JP2010247182A

JP2010247182A - 表面に凹凸パターンを有する金属板の製造方法

Info

Publication number: JP2010247182A
Application number: JP2009098924A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Sato; 健太郎佐藤; Takeshi Fujita; 毅藤田; Yuji Yamazaki; 雄司山崎
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2010-11-04

Abstract

【課題】プレス金型製作が不要で、凹凸パターン相の変更も容易で、高延性素材を用いる必要もない、表面に凹凸パターンを有する金属板の製造方法を提供する。
【解決手段】金属板１を弾性体からなる成形媒体２と凹凸パターンの雌型４とで挟んでなる積層体６を外板５で挟んで圧延ロール７で圧下する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用パネルの部品用として好適な、表面に凹凸パターンを有する金属板の製造方法に関する。

燃費向上の点から自動車の車体軽量化が求められている。これまで車体に使用される鋼板を高強度化することでその分板厚を減らすことや、比重の低いアルミ材への置換などが行われてきた。また、近年ではカーボン強化材料など、より比重の低い材料が検討されるようになってきた。しかしながら、材料コストの問題から市販車への適用は実現しにくいのが現状である。

一方、従来より、鉄やアルミなど一般的な材料からより軽量な板パネルを実現する手段として、アルミハニカム材やサンドイッチ鋼板などの適用が検討されている。アルミハニカム材は蜂の巣形状をした芯材を表皮材で挟んだ構造を有するパネルである。航空機などへの適用が進んでいるが、材料コストや生産性の面から自動車用途への適用は現実的でない。

アルミハニカム構造の欠点である生産性やコストの問題を解決し、軽量なパネルを実現する手段として、例えば特許文献１には、プレス加工により多数高密度に突起を形成した板と平板とを前記突起先端で接合することにより軽量化を実現する構造板が提案されている。これによれば、アルミハニカムの問題であった生産性の低さや価格の高さの問題を解決して軽量かつ高剛性の板パネルを容易に製造できるとされている。

特開平９-０８５８６１号公報

特許文献１の技術は、凹凸パターン（多数の突起）を有する板を凸頂部（突起先端）側で平板と結合する構造のため軽量化・高剛性化の効果は大きい。しかしながら、プレス成形でこのような多数の突起を有する板を製造するので、プレス金型の製作が必要となる。このようなサンドイッチ構造パネルの生産量はそれほど多い量が見込めないのが現実であり、金型を製作する費用が高くなり、結果的に低コストでパネルを提供することが難しくなるという課題があった。また、様々な部品へ適用するためには、突起の高さ、形状、間隔などの形相因子を任意にたやすく変更できることが求められるが、金型製作の時間および費用の点から、これも困難である。さらに、突起部のプレス加工には高い技術が必要で、また素材には高い延性を有する価格の高い材料が必要になるという課題もあった。

本発明は、上述の課題を解決し、プレス金型製作が不要で、凹凸パターン相の変更も容易で、高延性素材を用いる必要もない、表面に凹凸パターンを有する金属板の製造方法の提供を目的としてなされたものである。
すなわち、本発明は、金属板を弾性体からなる成形媒体と凹凸パターンの雌型とで挟んでなる積層体を外板で挟んで圧延ロールで圧下することを特徴とする、表面に凹凸パターンを有する金属板の製造方法である。

本発明によれば、金属板を素材とした被加工材を、弾性体からなる成形媒体と凹凸パターンの雌型とで挟んで積層体となし、該積層体を外板で挟んで圧延ロールで圧下するから、プレス金型製作が不要で、凹凸パターンの形相変更や１枚の金属板内に形相の相異なる複数の凹凸パターンを形成することも容易であり、金属板の素材には高価な高延性材料を使用する必要はなく、軟鋼等の低価格材料を使用できる。

本発明の実施形態の１例を示す概略断面図圧下時の変形状態を示す概略断面図雌型の１例（凹凸パターンが単一の場合）を示す概略平面図雌型の１例（凹凸パターンが複数の場合）を示す概略平面図製品（凹凸パターンを有する金属板）の試作例を示す設計図製品（凹凸パターンを有する金属板）の試作例を示す設計図製品（凹凸パターンを有する金属板）の試作例を示す設計図

図１は、本発明の実施形態の１例を示す概略図である。図示のように、本発明では、金属板を素材とした被加工材１を、弾性体からなる成形媒体２と凹凸パターンの雌型（エンボス雌型ともいう）４とで挟んで積層体６となし、これを両面側から外板５で挟んで圧延ロール７で圧下する。雌型４は凹凸パターンに対応する孔３の配列を有する。
この圧下により、図２に示すように、弾性体２は加圧されて弾性変形する際に被加工材１に圧力を及ぼし、該圧力によって被加工材１の局部が孔３内に押し込まれる。その結果、被加工材１には、孔配列に対応した凹凸パターンが形成される。

プレス機を用いる従来法に比べて本発明では、高速で連続的に凹凸パターンを金属板に形成できる。
エンボス雌型は、適宜の板厚の鋼板等の金属平板に、所望の凹凸パターンに対応する孔配列を付与することにより得られる。このような孔配列は、ＣＡＤシステムにより所望の配列相を設計し、該設計に従ってレーザー加工装置で穿孔加工することにより、容易に形成させうる。なお、レーザー加工装置で穿孔加工する代わりに、打抜きパンチ装置あるいは放電加工装置などで穿孔加工してもよい。

弾性体は、板厚が金属板よりも厚くて、金属板よりも弾性に富むゴム等の材料の板がよい。前記ゴムは天然ゴム、合成ゴムのいずれでもよい。
外板は、圧延ロールによる圧下時に積層体両面に局部凹みが生じるのを抑制して積層板の板厚中心部に十分な圧下力を伝えうる材料および板厚の板であればいかなるものであってもよく、例えば通常の軟鋼板等の廉価でかつ適宜の板厚を有する板が好ましく用いうる。

従来のプレス加工による凹凸パターン形成方法では、プレス金型として雌金型および雄金型が必要であるのに対し、本発明では、エンボス雌型、弾性体、２枚の外板を必要とするが、エンボス雌型、弾性体、２枚の外板の準備に要する手間とコストは、プレス金型のそれに比べて格段に低い。また、プレス金型に比べてエンボス雌型では、多様な形相の凹凸パターンに一対一に対応した孔配列の設計・形成が格段に容易である。

また、１枚のエンボス雌型内に、例えば図３に示すような単一の孔配列相だけでなく、例えば図４に示すような相異なる複数の孔配列相を並存させることも、容易かつ迅速に実現させることができる。なお、孔の形は、これらの図に例示される円形に限らず、多角形、楕円形等々であっても一向にかまわない。
さらに、ゴム板等の弾性体は、一種の流動体として働くため、被加工材との摩擦抵抗が低下することで、通常のプレス加工に比べ、加工の難度を下げる効果がある。したがって、本発明によれば、高価な高延性金属板を素材に用いる必要がある通常のプレス加工に比べ、比較的安価な低延性金属板（例えば軟鋼板など）を素材に用いても十分な製品寸法精度を確保することができる。

図５、図６、図７は、それぞれ製品（凹凸パターンを有する金属板）10の試作例を示す設計図であり、(a)は立体図、(b)は部分平面図、(c)は部分断面図である。
図５の例では、素材板厚０.５ｍｍであり、凹凸パターンは、同形反復して平面を埋め尽くす一辺６.５ｍｍの正三角形の各頂点に、上底直径４ｍｍ、下底直径５ｍｍ、高さ（製品厚さ）１ｍｍの直円錐台形の中心を配位してなるパターンである。

図６の例では、素材板厚０.６ｍｍであり、凹凸パターンは、同形反復して平面を埋め尽くす一辺６.５ｍｍの正三角形の各頂点に、上底直径４ｍｍ、下底直径６ｍｍ、高さ（製品厚さ）１.５ｍｍの直円錐台形の中心を配位してなるパターンである。
図７の例では、素材板厚０.７ｍｍであり、凹凸パターンは、同形反復して平面を埋め尽くす一辺６.５ｍｍの正三角形の頂点に、上底短径４.２ｍｍ、下底短径５.２ｍｍ、高さ（製品厚さ）１ｍｍの正六角錐台形の中心を配位してなるパターンである。

図１に示した実施形態に沿って、表１に示す種々の製造条件により、凹凸パターンを有する金属板の製造を試みて、成形可否を判定した。その結果を表１に示す。発明例（成形媒体は弾性体）ではいずれも所望の凹凸パターンの形成に成功したが、比較例（成形媒体はなし、または鋼板）では不成功に終わった。

１金属板（素材ないし被加工材）
２成形媒体（弾性体）
３孔
４凹凸パターンの雌型（エンボス雌型）
５外板
６積層体
７圧延ロール
10 凹凸パターンを有する金属板（製品）

Claims

金属板を弾性体からなる成形媒体と凹凸パターンの雌型とで挟んでなる積層体を外板で挟んで圧延ロールで圧下することを特徴とする、表面に凹凸パターンを有する金属板の製造方法。