(57)【要約】【課題】  内部に残存する未硬化の光硬化樹脂液を排出する機能を有する内部構造体の設計を短時間で実行することができる三次元設計方法、三次元設計支援装置及びコンピュータプログラムを提供する。【解決手段】  ＣＰＵ１は、複数の単位構造体を縦横方向へ一線分上に整列させ、相隣る周面が互いに当接するように積層させて積層構造体を生成させた後、ブーリアン演算部４１を作動させて、外皮９０と積層構造体との論理和を演算させる。ＣＰＵ１は余剰処理部４２を作動させて、積層構造体の外皮から突出した部分を余剰部分として除去させて内部構造体を生成した後、結合処理部４３を作動させて、内部構造体と外皮とを結合させ、その結果をＣＡＤデータ記憶部３１に与えてそこに記憶させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化樹脂液中で光造形により外皮の中にハニカムの内部構造体を形成させるべく、前記内部構造体の三次元設計を支援する方法において、
前記内部構造体を構成する基本構造体に、前記光硬化樹脂液を排出させるための複数の排出孔を開設してなる複数の単位構造体を積層させてハニカムの積層構造体を生成し、生成した積層構造体と前記外皮との論理和を演算し、積層構造体の外皮から突出する余剰部分を除去することによって前記内部構造体を生成することを特徴とする三次元設計支援方法。
【請求項２】
光硬化樹脂液中で光造形により外皮の中にハニカムの内部構造体を形成させるべく、前記外皮に係るデータを記憶するメモリを備え、前記内部構造体の三次元設計を支援する装置において、
前記内部構造体を構成する基本構造体に、前記光硬化樹脂液を排出させるための複数の排出孔を開設してなる複数の単位構造体を積層させてハニカムの積層構造体を生成する手段と、
生成された積層構造体と前記外皮との論理和を演算する手段と、
積層構造体の外皮から突出する余剰部分を除去することによって前記内部構造体を生成する手段と
を備えることを特徴とする三次元設計支援装置。
【請求項３】
前記メモリには、前記基本構造体、及び該基本構造体に前記光硬化樹脂液の排出孔を開設するための複数の排出孔用体を前記基本構造体に対応して配置した排出孔用構造体が予め設定されており、
前記メモリから基本構造体及び該基本構造体に対応する排出孔用構造体を読み出す読出手段と、
読み出された基本構造体及び排出孔用構造体を用いて前記単位構造体を生成する単位構造体生成手段と
を更に備えることを特徴とする請求項２記載の三次元設計支援装置。
【請求項４】
前記基本構造体の寸法が設定された場合、読み出された基本構造体及び排出孔用構造体の寸法を設定された寸法に応じて調整する調整手段を備え、
前記単位構造体生成手段は、調整された基本構造体及び排出孔用構造体を用いて前記単位構造体を生成するようになしてある請求項３記載の三次元設計支援装置。
【請求項５】
前記メモリには、種類が異なる複数の基本構造体と、各基本構造体に対応して複数の排出孔用体をそれぞれ配置した複数の排出孔用構造体とがそれぞれ設定されており、
前記読出手段は、各基本構造体から任意の基本構造体が選択された場合、選択された基本構造体、及び選択された基本構造体に対応する排出孔用構造体を前記メモリから読み出すようになしてある請求項３又は４記載の三次元設計支援装置。
【請求項６】
光硬化樹脂液中で光造形により外皮の中にハニカムの内部構造体を形成させるべく、前記外皮に係るデータを記憶するメモリを備え、前記内部構造体の三次元設計を支援するコンピュータが実行可能なコンピュータプログラムにおいて、
前記コンピュータを、
前記内部構造体を構成する基本構造体に、前記光硬化樹脂液を排出させるための複数の排出孔をそれぞれ開設してなる複数の単位構造体を積層させてハニカムの積層構造体を生成する手段、
生成された積層構造体と前記外皮との論理和を演算する手段、
積層構造体の外皮から突出する余剰部分を除去することによって前記内部構造体を生成する手段、
として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元設計を支援する方法、及びその実施に適用する三次元設計支援装置、並びにコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内部に昇降及び回動自在に配設した架台を備える処理槽に光硬化樹脂液を充填しておく一方、前記架台を光硬化樹脂液の界面近傍まで上昇させておき、この架台上の光硬化樹脂液の所定位置に所定波長のレーザ光を照射して光硬化樹脂液を硬化させるとともに、予め作成した三次元ＣＡＤ（Computer  Aided  Desingn）データに従って、前記架台を回動及び降下させることによって、三次元的に設計された形状の外皮を有する光造形物を得る光造形装置が実用化されている。
【０００３】
かかる光造形物にあっては、外皮の三次元形状を保持すべく、前記外皮内に、ハニカム状の骨格となした内部構造体を形成するようになしてあるが、そのような内部構造体が形成された光造形物にあっては、当該内部構造体の中に未硬化の光硬化樹脂液が残存するので、残存した光硬化樹脂液を外皮の外へ排出させることが重要である。
【０００４】
そのため、後記する特許文献１には、ハニカム状の内部構造体を構成する複数のリブの一部を省略し、又は各リブの適宜位置に排出用孔をそれぞれ開設することによって、内部に残存する光硬化樹脂液を外皮の外へ排出させるようになした光造形方法が開示されている。
【特許文献１】特開平６−１１４９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数のリブの一部を省略し、又は各リブの適宜位置に排出用孔をそれぞれ開設した内部構造体を、従来の三次元ＣＡＤ装置を用いて設計する場合、省略する部分、又は排出用孔を開設する部分はオペーレータが手作業で設計しなければならず、実用的でないという問題があった。
【０００６】
そのため、光硬化樹脂液を排出させる機能を具備しない従来の内部構造体を設計した後に、所要直径に設計した棒体を用いて前記内部構造体に貫通孔を仮想的に開設させ、開設後のものを目的とする内部構造体とすることが考えられるが、かかる計算はコンピュータにとって負荷が大きく、実用的な時間内に結果を得ることができなかった。
【０００７】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、内部に残存する未硬化の光硬化樹脂液を排出する機能を有する内部構造体の設計を短時間で実行することができる三次元設計方法、及びその実施に使用する三次元設計支援装置、並びにコンピュータプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）  本発明では、光硬化樹脂液中で光造形により外皮の中にハニカムの内部構造体を形成させるべく、前記内部構造体の三次元設計を支援する場合、前記内部構造体を構成する基本構造体に、前記光硬化樹脂液を排出させるための複数の排出孔を開設してなる複数の単位構造体を積層させてハニカムの積層構造体を生成し、生成した積層構造体と前記外皮との論理和を演算し、積層構造体の外皮から突出する余剰部分を除去することによって前記内部構造体を生成することを特徴とする。
【０００９】
このように本発明では、適宜の位置に排出孔が形成された複数の単位構造体を縦横方向へ積層させてハニカムの積層構造体を生成するため、内部に残存する未硬化の光硬化樹脂液を排出する機能を有する内部構造体を設計する場合であっても、コンピュータに与える負荷を可及的に低減することができ、高速で短時間に処理することができる。
【００１０】
（２）  また、本発明では、メモリに、前記基本構造体、及び該基本構造体に光硬化樹脂液の排出孔を開設するための複数の排出孔用体を前記基本構造体に対応して配置した排出孔用構造体を予め設定しておき、前記メモリから基本構造体及び該基本構造体に対応する排出孔用構造体を読み出し、読み出された基本構造体及び排出孔用構造体を用いて前記単位構造体を生成することも特徴とする。
【００１１】
光硬化樹脂液の排出孔を開設するための複数の排出孔用体を基本構造体に対応して配置した排出孔用構造体を、前述した基本構造体に重畳させ、この基本構造体から排出孔用構造体の領域を除去する、所謂論理差を演算することによって、複数の排出孔を開設してなる単位構造体を、短時間で生成することができる。
【００１２】
かかる単位構造体を積層させた場合、各単位構造体の同じ位置に各排出孔用体が開設されているため、隣接する両単位構造体おいて対向する排出孔が互いに連通し、これによって、内部構造体の中に残存する光硬化樹脂液を排出させる排出路が生成される。
【００１３】
一方、基本構造体と排出孔用構造体とを設定することによって、後述するように両者の寸法を調整する場合であっても、排出孔の大きさを変更することなく両者の寸法調整を行うことができるため、寸法調整後に単位構造体の強度低下が生じることを回避することができる。
【００１４】
（３）  また、本発明では、前記基本構造体の寸法が設定された場合、読み出された基本構造体及び排出孔用構造体の寸法を設定された寸法に応じて調整し、調整された基本構造体及び排出孔用構造体を用いて前記単位構造体を生成することも特徴とする。
【００１５】
これによって、外皮の寸法に応じた寸法の基本構造体に調整することができ、より少ない構成であるが所要の強度を有する内部構造体を生成させることができる。これによって、光造形に要する時間を可及的に短くすることができる。
【００１６】
（４）  更に、本発明では、前記メモリに、種類が異なる複数の基本構造体と、各基本構造体に対応して複数の排出孔用体をそれぞれ配置した複数の排出孔用構造体とをそれぞれ設定しておき、各基本構造体から任意の基本構造体が選択された場合、選択された基本構造体、及び選択された基本構造体に対応する排出孔用構造体を前記メモリから読み出して用いることも特徴とする。
【００１７】
これによって、外皮の形状及び必要とされる強度等の条件に応じた種類の基本構造体を選択することができ、前記条件に応じてより短い時間で光造形させ得る内部構造体を生成させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（本発明の実施形態）
図１は、本発明に係る三次元設計支援装置の要部構成を示すブロック図であり、図中２は、外皮の三次元設計支援を行う外皮設計支援部である。外皮設計支援部２は、キーボード及びトラックボール等の入力部５から入力される情報に基づいて、メモリ３に設けられた作業用記憶部３４内で外皮の三次元設計の支援を実行するとともに、その結果を表示部６に表示させる。
【００１９】
そして、外皮設計支援部２による外皮の三次元設計支援が終了すると、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１は、三次元設計した外皮の三次元データを前記メモリ３のＣＡＤデータ記憶部３１に与えてそこに記憶させるようになっている。
【００２０】
三次元設計支援装置には、後述するようにして外皮に応じた内部構造体の設計の支援を行う内部構造体設計支援部４が設けてあり、該内部構造体設計支援部４には、複数の構造体の論理差及び論理和を演算するブーリアン演算部４１、該ブーリアン演算部４１が論理和を演算して得られた構造体から余剰部分を削除する余剰処理部４２、及び余剰処理部４２によって処理して得られた内部構造体と外皮とを結合させる結合処理部４３が設けてある。
【００２１】
また、前述したメモリ３には、ハニカムの一単位形態である複数種類の基本構造体が登録してある基本構造体記憶部３２、及び各基本構造体に応じてそれぞれ複数の排出孔を適宜位置に開設するための複数の排出孔用構造体が登録してある排出孔用構造体記憶部３３がそれぞれ設けてある。
【００２２】
図４及び図５は、図１に示した基本構造体記憶部３２に登録された基本構造体の一例を説明する説明図である。
ハニカムを構成する一単位形態である基本構造体として、例えば図４に示したような正四角筒構造体５１、及び図５に示したような正六角筒構造体５２が登録してあり、それぞれ縦寸法、横寸法、及び長さ寸法を任意に変更し得るようになっている。
【００２３】
なお、これら以外にも、例えば正三角筒構造体、平行四辺形筒構造体等、ハニカムを構成する一単位形態となる構造体を登録しておいてもよい。
また、これらの基本構造体は複数種類を登録しておいてもよいが、適当な１種類（例えば、正六角筒構造体５２）を登録しておいてもよい。複数種類を登録しておいた場合、外皮形状に応じた基本構造体を選定することができるので好適である。
また、図６及び図７は、図１に示した排出孔用構造体記憶部３３に登録された排出孔用構造体の一例を説明する説明図である。
【００２４】
図６に示した例は前述した図２に示した正四角筒構造体５１に対応するものであり、図に示したように、正四角筒排出孔用構造体６１は、複数の球体状の排出孔用体６０，６０，…を、正四角筒の長手方向の４稜部にそれぞれ、その長手方向へ適宜の間隔を隔てて複数（図６に示した場合では３個）位置させるように配置してなり、各排出孔用体６０，６０，…の間の寸法は、対応する正四角筒構造体５１の長さ寸法に応じた寸法に調整されるようになっている。
【００２５】
また、図７に示した例は前述した図５に示した正六角筒構造体５２に対応するものであり、図に示したように、正六角筒排出孔用構造体６２も前同様、複数の球体状の排出孔用体６０，６０，…を、正六角筒の長手方向の６稜部にそれぞれ、その長手方向へ適宜の間隔を隔てて複数位置させるように配置して構成されている。
【００２６】
なお、本実施の形態では、球体状の排出孔用体６０，６０，…を用いたが、本発明はこれに限らず、他の種々の立体形状の排出孔用体を用いることができることはいうまでもない。一方、本実施の形態のように球体状の排出孔用体６０，６０，…を用いた場合、排出孔用体６０，６０，…の傾き等を考慮する必要がないため好適である。
【００２７】
更に、三次元設計支援装置には、図１に示したように、フレキシブルディスク又は光磁気ディスクといった記録媒体Ｍを運転するディスクドライブ７が設けてあり、該ディスクドライブ７を介して記録媒体Ｍから読み込んだコンピュータプログラムはＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）８に与えられてそこに記憶されるようになっている。
【００２８】
次に、このような三次元設計支援装置において、内部構造体の設計を支援する方法について説明する。
図２及び図３は、図１に示した三次元設計支援装置が設計支援を実行する手順を示すフローチャートである。
【００２９】
図２に示したように、三次元設計支援装置のＣＰＵ１は、ＣＡＤデータ記憶部３１に記憶してある外皮の三次元データから所要のデータをユーザに選択させるための外皮選択用画面を表示部６に表示させ（ステップＳ１）、ユーザによって適宜の外皮が選択されるまで待機する（ステップＳ２）。そして、三次元設計支援装置のＣＰＵ１は、外皮選択用画面により適宜の外皮が選択されたと判断した場合、該当する外皮に係る三次元データをＣＡＤデータ記憶部３１から読み出し（ステップＳ３）、図１１に示した如く、作業用記憶部３４に展開して外皮９０を生成する（ステップＳ４）。
【００３０】
また、三次元設計支援装置のＣＰＵ１は、適宜の基本構造体をユーザに選択させるための基本構造体選択用画面を表示部６に表示させ（ステップＳ５）、ユーザによって適宜の基本構造体が選択されるまで待機する（ステップＳ６）。そして、ＣＰＵ１は、基本構造体選択用画面により基本構造体が選択されたと判断した場合、該当する基本構造体に係る三次元データを前述した基本構造体記憶部３２から読み出して（ステップＳ７）、作業用記憶部３４に基本構造体を展開する（ステップＳ８）とともに、基本構造体の寸法（縦寸法、横寸法、長さ寸法）をユーザに入力させるための寸法入力用画面を表示部６に表示させる（ステップＳ１０）。
ここで、基本構造体の長さ寸法は、前述した外皮の最大幅寸法より所定寸法だけ長い値を三次元設計支援装置が算出し、その値を設定するようにしてもよい。
【００３１】
ＣＰＵ１は、寸法入力用画面により基本構造体の各寸法が入力されるまで待機し（ステップＳ１１）、それが入力されたと判断した場合、選択された基本構造体の寸法（縦寸法、横寸法、長さ寸法）を入力された各寸法に応じて調整する（ステップＳ１２）。また、ＣＰＵ１は、選択された基本構造体に対応する排出孔用構造体に係る三次元データを前述した排出孔用構造体記憶部３３から読み出し（ステップＳ２０）、当該排出孔用構造体を構成する各排出孔用体６０，６０，…間の寸法を、ステップ１１で入力された基本構造体の各寸法に応じた寸法に調整する。
【００３２】
このように、各排出孔用体６０，６０，…の寸法を調整することなく、各排出孔用体６０，６０，…間の寸法を調整することによって、後述する単位構造体の強度の低下を回避することができる。
【００３３】
なお、各排出孔用体６０，６０，…の寸法も、所要の強度より低い強度を招来しない適当な範囲で調整するようにしてもよい。この場合、寸法調整された基本構造体のサイズに応じたサイズの排出孔が開設されるため、光硬化樹脂を迅速に排出させることができる。
【００３４】
なお、長手方向へ配した各排出孔用体６０，６０，…にあっては、排出孔用体６０，６０，…の間の寸法は一定にしておき、基本構造体の長さ寸法に対応して、排出孔用体６０，６０，…の個数を調整するようにようにしてもよい。
【００３５】
ＣＰＵ１は、このようにして基本構造体及び排出孔用構造体の寸法調整が終了すると、ブーリアン演算部４１を作動させて、当該基本構造体と排出孔用構造体との論理差を演算させ（ステップＳ３０）、基本構造体から排出孔用体を除いて排出孔が開設された単位構造体を生成させる。
【００３６】
図８及び図９は、図１に示したブーリアン演算部４１による単位構造体の生成を説明する説明図である。なお、両図にあっては、正六角筒構造体５２を基本構造体５２とし、正六角筒排出孔用構造体６２を排出孔用構造体６２とした場合について示している。
【００３７】
図８に示した如く、ブーリアン演算部４１は、前述した如く寸法調整を行った基本構造体５２と排出孔用構造体６２とを互いに重ね合わせる。このとき、排出孔用構造体６２の排出孔用体６０，６０，…は、基本構造体５２の長手方向の各稜部５２ａ,５２ａ，…にそれぞれ位置している。
【００３８】
そして、排出孔用構造体６２の各排出孔用体６０，６０，…で囲まれる部分を除去する処理を実施すると、図９に示した如く、基本構造体５２の周面に、排出孔用体６０，６０，…に応じた排出孔７０，７０，…が開設された単位構造体７２が生成される。
【００３９】
次に、図３に示したように、ＣＰＵ１は、複数の単位構造体７２，７２，…を積層すべく、縦寸法及び横寸法を含む積層寸法をユーザに入力させる積層寸法入力用画面を表示部６に表示させ（ステップＳ３２）、積層寸法が入力されるまで待機する（ステップＳ３３）。ここで、積層寸法は、外皮の縦寸法及び横寸法より適宜長だけ長く設定するようになっている。
【００４０】
なお、本実施の形態では、積層寸法入力用画面を表示させて、縦寸法及び横寸法を含む積層寸法をユーザに入力させるようになしてあるが、本発明はこれに限らず、前述した外皮に係るＣＡＤデータから外皮の最大縦寸法及び最大横寸法を求め、得られた最大縦寸法及び最大横寸法より所定寸法だけ大きい縦寸法及び横寸法を算出し、算出した縦寸法及び横寸法を積層寸法にすることもできる。
【００４１】
この場合、ユーザは積層寸法を入力する手間が省けるため好適である。
ＣＰＵ１は、積層寸法入力用画面により積層寸法が入力されたと判断した場合、入力された積層寸法の縦寸法及び横寸法内の領域に、複数の単位構造体７２，７２，…を縦横方向へ一線分上に整列させ、相隣る周面が互いに当接するように積層させて（ステップＳ３４）、図１０に示したような積層構造体８０を生成させる。
【００４２】
この積層処理にあっては、既に排出孔７０，７０，…が形成された複数の単位構造体７２，７２，…を縦横方向へ積層させる処理を実行するだけであるので、コンピュータに与える負荷を可及的に低減することができ、高速で積層処理を行うことができる。
【００４３】
また、各単位構造体７２，７２，…において、各排出孔７０，７０，…が同じ位置に開設されているため、隣接する両単位構造体７２，７２において対向する排出孔７０，７０，…、７０，７０，…が互いに連通する。
【００４４】
ＣＰＵ１は、このような積層構造体８０が生成されるとブーリアン演算部４１を再び作動させて、ステップＳ３で読み出した外皮９０と積層構造体８０との論理和を演算させる（ステップＳ４０）。そして、ＣＰＵ１は前述した余剰処理部４２を作動させて、積層構造体８０の外皮９０から突出した部分を余剰部分として除去させて（ステップＳ５０）、図１２に示したように内部構造体８５を生成した後、結合処理部４３を作動させて、図１３に示したように、内部構造体８５と外皮９０とを結合させ（ステップＳ６０）、その結果をＣＡＤデータ記憶部３１に与えてそこに記憶させる（ステップＳ７０）。
【００４５】
なお、本実施の形態では、外皮設計支援部２を備える三次元設計支援装置について説明したが、本発明はこれに限らず、他の三次元支援装置によって作成された外皮に係るデータをＣＡＤデータ記憶部３１に読み込んで用いるようにしてもよい。この場合、三次元設計支援装置には外皮設計支援部２を設けなくてもよい。
【００４６】
また、本実施の形態では、基本構造体及び排出孔用構造体を予め設定しておき、ブーリアン演算部４１が、基本構造体と排出孔用構造体との論理差を演算することにより、排出孔を開設した単位構造体を生成するようにしてあるが、本発明はこれに限らず、排出孔を開設した適宜の単位構造体を予め設定しておいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る三次元設計支援装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した三次元設計支援装置が設計支援を実行する手順を示すフローチャートである。
【図３】図１に示した三次元設計支援装置が設計支援を実行する手順を示すフローチャートである。
【図４】図１に示した基本構造体記憶部に登録された基本構造体の一例を説明する説明図である。
【図５】図１に示した基本構造体記憶部に登録された基本構造体の一例を説明する説明図である。
【図６】図１に示した排出孔用構造体記憶部に登録された排出孔用構造体の一例を説明する説明図である。
【図７】図１に示した排出孔用構造体記憶部に登録された排出孔用構造体の一例を説明する説明図である。
【図８】図１に示したブーリアン演算部による単位構造体の生成を説明する説明図である。
【図９】図１に示したブーリアン演算部による単位構造体の生成を説明する説明図である。
【図１０】積層構造体の一例を示す図面である。
【図１１】三次元設計された外皮の一例を示す図面である。
【図１２】生成した内部構造体の一例を示す図面である。
【図１３】内部構造体と外皮との結合例を示す図面である。
【符号の説明】
【００４８】
１    ＣＰＵ
２    外皮設計支援部
３    メモリ
４    内部構造体設計支援部
３２    基本構造体記憶部
３３    排出孔用構造体記憶部
４１    ブーリアン演算部
４２    余剰処理部
４３    結合処理部
５２    基本構造体
５２ａ  稜部
６０    排出孔用体
６２    排出孔用構造体
７０    排出孔
７２    単位構造体
８０    積層構造体
８５    内部構造体
９０    外皮
【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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