JP2011156581A - 凹凸金属板 - Google Patents

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美枝 橘
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Abstract

【課題】ねじりが付与されたときのねじり中心軸の軸方向に対して45度方向のねじれ剛性が、半球状の凹凸を設けた金属板よりも優れた凹凸金属板を提供すること。
【解決手段】エンボス加工された凹凸金属板1である。凹凸金属板1は、エンボス加工により等間隔で表面に形成された正方形状の複数の型押し部2を備える。凹凸が繰り返す方向Sに対して直交する方向からみたときの型押し部2の稜線2aと、凹凸金属板1の仮想のx軸とのなす稜線傾斜角が0度である。凹凸金属板1をx軸回りにねじるときのねじり付与箇所間のx軸の長さW1と、ねじり付与箇所間の型押し部2のx軸方向の1列当たりの個数Nと、稜線2aの長さW2と、が次の式(1)を満たす。0.5≦W2×N/W1≦0.8・・・式(1)
【選択図】図1

Description

本発明は、ねじりが付与されたときのねじり中心軸の軸方向に対して45度方向のねじれ剛性に優れた凹凸金属板に関する。
カーオーディオ、プリンタなどのシャシーには、その剛性を確保するために厚さ1.0mm、または厚さ0.8mmの金属の平板が多く用いられている。ここで、製品重量軽減の観点からシャシーの軽量化が望まれている。シャシーの軽量化にはそのゲージダウン(板厚を薄くすること)が効果的であるが、単なるゲージダウンではシャシーの剛性が低下する。したがって、ゲージダウンを行なっても剛性を確保できるシャシー構造とする必要がある。
一方、プレス成形により金属板に半球状の凹凸を設けた凹凸金属板が特許文献1に記載されている。特許文献1に記載されているように、複数の半球状の凹凸により金属板の剛性を高めることができる。
特開2004−98142号公報
特許文献1に記載されたような複数の半球状の凹凸を有する金属板を、カーオーディオ、プリンタなどのシャシーに用いると、その剛性が高まり、結果として剛性を確保しつつシャシーのゲージダウンを行なえる。一方、本発明者らは、半球状の凹凸を設けるという板構造よりもさらに剛性を高めることができる板構造を追求した。さらには、本発明者らは、ねじりが付与されたときのねじり中心軸の軸方向に対して45度方向のねじれ剛性に優れた板構造を追求した。
すなわち、本発明の課題は、ねじりが付与されたときのねじり中心軸の軸方向に対して45度方向のねじれ剛性が、半球状の凹凸を設けた金属板よりも優れた凹凸金属板を提供することである。
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、角筒形状の複数の型押し部をその稜線の角度などを限定して金属板の表面に等間隔で設けることにより、半球状の凹凸を金属板の表面に設けることよりも、ねじり中心軸の軸方向に対して45度方向のねじれ剛性を向上させる(高める)ことができた。この知見に基づき本発明が完成するに至ったのである。
すなわち、本発明は、型押し加工された凹凸金属板であって、型押し加工により等間隔で表面に形成された角筒形状の複数の型押し部を備え、凹凸が繰り返す方向に対して直交する方向からみたときの前記型押し部の稜線と、当該凹凸金属板の仮想のx軸とのなす稜線傾斜角が0度であって、当該凹凸金属板を前記x軸回りにねじるときのねじり付与箇所間の前記x軸の長さW1と、前記ねじり付与箇所間の前記型押し部の前記x軸方向の1列当たりの個数Nと、前記型押し部の1つ当たりの前記稜線の長さW2と、が下記の式(1)を満たす凹凸金属板である。
0.5≦W2×N/W1≦0.8 ・・・式(1)
(式(1)中、W1およびW2の単位は等しい)
また本発明は、その第2の態様によれば、型押し加工された凹凸金属板であって、型押し加工により等間隔で表面に形成された角筒形状の複数の型押し部を備え、凹凸が繰り返す方向に対して直交する方向からみたときの前記型押し部の稜線と、当該凹凸金属板の仮想のx軸とのなす稜線傾斜角が30度以上60度以下である凹凸金属板である。
また上記本発明において、前記稜線傾斜角が45度であって、当該凹凸金属板を前記x軸回りにねじるときのねじり付与箇所間の前記x軸の長さW1と、前記ねじり付与箇所間の前記型押し部の前記稜線方向の1列当たりの最大個数Nと、前記型押し部の1つ当たりの前記稜線の長さW2と、が下記の式(2)を満たすことが好ましい。
W2×N/W1≧0.65 ・・・式(2)
(式(2)中、W1およびW2の単位は等しい)
本発明によれば、同条件の半球状の凹凸を設けた金属板よりも、ねじりが付与されたときのねじり中心軸の軸方向に対して45度方向のねじれ剛性が高い凹凸金属板とすることができる。
本発明の一実施形態に係る凹凸金属板を示す図である。 図1に示した凹凸金属板の斜視図である。 他の実施形態に係る凹凸金属板を示す図である。 FEM解析の解析モデルを示す図である。 FEM解析の結果を示すグラフである。 FEM解析の解析モデルを示す図である。 FEM解析の結果を示すグラフである。 FEM解析の解析モデルを示す図である。 FEM解析の結果を示すグラフである。 FEM解析の解析モデルを示す図である。 FEM解析の結果を示すグラフである。 FEM解析の解析モデルを示す図である。 FEM解析の結果を示すグラフである。 FEM解析の解析モデルを示す図である。 FEM解析の結果を示すグラフである。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明に係る凹凸金属板は、例えば、カーオーディオ、プリンタなどのシャシー材料として用いられる。
(第1実施形態)
図1は、本発明の一実施形態に係る凹凸金属板1を示す図である。図1(a)は、凹凸金属板1の平面図であり、図1(b)は、図1(a)A−A断面図である。
図1に示すように、凹凸金属板1は、エンボス加工により等間隔で表面に形成された角筒形状の複数の型押し部2を有する。型押し部2は、金属板の表面に、縦・横一定の間隔W3を開けて形成されている。なお、型押し部2は、エンボス加工により形成されるものに限られない。例えば、プレス加工により金属板を塑性変形させて型押し部2を形成してもよい(他の実施形態においても同様)。
また、ほぼ正方形の凹凸金属板1を例示したが、凹凸金属板1は、カーオーディオ、プリンタなど適用されるものに対して形状は変化する(他の実施形態においても同様)。
図1(a)に示すように、凹凸が繰り返す方向Sに対して直交する方向からみたときの型押し部2の形状は、正方形とされている。また、本実施形態では、凹凸が繰り返す方向Sに対して直交する方向からみたときの型押し部2の稜線2aと、凹凸金属板1の仮想のx軸とのなす角は、0度とされている。換言すれば、稜線2aは、x軸と平行にされている。
型押し部2の1つ当たりの稜線2aの長さW2は、10mm〜30mm程度であり、型押し部2の深さHは、1mm〜5mm程度である(他の実施形態においても同様)。また、型押し部2と、凹凸金属板1の辺1a・1b・1c・1dとの間隔は、例えば、いずれも2mm(稜線2aの長さW2以下の寸法)とする。
ここで、検証結果は後述するが、図2に示したように、凹凸金属板1をx軸回りにねじるときのねじり付与箇所間のx軸の長さW1と、ねじり付与箇所間の型押し部2のx軸方向の1列当たりの個数Nと、型押し部2の1つ当たりのx軸方向の稜線2aの長さW2と、が下記の式(1)を満たすことにより、凹凸金属板1がx軸回りにねじられたとき、凹凸金属板1は、当該x軸方向に対して45度方向のねじれ剛性に優れる。
0.5≦W2×N/W1≦0.8 ・・・式(1)
(式(1)中、W1およびW2の単位は等しい)
W2×N/W1<0.5の場合、型押し部2のサイズ(W2×N)が、基準面1e(図1(a)参照)のサイズ(W1−W2×N)よりも小さくなり、基準面1eの変形を抑制しきれない。また、W2×N/W1>0.8の場合、基準面1eのサイズ(W1−W2×N)が小さいため、金属板に付与した型押し部2自体が面外に変形して剛性が低下する。
凹凸金属板1をx軸回りにねじるとは、例えば、凹凸金属板1の辺1bと辺1dとを、x軸を中心に逆方向に回転させる(ねじる)ことをいう。この場合、ねじり付与箇所間とは、辺1bと辺1dとの間の部分のことをいい、本実施形態では、凹凸金属板1全体が、ねじり付与箇所間となる。
(第2実施形態)
図3は、他の実施形態に係る凹凸金属板21を示す図である。図3(a)は、凹凸金属板21の平面図であり、図3(b)は、図3(a)A−A断面図である。
図3に示したように、本実施形態の凹凸金属板21は、図1に示した凹凸金属板1と同様、エンボス加工により等間隔で表面に形成された角筒形状の複数の型押し部2を有する。型押し部2は、金属板の表面に、斜め上方向・斜め下方向に一定の間隔W3を開けて形成されている。
図3(a)に示すように、凹凸が繰り返す方向Sに対して直交する方向からみたときの型押し部2の形状は、正方形とされている。また、本実施形態では、凹凸が繰り返す方向Sに対して直交する方向からみたときの型押し部2の稜線2aと、凹凸金属板21の仮想のx軸とのなす稜線傾斜角αは、45度とされている。
なお、検証結果は後述するが、稜線傾斜角αを30度以上60度以下とすることにより、凹凸金属板21がx軸回りにねじられたとき、凹凸金属板21は、当該x軸方向に対して45度方向のねじれ剛性に優れる。30度以上60度以下というように稜線傾斜角αに角度をもたせることで、ねじりにより凹凸金属板21に発生するせん断の距離が短くなり、型押し部2内の面外への変形を抑制することができるためである。
また、本実施形態のように、稜線傾斜角αが45度の場合には、凹凸金属板21をx軸回りにねじるときのねじり付与箇所間のx軸の長さW1と、ねじり付与箇所間の型押し部2の稜線2a方向の1列当たりの最大個数Nと、型押し部2の1つ当たりの稜線2aの長さW2と、が下記の式(2)を満たすことにより、凹凸金属板21がx軸回りにねじられたとき、凹凸金属板21は、当該x軸方向に対して45度方向のねじれ剛性に優れる。
W2×N/W1≧0.65 ・・・式(2)
(式(2)中、W1およびW2の単位は等しい)
W2×N/W1<0.65の場合、型押し部2のサイズ(W2×N)が、基準面21e(図3(a)参照)のサイズ(W1−W2×N)よりも小さくなり、その結果、基準面1eの変形を抑制しきれなくなって剛性が低下する。
凹凸金属板21をx軸回りにねじるとは、例えば、凹凸金属板21の辺21bと辺21dとを、x軸を中心に逆方向に回転させる(ねじる)ことをいう。この場合、ねじり付与箇所間とは、辺21bと辺21dとの間の部分のことをいい、本実施形態では、凹凸金属板21全体が、ねじり付与箇所間となる。また、本実施形態(正方形の凹凸金属板21)では、ねじり付与箇所間の型押し部2の稜線2a方向の1列当たりの最大個数Nとは、凹凸金属板21の対角線上に位置する型押し部2の個数(13個)のことである。なお、凹凸金属板が、例えば長方形の場合、ねじり付与箇所間の型押し部2の稜線2a方向の1列当たりの最大個数Nは、凹凸金属板の対角線上に位置する型押し部2の個数ではなく、稜線2a方向と同じ方向の1列当たりの型押し部2の最大個数となる。
なお、型押し部2と、凹凸金属板21の辺21a・21b・21c・21dとの間隔は、例えば、いずれも2mm(稜線2aの長さW2以下の寸法)とする。型押し部2と、凹凸金属板21の辺21a・21b・21c・21dとの間隔とは、型押し部2と、凹凸金属板21の辺21a・21b・21c・21dとの最短距離のことをいう。
(検証結果)
(検証結果1)
型押し部の形状の違いによる影響についてFEMを用いた解析を行なった。図4は、FEM解析の解析モデルを示す図であり、図5は、FEM解析の結果を示すグラフである。
図4に示したように、平板金属板51、角筒形状の凹凸金属板1(角度:0度)、角筒形状の凹凸金属板21(角度:45度)、半球状の凹凸金属板(角度:0度(不図示))、および半球状の凹凸金属板52(角度:45度)について、FEMを用い解析を行なった。
図2を参照しつつ、金属板へのねじりの与え方について説明する。凹凸金属板1の辺1bと辺1dとを、x軸を中心に逆方向に0.1度回転させたときに発生するモーメント(N・mm)を比較する。同じ回転角度を金属板に与えた場合、発生するモーメントが大きいほど、ねじれ剛性が高いことになる(他の検証結果においても同様)。
金属板のサイズは、いずれも□300mmとした。金属板のヤング率は、いずれも206GPaとした(鉄)。金属板の板厚は、いずれも0.6mmとした(他の検証結果においても同様)。
角筒形状の凹凸金属板1(角度:0度)および角筒形状の凹凸金属板21(角度:45度)の型押し部2のサイズは、いずれも□25.1mm、深さH:2mmとした。半球状の凹凸金属板(角度:0度(不図示))および半球状の凹凸金属板52(角度:45度)の型押し部53のサイズは、いずれも直径25.1mm、深さH:2mmとした。
また、型押し部2と、凹凸金属板の各辺(端の辺)との間隔は、いずれも2mmとした(以降の検証結果においても同様)。なお、型押し部2と、凹凸金属板の各辺(端の辺)との間隔は、2mmに限定されるものではないが、型押し部2のサイズ(W2)以下とする必要がある。
図5からわかるように、角筒形状の凹凸金属板1、21のねじれ剛性は、平板金属板51のねじれ剛性よりも高い。また、角筒形状の凹凸金属板21(角度:45度)のねじれ剛性は、半球状の凹凸金属板52(角度:45度)のねじれ剛性よりも高い。なお、本条件では、角筒形状の凹凸金属板1(角度:0度)のねじれ剛性は、半球状の凹凸金属板(角度:0度)のねじれ剛性よりも低い。
(検証結果2)
次に、稜線傾斜角αが0度の凹凸金属板1について、ねじり付与箇所間の型押し部2のx軸方向の1列当たりの個数Nを10に固定し、稜線2aの長さW2を変化させて、ねじれ剛性を求め、その値を、同条件の対応する半球状の凹凸金属板(角度:0度)のねじれ剛性の値と比較した。図6は、FEM解析の解析モデルを示す図であり、図7は、FEM解析の結果を示すグラフである。
図6(b)に示した凹凸金属板1aは、図6(a)に示した凹凸金属板1と比較して、稜線2aの長さW2が小さい凹凸金属板である。ねじり付与箇所間の型押し部2のx軸方向の1列当たりの個数Nは、凹凸金属板1と凹凸金属板1aとで等しい。
表1に、解析条件を示す。なお、半球状の凹凸金属板(角度:0度)の型押し部の直径は、対応する角筒形状の凹凸金属板の稜線2aの長さW2と等しくした。また、角筒形状の凹凸金属板1・1a(角度:0度)および半球状の凹凸金属板(角度:0度)の型押し部の深さHは2mmとした。
Figure 2011156581
図7からわかるように、角筒形状の凹凸金属板1・1a(角度:0度)は、W2×N/W1が、0.5〜0.8において、同条件の対応する半球状の凹凸金属板(角度:0度)よりもねじれ剛性が向上した。
(検証結果3)
次に、稜線傾斜角αが0度の凹凸金属板1について、稜線2aの長さW2を27.8mmに固定し、ねじり付与箇所間の型押し部2のx軸方向の1列当たりの個数Nを変化させて、ねじれ剛性を求め、その値を、同条件の対応する半球状の凹凸金属板(角度:0度)のねじれ剛性の値と比較した。図8は、FEM解析の解析モデルを示す図であり、図9は、FEM解析の結果を示すグラフである。
図8(b)に示した凹凸金属板1bは、図8(a)に示した凹凸金属板1と比較して、型押し部2のx軸方向の1列当たりの個数Nが少ない凹凸金属板である。稜線2aの長さW2は、凹凸金属板1と凹凸金属板1bとで等しい。
表2に、解析条件を示す。なお、半球状の凹凸金属板(角度:0度)の型押し部の直径は、対応する角筒形状の凹凸金属板の稜線2aの長さW2と等しくした。すなわち、型押し部2の直径は、27.8mmに固定した。また、角筒形状の凹凸金属板1・1b(角度:0度)および半球状の凹凸金属板(角度:0度)の型押し部の深さHは2mmとした。
Figure 2011156581
図9からわかるように、角筒形状の凹凸金属板1・1b(角度:0度)は、W2×N/W1が、0.4〜0.8において、同条件の対応する半球状の凹凸金属板(角度:0度)よりもねじれ剛性が向上した。
(検証結果4)
次に、稜線傾斜角αの違いによる影響についてFEMを用いた解析を行なった。図10は、FEM解析の解析モデルを示す図であり、図11は、FEM解析の結果を示すグラフである。
図10に示したように、型押し部2の稜線2aとx軸とのなす稜線傾斜角αを変化させてねじれ剛性を求め、その値を、同条件の対応する半球状の凹凸金属板のねじれ剛性の値と比較した。図10(a)に示した角筒形状の凹凸金属板21aは、稜線傾斜角αが30度の凹凸金属板である。図10(c)に示した角筒形状の凹凸金属板21bは、稜線傾斜角αが60度の凹凸金属板である。
角筒形状の凹凸金属板1、21、21a、21bの型押し部2のサイズは、いずれも□25.1mm、深さH:2mmとした。また、それぞれと角度が対応する半球状の凹凸金属板の型押し部のサイズは、いずれも直径25.1mm、深さH:2mmとした。
図11からわかるように、稜線傾斜角αが45度に対し±15度の範囲で、角度が対応する半球状の凹凸金属板よりもねじれ剛性が向上した。すなわち、稜線傾斜角αが30度以上60度以下の範囲で、対応する半球状の凹凸金属板よりもねじれ剛性が向上した。
(検証結果5)
次に、稜線傾斜角αが45度の凹凸金属板21について、ねじり付与箇所間の型押し部2の稜線2a方向の1列当たりの最大個数Nを13に固定し、稜線2aの長さW2を変化させて、ねじれ剛性を求め、その値を、同条件の対応する半球状の凹凸金属板(角度:45度)のねじれ剛性の値と比較した。図12は、FEM解析の解析モデルを示す図であり、図13は、FEM解析の結果を示すグラフである。
図12(b)に示した凹凸金属板21cは、図12(a)に示した凹凸金属板21と比較して、稜線2aの長さW2が小さい凹凸金属板である。ねじり付与箇所間の型押し部2の稜線2a方向の1列当たりの最大個数Nは、凹凸金属板21と凹凸金属板21cとで等しい。
表3に、解析条件を示す。なお、半球状の凹凸金属板(角度:45度)の型押し部の直径は、対応する角筒形状の凹凸金属板の稜線2aの長さW2と等しくした。また、角筒形状の凹凸金属板21・21c(角度:45度)および半球状の凹凸金属板(角度:45度)の型押し部の深さHは2mmとした。
Figure 2011156581
図13からわかるように、角筒形状の凹凸金属板21・21c(角度:45度)は、W2×N/W1が、0.65以上において、同条件の対応する半球状の凹凸金属板(角度:45度)よりもねじれ剛性が向上した。
(検証結果6)
次に、稜線傾斜角αが45度の凹凸金属板21について、稜線2aの長さW2を25.1mmに固定し、ねじり付与箇所間の型押し部2の稜線2a方向の1列当たりの最大個数Nを変化させて、ねじれ剛性を求め、その値を、同条件の対応する半球状の凹凸金属板(角度:45度)のねじれ剛性の値と比較した。図14は、FEM解析の解析モデルを示す図であり、図15は、FEM解析の結果を示すグラフである。
図14(b)に示した凹凸金属板21dは、図14(a)に示した凹凸金属板21と比較して、型押し部2の稜線2a方向の1列当たりの最大個数Nが少ない凹凸金属板である。稜線2aの長さW2は、凹凸金属板21と凹凸金属板21dとで等しい。
表4に、解析条件を示す。なお、半球状の凹凸金属板(角度:45度)の型押し部の直径は、対応する角筒形状の凹凸金属板の稜線2aの長さW2と等しくした。すなわち、型押し部2の直径は、25.1mmに固定した。また、角筒形状の凹凸金属板21・21d(角度:45度)および半球状の凹凸金属板(角度:45度)の型押し部の深さHは2mmとした。
Figure 2011156581
(型押し部の配置角度:45度)
図15からわかるように、角筒形状の凹凸金属板21・21c(角度:045度)は、W2×N/W1が、0.65以上において、同条件の対応する半球状の凹凸金属板(角度:45度)よりもねじれ剛性が向上した。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
例えば、前記実施形態では、凹凸が繰り返す方向Sに対して直交する方向からみたときの型押し部2の形状が正方形である場合の実施形態を例示したが、凹凸が繰り返す方向Sに対して直交する方向からみたときの型押し部2の形状を長方形としてもよい。
1:凹凸金属板
2:型押し部
2a:稜線
α:稜線傾斜角

Claims (3)

  1. 型押し加工された凹凸金属板であって、
    型押し加工により等間隔で表面に形成された角筒形状の複数の型押し部を備え、
    凹凸が繰り返す方向に対して直交する方向からみたときの前記型押し部の稜線と、当該凹凸金属板の仮想のx軸とのなす稜線傾斜角が0度であって、
    当該凹凸金属板を前記x軸回りにねじるときのねじり付与箇所間の前記x軸の長さW1と、前記ねじり付与箇所間の前記型押し部の前記x軸方向の1列当たりの個数Nと、前記型押し部の1つ当たりの前記稜線の長さW2と、が下記の式(1)を満たすことを特徴とする、凹凸金属板。
    0.5≦W2×N/W1≦0.8 ・・・式(1)
    (式(1)中、W1およびW2の単位は等しい)
  2. 型押し加工された凹凸金属板であって、
    型押し加工により等間隔で表面に形成された角筒形状の複数の型押し部を備え、
    凹凸が繰り返す方向に対して直交する方向からみたときの前記型押し部の稜線と、当該凹凸金属板の仮想のx軸とのなす稜線傾斜角が30度以上60度以下であることを特徴とする、凹凸金属板。
  3. 前記稜線傾斜角が45度であって、
    当該凹凸金属板を前記x軸回りにねじるときのねじり付与箇所間の前記x軸の長さW1と、前記ねじり付与箇所間の前記型押し部の前記稜線方向の1列当たりの最大個数Nと、前記型押し部の1つ当たりの前記稜線の長さW2と、が下記の式(1)を満たすことを特徴とする、請求項2に記載の凹凸金属板。
    W2×N/W1≧0.65 ・・・式(1)
    (式(1)中、W1およびW2の単位は等しい)

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