JP2007164576A - サイズ変更可能な物品の設計データ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 基本図形をサイズ変更可能に家具等の物品を設計する場合に、基本図形に含まれない細部加工設計が行えて、細部加工設計を含めたあとの部材図形に対して容易にサイズ変更等が行え、その際、位置や形状のズレなどの問題が生じない設計データ構造等を提供する。
【解決手段】 サイズ変更可能な物品の部材図形の設計データ構造で、部材図形は、伸縮可動端を備えた基本図形に１または２以上の細部図形を組み合わせてなり、細部図形を特定する図形要素の、少なくとも１つが伸縮可動端位置の関数である図形変型要素であり、他の少なくとも１つが伸縮可動端位置によらない図形固定要素である。
【選択図】 図６

Description

本発明は、複数の部材の組み合わせと任意の寸法変更により構成される家具等の物品の設計を、細部加工部分も含めて容易に行えるようにするための部材図面の設計データ構造、その設計データ構造を用いた設計支援装置等に関する。

従来、オーダーメイドで一品製作の家具は、設計・製作に手間がかかり高価で入手が困難であったが、近年、設計自体をコンピュータにより自動化することで、容易に入手できるようにする各種の試みが行われている。例えば、特許文献１には、家具の寸法を一定範囲内で変更できて、変更後の家具の仕上がりを画面で確認でき、容易にオーダー家具が製作できる家具製作サポートシステムが開示されている。また、特許文献２には、あらかじめ定義されたユニットとパーツの組み合わせ方及び寸法データの入力の受け入れにより、複数種類の部材の組み合わせで構成される、例えば家具のごとき物品の設計支援システムが開示されている。これら従来の家具設計支援システムでは、家具全体のみならずそれを構成する複数の部材についても、様々な寸法の直方体を基本形としており、その単純な基本形を前提として、各部材の寸法や組み合わせ方を任意に決定できるようになっている。

しかし、従来のシステムでは、家具全体や部材についての外形寸法や組み合わせ方は決定できるものの、機能上またはデザイン上の要請から必要とされる細部の加工設計、例えば、部材の接合のために必要なダボ孔や金具取付加工等の接合用加工、タンスの扉表面や引き出しの前板等に、デザイン上の要請から設けられる曲面加工、凹凸加工や溝加工等の、基準形である直方体から外れた形状をなしている細部加工部分の設計に対応するのは困難であった。

例えば、部材の細部加工部分を、基本形である直方体と一体になるように標準寸法であらかじめ設計しておき、その部材を用いて家具を設計する際に、部材図形を一方向に伸ばしてサイズを変更したい場合に、直方体に固定された座標系の単位長さを大きくする座標変換を行うと、円形でなければならないダボ孔が長円形になってしまったり、取付加工部分が変型して取付金具の取付が不可能になるなどの不都合が生じる。一方、細部加工部分の設計データを、直方体とは別のデータとして寸法変更不能にして持たせることも考えられるが、直方体のサイズ変更を行った場合に、細部加工部分がまったく影響されないために全体に偏ったデザインとなったり、取付金具取付加工部分の数が変更できないため、寸法変更された長さに対して本来必要な数が不足する等の問題点が発生する。

これらの細部加工部分は、実際の家具や部材の構造上必要である上、家具に個性あるデザインや使い勝手等を付与することもできる重要な加工部分である。そのため、直方体を基本形として家具を設計する場合は、部材の外形寸法や組み合わせが終了した後に、実際の部材製作のために必要な細部の加工設計図を個別に作成しなければならず、多大な手間を要する問題点があった。
特開平１１−１２０２１９号公報 ＷＯ０１／００９７７８号国際公開パンフレット

本発明は、例えば直方体を基本図形として、サイズ変更可能に家具等の物品を設計する場合において、基本図形に含まれない細部加工設計が行えて、細部加工設計を含めたあとの部材図形に対して容易にサイズ変更等が行え、その際、位置や形状のズレなどの問題が生じない設計データ構造等を提供することを課題とする。

発明の第１は、サイズ変更可能な物品の部材図形の設計データ構造であって、前記部材図形は、伸縮可動端を備えた基本図形に１または２以上の細部図形を組み合わせてなり、前記細部図形を特定する図形要素の、少なくとも１つが前記伸縮可動端位置の関数である図形変型要素であり、他の少なくとも１つが前記伸縮可動端位置によらない図形固定要素であることを特徴とする設計データ構造である。
ここで、前記サイズ変更可能な方向のいずれか１方向に、前記図形変型要素と前記図形固定要素とが混在することは好ましい。また、前記図形要素が、位置座標であることは好ましい。また、前記サイズ変更可能な方向が２以上有り、いずれかの図形要素が、前記方向のいずれか１方向において前記の図形変型要素となり、他の１方向において前記図形固定要素となることは好ましい。また、前記基本図形が直方体であり、前記サイズ変更可能な方向が、前記直方体の各辺の少なくともいずれか１辺に平行方向であることは好ましい。
発明の第２は、上記のいずれかの設計データ構造を備えた標準部材情報と、前記のサイズ変更可能な範囲を特定する寸法変更範囲情報とを格納した記憶部を備え、前記標準部材情報から標準部材図形を読み出して表示する標準部材表示部と、前記表示された標準部材を組み合わせて前記物品を構成する物品組立処理部と、前記の標準部材または物品のサイズ変更処理を、前記寸法変更範囲情報で特定される範囲内で行う寸法変更処理部とを備えたことを特徴とする物品の設計支援システムである。
発明の第３は、コンピュータに、上記のいずれかの設計データ構造を備えた標準部材情報と、前記のサイズ変更可能な範囲を特定する寸法変更範囲情報とを格納した記憶機能を実行させ、前記標準部材情報から標準部材図形を読み出して表示する標準部材表示機能と、前記表示された標準部材を組み合わせて前記物品を構成する物品組立機能と、前記の標準部材または物品のサイズ変更処理を、前記寸法変更範囲情報で特定される範囲内で行う寸法変更機能とを実行させることを特徴とする物品の設計支援プログラムである。
発明の第４は、標準部材表示部が、請求項１〜５のいずれかに記載の設計データ構造を備えた標準部材情報から標準部材図形を読み出して表示し、物品組立処理部が、前記表示された標準部材を組み合わせて前記物品を構成し、寸法変更処理部が、前記の標準部材または物品のサイズ変更処理を、寸法変更範囲情報で特定されるサイズ変更可能な範囲内で行うことを特徴とする物品の設計支援方法である。

例えば直方体を基本形として家具等の物品を設計するに際し、各種の細部加工の設計が容易に行える。基本図形のサイズ変更に伴い、細部図形を目的に合わせて適切に移動させたり変型させたり、または移動も変型もさせなかったり、物品に必要な機能上の要請を満たしつつ、デザイン上の要請も満たすように任意にサイズ変更可能となる。部材等の細部加工部分を含めた状態でサイズ変更しても、物品の機能上やデザイン上の問題点が生じない。

以下、本発明の実施の形態例を図面を参照しながら説明する。物品の例として、木板等の略直方体の部材を主に組み合わせて製作されるもの、例えば、家具やそれに類似した物品を用いて説明する。図１（１）は、部材として、木製の天板１０、左側板２０、右側板３０と底板４０とを組み合わせて構成される物品であるボックス１が、ディスプレイ上に表示された場合の斜視図である。このボックスの外側端辺には、それをマウスで摘んでドラッグすることで、高さＨ、横幅Ｗ、奥行きＬを、変更可能範囲内の任意の長さにサイズ変更できるコマンドが埋め込まれているものとする。従って、Ｈ、Ｗ、Ｌはそれぞれ独立して変化可能な独立変数である。なお、説明の簡単化のため、必ずしもボックスの外側端辺とはならない部材端辺を摘む場合で説明することがある。このボックス１を構成する部材の一つである天板１０の図形を中心として、部材図形の設計データ構造について説明する。

図１（２）は、ボックス１から天板１０を取り外した状態を示した斜視図である。ボックス１の天板１０には、左側板２０と右側板３０との接合部分に合わせてホゾ穴１１と１２が穿たれている。また、左側板２０と右側板３０の上部接合部分には、天板のホゾ穴に対応するホゾ２１と３１とが作られている。ここで、天板１０や側板２０等のそれぞれの全体図形を規定する直方体が基本図形の例であり、ホゾ穴１１やホゾ２１等のそれぞれが細部図形の例である。つまり、天板１０は、直方体の基本図形に、ホゾ穴１１と１２の２つの細部図形が組み合わされて構成されている。

各直方体の家具の外側端辺となりうる部分には、サイズ変更を可能にするコマンドがあらかじめ埋め込まれている。また、各部材図形にはそれぞれに局所座標系が固定されており、ボックス１の図形にも全体座標系が固定されている（図示していない）。特に、天板１０に固定された局所座標系をＸＹＺ座標系とし、図１（２）に示す。また、後述のように、左ホゾ穴１１に固定された局所座標系をｘ₁ｙ₁ｚ₁座標系とし、右ホゾ穴１２に固定されて局所座標系をｘ₂ｙ₂ｚ₂座標系とする。

図２に、ボックス１全体のデータ構造の概念図を示す。ボックス１の図形は、天板１０、左側板２０、右側板３０、底板４０の４つの部材の基本図形を組み合わせて構成されており、各部材の基本図形の下には、部材どうしを接合するための複数の接合加工を規定する細部図形がぶら下がっている。例えば、天板１０のＸＹＺ座標系で規定された基本図形には、左ホゾ穴加工１１の細部図形（ｘ₁ｙ₁ｚ₁座標系が固定されている）と、右ホゾ穴化工１２の細部図形（ｘ₂ｙ₂ｚ₂座標系が固定されている）とが組み合わされて、部材図形を構成している。他の部材に関しても同様である。

図３（１）は、天板１０の底面図、図３（２）は、その右側面図である。天板１０の基本図形は、ＸＹＺ座標系の原点が固定された点Ａを基点とし、各辺が各座標軸に平行な直方体で、対角頂点である点ＢをＸＹＺ座標系における三次元座標で特定されたベクトル図形である。なお、以下では直方体の各辺が座標軸に平行になっている図形を平行直方体ということがある。

天板１０は、図面に向かって左右対称形であり、ホゾ穴化工１１、１２の細部図形の、基本図形に対する位置と大きさとを規定する各種の長さ、ａ、ｂ、ｄ、ｅを、図３（１）（２）にそれぞれ示したように規定する。これらの長さは、部材図形ごとの標準設計においてあらかじめ定められた定数とする。また、簡単のため、天板１０の厚みｔもあらかじめ定められているものとする。

図４は、天板１０に組み合わされる２つの細部図形であるホゾ穴１１とホゾ穴１２とを、具体的に示した斜視図である。ホゾ穴１１の細部図形もやはり平行直方体であり、その頂点の一つである点Ｃに原点が固定されたｘ₁ｙ₁ｚ₁座標系において、点Ｃの対角頂点である点Ｄの座標が特定されて規定されたベクトル図形である。また、ホゾ穴１２についても同様に、平行直方体の頂点の一つである点Ｅに原点が固定されたｘ₂ｙ₂ｚ₂座標系において、点Ｅの対角頂点である点Ｆの座標が特定されて規定されたベクトル図形である。

次に、以上のように組み合わされた部材図形において、天板１０の横幅Ｗ、または奥行きＬがサイズ変更された場合に、細部図形を含めた部材図形を的確に変型可能にするためのデータ構造について説明する。図５は、そのような天板１０の設計データ構造の具体例である。

図５（１）は、天板１０の基本図形のＸＹＺ座標系と、細部図形のｘ₁ｙ₁ｚ₁座標系及びｘ₂ｙ₂ｚ₂座標系との位置関係を規定するデータである。ＸＹＺ座標系の原点である点Ａの座標は、ボックス１に対する天板１０の位置を特定するために、ボックス１の全体座標系における座標で規定されている。また、ｘ₁ｙ₁ｚ₁座標系及びｘ₂ｙ₂ｚ₂座標系の原点である点Ｃと点Ｅは、天板１０の基本図形における位置を特定するためにＸＹＺ座標系の座標で規定されており、それぞれの座標が図５（１）に規定されている。

ここで、点Ｃの座標は、独立変数である奥行きＬや横幅Ｗ等のいずれにも依存していないから、サイズ変更が行われても天板１０に対する点Ｃの位置は固定されたままである。一方、点Ｅでは、Ｘ座標とＹ座標はやはり固定されているが、Ｚ座標がＷ依存性を有している。そのため、Ｌが変化しても点Ｅの天板１０に対する位置は不変だが、Ｗが変化した場合はＷの変化に応じて点ＥがＺ方向に移動する。つまり、図３（１）の端辺１４が、例えば図面に向かって右に移動した場合、点Ｅも端辺１４との距離（ｂ＋ｄ）を維持したまま右に移動する。その結果、細部図形１２の全体が端辺１４に追随して移動する。

従って、点ＥのＺ座標は、伸縮可動端である端辺１４の位置座標に従って変化する関数であるから図形変型要素の例であり、一方、点ＥのＸ座標とＹ座標及び点ＣのＸ座標とＹ座標とＺ座標は図形固定要素の例である。このように、天板１０を規定する図形要素のＺ方向の座標において、点Ｅの図形変型要素と点Ｃの図形固定要素とが混在することによって、天板１０の横幅Ｗのサイズ変更に伴って、それぞれの細部図形を移動させるかまたは移動させないかが的確に処理できるようになる。

次に、図５（２）は、天板１０の基本図形の図形要素を規定する設計データであり、図形要素として、ベクトル図形を規定する関数が平行直方体であり、平行直方体の基点が点Ａ、対角頂点が点Ｂで、点ＢのＸＹＺ座標系におけるＸ座標がＬ、Ｙ座標がｔ、Ｚ座標がＷである旨をそれぞれ格納している。横幅Ｗまたは奥行きＬがサイズ変更されると、それに応じて点Ａに対する点Ｂの位置が変化し、基本図形が変型する。

図５（３）は、２つの細部図形１１、１２を特定する図形要素のデータ構造である。左ホゾ穴加工である細部図形１１は、関数が平行直方体のベクトル図形であり、その平行直方体の基点がｘ₁ｙ₁ｚ₁座標系の原点である点Ｃ、対角頂点が点Ｄで、点Ｄのｘ₁ｙ₁ｚ₁座標系の位置座標であるｘ₁座標がＬ−２ａ、ｙ₁座標がｅ、ｚ₁座標がｄである旨をそれぞれ格納している。

このように、点Ｄの三次元座標のうち、ｘ₁座標だけがＬの関数であり、ｙ₁座標とｚ₁座標は固定されているため、天板１０の奥行きＬがサイズ変更される場合、すなわち図３（１）のＸ軸方向に天板１０が伸縮された場合には、点Ｄが、端辺１５からの距離ａを保持するようにして、ｘ₁軸またはＸ軸に平行に端辺１５の移動に追随して移動する。また、点Ｄの座標は横幅Ｗには依存しないから、横幅Ｗがサイズ変更されても点Ｄは移動しない。従って、細部図形１１のＺ方向の幅は変化しない。また、点Ｃは、図５（１）のＸＹＺ座標系と図５（３）のｘ₁ｙ₁ｚ₁座標系のいずれにおいても固定されているから、ＬまたはＷのいずれがサイズ変更されても天板１０に対して移動しない。従って、左ホゾ穴化工である細部図形１１は、横幅Ｗがサイズ変更されても移動も図形変型も生じないが、奥行きＬがサイズ変更された場合には、点Ｃは移動せずに点Ｄが端辺１５の移動に追随して移動することで、図形がＸ方向へ伸縮される図形変型が生じる。従って、ここでは、点Ｄのｘ₁座標が図形変型要素の例であり、他の座標は図形固定要素の例である。

また、右ホゾ穴化工である細部図形１２は、すでに述べたように、端辺１４のＺ軸方向の移動による横幅Ｗのサイズ変更に追随して移動する。細部図形１２の対角頂点である点Ｆの座標は、図５（３）に示したように、ｘ₂ｙ₂ｚ₂座標系におけるｘ₂座標がＬ−２ａ、ｙ₂座標がｅ、ｚ₂座標がｄである。従って、横幅Ｗのサイズ変更が行われても細部図形１２のＺ方向の幅は変更されず、細部図形１２が全体として移動するだけである。

一方、端辺１５のＸ軸方向の移動により奥行きＬのサイズ変更が行われると、点Ｆは、端辺１５と距離ａを保持したまま、ｘ₂軸方向すなわちＸ軸方向に端辺１５に追随して移動する。従って、右ホゾ穴化工である細部図形１２は、横幅Ｗが端辺１４のＺ方向への移動によりサイズ変更されると、それに伴って移動するが図形変型は生じない。一方、奥行きＬがサイズ変更された場合には、点Ｅは移動せずに点Ｆが端辺１５の移動に追随してＸ軸方向に移動することで、細部図形１２がＸ方向へ伸縮される図形変型が生じる。従って、点Ｆのｘ₂座標が図形変型要素の例であり、他の座標は図形固定要素の例である。

以上のサイズ変更の結果を図６にまとめて示す。天板１０の端辺１５をマウスで摘んで矢印４５の方向（＋Ｘ方向）に移動させると、天板１０は矢印４５の方向に引き延ばされて奥行きＬが大きい天板４６に変型される。その際、左ホゾ穴１１は、引き延ばし前と同じ幅のままで、端辺１３と端辺１５とから引き延ばし前と同じ距離ａを保持するようにして引き延ばされている。また、右ホゾ穴１２も、左ホゾ穴１１と同様に、引き延ばし前と同じ幅で同様に矢印４５方向に引き延ばされた形状となる。

一方、天板１０の端辺１４をマウスで摘んで矢印４７の方向（＋Ｚ方向）に移動させると、天板１０は矢印４７の方向に引き延ばされて横幅Ｗが大きい天板４８に変型される。その際、左ホゾ穴１１は、引き延ばし前と同じ幅でかつ端辺１６に対して同じ相対位置のままであり、また、右ホゾ穴１２も、引き延ばし前と同じ幅でかつ端辺１４に対して同じ相対位置のままとなる。

ここで、点Ｄに関して、引き延ばし方向４５の図形変型要素は「ｘ₁＝Ｌ−２ａ」であるが、引き延ばし方向４７に対しては「ｚ₁＝ｄ」で図形固定要素となっている。つまり、２つの引き延ばし方向に対して図形要素の応答が異なるように設定されている。また、点Ｅ、点Ｆについても同様に２つの引き延ばし方向に対して異なる応答となるように設定されている。つまり、図５の設計データ構造に含まれる図形要素には、２以上のサイズ変更可能な方向に対して異方的に応答するものが含まれている。このような図形要素を含むことにより、家具等の物品の２以上の方向に対するサイズ変更に対して、基本図形のみならず、細部図形までを的確に対応させることが可能になる。

このように、図５で説明した設計データ構造を備えることにより、ホゾ穴のごとき細部図形について、基本図形との望ましい位置関係や必要なサイズを保持した状態で、部材図形（または部材を組み合わせた家具図形）のサイズ変更に伴って、細部図形に対して望ましい移動や変型が生じるように規定することができる。そのため、家具等の物品の設計にあたって、細部の整合性を考慮することなくサイズ変更を行い、望ましいサイズの家具等を細部に至るまで容易に設計することが可能となる。

次に、図１のボックス１とは、部材接合のための細部図形が異なるボックス２を考える。図７にボックス２の斜視図を示した。ボックス２は、天板５０と側板６０、７０との接合が、ホゾとホゾ穴による接合に代えてダボとダボ穴による接合になっている部分だけがボックス１と異なる。この天板５０に、天板１０と同様に局所座標系ＸＹＺ座標系を固定して、天板５０のサイズ変更に伴って左ダボ穴列５１ａ〜ｅを規定する細部図形が的確に移動と変更を行うための設計データ構造について説明する。なお、天板１０と共通する内容の部分には天板１０と同じ番号を付している。

図８（１）は、天板５０の底面図であり、図８（２）はその右側面図である。図８（１）に向かって左端辺５７に沿って左ダボ穴列５１ａ〜ｅが設けられている（図８（１）中では５１ｄだけを指示）。同様に図８（１）に向かって右端辺５５に沿って右ダボ穴列５３ａ〜ｅが設けられている（図８（１）中では５３ｂだけを指示）。ダボ穴の基本図形における位置や大きさを特定するｆ、ｇ、ｈ、Ｓを、図に記載の部分の長さとする。ここで、ｆ、ｇ、ｈは、標準設計であらかじめ定められた定数とし、１列中のダボ穴間の距離であるＳは、Ｌのサイズ変更に伴って変更すべき変数とする。

左ダボ穴列５１ａ〜ｅのベクトル図形である細部図形の斜視図を図９に示した。左ダボ穴５１ａの中心点を５２ａとする。また、図示していないが、右ダボ穴５３ａの中心点を５４ａとし、他のダボ穴に関しても同様に番号をふる。ＸＹＺ座標系の原点が固定された点Ａに最も近いダボ穴５１ａの、ＸＺ平面上の円形の中心点５２ａを原点として、左ダボ穴列に固定された局所座標系であるｘ₁ｙ₁ｚ₁座標系を設定する。また、図示していないが、右ダボ穴列５３ａ〜ｅに対しても同様に、ＸＺ平面上の円形の中心点５４ａを原点として、右ダボ穴列に固定された局所座標系であるｘ₂ｙ₂ｚ₂座標系を設定する。なお、図９に示されたように、円筒の中心軸に対して直角方向に、中心軸が平行でかつ一直線に並んだ複数の円筒形の集合からなる細部図形を、以下、並列円筒という。

このような細部図形と基本図形とからなる部材図形に対して、的確にサイズ変更が可能な設計データ構造の例を図１０〜図１２に示す。まず、図１０（１）は、平行直方体である基本図形に固定されたＸＹＺ座標系と、並列円筒であるダボ穴の細部図形のｘ₁ｙ₁ｚ₁座標系とｘ₂ｙ₂ｚ₂座標系の原点座標を格納した設計データ構造の一部を示した概念図である。この図１０（１）の設計データ構造は、ボックス１に関して示した図５（１）の設計データ構造に類似している。点Ａの座標は、ボックス２の全体座標で示され、天板５０のボックス２における位置を特定している。
点５２ａの座標は、天板５０の基本図形である平行直方体に固定されたＸＹＺ座標系の座標で示され、独立変数である奥行きＬや横幅Ｗ等のいずれにも依存していないから、いずれのサイズ変更が行われても天板５０に対する点５２ａの位置は固定である。一方、点５４ａのＸ座標とＹ座標はやはり天板５０に対して固定されているが、Ｚ座標がＷに依存している。そのため、Ｌが変化しても点５４ａの天板５０に対する位置は不変だが、Ｗが変化した場合はＷの変化に応じて点５４ａがＺ方向に移動する。つまり、図８（１）の端辺５５が、例えば図面に向かって右に移動した場合、点５４ａも端辺５５との距離ｈを維持したまま右に移動する。その結果、右ダボ穴列５３全体が端辺５５に追随して移動する。

従って、点５４ａのＺ座標は、伸縮可動端である端辺５５の位置座標に従って変化する関数であるから図形変型要素の例であり、一方、点５４ａのＸ座標とＹ座標及び点５２ａの座標は図形固定要素の例である。つまり、天板５０を規定する図形要素のＺ方向の座標において、図形変型要素と図形固定要素とが混在している。これにより、天板５０の横幅Ｗのサイズ変更に伴って、それぞれの細部図形を移動させるか、または移動させないかが適切に処理できる。
図１０（２）は、天板５０の基本図形である平行直方体の図形要素を規定している。これは、ボックス１の基本図形に関して示した図５（２）に示したものと類似し、ＬまたはＷのサイズ変更により、点Ｂが移動して平行直方体が変形する。
図１１は、ダボ穴の細部図形である並列円筒の図形要素を規定している。図１１（１）では、左ダボ穴列５１は、ｘ₁ｙ₁ｚ₁座標系の原点である点５２ａを基点として、円筒直径がｇで、円筒長さが天板５０の厚みに等しいｔであり、複数の円筒の中心軸が並ぶ方向がｘ₁軸の＋方向であり、各中心軸の方向がｙ₁軸の＋方向であり、各中心軸の最短距離（軸間隔）Ｓが、図１１（２）に記載の数式（Ｌ−２ｆ）／（ｎ−１）で計算されることを規定している。ここで、ｎは、ダボ穴列５１に含まれる円筒形の数、つまりダボ穴数であり、図１２に示したテーブルによって決まる。

このように規定することにより、天板５０の奥行きＬがサイズ変更された場合に、ダボ穴の間隔や数が、変更されたＬの値に応じて的確に決まることになる。つまり、図８（１）において、天板５０でサイズ変更可能なコマンドが埋め込まれた端辺５６が、マウス等で摘まれてＸ軸方向にドラッグされた場合、奥行きＬが図１２のいずれか１行の１列目の範囲に留まっている場合は、ダボ穴数は一定であるから、図１１（２）に記載の式によって、中心軸の間隔が奥行きＬの長さに応じて均等に伸縮することになる。さらに奥行きＬの変更が大きく、図１２の先の１行１列目の範囲から外れた場合は、Ｌの長さに応じて図１２に従ってダボ穴数ｎが増減する。増減したダボ穴数ｎを用いて中心軸間隔Ｓが、図１１（２）に記載の式により演算されて、中心軸の間隔がＳの値に応じて均等に伸縮する。また、右ダボ穴列５３についても全く同様であり、奥行きＬのサイズ変更により、右ダボ穴列５３も左ダボ穴列５１と同じように、ダボ穴間隔とダボ穴数とが決まる。これでダボ穴の基本図形に対する位置が決まる。

一方、円筒形の直径ｇの値や底面が円形であることには奥行きＬは関与しないから、奥行きＬのサイズ変更によって円形が楕円形に変型したり、直径が増減したりすることはない。また、ダボ穴の位置と基本図形との位置関係を規定するｆやｈは定数であって、これにも奥行きＬは関与しないから、奥行きＬのサイズ変更によって、細部図形の位置が不適切にずれてしまうこともない。従って、中心軸の間隔Ｓは、Ｘ方向へのサイズ変更において、ダボ穴列の細部図形（部材図形でも同じ）における図形変型要素の例であり、その他の図形要素は図形固定要素の例である。

このように規定することにより、基本図形の奥行きＬをサイズ変更すると、その値によって、自動的にダボ穴の適切な間隔と適切な個数とが設定され、しかも増減された複数のダボ穴が、伸縮方向に偏ることなく均等に配置されることになる。従って、容易にサイズ変更を行うことが可能になる。

これを図１３を用いて説明する。横幅Ｗのサイズ変更が行われる、つまり矢印８７方向に端辺５５が移動した場合には、右ダボ穴列は、端辺５５と一定の距離ｈを保持したまま端辺５５に追随して移動する。その際、ダボ穴の直径や形状が変わることはない。従って、部材図形のＺ方向へのサイズ変更では、ｘ₂ｙ₂ｚ₂座標系の原点のＺ座標が図形変型要素の例であり、その他の図形要素は図形固定要素の例である。

一方、左ダボ穴列は、端辺５７と一定距離ｈを保持して移動も変型も生じない。また、奥行きＬがサイズ変更された場合、つまり図１３の矢印８５方向に端辺５６が移動した場合には、すでに上記したように、奥行きＬの値によってダボ穴数ｎが図１１のテーブルによって決まり、さらにダボ穴どうしの間隔が均等になるように配置されることになる。

以上のように、サイズ変更の方向に対して、図形固定要素と図形変型要素とが混在していること、２以上の方向にサイズ変更可能な場合に、方向によって異方的に細部図形の移動や変型が生じることは、ボックス１の場合と同様である。このように、特定の設計データ構造を有することにより、基本図形と細部図形を組み合わせた部材図形において、基本図形のサイズ変更が生じても的確に細部図形を移動または変形させ、または移動も変形もさせないように設定することが可能になる。

以上では、天板と側板という２種類の板を接合する場合の天板の構造例を用いて説明したが、当然に、側板や底板に対しても同様の設計データ構造を適用することができる。また、接合構造のみならず、一枚の板の表面デザインに対して適用することもできる。例えば、前板の表面に花の模様を彫刻する場合、その彫刻の細部図形を、彫刻に固定された局所座標系のベクトル図形で規定し、その局所座標の原点位置を前板のサイズ変更される横幅や高さの関数としたり、また、ベクトル図形の数や配置をサイズ変更される横幅や高さの関数としたりすることで、すなわち、一方向に図形固定要素と図形変型要素とを混在させたりすることが可能になり、サイズ変更に伴って、花の彫刻がデザイン的に不自然に引き延ばされたり、または前板のデザイン上偏った位置に配置されたりする不都合が無くなる。その他、基本図形だけではカバーできない種々の細部設計に、同様な設計データ構造を適用することで、商品性の優れたデザインの部材や、適切な接合構造をあらかじめ用意することが可能になる。

ところで、ある図形要素が図形固定要素であるか図形変型要素であるかは、その図形要素が、サイズ変更の独立変数の形式的に関数であるか否かで判断するのではなく、独立変数が変更された場合に、その図形要素が実質的に変更されるか否かで判断する。例えば、天板１０に固定されたＸＹＺ座標系の原点Ａを天板１０の幾何学中心に固定した以外は上記で説明したのと同様に設定した場合には、細部図形の図形要素である点Ｃ〜ＦのいずれもＷの関数を含むことになる。しかし、実際に、天板１０の端辺１４をマウスで摘んで横幅Ｗのサイズ変更すると、端辺１４の移動に合わせて画面上移動するのは端辺１４に近い細部図形１２だけであって、細部図形１１は移動しない。従って、細部図形１１の図形要素は、形式的にはＷの関数であるにも係わらず実質的には移動しないから図形固定要素である。

また、ある図形要素が、図形固定要素であるか図形変型要素であるかは、どの端辺を移動させるかによっても変化する相対的なものである。従って、図形固定要素であるか図形変型要素であるかを個々の図形要素ごとに確定することは重要ではなく、ある一方向へのサイズ変更を行った場合に、画面上移動または変型する細部図形部分と、移動及び変型が生じない細部図形部分とが同じ部材図形中に混在していればよい。

また、上記では、天板のＸＹＺ座標系に対して、複数の局所座標系が軸を平行にしたまま平行移動だけする場合で説明したが、必要により、ＸＹＺ座標系に対して局所座標系が三次元に回転する場合を含めても良い。これは、ＸＹＺ座標系が全体座標系に対する場合も同様である。

上記では、本発明の実施の形態例を単純なボックスの天板に関する設計データ構造を用いて説明したが、本発明は、そのような具体的態様に限定されず、様々な応用、変型が可能である。例えば、より複雑な家具類等の具体的設計に用いることができる。家具のサイズ変更で最も重要なのは、全体のサイズが家具設置予定位置にぴったりのサイズとなるかどうかであり、家具の外側輪郭線を画面上で摘んでドラッグしてサイズ変更した場合に、家具内に設けられる縦の仕切板の位置や数、さらには既製品でサイズがあらかじめ決まっている作りつけハンガー等を用いる場合などに関しても、同様な設計データ構造を採用することができる。そのようにすることで、家具のサイズ変更を行った場合に、その後に細部の設計を個別に行う必要が無くなる。また、家具としては、洋タンス、和だんす、キャビネット、本棚、机等の設計データ構造に適用することができる。

また、家具以外の木工品やその他の物品の設計にも用いることができる。木工品としては、木製の建具類、例えば、引き戸、開き戸、窓枠、雨戸等が挙げられ、また、木造建築物内部の造作類、例えば、天井、床板、階段、流し、飾り棚、床の間、敷鴨居、などが挙げられる。

次に、このような設計データ構造を用いて、実際に物品を設計する物品設計方法と、その物品設計方法を実現するための物品設計装置について説明する。図１４は、物品として家具を選択し、汎用でスタンドアローンのコンピュータを用いて構成された家具設計装置９０の構成を制御面から見た概略ブロック図である。この家具設計装置９０の機能と動作について説明して、合わせて家具設計方法についても説明する。なお、家具設計装置９０は、スタンドアローンのコンピュータではなく、インターネット等のネットワークを介したクライアントサーバシステム等として構成することもでき、特に形式は制限されない。

図１３の家具設計装置９０は、ハードディスクのごとき記憶装置とそれに格納された各種プログラム及びデータから構成された記憶部１２０と、ＣＰＵとＲＡＭ内に記憶部１２０から随時読み出されたプログラムとデータとで構成された処理部１００と、キーボードやマウス等の入力装置１３１と、ＣＲＴや液晶表示装置であるディスプレイ１３２と、プリンタ１３３とが、必要なインターフェイスを介して共通バスで接続されて構成されている。

まず、家具設計装置９０の記憶部１２０から説明する。記憶部１２０には、上記で説明した設計データ構造を採用した各部材の標準寸法での設計情報である標準部材情報１２１、各部材ごとに寸法変化できる範囲を規定した寸法変更範囲情報１２２、各部材の組み合わせにより具体的に構成された個別家具設計情報１２３、具体的に設計された個別家具の各部材を実際に製作する際に必要な部材ごとの設計図の情報である個別部材図面情報１２４、その他、家具設計装置９０の動作に必要な画面表示プログラムのごとき各種のプログラム類やデータ類等（図示していない）が格納されている。

標準部材情報１２１には、家具を構成するための部材ごとに、部材の標準寸法におけるあらかじめ定められた設計データが、上記で説明した設計データ構造に従って格納されている。例えば、図５または、図１０及び図１２に記載のごとき設計データ構造となるように、あらかじめ標準寸法で設計された設計データが格納されたものである。

寸法変更範囲情報１２２とは、各部材の寸法が実際に製作可能な変更可能範囲を示す、あらかじめ定められた情報であり、家具を組み立てた後に家具外寸の縦横高さの何れかが標準寸法から変更された場合に、それに対応して個別家具の各部材を設計するために必要な各種のルールも含む。ここにいうルールとは、例えば、家具外形寸法の何れかが長くなった場合に、それに対応してどの部材のどの長さを長くするかのルール、寸法変更分を複数の部材に分配する場合はその分配比率のルール、変更長さがあらかじめ定めた一定値より大きい場合に、構造部材を追加する位置を定めるルール、変更の結果、ある長さがあらかじめ定めた一定値より小さくなる場合に、どの部材を削除するかを定めるルール、各部材の変更可能な長さの上限と下限の範囲を定めるルール等を言う。また、特許３０７９２０６号、ＷＯ０１／００９７７８号国際公開パンフレット、特願２００４−３６６３１１号等で提案された手法を用いても良い。

次に、個別家具設計情報１２３は、家具設計装置９０に入力された各部材の選択と組み合わせのデータと、各部材の寸法が変更されたデータとで特定される具体的な個別家具の設計情報である。個別家具設計情報１２３は、標準部材情報１２１を用いて後述の家具組立処理部１０２により生成され、例えば、図２に示したがごとき全体データに、図５に示したがごとき設計データ構造を有する各部材の設計データが特定されたものである。このデータに基づいて、各部材の設計図が具体的に作成される。

次に、個別部材図面情報１２４は、実際に各部材を製作するために必要な図面情報のデータである。これは、個別家具設計情報１２３を用いて、部材図面出力部１０３により随時生成される。個別部材図面では、各部材の標準寸法からのサイズ変更が確定された設計データを含める。

次に、処理部１００が行う家具設計の処理について、図１５のフローチャートを用いて説明する。まず、処理がスタートすると、処理部１００の標準部材表示部１０１は、記憶部の標準部材情報１２１から、家具の製作に用いられる各種部材の情報を読み出してディスプレイ１３２上に選択可能に表示する（Ｓ１０ステップ）。これにより、各部材を選択して家具図形を組み立てることが可能になる。

次に、処理の選択待ち状態に入り（Ｓ２０ステップ）、選択可能に画面表示されている標準部材が選択された場合は、フローはＳ２０ステップから左に分岐して、家具組み立て処理部１０２による家具組み立て処理に入る（Ｓ３０ステップ）。選択された部品を画面のワークエリア内で移動して部材位置が決まったら、処理はＳ１０ステップに戻り、次の処理の選択を待つ。
選択待ち状態で画面のワークエリア内のいずれかの部材の外側端辺が選択された場合は、寸法変更処理部１０３による寸法変更処理に入る（Ｓ４０ステップ）。選択された外側端辺がドラッグされるのに従い、基本図形を変形させると共に、細部図形の図形変形要素を変更させ、図形固定要素は変更させないことで、部材図形全体として的確な変形がなされる。これにより家具全体としても的確な変形がなされる。変形処理が終了したら、また選択待ち状態に戻る（Ｓ１０ステップ）。
家具組み立て処理と寸法変更処理とが組み合わされて複数回行われることにより、家具図形の全体が望ましいサイズで構成できたら、その家具図形を、記憶部１２０の個別家具設計情報１２３及び、その個別家具を構成する各部材の個別部材図面情報として保存し、必要により各部材の設計図面を主力する。図面出力は、選択待ち状態（Ｓ１０ステップ）から図面出力を選択して行う。図面出力が選択されると、部材図面出力部１０４が部材図面をプリンタ１３３から出力する（Ｓ５０ステップ）。これで処理が終了する。

以上、本発明の実施の形態例を説明してきたが、本発明は、これらの具体的態様に限定されるものではない。例えば、本発明を、コンピュータに上記の物品設計方法を実行させるためのプログラムとすることもできる。また、そのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体とすることもできる。ここで、記録媒体とは、フレキシブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＯ、フラッシュメモリ等のリムーバブル媒体、内蔵か外付けかを問わないＨＤ等をいう。また、処理フローチャートは、同じ機能を果たしながら、各種の変形を加えることができるし、そのほかの処理を追加することもできる。

（１）ボックス１の全体図形を示した斜視図、（２）天板１０の接合構造を示した斜視図である。 ボックス１全体の設計データ構造を示した概念図である。 （１）天板１０の底面図、（２）その右側面図である。 天板１０のホゾ穴としての細部図形を示した概念図である。 天板１０の設計データ構造例を示した概念図である。 天板１０のサイズ変更による形状変化を示した斜視図である。 ボックス２の全体図形を示した斜視図である。 （１）天板５０の底面図、（２）その右側面図である。 左ダボ穴列の細部図形を示した概念図である。 天板５０の（１）全体及び（２）基本図形の設計データ構造を示した概念図である。 天板５０の細部図形の設計データ構造を示した図である。 奥行きＬとダボ穴数の関係を規定するテーブルの概念図である。 天板５０のサイズ変更による形状変化を示した斜視図である。 家具設計装置９０を制御面から見た概略構成を示したブロック図である。 家具設計装置の概略処理フローを示したフローチャートである。

符号の説明

１、２ ボックス
１０、５０ 天板
１１、１２ ホゾ穴
１３〜１６ 端辺
２０、３０、６０、７０ 側板
２１、３１ ホゾ
４０、８０ 底板
４５、４７ 引き延ばし方向
４６、４８ 変型された天板
５１ａ〜ｅ 左ホゾ穴（列）
５２ａ〜ｅ ＸＺ平面における左ホゾ穴中心
５３ａ〜ｅ 右ホゾ穴（列）
５４ａ〜ｅ ＸＺ平面における右ホゾ穴中心
５５〜５８ 端辺
８５、８７ 引き延ばし方向
８６、８８ 変型された天板

Claims (8)

1. サイズ変更可能な物品の部材図形の設計データ構造であって、前記部材図形は、伸縮可動端を備えた基本図形に１または２以上の細部図形を組み合わせてなり、前記細部図形を特定する図形要素の、少なくとも１つが前記伸縮可動端位置の関数である図形変型要素であり、他の少なくとも１つが前記伸縮可動端位置によらない図形固定要素であることを特徴とする設計データ構造。
2. 前記サイズ変更可能な方向のいずれか１方向に、前記図形変型要素と前記図形固定要素とが混在することを特徴とする請求項１に記載の設計データ構造。
3. 前記図形要素が、位置座標であることを特徴とする請求項１または２に記載の設計データ構造。
4. 前記サイズ変更可能な方向が２以上有り、いずれかの図形要素が、前記方向のいずれか１方向において前記の図形変型要素となり、他の１方向において前記図形固定要素となることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の設計データ構造。
5. 前記基本図形が直方体であり、前記サイズ変更可能な方向が、前記直方体の各辺の少なくともいずれか１辺に平行方向であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の設計データ構造。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の設計データ構造を備えた標準部材情報と、前記のサイズ変更可能な範囲を特定する寸法変更範囲情報とを格納した記憶部を備え、前記標準部材情報から標準部材図形を読み出して表示する標準部材表示部と、前記表示された標準部材を組み合わせて前記物品を構成する物品組立処理部と、前記の標準部材または物品のサイズ変更処理を、前記寸法変更範囲情報で特定される範囲内で行う寸法変更処理部とを備えたことを特徴とする物品の設計支援システム。
7. コンピュータに、請求項１〜５のいずれかに記載の設計データ構造を備えた標準部材情報と、前記のサイズ変更可能な範囲を特定する寸法変更範囲情報とを格納した記憶機能を実行させ、前記標準部材情報から標準部材図形を読み出して表示する標準部材表示機能と、前記表示された標準部材を組み合わせて前記物品を構成する物品組立機能と、前記の標準部材または物品のサイズ変更処理を、前記寸法変更範囲情報で特定される範囲内で行う寸法変更機能とを実行させることを特徴とする物品の設計支援プログラム。
8. 標準部材表示部が、請求項１〜５のいずれかに記載の設計データ構造を備えた標準部材情報から標準部材図形を読み出して表示し、物品組立処理部が、前記表示された標準部材を組み合わせて前記物品を構成し、寸法変更処理部が、前記の標準部材または物品のサイズ変更処理を、寸法変更範囲情報で特定されるサイズ変更可能な範囲内で行うことを特徴とする物品の設計支援方法。
   

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