JP6802385B2 - コンポーネント用の機能的要素を有する半製品、当該半製品から製造されたコンポーネント、およびコンポーネントの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、１つまたは複数の曲げプロセスによって平坦な出発材料から製造される三次元コンポーネントを製造するための半製品に関する。本発明はまた、そのようなコンポーネントを製造する方法および当該コンポーネントも包含する。

例えば、ハウジングまたはユニット用の容器などの外形に応じて予め切断された金属板から折り畳まれるコンポーネントの製造は、従来技術において知られている。

現在の傾向は、例えば、２０１６年８月３０日にオンラインにおいて公開された論文「Ｏｒｉｇａｍｉ ｉｎ ｄｅｒ Ｕｍｆｏｒｍｔｅｃｈｎｉｋ：Ｂｌｅｃｈｅ ｆａｌｔｅｎ」［Ｏｒｉｇａｍｉ ｉｎ ｓｈａｐｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｆｏｌｄｉｎｇ ｍｅｔａｌ ｓｈｅｅｔｓ］（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｌｅｃｈｎｅｔ．ｃｏｍ／ｏｒｉｇａｍｉ−ｉｎ−ｄｅｒ ｕｍｆｏｒｍｔｅｃｈｎｉｋ−ｂｌｅｃｈｅ−ｆａｌｔｅｎ−ａ−５４７５１７／）にも記載されているような、金属板の折り畳み技術の産業利用に向けられている。

独国特許出願公開第１０２００８００７２３９（Ａ１）号、独国特許出願公開第１９２４５３９（Ａ）号、および独国特許出願公開第１０２０１３１０９６１６（Ａ１）号も、従来技術から知られている。

独国特許出願公開第１０２００８００７２３９（Ａ１）号明細書 独国特許出願公開第１９２４５３９（Ａ）号明細書 独国特許出願公開第１０２０１３１０９６１６（Ａ１）号明細書

２０１６年８月３０日にオンラインにおいて公開された論文「Ｏｒｉｇａｍｉ ｉｎ ｄｅｒ Ｕｍｆｏｒｍｔｅｃｈｎｉｋ：Ｂｌｅｃｈｅ ｆａｌｔｅｎ」［Ｏｒｉｇａｍｉ ｉｎ ｓｈａｐｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｆｏｌｄｉｎｇ ｍｅｔａｌ ｓｈｅｅｔｓ］（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｌｅｃｈｎｅｔ．ｃｏｍ／ｏｒｉｇａｍｉ−ｉｎ−ｄｅｒ ｕｍｆｏｒｍｔｅｃｈｎｉｋ−ｂｌｅｃｈｅ−ｆａｌｔｅｎ−ａ−５４７５１７／）

本発明の目的は、折り曲げられたコンポーネントの成形の単純化および寸法的に安定なコンポーネントの確保である。

当該目的は、本発明に係る半製品、当該半製品を成形する方法、およびそれらから製造されたコンポーネントによって達成される。

本発明に係る半製品の場合、三次元コンポーネントを製造するために、少なくとも１つの所定の折り曲げ線を有する金属基板（ｍｅｔａｌ ｂａｓｅ ｐｌａｔｅ）が使用され、当該基板の折り曲げ線の領域における当該折り曲げ線の両側に機能的要素が設けられ、当該基板が当該折り曲げ線に沿って再成形（ｒｅｓｈａｐｅ）されるときに、当該機能的要素は、互いに接触し接続することを可能とする、ことを特徴とする。

これは、機能的要素が折り曲げ線の両側に設けられるため、当該半製品はこの領域において補強され、その結果として、所定の折り曲げ線に沿った再成形が単純化されるという利点を有する。基板として適切な薄い金属板、または対応する折り曲げ線の前処理は、手動による、すなわち、機械を使用しない再成形を可能にし得る。この場合、当該折り曲げ線は、必ずしも、直線状に延在する必要はなく、製造される形状に応じて、湾曲した輪郭を有する折り曲げ線とすることも可能である。当然のことながら、互いに独立して延在する複数の折り曲げ線とすることも可能であり、製造される形状に応じて、交わってもよく、および／または交差してもよい。

さらなる利点は、当該機能的要素の設計の結果として、機械的な制約、例えば、機能的要素の互いに対するおよび／または基板上における折り曲げ線の反対側の領域に対する限界停止が生じ得るために、当該折り曲げ線に沿った再成形の程度を、当該機能的要素によって予め規定することができるという点である。これも、道具を用いない、または簡単な道具を用いた再成形を支持する。折り曲げ線に沿った当該機能的要素の形状および／またはサイズは、好ましくは、同じである。特に、湾曲または交差する折り曲げ線の場合、折り曲げ線に沿った当該機能的要素は、連続した、または急峻に変化する断面形状を有していてもよい。機能的要素を有さない部分領域が、折り曲げ線に沿って設けられていてもよい。

また、本発明によれば、これは、当該機能的要素が、互いに掛かり合うことによってフォームフィッティング（ｆｏｒｍ−ｆｉｔｔｉｎｇ）接続を生じるラッチ要素を含んで設けられる。例えば、機能的要素がフックを有し、折り曲げ線に関して反対側の機能的要素が、対応する留め金を有するような設計は、再成形が最小の角度をもたらし、この角度がフォームフィッティング接続によって維持されることを確保する。これはまた、再成形された基板の、変形の弾性部分に起因するスプリングバックの可能性も防ぐ。これは、追加の道具を用いずに、寸法的に安定なコンポーネントを製造することができるという利点を有する。

本発明に係る半製品は、代替的にまたは同様に、接続手段を収容するための表面および／または凹部を当該機能的要素が有することを特徴としてもよい。

接続手段は、様々な異なる設計を含み、したがって、例えば、当該機能的要素は、折り曲げ線の両側において同一に設計してもよく、それに応じて、当該接続手段は、例えば、ラッチ接続の場合、それぞれの側に対応する相手方を対称的に含んでいてもよい。これは、当該機能的要素を同一形状にすることができるという利点を有する。異なる設計がなされた接続手段、例えば、機能的要素の異なる幅または折り曲げ線からの変化する距離など、により、それに応じて、折り曲げ角を様々に調節することが可能である。

接続要素の他の例は、ピン、クランプねじなどといった、固定要素（ｌｏｃｋｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）を含み、これらは、再成形の後に、好ましくはフォームフィッティング方式において、代替的にまたは追加的に、フォースロッキング（ｆｏｒｃｅ−ｌｏｃｋｉｎｇ）方式においても、当該機能的要素を互いに接続する。可能な設計は、例えば、櫛状様式において噛合し、折り曲げ線に対して主に平行な凹部またはギャップを含み、互いに合致して、その中に、当該固定要素が導入されるような、機能的要素を含む。

代替的にまたは追加的に、互いに接触することになる機能的要素の表面は、好ましくは、接続手段として接着剤を使用することにより材料的に接着された接続状態となる接続手段として設けられてもよい。

本発明に係る半製品において、当該基板もまた、機能的要素の側において、プラスチック層によって少なくとも部分的にコーティングされ、当該プラスチック層は、少なくとも、基板と当該機能的要素との間に位置される。換言すれば、当該基板には、当該機能的要素の領域において、連結層としてのプラスチック層が設けられる。プラスチックでコーティングされた基板の利点は、例えば、射出成形、接着剤、または溶接によってプラスチックから製造された機能的要素の、任意的に単純化された接続である。

当該半製品の別の好ましい実施形態において、当該プラスチック層は、基板の表面全体を覆うように広がる。当該出発材料は、当該基板における任意的にトリミングされた形状または位置に関係なくコーティングしてもよいため、これは、基板のための当該出発材料の製造を簡素化する。

連結層としてのプラスチック層の設計の例は、例えば、未審査の特許出願である独国特許出願公開第１０２０１３１０９６１６（Ａ１）号に記載されており、なお、この未審査の特許出願のパラグラフ［０００８］、［０００９］、［００１１］、［００１２］、［００１４］、［００１５］、および［００１７］は、説明の一部として本明細書に組み入れられる。

他の実施形態において、本発明に係る半製品は、機能的要素が、折り曲げ線を横切って延在する柔軟な部分によって接続された形状要素として設計されることを特徴とする。当該機能的要素が、形状要素を成形するためにそれらを相互接続する部分を含む場合、当該機能的要素を基板上に正しく位置決めするためには、そのような特徴は有利である。この形状要素は、折り曲げ線に対応して揃えられてもよく、そのために、任意的に、補助、例えば、ギャップまたは位置決め補助具など、が、当該接続部（ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ）に設けられても良い。当該部分の少なくとも一部は、折り曲げ線の上方に配置され、したがって、再成形の際に変形もされなければならないため、当該部分は、力の追加の負担を最小限に維持するために、少なくとも折り曲げ線の領域では最大限に柔軟であるように設計され、かつ、基板には接続されない。

本発明に係る半製品の他の実施形態において、当該機能的要素は、プラスチック製である。結果として、射出成形または押出成形によって当該機能的要素の複雑な形状または断面外形を製造することは、比較的容易となり得る。さらに、接着剤による接着に加えて、溶接、例えば、超音波溶接など、または噴霧など、の方法も可能であるため、任意的なプラスチック連結層への接続は、単純化され得る。プラスチックは、コストおよび重量の利点も提供する。あるいは、当該機能的要素は、他の材料で製造されてもよい。アルミニウムダイキャストのような金属材料、または木材といった再生材料、ならびに様々な前述の材料の組み合わせによる複合材料でも可能であろう。この材料選択は、当然のことながら、任意の接続手段または固定要素に対して利用可能である。

半製品の他の実施形態は、当該基板が、当該折り曲げ線に沿って、プレエンボス加工されるか、切れ込みを入れられるか、および／または穿孔されることを特徴とする。特に、道具を用いないで、または単純な道具のみを使用して再成形する場合、折り曲げ線の一部に沿った、適切な予備成形、材料の薄肉化および／または材料の弱化により、必要な成形力を減じることができ、その後の折り曲げ端部の位置を事前に決定することができる。

本発明に係る半製品は、他の実施形態において、補強要素が、少なくとも部分的に当該基板上に取り付けられることを特徴とする。大きな表面積を有する半製品またはコンポーネントの場合、特に、当該半製品の基板上に補強要素を設けることは有利である。これらは、例えば、リブとして、または格子構造として設計されてもよい。

本発明に係る半製品はさらに、当該基板が、モノリシックであるかまたは少なくとも１つの金属層を含む多層複合体によって形成されていることを特徴とする。したがって、当該基板は、金属板、特に、鋼板、特に好ましくは、腐食に対する保護層を有する鋼板、あるいは多層複合材料で作製されてもよい。モノリシック材料は、概してより有利であるが、その一方で、複合材料は、減量を可能にし得る。

本発明の別の態様は、本発明に係る半製品で作製された三次元コンポーネントを製造する方法であり、その場合、当該半製品の基板は、折り曲げ線に沿って折り曲げられ、ならびに、当該方法は、当該機能的要素が、再成形の際に接触するようになること、およびフォームフィッティング、フォースロッキング、および／または材料的接着接続が、ラッチ要素によって、および／または接続手段によって、当該機能的要素の間に生じることを特徴とする。

本発明に係る方法の他の実施形態は、再成形の後に、少なくとも１つの固定要素が、フォームフィッティング接続を生じるための接続手段として当該機能的要素中に導入されることを特徴とする。

本発明に係る方法の実施形態は、追加的にまたは代替的に、再成形の前に、接続手段として当該機能的要素の接触面に接着剤が塗布されることを特徴とする。

本発明に係る追加のコンポーネントは、三次元コンポーネントを製造するための、本発明に係る半製品の使用、ならびに機能的要素が互いに接続された、本発明に係る再成形された半製品を含むことを特徴とするコンポーネントである。

本発明のさらなる詳細および特徴は、図面、ならびに縮尺どおりではない概略図を参照した以下の説明から明らかとなる。数字は、単に、図式による例示的実施形態を表している。同一の部品は、同じ参照符号によって識別される。

図１は、本発明に係る半製品の実施形態を示す。 図２は、再成形後の、図１に示された本発明に係る半製品の実施形態を示す。 図３は、本発明による半製品の別の実施形態を示す。 図４は、再成形後の、本発明に係る半製品の別の実施形態を示す。 図５は、本発明に係る半製品の別の実施形態を示す。 図６は、図５に示された本発明に係る半製品のための接続手段の実施形態を示す。

図１に示された本発明に係る半製品の設計の実施例は、モノリシック設計を有するこの実施例において、折り曲げ線３を含む基板１を示している。一例として、この実施形態における折り曲げ線は、切れ込みとして描かれている。この切れ込みは、折り曲げ線３を規定し、その後の再成形を容易にする。この領域は、機能的要素２の接続により、完成されたコンポーネントにおいて補強されるため、折り曲げ線３に沿った切れ込みによる基板１の弱化はそれほど深刻ではない。機能的要素２は、折り曲げ線３の両側において基板１上に設けられている。この実施例において、当該機能的要素２は、三角形の断面を有するように、同一に設計されており、この場合、折り曲げ線３の側に位置している表面７は、接続手段６に適応するための表面として設けられている。当然のことながら、他の断面形状も使用することができ、ならびにそれぞれ異なって形成された機能的要素２が、折り曲げ線３のそれぞれ異なる側に設けられてもよい。

図２は、図１の方式で本発明に係る半製品で作製されたコンポーネントの領域を示しており、この場合、基板１は、折り曲げ線３に沿って再成形されている。その結果として、折り曲げ線３の両側に位置している機能的要素２は、接続手段６を適応するために設けられたそれらの表面７で接触している。この図では、機能的要素２の表面７同士の間に接続手段６として接着剤が導入されている。この実施形態の接続手段６は、例えば、接着剤として、または両面テープとして適用されるが、可逆的接続のためのベルクロ（登録商標）ファスナーの形態での接続手段６の使用も可能である。特に、２成分系接着剤、好ましくは、接触面７のそれぞれに別々に塗布することができ、ならびに反対側との接触においてのみ硬化作用を開始するようなもの、が、接着剤として好適である。

図３に描かれた本発明に係る半製品の当該領域は、基板１を含み、その表面全体は、プラスチック層４でコーティングされている。プラスチック層４の利点は、例えば、プラスチックで製造された機能的要素２は、例えば、接着剤結合または溶接などによって、このプラスチック層４と、より容易に接続可能である点である。描かれている実施形態における機能的要素２は、折り曲げ線３を横切って延在する部分８によって互いに接続される。形状要素としてのそのような設計の利点は、機能的要素２を、例えば、射出成形などによって一段階で製造することができ、同時に、機能的要素２の互いに対する位置決めが確立され、それにより、それらを基板１またはプラスチック層４に取り付けるときにそれらの正しい位置決めを容易にする点である。この例示的実施形態における機能的要素２は、ラッチ接続を可能にするために、それぞれ異なる形状とされる。描かれている実施例において、左側の機能的要素２は、再成形の際に右側の機能的要素２の外周の上を端部まで滑動し、その後、右側の機能的要素２の肩部と可逆的接続であるフォームフィッティングを形成するラッチ要素５を含む。この場合、当該機能的要素は、折り曲げ線３の長さ全体またはその小区分のみにわたって広がる幅を有していてもよい。

図４に示される例示的実施形態は、基板１が、折り曲げ線３に沿って再成形されたものである、再成形された半製品を示している。当該基板１は、折り曲げ線３に隣接する領域のみがプラスチック層４でコーティングされている。この場合、当該機能的要素２は、前の例示的実施形態のように互いに折り曲げ線３に対して対向するのではなく、折り曲げ線３に沿ってずらして位置されており、その結果、当該機能的要素２は、再成形の際に、櫛状方式において噛合する。当該機能的要素２は、ずらして位置決めされるため、再成形された半製品では、折り曲げ線３の方向から見た場合、一方が他方の後ろに位置される。機能的要素２に設けられた凹部７は、再成形の結果として整列され、すなわち、図に示されていない接続手段が、例えば、ピン、副子、または、ねじなどの形態の固定要素として当該凹部７内に導入され得るように、互いに対して方向づけされる。これは、結果として、当該機能的要素２の間にフォームフィッティング接続を生じる。そのような実施形態において、追加の接続手段として、互いに対しておよび／または反対側の基板１に対してずらして位置されている機能的要素２を接触させるために設けられている表面上に接着剤を塗布してもよい。凹部７は、図に描かれたような丸みを帯びた断面に加えて、異なる任意の閉じた断面または開いた断面も有していてもよい。

図５は、斜視図からの基板１が、少なくとも金属層１．１を有する複合材料として設計されている本発明に係る半製品の別の実施形態を示している。描かれた実施例において、基板１は、横設された２つの外側金属層１．１と、その間に挟設されたコア層１．２とからなるサンドイッチ材料で作製される。当該基板１は、折り曲げ線３に沿って穿孔１０が設けられている。当該基板１は、折り曲げ線３に沿った穿孔１０によって弱化され、当該穿孔１０は、再成形にとって必要な力の負担を減じ、ならびに折り曲げ線３を規定する。機能的要素２は、折り曲げ線３の両側に配置されている。この例示的実施形態において、当該機能的要素２は、同一に設計され、Ｔ形の突起を有し、当該突起のそれぞれは、ラッチ接続のラッチフックの相手方として、または外形に適応するための表面としての役割を果たしてもよい。この例示的実施形態において、機能的要素２の間の接続は、別個の接続手段６によって達成される。図５には、折り曲げ線３から外れた領域において基板１の補強を促進する、リブの形態の補強要素９も示されている。当然ながら、これらの補強要素９は、折り曲げ線３の両側に設けられていてもよく、および／または機能的要素２に接続されてもよい。補強要素９のサイズ、形状、向き、および数も、それぞれのニーズに適合させることができる。

図５による設計のための接続要素６の実施形態が、図６に描かれている。この接続要素６は、対称に設計されており、両側にラッチフックおよび凹部を含み、これが、図５に示されたＴ形突起とフォームフィッティング接続を生じ得る。

本発明は、説明される例示的実施形態に限定されるものではない。むしろ、個々の特徴は、互いに任意に組み合わせることができる。

１ 基板
１．１ 金属層
１．２ コア層
２ 機能的要素
３ 折り曲げ線
４ プラスチック層
５ ラッチ要素
６ 接続手段
７ 接続手段のための表面／凹部
８ 部分（接続部）
９ 補強要素
１０ 穿孔

Claims (10)

1. 三次元コンポーネントを製造するための半製品であって、少なくとも１つの所定の折り曲げ線（３）を有する金属基板（１）を備え、
   前記金属基板（１）は、モノリシックであるか、または少なくとも１つの金属層（１．１）を有する多層複合体によって形成され、前記金属基板（１）が前記折り曲げ線（３）に沿って再成形されるときに、互いに接触して接続を容易にする機能的要素（２）が、前記折り曲げ線（３）に直交する方向において前記折り曲げ線を挟んで両側に位置する領域において、前記金属基板（１）上に設けられ、前記機能的要素（２）がラッチ要素（５）を含み、前記ラッチ要素（５）は、前記折り曲げ線（３）に沿って再成形される際に互いに掛かり合うことによる接続を生じるか、および／または、前記機能的要素（２）が、接続手段（６）に適応するためのラッチ要素、表面、および／または凹部（７）を含み、
   前記機能的要素（２）の側の前記金属基板（１）は、プラスチック層（４）によって少なくとも部分的にコーティングされ、前記プラスチック層（４）が、少なくとも、前記金属基板（１）と前記機能的要素（２）との間に配置され、前記機能的要素（２）が、プラスチックで製造される、半製品。
2. 前記プラスチック層（４）が、前記金属基板（１）の表面全体を覆うように広がることを特徴とする、請求項１に記載の半製品。
3. 前記機能的要素（２）が、折り曲げ線（３）を横切って延在する柔軟な部分（８）と接続された形状要素として設計されることを特徴とする、請求項１または２に記載の半製品。
4. 前記金属基板（１）が、前記折り曲げ線（３）に沿って、プレエンボス加工される、切れ込みを入れられる、および／または穿孔されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の半製品。
5. 補強要素（９）が、少なくとも部分的に前記金属基板（１）上に取り付けられることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の半製品。
6. 前記半製品の前記金属基板（１）が、前記折り曲げ線（３）に沿って折り曲げられ、前記機能的要素（２）が、前記再成形の結果として接触し、互いに掛かり合うことによる接続、および／または接着材料による接続が、ラッチ要素（５）および／または前記接続手段（６）によって、前記機能的要素（２）の間に生成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の半製品から三次元コンポーネントを製造する方法。
7. 前記再成形の後に、少なくとも１つの固定要素が、前記接続手段（６）として前記機能的要素（２）内に導入され、それにより、互いに掛かり合うことによる接続を生じることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記再成形の前に、接着剤が、前記接続手段（６）として、前記機能的要素（２）の接触する前記表面に塗布されることを特徴とする、請求項６または７に記載の方法。
9. 三次元コンポーネントを製造するための、請求項１から５のいずれか一項に記載の半製品の使用。
10. 機能的要素（２）が互いに接続されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の再成形された半製品を含むことを特徴とする、コンポーネント。
    

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