JP2022114255A - 車両の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性良く、シャシー上にボデーを直接積層造形可能な車両の製造方法を提供する。【解決手段】積層造形装置のステージ上にシャシーを搭載する工程と、ステージ上に層状に敷き詰めた金属粉末の所定領域にレーザビームを照射し、溶融及び凝固させることを繰り返し、多数の金属層を積層一体化してシャシー上に三次元形状のボデーを造形する工程と、を備える車両の製造方法。ステージは、それぞれが独立して上下動可能な複数のブロックを備えており、シャシーを搭載する工程の後、ボデーを造形する工程の前に、複数のブロックが、シャシーとの隙間を埋めるように上昇する。【選択図】図６

Description

本発明は、車両の製造方法に関する。

近年、ステージ上に層状に敷き詰めた金属粉末の所定領域にレーザビームを照射し、溶融及び凝固させることを繰り返し、多数の金属層を積層一体化して三次元形状の物品を造形する積層造形技術（いわゆる「３Ｄプリンタ技術」）が、脚光を浴びている。
例えば特許文献１には、積層造形技術を用いて車両のボデーを造形する技術が開示されている。

特表２０１８－５２８１１８号公報

発明者らは、シャシー上にボデーを直接積層造形する手法を検討している。
シャシー上にボデーを直接積層造形できれば、効率的である。
しかしながら、ステージ上にシャシーを搭載し、シャシー上にボデーを直接積層造形する場合、ステージとシャシーとの間には隙間が多い。そのため、ボデーの造形に直接寄与しない多量の金属粉末が必要である等、生産性に種々の問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、生産性良く、シャシー上にボデーを直接積層造形可能な車両の製造方法を提供する。

本発明の一態様に係る車両の製造方法は、
積層造形装置のステージ上にシャシーを搭載する工程と、
前記ステージ上に層状に敷き詰めた金属粉末の所定領域にレーザビームを照射し、溶融及び凝固させることを繰り返し、多数の金属層を積層一体化して前記シャシー上に三次元形状のボデーを造形する工程と、を備え、
前記ステージは、それぞれが独立して上下動可能な複数のブロックを備えており、
前記シャシーを搭載する工程の後、前記ボデーを造形する工程の前に、前記複数のブロックが、前記シャシーとの隙間を埋めるように上昇するものである。

本発明の一態様に係る車両の製造方法では、積層造形装置のステージが、それぞれが独立して上下動可能な複数のブロックを備えており、シャシーを搭載する工程の後、前記ボデーを造形する工程の前に、複数のブロックが、シャシーとの隙間を埋めるように上昇する。このような構成により、ボデーの造形に直接寄与しない金属粉末の量を低減でき、生産性良く、シャシー上にボデーを直接積層造形できる。

前記シャシーは、タイヤ及びホイールを含む走行部品と、前記ホイールを駆動する駆動源と、前記駆動源を制御する制御装置と、を備え、自動走行可能であり、前記シャシーを搭載する工程において、前記シャシーが前記ステージまで自動走行することによって、前記ステージ上に前記シャシーが搭載されてもよい。このような構成により、シャシーをステージまで搬送する搬送装置が不要になる。

前記複数のブロックは、平面視正方形状の角柱体であって、格子状に配置されていてもよい。このような構成により、シャシーの形状や、造形するボデーの形状等に応じて、ステージの形状を適宜設定できる。

前記シャシーを搭載する工程において、前記複数のブロックの上面が、床面と面一であってもよい。このような構成により、ステージ上にシャシーを容易に搭載できる。

前記ボデーを造形する工程の後、前記複数のブロックを降下し、前記複数のブロックの上面を床面と面一にしてもよい。このような構成により、ステージからシャシーを容易に搬出できる。

前記ステージの周囲に、サイドステージが設けられており、前記サイドステージは、それぞれが独立して水平方向に移動可能な複数の水平ブロックを備えており、前記ボデーを造形する工程において、前記複数の水平ブロックが、前記ボデーに向かって突出するように移動してもよい。このような構成により、ボデーの形状に合わせて、造形範囲を狭くすることができ、投入する金属粉末の量をさらに低減できる。

本発明により、生産性良く、シャシー上にボデーを直接積層造形可能な車両の製造方法を提供できる。

第１の実施形態に係る車両の製造方法に供するシャシーの平面図である。 第１の実施形態に係る車両の製造方法に供するシャシーのブロック図である。 第１の実施形態に係る車両の製造方法に用いる積層造形装置のステージを示す平面図である。 第１の実施形態に係る車両の製造方法に用いる積層造形装置のステージを示す斜視図である。 第１の実施形態に係る車両の製造方法を示す側面図である。 第１の実施形態に係る車両の製造方法を示す側面図である。 第１の実施形態に係る車両の製造方法を示す側面図である。 第１の実施形態に係る車両の製造方法を示す側面図である。 第１の実施形態に係る車両の製造方法を示す側面図である。 第２の実施形態に係る車両の製造方法を示す側面図である。 第２の実施形態に係る車両の製造方法を示す側面図である。 第２の実施形態に係る車両の製造方法を示す側面図である。 第２の実施形態に係る車両の製造方法を示す側面図である。 第２の実施形態に係る車両の製造方法を示す側面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１の実施形態）
＜シャシーの構成＞
まず、図１、図２を参照して、第１の実施形態に係る車両の製造方法に供するシャシーの構成例について説明する。図１は、第１の実施形態に係る車両の製造方法に供するシャシーの平面図である。図２は、第１の実施形態に係る車両の製造方法に供するシャシーのブロック図である。
なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。

図１、図２に示すように、シャシーは、タイヤＴ１、Ｔ２及びホイールＷ１、Ｗ２を含む走行部品、フレームＦＲ、モータＭＴ、電池ＢＴ、センサＳＮ、及び制御装置ＣＴＲを備え、自走可能である。図１に示すように、フロントのホイールＷ１にはタイヤＴ１が装着されており、リヤのホイールＷ２にはタイヤＴ２が装着されている。走行部品には、例えば、図１には示されていないサスペンション、ステアリング装置、ブレーキ装置などが含まれる。

モータＭＴは、例えばフレームＦＲに搭載されており、図示しない変速機を介してホイールＷ１を駆動する駆動源である。駆動源は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのエンジンであってもよい。また、駆動源がホイールＷ２もしくはホイールＷ１、Ｗ２の両方を駆動してもよい。

電池ＢＴは、例えばフレームＦＲに搭載されており、モータＭＴに動力源（電気）を供給する動力供給装置である。電池ＢＴは、リチウムイオン電池などの二次電池でもよく、燃料電池でもよい。駆動源がエンジンの場合、ガソリンや軽油を蓄えてエンジンに供給するための燃料タンクが動力供給装置に該当する。
すなわち、本実施形態に係る車両の製造方法の製造対象車両は、モータで駆動可能な電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに限定されず、エンジンで駆動可能なエンジン自動車であってもよい。

センサＳＮは、前方車両を認識するためのものであって、例えばミリ波センサである。図２に示すように、センサＳＮは、前方車両に送信波を送信し、前方の物体からの反射波を検知することによって、前方の物体を認識する。
制御装置ＣＴＲは、センサＳＮから取得した情報（反射波）に基づいて、シャシーが自動走行するように、モータＭＴなどを制御する。

＜車両の製造方法＞
次に、図３～図９を参照して、第１の実施形態に係る車両の製造方法について説明する。
図３は、第１の実施形態に係る車両の製造方法を示す平面図である。図４は、第１の実施形態に係る車両の製造方法に用いる積層造形装置のステージの斜視図である。図５～図９は、第１の実施形態に係る車両の製造方法を示す側面図である。

ここで、本実施形態に係る車両の製造方法では、積層造形装置を用いて、シャシー上にボデーを直接積層造形する。図３は、積層造形装置のステージＳＴ上にシャシーが搭載された様子を示す平面図であり、図５は、積層造形装置のステージＳＴ上にシャシーが搭載された様子を示す側面図である。

まず、図３、図５に示すように、積層造形装置のステージＳＴ上にシャシーが搭載される。上述の通り、シャシーは自動走行できるため、例えば、シャシーが自動走行し、積層造形装置のステージＳＴ上に停止する。そのため、本実施形態に係る車両の製造方法では、シャシーをステージＳＴまで搬送する搬送装置が不要である。
なお、シャシーが自動走行しなくてもよい。例えば無人搬送車（ＡＧＶ：Automatic Guided Vehicle）によってシャシーを積層造形装置のステージＳＴ上に搬送してもよい。

ここで、図３、図４に示すように、第１の実施形態に係る車両の製造方法に用いる積層造形装置のステージＳＴは、それぞれが独立して上下動可能な複数のブロックＢＬ１を備えている。各ブロックＢＬ１は、例えば図示しない駆動源によって駆動される。ブロックＢＬ１は、上下方向（ｚ軸方向）に延設された平面視正方形状の角柱体であって、格子状に配置されている。換言すると、図３に示すように、ステージＳＴは、平面視において格子状に分割されている。すなわち、ステージＳＴでは、複数の直方体状のブロックＢＬ１がｘ軸方向及びｙ軸方向に隙間なく並べて配置されている。

さらに、図５に示すように、積層造形装置のステージＳＴ上にシャシーが搭載される際、全てのブロックＢＬ１は床下に収納されており、全てのブロックＢＬ１の上面が床面と面一の状態になっている。そのため、ステージＳＴ上にシャシーを容易に搭載できる。

次に、図６に示すように、積層造形装置のステージＳＴの各ブロックＢＬ１が上昇し、ステージＳＴとシャシーとの隙間を埋める。各ブロックＢＬ１の上昇量は、シャシーの形状や、造形するボデーの形状等に応じて、適宜決定される。すなわち、ステージＳＴは、種々のシャシーやボデーの形状に対応できる。

例えば、図６に示すように、図８に示すボデーＢＤを造形する領域の全てのブロックＢＬ１ａが、ボデーＢＤの最下部の高さまで上昇する。この場合、ボデーＢＤを造形する領域の全てのブロックＢＬ１ａの上面が、同じ高さとなり、一つの水平面を構成するため、金属粉末ＭＰを層状に敷き詰め易い。層状の金属粉末ＭＰは、粉末床（パウダーベッド）と呼ばれる。

あるいは、ボデーＢＤを造形する領域の各ブロックＢＬ１ａが、ボデーＢＤの底面形状に沿ってそれぞれ所定の高さまで上昇してもよい。この場合、ボデーＢＤを造形する領域のブロックＢＬ１ａは、例えばシャシーのフレームＦＲの隙間を貫通し、ボデーＢＤを造形する領域のブロックＢＬ１ａの上面は、全体として、ボデーＢＤの底面形状に沿った曲面等を構成する。この場合、例えばパウダーベッドを使用しないレーザー直接積層法（ＬＥＮＳ：Laser engineered net shaping）によってボデーＢＤを積層造形してもよい。

そして、図６に示すように、ボデーＢＤを造形する領域の各ブロックＢＬ１ａ上に、第１層目の金属粉末ＭＰを層状に敷き詰める。ここで、図６に示すように、ステージＳＴの外縁部に位置するボデーを造形しない領域のブロックＢＬ１ｂについては、金属粉末ＭＰの１層分の高さだけ、ボデーＢＤを造形する領域のブロックＢＬ１ａよりも高く上昇させている。そのため、金属粉末ＭＰを容易に層状に敷き詰めることができる。

その後、図６に示すように、例えばレーザスキャナＬＳを用いて、第１層目の金属粉末ＭＰの所定箇所にレーザビームＬＢを照射し、第１層目の金属粉末ＭＰの所定箇所を溶融及び凝固させる。

次に、図７に示すように、ボデーＢＤを造形しない領域のブロックＢＬ１ｂのみを金属粉末ＭＰの１層分の高さだけさらに上昇させる。そして、第１層目の金属粉末ＭＰ上に、第２層目の金属粉末ＭＰを層状に敷き詰める。その後、第２層目の金属粉末ＭＰの所定箇所にレーザビームＬＢを照射し、第２層目の金属粉末ＭＰの所定箇所を溶融及び凝固させる。

図６、図７に示すように、本実施形態に係る車両の製造方法では、積層造形装置を用いて、ステージＳＴ上に層状に敷き詰めた金属粉末の所定領域にレーザビームを照射し、溶融及び凝固させることを繰り返す。
その結果、図８に示すように、多数の金属層が積層一体化された三次元形状のボデーＢＤをシャシー上に直接造形できる。ここで、図８に示すように、ボデーＢＤを造形しない領域のブロックＢＬ１ｂは、積層造形装置における造形槽の側壁を構成している。

最後に、図９に示すように、ボデーＢＤの造形が終了した後、全てのブロックＢＬ１が降下し、全てのブロックＢＬ１の上面を床面と面一の状態にする。そのため、ステージＳＴからシャシーを容易に搬出できる。
そして、ステージＳＴ上に残留した金属粉末ＭＰを除去した後、車両（ボデーＢＤが造形されたシャシー）が、積層造形装置のステージＳＴから移動する。上述の通り、シャシーは自動走行できるため、例えば、車両が自動走行し、積層造形装置のステージＳＴから移動する。

＜効果の説明＞
従来の積層造形装置を用いた場合、ステージとシャシーとの間には隙間が多い。そのため、ボデーの造形に直接寄与しない多量の金属粉末が必要である。また、ステージとボデーとの間（ボデーの造形を開始するまでの間）にボデーを支持するサポートを造形する必要がある。ここで、サポートは造形後に除去する必要があるため、生産性に劣る。

これに対し、本実施形態に係る車両の製造方法では、積層造形装置のステージＳＴが、それぞれが独立して上下動可能な複数のブロックＢＬ１を備えている。そして、シャシーをステージＳＴに搭載した後、ボデーＢＤの造形を開始する前に、複数のブロックＢＬ１が、シャシーとの隙間を埋めるように上昇する。そのため、ボデーＢＤの造形に直接寄与しない金属粉末の量を低減できる。

また、本実施形態に係る車両の製造方法では、上昇したステージＳＴ（ブロックＢＬ１ａ）上においてボデーＢＤの造形を開始できるため、ボデーを支持するサポートを削減できる。
このように、本実施形態に係る車両の製造方法では、生産性良く、シャシー上にボデーを直接積層造形できる。

（第２の実施形態）
図１０～図１４を参照して、第２の実施形態に係る車両の製造方法について説明する。
図１０～図１４は、第２の実施形態に係る車両の製造方法を示す側面図である。また、図１０～図１４は、それぞれ図５～図９に対応する図である。

まず、図１０に示すように、積層造形装置のステージＳＴ上にシャシーが搭載される。上述の通り、シャシーは自動走行できるため、例えば、シャシーが自動走行し、積層造形装置のステージＳＴ上に停止する。

ここで、図１０に示すように、本実施形態に係る車両の製造方法に用いる積層造形装置は、ステージＳＴに加え、サイドステージＳＳＴがステージＳＴの周囲を取り囲むように設けられている。
積層造形装置のステージＳＴの上にシャシーが搭載される際、ステージＳＴ及びサイドステージＳＳＴは床下に収納されている。
なお、サイドステージＳＳＴは、ステージＳＴの周囲の全体を取り囲む必要はなく、ステージＳＴの周囲の少なくとも一部に設けられていればよい。

次に、図１１に示すように、積層造形装置のステージＳＴの各ブロックＢＬ１が上昇し、ステージＳＴとシャシーとの隙間を埋める。各ブロックＢＬ１の上昇量は、シャシーの形状や、造形するボデーの形状等に応じて、適宜決定される。例えば、ブロックＢＬ１は、ボデーの最下部を造形する位置まで上昇する。

また、サイドステージＳＳＴも所定の高さまで上昇する。サイドステージＳＳＴは、積層造形装置における造形槽の側壁を構成すると共に、それぞれが独立して水平方向にスライド可能な複数のブロック（水平ブロック）ＢＬ２を備えている。各ブロックＢＬ２は、例えば図示しない駆動源によって駆動される。ブロックＢＬ２は、水平方向（図１１ではｘ軸方向）に延設されたｙｚ平面視正方形状の角柱体であって、格子状に配置されている。換言すると、サイドステージＳＳＴは、ｙｚ平面視において格子状に分割されている。すなわち、サイドステージＳＳＴでは、複数の直方体状のブロックＢＬ１がｙ軸方向及びｚ軸方向に隙間なく並べて配置されている。

そして、図１１に示すように、ボデーＢＤの最下部を造形する領域のブロックＢＬ１上に、第１層目の金属粉末ＭＰを層状に敷き詰める。この際、金属粉末ＭＰを敷き詰めるブロックＢＬ１に向かってサイドステージＳＳＴのブロックＢＬ２を突出させる。ここで、最も上に位置するブロックＢＬ２の上面は、金属粉末ＭＰを敷き詰めるブロックＢＬ１の上面よりも高くなっている。すなわち、最も上に位置するブロックＢＬ２が、金属粉末ＭＰを敷き詰める領域の外縁を構成している。このような構成によって、金属粉末ＭＰをブロックＢＬ１上に容易に層状に敷き詰めることができる。

その後、図１１に示すように、例えばレーザスキャナＬＳを用いて、第１層目の金属粉末ＭＰの所定箇所にレーザビームＬＢを照射し、第１層目の金属粉末ＭＰの所定箇所を溶融及び凝固させる。

次に、図１２に示すように、第１層目の金属粉末ＭＰ上に、第２層目の金属粉末ＭＰを層状に敷き詰める。その後、第２層目の金属粉末ＭＰの所定箇所にレーザビームＬＢを照射し、第２層目の金属粉末ＭＰの所定箇所を溶融及び凝固させる。

図１１、図１２に示すように、本実施形態に係る車両の製造方法では、積層造形装置を用いて、ステージＳＴ上に層状に敷き詰めた金属粉末の所定領域にレーザビームを照射し、溶融及び凝固させることを繰り返す。
その結果、図１３に示すように、シャシー上に三次元形状のボデーＢＤを直接造形できる。

ここで、図１１～図１３に示すように、ボデーＢＤの造形が進行するにつれて、サイドステージＳＳＴにおいてより上側に位置するブロックＢＬ２を順番にボデーＢＤに向かって突出させる。図１３に示すように、ブロックＢＬ２は水平方向に突出するため、ボデーＢＤの形状に合わせて、造形範囲を狭くすることができる。図８と図１３とを比較すれば明らかなように、本実施形態に係る車両の製造方法では、第１の実施形態に係る車両の製造方法よりも、投入する金属粉末の量を低減できる。

最後に、図１４に示すように、ボデーＢＤの造形が終了した後、全てのブロックＢＬ１が降下し、全てのブロックＢＬ１の上面を床面と面一の状態にする。また、サイドステージＳＳＴも床下に収納される。そのため、ステージＳＴからシャシーを容易に搬出できる。

そして、ステージＳＴ及びサイドステージＳＳＴ上に残留した金属粉末ＭＰを除去した後、車両（ボデーＢＤが造形されたシャシー）が、積層造形装置のステージＳＴから移動する。上述の通り、シャシーは自動走行できるため、例えば、車両が自動走行し、積層造形装置のステージＳＴから移動する。

＜効果の説明＞
本実施形態に係る車両の製造方法でも、積層造形装置のステージＳＴが、それぞれが独立して上下動可能な複数のブロックＢＬ１を備えている。そして、シャシーをステージＳＴに搭載した後、ボデーＢＤの造形を開始する前に、複数のブロックＢＬ１が、シャシーとの隙間を埋めるように上昇する。そのため、ボデーＢＤの造形に直接寄与しない金属粉末の量を低減できる。

また、本実施形態に係る車両の製造方法でも、上昇したステージＳＴ（ブロックＢＬ１）上においてボデーＢＤの造形を開始できるため、ボデーを支持するサポートを削減できる。このように、本実施形態に係る車両の製造方法では、生産性良く、シャシー上にボデーを直接積層造形できる。

さらに、本実施形態に係る車両の製造方法では、積層造形装置のステージＳＴが、サイドステージＳＳＴによって囲まれている。そして、サイドステージＳＳＴは、それぞれが独立して水平方向に移動可能な複数のブロックＢＬ２を備えている。そのため、図１３に示すように、ブロックＢＬ２は水平方向に突出することによって、ボデーＢＤの形状に合わせて、造形範囲を狭くすることができる。従って、第１の実施形態に係る車両の製造方法よりも、投入する金属粉末の量を低減できる。
その他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

ＢＤ ボデー
ＢＬ１、ＢＬ１ａ、ＢＬ１ｂ ブロック
ＢＬ２ ブロック（水平ブロック）
ＢＴ 電池
ＣＴＲ 制御装置
ＦＲ フレーム
ＬＢ レーザビーム
ＬＳ レーザスキャナ
ＭＰ 金属粉末
ＭＴ モータ
ＳＮ センサ
ＳＳＴ サイドステージ
ＳＴ ステージ
Ｔ１、Ｔ２ タイヤ
Ｗ１、Ｗ２ ホイール

Claims (6)

1. 積層造形装置のステージ上にシャシーを搭載する工程と、
   前記ステージ上に層状に敷き詰めた金属粉末の所定領域にレーザビームを照射し、溶融及び凝固させることを繰り返し、多数の金属層を積層一体化して前記シャシー上に三次元形状のボデーを造形する工程と、を備え、
   前記ステージは、それぞれが独立して上下動可能な複数のブロックを備えており、
   前記シャシーを搭載する工程の後、前記ボデーを造形する工程の前に、前記複数のブロックが、前記シャシーとの隙間を埋めるように上昇する、
   車両の製造方法。
2. 前記シャシーは、
   タイヤ及びホイールを含む走行部品と、
   前記ホイールを駆動する駆動源と、
   前記駆動源を制御する制御装置と、を備え、自動走行可能であり、
   前記シャシーを搭載する工程において、前記シャシーが前記ステージまで自動走行することによって、前記ステージ上に前記シャシーが搭載される、
   請求項１に記載の車両の製造方法。
3. 前記複数のブロックは、平面視正方形状の角柱体であって、格子状に配置されている、
   請求項１又は２に記載の車両の製造方法。
4. 前記シャシーを搭載する工程において、前記複数のブロックの上面が、床面と面一である、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の車両の製造方法。
5. 前記ボデーを造形する工程の後、前記複数のブロックを降下し、前記複数のブロックの上面を床面と面一にする、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の車両の製造方法。
6. 前記ステージの周囲に、サイドステージが設けられており、
   前記サイドステージは、それぞれが独立して水平方向に移動可能な複数の水平ブロックを備えており、
   前記ボデーを造形する工程において、前記複数の水平ブロックが、前記ボデーに向かって突出するように移動する、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の車両の製造方法。

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