JPH0489235A - 張り剛性に優れた軽量薄板 - 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、加工用薄板に関し、主に自動車構造材として
使用される張り゛剛性に優れた軽量薄板に関するもので
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、ニンジン
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
有効であることか知られている。

自動車の重量の軽減に直接的に効果があるのは、その構
造材料自身を軽量化することである。　そのため、近年
、自動車用材料に対する軽量化か強く要望されている。

ところで、現在の自動車の主要な構造材料は、薄鋼板で
ある。　薄鋼板は加工性に優れ強度の確保が容易である
ため、自動車の設計、製造に大きな役割を果たしている
。　かかる構造材料の最も−０党的な重量軽減対策は、
使用する鋼材を高強度化し、使用する鋼板の板厚を減少
する方法である。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、上述した構造材料の重量軽減対策は、自動車用
の薄板に要求される他の特性、例えは自動車の車体の剛
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、使用する板材の比重を下げることが木質
的な対策となる。　例えば、鋼材より比重が小さい非鉄
金属材料、例えはアルミニウム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フレス
成形か困難であるという問題もあるため、特殊な車種の
みに適用されていた。　このため、大量にしかも安価に
生産する必要かある般車種への適用はまた実施されてい
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か、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適用は困難である。

例えは低比重の樹脂を薄鋼板の間に挟んで積層した軽量
複合鋼板があるが、軽量化効果を得るためには、樹脂層
の厚みを増す必要があるため、その成形性およびスポッ
ト溶接性などの制限か加わる。

本発明は、板材の自動車用構造材料としての有利な点を
そのまま残したうえで、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張り剛性に優れた軽量薄板を提
供することにある。

前記中心層が、複数の貫通穴を有し、該貫通穴の板面方
向の面積率２０〜８０％であり、該貫通穴の平均面積が
２０ｍｍ’以下であることを特徴とする張り剛性に優れ
た軽量薄板を提供する。

好ましくは、前記中心層の板厚をｔ　（ｍｍ）とし、前
記両表面層の板厚の和をＴ　（ｍｍ）とし、前記中心層
の貫通穴の板面方向の面積率をＲとすると、前記中心層
の貫通穴の板面方向の面積率Ｒか、 ０１≦ｔｘＲ／（ｔ＋Ｔ）≦０６ なる関係を満たすのか良い。

さらに好ましくは、前記中心層の貫通穴か、貫通穴の中
心間距離をＸｉ、貫通穴の平均中心間距離をＸ、規則度
パラメータをＳとすると、く課題を解決するための手段
〉 上記課題を解決するため、本発明によれは、中心層およ
びその両側の表面層を有す３層薄板であって、 にて示される規則度パラメータＳにより、少なくとも１
方向において、 Ｓ≦０．２５ なる関係を満たすのが良い。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明は、鋼板の優れた特性を害することなく、見かけ
の比重を軽減する技術を開発するため、鋭意研究を重ね
た結果、上記のように、薄板の種類、板厚、および中心
層の貫通穴の面積率、平均面積、分布状態を規制するこ
とにより、加工可能な張り剛性に優れた軽量薄板が製造
可能なことを見出したものである。

２個の表面層および中心層に使用される薄板の種類につ
いては、本発明においては特に限定されるものではなく
、鉄板、ステンレス等の金属、アルミニウム、チタン等
の非金属を問わない。　プレス成形の観点からは、自動
車用鋼板が好ましい。

２個の表面層および中心層に使用される薄板の板厚につ
いては、特に限定されるものではないが、軽量性の観点
からは、０．１〜５ｍｍが好ましい。

中心層の貫通穴の板面方向の面積率は、本発明において
、重要な要素であり、貫通穴の板面方向の面積率が２０
〜８０％であることが必要である。　貫通穴の板面方向
の面積率が２０％未満では、軽量化率が低すぎるため、
本発明の目的である軽量薄板には不都合であり、一方、
貫通穴の板面方向の面積率が８０％を越えると、スポッ
ト溶接性等の材料特性の劣化が激しいので、上記限定範
囲とした。　好ましくは貫通穴の板−面方向の面積率を
３０〜７５％とするのが好ましい。

中心層の貫通穴の面積は、本発明において、重要な要素
であり、この貫通穴の平均面積を２０ｍｍ２以下である
ことが必要である。　中心層の貫通穴の平均面積が２０
　ｍｍ２を越えると、曲げ弾性変形時の貫通穴への応力
集中か大きくなり過きるため、張り剛性か著しく劣化す
るので、中心層の貫通穴の平均面積を上記限定範囲とし
た。

薄板の板厚ｔ＋Ｔに対する中心層の板厚ｔの割合ｔ／（
ｔ＋”ｒ）と貫通穴の面積率Ｒとの積が、０．１〜０．
６であることが必要である。

この式は、薄板の板厚に対する軽量化率を表現しティる
。　ｔｘＲ／　（ｔ＋Ｔ）＞ｏ、６であると、中心層の
貫通穴の板面方向の面積率および中心層の板厚に対する
表面層の板厚の割合が大きすぎるため、延性が著しく劣
化する。

一方、０．１＞ｔ×Ｒ／（ｔ＋Ｔ）では、軽量化率が小
さすぎるため、好ましくない。　　したがって、０．１
≦ｔｘＲ／　（ｔ＋Ｔ）≦０．６と規定した。

規則度パラメータＳは、中心層の貫通穴の板面方向の分
布の規則度（偏差）を表現し、薄板の造形性に関係する
。　Ｓが０．２５より大きいと、薄板の均一な造形性得
られない。　したがって、Ｓ≦０．２５と規定した。

前述したように、本発明の加工用軽量薄板の特徴は、中
心層に貫通穴が分布していることにある。　この貫通穴
の中心層への分布によって、薄板の比重は、通常の鋼板
より見かけ上低い値となる。　この薄板の見かけ上の比
重低減効果は、貫通穴の板面方向の面積、中心層の板面
方向の面積率および板厚に対する分布密度を変化させる
ことによって、調整可能である。

本発明等は、この薄板中の貫通穴の板面方向の平均面積
、ｔ　／　ｔ　十Ｔに対する貫通穴の面積率および貫通
穴の規則度パラメータＳをそれぞれ変化させた場合に対
する材料特性について、基礎的な調査を実施して、加工
性、特に張り剛性に優れ、かつ軽量である薄板を得るた
めの上記要素を見出すことに成功した。　それを以下に
示す。

基礎的な調査において、まず、板厚０．　４ｍｍの鋼板
に、貫通穴の面積率が５０％となるように、無数の貫通
穴を設けた。　このとき、貫通穴の平均面積が０．８〜
３８．５ｍｍ２とナルヨうに、貫通穴の大きさを変化さ
せた。

ソシテ、この貫通穴が設けられた鋼板を、その両側から
板厚０．２ｍｍの２枚の鋼板てセメダイン等の接着剤に
て張り合わして３層の薄板とした。　この薄板について
、穴あき薄板の張り剛性に及ぼす中心層の貫通穴の平均
面積の影響を調へた。　この結果を第１図に示す。　な
お、張り剛性は、荷重１ｋｇｆを負荷させた時の薄板の
たわみ量により評価した。

この第１図から分かるように、穴あき薄板の張り剛性は
、中心層の貫通穴の平均面積に強く依存し、平均面積が
、２０ｍｍ２以下で薄板の張り剛性が著しく向上した。

次に、上記３層の薄板の板厚の和を０．８ｍｍとし、ｔ
×Ｒ／（ｔ＋Ｔ）を００６〜０７４の範囲で変化させた
。　この薄板について、このｔ×Ｒ／（ｔ−１−Ｔ）か
薄板の延性（ＥＩｌ（％））に及ぼす影響を調査した。

　この結果を第２図に示す。

第２図から分かるように、延性は、ｔ×Ｒ／（ｔ＋Ｔ）
に強く依存し、ｔｘＲ／（ｔ＋Ｔ）≦０６とすることに
より著しく向上した。

さらに、板厚０．４ｍｍの鋼板に、貫通穴の面積率が５
０％となるように、無数の貫通穴を設けた。　この場合
に、圧延方向の貫通穴の規則度パラメータＳを変化させ
た。　そして、この貫通穴が設けられた鋼板を、その両
側から板Ｊ”３０．２ｍｍの２枚の鋼板でセメダイン等
の接着剤にて張り合わして３層の薄板とした。　この薄
板について、貫通穴の規則度パラメータＳの値が穴あき
薄板のプレス時の造形性に及ぼす影響を調査した。　こ
の結果を第３図に示す。

なお、プレス時の造形性は、円錐カップ成形時の薄板と
金型との最大偏差（ｍｍ）により、評価した。

第３図から分かるように、穴あき鋼板の造形性は、中心
層の貫通穴の規則度に強く依存し、Ｓ≦０２５とするこ
とにより著しく向上した。

なお、中心層に貫通穴を設ける手段としては、通常用い
られる穴開は方法であれは、特に制限はないが、例えは
、高速パンチ、レーザ、エツチング等がある。　　３層
の薄板に張り合わせる手段としては、上記セメダイン等
の接着剤による方法の他に、ホットプレスによる圧着接
合、拡散接合、爆着等がある。

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、鋼板等の金属材料以外に非鉄金属材料等にも適
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
とができる。

〈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。

２個の表面層および中心層を第１表に示す板厚にて３層
の薄板とし、中心層の、試料Ｎ。

１−５については高速パンチで、Ｎｏ、６１０について
はレーザて穴あけを実施した。

続いて、中心層の鋼板の両側に表面層の鋼板を接着剤に
て張り合わせ、さらにホットプレスにて接合した。

上記板厚、穴形状についての、これら３層の薄板の機械
的な特性を表１に示す。　なお、溶接性については、ス
ポット溶接後の、引張りせん断応力にて評価した。　な
お、スポット溶接条件は、溶接時間８秒、加圧力１９０
　ｋｇｆ、溶接電流７８００Ａで行なった。

この表１を参照すると、本発明の限定範囲内にて製造し
た軽量薄板は、比較例に比へて、張り剛性、延性および
溶接性について優れた材料特性を示すことか分かる。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、薄板の中心層の貫通穴
の面積率、平均面積、分布状態が上述したような本発明
の限定範囲内にある薄板とすることによって、薄板が見
かけ上軽量化され、成形性、溶接性および張り剛性を十
分に確保し、特に張り剛性に優れた加工用軽量薄板を得
る。　　この加工用軽量薄板は、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。

第３図は、本発明において、貫通穴の規則度パラメータ
のＳ値か穴あき薄板のプレス等の造形性に及ぼす影響を
示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）中心層およびその両側の表面層を有す３層薄板で
   あって、 前記中心層が、複数の貫通穴を有し、該貫通穴の板面方
   向の面積率２０〜８０％であり、該貫通穴の平均面積が
   ２０ｍｍ＾２以下であることを特徴とする張り剛性に優
   れた軽量薄板。 （２）前記中心層の板厚をｔ（ｍｍ）とし、前記両表面
   層の板厚の和をＴ（ｍｍ）とし、前記中心層の貫通穴の
   板面方向の面積率をＲとすると、前記中心層の貫通穴の
   板面方向の面積率Ｒが、 ０．１≦ｔ×Ｒ／（ｔ＋Ｔ）≦０．６ なる関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の張り
   剛性に優れた軽量薄板。 （３）前記中心層の貫通穴が、貫通穴の中心間距離をＸ
   ｉ、貫通穴の平均中心間距離を＠Ｘ＠、規則度パラメー
   タをＳとすると、 Ｓ＝▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、＠Ｘ＠＝▲数式、化学式、表等があります▼
   ） にて示される規則度パラメータＳにより、少なくとも１
   方向において、 Ｓ≦０．２５ なる関係を満たすことを特徴とする請求項１または２記
   載の張り剛性に優れた軽量薄板。