板部材の上下方向の長さより小さい、請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記本体部に対して前記支持部材を前記第１方向の前記他方側から前記一方側へと相対的に移動させるたびに、前記貯留空間に前記粉末材料を戻す前に前記第２テーブルを所定の量だけ下降させる、請求項２または３に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記粉末材料は、第１平均粒径を有する無機材料と、前記第１平均粒径より小さい第２平均粒径を有する水溶性の樹脂材料と、を含む、請求項４に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
前記板部材は、
前記支持部材に支持される第１部分と、
前記第１部分の前記第２方向の一方側の端部から前記第２方向の前記一方側かつ前記第１方向の前記一方側に延びる第１側壁と、
前記第１部分の前記第２方向の他方側の端部から前記第２方向の前記他方側かつ前記第１方向の前記一方側に延びる第２側壁と、を有する、請求項２から５のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
前記板部材は、
前記第２方向に延びかつ前記支持部材に支持される第１部分と、
前記第１部分の前記第２方向の一方側の端部から少なくとも前記第１方向の前記一方側に向けて伸びる第１側壁と、
前記第１部分の前記第２方向の他方側の端部から少なくとも前記第１方向の前記一方側に向けて伸びる第２側壁と、を備えている、請求項２から５のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【請求項８】
前記板部材は、
前記第１部分の上端から前記第１方向の前記一方側に延び、前記第１側壁の上端および前記第２側壁の上端に接続された上壁を備えている、請求項６または７に記載の三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、粉末材料に硬化液を吐出して所望の断面形状を有する薄い硬化層を形成し、硬化層を順次積層することによって三次元造形物を造形する方法が知られている。かかる方法で三次元造形物を造形するときには、形成された硬化層を含む粉末材料層の上に、粉末材料を供給して新しい粉末材料層を形成する。このとき新しい粉末材料層として積層されなかった余剰の粉末材料は、多くの場合、回収される。
【０００３】
例えば、特許文献１には、三次元造形物が造形される造形槽と、造形槽に粉末材料を供給する敷詰め部材（ここでは平坦化ローラ）と、余剰の粉末材料が回収される回収槽とを備えた三次元造形装置が開示されている。特許文献１に開示された回収槽は、造形槽と並んで設けられ、余剰の粉末材料を落下させる内部空間を有している。内部空間は、上方が開口している。敷詰め部材は、余剰の粉末材料を搬送し、回収槽の内部空間に落下させるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−４７５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載された三次元造形装置では、三次元造形物の造形が完了した後、造形槽には粉末材料が多く存在する。従来は、造形槽に残存する粉末材料を、ユーザがスコップを用いて供給槽に戻したり、吸引装置を用いて吸引して供給槽に戻したりしていた。
【０００６】
しかしながら、ユーザが手作業で粉末材料を供給槽に戻すのは時間および労力がかかりユーザへの負担が大きい。また、粉末材料を掘り起こしたり、粉末材料を供給槽に戻したりすることによって、粉末材料が空気中に舞ってしまうと作業者や三次元造形装置の所定の部品に悪影響がでる虞がある。吸引装置を用いて粉末材料を供給槽に戻すことにより、作業者の負担を低減することができるが、例えば、粉末材料が混合粉である場合には吸引装置によって粉末材料を吸引することによって、粉末材料の分離が促進されてしまう。分離された粉末材料を用いて三次元造形物を造形すると、三次元造形物の強度が部分的に低下してしまう虞がある。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、造形槽に残存する粉末材料を容易に供給槽に戻すことができる三次元造形装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る三次元造形装置は、粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これを順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置である。前記三次元造形装置は、造形された前記三次元造形物が収容される本体部と、前記粉末材料が収容されかつ前記三次元造形物が造形される造形空間を有し、前記本体部に設けられた造形槽と、前記造形槽に配置され、前記粉末材料が載置される第１テーブルと、前記造形槽に配置され、前記第１テーブルを上昇および下降させる第１昇降装置と、前記造形槽に対して第１方向の一方側に位置するように前記本体部に設けられ、前記造形槽に供給される前記粉末材料が貯留される貯留空間を有する供給槽と、前記供給槽に配置され、前記粉末材料が載置される第２テーブルと、前記供給槽に配置され、前記第２テーブルを上昇および下降させる第２昇降装置と、前記第２テーブルに載置された前記粉末材料を前記造形槽に搬送しかつ前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰める敷詰め部材と、前記敷詰め部材を支持する支持部材と、前記造形空間に収容された前記粉末材料に硬化液を吐出する吐出ヘッドと、前記本体部および前記支持部材のいずれか一方を他方に対して前記第１方向に相対的に移動させる移動機構と、前記第１昇降装置、前記第２昇降装置、前記吐出ヘッドおよび前記移動機構を制御する制御装置と、を備えている。前記制御装置は、前記三次元造形物の造形が完了した後、前記第１テーブルを上昇させかつ前記第２テーブルを下降させかつ前記本体部に対して前記支持部材を前記第１方向の他方側から前記一方側へと相対的に移動させて、前記敷詰め部材によって前記第１テーブルに載置された前記粉末材料を前記供給槽の前記貯留空間に戻す。
【０００９】
本発明の三次元造形装置によると、制御装置は、三次元造形物の造形が完了した後、第１昇降装置を制御して第１テーブルを上昇させる。これにより、第１テーブルに載置された粉末材料は造形空間を越えた位置に移動する。また、制御装置は、第２昇降装置を制御して第２テーブルを下降させる。これにより、供給槽の貯留空間が大きくなる。そして、制御装置は、本体部に対して支持部材を第１方向の他方側から一方側へと相対的に移動させる。このとき、支持部材に支持された敷詰め部材は、第１テーブルに載置された粉末材料を第１方向の他方側から一方側へと搬送し、粉末材料を供給槽の貯留空間に戻す。このように、三次元造形物の造形が完了した後に造形槽に残存する粉末材料は、第１テーブル、第２テーブルおよび移動機構を制御することによって、容易に供給槽に戻すことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、造形槽に残存する粉末材料を容易に供給槽に戻すことができる三次元造形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る三次元造形装置の断面図である。
【図２】一実施形態に係る三次元造形装置の平面図である。
【図３】一実施形態に係る三次元造形装置の制御系のブロック図である。
【図４】三次元造形物の造形が完了したときの状態を示す三次元造形装置の断面図である。
【図５】造形された三次元造形物が造形槽から取り出された後の状態を示す三次元造形装置の断面図である。
【図６】一実施形態に係る第１テーブルを上昇させかつ第２テーブルを下降させた後の状態を示す三次元造形装置の断面図である。
【図７】一実施形態に係る支持部材を帰り方向に移動させた後の状態を示す三次元造形装置の断面図である。
【図８】一実施形態に係る第１テーブルをさらに上昇させかつ第２テーブルをさらに下降させた後の状態を示す三次元造形装置の断面図である。
【図９】一実施形態に係る支持部材を帰り方向に移動させた後の状態を示す三次元造形装置の断面図である。
【図１０】他の一実施形態に係る板部材を示す平面図である。
【図１１】他の一実施形態に係る板部材を示す平面図である。
【図１２】他の一実施形態に係る板部材を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る三次元造形装置について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら本発明を特に限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化される。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る三次元造形装置１００の断面図である。図２は、本実施形態に係る三次元造形装置１００の平面図である。図面中の符号Ｆは、前方を示し、符号Ｒｒは、後方を示している。本実施形態では、符号Ｆの方向から三次元造形装置１００を見たときの左、右、上、下が、それぞれ三次元造形装置１００の左、右、上、下である。ここでは、図面中の符号Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ左、右、上、下を意味するものとする。本実施形態では、符号Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ前後方向、左右方向、上下方向を示している。前後方向Ｘは、走査方向Ｘであり本発明の「第１方向」に対応する。上下方向Ｚが三次元造形における硬化層９１の積層方向に一致する。また、三次元造形装置１００の後側を上流側と称し、三次元造形装置１００の前側を下流側と称する。上流側は本発明の「第１方向の一方側」に対応し、下流側は本発明の「第１方向の他方側」に対応する。また、本実施形態では、上流側から下流側へ向かう方向を行き方向Ｘ１とし、下流側から上流側へ向かう方向を帰り方向Ｘ２とする。ただし、これら方向は説明の便宜上定めた方向に過ぎず、三次元造形装置１００の設置態様を何ら限定するものではない。
【００１４】
図１に示すように、三次元造形装置１００は、粉末材料９０を硬化液で固めて硬化層９１を形成し、これを上下方向Ｚに順次一体的に積層することによって三次元造形物９２を造形する装置である。本実施形態では、三次元造形装置１００において、所望の三次元造形物９２の断面形状を示す断面画像に基づいて、粉末材料９０に硬化液を吐出し、粉末材料９０を硬化させて、断面画像に沿った硬化層９１を形成する。そして、硬化層９１を順次積層することで、所望の三次元造形物９２を造形する。
【００１５】
ここで、「断面形状」とは、造形する三次元造形物９２を所定の方向（例えば水平方向）に所定の厚み（例えば０．１ｍｍ。なお、所定の厚みは必ずしも一定の厚みに限定されない。）ごとにスライスしたときの断面の形状である。
【００１６】
粉末材料９０は、その組成や形態等は特に制限されず、無機材料、金属材料および樹脂材料等の各種の材料から構成された粉体を対象とすることができる。粉末材料９０としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の無機材料や、鉄、アルミニウム、チタンおよびこれらの合金（典型的にはステンレス鋼、チタン合金、アルミニウム合金）等の金属材料や、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、水溶性アクリル樹脂、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリアミド等の水溶性の樹脂材料や、半水石膏（α型焼石膏、β型焼石膏）、アパタイト、食塩、澱粉、プラスチック等が挙げられる。粉末材料９０は、上記いずれか１種の材料から構成されていてもよいし、２種以上が組み合わされていてもよい。例えば、粉末材料９０は、第１平均粒径Ｄ１［μｍ］を有する第１の粉体と、第２平均粒径Ｄ２［μｍ］を有する第２の粉体とを含む混合粉体である。第２平均粒径Ｄ２は、第１平均粒径Ｄ１より小さい。第１平均粒径Ｄ１は、第２平均粒径Ｄ２の５倍〜１０倍程度である。第１の粉体は、例えば、無機材料であり、第２の粉体は、例えば、水溶性の樹脂材料である。平均粒径とは、特記しない限り、レーザ散乱・回折法に基づく粒度分布測定装置に基づいて測定した粒度分布における積算値５０％での粒径、すなわち５０％体積平均粒子径を意味するものとする。
【００１７】
硬化液は、上記粉末材料９０同士を固着することが可能な材料であれば特に限定されない。例えば、硬化液としては、粉末材料９０に応じて、当該粉末材料９０を構成する粒子同士を結着させることが可能な液体（粘性体を含む。）が用いられる。硬化液としては、例えば、水、ワックス、バインダ等を含む液体が挙げられる。粉末材料９０が水溶性の樹脂材料を含む場合には、例えば硬化液として水が用いられる。
【００１８】
図１に示すように、三次元造形装置１００は、本体部１０と、造形槽２０と、供給槽３０と、回収槽４０と、敷詰め部材５０と、ヘッドユニット６０と、支持部材７０と、板部材８０と、制御装置８８とを備えている。
【００１９】
図２に示すように、本体部１０は、走査方向Ｘに長い形状を有する三次元造形装置１００の外装体である。本体部１０は、箱型形状に形成されている。本体部１０には、造形された三次元造形物９２が収容される。本体部１０には、造形槽２０、供給槽３０および回収槽４０が設けられている。本体部１０の上面１０Ａは平坦であって、上面１０Ａから凹むように造形槽２０、供給槽３０および回収槽４０が独立に並んで設けられている。本体部１０は、支持部材７０を支持する。
【００２０】
図１に示すように、造形槽２０は、本体部１０に設けられている。造形槽２０は、造形空間２０Ａを有する。造形空間２０Ａには、供給槽３０から供給された粉末材料９０が収容される。造形空間２０Ａにおいて、粉末材料９０に硬化液が吐出され、三次元造形物９２が造形される。
【００２１】
図１に示すように、三次元造形装置１００は、第１テーブル２４を備えている。第１テーブル２４は、造形槽２０に配置されている。造形槽２０と第１テーブル２４とに囲まれた空間が造形空間２０Ａである。第１テーブル２４には、粉末材料９０が載置される。第１テーブル２４上に三次元造形物９２が造形される。第１テーブル２４は、上下方向Ｚに移動可能に構成されている。第１テーブル２４の形状は、例えば、平面視において矩形状である。
【００２２】
図１に示すように、三次元造形装置１００は、第１昇降装置２５を備えている。第１昇降装置２５は、第１テーブル２４を上昇および下降させる装置である。即ち、第１昇降装置２５は、第１テーブル２４を上下方向Ｚに移動させる。第１昇降装置２５は、本体部１０に設けられている。第１昇降装置２５の構成は、特に限定されない。第１昇降装置２５は、第１支持部材２６と、第１駆動モータ２７（図３も参照）と、ボールねじ（図示せず）とを備えている。第１支持部材２６は、第１テーブル２４の下面に接続されている。第１支持部材２６は、第１テーブル２４を下方から支持している。第１支持部材２６は、上下方向Ｚに延びる。第１支持部材２６は、ボールねじを介して第１駆動モータ２７に接続されている。第１駆動モータ２７を駆動させることにより、第１支持部材２６は上下方向Ｚに移動する。これにより、第１テーブル２４は、上下方向Ｚに移動する。第１駆動モータ２７は、制御装置８８に電気的に接続されており、制御装置８８によって制御される。即ち、第１昇降装置２５は、制御装置８８に制御される。
【００２３】
図１に示すように、供給槽３０は、本体部１０に設けられている。供給槽３０は、造形槽２０より後方に配置されている。供給槽３０は、貯留空間３０Ａを有する。貯留空間３０Ａには、造形槽２０に供給される粉末材料９０が収容される。貯留空間３０Ａの最大容積は、造形空間２０Ａの最大容積よりも大きい。即ち貯留空間３０Ａに収容される粉末材料９０は、造形空間２０Ａに収容される粉末材料９０よりも多い。
【００２４】
図１に示すように、三次元造形装置１００は、第２テーブル３４を備えている。第２テーブル３４は、供給槽３０に配置されている。供給槽３０と第２テーブル３４とに囲まれた空間が貯留空間３０Ａである。第２テーブル３４には、粉末材料９０が載置される。第２テーブル３４は、上下方向Ｚに移動可能に構成されている。第２テーブル３４の形状は、例えば、平面視において矩形状である。
【００２５】
図１に示すように、三次元造形装置１００は、第２昇降装置３５を備えている。第２昇降装置３５は、第２テーブル３４を上昇および下降させる装置である。即ち、第２昇降装置３５は、第２テーブル３４を上下方向Ｚに移動させる。第２昇降装置３５は、本体部１０に設けられている。第２昇降装置３５の構成は、特に限定されない。第２昇降装置３５は、第２支持部材３６と、第２駆動モータ３７（図３も参照）と、ボールねじ（図示せず）とを備えている。第２支持部材３６は、第２テーブル３４の下面に接続されている。第２支持部材３６は、第２テーブル３４を下方から支持している。第２支持部材３６は、上下方向Ｚに延びる。第２支持部材３６は、ボールねじを介して第２駆動モータ３７に接続されている。第２駆動モータ３７を駆動させることにより、第２支持部材３６は上下方向Ｚに移動する。これにより、第２テーブル３４は、上下方向Ｚに移動する。第２駆動モータ３７は、制御装置８８に電気的に接続されており、制御装置８８によって制御される。即ち、第２昇降装置３５は、制御装置８８に制御される。
【００２６】
図１に示すように、回収槽４０は、本体部１０に設けられている。回収槽４０は、造形槽２０より前方に配置されている。回収槽４０は、回収空間４０Ａを有する。回収空間４０Ａには、造形空間２０Ａに敷詰められずに余った粉末材料９０が回収される。回収空間４０Ａの最大容積は、造形空間２０Ａの最大容積よりも小さい。即ち回収空間４０Ａに収容される粉末材料９０は、造形空間２０Ａに収容される粉末材料９０よりも少ない。貯留空間３０Ａの最大容積と、造形空間２０Ａの最大容積と、回収空間４０Ａの最大容積とは、例えば、３：２：１である。なお、ここでの貯留空間３０Ａの最大容積、造形空間２０Ａの最大容積および回収空間４０Ａの最大容積は、第２テーブル３４および第１テーブル２４がそれぞれ最も下方に位置するときの容積である。
【００２７】
図２に示すように、本体部１０には、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒが設けられている。左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒは、支持部材７０の走査方向Ｘへの移動をガイドする。左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒは、走査方向Ｘに延びる。左ガイドレール１２Ｌは、右ガイドレール１２Ｒより左方に配置されている。左ガイドレール１２Ｌの前端および右ガイドレール１２Ｒの前端は、回収槽４０より前方に位置する。左ガイドレール１２Ｌの後端および右ガイドレール１２Ｒの後端は、供給槽３０より後方に位置する。左ガイドレール１２Ｌと右ガイドレール１２Ｒとの間に造形槽２０、供給槽３０および回収槽４０が設けられている。本実施形態では、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒが設けられているが、ガイドレールの設置位置および数は特に限定されない。
【００２８】
図２に示すように、支持部材７０は、本体部１０の上面１０Ａに配置されている。支持部材７０は、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒに摺動自在に係合している。支持部材７０は、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒに沿って走査方向Ｘに移動可能に構成されている。支持部材７０は、左ガイドレール１２Ｌに係合する左脚部７０Ｌと、右ガイドレール１２Ｒに係合する右脚部７０Ｒと、左脚部７０Ｌの上端と右脚部７０Ｒとの上端とを連結する連結部７０Ｃとを備えている。左脚部７０Ｌおよび右脚部７０Ｒは、上下方向Ｚに延びる。連結部７０Ｃは左右方向Ｙに延びる。支持部材７０は、後述する移動機構７２により左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒに沿って走査方向Ｘに往復移動する。
【００２９】
図２に示すように、三次元造形装置１００は、移動機構７２を備えている。移動機構７２は、支持部材７０を本体部１０に対して走査方向Ｘに相対的に移動させる機構である。移動機構７２は、左ガイドレール１２Ｌの前端側に配置されたプーリ７３Ｆと、左ガイドレール１２Ｌの後端側に配置されたプーリ７３Ｒと、右ガイドレール１２Ｒの前端側に配置されたプーリ７４Ｆと、右ガイドレール１２Ｒの後端側に配置されたプーリ７４Ｒと、プーリ７３Ｆとプーリ７４Ｆとを連結する連結ロッド７５Ａと、プーリ７３Ｒと、プーリ７４Ｒとを連結する連結ロッド７５Ｂと、プーリ７３Ｆとプーリ７３Ｒとに巻き掛けられた左側ベルト７６Ｌと、プーリ７４Ｆとプーリ７４Ｒとに巻き掛けられた右側ベルト７６Ｒと、連結ロッド７５Ａを回転させる第１モータ７７（図３参照）と、を備えている。なお、第１モータ７７は、連結ロッド７５Ｂを回転させるように構成されていてもよい。左側ベルト７６Ｌは、左脚部７０Ｌに固定されている。右側ベルト７６Ｒは、右脚部７０Ｒに固定されている。第１モータ７７は、制御装置８８と電気的に接続されており、制御装置８８によって制御される。即ち、移動機構７２は、制御装置８８に制御される。第１モータ７７が駆動すると連結ロッド７５Ａが回転し、左側ベルト７６Ｌおよび右側ベルト７６Ｒが走行する。これにより、支持部材７０が左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒに沿って走査方向Ｘに往復移動する。なお、説明の便宜上、図２においてのみ移動機構７２を図示しており、他の図では図示を省略している。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態では、ヘッドユニット６０は、走査方向Ｘに並ぶ３つのラインヘッド６２と、ラインヘッド６２を収容するケース６４と、を備えている。ラインヘッド６２は、造形空間２０Ａに収容された粉末材料９０に硬化液を吐出する装置である。ラインヘッド６２は、吐出ヘッドの一例である。ラインヘッド６２は、硬化液を吐出する複数のノズル（図示せず）を有する。複数のノズルは、左右方向Ｙに直線状に並んでいる。ラインヘッド６２における硬化液の吐出機構は特に制限されず、例えばインクジェット方式である。ラインヘッド６２は、造形槽２０よりも上方に位置するように本体部１０に配置されている。ヘッドユニット６０は、支持部材７０の連結部７０Ｃに固定されている。即ち、ラインヘッド６２は、左右方向Ｙには移動しない。ラインヘッド６２の下端は、ケース６４の下面より下方に位置する。ラインヘッド６２は、制御装置８８に電気的に接続されている。ラインヘッド６２のノズルからの硬化液の吐出は、制御装置８８によって制御される。
【００３１】
図１に示すように、敷詰め部材５０は、本体部１０の上方に配置されている。敷詰め部材５０の下端５０Ｂは、本体部１０の上面１０Ａとの間に所定のクリアランス（間隙）が形成されるように、本体部１０の僅かに上方に設置されている。敷詰め部材５０は、ラインヘッド６２より前方に配置されている。敷詰め部材５０は、支持部材７０に支持されている。より詳細には、敷詰め部材５０は、左脚部７０Ｌおよび右脚部７０Ｒに回転可能に支持されている。敷詰め部材５０は、長尺の円筒形状を有している。敷詰め部材５０は、回転軸が左右方向Ｙと平行になるように配置されている。図２に示すように、敷詰め部材５０の左右方向Ｙの長さＬ１は、供給槽３０の左右方向Ｙの長さＬ２より長い。敷詰め部材５０は、第２テーブル３４に載置された粉末材料９０を造形槽２０に搬送する。敷詰め部材５０は、粉末材料９０を造形空間２０Ａに敷詰める。敷詰め部材５０は、第１テーブル２４上に供給された粉末材料９０の表面を平らに均して均一な粉末材料層を形成する。敷詰め部材５０は、後述するように、第１テーブル２４に載置された粉末材料９０を供給槽３０に搬送可能に構成されている。図２に示すように、三次元造形装置１００は、第２モータ５２を備えている。第２モータ５２は、左脚部７０Ｌに設けられている。第２モータ５２は、制御装置８８に電気的に接続されており、制御装置８８によって制御される。図１に示すように、第２モータ５２を駆動することによって、敷詰め部材５０は順方向Ｒ１または逆方向Ｒ２に回転する。本実施形態の敷詰め部材５０は、支持部材７０の移動に伴って走査方向Ｘに往復移動する。敷詰め部材５０は、三次元造形物９２を造形する場合には、行き方向Ｘ１に移動するときに順方向Ｒ１に回転する。また、後述するように、敷詰め部材５０は、供給槽３０に粉末材料９０を戻す場合には、帰り方向Ｘ２に移動するときに逆方向Ｒ２に回転する。
【００３２】
図１に示すように、板部材８０は、本体部１０の上方に配置されている。板部材８０の下端８０Ｂは、本体部１０の上面１０Ａとの間に所定のクリアランス（間隙）が形成されるように、本体部１０の僅かに上方に設置されている。板部材８０の下端８０Ｂは、敷詰め部材５０の下端５０Ｂより上方に位置する。板部材８０の下端８０Ｂは、敷詰め部材５０の上端５０Ｔより下方に位置する。板部材８０は、ラインヘッド６２より後方に配置されている。板部材８０は、支持部材７０に支持されている。より詳細には、板部材８０は、連結部７０Ｃに固定されている。板部材８０は、左右方向Ｙおよび上下方向Ｚに延びる。板部材８０の上下方向Ｚの長さは、敷詰め部材５０の直径より長い。板部材８０の左右方向Ｙの長さＬ３は、供給槽３０の左右方向Ｙの長さＬ２より長い。本実施形態では、板部材８０の左右方向Ｙの長さＬ３は敷詰め部材５０の左右方向Ｙの長さＬ１と同じである。板部材８０は、側面視でＣ字形状に形成されている。即ち、板部材８０は、連結部７０Ｃから下方に行くほど後方に向けて湾曲しかつ上方に行くほど後方に向けて湾曲している。板部材８０の上端８０Ｔは、敷詰め部材５０の上端５０Ｔより上方に位置する。本実施形態では、板部材８０の上端８０Ｔはヘッドユニット６０より上方に位置する。板部材８０は、第１テーブル２４に載置された粉末材料９０を供給槽３０に搬送する。板部材８０は、粉末材料９０を供給槽３０の貯留空間３０Ａに供給する。なお、板部材８０の下端８０Ｂは敷詰め部材５０の下端５０Ｂより上方に位置するため、板部材８０は敷詰め部材５０によって造形空間２０Ａに敷き詰められた粉末材料９０とは接触しない。また、板部材８０の上端８０Ｔは、ヘッドユニット６０より上方に位置するため、敷詰め部材５０に比べて、一度により多くの粉末材料９０を搬送することができる。本実施形態の板部材８０は、支持部材７０の移動に伴って走査方向Ｘに往復移動する。
【００３３】
図３に示すように、三次元造形装置１００の全体の動作は、制御装置８８によって制御されている。制御装置８８の構成は特に限定されない。制御装置８８は、例えばマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータのハードウェアの構成は特に限定されないが、例えば、ホストコンピュータなどの外部機器から印刷データなどを受信するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）と、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）と、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ（random access memory）と、プログラムや各種データを格納するメモリなどの記憶装置と、を備えている。図１に示すように、制御装置８８は、本体部１０の内部に設けられている。ただし、制御装置８８は本体部１０の内部に設けられていなくてもよい。例えば、制御装置８８は、本体部１０の外部に設置されたコンピュータなどであってもよい。この場合、制御装置８８は、有線または無線を介して三次元造形装置１００と通信可能に接続されている。
【００３４】
図３に示すように、制御装置８８は、ラインヘッド６２、第１駆動モータ２７、第２駆動モータ３７、第１モータ７７および第２モータ５２と通信可能に接続しており、これらを制御する。
【００３５】
図３に示すように、制御装置８８は、ヘッド制御部８８Ａと、移動制御部８８Ｂと、回転制御部８８Ｃと、第１テーブル制御部８８Ｄと、第２テーブル制御部８８Ｅとを備えている。制御装置８８の各部の機能は、プログラムによって実現されている。このプログラムは、例えばＣＤやＤＶＤなどの記録媒体から読み込まれる。なお、このプログラムは、インターネットを通じてダウンロードされるものであってもよい。また、制御装置８８の各部の機能は、プロセッサおよび／または回路などによって実現可能なものであってもよい。なお、これら各部の具体的な機能については後述する。
【００３６】
ヘッド制御部８８Ａは、ラインヘッド６２を制御する。ヘッド制御部８８Ａは、ラインヘッド６２のノズルから吐出される硬化液の量やタイミングを制御する。移動制御部８８Ｂは、第１モータ７７を制御して支持部材７０を走査方向Ｘに移動させる。回転制御部８８Ｃは、第２モータ５２を制御して敷詰め部材５０を順方向Ｒ１または逆方向Ｒ２に回転させる。第１テーブル制御部８８Ｄは、第１駆動モータ２７を制御して第１テーブル２４を上下方向Ｚに移動させる。第１テーブル制御部８８Ｄは、三次元造形物９２を造形しているときは、第１テーブル２４を下方へのみ移動させる。第１テーブル制御部８８Ｄは、供給槽３０の貯留空間３０Ａに粉末材料９０を戻すときは、第１テーブル２４を上方へのみ移動させる。第２テーブル制御部８８Ｅは、第２駆動モータ３７を制御して第２テーブル３４を上下方向Ｚに移動させる。第２テーブル制御部８８Ｅは、三次元造形物９２を造形しているときは、第２テーブル３４を上方へのみ移動させる。第２テーブル制御部８８Ｅは、供給槽３０の貯留空間３０Ａに粉末材料９０を戻すときは、第２テーブル３４を下方へのみ移動させる。
【００３７】
以上、三次元造形装置１００の構成について説明した。次に、三次元造形物９２の造形が完了した後の三次元造形装置１００の動作について説明する。本実施形態では、所望の三次元造形物９２の断面形状を示す断面画像に沿った硬化層９１を順次積層することで、所望の三次元造形物９２を造形する。以下の説明では、支持部材７０を帰り方向Ｘ２に２回移動させることによって、造形空間２０Ａおよび回収空間４０Ａに残存する粉末材料９０を貯留空間３０Ａに戻す場合を説明するが、支持部材７０を帰り方向Ｘ２に１回移動させることによって貯留空間３０Ａに粉末材料９０を戻してもよいし、３回以上移動させることによって貯留空間３０Ａに粉末材料９０を戻してもよい。
【００３８】
図４に示すように、三次元造形物９２の造形が完了すると、支持部材７０はホームポジションＨＰに戻る。ここで、ホームポジションＨＰとは、造形待機時、すなわち、三次元造形が行われていないときに、支持部材７０（即ちヘッドユニット６０）が待機する位置である。ホームポジションＨＰは、供給槽３０より後方に位置する。このとき、造形槽２０の造形空間２０Ａには造形された三次元造形物９２が粉末材料９０に埋もれている。また、回収槽４０の回収空間４０Ａには、三次元造形物９２の造形中に造形空間２０Ａに敷き詰められずに余った粉末材料９０が貯留されている。ここでは、供給槽３０の貯留空間３０Ａの全ての粉末材料９０は、造形空間２０Ａまたは回収空間４０Ａのいずれかに搬送されている。なお、三次元造形物９２の造形が完了したときに貯留空間３０Ａに粉末材料９０が残っている場合も当然にあり得る。
【００３９】
図５に示すように、作業者は三次元造形物９２の造形が完了すると、造形空間２０Ａから三次元造形物９２を取り出す。作業者は例えばスコップ等を用いて三次元造形物９２を粉末材料９０から掘り出す。造形空間２０Ａには、三次元造形に用いられなかった粉末材料９０が残存する。
【００４０】
図６に示すように、三次元造形物９２が造形空間２０Ａから取り出されると、三次元造形装置１００は、造形空間２０Ａおよび回収空間４０Ａに残存する粉末材料９０を供給槽３０に戻す制御を実行する。制御の開始のタイミングは、例えば、作業者によって決定される。まず、移動制御部８８Ｂは、第１モータ７７を制御して支持部材７０を走査方向Ｘの行き方向Ｘ１に移動させる。これにより、支持部材７０はホームポジションＨＰから待機位置ＳＰまで移動する。ここで、待機位置ＳＰとは、供給槽３０に粉末材料９０を戻す直前に支持部材７０（即ちヘッドユニット６０）が待機する位置である。待機位置ＳＰは、回収槽４０より前方に位置する。ついで、第１テーブル制御部８８Ｄは、第１駆動モータ２７を制御して第１テーブル２４を所定量だけ上昇させ、第２テーブル制御部８８Ｅは、第２駆動モータ３７を制御して第２テーブル３４を所定量だけ下降させる。これにより、第１テーブル２４に載置された粉末材料９０は、本体部１０の上面１０Ａより上方に位置する。支持部材７０を帰り方向Ｘ２に１回移動させるときの第１テーブル２４の上昇量（例えば１ｃｍ）および第２テーブル３４の下降量（例えば１ｃｍ）は、三次元造形物９２を造形するときの支持部材７０を行き方向Ｘ１に１回移動させるときの第１テーブル２４の下降量（例えば０．１ｃｍ）および第２テーブル３４の上昇量（例えば０．１ｃｍ）よりもそれぞれ大きい。また、支持部材７０を帰り方向Ｘ２に１回移動させるときの第１テーブル２４の上昇量は、本体部１０の上面１０Ａから板部材８０の上端８０Ｔまでの上下方向Ｚの長さより小さい。支持部材７０を帰り方向Ｘ２に１回移動させるときの第１テーブル２４の上昇量は、例えば、板部材８０の上下方向Ｚの長さより小さい。支持部材７０を帰り方向Ｘ２に１回移動させるときの第２テーブル３４の下降量は、１回当たりに搬送されてきた粉末材料９０の全てを貯留空間３０Ａに収容可能な値に決定される。
【００４１】
図７に示すように、移動制御部８８Ｂは、第１モータ７７を制御して支持部材７０を走査方向Ｘの帰り方向Ｘ２に移動させる。このとき、回転制御部８８Ｃは、第２モータ５２を制御して敷詰め部材５０を逆方向Ｒ２に回転させる。これにより、第１テーブル２４に載置された粉末材料９０のうち、本体部１０の上面１０Ａより上方に位置する粉末材料９０は、板部材８０および敷詰め部材５０によって供給槽３０の貯留空間３０Ａに戻される。
【００４２】
図８に示すように、移動制御部８８Ｂは、再び第１モータ７７を制御して支持部材７０を走査方向Ｘの行き方向Ｘ１に移動させる。これにより、支持部材７０はホームポジションＨＰから待機位置ＳＰまで移動する。ついで、第１テーブル制御部８８Ｄは、第１駆動モータ２７を制御して第１テーブル２４を所定量だけ上昇させ、第２テーブル制御部８８Ｅは、第２駆動モータ３７を制御して第２テーブル３４を所定量だけ下降させる。これにより、第１テーブル２４に載置された残りの粉末材料９０は、本体部１０の上面１０Ａより上方に位置する。
【００４３】
図９に示すように、移動制御部８８Ｂは、第１モータ７７を制御して支持部材７０を走査方向Ｘの帰り方向Ｘ２に移動させる。このとき、回転制御部８８Ｃは、第２モータ５２を制御して敷詰め部材５０を逆方向Ｒ２に回転させる。これにより、第１テーブル２４に載置された全ての粉末材料９０は、板部材８０および敷詰め部材５０によって供給槽３０の貯留空間３０Ａに戻される。制御装置８８は、第１テーブル２４が移動可能な最も高い位置に移動したことを検出することで、粉末材料９０を貯留空間３０Ａに戻す制御を終了する。
【００４４】
以上のように、本実施形態の三次元造形装置１００によると、制御装置８８は、三次元造形物９２の造形が完了した後、第１昇降装置２５の第１駆動モータ２７を制御して第１テーブル２４を上昇させる。これにより、第１テーブル２４に載置された粉末材料９０は造形空間２０Ａを越えた位置に移動する。また、制御装置８８は、第２昇降装置３５の第２駆動モータ３７を制御して第２テーブル３４を下降させる。これにより、供給槽３０の貯留空間３０Ａが大きくなる。そして、制御装置８８は、本体部１０に対して支持部材７０を帰り方向Ｘ２へと移動させる。このとき、支持部材７０に支持された敷詰め部材５０は、第１テーブル２４に載置された粉末材料９０を帰り方向Ｘ２へと搬送し、粉末材料９０を供給槽３０の貯留空間３０Ａに戻す。このように、三次元造形物９２の造形が完了した後に造形槽２０および回収槽４０に残存する粉末材料９０は、第１テーブル２４、第２テーブル３４および移動機構７２を制御することによって、容易に供給槽３０に戻すことができる。
【００４５】
本実施形態の三次元造形装置１００は、左右方向Ｙおよび上下方向Ｚに延び、粉末材料９０を搬送可能な板部材８０を備えている。このように、板部材８０は左右方向Ｙおよび上下方向Ｚに延びるため、一度に大量の粉末材料９０を搬送することができる。ここで、板部材８０は、ラインヘッド６２よりも後方に配置されている。本体部１０に対して支持部材７０を帰り方向Ｘ２へと移動させるときには、最初に板部材８０が第１テーブル２４に載置された粉末材料９０に接触するため、ラインヘッド６２に粉末材料９０が接触することを抑制することができる。また、板部材８０の下端８０Ｂは、敷詰め部材５０の下端５０Ｂより上方かつ敷詰め部材５０の上端５０Ｔより下方に位置する。このため、敷詰め部材５０によって粉末材料９０を造形空間２０Ａに敷詰めるときには、板部材８０は敷詰められた粉末材料９０に接触しない。また、供給槽３０の貯留空間３０Ａに粉末材料９０を戻すときには、板部材８０が粉末材料９０の大部分を搬送することができる。このように、第１テーブル２４に載置された粉末材料９０は、敷詰め部材５０および板部材８０によって供給槽３０の貯留空間３０Ａに容易に戻される。
【００４６】
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、本体部１０に対して支持部材７０を帰り方向Ｘ２に移動させるときの１回当たりの第１テーブル２４の上方への移動量は、板部材８０の上下方向Ｚの長さより小さい。これにより、粉末材料９０が板部材８０の上端８０Ｔを越えてラインヘッド６２に接触することを抑制することができる。
【００４７】
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、制御装置８８は、本体部１０に対して支持部材７０を帰り方向Ｘ２に移動させるたびに、貯留空間３０Ａに粉末材料９０を戻す前に第２テーブル３４を所定の量だけ下降させる。例えば、供給槽３０の貯留空間３０Ａに粉末材料９０を戻す前に第２テーブル３４を最も低い位置まで降下させることがあり得る。この場合、粉末材料９０の落下開始位置と落下地点との上下方向Ｚの長さが大きくなるため、粉末材料９０が貯留空間３０Ａに戻されるたびに粉末材料９０が空中に舞ってしまう虞がある。そこで、粉末材料９０が貯留空間３０Ａに戻されるたびに第２テーブル３４を所定の量だけ降下させることによって、粉末材料９０の落下開始位置と落下地点との上下方向Ｚの長さを比較的小さくし、粉末材料９０が空中に舞うことを抑制することができる。
【００４８】
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、粉末材料９０は、第１平均粒径を有する無機材料と、第１平均粒径より小さい第２平均粒径を有する水溶性の樹脂材料と、を含む。粉末材料９０の落下開始位置と落下地点との上下方向Ｚの長さが比較的大きい場合には、粉末材料９０の落下中に無機材料と水溶性の樹脂材料との分離が促進されることがある。このため、粉末材料９０の落下開始位置と落下地点との上下方向の長さを比較的小さくすることによって、粉末材料９０の落下中の無機材料と水溶性の樹脂材料との分離を抑制し、粉末材料９０の再混練の発生を抑制することができる。
【００４９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、上述の各実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することができる。
【００５０】
上述した実施形態では、制御装置８８は、本体部１０に対して支持部材７０を帰り方向Ｘ２に移動させるたびに、貯留空間３０Ａに粉末材料９０を戻す前に第２テーブル３４を所定の量だけ下降させていたが、これに限定されない。制御装置８８は、本体部１０に対して支持部材７０を帰り方向Ｘ２に所定の回数だけ移動させるたびに、貯留空間３０Ａに粉末材料９０を戻す前に第２テーブル３４を所定の量だけ下降させてもよい。また、制御装置８８は、本体部１０に対して支持部材７０を帰り方向Ｘ２に初めて移動させる前にのみ第２テーブル３４を所定の量だけ下降させてもよい。
【００５１】
なお、板部材８０の形状は、上述した実施形態のものに限定されない。例えば、図１０に示すように、板部材８０は、支持部７０Ｃに支持される第１部分８１Ａと、第１部分８１Ａの左右方向Ｙの左端から後ろ斜め左方に延びる第１側壁８１Ｂと、第１部分８１Ａの左右方向Ｙの右端から後ろ斜め右方に延びる第２側壁８１Ｃとを有していてもよい。即ち、板部材８０は、平面視で略Ｖ字形状に形成されていてもよい。これにより、第１テーブル２４に載置された粉末材料９０を、板部材８０によって供給槽３０の貯留空間３０Ａにより確実に戻すことができる。
【００５２】
また、図１１に示すように、例えば、板部材８０は、左右方向Ｙに延びかつ支持部７０Ｃに支持される第１部分８１Ａと、第１部分８１Ａの左右方向Ｙの左端から後方に向けて伸びる第１側壁８１Ｂと、第１部分８１Ａの左右方向Ｙの右端から後方に向けて延びる第２側壁８１Ｃとを有していてもよい。即ち、板部材８０は、平面視で略Ｕ字形状に形成されていてもよい。これにより、第１テーブル２４に載置された粉末材料９０を、板部材８０によって供給槽３０の貯留空間３０Ａにより確実に戻すことができる。
【００５３】
また、図１２に示すように、板部材８０は、第１部分８１Ａの上端から後方に延び、第１側壁８１Ｂの上端および第２側壁８１Ｃ（図１０または図１１参照）の上端に接続された上壁８１Ｄをさらに有していてもよい。これにより、第１テーブル２４に載置された粉末材料９０が比較的多い場合であっても、板部材８０を越えてラインヘッド６２に接触することを抑制することができる。
【００５４】
上述した実施形態では、三次元造形装置１００は、本体部１０に対して支持部材７０を帰り方向Ｘ２に移動させる１回当たりの粉末材料９０の搬送量を大きくするために板部材８０を備えていたが、板部材８０を備えていなくてもよい。この場合、第１テーブル２４に載置された粉末材料９０は、敷詰め部材５０によって貯留空間３０Ａに戻される。
【００５５】
上述した各実施形態では、三次元造形装置１００は、吐出ヘッドとしてラインヘッド６２を備えていたがこれに限定されない。例えば、吐出ヘッドとして、走査方向Ｘに直線状に配置された複数のノズルを有し、左右方向Ｙに移動可能に構成されたいわゆるシャトル型のインクヘッドを備えていてもよい。
【００５６】
上述した各実施形態では、本体部１０に対して支持部材７０を走査方向Ｘに相対的に移動させていたが、これに限定されない。例えば、支持部材７０を本体部１０に固定し、支持部材７０に対して造形槽２０、供給槽３０および回収槽４０を走査方向Ｘに相対的に移動させてもよい。
【００５７】
上述した実施形態では、敷詰め部材５０は、ラインヘッド６２と一体となって移動可能に構成されていたが、敷詰め部材５０は、ラインヘッド６２に対して独立して移動可能に構成されていてもよい。
【００５８】
上述した実施形態では、敷詰め部材５０は、三次元造形物９２を造形する場合には、行き方向Ｘ１に移動するときに順方向Ｒ１に回転していたが、逆方向Ｒ２に回転してもよい。また、敷詰め部材５０は、供給槽３０に粉末材料９０を戻す場合には、帰り方向Ｘ２に移動するときに逆方向Ｒ２に回転していたが、順方向Ｒ１に回転してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０  本体部
２０  造形槽
２０Ａ  造形空間
２４  第１テーブル
２５  第１昇降装置
３０  供給槽
３０Ａ  貯留空間
３４  第２テーブル
５０  敷詰め部材
６２  ラインヘッド（吐出ヘッド）
７０  支持部材
７２  移動機構
８０  板部材
８８  制御装置
９０  粉末材料
９２  三次元造形物
１００  三次元造形装置
【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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