JPS63153128A - 制振性、プレス成形性に優れたラミネ−ト金属板 - 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） 本発明は制振性と成形性と軽量性の三者同時に兼ね備え
たサンドインチ型ラミネート金属板に関するものである
。

（従来の技術） 近年、自励車走行時の騒音が社会問題となっている。ま
た、車内における快適性の点からも、ジーゼル車を中心
として、騒音対策の必要が生じている。特に、エンジン
まわりの振動低減対策として、粘弾性樹脂をダンピング
材として２枚の鋼板の間にサンドインチ状に積層した制
振鋼板が注目され始めている（塑性と加工、第２６巻、
第２９１号、３９４〜３９９頁）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、制振鋼板は０．０５ｍｍ程度の薄い粘弾
性樹脂を０．４〜Ｇ、８ａ＋ｍ程度の厚い鋼板でサンド
イッチした構成をとり、振動に際してこの樹脂層が剪断
（ずれ）塑性変形を生ずることによってエネルギーを吸
収して制振性を発揮する。このことは逆に、粘弾性樹脂
がわずかな力でずれ変形を生ずるため、その曲げ剛性は
総厚が同一の冷延鋼板と較べ著しく低下する。このため
、制ＦＡｖ！４板で冷延鋼板と同一の剛性を確保するた
めには全厚を増す、即ち鋼板の使用量を増加させなけれ
ばならず、重量増加となる。このような重量増加をまね
く制振鋼板は、それが構造部材となった場合、それ自体
が重いこと、および同時にこれを支える部材の剛性も向
上させる必要があり、構造物全体の重量増加、また鋼材
の使用量が増加することによるコストアップ、自動車な
どでは燃費の上昇をまねき、省エネルギー、低コスト化
が重視される社会状勢に対してかならずしも有利な方向
ではなく、軽量性を兼ね備えた素材の要求が強い。

一方、制振鋼板のプレス成形性は単一鋼板に比べ高いも
のとは言い難い。このため、高度のプレス成形性が要求
される自動車等の用途に合致させる努力がおこなわれて
いる。たとえば、プレス成形性のうち曲げ加工性を向上
させるため、制振鋼板の樹脂のヤング率を少なくとも１
０９　ｄｙｎ／ｃ＃以上とすることが開示されている（
特開昭５９−８７１４６号公報）。しかしながら、この
方策も十分なものとは言い難い。制振鋼板はプレス成形
により非常にしわが発生し易く、この問題に関し多くの
報告がある（例えば、昭和５３年度塑性加工春季講演会
概要集、Ｎｏ３１９）。耐しわ性は、剪断変形抵抗の低
い粘弾性樹脂を用いている常温用制振鋼板が特に低く（
自動車材料ニュース：　Ｎｏ　２７　。

１９８４、１２／２３　）　、自動車等高いプレス成形
性が要求される用途への常温用制振鋼板の適用の妨げと
なっており、この点の改善が望まれている。

一方、比剛性が高い軽量化素材として弾性樹脂を薄い鋼
板でサンドイッチした構成をとるサンドイッチ型のラミ
ネート金属板が挙げられる。しかし、この材料は制振鋼
板のように大きな制振性を示さず、かつ表皮金属板が薄
いことによりプレス成形性が同一板厚の単一金属板に比
べ著しく劣る。とくにその曲げ加工性は単一鋼板より著
しく劣るとの報告がある（鉄と鋼、　　７２．　　（１
９８５）　。

５７５９）。プレス成形性に関し特開昭５８−４９２４
２号公報には中心樹脂層の破断強度を特定以上とするこ
とで曲げ加工性および深絞り性を改善する技術が開示さ
れているが、自動車、家電および家具、建具等に要求さ
れるプレス成形性を考えれば十分なものとは！い難い。

このように、ラミネート金属板は軽量性に優れるが制振
性が制振鋼板に比べ著しく劣り、プレス成形性も単一金
属板に比べ高いものとは言い難く、社会的ニーズを十分
に満足する素材とは言えない。

このように、自動車、家具、家電および建材といった用
途に対し、制振性およびプレス成形性に優れかつ、軽量
な素材が強く求められている。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、剪断変形抵抗１．４　Ｋ
ｇｆ／ｍｍ３以下、０．００１〜０．１０ｍｍの中心層
樹脂の少なくとも片側に剪断変形抵抗り、Ｓ　Ｋｇｆ／
ｒｒＩｉ以上、厚さ０．ｌＯ〜１．０ｍｍの中間層樹脂
を配置した積層樹脂の両面に板厚０．１５〜０．４ｍ＋
ｎの表皮金属板を配置したことを特徴とする制振性、プ
レス成形性に優れたラミネート金属板である。

（作　用） ラミネート金属板は０．５ｍｍ以下の板厚のアルミニウ
ム、鋼板、鍍金鋼板等で０．２〜１．６＋ｎｍ程度の剪
断変形抵抗の高い樹脂をサンドイッチした構成をとる。

このようなラミネート金属板は金属板を最外層に配し、
その高い弾性樹脂を利用して曲げ剛性を決定する断面２
次モーメントを高め、剛性に与える影晋が小さい板厚中
心部に、比重の小さい弾性樹脂を配し、全体として曲げ
剛性が高い割に比重が小さい、即ち比剛性（曲げ剛性／
比重）に優れた＠量化素材である。本発明のラミネート
金属板は、このラミネート金属板の樹脂層に剪断変形抵
抗が小さい粘弾性樹脂層を付加することによって、ラミ
ネート金属板の軽量性を生かしながら、制振性を付与し
、同時にプレス成形性を改善することに成功した画期的
な素材である。

本発明のラミネート鋼板のうち、剪断変形抵抗１．４に
ｇｆ／Ｎｄ以下の軟質な粘弾性樹脂を中心層樹脂、剪断
変形抵抗１．６にｇｆ／−以上の硬質な弾性樹脂を中間
層樹脂と呼ぶ。なお、芯材の剪断変形抵抗とは、第１図
に示す方法で樹脂を剪断引張して得られる変位−荷重曲
線の初期の傾きを剪断変形を受ける樹脂と鋼板の接着面
積で割った値である。

まず始に、中心層の粘弾性樹脂の剪断変形抵抗は制振性
能から限定される。

常温において、中心層樹脂はラミネート金属板の振動に
より容易にずれ変形を生じ、振勅エネルギーをずれ変形
として消費することによって、常温で制振性を発揮する
役割を持つ。中心層の粘弾性樹脂の剪断変形抵抗が大き
く、硬質であると、振動に際してこのずれ変形が十分に
おこらないため、このような樹脂を用いたラミネート金
属板の制振性は低下する。ラミネート金属板について、
本発明者らは常温で十分な制振性を有する中心層の粘弾
性樹脂の剪断変形抵抗について検討を行った。表裏の表
皮金属板に０．３ｍｍの鋼板を用い、表裏の中間層樹脂
に厚さ０．２ｍｍのポリプロピレンを用い、０．０４ｍ
ｍ厚さの種々の剪断変形抵抗を有するポリエステル系粘
弾性樹脂を中心層樹脂として、第２図に示す装置により
、一定の打撃力を与えた場合に発生する音の大きさで制
振性を調べた。発生する音が小さいほど制振性が高いこ
とを示す。

その結果、単一鋼板に比べ１５ｄｂ（ｃ）打撃音が低下
し、常温で十分な制振性を発揮するためには、中心層に
用いる粘弾性樹脂の剪断変形抵抗は１．４にｇｆ／ｍｍ
３以下にすることが必要であることを見出した。

一方、中心層樹脂の厚さはプレス成形における破断の問
題から定まる。中心層樹脂は他の層に比べ軟質であり、
あまり厚いとラミネート金属板の製造中に金属板エツジ
部の中心層樹脂が著しく外に流動する。このため、エツ
ジ部の中心層樹脂の厚さが薄くなり、これはラミネート
金属板の総厚に不均一を生じる。このように、板厚不良
が金属板に存在すると、これをプレス成形する際にしわ
押さえ圧が不均一にかかり、しわ押さえ圧の高い箇所の
金属板の破断を招く。このような破断を回避するために
、中心層樹脂の厚さは０．１ｍｍ以下とする必要がある
。

一方、中心層樹脂は現状ではフィルムで供給される場合
と、溶媒に溶かした樹脂を塗布する場合があるが、フィ
ルムではその製造技術、塗布する場合では均一に樹脂を
塗る塗布技術の点で中心層樹脂の薄さは限定され、０．
００１ｍｎ＋以上とする。

中心層樹脂は剪断変形抵抗１．４にｇｆ／ｗｌ以下であ
れば特に限定するものではないが、たとえば、アクリル
系、ポリイソブチレン系、ポリオレフィン系、ポリエス
テル系、ポリアミド系、ビニル系等の樹脂類またはこれ
らの変成樹脂、またゴム系の物質等を単独または種々混
合して用いても良い。

さらに、２枚の表皮鋼板間の導通を確保し、制振鋼板に
溶接性を付与する目的でステンレス粉、カーボンブラッ
ク、鉄粉などの導電物質を芯材に添加してもよい。

さて、中間層の弾性樹脂は軽量化の点で重要である。中
間層樹脂は表皮金属板と一体になって変形し、中心層樹
脂のように変形に際して剪断変形を生じず、剪断変形抵
抗が中心層樹脂のそれに比べ十分高いことが必要である
。この点に関し、ＡＳＴＭ　Ｄ−７９０に準拠して剛性
測定を行い検討した。

その結果、中間層樹脂の剪断変形抵抗が１゜６にｇｆ／
−以上であれば実用上、中間層樹脂のずれ変形による剛
性の低下がほとんどないことを見出した。

このため、中間層樹脂の剪断変形抵抗を１．６　Ｋｇｆ
／−以上とする。

中間層の弾性樹脂の種類としては、上記剪断変形抵抗を
満足するものであればとくに限定するものではないが、
例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ４−メチル
ペンテン１などのポリオレフィン、塩ビ系ポリマー、セ
ルロース系ポリマー、ナイロンなどのポリアミド、ポリ
エチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリカー
ボネート、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタ
ン、またはこれらの変成樹脂などがあげられる。

さて、中間層樹脂の厚さはＯ，１ｍｍ以上必要である。

本発明のラミネート金属板は、変形に際し中心層樹脂が
剪断変形を起こす。このため、中心層樹脂のない従来の
ラミネート金属板に比べ若干比剛性が低下する。この点
に関し検討を行い、中間層樹脂厚さが０．１ａｕｎ以上
あれば、中心層の両側または片側、すなわち少なくとも
片側に配置することにより単一鋼板の比剛性を上回り、
単一鋼板を軽量化することができることを見出した。こ
のため、中間層樹脂厚さは０．１ｍｍ以上必要である。

また、中心層樹脂の片側に上記０．１ｍｍ以上の中間層
樹脂を配置し、中心層樹脂の他の側に１．０ｍｍ未満の
中間層樹脂を配置することもできる。

一方、中間層樹脂の厚さの上限は１．０ｍｍ以下とする
。従来のラミネート金属板は曲げ加工を加えるとしばし
ば外側の表皮金属板に割れを発生し、曲げ加工性が低い
ことが報告されている。発明者等は、軟質な樹脂を中心
層に配置することにより曲げ加工性が著しく向上するこ
とを見出した。従来のラミネート金属板の曲げ加工性は
表皮金属板の板厚と樹脂層の厚さの関係で決定される。

表皮金属板の板厚に対し、樹脂をあまり厚くすると曲げ
加工の際に割れを発生する。例えば、密着面げを行うた
め、表裏の表皮金属板の板厚が０．１５＋ｎｍの場合で
は、芯材の板厚は０．１５ｍｍ以下とする必要がある。

この点に関し、発明者らは中心層、中間層樹脂を用いた
ラミネート金属板の曲げ加工性を検討した結果、表皮金
属板の板厚に対して芯材が厚すぎると曲げ加工の際に割
れを発生することは従来のラミネート金属板と同様であ
るが、従来のラミネート金属板に比べ、中間層樹脂の厚
さを著しく厚くしても曲げ加工の際に割れが発生しない
ことを見出した。ＪＩＳ　Ｚ２２４８に準拠して曲げ試
験をおこなった結果、表皮金属板の下限０．１５ｍｍに
おいて中間層樹脂の厚さが１．０ｍ＋ｕ以下であれば密
着面げができることを見出した。このため、中間層樹脂
の板厚の上限は１．０ｍｍ以下とする。

プレス成形性については、表皮金属板の板厚の影響が大
きい。中心層、中間層樹脂を用いたラミネート金属板に
ついて伸び、張出し性（エリクセン試験で行った）、伸
びフランジ性を調べた結果、その特性は表皮金属板の特
性とほぼ同一であることを見出した。表皮金属板の伸び
、張出し性伸びフランジ性は板厚依存性が大きく、板厚
が厚いほうが上記特性に優れる。しかしながら、金属板
が０．４ｍｍより厚くなると上記特性の向上は鈍る。一
方、ある板厚の単一金属板をラミネート金属板で置き換
えるとき、ラミネート金属板の表皮金属板をあまりに厚
くすると、置き換えによる軽量化率が低下する。このた
め、表皮金属板の板厚は伸び、張出し性、伸びフランジ
性の向上が鈍らない０．４ｎｏｎ以下にする。

さて、表皮金属板の板厚は０．１５ｍｍ以上とするが、
表皮金属板の板厚を薄くすると、上記したように成形性
の低下を招く。このため、成形性の点からは、表皮金属
板は出来るだけ厚いほうが望ましい。一方、表皮金属板
の薄手化は軽量化率の向上につながる。このように、成
形性と軽量化とは相反する特性である。このため、表皮
金属板の板厚は要求されるプレス成形性にあわせて決定
することが必要である。しかしながら、表皮金属板の板
厚を０．１５ｍｍより薄くすると、上記した伸び、張出
し、伸びフランジ性等の絶対値が非常に低くなり、事実
上プレス不可能となる。従って、表皮金属板の板厚は０
．１５ｍｍ以上必要である。

上記は本発明のラミネート金属板のプレス成形性のうち
割れに関与する特性について述べたが、プレス成形性に
おいてもう一つの重要な特性であるしわの起こりすらさ
、即ち耐しわ性について述べる。耐しわ性は常温用制振
鋼板について特に問題になる特性であるが、本発明のラ
ミネート金属板はこの特性にも著しく優れている。プレ
ス成形で生じるしわは一種の座屈現象である。即ち、プ
レス成形中、金属板の板面内に圧縮応力が加わる際、そ
の圧縮応力に対し金属板が板面内で組成変形し、所定の
形状に成形される場合は良いが、金属板が座屈し板面外
に変形し、所定の形状のプレス成形品が得られない場合
がある。このような座屈現象を伴った板面外への変形を
しわと呼ぶ。しわにはフランジしわ、ボデーしわと言う
ように、プレス成形品の発生箇所で種々の名称が付けら
れているが、その発生機構は上記したような座屈現象で
あるものが殆どである。

このため、金属板の耐しわ性を向上させるためには、金
属板板面内の塑性変形抵抗に対して座屈限界を相対的に
高めることが重要である。単一金属板においては、具体
的な対策として、金属板板厚の増加による座屈限界の向
上、金属板の軟質化による金属板の塑性変形抵抗の低減
の対策が挙げられる。円錐台成形におけるボデーしわに
関し、本発明のラミネート金属板の耐しわ性を調べた。

その結果、本発明のラミネート金属板は制据金属板に比
べ著しく耐しわ性が優れることを見出した。これは、本
発明のラミネート金属板が制振金属板に比べ総厚に占め
る金属板の構成比率が少なく、板面内の塑性変形抵抗が
小さいこと、一方、座屈限界は面内剛性で支配されるこ
とから、総厚の等しい制振金属板とほぼ同一であり、こ
のため、耐しわ性は制振金属板よりも著しく良好となっ
たと考えられる。

表皮として用いる金属板はどのような種類のものでもよ
く、特に限定するものではないが、例えば冷延薄板、各
種鍍金鋼板、有機被覆鋼板、化成処理鋼板、模様付鋼板
、高強度鋼板、純アルミ板、各種アルミ合金板、純勿板
、＠合金板、ステンレス価板などがあげられる。また、
２枚の表皮金属板に異なる２種類の金属板を用いても良
い。

また２枚の表皮に異なる板厚の金属板を用いてもよい。

（実施例） つぎに本発明の実施例を比較例と比較して示す。

第２表には用いた表皮金属板の化学組成またはＪＩＳ規
格とめっき鋼板においてはそのめっきの目付量を示した
。

ラミネート金属板の製造はホットプレス法に依った。製
造する表皮金属板、中間層樹脂、中心層樹脂を重ね合わ
せ、ホットプレスを行った。

中心層樹脂がポリエステル系で中間層樹脂がポリプロピ
レンのラミネート金属板は１９０℃まで加熱し、その後
２分間等温保持し、１００℃まで冷却した。その際の加
圧力は常時２　Ｋｇｆ／ｃゴとした。また、中心層樹脂
がポリアミド系で中間層樹脂がナイロン−６のラミネー
ト金属板は２１０℃まで加熱し、その後２分間等温保持
し、１００℃まで冷却した。その際の加圧力は常時２に
ｇｆ／ｃｒｆとした。

耐しわ性の性能評価試験では、円錐台成形に於けるボデ
ーしわの高さでしわの有無を調べた。

プレス条件：円錐台成形 ポンチ径　　：１００ｍｍ ポンチ膚半径：１０＋ｎｍ ダイス径　　：２０４ｍｍ ダイス肩半径；ｉｏｍｍ しわ押さえ力＝　　５トン 潤　滑　　　：防錆油 ブランク径　：３００ｍｍ 上記条件で高さ５０ｍｍ成形し、壁部のしわ高さを評価
した。しわ高さ０．５ｍｍ以下は実用上さしつかえない
レベルであり、０．５ｍｍ以下をしわなしとした。しわ
高さ６＜０．５ｍｍを越える場合をしわ有りと評価した
。

芯材の剪断変形抵抗は剪断引張試験を行って求めた。第
１図に剪断引張試験の概略図を示す。

引張速度：　５０　ｍｍ／ｍｉｎ 試験温度＝２０℃ 剪断変位と荷重の曲線の引張開始直後の曲線の勾配を求
めた。その勾配を接着面の面積で割り、これを剪断変形
抵抗とした。

中心層、中間層の樹脂それぞれについて第１図に示す試
験片を作成し、剪断引張を行った。その際の中心層樹脂
と中間層樹脂の淳さはラミネート金属板のそれぞれの層
厚さと同一にして測定を行った。剪断引張に用いた鋼板
は板厚０．８ｍｍとした。試験片作成にあたってのホッ
トプレスは前記条件と同一で行った。

表皮鋼板の降伏強度はＪＩＳ　２２２０１に準拠した。

軽量化率と（よ、剛性同一で単一金属板を本発明のラミ
ネート金属板に置き換えた際の単一金属板の重量に対す
る軽減重量の割合である。剛性測定はＡＳＴＭ　Ｄ−７
９０に準拠して行った。

曲げ試験はＪＩＳ　Ｚ２２４８　　（押し曲げ法）によ
り密着的げを行った際の割れの有無を判定した。

制振性は第２図に示す装置により、壁１にナイフェツジ
２を介して、テスト材３を配置し、鋼球４で同一な力で
各種テスト材３を打撃した際に発生する音の大きさをマ
イク５．アナライザー６で測定した。

第１表から明らかなごとく、本発明の実施例はいずれも
比較例に対し優れたプレス成形性を示した。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明により高い制振性と成形性
を有するラミネート金属板が得られる。

これは自動車、家具、家電、建材等の軽量、制振性、成
形性に優れた素材の要求に合致し、これらの用途に寄与
するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は中心層及び中間層樹脂の剪断変形抵抗の測定方
法を示す図。 第２図は打音測定方法を説明する図である。 １・・・壁、２・・・ナイフェツジ、３・・・テスト材
、４・・・鋼球、５・・・マイク、６・・・アナライザ
ー、７・・・試験片、８・・・接着面。 代理人　弁理士　　秋　沢　政　光 他１名 弗１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）剪断変形抵抗１．４Ｋｇｆ／ｍｍ＾３以下、０．
   ００１〜０．１０ｍｍの中心層樹脂の少なくとも片側に
   剪断変形抵抗１．６Ｋｇｆ／ｍｍ＾３以上、厚さ０．１
   ０〜１．０ｍｍの中間層樹脂を配置した積層樹脂の両面
   に板厚０．１５〜０．４ｍｍの表皮金属板を配置したこ
   とを特徴とする制振性、プレス成形性に優れたラミネー
   ト金属板。