JP2002307117A

JP2002307117A - 金属製軽量パネルおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2002307117A
Application number: JP2001109681A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Suzuki; 規之鈴木; Yuichi Yoshida; 裕一吉田; Masashi Oikawa; 昌志及川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2002-10-22

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構成で、軽量かつ十分な剛性を有する金
属製軽量パネルを提供する。【解決手段】凸部２を有するエンボス加工を施した１枚
のステンレス製薄板３と、その凸部２を複数点のレーザ
ースポット溶接で接合された１枚の平滑なステンレス製
薄板４から構成される金属製軽量パネル１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステンレス鋼また
はチタン等の金属製薄板からなる軽量パネルに関する。
これら金属製薄板パネルには、上下一対のフェースシー
トでコア材を挟んだサンドイッチパネルや、押出型材を
用いた一体型がある。この種の金属製パネルは、軽く、
かつ剛性に優れており、例えば、航空機、船舶、車両、
建築構造等に使用される。

【０００２】

【従来の技術】従来のサンドイッチパネルには、六角形
状のハニカムコアを上下のフェースシートに挟んで形成
したものや、あるいは、波板形状をなすトラス型ハニカ
ムを利用したものがあり、コア材とフェースシートの接
合には、接着剤や溶接が用いられる。こうした例とし
て、特開平５−１２３７９３号公報、特開２０００−３
４３２３２号公報には、いわゆるダブルスキンパネルが
開示されている。また押出型材を用いたパネルには、１
枚のフェースシートにリブを一体成形したものや、２枚
のフェースシートにトラス型中空断面を有するダブルス
キン構造を一体成形したものが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、六角形
状のハニカムコアを上下のフェースシートに挟んで形成
したものは、接着剤を用いてフェースシートと接合する
ため、強固な接合が困難であり、また積層した箔の接着
等により成形されるコア材は、非常に高価であるという
問題があった。一方、薄板の曲げ加工等により成形され
たトラス型ハニカムをコア材として用いたものは、コア
材が安価に成形できるという長所を有するが、波板の方
向により曲げ強度が著しく異なるという問題を有し、ま
た２枚のフェースシートとコア材を接合するため、大幅
な軽量化、低コスト化が困難である。また、押出型材を
用いたパネルは、任意の閉断面、および開断面形状を有
するパネルを連続的に成形できるため、生産性が高いと
いう長所を有するが、大型のダイス製作が困難で、また
加工力の限界から、幅広のパネル製作が困難であるこ
と、また押出成形の限界から、薄肉の成形ができないた
め、小型軽量化に限界を有するという問題があった。本
発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、簡易な
構成で、かつ十分な強度を有する金属製軽量パネル及び
その製造方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明に係わる金属製軽量パネルは、凸部を有するエン
ボス加工を施した１枚の金属製薄板と、その凸部で接合
された１枚の平滑な金属製薄板から構成されることを特
徴とするものである。この場合、２枚の金属製薄板同士
をレーザースポット溶接により接合されていることが好
ましい。また、スポット溶接部が平滑な金属製薄板の表
面に表れていないことが好ましい。また、凸部で複数点
のスポット溶接により接合されていることが好ましい。
また、凸部の中央に、孔を有し、孔の周辺をレーザース
ポット溶接により接合されていることが好ましい。ま
た、金属製薄板はステンレス鋼であることが好ましい。
また、本発明の金属製軽量パネルを製造するに際し、プ
レス加工によりエンボスを成形することが好ましい。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る金属製軽量パ
ネルの好適な実施の形態を添付図面に基づき説明する
が、本発明に係る金属製軽量パネルは以下に説明する実
施の形態に限定されるものではない。図１〜３に本発明
の実施形態に係る金属製軽量パネルを示す。本発明に係
る金属製軽量パネル１は、例えば、ステンレス鋼、チタ
ン等の金属よりなり、予め多数の凸部であるエンボス２
が成形された金属製薄板３を他の１枚の平滑な金属製薄
板であるフェースシート４で溶接等により固定して構成
する。なお、エンボス２の形状は特に限定されるもので
はなく、フェースシートと接合するために、少なくとも
頂部が平坦であれば、円錐台や、楕円錐台あるいは角錐
台であってもよく、また側壁形状も、円錐面や角錐面で
なく、任意の曲面でよい。また多数の凸部の配置は規則
的、あるいはランダムであってもよい。しかしながら、
強度の方向性を無くすため、また基本周期領域のプレス
金型を用いて断続的に成形するためには、円錐台の凸部
を規則的に配置したものが好ましい。また、図２および
３に示すように、エンボス加工された金属薄板３とフェ
ースシート４は、エンボスの上面とフェースシート４と
の接触面あたり、少なくとも２箇所以上で溶接すること
が好ましい。このように、フェースシート４との接触面
あたり、少なくとも２箇所以上の溶接部５とすることに
より、剛性を高めることができる。この場合、フェース
シート４と２カ所以上で溶接を行うエンボス板の凸部の
頂部は、溶接を確実に行うため、平滑面となっているこ
とが好ましい。

【０００６】また、エンボス板３とフェースシート４の
接触部は、パネルの剛性を確保し、かつ美麗な表面を得
るため、エンボス板側から、レーザービームを用いて溶
接することが好ましい。この時、図２および図３に示す
ように、レーザービームの強度を調節することにより、
溶接部５をフェースシート４の板厚内にとどめることが
可能である。このように、パネルの片面側から局所的に
適切なレーザー溶接を用いることにより、フェースシー
ト表面に溶接痕が無く、また熱影響による歪みの少な
い、美麗なパネルが得られる。また、上記レーザービー
ムの他にも、簡易な接合手段として、スポット溶接、接
着等を使用しても良い。

【０００７】また前記エンボスを規則的配置にして、基
本周期となる金型を複数回用いたプレス加工により成形
すれば、金型コストも低減でき、形状、寸法精度に優れ
たパネルを安価に製造することが可能である。また、プ
レスにより張り出し加工されることから、材料の加工硬
化により、剛性の高いパネルが得られる。パネルの剛性
は、前記エンボスの凸部高さが高いほど大きくなるが、
プレスによりエンボス形状を張り出し成形する場合に
は、材料の強度、伸びによる限界がある。成形限界高さ
は、例えば、文献「プレス加工ハンドブック」（日刊工
業新聞社）に一例が示されている。そこで、図３に示す
ように、プレス加工前の薄板原板の張り出し部位に予
め、孔を開けておくことにより、成形高さを大きくで
き、剛性の高いパネルの加工が可能となる。また、金属
製薄板を耐食性に優れたステンレス鋼とすることによ
り、塗装等のメンテナンスが不要になる。さらに、オー
ステナイト系のステンレス鋼を用いれば、加工性に優
れ、より成形高さの高い、高剛性のパネルを得ることが
できる。

【０００８】図４および図５には、本発明に係る製造設
備の一例を示す。図４では、金属製薄板３をポンチ７
１、ダイ７２、ホルダー７３からなる、プレス装置７
で、一列づつ逐次成形される。基本周期領域に対応する
金型を用いることで、大型の金型を必要とせず、また薄
板をコイルから供給すれば、長尺のパネルも、一台のプ
レス装置で成形することができる。図５にレーザービー
ムを用いて溶接製造方法の概要図を示す。装置は、ＹＡ
Ｇレーザー発振器、レーザービーム伝送集光光学系、加
工ヘッドよりなる。発振器８１からのレーザービーム
は、本実施例では光ファイバー８２を介し、集光光学装
置８２を経て溶接を行う。レーザー発振器は、市販の発
振出力３００Ｗのパルス発振ＹＡＧレーザーである。光
ファイバーは、コア径０．８ｍｍのＳＩ型光ファイバー
であり、集光光学系は焦点距離７５ｍｍである。加工ヘ
ッドは集光光学系を含み、先端にはレーザービームと同
軸に加工ガスを供給することができるノズルがある。こ
の加工ヘッドは図示しないがロボットアームによって溶
接個所を制御されている。本溶接機を用いれば、ディン
プル型板と外面板とを点溶接にて点状に接合することが
できる。溶接点数の間隔やパターンを変化させること
で、連続状の溶接を得ることが可能であったり、接合面
積を自由に選択できるので、所望の強度を得ることがで
きる。さらに、ディンプル型板の窪みの内側から外面板
を溶接する際に溶接条件を変えることで半溶け込み溶接
とすることで外面板表面に溶接痕のない溶接を得ること
ができる。外面板表面に溶接痕のないパネルは美観に優
れるだけでなく、溶け込み深さが浅く溶融凝固金属の体
積が少ないため熱ひずみが少なく機械的強度に優れる、
素材がステンレスの場合はクロム酸化物の析出がないた
め耐食性に優れるなとの構造物として優れたパネルを提
供することができる。

【０００９】外面板とディンプル板の窪みの接合は前述
したようにレーザービームによって行うことが望まし
い。レーザー加工ヘッドは外面板とディンプル板の接触
を保つような押え機構を有してもかまわない。あるいは
多点同時溶接を行うため、複数の加工ヘッドを内蔵した
タイプや、ビームスプリッターを有した光学系を用いれ
ば、より高速度でパネルの製造が可能になる。また、前
記プレス装置とレーザー溶接機を、直列に配置し、連続
的に処理することで、さらに生産性を向上させることが
できる。

【００１０】

【実施例】本発明に係る金属製軽量パネル１について、
剛性の高さを確認するための試験を実施した。図６およ
び図７は、それぞれ本発明例１、２であり、本発明に係
る実施例を示すパネルの平面図および断面拡大図であ
る。本実施例ではディンプル板、外面板ともに市販のス
テンレス鋼板ＳＵＳ３０４を用いた。鋼板の厚さは０．
４ｍｍ、パネルの大きさは縦横ともに２ｍである。ディ
ンプル型の形状はお椀を伏せた形状で、千鳥状にディン
プルが配置されている。ディンプルの底部は直径２５ｍ
ｍ、開口部分は直径５０ｍｍ、実施例１および実施例２
で、それぞれ深さ２０ｍｍの円錐台、および深さ３０ｍ
ｍの穴明き円錐台である。ディンプルのピッチはいずれ
も１００ｍｍである。この時のレーザー溶接条件は７Ｊ
／Ｐであり、パルス幅は７．５ｓｅｃである。本溶接条
件では、溶融凝固部はディンプルの底部を貫通し、外面
板では半溶けみ溶接となっている。溶接痕のパターンは
直径２０ｍｍの円周上に１５°に等分するように配置さ
れている。なお、本実施例ではパルスレーザーと光ファ
イバー伝送集光光学系を用いたが、連続波レーザーを用
いてもかまわない。本実施例では光ファイバーを伝送光
学系に用いてたが、固定光学系でもかまわない。

【００１１】比較例として、車両等に多用されている、
Ａｌ合金製押し出し型材を用いた。図８にＡｌ合金製押
し出し型材の形状寸法を示す。剛性試験は、何れもパネ
ルを幅４００ｍｍ×長さ２０００ｍｍに切断したものを
試験片として、両端支持の上、中央集中荷重を付与した
３点曲げ試験により、弾性状態における曲げ剛性を算定
した。この剛性試験の結果を、表１に示す。

【００１２】

【表１】表１から明らかなように、上述した本発明に係わる金属
製軽量パネルは、軽量かつ高い剛性が得られ、比剛性に
優れたパネルであることがわかる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る金属
製軽量パネルは、簡易な構成で、軽量かついずれの方向
に対しても高い剛性を得ることができる。また、金属製
薄板をプレス加工して製作するため、量産化が可能で、
安価に製造できる。また、原板のサイズ範囲で、任意の
大型パネルの製作も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属製軽量パネルの実施形態を示
す斜視図である。

【図２】本発明に係る金属製軽量パネルの第１の実施形
態を示す詳細平面図および断面図である。

【図３】本発明に係る金属製軽量パネルの第２の実施形
態を示す詳細平面図および断面図である。

【図４】本発明に係る金属製軽量パネルのプレス加工装
置を示す側面図である。

【図５】本発明に係る金属製軽量パネルのレーザー溶接
装置を示す側面図である。

【図６】本発明に係る金属製軽量パネルの第１の実施形
態を示す平面図および断面図である。

【図７】本発明に係る金属製軽量パネルの第２の実施形
態を示す平面図および断面図である。

【図８】比較例を示す断面図である。

【符号の説明】

１金属製軽量パネル２エンボス（凸部）３エンボス加工を施した金属製薄板（エンボスシー
ト）４平滑な金属製薄板（フェースシート）５溶接部６Ａｌ合金製押し出し型材７プレス装置７１ポンチ７２ダイ７３ホルダー８レーザー溶接機８１レーザー発振機８２光ファイバー８３集光装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２３Ｋ 101:18 Ｂ２３Ｋ 101:18 (72)発明者及川昌志千葉県富津市新富20−１日鐵テクノリサーチ株式会社内Ｆターム(参考） 4E068 BF01 DA00 DB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凸部を有するエンボス加工を施した１枚の
金属製薄板と、その凸部で接合された１枚の平滑な金属
製薄板から構成されることを特徴とする金属製軽量パネ
ル。
【請求項２】２枚の金属製薄板同士がレーザースポット
溶接により接合されていることを特徴とする請求項１記
載の金属製軽量パネル。
【請求項３】スポット溶接部が平滑な金属製薄板の表面
に表れていないことを特徴とする請求項２記載の金属製
軽量パネル。
【請求項４】凸部で複数点のスポット溶接により接合さ
れていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に
記載の金属製軽量パネル。
【請求項５】前記凸部の中央に、孔を有し、孔の周辺が
レーザースポット溶接により接合されていることを特徴
とする請求項１〜３の何れか１項に記載の金属製軽量パ
ネル。
【請求項６】金属製薄板がステンレス鋼であることを特
徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の金属製軽量
パネル。
【請求項７】請求項１〜６の何れか１項に記載の金属製
軽量パネルを製造する方法であって、１枚の金属製薄板
をプレス加工によりエンボスを成形し凸部を形成した
後，他の１枚の平滑な金属製薄板と前記凸部を接合，ス
ポット溶接又はレーザースポット溶接することを特徴と
する金属製軽量パネルの製造方法。