(57)【要約】【課題】効率的に確実に構成部品を接合するための、新規で改良された技術を提供する。【解決手段】  第１の構成部品（１）及び第２の構成部品（２）を接合する方法を提供する。この方法は、第１の構成部品（１）と第２の構成部品（２）とを互いに隣接して配置することで、第１の構成部品（１）と第２の構成部品（２）との間に細長い接合スペース（１２）を設け、シーム材（１３）からなる接合シーム（１０）を、上記接合シーム（１０）が第１の構成部品（１）と第２の構成部品（２）とを相互に接続するように、接合スペース（１２）に沿って形成することを含む。接合シーム（１０）は、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ：digital light processing）アディティブマニュファクチャリングプロセスにより接合スペース（１２）に沿って徐々に形成される。【選択図】図１
2018034502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の構成部品（１）及び第２の構成部品（２）を接合する方法であって、
前記第１の構成部品（１）と前記第２の構成部品（２）とを互いに隣接して配置することで、前記第１の構成部品（１）と前記第２の構成部品（２）との間に細長い接合スペース（１２）を設け、
シーム材（１３）からなる接合シーム（１０）を、前記接合シーム（１０）が前記第１の構成部品（１）と前記第２の構成部品（２）とを相互に接続するように、前記接合スペース（１２）に沿って形成する
ことを含み、
前記接合シーム（１０）は、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ：digital light processing）アディティブマニュファクチャリングプロセスにより前記接合スペース（１２）に沿って徐々に形成される
接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の接合方法であって、
前記ＤＬＰアディティブマニュファクチャリングプロセスにより徐々に前記接合シーム（１０）を形成するステップは、
液状の未硬化の前記シーム材（１３）を前記接合スペース（１２）の長手方向（Ｌ）に沿って前記接合スペース（１２）の硬化領域（１４）に積層し、
前記硬化領域（１４）上に、前記接合スペース（１２）の前記長手方向（Ｌ）を横断して延びる、前記硬化領域（１４）の硬化面（２０）上に、紫外線（Ｕ）を導くことにより、前記液状のシーム材（１３）を前記硬化領域（１４）で硬化させて前記接合シーム（１０）を形成する
ことを含む接合方法。
【請求項３】
請求項２に記載の接合方法であって、
前記シーム材（１３）を積層するステップと硬化させるステップは繰り返し及び／又は連続的に実行され、前記接合スペース（１２）の前記長手方向（Ｌ）に沿って前記接合シーム（１０）が徐々に積層される
接合方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の接合方法であって、
前記接合シーム（１０）を形成するステップは、前記長手方向（Ｌ）に沿って前記接合スペース（１２）の前記硬化領域（１４）を連続的に移動させることを含み、
前記液状のシーム材（１３）を積層するステップは、前記接合スペース（１２）に沿って徐々に移動するコンテナ（１１０Ａ）から前記液状のシーム材（１３）を供給することを含む
接合方法。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか一項に記載の接合方法であって、
前記液状のシーム材（１３）を前記硬化領域（１４）で硬化させるステップは、前記接合スペース（１２）に沿って前記長手方向（Ｌ）に徐々に移動する酸素コンテナ（１３０）を通して紫外線（Ｕ）を照射することを含む
接合方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の接合方法であって、
前記接合スペース（１２）は、前記第１の構成部品（１）の少なくとも一つの第１の面（１ａ）と前記第２の構成部品（２）の少なくとも一つの第２の面（２ａ）とにより及び／又はそれらの間に設けられ、
前記少なくとも一つの第１の面（１ａ）及び前記少なくとも一つの第２の面（２ａ）は互いに対面するように設けられる
接合方法。
【請求項７】
請求項６に記載の接合方法であって、
前記少なくとも一つの第１の面（１ａ）と前記少なくとも一つの第２の面（２ａ）は、前記長手方向（Ｌ）を横断する前記接合スペース（１２）の断面形状を構成し、
前記断面形状は、Ｖ字形状、台形形状又は矩形形状である
接合方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の接合方法であって、
前記接合スペース（１２）の第１の端部（１２Ａ）は封止部材（３０）によって塞がれ又は封止され、
前記接合シーム（１０）は、前記第１の端部（１２Ａ）から前記接合スペース（１２）に沿って前記長手方向（Ｌ）に連続的に形成される
接合方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の接合方法であって、
前記接合シーム（１０）を形成する前記シーム材（１３）は、アクリレート、ポリウレタン、シアン酸エステルの少なくとも一つからなる群から選ばれる
接合方法。
【請求項１０】
第１の構成部品（１）及び第２の構成部品（２）を接合するための接合装置（２００）であって、
接合シーム（１０）が前記第１の構成部品（１）と前記第２の構成部品（２）とを相互に接続するように、前記第１の構成部品（１）と前記第２の構成部品（２）とにより及び／又はそれらの間に設けられる細長い接合スペース（１２）に沿って前記接合シーム（１０）を形成するためのヘッド（１００）を具備し、
前記ヘッド（１００）は、
排出端部（１１１）を有し、液状の未硬化のシーム材（１３）を前記排出端部（１１１）に形成された一つ以上の排出口（１１３）から前記接合スペース（１２）に供給するシーム材ディスペンサ（１１０）と、
前記接合スペース（１２）の硬化領域（１４）上に、前記接合スペース（１２）の長手方向（Ｌ）を横断して延びる硬化面（２０）上に紫外線（Ｕ）を導くように構成された硬化ユニット（１２０）と
を具備する
接合装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の接合装置（２００）であって、
前記ヘッド（１００）は、前記接合スペース（１２）に沿って前記長手方向（Ｌ）に移動するように構成され、
前記ヘッド（１００）は、圧縮酸素用の酸素コンテナ（１３０）をさらに備え、前記酸素コンテナ（１３０）は前記硬化ユニット（１２０）と前記シーム材ディスペンサ（１１０）との間に配置され、
前記酸素コンテナ（１３０）は、酸素透過性部材（１３１）を介して前記シーム材ディスペンサ（１１０）に連結され、
前記酸素コンテナ（１３０）から前記シーム材ディスペンサ（１１０）に酸素からなるマイクロバブルが供給される
接合装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の接合装置（２００）であって、
前記シーム材ディスペンサ（１１０）は、前記第１の構成部品（１）と前記第２の構成部品（２）とにより及び／又はそれらの間に設けられた前記接合スペース（１２）内に収まるように構成され、
前記シーム材ディスペンサ（１１０）の少なくとも前記シーム材ディスペンサ（１１０）の前記排出端部（１１１）は、前記接合スペース（１２）の前記長手方向（Ｌ）を横断する前記接合スペース（１２）の断面形状と実質的に一致するように構成される
接合装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の接合装置（２００）であって、
前記ヘッド（１００）は、前記接合スペース（１２）の断面形状におおむね一致する細長い筐体（１４０）を具備し、
前記筐体（１４０）は、前記シーム材ディスペンサ（１１０）の前記排出端部（１１１）から長手方向に延びる、対向する側壁(１４１、１４２)を有し、
前記側壁(１４１、１４２)は、Ｖ字形状、台形形状又は矩形形状の断面を有する
接合装置。
【請求項１４】
請求項１０から１３のいずれか一項に記載の接合装置（２００）であって、
前記硬化ユニット（１２０）は、紫外線源（１２１）及びマイクロミラー（１２２）のアレイを具備し、
前記マイクロミラー（１２２）は、移動可能に実装され、前記紫外線源（１２１）により生成された紫外線（Ｕ）が前記供給されたシーム材（１３）の前記硬化面（２０）上に照射されるように調整可能である
接合装置。
【請求項１５】
第１の構成部品（１）と第２の構成部品（２）とを接合したアセンブリ（３００）の製造方法において、第１の構成部品（１）と第２の構成部品（２）とを接合する接合シーム（１０）を製作するために、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ：digital light processing）アディティブマニュファクチャリングプロセスを使用するアセンブリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空工学に応用して構成部品、特にプラスチックからなる構成部品を接合する接合方法、接合装置及びアセンブリの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機及び宇宙機の建造における複数の構成部品（特にパネル、リブ、縦通材又は梁のような構造部品）の接合には、典型的には、さまざまな技術が必要となる。このような技術には、リベット、クリップ又はネジのような機械的な締め付け具、接着剤及び溶接技術が含まれる。航空機の建造においては、今日、複合材料、特に繊維強化ポリマー複合材料（例えばガラス繊維強化ポリマー（ＧＦＲＰ：glass fiber-reinforced polymer）複合材料及び炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ:carbon fiber-reinforced polymer）複合材料）の使用がますます必要となっているため、これらの材料に適した新規の製造技術を開発することがますます重要になってきている（特許文献１参照）。現在、板材、パネル、構造要素のようなポリマー又はプラスチックからなる構成部品は、航空機の建造において多種多様な用途（例えば、胴体構造）に使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２１７６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、効率的に確実に構成部品を接合するための、新規で改良された接合方法、接合装置及びアセンブリの製造方法を提供することにある。
本発明は、典型的には航海、航空及び／又は自動車の分野で構成部品を接合するための接合方法、接合装置及びアセンブリの製造方法を提供することにある。
典型的には、航空機又は宇宙機の建造において構成部品、特にポリマー系構成部品を接合するための新規の接合方法、接合装置及びアセンブリの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一形態に係る接合方法は、第１の構成部品及び第２の構成部品を接合する方法を提供する。
上記方法では、上記第１の構成部品と上記第２の構成部品とを互いに隣接して配置することで、上記第１の構成部品と上記第２の構成部品との間に細長い接合スペースを設け、シーム材からなる接合シームを、上記接合シームが上記第１の構成部品と上記第２の構成部品とを相互に接続するように、上記接合スペースに沿って形成する。
上記接合シームは、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ：digital light processing）・アディティブマニュファクチャリングプロセスにより上記接合スペースに沿って徐々に形成される。
【０００６】
このように、本発明の方法では、デジタルライトプロセッシング・アディティブマニュファクチャリングプロセスにより接合シーム又は溶接シームを徐々に形成する。以下、デジタルライトプロセッシング・アディティブマニュファクチャリングプロセスは、ＤＬＰアディティブマニュファクチャリングとも呼ぶ。
これに関して、接合シームは、長手方向に延びる接合スペースに付加的に製造される。当該接合スペースは、接合される第１の構成部品と第２の構成部品との間に、例えば間隙として設けられる。これには、接合シームを非常に速い加工速度で作製できるという利点がある。接合シームを形成するシーム材は、可視光、紫外線等を含む光の影響下で硬化が促進されるからである。また構成部品を加工した直後に本発明の方法による接合を実施すれば、油除去等の前処理をすることなく構成部品の接合が行える。
本発明の方法には、ＤＬＰアディティブマニュファクチャリングプロセスにより、構成部品をダストフリー及びノイズフリーで接合することができるという利点もある。
さらに、熱硬化性ポリマー樹脂又はプラスチックのような、比較的安価な材料を接合シームの形成に使用することができる。
ＤＬＰアディティブマニュファクチャリングプロセスにより、強い光に係るエネルギーを正確な位置に付与できるので、確実に空隙を防いで良好な機械的強度を有する接合シームを正確に接合スペースに沿って形成することも可能である。
【０００７】
好ましい実施形態では、上記の方法は、複合材料、特に繊維強化ポリマー複合材料からなる構成部品を使った使用のために、適宜アレンジされる。
繊維強化ポリマー複合材料とは、例えばガラス繊維強化ポリマー（ＧＦＲＰ）複合材料又は炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）複合材料である。
このように、ＤＬＰアディティブマニュファクチャリングプロセスでは、接合シームは、構造物中の繊維強化ポリマーと融着又は接着するように構成された材料から生成又は形成されてもよい。しかしながら、上記の方法は、金属からなる一つ以上の構成部品のために行われてもよい。この場合、ＤＬＰアディティブマニュファクチャリングプロセスでは、接合シームは、金属の構成部品と融着又は接着可能な材料から生成又は形成されればよい。
本発明の方法によって生じる融着又は接着による接続に加えて、リベット、ネジ、ボルト等の補足的な機械的締め付け具によって構成部品を接合又は固定し、接合シームを介して接続を向上させてもよい。
【０００８】
好ましい実施形態では、接合シームを形成するシーム材は、ポリマー樹脂、特に熱硬化性ポリマー樹脂である。特に好ましい実施形態では、シーム材は、アクリレート、ポリウレタン、シアン酸エステルの少なくとも一つからなる群から選ばれる。
【０００９】
好ましい実施形態では、ＤＬＰアディティブマニュファクチャリングプロセスにより徐々に接合シームを形成するステップは、液状の未硬化のシーム材を接合スペースの長手方向に沿って連続的に接合スペースの硬化領域に積層し、硬化領域上に、特に接合スペースの長手方向を横断して延びる、硬化領域の硬化面上に紫外線を照射することにより、液状のシーム材を硬化領域で硬化させて接合シームを形成することを含む。
液状のシーム材を積層するステップと硬化させるステップは繰り返し及び／又は連続的に実行され、接合スペースの長手方向に沿って接合シームが徐々に積層される。
このようにして、接合シームは徐々に又は連続的に長手方向に形成される。
この場合に、接合シームが一定の成長率で連続して長手方向に形成されることが好ましい。
紫外線は、紫外スペクトルの波長（すなわち、およそ１００ｎｍ〜およそ３８０ｎｍの波長）の光である。当該光を硬化面上に照射することによって、紫外線は硬化面のこの領域における液状のシーム材を硬化させる。したがって、硬化面は液状のシーム材と硬化したシーム材との間の界面を形成する。
非常に正確にかつ明確に紫外線を照射することで硬化面を生成できることは、本実施形態の際立った利点である。このようにして、接合シームを接合スペースの所望の断面に正確に効率的に設けることができる。
【００１０】
好ましい実施形態では、接合シームを形成するステップは、第１及び第２の構成部品に対して長手方向に接合スペースの硬化領域を連続的に移動させることを含む。このようにして、硬化領域及び／又は硬化面の位置を移動することができ、それにより、接合シームが連続的に積層されるにつれて、接合スペースに沿って液状のシーム材と硬化したシーム材との間の相界面又は界面を移動させることができる。
一方で、液状のシーム材を接合スペースに供給し接合シームを形成する装置に対して第１及び第２の構成部品を移動させてもよい。このように、硬化領域及び／又は硬化面は理論上空間に固定されるが、これらを第１及び第２の構成部品に対して移動させず、接合シームが連続的に積層されるにつれて液状のシーム材と硬化したシーム材との相界面又は界面を接合スペースに沿ってずらしていく。
【００１１】
好ましい実施形態では、液状のシーム材を積層するステップは、接合スペースに沿って徐々に移動するヘッドから液状のシーム材を供給することを含む。
ここで、当該ヘッドはコンテナを備えていてもよい。当該コンテナは、上記液状のシーム材のための供給容器となり、接合スペース内で移動可能であることが好ましい。硬化領域は、ディスペンサにより上記長手方向の一方の側で区切られることが好ましい。
これにより、例えばプラスチック材料としてのシーム材を、正確に直接積層することができる。特に、空隙がなく、断面を埋められる体積を有する液状の未硬化のシーム材は、硬化領域に好適に積層され保持される。
【００１２】
好ましい実施形態では、液状のシーム材を硬化領域で硬化させるステップは、接合スペースに沿って長手方向に徐々に移動する酸素コンテナを通して紫外線を照射することを含む。前記酸素コンテナは、シーム材ディスペンサに酸素からなるマイクロバブルを供給する。マイクロバブルによりシーム材ディスペンサ内の液状のシーム材を撹拌し、液状のシーム材がディスペンサ内で固化することが防止される。
【００１３】
好ましい実施形態では、接合スペースは、第１の構成部品の少なくとも一つの第１の面と第２の構成部品の少なくとも一つの第２の面とにより及び／又はそれらの間に設けられる。少なくとも一つの第１の面及び上記少なくとも一つの第２の面は、典型的には互いに対面するように設けられる。少なくとも一つの第１の面と少なくとも一つの第２の面は、協働して長手方向を横断する接合スペースの断面形状を構成する。
これに関して、断面形状は、例えば、Ｖ字形状、台形形状又は矩形形状であってもよい。接合スペースは、したがって、接合する構成部品のそれぞれ対向する面の間に形成される間隙又は空隙として設けられる。接合スペースがＶ字形状の断面を有する場合、接合する構成部品の傾斜した第１及び第２の面のそれぞれの縁部は互いに当接され、接合スペースの底部を塞ぐか封止してもよい。
このようにして、要素を追加することなく接合スペースの底部を塞いでもよい。接合スペースの台形形状又は矩形形状の断面により、接合シームの機械的強度を改良し向上させることができる。
【００１４】
好ましい実施形態では、接合スペースの第１の端部は封止部材によって塞がれ又は封止され、接合シームは、第１の端部から接合スペースに沿って長手方向に連続的に形成される。
したがって、封止部材は第１及び第２の構成部品の端面全体にわたって、あるいは端面を覆って、すなわち接合スペースの長手方向を横断して配置される。
このようにして、封止部材は、接合スペースの端部を塞ぎ又は封止し、液状のシーム材の漏れを防止する。これにより、接合シームの形成を当該端部から、すなわち上述したように接合スペースにおける液状の未硬化のシーム材を積層することにより、開始することができる。
【００１５】
本発明の一形態に係る接合装置は、第１の構成部品及び第２の構成部品を接合するための装置を提供する。
当該接合装置は、接合シームが第１の構成部品と第２の構成部品とを相互に接続するように、第１の構成部品と第２の構成部品とにより及び／又はそれらの間に設けられる細長い接合スペースに沿って接合シームを形成するためのヘッドを具備する。
上記ヘッドは、排出端部を有し、液状の未硬化のシーム材を排出端部に形成された排出口から接合スペースに供給するシーム材ディスペンサと、接合スペースの硬化領域上に、特に接合スペースの長手方向を横断する硬化面上に紫外線を照射するように構成された硬化ユニットとを具備する。
【００１６】
好ましい実施形態では、上記ヘッドは、接合スペースに沿って長手方向に移動するように構成される。すなわち、上記ヘッドは、第１及び第２の構成部品に対して移動可能であることが好ましい。
上記ヘッドは、圧縮酸素を保持するための酸素コンテナを備えてもよい。これに関して、酸素コンテナは硬化ユニットとシーム材ディスペンサとの間に配置されることが好ましく、酸素コンテナは、酸素透過性部材を介してシーム材ディスペンサに連結されることが好ましい。前記酸素コンテナは、シーム材ディスペンサに酸素からなるマイクロバブルを供給する。マイクロバブルによりシーム材ディスペンサ内の液状のシーム材を撹拌し、液状のシーム材がディスペンサ内で固化することが防止される。
硬化ユニット及び酸素コンテナを配置することで、硬化ユニットから発せられた紫外線は、典型的には酸素コンテナを通過する。
【００１７】
好ましい実施形態では、シーム材ディスペンサは、第１の構成部品と第２の構成部品とにより及び／又はそれらの間に設けられた接合スペース内に収まるように構成される。
上記シーム材ディスペンサの少なくとも一部、特にシーム材ディスペンサの排出端部は、接合スペースの長手方向を横断する接合スペースの断面形状と実質的に一致するように構成されることが好ましい。これにより、シーム材ディスペンサの排出端部に隣接する硬化領域が制限され又は区切られる。シーム材ディスペンサは、供給された液状のシーム材を受けて保持し、その漏れを防止し、その後硬化動作を行う。
【００１８】
好ましい実施形態では、接合装置の上記ヘッドは、接合スペースの断面形状におおむね一致する細長い筐体を具備する。
このようにして、接合装置のヘッドは、細長い接合スペース内に少なくとも部分的に収まる。
筐体は、接合スペース内に少なくとも部分的に収まるように細長いことが好ましく、シーム材ディスペンサの排出端部から長手方向に延びる、対向する側壁を有する。側壁は、例えば、接合スペースの断面形状におおむね一致するようなＶ字形状、台形形状又は矩形形状の断面を有する。
【００１９】
本発明の一形態に係る接合装置には、上述した方法を非常に効率的に好適に実行できるという利点がある。例えば、上記ヘッドの対向する端部に上記硬化ユニット及び一つ以上の供給開口部を配置することにはメリットがある。
上記ヘッドは非常にコンパクトな構成を有し、接合する構成部品の間に設けられた、長手方向に延びる狭い接合スペースに挿入されてもよい。
また、上記ディスペンサの前端に形成された供給開口部により、接合シームを連続的に形成することができ、さらには加工速度を上げることができる。
上記ヘッドを多様な接合スペースにぴったり合わせて挿入することにより、接合スペースを構成する接合する構成部品のそれぞれの面に沿って、上記ヘッドを容易に案内することができる。
この結果、非常に正確に、効果的なプロセスで接合シームを形成することができる。
【００２０】
好ましい実施形態では、硬化ユニットは、紫外線源及びマイクロミラーのアレイを具備する。
マイクロミラーは、移動可能に実装され、あるいは紫外線源により生成された紫外線が供給されたシーム材の硬化面上に導かれる又は照射されるように角度を調整可能である。
紫外線源は紫外線ＬＥＤ等であってもよく、硬化ユニットは複数の非常に小さなミラーを有してもよい。各ミラーは、およそ１００μｍ２から４００μｍ２の表面積を有していてもよい。ミラーの向きは、例えば、複数の適切なアクチュエータにより調整可能である。
このようにして、紫外線は非常に正確に照射されてもよい。また、このように移動可能に実装されるマイクロミラーのアレイにより、接合スペースの断面に対して硬化面を柔軟に変形及び適応させることができる。
【００２１】
本発明の一形態に係る使用は、第１の構成部品と第２の構成部品とを接合する接合シームを作製するため、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ：digital light processing）アディティブマニュファクチャリングプロセスを使用することである。
接合シームを形成するためにこのようなＤＬＰプロセスを使用することにより、速い加工速度、低加工コスト、ダストフリー及びノイズフリーで当該シームを形成できるというメリットがある。
本発明の一形態に係るアセンブリの製造方法は、第１の構成部品と第２の構成部品とを接合したアセンブリの製造方法において、第１の構成部品と第２の構成部品とを接合する接合シームを製作するたに、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ：digital light processing）アディティブマニュファクチャリングプロセスを使用する。
【００２２】
本発明の範囲では、光を所定の面に"照射する"ことは、特に、領域ごとの事前に規定された放射エネルギー量を導くこととして理解してもよい。領域ごとの事前に規定された放射エネルギー量は、液状の樹脂材料を硬化させることで接合シームを形成する化学反応の活性化エネルギーを上回るエネルギー量であればよい。
【００２３】
本発明の範囲では、物理的構造物の大きさに関する方向及び軸について、軸、方向又は構造物に「沿う」方向又は構造物の大きさは、当該方向又は構造物、特に接線を含む。当該接線は、それぞれの構造物の特定の部位に生じ、４５度未満、好ましくは３０度未満の角度を有し、互いに平行に延びることが最も好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、効率的に確実に構成部品を接合するための、新規で改良された技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る方法を模式的に示す、接合する構成部品の配置の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る方法を実行中の構成部品の配置を模式的に示す上面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る方法を模式的に示す、接合する構成部品の配置の斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る方法を模式的に示す、接合する構成部品の配置の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る溶接ヘッドを模式的に示す。
【図６】本発明の他の実施形態に係る方法を模式的に示す、接合する構成部品の配置の上面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る方法により作製された接合シームを用いて接合される構成部品からなるアセンブリを模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
添付の図面に描写された例示の実施形態を参照し、本発明をより詳細に説明する。当該図面は本発明をさらに理解するためのものであり、本明細書の一部を構成する。図面は本発明の実施形態を図示し、本明細書の以下の記述とともに本発明の原理を説明するものである。本発明のその他の実施形態と、本発明の利点の多くは、以下の記述を参照して容易に理解されるものである。図面の各要素は、必ずしも一定の比率の縮尺で描かれておらず、類似の符号は対応する又は同様の部品を示す。
【００２７】
実施形態の図をより簡潔にするため、商業的に実現可能な実施形態において有益又は必要であるような、一般的によく理解されている要素は必ずしも描写されていないことを理解されたい。さらに、方法についての一実施形態では、ある作用及び／又はステップはそれらの特定の発生順で記載又は描写されてもよく、当業者は順序に対するそのような限定性は必ずしも必要ではないことを理解しているものである。また、本明細書で使用される用語及び表現は、具体的な意味が本明細書中で明記されている場合を除き、それぞれ対応する調査研究分野についての用語及び表現が有する通常の意味で使用される。
【００２８】
図１は、第１の構成部品１と第２の構成部品２とを接合する方法を示す。第１の構成部品１及び第２の構成部品２はいずれも平面状に延びる平板として図１に例示的に示され、例えばプラスチック材料からなる構成部品であってもよい。
第１の構成部品１は、その上部平面１ｂから傾斜して延びる第１の面１ａを具備する。第２の構成部品２は、その上部平面２ｂから傾斜して延びる第２の面２ａを具備する。
本発明の方法によれば、第１のステップにおいて、第１の構成部品１及び第２の構成部品２は、互いに隣接して配置され、両者の間で細長い接合スペース１２が設けられている。
図１に示すように、第１の構成部品１及び第２の構成部品２は、第１の面１ａと第２の面２ａとが互いに対向するように、互いに相対的に配置されてもよい。特に、第１の構成部品１及び第２の構成部品２は、図１に例示されるように、第１の面１ａ及び第２の面２ａのそれぞれの対向する縁部で、互いに当接するように配置されてもよい。
それにより、図１の例によれば、第１の面１ａ及び第２の面２ａは、接合スペース１２のＶ字形状の断面を形成する。また、第１の面１ａ及び第２の面２ａは接合スペース１２の底部１５を共に形成する。あるいは、第１の構成部品１及び第２の構成部品２は、図３例示されるように、第１の面１ａ及び第２の面２ａのそれぞれの対向する縁部で、互いに離間するように配置されてもよい。
これについては、以下に詳細に記述する。
【００２９】
図１に示すように、接合スペース１２は、第１の構成部品１の第１の面１ａと第２の構成部品２の第２の面２ａとにより及び／又はそれらの間に形成される。細長い接合スペース１２は、第１の面１ａ及び第２の面２ａのそれぞれの縁部に沿って又は平行して、すなわち、一般的には第１の構成部品１と第２の構成部品２との間に、長手方向Ｌに延びる。
このようにして、長手方向Ｌは、第１の面１ａ及び第２の面２ａの長手方向の広がりによって設けられてもよい。
【００３０】
本実施形態に係る方法は、接合スペース１２において、シーム材１３から接合シーム１０を形成することを含む。シーム材１３は、特に、プラスチック又はポリマー樹脂材料を含んでもよい。図１に模式的に示すように、接合シーム１０は、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ：digital light processing）アディティブマニュファクチャリングプロセスにより接合スペース１２に沿って、特に長手方向Ｌに徐々に形成される。
図１において、接合シーム１０は、長手方向Ｌに対して接合スペース１２の第１の端部１２Ａから接合スペース１２の一部の長さｌ１０まで既に形成されている。
【００３１】
図１に示す実施形態によれば、ＤＬＰアディティブマニュファクチャリングプロセスは、液状の未硬化のシーム材１３を接合スペース１２の硬化領域１４に積層することを含む。
硬化領域１４は、接合スペース１２に既に形成されている接合シーム１０の先端面にある。
図１に示すように、シーム材１３は、例えばシーム材ディスペンサ１１０から供給されることで硬化領域１４に積層されてもよい。当該シーム材ディスペンサ１１０は、材料供給コンテナ１１０Ａを任意に備えていてもよく、長手方向Ｌに接合スペース１２に沿って移動する。
シーム材ディスペンサ１１０は、一つ以上の排出口１１３が形成された排出端部としての前壁１１１を具備する。
図１に示されるように、材料供給コンテナ１１０Ａは、当該コンテナ１１０Ａの端壁に形成された複数の排出口を具備してもよい。このように、当該コンテナ１１０Ａの排出口は、シーム材ディスペンサ１１０の排出口１１３を形成してもよい。液状のシーム材１３は、これらの排出口１１３を通って硬化領域１４に流される。
材料供給コンテナ１１０Ａの端壁は、例えばシーム材ディスペンサ１１０の排出端部としての前壁１１１を形成する。硬化領域１４に積層された液状のシーム材１３から接合シーム１０を形成するためには、図１に示すように、光線Ｕ、特に紫外線を硬化面２０上に照射してもよい。
硬化面２０は、図２に示すとおり、接合スペース１２の長手方向Ｌを横断して延びる。硬化面２０は硬化領域１４に設けられている。特に、硬化面２０は、接合シーム１０の硬化したシーム材と液状のシーム材１３との間の界面又は相界面を形成する。
当該液状のシーム材１３は、接合シーム１０とシーム材ディスペンサ１１０との間の硬化領域１４に導入又は積層されている。
【００３２】
液状の未硬化のシーム材１３を硬化領域１４に徐々に及び繰り返し供給し、シーム材１３を硬化面２０で硬化させることにより、接合シーム１０を接合スペース１２に沿って長手方向Ｌに成長又は積層させてもよい。図１に矢印Ｐ１で模式的に示すとおりである。
【００３３】
図１において、硬化ユニット１２０の機能的配置を模式的に示す。当該硬化ユニット１２０は、紫外線Ｕを発生させるために適用可能な光源１２１を具備する。
また、硬化ユニット１２０は、紫外線Ｕを硬化面２０に導く又は照射するための複数のマイクロミラー１２２のアレイを具備する。
好適には、当該マイクロミラー１２２のアレイは、移動可能に実装されてもよいし、図２に矢印Ｐ２、Ｐ３で模式的に示すように、角度を調整可能であってもよい。
【００３４】
図１ではさらに、上記の光は酸素コンテナ１３０を通って導かれ又は照射されることが好ましい。
酸素コンテナ１３０は、硬化ユニット１２０とシーム材ディスペンサ１１０との間に配置されるのが好ましい。特に、当該シーム材ディスペンサ１１０はコンテナ１１０Ａとして設けられ、それに隣接して酸素コンテナ１３０が接合スペース１２内に長手方向Ｌに配置されてもよい。
接合シーム１０を形成する間、酸素コンテナ１３０は長手方向Ｌに沿って接合スペース１２で移動している。
酸素コンテナ（１３０）は、シーム材ディスペンサ１１０に酸素からなる図示を省略した流路を介してマイクロバブルを供給する。マイクロバブルによりシーム材ディスペンサ１１０内の液状のシーム材１３を撹拌し、液状のシーム材１３がディスペンサ１１０内で固化することが防止される。
【００３５】
図２は、図１の配置を、第１の及び第２の構成部品１、２の上部平面１ｂ、２ｂの上面図として示す。
図２では、図１における上記の方法が例示されるとともに、平板として設けられる封止部材３０が、接合スペース１２の第１の端部１２Ａに配置されている。それにより、接合スペース１２は、図２に模式的に示すように、第１の端部１２Ａで封止部材３０によって塞がれ又は封止される。特に、封止部材３０は、液状のシーム材１３が最初に接合スペース１２に供給されるときに当該液状のシーム材１３のための障壁となる。
その後、図２の矢印Ｐ１で模式的に示すように、接合シーム１０は第１の端部１２Ａから接合スペース１２の長手方向Ｌに沿って徐々に形成される。
【００３６】
図３は、上述した方法により接合される第１の構成部品１及び第２の構成部品２の他の配置を例示する。明確さのため、図３では硬化ユニット１２０、シーム材ディスペンサ１１０及び酸素コンテナ１３０は図示を省略する。
第１の構成部品１及び第２の構成部品２はいずれも、図１を参照して述べたように、平面状に延びる平板として図３に例示される。
第１の構成部品１及び第２の構成部品２は、第１の面１ａ及び第２の面２ａが互いに対向するように、互いに相対的に配置される。
図１の第１の構成部品１及び第２の構成部品２とは異なり、図３の第１の構成部品１及び第２の構成部品２は、第１の面１ａ及び第２の面２ａのそれぞれの対向する縁部３、４で、互いに離間するように配置される。すなわち、第１及び第２の面１ａ、２ａはそれぞれ上部平面１ｂ、２ｂに垂直に延びるように例示され、それにより矩形形状の断面を有する接合スペース１２を形成する。
もちろん、第１の面１ａ及び第２の面２ａは、台形形状の断面（図示せず）を有する接合スペース１２を形成するような傾斜面として設けられてもよい。
【００３７】
さらに図３を参照すると、第１の構成部品１及び第２の構成部品２は、平板として設けられる支持部材５に配置される。
また、第１の構成部品１及び第２の構成部品２は、支持部材５の支持面５ａに配置され、それにより接合スペース１２に底部１５が形成される。
当該支持部材５は特に、重力の方向Ｇに対して第１の構成部品１及び第２の構成部品２の下方に配置されてもよい。
図３に示すように、接合シーム１０は上述の方法と同じ方法で接合スペース１２に形成されてもよい。特に、図３では、硬化領域１４に積層された液状のシーム材１３を徐々に硬化させることにより、接合スペース１２の第１の端部１２Ａから接合スペース１２に沿って長手方向Ｌに接合シーム１０を成長又は積層させることが例示されている。液状のシーム材１３については、支持部材５が接合スペース１２を覆い封止する。
【００３８】
支持部材５に加えて又は支持部材５の代わりに、接合する第１の構成部品１及び第２の構成部品２のうちの一つが、重複突起又はフランジ６を備えていてもよい。
図４は、第２の面２ａから突出する突起又はフランジ６を具備する第２の構成部品２を例示する。
第１の構成部品１及び第２の構成部品２は、突起又はフランジ６が第１の構成部品１に重なるように、特にフランジ６の第１の面６ａが第１の構成部品１の下部平面１ｃに接触するように、すなわち第１の構成部品１の裏側に対向するように、配置される。
それにより、突起又はフランジ６もまた、接合スペース１２を覆い封止する接合スペース１２の底部１５を形成する。
【００３９】
図５は、第１の構成部品１及び第２の構成部品２を接合する装置２００の構成例を模式的に示す。
当該装置２００は、シーム形成ヘッド１００を具備する。当該シーム形成ヘッド１００は、シーム材ディスペンサ１１０、硬化ユニット１２０及び酸素コンテナ１３０を備える。当該シーム材ディスペンサ１１０は、材料供給コンテナ１１０Ａを具備することが好ましい。
【００４０】
ディスペンサ１１０は筐体を具備する。当該筐体は、ディスペンサ１１０の排出端部としての前壁１１１を有する材料供給コンテナ１１０Ａを備える。また、ディスペンサ１１０の排出口１１３を有する前壁に複数の排出口が形成される。
複数の排出口は第１の側Ｓ１に開口し、それによりコンテナ１１０Ａの内部Ｉを第１の側Ｓ１に流動的に接続し、液状のシーム材１３を送出する。
図５に示すように、材料供給コンテナ１１０Ａは、さらに、長手方向Ｌ１００に前壁１１１から離間した第２の後壁１１２を備える。材料供給コンテナ１１０Ａの内部Ｉは、当該コンテナ１１０Ａの前壁１１１と第２の後壁１１２との間に延在する。
材料供給コンテナ１１０Ａは、さらに、第１の側壁１１４及び第２の側壁１１５を備える。当該第１の側壁１１４及び第２の側壁１１５はそれぞれ前壁１１１と第２の後壁１１２との間に延在する。
図５に例示するように、材料供給コンテナ１１０Ａの第１の側壁１１４及び第２の側壁１１５は、Ｖ字形状の断面を構成してもよい。特に、材料供給コンテナ１１０Ａの前壁１１１及び第２の後壁１１２はいずれもＶ字形状の外周を有する平板として構成されてもよい。
もちろん、材料供給コンテナ１１０Ａの第１の側壁１１４及び第２の側壁１１５は、当該コンテナ１１０Ａの矩形形状又は台形形状断面を構成してもよい。この構成により、細長い筐体１４０が形成されてもよい。
【００４１】
硬化ユニット１２０は、紫外線Ｕを硬化面２０に導き照射することで硬化ユニットを形成するように構成される。硬化ユニット１２０及び硬化面２０は、ディスペンサ１１０の前壁１１１の両側にそれぞれ配置される。
特に、硬化ユニット１２０は、長手方向Ｌ１００に対して材料供給コンテナ１１０Ａの第２の側Ｓ２に配置される。
これにより、第２の側Ｓ２は長手方向Ｌ１００に対して第１の側Ｓ１の反対側にある。
図５に示すように、硬化ユニット１２０は、材料供給コンテナ１１０Ａの第２の後壁１１２に対向して位置する。特に、硬化ユニット１２０は、材料供給コンテナ１１０Ａの第２の後壁１１２から長手方向Ｌ１００に離間して配置されてもよい。
【００４２】
図１及び図２に模式的に示すように、硬化ユニット１２０は、光源１２１、特に紫外線源と、マイクロミラー１２２のアレイとを具備することが好ましく、当該マイクロミラー１２２は、光源１２１により生成された光、すなわち紫外線Ｕが硬化面２０上に照射されるように移動可能に実装され調整可能である。
図１及び図２はいずれも、一例として機能を説明するために、互いに対向して配置される二つのマイクロミラー１２２のアレイを示す。しかしながら、以下に説明するように、マイクロミラー１２２の実際のアレイは、数百又は数千のミラーのアレイ、例えば、４０００×２１００個のミラーの矩形状アレイを具備してもよい。
マイクロミラー１２２は、紫外線Ｕが硬化面２０上に照射されるように調整可能である。マイクロミラー１２２を調整するために、アクチュエータシステム（図示せず）が設けられてもよい。当該アクチュエータシステムは、マイクロミラー１２２に機械的に連結され当該マイクロミラー１２２それぞれの所望の傾斜角度又は向きを調整する複数のアクチュエータを具備する。
アクチュエータシステムは、制御システム（図示せず）に機能的に接続されてもよいし、当該制御システムの一部であってもよい。当該制御システムは、マイクロミラー１２２それぞれの所望の傾斜角度を調整するための複数のアクチュエータを作動させる制御信号を供給する。さらに、二つ以上の光源１２１が設けられてもよい。光源１２１は、例えば紫外線ＬＥＤまたはそのアレイとして設けられてもよい。
【００４３】
図５に示すように、酸素コンテナ１３０は、長手方向Ｌ１００に対して硬化ユニット１２０とディスペンサ１１０との間に配置されることが好ましい。
図５に示すように、また図１及び２からも分かるように、酸素コンテナ１３０は、流路としての酸素透過性接続板１３１によって材料供給コンテナ１１０Ａに連結されることが好ましい。当該酸素透過性接続板１３１は例えばガラス材料からなる平板であり、材料供給コンテナ１１０Ａの第２の後壁１１２によって形成される。
また、酸素透過性接続板１３１は、長手方向Ｌ１００に対して酸素コンテナ１３０の第１の前壁を形成する。酸素コンテナ１３０はさらに、長手方向Ｌ１００に対して第１の前壁（酸素透過性接続板１３１）の反対に位置する第２の端壁１３２を具備する。
【００４４】
図５に例示するように、材料供給コンテナ１１０Ａ、硬化ユニット１２０及び酸素コンテナ１３０は、好ましくは共通の筐体１４０に一体化されてもよい。
筐体１４０は、対向する側壁１４１、１４２を有することが好ましい。
当該側壁１４１、１４２は、ディスペンサ１１０の前壁１１１から長手方向に延びる。特に、筐体１４０の側壁１４１、１４２の一部は材料供給コンテナ１１０Ａ及び酸素コンテナ１３０の側壁１１４及び側壁１１５を形成してもよい。
筐体１４０の前壁１４３は、材料供給コンテナ１１０Ａの前壁１１１により形成される。筐体はさらに、長手方向Ｌ１００に対して前壁１４３の反対側の端壁１４４と、カバー又は蓋１４５とを具備してもよい。こ
の構成により、少なくとも部分的に、好ましくは全体的に接合スペース１２の断面形状と一致する細長い筐体１４０が設けられてもよい。
【００４５】
図６では、一例として、シーム形成ヘッド１００を使用して形成された接合シーム１０が第１の構成部品１及び第２の構成部品２を接合している。
第１の構成部品１及び第２の構成部品２を接合する方法の詳細については、特に図１及び２についての上記の記載を参照されたい。
ディスペンサ１１０は、その前壁１１１が接合スペース１２の第１の端部１２Ａに近接した状態で、接合スペース１２に配置される。好適には、材料供給コンテナ１１０Ａの１１１を接合スペース１２の第１の端部１２Ａに近接して設置することで封止部材３０と当該前壁１１１との間に硬化領域１４を形成するようにして、あるいは接合スペース１２の長手方向Ｌとシーム形成ヘッド１００の長手方向Ｌ１００とが基本的に互いに一直線になるようにして、シーム形成ヘッド１００を接合スペース１２に導入して配置を実現してもよい。
また、液状の未硬化のシーム材１３は、ディスペンサ１１０の一つ以上の排出口１１３から硬化領域１４に供給され、硬化ユニット１２０は、シーム材１３を硬化させる硬化面２０に光を照射する。
これに伴い、ディスペンサ１１０の前壁１１１を接合スペース１２に沿って移動させ、封止部材３０から遠ざける。これには、シーム形成ヘッド１００を、接合スペース１２の長手方向Ｌに沿ってその第２の端部１２Ｂへ向かって移動させる。
それにより、接合シーム１０が接合スペース１２の長手方向Ｌに沿って徐々に形成され又は積層される。
【００４６】
図６では、上記のヘッド１００の移動が矢印Ｐ４で模式的に示される。
ヘッド（溶接ヘッド）１００に機械的に連結された移動デバイス１５０により、ヘッド１００を移動させてもよい。
図６において、移動デバイス１５０はロボットのマニピュレータアームとして例示的、模式的に示されている。
ヘッド１００の移動速度は、例えば、硬化領域１４が一定の長さ又は体積を有するように、液状の未硬化のシーム材１３の硬化領域１４への供給レート及び／又は硬化面２０が要する硬化時間に関連付けられる。
【００４７】
図７は、上述のＤＬＰアディティブマニュファクチャリングプロセスによって形成された接合シーム１０により、互いに接合された第１の構成部品１及び第２の構成部品２を具備するアセンブリ３００を示す。
図７において、完成した接合シーム１０は隅肉溶接の基本形状を有する。接合スペース１２の形状にしたがって、接合シーム１０はもちろん突合せ溶接等の形状をとってもよい。
【００４８】
以上、本発明の具体的な実施形態を例示、説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲で示され説明された具体的な実施形態の代わりに様々な代替又は同等の実施形態が適用されてもよいことは当業者には理解されるであろう。例示された一つ又は複数の実施形態は例示にすぎず、特許請求の範囲、適用性又は構成を何らかの形で制限するものではないと理解されるはずである。すなわち、本出願は、本明細書に記載された具体的な実施形態のあらゆる改変又は変形を網羅している。むしろ、上述の概要と詳細な説明は、当業者に少なくとも一つの例示的な実施形態を実施するための適切な指針を提供し、添付の特許請求の範囲とその法律上の均等物から逸脱しない範囲で、例示的な実施形態に記載された要素の機能と配置を様々に変更してもよいことが理解される。
【００４９】
本明細書では、「具備する」、「具備している」、「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」及びその他のこれらの変形を含む用語は包括的（例えば非排他的）な意味で理解され、本明細書中に記載されたプロセス、方法、デバイス、装置又はシステムが、列挙された特徴、部品、要素又はステップに限られずに、明確に記載されていない若しくはそのようなプロセス、方法、物又は装置に固有のその他の要素、特徴、部品又はステップを含んでもよい。さらに、本明細書中で使用される用語「一つの」は、明白に述べられない限り「一つ以上」の意味として理解される。さらにまた、「第１の」、「第２の」、「第３の」等の用語は単なる名称にすぎず、対象物に数字上の要件を課すことやそれらに重要度の順位をつけたりすることを意図していない。「上部」、「底部」、「左」、「右」、「上」、「下」、「水平」、「垂直」、「前」、「後」及び類似の用語を含む、方向を示すあらゆる用語は単に説明のために使用されており、上記実施形態を図面に示す具体的な配置に限定するものではない。
【符号の説明】
【００５０】
１…第１のプラスチック構成部品
１ａ…第１の構成部品の第１の面
１ｂ…第１の構成部品の上部平面
１ｃ…第１の構成部品の下部平面
２…第２のプラスチック構成部品
２ａ…第２の構成部品の第２の面
２ｂ…第２の構成部品の上部平面
３…第１の面の縁部
４…第２の面の縁部
５…支持部材
６…突起
１０…接合シーム
１２…接合スペース
１２Ａ…接合スペースの第１の端部
１２Ｂ…接合スペースの第２の端部
１３…シーム材
１４…硬化領域
１５…接合スペースの底部
２０…硬化面
３０…封止部材
１００…ヘッド
１１０…シーム材ディスペンサ
１１０Ａ…材料供給コンテナ
１１１…前壁（排出端部）
１１２…材料供給コンテナの第２の後壁
１１３…排出口
１１４…材料供給コンテナの第１の側壁
１１５…材料供給コンテナの第２の側壁
１２０…硬化ユニット
１２１…光源
１２２ …マイクロミラー
１３０…酸素コンテナ
１３１…接続板、第１の前壁
１３２…酸素コンテナの第２の端壁
１４０…筐体
１４１…筐体の側壁
１４２…筐体の側壁
１４３…筐体の前壁
１４４…筐体の端壁
１４５…筐体の蓋
２００…装置
３００…アセンブリ
Ｇ…重力の方向
ｌ…材料供給コンテナの内部
ｌ１０…長さ
Ｌ…接合スペースの長手方向
Ｌ１００…溶接ヘッドの長手方向
Ｐ１…矢印
Ｐ２…矢印
Ｐ３…矢印
Ｐ４…矢印
Ｓ１…第１の側
Ｓ２…第２の側
Ｕ…紫外線
【図１】
2018034502.tif 000003
【図２】
2018034502.tif 000004
【図３】
2018034502.tif 000005
【図４】
2018034502.tif 000006
【図５】
2018034502.tif 000007
【図６】
2018034502.tif 000008
【図７】
2018034502.tif 000009