JP6034421B2 - 低温材料のシート、ならびにそれを製造するための方法およびツール - Google Patents

Description

本発明は、一般にはシート材料に関し、より詳細には、その表面に凸部を有するシート材料に関する。

本明細書に示されるように、指定される種類のシート材料は、その面の両方に複数の列の凸部を有し、各凸部が、シート材料の反対面に対応する凹部を残すようにシート材料を局所的に変形されることによって形成されている、シート材料を指す。この変形は、形成ツールによって実現され、塑性歪硬化およびその有効厚さの増大の両方をもたらす。指定される種類のシート材料は、その形成元である平面シート材料より硬く、平面シート材料の代わりに、指定される種類のシート材料を使用することによって、特定の役割に必要とされる材料の質量を減少させることが可能である。

シート材料に及ぼされる塑性歪の規模および分布は、なかでも、ツールの形成部の貫入深さ、および形成部の幾何学的形状を含む多くの要因に左右される。
指定される種類のシート材料の例は、シート材料が、その表面の凸部および凹部の隣接する列の間に引かれた線が非直線になるような相対位置の凸部と凹部を備える、本願出願人が所有する特許文献１に開示されている。凸部は、各側面がロールの軸方向と周方向の間の方向を向く４つの側面を備えた歯を有する形成ツールによって形成される。

そのような配列の塑性歪の規模および分布に影響を与えるさらなる要因は、形成ツールにおける歯のレイアウトまたは密度である。

ＥＰ０６７４５５１

低温材料のシート、ならびにそれを製造するための方法およびツールを提供する。

本発明の第１の態様によれば、シート材料であって、その表面の両方に凸部の列および凹部の列を有し、一方の表面の凸部は、各凸部の反対側の他方の表面の凹部に対応し、凸部と凹部の相対位置は、シートの表面の隣接する凸部の列の間に引かれた線が非直線になるような相対位置であり、シートはベースゲージＧを有し、各凸部が、その頂点に、その頂点に向かって、またはその頂点の周りに先端塑性歪のほぼ連続する領域を有するか、またはシートがそのベースゲージＧの２５％未満だけ薄化されるかの少なくともいずれかを満たす、シート材料、例えば低温ロール状材料のシートが提供される。

本発明の第２の態様によれば、その表面の両方に複数の凸部を有し、対応する凹部が各凸部の反対側の表面に存在し、凸部および凹部は、凸部と凹部が交互する列で配列され、各凸部の先端は、丸く無特徴であり、かつ／または各凹部の底部は、２つ以上の異なる曲率半径を有することができるシート材料、例えば、低温ロール状材料のシートが提供される。

本発明の第３の態様によれば、その表面の両方に複数の凸部を有し、対応する凹部が各
凸部の反対側の表面に存在し、凸部および凹部は、凸部と凹部が交互する列で配列され、各凸部の先端は、丸く無特徴であり、突起した領域がないシート材料、例えば、低温ロール状材料のシートが提供される。

凸部および／または凹部は、好ましくは、直線形および／または螺旋形の列で配列される。各凹部の底部は、例えば第１の方向に第１の半径ｄｒ_１を有し得る。凹部は、例えば、シート材料の長さに対して第２の方向および／または縦方向および／または回転方向に第２の半径ｄｒ_２を有し得る。第１の方向は、第２の方向と４５度の差があってよい。凹部は、例えば、第１の方向と直交する第３の方向に第３の半径ｄｒ_３をさらに有し得る。凹部は、例えば、第２の方向と直交する第４の方向に第４の半径ｄｒ_４をさらに有し得る。第１および第３の半径ｄｒ_１およびｄｒ_３は同じであってよく、第２の半径ｄｒ_２および／またはｄｒ_４は、例えばそれらより小さいなど、それらと異なるか、またはそれらと同じであってよい。

各列における隣接する凹部間または隣接する凸部間のピッチＰは、第１の半径ｄｒ_１に沿う曲率半径の少なくとも２．５倍、例えば３倍であってよい。追加的または代替的に、ピッチＰは、好ましくは、第１の半径ｄｒ_１に沿う曲率半径の少なくとも２．５〜３．９倍、例えば約３．３倍、例えば３．３２倍である。

シート材料は、幅Ａを有し得る。材料の表面の凸部および凹部の隣接する列の間に引かれた線が非直線になるのに十分な凸部の高さは、列における凸部のピッチおよび凹部のピッチによって決まる。

一般にシート材料に垂直な平面の任意の断面で見ると、幅Ａは、好ましくは、材料のベースゲージＧより実質的に大きい。すべての当該断面において、本発明によるシート材料は、好ましくは波状であり、より好ましくは、材料を直線に沿って切断することができ、材料の得られた断面が直線になる場所は存在しない。

幅Ａは、好ましくは、ベースゲージＧ１．５〜４倍、例えば２および３倍である。ベースゲージＧは、好ましくは、０．２ｍｍ〜３．０ｍｍ、例えば０．７ｍｍまたは１．５ｍｍである。

材料の塑性歪は、好ましくは０．０５以上である。大きな塑性歪を生じる、すなわち０．０５以上の値まで塑性歪を生じるシート材料の割合は、好ましくは少なくとも６５％、より好ましくは８０％以上、例えば９０％〜１００％である。

シート材料は、鋼、例えば軟鋼を含むことができ、亜鉛メッキすることが可能である。あるいは、シート材料は、歪硬化および／または塑性変形が可能な任意の他の材料を有し得る。

シート材料は、仕切または溝スタッドとして、またはその一部として使用される溝部等のプロファイルまたは成形断面を有し得る。凸部を成形部分のすべてまたは一部に形成することが可能である。

本発明の第４の態様によれば、シート材料を低温形成するための装置であって、該装置は、自身の外面に複数の歯の列を有し、互いに相対的に移動可能である一対の対向ツールを含み、歯の幾何学形状および位置ならびにツールの間隔は、一方のツール上の歯が、使用に際して、他方のツール上の歯間の間隙内に伸び、隣接する歯の間の最小クリアランスが、少なくとも装置に通される材料のベースゲージＧに等しくなるように構成され、各歯は、尖った角を有さない丸いシート係合面を含む装置が提供される。

好ましくは、使用に際して、一方のツール上の各歯の先端と他方のツールの底面との間のクリアランスも、例えば形成される材料がその間で締め付けられないように、最小になる。

該装置は、シート材料を成形する成形手段をさらに含む。成形手段は、さらなる一対のローラを含むことができ、形成されたシート材料を例えば溝部分に成形するように配置され得る。

本発明の第５の態様によれば、シート材料を低温形成するための一対のツールであって、各ツールは、第１の寸法および第１の寸法と直交する第２の寸法を有し、各ツールは、第１の寸法に沿って伸びる複数の歯の列を有し、各歯は、尖った角を有さない丸いシート係合面を有し、それらのツールは、一方のツールの各歯が、他方のツールのそれぞれの隣接する歯と等距離で配置されるように、一方のツール上の各歯の列が、他方のツール上の隣接する歯の列の間隔と位置合わせされるように装着され、または装着可能である一対のツールが提供される。

本発明の第６の態様によれば、シート材料を低温形成するためのツールであって、該ツールは、その外面に複数の歯の列を含み、各歯は、曲率半径Ｒを有する丸いシート係合面を有し、列における隣接する歯の間のピッチＰは、曲率半径Ｒの２．５〜３．９倍であるツールが提供される。

好ましくは、ピッチＰは、曲率半径Ｒの３〜３．５倍、例えば３．３２倍である。
曲率半径Ｒは、好ましくは、少なくとも形成されるシート材料のベースゲージＧに等しく、より好ましくはベースゲージＧの少なくとも１．１倍、例えばベースゲージの少なくとも２倍および／またはベースゲージの３．３倍未満である。したがって、ピッチは、好ましくは、ベースゲージの２．５〜１３倍、例えばベースゲージの２．７５〜７．８倍、より好ましくはベースゲージＧの少なくとも３．６５倍である。

各歯は、第１の方向に第１の半径ｒ_１と、かつ／または列に沿う第２の方向に第２の半径ｒ_２とを有する丸いシート係合面を有することが可能である。第１の方向は、第２の方向に対して鋭角であってよい。第２の半径ｒ_２は第１の半径ｒ_１以下であってよい。

本明細書に使用されているように、「半径」という用語は、半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４の方向に伸びる仮想平面に沿って測定される歯の基平面の中心と歯の面との間の距離を指すのに対して、「曲率半径」という用語は、歯形成部の表面上の特定の点における実際の表面半径を指す。したがって、「半径」ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４は、融合された２つ以上の曲率半径を有する複合曲率半径であってよい。

疑問を回避するために、半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４の「方向」は、その半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４の平面が伸びる方向を指す。
本発明の第７の態様によれば、シート材料を低温形成するためのツールであって、該ツールは、その外面に複数の歯の列を含み、各歯は、第１の方向に第１の半径ｒ_１と、かつ／または列に沿う第２の方向に第２の半径ｒ_２とを有する丸いシート係合面を有し、第１の方向は第２の方向に対して鋭角であり、第２の半径ｒ_２は第１の半径ｒ_１より小さい、ツールが提供される。

列における隣接する歯の間のピッチＰは、第１および／または第２の半径ｒ_１、ｒ_２の３．３倍以上、例えば３．３２倍以上であってよい。好ましくは、列における隣接する歯の間のピッチＰは、他方のツールの隣接する歯に最も近い歯の点で測定された場合に第２
の半径ｒ_２の３．３倍以上、例えば３．３２倍以上である。この配置は、使用時に材料の締め付けを回避するのに十分なクリアランスを与えると思われる。

本発明の第８の態様によれば、２ｍｍ以上のベースゲージＧを有するシート材料を低温形成するためのツールであって、該ツールは、その外面に複数の歯の列を含み、各歯は、２ｍｍ以上の曲率半径Ｒおよび２６ｍｍ未満のピッチを有する丸いシート係合面を有する、ツールが提供される。

好ましくは、曲率半径Ｒは６．７ｍｍ以下であり、かつ／またはピッチは、１５．６ｍｍ未満、例えば５ｍｍ〜１５．６ｍｍ、例えば５ｍｍ〜７．８ｍｍである。
１つまたは複数のツールは、第１の寸法および第２の寸法を含むことができ、第２の寸法は、第１の寸法と直交する。それらの列は、第１および／または第２の寸法の方向に伸びることが可能である。あるいは、それらの列は、第１の寸法と第２の寸法との間の方向に伸びることが可能である。

１つまたは複数のツールは、例えば、それぞれの軸の周りを回転可能な円筒状ロールを含むことができ、それらの軸は、互いに平行であってよい。それらの歯を螺旋状の列に配列することが可能である。各歯は、尖った角を実質的に有さず、かつ／またはシート係合面を含むシート係合形成部を有することが可能である。第１の寸法は、周方向の寸法を含むことができ、かつ／または第２の寸法は、軸方向の寸法を有し得る。本実施形態において、好ましくは、使用に際して、一方のツール上の各歯の先端と他方のツールの底部直径との間のクリアランスは、形成される材料がその間で締め付けられないようにするために、最小になる。

本発明の第９の態様によれば、シート材料を低温形成するための歯であって、該歯は、第１の方向に第１の半径ｒ_１と、第２の方向に第２の半径ｒ_２とを有する丸いシート係合面を含み、第１の方向は第２の方向に対して鋭角であり、第２の半径ｒ_２は第１の半径ｒ_１より小さい、歯が提供される。

本発明の第１０の態様によれば、シート材料を低温形成するための歯であって、異なる曲率半径Ｒを有する表面と融合する歯の先端の周りの単一の曲率半径Ｒを有する部分球形面を有する丸いシート係合面を備えた歯が提供される。

本発明のさらなる態様は、シート材料を低温加工するための歯であって、該歯は、丸いシート係合面を有し、歯の周囲の対称部分は、頂点から９０°までの角度で伸びて、少なくとも部分的に球形の面を定め、部分球形面の外側の周囲の曲率半径Ｒは、円滑な連続的移行部を形成するように、少なくとも部分的に球形の面の曲率半径と融合する歯を提供する。

シート係合面は、好ましくは、尖った角を有さない。歯は、尖った角を有さない形成部を有し得る。
各歯は、さらに、例えば第１の方向と直交する第３の方向に第３の半径ｒ_３を含み、かつ／または例えば第２の方向と直交する第４の方向に第４の半径ｒ_４を有し得る。第３の半径ｒ_３は第１の半径ｒ_１に等しくてよく、かつ／または第４の半径ｒ_４は第２の半径ｒ_２に等しくてよい。

歯は、歯の周囲の１つの部分の曲率半径が、歯の周囲の別の部分の第２の曲率半径に円滑かつ連続的に融合するように、複合または融合曲率半径を有することが可能である。
ロールのピッチＰおよび／または半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４および／または間隔は、好ましくは、使用に際して、歯形成部が前記塑性歪および／または材料のシート材料への
薄化をもたらすように選択される。

本発明のさらなる態様によれば、シート材料を形成する方法であって、該方法は、ベースゲージＧを有するシート材料を設けること、自身の外面に複数の歯の列を有する一対の対向ツールを設けること、ツールの間にシート材料を配置すること、および、一方のツール上の歯の丸いシート係合面が、シート材料の部分を他方の歯の間の間隙に押し込むようにツールを移動させて、シート材料に凸部を形成することを含み、ツールの移動中に、凸部の頂点または先端が他のツールと接触しない方法が提供される。

本発明のさらなる態様によれば、シート材料を形成する方法であって、ベースゲージＧを有するシート材料を設け、上記の装置を設けること、ツールの間にシート材料を配置すること、一方のツール上の歯が、およびシート材料の部分を他方のツール上の歯の間の間隙に押し込むようにツールを移動させることによってシート材料を形成することを含む方法が提供される。

本発明のさらなる態様によれば、シート材料を形成する方法であって、ベースゲージＧを有するシート材料を設けること、上記の一対の対向ツールを設けること、ツールの間にシート材料を配置すること、および一方のツール上の歯が、シート材料の部分を他方のツール上の歯の間の間隙に押し込むようにツールを移動させることによってシート材料を形成することを含む方法が提供される。

本発明のさらなる態様によれば、シート材料を形成する方法であって、ベースゲージＧを有するシート材料を設けること、その少なくとも一方がその周囲に上記歯を含む一対の対向ツールを設けること、ツールの間にシート材料を配置すること、およびツールが、シート材料の一部を他方のツール上の歯の間の間隙に押し込むようにツールを移動させることによってシート材料を形成する方法が提供される。

本発明のさらなる態様によれば、シート材料を形成する方法であって、ベースゲージＧを有するシート材料を設けること、自身の外面に複数の歯の列を有する一対の対向ツールを設けること、ツールの間にシート材料を配置すること、および一方のツール上の歯の丸いシート係合面が、シート材料の部分を他方の歯の間の間隙に押し込むようにツールを移動させて、凸部がそれらの頂点に、それらの頂点に向かって、またはそれらの頂点の周りに先端塑性歪のほぼ連続する領域を有するか、またはシートがそのベースゲージＧの２５％未満だけ薄化されるかのいずれかを満たすシート材料に形成することを含む方法が提供される。

該方法は、形成されたシートを例えば溝部分に成形することをさらに有し得る。

先行技術による歯の斜視図である。 図１の歯を使用してシート材料に形成された凸部の歪分布の図である。 本発明によるシート材料の一実施形態の一部の平面図である。 本発明による装置の一実施形態を使用するシート材料形成の説明図である。 歯形成部の第１の実施形態を有する一群の歯の協働の斜視図である。 図５の歯形成部の方向Ｘからの側面図である。 図５の歯形成部の平面図である。 歯形成部の間に形成されるシート材料を示す図７のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図８の歯を使用してシート材料に形成された凸部の歪分布の図である。 歯形成部の第２の実施形態を示す図である。 歯形成部の第３の実施形態を示す図である。 歯形成部の第４の実施形態を示す図である。 歯形成部の第５の実施形態を示す図である。 歯形成部の第６の実施形態を示す図である。 図１３の歯形成部の１つの断面図である。 図１３の歯形成部の１つの上面図である。 溝部の第１の実施形態に成形されたシート材料の斜視図である。 溝部の第２の実施形態に成形されたシート材料の斜視図である。

次に、以下に説明する添付の図面を参照しながら例示のみを目的として本発明の実施形態を説明する。
図１は、図２に示されるように凸部２をシート材料３に形成するための（本願出願人が所有する）ＥＰ０８９１２３４に開示された種類の先行技術のロール歯１を示す。ロール歯１は、実質的に平坦な先端５と合体する４つの側面４を有する横断インボリュート歯車の形態である。形成ロール（不図示）は、複数の当該歯を含み、隣接するロール（不図示）上の歯１が噛み合ってシート材料３を変形させる。

ロール（不図示）の表面の歯１の幾何学形状および密度は、用途の具体的な要件に左右される。例えば、噛み合いの深さが深くなり、かつ／または歯１の密度が大きくなると、加工硬化の程度が高くなるとともに、材料の全長がより小さくなる。

本発明者らは、指定される種類の有用なシート材料を製造するためのロール（不図示）上の歯１の深さおよび／または密度の実際の範囲は、材料の機械特性を悪化させる、結果としてもたらされる材料薄化の程度によっても限定されることを広範な実験を介して確認した。したがって、指定される種類のシート材料を製造するための装置および方法は、形成プロセスを最適化するために、歯の密度および噛み合いと、材料薄化の程度とのバランスが要求される。

さらなる調査で、驚いたことには、本発明者らは、製造プロセスの結果として形成される側面４の間の尖った角６は、先端塑性歪の領域７をもたらすことを確認した。
結果として、材料の加工硬化および薄化の程度がこれらの領域７においてより高くなる。結果として得られる歪分布を図２に示す。特定の理論に限定されることを望まないが、本発明者らは、例えば、１．５ｍｍを超える厚さを有する比較的厚いシート材料を使用して指定種のシート材料を形成する困難さは、この現象のためであると考える。

本発明者らが本発明を想到し、開発したのはこれらの驚くべき認識によるものである。
次に図３を参照すると、一方の面の各凸部１１が他方の面の凹部１２に対応する多数の凸部１１および凹部１２をその面の両方に有する、軟鋼を含む形成シート材料１０の一部が示されている。凸部１１および凹部１２は、丸い角を有するほぼ正方形である。

一方の面の凸部１１および凹部１２は、直線の列Ｒ１１および直線の行Ｃ１１で配列され、各列Ｒ１１および各行Ｃ１１は、交互の凸部１１および凹部１２を含む。列Ｒ１１の方向と行Ｃ１１の方向の間の線に沿って伸びる凸部１１および凹部１２のそれぞれの交互の列Ｒ１２、Ｒ１３も存在する。本実施形態において、列Ｒ１２、Ｒ１３は、４５°の角度で列Ｒ１１および行Ｃ１１まで伸びる。これらの列は、以降、螺旋列Ｒ１２、Ｒ１３と称する。角度は、０°〜１８０°の範囲であり得る。

隣接する凸部１１および凹部１２は、それらの間にシート材料の実質的に平坦な領域が存在しないほど互いに近接している。したがって、シート材料１０は、シート材料１０の
公称のまたは実際の平面に一般に垂直である任意の断面で見ると波状であるため、材料のベースゲージＧより大きい有効厚さまたは幅Ａをもたらす。

図３に示される形成シート材料１０は、図４に示されるプロセスによって形成される。このプロセスにおいて、ベースゲージＧを有する平面またはベースシート材料１７は、コイル（不図示）から導かれ、それぞれがその周囲に多数の歯３０を有する一対のロール１８および１９の間を通過する。ロール１８，１９は、それぞれの平行な軸２０および２１の周りを回転し、ベースシート１７は、ロール１８，１９の歯３０によって係合・変形される。各歯３０は、ベースシート１７の一部を他方のロール１８，１９上の歯３０の間の間隙に押し込んで、他方のロール１８，１９に対面する凸部１１、および一方のロール１８，１９に対面する対応する凹部１２を形成することによって、形成シート材料１０を与える。したがって、ベースシート材料１７の全体厚さが、その面の両方にあり、形成シート材料１０における有効厚さまたは幅Ａを与える凸部１１の存在によって増大される。

次いで、本実施形態において、シート材料１０は、ロール対１８および１９から、さらなるロール対２２、２３および２４の間を通過することで、形成シート材料１０を溝（ｃｈａｎｎｅｌ）部分２７に成形する。他の長形部材（不図示）を形成することもできる。

ロール対１８，１９ならびにさらなるロール対２２，２３および２４は、いずれも、既知の形であり、かつ好ましくは電動モータ２６を含む一般的な駆動手段２５によって駆動される。ロール対１８，１９，２２，２３，２４は、形成シート材料１０が続くさらなるロール対２２，２３，２４の間を通過するのに伴って、ベースシート材料１７が連続的かつ同じ速度でロール１８とロール１９の間を通過するように、実質的に同じ周速度で駆動される。

形成シート材料１０は、溝または他の部分２７に成形された後に、輸送および使用のために複数の長尺物（不図示）に切断される。
ロール１８，１９は、ともに、第１の寸法、または本実施形態では軸方向長さ、および第１の寸法と直交する第２の寸法、または本実施形態では周方向寸法を含む実質的に同じ形を有する。各ロール１８，１９は、その周囲に複数の同一の歯３０を含み、歯３０の各々は、図５に示すように歯形成部３０ａを含む。歯３０は、形成シート材料の列Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３および行Ｃ１１に対応する複数の列に配列される。歯３０の螺旋列Ｒ１２，Ｒ１３は、第１および第２の寸法に沿う線の間を伸びる線に沿って伸びることが理解されるであろう。本実施形態において、螺旋列（不図示）は、ロール１８，１９の軸２０，２１に対して４５°の角度で傾斜している。

各歯形成部３０は、ロール１８，１９の一方の周囲に一体形成または固定された歯の基部（不図示）と一体的に形成される。歯の基部（不図示）は、使用時に材料の変形を妨げない大きさおよび寸法に設定されることが理解されるであろう。

歯形成部３０ａの第１の実施形態は、図５〜８に部分的に示される幾何学形状および対応するレイアウトを有する。各歯形成部３０ａは、丸い角３２と、各側縁３４の中間点に滑らかな凹部３３とを有することによって４つの突出部を形成するほぼ正方形の基平面３１を有する。歯形成部３０の側面３５は、ベース３１の側縁３４から上方に突出し、共通の滑らかな頂点３６に向かって屈曲するため、丸いシート係合面を形成する。歯形成部３０ａに尖った角が存在しないことが理解されるであろう。

歯形成部３０ａの形状の特徴は、本実施形態においてそれぞれが一定の曲率半径を有する一連の半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４によって定められる。しかし、本実施形態において、第１および第３の半径ｒ_１、ｒ_３は、第２および第４の半径ｒ_２、ｒ_４と異なる。

本明細書に使用されているように、「半径」という用語は、（図６により明確に示されるように）半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４の方向に伸びる仮想平面に沿って測定される歯の基平面３１の中心と歯の面３５との間の距離を指すのに対して、「曲率半径」という用語は、歯形成部３０ａの表面上の特定の点における実際の表面半径を指す。したがって、「半径」ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４は、融合された２つ以上の曲率半径を有する複合曲率半径であってよい。

疑問を回避するために、半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４の「方向」は、その半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４の平面が伸びる方向を指す。
第１および第３の半径ｒ_１、ｒ_３は、互いに直交し、それぞれが、第１の方向と第２の方向との間（すなわちロール１８，１９軸方向と周方向の間）の方向に伸びる。示されるように、本実施形態において、ｒ_１、ｒ_３は、ともに４５°で第１の方向に伸びる。第２および第４の半径ｒ_２、ｒ_４は、それぞれ軸方向および周方向（すなわち回転方向）に沿って伸びる。隣接する歯３０の間のピッチＰは、本実施形態において、列Ｒ１１および行Ｃ１１の両方に沿って等しい。

使用に際して、シート材料１０は、ロール１８，１９を（図７に示される）回転方向ＲＤに通される。ロール１８，１９の一方の各歯形成部３０は、図５から８により明確に示されるように、ロール１８，１９の他方における隣接する歯形成部３０の間の空間と位置が揃い、また位置がずれるように動く。図８からわかるように、形成シート材料１０の幅Ａは、ロール１８，１９の距離の関数である貫入の深さＤ、または形成部３０ａの間の重なりの関数である。

本実施形態における歯３０の間隔および幾何学形状は、ロール１８，１９の一方の歯３０の１つによって形成されている凸部１１の頂点または先端がロール１８，１９の他方と接触しないものである。これを例えば図８に見ることが可能である。

ロール１８および１９から離れるシート材料の幅Ａは、好ましくはシート材料のベースゲージＧの１．５〜４倍、例えば２および３倍である。しかし、後にロール対２２、２３および２４によってシート材料を成形すると、形成シート材料１０の幅Ａを減少させることができることが理解されるであろう。

以上に述べたように、指定される種類のシート材料の物理特性の向上は、主に、シート材料の有効厚さの増大、および材料の塑性変形の結果である歪硬化効果によるものである。したがって、形成材料１０の有効厚さまたは幅Ａを最大にすること、ならびに塑性歪の規模および面積の双方を最大にすることが望ましい。幅Ａを大きくすると、塑性歪が大きくなり、ピッチＰを小さくすると、凸部密度が増加するため塑性歪の面積が大きくなる。

しかし、塑性歪が大きくなるほど、材料の薄化の程度が大きくなり、シート材料の物理特性に悪影響を及ぼす。
本発明者らは、加工硬化の最大化と材料の薄化の最小化のバランスをとる、好ましい、または最適なシート係合面半径Ｒが存在することを確認した。

しかし、以上に述べたように、塑性歪みの面積を最大にするためにはピッチＰを最小にすることが望ましい。使用時に、隣接する形成部３０ａの間のクリアランスがベースゲージＧに近くなり、またそれ未満になったときにシート材料が「締め付けられる」ことが確認された。材料の締め付けは、塑性歪の観点から、したがって形成材料の歪硬化の観点から有益であるが、それは、シート材料の局所的薄化をもたらし得るため、過度の負荷およびロール摩耗の問題による製造上の問題を引き起こす。したがって、材料の締め付けを回
避することが好ましい。

本発明は、これらの競合要因の間のバランスをとることを可能にする歯形を提供する。これは、ある領域において好ましい表面半径Ｒに等しい曲率半径を有する丸いシート係合面を設け、他の領域における曲率半径を調整して締め付けを防止することによって達成される。

材料の締め付けは、噛み合う歯の間の距離が最小になる領域で生じる。歯形成部３０ａの第１の実施形態の場合、これは、直線の列Ｒ１１および行Ｃ１１の方向（すなわちｒ_２およびｒ_４の方向）である。

したがって、本実施形態において、シート係合面の半径ｒ_１、ｒ_３は、好ましい表面半径Ｒに等しい曲率半径を有し、半径ｒ_２、ｒ_４は、先端から基部（不図示）にかけて徐々に小さくなる。これは、ピッチＰの減少が歪面積を最大にすることを可能にするプロファイルを与えながら、材料の締め付けを回避する程度の余分のクリアランスを与える。

本発明者らは、ピッチが、好ましい表面半径Ｒ（すなわち本実施形態における第１および第３の半径ｒ_１、ｒ_３）の少なくとも２．５倍、好ましくは少なくとも３倍、例えば３．３２倍になるようにすることによって、歪のレベルを最大にできることを確認した。

凸部１１全体を通して比較的均一な歪分布を確保し、薄化を最小にするために、半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３およびｒ_４に沿う表面半径は、シート材料のベースゲージＧに少なくとも等しく、好ましくはベースゲージＧの１．１倍以上である必要がある。

図８ａは、図５〜８に示される歯の幾何学形状を用いて形成されたシート材料１０の一部の塑性歪の図を示す。図８ａに示されるように、凸部１１の頂点の周りに先端塑性歪ＰＰの連続領域が存在し、領域ＰＰを囲むドーム状領域ＱＱにおける塑性歪は、その領域を離れるに従って小さくなる。シート材料は、２５％未満の割合で薄化される。

凹部１２の底部は、一般に、歯のシート係合面の４つの半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３およびｒ_４に対応する４つの半径ｄｒ_１、ｄｒ_２、ｄｒ_３およびｄｒ_４を含む。
本発明の融通性をさらに実証するために、さらに図９〜１３に示される歯形を参照する。

図９は、半球形の形成部１３０ａおよび形成部１３０ａと一体形成された円筒状基部１３０ｂを備えた歯１３０の第２の実施形態を示す。この場合、すべての半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３およびｒ_４は、好ましい表面半径Ｒに等しく、ピッチＰ_２は、材料の締め付けが生じないピッチである。第２および第４の半径ｒ_２、ｒ_４は第１および第３の半径ｒ_１、ｒ_３に等しいため、材料の締め付けを防ぐ必要があるピッチＰ_２は、本実施形態ではより大きくなると理解されるであろう。

図１０は、平面図で全体的に正方形であり、丸い角を有する基部２３０ｂと一体形成された形成部２３０ａを備えた歯２３０の第３の実施形態を示す。本実施形態における第１および第３の半径ｒ_１、ｒ_３は、ともに好ましい表面半径Ｒに等しいのに対して、第２および第４の半径ｒ_２、ｒ_４は、基部２３０ｂに向かって徐々に小さくなって好適なクリアランスを与えることによって、材料の締め付けの可能性を低減する複合半径をそれぞれ含む。この歯形２３０は、第２の実施形態のピッチＰ_２に対するピッチＰ_３の減少を可能にすることによって、凸部１１の密度を増加させ、歪硬化された形成シート材料１０の割合を高める。

図１１は、やはり平面図で全体的に正方形であり、丸い角を有する基部３３０ｂと一体形成された形成部３３０ａを備えた歯３３０の第４の実施形態を示す。本実施形態における第１および第３の半径ｒ_１、ｒ_３は、ともに、歯３３０の先端３１１ａまたはその近隣の好ましい表面半径Ｒに等しく、基部３３０ｂに向かって徐々に小さくなる複合半径を有する。第２および第４の半径ｒ_２、ｒ_４は、単一の曲率半径を有し、第１および第３の半径ｒ_１、ｒ_３より小さいことで、好適なクリアランスを与えることによって材料の締め付けの可能性を低減する。この歯形３３０は、基部３３０ｂの大きさを所定の好ましい表面半径Ｒに対して小さくすることができるため、第２の実施形態のピッチＰ_２に対するピッチＰ_４の減少を可能にすることで、シート材料１０の加工面積を増大させる。

図１２は、やはり平面図で全体的に正方形であり、丸い角を有する基部４３０ｂと一体形成された形成部４３０ａを備えた歯４３０の第５の実施形態を示す。本実施形態における第１および第３の半径ｒ_１、ｒ_３は、ともに、歯４３０の先端４１１ａまたはその近隣の好ましい表面半径Ｒに等しく、基部４３０ｂに向かって徐々に小さくなる複合半径を有する。第２および第４の半径ｒ_２、ｒ_４は、基部４３０ｂに向かって徐々に小さくなって、好適なクリアランスを有する領域を与えることによって材料の締め付けの可能性を低減する複合半径をそれぞれ含む。歯形４３０の４つの複合半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３およびｒ_４は、加工硬化の程度と材料の締め付けの回避とのバランスを最適化するための最大の融通性を与える。

図１３、１４Ａおよび１４Ｂは、平面図で全体的に正方形であり、丸い角を有する基部６３０ｂと一体形成された形成部６３０ａを備えた歯６３０の第６の実施形態を示す。本実施形態における半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３およびｒ_４のすべてが、歯４３０の先端６１１ａまたはその近隣の好ましい表面半径Ｒと等しいことで、部分球状面６３１を与え、部分球状面６３１から伸び、それと融合する基部４３０ｂに向かって徐々に小さくなる複合半径を有する。第２および第４の半径ｒ_２、ｒ_４は、第１および第３のｒ_１、ｒ_３より急な勾配で基部４３０ｂに向かって徐々に小さくなることによって、材料の締め付けの可能性を低減する好適なクリアランスを有する領域を与える複合半径を有する。

図１４Ａおよび１４Ｂにより明確に示されるように、部分球状面６３１または先端領域６３１は、０〜１８０°の角度Ａを有する円錐部によって定義される。明らかに、角度Ａが１８０°に近くなると、歯形１６０は、図９の歯形に近くなる。

図４に示されるプロセスにより得られる成形シート材料２７は、そのままでの使用、または図１５および１６に示される構造部材２７ａ，２７ｂ、例えば支柱または梁の形での使用に好適である。これらの目的では、溝形２７ａ，２７ｂのシート材料１０が特に好適であり、溝２７ａ，２７ｂは、フランジ２７０ａ，２７１ａ，２７０ｂと、フランジ２７０ａ，２７１ａ，２７０ｂを所定の距離だけ隔てさせるウェブ２７２ａ、２７２ｂとを有する。

フランジ２７０ａ，２７１ａ，２７０ｂおよびウェブ２７２ａ，２７２ｂの表面は、凸部１１および凹部１２の列（Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３）を含む。特定の場合において、凸部１１および凹部１２は、シート材料１０の表面の一部に対してのみ必要とされ得る。本発明は、スタッドとパネルの仕切に使用されるスタッド２７ａ，２７ｂ、およびスタッド２７ａ，２７ｂの端部を受ける溝長形物２７ｂに対して特に有利に適用可能である。

他の目的では、全体的に平坦な材料、または溝２７以外の部分、例えばＣ字形部分、Ｕ字形部分、Ｚ字形部分、Ｉ字形部分等が有用である。
本発明に従って形成された指定の種類のシート材料は、その形成元である平面シート材料よりはるかに硬い。特に、当該材料の曲げ強度は、劇的に増大する。
実施例１
図１０に示される歯形を含むツールを使用して、０．４５ｍｍのベースゲージＧを有するシート材料の試料を形成した。ツール上の歯のピッチは５．１ｍｍであり、第１および第３の半径ｒ_１、ｒ_３は、１．５ｍｍの一定の曲率半径を有しており、第２および第４の半径ｒ_２、ｒ_４は、複合曲率半径を有していた。

幅Ａが材料１７のベースゲージＧの２．５倍であり、有効塑性歪率が７０％であり、材料の薄化率が１５％であるシート材料が形成された。形成されたシート材料１０は、５ｍｍ変位の三点曲げ試験によって測定した場合に、その形成元である平面シート材料と比較して３３％の曲げ強度の増加をもたらした。
実施例２
実施例１と同じ歯形を含み、同じピッチを有するツールを使用して、０．４５ｍｍのベースゲージＧを有するシート材料のさらなる試料を形成した。

幅Ａが材料１７のベースゲージＧの３倍であり、有効塑性歪率が８８％であり、材料の薄化率が２３％であるシート材料が形成された。形成されたシート材料１０は、５ｍｍ変位の三点曲げ試験によって測定した場合に、その形成元である平面シート材料と比較して３６％の曲げ強度の増加をもたらした。
実施例３
実施例１と同じ歯形を含み、同じピッチを有するツールを使用して、０．７ｍｍのベースゲージＧを有するシート材料の試料を形成した。

幅Ａが材料１７のベースゲージＧの２倍であり、有効塑性歪率が８８％であり、材料の薄化率が１１％であるシート材料が形成された。形成されたシート材料１０は、５ｍｍ変位の三点曲げ試験によって測定した場合に、その形成元である平面シート材料と比較して４８％の曲げ強度の増加をもたらした。
実施例４
実施例１と同じ歯形を含み、同じピッチを有するツールを使用して、０．７ｍｍのベースゲージＧを有するシート材料のさらなる試料を形成した。

幅Ａが材料１７のベースゲージＧの２．５倍であり、有効塑性歪率が９６％であり、材料の薄化率が２２％であるシート材料が形成された。形成されたシート材料１０は、５ｍｍ変位の三点曲げ試験によって測定した場合に、その形成元である平面シート材料と比較して６２％の曲げ強度の増加をもたらした。
実施例５
実施例９に示される歯形を含むツールを使用して、２ｍｍのベースゲージＧを有するシート材料の試料を形成した。ツール上の歯のピッチは９．５ｍｍであり、第１、第２、第３および第４の半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４は、いずれも２．５ｍｍの一定の曲率半径を有していた。

幅Ａが材料１７のベースゲージＧの１．８倍であり、有効塑性歪率が７６％であり、材料の薄化率が２４％であるシート材料が形成された。形成されたシート材料１０は、５ｍｍ変位の三点曲げ試験によって測定した場合に、その形成元である平面シート材料と比較して３５％の曲げ強度の増加をもたらした。

本発明の範囲から逸脱することなく、開示された実施形態のいくつかの変形形態が考えられることが理解されるであろう。例えば、１つまたは複数の形成ツールは、相互係合ロールを含まなくてもよい。例えば、プレスまたは他のスタンピング手段などの任意の好適なツールを使用することが可能である。

ロール対１８，１９の代わりに、同一でない一対のロール、例えば、一方が正方形の歯（不図示）を有し、他方が長形歯（不図示）を有する一対のロールを使用することが可能である。

ロール対２２，２３および２４の代わりに、何らかの方法でシート材料を改質するための代替的な１つまたは複数のデバイスを提供することができ、あるいはシートを改質せずに提供することが可能である。

螺旋列は、ロールの軸に対して４５°傾斜しているが、それらは任意の角度で傾斜していてもよく、かつ／または螺旋列で配列されていなくてもよい。ツールは、ロールでなくてもよく、例えば、平面および／または実質的に平面を有するブロックであり得る。

シート材料は、好ましくは、腐食から保護するために亜鉛メッキ、または他の被覆が施される軟鋼である。最初は平坦な亜鉛メッキ軟鋼シートを先述のように改質すると、保護被膜が無傷の状態に維持される。平面シート材料のベースゲージＧは、典型的には、０．３〜３ｍｍの範囲内である。

驚いたことには、本発明を使用して、３ｍｍのベースゲージＧを有しながら強度が向上し、目立った材料の締め付けがない材料を形成できることが判明した。
理解されるように、本発明と一致する多くの異なる形の丸いシート係合面をもたらすことになる多くの代替的な半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４が考えられる。

列Ｒ１１における隣接する歯３０の間のピッチＰは、行Ｃ１１におけるピッチＰと異なっていてよい。
本明細書に使用されているように、「シート材料」という用語は、例えば前記欧州特許出願ＥＰ０６７４５５１およびＥＰ０８９１２３４に記載されているものなどの全体的に平坦な材料と、全体的に平坦なシート材料を屈曲または成形することによって製造された製品とを包含し、それらの製品の例は、図９および１０に示され、ＷＯ８２／０３３４７として公開された本願出願人の公開国際特許出願に記載されている。

Claims (11)

1. ベースゲージ（Ｇ）を有するシート材料を冷間成形するためのツール（２０）であって、該ツールは円筒状であって、その回転軸に沿って伸びる軸方向の寸法を有するとともに、該軸方向の寸法に対して垂直に伸びる周方向の寸法を有する外面を有し、該ツールは該外面から伸びている複数の歯（３０，１３０，２３０，３３０，４３０，６３０）の列（Ｒ１２，Ｒ１３）を含み、各歯（３０，１３０，２３０，３３０，４３０，６３０）は丸いシート係合面を有し、各歯は、
   第１の方向に沿った第１の半径（ｒ_１）と、前記軸方向の寸法に沿った第２の半径（ｒ_２）と、前記第１の方向に垂直な方向に沿った第３の半径（ｒ_３）と、前記周方向の寸法に沿った第４の半径（ｒ_４）と、を有し、第１の半径の方向及び第３の半径の方向は、前記軸方向の寸法と前記周方向の寸法との間を伸びており、
   第１の半径（ｒ_１）と、第２の半径（ｒ_２）と、第３の半径（ｒ_３）と、第４の半径（ｒ_４）とは各歯の先端（１１,４１１ａ，６１１ａ）の第１の曲率半径（Ｒ）に等しく、列において隣接する歯の間のピッチは第１の曲率半径（Ｒ）の２．５倍〜３．９倍である、ツール。
2. 各歯は、前記軸方向に伸びる第２の曲率半径を有する、請求項１に記載のツール。
3. 第２の曲率半径は第１の曲率半径以下である、請求項２に記載のツール。
4. 各歯は、さらに第３及び第４の曲率半径を有し、第３の曲率半径は第１の曲率半径に垂直な方向に伸びており、第４の曲率半径は第２の曲率半径に垂直な方向に伸びている、請求項２または３に記載のツール。
5. 第１〜第４の曲率半径のうちの１つ以上は他の曲率半径と異なる、請求項４に記載のツール。
6. 歯は螺旋形の列に配列されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のツール。
7. 各歯は、全体的に正方形であるか、または４つの突出部を有する正方形の基平面を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のツール。
8. 前記ツールは、２ｍｍ以上のベースゲージ（Ｇ）を有するシート材料を冷間成形するためのものであり、各歯は、２ｍｍ以上の曲率半径と２６ｍｍ未満のピッチ（Ｐ）とを有する丸いシート係合面を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のツール。
9. ピッチ（Ｐ）が１５．６ｍｍ未満である、請求項８に記載のツール。
10. ベースゲージ（Ｇ）を有するシート材料を冷間成形するための装置であって、請求項１〜９のいずれか一項に記載の一対のツールを備える装置。
11. 前記一対のツールは、互いに対向し、かつ互いに相対的に移動可能であり、
    歯の幾何学形状および位置、ならびにツールの間隔は、一方のツール上の歯が、使用に際して、他方のツール上の歯間の間隙内に伸び、対向する歯の間の最小クリアランスが、前記装置に通される材料のベースゲージ（Ｇ）以上になるように構成される、請求項１０に記載の装置。