JP2017047876A - 強度補強用金属板材 - Google Patents
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Abstract
【課題】強度補強用金属板材を提供する。【解決手段】本発明の強度補強用金属板材は、凹凸形状のパターンが繰り返されて形成される金属板材であって、反復的な四角の格子パターンで延長され、凹形状を有するビード部と、前記ビード部同士の間にそれぞれ形成され、前記ビード部より上方に突出して反復的なパターンの凸形状を有する多数のセル部とを含んでなり、前記それぞれのセル部は、上端部領域がドーム形状を有する四角錐状であり、最上端地点が前記セル部の中心領域から外れて偏心する地点に形成されることを特徴とする。【選択図】図２
Description
本発明は、強度補強用金属板材に関し、さらに詳しくは、一定のパターンを形成して剛性および成形性を向上させた強度補強用金属板材に関する。
最近、自動車業界は、エンジンのダウンサイジングによって車両を軽量化し、エンジンの出力を高めることにより燃費効率を増大させるための研究開発に総力を挙げて取り組んでいる。
エンジンの効率が高まることにより、エンジンの排気マニホールド、排気管、触媒などの排気系の温度は過去よりも高温に維持され、これにより、熱遮蔽部品であるヒートプロテクター（すなわち、ヒートシールド、ヒートインシュレータ）の高性能化が求められる実情である。
従来技術の一例によるヒートプロテクターは、排気マニホールドの上部にブラケットを介して組み立てられ、排気マニホールドを介して放射される排気ガスの放射熱を遮断および放熱させる。
このようなヒートプロテクターはほとんど、アルミニウムでコートされた鋼板を活用して製造したが、最近は、車両の軽量化および機能性の面で有利なアルミニウム薄板を適用する趨勢にある。
ここで、アルミニウム薄板は、熱伝導度が高く、放熱特性に優れるという利点はあるものの、ヒートプロテクターとして複雑なマニホールド形状に適用するには成形の際に破れやクラックなどの耐久性の面で不利であるうえ、エンジンの振動による騒音を効果的に低減させないという欠点がある。
このような欠点を補うために、最近は、２枚以上のアルミニウム薄板材を重ねて成形して耐久性を向上させるか、或いはエンボス、凹凸、波形などの様々な形状を追加して大気への放熱性を補完することにより、ヒートプロテクターとして製作されている。
ところが、このような努力にも拘わらず、従来技術のアルミニウム薄板素材は、ヒートプロテクターへのプレス成形の際に、２枚の板材が互いに分離されるなど、成形上の不都合があり、ヒートプロテクターとして製作した後にも振動および騒音に対しては依然として脆弱であった。
つまり、単調な波形パターンでは、遮熱特性と放熱特性を同時に提供するのに限界があり、エンジン作動初期の遮熱特性と高温領域での放熱特性を同時に極大化することはできない。
本発明は、単一板材に形成されるパターンの形状を改善して剛性および成形性を向上させることが可能な強度補強用金属板材を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の一実施形態に係る強度補強用金属板材は、凹凸形状のパターンが繰り返されて形成される金属板材であって、反復的な四角の格子パターンで延長され、凹形状を有するビード部と、前記ビード部同士の間にそれぞれ形成され、前記ビード部より上方に突出して反復的なパターンの凸形状を有する多数のセル部とを含んでなり、前記それぞれのセル部は、上端部領域がドーム形状を有する四角錐状であり、最上端地点が前記セル部の中心領域から外れて偏心する地点に形成されることを特徴とする。
前記セル部の最上端地点は、前記セル部に形成される仮想の対角線上でセル部の中心領域から外れて偏心する地点に形成されることが好ましい。
前記セル部の最上端地点は、前記セル部の中心領域から縁部領域までの距離を基準に１５〜２０％中心領域から外れて偏心する地点に形成されることが好ましい。
前記セル部の最上端地点の高さは、前記セル部の一辺に該当するビード部の長さを基準に３０〜４５％で形成されることが好ましい。
前記金属板材はアルミニウム板材であることが好ましい。
前記金属板材は、０．３ｍｍ以下の厚さを有し、車両用ヒートプロテクターに使用できる。
本発明によれば、単一板材に形成されるパターンの形状を、最上端の位置が偏心した四角錐の３次元的な形状（セル部）にすることにより、剛性を向上させることができるという効果がある。
また、本発明によれば、板材を用いて複雑な形状を成形する場合には、３次元的に形成されたセル部が、成形の際に板材が伸長すべき部分を補償しながら、成形性を増大させることができるという効果がある。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態をより詳細に説明する。ところが、本発明は、以下で開示する実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現される。本実施形態は、単に本発明の開示を完全たるものにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。図面上において、同一の符号は同一の要素を指す。
図１は本発明の一実施形態に係る金属板材を示す斜視図、図２は本発明の一実施形態に係る金属板材を示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
図１〜図４に示すように、本発明の一実施形態に係る強度補強用金属板材１００は、アルミニウムを素材とする単一板材であって、車両用断熱部品素材の製造に適用でき、軽量化のために薄板に適用される。例えば、本発明の一実施形態に係る金属板材１００は、ヒートプロテクターの製造に適用でき、厚さ０．３ｍｍ以下の板材に適用できる。
本発明の一実施形態に係る金属板材は、凹凸形状のパターンが繰り返し形成される。
このとき、金属板材１００は、反復的な四角の格子パターンで延長され、凹形状を有するビード部１１０と；前記ビード部１１０同士の間にそれぞれ形成され、前記ビード部１１０よりも上方に突出して反復的なパターンの凸形状を有する多数のセル部１２０とを含んでなる。
故に、ビード部１１０が長さ方向と幅方向に同じ間隔で離隔して平行に形成され、内部に四角形状の領域を形成する。このとき、ビード部１１０同士の離隔間隔は金属板材１００の厚さを考慮して６ｍｍ程度に維持することが好ましい。よって、多数のセル部１２０が前記ビード部１１０同士の間で上方に突出して３次元的な形状を形成するが、このとき、セル部１２０の各辺に該当する部分の長さが６ｍｍ程度を維持することが好ましい。
前記それぞれのセル部１２０は、上端部領域がドーム形状を有する略四角錐状に形成される。この際、四角錐状の最上端地点１２１に該当する領域が、前記セル部１２０の中心領域Ｓから外れて偏心する地点に形成される。
例えば、前記セル部１２０の最上端地点１２１は、前記セル部１２０に形成される仮想の対角線Ｌ１、Ｌ２上でセル部１２０の中心領域Ｓから外れて偏心する地点に形成される。このとき、最上端地点１２１が中心領域Ｓから偏心する方向は、金属板材１００を用いて自動車部品を製造する場合に金属板材１００が成形される方向に応じて選択的に変更できる。
前記セル部１２０の最上端地点１２１は、前記セル部１２０の中心領域Ｓから縁部領域までの距離ｄ２を基準に１５〜２０％中心領域から外れる長さｄ３分だけ偏心する地点に形成されることが好ましい。その理由は、セル部１２０の最上端地点１２１の偏心程度を上述の位置および範囲に限定することが、金属板材のねじり強さおよび成形性を所望のレベルに上手く維持することができるためである。例えば、本発明の実施形態に係る金属板材は、自動車用部品であるヒートプロテクターとして活用するための特定の方向に対するねじり強さおよび成形性を満足した。
前記セル部１２０の最上端地点１２１の高さｈは、前記セル部１２０の一辺に該当するビード部１１０の長さｄ１を基準に３０〜４５％とするが好ましい。その理由は、セル部１２０の最上端地点１２１の高さｈによって素材の流入量（使用量）が決定されるが、素材の剛性に対する素材の流入量を判断する際に、前記セル部１２０の最上端地点１２１の高さを上記の範囲に限定することが好ましい。上記の範囲を超える場合には、強度の向上に対する効果は微々たるものであるが、素材の流入量があまり多くなってコストの面であまり多くの費用がかかるという問題点があり、上記の範囲未満の場合には、所望の剛性を達成することができないという問題点がある。
一方、前記セル部１２０の断面形状は、図３及び図４に示すように、断面の切断位置によって異なる。
図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。Ａ−Ａ線はセル部１２０の最上端地点１２１を通過する仮想線であって、セル部１２０の最上端地点１２１を基準に左側領域の傾きが右側領域の傾きよりも大きい。
図４は図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。Ｂ−Ｂ線はセル部１２０の中心地点Ｓを通過する仮想線であって、図４の上部領域を基準とした左側領域と右側領域の傾きが、それぞれ図３に示したセル部１２０の最上端地点１２１を基準とした左側領域と右側領域の傾きよりも小さい。そして、図４の上部領域が図３に示したセル部１２０の最上端地点１２１よりも平坦に形成される。
次に、前述のように形成される金属板材を従来の例と比較してその物性について考察する。
本発明の実施形態に係る金属板材１００に形成される四角錐状のセル部１２０は、従来の円形エンボスおよびエンボスを活用したセルの形成とは形状的に差別化される。
従来の円形エンボス板材の場合、突起による成形で隔壁を構成するので、隔壁の高さが制限的であり、形状変更に限界（素材の塑性変化の限界）があるが、本発明の実施形態に係る四角錐状のセル部１２０は、高さおよび形状を独立に実現することができるので、結果として剛性および成形性に関する物性をより効果的に調節することができる。
また、本発明の実施形態に係る四角錐状のセル部１２０は、セル部１２０間の交差点に剛性補強セルの交差点、すなわちビード部１１０が十字状に形成される領域が形成され、無地板材の場合に比べて板材のねじり剛性を高めることにより、薄肉０．３ｔ以下でも特定の自動車用部品としての形状を維持することができる。
本発明の実施形態によれば、薄肉素材においても自動車用の複雑形状の部品をプレス成形することができる。
また、単一板材からなる本発明の実施形態に係る金属板材１００を用いて多層構造の複合板材も容易に製造することができ、金属板材同士の間に断熱素材を挿入して３重構造の熱遮蔽部品としても活用可能である。
本発明の実施形態によれば、各セル部１２０が四角錐状に形成されるが、全体的な金属板材１００にはモアレ波形が形成されるので、剛性補強のみならず、実際の複雑形状への成形の際に素材の流入による成形性の増大をもたらすことができるという利点がある。
例えば、波形と垂直な部分に過度な（素材伸率以上の塑性変形が求められるとき）成形条件が与えられるとき、本実施形態によれば、提示したセル部１２０による波形によって形成された谷部が伸びながら、成形品の成形時に伸張する部分を補償する。従って、他のエンボス板材よりも特定の領域からの流入量が格段に多いため、成形性が大幅に向上できる。
一方、本発明の実施形態によれば、最上端地点１２１が偏心したセル部１２０によって従来の円形突起に比べて剛性が補強される。
比較事例はねじり強さを例として挙げることができる。相手比較の際に次の結果が現れた。
一般無地板材の強度を１と仮定するとき、エンボス板材（円形突起エンボス）の場合は、強度が１．３程度向上するが、本発明の実施形態によれば、１．５〜１．８倍の強度が向上することを確認することができた。
本発明について添付図面および前述の好適な実施形態を参照して説明したが、本発明はこれに限定されず、後述する特許請求の範囲によって限定される。よって、本技術分野における通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲の技術的思想から逸脱しない範囲内において、本発明を多様に変更および修正することができる。
１００ 金属板材
１１０ ビード部
１２０ セル部
１２１ 最上端地点
１１０ ビード部
１２０ セル部
１２１ 最上端地点
Claims (6)
- 凹凸形状のパターンが繰り返されて形成される金属板材であって、
反復的な四角の格子パターンで延長され、凹形状を有するビード部と、
前記ビード部同士の間にそれぞれ形成され、前記ビード部より上方に突出して反復的なパターンの凸形状を有する多数のセル部とを含んでなり、
前記それぞれのセル部は、上端部領域がドーム形状を有する四角錐状であり、最上端地点が前記セル部の中心領域から外れて偏心する地点に形成されることを特徴とする、強度補強用金属板材。 - 前記セル部の最上端地点は、前記セル部に形成される仮想の対角線上でセル部の中心領域から外れて偏心する地点に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の強度補強用金属板材。
- 前記セル部の最上端地点は、前記セル部の中心領域から縁部領域までの距離を基準に１５〜２０％中心領域から外れて偏心する地点に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の強度補強用金属板材。
- 前記セル部の最上端地点の高さは、前記セル部の一辺に該当するビード部の長さを基準に３０〜４５％で形成されることを特徴とする、請求項１に記載の強度補強用金属板材。
- 前記金属板材はアルミニウム板材であることを特徴とする、請求項１に記載の強度補強用金属板材。
- 前記金属板材は、０．３ｍｍ以下の厚さを有し、車両用ヒートプロテクターに使用されることを特徴とする、請求項５に記載の強度補強用金属板材。
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