WO2021250982A1 - 自動計算装置、自動計算方法、および立体加工用基材の製造方法 - Google Patents

自動計算装置、自動計算方法、および立体加工用基材の製造方法 Download PDF

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正人 高津
昇 吉川
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Definitions

  • the present invention relates to an automatic calculation device, an automatic calculation method, and a method for manufacturing a base material for three-dimensional processing.
  • a flexible member can be formed by forming a plurality of slits arranged in a staggered pattern on a plate-shaped member and expanding the slit portion of the staggered pattern.
  • a non-ductile paper material such as corrugated cardboard can be three-dimensionally processed, and a structure having a three-dimensional shape such as a curved surface can be produced.
  • the zigzag pattern of a plurality of slits arranged in the zigzag pattern refers to the following pattern.
  • the houndstooth is a pattern that can be created by inserting straight slits into a member at multiple zigzag positions and opening the member to create a large diamond-shaped checkered pattern.
  • the above-mentioned zigzag pattern is a slit pattern for arranging a plurality of slits capable of forming a houndstooth in a zigzag pattern.
  • the problem to be solved by the present invention is to automate the design of the staggered pattern slit required for three-dimensional processing, and to reduce the design man-hours and the member cost.
  • the automatic calculation device is an automatic calculation device for producing a structure having a three-dimensional shape from a plate-shaped member, and is a material of the plate-shaped member and a plate-shaped member.
  • a data acquisition unit that acquires condition data indicating the plate thickness and the three-dimensional shape, and a staggered region for elastically deforming the plate-shaped member in order to elastically deform the plate-shaped member to form a structure. It includes an arithmetic unit that executes an allocation process that allocates a plurality of slits arranged in a pattern, and an output unit that outputs the allocation result of the arithmetic unit. The allocation process is based on the condition data acquired by the data acquisition unit. , Includes processing to calculate the specifications of multiple slits.
  • the specifications of the staggered pattern slits required for the three-dimensional processing are automatically set. Can be calculated.
  • the design of the slit of the zigzag pattern required for the three-dimensional processing can be automated, so that the design man-hours and the member cost can be suppressed.
  • a plurality of staggered pattern slits arranged in a staggered pattern are provided on a plate-shaped member formed of carbon fibers.
  • the slits of the zigzag pattern are formed by a laser beam. That is, it is preferable that the carbon fiber member for three-dimensional processing is composed of a member that can be cut using a laser beam.
  • the slits of the staggered pattern are expanded in the direction orthogonal to the length direction of the slits of the staggered pattern.
  • the length, spacing, and position of each slit of the staggered pattern slits are set based on the three-dimensional shape of the structure. ..
  • the work support of the thermal processing machine includes a plate-shaped member made of carbon fiber capable of forming a staggered pattern slit by irradiating the laser beam, and has a plate-like shape.
  • a plate-shaped member made of carbon fiber capable of forming a staggered pattern slit by irradiating the laser beam, and has a plate-like shape.
  • the length of each slit of the staggered pattern slits and the distance between the slits are set based on the shape or material of the work to be machined. Slit.
  • the distance between two slits adjacent to each other in the direction orthogonal to the length direction of the slits of the zigzag pattern is larger than the thickness of the plate-shaped member. ..
  • slits in a houndstooth pattern in the same direction are formed in a plate-shaped member formed of carbon fibers, and the slits in the houndstooth pattern are orthogonal to the length direction of the slits. It is formed so that multiple openings arranged in a houndstooth are formed when it is expanded in the direction of houndstooth, and the plate-shaped member is pulled in a direction orthogonal to the length direction of the slit of the houndstooth pattern to form a houndstooth.
  • a work support of a houndstooth heat processing machine having an opening at the position of the slit of the houndstooth pattern is manufactured by widening the slit of the shape pattern.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing a carbon fiber member 100 for three-dimensional processing according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an external perspective view of a three-dimensional structure Y1 manufactured from the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • FIG. 3A is a diagram showing a pulling direction of the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • FIG. 3B is an external perspective view showing a state in which the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG. 3A is pulled in the direction indicated by the arrow.
  • FIG. 4 is an external perspective view of a three-dimensional structure Y2 manufactured from the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG. FIG.
  • FIG. 5 is an external perspective view of a three-dimensional structure Y3 manufactured from the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • FIG. 6 is an external perspective view of a three-dimensional structure Y4 manufactured from the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • FIG. 7 is an external perspective view of a three-dimensional structure Y5 manufactured from the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • FIG. 8A is a front view showing the carbon fiber member 120 for three-dimensional processing according to the first embodiment.
  • FIG. 8B is an external perspective view of the three-dimensional structure Y6 molded from the carbon fiber member 120 for three-dimensional processing shown in FIG. 8A.
  • FIG. 9 is a front view showing the carbon fiber member 130 for three-dimensional processing according to the first embodiment.
  • FIG. 10A is an external perspective view of a three-dimensional structure Y7 manufactured from the carbon fiber member 130 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • FIG. 10B is an external perspective view of the three-dimensional structure Y8 manufactured from the carbon fiber member 130 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • FIG. 11 is a front view showing the carbon fiber member 140 for three-dimensional processing according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is an external perspective view of the three-dimensional structure Y9 manufactured from the carbon fiber member 140 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • FIG. 13 is an external perspective view showing the laser processing machine 1 using the work support 30 in the second embodiment.
  • FIG. 14 is an external perspective view of the carbon fiber member M in which the work support 30 according to the second embodiment is manufactured.
  • FIG. 15 is an external perspective view of the work support 30 in the second embodiment.
  • FIG. 16A is an external perspective view showing a frame F sandwiched between vertically adjacent slits SL20 in the carbon fiber member M shown in FIG.
  • FIG. 16B is a vertical sectional view of the frame F.
  • FIG. 17 is a sectional view taken along the line AA of the carbon fiber member M shown in FIG.
  • FIG. 18A is a cross-sectional view of the frame F when the width a is the same as the thickness t.
  • FIG. 18B is a cross-sectional view of the frame F when the width a is smaller than the thickness t.
  • FIG. 18C is a cross-sectional view showing the expanded carbon fiber member M when the shape of the frame F is FIG. 18A or FIG. 18B.
  • FIG. 19A is a cross-sectional view of the frame F when the width a is larger than the thickness t.
  • FIG. 19B is a cross-sectional view of the carbon fiber member M expanded when the shape of the frame is FIG. 19A.
  • FIG. 20A is an explanatory diagram of an allowable opening amount of the staggered pattern slit SL20 when the carbon fiber member M is expanded.
  • FIG. 20B is an explanatory diagram of an allowable opening amount of the staggered pattern slit SL20 when the carbon fiber member M is expanded.
  • FIG. 20A is an explanatory diagram of an allowable opening amount of the staggered pattern slit SL20 when the carbon fiber member M is expanded.
  • FIG. 20B is an explanatory diagram of an allowable opening amount of the staggered pattern slit SL20 when the carbon fiber member M is expanded.
  • FIG. 21 shows examples of various parameters relating to the specifications of the staggered pattern slit SL20 when the work support is formed with the desired twist angle ⁇ of the frame F and the allowable opening amount w1 of the staggered pattern slit SL20. It is a table.
  • FIG. 22 is a block diagram showing the configuration of the automatic calculation device 200 according to the third embodiment.
  • FIG. 23 is a flowchart showing the processing contents regarding the automatic calculation method executed by the automatic calculation device 200.
  • FIG. 24A is a perspective view showing the appearance of the three-dimensional structure 400 made of the plate-shaped member Mn.
  • FIG. 24B is an explanatory diagram showing a plurality of slits SL30 arranged in a staggered pattern provided for the plate-shaped member Mn.
  • FIG. 25 is an explanatory diagram showing options for bending types.
  • FIG. 26 is an enlarged explanatory view showing the bent side Eb.
  • the carbon fiber member for three-dimensional processing which is an example of the base material for three-dimensional processing in the first embodiment, will be described.
  • the carbon fiber member for three-dimensional processing according to the present embodiment has a rigidity obtained by plain weaving a string-shaped carbon fiber, for example, a carbon fiber reinforced carbon composite material (C / C composite material: Carbon Fiber Reinforced Carbon Composite). It is formed by inserting staggered pattern slits with a laser beam by a laser processing machine into a sheet-shaped thin plate to have.
  • Plain weave is a weave in which fibers are crossed vertically and horizontally one by one.
  • the carbon fiber weave may be a satin weave or an irregular weave, regardless of whether the fiber is woven in any structure, whether it is a satin weave or a twill weave. It doesn't matter.
  • the carbon fiber reinforced composite material also includes carbon fiber reinforced plastics (CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics), which can be slit-formed by a CO 2 laser or the like.
  • the staggered pattern refers to a pattern of a plurality of slits (multiple slits arranged in a staggered pattern) arranged in a staggered pattern, that is, a pattern of slits for creating the following pattern.
  • Houndstooth is a pattern that can be created by inserting straight slits into a member at multiple zigzag positions and opening the member to create a large checkered pattern.
  • the zigzag pattern is a slit pattern for arranging a plurality of slits in a zigzag so that a houndstooth can be formed.
  • the slit of the zigzag pattern in the present embodiment is not limited to a straight line, but may be a periodic curve such as a waveform.
  • the C / C composite material is reinforced by impregnating the woven carbon fiber with various substances, elasticity is generated by forming it into a thin plate shape, but the rigidity is high and it is difficult to deform with a high curvature. be.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing a carbon fiber member 100 for three-dimensional processing according to the first embodiment.
  • the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing is formed by inserting a plurality of slits SL1 arranged in a staggered pattern into the entire carbon fiber member M having a thin plate-like oblong shape with an elastic modulus e having a thickness t. ..
  • a plurality of slits SL1 are linearly arranged in the length direction (horizontal direction) of the slits SL1 with an interval s as slits having a zigzag pattern.
  • a plurality of rows are arranged in a width a, that is, in a direction orthogonal to the length direction of the slit SL1 (vertical direction) at regular intervals.
  • one slit row is configured so that the position of the slit SL1 is offset with respect to the other slit row. In the example shown in FIG.
  • the central position of the slit SL1 existing in one slit row is the position of the joint portion (the portion corresponding to the lateral spacing s of the slit SL1) connecting the slits SL1 in the other slit row. It corresponds.
  • the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing is composed of a plate-shaped member (carbon fiber member M) that can be cut using a laser beam.
  • the formation of the staggered pattern slit SL1 on the carbon fiber member M can be performed by a laser processing machine that cuts with a laser beam.
  • the length L2 of the slit SL1, the distance s between the slits SL1 in the same slit row, and the width a which is the distance between the slits SL1 in the adjacent slit rows, are preset. There is.
  • the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing is manufactured by forming a plurality of slits SL1 arranged in a staggered pattern on the carbon fiber member M by a laser processing machine. Then, as described below, a structure having a three-dimensional shape (hereinafter referred to as "three-dimensional structure”) can be produced from the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing.
  • FIG. 2 is an external perspective view of a three-dimensional structure Y1 manufactured from the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing becomes flexible.
  • a bending force is applied so that the upper and lower sides of the three-dimensional processing carbon fiber member 100 shown in FIG. 1 are brought close to each other, a portion sandwiched between the laterally adjacent slits SL1 (a portion corresponding to the interval s).
  • the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing is bent into a semicircular shape with a high curvature while the rigidity of the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing is maintained.
  • the three-dimensional structure Y1 bent in a semicircular shape can be produced.
  • FIG. 3A is a diagram showing a pulling direction of the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG. 1, and FIG. 3B shows a state in which the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG. 3A is pulled in the direction indicated by an arrow. It is an external perspective view which shows.
  • the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing is pulled by applying a force toward the outer direction orthogonal to the length direction of the slit SL1 of the staggered pattern, and the slit SL1 of the staggered pattern is expanded. Twisting and bending occur in the portion sandwiched between the slits SL1 in the staggered pattern. Then, as shown in FIG.
  • the slit SL1 having a zigzag pattern opens in a rhombus shape or a hexagonal shape, and the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing is expanded into a state having an undulating mesh (shape of a houndstooth). ..
  • FIG. 4 is an external perspective view of a three-dimensional structure Y2 manufactured from the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • the expanded carbon fiber member 100 for three-dimensional processing is further applied to match the shape of, for example, a hemispherical object, further twisting and bending occur in the portion sandwiched between the slits SL1 of the zigzag pattern. Then, while the rigidity of the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing is maintained, the hemispherical three-dimensional structure Y2 as shown in FIG. 4 can be manufactured.
  • the length L2, the interval s, and the width a of the slit SL1 are appropriately changed based on the three-dimensional shape of the three-dimensional structure to be processed and set in the laser processing machine. You may. By changing the setting in this way, the torsional elasticity and bending elasticity of the portion sandwiched between the slits SL1 of the zigzag pattern are adjusted, and the bending elasticity (flexibility) of the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing is adjusted. Can be done.
  • each slit SL1 in the zigzag pattern by increasing the length L2 of each slit SL1 in the zigzag pattern and narrowing the interval s and width a of each slit SL1, the flexibility of the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing is increased. It becomes possible to fabricate a three-dimensional structure having a bend with a higher curvature and a complicated shape. Further, by changing the position of each slit of the slit SL1 in the zigzag pattern according to a certain rule, the houndstooth can be set diagonally when expanding.
  • FIG. 5 is an external perspective view of a three-dimensional structure Y3 manufactured from the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • the cylindrical three-dimensional structure Y3 as shown in FIG. 5 can be produced by combining the upper and lower two sides of the three-dimensional processing carbon fiber member 100 shown in FIG.
  • twisting and bending occur in the portion sandwiched between the slits SL1 of the zigzag pattern on the entire surface of the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing.
  • the material rigidity of the carbon fiber member M is utilized as it is.
  • FIG. 6 is an external perspective view of a three-dimensional structure Y4 manufactured from the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • a three-dimensional structure Y4 having a shape in which the central portion in the vertical direction is raised in the horizontal direction can be produced from the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing.
  • the twisting and bending directions of the portions sandwiched by the slit SL1 of the zigzag pattern differ depending on the position.
  • the material rigidity of the carbon fiber member M is utilized as it is for the moment rigidity in the longitudinal direction.
  • FIG. 7 is an external perspective view of a three-dimensional structure Y5 manufactured from the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing is formed by inserting long slits SL1 at narrow intervals so as to increase flexibility.
  • By expanding the carbon fiber member 100 for three-dimensional processing it is possible to produce a three-dimensional structure Y5 that matches the shape of an object having a free curved surface.
  • FIG. 7 it is also possible to fabricate a three-dimensional structure Y5 used as a cast or a supporter having a shape suitable for a human foot.
  • FIG. 8A is a front view showing the carbon fiber member 120 for three-dimensional processing according to the first embodiment
  • FIG. 8B is an external perspective view of the three-dimensional structure Y6 created from the carbon fiber member 120 for three-dimensional processing shown in FIG. 8A.
  • slits in a zigzag pattern may be provided only in the target processing region, for example, the region where the carbon fiber member M is bent.
  • FIG. 8A a plurality of slits arranged in a staggered pattern only at the bent portion of the carbon fiber member M, that is, the portion corresponding to the four corner sides.
  • the three-dimensional structure Y6 can be manufactured in a state of high rigidity.
  • FIG. 9 is a front view showing the carbon fiber member 130 for three-dimensional processing in the first embodiment.
  • rectangles having the same aspect ratio as the carbon fiber member M and having a small size are concentrically arranged on the carbon fiber member M, and the rectangular portions thereof. It is formed by inserting a plurality of slits SL3 arranged in a staggered pattern around Q. When a force is applied to the central rectangular portion Q surrounded by the staggered pattern slit SL3, the periphery of the rectangular portion Q is expanded. Then, the three-dimensional structure Y7 shown in FIG. 10A or the three-dimensional structure Y8 shown in FIG. 10B can be manufactured.
  • FIG. 10A is an external perspective view of the three-dimensional structure Y7 made from the three-dimensional processing carbon fiber member 130 shown in FIG. 9, and FIG. 10B is a three-dimensional structure made from the three-dimensional processing carbon fiber member 130 shown in FIG. It is an external perspective view of Y8.
  • the three-dimensional structure Y7 shown in FIG. 10A is manufactured by denting one long side of the rectangular portion Q and applying a force so as to project the other long side. Further, in the three-dimensional structure Y8 shown in FIG. 10B, a force is applied in a direction perpendicular to the surface of the carbon fiber member 130 for three-dimensional processing near the center of the rectangular portion Q to project the entire rectangular portion Q. It was made.
  • FIG. 11 is a front view showing the carbon fiber member 140 for three-dimensional processing in the first embodiment.
  • two rows of staggered pattern slits SL4 and SL5 are inserted near the center of the short side of the carbon fiber member M, and the staggered pattern slit SL4 is inserted.
  • SL5 is formed by inserting slits SL6 to SL13 in a staggered pattern at positions linearly symmetric with respect to SL5.
  • the slits SL4 and SL5 of the staggered pattern are arranged in a staggered manner along the lateral direction of the carbon fiber member M. Further, the slits SL6 to SL13 having a zigzag pattern are arranged in a staggered manner around a square portion arranged at an appropriate position.
  • a force is applied to each of the square portions of the staggered pattern slits SL6 to SL13 of the carbon fiber member 140 for three-dimensional processing thus formed in a direction perpendicular to the surface of the carbon fiber member 140 for three-dimensional processing. Then, the periphery of the square portion is expanded, and the central portion can be projected. Further, the slits SL4 and SL5 of the zigzag pattern are bent and bent. As a result, the three-dimensional structure Y9 as shown in FIG. 12 can be manufactured.
  • FIG. 12 is an external perspective view of the three-dimensional structure Y9 manufactured from the carbon fiber member 140 for three-dimensional processing shown in FIG.
  • the three-dimensional structure Y9 has a shape in which the slit SL6 portion of the staggered pattern and the slit SL10 portion of the staggered pattern in a facing state protrude on the shaft 91.
  • the slit SL7 portion of the staggered pattern and the slit SL11 portion of the staggered pattern have a shape protruding on the shaft 92.
  • the slit SL8 portion of the staggered pattern and the slit SL12 portion of the staggered pattern have a shape protruding on the shaft 93.
  • the slit SL9 portion of the staggered pattern and the slit SL13 portion of the staggered pattern have a shape protruding on the shaft 94.
  • a carbon fiber member for three-dimensional processing that can be processed into various three-dimensional structures that are lightweight and have high rigidity.
  • the carbon fiber member since the carbon fiber member has high elasticity, it does not have ductility in the plate shape and cannot be plastically worked.
  • by inserting a plurality of slits arranged in a staggered pattern in the carbon fiber member it is possible to perform bending or expanding processing by utilizing elastic deformation.
  • a three-dimensional structure having various shapes for example, a carbon fiber member for three-dimensional processing capable of producing various products by universal design.
  • the carbon fiber member for three-dimensional processing when the carbon fiber member for three-dimensional processing is manufactured, the carbon fiber member is cut (cut) by using a laser beam to form a staggered pattern slit.
  • a laser beam is usually used for cutting a carbon fiber member, but since carbon fiber has a high hardness, it is impossible to make a hole by this method, and it cannot be used for a slit for bending or expanding. Therefore, by using a laser beam, it is possible to perform a cutting process suitable for the carbon fiber member.
  • FIG. 13 is an external perspective view showing the laser processing machine 1 using the work support 30 in the second embodiment.
  • the laser processing machine 1 in the present embodiment performs thermal cutting processing (an example of thermal processing).
  • the laser processing machine 1 includes a work support table 3 for installing a work W to be heat-processed on the apparatus base 2.
  • a work support 30 that supports the work W to be machined is installed on the work support table 3. The material and shape of the work support 30 will be described later.
  • the laser processing machine 1 includes a gate-shaped frame 4 arranged so as to straddle the work support table 3.
  • the frame 4 has side frames 41 and 42 and an upper frame 43.
  • a carriage 5 movable in the Y direction is provided in the upper frame 43.
  • a laser head 51 that emits a laser is attached to the carriage 5.
  • the laser head 51 is moved above the work W by moving the frame 4 in the X direction by a dedicated drive mechanism (not shown) and the carriage 5 in the Y direction by a dedicated drive mechanism (not shown).
  • X and Y are configured to move arbitrarily.
  • NC device 6 for controlling the laser processing machine 1 is attached to the frame 4.
  • the NC device 6 controls the laser machine 1 according to the machining data (NC data: numerical control data) for machining the work W.
  • NC device 6 is a control device that controls the laser processing machine 1.
  • the work W is cut by irradiating the work W with a laser while the laser head 51 moves in the X direction or the Y direction by the frame 4 and the carriage 5 under the control of the NC device 6.
  • the work support 30 installed on the work support table 3 will be described.
  • the work support 30 is formed by using a carbon fiber member M cut into a long shape from a thin plate obtained by plain weaving a string-shaped carbon fiber, for example, a carbon fiber reinforced carbon composite material (C / C composite material).
  • Plain weave is a weave in which fibers are crossed vertically and horizontally one by one.
  • the carbon fiber weave may be a satin weave or an irregular weave, regardless of whether the fiber is woven in any structure, whether it is a satin weave or a twill weave. It doesn't matter.
  • the melting point of carbon fiber is 3550 ° C, which is much higher than the melting point of 1580 ° C of a general metal work W. Further, the possibility that the carbon fiber is immediately alloyed with the metal or the metal with the composition change is fixed is extremely low as compared with the conventional iron-based work support. Therefore, by using carbon fiber as the material of the work support 30, it is possible to prevent welding of the work W and the work support 30 due to irradiation of the laser beam when the work W is cut. Further, since the spatter scattered in the cutting process hardly welds to the work support 30, it is difficult to deposit, and even if it is deposited, it is easily peeled off and the removal work becomes easy. Further, since the C / C composite material is reinforced by impregnating the woven carbon fibers with various substances, the C / C composite material is formed into a thin plate shape to generate elasticity and is excellent in durability.
  • FIG. 14 is an external perspective view of a carbon fiber member for three-dimensional processing in which the work support 30 according to the second embodiment is manufactured.
  • FIG. 15 is an external perspective view of the work support 30 in the second embodiment.
  • the plate-shaped carbon fiber member M as shown in FIG. 14 is irradiated with a laser beam to form slits SL20 having a zigzag pattern in the same direction (horizontal direction).
  • the slit SL20 of this houndstooth pattern has a houndstooth pattern so that a plurality of openings arranged in a houndstooth are formed when the carbon fiber member M is expanded in a direction orthogonal to the length direction of the slit SL20. Be arranged.
  • FIG. 14 shows a state in which the staggered pattern slit SL20 is formed only in the center of the carbon fiber member M for convenience, but the staggered pattern slit SL20 is formed in the entire area of the carbon fiber member M. There is.
  • a force is applied to the carbon fiber member M (carbon fiber member for three-dimensional processing) on which the staggered pattern slit SL20 is formed in the outward arrows b1 and b2 directions orthogonal to the length direction of the staggered pattern slit SL20. pull.
  • the portion sandwiched between the staggered pattern slits SL20 is twisted and bent, and the staggered pattern slit SL20 is expanded into a rhombus or a hexagonal pattern, and the position of the staggered pattern slit SL20 is obtained.
  • An opening E is formed in.
  • the carbon fiber member M is expanded to have an undulating mesh-like opening E (houndstooth shape) to form the work support 30.
  • the work support 30 When the work support 30 thus formed is installed on the work support table 3 and the work W is placed on the upper part, the work W is supported by the upper end of the undulations formed on the work support 30 by the expand processing. Since the work support 30 has a mesh-like opening E, an escape place for the assist gas generated during thermal processing is secured, and the deposition of spatter is suppressed. Further, since the upper end of the undulation of the work support 30 has a protrusion shape, the work W placed on the work support 30 is supported in a linear or dot shape, and welding with the work W is suppressed.
  • Shape characteristics such as the size, undulating shape, and rigidity of the opening E formed in the work support 30 can be determined by adjusting various parameters (specifications) related to the carbon fiber member M and the staggered pattern slit SL20. It can be changed as appropriate. Therefore, by appropriately adjusting the parameters to change the shape characteristics of the work support 30, it is possible to form the work support 30 suitable for the shape and material of the work W to be machined by the laser processing machine 1.
  • FIG. 14 shows a state in which a plurality of slits SL20 arranged in a staggered pattern are formed on a carbon fiber member M having a width dimension of LM, a thin plate shape having a thickness t, and an elastic modulus e. There is.
  • the staggered pattern slits SL20 are each formed to have the same length L2.
  • the staggered pattern slit SL20 is arranged so that when the slit SL20 of the staggered pattern is expanded in a direction orthogonal to the length direction of the staggered pattern slit SL20, a plurality of openings arranged in a houndstooth pattern are formed in the carbon fiber member M.
  • n staggered pattern slits SL20 are arranged in a row with an interval s in the lateral direction, which is the length direction thereof.
  • N + 1 slit rows of this zigzag pattern are formed with a constant width a (N is the number of frames F described later).
  • the slit SL20 of one of the slit rows is offset laterally with respect to the slit SL20 of the other slit row by a distance of half the sum of the length L2 and the interval s.
  • FIG. 16A is an external perspective view showing a frame F sandwiched between vertically adjacent staggered pattern slits SL20 in the carbon fiber member M shown in FIG.
  • a frame F a portion sandwiched by two vertically adjacent slits SL20 is referred to as a frame F.
  • the frame F has a lateral length Lx of a portion sandwiched by the staggered pattern slit SL20, a width a which is a vertical spacing of the staggered pattern slit SL20, and a carbon fiber member. It is a rectangular parallelepiped defined by the thickness t of M.
  • FIG. 16B is a vertical sectional view of the frame F.
  • Ia the moment of inertia of area about the axis orthogonal to the thickness t
  • Ip the moment of inertia of area about the axis orthogonal to the width (the vertical spacing of the slits SL20 in the zigzag pattern) a, and be around the center of gravity of the cross section.
  • FIG. 17 is a sectional view taken along the line AA of the carbon fiber member M shown in FIG. Since the cross section of the carbon fiber member M is partitioned by the slit SL20 having a zigzag pattern, rectangles having a thickness t and a width a are continuously arranged in the horizontal direction.
  • FIG. 18A is a cross-sectional view of the frame F when the width a is the same as the thickness t
  • FIG. 18B is a cross-sectional view of the frame F when the width a is smaller than the thickness t
  • FIG. 18C is a cross-sectional view showing the expanded carbon fiber member M when the shape of the frame F is FIG. 18A or FIG. 18B.
  • a carbon fiber member in which a staggered pattern slit SL20 is formed so that the width a is a t as shown in FIG. 18A or a ⁇ t as shown in FIG. 18B with respect to the thickness t.
  • M is expanded will be described.
  • the frame F portion expands in the direction of the width a where the moment of inertia of area is small without changing the orientation of the cross section, and a space is generated between the frames F adjacent to each other in the vertical direction.
  • the carbon fiber member M processed in this way does not have a thickness exceeding the thickness t before being expanded, so that it becomes difficult to secure the rigidity required for supporting the weight of the work. Further, in this carbon fiber member M, since the frame F is not twisted, the work support surface is in close contact with the back surface of the work, it is difficult to secure an escape place for the assist gas, and spatter is likely to be deposited. Further, the carbon fiber member M has a large area of a portion in contact with the work W when the work W is placed on the upper portion, and welding with the work W is likely to occur. Therefore, the carbon fiber member M is not preferable for use as the work support 30.
  • FIG. 19A is a cross-sectional view of the frame F when the width a is larger than the thickness t
  • FIG. 19B is a cross-sectional view of the carbon fiber member M expanded when the shape of the frame is FIG. 19A.
  • FIG. 19B the frame F portion unfolds while twisting in the direction of the thickness t where the moment of inertia of area is small, and a space is formed between the frames F adjacent to each other in the vertical direction.
  • the carbon fiber member M processed in this way has a thickness exceeding the thickness t before being expanded, it is easy to secure the rigidity required for supporting the weight of the work.
  • the surface facing the back surface of the work W is tilted due to the twist of the frame F, a gap is formed between the carbon fiber member M and the work W, and it becomes possible to sufficiently secure an escape place for the assist gas.
  • the carbon fiber member M is in line contact or point contact with the work W, and welding with the work W is less likely to occur.
  • the carbon fiber member M since the surface facing the back surface of the work W becomes a slope, the spatter is repelled in the lateral direction, so that it becomes difficult for the spatter to accumulate. Therefore, the carbon fiber member M can be suitably used as the work support 30.
  • the maximum cross-sectional radius R is represented by the following equation (4).
  • the allowable twist angle ⁇ of the frame F is represented by the following equation (5).
  • the height of the expanded carbon fiber member M (work support 30) can be adjusted by appropriately changing the twist angle ⁇ of the frame F.
  • FIGS. 20A and 20B are explanatory views of an allowable opening amount of the slit SL20 having a staggered pattern when the carbon fiber member M is expanded.
  • the allowable opening amount w1 of the opening E of the slit SL20 having a zigzag pattern by the expanded processing of the carbon fiber member M will be described.
  • the allowable opening amount w1 of the opening E of the slit SL20 shown in FIG. 20A is orthogonal to the length L2, the thickness t, the width a, the elastic modulus G, and the thickness t of the slit SL20 having the above-mentioned staggered pattern.
  • the moment of inertia of area It around the axis, the bending load P, and the amount of deflection ⁇ of the slit SL20 in the staggered pattern it is expressed as the following equation (9).
  • the bending load P is a load applied to the central position of the slit SL20 having a zigzag pattern.
  • the slit SL20 portion of the zigzag pattern is bent as shown by the broken line, and the opening as shown in FIG. 20A is formed.
  • the bending load P is a staggered pattern consisting of a moment of inertia of area Ia about an axis orthogonal to the width a, a maximum radius R of the cross section, and a lateral spacing s of the slit SL20 in the same row as the length Lx of the frame F.
  • the twist angle of the frame F and the allowable opening amount w1 of the staggered pattern slit SL20 are used by using the carbon fiber member M having a predetermined shear strength and elastic modulus.
  • Various parameters are set to set the desired value.
  • the parameters to be set include the thickness t of the carbon fiber member M, the width LM, the width a which is the vertical interval of the slits SL20 in the staggered pattern, the number n of arrangements of the slits SL20 in the staggered pattern per row, and the number n.
  • FIG. 21 shows examples of various parameters relating to the specifications of the staggered pattern slit SL20 when the work support is formed with the desired twist angle ⁇ of the frame F and the allowable opening amount w1 of the staggered pattern slit SL20. It is a table. As described above, using the formulas (5) and (9), for example, No. 21 in FIG. 21. As shown in 1 to 3, various parameters can be calculated.
  • the work support 30 having the desired shape characteristics can be formed by inserting the slit SL20 having a zigzag pattern into the carbon fiber member M and expanding the carbon fiber member M. For example, No. 21 in FIG.
  • the opening E of the mesh due to the expand processing becomes large, the assist gas generated during the cutting process easily escapes, and spatter is less likely to be deposited. If the width a is widened, the work support 30 having high rigidity is formed, and even when the weight of the work W is heavy, it can be stably supported.
  • the length of the slit SL20 of the zigzag pattern is shortened and the width a is narrowed, the number of mesh-like protrusions formed increases, and even when the work W is small or extremely thin, it becomes larger. Can be stably supported by points or lines. Further, by changing the position of each slit of the slit SL20 in the zigzag pattern according to a certain rule, the houndstooth can be set diagonally when expanding.
  • FIG. 22 is a block diagram showing the configuration of the automatic calculation device 200 according to the third embodiment.
  • the automatic calculation device 200 according to the present embodiment is an automatic calculation device for manufacturing a three-dimensional structure from a plate-shaped member.
  • a plate-shaped member as shown in the first embodiment and the second embodiment, a thin plate-shaped carbon fiber member is suitable. However, in the present embodiment, it is applicable not only to the carbon fiber member but also to the plate-shaped member having non-plasticity, and further, it is widely applicable to the plate-shaped member having plasticity. ..
  • the automatic calculation device 200 is configured by, for example, a personal computer.
  • the automatic calculation device 200 has a hardware processor such as a CPU (Central Processing Unit), a memory, and various interfaces.
  • the memory and various interfaces are connected to the hardware processor via the bus.
  • the automatic calculation device 200 has a controller 210, an input / output interface 220, and a storage device 230.
  • the controller 210 is composed of a hardware processor and a memory.
  • the controller 210 operates as one or more information processing circuits that achieve various functions included in the automatic calculation device 200.
  • One or more information processing circuits are realized by executing a program stored in a memory by a hardware processor.
  • the controller 210 has a data acquisition unit 211, a calculation unit 212, and an output unit 213 as one or more information processing circuits.
  • the data acquisition unit 211 acquires condition data indicating the material of the plate-shaped member, the plate thickness of the plate-shaped member, and the three-dimensional shape of the three-dimensional structure.
  • the calculation unit 212 allocates a plurality of slits arranged in a staggered pattern to a processing region where the plate-shaped member is elastically deformed in order to elastically deform the plate-shaped member to produce a three-dimensional structure. Perform processing.
  • This allocation process includes a process of calculating the specifications of the slits of the staggered pattern based on the condition data acquired by the data acquisition unit 211.
  • the output unit 213 outputs the result of the allocation process by the calculation unit 212.
  • the input device 250 is connected to the input / output interface 220.
  • the input / output interface 220 outputs the data output from the input device 250 to the controller 210.
  • the input device 250 is a device that outputs the data input by the user's operation to the controller 210.
  • the data acquisition unit 211 of the controller 210 can acquire condition data based on the data output from the input device 250.
  • a display device 260 as an output device is connected to the input / output interface 220.
  • the input / output interface 220 outputs the data output from the controller 210 to the display device 260.
  • the display device 260 can display the data output from the controller 210 to the user.
  • the output unit 213 of the controller 210 can output data including the result of the allocation process to the display device 260.
  • a storage device 230 is connected to the controller 210.
  • the storage device 230 stores parameters indicating the mechanical characteristics of the plate-shaped member for each material of the plate-shaped member. As the mechanical properties, a safety factor f, an elastic modulus G, a bending stress ⁇ , a density ⁇ , and the like are applicable.
  • FIG. 23 is a flowchart showing an automatic calculation method executed by the automatic calculation device 200.
  • This automatic calculation method automatically performs a calculation for elastically deforming a plate-shaped member to produce a three-dimensional structure.
  • This automatic calculation method it is possible to allocate a plurality of slits arranged in a staggered pattern to a processing region that elastically deforms a plate-shaped member. That is, by arranging a plurality of slits in a staggered pattern with respect to the processed region, it is possible to perform bending or expanding processing on the plate-shaped member.
  • FIG. 24A is a perspective view showing the appearance of the three-dimensional structure 400 made of the plate-shaped member Mn
  • FIG. 24B is a plurality of slits arranged in a staggered pattern provided for the plate-shaped member Mn.
  • the three-dimensional structure 400 having an L-shaped cross section is manufactured by bending at the bending side Eb, which is the processing region of the plate-shaped member Mn, by an angle ⁇ 0.
  • a plurality of slits SL30 arranged in a staggered pattern are assigned.
  • the bending process using a plurality of slits SL30 arranged in a staggered pattern is referred to as “slit bending”.
  • the plurality of slits SL30 arranged in a staggered pattern are arranged linearly in the length direction of the slits SL30 with adjacent slits SL30s spaced apart from each other by a joint portion (spacing s).
  • a plurality of the slit rows formed are arranged side by side with the width a isolated.
  • One of the adjacent slit rows is configured so that the position of the slit SL30 is offset with respect to the other slit row in the length direction of the slit SL30.
  • step S10 the acquisition unit 211 acquires condition data including the material of the plate-shaped member Mn, the thickness t of the plate-shaped member Mn, and the three-dimensional shape of the three-dimensional structure 400.
  • the acquisition unit 211 displays a predetermined input screen on the display device 260, and acquires condition data from the data output from the input device 250 corresponding to the input screen.
  • the three-dimensional shape of the body structure 400 includes the length of the bending side Eb, the bending angle ⁇ 0 at the bending side Eb, the bending radius r, and the lengths A1 and A2 of the sides up to the bending side Eb. It is defined by various parameters such as.
  • the acquisition unit 211 can acquire the parameters defining the three-dimensional shape through the input device 250. Further, the acquisition unit 211 may draw the three-dimensional shape of the three-dimensional structure 400 through the input device 250, and acquire the data defined in the three-dimensional shape of the three-dimensional structure 400 from the drawn information. Further, the acquisition unit 211 may directly acquire graphic data indicating the three-dimensional shape of the three-dimensional structure 400 from an external device such as CAD.
  • step S11 the calculation unit 212 determines whether or not plastic working can be performed on the plate-shaped member Mn based on the material, the bending angle ⁇ 0, and the bending radius r.
  • the calculation unit 212 evaluates the material according to a predetermined determination condition, and determines whether or not the plate-shaped member Mn has ductility. If the calculation unit 212 determines that the plate-shaped member Mn has no ductility, it determines that plastic working cannot be performed. On the other hand, when the calculation unit 212 determines from the material that the plate-shaped member Mn has ductility, the bending angle ⁇ 0 and the bending radius r can be further considered, and the bending work required for the bending side Eb can be performed by plastic working. Determine if it can be done.
  • the calculation unit 212 displays only "slit bending" on the display device 260 as a bending type option that can be selected by the user (step S12). On the other hand, when plastic working can be performed, the calculation unit 212 displays the type of bending by plastic working on the display device 260 in addition to "slit bending" as a choice of bending type that can be selected by the user (step S13). ).
  • FIG. 25 is an explanatory diagram showing options for bending types.
  • the bending type options are displayed, for example, as a pull-down menu 261.
  • the pull-down menu 261 includes one or more types of bending processes that can be selected by the user. By using such a pull-down menu 261, it is possible to select the type of bending process that can be performed on the plate-shaped member Mn (selection process).
  • step S14 When slit bending is selected from the bending type options, an affirmative determination is made in step S14, and the process proceeds to step S15. On the other hand, if slit bending is not selected from the bending types, a negative determination is made in step S14, and this routine ends. In this case, processing is performed according to the bending type selected by the user.
  • step S15 the calculation unit 212 refers to the storage device 230 and specifies a unique parameter determined according to the material of the plate-shaped member Mn. Specific parameters include a safety factor f, elastic modulus G, bending stress ⁇ , density ⁇ , and the like.
  • step S16 the calculation unit 212 determines the width a, which is the vertical interval between the slits SL30 in the staggered pattern.
  • the initial value of the width a is, for example, the thickness t.
  • the calculation unit 212 can also change the width a from the initial value t according to the operation of the user.
  • step S17 the calculation unit 212 calculates the parameters related to the slit SL30 of the staggered pattern.
  • the following is an example of parameter calculation, but the calculation method is not limited to this.
  • the calculation unit 212 calculates the lateral spacing (length of the joint portion) s of the slits SL30 in the zigzag pattern according to the following equation (11).
  • F0 is a load (see FIG. 24A).
  • n is the number of joint portions of the two adjacent rows of slits SL30, that is, the number per row of the slits SL30 having a staggered pattern, and the initial value is 3.
  • the calculation unit 212 calculates the length L1 of the slit SL30 at the end and the length L2 of the slit SL30 at the center according to the following equations (12) and (13).
  • the length Lx of the frame F sandwiched by the vertically adjacent slits SL30 is obtained from the combination of the lengths L1 and L2 of the staggered pattern slits SL30 and the lateral spacing s of the staggered pattern slits SL30. It is expressed as the following equation (14).
  • the calculation unit 212 has a geometrical moment of inertia It about the axis orthogonal to the thickness t in the frame F, a geometrical moment of inertia Ia about the axis orthogonal to the width a in the frame F, and a circumference of the center of gravity of the cross section in the frame F.
  • the moment of inertia of area Ip is calculated respectively.
  • step S17 the calculation unit 212 calculates the bending of the frame F.
  • bending can be performed at the bending side Eb, which is a processing region.
  • a relational expression can be made from the thickness t, the width a, the length Lx of the frame F, the bending stress ⁇ , and the elastic modulus G.
  • the calculation unit 212 calculates the twist angle ⁇ of the frame F based on the equation (15).
  • FIG. 26 is an enlarged explanatory view showing the bent side Eb.
  • the specifications of the plurality of slits SL30 arranged in a staggered pattern to be allocated to the bent side Eb are determined.
  • the specifications of the slit SL30 to be determined are the length L2 of the slit SL30 in the staggered pattern, the length Lx of the frame F, the lateral distance between the slits SL30 (the length of the joint portion) s, and the length of the slits SL30.
  • the width a which is the interval in the direction, and the number of slit rows (the number of frames F, N + 1).
  • step S19 the output unit 213 displays the specifications of the slit SL30 in the staggered pattern on the display device 260 based on the calculation result by the calculation unit 212.
  • the output destination of the staggered pattern slit SL30 by the output unit 213 is not limited to the display device 260, but may be a storage device 230 or an external device.
  • a base material for three-dimensional processing can be manufactured.
  • the material of the plate-shaped member Mn is the carbon fiber member shown in the first and second embodiments
  • the carbon fiber member for three-dimensional processing is manufactured.
  • the three-dimensional structure 400 can be manufactured by elastically deforming the bent side Eb on which the slit SL30 having a zigzag pattern is formed by using this three-dimensional processing base material.
  • the calculation unit 212 has a staggered pattern slit SL30 only by giving the material of the plate-shaped member Mn, the plate thickness of the plate-shaped member Mn, and the three-dimensional shape of the three-dimensional structure 400. Specifications can be calculated automatically. As a result, the design of the staggered pattern slit SL30 required for three-dimensional processing can be automated, so that the design man-hours and the member cost can be suppressed.
  • one of the adjacent slit rows is configured so that the position of the slit SL30 is offset laterally with respect to the other slit row.
  • the necessary frame F is formed, so that twisting and bending due to elastic deformation occur, and the plate-shaped member Mn can be deformed in the three-dimensional direction. As a result, the bending process can be performed in a desired state.
  • the specifications of the staggered pattern slit SL30 are the length L2 of the staggered pattern slit SL30, the lateral spacing (joint length) s of the slit SL30, and the vertical spacing of the slit SL30. Includes the width a. Thereby, the parameters of the slit SL30 required for the arrangement of the zigzag pattern can be specified.
  • the specifications of the slit SL30 in the staggered pattern include the number of slit rows (the number of frames F + 1). This makes it possible to specify the parameters of the slit SL30 required for the staggered arrangement.
  • the calculation unit 212 specifies one or more processing types for three-dimensionally processing the three-dimensional structure 400 from the plate-shaped member Mn based on the condition data, and among the one or more processing types. Therefore, a selection process is performed to allow the user to select a processing method. According to this method, it is possible to propose the processing type to the user, so that the convenience can be improved.
  • the calculation unit 212 executes the allocation process when the staggered pattern slit processing (slit bending) is selected in the selection process. As a result, the allocation process can be performed in a situation where slit bending is required.
  • the calculation unit 212 calculates the specifications of the slit SL30 in the staggered pattern based on the twist angle ⁇ of the frame F obtained from the relational expression (formula (15)). Since the twist and bending that occur in the frame F can be taken into consideration, the elastic deformation in the three-dimensional direction with respect to the plate-shaped member Mn can be calculated. That is, if the condition data including the material of the plate-shaped member Mn, the thickness t of the plate-shaped member Mn, and the three-dimensional shape is input, the calculation unit 212 automatically performs the following calculation. be able to.
  • the calculation unit 212 searches for the storage device 230 from the material of the plate-shaped member Mn, and obtains parameters (safety factor f, bending stress ⁇ , and elasticity) indicating the mechanical properties of the plate-shaped member Mn.
  • the factor G) can be specified.
  • the torsion angle ⁇ of the frame F can be calculated from the equation (15) using f, the bending stress ⁇ , and the elastic modulus G.
  • the calculation unit 212 can determine the number N of frames based on the bending angle ⁇ 0 determined from the three-dimensional shape and the twist angle ⁇ of the frame F. This makes it possible to appropriately calculate the specifications of the slit SL30 having a zigzag pattern required for bending the slit.
  • the automatic calculation method has been described on the premise of a three-dimensional structure produced by bending (slit bending).
  • the automatic calculation method according to the present embodiment is used in the production of the three-dimensional structure Y8 with the expand processing as shown in the first embodiment and the work support 30 with the expand processing as shown in the second embodiment. May be applied.
  • the calculation unit 212 considers the vertical and horizontal opening amounts of the opening E in addition to the twist angle ⁇ of the frame F. By estimating the height required for the rectangular portion Q, the specifications of the required staggered pattern slit SL3 can be calculated.
  • the calculation unit 212 has the twist angle ⁇ of the frame F as well as the opening amount of the opening E in the vertical direction and the horizontal direction.
  • the required slit SL20 specifications can be calculated by estimating the opening E required to hold the product after cutting, taking into account the minimum size of the product after cutting.

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Abstract

板状の部材から立体形状を有する構造物を作製するための自動計算装置（２００）は、部材の材質と、部材の板厚と、立体形状とを含む条件データを取得するデータ取得部（２１１）と、板状の部材を弾性変形させて構造物を作製するために、板状の部材を弾性変形させる加工領域に対して千鳥状パターンに配列された複数のスリットを割り付ける割付処理を実行する演算部（２１２）と、演算部（２１２）による割付処理の結果を出力する出力部（２１３）と、を備える。割付処理は、データ取得部（２１１）が取得した条件データに基づいて、千鳥状パターンのスリットの諸元を計算する処理を含む。

Description

自動計算装置、自動計算方法、および立体加工用基材の製造方法
　本発明は、自動計算装置、自動計算方法、および立体加工用基材の製造方法に関する。
　板状の部材に千鳥状パターンに配列された複数のスリットを形成し、千鳥状パターンのスリット部分を押し広げることで、柔軟性のある部材を形成することができる。例えば、段ボール等の延性のない紙素材であっても、立体加工することができ、曲面等といった立体形状を有する構造物を作製することができる。なお、千鳥状パターンに配列された複数のスリットの千鳥状パターンとは、次のような模様を指す。つまり、千鳥格子は、複数のジグザグの位置にまっすぐなスリットを部材に入れ、その部材を開いて大きなひし形の市松模様を作ることでできる模様である。千鳥格子には犬歯を連想させる切り欠きのある角の形を見ることができる。上記の千鳥状パターンは、千鳥格子を作ることができる複数のスリットをジグザグに配置するためのスリットパターンである。
　また、金属の板に千鳥状パターンに配列された複数のスリットを形成し、千鳥状パターンのスリット部分を押し広げることで、立体加工が容易になり、立体形状を有する構造物への適用が可能になる。
特開２００７－２３７２９１号公報
　ここで、所望の立体形状を有する構造物を作製するためには、板状の部材の機械特性および立体形状に合わせた千鳥状パターンのスリットの設計が必要となる。しかしながら、板状の部材の機械特性および立体形状によって千鳥状パターンのスリットの諸元が相違するので、トライアンドエラーを繰り返しながらスリットの設計をしなければならず、非常に多くの工数および部材コストが生じてしまうという不都合がある。
　本発明が解決しようとする課題は、立体加工に必要な千鳥状パターンのスリットの設計を自動化し、設計工数および部材コストの抑制を図ることである。
　本発明の第１の態様に係る自動計算装置は、板状の部材から立体形状を有する構造物を作製するための自動計算装置であって、板状の部材の材質と、板状の部材の板厚と、立体形状とを示す条件データを取得するデータ取得部と、板状の部材を弾性変形させて構造物を作製するために、板状の部材を弾性変形させる加工領域に対して千鳥状パターンに配列された複数のスリットを割り付ける割付処理を実行する演算部と、演算部の割付結果を出力する出力部と、を備え、割付処理は、データ取得部が取得した条件データに基づいて、複数のスリットの諸元を計算する処理を含んでいる。
　本発明の第１の態様に係る自動計算装置においては、板状の部材の機械特性および立体形状を考慮することができるので、立体加工に必要な千鳥状パターンのスリットの諸元を自動的に計算することができる。
　本発明の第１の態様に係る自動計算装置によれば、立体加工に必要な千鳥状パターンのスリットの設計を自動化することができるので、設計工数および部材コストの抑制を図ることができる。
　また、本発明の第２の態様に係る立体加工用炭素繊維部材は、炭素繊維によって形成された板状の部材に、千鳥状に配列された複数の千鳥状パターンのスリットが設けられている。
　本発明の第２の態様に係る立体加工用炭素繊維部材において、千鳥状パターンのスリットはレーザビームによって形成されていることが好ましい。すなわち、立体加工用炭素繊維部材は、レーザビームを用いて切断可能な部材で構成されていることが好ましい。
　本発明の第２の態様に係る立体加工用炭素繊維部材は、千鳥状パターンのスリットの長さ方向と直交する方向に千鳥状パターンのスリットが押し広げられていることが好ましい。
　本発明の第２の態様に係る立体加工用炭素繊維部材において、千鳥状パターンのスリットの各スリットの長さ、間隔、および位置は、構造物の立体形状に基づいて設定されていることが好ましい。
　本発明の第３の態様に係る熱加工機のワーク支持体は、レーザビームを照射することによって千鳥状パターンのスリットが形成可能な炭素繊維から構成される板状の部材を備え、板状の部材に形成された同一方向の千鳥状パターンのスリットが、千鳥状パターンのスリットの長さ方向と直交する方向に広げたときに板状の部材に千鳥状に配列された複数の開口が形成されるように配置され、千鳥状パターンのスリットが千鳥状パターンのスリットの長さ方向と直交する方向に広げられている。
　本発明の第３の態様に係る熱加工機のワーク支持体において、千鳥状パターンのスリットの各スリットの長さおよび各スリット間の間隔は、加工対象のワークの形状または材質に基づいて設定される。
　本発明の第３の態様に係る熱加工機のワーク支持体において、千鳥状パターンのスリットの長さ方向に直交する方向に隣り合う２つのスリットの間隔は、板状の部材の厚さよりも大きい。
　本発明の第４の態様に係るワーク支持体の製造方法は、炭素繊維によって形成された板状の部材に、同一方向の千鳥状パターンのスリットを、千鳥状パターンのスリットの長さ方向と直交する方向に広げたときに千鳥格子に配列された複数の開口が形成されるように形成し、板状の部材を、千鳥状パターンのスリットの長さ方向と直交する方向に引っ張ることによって千鳥状パターンのスリットを広げ、千鳥状パターンのスリットの位置に開口を有する千鳥格子の熱加工機のワーク支持体を製造する。
　本発明の第４の態様に係るワーク支持体の製造方法は、板状の部材に、レーザビームを照射することによって、千鳥状パターンのスリットを形成することが好ましい。
図１は、第１の実施形態における立体加工用炭素繊維部材１００を示す外観斜視図である。 図２は、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００から作製した立体構造物Ｙ１の外観斜視図である。 図３Ａは、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００の引っ張り方向を示す図である。 図３Ｂは、図３Ａに示す立体加工用炭素繊維部材１００を矢印で示した方向に引っ張った状態を示す外観斜視図である。 図４は、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００から作製した立体構造物Ｙ２の外観斜視図である。 図５は、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００から作製した立体構造物Ｙ３の外観斜視図である。 図６は、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００から作製した立体構造物Ｙ４の外観斜視図である。 図７は、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００から作製した立体構造物Ｙ５の外観斜視図である。 図８Ａは、第１の実施形態における立体加工用炭素繊維部材１２０を示す正面図である。 図８Ｂは、図８Ａに示す立体加工用炭素繊維部材１２０から成形した立体構造物Ｙ６の外観斜視図である。 図９は、第１の実施形態における立体加工用炭素繊維部材１３０を示す正面図である。 図１０Ａは、図９に示す立体加工用炭素繊維部材１３０から作製した立体構造物Ｙ７の外観斜視図である。 図１０Ｂは、図９に示す立体加工用炭素繊維部材１３０から作製した立体構造物Ｙ８の外観斜視図である。 図１１は、第１の実施形態における立体加工用炭素繊維部材１４０を示す正面図である。 図１２は、図１１に示す立体加工用炭素繊維部材１４０から作製した立体構造物Ｙ９の外観斜視図である。 図１３は、第２の実施形態におけるワーク支持体３０を用いるレーザ加工機１を示す外観斜視図である。 図１４は、第２の実施形態におけるワーク支持体３０が作製される炭素繊維部材Ｍの外観斜視図である。 図１５は、第２の実施形態におけるワーク支持体３０の外観斜視図である。 図１６Ａは、図１４に示す炭素繊維部材Ｍにおいて、縦方向に隣り合うスリットＳＬ２０により挟まれたフレームＦを示す外観斜視図である。 図１６Ｂは、フレームＦの縦方向の断面図である。 図１７は、図１４に示す炭素繊維部材ＭのＡ－Ａ断面図である。 図１８Ａは、幅ａが厚さｔと同じ場合のフレームＦの断面図である。 図１８Ｂは、幅ａが厚さｔよりも小さい場合のフレームＦの断面図である。 図１８Ｃは、フレームＦの形状が図１８Ａまたは図１８Ｂのときにエキスパンド加工された炭素繊維部材Ｍを示す断面図である。 図１９Ａは、幅ａが厚さｔよりも大きい場合のフレームＦの断面図である。 図１９Ｂは、フレームの形状が図１９Ａのときにエキスパンド加工された炭素繊維部材Ｍの断面図である。 図２０Ａは、炭素繊維部材Ｍをエキスパンド加工したときの千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の許容開き量の説明図である。 図２０Ｂは、炭素繊維部材Ｍをエキスパンド加工したときの千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の許容開き量の説明図である。 図２１は、ワーク支持体を、所望のフレームＦの捩れ角度φおよび千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の許容開き量ｗ１で形成するときの千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の諸元に関する各種パラメータの例を示す表である。 図２２は、第３の実施形態における自動計算装置２００の構成を示すブロック図である。 図２３は、自動計算装置２００によって実行される自動計算方法に関する処理内容を示すフローチャートである。 図２４Ａは、板状の部材Ｍｎから作製する立体構造物４００の外観を示す斜視図である。 図２４Ｂは、板状の部材Ｍｎに対して設けられる、千鳥状パターンに配列された複数のスリットＳＬ３０を示す説明図である。 図２５は、曲げ種別の選択肢を示す説明図である。 図２６は、曲げ辺Ｅｂを拡大して示す説明図である。
　以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
　以下、第１の実施形態における立体加工用基材の一例である立体加工用炭素繊維部材について説明する。本実施形態による立体加工用炭素繊維部材は、紐状の炭素繊維、例えば炭素繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット材：Carbon Fiber Reinforced Carbon Composite:炭素繊維強化炭素複合材料）を平織りした剛性を有するシート状の薄板に、レーザ加工機によりレーザビームで千鳥状パターンのスリットを入れて形成される。平織りとは、繊維を縦と横とで１本ごとに交差させる織り方である。なお、炭素繊維の織り方は、その繊維が何等かの構造で織り込まれていればよく、繻子（朱子）織りであっても、綾織りであっても、梨地織りや不規則な織りであっても構わない。炭素繊維強化複合材としては、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）も含まれ、これはＣＯ２レーザなどでスリット形成が可能である。
　なお、千鳥状パターン(staggered pattern)とは、千鳥状に配列された複数のスリット(multiple slits arranged in a staggered pattern)のパターン、即ち次のような模様を作製するためのスリットのパターンを指す。千鳥格子(hounds tooth)は、複数のジグザグの位置にまっすぐなスリットを部材に入れ、その部材を開いて大きなひし形の市松模様(checkered pattern)を作ることでできる模様である。千鳥格子には、犬歯を連想させる切り欠きのある角の形を見ることができる。つまり千鳥状パターンは、千鳥格子を作ることができるように複数のスリットをジグザグに配置するためのスリットパターンである。本実施形態における千鳥状パターンのスリットは直線に限らず、波形などの周期的な曲線であっても良い。
　Ｃ／Ｃコンポジット材は織り込まれた炭素繊維に各種物質を含浸することで繊維強化されているため、薄板状に形成することで弾性が生じるが、剛性が高く、高い曲率での変形は困難である。
　本実施形態における立体加工用炭素繊維部材について図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態における立体加工用炭素繊維部材１００を示す外観斜視図である。立体加工用炭素繊維部材１００は、厚さｔの薄板状の横長長形で弾性率ｅを有する炭素繊維部材Ｍ全体に、千鳥状パターンに配列された複数のスリットＳＬ１を入れて形成されている。
　具体的には、立体加工用炭素繊維部材１００には、千鳥状パターンのスリットとして、複数のスリットＳＬ１が間隔ｓを隔ててスリットＳＬ１の長さ方向（横方向）に直線状に配列されたスリット列が、幅ａ、すなわちスリットＳＬ１の長さ方向と直交する方向（縦方向）に一定の間隔だけ隔離して複数個並べられている。隣り合うスリット列のうち、一方のスリット列は、他方のスリット列に対してスリットＳＬ１の位置がオフセットするように構成されている。図１に示す例では、一方のスリット列に存在するスリットＳＬ１の中央位置が、他方のスリット列におけるスリットＳＬ１同士を繋ぐジョイント部（スリットＳＬ１の横方向の間隔ｓに相当する部分）の位置と対応している。
　立体加工用炭素繊維部材１００は、レーザビームを用いて切断可能な板状の部材（炭素繊維部材Ｍ）で構成されている。炭素繊維部材Ｍに対する千鳥状パターンのスリットＳＬ１の形成は、レーザビームによって切断加工を行うレーザ加工機によって行うことができる。レーザ加工機には、スリットＳＬ１の長さＬ２、同一スリット列におけるスリットＳＬ１同士の間隔（横方向の間隔）ｓ、および隣り合うスリット列におけるスリットＳＬ１同士の間隔である幅ａが予め設定されている。レーザ加工機により炭素繊維部材Ｍに千鳥状パターンに配列された複数のスリットＳＬ１を形成することで、立体加工用炭素繊維部材１００が製造される。そして、以下に述べるように、立体加工用炭素繊維部材１００から、立体形状を有する構造物（以下「立体構造物」という）を作製することができる。
　図２は、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００から作製した立体構造物Ｙ１の外観斜視図である。千鳥状パターンに配列された複数のスリットＳＬ１が加工されることで立体加工用炭素繊維部材１００に柔軟性が生じる。この状態で、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００の上下の２辺を近づけるように曲げる力を加えると、横方向に隣り合うスリットＳＬ１に挟まれた部分（間隔ｓに相当する部分）、および縦方向に隣り合うスリットＳＬ１に挟まれた部分（幅ａに相当する部分）に弾性変形によるねじれおよび曲げが生じて３次元方向に変形する。そして、図２に示すように、立体加工用炭素繊維部材１００の剛性が維持された状態で、立体加工用炭素繊維部材１００が高い曲率で半円状に曲がった状態に曲げ加工される。これにより、半円状に曲がった立体構造物Ｙ１を作製することができる。
　図３Ａは、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００の引っ張り方向を示す図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す立体加工用炭素繊維部材１００を矢印で示した方向に引っ張った状態を示す外観斜視図である。立体加工用炭素繊維部材１００を、図３Ａに矢印で示すように千鳥状パターンのスリットＳＬ１の長さ方向と直交する外側方向に向けて力を加えて引っ張り、千鳥状パターンのスリットＳＬ１を押し広げると千鳥状パターンの各スリットＳＬ１に挟まれた部分にねじれおよび曲げが生じる。そして、図３Ｂに示すように千鳥状パターンのスリットＳＬ１が菱形または亀甲形に開き、立体加工用炭素繊維部材１００が起伏のある網目を有した状態（千鳥格子の形状）にエキスパンド加工される。
　図４は、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００から作製した立体構造物Ｙ２の外観斜視図である。エキスパンド加工された立体加工用炭素繊維部材１００を、例えば半球状物体の型に合わせるようにさらに力を加えると、千鳥状パターンのスリットＳＬ１に挟まれた部分にさらにねじれおよび曲げが生じる。そして、立体加工用炭素繊維部材１００の剛性が維持された状態で、図４に示すような半球面状の立体構造物Ｙ２を作製することができる。
　また、立体加工用炭素繊維部材１００を形成する際に、加工対象の立体構造物の立体形状に基づいてスリットＳＬ１の長さＬ２、間隔ｓ、および幅ａを適宜変更してレーザ加工機に設定してもよい。このように設定を変更することで、千鳥状パターンのスリットＳＬ１に挟まれた部分のねじり弾性および曲げ弾性を調整して、立体加工用炭素繊維部材１００の曲げ弾性（柔軟性）を調整することができる。
　例えば、千鳥状パターンの各スリットＳＬ１の長さＬ２を長くし、各スリットＳＬ１の間隔ｓおよび幅ａを狭くすることで立体加工用炭素繊維部材１００の柔軟性が高くなる。より曲率の高い曲げや複雑な形状を有する立体構造物を作製することが可能になる。また、千鳥状パターンのスリットＳＬ１の各スリット位置を一定の法則で以って変化させることで、エキスパンドさせるときに千鳥格子を斜めに設定することもできる。
　図５は、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００から作製した立体構造物Ｙ３の外観斜視図である。具体的には、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００の上下２辺を合わせて図５に示すような円筒状の立体構造物Ｙ３を作製することができる。このように作製された立体構造物Ｙ３は、立体加工用炭素繊維部材１００全面において、千鳥状パターンのスリットＳＬ１に挟まれた部分にねじれおよび曲げが発生している。この立体構造物Ｙ３の長手方向に対するモーメント剛性は、炭素繊維部材Ｍの素材剛性がそのまま生かされる。
　図６は、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００から作製した立体構造物Ｙ４の外観斜視図である。他の具体例として、図６に示すように、立体加工用炭素繊維部材１００から、縦方向の中央部が横方向にかけて盛り上がった形状の立体構造物Ｙ４を作製することができる。このように作製された立体構造物Ｙ４では、千鳥状パターンのスリットＳＬ１に挟まれた部分のねじれおよび曲げの方向は位置によって異なっている。この立体構造物Ｙ４においても、長手方向に対するモーメント剛性は、炭素繊維部材Ｍの素材剛性がそのまま生かされる。
　図７は、図１に示す立体加工用炭素繊維部材１００から作製した立体構造物Ｙ５の外観斜視図である。立体加工用炭素繊維部材１００は、柔軟性が高くなるように、長いスリットＳＬ１を狭い間隔で入れて形成されている。この立体加工用炭素繊維部材１００にエキスパンド加工を施すことにより、自由曲面を有する物体の型に合わせた立体構造物Ｙ５を作製することができる。例えば、図７に示すように、人間の足に合わせた形状のギブスやサポータとして用いる立体構造物Ｙ５作製することも可能である。
　図８Ａは、第１の実施形態における立体加工用炭素繊維部材１２０を示す正面図であり、図８Ｂは、図８Ａに示す立体加工用炭素繊維部材１２０から作成した立体構造物Ｙ６の外観斜視図である。作製する立体構造物の形状によっては、対象となる加工領域、例えば炭素繊維部材Ｍを曲げ加工する領域のみに千鳥状パターンのスリットを入れるようにしてもよい。例えば、角パイプ状の立体構造部Ｙ６を作製する場合、図８Ａに示すように炭素繊維部材Ｍの曲げる箇所、つまり４つの角辺に該当する部位のみに、千鳥状に配列された複数のスリットＳＬ２を入れて立体加工用炭素繊維部材１２０を形成する。そして、各角辺を折り曲げて、図８Ｂのように内枠１２１を入れることで、剛性が高い状態で立体構造物Ｙ６を作製することができる。
　図９は、第１の実施形態における立体加工用炭素繊維部材１３０を示す正面図である。他の例として図９に示す立体加工用炭素繊維部材１３０は、炭素繊維部材Ｍ上に、炭素繊維部材Ｍと縦横の比率が同じで大きさが小さい長方形を同心状に配列し、この長方形部分Ｑの周囲に千鳥状に配列された複数のスリットＳＬ３を入れて形成されている。千鳥状パターンのスリットＳＬ３で囲まれた中心の長方形部分Ｑに力を加えると、長方形部分Ｑの周囲がエキスパンド加工される。そして、図１０Ａに示す立体構造物Ｙ７、または図１０Ｂに示す立体構造物Ｙ８を作製することができる。
　図１０Ａは、図９に示す立体加工用炭素繊維部材１３０から作製した立体構造物Ｙ７の外観斜視図であり、図１０Ｂは、図９に示す立体加工用炭素繊維部材１３０から作製した立体構造物Ｙ８の外観斜視図である。図１０Ａに示す立体構造物Ｙ７は、長方形部分Ｑの一方の長辺側をへこませ、他方の長辺側を突出させるように力を加えて作製したものである。また、図１０Ｂに示す立体構造物Ｙ８は、長方形部分Ｑの中心付近に、当該立体加工用炭素繊維部材１３０の面に対して垂直な方向に力を加えて長方形部分Ｑの全体を突出させて作製したものである。
　図１１は、第１の実施形態における立体加工用炭素繊維部材１４０を示す正面図である。他の例として図１１に示す立体加工用炭素繊維部材１４０は、炭素繊維部材Ｍの短辺の中央近くに２列の千鳥状パターンのスリットＳＬ４、ＳＬ５を入れるとともに、この千鳥状パターンのスリットＳＬ４、ＳＬ５に対して線対称の位置に千鳥状パターンのスリットＳＬ６～ＳＬ１３を入れて形成されている。千鳥状パターンのスリットＳＬ４、ＳＬ５は、炭素繊維部材Ｍの横方向に沿って千鳥状に配列されている。また、千鳥状パターンのスリットＳＬ６～ＳＬ１３は、適宜の位置に配置された正方形部分の周囲に千鳥状に配列されている。
　このように形成した立体加工用炭素繊維部材１４０の千鳥状パターンのスリットＳＬ６～ＳＬ１３それぞれの正方形部分に、当該立体加工用炭素繊維部材１４０の面に対して垂直な方向に力を加える。そうすると、正方形部分の周囲がエキスパンド加工され、中央部を突出させることができる。さらに千鳥状パターンのスリットＳＬ４、ＳＬ５の部分を曲げ加工して、折り曲げる。これにより、図１２に示すような、立体構造物Ｙ９を作製することができる。
　図１２は、図１１に示す立体加工用炭素繊維部材１４０から作製した立体構造物Ｙ９の外観斜視図である。立体構造物Ｙ９は、対面状態になった千鳥状パターンのスリットＳＬ６部分と千鳥状パターンのスリットＳＬ１０部分とが軸９１上に突出した形状を有する。同様に、千鳥状パターンのスリットＳＬ７部分と千鳥状パターンのスリットＳＬ１１部分とが軸９２上に突出した形状を有する。同様に、千鳥状パターンのスリットＳＬ８部分と千鳥状パターンのスリットＳＬ１２部分とが軸９３上に突出した形状を有する。同様に、千鳥状パターンのスリットＳＬ９部分と千鳥状パターンのスリットＳＬ１３部分とが軸９４上に突出した形状を有する。
　以上の実施形態によれば、軽量で剛性が高い様々な立体構造物への加工が可能な立体加工用炭素繊維部材を製造することができる。一般的に、炭素繊維部材は高弾性であるため、板形状のままでは延性がなく塑性加工が不可能である。しかし、上述したように炭素繊維部材に千鳥状パターンに配列された複数のスリットを入れることで、弾性変形を利用して曲げ加工またはエキスパンド加工を行うことができる。これにより、様々な形状の立体構造物、例えばユニバーサルデザインによる各種用品を作製可能な立体加工用炭素繊維部材を製造することができる。
　また、上述した実施形態によれば、立体加工用炭素繊維部材を製造する際にレーザビームを利用して炭素繊維部材に切り込み加工（切断加工）を行うことで千鳥状パターンのスリットを形成するため、低コストで容易に量産することが可能である。炭素繊維部材の切断加工には通常ウォータージェットが用いられるが、炭素繊維は硬度が高いためこの手法では突孔加工は不可能であり、曲げ加工またはエキスパンド加工のためのスリットに用いることができない。そこで、レーザビームを用いることで、炭素繊維部材に好適な切り込み加工を行うことができる。
（第２の実施形態）
　以下、第２の実施形態における立体構造物としてのワーク支持体、およびこのワーク支持体が設置されたワーク・サポート・テーブルを用いた、熱加工機であるレーザ加工機について添付図面を参照して説明する。
　図１３は、第２の実施形態におけるワーク支持体３０を用いるレーザ加工機１を示す外観斜視図である。本実施形態におけるレーザ加工機１は熱切断加工（熱加工の一例）を行うものである。レーザ加工機１は、図１３に示すように、装置ベース２上に熱加工対象のワークＷを設置するためのワーク・サポート・テーブル３を備えている。ワーク・サポート・テーブル３上には、加工対象のワークＷを支持するワーク支持体３０が設置されている。ワーク支持体３０の素材および形状については、後述する。
　レーザ加工機１は、ワーク・サポート・テーブル３を跨ぐように配置された門型のフレーム４を備える。フレーム４は、サイドフレーム４１、４２と上部フレーム４３とを有する。
　上部フレーム４３内には、Ｙ方向に移動自在のキャリッジ５が設けられている。キャリッジ５には、レーザを射出するレーザヘッド５１が取り付けられている。フレーム４が専用の駆動機構（図示せず）によりＸ方向に移動し、キャリッジ５が専用の駆動機構（図示せず）によりＹ方向に移動することによって、レーザヘッド５１は、ワークＷの上方で、ＸおよびＹ方向に任意に移動するように構成されている。
　フレーム４には、レーザ加工機１を制御するためのＮＣ装置（数値制御装置）６が取り付けられている。ＮＣ装置６は、ワークＷを加工するための加工データ（ＮＣデータ：数値制御データ）に従ってレーザ加工機１を制御する。ＮＣ装置６は、レーザ加工機１を制御する制御装置である。
　ＮＣ装置６の制御によりレーザヘッド５１がフレーム４およびキャリッジ５によりＸ方向またはＹ方向に移動しながら、ワークＷに対してレーザを照射することにより、ワークＷは切断加工される。
　ワーク・サポート・テーブル３に設置されるワーク支持体３０について説明する。ワーク支持体３０は、紐状の炭素繊維、例えば炭素繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット材）を平織りした薄板から長形に切り出された炭素繊維部材Ｍを用いて形成される。平織りとは、繊維を縦と横とで１本ごとに交差させる織り方である。
　なお、炭素繊維の織り方は、その繊維が何等かの構造で織り込まれていればよく、繻子（朱子）織りであっても、綾織りであっても、梨地織りや不規則な織りであっても構わない。
　炭素繊維は融点が３５５０℃であり、一般的な金属のワークＷの融点１５８０℃に比べて非常に高温である。また炭素繊維は、金属と即座に合金化したり、組成変化を伴った金属が固着したりする可能性は、従来の鉄系のワーク支持体と比較して極めて低い。そのため、ワーク支持体３０の素材として炭素繊維を用いることにより、ワークＷの切断加工の際に、レーザビームの照射によるワークＷとワーク支持体３０との溶着を防止することができる。また、切断加工で飛散したスパッタがワーク支持体３０にほとんど溶着しないため堆積し難くなり、仮に堆積しても剥がれ落ち易く除去作業が容易になる。また、Ｃ／Ｃコンポジット材は織り込まれた炭素繊維に各種物質を含浸することで繊維強化されているため、薄板状に形成することで弾性が生じ、耐久性に優れている。
　図１４は、第２の実施形態におけるワーク支持体３０が作製される立体加工用炭素繊維部材の外観斜視図である。図１５は、第２の実施形態におけるワーク支持体３０の外観斜視図である。ワーク支持体３０を作製する際は、図１４に示すような板状の炭素繊維部材Ｍに、レーザビームを照射することによって、同一方向（横方向）の千鳥状パターンのスリットＳＬ２０を形成する。この千鳥状パターンのスリットＳＬ２０は、炭素繊維部材ＭをスリットＳＬ２０の長さ方向と直交する方向に広げたときに千鳥格子に配列された複数の開口が形成されるように、千鳥状パターンに配列される。図１４では、便宜上、炭素繊維部材Ｍの中央のみに千鳥状パターンのスリットＳＬ２０が形成された状態が示されているが、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０は、炭素繊維部材Ｍの全域に形成されている。
　千鳥状パターンのスリットＳＬ２０が形成された炭素繊維部材Ｍ（立体加工用炭素繊維部材）を、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の長さ方向と直交する外側に向かう矢印ｂ１およびｂ２方向に力を加えて引っ張る。このように力を加えると、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０に挟まれた部分にねじれおよび曲げが生じて千鳥状パターンのスリットＳＬ２０が菱形または亀甲形に広げられて、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の位置に開口Ｅが形成される。そして、図１５に示すように、炭素繊維部材Ｍが起伏のある網目状の開口Ｅを有した状態（千鳥格子の形状）にエキスパンド加工されて、ワーク支持体３０が形成される。
　このように形成されたワーク支持体３０をワーク・サポート・テーブル３に設置し、上部にワークＷを載せると、エキスパンド加工によりワーク支持体３０に形成された起伏の上端でワークＷが支えられる。このワーク支持体３０は、網目状の開口Ｅを有していることにより、熱加工時に発生するアシストガスの逃げ場が確保されるとともに、スパッタの堆積が抑えられる。また、ワーク支持体３０の起伏の上端は突起状になっているため、上の載せたワークＷが線状または点状で支持され、ワークＷとの溶着が抑えられる。
　ワーク支持体３０に形成される開口Ｅの大きさ、起伏の形状、および剛性等の形状特性は、炭素繊維部材Ｍおよび千鳥状パターンのスリットＳＬ２０に関する各種パラメータ（諸元）を調整することで、適宜変更可能である。そのため、パラメータを適宜調整してワーク支持体３０の形状特性を変更させることで、レーザ加工機１で加工するワークＷの形状や材質に適したワーク支持体３０を形成することができる。
　以下に、炭素繊維部材Ｍおよび千鳥状パターンのスリットＳＬ２０に関する各種パラメータと、形成されるワーク支持体３０の形状特性との関係について説明する。
　まず、炭素繊維部材Ｍがエキスパンド加工される際に、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０に挟まれた部分に生じる断面二次モーメントについて説明する。図１４は、横幅寸法がＬＭ、厚さｔの薄板状の横長長形で弾性率ｅを有する炭素繊維部材Ｍに、千鳥状パターンに配列された複数のスリットＳＬ２０が形成された状態を示している。千鳥状パターンのスリットＳＬ２０は、それぞれ同一の長さＬ２に形成されている。千鳥状パターンのスリットＳＬ２０は、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の長さ方向と直交する方向に広げたときに、炭素繊維部材Ｍに千鳥格子に配列された複数の開口が形成されるように配置されている。具体的には、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０がその長さ方向である横方向に間隔ｓをあけて一列にｎ個配置される。また、この千鳥状パターンのスリット列が、一定の幅ａでＮ＋１個形成されている（Ｎは後述するフレームＦの個数）。隣り合う一対のスリット列のうち、一方のスリット列のスリットＳＬ２０は、他方のスリット列のスリットＳＬ２０に対して、長さＬ２と間隔ｓの和の半分の距離だけ横方向にオフセットしている。
　図１６Ａは、図１４に示す炭素繊維部材Ｍにおいて、縦方向に隣り合う千鳥状パターンのスリットＳＬ２０により挟まれたフレームＦを示す外観斜視図である。千鳥状パターンに配列された複数のスリットＳＬ２０が形成された炭素繊維部材Ｍ内において、縦方向に隣り合う２つのスリットＳＬ２０により挟まれる部分をフレームＦと称する。フレームＦは、図１６Ａに示すように、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０により挟まれる部分の横方向の長さＬｘと、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の縦方向の間隔である幅ａと、炭素繊維部材Ｍの厚さｔによって定められる直方体である。
　図１６Ｂは、フレームＦの縦方向の断面図である。厚さｔに直交する軸回りの断面二次モーメントをＩｔとし、幅（千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の縦方向の間隔）ａに直交する軸回りの断面二次モーメントをＩａとし、断面の重心回りの断面二次モーメントをＩｐとする。Ｉｔは下記式（１）で示され、Ｉａは下記式（２）で示され、Ｉｐは下記式（３）で示される。
　Ｉｔ＝ａｔ３／１２　　・・・（１）
　Ｉａ＝ａ３ｔ／１２　　・・・（２）
　Ｉｐ＝（ａｔ３＋ａ３ｔ　）／１２　　・・・（３）
　ここで、ｔ≧ａの場合には、Ｉｔ≧Ｉａとなる。また、ｔ＜ａの場合には、Ｉｔ＜Ｉａ＜Ｉｐ（Ｉｐ－Ｉｔ＝ａ３ｔ／１２＞０，　Ｉｐ－Ｉａ＝ａｔ３／１２＞０）となる。
　図１７は、図１４に示す炭素繊維部材ＭのＡ－Ａ断面図である。炭素繊維部材Ｍの断面が千鳥状パターンのスリットＳＬ２０で仕切られることにより、厚さｔ、幅ａの長方形が横方向に連続して並んでいる。
　図１８Ａは、幅ａが厚さｔと同じ場合のフレームＦの断面図であり、図１８Ｂは、幅ａが厚さｔよりも小さい場合のフレームＦの断面図である。図１８Ｃは、フレームＦの形状が図１８Ａまたは図１８Ｂのときにエキスパンド加工された炭素繊維部材Ｍを示す断面図である。幅ａが厚さｔに対して、図１８Ａに示すようにａ＝ｔとなるか、または図１８Ｂに示すようにａ＜ｔとなるように千鳥状パターンのスリットＳＬ２０が形成された炭素繊維部材Ｍが、エキスパンド加工された場合について説明する。この場合、フレームＦ部分は、図１８Ｃに示すように、断面の向きが変わらずに断面二次モーメントの小さい幅ａの方向に展開して、縦方向に隣り合うフレームＦ間に間隔が生じる。
　このように加工された炭素繊維部材Ｍは、エキスパンド加工される前の厚さｔを超える厚さとはならないことによりワーク重量支持に必要な剛性の確保が難しくなる。またこの炭素繊維部材Ｍは、フレームＦが捩れないことによりワーク支持面がワーク裏面と密接してアシストガスの逃げ場が確保し難く、スパッタが堆積し易くなる。また、この炭素繊維部材Ｍは上部にワークＷを載せたときにワークＷと接触する部分の面積が広くワークＷとの溶着が発生しやすくなる。そのため、当該炭素繊維部材Ｍは、ワーク支持体３０として用いるには好ましくない。
　図１９Ａは、幅ａが厚さｔよりも大きい場合のフレームＦの断面図であり、図１９Ｂは、フレームの形状が図１９Ａのときにエキスパンド加工された炭素繊維部材Ｍの断面図である。幅ａが厚さｔに対して、図１９Ａに示すようにａ＞ｔとなるようにスリットＳＬ２０が形成された炭素繊維部材Ｍがエキスパンド加工された場合について説明する。この場合、フレームＦ部分は、図１９Ｂに示すように、断面の向きが断面二次モーメントの小さい厚さｔの方向に捩れながら展開して、縦方向に隣り合うフレームＦ間に間隔が生じる。
　このように加工された炭素繊維部材Ｍは、エキスパンド加工される前の厚さｔを超える厚さとなるため、ワーク重量支持に必要な剛性が確保容易となる。この炭素繊維部材Ｍは、フレームＦの捩れでワークＷの裏面と対抗する面が傾き、ワークＷとの間に隙間が生じてアシストガスの逃げ場を十分に確保することが可能になる。この炭素繊維部材Ｍは、上部にワークＷを載せたときにワークＷと線接触または点接触となり、ワークＷとの溶着が発生し難くなる。さらにこの炭素繊維部材Ｍは、ワークＷの裏面と対抗する面が斜面となることでスパッタが横方向へ跳ね返されるため、スパッタが堆積し難くなる。そのため、当該炭素繊維部材Ｍは、ワーク支持体３０として好適に用いることができる。
　フレームＦに関し、断面最大半径Ｒは下記式（４）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、フレームＦの剪断強度をＴ、弾性率をＧとすると、フレームＦの許容捩れ角φは下記式（５）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また、フレームＦの長さＬｘは、炭素繊維部材Ｍの横幅ＬＭと、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の横方向の間隔ｓと、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の一列内での個数、すなわち、隣り合う２列のスリットＳＬ２０のジョイント部の数ｎとを用いて、下記式（６）のように示される。
　Ｌｘ＝（ＬＭ－ｎｓ）／（ｎ－１）　　・・・（６）
　上記式（６）を式（５）に代入すると、フレームＦの許容捩れ角φは下記式（７）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　このフレームＦの捩れ角φを適宜変更することで、エキスパンド加工された炭素繊維部材Ｍ（ワーク支持体３０）の高さを調整することができる。
　図２０Ａおよび図２０Ｂは、炭素繊維部材Ｍをエキスパンド加工したときの千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の許容開き量の説明図である。次に、炭素繊維部材Ｍのエキスパンド加工による千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の開口Ｅの許容開き量ｗ１について説明する。スリットＳＬ２０の長さＬ２は、下記式（８）で示される。
　Ｌ２＝２Ｌｘ＋ｓ　　・・・（８）
　図２０Ａに示すスリットＳＬ２０の開口Ｅの許容開き量ｗ１は、上述した千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の長さＬ２と、厚さｔと、幅ａと、弾性率Ｇと、厚さｔに直交する軸回りの断面二次モーメントＩｔと、曲げ荷重Ｐと、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０のたわみ量ηとを用いて、下記式（９）のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　なお、曲げ荷重Ｐは、図２０Ｂに示すように、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の中央位置にかかる荷重である。曲げ荷重Ｐがかかることにより破線のように千鳥状パターンのスリットＳＬ２０部分が撓み、図２０Ａのような開口が形成される。曲げ荷重Ｐは、幅ａに直交する軸回りの断面二次モーメントＩａと、断面最大半径Ｒと、フレームＦの長さＬｘと同列のスリットＳＬ２０の横方向の間隔ｓとから成る千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の長さ（便宜上の両端固定梁長さ）Ｌｈ（＝Ｌ２（＝２Ｌｘ＋ｓ））と、炭素繊維部材Ｍの破断応力を制限として設定する曲げ応力σとを用いて、下記式（１０）のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 ただし、σ＜フレームＦの破断応力（剪断強度）である。
　上述した式（５）および式（９）を用いることにより、所定の剪断強度および弾性率を有する炭素繊維部材Ｍを用いて、フレームＦの捩れ角度および千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の許容開き量ｗ１を所望の値にするための各種パラメータが設定される。設定されるパラメータとしては、炭素繊維部材Ｍの厚さｔ、横幅ＬＭ、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の縦方向の間隔である幅ａ、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の一列あたりの配置数ｎ、および千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の横方向の間隔ｓがある。
　図２１は、ワーク支持体を、所望のフレームＦの捩れ角度φおよび千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の許容開き量ｗ１で形成するときの千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の諸元に関する各種パラメータの例を示す表である。上述したように式（５）および式（９）を用いて、例えば図２１のＮｏ．１～３に示すように、各種パラメータを算出することができる。
　このように算出したパラメータに基づいて炭素繊維部材Ｍに千鳥状パターンのスリットＳＬ２０を入れてエキスパンド加工することで、所望の形状特性を有するワーク支持体３０を形成することができる。例えば、図２１のＮｏ．１に示すパラメータでワーク支持体３０を形成することで、エキスパンド加工による網目の開口Ｅが大きくなり、切断加工時に発生するアシストガスが逃げ易くなるとともにスパッタが堆積し難くなる。幅ａを広くすれば、剛性が高いワーク支持体３０が形成され、ワークＷの重量が大きい場合にも安定して支持することができる。また、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の長さを短くし、幅ａを狭くすれば、形成される網目状の突起の数が多くなり、ワークＷが小さい場合や極薄の場合にもより多くの点または線で安定して支持することができる。また、千鳥状パターンのスリットＳＬ２０の各スリット位置を一定の法則で以って変化させることで、エキスパンドさせるときに千鳥格子を斜めに設定することもできる。
（第３の実施形態）
　以下、第３の実施形態における自動計算装置について添付図面を参照して説明する。
　図２２は、第３の実施形態における自動計算装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る自動計算装置２００は、板状の部材から立体構造物を作製するための自動計算装置である。板状の部材としては、第１の実施形態および第２の実施形態に示すように、薄板状の炭素繊維部材が好適である。ただし、本実施形態では、炭素繊維部材に限らず、非可塑性を有する板状の部材に対しても適用可能であり、さらには、可塑性を有する板状の部材に対しても広く適用可能である。
　自動計算装置２００は、例えばパーソナルコンピュータにより構成されている。自動計算装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサと、メモリと、各種のインターフェースとを有している。メモリ、各種のインターフェースは、バスを介してハードウェアプロセッサに接続されている。
　自動計算装置２００は、コントローラ２１０と、入出力インターフェース２２０と、記憶装置２３０とを有している。
　コントローラ２１０は、ハードウェアプロセッサと、メモリとから構成されている。コントローラ２１０は、自動計算装置２００が備える種々の機能を達成する１つ以上の情報処理回路として動作する。１つ以上の情報処理回路は、ハードウェアプロセッサによってメモリに格納されたプログラムを実行させることにより実現される。
　コントローラ２１０は、１つ以上の情報処理回路として、データ取得部２１１と、演算部２１２と、出力部２１３と、を有している。
　データ取得部２１１は、板状の部材の材質と、板状の部材の板厚と、立体構造物の立体形状とを示す条件データを取得する。演算部２１２は、板状の部材を弾性変形させて立体構造物を作製するために、板状の部材を弾性変形させる加工領域に対して、千鳥状パターンに配列された複数のスリットを割り付ける割付処理を行う。この割付処理は、データ取得部２１１が取得した条件データに基づいて、千鳥状パターンのスリットの諸元を計算する処理を含む。出力部２１３は、演算部２１２による割付処理の結果を出力する。
　入出力インターフェース２２０には、入力装置２５０が接続される。入出力インターフェース２２０は、入力装置２５０から出力されたデータをコントローラ２１０に出力する。入力装置２５０は、ユーザの操作によって入力されたデータをコントローラ２１０に対して出力する装置である。コントローラ２１０のデータ取得部２１１は、入力装置２５０から出力されたデータに基づいて、条件データを取得することができる。
　入出力インターフェース２２０には、出力装置としての表示装置２６０が接続される。入出力インターフェース２２０は、コントローラ２１０から出力されたデータを表示装置２６０に出力する。表示装置２６０は、コントローラ２１０から出力されたデータを、ユーザに対して表示することができる。コントローラ２１０の出力部２１３は、割付処理の結果を含むデータを、表示装置２６０に対して出力することができる。
　コントローラ２１０には、記憶装置２３０が接続されている。記憶装置２３０には、板状の部材の材質毎に、板状の部材の機械的特性を示すパラメータが記憶されている。機械的特性としては、安全係数ｆ、弾性率Ｇ、曲げ応力σ、密度ρなどが該当する。
　図２３は、自動計算装置２００によって実行される自動計算方法を示すフローチャートである。以下、本実施形態に係る自動計算装置２００によって実行される自動計算方法について説明する。この自動計算方法は、板状の部材を弾性変形させて立体構造物を作製するための計算を自動的に行うものである。自動計算方法を実行することにより、板状の部材を弾性変形させる加工領域に対して、千鳥状パターンに配列された複数のスリットを割り付けることができる。つまり、加工領域に対して複数のスリットが千鳥状パターンに配列されることにより、板状の部材に対して曲げ加工またはエキスパンド加工を行うことができる。
　図２４Ａは、板状の部材Ｍｎから作製する立体構造物４００の外観を示す斜視図であり、図２４Ｂは、板状の部材Ｍｎに対して設けられる、千鳥状パターンに配列された複数のスリットＳＬ３０を示す説明図である。以下の説明では、板状の部材Ｍｎの加工領域である曲げ辺Ｅｂで角度θ０だけ曲げ加工することで、断面Ｌ形の立体構造物４００を作製することとし、この曲げ加工を行う加工領域に対して千鳥状パターンに配列された複数のスリットＳＬ３０を割り当てる。以下、千鳥状に配列された複数のスリットＳＬ３０を利用した曲げ加工を「スリット曲げ」という。
　第１および第２の実施形態と同様、千鳥状パターンに配列された複数のスリットＳＬ３０は、隣り合うスリットＳＬ３０同士がジョイント部（間隔ｓ）を隔ててスリットＳＬ３０の長さ方向に直線状に配列されたスリット列を、幅ａだけ隔離して複数個並べて構成されている。そして、隣り合うスリット列同士のうち、一方のスリット列は、他方のスリット列に対してスリットＳＬ３０の位置がスリットＳＬ３０の長さ方向にかけてオフセットするように構成されている。
　まず、ステップＳ１０において、取得部２１１は、板状の部材Ｍｎの材質、板状の部材Ｍｎの厚さｔ、および立体構造物４００の立体形状を含む条件データを取得する。取得部２１１は、表示装置２６０に所定の入力画面を表示し、この入力画面に対応して入力装置２５０から出力されたデータから条件データを取得する。
　図２４に示すように、体構造物４００の立体形状は、曲げ辺Ｅｂの長さ、曲げ辺Ｅｂでの曲げの角度θ０、曲げ半径ｒ、および曲げ辺Ｅｂまでの辺の長さＡ１、Ａ２などの種々のパラメータによって定義される。立体構造物４００の立体形状が予め定型化されている場合、取得部２１１は、入力装置２５０を通じて、立体形状を定義するパラメータを取得することができる。また、取得部２１１は、入力装置２５０を通じて立体構造物４００の立体形状を描画させ、描画した情報から立体構造物４００の立体形状に定義するデータを取得してもよい。また、取得部２１１は、ＣＡＤなどの外部装置から、立体構造物４００の立体形状を示す図形データを直接取得してもよい。
　ステップＳ１１において、演算部２１２は、材質、曲げ角度θ０、および曲げ半径ｒに基づいて、板状の部材Ｍｎに対して塑性加工を行うことができるか否かを判断する。演算部２１２は、予め定義された判定条件に従って材質を評価し、板状の部材Ｍｎに延性があるか否かを判断する。演算部２１２は、板状の部材Ｍｎに延性がないと判断すると、塑性加工できないと判断する。一方、演算部２１２は、材質から板状の部材Ｍｎに延性があると判断すると、曲げ角度θ０および曲げ半径ｒをさらに考慮して、曲げ辺Ｅｂに必要な曲げ加工を塑性加工で行うことができるか否かを判断する。
　塑性加工を行うことができない場合、演算部２１２は、ユーザが選択可能な曲げ種別の選択肢として、「スリット曲げ」のみを表示装置２６０に表示する（ステップＳ１２）。一方、塑性加工を行うことができる場合、演算部２１２は、ユーザが選択可能な曲げ種別の選択肢として、「スリット曲げ」の他、塑性加工による曲げの種別を表示装置２６０に表示する（ステップＳ１３）。
　図２５は、曲げ種別の選択肢を示す説明図である。曲げ種別の選択肢は、例えばプルダウンメニュー２６１として表示される。プルダウンメニュー２６１には、ユーザが選択可能な曲げ加工の種別が１つ以上含まれている。このようなプルダウンメニュー２６１を用いることで、板状の部材Ｍｎに対して行うことができる曲げ加工の種別を選択させることができる（選択処理）。
　曲げ種別の選択肢のなかからスリット曲げが選択された場合、ステップＳ１４で肯定判定され、ステップＳ１５の処理に進む。一方、曲げ種別のなかからスリット曲げが選択されなかった場合、ステップＳ１４で否定判定され、本ルーチンを終了する。この場合、ユーザが選択した曲げ種別に応じた処理が行われる。
　ステップＳ１５において、演算部２１２は、記憶装置２３０を参照し、板状の部材Ｍｎの材質に応じて定まる固有のパラメータを特定する。固有のパラメータとしては、安全係数ｆ、弾性率Ｇ、曲げ応力σ、密度ρなどが挙げられる。
　ステップＳ１６において、演算部２１２は、千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の縦方向の間隔である幅ａを決定する。幅ａの初期値は、例えば厚さｔである。しかしながら、演算部２１２は、ユーザの操作に応じて、幅ａを初期値ｔから変更することもできる。
　ステップＳ１７において、演算部２１２は、千鳥状パターンのスリットＳＬ３０に関するパラメータを計算する。以下、パラメータ計算の一例を示すが、この計算方法に限定されない。
　まず、演算部２１２は、下記式（１１）に従って、千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の横方向の間隔（ジョイント部の長さ）ｓを計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（１１）において、Ｆ０は荷重である（図２４Ａ参照）。ｎは隣り合う２列のスリットＳＬ３０のジョイント部の数、すなわち、千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の一列あたりの数であり、初期値は３である。
　演算部２１２は、下記式（１２）および式（１３）に従って、端部のスリットＳＬ３０の長さＬ１、および中央のスリットＳＬ３０の長さＬ２を計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　縦方向に隣り合うスリットＳＬ３０により挟まれたフレームＦの長さＬｘは、千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の長さＬ１、Ｌ２と、千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の横方向の間隔ｓとの組み合わせから、下記式（１４）のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　また、演算部２１２は、フレームＦにおける厚さｔに直交する軸回りの断面二次モーメントＩｔ、フレームＦにおける幅ａに直交する軸回りの断面二次モーメントＩａ、フレームＦにおける断面の重心回りの断面二次モーメントＩｐをそれぞれ計算する。これらの断面二次モーメントＩｔ、Ｉａ、Ｉｐは、上述した式（１）～（３）で示される。
　ステップＳ１７において、演算部２１２は、フレームＦの曲げ計算を行う。フレームＦが捩り変形することで、加工領域である曲げ辺Ｅｂにおける曲げ加工が可能となる。フレームＦの捩れ角φは、下記式（１５）に示すように、厚さｔ、幅ａ、フレームＦの長さＬｘ、曲げ応力σおよび弾性率Ｇから関係式を作ることができる。演算部２１２は、式（１５）に基づいて、フレームＦの捩れ角φを計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　図２６は、曲げ辺Ｅｂを拡大して示す説明図である。曲げ辺Ｅｂにおいて要求される曲げの角度θ０は、曲げ辺Ｅｂに設定される各フレームＦの捩れ角φの累積となる。よって、フレームＦの個数Ｎは、下記式（１６）のように示される。
　Ｎ＝θ０／φ－１　　　　・・・（１６）
　これらのステップＳ１７およびＳ１８の処理により、曲げ辺Ｅｂに対して割り付ける、千鳥状パターンに配列された複数のスリットＳＬ３０の諸元が決定される。決定されるスリットＳＬ３０の諸元は、千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の長さＬ２、フレームＦの長さＬｘ、スリットＳＬ３０同士の横方向の間隔（ジョイント部の長さ）ｓ、スリットＳＬ３０同士の縦方向の間隔である幅ａ、およびスリット列の個数（フレームＦの個数Ｎ＋１）である。このような諸元の決定により、曲げ辺Ｅｂに対して千鳥状に配列された複数のスリットＳＬ３０を割り付ける割付処理が完了する。
　ステップＳ１９において、出力部２１３は、演算部２１２による演算結果に基づいて、千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の諸元を表示装置２６０に表示する。出力部２１３による千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の出力先は、表示装置２６０に限らず、記憶装置２３０、または外部装置であってもよい。
　そして、この割付結果に基づいて板状の部材Ｍｎに千鳥状パターンのスリットＳＬ３０を形成することにより、立体加工用基材を製造することができる。例えば、板状の部材Ｍｎの素材が、第１および第２の実施形態で示す炭素繊維部材である場合には、立体加工用炭素繊維部材が製造される。この立体加工用基材を用いて、千鳥状パターンのスリットＳＬ３０が形成された曲げ辺Ｅｂを弾性変形させることで、立体構造物４００を作製することができる。
　このように本実施形態によれば、板状の部材Ｍｎの材質、板状の部材Ｍｎの板厚、および立体構造物４００の立体形状を与えるだけで、演算部２１２が千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の諸元を自動的に計算することができる。これにより、立体加工に必要な千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の設計を自動化することができるので、設計工数および部材コストの抑制を図ることができる。
　また、本実施形態において、隣り合うスリット列同士のうち、一方のスリット列は、他方のスリット列に対してスリットＳＬ３０の位置が横方向にかけてオフセットするように構成されている。これにより、必要なフレームＦが構成されるので、弾性変形によるねじれおよび曲げが生じて、板状の部材Ｍｎを３次元方向に変形させることができる。その結果、所望の状態に曲げ加工を行うことができる。
　本実施形態において、千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の諸元は、千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の長さＬ２、スリットＳＬ３０の横方向の間隔（ジョイント部の長さ）ｓ、スリットＳＬ３０の縦方向の間隔である幅ａを含んでいる。これにより、千鳥状パターンの配列に必要なスリットＳＬ３０のパラメータを特定することができる。
　本実施形態において、千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の諸元は、スリット列の個数（フレームＦの個数Ｎ＋１）を含んでいる。これにより、千鳥状の配列に必要なスリットＳＬ３０のパラメータを特定することができる。
　本実施形態において、演算部２１２は、条件データに基づいて、板状の部材Ｍｎから立体構造物４００を立体加工するための一つ以上の加工種別を特定し、一つ以上の加工種別の中から、ユーザに加工方法を選択させる選択処理を行っている。この方法によれば、ユーザに対して加工種別の提案をすることができるので、利便性の向上を図ることができる。
　本実施形態において、演算部２１２は、選択処理において千鳥状パターンのスリット加工（スリット曲げ）が選択された場合に、割付処理を実行する。これにより、スリット曲げが必要な状況において割付処理を行うことができる。
　また、本実施形態において、演算部２１２は、関係式（式（１５））から求められるフレームＦの捩れ角φに基づいて、千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の諸元を計算している。フレームＦに生じるねじれおよび曲げを考慮することができるので、板状の部材Ｍｎに対する３次元方向の弾性変形を計算することができる。すなわち、板状の部材Ｍｎの材質と、板状の部材Ｍｎの厚さｔと、立体形状とを含む条件データが入力としてあれば、演算部２１２は、次のような計算を自動的に行うことができる。具体的には、演算部２１２は、板状の部材Ｍｎの材質から、記憶装置２３０を検索することで、板状の部材Ｍｎの機械的特性を示すパラメータ（安全係数ｆ、曲げ応力σおよび弾性率Ｇ）を特定することができる。つぎに、演算部２１２は、隣り合う２列のスリットＳＬ３０のジョイント部の数ｎを適宜に決定すれば（例えば初期値＝３）、板状の部材Ｍｎの厚さｔ、幅ａ、安全係数ｆ、曲げ応力σおよび弾性率Ｇを用いて式（１５）から、フレームＦの捩れ角φを計算することができる。そして、演算部２１２は、立体形状から定まる曲げ角θ０と、フレームＦの捩れ角φとに基づいて、フレームの個数Ｎを決定することができる。これにより、スリット曲げに必要な千鳥状パターンのスリットＳＬ３０の諸元を適切に計算することができる。
　なお、本実施形態では、曲げ加工（スリット曲げ）により作製する立体構造物を前提として、自動計算方法を説明した。しかしながら、本実施形態に係る自動計算方法を、第１の実施形態に示すようなエキスパンド加工を伴う立体構造物Ｙ８、第２の実施形態に示すようなエキスパンド加工を伴うワーク支持体３０の作製において適用してもよい。第１の実施形態に示すようなエキスパンド加工を伴う立体構造物Ｙ８であれば、演算部２１２は、フレームＦの捩れ角φの他に開口Ｅの縦方向および横方向の開き量も考慮して長方形部分Ｑに必要な高さを見積もることで、必要な千鳥状パターンのスリットＳＬ３の諸元を計算することができる。また、第２の実施形態に示すようなエキスパンド加工を伴うワーク支持体３０であれば、演算部２１２は、フレームＦの捩れ角φの他に、開口Ｅの縦方向および横方向の開き量、および切断後の製品の最小サイズも考慮して基づいて切断後の製品の保持に必要な開口Ｅを見積もることで、必要なスリットＳＬ２０の諸元を計算することができる。
　以上のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
　本願の開示は、２０２０年６月１０日に出願された特願２０２０－１０１１４０号、および２０２０年８月３１日に出願された特願２０２０－１４５４４６号に記載の主題と関連しており、それらの全ての開示内容は引用によりここに援用される。

Claims (9)

  1. 　板状の部材から立体形状を有する構造物を作製するための自動計算装置において、
    　前記板状の部材の材質と、前記板状の部材の板厚と、前記立体形状とを含む条件データを取得するデータ取得部と、
    　前記板状の部材を弾性変形させて前記構造物を作製するために、前記板状の部材を弾性変形させる加工領域に対して千鳥状パターンに配列された複数のスリットを割り付ける割付処理を実行する演算部と、
    　前記演算部による割付処理の結果を出力する出力部と、を備え、
    　前記割付処理は、前記データ取得部が取得した条件データに基づいて、前記千鳥状パターンのスリットの諸元を計算する処理を含む
    　自動計算装置。
  2. 　前記千鳥状パターンのスリットは、隣り合うスリット同士が間隔を隔てて前記スリットの長さ方向に直線状に配列されたスリット列を、前記スリットの長さ方向と直交する方向に間隔を隔離して複数個並べて構成され、
    　隣り合うスリット列同士のうち、一方のスリット列は、他方のスリット列に対して前記スリットの位置が前記スリットの長さ方向にかけてオフセットするように構成されている
    　請求項１記載の自動計算装置。
  3. 　前記千鳥状パターンのスリットの諸元は、前記スリットの長さ、前記スリットの長さ方向におけるスリット同士の間隔、および前記スリットの長さ方向と直交する方向におけるスリット同士の間隔である幅を含む
    　請求項２記載の自動計算装置。
  4. 　前記千鳥状パターンのスリットの諸元は、前記スリット列の個数を含む
    　請求項３記載の自動計算装置。
  5. 　前記演算部は、
    　前記条件データに基づいて、前記板状の部材から前記構造物を立体加工するための一つ以上の加工種別を特定し、
    　前記一つ以上の加工種別の中から、ユーザに加工方法を選択させる選択処理を行う
    　請求項１から４いずれか一項記載の自動計算装置。
  6. 　前記一つ以上の加工方法は、前記千鳥状パターンのスリットのそれぞれを前記スリットの長さ方向と直交する方向に押し広げることで前記加工領域を弾性変形させる千鳥状パターンのスリット加工を含み、
    　前記演算部は、前記選択処理において前記千鳥状パターンのスリット加工が選択された場合に、前記割付処理を実行する
    　請求項５記載の自動計算装置。
  7. 　前記演算部は、隣り合うスリット同士により挟まれた部位であるフレームの捩れ角に関する関係式を保持し、前記関係式から求められるフレームの捩れ角に基づいて、前記千鳥状パターンのスリットの諸元を計算する
    　請求項１から６いずれか一項記載の自動計算装置。
  8. 　コンピュータによって実行される、板状の部材から立体形状を有する構造物を作製するための自動計算方法であって、
    　前記板状の部材の材質と、前記板状の部材の板厚と、前記立体形状とを含む条件データを取得する取得工程と、
    　前記板状の部材を弾性変形させて前記構造物を作製するために、前記板状の部材を弾性変形させる加工領域に対して、千鳥状パターンに配列された複数のスリットを割り付ける割付工程と、
    　前記割付工程の結果を出力する出力工程と、を備え、
    　前記割付工程は、前記取得工程で取得した前記条件データに基づいて、前記千鳥状パターンのスリットの諸元を計算する工程を含む
    　自動計算方法。
  9. 　立体形状を有する構造物を作製するための立体加工用基材を、板状の部材から製造する立体加工用基材の製造方法において、
    　前記板状の部材の材質と、前記板状の部材の板厚と、前記立体形状とを含む条件データを取得する取得工程と、
    　前記板状の部材を弾性変形させて前記構造物を作製するために、前記板状の部材を弾性変形させる加工領域に対して、千鳥状パターンに配列された複数のスリットを割り付ける割付工程と、
    　前記割付工程の割付結果に基づいて前記板状の部材に前記千鳥状パターンのスリットを千鳥状に形成して、前記立体加工用基材を形成する形成工程と、を備え、
    　前記割付工程は、前記取得工程で取得した前記条件データに基づいて、前記千鳥状パターンのスリットの諸元を計算する工程を含む
    　立体加工用基材の製造方法。
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