JP2005297018A - 剛性強化構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄板の剛性を強化する構造
【解決手段】降伏応力の異なる2枚の薄板１、２を重ねる。重ねた状態で降伏応力の小さい材料の板１の側から、降伏応力の大きい材料の板２の側へ、塑性域に入る加重を加えてバーリング加工（平板に穴をあけて円筒状にストレッチし、フランジングすること）を行う。これにより積層構造を生成する。
バーリングのフランジングによる絞り効果の他に、フランジングした部分で弾性歪の違いによる復元力の違いにより密着し、重ね合わせた板金がより一体化するので、剛性強度が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は板材の軽量化と剛性強化とを両立させる構造及びその製造方法に関するものである。

図６におよび図７に従来の剛性強化方法を示す。剛性を高めるために、全体に又は部分的に板材を重ね合わせ、ネジ止／リベット締結、スポット溶接等により固定すること（図６）や、板材に絞り加工を行うことが行われる。バーリング加工（図７）もその１つである。しかし、ネジ止め／リベット締結／スポット溶接等による方法はスペースや加工処理／組立て工程の関係で難しいし、絞り加工は浅い加工では十分な強度が得られない。そこで、板材の重ね合わせと絞り加工の組み合わせが考えられる。
特開2001-212633号公報この技術は、10ｍｍ程度の板厚の塑性締結の工法としてバーリング加工による密着力向上を狙っている。

しかしこの方法は、モバイルＰＣなどのパーソナル機器においては、近年の薄型軽量化により十分な板厚が取れないため採用できない。モバイルＰＣなどは、携帯性と軽量化を重視するためモールド筐体とし、通常、剛性を補うために、1ｍｍ前後の薄い板金を配置し、この板金の剛性向上のため絞り加工を施したり、部分的に板材を重ね合わせて剛性を持たせたりする。

同じ材料なら剛性は板厚の３乗に比例する。従って、重ねた板は出来るだけ密着させて一枚板の様にする方が高剛性となる。本発明は、薄い板材の重ね合わせとバーリング加工の組み合わせにより密着性を高める構造に関する。

図１に本発明の構成を示す。

降伏応力の異なる2枚の薄板１、２を重ねる。重ねた状態で降伏応力の小さい材料の板１の側から、降伏応力の大きい材料の板２の側へ、塑性域に入る加重を加えてバーリング加工（平板に穴をあけて円筒状にストレッチし、フランジングすること）を行う。これにより積層構造を生成する。

図１において、フランジングする上側の材料（強化材）をＢ、下側の材料（ベース）をＡとする。このとき、例えば材料の機械的特性値として、
材料Ａの降伏応力＜材料Ｂの降伏応力として、
図２の応力−歪み曲線（模式図）に示すように、Ｅ１点まで加重を加えると、双方の材料とも塑性域での変形を起こす。バーリング加工終了時には、弾性歪み分a,bに相当する分だけもとの形状に戻る復元力が発生する。材料ＡはＥ２点まで復元するが、材料ＢはＥ３点まで復元しようとする。この変形に対する復元力の差、Ａ材料とＢ材料の弾性歪みの差ｃに相当する力を利用する。

重ね合わされた状態でバーリング加工されたＢ部材のフランジング部分はＡ部材のフランジング部分を押し戻そうとする力を発生する。即ち、Ａ部材とＢ部材とを密着させる力が働く。フランジングによる絞り効果の他に、フランジングした部分で密着し、重ね合わせた板金がより一体化するので剛性強度が向上する。なお、補強材Ｂは必ずしも塑性域に入らなくてもよいことは図から理解できることである。

本発明は、異種金属（熱処理を含む）の機械的物性値（降伏応力、実用的には0.2％耐力）の違いを利用し、材料強度の違う材料を重ねてバーリング加工を施すことで、塑性変形から荷重を取除いた時に生ずる弾性歪み（残留歪み）量の違いによる密着力を利用した剛性強化構造である。

以下の効果を得ることができる。
・１枚の厚板に近い剛性強度をもたせることができる。
・穴をあけることにより軽量化が図れる。
・分離も簡単である（異種金属のリサイクルも簡単）。

図３はノートパソコンに適用した例である。キーボードユニットと装置下部に配置されているＣＰＵ、ＣＤＲＯＭ、ＨＤＤ、ＦＤ、バッテリーなどの内部ユニットとの間には、メインプレートが配置されている。キーボードの押下による変形をより小さくするために、このメインプレートの部分的な強度を強化するため、従来は絞り加工を施してきた。しかし、スペース等の関係で充分な絞り加工ができないことが多く、板厚を全体的にアップさせるしかなかった。本発明を適用することで、絞り加工以上の剛性を得ることができる。

図４は、メインプレートの剛性強化の例を示したものである。メインプレートの補強したい部分に補強用板を設け、２枚の板金を同時バーリング処理する。

メインプレートには一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００を使用し、補強用材にはステンレス鋼材ＳＵＳ３０４を使用した。図５に示すように、ＳＳ４００に比べＳＵＳ３０４材の方が降伏応力が大きく、変形後の復元力が大きいため、フランジングされた接触部分で密着力として働き、２枚の板金は１枚の板金に近い剛性持つ構造になっている。

本発明の構成図である。 応力歪み曲線（模式図） ノートパソコンの構造例 メインプレート剛性強化の例 代表的な材料の機械的物性値 従来の剛性強化方法 バーリング加工の説明図

符号の説明

１ 材料Ａ：ベース
２ 材料Ｂ：補強材
３ 穴
Ｅ１ バーリング加工時の材料の歪み
Ｅ２ バーリング加工終了時のＡ材料の残留歪み
Ｅ３ バーリング加工終了時のＢ材料の残留歪み
Ｐ１ Ａ材料の降伏応力
Ｐ２ Ｂ材料の降伏応力
ａ Ａ材料の弾性歪み
ｂ Ｂ材料の弾性歪み
ｃ 密着力

Claims (3)

1. 降伏応力の異なる2枚の薄板を重ねた積層構造であり、
   重ねた状態で降伏応力の小さい板の側から、塑性域に入る加重を加えてバーリング加工を行ったものである
   ことを特徴とする剛性強化構造。
2. 請求項１に記載の剛性強化構造であって、
   ベースとなる薄板に、部分的に降伏応力の高い板材を重ね、
   ベース材料側から、塑性域に入る加重を加えてバーリング加工を行ったものである
   ことを特徴とする剛性強化構造。
3. 降伏応力の異なる2枚の薄板を重ね、
   重ねた状態で降伏応力の小さい板の側から、塑性域に入る加重を加えてバーリング加工を行い、
   積層構造を生成することを特徴とする
   剛性強化構造の製造方法。
   

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