JP2017006935A - 外板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】剛性を維持しつつ、陰影が生じるような精密な立体的形状を外板の表側に施すことができる外板の製造方法を提供すること。
【解決手段】外板１０の製造方法は、曲げ応力に対して形状拘束が生じる部分を有する外板１０の裏面１２に、照射軌跡が所定のデザイン７０になるようにレーザを照射することにより、外板１０の表面１１に両側が湾曲する湾曲部５１に挟まれた稜線部５０が形成されるレーザ照射工程を含む。このレーザ照射工程において、外板１０の端部に達しないようにレーザが照射されることにより、外板１０の端部の剛性による形状拘束が生じた状態で曲げ応力が加わって稜線部５０が適切に形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、外板の製造方法に関する。

従来から、レーザを金属板に照射し、金属板に所定の形状を成形する方法が知られている。この種のレーザを用いた金属板の加工に関する技術を開示するものとして、特許文献１がある。特許文献１には、板金の変形させる部分にレーザ光を高速でスキャニングしながら照射して変形させる部分を加熱し、変形させる部分に力を加えて板金の加工を行う技術が開示されている。

特許第２９１５６４６号公報

需要者のニーズの多様化等から車両等に用いられるような外板においても、種々の形状を施すことが求められている。この点、特許文献１には、レーザを応用した板金加工が開示されており、立体的な形状を金属板に施すことが可能である。しかし、特許文献１に開示される技術では、変形させる部分にレーザを照射して加熱した後に、変形させる部分に別途力を加える必要がある上、剛性の低下や外板に対して陰影を生み出すような精密なデザインを施すという観点で改善の余地があった。

本発明は、剛性を維持しつつ、陰影が生じるような精密な立体的形状を外板の表側に施すことができる外板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、外板（例えば、後述の外板１０）の製造方法であって、曲げ応力に対して形状拘束が生じる部分を有する前記外板の裏側（例えば、後述の裏面１２）に、照射軌跡が所定の形状（例えば、後述のデザイン７０又はデザイン３０１〜３０６）になるようにレーザを照射することにより、前記外板の表側に両側が湾曲している稜線部（例えば、後述の稜線部５０）が形成されるレーザ照射工程を含む外板の製造方法に関する。

これにより、形状拘束を受けている部分にレーザの照射によって生じる角変形の曲げ応力が加わることになる。形状拘束を受けた状態で曲げ応力が加わるので、外板の裏側が内側に湾曲し、外板の表側に両側がなだらかに湾曲する稜線を形成することが可能となる。湾曲する部分が形成されることにより、同じ板厚の金属板と比べ剛性が向上するとともに、稜線の両側が湾曲することにより、独特の陰影感が生じるデザインを外板の表側に形成することができる。

前記レーザ照射工程において、前記外板の端部に達しないように前記レーザが照射されることにより、前記外板の端部の剛性による形状拘束が生じた状態で曲げ応力が加わって前記稜線部が形成されることが好ましい。

これにより、レーザの照射軌跡が外板の端部まで達しないので、外板の端部の剛性を利用して両側が湾曲する稜線部を成形することができる。外板自体の剛性により、レーザ照射によって生じる曲げ応力に対する形状拘束を実現できる。

前記レーザ照射工程において、前記レーザの照射軌跡は閉じられた図形（例えば、後述のデザイン７０又はデザイン３０１〜３０５）であることが好ましい。

これにより、レーザの照射が閉じられた図形となるので、レーザの照射部分の両側全域にわたって曲げ応力に対する形状拘束が働く。従って、外板自体の剛性により、レーザ照射によって生じる曲げ応力に対する形状拘束を実現できる。

前記外板の製造方法は、前記外板に成形を行う成形工程を更に含み、前記レーザ照射工程は、前記成形工程で成形された前記外板に対してレーザを照射することが好ましい。

これにより、板状部材から所定の形状に成形されて剛性が向上した状態の外板に対してレーザ照射が行われることになる。外板自体の剛性により、レーザ照射によって生じる曲げ応力に対する形状拘束を実現できる。

前記レーザ照射工程において、前記レーザは、同じ照射位置に繰り返し照射されることが好ましい。

これにより、レーザが繰り返し照射された部分に対応する稜線の角度が鋭くなり、稜線部のコントラストをよりはっきりさせることができる。

前記レーザ照射工程において、前記レーザによって所定の形状を描く際に、照射範囲を段階的に分散して前記レーザを照射することが好ましい。

これにより、一部分に照射範囲が集中して外板が局所的に湾曲して全体的な形状が崩れる事態を防止し、外板の表側により安定的に所定の形状を施すことができる。

前記レーザ照射工程は、前記外板の端部を拘束部材（例えば、後述の拘束部材２６０，２７０）で拘束した状態で前記レーザが照射されることが好ましい。

これにより、外板の端部が拘束されるので、曲げ応力に対向する拘束力を確実に発揮させることができ、稜線部の形状をより安定させることができる。また、外板の端部までレーザの照射を行っても、拘束部材によって適切に形状拘束されるので、稜線部を確実に形成できるとともに、表側を大きく使った自由なデザインを外板に施すことができる。

本発明によれば、剛性を維持しつつ、陰影が生じるような精密な立体的形状を外板の表側に施すことができる外板の製造方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係る外板の製造工程の流れを示す図である。 第１実施形態のレーザ照射装置が外板の裏面にレーザを照射する様子を模式的に示す図である。 レーザ照射によって外板に曲げ応力が生じる様子を模式的に示した図である。 形状拘束された状態で曲げ応力が加わることにより、外板におけるレーザを照射した部分の周囲が湾曲する様子を模式的に示した図である。 表面に稜線部が複数形成された外板の断面の様子を模式的に示した図である。 レーザ照射を段階的に行う様子を模式的に示した図である。 第２実施形態のレーザ照射装置が外板の裏側にレーザを照射する様子を模式的に示す断面図である。 拘束部材によって外板が拘束された様子を模式的に示す図である。 拘束部材によって外板が拘束された様子の他の例を模式的に示す図である。 所定の形状が表側に形成された外板の例を示す図である。

以下、本発明の外板の製造方法の好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、車両に用いられる外板の製造工程を例に本発明を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る外板の製造工程の流れを示す図である。図１に示すように、第１実施形態の外板の製造工程では、まず、ブランキング加工によって所定の形状の金属板が鋼材から切り出される（Ｓ１）。次に、切り出された金属板に対してプレス加工を行う（Ｓ２）。このプレス加工による成形工程を経ることで、外板１０が立体的な形状に成形される。

第１実施液体の外板１０の製造方法では、プレス加工された外板１０に対してレーザを照射する（Ｓ３）。このレーザ照射工程では、所定のデザイン（形状）７０に基づいてレーザが、外板１０に照射される（図６参照）。

次に、このレーザ照射工程で、レーザを照射するレーザ照射装置２０について説明する。図２は、本実施形態のレーザ照射装置２０により、外板１０の裏面（裏側）１２にレーザが照射される様子を模式的に示す図である。

図２に示すように、レーザ照射装置２０は、ロボットアーム２１と、ロボットアーム２１の先端に設けられるレーザ照射部２２と、外板１０を支持する支持部２５と、を備える。

ロボットアーム２１は、そのアームの先端を３次元的に移動させることができる多関節式である。このロボットアーム２１によってレーザ照射部２２が３次元的に移動可能になっている。なお、レーザ照射装置２０の照射位置を変更する構成は、ロボットアーム２１に限定されるわけではなく、事情に応じて適宜変更することができる。

レーザ照射部２２は、外板１０に所定の形状を成形するためのレーザを照射する。本実施形態のレーザ照射部２２は、波長が１０７０ｎｍ前後のマルチモードファイバレーザを照射可能に構成されている。レーザ照射部２２のその他の条件は、以下の通りである。
ビームモード：無変調連続波(ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ)
出力：４ｋｗ
レーザ照射径：１．２ｍｍ程度
スキャン速度：８００ｍｍ／ｓｅｃ

支持部２５は、プレス加工された外板１０をその裏面（裏側）１２が上方を向いた状態で保持する。支持部２５に支持される外板１０の材料及び板厚について説明する。外板１０の材料としては、亜鉛メッキ鋼板（ＪＡＣ２７０Ｄ又はＪＡＣ２７０Ｆ）又はメッキされていない鋼板（ＪＳＣ２７０Ｄ又はＪＳＣ２７０Ｆ）等が用いられる。亜鉛メッキ鋼板又はメッキされていない鋼板では、板厚が０．５ｍｍ〜０．８ｍｍのものを成形対象とする。

なお、レーザ照射部２２の加工条件や加工対象である外板１０の材料及び板厚等は、成形対象の構成や形状等によって適宜変更することができる。例えば、外板１０の材料として、板厚が０．５ｍｍ〜０．８ｍｍのアルミ板（Ａ６０２２又はＡ６０１６等のアルミ合金板）を用いることができる。

次に、レーザ照射によって外板１０に生じる変形について説明する。図３は、レーザ照射によって外板１０に曲げ応力が生じる様子を模式的に示した図である。図３に示すように、予め設定された形状に基づいて線状にレーザが照射されると、外板１０における加熱部分と非加熱部分の熱収縮の収縮量の差等によって角変形が生じ、曲げ応力がレーザ照射位置３０の周囲に発生する。

図４は、形状拘束された状態で曲げ応力が加わることにより、外板１０におけるレーザを照射した部分の周囲が湾曲する様子を模式的に示した図である。図４に示すように、外板１０は、その立体的形状に基づく剛性により、レーザ照射によって生じた曲げ応力に抵抗する形状拘束が働く。即ち、立体的な形状の外板１０の両端部は、その剛性により曲げ応力に対向してその形状を維持しようとする。その結果、曲げ応力の作用によって、レーザが照射された部分と両端部との間が内側（裏側）に湾曲し、表側に湾曲部５１に挟まれた稜線部５０が形成される。

図５は、表面（表側）１１に稜線部が複数形成された外板１０の断面の様子を模式的に示した図である。図５に示すように、レーザ照射装置２０によって所定の照射軌跡に基づいてレーザが照射され、稜線部５０が複数形成される。本実施形態の稜線部５０は、外板１０の表面１１から突出しており、その両側が凹むように湾曲している。レーザ照射によって形成される稜線部５０は、その挟み角度５５が鋭くなるので、陰影のコントラストがはっきりしたものとなる。また、図５中央の両向きの矢印に示すように、湾曲部５１の長さも大きくなり、なだらかな曲面が形成される。

本実施形態では、上述のレーザ処理は、段階的に行われる。次に、レーザの段階的な照射について説明する。図６中の（ａ）には、第１段階で外板１０の表面１１に形成された稜線部５０が示されている。図６中の（ｂ）には、外板１０の表面１１に最終的に形成されるデザイン７０が示されている。

図６中の（ａ）に示すように、第１段階では、レーザの照射位置を移動させて複数の三角形が表面１１に形成される。レーザは、閉じた図形である三角形の軌跡を描くように照射される。三角形は閉じた図形であり、三角形を構成する辺が外板１０の端面には達していない。従って、レーザ照射によって生じる角変形の動きは、辺の周囲の平面部分に拘束された形となり、その結果、レーザが照射された部分の周囲が内側に変形する。

複数の三角形のそれぞれは、最終的に外板１０に照射される形状（図６中の（ｂ）参照）の一部であり、互いに離れた場所に位置する。レーザによって複数の三角形が順次形成される。即ち、第１段階においても、複数の三角形が段階的に形成され、レーザの照射範囲が三角形ごとに分散することになる。

図６中の（ｂ）に示すように、第２段階では、複数の三角形の間を接続する直線が形成される。第２段階で照射されるレーザの軌跡は直線状であり、この第２段階においても、照射位置が分散するようにレーザが照射される。

図６中の（ｂ）に示す第２段階においても、レーザは、外板１０の端部に達しないように照射される。従って、角変形の動きは、レーザが照射された直線部分の周囲に拘束された形となり、上述の通り、稜線部５０が形成される。

また、本実施形態のレーザ照射装置２０は、同じ照射位置に繰り返しレーザを照射する。即ち、レーザ照射を時間的にも分散して行う。第１段階と第２段階では、レーザの照射位置が異なっており、レーザ照射の繰り返しも段階的に行われる。

なお、レーザ照射の繰り返しは、第１段階と第２段階を繰り返すように行ってもよいし、第１段階を繰り返した後に第２段階を繰り返すように行ってもよい。成形対象や最終的に成形する形状に応じてレーザ照射の繰り返す順番は適宜変更することができる。

以上説明した第１実施形態の外板１０の製造方法によれば、以下のような効果を奏する。外板１０の製造方法は、曲げ応力に対して形状拘束が生じる部分を有する外板１０の裏面１２に、照射軌跡が所定のデザイン７０になるようにレーザを照射することにより、外板１０の表面１１に両側が湾曲する湾曲部５１に挟まれた稜線部５０が形成されるレーザ照射工程（図１のＳ１）を含む。

これにより、形状拘束を受けている部分にレーザの照射によって生じる角変形の曲げ応力が加わることになる。形状拘束を受けた状態で曲げ応力が加わるので、外板１０の裏側が内側に湾曲し、外板１０の表側に両側がなだらかに湾曲する稜線を形成することが可能となる。湾曲する部分が形成されることにより、同じ板厚の金属板と比べ剛性が向上するとともに、稜線の両側が湾曲することにより、独特の陰影感が生じるデザイン７０を外板の表側に形成することができる。

レーザ照射工程において、外板１０の端部に達しないようにレーザが照射されることにより、外板１０の端部の剛性による形状拘束が生じた状態で曲げ応力が加わって稜線部５０が適切に形成される（図４及び図５参照）。これにより、レーザの照射軌跡が外板１０の端部まで達しないので、外板１０の端部の剛性を利用して両側が湾曲する稜線部５０を成形することができる。外板１０自体の剛性により、レーザ照射によって生じる曲げ応力に対する形状拘束を実現できる。

レーザ照射工程において、レーザの照射軌跡は閉じられた図形（例えば、図６中の（ｂ））である。これにより、レーザの照射が閉じられた図形となるので、レーザの照射部分の両側全域にわたって曲げ応力に対する形状拘束が働く。従って、外板１０自体の剛性により、レーザ照射によって生じる曲げ応力に対する形状拘束を実現できる。

本実施形態の外板１０の製造方法は、外板１０にプレス加工を行う成形工程（図１のＳ２）を更に含み、レーザ照射工程は、成形工程でプレス加工が行われて立体的な形状となった外板１０に対してレーザを照射する。

これにより、板状部材から所定の形状に成形されて剛性が向上した状態の外板１０に対してレーザ照射が行われることになる。外板１０自体の剛性により、レーザ照射によって生じる曲げ応力に対する形状拘束を実現できる。

レーザ照射工程において、レーザは、同じ照射位置に繰り返し照射される。これにより、レーザが繰り返し照射された部分に対応する稜線の角度５５が鋭くなり、稜線部５０のコントラストをよりはっきりさせることができる。

レーザ照射工程において、レーザによって所定のデザイン７０を描く際に、照射範囲を段階的に分散して前記レーザを照射する。これにより、一部分に照射範囲が集中して外板１０が局所的に湾曲して全体的な形状が崩れる事態を防止し、外板１０の表側により安定的に所定の形状を施すことができる。

次に、第２実施形態の外板２１０の製造方法について説明する。第２実施形態では、外板２１０を製造する工程の順序やレーザ照射工程等が異なる。なお、第１実施形態のレーザ照射装置２０と同じ構成については、同じ符号を付してその説明を省略する場合がある。

第２実施形態の工程の順序について説明する。第２実施形態では、ブランキング処理を行って所定の形状に切り出された金属板に対してレーザ照射を行って所定の形状を成形する。即ち、プレス成形を行う前の段階の平板状の金属板にレーザ照射を行う点が上記第１実施形態と異なっている。そして、レーザ照射工程により所定の形状が施された金属板に対してプレス加工を行う。

図７は、第２実施形態のレーザ照射装置が外板２１０の裏側にレーザを照射する様子を模式的に示す断面図である。なお、ロボットアーム２１等の構成についてはその図示を省略している。

図７に示すように、第２実施形態では、平板状の外板２１０の端部を保持部２２５に載置した状態で拘束部材２６０を用いて外板２１０を拘束している。拘束部材２６０は、外板２１０の裏面２１２であって、端部近傍に配置される。外板２１０の端部は、拘束部材２６０と保持部２２５によって上下方向に挟まれた状態となっている。また、拘束部材２６０は、少なくともレーザの照射範囲２５０よりも外側に位置するようにセットされる。図８は、拘束部材２６０によって外板２１０が拘束された様子を模式的に示す図である。図８に示すように、拘束部材２６０は、外板２１０の裏面２１２の端部全周に配置される。

この状態で、レーザ照射部２２によって外板２１０の裏面２１２にレーザを所定のデザインに基づいて照射する。外板２２０は、拘束部材２６０によって拘束された状態で曲げ応力が加わるので、レーザを照射した部分の周囲が内側に湾曲し、第１実施形態と同様の稜線部５０が形成される。また、第２実施形態においても、レーザの照射範囲は、外板２１０の端部よりも内側なので、外板２１０の平面部分の剛性によっても曲げ応力に対向する拘束力が発揮される。

即ち、第２実施形態の外板２１０の製造方法におけるレーザ照射工程では、外板１０の端部を拘束部材２６０で拘束した状態で前記レーザが照射される。これにより、外板２１０の端部が拘束されるので、曲げ応力に対向する拘束力を確実に発揮させることができ、稜線部５０の形状をより安定させることができる。

また、拘束部材２６０の配置方法は適宜変更することができる。図９は、拘束部材２７０によって外板２１０が拘束された様子の一例を模式的に示す図である。図９では、拘束部材２７０が、外板２１０の端部の全周ではなく、端部の一部に配置される。より具体的には、拘束部材２７０は、端部における辺の中央に配置される。この構成をとることにより、外板２１０の端部までレーザの照射を行うことができる。拘束部材２７０によって適切に形状拘束されるので、稜線部５０を確実に形成できるとともに、表面２１１を大きく使った自由なデザインを外板２１０に施すことが可能となる。このように、拘束部材の配置方法は、事情に応じて適宜変更することができる。

図１０は、所定の形状が表側に形成された外板１０の例を示す図である。次に、本発明の外板１０の製造方法によって表面１１に施されたデザインの例について説明する。図１０中の（ａ）は、円を複数並列配置させたデザイン３０１である。図１０中の（ｂ）は、ハニカム状のデザイン３０２を外板１０の表面１１に施したものである。図１０中の（ｃ）は、同心円状のデザイン３０３を施している。図１０中の（ｄ）は、直線を複数配置したデザイン３０４である。

図１０に示したデザイン３０１〜３０４は、何れも外板１０の端部まで達しておらず、平板状の外板１０にも適用できるデザインである。その中でも、３０１〜３０３は、いずれも閉じられた図形を有しており、稜線部５０によって生じる明確なコントラストを実現することができるデザインである。なお、図１０に示したデザイン３０１〜３０４は、所定の形状の一例を示すものであり、外板１０に描く図形は、そのデザインしたい図案に基づいて適宜設定することができる。

以上、本発明の外板１０の製造方法の好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、第１実施形態のようにプレス成形後の外板１０に対してレーザ照射を行う場合においても、第２実施形態で説明した拘束部材２６０や他の形状の拘束部材を適用することができる。また、レーザ照射を行う対象の外板１０の形状についても、適宜変更することができる。更に、車両に用いられる外板１０に限定されず、種々の製品に用いられる外板に本発明を適用できる。

１０ 外板
５０ 稜線部
７０ デザイン（所定の形状）
２１０ 外板
２６０ 拘束部材
２７０ 拘束部材
３０１〜３０６ デザイン（所定の形状）

Claims (7)

1. 外板の製造方法であって、
   曲げ応力に対して形状拘束が生じる部分を有する前記外板の裏側に、照射軌跡が所定の形状になるようにレーザを照射することにより、前記外板の表側に両側が湾曲している稜線部が形成されるレーザ照射工程を含む外板の製造方法。
2. 前記レーザ照射工程において、前記外板の端部に達しないように前記レーザが照射されることにより、前記外板の端部の剛性による形状拘束が生じた状態で曲げ応力が加わって前記稜線部が形成される請求項１に記載の外板の製造方法。
3. 前記レーザ照射工程において、前記レーザの照射軌跡は閉じられた図形である請求項１又は２に記載の外板の製造方法。
4. 前記外板に成形を行う成形工程を更に含み、
   前記レーザ照射工程は、前記成形工程で成形された前記外板に対してレーザを照射する請求項１から３までの何れかに記載の外板の製造方法。
5. 前記レーザ照射工程において、
   前記レーザは、同じ照射位置に繰り返し照射される請求項１から４までの何れかに記載の外板の製造方法。
6. 前記レーザ照射工程において、
   前記レーザによって前記所定の形状を描く際に、照射範囲を段階的に分散して前記レーザを照射する請求項１から５までの何れかに記載の外板の製造方法。
7. 前記レーザ照射工程は、
   前記外板の端部を拘束部材で拘束した状態で前記レーザが照射される請求項１から６までの何れかに記載の製造方法。

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