JP4617055B2 - ほぼ管状の金属壁を有する構造要素を作製する方法および構造要素 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、軸方向に整列していない少なくとも２つのセグメントを備える、ほぼ管状の形状の金属壁を有する構造要素を製造する方法に関し、また、極めて広範囲な形状で作製すること、および極めて広範囲の用途に適した管状の金属壁のある構造要素に関する。
【０００２】
様々な産業分野では、軸方向に整列していない連続したセグメントを備え、多少形状が複雑な、特に多角形の断面の、ほぼ管状の形状の構造要素を有することが必要である。
【０００３】
このような構造要素は、曲線状でもよい。または、正方形または矩形の枠の形態の構造要素を提供するとき、たとえば互いに対して直角に延びている、角配置が直線状である連続的なセグメントを呈してもよい。
【０００４】
ある適用例では、高い剛性およびできる限り小さい質量を呈する枠を有することが必要であり、多角形断面の管状のセクション部材を互いにアセンブリすることによって枠を作製するとき、一般にこれら２つの条件を両立させることは困難である。枠の側面をその隅部で互いにアセンブリし、溶接するためには、十分な厚さの壁を有するチューブを使用することが必要である。概して、たとえば正方形断面のチューブなどのチューブを互いにアセンブリすることによって枠を作製することは、１ミリメートル（ｍｍ）未満の壁厚を有する場合、困難である。
【０００５】
ある適用例では、たとえば金属のドアを作製する際、良い剛性およびできる限り小さい質量を得ることだけでなく、たとえばドアが特別な装飾が施された建物内で使用されるときなどは、見た目に魅力的なドアを作製する品質を得ることが望ましいことがある。このような状況下では、様々な形状の断面を呈する様々な側面を備える枠組構造を提供することが必要なことがある。したがって、異なる形状、おそらく最も変わった形状の断面を有するチューブを有することが必要である。これにより、そのようなドアの構造は非常にコストがかかるものになる。
【０００６】
たとえば自動車産業、航空機産業や造船産業などのある種の産業では、構造要素すなわち「翼弦」が使用されている。これは、重量が軽く、管状の金属壁を有し、形状が複雑であり、曲げられていることもあり、更には、輪を作って環状の部片を構成していることもある。管状の構造が重量の節減を得る働きをしているこのような構造要素は、極めて剛性であり、強力であるように製造しなければならない。
【０００７】
このような複雑な構造を作製するためには、成形および／または切抜法によって事前に形成された多数の部片を、互いにアセンブリすることが一般に必要である。部片を互いにアセンブリして複雑な形状の構造を作製すること、および形状および寸法の両方において良い精度でそれを行うことは、高価な作業であり、アセンブリを構築するために使用する様々な溶接部を念入りに注意深く検査しなければならない。
【０００８】
また、使用される金属材料が、アルミニウムおよびその合金などの溶接が困難なものであるとき、複雑な構造を作製することは、より一層困難で高価であり、溶接部の存在を避けるために、実施するのが困難なアセンブリ法の使用が必要であることがある。
【０００９】
金属シートなどの平坦な材料から構造要素を作製するとき、ブランクが一般に切り出され、その縁部に沿って溶接することによって互いにアセンブリされる。これは、一般にブランクをそのアセンブリ位置に保持するためのジグおよび支持体の使用を必要とする。そのため、このような構造は、作製するのが複雑であり、高価な工具の使用を必要とする。また、ある状況では、構造の形状が、構造が互いにアセンブリされ、溶接された後、ジグを取り外すのを妨げるため、管状構造の中空部分内に配置されたジグを使用することが可能でないことさえある。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、軸方向に整列していない２つのセグメントを備えるほぼ管状の金属壁を有する構造要素であって、実施が簡単であり、限られたコスト内であり、任意の金属材料から、形状が複雑で、剛性であり、軽量である構造を作製することを可能にする構造要素を製造する方法を提案することである。
【００１１】
この目的のために、本方法は、
金属材料のシートから少なくとも１つの平面ブランクを切り出すステップであって、前記ブランクが、構造要素の壁セグメントの展開された形状を有する主要部分と、セグメントそれぞれについて、セグメントを互いに固定するための少なくとも１つの追加のタブを伴う、少なくと１つのオーバーラップ固定タブを有するステップと、
切り出されたブランクを複数の線に沿って折り曲げて、切り出されたブランクの主要部分の折り曲げられたマージンから構造要素の壁を形成するステップと、
溶接を用いてセグメントそれぞれの少なくとも１つの追加のオーバーラップおよび固定タブを、少なくとも１つの追加のタブに固定して、前記構造要素の前記壁の折り曲げられたマージンまたは第２のオーバーラップタブのうちの少なくとも１つの上にセグメントを互いに固定し、各セグメントの前記少なくとも１つの追加のオーバーラップ固定タブおよびセグメントを互いに固定するための前記少なくとも１つのタブ、および壁の折り曲げられたマージンまたは第２のオーバーラップタブを互いに弾性的に支持するように維持するステップとを含む。
【００１２】
本発明をよく理解するために、例として本発明の方法の様々な実施の形態、および極めて新規であり、本方法によって得ることができる特徴を有する構造要素を以下で説明する。
【００１３】
図１は、全体参照番号１を与えられた、金属ブランクの一部分を示している。ブランク１のこの部分は、多角形断面の枠の側面を構成するセグメントの一部分を形成する際に使用するためのものであり、それ自体が本発明の構造要素を構成している。
【００１４】
金属ブランク１は概して、図１に示す部分の長手方向２での延長と、折り曲げによって枠の他の側面を構成するための他の部分とを有し、前記他の側面は、任意選択で、図２に示したセグメントの断面形状とは異なる多角形形状の断面を呈する。
【００１５】
図１および２の唯一の目的は、構造要素を製造するプロセスを全部説明することなく、本発明の製造方法の原理を説明することである。
【００１６】
図１に示した金属ブランク１のセグメントは、長手方向２に延びている矩形のストリップの形状であり、図２に示した矩形形状の枠の片側のセクションを作製するのに十分である幅を呈する。
【００１７】
フレームを製造する際の最初の作業は、望ましい種類および厚さの金属材料のシートからブランク１を切り出すことにある。
【００１８】
一般に、以下で説明するように、本発明の方法によって、たとえば５０マイクロメートル（μｍ）から１ｍｍの範囲にある、薄い壁厚を有するほぼ管形状の構造を作製することが可能になる。チューブの角アセンブリなどの知られている方法を使用して、このような薄肉の構造要素を作製することは不可能である。
【００１９】
セクションが、図２で示されている枠の側板３を構成することになる金属ブランク１の部分は、長手方向２に対して全て平行であり、それぞれ参照番号４、５、６、７および８を与えられた、矩形ストリップの形状の金属ブランクの５つの部分を画定する折線がその上に描かれている。ブランクの様々なストリップ部分の間の、折線が上に描かれた図１に示したブランク１の部分は、図２に示した枠３の側面の断面の展開した形状を構成する。折り曲げは図２に示すように行われ、ストリップ部分４に対して上向きに９０°折り曲げられたブランクのストリップ部分５および６が、枠の側部の２つの側面を構成し、枠の側部セクション３の内側に折り曲げられたストリップ部分７および８が、７’および８’の位置に重なって、枠の側部３の最上部壁を構成することになる２つのフラップを構成する。
【００２０】
図２に示すように、フラップ８がフラップ７の下に位置するように、また、フラップ７および８が、その閉じ位置７’および８’に対して、開いた角度を残すように、金属ブランクのストリップ部分７および８は内側に折り曲げられる。
【００２１】
ストリップ部分７および８は、重ねられることによって、およびフラップ７に力９を鉛直方向に加えて、枠３の側面セクションの外側から内側に向かって、フラップ７をフラップ８のほうへ押圧することにより互いに固定することによって、互いにアセンブリされる。
【００２２】
力９の影響下で、フラップ７は、折線回りに枢動し、フラップ８を押圧すると、フラップ８は、その折り曲げ軸回りに枢動する。フラップ７および８が移動する距離は、フラップを同一平面の位置７’および８’に重ねることによって枠の側面３の最上部壁を構成するように決定される。
【００２３】
フラップ７’は、力９を加えている推力要素によって定位置に保持され、フラップ８は、その位置８’にあるとき、フラップ７’の底面を弾性的に押圧し、それによってその位置７’および８’で、フラップ７および８が互いに対して平らになり、互いを弾性的に押圧する。
【００２４】
フラップ７の自由縁と、平らな位置にあるフラップ８の自由縁を押圧している線７ａとの間に延びている最上部フラップ７の部分は、管状構造を閉じるための金属ブランクのオーバーラップ固定タブを構成している。フラップ７および８を互いに固定するために、レーザ溶接ヘッド１０などの溶接装置を使用することが可能であり、それによって複数の溶接スポットまたはラインを、重ねられた平らな部分７および８の間、すなわち、フラップ７のオーバーラップタブと、オーバーラップタブによって覆われたフラップ壁８の部分との間の長手方向２に作製することができる。レーザビームを用いて、フラップ７および８のオーバーラップタブの厚みの中で行われるこのような溶接は、「透過（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）」溶接と呼ぶことができる。
【００２５】
フラップ７と８を、その互いにアセンブリされた位置７’、８’でフラップ８上に重なるように、フラップ７の自由縁に沿って互いに溶接することも可能であるが、フラップ７の縁部に沿ったこのような溶接は、その互いにアセンブリされた位置のフラップ７および８のオーバーラップタブ内に任意に配置されたスポットまたは線形領域を介した透過溶接よりも、溶接ビームの方向および位置決めでの、より精確なコントロールを必要とする。
【００２６】
オーバーラップタブが構造の壁の一部に溶接されると直ちに、オーバーラップタブの壁上での相対的な滑動が不可能になるため、構造は剛性になる。
【００２７】
したがって、図１および２に示した極めて簡単な例を見ると、構造のセグメント、たとえば任意形状の多角形断面の枠の一方の側面を、単にオーバーラップタブを折り曲げて、壁部分に弾性的に押圧し、その後たとえばレーザを使用してオーバーラップタブをカバーされた壁部分に溶接することによる簡単な方式で作製することができることがわかる。
【００２８】
当然、溶接スポットまたはラインを作製するために、レーザトーチ以外の溶接手段を使用することが可能であるが、それでもやはり、溶接装置は、構造の外側から溶接を行うこと、および構造の壁と接触させることなく構造の外側から溶接を行うことが可能であるべきである。
【００２９】
１ｍｍ未満、たとえば約０．７ｍｍの壁厚を有する枠形状の構造の壁を溶接するとき、重ねられた金属シートの厚みが０．２ｍｍの値ほども「膨れる」ときでさえも、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）レーザを使用するレーザを用いて高品質の溶接を行うことが可能である。用語「膨れ」は、シートの積み重ねに関して、重ねたシートの厚さの合計に対して積み重ねの余分な厚さを表すために使用されている。膨れは、重ねられたシート間の空気層の平均の厚さに対応している。この空気は、シートが完全に平らでないために存在する。
【００３０】
このようにして、本発明の方法は、シート金属部分が積み重ねられたとき、ある量の膨れが存在するような平面性の産業用のシート金属で実施することができる。
【００３１】
シート金属または箔などのシートから切り出された金属ブランクを折り曲げることによってほぼ管状の構造を作製する２つの方法が、以下に例として説明されている。これら２つの実施例は、図１および２を参照して上記で極めて一般的な方式で説明された本発明の方法を、単に例示しているに過ぎない。
【００３２】
当然、本発明の方法は、極めて広範囲の特性および使用を呈する、ほぼ管状の形状の多数の構造要素の作製に適用することができる。
【００３３】
本発明による構造要素を組み込んでいる第１の装置が、図３に示されている。
【００３４】
図３は、全体参照番号１１を与えられた金属のドアを示しており、このドアは管状構造を呈する側面を有する、本発明の方法によって作製されたほぼ矩形の枠組１２を備える。
【００３５】
枠組は、２つの水平な側面、最上部側面１２ａおよび底部側面１２ｂと、２つの鉛直な横側面、それぞれ１２ｃおよび１２ｄを備える。
【００３６】
最上部および底部側面１２ａおよび１２ｂは、三角形である断面を呈するチューブの形態で作製されている。一方、横側面１２ｃおよび１２ｄは、同様にチューブの形態で作製されているが、矩形の断面を呈する。三角形断面の角に沿って相互接続された、最上部および底部側面１２ａおよび１２ｂの終縁部は、ドア面１３のそれぞれ最上端部および底端部を上に固定することができる曲線状の表面をそれぞれ構成していて、このように曲線形状を呈する。面１３は、ドアの枠組の２つの側面１２ａおよび１２ｂの曲線状の縁部に沿って溶接することによって接着および固定された単一の金属シートによって構成されてもよい。
【００３７】
図４、５、６および７を参照して以下で説明するように、ドアの枠組１２は、本発明の方法によって、単に金属ブランクを切り出し、折り曲げて、枠組の壁を構成することによって作製することができ、このような作成によって、壁のオーバーラップタブは、枠組の折り畳まれた部分を互いにアセンブリし、固定することを可能にし、また枠組の側面を互いに固定することを可能にして、図３に示す閉じた構造を作製することができる。
【００３８】
その後、表面シート１３が、枠組の縁部に溶接することによって、および特に最上部および底部の曲線状の縁部に沿って溶接することによって配置および固定される。これは、異なる形状の断面を有する側面を呈する枠組上に組み立てられた曲線状の金属ドアを提供し、ドアの外見を改善し、本来の外観を与えることを可能にする。
【００３９】
このようなドアは、食器棚または機器室を閉じるために、または住居を閉じるために使用することができる。
【００４０】
図４から７を参照して以下で説明するように作製される、図３に示した種類の枠組は、ドアの枠組を構成するようにだけでなく、たとえば、シルクスクリーン印刷機械などでの使用に適した枠組を作製するように作製することができる。このような状況下では、軽量および剛性であるように作製された枠は、容易に、枠の縁部に沿って固定されたシルクスクリーンを固定し、引張る働きをする。
【００４１】
スクリーンを配置しながら最上部側面１２ａと底部側面１２ｂとの間に力を加え、次に、スクリーンが固定されたあと、端部側面に加えた力を緩めることによって、枠組上のスクリーンを引張ることも可能である。
【００４２】
図４は、枠組の特定の側面を構成することになるストリップ部分のそれぞれの間に切り欠きを有する細長いストリップを形成するように、金属シートまたは箔から切り出された、全体参照番号１４を与えられた金属ブランクを示している。
【００４３】
枠組の端部側面１２ａおよび１２ｂの壁は、細長いストリップ状のブランク１４の部分１５ａおよび１５ｂから作製されているが、矩形断面の横側面１２ｃおよび１２ｄは、ブランク１４の部分１５ｃおよび１５ｄから作製されている。
【００４４】
図４の破線は、断面がそれぞれ三角形および矩形である、ほぼ管状の断面の枠組の対応する側面を作製するために折曲げが行われる、ストリップ部分１５ａ、１５ｂ、１５ｃおよび１５ｄのための折線を表している。
【００４５】
ブランクの部分１５ａ、１５ｂ、１５ｃおよび１５ｄのそれぞれは、枠組の側面の平面展開を構成する主要ストリップ部分と、枠の側面を閉じ、固定するために、および枠の側面同士を固定するために使用されるオーバーラップ固定タブとを有する。
【００４６】
部分１５ａおよび１５ｂは、重なって、枠組の端部側面をアセンブリし固定できるようにする２つの長手方向縁部とともに、断面が３角形である枠組の３つの側面を構成するための互いに平行な折線を介して接合された３つの平らな壁部分を備える。金属ブランクの部分１５ａおよび１５ｂの２つの長手方向縁部は、それぞれ曲線状の線によって画定され、底縁部は、２つの互いにアセンブリされた縁部を係合できるように、わずかにくぼんでおり、くぼんだ部分もまた、ドア面または印刷スクリーンをそれに固定するために特に使用される枠組の縁部を補強する働きをする。
【００４７】
金属ブランクの部分１５ｃおよび１５ｄは、枠組の矩形断面の側面の壁の４つの面を構成するように折線によって互いに結合された長手方向に延びている４つの壁部分によって構成される主要部分と、ほぼ矩形状の枠組の側面を構成する２つの面を構成している２つの折り曲げられた部分と重なることになる２つのオーバーラップタブとをそれぞれ備える。
【００４８】
金属ブランク１４の連続する部分間の切欠部は、折り曲げた後、枠組の横側面の端部が３角形断面の端部側面内で受けられるように、また枠組の隅部のそれぞれが壊されるように作製される。また、切断は、枠組の壁のための、および枠組の間のオーバーラップ固定タブを構成するタブおよびフラップを残すように行われる。
【００４９】
図６および７は、ブランク１４が図示した折線に沿って折り曲げられた後、端部側面の内側で受けられた２つの横側面の端部とともに、枠組の端部側面の外側および内側をそれぞれ示している。
【００５０】
枠組が、図７に示すような、折り曲げられた後にとる配置にあるとき、枠組の側面のそれぞれの管状の壁は、枠組の側面に対する壁部分を構成するブランクの部分、もしくは他のオーバーラップタブに対して弾性的に支持するオーバーラップタブを用いて互いに固定される。
【００５１】
上述のように、オーバーラップタブは、折り曲げ中に互いに対向して配置され、たとえば、一致して互いを弾性的に押圧するようにされ、縁部の長さに沿って分散された溶接スポットでまたは溶接線に沿ってレーザビームによって透過的に行われる溶接作業中、互いに弾性的に押圧するように保持された、部分１５ａおよび１５ｂの長手方向の外縁部によって構成される。
【００５２】
図７では、枠組の端部側面を接続するために縁部のそれぞれに作製され、互いにアセンブリされる２つの縁部を弾性的に押圧しながら互いに係合された、くぼみによって構成された接続領域１６を見ることができる。溶接ラインを枠組の端部側面の縁部に平行な、または垂直な方向にくぼみ１６内に作製して、共にアセンブリしてもよい。
【００５３】
枠組の横側面をアセンブリし、閉じるとき、２つのストリップ状部分によって構成されたオーバーラップタブが、横側面の壁を構成する２つの部分と重なる。これらのオーバーラップタブに推力を加えることによって、オーバーラップタブに、横側面の面を構成する折り曲げられた部分に対して弾性的に支持させることが可能である。次に、オーバーラップタブが、たとえばレーザビームを使用して透過溶接することによって、または電気溶接によって、枠組の壁面を構成している折り曲げられた部分に溶接される。枠組の横側面は、横側面の長さに沿って離隔された溶接スポットまたはラインによって互いにアセンブリおよび固定することができる。
【００５４】
枠組の側面の溶接は、接合領域内の枠組側面の長さに沿って分散された限られた数の溶接スポットまたはラインを用いて簡単および迅速に行うことができる。オーバーラップタブに、互いにまたは壁部分上で弾性的に支持させ、それによって溶接中強い結合を保証するように十分な接触を達成することができる。
【００５５】
特に図７に示すように、横側面は、枠組の端部側面または横側面の接合部分内のフラップまたはタブ１７によって構成されたオーバーラップタブによって端部側面に固定されている。壁上にあるフラップ１７にレーザによる透過溶接が行われている間、端部側壁の追加のオーバーラップタブを構成するフラップ１７に、横側面の壁に対して弾性的に支持させることができる。同様に、側面の壁の追加のオーバーラップタブを構成するフラップ１７に、レーザによって透過溶接が行われている間、端部側面の壁と重ならせ、それに対して弾性的に支持させることができる。
【００５６】
オーバーラップタブと追加のオーバーラップタブまたは枠組の壁を互いに接続するために溶接を用いることによって、たとえば、約０．７ｍｍから実に０．５ｍｍである薄い金属ブランクを用いたときでさえも、完全に剛性であるアセンブリを得ることが可能になる。
【００５７】
状況によっては、０．０５ｍｍから０．５ｍｍの範囲のような薄いシート金属を切り出し、折り曲げることによって枠組を作製することさえも可能と考えられる。
【００５８】
このような枠組は、たとえば、高価な材料から作製するときなど、良い剛性および低い質量を共に有するように望む時に、多数の用途を見出すことができる。
【００５９】
その他の状況では、複雑な形状の外形を呈するほぼ管形状の中空構造で、極めて高レベルの剛性および強度を得ることが必要である。
【００６０】
極めて高い強度が必要とされるような構造では、たとえば中空構造の壁を構成するための１ｍｍより厚い厚さの金属ブランク、および構造が折り曲げられた後のアセンブリの目的のために使用されるオーバーラップタブなどの、かなり厚い金属ブランクを使用することが可能である。
【００６１】
図８は、構造の壁を構成し、またオーバーラップ固定タブを構成するために折り曲げられた、１つの金属ブランクまたはストリップを用いて、本発明の方法によって作製することができる、環状構造およびほぼ管状形状の部片を示している。
【００６２】
概して、図８に示す部片１８は、大きな寸法であり、ほぼ矩形の中空の断面であるリングの形態である。
【００６３】
部片１８は、以下で説明する製造方法に適合させられた角振幅の連続する環状セグメント１９で構成されており、構造要素の壁部分を弾性的に支持しているオーバーラップタブ上に作製された溶接スポットまたはラインによって互いに接続されている。
【００６４】
たとえば、図８に示した種類の環状の部片１８は、それぞれ３０°の角振幅を占める１２個のセグメント１９を有するように設計することができる。
【００６５】
図９は、折り曲げおよび溶接によって、図８に示す構造要素を作製する際に使用する金属ブランクの一部分を示している。
【００６６】
図９に部分的に示す金属ブランクは、全体参照番号２０を与えられている。
【００６７】
金属構造のセグメント１９それぞれは、金属ブランク２０のセクション２１から作製される。
【００６８】
各セクション２１は、１つのセグメント１９にわたる環状構造要素１８の円筒形の外側表面の壁部分を構成するためのストリップ２２を有する。
【００６９】
一連の型押し領域２２が、金属のシートから切断されたブランク２０の長手方向に延びるストリップ内に作製され、領域２２のそれぞれは、３０°にわたって延びる円弧形態の長手方向セクションの円筒形の表面部分を形成している。
【００７０】
型押しストリップ２２は、横方向に延びる折線または領域２３を介して互いに接合され、ストリップ状のブランク２０の長手方向に互いに離隔される。
【００７１】
連続する型押し領域は、たとえば、横方向のくぼみによって互いに分離された、連続する円筒形状の凸状の型押し領域を有するホイールまたはシリンダを備える型押し機械によって作製することができる。
【００７２】
ブランク２０のセクション２１のストリップ２２それぞれの両側の横方向には、環状部片１８のほぼ管状の壁の２つの側部表面を構成するために、２つの台形状の壁部分２４および２４’が形成されている。壁部分２４および２４’は、長手方向に延びる折線を介して型押しストリップ２２に接合される。
【００７３】
壁部分の一方（２４’）は、壁２４および２４’の短底辺の長さと等しい長さで、型押しストリップ２２の幅とほぼ等しい幅の壁部分２５によって延長される。壁部分２５は、環状部片１８の角柱形の内壁部分を構成することになる。最後に、壁部分２５は、いったんセクション２１が折り曲げられ、アセンブリされたあと、管状セクション１９を閉じるために追加のオーバーラップタブ２６によって延長される。
【００７４】
また、壁部分２４および２４’のそれぞれは、その傾斜した横側面の１つに、フラップ２７または２７’によって構成される固定およびオーバーラップタブをそれぞれ備える。
【００７５】
同様に、壁部分２５は、フラップ２８によって構成されたその横側面の１つにオーバーラップタブを有する。
【００７６】
壁部分２４’、２５および２６は、長手方向に延びている折線を介して互いに接合される。
【００７７】
図１１は、長手方向の折線に関して壁部分２４、２４’および２５を折り曲げることによって、および型押しストリップ２２に対してほぼ９０°で折り曲げられた壁部分２４の外側面に沿ってオーバーラップタブ２６を折り下げることによって形成され、アセンブリされた、環状部片１８の２つの連続するセグメント１９を示している。環状部片１８のセグメント１９は、推力を加えてオーバーラップタブ２６を壁部分２４に横方向に弾性的に押圧することによってアセンブリし、固定することができる。弾性的な接触状態にあるオーバーラップタブ２６と壁部分２４は、互いにしっかりと押圧され、それによって、壁２６および２４の厚み内に溶接スポットまたはラインを作製するレーザビームを用いた透過溶接によって環状部片１８のセグメント１９をアセンブリすることができる。
【００７８】
図１１に示すように、次に、２つの連続する型押しストリップ２２を互いに接合する折線で折曲げを行って、他方の壁部分の長手方向端部の内側の壁部分２４および２４’のフラップ２７および２７’を係合する。フラップ２７および２７’を有するセクションと隣接して位置するセクション２１の壁部分２４および２４’の長手方向端部のマージン内でフラップ２７および２７’を受けるための型押し領域を提供することが可能である。フラップ２７および２７’は、２つのセクション２１を、２つのストリップ２２を互いに接合している折線に関して互いに回転させることによって係合を達成するとき、フラップ２７および２７’を有するセクションに隣接するセクション２１の壁２４および２４’の型押しされた端部領域の内側に対して弾性的に支持するように少し外側に折り曲げられる。
【００７９】
同様に、フラップ２８は、フラップ２８を有するセグメントに隣接するセグメントの壁部分２５の型押し領域内に係合される。係合される際、フラップ２８は、壁部分２５の端部に対して弾性的に支持するように、環状部片１８の内側のほうへ少し折り曲げられる。
【００８０】
フラップ２７、２７’および２８は、アセンブリ目的のための溶接中、隣接するセグメント１９の壁の係合領域に対して弾性的に支持するように維持される。
【００８１】
装置の連続するセグメント１９のフラップ２７、２７’および２８は、２つの連続する型押しストリップ２２の間の折線に沿って折り曲げた後、管状構造１８の外側から溶接される。
【００８２】
レーザビームを用いた透過による溶接を行うことができ、フラップは、弾性的に押し付けることによって、隣接するセグメント１９の壁の端部との接触状態をしっかりと保持される。壁端部とフラップとの間の接触を推進するために、壁に、管状構造の内側へ向かう方向に圧力または挟搾力を加えることが可能である。
【００８３】
図１２は、管状形状の２つの連続するセグメントをアセンブリし、前記２つの連続するセグメントをそれらの共通する端部を介して互いにアセンブリする働きをする、様々なレーザ溶接ラインまたはスポット２９、３０を示している。
【００８４】
好ましくは、コンピュータシミュレーションを行って、構造要素への動作荷重を決定して、応力集中が最小である構造要素の領域を発見する。溶接スポットまたはラインは、このようにして決定された領域内に作製される。
【００８５】
これらの溶接スポットまたはラインは、一般にレーザによる透過で作製されるが、接続タブおよび互いを弾性的に支持している壁部分の一方が他方に押圧された縁部に沿って溶接を行うことができる場合もある。この溶接方法は、クリンカビルディングと呼ばれる。
【００８６】
構造要素に対して極めてよい寸法精度を得ることが可能である。この寸法精度は、特に、金属シートが切り出され、折り曲げられる精度、およびオーバーラップタブおよび壁部分が溶接中に静止保持される位置に依存している。溶接中の位置決め精度は、容易に得られるが、これは、溶接によって互いに固定される２つの壁のうちの一方を位置決めするだけで十分で、第２の壁は第１の壁に弾性的に押圧するからである。
【００８７】
要素の管状構造の内部のジグを用いることなしにアセンブリを行うことができ、したがって、管状構造の断面が様々である要素を作製することが可能である。溶接するための壁部分は、プライヤやクランプなどの簡単な機械的装置によって、溶接中保持することができる。
【００８８】
特に、金属シートの輪郭およびその折線を最適化する働きをするコンピュータ援用設計ソフトウェアを用いることによって、極めて複雑な形状の構造要素を作製することができる。
【００８９】
大きな寸法の構造要素では、複数の金属ブランクから構造要素を作製し、異なる金属ブランクを折り曲げ、アセンブリすることによって得られた様々な部片を、次に互いに弾性的に支持し合うオーバーラップタブおよび／または壁を用いた溶接作業によって互いにアセンブリすることが可能である。
【００９０】
オーバーラップタブを、構造要素の壁部分または別のオーバーラップタブ上に溶接することによって得られる剛化効果により、薄いシートメタルから極度に剛性の構造要素を作製することが可能である。構造要素のある部分は、オーバーラップタブを壁部分上に重ねることによって補強されてもよい。オーバーラップタブおよび壁部分は、たとえば透過溶接などの溶接中、移動するのを防止される。
【００９１】
このことによって、セクション部材を基にした、多角形断面のほぼ管状の構造要素の製造に取り入れることが困難である、０．０５ｍｍから１ｍｍの間の壁厚を有する構造要素を製造することが可能になる。
【００９２】
上述のように、１ｍｍよりも厚い、構造要素を製造するために使用可能な切断および折り曲げ手段によって使用できる最大の厚さの、金属ブランクを用いることによって、極度に剛性であり、強い構造を作製することが可能である。
【００９３】
本発明の方法によって、いかなる金属からも構造要素を作製することが可能になり、特に、アルミニウムおよびその合金などの、溶接が困難である金属から構造要素を作製することが可能になる。
【００９４】
本発明の方法およびそれから得ることができる構造要素の考えられる用途は、極めて多数である。
【００９５】
本発明の方法の、また折り曲げによって作製される構造要素の、考えられる２、３の応用例が、様々な産業分野で以下に列挙されている。しかし、このリストは、限定するものではない。
【００９６】
本発明の構造要素は、ほぼ管状であり、好ましくは軸方向に整列していない少なくとも２つの管状セグメントを有する多角形断面の形状を特徴とする。前記構造要素は、おそらくは、折り曲げの前に金属ブランクのある部分を型押しすることによって得ることができる曲線状部分を備え、金属ブランクを切り出す前または後に型押し作業を行うことが可能である。
【００９７】
ほぼ管状の形状であり、多角形断面の本発明の構造要素は、１つの金属ブランク内の折線によって互いに接合された、互いに対して角配置にある複数の壁部分と、少なくとも１つのオーバーラップ溶接ラインまたはスポットによって、少なくとも１つの壁部分および第２のオーバーラップタブに互いに重ねて固定される連続するセグメントを互いに固定するための少なくとも１つの追加のタブを伴った、各セグメントの少なくとも１つの追加のオーバーラップ固定タブとを備え、前記構造要素が、全体として、各セグメントの少なくとも１つのオーバーラップタブと、少なくとも１つの壁部分および第２のオーバーラップ固定タブを弾性的に支持する重ねられた位置にオーバーラップ要素を固定するための少なくとも１つのタブとの少なくとも１つの溶接ラインまたはスポットによってのみ互いにアセンブリされ、剛化されることを特徴とする。
【００９８】
建築産業で使用される本発明の構造要素は、たとえば、ドアまたは窓の移動部分または静止部分を作製する際に使用される枠組であってもよい。このような枠組は、装飾的効果を得るために、管状の形状、および様々な断面の側面を有してもよい。このような枠組は、特に、ドアを構成するとき、丸みのある形状の面を有してもよい、また一般に、曲線状の部分を呈してもよい。建築産業で使用される本発明の構造要素はまた、二重ガラスのドアまたは窓用の枠組を構成してもよい。この使用例では、溶接によってアセンブリされた金属の折り曲げシートから作製された構造は、二重ガラスの枠組の隅部が直角に折り曲げられた正方形断面部材から成る従来のタイプの枠組よりも大きな利点を有する。このような従来技術の枠組では、セクション部材の断面は、一般にセクション部材の表面に現れる折線を生じさせて折り曲げることによってかなりの程度修正される。
【００９９】
本発明の構造要素は、たとえばキャビネットドアまたはハウジング全体の枠組を構成する、電子装置用のハウジングのために使用してもよい。
【０１００】
印刷機械の分野では、本発明の構造要素を、シルクスクリーン印刷用の枠組として使用することができる。
【０１０１】
本発明はまた、地上、水中または空中の乗物の製造の分野でも多数の用途を見出すことができる。本発明の構造要素は、乗物のシャーシまたは船殻、特にシート金属で覆うことができる強いリスカゴ型構造の作製での使用に適している。
【０１０２】
本発明の構造要素はまた、機体、および特に航空機の胴体を作製するために使用することができる。このような使用例では、および特に航空機の使用例では、アルミニウムまたはチタンの合金などの、溶接が困難な軽量の合金から構造要素を容易に作製することができる。
【０１０３】
一般に、本発明の構造要素は、変わった形状のセクション部材を用いて作製された複雑な形状の構造に換えるために使用することができる。
【０１０４】
本発明を実施することによって、このような高価なセクション部材の製造を避けることが可能になる。
【０１０５】
一般に、金属製造の分野では、本発明の構造要素は、高いレベルの剛性および高い強度を、またできる限り小さい重量を有するために必要な補強および支持構造としての用途を見出している。
【０１０６】
特に、本発明の構造要素は、おそらく様々な多角形の断面、またはリングまたは枠組の形状の中空断面の構造の曲線状のセクション部材をあるいは構成することがある。
【０１０７】
本発明の構造要素は、たとえば、加熱用のラジエータまたはコンベクタなどの熱交換器として使用することもできる。
【０１０８】
ある場合では、本発明によって作製された管状構造は、液密な方式で閉じる必要がある。このような状況下では、オーバーラップタブと壁部分の間、またおそらくある壁部分の間に、連続した溶接ラインが作製される。
【０１０９】
一般に、本発明の構造要素は、実質上連続した中空の本体を構成するようなものである。中空の本体がループ状にされるとき、この構造要素は、完全に中空の本体の内側に位置し、そのセグメントのそれぞれの内側を通る平らな閉じたラインを含むことができる。
【０１１０】
本発明は、２つの特定の実例で説明した実施形態に厳密に限定されない。
【０１１１】
本発明の構造要素を製造するために使用する金属ブランクは、鋼製のブランク、特にステンレス鋼製のブランクであってもよい。または任意の他の鉄合金、実際には、たとえばアルミニウム合金などの非鉄合金であってもよい。
【０１１２】
レーザビーム法は、上述の利点を有するが、レーザビームを用いた溶接方法以外の方法によっても溶接を行うことができる。
【０１１３】
本発明の方法を、管状構造の枠組または環状部片以外の要素を作製するために使用することができる。
【０１１４】
本発明の方法は、枠組または環状部片と同様に、ほぼ管形状、および輪になっていない多角形断面の部片を作製するために使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の枠組構造のための多角形断面の側板を製造する際に実施することができる切り出されたブランクの部分平面図である。
【図２】 図１に示したブランクを折り曲げることによって作製されるような多角形断面の側板の横断面概略図であり、側板は接続固定タブを溶接する前の段階で示されている図である。
【図３】 本発明の方法によって作製された丸みを付けられた表面を有するドアの透視図である。
【図４】 図３に示したドア構造を作製するために切り出された金属シートの平面図である。
【図５】 図４に示したブランクの部分拡大図である。
【図６】 図４に示した金属ブランクを折り曲げ、溶接することによって作製されたドア構造の部分透視図である。
【図７】 図４に示した金属ブランクを折り曲げ、溶接することによって作製されたドア構造の部分透視図である。
【図８】 本発明の方法によって作製することができる環形状の構造要素の透視図である。
【図９】 図８に示した構造要素を作製するための金属ブランクの部分平面図である。
【図１０】 図９に示したブランクの面のうちの１つの部分透視図である。
【図１１】 本発明の方法の折り曲げ段階中、およびアセンブリ段階中の図８に示した構造要素の部分透視図である。
【図１２】 本発明の方法の折り曲げ段階中、およびアセンブリ段階中の図８に示した構造要素の部分透視図である。

Claims (7)

1. ほぼ管状の形状の金属壁を有し、少なくとも２つのセグメント（１９）を備える構造要素を製造する方法において、
   金属材料のシートから少なくとも１つの平らな面（１４、２０）を切り出すステップであって、ブランクが、構造要素（１１、１８）の壁における複数のセグメントの展開した形状を有する主要部分と、前記セグメント（１９）のそれぞれについて、少なくとも１つのオーバーラップタブ（２６）と、セグメントを互いに固定するための少なくとも１つのフラップ（２７、２７’、２８）とを有する、ステップと、
   切り出されたブランクを、複数の線に沿って折り曲げて、前記切り出されたブランク（１４、２０）の前記主要部分の折り曲げられた部分から前記構造要素（１１、１８）の壁を形成するステップと、
   溶接を使用して、前記セグメント（１９）それぞれの少なくとも１つのオーバーラップタブ（２６）を、前記構造要素（１１、１８）の壁の折り曲げられた部分または第２のオーバーラップタブに固定し、また、前記少なくとも１つのフラップ（２７、２７’、２８）を前記構造要素の壁の折り曲げられた部分に固定するステップであって、前記少なくとも１つのフラップおよび前記構造要素の壁の折り曲げられた部分または前記第２のオーバーラップタブが、互いに弾性的に支持されるように保持され、前記少なくとも１つのフラップおよび前記構造要素の壁の折り曲げられた部分も、互いに弾性的に支持されるように保持される、ステップとを特徴とする方法。
2. 前記切り出されたブランク（１４、２０）を折り曲げる前に、前記金属ブランク（１４、２０）の少なくとも１つの領域（２２）が型押しされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記溶接がレーザビームを用いて行われることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記溶接が、前記セグメントそれぞれのオーバーラップタブ（２６）または前記セグメントを固定するためのフラップ（２７、２７’、２８）を透過して、また、前記構造要素（１１、１８）の壁の折り曲げられた部分の少なくとも１つまたは第２のオーバーラップタブを透過して、行われることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記金属材料のシートが、０．０５ｍｍから１ｍｍの厚さを有す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方法。
6. ほぼ管状の形状および多角形断面の金属壁を有し、軸方向に整列していない少なくとも２つのセグメントからなる構造要素であって、前記要素が、１枚の金属ブランク（２０）の折線によって互いに接合された互いに対して角配置にある複数の壁部分（２４、２４’、２５）を備え、各セグメント（１９）の少なくとも１つのオーバーラップタブ（２６）と、セグメント（１９）を互いに固定するための少なくとも１つのフラップ（１７、２７、２７’、２８）とが、壁部分（２４、２４’、２５）の少なくとも１つまたは前記要素の第２のオーバーラップタブに重ねられて、少なくとも１つのオーバーラップ溶接のラインまたはスポット（２９、３０）によって互いに固定され、前記構造要素（１１、１８）は、全体として互いにアセンブリされて、各セグメント（１９）の少なくとも１つのオーバーラップタブまたは前記セグメント（１９）を互いに固定するための少なくとも１つのフラップにおける少なくとも１つの溶接ラインまたはスポット（２９、３０）のみによって補強され、前記少なくとも１つのオーバーラップタブおよび前記少なくとも１つのフラップが、前記壁部分の少なくとも１つまたは前記第２のオーバーラップタブに重ねられて弾性的に支持された状態にあることを特徴とする、前記構造要素。
7. 建物用のドアまたは窓、ドア、窓、二重ガラス枠組、電子ハウジングおよびキャビネット用の枠組またはドア、印刷機械用のシルクスクリーン枠、地上、水中または空中の乗物の製作用の構造部品、船殻、自動車シャーシ、機体、航空機の胴体、自動車用の強いカゴ型構造、金属構造用の補強および保持構造、多角形断面の複雑に曲げられた断面部材、中空の多角形断面の環状部片、熱交換器の要素のうちの１つの全部または一部を構成することを特徴とする請求項６に記載の構造要素。

Images