JP2013500159A - 金属板材の微細孔作製方法 - Google Patents

金属板材の微細孔作製方法 Download PDF

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Abstract

本発明の方法は、(A)作業台上の剪断エッジ方向に送られた金属板材は、剪断エッジから突出し、(B)第一位置にあるパンチヘッドと作業台間とに作業間隔を保たせ、(C)パンチヘッドは作業台方向に剪断力を加え、(D)金属板材は、剪断力を受けて湾曲し、第二表面に多数の点形連続配列凹部を形成し、(E)金属板材の第一表面は、剪断力を受け止めて線形凹部を成形し、(F)剪断力によって金属板材は変形し、点形連続配列凹部と線形凹部が相互に貫通する箇所に微細孔を形成し、(G)パンチヘッドは、第一位置に戻ると、更に、作業距離移動し、第二位置に移り、(H)金属板材は再び送られ、(I)パンチヘッドは第二位置に位置し、C、D、E、Fの工程を繰り返し、(J)パンチヘッドは第二位置に戻った後、更に第一位置に戻り、加工の1サイクルを完了させる。よって、一定単位面積の金属板材上に最多数の微細孔を成形し、吸音板の役割を果たす。

Description

本発明は、金属板材の微細孔作製方法に係り、特に、一定単位面積の金属板材上に、最多数の微細孔を形成する加工方法に関する。
現在、生活環境には各種の異なる雑音が充満し、生活品質に甚だしい影響を与えているため、各種の吸音或いは断音設備が機運に応じて生まれた。その内、吸音板の吸音効果が良好な吸音板構造は、米国留学の中国人・馬大猷院士により1970年に提唱された「微細穿孔板吸音理論」を起源としたもので、主に、板材の表面に、直径が板の厚み以下の若干の小さな穴をあけ、音が小さな穴(トンネル)に入ると、その音波エネルギー分子は管中心で高速透過し管壁に粘着する。この時、分子エネルギーが熱エネルギーに変換するまで分子の摩擦が引き起こされ、音響エネルギーを減衰させて、吸音効果を達成する。本出願人は、本理論に基づく出願を続けて行い、2006年4月21日に公告された特許文献1「金属吸音板」の特許出願をした。それは主に、金属板体の底面に、楕円形微細孔を具えた多数の三角錐体を密に凹設し、また、金属板体の上面には微細ウェーブ型表面を形成し、ウェーブ型表面の楕円形微細孔に対応する箇所の上方周囲にもまた三角錐体を凹設する。これにより、反射する音波が相互に衝突し妨害しあうため減衰が生じ、それと同時に、一部の音波が三角錐体底の楕円形微細孔を透過したとしても、音波透過損失を引き起こす故に、最良で迅速な吸音効果を達成する構成である。
また、出願者によって出願され、2009年5月16日に公開された特許文献2「幾何微細孔吸音板」は、主に、板層の下方に金属製板体を取り付け、板体の上面と底面には、相互に連接する微細多曲面外観面及び微細幾何形状孔溝をそれぞれ凹設し、異なる角度の錐面を用いて相互に屈折を生じさせることにより、相互の妨害現象を促し、空気を動力とする運動エネルギーを消耗させ、且つ、板体と板層間の空気層に音波エネルギーの摩擦損失を増加させ、良好な吸音機能を達成する。
しかし、前記特許文献は何れも、「微細穿孔板吸音理論」を利用したもので、現在市販されている吸音板の構造もまた前記理論に基づいて作製されている。吸音率は、一定単位面積の板材上の微細孔数との相関関係があり、板材上に最多の微細孔を設けたのなら、吸音率を向上させられるだけでなく、材料を節約し、製造コストを削減する長所を備えられる。
現在、公知の吸音板の多くは、板材を直接プレスして穿孔を作るプレス加工技術を用いている。直接プレスして穿孔を作る加工技術によって、1平方メートルの板材上に40000から50000の微細孔をプレスすることができるが、各微細孔の最少孔径は0.45mmであり、一定単位面積に更に多数の、且つ孔径が更に小さい吸音板を作るのは難しいため、平均吸音率(NRC)は単に0.15乃至0.5間(NRC数値が高いほど、吸音率はよくなる)である。
台湾実用新案登録第M289784号明細書 台湾特許公開第200920902号明細書
一定単位面積の板材上に微細孔を最も多く作製するのが難しく、その吸音率を効果的に向上させることができない公知の吸音板に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、金属板材の微細孔作製方法を提供することにある。本方法によって、一定単位面積の金属板材上に最多数の微細孔を製作可能で、これを吸音板として用いることができ、吸音率を高められる。
上述の技術問題を解決するために、提供する本発明の金属板材の微細孔作製方法は、主に、剪断金型を用いて適当な硬度及び展延性を備える板材に対して剪断加工を施すもので、次の工程を含む。即ち、
(A)金属板材を作業台上の剪断エッジ方向に送る。金属板材の第一表面を作業台に接触させ、金属板材の一部を作業台の剪断エッジから突出させる。
(B)パンチヘッドを作業台の剪断エッジ上方の第一位置に位置させ、パンチヘッドと作業台間に作業間隔をあける。作業台の剪断エッジに平行するパンチヘッドの方向上には連続的に配列した複数のパンチ刃部を設ける。
(C)パンチヘッドは作業台方向に剪断力を加える。
(D)金属板材は、パンチヘッドの力を受けて力方向に従い湾曲し、且つ、パンチヘッド方向の金属板材の第二表面は、パンチ刃部の作用を受けて、対応する複数の点形連続配列凹部を形成する。
(E)金属板材の第一表面は、剪断力を受け止め、作業台の剪断エッジに沿って線形凹部を成形する。
(F)上述の剪断力によって金属板材は変形し、第二表面の点形連続配列凹部と第一表面の線形凹部は相互に貫通し、貫通が重なる箇所には微細孔が形成される。
(G)パンチヘッドは、第一位置に戻ると、更に、作業台の剪断エッジの平行方向に沿って作業距離移動し、第二位置に移る。
(H)金属板材は作業台の剪断エッジ方向に再び送られる。
(I)パンチヘッドは第二位置に位置し、C、D、E、Fの工程を繰り返す。
(J)パンチヘッドは第二位置に戻り、作業台の剪断エッジに平行する方向に沿って作業距離移動し、第一位置に戻り、加工の1サイクルを完了させる。
前述のとおり、本発明は、B工程のパンチ刃部31数とH工程における金属板材2の再供給ストロークをコントロールし、金属板材の微細孔数を1平方メートルあたり80000個から450000個間にする。
前述のとおり、本発明は、B工程のパンチ刃部31数とH工程における金属板材2の再供給ストロークをコントロールし、金属板材上の微細孔数を1平方メートルあたり250000個から400000個間にする。
前記金属板材の硬度HRBを8から40間に、展延性を4から30間とする。
前記パンチ刃部はノコギリ形状に配列する。
前記作業距離は、相隣する二つのパンチ刃部のピッチより小さい。
前記作業距離は、相隣する二つのパンチ刃部のピッチの2分の1とする。
前記F工程には更に、パンチヘッドのストロークを制御するF1工程を含む。それにより、第二表面の点形連続配列凹部と第一表面の線形凹部が相互に貫通した後、形成される微細孔の垂直方向の最小孔幅は、金属板材の厚さより小さいものとなる。
前記F工程には更に、パンチヘッドのストロークを制御するF2工程を含む。それにより、第二表面の点形連続配列凹部と第一表面の線形凹部が相互に貫通した後に微細孔を形成し、線形凹部方向に沿う微細孔の孔幅は、金属板材供給方向の孔幅より大きいものとなる。
前記F工程には更に、パンチヘッドのストロークを制御するF3工程を含む。それにより、第二表面の点形連続配列凹部と第一表面の線形凹部が相互に貫通した後に形成される微細孔は、線形凹部の上部に位置する。
上述のJ工程を完了後、更に、全体をフラットにする工程を行なう。それは、金属板材の第一表面と第二表面を全体的に平たくする工程である。
上述の金属板材に全体をフラットにする工程を行なった後、更に、被覆工程を行う。それは、全体をフラットにした金属板材の第一表面と第二表面に膜層を被覆する工程である。
前述のB工程で連続配列したパンチ刃部はノコギリ形状に設定する。
上述した本発明には次のような効果を備える。
(1)本発明は、一定単位面積の金属板材上に、最多数の微細孔を作製し、これにより、大幅に材料を節約し製造コストを削減することができる。
(2)本発明は、一定単位面積の金属板材上に、最多数の微細孔を作製する。これにより、吸音率を高め、雑音を効果的に低下するため、最良の雑音防止効果を達成することができる。
(3)本発明の作製方法に基づき作られた金属板材は、軽量、無毒、防火、抗塩分、防水、高吸音率、使用寿命が長く、色の変化が多く、部分に分けて取り付けできる等の効果を備え、それは主に、高温、多湿、超クリーン、高速気流等の場所に応用できる。例えば、建築、営造、空調、機械、電子、医療、交通機関等の雑音防止産業関連においては、防塵、防火、防水、無毒効果のある耐久性吸音板となる。
本発明の実施工程のフローチャートである。 本発明の金属板材を作業台に供給し移動させ、パンチヘッドを第一位置に配置した図である。 本発明のパンチヘッドを第一位置に配置し、第二位置までの移動距離を示した図である。 本発明のパンチヘッドによって金属板材に剪断力を加えようとしている状態図である。 本発明のパンチヘッドによって金属板材に剪断力を加えた状態図である。 本発明の金属板材上に点形連続配列凹部及び線形凹部によって貫通形成された微細孔を示す図である。 本発明の金属板材上に多数回、プレスを繰り返し形成された連続微細孔の断面図である。 本発明の金属板材第二表面上には点形連続配列凹部を形成し、第一表面上には線形凹部を形成することを示した図である。 本発明に基づき製作された微細孔単層吸音金属板に対する吸音率テストの折れ線グラフである。 本発明に基づき製作された微細孔二層吸音金属板に対する吸音率テストの折れ線グラフである。 本発明に基づき製作された吸音金属板、その他各種微細孔式吸音板、及び一般の平板に対する吸音率テストの折れ線グラフである。
図1に示す通り、本発明Rの実施例には次の工程を含む。
(A)金属板材は作業台上の剪断エッジ方向に送られる。金属板材の第一表面を作業台に接触させ、金属板材の一部を作業台の剪断エッジから突出させる。作業台1端部に剪断エッジ11を形成し(図2参照)、プレス待ちの金属板材2を作業台1に配置し送ると、作業台1の剪断エッジ11方向に送られ移動する。金属板材2は、一部のプレス待ち箇所が剪断エッジ11の外側に突出して中空に浮いた状態となる。金属板材2は下向きの第一表面21と上向きの第二表面22を備え、金属板材のロックウェル硬さ(HRB)は8から40の間とし、展延性は4から30の間とする。
(B)パンチヘッドを作業台の剪断エッジ上方の第一位置に位置させ、パンチヘッドと作業台間に作業間隔をあける。作業台の剪断エッジに平行するパンチヘッドの方向上には連続的に配列した複数のパンチ刃部を設ける。パンチヘッド3は作業台1の剪断エッジ11上方の第一位置Y1(図3参照)に配置し、第一位置Y1と剪断エッジ11を常に垂直に保つ。パンチヘッド3の垂直方向と作業台1の剪断エッジ11間には作業間隔Sをあける(図4参照)。又、パンチヘッド3には少なくとも一つ以上の連続配列するパンチ刃部31を配置し、パンチ刃部31はノコギリ形状とする。
(C)パンチヘッドは作業台方向に剪断力を加える。パンチヘッド3は第一位置Y1から垂直下向きに力を加える。パンチヘッド3の垂直方向と剪断エッジ11間に作業間隔Sを備えてあるため、パンチヘッド3のパンチ刃部31と作業台1の剪断エッジ11が重なった時(図5参照)、剪断力が形成される。
(D)金属板材は、パンチヘッドの力を受けて力方向に従い湾曲し、且つ、パンチヘッド方向の金属板材の第二表面は、パンチ刃部の作用を受けて、対応する複数の点形連続配列凹部を形成する。金属板材2は、パンチヘッド3の下向きの力を受けた後、剪断エッジ11を突出し、空中に浮いた状態の金属板材2の一部は、力の方向に沿って湾曲変形する。また、パンチヘッド3のパンチ刃部31は、剪断エッジ11に近い金属板材2の第二表面22上に、複数の点形連続配列凹部4をプレス成形する(図6参照)。
(E)金属板材の第一表面は、剪断力を受け止め、作業台の剪断エッジに沿って線形凹部を成形する。金属板材2は剪断力を受けて湾曲変形した後、同時に剪断エッジ11の上方向に押圧する力を受けて、対応する第一表面21上に線形凹部5を成形する。
(F)上述の剪断力によって金属板材は変形し、第二表面の点形連続配列凹部と第一表面の線形凹部は相互に貫通し、貫通が重なる箇所には微細孔が形成される。上述で発生した剪断力により、金属板材2は変形し、その後、第二表面22上の点形連続配列凹部4と第一表面21の線形凹部5間は重なり合い貫通し、微細孔6を形成する(図7参照)。
(F1)それは、パンチヘッド3のストロークを制御する。それにより、第二表面22の点形連続配列凹部4と第一表面21の線形凹部5が相互に貫通した後、形成される微細孔6の垂直方向の最小孔幅M1は、金属板材2の厚さNより小さいものとなる。
(F2)それは、パンチヘッド3のストロークを制御する。それにより、第二表面22の点形連続配列凹部4と第一表面21の線形凹部5が相互に貫通した後に微細孔6を形成し、線形凹部方向に沿う微細孔6の孔幅は、金属板材供給方向の孔幅より大きいものとなる。
(F3)それは、パンチヘッド3のストロークを制御する。それにより、第二表面22の点形連続配列凹部4と第一表面21の線形凹部5が相互に貫通した後に形成される微細孔6は、線形凹部5の上部に位置する。
(G)パンチヘッドは、第一位置に戻ると、更に、作業台の剪断エッジの平行方向に沿って作業距離移動し、第二位置に移る。その後、パンチヘッド3は上方向に動き、第一位置Y1に戻る。パンチヘッド3は更に、平行状態で、作業台1の剪断エッジ11に沿って作業距離T移動し、第二位置Y2に移る(図3参照)。作業距離Tは相隣する二つのパンチ刃部31のピッチPより小さく、作業距離Tは、相隣する二つのパンチ刃部31のピッチPの2分の1とする。
(H)金属板材は作業台の剪断エッジ方向に再び送られる。金属板材2は再び、作業台1の剪断エッジ11方向に適当距離送る。
(I)パンチヘッドは第二位置に位置し、C、D、E、Fの工程を繰り返す。パンチヘッド3は更に、金属板材2を適当距離供給した後、前述のC、D、E、Fの工程を繰り返す。金属板材2の第二表面22及び第一表面21上には、複数の点形連続配列凹部4及び線形凹部5をそれぞれ形成する。点形連続配列凹部4と線形凹部5間には貫通する微細孔6を形成する(図8参照)。
(J)パンチヘッドは第二位置に戻り、作業台の剪断エッジに平行する方向に沿って作業距離移動し、第一位置に戻り、加工の1サイクルを完了させる。最後に、パンチヘッド3は、更に上升し、第二位置Y2に戻った後、作業台1の剪断エッジ11方向に沿って、作業距離T移動し、第一位置に戻り、プレス加工処理の1サイクルが完了する。
上述の各工程を通して金属板材2全体のプレス加工処理を多数回サイクル終えた後、更に、全体をフラットにする工程を行なうことも可能である。それは、金属板材2の第一表面21と第二表面22に対し研磨或いは艶出し処理を行い、後続する被覆程工程の処理に役立てるものである。
上述の金属板材2に全体をフラットにする工程を行なった後、更に、被覆工程を行うことも可能である。それは、全体をフラットにした金属板材2の第一表面21と第二表面22に膜層を被覆する工程である。膜層は、静電塗装を採用し、膜の厚さは約20mic、微細孔6を塞がず、これによってその引っかき傷、損傷、錆による腐蝕を防ぎ、美観を向上させ、使用寿命を延ばす。
前述のとおり、本発明は、B工程のパンチ刃部31数とH工程における金属板材2の再供給ストロークをコントロールし、金属板材の硬度HRBを8から40間に、展延性を4から30間に選択することにより、製造する金属板材2の微細孔6数を1平方メートルあたり80000個から450000個間にするか、金属板材2上の微細孔6数を1平方メートルあたり250000個から400000個間にする。前述の工程を用いて製造される金属板材2は、1平方メートルあたり40万個の微細孔を備えるものとなる。吸音率テストにおいて、テストサンプルは微細孔単層の吸音金属板及び微細孔二層の吸音金属板とする。その内、微細孔単層の吸音金属板の厚みは1.0mm、孔径は0.08mmの幾何孔、テスト温度は25℃、テスト湿度は60%、各音程の吸音率は、CNS9056の要求に基づく。微細孔単層の吸音金属板テストデータは表1に、吸音率テストの折れ線グラフは図9に示すとおりである。
その内、単層金属板は、空気層50mmでのテストにおいて、中心周波数が2kHzである時、吸音率は0.76に達した。また、空気層100mmにおいて、中心周波数が800Hzである時、吸音率は0.85に達し、空気層200mmにおいて、中心周波数が500Hzである時、吸音率は0.81に達し、空気層500mmにおいて、中心周波数が125Hzである時、吸音率は0.85に達した。
微細孔二層の吸音金属板テストデータは表2に、吸音率テストの折れ線グラフは図10に示す通りである。
また、微細孔二層の吸音金属板では、テストサンプルの板の厚さを1.0mm、孔径を0.08mmの幾何形状孔、テスト温度を25℃、テスト湿度を60%とし、各音程の吸音率はCNS9056の要求に基づく。二層の間隔を50mmとするテストにおいて、空気層が50mm、中心周波数が400Hzである時、吸音率は0.83に達した。また、二層の間隔が50mmでは、空気層が100mm、中心周波数が1kHzである時、吸音率は0.89に達した。二層の間隔が100mmでは、空気層が100mm、中心周波数が630Hzである時、吸音率は0.92に達した。
また、本発明とその他各種の微細孔式吸音板と一般の平板との比較テストにおいて、テストデータは表3に、吸音率テストの折れ線グラフは図11に示す通りである。
その内、1平方メートルあたりの吸音板Aには、40000個の微細孔を備え、板の厚さは0.5mm、微細孔の最小孔径は0.45mmである。
1平方メートルあたりの吸音板Bには、40000個の微細孔を備え、板の厚さは0.5mm乃至0.6mm、微細孔の最小孔径は0.5mm乃至0.6mmである。
1平方メートルあたりの吸音板Cには、55555個の微細孔を備え、板の厚さは0.5mm乃至2mm、微細孔の最小孔径は2.0mm乃至3.5mmである。
平板は、微細孔なし、板の厚さは0.5mmから1.0mmの間とし、本発明の孔数は1平方メートルあたり40万孔に達し、板の厚さは1.0mm、孔高0.1mm以下とし、中心周波数が500Hzである時、吸音率は更に高い0.92に達し、吸音率の結果は最良であった。
また、本発明の吸音率(NRC)平均値は0.7、その他の吸音板(無背貼吸音材)の吸音率平均値は最高、たったの0.5であり、現有する多孔性吸音板材と一般の平板とを比較し、本発明の吸音効果は極めて優れたものであるということが示された。
1:作業台、11:剪断エッジ、2:金属板材、21:第一表面、22:第二表面、3:パンチヘッド、31:パンチ刃部、4:点形連続配列凹部、5:線形凹部、6:微細孔、M1:孔幅、N:厚さ、P:ピッチ、S:作業間隔、T:作業距離、Y1:第一位置、Y2:第二位置。

Claims (13)

  1. 金属板材の微細孔作製方法において、
    (A)金属板材を作業台上の剪断エッジ方向に送り、金属板材の第一表面を作業台に接触させ、金属板材の一部を作業台の剪断エッジから突出させ、
    (B)パンチヘッドを作業台の剪断エッジ上方の第一位置に位置させ、パンチヘッドと作業台間に作業間隔をあけ、作業台の剪断エッジに平行するパンチヘッドの方向上には連続的に配列した複数のパンチ刃部を設け、
    (C)パンチヘッドは作業台方向に剪断力を加え、
    (D)金属板材は、パンチヘッドの力を受けて力方向に従い湾曲し、且つ、パンチヘッド方向の金属板材の第二表面は、パンチ刃部の作用を受けて、対応する複数の点形連続配列凹部を形成し、
    (E)金属板材の第一表面は、剪断力を受け止め、作業台の剪断エッジに沿って線形凹部を成形し、
    (F)上述の剪断力によって金属板材は変形し、第二表面の点形連続配列凹部と第一表面の線形凹部は相互に貫通し、貫通が重なる箇所には微細孔が形成され、
    (G)パンチヘッドは、第一位置に戻ると、更に、作業台の剪断エッジの平行方向に沿って作業距離移動し、第二位置に移り、
    (H)金属板材は作業台の剪断エッジ方向に再び送られ、
    (I)パンチヘッドは第二位置に位置し、C、D、E、Fの工程を繰り返し、
    (J)パンチヘッドは第二位置に戻り、作業台の剪断エッジに平行する方向に沿って作業距離移動し、第一位置に戻り、加工の1サイクルを完了させる
    工程を含むことを特徴とする金属板材の微細孔作製方法。
  2. 前記B工程のパンチ刃部数とH工程における金属板材の再供給ストロークをコントロールすることにより、金属板材の微細孔数を1平方メートルあたり80000個から450000個間とすることを特徴とする請求項1に記載の金属板材の微細孔作製方法。
  3. 前記B工程のパンチ刃部数とH工程における金属板材の再供給ストロークをコントロールすることにより、金属板材上の微細孔数を1平方メートルあたり250000個から400000個間とすることを特徴とする請求項1に記載の金属板材の微細孔作製方法。
  4. 前記金属板材の硬度HRBを8から40間に、展延性を4から30間とすることを特徴とする請求項1に記載の金属板材の微細孔作製方法。
  5. 前記パンチ刃部はノコギリ形状に配列することを特徴とする請求項1に記載の金属板材の微細孔作製方法。
  6. 前記作業距離は、相隣する二つのパンチ刃部のピッチより小さいことを特徴とする請求項1に記載の金属板材の微細孔作製方法。
  7. 前記作業距離は、相隣する二つのパンチ刃部のピッチの2分の1とすることを特徴とする請求項6に記載の金属板材の微細孔作製方法。
  8. 前記F工程には更に、パンチヘッドのストロークを制御するF1工程を含み、それにより、第二表面の点形連続配列凹部と第一表面の線形凹部が相互に貫通した後、形成される微細孔の垂直方向の最小孔幅は、金属板材の厚さより小さいものとなることを特徴とする請求項1に記載の金属板材の微細孔作製方法。
  9. 前記F工程には更に、パンチヘッドのストロークを制御するF2工程を含み、それにより、第二表面の点形連続配列凹部と第一表面の線形凹部が相互に貫通した後に微細孔を形成し、線形凹部方向に沿う微細孔の孔幅は、金属板材供給方向の孔幅より大きいものとなることを特徴とする請求項1に記載の金属板材の微細孔作製方法。
  10. 前記F工程には更に、パンチヘッドのストロークを制御するF3工程を含み、それにより、第二表面の点形連続配列凹部と第一表面の線形凹部が相互に貫通した後に形成される微細孔は、線形凹部の上部に位置することを特徴とする請求項1に記載の金属板材の微細孔作製方法。
  11. 前記J工程を完了後、更に、全体をフラットにする工程を行ない、それは、金属板材の第一表面と第二表面を全体的に平たくする工程であることを特徴とする請求項1に記載の金属板材の微細孔作製方法。
  12. 前記金属板材に全体をフラットにする工程を行なった後、更に、被覆工程を行い、それは、全体をフラットにした金属板材の第一表面と第二表面に膜層を被覆する工程であることを特徴とする請求項11に記載の金属板材の微細孔作製方法。
  13. 前記B工程で連続的に配列したパンチ刃部はノコギリ形状とすることを特徴とする請求項1に記載の金属板材の微細孔作製方法。
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