JP6577955B2 - 部品形状を個別に適合させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、部品形状を個別に適合させる方法に関する。

異なる部品の個別生産と同一部品の連続生産または大量生産では、必要な工場、製造可能な異なる型の数、および関連する（部品）コストについて大きな違いがあるのが常である。個別生産により少数の部品を資本コストが抑えられる傾向にある工具または工場で生産することができる。この目的のために使用される製造方法は、通常、非常に融通が利き、様々な寸法および／または形状の部品の製造に合わせた迅速な転換ができる。連続生産または大量生産に適した工具または工場は、通常、このような融通が利かない。さらに、それらの工具または工場は、資本コストがかさみがちである。その代わり、同一設計の部品を迅速かつ大量に製造することができる。

個別製造方法と大量生産用の製造方法を互いに組み合わせることは、上記のような違いから難しい可能性がある。このような目的の矛盾は、これらの２つの製造方法から１つを選ぶことでしか解決することができないことが多い。その決定は、部品数、製造できる異なる型の数等、上記の要件に基づいてなされることが多い。しかし、部品の生産においては、多数の製造を意図している場合であっても、異なる型または異なる形状での製造を意図することがあるという特有の課題が生じる。

大量生産と個別生産の原理を互いに組み合わせる解決策が先行技術から知られている。これらの解決策とは、モジュラー設計やプラットフォーム設計等である。しかし、これらの知られている解決策には、個別の設計パラメータの自由度が非常に小さいという欠点がある。その結果、個別化の達成度が非常に低くなる。

このような背景に対して、本発明は、異なる外形の部品であっても費用対効果の大きい方法で多数製造できるように、冒頭に記載し詳細に上記した方法を改善および改良することを目的としている。

この目的は、請求項１に記載の方法により達成される。

本発明の方法は、部品形状を個別に適合させるためのものであり、ａ）部品製造用の基礎材料を供給するステップと、ｂ）少なくとも１つの統一化製造方法を選択するステップと、ｃ）統一化製造方法により、外形的に同一の基本形状である部品を製造するステップと、ｄ）少なくとも１つの個別化製造方法を選択するステップと、ｅ）個別化製造方法により、部品形状を少なくとも２つの異なる最終形状に適合させるステップとを含む。本発明の方法において、統一化製造方法は個別化製造方法とは異なる。さらに、本発明の方法において、各部品の最終形状は基本形状とは異なる。

ステップａ）では、部品製造用に適した基礎材料を選択するという目的が果たされる。ステップｂ）では、少なくとも１つの適した統一化製造方法が選択され、それにより、ステップｃ）で外形的に同一の基本形状である部品が製造される。統一化製造方法は、同一の標準形状である部品の製造に特に適した製造方法であると理解される。プレス工具（外形に関する工具）等の剛性で変形しない工具等に特に適しているであろう。よって、このような方法は、同一設計の部品の連続生産または大量生産に特に適している。

次に、ステップｄ）で少なくとも１つの個別化製造方法が選択され、それにより、最終的にステップｅ）で部品形状が少なくとも２つの異なる最終形状に適合される。個別化製造方法は、異なる最終形状の部品の製造に特に適した製造方法であると理解される。使用される工具の形状および／または可動性により、非常に多数の異なる部品形状の加工および製造が可能になる場合（最終的な外形が決まっていない工具）等に特に適しているであろう。よって、このような方法は、異なる外形の部品の個別生産に特に適している。

よって、本発明の方法は、連続生産または大量生産に適した製造方法と個別生産に適した製造方法との組み合わせからなるものである。よって、全体としては、個別大量生産のためのハイブリッド製造方法が含まれる。記載の方法は、類似はしているが同一ではない外形の部品の製造に特に有利である。このような部品の場合、形状が類似しているため、２番目の個別化製造工程は非常に単純になり費用対効果が大きくなるであろう。このような部品の例としては、足場や橋等の支持用の骨組みに用いられるパイプの接続をする接続要素等が挙げられる。本方法の別の使用可能な分野は、自動車産業におけるプラットフォーム戦略等の領域にある。さらに、本方法は、製品を体の輪郭に人間工学的に合わせるためにも使用できる（座面や家具等）。最後に、本方法により設計上の要望に応えることもできる。

本方法による改善によると、部品製造用の基礎材料は、金属板、特に鋼板またはアルミニウム板である。金属板は非常に容易に成形できるため、様々な形状の部品を製造することができる。

本発明によるさらなる改良では、ステップｂ）およびｃ）において、少なくとも２つの異なる統一化製造方法が選択および使用される。代替的にまたは付加的に、ステップｄ）およびｅ）において、少なくとも２つの異なる個別化製造方法が選択および使用されてもよい。複数の統一化製造方法を使用することにより、非常に複雑な部品外形であっても実現することができる。一連の統一化製造方法には、深絞り工程および切断工程等が含まれてもよい。また、個別化製造方法は融通が利くため、前記の方法のうちの１つのみを用いて異なる最終形状の部品を実現することもできる。しかし、２つ以上の個別化製造方法を選択することには、個別化製造方法を部品の最終形状の構成や形態に合わせて非常に容易に適合させることができるという利点がある。さらに、複数の異なる個別化製造方法により、通常、全体として製造できる異なる型の数が増える。一連の個別化製造方法には、曲げ加工工程および３Ｄ切断工程等が含まれてもよい。

本方法によるさらなる改善では、部品が、少なくとも２つの接続点を備える、支持構造の接続要素である。支持構造の接続要素は、いくつかの種類（隅部材やＴ形部材等）に分類することができ、同じ種類のものは互いにほんの少ししか違いがない。支持用の骨組みの支持幅、ピッチ角、傾斜、または半径の違い等により、外形的差異が必要とされることがある。記載の方法によると、大量生産手段により各種の基本形状の部品を妥当なコストで多数製造し、個別化再加工により基本形状を要求に合わせて個々の要件に適合させることができる。よって、本方法は、支持構造の接続要素等の類似の外形の部品を製造する場合に、特に有利である。接続点はパイプやロッドの接続のためのものであるため、円形に設計されていることが好ましい。あるいは、接続点は既定の輪郭形状であってもよい。輪郭形状は、少なくとも１つの個別化製造方法により作られることが好ましい。個別の輪郭形状により、特定の輪郭の端部のみを接続部品と接続することができ、接続ミスをなくすことができる（「鍵と鍵穴の原理」または「ポカよけの原理」）。

この改善に関して、ステップｅ）において、接続要素の少なくとも１つの接続点の形状および／または向きが適合されることがさらに提案される。接続点の形状を適合することにより、異なる形状および寸法のパイプまたはロッドを接続要素に接続することができる。一方、接続点の向きを変えることで、該接続点で接続されたパイプまたはロッドの方向が変わり、支持用の骨組みの様々な設計が可能になる。少なくとも２つのまたは全ての接続点の形状および／または向きを適合することが好ましい。

本発明のさらなる教示では、打ち抜き、プレス加工、またはハイドロフォーミングが統一化製造方法として使用される。これらの製造方法は、連続生産または大量生産に特に適している。これらの製造方法を外形に関する工具（打ち抜き用またはプレス加工用の型等）による製造のために使用すると、資本コストが非常にかさむが、同一形状の部品を安価に非常に多数製造することができる。

本発明によるさらなる改良によると、外形が決まっていない成形方法を個別化製造方法として使用することが提案される。輪郭曲げ加工、特に関節型心棒を用いた輪郭曲げ加工、インクリメンタルフォーミング、および弾性の型を用いた成形が特に適している。これらの成形方法は、個別化生産に特に適している。可動式、可撓性、または弾性の工具の使用に特に適している。

関節型心棒または他の自由形状の曲げ装置を用いた輪郭曲げ加工は、可動式関節型心棒を中空の輪郭に挿入し、内部から部品を曲げたり変形させたりできるため、中空の部品の製造に特に有利に使用できる。心棒での部品の塑性変形の方法は、ＤＥ １０ ２００９ ０２５ ９８５ Ａ１や、ＤＤ ２９６ ８６５ Ａ５等から知られている。

インクリメンタルフォーミングでは、加圧心棒が所定の経路を移動することにより、固定および加熱された部品の成形が行われる。加圧心棒は、部品の表面を移動しながら回転することが好ましい。加圧心棒が複合工作機械またはロボットにより頻繁に制御されるため、インクリメンタルフォーミングはロボフォーミングと呼ばれることもある。インクリメンタルフォーミングは、加圧心棒が部品の表面に容易に接触できるため、金属板等の平坦な部品の加工または成形に特に有利に使用できる。

弾性の型を用いた成形は、２つの異なる硬度の相互に作用する工具により行われ、硬度が高い方の工具（金属パンチ等）が、加工品を硬度が低い方の弾性可縮工具（エラストマー製の下方の面または土台等）に押しこんで処理する。この作業中、柔軟な方の工具は変形して硬い方の工具の形状に適合するため、両工具間で押される加工品もまた、硬い方の工具の形状に実質的に適合する。弾性の型を用いた成形も、２つの工具が部品の表面に容易に接触できるため、金属板等の平坦な部品の加工または成形に特に有利に使用できる。

本発明によるさらなる改善によると、付加的生産方法、特に肉盛溶接を個別化製造方法として使用することが提案される。これらの方法も、使用される（溶接）工具を非常に様々な方式で頻繁に動かすことができ、非常に複雑な外形であっても作ることができるため、個別化生産に特に適している。付加的肉盛方法の利点は、純粋な成形に加えて付加的な機能を実現できることである。このような方法により、（回転防止等のための）輪郭断面の変更や留め具の形成等が可能になる。肉盛溶接法は、ＥＰ ０ ４９６ １８１ Ａ１や、ＷＯ ２００４／０６５０５２ Ａ１等から知られている。

最後に、本発明によるさらなる改良によると、ステップｃ）およびｅ）が同じ工場内で実施される。ステップｃ）は少なくとも１つの統一化製造方法に関し、一方、ステップｅ）は少なくとも１つの個別化製造方法に関する。統一化製造方法および個別化製造方法が同じ複合工場内で実施されることにより、非常にコンパクトな空間で製造を行うことができる。

本発明の方法による第１の改善を示す概略図である。 本発明の方法による第２の改善を示す概略図である。 本発明の方法による支持構造の接続要素の製造における異なるステップを示す図である。 本発明の方法による支持構造の接続要素の製造における異なるステップを示す図である。 本発明の方法による支持構造の接続要素の製造における異なるステップを示す図である。

以下、１つの好ましい例示的実施形態を示す図面を参照しながら本発明についてより詳細に説明する。

図１は、本発明の方法による第１の改善を示す概略図である。ステップａ）では、部品製造用の基礎材料が供給される。該基礎材料は、金属板、特に鋼板またはアルミニウム板であってもよい。ステップｂ）は、統一化製造方法、すなわち同一の標準形状である部品を製造する製造方法の選択に関する。ステップｃ）では、予め選択された統一化製造方法により、部品が加工または製造される。ステップｂ）およびｃ）の統一化製造方法は、打ち抜き、プレス加工、またはハイドロフォーミング等である。ステップａ）からｃ）の結果、同一の標準形状である部品ができる。同一の標準形状はまだ最終形状ではないため、基本形状とも呼ばれる。

図１に示されている方法による改善の場合、ステップｄ）で、個別化製造方法、すなわち異なる最終形状の部品を製造する製造方法が選択される。最後に、ステップｅ）は、予め選択された個別化製造方法による部品形状の適合に関する。ステップｄ）およびｅ）の個別化製造方法は、輪郭曲げ加工、特に関節型心棒を用いた輪郭曲げ加工、インクリメンタルフォーミング、または弾性の型を用いた成形等の成形法である。代替的にまたは付加的に、ステップｄ）およびｅ）の個別化製造方法は、付加的生産方法、特にレーザー肉盛溶接等の肉盛溶接であってもよい。ステップｄ）およびｅ）の結果、異なる最終形状の部品ができる。

図１に示されている方法による改善の場合、個別化製造方法は１つしか選択および使用されないが、この製造方法により、部品の個別の異なる最終形状が実現される。図１に示されている方法による改善の場合、および好ましい限りにおいて、ステップｅ）では、合計２つの異なる最終形状を有する部品が個別化製造方法により製造される。あるいは、ステップｅ）で、３つ以上の異なる最終形状を個別化製造方法により実現することもできる。

図２は、本発明の方法による第２の改善を示す概略図である。図１に関連して既に記載した方法のステップが、図２において対応する参照符号を付して示されている。本方法のステップａ）からｃ）は、図１に示されている方法による第１の改善に対応するため、ここでも初めは同一の標準（基本）形状である部品が得られる。しかし、図２に示されている方法による第２の改善のその後のステップは、図１に示されている方法による第１の改善とは異なる。第１の違いは、ステップｄ’）において、１つだけではなく２つの異なる個別化製造方法が選択されることである。しかし、適している製造方法の群は、先に記載したものと同じである。さらなる違いは、ステップｅ’）およびｅ’’）において、１つだけではなく２つの異なる予め選択された個別化製造方法により、部品の形状が適合されることである。方法のステップｄ’）、ｅ’）、およびｅ’’）の結果、異なる最終形状の部品ができる。ステップｄ’）で選択された各製造方法により、部品の個別の異なる最終形状が実現される。図２に示されている方法による改善の場合、および好ましい限りにおいて、２つの異なる最終形状を有する部品が、ステップｅ’）およびｅ’’）の各個別化製造方法により製造されるため、合計４つの異なる最終形状が実現される。あるいは、３つ以上の異なる最終形状をステップｅ’）およびｅ’’）の各個別化製造方法により作り、これにより、合計６つ以上の最終形状を実現することもできる。また、２つのステップｅ’）およびｅ’’）により、部品を連続して加工することもできる。これについては、２つのステップをつなぐ矢印により図２において示されている。

図３ａから図３ｃには、本発明の方法により支持構造の接続要素７を製造するための異なるステップが示されている。図３ａには、寸法に合わせて切断されたまたは打ち抜かれた金属板である基礎材料１が示されている。基礎材料１は、Ｔ形に設計されているため、３つの端部２、３、４を有している。２つの端部２、３は、互いに対向するように共通の縦軸５上に並んでいる。第３の端部４は、縦軸５に直角な横軸６上にある。図３ａの基礎材料１は、プレス加工または深絞り作業により成形されるため、半殻（部品の半分）（図３ａには図示されず）が製造される。その後、複数の半殻が、溶接法等の接合作業により互いに接合される。半殻同士を接合することにより、図３ｂに例示されている、支持構造の接続要素７が製造される。溶接の継ぎ目８が接続要素７の接合点のところに見られる。図３ｂに示されている接続要素７は、この例ではパイプ（図示されず）の接続用の円形の開口部である３つの接続点９を有している。接続点９は、端部２、３、４の領域に設けられ、足場等の支持構造を形成するために、接続要素７による複数のパイプの接続を可能にする。図３ｂに示されている段階までは、統一化製造方法のみが使用されるため、全ての接続要素７が図３ｂに示されている標準基本形状を有する。

標準基本形状（図３ｂ）から個別最終形状（図３ｃ）に変形させるために、接続要素７を個別化製造方法により加工する。この目的のためには、図３ｂおよび図３ｃに示されている接続要素７が中空であるため、特に関節型心棒を用いた輪郭曲げ加工が適切である。この目的のために、心棒（図３ｂおよび図３ｃには図示されず）を縦軸５上の２つの接続点９に挿入して下方に曲げることにより、接続要素７の２つの対向する端部２、３の領域で接続要素７の塑性変形が起こる。この結果、２つの対向する接続点９は、元の縦軸５に対して角度α傾斜した縦軸５’を通ることになる。図３ｃに示されている状態では、両側において角度αが同じであるが、異なる傾斜角αが設定されてもよい。角度αは５°から２５°の範囲であることが好ましい。一方、上側の第３の接続点９の領域では、接続要素７を変形させていないため、上側の接続点９は引き続き横軸６上にある。本方法を実施した後に、隔壁板の導入等により接続要素７の剛性をさらに増すことができる。

個別化製造方法の使用により、連続生産または大量生産された同一の基本形状である大量の接続要素７（図３ｂ）から、異なる最終形状の少量の接続要素７（図３ｃ）を要求に応じて製造することができる。異なる傾斜角αを個別に設定すること等により、異なる最終形状を実現することができる。本発明の構想は、支持構造の接続要素７に限定されるものではなく、他の部品の製造にも適用することができる。

１ 基礎材料
２、３、４ 端部
５、５’ 縦軸
６ 横軸
７ 部品、特に接続要素
８ 溶接の継ぎ目
９ 接続点
α 角度

Claims (9)

1. 少なくとも２つの接続点（９）を含む支持構造の接続要素（７）の形状を個別に適合させる方法であって、
   ａ）前記接続要素（７）の製造用の基礎材料（１）として金属板を供給するステップと、
   ｂ）打ち抜きまたはプレス加工のうちから少なくとも１つの統一化製造方法を選択するステップと、
   ｃ）前記統一化製造方法により、外形的に同一の基本形状である前記接続要素（７）を製造するステップと、
   ｄ）輪郭曲げ加工、インクリメンタルフォーミング、弾性の型を用いた成形、または付加的生産のうちから少なくとも１つの個別化製造方法を選択するステップと、
   ｅ）前記個別化製造方法により、前記接続要素（７）の形状を少なくとも２つの異なる最終形状に適合させるステップと
   を含み、
   − 前記統一化製造方法は前記個別化製造方法とは異なり、
   − 各接続要素（７）の前記最終形状はその基本形状とは異なり、
   − ステップｅ）において、前記接続要素（７）の少なくとも１つの接続点（９）の形状および／または向きが適合され、
   − ステップｄ）およびｅ）において、少なくとも２つの異なる個別化製造方法が選択および使用される方法。
2. 前記輪郭曲げ加工が、関節型心棒を用いた輪郭曲げ加工として行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも２つの接続点（９）を含む支持構造の接続要素（７）の形状を個別に適合させる方法であって、
   ａ）前記接続要素（７）の製造用の基礎材料（１）として金属板を供給するステップと、
   ｂ）打ち抜きまたはプレス加工のうちから少なくとも１つの統一化製造方法を選択するステップと、
   ｃ）前記統一化製造方法により、外形的に同一の基本形状である前記接続要素（７）を製造するステップと、
   ｄ）輪郭曲げ加工、インクリメンタルフォーミング、弾性の型を用いた成形、または付加的生産のうちから少なくとも１つの個別化製造方法を選択するステップと、
   ｅ）前記個別化製造方法により、前記接続要素（７）の形状を少なくとも２つの異なる最終形状に適合させるステップと
   を含み、
   − 前記統一化製造方法は前記個別化製造方法とは異なり、
   − 各接続要素（７）の前記最終形状はその基本形状とは異なり、
   − ステップｅ）において、前記接続要素（７）の少なくとも１つの接続点（９）の形状および／または向きが適合され、
   − 前記輪郭曲げ加工が、関節型心棒を用いた輪郭曲げ加工として行われる方法。
4. ステップｃ）が、半殻の製造と、その後の前記基本形状を組み立てるための前記半殻の接合作業による互いの接合とを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 少なくとも２つの接続点（９）を含む支持構造の接続要素（７）の形状を個別に適合させる方法であって、
   ａ）前記接続要素（７）の製造用の基礎材料（１）として金属板を供給するステップと、
   ｂ）打ち抜きまたはプレス加工のうちから少なくとも１つの統一化製造方法を選択するステップと、
   ｃ）前記統一化製造方法により、外形的に同一の基本形状である前記接続要素（７）を製造するステップと、
   ｄ）輪郭曲げ加工、インクリメンタルフォーミング、弾性の型を用いた成形、または付加的生産のうちから少なくとも１つの個別化製造方法を選択するステップと、
   ｅ）前記個別化製造方法により、前記接続要素（７）の形状を少なくとも２つの異なる最終形状に適合させるステップと
   を含み、
   − 前記統一化製造方法は前記個別化製造方法とは異なり、
   − 各接続要素（７）の前記最終形状はその基本形状とは異なり、
   − ステップｅ）において、前記接続要素（７）の少なくとも１つの接続点（９）の形状および／または向きが適合され、
   − ステップｃ）が、半殻の製造と、その後の前記基本形状を組み立てるための前記半殻の接合作業による互いの接合とを含む方法。
6. 前記接続要素（７）の製造用の前記基礎材料（１）としての鋼板またはアルミニウム板により特徴づけられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. ステップｂ）およびｃ）において、少なくとも２つの異なる統一化製造方法が選択および使用されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 付加的生産方法としての肉盛溶接により特徴づけられる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. ステップｃ）およびｅ）が同じ工場内で実施されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。

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