(57)【要約】【課題】三次元原型体の外形状に良好に密着してその外形状を維持した状態のまま硬化し続ける形状固化シート及び該形状固化シートの形状固化方法を提供すること。【解決手段】  吸引口２ａを具備してなる柔軟なシートで作成した密封袋２と、該密封袋２の内部に封入する繊維を網状に編み込んだ充填材３と、を具備することを特徴とする形状固化シート１。及び、この形状固化シート１で三次元原型体Ａの外表面を覆って、三次元原型体Ａの外表面に前記形状固化シート１を密着させると共に、前記形状固化シート１の吸引口２ａから吸引して前記充填材３の入った密封袋２を前記三次元原型体Ａの外表面で密着状態のまま固化させてから、前記吸引口２ａを閉じることにより、前記三次元原型体Ａの外表面形状と同じ内表面形状を有する三次元形状体となる形状固化シート１を制作することを特徴とする形状固化シートの形状固化方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸引口を具備してなる柔軟なシートで作成した密封袋と、該密封袋の内部に封入する繊維を網状に編み込んだ充填材と、を具備することを特徴とする形状固化シート。
【請求項２】
前記請求項１の形状固化シートで三次元原型体の外表面を覆って、三次元原型体の外表面に前記形状固化シートを密着させると共に、前記形状固化シートの吸引口から吸引して前記充填材の入った密封袋を前記三次元原型体の外表面で密着状態のまま固化させてから、前記吸引口を閉じることにより、前記三次元原型体の外表面形状と同じ内表面形状を有する三次元形状体となる形状固化シートを制作することを特徴とする形状固化シートの形状固化方法。
【請求項３】
前記三次元原型体の外表面に前記形状固化シートを密着させる方法が、前記三次元原型体と前記形状固化シートの空隙の気体を吸引して行うことを特徴とする請求項２記載の形状固化シートの形状固化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、外形状を維持した状態のまま硬化し続ける形状固化シート及び該形状固化シートの形状固化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術としては、伸縮運動、曲げ運動、捩じり運動を大きな拘束力で拘束することができる運動拘束具、及びこれを用いた疑似体験装置がある（例えば、特許文献１、特許文献２）。又、粒子を入れた袋を真空化することで形状を固定する技術は、前記特許文献１及び特許文献２が公開される以前から製品化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８６６８３号公報
【特許文献２】特開２００６−９４９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１及び特許文献２では、外膜である袋をゴム状の伸縮性のある素材にすると真空化しても十分に硬くならない。一方、外膜である袋に伸縮性がないと、変形時に皺が生じて硬さが落ちる問題点がある。又、外膜の内部空間に収納するのが小片連結体や伸縮拘束部材であるために任意形状にフィットし難く、だからと言って薄手のものを作成することは収納する物から鑑みて困難である。特に特許文献２では、伸縮拘束部材の充填材としてシートを採用しているが、シート状・線状のものは変形し難く、粒子状の充填材においては変形はし易いが粒子の分布は一様になり難く粒子のないところは硬くならないという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、吸引口を具備してなる柔軟なシートで作成した密封袋と、該密封袋の内部に封入する繊維を網状に編み込んだ充填材と、を具備することを特徴とする形状固化シートとしたことにある。
【０００６】
さらに、上記したいずれかの形状固化シートで三次元原型体の外表面を覆って、三次元原型体の外表面に前記形状固化シートを密着させると共に、前記形状固化シートの吸引口から吸引して前記充填材の入った密封袋を前記三次元原型体の外表面で密着状態のまま固化させてから、前記吸引口を閉じることにより、前記三次元原型体の外表面形状と同じ内表面形状を有する三次元形状体となる形状固化シートを制作する形状固化シートの形状固化方法としたことにある。
【０００７】
又、三次元原型体の外表面に形状固化シートを密着させる方法が、前記三次元原型体と前記形状固化シートの空隙の気体を吸引して行うことにある。
【０００８】
上記したこの発明の形状固化シートによると、密封袋が柔軟なシートからなるもので、密封袋の内部に封入するのが繊維を網状に編み込んだ充填材であるために、三次元原型体に形状固化シートを沿わせて吸引口から吸引することで、密封袋の内周面と充填材が一様な状態で密着し硬化する。吸引の度合いすなわち密封袋内の真空度を調整することによって、この一様な硬さを調整できる。そして、吸引口を閉塞してその三次元原型体を維持する。密封部材は柔軟なシートからなるので、三次元形状原型体にフィットする際に皺が形成され難い。部材の種類は密封袋と充填材の２種類だけで、又、密封袋に充填材を詰め込むだけの作業であるので、簡単に安価に製造できる。
【０００９】
三次元原型体の外表面が複雑な凹凸形状であっても、手で押さえるなどして変形固化シートの内表面を三次元原型体の外表面に密着できる。そして、この状態で密封袋の内部を外部の吸引装置で吸引して密封袋を固化してから吸引口を塞ぐことでその三次元原型体の外面形状を維持できる。このように制作された変形固化シートは、三次元原型体を複製するような場合の型として、あるいは、ギプスのようにそのままの形でも使用できる。充填材が密封袋の内部に均一の厚さで分布していれば変形固化シートの外表面も内表面と同じように三次元原型体の外表面と同じ三次元形状体を得ることができる。又、同じ変形固化シートを異なる三次元原型体に何回も繰り返し使用することもできる。
【００１０】
変形固化シートの内表面を三次元原型体の外表面に密着する方法が、三次元原型体の外表面と密封袋の間に存在する空間に溜まった空気を吸引することで行えば、より一層確実に密着度を高めることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の変形固化シートの実施例の平面図
【図２】図１の断面図
【図３】充填材の実施例の平面図
【図４】変形固化シートの使用例図
【図５】隙間吸引箱の面図
【図６】図５の一部省略平面図
【図７】隙間吸引箱に載せた三次元形状原型に変形固化シートを被せた断面説明図
【図８】図６の状態から吸引した状態の断面説明図
【図９】隙間吸引箱から三次元原型体を取り外した状態の断面説明図
【図１０】三次元原型体を取り外して固化した変形固化シートの断面図
【図１１】手袋の外表面に変形固化シートを密着固定した実施例図
【図１２】変形固化シートの使用例図。
【図１３】変形固化シートの使用例図。
【図１４】変形固化シートの使用例図。
【図１５】変形固化シートの使用例図。
【図１６】変形固化シートの使用例図。
【図１７】変形固化シートの使用例図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明の変形固化シートの最良の実施形態について、以下、図に基づいて説明する。変形固化シート１は、図１、図２に示すように、吸引口を具備してなる柔軟なシートで作成した密封袋２と、該密封袋２の内部に収納した繊維を網状に編み込んでなる充填材３とを、具備してなるものである。
【００１３】
前記密封袋２を構成する柔軟なシートは、例えば、ゴム状の伸縮性のある素材であれば、使用することができる。袋の厚みは特に限定されるものではなく、型の対象となる三次元原型体Ａの凹凸形状の大きさや細かさによって最適な厚みが選択使用される。例えば、密封袋２が天然ゴムの場合には０．１〜０．５ｍｍの厚さのものが好ましく、ウレタンゲルの時は０．５〜３．０ｍｍの厚さのものが好ましく使用される。密封袋２の厚みは収納する充填材３の厚さに影響するものであるので、使用目的に応じて調整すればよく、例えば、丈夫な固化した三次元形状体を必要とする場合には、充填材３の厚さ即ち封入量を多くし、その封入量に対応して厚みのある密封袋２とすればよい。密封袋２の素材が塩化ビニールのように伸びにくいものである場合には変形時に皺が発生し易く好ましくない。しかし、皺が生じないような変形でのみ用いる場合には密封袋２の素材を伸びにくいものとしたほうが、より丈夫に固化することができる。
【００１４】
輪郭形状はこの実施形態では円形であるが、多角形や種々の形状の組み合わせた形状であってもよく、これらは対象となる三次元原型体Ａにあわせて適時選択される。密封袋２には、図示していない吸引機と接続する吸引口２ａが設けられていて、該吸引抗口２ａを介して密封袋２の内部の空気を排除することができるようになっている。
【００１５】
充填材３である繊維を網状に編み込んだものとしては、ポリエステルをストッキング状に編んだ水切りネットのような編み組織が好適に使用できる。このような網状に編み込む繊維の素材としては、天然もの、ガラスファイバーを含む合成のものを問わず使用できる。また、伸縮性のない素材と伸縮性のある素材を組み合わせたものでもよく、伸縮性のある素材のみを網状に編み込んだものでもよい。ただ、伸縮性のない素材の方が、内部を真空化したときにより硬くすることが出来る。伸縮性のある素材と伸縮性のない素材を組み合わせたものとしては、ポリエステルとポリウレタンのストレッチ生地が好適に使用できる。ポリウレタン繊維は伸びやすいため内部を真空にした際の硬さは水切りネットに劣るが、１枚の厚さが厚いために重ねる枚数は水切りネットよりも少なくても良い。その他の伸縮性のない素材を網状に織り込んだ材質のものも勿論使用可能である。このような素材を糸状にして網状に編み込んだものを１枚以上を密封袋２の中に入れて使用するのが好ましい。
【００１６】
密封袋２内の空気が吸引口２ａから吸引チューブ２ｂを介して吸引機で吸引されて減圧されて密封袋２が三次元原型体Ａの外面形状の凹凸形状に密着して折れ曲った際に、この充填材３もその凹凸形状に沿って折れ曲る。図３に示すように、密封袋２の内部形状に沿った輪郭形状として１枚以上重ねて封入してもよいし、折り畳んだり、あるいは不定形な状態で封入してもよく、封入の仕方や封入量は使用目的に応じて自在である。また、密封袋２の内部全体を均一な厚さとすると汎用性に富むが、部分的に厚みに差を設けてもよい。これらは、使用目的に応じて適宜選択できる。
【００１７】
上記のような構成からなるこの実施形態の変形固化シート１の使用方法について説明する。
【００１８】
図４に示す使用例は、三次元原型体Ａを人の腕や足Ｂとし、この腕や足Ｂの医療用ギプスとして使用する例である。矩形状に作成してある変形固化シート１を骨折した部位に巻付けてから、吸引口２ａから吸引チューブ２ｂを介して吸引機から吸引して密封袋２の内部を減圧することによって、巻き付けた変形固化シート１が固化して骨折した部位を固定する。減圧時は、手で密封袋２の外周面を押さえて、密封袋２が腕や足Ｂに密着状態を維持するようにしておく。そして、変形固化シート１が固化し終えると吸引口２ａを塞いでから吸引機を取り外せばよい。吸引前の充填材３と密封袋２は柔軟性があるので、外面形状の凹凸形状、この実施形態では腕や足Ｂの略円筒形状に密着する際に内側の部位では縮小し外側の部位では伸びる。そして、内部の空気を排出して減圧状態とし密封袋２の吸引口２ａを塞ぐと、充填材３は丸く折れ曲った形状を維持し続け、一方、密封袋２は部位によって縮小したり伸びたりした状態を維持し続け、この状態が固定される。この固定する力を強化するためには、密封袋２の内部空間を大きくするための厚み方向の長さを大きくして充填材３の封入量を多くすることによって調節できる。加えて、固定する力を強化するために、吸引機によって密封袋２の内部空間の減圧力を高めることでも可能である。これら双方を活用することによって、固定力の強い三次元成形体を得ることができる。
【００１９】
三次元原型体Ａの上方の外表面形状の三次元形状体を制作する場合について、図５乃至図１０に基づいて説明する。図５は、この作成に使用する箱状の隙間吸引器４を示し、この内部の吸引室５は吸引管６を通じて図外の吸引機と接続されている。隙間吸引器４の上面には、図６に示すように、多数の小穴からなる吸引穴６を形成した上板８が設けられている。この隙間吸引器４を用いて三次元成形体Ｃを制作する場合には、図７に示すように、上板８の上面に三次元原型体Ａを載せてから、変形固化シート１を被せる。この時には、上板８の吸引穴７を全て三次元原型体Ａ又は変形固化シート１で覆うようにしておく。そして、吸引管６及び吸引口２ａと接続する吸引チューブ２ｂを通じて吸引機から吸引する。吸引機は同じものであっても良いが、吸引のタイミングは隙間吸引器４の方が少し早めにして変形固化シート１が固化しない間に三次元原型体Ａの上方の外表面に変形固化シート１を密着させておくことが望ましい。これによって、吸引穴７の上方は全て塞がれるので空の吸引が生じることがなくなり吸引効果が向上する。吸引が終了すると同時に密封袋１の吸引口２ａを塞いで密封袋２の内部の減圧状態を維持しておく。こうすることによって、変形固化シート１は三次元原型体Ａの外表面形状と同じ内表面形状を有する三次元形状体Ｃとなる。この時、充填材３の厚さが全体に均一に密封袋２内で薄く分布していれば、三次元形状体Ｃの外表面形状も内表面形状と同じ形状のものが得られる。
【００２０】
三次元形状体Ｃが固化したら三次元原型体Ａと共に上板８から図９に示すように取り外してから、更に三次元原型体Ａを図１０に示すように取り外すことによって三次元形成体Ｃが得られる。この三次元形成体Ｃは、そのまま器等として使用してもよい。なお、このような三次元原型体Ａと密封袋１の密着は、その間隙の気体を吸引器等で強制的に減圧状態にしなくとも、手で押さえるなどの他の手段によっても良いのは勿論である。
【００２１】
以上のように、この発明の変形固化シート１は、変形自由度が大きく硬さも調節できるので医療用キャストとして好適に使用できる。更に又、対象物である三次元原型体Ａにフィットするので対象物に忠実な型取りが可能となる。しかも型取りに時間が掛かることもないし、繰り返し再利用も可能である。
【００２２】
この変形固化シート１の他の使用例について、図１１〜図１７に基づいて説明する。図１１は、三次元原型体Ａを人の手Ｄとし、力覚提示器具として使用する例である。手袋状に作成してある変形固化シート１を手に装着してから、内部を減圧することによって、手の形状を固定する。この時、手は握りづらくなるため、手を握ると同時に内部を減圧することで、物を握る感覚を装着者に提示することが出来る。また、内部の真空圧を変えることで三次元成形体Ｃの硬さが変わり、それによって異なる硬さの物を握る感覚を提示することができる。この時、三次元原型体Ａを各指や各指関節とし、指や指関節に独立に力覚を提示しても良い。また、三次元原型体Ａを肘や肩など身体の一部の部位として、その運動を拘束しても良い。更にまた、これらは力覚提示器具としてだけではなく、サポータとしての利用もできる。また、変形固化シート１に計測用ファイバなどの器具を取り付けることにより、器具を身体に固定する目的で変形固定シート１を利用することも利用も可能である。
【００２３】
図１２に示す使用例は、変形固化シート１を箱状の土台９に固定し、力覚提示器具として使用する例である。人の手指Ｅで変形固化シート１を押し下げた時の反力を、変形固化シート１の内部真空圧によって調整することで、異なる硬さの物体に触れる感覚を提示することができる。
【００２４】
図１３に示す使用例は、固定板１０に載せた三次元原型体Ａを固定板１０とともに変形固化シート１で包むことによって、三次元原型体Ａを固定板１０に固定する固定具として使用する例である。たとえば三次元原型体Ａを容器に入れて運搬する際、三次元原型体Ａを固定板１０に固定することで、輸送中に三次元原型体Ａが容器内で動く問題点を解決することができる。
【００２５】
図１４に示す使用例は、収納容器１１の一面にとりつけた変形固化シート１の上に三次元原型体Ａを載せた状態で変形固化シート１を硬化し、収納容器１１内での三次元原型体Ａの位置を固定する固定具として使用する例である。
【００２６】
図１５に示す使用例は、壊れやすかったり、傷つきやすい三次元原型体Ａを変形固化シート１で覆うことによって三次元原型体Ａの保護材として使用する例である。
【００２７】
図１６に示す使用例は、空気圧などで柔軟に変形する柔軟アクチュエータ１２の表面に変形固化シート１を取り付け、変形固化シート１の硬さを内部真空圧で調節することにより、柔軟アクチュエータ１２に粘弾性を付加したり、柔軟アクチュエータ１２の変形方向を調節する機械要素として使用する例である。
【００２８】
図１７に示す使用例は、ボールのような三次元原型体Ａの全体の型取りを行う際に、石膏などでの型取りと同じように２つ以上の型に分けることで行う例である。複数の変形固化シート１を組み合わせて片方ずつ型取りし、その後、取り外して、必要に応じて片方ずつに粘土や石膏などを詰めて合わせることでボール類似物を再現することができる。
【００２９】
以上の図１３、１４、１５、１７使用例においては、予め適宜の外形状や厚さにして形成してある変形固化シート１を三次元原型体Ａに取り付けた状態で、手などで押さえるように支えながら、密封袋１の減圧を行うだけで良い。
【符号の説明】
【００３０】
１    変形固化シート
２    密封袋
３    充填材
４    隙間吸引器
Ａ    三次元原型体
Ｃ    三次元成形体
【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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【図１７】
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