JPH04154490A - 軽量板材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、軽量板材に関し、主に自動車構造材として使
用される曲げ剛性に優れた軽量板材に関するものである
。

〈従来の技術〉 近年の地球環境問題とも関係し、自動車の燃費向上は今
日の重要な課題の一つとなっている。

従来、自動車の燃費向上の方策としては、エンジンの効
率向上がまず第１に考えられる。　　しかし、エンジン
の構造を維持した上での対策では、その改善効果はさほ
ど大きくはない。

他の方策としては、自動車の車体重量を軽減することが
有効であることが知られている。

自動車の重量の軽減に直接的に効果があるのは、その材
料白層を醒畳イヒすることでぶスそのため、近年、自動
車用材料に対する軽量化が強く要望されている。

ところで、自動車用の構造材料の最も一般的な重量軽減
対策は、使用する板材を高強度化し、使用する板材の板
厚を減少する方法であ〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、上述した板材の重量軽減対策は、自動車用の板
材に要求される他の特性、例えば自動車の車体の剛性、
騒音対策等に悪影響を及ぼすため、板厚の減少、即ち板
重量の軽減には限度がある。

そのため、板厚をほとんど変化させないで、車体の軽量
化を考えると、使用する材料の比重を下げることが本質
的な対策となる。　例えば、薄鋼板より比重が小さい非
鉄金属材料、例えばアルミニウム合金板の使用も実際に
始まっている。　しかし、アルミニウム等の非鉄金属の
プレス連盟が因替であ乙という部類もあるため、特殊な
車種のみに通用されていた。　このため、大量にしかも
安価に生産する必要がある一般車種への通用はまだ実施
されていない。

この他に、樹脂を利用して材料の見かけの比重を軽減す
る方策もある。　　しかし、この方策は、材料の軽量化
の点からは有利な対策であるが、強度、剛性の確保およ
び成形効率の点で大量生産車種への通用は困難である。

本発明は、自動車用構造材料としての板材の軽量化を達
成することを主な目的とし、特に軽量化した場合に問題
となる剛性の確保を材料特性として満足した軽量板材を
提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明の第１の態様によれば
、突出した直線状の複数のリブよりなる組を２組板材の
一方の面上に格子状に交差して配列した軽量板材であっ
て、前記各リブの横断面形状は、 前記リブの山高さ（ｈ）か０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下、 前記リブの傾斜面と板材の平坦部との接触角（θ）が９
０°以上１５０°以下、 前記リブの山間隔（ｌ）か０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下
、 前記板材の平坦部の幅（ｗｌ）と前記リブの鞍部の幅（
ｗ２）との比（ｗ、／ｗ２）か】以上５以下であるとと
もに、 前記両すブ組の交差角は３０”以上９０”以下であるこ
とを特徴とする軽量板材を提供する。

さらに、本発明の第２の態様によれば、突出した直線状
の複数のリブよりなる組を板材の一方の面上に列状に配
列した板材を２枚接合した軽量板材であって、前記各リ
ブの横断面形状は、 前記リブの山高さ（ｈ）が０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下、 前記リブの傾斜面と板材の平坦部との接触角（θ）が９
０°以上１５０°以下、 前記リブの山間隔（ｊＺ）が０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以
下、 前記板材の平坦部の幅（ｗｌ）と前記リブの鞍部の幅（
ｗ２）との比（ｗ、／Ｗ２）が１以上５以下であるとと
もに、 前記両板上のリブ組の交差角は３０°以上９０°以下で
あることを特徴とする軽量板材が提供される。

本発明の第３の態様によれば、板材の両面にわたって断
面が台形状で直線状に連続する波形面の組を２組格子状
に交差して形成した軽量板材であって、前記各台形状の
波形面の横断面形状は、 前記台形状の波形面の高さ（ｈ）が０．２ｍｍ以上２ｍ
ｍ以下、 前記台形状の波形面の頂部は鞍部を有し、板材の一方の
面の鞍部の幅をＷｓ、他方の面の鞍部をＷ４（ただし、
Ｗ！　／Ｗ４　＞１とする）とすると、 鞍部の幅（ｗ、）と鞍部の幅（ｗ４）との比（ｗ３／Ｗ
４）が１以上５以下、 前記板材の一方の面の鞍部の幅（ｗ４）と板厚（ｄ）と
の比（ｗ　４　／　ｄ　）が４以上１０以下、 前記台形状の波形面の傾斜面と板材の平坦部との接触角
（θ）が９０”以上１５０°以下であるとともに、 前記両台形状の波形面の組の交差角は３０”以上９０°
以下であることを特徴とする異方性を有する軽量板材が
提供される。

板材の両面にわたって断面が台形状で直線状に連続する
波形面の組を列状に交差して形成した板材を２枚接合し
軽量板材であって、前記各台形状の波形面の横断面形状
は、 前記台形状の波形面の高さ（ｈ）が０．２ｍｍ以上２ｍ
ｍ以下、 前記台形状の波形面の頂部は鞍部を有し、板材の一方の
面の鞍部の幅をＷｓ、他方の面の鞍部をＷ４（ただし、
ｗ、、”ｗ４＞ｔとする）とすると、 鞍部の幅（ｗ３）と鞍部の幅（ｗ４）との比（ｗ３／ｗ
４）が１以上５以下、 前記板材の一方の面の鞍部の幅（ｗ４）と板厚（ｄ）と
の比（ｗ　４／　ｄ）が４以上１０以下、 前記台形状の波形面の傾斜面と板材の平坦部との接触角
（θ）が９０°以上１５０°以下であるとともに、 前記両板上の台形状の波形面の組の交差角は３０°以上
９０°以下であることを特徴とする異方性を有する軽量
板材。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明は、鉄鋼材料等の優れた特性を生かした上で、軽
量化を図る方法を提供する。　即ち、本発明は板材の見
かけの比重を低下する方法として、次の４つの態様の軽
量板材を提供する。

■　第１図の態様の軽量板材は、第１図（ａ）に示され
るような、直線状の実質的に平行な（列状の）多数のリ
ブ（これを第１リブ組という）と、第１リブ組を同様な
第２リブ組が、板材の一方の面上に、格子状にすなわち
たがいに所定の角度で交差するように配設されたもので
ある。

■　第２の態様の軽量板材は、■で説明した第１　（第
２でも同様）リブ組が第１の板材上に列状に、第２（第
１でも同様）リブ組が第２の板材上に列状に、第１図（
ａ）に示されるように形成された両板材を第１および第
２板材上のリブ組がたがいに所定の角度で交差するよう
に配設されたものである。

■　第３の態様との軽量板材は、■において、リブの代
りに、第１図（ｂ）に示すような台形波形面の組を２組
格子状に配設したものである。

■　第４の態様の軽量板材は、■において、リブの代り
に、３４１図（ｂ）に示すような台形波形面の組を列状
に配設した板材２枚を接合したものである。

さらに、簡略に説明すると、第１の態様■と５３の態様
■はそれぞれリブ組および台形波面粗を一枚の板材上に
格子状に設けたものであり、第２の態様■と第４の態様
■はそれぞれリブ組および台形波面を列状に２枚の板材
上に別個に形成し、これら２枚の板材を接合してなるも
のである。　したがって、以下に基本の構成単位である
リブおよび台形波面について説明する。

板材に設けられるリブまたは台形状の波形面は、第１図
（ａ）および（ｂ）に示すように直線状に列状に配列さ
れる。　したがって、リブまたは台形状の波形面が配列
された方向に剛性が補強された板材を得ることができ、
この方向において、同じ剛性を示す平滑な板材に換算し
て、見かけの比重が低減されたと考えることができる（
このことを以下に「換算軽量化率」と称する）。

概念を分かりやすくするため、３４１図の概念図ととも
に説明する。　第１図（ａ）、（ｂ）は、直線状に配列
されたリブおよび台形状の波形面にそれぞれ直交する断
面（横断面）をそれぞれ示す。

まず、第１および第２の態様において、各リブ組は、板
１０の片面側に突出したリブ１２が図面平面に対して垂
直な方向に直線状に配列されている。

リブ１２の山高さｈは、 ０．２ｍｍ≦ｈ≦２ｍｍ の範囲内とする。　ｈ＜０．２ｍｍでは曲げ剛性の向上
が小さくなり、換算軽量化率が小さくなるため好ましく
ない。　また逆に、ｈ＞２ｍｍでは、全板厚りが厚くな
り過ぎて、本発明の用途である自動車用の板材としての
薄板の範喝から外れてしまう。

リブ１２の傾斜面１４と板１０の平坦部１６との接触角
θは、 ９０＠≦θ≦１５０゜ の範囲内とする。　θく９０°は軽量化の観点からは意
味がない。　θ〉１５０°では曲げ剛性の向上が小さく
なり、換算軽量化率が小さくなるため好ましくない。

リブ１２の山間隔１は、 ０．５ｍｍ≦Ａ≦２０ｍｍ の範囲内とする。　ｕ＜０．５ｍｍでは局所的な板厚変
化が大きすぎるため、剛性の向上が見られない。　ＪＺ
＞２０ｍｍでは剛性の向上が小さくなり、換算軽量化率
が小さくなるため好ましくない。

平坦部１６の幅Ｗ、とリブ１２の鞍部１８の幅ｗ２との
比は、 １≦Ｗ　１／　Ｗ　２≦５ の範囲とする。　Ｗ＋／Ｗ２＜１およびｗ＋／ｗ２〉５
では、剛性の向上が小さく、換算軽量化率が小さくなる
ため好ましくない。

板１０の全板厚りについては、特に制限はないが、Ｄ＜
４ｍｍ程度の従来軽量化が困難であった薄板で効果が大
きいものとなるので好ましい。　表面に凹凸が残ってい
ても良い場合にはリブ付きの軽量板材をそのまま用い、
美麗表面か必要な場合には平滑な板を軽量板材の片面ま
たは両面に接合してもよい。

第２および第３の態様において、各台形状の波形面は、
板２０は、山２２および谷２４を有し、その断面が台形
状の波形面が板全体に格子状または列状に形成されてい
る。　波形面の山２２には鞍部２６が、波形面の山２４
には鞍部２９が形成される。　ここで、山２２と山２４
との区別は、山２２の鞍部２６の幅Ｗ４が山２４の鞍部
２９の幅Ｗ、より短いものとする。　即ち、Ｗ　３　／
　Ｗ　４　）　１となる。

山２２の高さｈは、 ０．２ｍｍ≦ｈ≦２ｍｍ の範囲内とする。　ｈ＜０．２ｍｍでは曲げ剛性の向上
が小さくなり、換算軽量化率が小さくなるため好ましく
ない。　また逆に、ｈ＞２ｍｍでは、全板厚りが厚くな
り過ぎて、本発明の用途である自動車用の板材としての
薄板の範喝から外れてしまう。

波形面の山２４の鞍部２９のｗ３、と山２２の鞍部２６
の幅ｗ４との比は、 １≦ｗ３／ｗ４≦５ の範囲とする。　ｗ　３　／　Ｗ　４　＜　１は山の鞍
部の区別の定義上無意味であり、ｗ３、　／Ｗ４　＞５
では、剛性の向上が小さく、換算軽量化率が小さくなる
ため好ましくない。

波形面の山２２の鞍部２６の幅ｗ４と板厚ｄとの比が、 ４≦ｗ４／ｄ≦１０ の範囲とするのがよい。　Ｗ４／ｄ＜４およびｗ４／ｄ
＞１０では、剛性率の向上が小さく、所望の換算軽量化
率を達成できないためである。

山２２の傾斜面２３と平坦部２８との接触角θは、 ９０　°　≦θ≦　１５０＠ の範囲内とする。　θ〈９ｏ゛は軽量化の観点からは意
味がない。　θ＞１５０”では曲げ剛性の向上が小さく
なり、換算軽量化率が小さくなるため好ましくない。

板１０の全板厚りについては、特に制限はないが、Ｄ＜
４ｍｍ程度の従来軽量化が困難であった薄板で効果が大
ぎいものとなるので、Ｄ＜４ｍｍが好ましい。　表面に
凹凸が残っていても良い場合には波形面を有する軽量板
材をそのまま用い、美麗表面が必要な場合には平滑な板
を軽量板材の片面または両面に接合するのがよい。

第２図には、第１の態様および第３の態様におけるそれ
ぞれリブおよび台形状波形面を一枚の板材上に格子状に
配設した軽量板材の平面図を示す。　ここで、傾斜面１
４．２３および平坦面１６．２８とのなす角θは９０＠
である。　図中に示されるαは板材上のリブ組または台
形波面粗の交差する角度であり、３０”以上９０°以下
にする。　αが３０″″未満では曲げ剛性の異方性が大
きくなり、換算軽量化率が小さくなるため好ましくない
。

また、′ｓ３図には、第２の態様および第４の態様にお
けるそれぞれリブおよび台形状波形而を列状に配設した
板材を２枚重ね合わせて接合した軽量板材の平面図を示
す。　θは第２図と同様９０°ある。　実線て示すのが
上側の板材であり、点線で示すのが下側の板材である。

図中のαは第２図において説明したのと同じであり、一
方の板材上の列状リブまたは台形状波形面と他方の板材
上の列状リブまたは台形状波形面とが交差する角度であ
り、３０°以上９０”以下にする。　その限定理由は上
記の通りである。

このリブが格子状にまたは列状に設けられた板材および
台形状の波形面を板金体に格子状または列状に形成され
た板材は、溝をつけたロールで圧延・転写する方法、型
プレスで転写する方法、リブ形状にエツチングを施す方
法などにより作製される。

前述したように、本発明の特徴は、補強用のリブまたは
波形面を板材に設けたことにある。

このいわゆるリブ付き板材および波形面付き板材は、従
来充分な強度を必要とされるため、軽量化が困難であっ
た構造部材に通用でき、曲げ剛性のみが重要である構造
部材として特に適するものである。

以上、本発明について説明したが、本発明が対象とする
物質は、鋼板はもとより銅板、アルミニウム板等の非鉄
金属材料、樹脂等の非金属材料にも適用可能であり、自
動車用材料として使用される全ての材料に関して、本発
明において、開示した原理を適用することかできる。

〈実施例〉 以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

（実施例１） 引張り強度約３０　ｋｇｆ／ｍｍ’の軟鋼板を用いて、
圧延・転写法により本発明の格子状リブ付き軽量板材を
作製した。

得られた種々の格子状リブ付き軽量板材より、幅３０ｍ
ｍ、長さ１８０ｍｍの試験片を切り出し、第４図に示す
ようにして、スパン長さ５０ｍｍの３点曲げ試験により
種々の荷重を負荷した場合の軽量板材のたわみ量により
曲げ剛性を測定した。　試験片の長手方向はリブ列に平
行にとり、また曲げ荷重はリブ列に対し直角に負荷した
。　なお、たわみ量は第４図の（ａ）は０°　　（ｂ）
は４５°　　（Ｃ）は９０°とする。　この曲げ剛性の
値から単位体積当たりの平滑材の重量に換算し、換算軽
量化率を求めてそれを評価した。　この結果を表１に示
す。

この表１を参照すると、本発明の限定範囲内にて製造し
た軽量板材は、１０％以上の換算軽量化率を達成し、曲
げ剛性に優れた材料特性を示すことが分かる。

（実施例２） 引張り強度約３０　ｋｇｆ／ｍｍ２の軟鋼板を用いて、
圧延・転写法により本発明の列状リブ付き軽量板材を作
製した。

得られた種々の列状リブ付き板材を２枚重ね合わせて接
合した軽量板材より、幅３０ｍｍ、長さ１８０ｍｍの試
験片を切り出し、第４図に示すようにして、スパン長さ
５０ｍｍの３点曲げ試験により種々の荷重を負荷した場
合の軽量板材のたわみ量により曲げ剛性を測定した。

試験片の長手方向はリブ列に平行にとり、また曲げ荷重
はリブ列に対し直角に負荷した。　なお、たわみ量は第
４図につき説明した通りである。　この曲げ剛性の値か
ら単位体積当たりの平滑材の重量に換算し、換算軽量化
率を求めてそれを評価した。　この結果を表２に示す。

この表２を参照すると、本発明の限定範囲内にて製造し
た軽量板材は、１０％以上の換算軽量化率を達成し、曲
げ剛性に優れた材料特性を示すことが分かる。

（実施例３） 引張り強度約３０　ｋｇｆ／ｍａｄ２の軟鋼板を用いて
圧延・転写法により本発明の格子状波形面を有する軽量
板材を作製した。

実施例１と同様にして、得られた種々の格子状波形面付
き軽量板材より、幅３０ｍｍ、長さ１８０ｍｍの試験片
を切り出し、スパン長さ５０ｍｍの３点曲げ試験により
種々の荷重を負荷した場合の軽量板材のたわみ量により
曲げ剛性を測定した。　試験片の長手方向は波形列に平
行にとり、また曲げ荷重は波形列に対し直角に負荷した
。　なお、たわみ量は第４図につき説明した通りである
。　この曲げ剛性の値から単位体積当たりの平滑材の重
量を換算し、換算軽量化率を求めてそれを評価した。　
この結果を表３に示す。

この表３を参照すると、本発明の限定範囲内にて製造し
た軽量板材は、１０％以上の換算軽量化率を達成し、曲
げ剛性に優れた材料特性を示すことが分かる。

（実施例４） 引張り強度約３０　ｋｇｆ／ｍｍ２の軟鋼板を用いて圧
延・転写法により本発明の列状波形面を有する軽量板材
を作製した。

実施例１と同様にして、得られた種々の列状波形面付き
板材を２枚重ね合わせて接合した軽量板材より、幅３０
ｍｍ、長さ１８０ｍｍの試験片を切り出し、スパン長さ
５０ｍｍの３点曲げ試験により種々の荷重を負荷した場
合の軽量板材のたわみ量により曲げ剛性を測定した。

試験片の長手方向は波形列に平行にとり、また曲げ荷重
は波形列に対し直角に負荷した。　なお、たわみ量は第
４図につき説明した通りである。　この曲げ剛性の値か
ら単位体積当たりの平滑材の重量を換算し、換算軽量化
率を求めてそれを評価した。　この結果を表４に示す。

この表４を参照すると、本発明の限定範囲内にて製造し
た軽量板材は、１０％以上の換算軽量化率を達成し、曲
げ剛性に優れた材料特性を示すことが分かる。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、板材の片面に配列され
た直線状のリブを格子状または列状に設け、リブの形状
、寸法および交差角が上述したような本発明の限定範囲
内にある軽量板材、または板材の両面にわたって断面が
台形状で直線状に連続する波形面を格子状または列状に
形成し、台形状の波形面の形状、寸法および交差角が上
述したような本発明の限定範囲内にある軽量板材とする
ことによって、軽量板材の一方向において高い剛性を有
し、同一の剛性を有する平滑な板材に換算して、１０％
以上の換算軽量化率が達成される。

この軽量板材は、自動車用構造材料として極めて有用で
あり、自動車の構造部材として用いられた場合には、自
動車の燃費を向上し、ひいては地球の環境問題にも大い
に貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の軽量板材の
第１、第２の態様および第３、第４の態様を、概念的に
示す横断面図である。 第２図は格子状リブ（格子状台形波形面）を配設した軽
量板材の平面図である。 第３図は列状リブ（列状台形波形面を配設した板材を２
枚重ねて接合した軽量板材の平面図である。 第４図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ異なる
たわみ量における曲げ試験法を示す線図である。 符号の説明 １０．２０・・・軽量板材、 １　２　・・・　　リ　　ブ　、 １４．２３・・・傾斜面、 １６．２８−・・平坦面、 １８・・・リブの鞍部、 ２２・・・山、 ２４・・・谷、 ２６・・・山の鞍部、 ２９・・・谷の鞍部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）突出した直線状の複数のリブよりなる組を２組板
   材の一方の面上に格子状に交差して配列した軽量板材で
   あって、前記各リブの横断面形状は、 前記リブの山高さ（ｈ）が０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下、 前記リブの傾斜面と板材の平坦部との接触角（θ）が９
   ０°以上１５０°以下、 前記リブの山間隔（ｌ）が０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下
   、 前記板材の平坦部の幅（ｗ＿１）と前記リブの鞍部の幅
   （ｗ＿２）との比（ｗ＿１／ｗ＿２）が１以上５以下で
   あるとともに、 前記両リブ組の交差角は３０°以上９０°以下であるこ
   とを特徴とする軽量板材。
2. （２）突出した直線状の複数のリブよりなる組を板材の
   一方の面上に列状に配列した板材を２枚接合した軽量板
   材であって、前記各リブの横断面形状は、 前記リブの山高さ（ｈ）が０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下、 前記リブの傾斜面と板材の平坦部との接触角（θ）が９
   ０°以上１５０°以下、 前記リブの山間隔（ｌ）が０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下
   、 前記板材の平坦部の幅（ｗ＿１）と前記リブの鞍部の幅
   （ｗ＿２）との比（ｗ＿１／ｗ＿２）が１以上５以下で
   あるとともに、 前記両板上のリブ組の交差角は３０°以上９０°以下で
   あることを特徴とする軽量板材。
3. （３）板材の両面にわたって断面が台形状で直線状に連
   続する波形面の組を２組格子状に交差して形成した軽量
   板材であって、前記各台形状の波形面の横断面形状は、 前記台形状の波形面の高さ（ｈ）が０．２ｍｍ以上２ｍ
   ｍ以下、 前記台形状の波形面の頂部は鞍部を有し、板材の一方の
   面の鞍部の幅をｗ＿３、他方の面の鞍部をｗ＿４（ただ
   し、ｗ＿３／ｗ＿４＞１とする）とすると、 鞍部の幅（ｗ＿３）と鞍部の幅（ｗ＿４）との比（ｗ＿
   ３／ｗ＿４）が１以上５以下、 前記板材の一方の面の鞍部の幅（ｗ＿４）と板厚（ｄ）
   との比（ｗ＿４／ｄ）が４以上１０以下、 前記台形状の波形面の傾斜面と板材の平坦部との接触角
   （θ）が９０°以上１５０°以下であるとともに、 前記両台形状の波形面の組の交差角は３０°以上９０°
   以下であることを特徴とする異方性を有する軽量板材。
4. （４）板材の両面にわたって断面が台形状で直線状に連
   続する波形面の組を列状に交差して形成した板材を２枚
   接合し計量板材であって、前記各台形状の波形面の横断
   面形状は、 前記台形状の波形面の高さ（ｈ）が０．２ｍｍ以上２ｍ
   ｍ以下、 前記台形状の波形面の頂部は鞍部を有し、板材の一方の
   面の鞍部の幅をｗ＿３、他方の面の鞍部をｗ＿４（ただ
   し、ｗ＿３／ｗ＿４＞１とする）とすると、 鞍部の幅（ｗ＿３）と鞍部の幅（ｗ＿４）との比（ｗ＿
   ３／ｗ＿４）が１以上５以下、 前記板材の一方の面の鞍部の幅（ｗ＿４）と板厚（ｄ）
   との比（ｗ＿４／ｄ）が４以上１０以下、 前記台形状の波形面の傾斜面と板材の平坦部との接触角
   （θ）が９０°以上１５０°以下であるとともに、 前記両板上の台形状の波形面の組の交差角は３０°以上
   ９０°以下であることを特徴とする異方性を有する軽量
   板材。