(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に開口する筐体と、
前記筐体の開口面を覆うように設けられ、かつ、後記コントロールロッド群の上端面により支持され、周辺の少なくとも一部がその筐体に固定されている可撓性と弾性を有するシートと、
前記シートの下側において前記筐体内にマトリックス状に配置され、固定板によりそれぞれが昇降自在に保持されたコントロールロッドからなるコントロールロッド群と、
前記固定板に前記各コントロールロッドに近接してＸＹ軸に沿って互いに直交する方向に配置された膨張・収縮可能な流体チューブ及び各流体チューブに制御下において流体を供給する電磁弁からなり、前記電磁弁の選択的制御によりＸ軸方向流体チューブ及びＹ軸方向流体チューブの選択的膨張により所定のコントロールロッドをロックし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の選択的収縮により前記コントロールロッドのロックを解除する流体駆動式ロック機構と、
前記固定板を昇降させる昇降機構と、
コンピュータにより構成され、入力される３次元表面を形成するためのデータに基づいて、前記昇降機構の上昇制御と前記流体駆動式ロック機構の電磁弁の選択的制御とを連動して行い、これを必要な回数まで繰り返して前記コントロールロッド群に前記データに基づく前記３次元表面に対応するパターンを形成し、かつ、前記シートに前記３次元表面に対応する形状を形成する制御装置と、
を含む３次元表面作成装置。
【請求項２】
上面に開口する筐体と、
前記筐体の開口面を覆うように設けられ、周辺の少なくとも一部がその筐体に固定されている可撓性と弾性を有するシートと、
前記シートの下側において前記筐体内にマトリックス状に配置され、第１の固定板によりそれぞれが昇降自在に保持されたメモリロッドからなるメモリロッド群と、
後記制御装置からの制御により前記メモリロッドを総体的にロックし、又はそのメモリロッドのロックを総体的に解除する第１のロック機構と、
前記メモリロッド群の下方において前記筐体内に各メモリロッドの真下に対応する位置にマトリックス状に配置され、それぞれが第２の固定板に昇降自在に保持されたコントロールロッドからなるコントロールロッド群と、
後記制御装置からの制御により前記各コントロールロッドを選択的にロックし、又はそのコントロールロッドのロックを選択的に解除する第２のロック機構と、
前記第２の固定板を昇降させる昇降機構と、
コンピュータにより構成され、入力される３次元表面を形成するためのデータに基づいて、前記昇降機構の上昇制御と前記第２のロック機構によるコントロールロッドの選択的ロックと選択的ロック解除を連動して行って前記コントロールロッド群に前記データに基づく前記３次元表面に対応するパターンを形成し、前記第１のロック機構のメモリロッドの総体的ロック解除と総体的ロックを行って前記メモリロッド群に前記パターンを転写して、そのシートに所望の形状を形成し、引き続き、前記昇降機構の下降制御を行って、次の３次元表面作成の準備を行う制御装置と、
を含む３次元表面作成装置。
【請求項３】
第２のロック機構は、直交するＸ軸及びＹ軸に沿って各コントロールロッドに近接して配置された膨張・収縮可能な流体チューブと、各流体チューブに制御装置の制御により流体を供給する電磁弁とで構成され、前記電磁弁の選択的制御によるＸ軸方向流体チューブ及びＹ軸方向流体チューブの選択的膨張により所定のロッドをロックし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の選択的収縮により前記ロッドのロックを解除する流体駆動式ロック機構であることを特徴とする請求項２に記載の３次元表面作成装置。
【請求項４】
メモリロッド群の各ロッドは、シートに対して垂直方向に移動可能であり、対応するコントロールロッドにより所定の位置に押された後にその場にロックされることを特徴とする請求項２又は３に記載の３次元表面作成装置。
【請求項５】
コントロールロッド群の各ロッドは、スタート位置からメモリロッド群の対応する各ロッドに対して垂直方向に移動可能であり、昇降機構により所定の位置まで移動されたときに前記コントロールロッド群全体がその位置に停止されることを特徴とする請求項２、３又は４に記載の３次元表面作成装置。
【請求項６】
昇降機構は、コントロールロッドからメモリロッドに３次元表面形状が転写された後に全コントロールロッドのロックが解除された状態で、第２の固定板を介して全コントロールロッドを筐体の底部に復帰させることを特徴とする請求項２、３、４又は５に記載の３次元表面作成装置。
【請求項７】
第２のロック機構は、昇降機構が上昇するときは位置指定を受けたコントロールロッドをロックし、前記昇降機構が下降するときは前記ロックを解除させるものであることを特徴とする請求項２，３，４，５又は６に記載の３次元表面作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状更新可能な３次元表面作成装置、すなわち、コンピュータからのデータを用いて３次元表面を作成するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元表面（以下、３Ｄ表面という。）は、いくつかの方法で形成することが可能である。例えば、コンピュータ制御のフライス盤を用いて、数値入力データで記述された表面を作成することができる。表面のフライス削りは、金属，プラスチック又は木材などの各種の材料に対して行うことができる。あるいは、架橋結合ポリマーに対してレーザーを用いる立体リソグラフィ装置が開発されている。ポリマーに対するレーザービームの相対的位置関係は、要求される表面を記述する入力データを用いるコンピュータシステムにより制御される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来技術は、いずれも高額な装置を必要とするという問題がある。また、従来技術による場合は、一旦、表面が形成されると、固定化されてしまい、その上に別形状の表面の形成又は同形状の表面の再生が不可能である。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、数値データに基づいて３Ｄ表面を形成する装置において、従来技術と異なり、３Ｄ表面が一旦形成された後も、繰り返し形状を望み通りの他の形状に変えることができる３次元表面作成装置を提供しようとするものである。また、一つの３Ｄ表面が表示されている間に、他の３Ｄ表面の作成準備ができる３次元表面作成装置を提供しようとするものである。
本発明は、３Ｄ地形マップ又は海底マップの作成、表面射出成形用金型の製造、その他各種３次元イメージ作成などの多くの応用例に適用することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係る３次元表面作成装置は、(ａ)上面に開口する筐体と、(ｂ)前記筐体の開口面を覆うように設けられ、かつ、後記コントロールロッド群の上端面により支持され、周辺の少なくとも一部がその筐体に固定されている可撓性と弾性を有するシートと、(ｃ)前記シートの下側において前記筐体内にマトリックス状に配置され、固定板によりそれぞれが昇降自在に保持されたコントロールロッドからなるコントロールロッド群と、(ｄ)前記固定板に前記各コントロールロッドに近接してＸＹ軸に沿って互いに直交する方向に配置された膨張・収縮可能な流体チューブ及び各流体チューブに制御下において流体を供給する電磁弁からなり、前記電磁弁の選択的制御によりＸ軸方向流体チューブ及びＹ軸方向流体チューブの選択的膨張により所定のコントロールロッドをロックし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の選択的収縮により前記コントロールロッドのロックを解除する流体駆動式ロック機構と、(ｅ)前記固定板を昇降させる昇降機構と、(ｆ)コンピュータにより構成され、入力される３次元表面を形成するためのデータに基づいて、前記昇降機構の上昇制御と前記流体駆動式ロック機構の電磁弁の選択的制御とを連動して行い、これを必要な回数まで繰り返して前記コントロールロッド群に前記データに基づく前記３次元表面に対応するパターンを形成し、かつ、前記シートに前記３次元表面に対応する形状を形成する制御装置とを含むことを特徴としている。
【０００６】
また、本発明に係る３次元表面作成装置は、(ａ)上面に開口する筐体と、(ｂ)前記筐体の開口面を覆うように設けられ、周辺の少なくとも一部がその筐体に固定されている可撓性と弾性を有するシートと、(ｃ)前記シートの下側において前記筐体内にマトリックス状に配置され、第１の固定板によりそれぞれが昇降自在に保持されたメモリロッドからなるメモリロッド群と、(ｄ)後記制御装置からの制御により前記メモリロッドを総体的にロックし、又はそのメモリロッドのロックを総体的に解除する第１のロック機構と、(ｅ)前記メモリロッド群の下方において前記筐体内に各メモリロッドの真下に対応する位置にマトリックス状に配置され、それぞれが第２の固定板に昇降自在に保持されたコントロールロッドからなるコントロールロッド群と、(ｆ)後記制御装置からの制御により前記各コントロールロッドを選択的にロックし、又はそのコントロールロッドのロックを選択的に解除する第２のロック機構と、(ｇ)前記第２の固定板を昇降させる昇降機構と、(ｈ)コンピュータにより構成され、入力される３次元表面を形成するためのデータに基づいて、前記昇降機構の上昇制御と前記第２のロック機構によるコントロールロッドの選択的ロックと選択的ロック解除を連動して行って前記コントロールロッド群に前記データに基づく前記３次元表面に対応するパターンを形成し、前記第１のロック機構のメモリロッドの総体的ロック解除と総体的ロックを行って前記メモリロッド群に前記パターンを転写して、そのシートに所望の形状を形成し、引き続き、前記昇降機構の下降制御を行って、次の３次元表面作成の準備を行う制御装置とを含むことを特徴としている。
【０００７】
第２のロック機構は、直交するＸ軸及びＹ軸に沿って各コントロールロッドに近接して配置された膨張・収縮可能な流体チューブと、各流体チューブに制御装置の制御により流体を供給する電磁弁とで構成され、前記電磁弁の選択的制御によるＸ軸方向流体チューブ及びＹ軸方向流体チューブの選択的膨張により所定のロッドをロックし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の選択的収縮により前記ロッドのロックを解除する流体駆動式ロック機構であることを特徴としている。
メモリロッド群の各ロッドは、シートに対して垂直方向に移動可能であり、対応するコントロールロッドにより所定の位置に押された後にその場にロックされることを特徴としている。
コントロールロッド群の各ロッドは、スタート位置からメモリロッド群の対応する各ロッドに対して垂直方向に移動可能であり、昇降機構により所定の位置まで移動されたときにロックされることを特徴としている。
昇降機構は、コントロールロッドからメモリロッドに３次元表面形状が転写された後に全コントロールロッドのロックが解除された状態で、第２の固定板を介して全コントロールロッドを筐体の底部に復帰させることを特徴としている。
第２のロック機構は、昇降機構が上昇するときは同時に位置指定を受けたコントロールロッドをロックし、前記昇降機構が下降するときは前記ロックを解除させるものであることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、コントロールロッド群による３Ｄ表面の形成には、コントロールロッド群全体の上昇のための昇降機構と、各コントロールロッドのロック及び解放のための流体駆動式ロック機構とを用い、その流体駆動式ロック機構は、各コントロールロッドに近接してＸＹ軸に沿って互いに直交する方向に配置された膨張・収縮可能な流体チューブ及び各流体チューブに制御下において流体を供給する電磁弁からなり、前記電磁弁の選択的制御によりＸ軸方向流体チューブ及びＹ軸方向流体チューブの選択的膨張により所定のコントロールロッドをロックし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の選択的収縮により前記コントロールロッドのロックを解除するものであるから、構成が簡素であり、装置の製造コストが安いとともに、制御が簡単である。
【０００９】
請求項２の発明によれば、入力されるデータに基づいて下側のコントロールロッドに３Ｄ表面が形成され、そのコントロールロッドが上昇されて、メモリロッドに転写され、そのメモリロッドがロックされるので、シートにより３Ｄ表面が表示されている間に、コントロールロッドを下げて、これに次に表示させる３Ｄ表面を形成することができ、そのコントロールロッドを上昇させてロックを解除されたメモリロッドに転写することができるから、短時間に異なる３Ｄ表面を形成することができる。
【００１０】
請求項３の発明によれば、コントロールロッドのロック及びその解放のための構成が簡素であるとともに、制御が簡単である。
【００１１】
請求項１及び２の発明によれば、コントロールロッドの所定の位置がコンピュータにより制御されるので、各種の任意の形状の３Ｄ表面の成形が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る３次元表面作成装置の基本的構成を示す部分的斜視図、図２はコントロールロッドの位置を制御するための流体駆動式のロック機構を示す部分的斜視図、図３はメモリロッドを用いずにコントロールロッドにより３次元表面を作成する実施の形態の断面図、図４は図３に示された３次元表面作成装置の３Ｄ表面を形成する際の一連の作用を示す説明図、図５はコントロールロッドに加えてメモリロッドが用いられる場合の３次元表面を作成する実施の形態を示す断面図、図６は図５に示された３次元表面作成装置の３Ｄ表面を形成する際の一連の作用を示す説明図、図７は３Ｄ表面作成装置の制御系統を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、本発明に係る３Ｄ表面形成装置は、筐体１１の中の上側に配置された一揃いのメモリロッド１４と、その下側に配置された一揃いのコントロールロッド１９との２組のロッド群を有し、メモリロッド１４の上にシート１２が載置され、そのシート１２は筐体の端部に固定されている。筐体内が減圧されると、シートはメモリロッドの上端部に引き下げられて、所定の３Ｄ表面を形成するようになっている。メモリロッド１４は、直交する流体チューブ１７と１８により所定の位置にロック可能である。コントロールロッド１９は、直交する流体チューブ１５と１６により所定の位置にロック可能である。筐体１１の中に取り付けられた昇降機構１３は、コンピュータ制御による流体駆動システム又は電気的駆動システムにより昇降可能である。昇降機構１３は、流体圧による締め付けチューブ１５と１６を昇降させるものである。チューブ１５と１６によりコントロールロッド１９を選択的に締め付け、昇降機構を移動することにより、コントロールロッド１９の全体の上面にパターンが書き込まれる。このパターンは、昇降機構１３を上昇させ、かつ、メモリロッドのロックを解除することにより、コントロールロッドからメモリロッドに転写される。メモリロッドは再びロックされる。その後、昇降機構を下げると、コントロールロッド１９に別のパターンを書き込むことができる。その第２のパターンはメモリロッドに転写され、シート１２のパターンが更新される。
【００１４】
図２はコントロールロッド２６（図１の１９に相当）をロックするための好ましいロック機構を示す。コントロールロッド２６は固定ガイド２４の孔２７の中に保持されている。固定ガイド２４の中にはラテックスゴム又は類似の材料で作られた流体チューブ２５（図１の１５に相当）とコントロールロッド２６が収容されている。その流体チューブ２５とコントロールロッド２６の間に自由移動が可能な押圧板２８が設けられている。流体チューブがこれに流体を供給されて膨脹すると、押圧板２８をコントロールロッド２６に向けて押圧させ、これにより、コントロールロッド２６をその場にロックする。図１におけるメモリロッド１４も同様のロック機構によりロックされたりロックを解除されたりする。
【００１５】
図３は、図１におけるメモリロッド１４を用いずに、コントロールロッド１９のみを用いてシートに３Ｄ表面を形成する第１の実施の形態を示す。
この実施の形態においては、筐体３２の上面開口を覆うラテックス・ゴムシート３１が筐体３２の端部に固着されていて、その筐体３２はポート３３を介して吸気されることができる。コントロールロッド３４はプレート３５の孔と固定板３６の孔の中を通されて一定の位置に保持されている。固定板３６には、Ｘ軸とＹ軸に沿って直交する２セットの流体チューブ３７が備えられている。１セットは断面で示され、他のセットは固定板３６の下側部分に直交するように配置されている。
【００１６】
固定板３６は、昇降機構３８により上げ下げが可能である。その昇降機構は、流体駆動方式でも電的駆動方式でも構わない。
【００１７】
図４は、第１の実施の形態により３Ｄ表面を形成する場合の一連の動きを示す。ロック機構によるコントロールロッド３４のロック及びロック解除の一連の制御を行い、昇降機構の動きを制御することにより、シート３１に所望の形状を形成することができる。
【００１８】
ある３Ｄ表面を形成するには、まず全ての流体チューブ３７から空気が抜かれ、全てのコントロールロッド３４のロックが解除されるとともに、昇降機構３８により固定板３６が図４（ａ）に示すように最下位のスタート位置に移動される。その後、筐体から適量のエアを吸引して圧力が減圧される。次に、流体チューブ３７が膨張されて、ロッドがその位置にロックされる。次いで、昇降機構３８により固定板３６が高い位置に移動されて、ロックされたロッドが固定板３６とともに上昇し、シートが高い位置に押される。図４（ｂ）はこの時の状態を示す。このとき、選択された流体チューブが収縮され、それにより、選択されたロッドのロックが解除され、そのロックを解除されたロッドは、重力とシートから加わる力との結合により筐体３２の床まで落下することができる。続いて、全てのコントロールロッド３４が再びロックされる。この状態は、図４（ｃ）に示されている。
【００１９】
その後、昇降機構３８により固定板３６が図４（ｄ）に示す位置までさらに上昇される。次に、選択されたコントロールロッドが解放され、筐体の床に落下可能になる。この状態は、図４（ｃ）に示されている。この選択されたロッドのロック、上昇及び解放のための処理は、所望のパターンが得られるまで、繰り返される。
【００２０】
全てのチューブ内の圧力を廃棄し、コントロールロッドを解放することにより、先に作成されたパターンがクリアされ、次の新しい形状を書き込むことができる。続いて、昇降機構３８により固定板３６がスタート位置まで下方に移動され、新しいプログラムの実行が可能になる。
【００２１】
図５は、第２の実施の形態を示す。第２の実施の形態は、図１に示された基本的構成を用いて、すなわち、上側のメモリロッド群５６と下側のコントロールロッド群５７とを用い、コントロールロッド群５７を第２のロック機構により３Ｄ表面を形成し、その３Ｄ表面をメモリロッド群５６に転写するようにしたものである。この実施の形態は、３Ｄ表面をメモリロッド群５６に転写した直後に、下側のコントロールロッド群５７に次の３Ｄ表面の形成が可能であるという特長を有する。５３は固定板３６と同様の固定板である。
この場合は、一つのパターンを書き込み中に第２のパターンを検討することができる。シート５９は筐体５５に固着されている。コントロールロッド５７はロック機構５２に保持されている。ロック機構５２は昇降機構５４により上げ下げ可能である。１セットのメモリロッド５６がコントロールロッド５７の上側に整列して設けてある。メモリロッドは直交するロック機構５０と５１により所定の位置に保持される。
【００２２】
下側のコントロールロッド５７に一旦パターンが書き込まれると、昇降機構により上昇させ、かつ、メモリロッド５６を一時的に解放することにより、そのパターンを上側のメモリロッドに転写することができる。メモリロッド５６はコントロールロッド５７の上に落下して、同じ形状を再現する。その後、メモリロッドはその場にロックされ、コントロールロッドは下方に移動されて、他の書き込みのサイクルに供される。
【００２３】
図６は、二つの形状を引き続き書き込むために用いられる場合の一連の動きを示す。同図（ａ）は全てのロッドがロックを解除されているときの下側のコントロールロッド５７及び上側のメモリロッドの位置を示す。コントロールロッドの選択的ロック及びロック解除と、昇降機構の上昇により、図６に順次示すように、コントロールロッドにパターンが書き込まれる。この段階で、コントロールロッド群は図６（ｂ）に示す位置にある。その後、コントロールロッド５７は、昇降機構により固定板５３を介して全体で上昇されて、メモリロッド５６と接触し、所定位置まで上昇されたとき停止される。コントロールロッド５７に接触されたメモリロッドはロックを解除されているため、弾性シート５９を押し上げ、所望の形状を形成することができる。その後、メモリロッド５６はもう一度ロックされる。この状態は、図６（ｃ）に示されている。次に、コントロールロッドがロックを解除され、図６（ｄ）に示すように、最下位まで下げられる。続いて、図６（ｅ）に示すように、コントロールロッドに新し
いパターンが書き込まれる。その後、上側のメモリロッドのロックが解除されて最下位の位置に復帰することかできる。続いて、昇降機構が上昇されて、図６（ｇ）に示すように、その新規パターンがメモリロッド５６に転写される。その後、コントロールロッド５７は解放され、図６（ｈ）に示すように、最下位に下げられる。この時点で、コントロールロッドに他のパターンの書き込みが可能であり、サイクルが繰り返される。
【００２４】
図７は、上記３Ｄ表面形成装置により３Ｄ表面を形成するために用いられる制御系統の構成を示すブロック図である。表面形状を規定する３Ｄマップデータ、等高線地図が書き込まれる場合の高さデータがパソコン７２にロードされる。このデータは正視画像を含み、成形された表面の上にプロジェクタ７１により投影可能なものであり、モニタ７３でも見ることができる。その３Ｄマップデータはプログラマブル・コントローラ７４に与えられる。プログラマブル・コントローラ７４はエアコンプレッサ７７，バキュームポンプ７６、そして、昇降機構コントローラ７５に適当な信号を与える。その信号は電磁弁７８にも送られ、コンプレッサからマニホールド７９を介して流体ラインへの圧縮空気の通路を制御するようになっている。これらのラインは、コントロールロッドとメモリロッドの位置指定をするために用いられる、直交する２セットのロック機構の一部を構成するゴムチューブに結合されている。
【００２５】
流体駆動方式のロック機構は、ここでは、ロッドの締め付け機能を実現するものとして既述されたが、機械的ロック、磁気的ロックなど他の多くの代替物があることを理解されたい。図示の例では、コントロールロッド５７及びメモリロッド５６が垂直状態に配設されたが、他の配置例が可能である。また、等高線表面を形成するゴムシートは、ロッドを保持するので、この３Ｄ表面は、水平に設置したり、例えば、壁掛けにすることもできる。
【００２６】
本発明の他の特長として、応用の仕方によっては、ロッド群の一部分のみを更新することにより、再書き込み時間を節約したり、又は、あるイメージのモーフィングなどの特別の効果を達成したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る形状更新可能なシステムの基本的構成要素を示す一部破断斜視図。
【図２】コントロールロッドの位置を制御するための流体駆動式のロック機構を示す一部破断斜視図。
【図３】メモリロッドが用いられていない場合の形状更新可能なシステムの断面図。
【図４】３Ｄ表面を形成する際の一連の作用を示す説明図。
【図５】メモリロッドが用いられる場合の形状更新可能なシステムの断面図。
【図６】モリロッドを用いて３Ｄ表面を形成する際の一連の作用を示す説明図。
【図７】３Ｄ表面の制御システムの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００２８】
１１        筐体
１２        シート
１３        昇降機構
１４        メモリロッド
１９        コントロールロッド
１５、１６  流体チューブ
１７，１８  流体チューブ
２４        固定ガイド
２５        流体チューブ
２６        ロッド
２７        溝
２８        自由移動可能な押圧板
【図１】
0004105713.tif 000002
【図２】
0004105713.tif 000003
【図３】
0004105713.tif 000004
【図４】
0004105713.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004105713.tif 000007
【図７】
0004105713.tif 000008