JP2023547344A - 屋根用単一部品のカスタマイズされた製造方法 - Google Patents

Abstract

屋根要素をシールするための屋根用単一部品の製造方法であって、この方法は、以下の工程を含む：（ａ）シールされる屋根要素のデジタルモデルを提供し、かつ／又は取得すること；（ｂ）このデジタルモデルに基づいて、屋根要素の外形にフィットする屋根用単一部品を付加製造により製造すること。

Description

本発明は、屋根要素をシールするための屋根用単一部品の製造方法、及び屋根要素をシールする方法に関する。

特に平屋根の場合、屋根の耐候性を保つための予防措置として、屋根領域をシールすることが非常に重要である。そのため、特定の屋根要素又は領域のための、例えば貫通物、パラペット（胸壁）、コーナー、ダクト等の、既製の又はカスタマイズされた屋根用単一部品を使用することが一般的である。

カスタマイズされた屋根用単一部品は、例えば、成形管材、角部品、その他であり得る。これらを屋根の主領域のメンブレン等のシール材と水密状態に継ぎ合わせると、屋根領域全体を確実且つ耐久的にシールできる。

屋根施工は様々に異なるため、個別に設計された多くの屋根用単一部品が必要となる。したがって、複数の形状に合わせることのできるいわゆる「汎用形状」を使用できるか、又はそれぞれの状態に合わせて個別に適応されたカスタムメイドの部品を設計しなければならない。汎用形状には、通常はそれらが実際の幾何学状態に完璧にはフィットせず、多くの場合、圧迫したり曲げたりする必要があり、水密性に関する潜在的リスクを生じさせる欠点がある。それゆえ、これらの部品を適正に取り付け、フィットさせるために、十分に注意を払わなければならない。

他方で、カスタムメイドの部品はハンドメイドで製造しなければならず、それによって非常に高価となる。他の欠点は、ハンドメイド部品は典型的に、基礎的な形状から相互に溶接され、それによって、特に熱応力を誘導するような季節的熱令サイクルの繰り返しを考えたときに弱点となり得る追加の溶接線が増えるリスクがもたらされる。

既製部品の代替として、いわゆる「液体塗布コーティング」を使用することができる。しかしながら、屋根上のその他のシーリング材、例えばメンブレンとの継ぎ合わせは、塗布が適正な技量に決定的に依存するため、水密性の点で潜在的な弱点となる。

それゆえ、上述の欠点を克服する改良された解決策を提供する必要がある。

本発明の目的は、必要な部品の数に関係なく、迅速且つ費用効率の良い方法で製造できる、カスタマイズされた屋根用単一部品を提供する方法を提供することである。

驚くべきことに、これらの目的は特許請求項１の特徴により達成できることがわかった。それゆえ、本発明の中核は、屋根要素をシールするための屋根用単一部品の製造方法であり、この方法は、以下の工程を含む：
（ａ）シールされる屋根要素のデジタルモデルを提供し、かつ／又は取得すること；
（ｂ）このデジタルモデルに基づいて、屋根要素の外形にフィットする屋根用単一部品を付加製造により製造すること。

予想通り、シールされる屋根要素のデジタルモデルの取得と付加製造との組み合わせにより、屋根要素に完璧にフィットし、それと同時に費用対効果が高く、費用効率のよい方法で生産できる屋根用単一部品を製造することが可能となる。製造は実際の屋根要素のデジタルモデルに基づいているため、その屋根要素のすべての特性が屋根用単一部品に取り込まれる。

特に、本発明の方法により、非常に複雑な形状の屋根用単一部品であってもワンピースで製造できる。これらの屋根用単一部品は溶接線又は接着剤による結合部分を含まないため、水密性が問題とならない。

全体として、本発明の方法は、個別化された屋根用単一部品の効率的な製造方法を提供する。これらの部品は、基本的な専門知識を有する誰にでもジャストインタイムに製造できる。それゆえ、特別な技術的教育は不要である。

さらに、付加製造による屋根用単一部品の製造により、１つの部品をごく低コストで製造できる。特に、１部品あたりのコストは基本的にロッドサイズに無関係である。また、屋根用単一部品は、大規模屋根領域をシールするために典型的に使用されるタイプのメンブレンと同等の品質を確実に提供することができる。

本発明の追加の態様は、さらなる独立請求項の主題である。特に好ましい実施形態は、説明及び従属請求項全体を通じて概説される。

発明を実施するための方法
本発明の第一の態様は、屋根要素をシールするための屋根用単一部品の製造方法に関し、この方法は、以下の工程を含む：
（ａ）シールされる屋根要素のデジタルモデルを提供し、かつ／又は取得すること；
（ｂ）このデジタルモデルに基づいて、屋根要素の外形にフィットする屋根用単一部品を付加製造により製造すること。

好ましくは、屋根要素は建物の屋根要素である。

「付加製造（積層造形）」という用語は、３次元の物体又は成形体が材料を選択的に３次元で堆積、塗布、及び／又は固化させることにより製造される方法を指す。このプロセスでは、材料の堆積、塗布、及び／又は固化は特に、製造される物体のデータモデルに基づいて、特に層ごとに行われる。付加製造方式では、各物体は典型的に１つ又は複数の層から製造される。通常、物体は無形の材料（例えば、液体、粉体、細粒、ペースト等）及び／又は中間的な形状の材料（例えば、バンド、ワイヤ）を使って製造され、これらには特に化学的及び／又は物理的加工（例えば、溶融、重合、焼結、硬化、焼き入れ）が施される。

付加製造方式はまた、「ジェネラティブマニュファクチャリング方式」、「付加製造」又は「３Ｄプリンティング」等の用語を使っても呼ばれる。未加工の物体から材料を成型／鋳造又は切削／機械加工することを通じた物体創出に基づく従来の技術と比較して、付加製造又は３Ｄプリンティング技術がとる製造のためのアプローチは基本的に異なる。付加製造で使用されるプロセスは、もともとインクジェット印刷技術から着想を得ており、それが他の材料による３次元へと拡張されたものである。各物体の設計を、製造コストを増大させずに変えることができ、幅広い製品のためのテイラーメイドの解決策が提供される。

「デジタルモデル」とは、実際の物体、すなわち屋根要素のデジタル表現を意味し、これはその物体の形状を正確に模写する。典型的に、デジタルモデルはコンピュータ可読データストレージ内、特にデータファイル内に保存される。データファイルフォーマットは例えば、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイルフォーマット、Ｇ－コード（ＲＳ－２７４と呼ばれる）ファイルフォーマット、及び／又はＳｔｌファイルフォーマットとすることができる。特に、デジタルモデルは、屋根要素の少なくとも外形のデジタル表現である。

特に、屋根要素は、屋根の縁石、屋根のドレイン、屋根のエッジ、屋根の伸縮継手、屋根の胸壁、屋根の貫通物、屋根の枕木、屋根のつなぎ目、屋根のコーナー、屋根のタイイン、及び／又は屋根の壁である。

特に、屋根用単一部品（ｒｏｏｆｉｎｇ ｄｅｔａｉｌ ｐａｒｔ）は、屋根要素のための、特に、屋根の縁石、屋根のドレイン、屋根のエッジ、屋根の伸縮継手、屋根の胸壁（ｐａｒａｐｅｔ ｗａｌｌ）、屋根の貫通物（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）、屋根の枕木（ｓｌｅｅｐｅｒ）、屋根のつなぎ目（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）、屋根のコーナー、屋根のタイイン（ｔｉｅ－ｉｎ）、及び／又は屋根の壁（ｗａｌｌ）のための、カバー、フード、キャップ、又は擁壁（ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ）である。

工程（ｂ）において、制御システムを使って付加製造プロセスを制御するためのデジタルモデルから制御データを生成することができる。このような種類の制御システムはよく知られており、市販されている。制御システムは、付加製造機器、例えば３Ｄプリンタの一部とすることも、又は別のデータ処理ユニット、例えばコンピュータシステムの一部とすることもできる。

本発明の方法の工程（ｂ）において屋根用単一部品を製造する際、デジタルモデルは付加製造による屋根用単一部品を製造するための基礎とされる。特に、屋根用単一部品は、内側形状がデジタルモデルのネガ型に対応するように製造される。

特に、工程（ｂ）において、製造される屋根用単一部品の別のデジタルモデルが生成され、この別のデジタルモデルは屋根要素のデジタルモデルに基づいて計算される。別のデジタルモデルは例えば、屋根要素のデジタルモデルの外面を取り出し、屋根用単一部品の別のデジタルモデルの内面としてネガ型を持つ表面を生成することによって取得できる。屋根用単一部品の別のモデルの外面は例えば、別のデジタルモデルの内面の背後の領域に特定の壁厚を付加することにより生成できる。

好ましくは、工程（ａ）において、屋根要素のデジタルモデルは屋根要素の３Ｄスキャニングにより得られる。３Ｄスキャニングは、実世界物体、例えば屋根要素を解析して、その形状に関するデータを収集するプロセスである。収集されたデータはその後、その物体のデジタルモデルを構築するために使用できる。それにより、制御システムを使って、収集されたデータからデジタルモデルを生成できる。制御システムは、３Ｄスキャナの一部とすることも、又は別のデータ処理ユニット、例えばコンピュータシステムの一部とすることもできる。

３Ｄスキャニングでは、実際の屋根要素を屋根の上で直接スキャンできる。これによって、デジタルモデルがシールされる実際の屋根要素の正確な表現となる。全体として、３Ｄスキャニングと付加製造、特に３Ｄプリンタとの組み合わせにより、個別の屋根用単一部品を高い精度で製造するための効率的な方法が提供される。

しかしながら、原理的には、屋根要素の長さと角度のすべてを手で測定して、デジタルモデルをモデリングソフトウェアにより手作業で生成することによってデジタルモデルを得ることも可能である。それでも、これは時間がかかり、エラーがより生じやすい。

３Ｄプリンティングに使用できる様々な３Ｄスキャナが市販されている。好ましくは、屋根要素のスキャニングはハンドヘルド及び／又はポータブル３Ｄスキャナを使って行われる。ハンドヘルド及び／又はポータブル３Ｄスキャナは複雑な設備を必要とせず、シールされる屋根要素の迅速で容易なスキャニングが可能となる。

好ましくは、３Ｄスキャナは長さが１ｃｍ～２０ｍ、特に２０ｃｍ～１０ｍの物体を捕捉するように設計される。

特に、３Ｄスキャナは非接触３Ｄスキャナである。この種類のスキャナはある種の放射、例えば光、超音波、又はＸ線を発出して、その反射又はスキャンされる物体を透過した放射を検出することにより物体を探査する。

例えば、３Ｄスキャナは、ロシアＶａｒｓｈａｖｓｋｏｅＳｈ．３３，ＭｏｓｃｏｗのＴｈｏｒ３ｄ社による「キャリブリ３ｄスキャナ」型スキャナである。

好ましくは、付加製造は３Ｄプリンティングによって、特にＦＤＭ（ｆｕｓｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ：溶融積層モデリング）又はＦＰＦ（ｆｕｓｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：溶融粒子造形）によって行われる。ＦＤＭは、通常、熱可塑性材料の連続フィラメントを使用するプロセスである。ＦＰＦはＦＤＭと似ているが、これは供給材として連続フィラメントではなく粒子、例えば細粒を使用する。ＦＰＦは、ＦＧＦ（ｆｕｓｅｄ ｇｒａｎｕｌａｒ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：溶融細粒造形）とも呼ばれる。

それによって、フィラメントは移動する加熱プリンタ押出しヘッドを通じて送給されて、製造中の物体上に堆積される。プリンタ押出しヘッドは、コンピュータ制御下で移動されて、印刷される形状を画定する。通常、ヘッドは２次元で移動されて、一度に少なくとも１つの水平面、すなわち層を堆積させる。物体及び／又はプリンタ押出しヘッドはその後、少量だけ縦方向に移動されて、新しい層に着手する。

本発明の方法において使用できる様々な３Ｄプリンタが市販されている。

好ましくは、屋根用単一部品はプラスチック材料から、特に熱可塑性材料から製造される。特に、プラスチック材料の融点は１２０℃～３００℃、好ましくは１４０℃～２５０℃である。

特に、プラスチック材料は、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、及び／又はケトンエチレンエステル（ＫＥＥ）から選択される。

これらの材料は、酸化防止剤、フィラー、顔料、補強材料、及び／又はさらなる熱可塑性ポリマーと調合され得る。補強材料は、繊維、例えば炭素繊維、ポリエチレン繊維、及び／又はガラス繊維から選択され得る。さらなる熱可塑性ポリマーは好ましくは、融点が５０℃～３００℃、好ましくは８０℃～２５０℃である。

プラスチック材料、特に熱可塑性材料の屋根用単一部品は、例えばメンブレン等の屋根用の通常のシーリング材料に最もよく適合する。具体的には、熱可塑性材料から製作された屋根用単一部品は、熱可塑性メンブレンと容易に溶接して、水密性の継ぎ合わせを実現できる。

特に、屋根用単一部品は、シングルプライ構造で製造される。このような構造は物理的に安定であり、付加製造で確実な方法で製造できる。

より好ましくは、屋根用単一部品はモノリシック部品である。モノリシック部品の場合、溶接線等により生じる漏出のリスクがない。それゆえ、モノリシック部品は、相互に接合される複数の部分からなる部品よりはるかに信頼性が高い。

特に、製造される屋根用単一部品の壁厚は０．１～１０ｍｍ、特に１～５ｍｍである。このような部品は、物理的に安定で、水密性を有する一方で、取り付けるのに十分な柔軟性を有することがわかった。しかしながら、特定の用途においては、これら以外の壁厚の屋根用単一部品も適当であり得る。

本発明のさらなる態様は、以下の工程を含む屋根要素をシールする方法に関する：
（ｉ）上述の本発明の方法を実行して、屋根要素にフィットする屋根用単一部品を得ること；
（ｉｉ）屋根用単一部品を屋根要素に取り付けること；
（ｉｉｉ）任意選択的に、取り付けられた屋根用単一部品を屋根の別のシーリング要素と、特に熱溶接により接合すること。

工程（ｉｉｉ）において、別のシーリング要素は例えば、屋根の主要領域の別の屋根用単一部品及び／又はシーリング材料、例えばメンブレン及び／又は防水シートとすることができる。

この方法により、屋根領域全体を、水密状態に相互接合されるシーリング材料と屋根用単一部品でシールできる。

好ましくは、屋根用単一部品の材料は、それを別のシーリング要素に熱溶接できるように選択される。特に、屋根用単一部品と別のシーリング要素のどちらも熱可塑性材料、好ましくは前述のような材料から製作される。

しかしながら、特殊な用途に関しては他の組合せも適しているかもしれない。熱溶接の代わりに、又はそれに加えて、例えば接着剤による結合及び／又はクランピング等、別の結合方法も使用され得る。

本発明のさらなる有利な構成は、例示的実施形態から明らかとなる。

実施形態を説明するために使用される図面は以下のとおり。

平屋根の、メンブレンを通って延びるダクトを有する部分の、ダクトを３Ｄスキャナによりスキャンして、ダクトのデジタルモデルを得る概略図である。 図１のデジタルモデルに基づく屋根用単一部品の３Ｄプリンティングプロセスの概略図である。 図２の屋根用単一部品がダクトに取り付けられ、屋根用単一部品がメンブレンと熱溶接されて、水密接合部が生成された後の図１の平屋根部分の概略図である。 多くのルーフィングメンブレン小片を用いる平屋根の複雑な形状のコーナーのモデルの先行技術によるシーリング方式である。 図４のモデルコーナーの３Ｄスキャンである。

図中、同じコンポーネントには同じ参照記号が付されている。

例示的実施形態
図１の左側に平屋根の一部が示されている。具体的には、熱可塑性メンブレン２が、垂直方向に延びる円筒形のダクト１の形態の屋根要素を有する平屋根の上に配置されている。図１の状況では、ダクト１はメンブレン２の円形の開口２．１を通って延びている。

ポータブル３Ｄスキャナ３を利用して、ダクト１がレーザ光４でスキャンされ、ダクト１の形状に関するデータが収集される。収集されたデータはスキャナ３の制御ユニット内で処理され、データファイル５の中にダクト１のデジタルモデル６として保存される。例えば、データファイル５のファイルフォーマットはＣＡＤファイルフォーマットである。

図２に示されるように、ダクト１のデジタルモデル６を含むデータファイル５は３Ｄプリンタ７に転送される。３Ｄプリンタ７の制御ユニット８の中で、ダクト１にフィットする屋根用単一部品の別のデジタルモデル１０がダクト１のデジタルモデル６に基づいて生成され、別のデータファイル９の中に保存される。それによって、ダクト１のデジタルモデル６の外面のネガ型は屋根用単一部品の別のデジタルモデル１０の内面に対応する。

別のデジタルモデル１０に基づいて、３Ｄプリンタ７の制御ユニット８は、ダクト１にフィットする屋根用単一部品１２を製造するプリントヘッド１１のための制御データを生成する。プリンティングに使用される材料は、融点が例えば１６０°の熱可塑性ポリマーである。図２の右側にあるように、屋根用単一部品１２は上端が閉じ、下端が開放するモノリシックの中空円筒体である。

屋根用単一部品１２が用意されると、これは図３に示されるようにダクト１に取り付けることができる。それによれば、屋根用単一部品１２は開口２．１の領域のメンブレン２と熱溶接によって全周が接合されて、屋根用単一部品１２とメンブレン２との間の水密接合が提供される。

図４は、平屋根の複雑な形状のコーナーのモデルの先行技術によるシーリング方式を示す。それによれば、コーナーはルーフィングメンブレンの幾つかの小片により被覆され、それらが熱溶接により接合されることになる。それゆえ、この方式では水密性に関する幾つかの脆弱スポット（溶接ライン）のある「継ぎはぎの」カバーが得られる。

図５は、図４のモデルコーナーの３Ｄスキャンを示す。図１～３に示される手順と同様に、収集されたデータは、合成してコーナーのデジタルモデルを得るために使用され、次にそのモデルは３Ｄプリンティングシステムに供給され、システムは適当な熱可塑性組成物を使ってモノリシックの単一化部品を生成する。

このように、当業者は、本発明をその主旨又は基本的特性から逸脱せずに他の特定の形態でも実施することができるとわかるであろう。したがって、本明細書で開示される実施形態は、あらゆる点において例示的であって限定的ではないとみなされる。

Claims (14)

1. 以下の工程を含む、屋根要素（１）をシールするための屋根用単一（１２）部品の製造方法：
   （ａ）シールされる屋根要素（１）のデジタルモデル（６）を提供し、かつ／又は取得すること；
   （ｂ）前記デジタルモデル（６）に基づいて、前記屋根要素（１）の外形にフィットする屋根用単一部品（１２）を付加製造により製造すること。
2. 工程（ａ）において、前記屋根要素（１）の前記デジタルモデル（６）を前記屋根要素の３Ｄスキャニングによって得る、請求項１に記載の方法。
3. 前記屋根要素（１）の前記スキャニングを、ハンドヘルド及び／又はポータブル３Ｄスキャナ（３）を用いて行う、請求項１又は２に記載の方法。
4. ３Ｄプリンティングによって、特に、溶融積層モデリング（ＦＤＭ）又は溶融粒子造形（ＦＰＦ）によって付加製造を行う、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記屋根用単一部品（１２）を、プラスチック材料から、特に熱可塑性材料から、特に熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、及び／又はケトンエチレンエステル（ＫＥＥ）から製造する、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記プラスチック材料がさらに、酸化防止剤、フィラー、顔料、補強剤、及び／又はさらなる熱可塑性ポリマーを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記屋根用単一部品をシングルプライ構造で製造する、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 製造される前記屋根用単一部品（１２）の壁厚が、０．１～１０ｍｍ、特に１～５ｍｍである、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 工程（ｂ）において、前記屋根用単一部品（１２）を、前記屋根要素（１）の前記デジタルモデル（６）のネガ型に対応する内面形状を有するように製造する、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記屋根用単一部品（１２）の前記製造を行い、それによって、前記屋根用単一部品（１２）の外面が前記屋根要素の前記外面と同様であるように、特に、前記屋根用単一部品（１２）の前記外面が前記屋根要素（１）の前記外面の均一にスケーリングされた形状を呈するようになっている、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
11. 工程（ｂ）において、前記屋根要素（１）の前記デジタルモデル（６）に基づいて、製造される前記屋根用単一部品（１２）のさらなるデジタルモデル（１０）を生成する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 以下の工程を含む、屋根要素（１）のシーリング方法：
    （ｉ）請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法を実行して、前記屋根要素（１）にフィットする屋根用単一部品（１２）を得ること；
    （ｉｉ）前記屋根用単一部品（１２）を前記屋根要素（１）に取り付けること；
    （ｉｉｉ）任意選択的に、前記取り付けられた屋根用単一部品（１２）を屋根の別のシーリング要素（２）と、特に熱溶接により接合すること。
13. 前記屋根要素（１）が、屋根の縁石、屋根のドレイン、屋根のエッジ、屋根の伸縮継手、屋根の胸壁、屋根の貫通物、屋根の枕木、屋根のつなぎ目、屋根のコーナー、屋根のタイイン、及び／又は屋根の壁である、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記屋根用単一部品（１２）が、屋根要素のための、特に、屋根の縁石、屋根のドレイン、屋根のエッジ、屋根の伸縮継手、屋根の胸壁、屋根の貫通物、屋根の枕木、屋根のつなぎ目、屋根のコーナー、屋根のタイイン、及び／又は屋根の壁のための、カバー、フード、キャップ、又は擁壁である、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。

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