(57)【要約】【課題】立体造形物の重量、重心などの調整や変更をし易くする。【解決手段】実施形態に係る立体造形装置は、原設計データ（ＣＡＤデータ）が指定する立体造形物（テニスラケットやゴルフクラブのモックアップなど）を造形する種々な方式の３Ｄプリンタである。この装置において、原設計データが指定する立体造形物の設計重量よりも軽めに造形された造形物の１以上の個所に、１以上の錘を配置する目印（ＭＫａ、またはＭＫｂ１〜ＭＫｂ４）を設ける。造形物の目印位置（1箇所以上）に、所定の重さおよび所定の形状・サイズを持つ１以上の錘を配置できるように構成する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原設計データが指定する立体造形物を造形する立体造形装置において、
原設計データが指定する立体造形物の設計重量よりも軽めに造形された造形物の１以上の個所に１以上の錘を配置する目印を設けるように構成した
立体造形装置。
【請求項２】
前記目印は、
前記１以上の錘が配置された際に、それらの錘の少なくとも一部が、前記原設計データが指定する立体造形物の構成部品に干渉しないように、および／または、
前記１以上の錘が配置された際に、それらの錘の少なくとも一部が、前記原設計データが指定する立体造形物の意匠に影響しないように設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記造形物の重量を、前記１以上の錘により任意に増加できるように構成した、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記設計重量と原設計データが指定する立体形状の造形材料から想定される立体造形物の想定重量との差が所定値以内になるように、前記１以上の錘の形状、サイズ、および重さが取捨選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記１以上の目印に前記１以上の錘を配置した前記造形物の重心が、原設計データが指定する立体造形物の重心に一致または極力接近できるように構成した、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記原設計データが指定する立体造形物が空間を持つ場合において、前記造形物の重心が前記空間に位置するときは、前記空間を避けた前記造形物の複数個所に前記目印を配置するように構成した、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記原設計データが指定する立体造形物が、動きを伴う製品のモックアップに対応する場合において、
前記モックアップを仮想ユーザが動かしたときに想定される慣性モーメントが、前記原設計データが指定する立体造形物の慣性モーメントに一致または極力接近できるように構成した、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記原設計データが指定する立体造形物が、スイートスポットを持つ製品のモックアップに対応する場合において、
前記モックアップのスイートスポットが、前記原設計データが指定する立体造形物のスイートスポットに一致または極力接近できるように構成した、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
原設計データが指定する立体造形物を造形する方法において、
原設計データが指定する立体造形物の設計重量よりも軽めに造形物を造形し、
前記造形物の１以上の個所に１以上の錘を配置する目印を設ける
立体造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この実施形態は、立体造形装置（３次元造形装置、３次元印刷装置、あるいは３Ｄプリンタ等とも称される）および立体造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３Ｄプリンタなど既存の立体造形装置では、立体造形物（３次元印刷物）の形状については正確に再現できるものの、その重量は造形に用いられる材料（樹脂、金属など）に左右される。
【０００３】
立体造形物の重量を考慮した先行技術は存在する（特許文献１）。特許文献１の３次元印刷装置は、３次元印刷データを編集する手段を備えている。この編集手段により、印刷物の内部（意匠面以外）に、造形に用いられる材料（印刷用素材）よりも比重（または密度）が大きい重り用素材を収納する空洞部を追加できる（段落００５５）。この空洞部に比重の大きい印刷用素材を入れることで、実際の製品重量と３次元印刷物の重量とを略同一にできるようにしている（段落００６３）。（なお、空洞部に入れる重り用素材は、個々が所定の重さ・形状・サイズを持つ「錘」とは異なる。）
特許文献１の３次元印刷装置によれば、製品と印刷物との間の外観形状のみならず、それらの間の重量感も、使用者が確認できるようである（段落０００５、００７４）。しかし、製品の重量と印刷物の重量が同じでも、両者の重量分布（または重心位置）が異なると、製品あるいは印刷物の何処を持つかによって持った感じ（または使用感）に差異が生じ得る。この点に関し、特許文献１の３次元印刷装置では、印刷部品の重量分布を実製品の部品の重量分布と同一にすることで、解決しようとしている（段落００６４、００６８）。
【０００４】
しかし、使用者が３次元印刷物を実際に手に取ってみた結果、修正の必要を感じることはあり得る。そのような場合、３次元印刷終了後では、外観形状（意匠）に影響しないように印刷物の重量分布を変更（または調整）することは、困難であろうと思われる（大抵は、印刷データを修正する段階に戻って、最初から３次元印刷をやり直しすることになるであろう）。
【０００５】
立体造形物の重心を考慮した別の先行技術も存在する（特許文献２）。特許文献２の３次元印刷装置では、予備成型品に対して、３次元印刷物の重心が所望の位置にくるような寸法と重量を採用している（２欄４８行〜５１行）。３次元印刷は、この予備成型品を用いて行われる。ここで、３次元印刷物内の一部に適宜空隙を設けることで、重量や重心位置を調整可能としている（３欄４４行〜５３行）。
【０００６】
特許文献２の３次元印刷装置では重量や重心位置の調整に空隙を利用しているが、３次元印刷終了後では、外観形状（意匠）に影響しないよう重量や重心位置の調整のために空隙を修正することは、困難な作業となると思われる（大抵は３次元印刷のやり直しとなると思われる）。
【０００７】
特許文献１の３次元印刷装置では、重量や重量分布の調整に「重り用素材」を利用するが、３次元印刷処理が済んだ後に外観形状（意匠）に影響せずに重量や重量分布の調整ができるようにはなっていない。また、特許文献２の３次元印刷装置では、重量や重心位置の調整に「空隙」を利用するが、３次元印刷処理が済んだ後に外観形状（意匠）に影響せずに重量や重心位置を調整するのは困難である。特許文献１，２いずれの場合でも、３次元印刷処理が済んだ後では、重量や重量分布（または重心位置）の調整や変更は難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2015-231711号公報
【特許文献２】米国特許第9280616号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
例えば、設計段階で形状確認のためのモックアップ（立体造形物／３次元印刷物）を３Ｄプリンタ（立体造形装置）で出力すると、モックアップと実製品との間で重量や重心に差異が生じることがある。その場合、設計段階で製品の重量やバランスについて検討することが困難となる。
【００１０】
上記困難に対処可能であろう先行技術（特許文献１、２）は存在する。しかし、立体造形処理（３次元印刷処理）が済んだ後に意匠に影響しないようにしてモックアップの重量や重心を調整（または変更）したい場合、その都度３次元印刷のやり直し（モックアップの作り直し）になってしまう可能性が高い。
【００１１】
ここで解決しようとする課題の１つは、立体造形処理（３次元印刷処理）が済んだ後でも、意匠に影響しないようにして、立体造形物（モックアップなど）の重量、重心などの調整（または変更）をし易くすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施形態に係る立体造形装置は、原設計データ（ＣＡＤデータ）が指定する立体造形物を造形する種々な方式の３Ｄプリンタで代表される。この装置において、原設計データが指定する立体造形物の設計重量よりも軽めに造形された造形物の１以上の個所に、１以上の錘を配置する目印（マーカ）を設ける。この目印の位置（１箇所以上）に、所定の重さおよび所定の形状・サイズを持つ１以上の錘を配置できるようにしている。
【００１３】
より具体的には、実施形態に係る立体造形装置では、モックアップ（３次元印刷された立体造形物）の形状と実製品（モックアップに対応する実物）との間の重量差などを解消するために、１以上の種々な錘をモックアップの意匠面以外に取り付け可能（移動や着脱が可能）としている。１箇所以上の錘の取り付け（貼り付け、はめ込み等）は、３次元印刷処理がある程度以上進行した後（あるいは完了した後）でも、目印位置で適宜行うことができる。
【００１４】
ここで、「目印位置」および「錘の形状・サイズ」は、モックアップの構成部品を組み合わせてモックアップを完成形としたときに、目印位置の錘がモックアップの構成部品の一部に干渉しない（ぶつからない）ように、かつモックアップの外観（意匠）に影響しないように、選定される。この選定作業は、立体造形データ（ＳＴＬなどのファイル形式で作られたＣＡＤデータ）内で行うことができる。目印位置に取り付ける1以上の錘（1以上の錘の全部またはその一部）は、増減あるいは変更できるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態が適用された立体造形装置（３Ｄプリンタ）のシステム構成の一例を説明する図である。
【図２】図２は、図１の立体造形装置（３Ｄプリンタ）における情報処理の一例を説明するフローチャートである。
【図３】図３は、図１の立体造形装置（３Ｄプリンタ）により造形された立体造形物で用いられる複数種類の錘を例示する図である。
【図４】図４は、図１の立体造形装置（３Ｄプリンタ）によりモックアップを造形する際に用いられるＣＡＤデータの簡単な例を説明する図である。
【図５】図５は、図４のＣＡＤデータにおいて所定の意匠面が選択された場合の一例を説明する図である。
【図６】図６は、図４のＣＡＤデータに対して所定の錘が配置された場合の一例を説明する図である。
【図７】図７は、図６の例で配置された錘がＣＡＤデータに基づくモックアップの一部品と干渉してしまう場合の一例を説明する図である。
【図８】図８は、立体造形しようとするモックアップ（例えばテニスラケット）に関する情報を図１の立体造形装置（３Ｄプリンタ）に与える際に使用される、ユーザインターフェイスの一例を説明する図である。
【図９】図９は、立体造形しようとするモックアップ（テニスラケット）に関する、重心、慣性モーメント、およびスイートスポットを説明する図である。
【図１０】図１０は、立体造形しようとするモックアップ（野球バット）に関する、重心およびスイートスポット（打撃中心）を説明する図である。
【図１１】図１１は、立体造形しようとするモックアップ（ゴルフのドライバヘッド）に関する、重心および慣性モーメントを説明する図である。
【図１２】図１２は、立体造形しようとするモックアップ（ゴルフのドライバヘッド）における、重心高さ、重心深度などを説明する図である。
【図１３】図１３は、図１２のドライバヘッドがスイングシャフトに取り付けられたモックアップを説明する図である。
【図１４】図１４は、立体造形しようとするモックアップ（ゴルフのドライバ）における、重心深度と慣性モーメントとの関係の一例を説明する図である。
【図１５】図１５は、立体造形しようとするモックアップ（ゴルフのドライバヘッド）における、重心深度とスイートスポットを説明する図である。
【図１６】図１６は、立体造形しようとするモックアップ（ゴルフのドライバ）において、ヘッドの重心軸周りの左右慣性モーメントの高低がゴルフボールの弾道にどのような影響を与え得るかを説明する図である。
【図１７】図１７は、立体造形しようとするモックアップ（ゴルフのドライバ）において、ヘッドのネック軸周りの慣性モーメントの高低がドライバフェース面の方向にどのような影響を与え得るかを説明する図である。
【図１８】図１８は、立体造形しようとするモックアップ（ゴルフのパター）がどのように動かされ得るか（モックアップの重量や重心だけでなく、その動き方に対応した慣性モーメントがモックアップを手に取ったユーザにどのようなフィーリングを与えるか）を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、実施形態が適用された立体造形装置（３Ｄプリンタ）のシステム構成の一例を説明する図である。このシステムは、より具体的には「モックアップ重量自動調整システム」と呼ぶこともできる。このシステムは、入力装置３２と、システム本体１６と、出力装置３３を含んで構成される。
【００１７】
入力装置３２は、図示しないが、高解像度ディスプレイと、ユーザ操作入力部（キーボード、マウス、タッチペン、タッチパネルなど）、外部デバイス読取部（ＵＳＢ端子、メモリカードリーダ、光ディスクドライブなど）、ＬＡＮ接続部（イーサネット（登録商標）など）を含んで構成できる。
【００１８】
出力装置３３は、種々な形式の３Ｄプリンタにより構成できる。３Ｄプリンタの既存形式としては、熱溶解積層（Fused Deposition Molding :FDM）型、光造形(Stereo Lithography :STL)型、粉末焼結（Selective Laser Sintering :SLS）型、インクジェット型、プロジェクション型、インクジェット粉末積層型などがある。
【００１９】
熱溶解積層型（ＦＤＭ型）は、熱に溶ける樹脂（ＡＢＳ樹脂など）を1層ずつ積み上げていく方式の３Ｄプリンタである。光造形型（ＳＴＬ型）は、光硬化性樹脂を満たした槽に紫外線レーザーを照射して層を造り、1層造ると造形ステージを1層分下げ、それを幾層も積み上げることで造形を行う３Ｄプリンタである。粉末焼結型（ＳＬＳ型）は、粉末状の材料（ナイロンなどの樹脂系材料；銅・青銅・チタン・ニッケルなどの金属系の材料）に高出力のレーザー光線をあて焼結させる造形方式の３Ｄプリンタである。インクジェット型は、液状の紫外線硬化樹脂を噴射し、それに紫外線を照射することにより硬化させて積層させる造形方式の３Ｄプリンタである。プロジェクション型は、光造形方式の一種であり、プロジェクタの光を利用して樹脂を硬化させ積層していく方式の３Ｄプリンタである。インクジェット粉末積層型は、澱粉、石膏などの粉末を樹脂で接着して固める方式の３Ｄプリンタで、粉末固着式積層型とも呼ばれる。
【００２０】
３Ｄプリンタのデータファイル形式としては、ＦＤＭ，ＳＴＬ、ＳＬＳなどがあり、使用する３Ｄプリンタの形式に応じて適宜使い分けられる。データファイル形式が使用する３Ｄプリンタのファイル形式と異なるときは、ファイル変換をして使用可能とすることができる。例えば、あるモックアップのＦＤＭファイルをＳＴＬファイルに変換し、光造形（ＳＴＬ）型３Ｄプリンタによりそのモックアップの３次元印刷（立体造形）を行うことができる。
【００２１】
システム本体１６は、データファイル１７、錘登録処理部１８、ＣＡＤデータ読み込み処理部１９、意匠面指定処理部２０、材料指定処理部２１、体積算出処理部２２、重心算出処理部２３、重量算出処理部２４、重量差算出処理部２５、錘選定処理部２６、錘配置処理部２７、重心チェック処理部２８、アセンブリ構築処理部２９、干渉チェック処理部３０、および造形用立体形状出力処理部３１を含んで構成される。なお、重心算出処理部２３は、慣性モーメントやスイートスポットの算出処理部も含むことができる。
【００２２】
図１のシステムは、図２の処理を行うソフトウェアを実行するコンピュータを用いて構成できる。図２は、図１の立体造形装置（３Ｄプリンタ）における情報処理の一例を説明するフローチャートである。
【００２３】
まず、ユーザは、種々な重さ、形状、サイズを持つ錘を、１種類以上登録する（ＳＴ１０）。この登録は、図１のデータファイル１７（および／または図示しない外部サーバ）に対して行うことができる。データファイル１７に登録可能な錘の簡単な例を、図３に示す。図３（ａ）の錘＜１＞は、重さが４ｇ、薄板形状の直方体で、１０ｘ１０ｘ５ｍｍのサイズを持っている。図３（ｂ）の錘＜２＞は、重さが２００ｇ、厚板形状の直方体で、５０ｘ５０ｘ１０ｍｍのサイズを持っている。錘の比重（素材の密度）を変更すれば、同じサイズで重さの異なる錘を用意できる（例えば比重８の金属錘を比重１の樹脂錘に変更すれば、サイズは同じでも重さを１／８にできる）。
【００２４】
個々の錘の重さ、形状、およびサイズは、図３に例示されたものに限定されず、種々な重さ、形状、およびサイズとすることができる。重さは、例えば０．１ｇ〜１ｇを０．１ｇステップで用意し、１ｇ〜１０ｇを１ｇステップで用意し、１０ｇ〜１００ｇを１０ｇステップで用意し、１００ｇ〜１０００ｇを１００ｇステップで用意し、１ｋｇ〜１０ｋｇを１ｋｇステップで用意することができる。図示しないが、錘の形状は任意であり、立方体あるいは直方体の形状以外に、多角柱形、多面体形、多角錐形、円柱形、球形、円錐形、フットボール形、リング形、テトラポッド形、星形、その他任意の形をとることができる。サイズは、例えば、小は直径１ｍｍの球や１ｍｍ角の立方体（または１ｍｍ角で厚さ１００μの直方体）から、大は直径１００ｍｍ以上の球や一辺が１００ｍｍ以上の直方体（あるいは縦横の断面サイズは小さくても長さが相対的に長い、フレキシブルな棒状体または紐状体）とすることができる。
【００２５】
次に、造形しようとするモックアップの立体形状を示すＣＡＤデータをＣＡＤデータ読み込み処理部１９によりシステム内にインポートするか、ユーザがキーボードやマウス操作などで所望のＣＡＤデータを作成する（ＳＴ１２）。このＣＡＤデータは、ユーザがサーバや外部記憶装置から既存のＣＡＤデータを呼び出して、目的に合わせて修正するようにしてもよい。このＣＡＤデータが複数の部品からなるアセンブリの一部である場合は、アセンブリを構成するＣＡＤデータを全て読み込む。
【００２６】
このＣＡＤデータに対応するモックアップの簡単な例を図４に示す。モックアップが上下一対の薄い箱状体アセンブリ（例えば、本体部と蓋部からなる、ノートＰＣの外殻筐体アセンブリ）であれば、図４はその箱状体の片割れ（アセンブリ下側）１００ａを示す。ここでは、モックアップの外観（意匠）は未だ指定されていない。
【００２７】
次に、ユーザは、入力装置３２により、モックアップ作成後に錘を配置しない意匠面を指定する（ＳＴ１４）。図５は、図４のＣＡＤデータにおいてモックアップの意匠面が指定された場合の、アセンブリ下側１００ｂを示す。ここでは、モックアップの意匠面（外側面）は白抜きで示されている。
【００２８】
次に、ユーザは、実製品に適用する材料と立体造形装置で使用するモックアップの材料を指定する（ＳＴ１６）。この指定で特定の材料(例えばＡＢＳ樹脂)を指定すると、その比重または密度も自動的に決まるように構成できる。例えば、特定の材料として耐高衝撃性のＡＢＳ樹脂が指定されたときは比重または密度（g/cm3）を1.01〜1.04の中間値で自動的に指定し、特定の材料として耐燃性のＡＢＳ樹脂が指定されたときは比重または密度（g/cm3）を1.16〜1.21の中間値で自動的に指定し、特定の材料としてグラスファイバー充填のＡＢＳ樹脂が指定されたときは比重または密度（g/cm3）を1.23〜1.36の中間値で自動的に指定する。（ここで例示したＡＢＳ樹脂の比重または密度の値は単なる例であり、本実施形態はそれらの数値に限定されない。）
造形材料（比重または密度）が指定されたら、造形しようとするモックアップのＣＡＤデータより導かれた形状・寸法から、そのモックアップの全体積を算出する（ＳＴ１８）。続いて、ＣＡＤデータより導かれた形状・寸法と、算出された体積と、指定された造形材料の比重または密度から、造形しようとするモックアップの重心を算出する（ＳＴ２０）（重心算出方法は、物理学の教科書などを参照）。
【００２９】
重心位置が算出されたら、重心位置に目印（マーカ：図４、図５のＭＫ）がモックアップ造形時に印刷されるよう、目印の形成位置および／または目印の形成範囲を示す情報を、ＣＡＤデータに加える。この目印には、「◎や◇」のような図形や、「ＭＫ」のような文字を用いることができる。あるいは、使用予定の錘をはめ込むことができるような「□状、〇状、△状、☆状など」の窪みを、目印として用いてもよい。
【００３０】
次に、モックアップの慣性モーメントを求めるかどうか、判定する（ＳＴ２２）。モックアップが、ノートＰＣのように実使用時は本体を殆ど動かさないものである場合は、全体重量と重心だけのモックアップ検討で済むことがある。そのような場合は、慣性モーメントの算出処理をスキップする（ＳＴ２２ノー）。
【００３１】
一方、モックアップがテニスラケットや野球バットあるいはゴルフクラブのように、実使用時に大きく動かされるものである場合は、全体重量と重心だけのモックアップ検討では済まないことがある。その場合は慣性モーメントの算出処理を行う（ＳＴ２２イエス）。
【００３２】
例えば野球バット（図１０参照）のモックアップを造形する場合、造形材料の密度（ＳＴ１６）と全体の体積（ＳＴ１８）から全体重量（全質量）Ｍを求め、重心Ｇまわりの慣性モーメントＩＧを求める（ＳＴ２４）。次に、バットのグリップを握ってそのバットを振るバッターの仮想的な回転中心を、多数サンプルの平均データから仮に決める。そして、その仮想回転中心位置（図示せず）と、バットの握り中心Ｑから重心Ｇまでの距離ａとの幾何学的位置関係から、重心Ｇから仮想回転中心までの距離ｄを暫定的に決めることができる。仮想回転中心を通る軸と重心Ｇを通る軸が平行であると仮定すれば、この距離ｄの２乗に全体重量Ｍを掛けたものを重心Ｇまわりの慣性モーメントＩＧに加えることで（並行軸の定理を参照）、そのバットを振ったときにバッターが知覚する感触に関連した慣性モーメントＩｏ（＝ＩＧ＋Ｍｄ２）が求まる（ＳＴ２６）。この慣性モーメントＩｏは、仮のデータ（仮想回転中心）をベースにしているので、その絶対値は信憑性が高いとはいえない。しかし、同じ条件で算出したモックアップの慣性モーメントＩｏと実製品の慣性モーメントＩｏを比較検討するようにすれば、Ｉｏを全くチェックしない場合に比べて、実製品の実用状態により近いフィーリングのモックアップ検討が可能になる。
【００３３】
なお、慣性モーメントＩｏだけでなく、重心Ｇから距離ｂ離れた打撃中心（スイートスポット）Ｐも、モックアップの検討項目に加えることができる（図１０参照）。すなわち、モックアップの重心Ｇの位置以外にスイートスポットＰの位置についても実製品に近づくように１以上の錘をモックアップの非意匠面（バット内部）に配置すれば、より高度なモックアップの検討ができる。ここで、1以上の錘の配置位置は、モックアップの非意匠面（外部からは見えないモックアップバットの内部空間面）に形成した目印により、直ぐにわかる。錘取り付け場所を「錘を収納する蓋つきの空洞」としておけば、モックアップの造成が済んだ後に錘の増減（交換）が容易となる。錘を適宜交換したあとに蓋（意匠を害さない表面仕上げの蓋）をすれば、錘の存在はモックアップの意匠に殆ど影響しない。
【００３４】
慣性モーメントの算出処理がスキップされたとき（ＳＴ２２ノー）、あるいは慣性モーメントの算出処理が済んだ後（ＳＴ２２イエス、ＳＴ２４、ＳＴ２６）、ＣＡＤデータに基づいて実製品での実重量を算出する（ＳＴ２８）。さらに、指定された造形材料により３Ｄプリンタで造形したモックアップの重量を算出し（ＳＴ３０）、実製品の実重量とモックアップの重量との差分を計算する（ＳＴ３２）。この計算から、必要な1以上の錘を選定できる。例えば、実製品が１２００ｇでモックアップが１０００ｇであれば、２００ｇの錘１０２を１つ選定できる（ＳＴ３４）。選定された錘１０２は、モックアップの目印ＭＫの位置に配置される（図４〜図６参照）。
【００３５】
錘１０２の配置により重心差が所定値より大きければ（ＳＴ３８で重心差あり）、錘１０２の位置を変える（別の修正目印ＭＫを後付けできる）。重心差が所定値以下あれば（ＳＴ３８で重心差なしまたは最小）、目印ＭＫの位置は、とりあえず良しとする。
【００３６】
続いてモックアップの別部品とのアセンブリを構築する（ＳＴ４０）。モックアップが上下一対の薄い箱状体アセンブリであれば、図６はその箱状体の一方の片割れ（アセンブリ下側）１００ａを示し、図７はその箱状体のもう一方の片割れ（アセンブリ上側）１００ｃを示す。アセンブリ下側１００ａをモックアップの一部品とし、アセンブリ上側１００ｃをモックアップの別部品とすれば、一部品１００ａに別部品１００ｃをアセンブルする形となる（ＳＴ４０）。
【００３７】
アセンブルした状態で、目印ＭＫの位置に配置された錘１０２が別部品１００ｃに干渉するかどうか、チェックする（ＳＴ４２）。図７の例では、干渉箇所Ｘｐで別部品１００ｃの内側リブが錘１０２にぶつかっている。この場合は「干渉あり」なので錘の配置をずらす（ＳＴ３６）。「干渉あり」の場合、状況によっては、錘選定（ＳＴ３４）まで戻り、錘を１００ｇの錘２個に変更し、２つの錘を別部品１００ｃの内側リブの左右２か所に分散配置できるようにする。
【００３８】
干渉がなくなれば、干渉のない位置に錘配置の目印ＭＫが形成されるようにＣＡＤデータを修正して、３次元造形装置（３Ｄプリンタ）３３へ立体造形に必要な情報を含むデータファイルを送る（ＳＴ４４）。（ここで、干渉のない位置に２個の小錘を分散配置することにした場合は、２箇所の分散配置位置に目印ＭＫ１、ＭＫ２が形成されるようにする。）
以上の例では、アセンブリ下側１００ａ（または１００ｂ）とアセンブリ上側１００ｃは、モックアップ造形後でも着脱可能となっている。そのため、モックアップ造形完了後に錘の調整（変更）が必要になった場合は、アセンブリ上側１００ｃを取り外し、目印ＭＫの位置にある１以上の錘の一部または全部を交換できる。（目印があるので、ユーザは、錘交換時に、元の錘の位置が何処にあったのか迷うことがない。）錘の交換後は、アセンブリ上側１００ｃとアセンブリ下側１００ａ（または１００ｂ）を組み合わせる。こうすることで、モックアップの意匠に影響しないようにして、モックアップの重量、重心などの調整（または変更）を容易に行うことができる。
【００３９】
図８は、立体造形しようとするモックアップ（例えばテニスラケット）に関する情報を図１の立体造形装置（３Ｄプリンタ）に与える際に使用される、ユーザインターフェイスの一例を説明する図である。このインターフェイス画面は、図１の入力装置３２に属するディスプレイ装置（図示せず）上に表示できる。
【００４０】
図８（ａ）に示すようなディスプレイ画面３２０の上部には、現在行おうとしているユーザ操作に対応したアイコン（錘配置機能アイコン）３２１がアクティブ表示されている。画面左には、これから造形しようとするモックアップ（テニスラケット）の簡単な３Ｄ画像３２２が表示されている。画面右には、実物（テニスラケット）の構成部品（フレーム部、グリップ部、ガット部など）毎に使用材料を指定しその密度を入力する入力枠３２３−１、３２３−２、…３２３−ｎを含んだ、ウインドウ３２３が表示されている。（材料を具体的に指定すればその密度をデフォルトで設定するように構成できる。）
実物の材料指定（その密度入力）が済みユーザがキーボード(図示せず）のエンターキーを押すと、画面右は、図８（ｂ）のような、３Ｄプリンタ材料（モックアップの造形材料）の指定ウインドウ３２４に切り替わる。このウインドウ３２４は、モックアップの構成部品（フレーム部、グリップ部、ガット部など）毎に、その造形材料を指定する入力枠３２４−１、３２４−２、…を含んでいる。（造形材料を具体的に指定すれば、その密度をデフォルトで設定できる。）
ＣＡＤデータから実物とモックアップの構成部品毎の体積は分かる。したがい、実物材料と３Ｄプリンタ材料の入力完了により各材料密度が確定すれば、実物とモックアップそれぞれの重量がわかる。すると、実物とモックアップの重量差が算出され、その重量差３２４ｄがウインドウ３２４の最下部に表示される。もし、実物よりモックアップの方が重いときは、重量差３２４ｄがマイナス値で表示される。その場合は、３Ｄプリンタ材料指定ウインドウ３２４において、モックアップ構成部品の一部または全部の材料を、重量差３２４ｄがプラス値となるまで、密度がより小さい材料へ変更する。これにより、モックアップに適用する錘の総重量が、重量差３２４ｄの表示値から分かる。
【００４１】
重量差３２４ｄの表示値が適切とユーザが判断したら、ユーザはキーボード(図示せず）のエンターキーを押す。すると、画面右は、図８（ｃ）のような、錘選択ウインドウ３２５に切り替わる。また、画面左のモックアップ画像３２２には、ＣＡＤデータに基づき算出したモックアップ（テニスラケット）の重心位置（ＧＡまたはＧＢ）が「Ｘ」マークなどで表示される。
【００４２】
表示された重心位置ＧＡがモックアップの構造体内にあるときは、重量差３２４ｄに相当する錘は１つでよい。その場合、モックアップの重心位置ＧＡの目印ＭＫａに錘を取り付けたときに、モックアップの意匠に影響しない形状．サイズの錘を、データファイル１７に登録された多数の錘リスト（図示せず）の中から選択する。選択された錘の識別コードを錘選択ウインドウ３２５の錘種類入力枠３２５−１０に入力し、その個数「１」を錘個数入力枠３２５−１１に入力すれば、どんな錘を幾つ、モックアップの何処（目印ＭＫａの位置）に取り付けるのかが決まる。錘を取り付けた後、その上からモックアップ外観となじむ表面を持つ蓋を嵌め込むことで、錘によるモックアップ意匠への影響を略排除できる。
【００４３】
一方、表示された重心位置ＧＢがモックアップの構造体外（空間）にあるときは、その空間位置（ＧＢ）に錘を取り付けるわけには行かない。その場合は、重心位置ＧＢを取り巻くモックアップの構造体の複数個所（図８（ｃ）の例では、目印ＭＫｂ１〜ＭＫｂ４の４箇所）に、複数の錘を分散配置する。複数の錘の合計重量は、重量差３２４ｄの表示値に相当する。４つの錘を分散配置する位置（目印ＭＫｂ１〜ＭＫｂ４の位置）は、モックアップの構造体内部に限定し、それらの錘を含めたモックアップの重心がＧＢ位置に極力接近するように、位置を決定する。（この位置決定にあたっては、モックアップをとりあえず造形し、モックアップ上の各錘の位置を試行錯誤で変えてみて、求める重心位置を探る方法を採ってもよい。）
４つの錘を分散配置する目印ＭＫｂ１〜ＭＫｂ４の位置が決まれば、それらの位置に配置する錘の種類と個数を決めることができる。各錘の種類を示す識別コードは錘選択ウインドウ３２５の錘種類入力枠３２５−１０、３２５−１２、３２５−１４、…に入力され、各錘の使用個数は錘選択ウインドウ３２５の個数入力枠３２５−１１、３２５−１３、３２５−１５、…に入力される。これにより、重心位置（ＧＢ）が錘を配置できない空間にある場合でも、モックアップの重心調整が可能となる。また、各錘を取り付けた後、それらの上にモックアップ外観となじむ表面の蓋を被せることで、錘によるモックアップ意匠への影響を略排除できる。
【００４４】
図９は、立体造形しようとするモックアップ（テニスラケット）に関する、重心、慣性モーメント、およびスイートスポットを説明する図である。ここで、図示テニスラケットの質量をＭ，回転中心Ｑからラケット重心Ｇまでの距離をＬＧ、フェイス（ガットが張られる面）に平行で重心Ｇを通る軸周りの慣性モーメントをＩＧとする。
【００４５】
いま、ラケットのフェイスに平行で、グリップを握った部分の中心（Ｑ）を通る軸を回転中心として、角速度ωoでラケットを振り出したとする。そのとき、回転中心軸（Ｑ）から距離ｒの点Ｐに当たったボールの衝撃による力積Δｐ１により角速度がωになったとする。（その際、グリップ中心Ｑでの力積はΔｐ２とする。力積は、力の大きさと力が働く時間の積であり、他の物体の運動量をどれだけ変化させるかを表す。）ラケットの重心Ｇでの速度は、ボールが当たる前はＬＧωo、ボールが当たった後はＬＧωとなる。ボールが当たることによる衝撃の方向は、フェイスに垂直で、ラケットの運動方向と反対方向となる。すると、
ＭＬＧω−ＭＬＧωo＝（−Δｐ１）＋（−Δｐ２）
となる。途中の計算式は省略するが、グリップ中心Ｑでの力積Δｐ２がゼロとなるのは
ｒ＝（ＩＧ／ＭＬＧ）＋ＬＧ
を満足するときである。力積Δｐ２がゼロだと、ボールが当たったときの衝撃がグリップ中心に伝わらない。すなわち、力積Δｐ２がゼロになる距離ｒにある点Ｐが、そのラケットのスイートスポット（衝撃中心）となる。
【００４６】
つまり、モックアップ（テニスラケット）の重さＭ、グリップ中心Ｑから重心Ｇまでの距離ＬＧ、重心Ｇの慣性モーメントＩＧが求まれば、そのモックアップのスイートスポットＰも求まる。このようにモックアップのスイートスポットＰも実物と合うようにすれば、実物の実際の使用感を、そのモックアップで検討できるようになる。
【００４７】
図１０は、立体造形しようとするモックアップ（野球バット）を説明する図である。野球バットの場合も、テニスラケットと同様に重心やスイートスポット（打撃中心）があり、これらの検討もモックアップによりできる。
【００４８】
図１１は、立体造形しようとするモックアップ（ゴルフのドライバヘッド）に関する、重心および慣性モーメントを説明する図である。図１２は、立体造形しようとするモックアップ（ゴルフのドライバヘッド）における、重心高さ、重心深度などを説明する図である。図１３は、図１２のドライバヘッドがスイングシャフトに取り付けられたモックアップを説明する図である。図１４は、立体造形しようとするモックアップ（ゴルフのドライバ）における、重心深度と慣性モーメントとの関係の一例を説明する図である。図１５は、立体造形しようとするモックアップ（ゴルフのドライバヘッド）における、重心深度とスイートスポットを説明する図である。図１６は、立体造形しようとするモックアップ（ゴルフのドライバ）において、ヘッドの重心軸周りの左右慣性モーメントの高低がゴルフボールの弾道にどのような影響を与え得るかを説明する図である。図１７は、立体造形しようとするモックアップ（ゴルフのドライバ）において、ヘッドのネック軸周りの慣性モーメントの高低がドライバフェース面の方向にどのような影響を与え得るかを説明する図である。
【００４９】
ゴルフクラブのモックアップは、ヘッド部１０００とシャフト部１００２を別々に造形し、それぞれの重さや重心Ｇをチェック項目とすることができる。さらに、ヘッド部１０００とシャフト部１００２をアセンブルしてドライバの完成形に対応するモックアップを作成したときは（図１３）、スイートスポットＰあるいはスイートスポットを含むスイートエリアＰａ（スイートスポットＰと略同じように伸びのあるドバイバーショットが可能な打面領域）のモックアップ検討も可能である（図１５）。
【００５０】
テニスラケットや野球バットの場合と異なり、ゴルフのドライバヘッドのモックアップ検討では、打面（フェース）から重心Ｇまでの重心深度（図１２、図１５（ａ））もチェック項目に加えることができる。慣性モーメントと重心深度との間には比較的高い相関関係がある（図１４）。そのため、錘を取り付けるモックアップヘッドの重心深度の位置（錘を取り付ける目印を設ける場所）を調整できるようにしておけば、ヘッドの慣性モーメントのモックアップ検討もできる。
【００５１】
ここで、ゴルフのドライバヘッドの慣性モーメントが重要な意味を簡単に説明しておく。ヘッド１０００の左右の慣性モーメント（図１１）が低いときは、重心軸から少しずれた位置でゴルブボールをヒットしたときにヘッドが回転し易くなり、ボールはヘッド１０００のフェイスの垂直面方向よりも外側または内側（図１６の破線矢印）により多く曲がって飛んでゆく。ヘッド１０００の左右の慣性モーメント（図１１）が高いときは、重心軸から少しずれた位置でゴルブボールをヒットしたときにヘッドが回転し難くなり、ボールの曲がりは少なくなる（図１６の実線矢印）。
【００５２】
また、ドライバのネック軸周りの慣性モーメント（図１１）が高いときはドライバを振ったときのフェイス面の角度変化が比較的小さくなるが（図１７上）、ネック軸周りの慣性モーメント（図１１）が低くなると、ドライバを振ったときのフェイス面の角度変化が大きくなり（図１７下）打球の飛ぶ方向が安定し難くなる。
【００５３】
以上は、実使用時に大きく回転させるドライバの場合であるが、実使用時にあまり動かさないパターであっても、パターヘッド１０００Ｐとパターシャフト１００２Ｐをアセンブルしたモックアップ（図１８）では、重心位置や慣性モーメント（さらにはスイートスポット）のモックアップ検討は、した方か望ましい。
【００５４】
以上のように、どのように動かす（振る）かが重要な製品（ゴルフクラブなど）では、慣性モーメントのモックアップ検討も重要と考えられる。
【００５５】
＜実施形態の特徴＞
実施形態の技術は「作成した造形物に錘を取り付ける（着脱や移動が可能）ことで実物との重量差を埋める」方式を採用している。そのため、造形物の形状および実製品との間の重量差に制限が無く、どのようなモックアップにも対応可能である。
【００５６】
実施形態に係るモックアップ自動重量調整システムでは、モックアップの立体形状を造形し、それに錘を貼り付けることで、モックアップによる形状確認の際に実製品と同等の重量、重心等を有するようにしている。そのため、モックアップを実際に手に持つことで、重量確認、過去類似製品との比較などを行うことが可能となる。また、重心も合わせているため重量バランスも確認でき、開発の早い段階で軽量化やバランス改善などの施策を検討することが可能となる。
【００５７】
モックアップの重心位置が偏り、バランスが悪い場合には、錘を手動で配置して、バランスを改善させることもできる。その際、目印で位置が分かりやすくなっている重心位置の確認および、モックアップの構成部品に対する錘の干渉チェックを、容易に行うことができる。
【００５８】
さらに、慣性モーメントやスイートスポットも考慮した実施形態では、テニスラケットやゴルフクラブのように「動き」を伴う製品の使用感の検討も可能になる。
【００５９】
＜出願当初請求項に対応する付記＞
［１］  原設計データ（ＳＴＬなどのファイル形式を持つＣＡＤデータ）が指定する立体造形物を造形する立体造形装置（３３：種々な方式の３Ｄプリンタ）において、
原設計データが指定する立体造形物の設計重量よりも軽めに造形された造形物の１以上の個所（ＭＫ、ＭＫa、ＭＫb１〜ＭＫb４）に１以上の錘を配置する目印を設けるように構成する。
【００６０】
［２］  ［１］の装置において、前記目印は、
前記１以上の錘が配置された際に、それらの錘の少なくとも一部が、前記原設計データが指定する立体造形物の構成部品に干渉しないように（例えばノートＰＣのモックアップの蓋を閉じようとしたときに、その蓋が造形物の本体に配置された錘にぶつからないように）、および／または、
前記１以上の錘が配置された際に、それらの錘の少なくとも一部が、前記原設計データが指定する立体造形物の意匠に影響しないように（例えばノートＰＣの外側面に錘の一部が突出すると、ノートＰＣの意匠に影響する）設けられる。
【００６１】
［３］  ［１］の装置において、前記造形物の重量は、前記１以上の錘により任意に増加できるように構成される。
【００６２】
［４］  ［１］の装置において、前記設計重量と、原設計データが指定する立体形状の造形材料（樹脂や金属）から想定される立体造形物の想定重量との差が、所定値以内（例えば設計重量に対して想定重量の差が±１０〜２０％以内；この数値は任意に設定できる）になるように、前記１以上の錘の形状、サイズ、および重さが取捨選択される。
【００６３】
［５］  ［１］〜［４］の装置において、前記１以上の目印に前記１以上の錘を配置した前記造形物の重心は、原設計データが指定する立体造形物の重心に一致または極力接近できるように構成される。
【００６４】
［６］  ［５］の装置において、前記原設計データが指定する立体造形物が空間を持つ（例えばテニスラケットの環状フレーム）場合において、前記造形物の重心が前記空間に位置するときは、前記空間を避けた前記造形物の複数個所に前記目印が配置される。
【００６５】
［７］  ［５］の装置において、前記原設計データが指定する立体造形物が、動きを伴う製品のモックアップ（テニスラケット、ゴルフクラブ、野球バットなどの実物大模型）に対応する場合において、
前記モックアップを仮想ユーザが動かしたときに想定される慣性モーメント（重心での慣性モーメント＝ＩＧ、モックアップの重量＝Ｍとすると、重心からｄ離れた位置での慣性モーメントＩｏは、Ｉｏ＝ＩＧ＋Ｍｄ２）は、前記原設計データが指定する立体造形物の慣性モーメントに一致または極力接近できるように構成される。
【００６６】
［８］  ［１］〜［７］の装置において、前記原設計データが指定する立体造形物が、スイートスポット（打撃中心）を持つ製品のモックアップ（テニスラケット、ゴルフクラブ、野球バットなどの実物大模型）に対応する場合において、
前記モックアップのスイートスポットは、前記原設計データが指定する立体造形物のスイートスポットに一致または極力接近できるように構成される。
【００６７】
［９］  原設計データ（ＳＴＬなどのファイル形式を持つＣＡＤデータ）が指定する立体造形物を造形する方法において、
原設計データが指定する立体造形物の設計重量よりも軽めに造形物（モックアップ）を造形し（ＳＴ１６）、
前記造形物の１以上の個所に１以上の錘を配置する目印を設ける（ＳＴ２０、ＳＴ４４）。
【００６８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１６…システム本体；１７…データファイル；１８…錘登録処理部；１９…ＣＡＤデータ読み込み処理部；２０…意匠面指定処理部；２１…材料指定処理部；２２…体積算出処理部；２３…重心算出処理部（慣性モーメント／スイートスポット算出処理部）；２４…重量算出処理部；２５…重量差算出処理部；２６…錘選定処理部；２７…錘配置処理部；２８…重心差チェック処理部；２９…アセンブリ構築理部；３０…干渉チェック処理部；３１…造形用３次元形状出力処理部；３２…入力装置（キーボード／マウス／タッチペン／タッチパネルなど）；３３…３次元造形装置（種々な形式の３Ｄプリンタ）；１００ａ、１００ｂ、１００ｃ…モックアップデータ；１０１、１０２…錘；Ｇ，ＧＡ，ＧＢ…重心位置；ＭＫ、ＭＫa、ＭＫb１〜ＭＫb４…錘配置の目印（マーカ）；Ｐ…スイートスポット（打撃中心）；Ｑ…グリップ中心。
【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】
2018138366.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2018138366.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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