JP3576878B2 - リブ付きエキスパンドメタルの設計方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、端部に平坦なリブが設けられたエキスパンドメタルの設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エキスパンドメタルとは、鋼板等の金属板に所定の切延加工を一定のパターンで施してメッシュ形状としたもので、各種建造物の床張や踏板、或いは側溝の蓋等の用途に広く用いられている。
図１（ａ）、（ｂ）に、鋼板を素材としたエキスパンドメタルと、その製造工程の概略を示す。このエキスパンドメタルはストランドとボンドからなる連続的なメッシュ形状をなしている。図１（ａ）に示したとおり、該メッシュ形状は、メッシュの短目方向中心間隔Ｓと、メッシュの長目方向中心間隔Ｌと、ストランドの幅Ｗによって特定されるものである。
【０００３】
図１（ａ），（ｂ）において、５は鋼板、３は上刃、７は下刃、９はローラーである。上刃３には図１（ａ）に示される通り一定間隔で連続的に凸部がもうけられており、下刃７は直線状である。上刃３の凸部は、目的とするメッシュ形状に応じて設計されるものであって、図１では三角形状としているがこれに限られるものではない。ここで、下刃７は固定されているのに対して、上刃３は上下動可能に配置されている。ローラー９は、鋼板５を搬送するためのものである。
以下、この工程の内容について具体的に説明する。
【０００４】
上記ような上刃３と下刃７との間から鋼板５の先端を所定長さ突出させた状態で、上刃３を所定のストロークだけ下降させ、上刃３の凸部と下刃７によって鋼板５に断続的な切れ込みを設けると共に、上刃３の凸部によって切れ込み部分の延伸加工を行なう。次いで、上刃３を上昇させてから１／２Ｌだけ横方向にスライドさせると共に、鋼板５をローラー９によってＷだけ送った後、再度上刃３を所定のストロークだけ下降させて鋼板の切延を行なう。以下、このプロセスを繰り返すことによって、順次メッシュ形状が形成される。最後に、このようにしてメッシュ形状を形成した鋼板に、必要に応じて平坦化加工を施し、エキスパンドメタルを得るものである。
【０００５】
従来のエキスパンドメタルは、エキスパンドメタルの全体にわたって一様なメッシュ形状としたものが主であった。このようなエキスパンドメタルは、通常、金属枠に取りつけられて使用に供される場合が多い。端部に金属枠を取り付ける方法には溶接等の方法があるが、使用材料の特性によっては十分な取り付け強度を確保することは難しい。特に、例えば４００ｇ／ｍ² 超の厚メッキ鋼板を用いた場合には厚メッキのために溶接は困難であり、エキスパンドメタルに枠を取り付けることが難しかった。
【０００６】
そこで、全体にわたって一様なメッシュ形状としたエキスパンドメタルに代わって、鋼板に切延工程を施す際に、鋼板の前端部と後端部とを残して中央部のみをメッシュ加工し、前後端部に鋼板の平坦な部分（リブ）を残したリブ付きエキスパンドメタルの設計方法が提案されている。リブ付きエキスパンドメタルの場合、リブをそのまま枠として用いれば溶接等の必要はなく、また強度の観点からも好ましい。
【０００７】
ところが、リブ付きエキスパンドメタルを製造する場合、特にリブとメッシュ部との境界における最初のストランド（第一ストランド）に破断が発生することがある。この問題を解決するため、従来は、例えば特公昭６２−３６１０６号公報に記載されるように、鋼板のリブに相当する部分に予め抜き穴を設けておく方法や、特開平８−１３５１２７号公報に記載されるように、第一ストランドの幅を広く取る方法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特公昭６２−３６１０６号公報記載の方法では、別工程として鋼板に抜き穴を設ける工程を追加する必要があり、また切延工程に供する素材に制限が加えられるため好ましくない。また、特開平８−１３５１２７号公報記載の方法では、単に第一ストランドの幅を広く取るといっても、どの程度広くすれば適当であるのか開示がないため、実際には試行錯誤を通じて経験的に第一ストランドの幅を検討する必要があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、第一ストランドにおける破断の発生は、単に第一ストランドの幅のみに左右されるものではなく、エキスパンドメタルのメッシュ形状（Ｌ、Ｓ、Ｗ、の値による）と第一ストランドの幅との総体的な作用によるものと考え、実験とシミュレーションを通じて第一ストランドに破断の生じないメッシュ形状と第一ストランドの幅の条件を導き出し、本発明のエキスパンドメタルの設計方法を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１） ストランドとボンドからなるメッシュ形状のエキスパンドメタルにおいて、端部にリブを設け、リブとメッシュ部との境界部分における最初のストランドの幅をＷ₀ 、それ以外の部分におけるストランドの幅をＷ、ボンドとボンドの短目方向中心間距離をＳ、長目方向中心間距離をＬとしたときに、これらの値が下記式１を満足するように設計することを特徴とするリブ付きエキスパンドメタルの設計方法。
0.5(S/L)+0.1[1-2.1(S/L)][1-0.91[(W₀ /W)-1]] ＜０．１８………式１
（２） メッシュ部分が鋼からなることを特徴とする前記（１）記載のエキスパンドメタルの設計方法。
【００１１】
（３） ストランドとボンドからなるメッシュ形状のエキスパンドメタルにおいて、端部にリブを設け、エキスパンドメタルを形成する金属材料の伸び値をＥｌ（％）、リブとメッシュ部との境界部分における最初のストランドの幅をＷ₀ 、それ以外の部分におけるストランドの幅をＷ、ボンドとボンドの短目方向中心間距離をＳ、長目方向中心間距離をＬとしたときに、これらの値が下記式２を満足するように設計することを特徴とするリブ付きエキスパンドメタルの設計方法。
0.5(S/L)+0.1[1-2.1(S/L)][1-0.91[(W₀ /W)-1]] ＜0.18(El/40) ……式２
なお、本発明における伸び値Ｅｌ（％）とは、ＪＩＳ Ｚ２２４１に定められる金属材料引張試験方法に従って測定された破断伸び値Ｅｌ（％）をいうものとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図２に、リブ付きエキスパンドメタルの端部を拡大して示す。図２において、メッシュの短目方向中心間隔をＳ、メッシュの長目方向中心間隔をＬ、第一ストランドの幅をＷ₀ 、それ以外のメッシュの部分を構成するストランドの幅をＷとする。また、図２に示されるように、Ｃ＝Ｓ／２と定義する。
【００１３】
本発明者等が、リブ付きエキスパンドメタルの端部の一般的な形状について調査を行なった結果、リブとメッシュ部との境界における最初のボンドとリブ端部との間隔をＣ₀ とし、Ｃ₀ とＣとを比較すると、Ｃ₀ ＞Ｃであることが分かった。
すなわち、第一ストランドは、二本目以降のストランドと比べて被加工量が大きいのである。本発明者等は、これが第一ストランドに生じるクラックの原因の一部であることを予測し、第一ストランドにおける被加工量の増大を抑制すればクラックの発生を防止し得ると考えた。
【００１４】
このようにＣ₀ ＞Ｃとなる理由については、正確には解明されていないが、平坦なリブから第一ストランドを切り離す際の加工条件が幅Ｗずつストランドを切り離して成形する加工条件と異なること、切延加工を施した階段状のエキスパンドメタルを平坦に加工する際に作用する力が一様でないことが原因と推測される。
【００１５】
この着想を検証するべく、表１に示す組成の厚さ２．３及び３．２mmの鋼板を、同表に示した条件で加工してリブ付きエキスパンドメタルを製造し、加工条件とＣ₀ の値との相関及び第一エキスパンドに生じるクラックの有無を調査する実験を行なった。実験結果を表２に示す。なお、この鋼板の伸び値は４０％であり、リブはエキスパンドメタルの前後端１１０mmとしている。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【表２】

【００１８】
表２には、第一ストランドにおける被加工量の増大分をパラメーター：Δ（Ｃ／Ｌ）として示す。但し、Δ（Ｃ／Ｌ）は下記式（１）により定義する。
Δ（Ｃ／Ｌ）＝Ｃ₀ ／Ｌ−Ｃ／Ｌ ………… 式（１）
表２に示されたΔ（Ｃ／Ｌ）とＷ₀ ／Ｗとの相関を図３に示す。図３に示した通り、各実験データより（Ｓ／Ｌ）の値を参照すれば、Δ（Ｃ／Ｌ）とＷ₀ ／Ｗとの関係は、（Ｓ／Ｌ）の値に応じた傾きを持つ直線で近似されることが分かる。すなわち、Δ（Ｃ／Ｌ）の値は、（Ｗ₀ ／Ｗ）と（Ｓ／Ｌ）との値により下記式（２）に基づいて近似することができる。
Δ(C/L)=0.1[1-2.1(S/L)][1-0.91(W₀ /W)-1]] ………… 式（２）
【００１９】
ここで、式（１）よりＣ₀ ／Ｌ＝０．５（Ｓ／Ｌ）＋Δ（Ｃ／Ｌ）であるから、下記式（３）が得られる。
C₀ /L=0.5(S/L)+0.1[1-2.1(S/L)][1-0.91 [(W₀ /W)-1]] …… 式（３）
式（３）より、エキスパンドメタルの加工条件、すなわちＳ，Ｌ，Ｗ，Ｗ₀ の値を定めれば、Ｃ₀ ／Ｌの値をある程度予測可能なことが分かる。
【００２０】
図４に、表２に示された実験におけるエキスパンドメタルのＣ₀ ／Ｌの実測値と、加工条件のＳ，Ｌ，Ｗ，Ｗ₀ の値から式（３）によって算出したＣ₀ ／Ｌの計算値とをプロットした図表を示す。なお、図４では、第一ストランドにクラックの生じた場合を×印でプロットしている。
図４に示される通り、式（３）から算出したＣ₀ ／Ｌの値は実測値に極めて近く、この算出値が０．１８未満となるように加工条件を定めれば第一ストランドに生じるクラックを防止することが可能である。そこで、本発明ではエキスパンドメタルの加工条件として、Ｓ，Ｌ，Ｗ，Ｗ₀ といった値が下記（４）式を満足することとした。
0.5(S/L)+0.1[1-2.1(S/L)][1-0.91[(W₀ /W)-1]] ＜０．１８ ……… 式（４）
【００２１】
また、従来技術のようにＷ＜Ｗ₀ とせずにＷ＝Ｗ₀ の加工条件としても、Ｓ，Ｌを適切な値とすれば、Ｃ₀ ／Ｌの値を０．１８未満として第一ストランドに生じるクラックを防止することが可能である。この場合の加工条件は、式（４）にＷ＝Ｗ₀ の値を代入することにより得られる下記式（５）である。
S/L ＜０．２８ ……… 式（５）
【００２２】
一方、これらの加工条件は、表１に示した鋼板を基準として導き出したものである。本発明者等は、エキスパンドメタルの加工時にクラックが発生するメカニズムは、材料の伸び値と深く関係していると判断した。これは、破断が発生しやすいリブと第１ストランド境界の受ける変形が、材料の伸び限界を超えると破断にいたるが、この破断部の変形は概ねＣ₀ ／Ｌに比例すると考えられ、材料側の破断にいたる限界は材料の伸び値Ｅｌによって定まることを根拠としたものである。
【００２３】
そこで、表１に示した鋼板とは伸び値の大きく異なる金属材料を用いてエキスパンドメタルを製造する際には、上記式（３）に材料の伸び値Ｅｌを反映する補正を加えた下記式（６）を満たす条件で加工すればよい。
0.5(S/L)+0.1[1-2.1(S/L)][1-0.91[(W₀ /W)-1]] ＜0.18(El/40) …… 式（６）
ここで、Ｗ＝Ｗ₀ の場合には上記式（６）を変形した下記式（７）を満たす条件で加工すればよい。
S/L ＜(El-22.3)/64.5 ………… 式（７）
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１（ａ），（ｂ）に示した工程によって、前記表１に示した成分からなる２．３及び３．２mm厚さの鋼板から、前後端１１０mmをリブとして残したリブ付きエキスパンドメタルを製造した。
【００２５】
ここで、メッシュ部の形状を、あらかじめＳ＝１７．２mm、Ｌ＝５０．８mmとして、条件式：0.5(S/L)+0.1[1-2.1(S/L)][1-0.91[(W₀ /W)-1]] ＜０．１８に基づいて、第一ストランドにクラックの生じないＷ及びＷ₀ の値を検討した。
条件式とＳ及びＬの値より、Ｗ₀ ／Ｗ＞１．６８を満たせば本発明の条件式を満足し、リブ付きエキスパンドメタルの第一ストランドに生じるクラックを抑制できることが分かる。
【００２６】
そこで、Ｓ及びＬを上記の値とし、さらにリブの幅を１１０mm、ストランドの幅Ｗ＝３．５mm、第一ストランドの幅Ｗ₀ ＝６．０mm（Ｗ／Ｗ₀ ＝１．７１）として、実際に２．３mm厚の鋼板をエキスパンドメタルに加工したところ、第一ストランドにクラックは発生しなかった。
【００２７】
［実施例２］
実施例１と同じ材料と工程によって製造するリブ付きエキスパンドメタルのメッシュ部の形状を、あらかじめＳ＝２２mm、Ｌ＝７５mmとして、条件式：0.5(S/L)+0.1[1-2.1(S/L)][1-0.91[(W₀ /W)-1]] ＜０．１８に基づいて、第一ストランドにクラックの生じないＷ及びＷ０の値を検討した。
条件式とＳ及びＬの値より、Ｗ₀ ／Ｗ＞１．１５を満たせば本発明の条件式を満足し、リブ付きエキスパンドメタルの第一ストランドに生じるクラックを抑制できることが分かる。
【００２８】
そこで、Ｓ及びＬを上記の値とし、さらにリブの幅を１１０mm、ストランドの幅Ｗ＝３．５mm、第一ストランドの幅Ｗ₀ ＝５．０mm（Ｗ／Ｗ₀ ＝１．４３）として、実際に２．３mm厚及び３．２mm厚の鋼板をエキスパンドメタルに加工したところ、第一ストランドにクラックは発生しなかった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第一ストランドにクラックを生じることなくリブ付きエキスパンドメタルを製造することができる。しかも、エキスパンドメタルのメッシュ形状を特徴付けるＳやＬ、さらにはＷの値に応じて、Ｗ₀ のとるべき範囲を適切に設計できるので、本発明は様々なメッシュ形状のエキスパンドメタルに容易に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のエキスパンドメタルとその製造工程を示した図面であって、（ａ）は正面拡大図、（ｂ）は側面図である。
【図２】リブ付きエキスパンドメタル端部の拡大図である。
【図３】Δ（Ｃ／Ｌ）とＷ₀ ／Ｗとの相関を示す図表である。
【図４】Ｃ₀ ／Ｌの実測値と算出値との相関を示し、併せてクラックの有無を表示した図表である。
【符号の説明】
１：エキスパンドメタル
３：上刃
５：鋼板
７：下刃
９：ローラー
１１：リブ
１３：第一ストランド
１５：第一ボンド
１７：メッシュ部
１９：リブ部

Claims (3)

1. ストランドとボンドからなるメッシュ形状のエキスパンドメタルにおいて、端部にリブを設け、リブとメッシュ部との境界部分における最初のストランドの幅をＷ₀ 、それ以外の部分におけるストランドの幅をＷ、ボンドとボンドの短目方向中心間距離をＳ、長目方向中心間距離をＬとしたときに、これらの値が下記式１を満足するように設計することを特徴とするリブ付きエキスパンドメタルの設計方法。
   0.5(S/L)+0.1[1-2.1(S/L)][1-0.91[(W₀ /W)-1]] ＜０．１８………式１
2. メッシュ部分が鋼からなることを特徴とする請求項１記載のエキスパンドメタルの設計方法。
3. ストランドとボンドからなるメッシュ形状のエキスパンドメタルにおいて、端部にリブを設け、エキスパンドメタルを形成する金属材料の伸び値をＥｌ（％）、リブとメッシュ部との境界部分における最初のストランドの幅をＷ₀ 、それ以外の部分におけるストランドの幅をＷ、ボンドとボンドの短目方向中心間距離をＳ、長目方向中心間距離をＬとしたときに、これらの値が下記式２を満足するように設計することを特徴とするリブ付きエキスパンドメタルの設計方法。
   0.5(S/L)+0.1[1-2.1(S/L)][1-0.91[(W₀ /W)-1]] ＜0.18(El/40) ……式２

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