JP5454706B2 - パネル - Google Patents

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Description

本発明は、パネルに関し、詳しくは、全体板状に形成されるとともに少なくとも一方の面側に突出する複数の凸部を有したパネルに関する。
本願は、2011年7月20日に、日本に出願された特願2011−158924号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、鉄道車両や自動車、航空機、船舶などの輸送機械あるいは建築構造物などに用いられる内装パネルとして、凹凸が千鳥状に設けられた軽量型高剛性パネルが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。この特許文献1に記載のパネルは、平板状パネルの縦及び横の二方向に凹凸が並んで形成されるとともに、凹凸以外の平坦部が直線的に形成されていない形状となっている。また、自動車の触媒コンバータやマフラーなどの断熱に利用されるヒートインシュレータにおいても、パネル面内の二方向に凸部が並べて配置された構成が提案されている(例えば、特許文献2を参照)。これらのパネルでは、パネル面内の二方向に並べて配置された凹凸又は凸部が形成されることで、凹凸が形成されていない平板や一方向のみに凹凸が形成された波板などと比較して、同じ板厚でも剛性が高くなっている。
日本国特許第2960402号公報 日本国特開2008−180125号公報
ところで、従来のパネルでは、平坦部が直線的に形成されないように凹凸が千鳥状に設けられているが、これらの凹凸を囲んで平坦部が連続して形成されている。これにより、この連続した平坦部がパネル全体の曲げ剛性やねじり剛性に影響し、パネルの高剛性化及び軽量化を十分に図ることができない、という問題があった。
また、従来のパネルは、特定の構造を有することで、高剛性化及び軽量化が図られたものであり、パネルを使用する際に必要な剛性以外の、例えば、耐食性、耐傷付き性が十分であるとはいえない。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、簡単な構造で、高剛性化及び軽量化を確実に実現することができるとともに、耐食性、及び耐傷付き性に優れるパネルを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は下記の構成を採用する。
(1)本発明の一態様に係るパネルは、鋼板の少なくとも片面にめっき層を有するめっき鋼板から形成されたパネルであって、所定の基準面から突出する複数の凸部と、前記基準面と面一をなす複数の平坦部と、前記基準面から凹む複数の凹部とのうち、前記凸部と、前記平坦部及び前記凹部のいずれか一方とを備えるとともに、正面視した場合に、前記複数の凸部、前記複数の平坦部及び前記複数の凹部が四角形状を有し、前記平坦部を備える場合には、前記凸部の各々の全周囲が前記平坦部によって囲まれ、かつ、前記平坦部の各々の全周囲が前記凸部によって囲まれ、前記凹部を備える場合には、前記凸部の各々の全周囲が前記凹部によって囲まれ、かつ、前記凹部の各々の全周囲が前記凸部によって囲まれ、さらに、前記凸部の周縁部分に設けられた凸部側傾斜面と、前記凹部の周縁部分に設けられた凹部側傾斜面とにより形成される傾斜面部を有し、前記凸部、前記平坦部及び前記凹部は、前記めっき鋼板を成形加工することで形成されたパネルである。
(2)上記(1)に記載のパネルでは、前記めっき鋼板が、溶融亜鉛系合金めっき鋼板であってもよい。
(3)上記(1)又は(2)に記載のパネルでは、前記めっき層が、2質量%以上75質量%以下のAl、0.1質量%以上10質量%以下のMg、及びAl含有量の15質量%以下のSiのうちの少なくとも1種類以上と、亜鉛と、不可避的不純物とを含んでもよい。
(4)上記(3)に記載のパネルでは、前記めっき層が、0.005質量%以上1.0質量%以下のCa、及び0.0005質量%以上1質量%以下のSrのうちの少なくとも1種類以上を更に含んでもよい。
(5)上記(1)又は(2)に記載のパネルでは、前記めっき層が、20質量%以上70質量%以下のMgと、亜鉛と、不可避的不純物とを含んでもよい。
(6)上記(5)に記載のパネルでは、前記めっき層が、0.5質量%以上5質量%以下のAl、及び0.1質量%以上5質量%以下のCaのうちの少なくとも1種類以上を更に含んでもよい。
(7)上記(1)〜(6)のいずれか一項に記載のパネルでは、前記めっき層と前記鋼板との界面に生じる合金層を有し、前記合金層の厚みが、5μm以下であってもよい。
(8)上記(1)〜(7)のいずれか一項に記載のパネルでは、前記めっき層と前記鋼板との界面に生じる合金層を有し、前記合金層の厚みが、前記めっき層の総厚みの25%以下であってもよい。
(9)上記(1)〜(8)のいずれか一項に記載のパネルでは、前記めっき層が、前記鋼板に溶融めっきを施し、めっき付着量の制御後、前記めっき層が溶融状態から200℃になるまでの間、30℃/sec以上の冷却速度で冷却されて形成されためっき層であってもよい。
(10)上記(1)〜(9)のいずれか一項に記載のパネルでは、前記めっき層の表面の硬度が、ビッカース硬さで、Hv.80以上Hv.300以下であってもよい。
(11)上記(1)〜(10)のいずれか一項に記載のパネルでは、前記めっき層の厚みが1μm以上50μm以下であって、かつ、JIS Z 2371の塩水噴霧試験を行った場合のパネル加工部の赤錆発生までの時間が240時間以上であってもよい。
(12)上記(1)〜(11)のいずれか一項に記載のパネルでは、前記凹部を備える場合に、隣り合う前記凸部の各角部間に前記凸部の前記角部間を接続するブリッジが形成され、前記ブリッジが頂部平坦部を有し;前記凸部の平坦な上面部の面積S1、前記凹部の平坦な底面部の面積S2、前記頂部平坦部の面積S3、及び、前記凸部の側面である前記凸部側傾斜面と、前記凹部の側面である前記凹部側傾斜面と、前記凸部及び前記凹部それぞれの四隅から前記基準面に向かって延びる隅部傾斜面とからなる傾斜部の面積S4とが、式1を満たしてもよい。
(S3+S4)/(S1+S2)≦1.0 ・・・式1
(13)上記(1)〜(12)のいずれか一項に記載のパネルでは、前記凸部側傾斜面及び前記凹部側傾斜面を前記基準面に垂直な断面で見た場合に、これら凸部側傾斜面及び凹部側傾斜面が直線的に連続して繋がっており;前記凸部傾斜面の、前記基準面に対する傾斜角度と、前記凹部側傾斜面の、前記基準面に対する傾斜角度とが同一であってもよい。
本発明によれば、パネルの形状を、凸部と、平坦部又は凹部のいずれか一方とが、平面的に連続して形成されない形状とすることで、簡単な構造で、高剛性化及び軽量化を確実に実現することができるパネルを提供することが可能となるとともに、パネルを形成するための素材を特定することで、耐食性、及び耐傷付き性に優れるパネルを提供することが可能となる。
本発明の第1実施形態に係るパネルの構成例を示す斜視図である。 本発明の第2実施形態に係るパネルの構成例を示す斜視図である。 本発明の第3実施形態に係るパネルの構成例を示す斜視図である。 本発明の第4実施形態に係るパネルの構成例を示す斜視図である。 本発明の第5実施形態に係るパネルの構成例を示す斜視図である。 前記第1実施形態に係るパネルの断面図である。 前記第2実施形態に係るパネルの断面図である。 前記第3実施形態に係るパネルの断面図である。 前記第4実施形態に係るパネルの断面図である。 前記第5実施形態に係るパネルの断面図である。 従来のパネルの構成例を示す斜視図である。 従来のパネルの構成例を示す斜視図である。 従来のパネルの構成例を示す斜視図である。 従来の他のパネルの構成例を示す斜視図である。 本発明の実施形状例に係るFEM解析の方法を示す斜視図である。 本発明の実施形状例に係るFEM解析の方法を示す斜視図である。 前記実施形状例における比較形状例1(No.1)の正面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における比較形状例1(No.1)の断面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における比較形状例2(No.2)の正面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における比較形状例2(No.2)の断面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における比較形状例3(No.3)の正面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における比較形状例3(No.3)の断面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における比較形状例4(No.4)の正面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における比較形状例4(No.4)の断面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における実施形状例1(No.5)の正面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における実施形状例1(No.5)の断面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における実施形状例2(No.6)の正面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における実施形状例2(No.6)の断面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における実施形状例3(No.7)の正面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における実施形状例3(No.7)の断面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における実施形状例4(No.8)の正面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における実施形状例4(No.8)の断面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における実施形状例5(No.9)の正面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例における実施形状例5(No.9)の断面から見た解析モデル図である。 前記実施形状例の曲げモデルにおける剛性比を示すグラフである。 前記実施形状例の捻りモデルにおける剛性比を示すグラフである。 本発明の変形例に係るパネルを示す斜視図である。 本発明の変形例に係るパネルを示す断面図である。 他の変形例に係るパネルを示す斜視図である。 他の変形例に係るパネルを示す拡大斜視図である。 他の変形例において頂部平坦部の対角辺長さを変化させた場合の剛性比(曲げ)を示すグラフである。 他の変形例において頂部平坦部の対角辺長さを変化させた場合の剛性比(捻り)を示すグラフである。 頂部平坦部の対角辺長さを変化させた場合の剛性比(曲げ)を示すグラフである。 頂部平坦部の対角辺長さを変化させた場合の剛性比(捻り)を示すグラフである。 頂部平坦部の対角辺長さを変化させた場合の剛性比(曲げ)を示すグラフである。 頂部平坦部の対角辺長さを変化させた場合の剛性比(捻り)を示すグラフである。 凸部と凹部とをつなぐ円弧部を示す斜視図である。 円弧部の大きさを変化させた場合の剛性比(曲げ)を示すグラフである。 円弧部の大きさを変化させた場合の剛性比(捻り)を示すグラフである。 実施例で剛性を評価したパネルの形状及び寸法を示す斜視図である。 図31のパネルの一部を拡大した斜視図である。 凸部の四角錐台頂面と凹部の四角錐台頂面の距離を変化させた場合の剛性比(曲げ)を示すグラフである。 凸部の四角錐台頂面と凹部の四角錐台頂面の距離を変化させた場合の剛性比(捻り)を示すグラフである。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、本発明の好適な実施の形態の説明の概略は以下の通りである。
1.パネルの構成
1.1.めっき鋼板の構成
1.1.1.めっき層の構成
1.1.2.鋼板の種類
1.2.パネルの形状
1.2.1.第1実施形態
1.2.2.第2実施形態
1.2.3.第3実施形態
1.2.4.第4実施形態
1.2.5.第5実施形態
2.パネルの製造方法
2.1.めっき鋼板の製造方法
2.1.1.めっき層の形成方法
2.2.パネルの形成方法
3.まとめ
(1.パネルの構成)
初めに、本発明の好適な実施形態に係るパネルの構成について説明する。本発明の各実施形態に係るパネルは、鋼板の少なくとも片面にめっき層を有するめっき鋼板から形成されるパネルであって、後述する特定の形状を有するものである。以下、本発明の各実施形態に係るめっき鋼板の構成を説明した後に、このめっき鋼板を用いて形成される本発明の各実施形態に係るパネルの形状について説明する。
(1.1.めっき鋼板の構成)
本発明の各実施形態に係るめっき鋼板は、鋼板の少なくとも片面にめっき層を有するめっき鋼板である。なお、特に断りの無い限り、本明細書中における組成の%表示は「質量%」を意味するものとする。
(1.1.1.めっき層の構成)
まず、めっき層の構成について説明する。
<めっき成分について>
本発明の各実施形態に係るめっき層のめっき成分は、特に限定されるものではないが、耐食性に優れるパネルとするためには、亜鉛、又は亜鉛と他の金属との合金からなることが好ましい。さらに、本発明の各実施形態に係るめっき鋼板は、溶融めっき鋼板であることが好ましい。すなわち、上記めっき鋼板は、溶融亜鉛系合金めっき鋼板であることが好ましい。その理由としては、Znが、Feよりも卑な元素であり、鋼板に対する犠牲防食の機能を持つことによる。また、Znの腐食生成物は一定の保護効果もあり、パネルの耐食性を高め、その寿命を延ばすことができる。
また、ZnにAl、Mg、Siなどの元素を添加すると、めっきの耐食性を高め、パネルの寿命を延ばすことができるため、これらの元素をめっき層の構成成分とすることが好ましい。さらに、上記元素に加えて、Ca、Srを添加するとその特性(耐食性等)がさらに向上するため、これらの元素をめっき層の構成成分とすることがより好ましい。以下、これらの添加元素の添加効果について説明する。
Alは、Znのような犠牲防食の効果ではなく、めっきの表面に緻密な酸化皮膜を形成することによって、耐食性を高める元素である。Zn−Alめっきの耐食性を向上させるには、2%以上のAlを添加することが好ましく、6%以上のAlを添加することがより好ましい。Alを2%以上含有するZn−Alめっきでは、凝固時に、Znリッチ相よりも先にAlリッチ相が析出するようになり、表面が緻密な酸化皮膜によって防食され、耐食性が顕著に向上する。Al量を増やすと、耐食性の向上効果が大きくなるが、Al量が75%を超えると効果が飽和し、また、めっきの融点が高くなり、操業の点で不利になる。したがって、Al量の上限を75%とすることが好ましい。
Mgは、耐食性をさらに向上させる効果があるが、高い耐食性を得るためには、Mgを0.1%以上10%以下めっき層に含有させることが好ましい。Mgの添加量が0.1%未満では、耐食性向上効果が十分ではなく、一方、添加量が10%を超える場合は、耐食性向上効果が飽和するばかりでなく、めっき浴のドロス発生量が増大する等、製造上の問題を生じることがある。製造上の問題を防止するという観点からは、Mgの添加量を5%以下とすることがより好ましい。
Siは、鋼板にめっき層を形成するにあたり、鋼板表面とめっき層との界面におけるFe−Al系合金層を最適な厚みに形成させ、鋼板表面とめっき層との密着性を向上させる効果がある。Siの添加量がAl添加量の1%未満では、Fe−Al合金層生成の抑制効果が不十分で、Fe−Al合金層の生成が早く、合金層の構造を制御するためには不十分である。一方、Siの添加量がAl添加量の15%を超えると、Fe−Al合金化層の形成を抑制する効果が飽和すると共に、Siめっき層が単独で生成し、めっき層の加工性の低下を招くおそれがあるので、Si添加量をAl添加量の15%以下とすることが好ましい。
さらに、めっき層中には、必要に応じて、Ca、Srなどのアルカリ土類金属を0.0005%以上1%以下添加することで、さらに耐食性を高めることが可能である。この場合、CaやSrなどのアルカリ土類金属が0.0005%未満の添加では、耐食性向上効果が十分でない。一方、アルカリ土類金属の添加量が1%を超える場合は、耐食性向上効果が飽和し、さらには、ドロスの生成が増え、操業上ドロス除去の手間が増えるほか、コストの上昇にもつながるなどの問題を生じる。
上述したZn、又はZn−Alを主体とするめっき層以外に、Mg−Znを主体とするめっき層を形成させためっき鋼板を用いてパネルを形成しても、耐食性の優れるパネルを得ることができるため、好ましい。この場合は、Mgを20%以上70%以下含み、それ以外が、亜鉛及び不可避的不純物であることが好ましい。前述のめっき層とは異なり、MgとZnの化合物が生成し、その両者の複合効果で、耐食性を高めることができる。
ここで、不可避的不純物とは、製造工程などで不可避的に混入する不純物を意味し、例えば、Pb、Cd、Sb、Cu、Fe、Ti、Ni、B、Zr、Hf、Sc、Sn、Be、Co、Cr、Mn、Mo、P、Nb、V、Bi、そして更に、La、Ce、Y等の3族元素等が挙げられる。これら不可避的不純物元素の1種以上を、合計で0.5質量%程度以下含有しても本発明の効果を損なわず、その量によってはさらに耐食性が改善される等好ましい場合もある。
また、このめっき層には、0.5質量%以上5質量%以下のAl、及び0.1質量%以上5質量%以下のCaのうちの少なくとも1種類以上を更に添加することがより好ましい。これらの元素は、MgとZnの化合物の内部に入り込むことで耐食性をさらに高める効果がある。
上述したZn−Al,Mg,Siのめっき層と、Mg−Znのめっき層の2系統のめっき層を備えることで、耐食性に優れ、かつ長寿命のパネルを得ることができる。
<界面合金層の厚みについて>
ここで、めっき鋼板を用いたパネルにおいて、特に耐食性に問題が生じる部位は、加工部である。これは、加工時にめっき層が鋼板に追随できずに割れや剥離することで、腐食しやすくなるためである。上記のめっき層の元素組成は、割れや微小な剥離に対しても耐食性を維持することが可能であるが、めっき層と鋼板との界面に生じる合金層(界面合金層)の厚みを、5μm以下、又は、めっき層の総厚みの25%以下に制御することで、割れや剥離の発生をできる限り抑えることが、さらに好ましい。また、界面合金層は比較的硬いので、厚すぎると、逆に割れや剥離の起点となる。このような観点からも、界面合金層の厚みを5μm以下、又はめっき層の総厚みの25%以下にすることが好ましい。
一方、界面合金層は、めっき層と鋼板との密着性を高める効果がある。めっき層と鋼板との密着性が低い場合、加工に際して、めっき層が容易に鋼板から剥離してしまう。このため、界面合金層の厚みが、0.05μm以上、又はめっき層の総厚みの1%以上であることが好ましい。
ここで、界面合金層の厚みの確認方法は、特段規定するものではないが、例えば、めっき層断面の光学顕微鏡観察、SEM(走査型電子顕微鏡)観察等により確認することができる。
<界面合金層の形成について>
上述した界面合金層を形成するための手段としては、特に限定されるものではないが、例えば、めっき層形成時の冷却速度を制御する方法が挙げられる。具体的には、めっき層が、鋼板に溶融めっきを施し、めっき付着量の制御後、めっき層が溶融状態から200℃になるまでの間、30℃/sec以上の冷却速度で冷却されて形成されためっき層であることが好ましい。適切な界面合金層の形成条件の詳細については後述する。
<めっき層表面の硬度について>
めっき層表面の硬度は、高いほど耐疵付き性に優れる一方で、めっき層表面の硬度が高すぎると加工性が低下する。したがって、めっき層表面の硬度は、ビッカース硬さで、Hv.100以上Hv.350以下の範囲であることが、耐疵付き性と加工性を両立する上で好ましい。この硬度を得る方法としては、特に限定されるものではないが、Znめっき後に合金化処理を行ってZn−Feの合金層を形成することで硬度を上げる方法や、MgとZnの合金層、金属間化合物を表層に析出させる方法や、急速冷却することで組織を微細化して硬度を上げる方法などを挙げることができる。合金化処理によってZn−Feの合金層を形成する場合には、合金層中のFe濃度が15%以下であることが好ましく、12%以下であることがより好ましい。このようなFe濃度は、合金化温度や合金化時間を適正にすることで実現できる。
<めっき層の厚みについて>
また、めっき層の厚みは1μm以上50μm以下であることが好ましい。すなわち、耐食性を向上させるという観点から、めっき層の厚みを1μm以上とすることが好ましい。また、めっき層の厚みを1μm以上とすることにより、JIS Z 2371(2000)の塩水噴霧試験を行った場合のパネル加工部の赤錆発生までの時間を240時間以上とすることが可能となる。一方、めっき層の厚みが厚くなり過ぎると、パネルの加工性低下することから、めっき層の厚みを50μm以下とすることが好ましい。
めっき層の厚みは、めっき鋼板の断面観察等の利用により測定できる。その他に、鋼板の単位面積当りに付着しためっき付着量を、めっき層の比重又はめっき液の乾燥後比重で除算して算出してもよいが、一般的にはめっき付着量は、めっき前後の質量差を算出すること、つまり、めっき鋼板を、腐食抑制剤を混ぜた酸に入れてめっきを剥離し、重量差から算出する等、既存の手法から適切に選択すればよい。
上述した各種測定方法の中でも、比重等が異なるめっき組成でも簡便に精度よく測定できることから、めっきの厚みの測定方法としては、めっき鋼板の断面観察を利用することが好適である。
めっき鋼板の断面観察の方法としては特に制限はないが、鋼板をシャーや高速カッターで切断後、樹脂等に埋め込み、その後、研磨し、光学顕微鏡やSEMで観察する方法等が好適に使用可能である。
(1.1.2.鋼板の種類)
本発明の各実施形態に係るめっき鋼板において、基材に適用可能な鋼板の種類としては、特に限定されるものではなく、例えば、炭素鋼、ステンレス等の鉄基合金等が挙げられる。これらの鋼板の中でも、本発明の各実施形態への適用において最も好適なものは、JIS G 3141(2011)に規定されるところのSPCC、SPCD、SPCEなどの加工に適した冷延鋼板である。
(1.2.パネルの形状)
以上、本発明の各実施形態に係るパネルを形成するための素材となるめっき鋼板の構成について詳細に説明した。続いて、上述しためっき鋼板を用いて形成される本発明の各実施形態に係るパネルの形状について説明する。
本発明の各実施形態に係るパネルは、上述したような、鋼板の少なくとも片面にめっき層を有するめっき鋼板を特定の形状に加工して形成されたものである。パネルの形成方法としては、特に限定はされないが、所定の板厚を有しためっき鋼板からプレス加工や曲げ加工などの適宜な加工によって形成されてもよいし、後述する凸部や平坦部等を含めて一体成形によって形成されてもよい。以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態に係るパネルの形状について詳細に説明する。
図1〜図6Eにおいて、本発明の各実施形態のパネル1(1A〜1E)は、家電製品の筐体や、貨物用コンテナの壁体、建築用の構造体や内外装材、自動車や鉄道車両、航空機、船舶等の車体やシャーシ、各部部品、その他、容器としての缶などに利用され、平面や曲面などの所定の基準面Fに沿った全体板状に形成されている。このパネル1は、上述した鋼板の少なくとも片面にめっき層を有するめっき鋼板から形成される。そして、パネル1は、基準面Fに沿った平面部2と、この平面部2の外縁から略直角に折れ曲がった折曲部(枠部)3とを有している。ここで、本発明の各実施形態では、パネル1は折曲部3を備えているが、必ずしも備える必要はない。ただし、パネル1が折曲部3を備えることにより、パネル1の縁部の局所的な変形を抑制するという効果を得ることが可能となる。
(1.2.1.第1実施形態)
図1及び図6Aに示す第1実施形態のパネル1Aは、基準面Fから突出する複数の凸部4Aと、基準面Fと面一をなす複数の平坦部5Aとを備えている。
複数の凸部4Aは、基準面Fから一方側(基準面Fに対して垂直方向:図の紙面上方)に突出している。また、複数の平坦部5Aは、基準面Fから突出せずに残った平面部2で構成されている。そして、複数の凸部4A及び複数の平坦部5Aが、平面部2に沿って並べて配置されている。
凸部4Aは、正面視した場合(突出方向から見た場合)に、略正六角形である上面部41Aと、上面部41Aの各辺から平面部2(基準面F)に向かって延びる傾斜面部(傾斜面)42Aとを有した正六角錐台で構成されている。平坦部5Aは、3つの凸部4Aの傾斜面部42Aの下端縁によって略正三角形状に形成されている。すなわち、この凸部4Aそれぞれの全周囲は平坦部5Aによって囲まれ、かつ、平坦部5Aそれぞれの全周囲は凸部4Aによって囲まれている。具体的には、平坦部5Aの全周囲である三辺が3つの凸部4Aに囲まれており、凸部4Aの全周囲である六辺が6つの平坦部5Aに囲まれている。したがって、隣り合う平坦部5A同士が互いに連続しないように、かつ、隣り合う凸部4A同士が互いに連続しないように、凸部4A及び平坦部5Aが配置されている。
以上の構成により、本実施形態のパネル1Aは、凸部4Aと平坦部5Aとが、平面的に連続して形成されていない構成となる。これにより、パネル1Aの板の厚み方向の立体効果が得られ、パネル1Aの曲げ剛性やねじり剛性を向上させることができる。したがって、格段に高剛性化を図ることができるとともに、薄型化による軽量化を実現することができる。
(1.2.2.第2実施形態)
図2及び図6Bに示す第2実施形態のパネル1Bは、基準面Fから突出する複数の凸部4Bと、基準面Fから凹む凹部6Bとを備えている。
複数の凸部4Bは、基準面Fから一方側(基準面Fに対して垂直方向;図の紙面上方)に突出し、複数の凹部6Bは、基準面から一方側とは反対の他方側(基準面Fに対して垂直方向;図の紙面下方)に凹んでいる。そして、複数の凸部4B及び複数の凹部6Bが、平面部2に沿って並べて配置されている。
凸部4Bは、正面視した場合(突出方向から見た場合)に、略正六角形である上面部41Bと、側面である傾斜面部42Bとを有した正六角錐台で構成されている。この傾斜面部42Bは、凸部4Bの周縁部分に形成され、上面部41Bの各辺から平面部2(基準面F)に向かって延び、平面部2に対して傾斜した凸部側傾斜面である。凹部6Bは、正面視した場合に、略正三角形の底面部61Bと、側面である傾斜面部62Bとを有した下向きの正三角錐台で構成されている。傾斜面部62Bは、凹部6Bの周縁部分に形成され、底面部61Bの各辺から平面部2(基準面F)に向かって延び、平面部2に対して傾斜した凹部側傾斜面である。そして、各々の凸部4Bの全周囲は、6つの凹部6Bによって囲まれている。一方、各々の凹部6Bの全周囲は、3つの凸部4Bによって囲まれている。
上述した構成により、隣り合う凸部4B同士が互いに連続しないように、かつ、隣り合う凹部6B同士が互いに連続しないように配置されている。また、凸部4Bの傾斜面部42Bの基準面Fに対する傾斜角度α1と、凹部6Bの傾斜面部62Bの基準面Fに対する傾斜角度α2とが同一である。さらに、傾斜面部42Bと傾斜面部62Bとを基準面Fに垂直な断面で見た場合に、これら傾斜面部42Bと傾斜面部62Bとが直線的に連続して繋がっている。すなわち、同一平面内で連続して形成されている。
以上の構成により、本実施形態のパネル1Bは、パネル1Aと同様に、格段に高剛性化を図ることができるとともに、薄型化による軽量化を実現することができる。
(1.2.3.第3実施形態)
図3及び図6Cに示す第3実施形態のパネル1Cは、基準面Fから突出する複数の凸部4Cと、平面部2と同一面をなす複数の平坦部5Cとを備えている。
複数の凸部4Cは、四角形状であり、基準面Fから一方側(基準面Fに対して垂直方向:図の紙面上方)に突出している。また、複数の平坦部5Cは、突出せずに残った平面部2で構成されている。そして、複数の凸部4C及び複数の平坦部5Cが、平面部2に沿って並べて配置されている。
凸部4Cは、正面視した場合(突出方向からみた場合)に、略正方形(略四角形)である上面部41Cと、上面部41Cの各辺から平面部2(基準面F)に向かって延びる傾斜面部(傾斜面)42Cとを有した正四角錐台で構成されている。各々の平坦部5Cの全周囲は、複数の凸部4Cによって囲まれている。具体的には、平坦部5Cは、4つ(パネル1の縁では3つ)の凸部4Cの傾斜面部42Cの下端縁によって正方形状に形成され、すなわち、平坦部5Cそれぞれの全周囲である四辺が4つの凸部4Cに囲まれている。また、凸部4Cそれぞれの全周囲は平坦部5Cによって囲まれている。
このような構成により、隣り合う平坦部5C同士が互いに連続しないように、かつ、隣り合う凸部4Cが互いに連続しないように、凸部4C及び平坦部5Cが配置されている。また、幅方向(X方向)及びこの幅方向に直交する長さ方向(Y方向)に沿って、複数の凸部4Cと複数の平坦部5Cとが、基準面Fに沿って交互に並べて配置されている。すなわち、市松模様(チェッカー状)に形成されている。
以上の構成により、本実施形態のパネル1Cは、パネル1Aと同様に、格段に高剛性化を図ることができるとともに、薄型化による軽量化を実現することができる。
(1.2.4.第4実施形態)
図4及び図6Dに示す第4実施形態のパネル1Dは、基準面Fから突出する複数の凸部4Dと、基準面Fから凹む複数の凹部6Dとを備えている。
複数の凸部4Dは、基準面Fから一方側(基準面Fに対して垂直方向;図の紙面上方)に突出し、複数の凹部6Dは、基準面Fから一方側とは反対の他方側(基準面Fに対して垂直方向;図の紙面下方)に凹んでいる。そして、複数の凸部4D及び複数の凹部6Dが、平面部2に沿って並べて配置されている。
凸部4Dは、正面視した場合(突出方向から見た場合)に、略正方形(略四角形)である上面部41Dと、側面である傾斜面部42Dとを有した正四角錐台で構成されている。傾斜面部42Dは、凸部の周縁部分に形成され、上面部41Dの各辺から平面部2(基準面F)に向かって延び、平面部2に対して傾斜した凸部側傾斜面である。そして、各々の凸部4D全周囲は、4つの凹部6Dによって囲まれている。一方、各々の凹部6Dの全周囲は、4つの凸部4Bによって囲まれている。凹部6Dは、正面視した場合(突出方向から見た場合)に、略正方形(略四角形)である底面部61Dと、側面である傾斜面部62Dとを有した下向きの正四角錐台で構成されている。傾斜面部62Dは、凹部6Dの周縁部分に形成され、底面部61Dの各辺から平面部2(基準面F)に向かって延び、平面部2に対して傾斜した凹部側傾斜面である。そして、各々の凸部4Dの全周囲は、4つの凹部6Dにより囲まれ、一方、各々の凹部6Dの全周囲は、4つの凸部4Dにより囲まれている。
上述した構成により、幅方向(X方向)及びこの幅方向に直交する長さ方向(Y方向)に沿って、複数の凸部4D及び複数の凹部6Dが、それぞれ交互に並べて配置されている。すなわち、市松模様(チェッカー状)に形成されている。これにより、隣り合う凸部4D同士が互いに連続しないように、かつ、隣り合う凹部6D同士が互いに連続しないように構成されている。また、凸部4Dの傾斜面部42Dの基準面Fに対する傾斜角度α3と、凹部6Dの傾斜面部62Dの基準面Fに対する傾斜角度α4とが同一である。さらに、傾斜面部42Dと傾斜面部62Dとを基準面Fに垂直な断面で見た場合に、これら傾斜面部42Dと傾斜面部62Dとが直線的に連続して繋がっている。すなわち、同一平面内で連続して形成されている。
以上の構成により、本実施形態のパネル1Dは、パネル1Aと同様に、格段に高剛性化を図ることができるとともに、薄型化による軽量化を実現することができる。
(1.2.5.第5実施形態)
図5及び図6Eに示す第5実施形態のパネル1Eは、基準面Fから突出する複数の凸部4Eと、基準面Fから凹む複数の凹部6Eとを備えている。
複数の凸部4Eは、基準面Fから一方側(基準面Fに対して垂直方向;図の紙面上方)に突出し、複数の凹部6Eは、基準面Fから一方側とは反対の他方側(基準面Fに対して垂直方向;図の紙面下方)に凹んでいる。そして、複数の凸部4E及び複数の凹部6Eが、平面部2に沿って並べて配置されている。
また、互いに隣接する凸部4Eの各角部間(凹部6Eの各角部間)に、ブリッジ51Eが形成されている。ブリッジ51Eは、平坦である頂部平坦部(頂部上面)5Eを有しており、この頂部平坦部5Eは、突出せずかつ凹まずに残った平面部2で構成されている。
凸部4Eは、正面視した場合(突出方向から見た場合)に、正方形(四角形)である四隅が面取りされた上面部41Eと、側面である傾斜面部42Eと、上面部41Eの四隅から平面部2(基準面F)に向かって延びる隅部傾斜面43Eとを有した八角錐台で構成されている。この傾斜面部42Eは、凸部4Eの周辺部分に形成され、上面部41Eの各辺から平面部2(基準面F)に向かって延び、平面部2に対して傾斜した凸部側傾斜面である。
凹部6Eは、正面視した場合(突出方向から見た場合)に、正方形の四隅が面取りされた底面部61Eと、側面である傾斜面部62Eと、底面部61Eの四隅から平面部2(基準面F)に延びる隅部傾斜面63Eとを有した下向きの八角錐台で構成されている。傾斜面部62Eは、凹部6Eの周縁部分に形成され、底面部61Eの各辺から平面部2(基準面F)に向かって延び、平面部2に対して傾斜した凹部側傾斜面である。
頂部平坦部5Eは、対角に位置する2つの凸部4Eと2つの凹部6Eとが接近する角部に、隅部傾斜面43Eの下端縁と隅部傾斜面63Eの上端縁とによって正方形状に形成されている。
そして、第5実施形態のパネル1Eにおいて、各々の凸部4Eの全周囲は、4つの凹部6Eによって囲まれ、各々の凹部6Eの全周囲は、4つの凸部4Eによって囲まれて構成されている。この構成により、幅方向(X方向)及びこの幅方向に直交する長さ方向(Y方向)に沿って、複数の凸部4E及び複数の凹部6Eが、それぞれ交互に並べて配置されている。すなわち、市松模様(チェッカー状)に形成されている。これにより、パネル1Eは、隣り合う凸部4E同士が互いに連続しないように、かつ、隣り合う凹部6E同士が互いに連続しないように構成されている。さらに、頂部平坦部5Eの全周囲である四辺が、2つの凸部4E及び2つの凹部6Eによって囲まれており、隣り合う頂部平坦部5E(ブリッジ51E)同士が互いに連続しない構成である。また、凸部4Eの傾斜面部42Eの基準面Fに対する傾斜角度α5と、凹部6Eの傾斜面部62Eの基準面Fに対する傾斜角度α6とが同一である。さらに、傾斜面部42Eと傾斜面部62Eとが同一平面内で連続して形成されている。
尚、凸部の平坦な上面部の面積をS1、凹部の平坦な底面部の面積をS2、頂部平坦部の面積をS3、及び、凸部側傾斜面と、凹部側傾斜面と、隅部傾斜面とから形成される傾斜部の面積をS4としてときに、(S3+S4)/(S1+S2)が1.0以下であることが好ましい。この場合、変曲点を含む剛性比の最大値を確保することができ、パネルの素材特性や要求される二次加工性が変化しても、優れたパネル剛性を確保することができる。
以上の構成により、本実施形態のパネル1Eは、パネル1Aと同様に、格段に高剛性化を図ることができるとともに、薄型化による軽量化を実現することができる。
ここで、本発明の従来例に係るパネル10(10A,10B,10C,10D)を図7A、図7B、図7C及び図8に基づいて説明する。図7Aにおいて、パネル10Aは、平板状の平面部12と、この平面部12の外縁から略直角に折れ曲がった折曲部13とを有して形成されている。図7Bにおいて、パネル10Bは、平面部12及び折曲部13と、平面部12から一方側(図の紙面上方)に突出する複数の凸部14と、平面部12において凸部14が形成されていない平坦部15とを有して形成されている。図7Cにおいて、パネル10Cは、平面部12、折曲部13、複数の凸部14及び平坦部15と、平面部12から他方側(図の下方)に凹む複数の凹部16とを有して形成されている。図8において、パネル10Dは、平面部12及び折曲部13と、平面部12から一方側(図の紙面上方)に突出する複数の凸部14Dとを有して形成され、凸部14Dは、平面正方形状の四角錐とされ、隣り合う凸部14Dの辺同士が接して並べて配置されている。
(2.パネルの製造方法)
以上、本発明の各実施形態に係るパネルの構成について詳細に説明したが、続いて、このような構成を有する本発明の各実施形態に係るパネルの製造方法について説明する。以下、本発明の各実施形態に係るめっき鋼板の製造方法を説明した後に、このめっき鋼板を用いて形成される本発明の各実施形態に係るパネルの製造方法について説明する。
(2.1.めっき鋼板の製造方法)
本発明の各実施形態に係るめっき鋼板は、基材となる鋼板の少なくとも片面に、上述しためっき層を形成することにより製造する。以下、めっき層の形成方法について詳細に説明する。
(2.1.1.めっき層の形成方法)
鋼板へのめっき層の形成方法としては、特に限定されるものではなく、公知の電気めっき法、溶融めっき法、蒸着めっき法、分散めっき法、真空めっき法等のいずれの方法を用いてもよい。ただし、溶融めっき法を用い、目的とするめっき成分の金属を融点以上に加熱溶融させためっき浴に浸漬することでめっき層を形成することが、コスト的にも優れ、好ましい。
また、上述した界面合金層を形成するための手段としては、特に限定されるものではないが、例えば、めっき層形成時の冷却速度を制御する方法が挙げられる。具体的には、めっき層が、鋼板に溶融めっきを施し、めっき付着量の制御後、めっき層が溶融状態から200℃になるまでの間、30℃/sec以上の冷却速度で冷却されて形成されためっき層であることが好ましい。
ここで、界面合金層の形成は、被めっき鋼板を溶融めっき浴に浸漬した直後より開始され、その後、めっき層が凝固完了、めっき鋼板の温度が約200℃以下となるまで進行する。したがって、界面合金層の厚みの制御は、めっき浴温度、被めっき鋼板の浸漬時間、めっき後の冷却速度等を調整することで可能である。適正な界面合金層を有するめっき層の形成条件は、対象となる鋼板の種類、めっき浴成分、めっき浴温度等により最適条件が異なるため、特に限定するものではないが、例えば、Zn−11%Al−3%Mg−0.2%Siというめっき組成の場合、めっき層の凝固点は400℃以下であるが、めっき浴温は操業の関係から、430℃〜450℃程度が選択される。さらに、鋼板が1−5秒程度めっき浴に浸漬された後、引き上げられ、めっき成分が凝固する。この凝固点までは10℃〜20℃/secの冷却速度で冷却し、凝固点から200℃までの温度範囲を10℃〜100℃/secで冷却することにより、適正な界面合金化層を有する合金めっき鋼板を得ることができる。冷却速度がこの範囲より速いと合金化反応が十分に進まず、目的とする合金層が生成しない。逆に、凝固までの冷却速度が遅いと過剰なFe−Al合金層が生成する。冷却速度はめっき組成にも影響を与える。特に、Mg−Zn系のめっきの場合、所望の組成の合金層を得るためには、30℃/sec以上の冷却速度で冷却することがより好ましい。合金層を形成する際の冷却方法としては、特に限定されるものではないが、ガス冷却で圧力及び流量を制御するに留まらず、ミスト冷却や水冷も有効な手法である。
(2.2.パネルの形成方法)
次に、上述した方法により得られためっき鋼板を特定の形状、例えば、上述した第1〜第5実施形態で説明した形状に加工し、本発明の各実施形態に係るパネルを形成する。このときのパネルの形成(加工)方法については特に制限は無いが、例えば、めっき鋼板を特定の表面形状を有する金型でプレス加工して形成する方法や、特定の表面形状を有するロールによる圧延や転写によって形成する方法等が挙げられ、これらの方法を組み合わせて用いることもできる。
(3.まとめ)
以上説明したように、本発明の各実施形態に係るパネルによれば、凸部と、平坦部又は凹部のいずれか一方とが、平面的に連続して形成されていない構成である。これにより、パネルの板の厚み方向の立体効果が得られ、パネルの曲げ剛性やねじり剛性を向上させることができる。したがって、格段に高剛性化を図ることができるとともに、薄型化による軽量化を実現することができる。
また、本発明の各実施形態に係るパネルによれば、平坦部を備える場合には、平坦部の全周囲が複数の凸部に囲まれているので、平坦部が連続的に形成されず、かつ複数の凸部も互いに連続的に形成されていない。さらに、凹部を備える場合には、凹部の全周囲が複数の凸部に囲まれているので、凹部が連続的に形成されず、かつ複数の凸部も互いに連続的に形成されていない。この結果、パネル全体としての曲げや捻れに対して凸部と平坦部又は凹部のいずれか一方とが幾何学的に作用し、立体効果によって断面性能が高まる。これにより、曲げ剛性やねじり剛性を向上させることができる。従って、平板や波板に対して従来のパネルと比較しても格段に剛性を高めることができ、これによりパネル全体の薄型化を図り、かつ軽量化も実現することができる。所定の基準面としては、平面でもよいし、円筒面状や球面状、その他、任意の三次元曲面状であってもよい。
さらに、本発明の各実施形態に係るパネルは、鋼板の少なくとも片面にめっき層を有するめっき鋼板を素材とし、そのめっき鋼板の成形加工によって形成される。鋼板表面に形成されためっき層が、鋼板を保護し、腐食因子から隔離することで、鋼板から形成されたパネルの耐食性を高め、その寿命を延ばすことが可能となる。特に、加工性に優れるめっき層を形成することで、加工部の耐食性を高めることができる。また、鋼板より硬度の高いめっき層であれば、耐疵付き性にも優れ、長寿命で、疵の付きにくいパネルを得ることが可能となる。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明が以下の実施例により限定されるわけではない。
(1.パネル形状の検討)
まず、本実施形態のパネル1と従来のパネル10とについて、パネル剛性を検討した結果について説明する。
ここでは、上述した第1〜第5実施形態のパネル1A〜1Eを実施形状例とし、従来のパネル10A〜10Dを比較形状例とし、各パネルをモデル化したFEM解析を実施してパネル剛性を算出した。なお、FEM解析モデルとしては、図9Aに示すように、各パネル1,10の4つの角及び四辺の中央を支持してパネル中央に荷重を与える曲げモデルと、図9Bに示すように、各パネル1,10の3つの角を支持して他の角に荷重を与える捻りモデルとを用いた。また、各モデルのパネル1,10において、折曲部3,13の高さは15mmとし、その端縁23同士は連結されていない構成とした。また、各モデルの凹凸の配置及び寸法を図10A〜図18Bに示す。なお、モデル寸法はパネル1,10の板厚中心寸法で表記している。また、解析結果を図19及び図20に示す。
〔解析モデル〕
実施形状例及び比較形状例に共通する解析モデルの諸元及び解析条件は、以下の通りである。
・パネルサイズ:285mm×285mm
・パネル板厚:0.6mm(パネル材質は鋼を想定)
・荷重位置:曲げモデルでは、パネル中央の20mm×20mmの範囲とし、捻りモデルでは、支持しない1つの角の1点である(図9中に白抜き矢印で表示)。
・作用荷重:10N
〔比較形状例〕
比較形状例1としては、図7Aに示すパネル10Aを用いた。本解析モデルの形状を図10A,10Bに示す。また、解析結果のグラフ(図19,図20)では、No.1と表記する。
比較形状例2としては、図7Bに示すパネル10Bを用いた。本解析モデルの凹凸の配置及び寸法を図11A,11Bに示す。また、解析結果のグラフ(図19,図20)では、No.2と表記する。この比較形状例2では、隣り合う凸部14の中心間隔が34.64mmであり、中心点が正三角形の頂点となるように配置した。各凸部14の円錐台頂面の直径を24mmとし、円錐台底面の直径を30mmとし、平面部12からの凸部14の突出寸法を3mmとし、凸部14の円錐台状の傾斜角度を45°とした。
比較形状例3としては、図7Cに示すパネル10Cを用いた。本解析モデルの凹凸の配置及び寸法を図12A,12Bに示す。また、解析結果のグラフ(図19,図20)では、No.3と表記する。この比較形状例3では、隣り合う凸部14及び凹部16の中心間隔を34.64mmとし、中心点が正三角形の頂点となるように配置した。各凸部14及び凹部16の円錐台頂面の直径を27mmとし、円錐台底面の直径を30mmとし、平面部12からの凸部14の突出寸法及び凹部16の凹み寸法をそれぞれ1.5mmとした。また、凸部14と凹部16の円錐台頂面の距離を3mmとし、凸部14及び凹部16の円錐台状の傾斜角度を45°とした。
比較形状例4としては、図8に示すパネル10Dを用いた。本解析モデルの凹凸の配置及び寸法を図13A,13Bに示す。また、解析結果のグラフ(図19,図20)では、No.4と表記する。この比較形状例4では、隣り合う凸部14Dの中心間隔を30mmとし、つまり、各凸部14Dの平面寸法を30mm×30mmとし、平面部12からの凸部14Dの突出寸法つまり四角錐の頂点の高さを3mmとした。
〔実施形状例〕
実施形状例1としては、図1及び図6Aに示すパネル1Aを用いた。本解析モデルの凹凸の配置及び寸法を図14A,14Bに示す。また、解析結果のグラフ(図19,図20)では、No.5と表記する。この実施形状例1のパネル1Aでは、隣り合う凸部4Aの中心間隔を34.64mmとし、中心点が正三角形の頂点となるように配置し、各凸部4Aの六角錐台の頂面の対辺の距離を24mmとし、六角錐台底面の対辺の距離を30mmとし、六角錐台の底面に囲まれた平面正三角形が各平坦部5Aとなるようにした。さらに、平面部2からの凸部4Aの突出寸法を3mmとし、基準面Fに対する凸部4Aの傾斜面部42Aの傾斜角度を45°とした。
実施形状例2としては、図2及び図6Bに示すパネル1Bを用いた。本解析モデルの凹凸の配置及び寸法を図15A,15Bに示す。また、解析結果のグラフ(図19,図20)では、No.6と表記する。この実施形状例2のパネル1Bでは、隣り合う凸部4Bの中心間隔を34.64mmとし、中心点が正三角形の頂点となるように配置し、各凸部4Bの六角錐台頂面の対辺の距離を27mmとし、六角錐台底面の対辺の距離を30mmとした。また、六角錐台底面に囲まれた領域に各凹部6Bとなる三角錐台を設けた。また、平面部2からの凸部4Bの突出寸法を1.5mmとし、平面部2からの凹部6Bの凹み寸法を1.5mmとした。また、凸部4Bの六角錐台頂面と凹部6Bの三角錐台頂面の距離を3mmとし、基準面Fに対する凸部4Aの傾斜面部42B及び凹部6Bの傾斜面部62Bの傾斜角度をそれぞれ45°とした。
実施形状例3としては、図3及び図6Cに示すパネル1Cを用いた。本解析モデルの凹凸の配置及び寸法を図16A,16Bに示す。また、解析結果のグラフ(図19,図20)では、No.7と表記する。この実施形状例3のパネル1Cでは、隣り合う凸部4Cの中心間隔を30mmとし、つまり、平面正方形の各凸部4Cの四角錐台底面の各辺長さを30mmとし、四角錐台の頂面の各辺長さを24mmとした。さらに、平面部2からの凸部4Cの突出寸法を3mmとし、基準面Fに対する凸部4Cの傾斜面部42Cの傾斜角度を45°とした。
実施形状例4としては、図4及び図6Dに示すパネル1Dを用いた。本解析モデルの凹凸の配置及び寸法を図17A,17Bに示す。また、解析結果のグラフ(図19,図20)では、No.8と表記する。この実施形状例4のパネル1Dでは、隣り合う凸部4Dの中心間隔を30mmとし、つまり、平面正方形の各凸部4Dの四角錐台の底面の各辺長さを30mmとし、四角錐台頂面の各辺長さを27mmとし、凹部6Dの四角錐台底面の各辺長さを30mmとし、四角錐台頂面の各辺長さを27mmとした。さらに、平面部2からの凸部4Dの突出寸法を1.5mmとし、平面部2からの凹部6Dの凹み寸法を1.5mmとした。また、凸部4Dの四角錐台頂面と凹部6Dの四角錐台頂面の距離を3mmとし、基準面Fに対する凸部4Dの傾斜面部42D及び凹部6Dの傾斜面部62Dの傾斜角度をそれぞれ45°とした。
本実施形状例4では、凸部4Dと凹部6Dとの平面形状及び平面寸法が同一である。これにより、パネルの突出している側からの外力及びパネルの凹んでいる側からの外力のいずれに対してもバランスよく抵抗させることができる。さらに、本実施形状例4では、基準面に対して垂直方向の凸部の突出寸法と凹部の凹み寸法とが同一である。この場合も、パネルの突出している側及びパネルの凹んでいる側のいずれの側からの外力に対してもバランスよく抵抗させることができる。
実施形状例5としては、図5及び図6Eに示すパネル1Eを用いた。本解析モデルの凹凸の配置及び寸法を図18に示す。また、解析結果のグラフ(図19,図20)では、No.9と表記する。この実施形状例5のパネル1Eでは、隣り合う凸部4Eの中心間隔を30mmとし、つまり、平面略正方形の各凸部4Eの四角錐台の底面の各辺長さを30mmとし、四角錐台の頂面の各辺長さを27mmとし、凹部6Eの四角錐台の底面の各辺長さを30mmとし、四角錐台の頂面の各辺長さを27mmとした。さらに、平面部2からの凸部4Eの突出寸法を1.5mmとし、平面部2からの凹部6Eの凹み寸法を1.5mmとした。また、凸部4Eの四角錐台の頂面と凹部6Eの四角錐台の頂面の距離を3mmとし、基準面Fに対する凸部4Eの傾斜面部42E及び凹部6Eの傾斜面部62Eの傾斜角度をそれぞれ45°とした。また、実施形状例5のパネル1Eでは、互いに隣接する凸部4Eの各角部間(凹部6Eの各角部間)に、ブリッジ51Eを形成した。ブリッジ51Eは、平坦である頂部平坦部(頂部上面)5Eを有するものとし、この頂部平坦部5Eは、突出せずかつ凹まずに残った平面部2で構成されるものとした。このブリッジの寸法は以下の通りである。すなわち、凸部4E及び凹部6Eの面取り寸法を1.5mmとし、つまり、平面正方形の各頂部平坦部5Eの各対角辺長さを3mmとし、基準面Fに対する隅部傾斜面43E及び隅部傾斜面63Eの傾斜角度をそれぞれ45°とした。
図19及び図20にFEM解析結果を示す。図19は、曲げモデルにおける剛性比を示すグラフであり、比較形状例1のパネル10Aにおけるパネル中央の鉛直変位を、各実施形状例及び比較形状例のパネル1,10におけるパネル中央の鉛直変位で除した値が示されている。図20は、捻りモデルにおける剛性比を示すグラフであり、比較形状例1のパネル10Aにおける荷重位置の鉛直変位を、各実施形状例及び比較形状例のパネル1,10における荷重位置の鉛直変位で除した値が示されている。すなわち、図19及び図20に、凹凸を有さない比較形状例1のパネル10Aに対し、実施形状例1〜5のパネル1A〜1E及び比較形状例2〜4のパネル10B〜10Dの曲げ剛性及び捻り剛性が増加した割合を示す。なお、図19及び図20の縦軸は剛性比である。
図19に示すように、比較形状例1のパネル10A(No.1)に対し、比較形状例2〜4のパネル10B〜10D(No.2,3,4)の曲げ剛性は、1.90倍〜2.32倍だけ増加し、実施形状例1〜3のパネル1A〜1C(No.5〜7)の曲げ剛性は、1.95倍〜2.55倍だけ増加していた。一方、実施形状例4、5のパネル1D,1E(No.8,9)の曲げ剛性は、比較形状例1のパネル10Aに対して3.59倍、3.74倍と、4倍近くまで増加していた。このように、本発明の各実施形態のパネルの形状を適用した実施形状例1〜3のパネル1A〜1Cでは、従来の凹凸を有したパネル10B,10C(比較形状例2、3)と同程度以上に曲げ剛性が増加することが分かった。さらに、本発明の各実施形態のパネルの形状を適用した実施形状例4、5のパネル1D,1Eでは、従来のパネル10B,10Cと比較して1.6〜1.9倍程度まで曲げ剛性が増加することが分かった。
また、図20に示すように、比較形状例1のパネル10A(No.1)に対し、比較形状例2〜4のパネル10B〜10D(No.2,3,4)の捻り剛性は、1.18倍〜1.58倍だけ増加し、実施形状例1〜3のパネル1A〜1C(No.5〜7)の捻り剛性は、1.50倍〜1.51倍だけ増加していた。一方、実施形状例4、5のパネル1D,1E(No.8,9)の捻り剛性は、比較形状例1のパネル10Aに対して3.24倍、3.34倍と、3倍以上に増加していた。このように、本発明の各実施形態のパネルの形状を適用した実施形状例1〜3のパネル1A〜1Cでは、従来の凹凸を有したパネル10B,10C(比較形状例2、3)と同程度に捻り剛性が増加することが分かった。さらに、本発明の各実施形態のパネルの形状を適用した実施形状例4、5のパネル1D,1Eでは、従来のパネル10B,10Cと比較して2.1〜2.2倍程度まで捻り剛性が増加することが分かった。
以上の本発明の実施形状例によって以下の知見が得られた。すなわち、平面部12や平坦部15が連続する比較形状例に比べて、平坦部5A,5C,頂部平坦部5Eが連続せず、かつ凸部4A〜4E同士や凹部6B,6D,6E同士も互いに連続しない実施形状例1〜5のパネルでは、曲げ剛性及び捻り剛性を増加させることができる。特に、凸部4D,4Eと凹部6D,6Eとが市松模様に並べて配置された実施形状例4,5において、曲げ剛性及び捻り剛性の増加率が大きく、格段に高剛性化を図ることができる。
また、実施形状例5では、隣接する凸部の角部間(凹部の角部間)に平坦な頂部上面を有するブリッジが形成されているため、パネルに力が加えられたとき、このブリッジを介して力が伝達され、隣り合う凸部同士が直接接続される場合と比較して、応力集中を緩和することができる。
なお、上述した各実施形状例で示したパネル1の各部寸法は例示に過ぎず、用途に応じて適宜に変更することができる。そこで、上記実施形状例からさらにパネル1の各部寸法を変更した場合の効果について説明する。ここで、パネル1の各部寸法は、図21A〜22Bに示す記号として定義する。図21A〜22Bにおける各部寸法は、凸部の四角錐台頂面と凹部の四角錐台頂面の距離H、板厚t、凸部及び凹部の四角錐台底面の各辺長さJ、基準面Fに対する凸部及び凹部の傾斜面部の傾斜角度θ、凹凸の数m、パネル周囲の平面部を除いたパネルサイズL、パネルサイズL’を表す。また、図22Bにおける各部寸法は、四角錐台底面の各辺長さJ、頂部平坦部の対角辺長さKを表す。
まず、実施形状例5のパネル形状を基本に、表1、2に示すパネルの各部寸法を用いて、頂部平坦部の対角辺長さKを変化させた場合の曲げ剛性及び捻り剛性の各剛性比(凹凸のないパネルを比較基準)を図23A,23Bに示す。ここで、表1、2は、それぞれ頂部平坦部の対角辺長さKを変化させた場合の曲げ剛性比(表1)及び捻り剛性比(表2)を示す。K/Jが0以上0.9以下の範囲において、曲げ剛性及び捻り剛性の向上が認められ、特に、K/Jが0以上0.6以下の範囲では剛性比が概ね3倍以上に顕著に剛性が向上していた。
Figure 0005454706
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次に、実施形状例5のパネル形状を基本に、図22Bに示す頂部平坦部5Eの対角辺長さK及び傾斜面部42E(62E)の傾斜角度θを変化させた場合の曲げ剛性及び捻り剛性の各剛性比(凹凸のないパネルを比較基準)を図24、図25、図26、図27に示す。頂部平坦部5Eの対角辺長さKの値は、それぞれK=0,3,6,15,21,24,27とした。また、傾斜面部42E(62E)の傾斜角度θは、表3〜30に示す値とした。
図24(H=3、曲げ)及び図25(H=3、捻り)は、図18Bに示す凸部の頂面と凹部の頂面の距離Hが3.0mmの場合における、剛性比(曲げ)の表3(K=0)〜表9(K=27)の測定結果及び剛性比(捻り)の表10(K=0)〜表16(K=27)の測定結果をまとめたグラフである。また、図26(H=6、曲げ)及び図27(H=6、捻り)は、突出寸法(距離)Hが6.0mmの場合における、剛性比(曲げ)の表17(K=0)〜表23(K=27)の測定結果及び剛性比(捻り)の表24(K=0)〜表30(K=27)の測定結果をまとめたグラフである。頂部平坦部5Eの面積S3と傾斜部(傾斜面部42E(62E)と隅部傾斜面43Eの和)の面積S4の総和を、上面部41Eの面積S1と底面部61Eの面積S2の総和で除算した値を横軸とし、縦軸を曲げ剛性及び捻り剛性の各剛性比としたグラフを図24〜図27に示す。ここで、上面部41Eの面積S1、底面部61Eの面積S2、頂部平坦部5Eの面積S3は表面積であり、傾斜部(傾斜面部42E(62E)と隅部傾斜面43Eの和)の面積S4は、傾斜面部42E(62E)と隅部傾斜面43Eを上面から投影したときの基準面Fに投影される投影面積である。
Figure 0005454706
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図24〜図27から分かるように、頂部平坦部5Eの対角辺長さK及び傾斜面部42E(62E)の傾斜角度θの値により剛性比が変化する。設計上で最適な対角辺長さKや傾斜角度θの値を求めることができるが、パネルに利用する素材の特性、また、凸部や凹部を設けたパネルを成形する際の二次加工性の確保のため、好適なKやθの値は変わる。このように対角辺長さKや傾斜角度θの値が変化した場合でも、(頂部平坦部面積+傾斜部面積)/(上面部面積+底面部面積)(すなわち、(S3+S4)/(S1+S2))の値が1.0以下では、変曲点を含む剛性比の最大値を確保することができる。したがって、パネルの素材特性や要求される二次加工性が変化しても、優れたパネル剛性を確保することができる。
なお、上記の例では、実施形状例5のパネル形状を基本としたが、本発明者らは、実施形状例1〜4のパネルを用いても同様の効果を得ることができることを確認している。
次に、実施形状例4のパネル形状を基本に、表31、表32に示すパネルの各部寸法を用いて、図28に示すように凹部と凸部とをつなぐ傾斜面部の交差に円弧部(半径R=r×t)を設け、板厚tに対する円弧部の半径Rの比rを変化させた場合の曲げ剛性及び捻り剛性の各剛性比(比較形状例1と同様に凹凸のないパネルを比較基準)を図29、図30に示す。
Figure 0005454706
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図29及び図30から分かるように、rの値を0から22まで変化させても、曲げ剛性、捻り剛性が向上しており、パネルに利用する素材の材質に応じて交差部のrを適宜設定しても、剛性が向上する効果が得られることが分かる。すなわち、平坦部を設ける代わりに円弧部を設けることにより、平坦部を設けた場合と同様の効果を得ることができる。また、円弧部の形成は加工が容易であるという利点も有している。
(2.パネル性能に関する検討)
次に、本発明のパネルの性能に関して検討した結果について説明する。
(2.1.耐食性、耐傷付き性の評価)
まず、本発明の実施例のパネルについて、耐食性、耐傷付き性を評価した結果について述べる。本評価においては、後述するようにして作製した各種めっき鋼板を用いて形成したパネルを対象とした。
(評価例1)
本評価例では、板厚0.4mmの冷間圧延鋼板(SPCC:JIS G 3141(2011))を300mm角に切断し、脱脂後、以下に示す条件でめっきを施し、めっき鋼板を作製した。
<めっき条件>
電気Znめっき(記号:EG)
めっき浴:ZnSO・7HO=300g/L、NaSO=100g/L、HSO=20g/L
電流密度:50A/dm、付着量:20g/m、40g/m、80g/m(片面)
電気Zn−Feめっき(記号:EL)
めっき浴:ZnSO・7HO=150g/L、FeSO・7HO=400g/L、HSO=25g/L
電流密度:50A/dm、付着量:20g/m、40g/m、80g/m(片面)
その後、作製しためっき鋼板と、比較材としてめっき無しのSPCCを以下のようにしてプレス加工することで、実施例パネルA、B、C、Dの形状のパネルを作成した。すなわち、実施形状例1〜5の形状を有するパネルのうち実施形状例4の形状に加工し、パネルを作成した。ここでは、実施形状例4と同様に、平面正方形の各凸部の各角部間に曲面で構成されたブリッジが形成された図31及び図32に示すパネルについて、パネルサイズLを204mm、板厚tを0.4mm、凸部及び凹部の四角錐台底面の各辺長さJを6mm、凹部と凸部とをつなぐ傾斜面部の交差の円弧部の半径Rを0.4mmとし、凸部の四角錐台頂面と凹部の四角錐台頂面の距離Hを0.4mm、0.8mm、1.2mm、2.0mm、基準面Fに対する凸部及び凹部の傾斜面部の傾斜角度θを15°、28°、39°、53°と変化させた、上記めっき鋼板を用いて形成された実施例パネルA、実施例パネルB、実施例パネルC、実施例パネルDを対象に、パネルの耐食性を評価した。
<耐食性評価試験>
得られた各パネルから、耐食性評価用試験片として、150mm×70mmの試験片を切り出し、耐食性評価試験に供した。耐食性の評価は、塩水噴霧試験(JIS Z 2371(2000))を行い、赤錆発生までの時間で耐食性を評価した。
5:赤錆発生までの時間が1200時間以上
4:赤錆発生までの時間が960時間以上1200時間未満
3:赤錆発生までの時間が48時間以上960時間未満
2:赤錆発生までの時間が24時間以上48時間未満
1:赤錆発生までの時間が24時間未満
以上の耐食性評価試験の結果を表33に示す。
Figure 0005454706
表33に示すように、本発明に従って製造されたパネル(実施例)では、耐食性を大幅に向上させることができることがわかる。
(評価例2)
本評価例では、板厚0.4mmの冷間圧延鋼板(SPCC:JIS G 3141(2011))を200mm×100mmに切断し、脱脂後、レスカ社製の溶融めっきシミュレーターでN−H雰囲気中で800℃、60秒加熱還元処理し、めっき浴温まで冷却した後、表34〜表37に示す条件で各種めっき鋼材を製造した。めっき付着量は片面で60g/mとした。
その後、作製しためっき鋼板と、比較材としてめっき無しのSPCCを評価例1と同様にしてプレス加工することで、実施例パネルA、B、C、Dの形状のパネルを作成した。
(耐食性評価試験)
得られた各パネルから、耐食性評価用試験片として、150mm×70mmの試験片を切り出し、耐食性評価試験に供した。耐食性の評価は、塩水噴霧試験(JIS Z 2371(2000))を行い、赤錆発生までの時間で耐食性を評価した。
5:赤錆発生までの時間が1200時間以上
4:赤錆発生までの時間が960時間以上1200時間未満
3:赤錆発生までの時間が48時間以上960時間未満
2:赤錆発生までの時間が24時間以上48時間未満
1:赤錆発生までの時間が24時間未満
(耐疵付き性評価試験)
また、前記試験片(パネルから切り出したもの)をラビングテスターに設置後、ラビングテスターの摺動冶具先端に前記試験片と平行になるように30mm×30mmの段ボール紙を取り付け、その段ボール紙を9.8N(1.0kgf)の荷重で100往復擦った後の表面状態を下記の評価基準で評価した。
5 :擦り面に全く痕跡が認められない。
4 :擦り面に極僅かに摺動傷が付く(目を凝らして何とか摺動傷が判別できるレベル)。
3 :擦り面に僅かに摺動傷が付く(目を凝らすと容易に摺動傷が判別できるレベル)。
2 :擦り面に明確な摺動傷が付く(瞬時に摺動傷が判別できるレベル)。
1 :擦り面の皮膜が脱落し、下地の金属板が露出する。
以上の耐食性評価試験及び耐疵付き性評価試験の結果を表34〜表37に示す。
Figure 0005454706
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表34〜表37に示すように、本発明に従って製造されたパネル(実施例)では、耐食性及び耐疵付き性を大幅に向上させることができることがわかる。
(2.2.剛性の評価)
続いて、本発明の実施例として、前記(2.1)で作製したNo.17のパネルA、B、C、Dを対象に、パネル剛性を評価した。
曲げ剛性の評価結果を表38及び図33に示し、捻り剛性の評価結果を表39及び図34に示す。表38及び表39、図33及び図34から分かるように、距離Hの設定により平板を基準とした剛性向上の効果は変化し、実施例パネルA〜Dは、曲げ剛性で1.4倍〜3.0倍、ねじり剛性で1.7倍〜19倍程度の剛性向上の効果が得られた。
Figure 0005454706
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以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上述した実施形態では、パネル1の基準面Fが平面である場合を説明したが、基準面Fは平面のみに限らず、円筒面状や球面状、緩やかな湾曲状、その他任意の三次元曲面状であってもよい。さらに、パネル1の形状としても、矩形状のみに限らず、任意の形状を有したパネルが利用可能である。また、凸部や凹部、平坦部の平面形状としても、上記実施形態における形状のみに限定されるわけではなく、任意の形状とすることができる。凸部と凹部は、必ずしも基準面から一方側への突出と他方側への凹みにより形成されなくてもよく、一方側への突出のみ、又は他方側への凹みのみにより、結果として目的とする凹凸の配置及び寸法を有するパネルとしてもよい。
また、凸部及び凹部の四角錐台の頂面の距離Hは、必ずしも板厚より大きくなくてもよく、板厚tよりHが小さいパネルとすることもできる。
また、凹凸を形成するための板の折り曲げ半径は、パネルに利用する素材の材質に応じて適宜設定することができる。
その他、本発明を実施するための最良の構成や方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これらのみに限定されない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができる。特に、本明細書における四角(square)は、正確な正方形(accurate square)に限らず、長方形(rectangle)を含む。
従って、上記に開示した形状や材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明はこれらのみに限定されない。したがって、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれる。
本発明によれば、簡単な構造で、高剛性化及び軽量化を確実に実現することができるパネルを提供することが可能となるとともに、耐食性、及び耐傷付き性に優れるパネルを提供することが可能となる。
1,1A,1B,1C,1D,1E…パネル
4A,4B,4C,4D,4E…凸部
5A,5C…平坦部
5E…頂部平坦部(頂部上面)
6,6B,6D,6E…凹部
42A,42B,42C,42D,42E…傾斜面部(凸部側傾斜面)
51E…ブリッジ
62B,62D,62E…傾斜面部(凹部側傾斜面)
F…基準面

Claims (13)

  1. 鋼板の少なくとも片面にめっき層を有するめっき鋼板から形成されたパネルであって、
    所定の基準面から突出する複数の凸部と、前記基準面と面一をなす複数の平坦部と、前記基準面から凹む複数の凹部とのうち、前記凸部と、前記平坦部及び前記凹部のいずれか一方とを備えるとともに、正面視した場合に、前記複数の凸部、前記複数の平坦部及び前記複数の凹部が四角形状を有し、
    前記平坦部を備える場合には、前記凸部の各々の全周囲が前記平坦部によって囲まれ、かつ、前記平坦部の各々の全周囲が前記凸部によって囲まれ、
    前記凹部を備える場合には、前記凸部の各々の全周囲が前記凹部によって囲まれ、かつ、前記凹部の各々の全周囲が前記凸部によって囲まれ、さらに、前記凸部の周縁部分に設けられた凸部側傾斜面と、前記凹部の周縁部分に設けられた凹部側傾斜面とにより形成される傾斜面部を有し、
    前記凸部、前記平坦部及び前記凹部は、前記めっき鋼板を成形加工することで形成されたものである
    ことを特徴とするパネル。
  2. 前記めっき鋼板が、溶融亜鉛系合金めっき鋼板である
    ことを特徴とする、請求項1に記載のパネル。
  3. 前記めっき層が、2質量%以上75質量%以下のAl、0.1質量%以上10質量%以下のMg、及びAl含有量の15質量%以下のSiのうちの少なくとも1種類以上と、亜鉛と、不可避的不純物とを含む
    ことを特徴とする、請求項1又は2に記載のパネル。
  4. 前記めっき層が、0.005質量%以上1.0質量%以下のCa、及び0.0005質量%以上1質量%以下のSrのうちの少なくとも1種類以上を更に含む
    ことを特徴とする、請求項3に記載のパネル。
  5. 前記めっき層が、20質量%以上70質量%以下のMgと、亜鉛と、不可避的不純物とを含む
    ことを特徴とする、請求項1又は2に記載のパネル。
  6. 前記めっき層が、0.5質量%以上5質量%以下のAl、及び0.1質量%以上5質量%以下のCaのうちの少なくとも1種類以上を更に含む
    ことを特徴とする、請求項5に記載のパネル。
  7. 前記めっき層と前記鋼板との界面に生じる合金層を有し、前記合金層の厚みが、5μm以下である
    ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか一項に記載のパネル。
  8. 前記めっき層と前記鋼板との界面に生じる合金層を有し、前記合金層の厚みが、前記めっき層の総厚みの25%以下である
    ことを特徴とする、請求項1〜7の何れか一項に記載のパネル。
  9. 前記めっき層が、前記鋼板に溶融めっきを施し、めっき付着量の制御後、前記めっき層が溶融状態から200℃になるまでの間、30℃/sec以上の冷却速度で冷却されて形成されためっき層である
    ことを特徴とする、請求項1〜8の何れか一項に記載のパネル。
  10. 前記めっき層の表面の硬度が、ビッカース硬さで、Hv.80以上Hv.300以下である
    ことを特徴とする、請求項1〜9の何れか一項に記載のパネル。
  11. 前記めっき層の厚みが1μm以上50μm以下であって、かつ、JIS Z 2371の塩水噴霧試験を行った場合のパネル加工部の赤錆発生までの時間が240時間以上である
    ことを特徴とする、請求項1〜10の何れか一項に記載のパネル。
  12. 前記凹部を備える場合に、隣り合う前記凸部の各角部間に前記凸部の前記角部間を接続するブリッジが形成され、前記ブリッジが頂部平坦部を有し;
    前記凸部の平坦な上面部の面積S1、前記凹部の平坦な底面部の面積S2、前記頂部平坦部の面積S3、及び、前記凸部の側面である前記凸部側傾斜面と、前記凹部の側面である前記凹部側傾斜面と、前記凸部及び前記凹部それぞれの四隅から前記基準面に向かって延びる隅部傾斜面とからなる傾斜部の面積S4とが、式1を満たす;
    ことを特徴とする、請求項1〜11の何れか一項に記載のパネル。
    (S3+S4)/(S1+S2)≦1.0 ・・・式1
  13. 前記凸部側傾斜面及び前記凹部側傾斜面を前記基準面に垂直な断面で見た場合に、これら凸部側傾斜面及び凹部側傾斜面が直線的に連続して繋がっており;
    前記凸部傾斜面の、前記基準面に対する傾斜角度と、前記凹部側傾斜面の、前記基準面に対する傾斜角度とが同一である;
    ことを特徴とする請求項1〜12の何れか一項に記載のパネル。
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