JP5499847B2

JP5499847B2 - パネル組立体の製造方法

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Publication number: JP5499847B2
Application number: JP2010087652A
Authority: JP
Inventors: 康信宮崎; 健二才田; 哲郎野瀬
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-04-06
Also published as: JP2011006055A

Description

本発明は、パネル組立体、パネル部材及びパネル組立体の製造方法に関する。

自動車のルーフ、ドア、エンジンフードなどのパネル部品は、薄鋼板をプレスして製造されることが多い。しかし最近、地球環境問題を発端とした自動車の燃費向上という観点から自動車の車体重量軽減が特に注目され、車体を構成する鋼板の板厚を低減することが重要視されている。

この場合、鋼板の薄肉化により、成形部品の張り剛性が低下することが問題となる。成形部品に外部から力が加えられると弾性変形によるたわみが生ずるが、このたわみ発生に対する抵抗力が張り剛性である。張り剛性は鋼板のヤング率と板厚に依存すると言われている。即ち、張り剛性をＳとし、鋼板のヤング率をＥとし、鋼板の板厚をｔとすると、Ｓ∝Ｅ・ｔ^ｍという式（１）が成立する。尚、式（１）におけるｍは、鋼板の形状に依存した乗数で１〜３の範囲である。このように張り剛性は鋼板のヤング率と板厚に依存するから、張り剛性を維持したまま板厚を低減するにはヤング率の高い鋼板を用いる必要がある。（特許文献１及び２を参照）

ところで自動車車体には、比較的広い面積を有する板状の部材が用いられている。例えば、ルーフ、ドア、エンジンフードといった部材である。このような部材には、外部から各種の入力が加わる頻度が比較的高い。外部からの入力としては、洗車やワックスがけの際の数十kgf程度の小さな入力を想定している。本明細書では、比較的広い面積を有する部材をパネル部材と呼ぶ。

パネル部材は、通常、インナーパネルまたは骨格部材に接合されるアウターパネルで構成される。ドアやエンジンフードにおいては、インナーパネルの縁部に対しアウターパネル（パネル部材）の縁部を折り曲げて締結するヘミング加工により、アウターパネル（パネル部材）をインナーパネルに締結している。また、ルーフを構成するアウターパネル（パネル部材）は、ルーフレール（骨格部材）に締結している。

特許文献３には、パネル補強用シート材料及びそれを用いた車両外板パネルが開示されている。この特許文献３では、軽量化のためにパネル（鋼板）の板厚を薄くしたことから面の張り剛性が不足し、部品としてのしっかり感が不足することを補うために、比重の小さな素材をパネルに貼り付けて、板厚を増加させて張り剛性を持たせることが行われる。即ち、特許文献３では、特定組成の発泡性プラスチルゾル組成物から成る第1層と繊維クロスから成る第2層と場合により特定の厚さの金属薄膜から成る第3層とが積層された構造のパネル補強用シート材料、及びこのシート材料を車輌外板パネルの裏面上に第1層が接するように設け、加熱して発泡、硬化させて成る車輌外板パネル構造体を形成している。

また、特許文献１では、鋼板のヤング率を高くすることで張り剛性を確保している。特許文献１では、集合組織を制御することで鋼板の面内の特定方向のヤング率を高くできることから、部品の剛性が必要な方向にヤング率が高い方向を一致させることで、板厚を薄くしても十分な剛性を得ている。

また、特許文献４では、パネル部材の形状を工夫することで、張り剛性をもたせている。通常、自動車のドアは、少なくとも開閉動作において人が良く触れる部位については車輌の外側に凸になるように構成されている。また、特許文献４に開示された自動車用板状部材構造では、２枚の板部材のうち一方にカップ状の多数のディンプルを形成した構造において、板状部材のディンプルを形成した板材側に車輌のユニットなどの剛性の高い部材を配置し、高部材に対抗するディンプルの深さを対抗しないディンプルに比べて浅くし、かつ、深いディンプルのピッチと浅いディンプルのピッチを変えるようにし、軽量で剛性の高い構造を実現している。

特開平５−２５５８０４号公報特開２００１−３４８６４４号公報特開平６−１７１００１号公報特開２０００−１６８６２２号公報

しかし、特許文献３のように、実質的に板厚を増加させる手法では、パネルの重量が増加し、軽量化の要求に反する問題がある。また、パネル部材の他に補強用シート材料が必要になり、部品点数が増加してコスト増を招くおそれもある。さらに、特許文献４のように、パネル形状を凸形状にする手法は、エンジンフードには比較的容易に適用可能だが、ドアやルーフ等には、自動車の構造上の制約があって、エンジンフードのように容易には適用できない問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、板厚を増加することなく、また、形状を凸状にすることなく、張り剛性を高くすることが可能なパネル組立体、パネル部材及びパネル組立体の製造方法を提供することを目的とする。

従来のパネル部材の張り剛性の向上手法は、実質的に板厚を増加させたり、鋼板におけるヤング率の異方性を利用したり、パネル形状を凸形状にするなど主に形状面からの手法であった。本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、張り剛性には、従来知られていないもう一つの因子が影響することを見いだした。すなわち本発明は、以下の構成を採用する。

（１）鋼板からなるパネル部材を加熱昇温するにあたり、前記パネル部材に対して、前記パネル部材に対する面積比率で１０％〜１２．５６％の範囲の領域を加熱昇温し、前記パネル部材の外周部を固定手段である支持プレートに前記パネル部材を重ね、前記パネル部材の外周部に設けた折り曲げ部を前記支持プレートの端部で折り返すヘミング加工を施し、降温する、ことを特徴とするパネル組立体の製造方法。
（２）前記パネル部材の中央部に対して、前記パネル部材の各辺の１０％以上の幅を有する十字状の領域を加熱昇温することを特徴とする請求項１に記載のパネル組立体の製造方法。
また、本発明は、以下の構成を採用してもよい。
（Ａ）少なくとも中央部に降伏応力の１０〜５０％の残留応力を有する鋼板からなるパネル部材と、前記残留応力を保ちつつ前記パネル部材の外周部を固定する固定手段と、を具備してなることを特徴とするパネル組立体。
（Ｂ）前記固定手段が支持プレートであり、前記パネル部材の外周部にヘミング加工が施されて前記支持プレートに固定されていることを特徴とする（Ａ）に記載のパネル組立体。
（Ｃ）前記固定手段が車体の骨格部材であり、前記パネル部材が、パネル部と、前記パネル部の周辺部に接続された高さ３０ｍｍ以下のたて壁部と、前記たて壁部に接続されたフランジとを有し、前記フランジが前記骨格部材に固定されていることを特徴とする（Ａ）に記載のパネル組立体。
（Ｄ）ヘミング加工により支持プレートに固定された鋼板からなるパネル部材であって、少なくとも中央部に、前記鋼板の降伏応力の１０〜５０％の残留応力を有することを特徴とするパネル部材。
（Ｅ）パネル部と、前記パネル部の周辺部に接続された高さ３０ｍｍ以下のたて壁と、前記たて壁部に接続されたフランジとを有し、前記フランジを介して車体の骨格部材に固定された鋼板からなるパネル部材であって、少なくとも前記パネル部の中央部に、前記鋼板の降伏応力の１０〜５０％の残留応力を有するパネル部材。
（Ｆ）鋼板からなるパネル部材を加熱昇温後、前記パネル部材の外周部を前記固定手段に固定し、その後、降温することを特徴とするパネル組立体の製造方法。
（Ｇ）鋼板からなる前記パネル部材を加熱昇温後、前記固定手段である支持プレートに前記パネル部材を重ねてから、前記パネル部材の外周部に設けた折り曲げ部を前記支持プレートの端部で折り返すヘミング加工を施し、その後、降温することを特徴とする（Ｆ）に記載のパネル組立体の製造方法。
（Ｈ）パネル部と、前記パネル部の周辺部に接続された高さ３０ｍｍ以下のたて壁部と、前記たて壁部に接続されたフランジとを有する前記パネル部材を加熱後、前記固定手段である車両の骨格部材に前記フランジを接合し、その後、降温することを特徴とする（Ｆ）に記載のパネル組立体の製造方法。
（Ｉ）前記パネル部材または前記パネル部の中央部に対して、前記パネル部材または前記パネル部に対する面積比率で１０％〜１００％の範囲の領域を加熱昇温することを特徴とする（Ｇ）または（Ｈ）に記載のパネル組立体の製造方法。
（Ｊ）前記パネル部材または前記パネル部の中央部に対して、前記パネル部材または前記パネル部の各辺の１０％以上の幅を有する十字状の領域を加熱昇温することを特徴とする（Ｇ）または（Ｈ）に記載のパネル組立体の製造方法。

本発明のパネル組立体によれば、パネル部材の中央部に、鋼板の降伏応力の１０〜５０％の残留応力を有するので、ヤング率や板厚を高めることなく、外部入力に対する反力を高めることができ、パネル組立体の張り剛性を高めることができる。

また、本発明のパネル組立体の製造方法では、加熱したパネル部材の外周部を固定手段に固定した状態で、パネル部材を降温している。この際、パネル部材は収縮しようとするが、外周部が固定手段に固定されているので、パネル部材には残留応力が生じることになる。このようにして、鋼板の降伏応力の１０〜５０％の残留応力を有するパネル部材を製造できる。

図１は、本発明の第１の実施形態であるパネル部材を示す分解斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態であるパネル部材を示す斜視図である。図３は、本発明の第１の実施形態であるパネル部材を示す部分断面図である。図４は、本発明の第１の実施形態であるパネル部材の加熱範囲を示す平面模式図である。図５は、本発明の第１の実施形態であるパネル部材の加熱範囲を示す平面模式図である。図６は、本発明の第２の実施形態であるパネル部材を示す斜視図である。図７は、本発明に係るパネル部材のモデルによるシュミレーション結果を示すモデル図である。図８は、本発明に係るパネル部材のモデルによるシュミレーション結果を示すモデル図である。図９は、本発明に係るパネル部材のモデルによるシュミレーション結果を示すモデル図である。図１０は、本発明に係るパネル部材のモデルによるシュミレーション結果を示すモデル図である。図１１は、本発明に係るパネル部材のモデルによるシュミレーション結果であって、パネル部材の入力に対する変位量と、反力との関係を示すグラフである。図１２は、実施例１における加熱温度幅と残留応力との関係を示すグラフである。図１３は、実施例２における荷重によるパネル部材の変位量と、反力との関係を示すグラフである。図１４は、実施例３における荷重によるパネル部材の変位量と、反力との関係を示すグラフである。

「第１の実施形態」
本発明の第１の実施形態であるパネル組立体のモデルについて、図面を参照して説明する。図１には、本実施形態のパネル組立体の分解斜視図を示し、図２にはパネル組立体の斜視図を示し、図３にはパネル組立体の部分断面図を示す。

図１〜図３に示すように、本実施形態のパネル組立体１は、鋼板からなるパネル部材２と、パネル部材２の外周部２ａを固定する支持プレート３（固定手段）から概略構成されている。このパネル組立体１は、例えば自動車のエンジンフードやドア等に適用される。エンジンフードやドア等に適用される場合、パネル部材２はアウターパネルとなり、支持プレート３はインナーパネルとなる。

支持プレート３は、図１〜図３に示すように、凹部３ａと、凹部３ａの全周を囲む外縁部３ｂとから概略構成されている。この支持プレート３は、例えば鋼板をプレス加工等によって形成される。また、支持プレート３は、パネル部材２の残留応力を保ちつつパネル部材２の外周部２ａを固定できるものであればよい。本実施形態の場合は、パネル部材２の残留応力によって支持プレート３が座屈変形しなければよく、パネル部材２の残留応力よりも高い座屈強度を有する鋼板を用いればよい。

図１〜図３に示すように、支持プレート３の上に、パネル部材２が重ねられている。パネル部材２の外周部２ａには折り返し部２ｂが設けられており、パネル部材２の外周部２ａと折り返し部２ｂとによって支持プレート３の外縁部３ｂを挟み込んでいる。本実施形態のパネル組立体のモデルにおいては、パネル部材２は、その外周部２ａのみにおいて支持プレート３に固定され、他の箇所では固定されていない。実際の自動車においては、車体の外側に配置されて外板となるパネル部材２と、車体の内側に配置されて内板となる支持プレート３とは、外周部以外の内部においても部分的に接着剤で接続されるが、本発明の効果を減じるものではない。

パネル部材２の外周部２ａ及び折り返し部２ｂによって支持プレート３の外縁部３ｂを挟んで固定する構造を有することで、パネル部材２が剛体となり、残留応力を保持可能となる。パネル部材２は、鋼板の降伏応力の１０〜５０％に相当する残留応力を有している。

パネル部材２の残留応力は、鋼板の降伏応力の１０〜５０％が好ましく、２５〜４５％がより好ましい。残留応力が鋼板の降伏応力の１０％未満では、張り剛性が不十分となるので好ましくない。また、残留応力が鋼板の降伏応力の５０％超では、僅かなひずみによって降伏し、永久ひずみを形成してしまうので好ましくない。尚、残留応力は、ひずみゲージを貼り付け、ひずみゲージ周囲を切断することで、解放されたひずみより測定する切断法で測定できる。

また、パネル部材２を構成する鋼板は、特に制限がなく、軟鋼板、高強度鋼板等の各種の鋼板を用いることができるが、鋼板の引っ張り強度が高いほど残留応力が増加するので、高強度鋼板が好ましい。また、パネル部材２を構成する鋼板の板厚は、０．３〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。板厚が０．３ｍｍ未満では、張り剛性の板厚減少に伴う低下代が大きくなり過ぎ、残量応力によっては張り剛性を十分高くできないので好ましくなく、板厚が１．０ｍｍ超では、パネル組立体１の自重が増大するので好ましくない。また、パネル部材２は、例えば、平面視したときにほぼ四角形になる鋼板を用いることが好ましい。この場合のパネル部材２の短辺の長さは、例えば５００〜２０００ｍｍの範囲がよい。短辺の大きさが小さいと、元々の張り剛性が高いので張り剛性を向上させる必要がない。また、短辺の大きさが過大になると、鋼板の降伏応力の５０％の残留応力を付与したとしても、十分な張り剛性が得られない。

また、パネル部材２の形状は、平面形状が好ましい。また、パネル部材２の形状として、支持プレート３側とは反対側に向けて突出した曲面形状でも良い。パネル部材２を湾曲させた場合の曲面形状は、球面でも良く、円柱面でも良い。また、パネル部材の第１面内方向に沿って主曲率半径を持たせ、前記第１面内方向と直交する第２面内方向に沿って従曲率半径を持たせた楕球面でも良い。パネル部材２を曲面形状とする場合の最小曲率半径は、３００mm以上とすることが好ましい。最小曲率半径が３００mm未満になると、残留応力を付与したときに面ひずみが目立つようになるので好ましくない。なお、楕球面における最小曲率半径は、主曲率半径または従曲率半径の何れかのうち最小となる曲率半径が３００mm以上になればよい。

本実施形態のパネル組立体１を製造するには、先ず鋼板からなるパネル部材２を加熱昇温する。その後、支持プレート３にパネル部材２を重ねてからパネル部材２の外周部２aに設けた折り曲げ部２ｂを支持プレート３の外縁部３ｂにおいて折り返すヘミング加工を施す。その後、降温することでパネル組立体１が製造される。

パネル部材２を加熱昇温する場合は、パネル部材２の全面を加熱しても良く、図４に示すようにパネル部材２の中央部２ｄ（一点鎖線で囲まれた部分）を加熱しても良い。好ましくは、パネル部材２に対する面積比率で１０％〜１００％の範囲の領域を加熱昇温するとよい。加熱する領域の面積比率がパネル部材２の全面の１０％未満になると、パネル部材２に十分な残留応力を発生させることができないので好ましくない。

また、パネル部材２を加熱昇温する場合に、図５に示すように、パネル部材２の中央部２ｄに対し、パネル部材２の各辺の辺長Ｎに対して１０％以上の幅Ｈを有する十字状の領域（一点鎖線で囲まれた領域）を加熱昇温してもよい。十字状の領域の幅Ｈが、パネル部材２の辺長Ｎの１０％未満になると、パネル部材２に十分な残留応力を発生させることができないので好ましくない。

加熱昇温する際の温度幅は、昇温前後の温度差で２０〜１００℃の範囲とすることが好ましく、５０〜１００℃の範囲とすることがより好ましい。例えば、温度幅を５０℃に設定したい場合に、加熱前の鋼板の温度が２０℃であったとすると、鋼板温度が７０℃になるまで加熱昇温すればよい。加熱昇温の温度幅が２０℃未満では、パネル部材２に十分な残留応力を付与できないので好ましくない。また、加熱昇温の温度幅が１００℃超では、残留応力が過大になり、パネル部材に永久ひずみが残留しやすくなるので好ましくない。

また、本実施形態では、パネル部材２の中央部を相対的に加熱した状態にすればよいので、例えば、ヘミング加工によって加熱前のパネル部材２を支持プレート３に締結した後、焼き付け塗装などを施してパネル部材２および支持プレート３を均熱化し、その後、ヘミング加工を施したパネル部材２の外周部および支持プレート３を先に冷却し、それ以外の部分は保温、加熱などにより冷却を遅らせることにしてもよい。

パネル部材２を加熱昇温する手段としては、水浴または油浴にパネル部材２を浸漬させる方法、パネル部材２を加熱炉中で加熱する方法、局所的に熱風を当てる方法、レーザや赤外線ランプの光を照射する方法など、各種の手段を用いることができる。

次に、ヘミング加工によりパネル部材２を支持プレート３に固定する。ヘミング加工の際には、折り返し部２ｂに接着材を塗布してパネル部材２と支持プレート３を接合しても良い。また、ヘミング加工後に、折り返し部２ｂに一対の溶接電極を当接させてシリーズスポット溶接を施し、折り返し部２ｂと支持プレート３の外縁部３ｂを溶接してもよい。

次に、パネル部材２を降温させる。降温速度は特に限定はなく、たとえば室温で自然放冷すればよい。以上のようにして、本実施形態のパネル組立体１が完成する。

本実施形態のパネル組立体１によれば、残留応力を有するパネル部材２が、ヘミング加工によって支持プレート３に固定されているので、残留応力を保持し続けることができる。また、パネル部材２の残留応力が保持されるため、パネル部材２の張り剛性を高めることができる。これにより、パネル部材２への外部入力に伴う変形量を、残留応力がないパネル部材の場合に比べて、小さくすることができる。

また、本実施形態のパネル組立体１の製造方法においては、パネル部材２を加熱昇温して熱膨張させてから支持プレート３に固定し、その後、降温する。熱膨張されたパネル部材２が降温時に収縮しようとするが、その外周部２ｂが支持プレート３に固定されているため収縮できず、パネル部材２の中央部を中心にした引っ張り応力が生じる。この引っ張り応力が残留応力となってパネル部材２に残存する。このようにして、鋼板の降伏応力の１０〜５０％の残留応力を有するパネル部材２を備えたパネル組立体１を製造できる。

また、パネル部材２を支持プレート３に固定する手段として、パネル部材２の折り返し部２ｂを折り曲げて支持プレート３の外縁部３ａを挟み込むヘミング加工を採用するので、残留応力を開放させることなくパネル部材２を固定できる。

「第２の実施形態」
次に、本発明の第２の実施形態であるパネル組立体について、図面を参照して説明する。図６には、本実施形態のパネル組立体の斜視図を示す。

図６に示すように、本実施形態のパネル組立体１１は、鋼板からなるパネル部材１２と、パネル部材１２の外周部１２ａを固定する車両の骨格部材１３（固定手段）から概略構成されている。このパネル組立体１１は、例えば自動車のルーフ等に適用される。この場合の骨格部材１３としては、ルーフレールを例示できる。

骨格部材１３は、図６に示すように、上部部材１３ａと下部部材１３ｂとから構成されている。上部部材１３ａの先端には、パネル部材１２に向けて突出する上部突片１３ｃが設けられている。また、下部部材１３ｂの先端には、パネル部材１２に向けて突出する下部突片１３ｄが設けられている。上部突片１３ｃと下部突片１３ｄは相互に対向している。そして、上部突片１３ｃと下部突片１３ｄとの間に、パネル部材１３のフランジ１２ｄが挟まれて固定されている。骨格部材１３を構成する上部部材１３ａ及び下部部材１３ｂは、例えば鋼板をプレス加工等で加工することで形成される。

図６に示すように、骨格部材１３にパネル部材１２が固定されている。パネル部材１２は、パネル部１２ｂと、パネル部１２ｂの周囲に接続されるたて壁部１２ｃと、たて壁部１２ｃに接続されるフランジ１２ｄとから構成されている。たて壁部１２ｃは、パネル部１２ｂに対して図中下向きに折り曲げられている。また、フランジ１２ｄは、たて壁部１２ｃに対して図中水平方向に折り曲げられている。このパネル部材１２は、１枚の鋼板にプレス成形加工等を施すことにより形成される。フランジ１２ｄは、上部突片１３ｃと下部突片１３ｄとの間に挟まれて、上部突片１３ｃと下部突片１３ｄとにそれぞれ溶接されている。このようにして、パネル部材１２と骨格部材１３とが一体化されている。ところで、本発明の効果はフランジ１２ｄと上部突片１３ｃおよび下部突片１３ｄを重ね合わせる順序に左右されるものではない。フランジ１２ｄが、上部突片１３ｃと下部突片１３ｄの上に配置されても十分な効果を発揮する。

尚、図６においては、パネル部材１２の一端のみが骨格部材１３に固定された状態を示しているが、これは説明の便宜のためであり、本実施形態ではパネル部材１２のフランジ１２ｄが全周に渡って骨格部材１３に固定されていることが望ましい。この構成によって、パネル部材１２が剛となり、形状を保って残留応力を保持可能となる。パネル部材１２のパネル部１２ｂには、鋼板の降伏応力の１０〜５０％に相当する残留応力が付与されている。好ましくは、鋼板の降伏応力の２５〜４５％に相当する残留応力が付与されている。一方、パネル部材１２のたて壁部１２ｃ及びフランジ１２ｄには、パネル部１２ｂの引っ張り応力に対応する圧縮応力が付与されている。

パネル部材１２を構成する鋼板は、第１の実施形態の場合と同様に特に制限がなく、軟鋼板、高強度鋼板等の各種の鋼板を用いることができる。また、パネル部材１２を構成する鋼板の板厚は、第１の実施形態と同様に、０．３〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。また、パネル部材１２は、例えば、平面視したときにほぼ四角形になる鋼板を用いることが好ましい。この場合のパネル部材１２の短辺の長さは、第１の実施形態と同様に、例えば５００〜２０００ｍｍの範囲がよい。
さらに、パネル部材１２のたて壁部１２ｃの高さｈは３０ｍｍ以下とすることが好ましい。たて壁部１２ｃの高さが３０ｍｍを超えると、パネル部材１２が骨格部材１３に締結された状態で、たて壁部１２ｃがバネとして働いてしまい、パネル部１２ｂの残留応力を開放してしまう。

また、第１の実施形態と同様に、パネル部材１２の形状は、平面形状が好ましい。また、パネル部材１２の形状として、支持プレート３側とは反対側に向けて突出した曲面形状でも良い。パネル部材２を湾曲させた場合の曲面形状は、球面でも良く、円柱面でも良く、楕球面でも良い。パネル部材１２を曲面形状とする場合の最小曲率半径は、３００mm以上とすることが好ましい。

また、骨格部材１３は、パネル部材１２の残留応力を保ちつつパネル部材１２のフランジ１２ｄを固定できるものであればよい。

本実施形態のパネル組立体１１を製造するには、先ず鋼板からなるパネル部材１２を加熱昇温する。その後、フランジ１２ｄを上部突片１３ｃと下部突片１３ｄとの間に挟み込ませることで骨格部材１３にパネル部材１２を組み付けてから、上部突片１３ｃ及び下部突片１３ｄに対してフランジ１２ｄを溶接する。その後、降温することでパネル組立体１１が製造される。

パネル部材１２を加熱昇温する場合は、第１の実施形態の場合と同様に、パネル部１２ｂの全面を加熱しても良く、パネル部１２ｂの中央部を加熱しても良い。好ましくは、パネル部１２ｂに対する面積比率で１０％〜１００％の範囲の領域を加熱昇温するとよい。加熱する領域の面積比率がパネル部１２ｂの全面の１０％未満になると、パネル部１２ｂに十分な残留応力を発生させることができないので好ましくない。

また、パネル部１２ｂを加熱昇温する場合に、第１の実施形態と同様に、パネル部１２ｂの各辺の辺長に対して１０％以上の幅を有する十字状の領域を加熱昇温してもよい。

加熱昇温する際の温度幅は、第１の実施形態の場合と同様に、昇温前後の温度差で２０〜１００℃の範囲とすることが好ましく、５０〜１００℃の範囲とすることがより好ましい。

また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、パネル部１２ｂを相対的に加熱した状態にすればよいので、例えば、ヘミング加工によって加熱前のパネル部材１２を骨格部材１３に締結した後、焼き付け塗装などを施してパネル部材１２および骨格部材１３を均熱化し、その後、骨格部材１３およびたて壁部１２ｃ、フランジ１２ｄを先に冷却し、パネル部材１３のそれ以外の部分は保温、加熱などにより冷却を遅らせることにしてもよい。

パネル部材１２を加熱昇温する手段としては、第１の実施形態と同様の手段を用いることができる。

次に、パネル部材１２を骨格部材１３に固定する。フランジ１２ｄを上部突片１３ｃと下部突片１３ｄとの間に挟んだ状態で、上部突片１３ｃ及び下部突片１３ｄとフランジ１２ｄとをスポット溶接またはレーザ溶接等によって溶接すればよい。

次に、パネル部材１２を降温させる。降温速度は特に限定はなく、たとえば室温で自然放冷すればよい。以上のようにして、本実施形態のパネル組立体１１が完成する。

本実施形態のパネル組立体１１によれば、第１の実施形態の場合と同様な効果が得られる。

また、本実施形態のパネル組立体１１の製造方法においては、パネル部材１２を加熱昇温して熱膨張させてから支持プレート１３に固定し、その後、降温する。熱膨張されたパネル部材１２が降温時に収縮しようとするが、フランジ１２ｄが骨格部１３で固定されているため収縮できず、パネル部１２ｂを中心にした引っ張り応力が生じる。この引っ張り応力が残留応力となってパネル部材１２に残存する。このようにして、鋼板の降伏応力の１０〜５０％の残留応力を有するパネル部材１２を備えたパネル組立体１１が得られる。
また、たて壁部１２ｃの高さｈが３０ｍｍ以下なので、パネル部材１２が降温時に収縮する際に、たて壁部１２ｃがバネとして機能することがない。これにより、パネル部１２ｂの残留応力が減少する恐れがない。

「パネル部材のモデル」
次に、図７〜図９を参照して、本発明に係るパネル組立体の作用について、第２実施形態のパネル組立体１１を例にして詳細に説明する。図７〜図９は、第２実施形態のパネル部材を荷重解析するためにモデル化したモデル図である。図７〜図９には、図６に記載した符号に対応する符号を付している。

図７は、残留応力が付与されていないパネル部材であって、荷重が加わる前の状態を示している。図７に示すモデルは、パネル部１２ｂに対応する辺に一対のバネｋ_１が備えられている。また、バネｋ_１同士の間のピンｐ_１は荷重が加わる点であり、回転自由であるとともに並進運動が許容されている。
また、たて壁部１２ｃに対応する辺の中央には別のピンｐ_２が設けられており、このピンｐ_２は、回転自由であるが並進運動しないように固定されている。また、フランジ１２ｄに対応する辺の中央には、別のバネｋ_２が配設されている。その他、図中に示される点は、塗りつぶした黒点が回転自由であるが並進運動しないように固定されたピンを示し、白点が回転自由かつ並進運動が自由なピンを示す。

次に、図７に示されるピンｐ_１に対して垂直方向の荷重２Ｆを加えることで、ピンｐ_１に変位δｚを与えた場合のモデル図を図８に示す。
図８に示すように、荷重２Ｆが加わることで、２つのバネｋ_１にはそれぞれ引っ張り応力が加わり、これにより各バネｋ_１の長さＬは、初期のバネ長Ｌ_０よりも伸び量δだけ長いＬ_０＋δになる（Ｌ＝Ｌ_０＋δ）。また、フランジに対応するバネｋ_２には、圧縮応力が加わる。

図９は、ピンｐ_１に対して荷重２Ｆが加えられた場合の張り剛性を示している。一方のバネｋ_１に着目すると、このバネｋ_１に作用する荷重は２Ｆ／２＝Ｆとなる。荷重Ｆが加わるとき、パネル部１２ｂとたて壁部１２ｃとの接合点ｐ_３を中心にしてパネル部１２ｂが角度θだけ回転し、点p_１が変位量δｚだけ下方に変位する。ここで、バネｋ_１に加わる荷重をｆとすると、Ｆ＝ｆ・sinθとなる（式１）。また、バネｋ_１に加わる荷重ｆは、バネの伸び量δ（δ＝Ｌ−Ｌ_０）とバネ定数Kの積だから、ｆ＝Ｋ（Ｌ−Ｌ_０）＝Ｋδとなる（式２）。さらに、sinθは、バネ長Ｌに対する正弦だから、変位量δｚとの関係で、sinθ＝δｚ／Ｌ＝δｚ／（Ｌ_０＋δ）となる（式３）。

ここで、張り剛性Ｅは、Ｅ≡Ｆ／δｚと表せるから（式４）、この式４に式１を代入すると式５の通りとなり、さらに式５に式２及び式３を代入すると式６となる。更に、式６を近似すると式７になる。式７を更に近似すると式８になる。このように、パネル部材１２において残留応力が０の場合の張り剛性Ｅは、Ｅ＝Ｆ／δｚ≒Ｋδ／Ｌ_０で表される。

次に、図１０に示すように、パネル部材１２に残留応力がある場合、荷重が加えられていない状態でのバネの初期の長さはＬ_０＋δ_０となる。δ_０は、残留応力によるバネｋ_１の伸び量である。この状態で荷重Ｆが加わると、このときのバネ長Ｌ’はＬ’＝Ｌ_０＋δ_０＋δとなる。このバネ長Ｌ’を先の式２に代入して計算すると、残留応力が加わっている場合の張り剛性Ｅ’は、Ｅ’＝Ｆ／δｚ≒Ｋ（δ＋δ_０）／Ｌ_０で表される（式１０）。

式（９）及び式（１０）において、バネ定数Ｋを５０ｋＮ／ｍｍとし、バネの初期長さＬ_０を５００ｍｍとし、残留荷重を５ｋＮとし、残留応力によるバネの伸び量δ_０を０．１ｍｍとして、点ｐ_１における変位量δｚと荷重Ｆとの関係を求めると、図１１に示すグラフの通りとなる。図１１に示すように、変位量δｚに対する荷重Ｆの値は、残留応力がある場合のほうが、ない場合よりも高くなっている。このように、パネル部材１２に残留応力を有しているパネル組立体１２によれば、張り剛性を高めることが可能になる。

（実施例１）
パネル部材の残留応力は、加熱温度幅によって調整することが可能である。ここで、第１の実施形態のパネル組立体を用いて、加熱温度幅と残留応力との関係を調べた。支持プレートとして、板厚０．６５ｍｍのJAC270C材を用意した。また、パネル部材として、板厚０．７ｍｍ、１０００mm×１０００mmのJAC270D材を用意した。パネル部材全体を１０℃〜１００℃の温度幅に昇温加熱した。次いで、図１〜３と同様にして、プレス加工した支持プレートに対して、ヘミング加工によりパネル部材を接合させ、その後、室温まで冷却した。パネル部材の形状は平坦形状とした。そして、切断法によりパネル部材の中央部における残留応力を測定した。結果を図１２に示す。加熱温度幅をｘとし、残留応力をｙとしてｘｙの関係式を求めるとｙ＝０．８９１７ｘ≒０．９ｘとなった。中央部の残留応力は、平面応力状態であり、相当応力で、０．９×加熱温度（℃）の残留応力が発生していた。この関係式によって、残留応力を調整することが可能になる。ところで、パネル部材の残留応力は、場所によって急峻に変化することはない。このため、中央部とは厳密な意味での中央点である必要はなく、残留応力の値としては、例えば中央点を含む面積比率で１０％程度の範囲内における任意の位置における測定値を考えればよい。

（実施例２）
次に、第１の実施形態のパネル組立体を用いて、加熱温度幅を５０℃とした場合の荷重に対する押し込み変位量との関係を調べた。実施例１と同様に、支持プレートとして板厚０．６５ｍｍのJAC270C材を用意した。また、パネル部材として、板厚０．７ｍｍ、１０００mm×１０００mmのJAC270D材を用意した。パネル部材に対して、全体を０℃〜１２０℃の温度幅に昇温加熱した。次いで、図１〜３と同様にして、プレス加工した支持プレートに対して、ヘミング加工によりパネル部材を接合させた。パネル部材の形状は平坦形状とした。加熱幅５０℃のものについては、その後、室温まで冷却した。このようにして、加熱温度幅が０℃〜１２０℃のパネル組立体を製造した。

得られたパネル組立体に対し、パネル部材の中央部にポンチにて１０ｍｍまで徐々に押し込んだときの反力を評価した。加熱温度幅が２０℃〜１００℃のパネル組立体については、実施例１の場合と同様に、残留応力が発生して張り剛性の向上が認められた。しかし、加熱温度幅を１２０℃にしたものは、１０ｍｍ押し込んで反力測定後、ポンチを戻したところ、永久ひずみが認められた。
図１３には、パネル部材を５０℃の加熱温度幅となるように昇温し、ヘミングにより支持プレートに組み付けたパネル組立体の張り剛性を測定した結果である。図１３には、加熱温度幅が０℃のパネル組立体の張り剛性を合わせて示している。加熱温度幅が５０℃の場合は、加熱昇温によって約４２ＭＰａの等二軸引張の残留応力が発生した。また、図１３に示すように、加熱昇温したパネル組立体は、加熱昇温していないパネル組立体に対して、張り剛性が向上していることが分かる。尚、この結果は、図１１のシミュレーション結果とよく一致した。

（実施例３）
第１の実施形態のパネル組立体を用いて、加熱温度幅を５０℃とした場合の荷重に対する押し込み変位量との関係を調べた。
支持プレートとして、板厚０．６５ｍｍのJAC270C材を用意した。また、パネル部材として、板厚０．７ｍｍ、５００mm×５００mmのJAC270D材を用意した。パネル部材全体を５０℃の温度幅に昇温加熱した。次いで、図１〜３と同様にして、プレス加工した支持プレートに対して、ヘミング加工によりパネル部材を接合させた。このとき、パネル部材を楕球面形状にして接合させた。パネル部材の一辺における主曲率半径を１２５０ｍｍとし、一辺と直交する他辺における従曲率半径を１７０００ｍｍとした。その後、室温まで冷却してパネル組立体とした。
また、加熱温度幅が０℃であること以外は上記と同様にして、楕球面状のパネル部材を有するパネル組立体を製造した。

図１４は、上記の楕球面形状のパネル部材を５０℃の加熱温度幅となるように昇温し、ヘミングにより支持プレートに組み付けたパネル組立体の張り剛性を測定した結果である。図１４には、加熱温度幅が０℃で楕球面形状のパネル部材を有するパネル組立体の張り剛性を合わせて示している。図１４に示すように、加熱昇温したパネル組立体は、加熱昇温していないパネル組立体に対して、張り剛性が向上していることが分かる。尚、この結果は、図１１のシミュレーション結果とよく一致した。以上の結果より、パネル部材の形状が曲面であっても、張り剛性を向上できることが判明した。

（実施例４）
次に、第１の実施形態及び第２の実施形態のパネル組立体を用いて、加熱温度幅を１５℃〜１５０℃とした場合の残留応力を測定した。支持プレートとして板厚０．６５ｍｍのJAC270C材を用意した。また、パネル部材として、表１に示す各種の鋼板を用意した。板厚はいずれも０．７ｍｍである。また、各鋼板のサイズはいずれも縦１０００mm×横１０００mmである。次に、パネル部材のうち表１に示す加熱範囲に対して加熱昇温した。次いで、図１〜３または図６と同様にして、プレス加工した支持プレートに対して、ヘミング加工によりパネル部材を接合させるか、骨格部材に対して、プレス加工済みのパネル部材を接合させた。なお、パネル部材のプレス加工は加熱昇温前に実施した。パネル部材を接合した後、パネル部材を室温まで冷却した。このようにして、各種のパネル組立体を製造した。試験例１〜１１は図１〜図３に対応するパネル組立体であり、試験例１２〜１４は図６に対応するパネル組立体である。各試験例について、切断法によりパネル部材の中央部における残留応力を測定した。また、降伏応力に対する残留応力の百分率を求めた。更に、パネル部材またはパネル部の中央部にポンチを押し込んで、その際の反力を測定した。測定した反力について、試験例１を基準として、反力が高くなった場合を張り剛性が向上したと評価し、反力が試験例１と同等な場合を張り剛性の変化が認められないと評価した。また、ポンチの押し込みによって永久ひずみまたは面ひずみが発生した場合は、その旨を表１に表記した。結果を表１に示す。
尚、表１の加熱範囲の比率の欄の値は、試験例１０及び１１の場合は、パネル部材の辺長に対する十字形の幅の割合であり、その他の試験例の場合は、パネル部材またはパネル部の面積に対する面積率である。

表１に示すように、試験例３〜５、７、９、１１及び１４については、張り剛性の向上が認められた。一方、試験例２では加熱温度幅が１５℃と十分でないために張り剛性が向上しなかった。また、試験例６では、加熱温度幅が１２０℃と高すぎたために永久ひずみが残留した。また、試験例８及び１０では、加熱範囲の比率が低かったために十分な残留応力を付与することができず、結果的に張り剛性が向上しなかった。また、試験例１２では、たて壁部の高さが高すぎてバネとして機能してしまい、降伏応力に対する残留応力の比率が低くなったために、張り剛性が向上しなかった。更に、試験例１３では、たて壁部の高さが高すぎてバネとして機能してしまうために、加熱温度幅を高めて残留応力を大きくしたが、加熱温度幅が高すぎたために顕著な面ひずみが発生した。

１、１１…パネル組立体、２、１２…パネル部材、２ａ、１２ａ…パネル部材の外周部、３…支持プレート（固定手段）、１２ｂ…パネル部、１２ｃ…たて壁部、１２ｄ…フランジ、１３…骨格部材（固定手段）。

Claims

鋼板からなるパネル部材を加熱昇温するにあたり、前記パネル部材に対して、前記パネル部材に対する面積比率で１０％〜１２．５６％の範囲の領域を加熱昇温し、
前記パネル部材の外周部を固定手段である支持プレートに前記パネル部材を重ね、
前記パネル部材の外周部に設けた折り曲げ部を前記支持プレートの端部で折り返すヘミング加工を施し、
降温する、
ことを特徴とするパネル組立体の製造方法。
前記パネル部材の中央部に対して、前記パネル部材の各辺の１０％以上の幅を有する十字状の領域を加熱昇温することを特徴とする請求項１に記載のパネル組立体の製造方法。