(57)【要約】【課題】簡易に装具を製作できる製作システム等を提供する。【解決手段】製作システム１は、装着者の顔１０に装着するフェイスガード２０を製作するものである。製作システム１は、装着者の顔１０の表面の３次元形状データ１１を取得する３次元形状データ取得装置３と、３次元形状データ１１を修整する情報処理装置５と、３次元形状データ１１に基づいてフェイスガード２０を製作するための石膏型１２を製作する３Ｄプリンタ７と、石膏型１２を用いてシート１４を成形する成形装置９等を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に装着する装具の製作システムであって、
前記対象物の表面を計測した３次元形状データに基づいて、前記装具を製作するための型の製作、もしくは前記装具の素材の成形を行う３Ｄプリンタを具備することを特徴とする製作システム。
【請求項２】
前記型を用いて前記装具の素材を成形する成形装置を更に具備することを特徴とする請求項１記載の製作システム。
【請求項３】
前記３次元形状データの修整を行うための情報処理装置を更に具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載の製作システム。
【請求項４】
前記情報処理装置は、前記３次元形状データの一部を前記対象物の外側に突出させるか、もしくは前記対象物の内側に窪ませるかして前記３次元形状データを修整することを特徴とする請求項３記載の製作システム。
【請求項５】
前記情報処理装置は、前記３次元形状データを前記対象物の外側に所定幅拡げることにより、前記３次元形状データを修整することを特徴とする請求項３または請求項４記載の製作システム。
【請求項６】
前記対象物の表面を計測する３次元形状データ取得装置を更に具備することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の製作システム。
【請求項７】
前記３Ｄプリンタは、石膏粉を接着材により固めることで前記型を製作することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の製作システム。
【請求項８】
前記装具が、顔に装着するフェイスガードであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の製作システム。
【請求項９】
対象物に装着する装具の製作方法であって、
３Ｄプリンタが、前記対象物の表面を計測した３次元形状データに基づいて、前記装具を製作するための型の製作、もしくは前記装具の素材の成形を行うことを特徴とする製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装具の製作システムおよび製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鼻骨や頬骨等を骨折等した状態で競技を行う必要がある場合、フェイスガードと呼ばれる装具を装着し顔を保護することがある。骨折等した場合でなくとも、種目によっては装具により顔等を保護して競技を行う（特許文献１〜４参照）。
【０００３】
装着者の顔等の形状に応じたフェイスガード等の装具を製作するには、通常、石膏等を用いて装着者の顔等の型をとり、この型を用いて顔等の３次元形状を示す型を製作し、当該型を用いて樹脂等を成形する。
【０００４】
一方、装具一般の製作方法としては、特許文献５のような３Ｄプリンタを用いることも考えられる。例えば特許文献６には、歯科用補綴物の製作方法として、歯列模型を作成したうえでこの３次元形状を読み取って３Ｄプリンタで歯科用補綴物を製作することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７８１９１号公報
【特許文献２】特開２００７−１８１６４７号公報
【特許文献３】実開平６−６４６８５号公報
【特許文献４】特開２００４−６５８９８号公報
【特許文献５】特許第４４０３３８４号
【特許文献６】特開２０１２−２４３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フェイスガード等の装具の製作時に顔の型を取る際には、装着者の鼻孔等に詰物をして顔に分離材を塗布したり、呼吸経路を確保したうえで石膏等を塗布する必要がある。また装着者にとっても、型取りの際に痛み等に耐えながらじっとしている必要がある。また装具の作成時には型を修整する作業も必要であり、複雑な作業となっていた。
【０００７】
特許文献６の方法も、歯科用補綴物を装着する対象物である歯の３次元形状を読み取るのではなく、まず歯列模型を製作してその３次元形状を読み取るので、上記と同じく歯科用補綴物の製作に手間がかかり、また歯列模型を作成するために患者から歯型を取る必要があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、簡易に装具が製作できる製作システム等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した課題を解決するための第１の発明は、対象物に装着する装具の製作システムであって、前記対象物の表面を計測した３次元形状データに基づいて、前記装具を製作するための型の製作、もしくは前記装具の素材の成形を行う３Ｄプリンタを具備することを特徴とする製作システムである。
【００１０】
本発明では、装具を装着する対象物の表面そのものを直接計測した３次元形状データを用いて、装具を製作するための型もしくは装具を３Ｄプリンタにより製作する。これにより３次元形状データから直接型もしくは装具を製作できるので前記したような型取りが不要となり、装具の製作工程が簡易なものとなる。
【００１１】
前記型を用いて前記装具の素材を成形する成形装置を更に具備することが望ましい。
これにより、３Ｄプリンタで製作した型を用いて装具を製作できる。
【００１２】
前記３次元形状データの修整を行うための情報処理装置を更に具備することが望ましい。
これにより、従来は型を直接修整することで行っていた作業をデータ上で行うことができ、装具の製作がより効率化できる。
【００１３】
前記情報処理装置は、例えば、前記３次元形状データの一部を前記対象物の外側に突出させるか、もしくは前記対象物の内側に窪ませるかして前記３次元形状データを修整する。また、前記３次元形状データを前記対象物の外側に所定幅拡げることにより、前記３次元形状データを修整することもできる。
３次元形状データの修整については、例えば３次元形状データの一部を突出させるか、もしくは窪ませるかにより、装具に対象物と直接接触しない箇所を設けたり、装具のホールド性を高めるたりすることが可能になる。さらに、３次元形状データを所定幅拡げることで、装具の素材の厚みを考慮した３次元形状データを作成できる。
【００１４】
前記対象物の表面を計測する３次元形状データ取得装置を更に具備することが望ましい。
本発明では、対象物の表面の３次元形状を計測可能な３次元形状データ取得装置を用いることで、計測時の不快感を無くすことが可能である。
【００１５】
前記３Ｄプリンタは、石膏粉を接着材により固めることで前記型を製作することが望ましい。
これにより、素材の成形に好適な強度を有する型を低コストで製作できる。
【００１６】
また、前記装具が、顔に装着するフェイスガードであることが望ましい。
フェイスガードの製作は、前記したように複雑な作業となり型取りの際に不快感を与えることも多いので、本発明を適用するのに特に好適である。
【００１７】
第２の発明は、対象物に装着する装具の製作方法であって、３Ｄプリンタが、前記対象物の表面を計測した３次元形状データに基づいて、前記装具を製作するための型の製作、もしくは前記装具の素材の成形を行うことを特徴とする製作方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、簡易に装具が製作できる製作システム等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】製作システム１を示す図
【図２】製作方法の手順を示すフローチャート
【図３】３次元形状データ１１の修整について示す図
【図４】石膏型１２ａの製作について示す図
【図５】製作システム１ａを示す図
【図６】製作方法の手順を示すフローチャート
【図７】３次元形状データ１１の修整について示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
［第１の実施形態］
（１．製作システム１）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る製作システム１を示す図である。この製作システム１は装具としてフェイスガード２０を製作するものであり、３次元形状データ取得装置３、情報処理装置５、３Ｄプリンタ７、成形装置９等を有する。
【００２２】
３次元形状データ取得装置３は、フェイスガード２０を装着する対象物として、装着者の顔１０の表面の３次元形状データを取得するものであり、例えば３Ｄスキャナが用いられる。
【００２３】
３Ｄスキャナは３次元形状データを取得できれば特に限定されない。その例として、複数のカメラで対象物を撮影しその画像から対象物の３次元形状を測定するステレオ法によるものや、所定方向からレーザーを対象物に照射し、これを撮影した画像に基づいて対象物の３次元形状を測定するアクティブステレオ法によるものがある。その他、所定方向からレーザーを対象物に照射し、対象物を反射したレーザーが受光されるまでの時間等から対象物の３次元形状を測定する光レーダ法によるものなどもある。これらは非接触式で３次元形状を測定するものであるが、プローブ等を対象物に沿って移動させ３次元形状を測定する接触式のものも使用可能である。
【００２４】
情報処理装置５は、制御部、記憶部、入力部、通信部等を有する一般的なコンピュータであり、３次元形状データ取得装置３で取得した３次元形状データを修整し、石膏型１２を製作するための３次元形状データとするものである。この３次元形状データは、ポリゴンデータ等の所定のデータ形式に変換され、上下複数層に輪切りしたスライスデータが作成される。
【００２５】
３Ｄプリンタ７は、３次元形状データに基づいた石膏型１２の製作を行うものである。３Ｄプリンタ７は、例えば、石膏粉を敷き均し、上記のスライスデータに基づきノズルヘッドから接着材を石膏粉に吹き付け固化させる工程を、下層のスライスデータから上層のスライスデータへと順に繰り返す。これにより固化した石膏粉が積層され、３次元形状データに基づいて石膏型１２が製作される。なお、石膏型１２には、後述するシート１４の成形時に必要な孔（不図示）も設けられる。
【００２６】
成形装置９は、フェイスガード２０の素材である熱可塑性樹脂を含むシート１４を、石膏型１２に沿って成形するものである。
【００２７】
ここでは、成形装置９の上に石膏型１２を載置し、加熱し軟化させた状態のシート１４を石膏型１２の上に載せる。そして、成形装置９により、石膏型１２に設けた上記の孔を介してシート１４の吸引を行い、石膏型１２に沿ってシート１４を密着させつつ上からエアーを吹き付けて冷却し、硬化させる。これによりシート１４を石膏型１２の形状に沿って成形することが可能である。
【００２８】
（２．製作システム１によるフェイスガード２０の製作方法）
次に、図２を参照して製作システム１によるフェイスガード２０の製作方法について説明する。図２は製作方法の手順を示すフローチャートである。
【００２９】
本実施形態では、まず、３次元形状データ取得装置３により、フェイスガード２０の装着者の顔１０の表面の３次元形状データを取得する（Ｓ１１）。３次元形状データは情報処理装置５に入力される。図３（ａ）にＳ１１で取得した３次元形状データ１１の例を実線で示す。図３（ａ）の横軸ｘは水平方向、縦軸ｚは鉛直方向であり、図では額から顎にかけての断面を示した。以降の図３（ｂ）、図４（ｂ）、（ｃ）、図７（ａ）、（ｂ）においても同様である。
【００３０】
情報処理装置５は、作業者の入力等に応じて３次元形状データ１１を修整し、石膏型１２を製作するための３次元形状データ１１を作成する（Ｓ１２）。
【００３１】
この修整は、例えば、フェイスガード２０に患部と直接接触しない箇所を設けたり、フェイスガード２０のホールド性を高めるために行われる。従来これらの作業は石膏型を直接修整することで行っていたが、本実施形態ではこれに対応する作業がデータ上で行われる。
【００３２】
例えば鼻骨骨折の場合、フェイスガード２０が鼻と直接接触せず鼻との間に隙間ができるように、図３（ａ）の１１’に示すように、鼻の位置で３次元形状データ１１を外側に向かって部分的に突出させる。逆に、頬骨やこめかみの位置では積極的にフェイスガード２０を接触させてホールド性を高めたいので、これらの位置では、３次元形状データ１１を内側に向かって部分的に窪ませる。なお、外側とは３次元形状データ１１が示す顔１０の外側をいい、内側とはその逆をいうものとする。
【００３３】
修整後の３次元形状データ１１の例を図３（ｂ）に示す。３次元形状データ１１は、前記したように所定のデータ形式に変換され、これによりスライスデータが作成される。
【００３４】
３Ｄプリンタ７は、上記した修整後の３次元形状データ１１に基づき、前記したように石膏型１２を製作する（Ｓ１３）。石膏型１２の製作後、シート１４の成形時に必要な前記の孔が穿孔される。なお、Ｓ１２の３次元形状データ１１の修整時にこの孔も含めた３次元形状データ１１を作成しておき、３Ｄプリンタ７によって当該孔も含めた石膏型１２を作成することも可能である。
【００３５】
そして、成形装置９により、前記したように石膏型１２に沿ってシート１４を成形する（Ｓ１４）。この後、成形後のシート１４のフェイスガード２０の部分を切取り、さらに、視界を確保するために目等に当たる部分を除去する。そして、必要な部材、例えばクッション性をもたせるためのスポンジや顔に固定を行うための面ファスナーなどの固定具を取付けるなどして、フェイスガード２０が製作される。フェイスガード２０には、印刷等により着色を施し柄等を付与することも可能である。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態によれば、装着者の顔１０の表面そのものを直接計測した３次元形状データ１１を用いて、フェイスガード２０を製作するための石膏型１２を３Ｄプリンタ７により製作し、石膏型１２を用いて成形装置９によりシート１４を成形してフェイスガード２０を製作できる。このように３次元形状データ１１から直接石膏型１２が製作できるので前述したような型取りが不要となり、フェイスガード２０の製作工程が簡易なものとなる。
【００３７】
また、情報処理装置５により３次元形状データ１１の修整を行うことにより、従来石膏型１２を直接修整することで行っていた作業をデータ上で行うことができ、フェイスガード２０の製作がより効率化できる。この際、３次元形状データ１１の一部を外側に突出させたり内側に窪ませたりすることで、フェイスガード２０に患部と直接接触しない箇所を設けたり、フェイスガード２０のホールド性を高めたりできる。
【００３８】
また、本実施形態では３次元形状データ取得装置３として、３Ｄスキャナ、特に顔１０の表面の３次元形状を非接触で計測可能な前記した非接触式の３Ｄスキャナを用いることで、計測時の不快感を無くすことが可能である。
【００３９】
加えて、３Ｄプリンタ７では、石膏粉を接着材により固めることで、シート１４等の成形に好適な強度を有する石膏型１２を低コストで製作できる。ただし、石膏型１２にかえて金属や樹脂製の型を用いることも可能であり、この場合、３Ｄプリンタ７は金属や樹脂を成形するものを用いる。
【００４０】
例えば金属製の型を作成する場合、３Ｄプリンタ７としては、金属粉を敷き均して前記のスライスデータに基づきヘッドからレーザー等を照射し金属粉を焼結させる工程を、下層のスライスデータから上層のスライスデータへと繰り返し、金属を積層させて３次元形状データに基づく型を作成するものを用いればよい。
【００４１】
また、樹脂製の型を製作する場合、３Ｄプリンタ７としては、前記のスライスデータに基づきノズルヘッドからＵＶ（Ultra Violet）硬化性樹脂を塗布し、これを紫外線で固化させる工程を下層から上層へと繰り返し樹脂を積層させるものや、スライスデータに基づきノズルヘッドから溶融樹脂を塗布する工程を下層から上層へと繰り返し樹脂を積層させるものを用いればよい。
【００４２】
前記のような石膏型１２は、作業者により形状の微調整が可能で個人用のカスタマイズ品としては有効ではあるが、量産用にフェイスガード２０等の多数回の複製を行うには若干脆い面もある。このようなケースでは、上記のような金属製の型や樹脂製の型を用いることが有効となる。例えば金属製の型を用いる場合は、形状の補正が不要な単純な形状を大量生産する際に好適である。一方、樹脂製の型を用いる場合は、石膏ほど微調整はできないものの、ある程度の調整は可能であるため、複雑な形状を大量に生産する際に好適である。
【００４３】
また、本実施形態は、装具として顔に装着するフェイスガード２０を製作する例を挙げて説明した。フェイスガード２０の製作は、前述したように複雑な作業となり型取りの際に不快感を与えることも多いので、本発明を適用するのに特に好適である。
【００４４】
しかしながら、装具はフェイスガード２０に限らない。例えば腕や脚に装着するプロテクターのようなものでも同様に製作可能であり、お面などパーティーグッズ等の製作にも適用できる。また装具は人間に装着するものにも限らず、人間以外の動物や樹木等の植物へ装着するものでも同様に製作できる。
【００４５】
また、本実施形態では、顔１０の表面の３次元形状を凸形状で表すポジ型の石膏型１２を製作したが、顔１０の表面の３次元形状を凹形状で表した図４（ａ）に示すようなネガ型の石膏型１２ａも製作できる。Ｓ１４では、この石膏型１２ａの内面にシート１４を密着させ、シート１４を成形することが可能である。
【００４６】
この場合、Ｓ１２の３次元形状データ１１の修整時には、図４（ｂ）の１１ａに示すように、Ｓ１１で取得した３次元形状データ１１の高低を反転する。さらに、シート１４の厚み等を考慮して３次元形状データ１１ａを外側に向かって法線方向に所定幅拡げた３次元形状データ１１ａ’を作成する。
【００４７】
そして、前記と同様、鼻骨等の患部に当たる位置では、１１ａ”に示すように３次元形状データ１１ａ’を部分的に外側に突出させ、フェイスガード２０が患部に直接触れないようにする。また逆に、頬骨やこめかみの位置など、積極的にフェイスガード２０を顔面に接触させたい位置では、３次元形状データを内側に向かって部分的に若干窪ませる。図４（ｃ）に、こうして修整を行った後の３次元形状データ１１の例を示す。
【００４８】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【００４９】
図５は、第２の実施形態に係る製作システム１ａを示す図である。この製作システム１ａは、３Ｄプリンタ７によって直接フェイスガード２０を製作し、成形装置９が省略される点で第１の実施形態と異なる。
【００５０】
図６は製作システム１ａによるフェイスガード２０の製作方法の手順を示すフローチャートである。図６のＳ２１は前記のＳ１１と同様の工程であるが、Ｓ２２では、作業者の入力等に応じて情報処理装置５が３次元形状データ１１の修整を行うことにより、フェイスガード２０を製作するための３次元形状データ１１が作成される。
【００５１】
例えば、図７（ａ）に示すようにシート１４の厚み等を考慮して３次元形状データ１１を外側に向かって法線方向に所定幅拡げた３次元形状データ１１ｂを作成する。前記と同様、鼻骨等の患部に当たる位置では、１１ｂ’に示すように３次元形状データ１１ｂを部分的に外側に突出させ、フェイスガード２０が患部に直接触れないようにできる。また逆に、頬骨やこめかみの位置など、積極的にフェイスガード２０を顔面に接触させたい位置では、３次元形状データ１１ｂを部分的に内側に若干窪ませる。
【００５２】
こうして作成したデータについて、フェイスガード２０の製作に必要な部分を切り出し、また目等に当たる部分を空洞とする。このようにして修整した後の３次元形状データ１１の例を図７（ｂ）に示す。この３次元形状データ１１も、前記したように所定のデータ形式に変換され、これによりスライスデータが作成される。
【００５３】
３Ｄプリンタ７は、修整後の３次元形状データ１１に基づいて、フェイスガード２０の素材を前記したように成形する（Ｓ２３）。
【００５４】
例えばフェイスガード２０を樹脂で製作する場合、前記したようなＵＶ硬化性樹脂や溶融樹脂を用いて成形を行う３Ｄプリンタ７を使用する。ＵＶ硬化性樹脂や溶融樹脂の成形後、必要な部材を取付けることでフェイスガード２０が製作される。ＵＶ硬化性樹脂や溶融樹脂に着色を施しておくことにより、フェイスガード２０に所望の柄を付与することも可能である。
【００５５】
以上説明した第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また石膏型１２の製作が省略されるので、より迅速にフェイスガード２０が製作できる。さらに、第２の実施形態の場合は、３次元形状データ１１の修整によりフェイスガード２０をハニカム構造に成形する等による軽量化や強度の確保も可能となる利点がある。これは第１の実施形態のように石膏型１２等を用いてシート１４を成形する場合には困難な作業である。一方、第１の実施形態では、従来と同様石膏型１２を用いてシート１４を成形するので、作業者の熟練性により作業を正確に行える利点がある。
【００５６】
以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５７】
１、１ａ；製作システム
３；３次元形状データ取得装置
５；情報処理装置
７；３Ｄプリンタ
９；成形装置
１０；顔
１１、１１’、１１ａ、１１ａ’、１１ａ”、１１ｂ、１１ｂ’;３次元形状データ
１２、１２ａ；石膏型
１４；シート
２０；フェイスガード
【図２】
2015181791.tif 000003
【図３】
2015181791.tif 000004
【図６】
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【図７】
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【図１】
2015181791.tif 000007
【図４】
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【図５】
2015181791.tif 000009