JPWO2012096085A1 - 凹凸部を有する板材並びにこれを用いた車両パネル及び積層構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
これまで、板材の板厚を厚くすることなく剛性を向上させるために、板材に波形形状や、凹凸形状を設けて形状的に剛性を向上させることが検討されてきた。
上記凹凸部は、間隔をあけて順次平行に配された仮想の3つの面である第1基準面、中間基準面及び第2基準面を基準とし、
上記中間基準面を、同じ大きさの仮想の矩形からなる枡を敷き詰めた枡目をなすものと仮定し、
上記枡をなす仮想の矩形の一辺と平行な方向をX方向とし、該X方向に垂直な方向をY方向とし、
上記中間基準面においては、X方向に連なる3つの枡をX領域とし、Y方向に連なる3つの枡をY領域とし、
1つのY領域の両端部に該Y領域の端部と上記X領域の中央の枡とが接するようにそれぞれ1つずつX領域を配してあり、該X領域の両端部に該X領域の端部とY領域の中央の枡とが接するようにそれぞれ1つずつY領域を配してなる領域を第1基準領域とし、
上記中間基準面上には、上記第1基準領域が同じ向きで配列されており、上記X方向において複数の上記第1基準領域同士を一枡開けた状態で一列に配列した第1基準領域列が複数形成され、
上記中間基準面上のY方向において隣接する上記第1基準領域列は、互いにX方向に3つの枡目分移動した位置に配されており、
上記中間基準面において、上記第1基準領域以外の全ての領域を第2基準領域とし、
上記中間基準面上において定められた上記第1基準領域から上記第1基準面に向かって突出する第1領域と、上記中間基準面上において定められた上記第2基準領域から上記第1基準面又は第2基準面に向かって突出する第2領域及び上記中間基準面上に上記第2基準領域を基に形成される平面領域のいずれか一方又は両方、とを設け、
上記第1領域は、上記第1基準領域を上記第1基準面上に等倍又は縮小して投影した第1頂面と、該第1頂面の輪郭と上記第1基準領域の輪郭とをつなぐ第1側面とからなり、
上記第2領域は、上記第2基準領域を上記第1基準面上又は上記第2基準面上に等倍又は縮小して投影した第2頂面と、該第2頂面の輪郭と上記第2基準領域の輪郭とをつなぐ第2側面とからなるよう構成したことを特徴とする凹凸部を有する板材にある。
剛性が向上する理由は、次のように考えられる。即ち、上記第1領域は、上記板材の中立面から離れた位置に配される上記第1基準面上に配置した上記第1頂面と、板材の厚さ方向に交差した上記第1側面とからなる。また、第2領域は、上記第1基準面又は上記第2基準面上に配置した上記第2頂面と、板材の厚さ方向に交差した上記第2側面とからなる。また、上記平面領域は、上記中間基準面上に配された上記第2基準領域を基に形成される。そのため、上記板材の中立面から離れた位置に多くの材料を配置できる。したがって、多くの材料を効果的に使用することができ、剛性向上効果を高めることができる。
また、平行の表現は幾何学上の狭義の概念に止まらず、一般的に平行と認識できるものであればよい。
上記第2基準領域を基に上記第2領域を形成した場合、上記凹凸部は上記第1領域と上記第2領域とによって構成される。このとき、上記第2領域を上記中間基準面から上記第1基準面上に向かって突出するように形成した場合、上記第2領域は、上記第1基準面上に配された上記第2頂面と、上記第1基準面と上記中間基準面の間に配される上記第2側面とからなる。また、上記第2領域を、上記中間基準面から上記第2基準面上に向かって突出するように形成した場合、上記第2領域は、上記第2基準面上に配された上記第2頂面と、上記第2基準面と上記中間基準面の間に配される上記第2側面とからなる。
また、上記第2基準領域を基に上記第2領域と上記平面領域の両方を形成することもできる。この場合、上記凹凸部は、上記第1領域、上記第2領域及び上記平面領域によって構成される。
また、上記第2領域を設ける場合における上記第2頂面は、上記第1基準面又は第2基準面の面によって構成することもできるし、あるいは、上記第2領域の突出方向と同じ方向に突出した部位によって構成することもできる。突出した部位の形状例としては、ドーム形状、稜線形状、錐形状等があるがこれに限定するものではない。
Mが0.5L未満の場合及び2Lを超える場合、成形が困難となったり、曲げ剛性の異方性が大きくなることがあり好ましくない。
尚、金属板をプレス成型する場合において上記第1側面の傾斜角度θ1(°)及び上記第2側面の傾斜角度θ2(°)の上限値は、成形性の問題から、70°以下であることがより好ましい。したがってより好ましい範囲としては10°〜70°である。
また、上記第1側面及び上記第2側面は複数の面により構成されるが、それらの面が全て同じ傾斜角度である必要はなく、部位によって傾斜角度を変えてもよい。但し、いずれの面においても、上記好ましい傾斜角度の範囲内とすることが好ましい。
この場合には、優れた上記凹凸部を有する板材を様々な形状に変形させることができ、用途を拡大することができる。
また、上記板材は、上記凹凸部を有する限り、金属以外の材料においても有効であり、例えば、樹脂板、樹脂と金属との積層材又は複合材等とすることもできる。樹脂材料等であれば射出成形あるいはホットプレス等によって凹凸部を形成することができる。樹脂材料においては、金属材料の場合よりも成形上の制約を受けにくく、設計の自由度もより広くなる。
上記比L/tが10未満の場合には成形が困難となるおそれがあり、一方、上記比L/tが2000を超える場合には、十分な凹凸部形状を形成できなくなり、剛性が低下するという問題が生じるおそれがある。
また、複数枚の凹凸部を有する板材を直接積層してコア材とし、その片側又は両側の表面に平坦な面板を接合してなる構造を取ることもできる。
また、複数枚の凹凸部を有する板材を直接積層しただけの状態の積層構造体とすることもできる。
上記板材の積層枚数としては、用途及び要求特性に応じて変更することができる。
上記アウターパネルをアルミニウム合金板により構成する場合には、たとえば、比較的安価であるという理由により6000系合金が好適である。また、上記インナーパネルをアルミニウム合金板により構成する場合には、たとえば、比較的成形性が良いという理由により5000系合金板が好適である。
凹凸部を有する板材にかかる実施例につき、図1〜図3を参照して説明する。
また、図3は、本例に示す板材1が有する凹凸部20の形状を、中間基準面K3における第1基準領域213及び第2基準領域223の配置によって表したものである。同図中において、太実線は、第1基準領域213及び第2基準領域223の輪郭線を示すものであり、第1基準領域213の輪郭線の内側に描かれた細実線は、X領域214とY領域215の境界を示すものである。また、同図中の破線は、中間基準面K3上に配された仮想の枡24の輪郭線を示すものである。また、第1基準領域213の内側に記された記号L1、L2は、その第1基準領域213が属する第1基準領域列を示すものである。
凹凸部20は、次のように構成される。
凹凸部20は、図2に示すごとく、間隔をあけて順次平行に配された仮想の3つの面である第1基準面K1、中間基準面K3及び第2基準面K2を基準とする。中間基準面K3は、図3に示すごとく、同じ大きさの仮想の矩形(正方形)からなる枡24を敷き詰めた枡目をなすものと仮定し、枡24をなす仮想の矩形の一辺と平行な方向をX方向とし、該X方向に垂直な方向をY方向とする。中間基準面K3においては、X方向に連なる3つの枡24をX領域214とし、Y方向に連なる3つの枡24をY領域215とする。1つのY領域215の両端部に該Y領域215の端部とX領域214の中央の枡とが接するようにそれぞれ1つずつX領域214を配してあり、該X領域214の両端部に該X領域214の端部とY領域215の中央の枡とが接するようにそれぞれ1つずつY領域215を配してなる領域を第1基準領域213とする。
また、図3に示すごとく、枡24をなすX方向と平行に配された辺の長さL(mm)及びY方向と平行に配された辺の長さM(mm)は、共に8mmとし、枡24は正方形をなしている。
また、本例の凹凸部20を有する板材1は、板厚t=0.3mmの1000系のアルミニウム板である。凹凸部20は、一対の金型を用いたプレス成形により形成される。尚、この成形方法は、表面に所望の凹凸形状を付けた一対の成形ロールによって成形するロール成形等の他の塑性加工方法を採用することも可能である。
また、第1領域21の突出高さH1(mm)と板厚t(mm)との比H1/tは、5である。また、第1側面212と中間基準面K3とがなす傾斜角度θ1=30°であり、−3θ1+272=182である。したがって、1≦H1/t≦182の関係を満たしている。同様に、第2領域22の突出高さH2(mm)と板厚t(mm)との比H2/tは、5である。また、第2側面222と中間基準面K3とがなす傾斜角度θ2=30°であり、−3θ2+272=182である。したがって、1≦H2/t≦182の関係を満たしている。
凹凸部20は、上記のごとく、中間基準面K3上において定められた第1基準領域213から第1基準面K1に向かって突出する第1領域21と、中間基準面K3上において定められた第2基準領域223から第2基準面K2に向かって突出する第2領域22とを設けてなる。そして、第1領域21は、第1頂面211と、該第1頂面211の輪郭と第1基準領域213の輪郭とをつなぐ第1側面212とからなり、第2領域22は、第2頂面221と、該第2頂面221の輪郭と第2基準領域223の輪郭とをつなぐ第2側面222とからなる。
剛性が向上する理由は、次のように考えられる。即ち、図2に示すごとく、第1領域21は、板材1の中立面から離れた位置に配される第1基準面K1上に配置した第1頂面211と、板材1の厚さ方向に交差した第1側面212とからなる。また、第2領域22は、板材1の中立面から離れた位置に配される第2基準面K2上に配置した第2頂面221と、板材1の厚さ方向に交差した第2側面222とからなる。そのため、板材1の中立面から離れた位置に多くの材料を配置できる。したがって、多くの材料を効果的に使用することができ、剛性向上効果を高めることができる。
本例の板材1の剛性向上効果を定量的に判断するために、FEM解析を用いた片持ち梁による曲げ剛性評価を行った。
上記FEM解析は、試験片における凹凸部20の形成方向を変化させることにより、0°、45°、90°の3方向における曲げ剛性評価を行った。
上記試験片の端部において、一端を固定端とし、該固定端と対向して配される端部を自由端とした。該自由端をなす辺の中央部に1Nの負荷を加え、FEM解析を行うことで板材1のたわみ量を求めた。
評価は、凹凸部20を形成していない平板状の元板について、同様のFEM解析を行い得られたたわみ量と比較することで行った。
図1に示すごとく、中間基準面K3(図3)におけるX方向と板材1のなす辺とが平行となるよう凹凸部20を形成した試験片において、同図中の上方に位置する端部Z1を固定端とし、端部Z1と対向する端部Z2を自由端とする方向を0°方向とした。
実施例1の凹凸部20を有する板材1は、前述した0°方向において、平板状の元板と比べて、曲げ剛性が22.46倍に向上することが明らかとなった。
中間基準面K3(図3)におけるX方向と板材1のなす辺とが45°となるよう凹凸部20を形成した試験片において、上方に位置する端部を固定端とし、固定端と対向する端部を自由端とする方向を45°方向とした。
実施例1の凹凸部20を有する板材1は、前述した45°方向において、平板状の元板と比べて、曲げ剛性が13.06倍に向上することが明らかとなった。
図1に示すごとく、中間基準面K3(図3)におけるX方向と板材1のなす辺とが平行となるよう凹凸部20を形成した試験片において、同図中の左側に位置する端部Z3を固定端とし、端部Z3と対向する端部Z4を自由端とする方向を90°方向とした。
実施例1の凹凸部20を有する板材1は、前述した90°方向において、平板状の元板と比べて、曲げ剛性が12.22倍に向上することが明らかとなった。
また、本例においては、135°方向における凹凸部20の形状は、45°方向と同様であり、180°方向における凹凸部20の形状は、0°方向と同様である。したがって、FEM解析の結果は、135°方向と45°方向とが同一となり、180°方向と0°方向とが同一となる。
本例にかかる凹凸部20を有する板材1について、図4及び図5を参照して説明する。
本例は、実施例1と同様の中間基準面K3(図3)を用いて、凹凸部20の構成を変更した例を示すものである。尚、本例においては、第1基準面K1及び中間基準面K3の2つの面を基準とし、第2基準面K2は用いない。
本例にかかる凹凸部20を有する板材1について、図6及び図7を参照して説明する。
本例は、実施例1と同様の中間基準面K3(図3)を用いて、凹凸部20の構成を変更した例を示すものである。尚、本例においては、第1基準面K1及び中間基準面K3の2つの面を基準とし、第2基準面K2は用いない。
本例は、図8に示すごとく、凹凸部20を円筒材11に設けた例である。本例においては、第1基準面K1、中間基準面K3及び第2基準面K2は、平行に配された円筒状の曲面からなる。本例の中間基準面K3は、実施例1〜実施例3のいずれかに記載の平面状をなす中間基準面K3を円筒状に湾曲させたものである。凹凸部20をなす第1領域21、第2領域22及び平面領域23の構成は、実施例1及び実施例2と同様である。
本例に示すごとく、優れた特性を備えた凹凸部20を有する板材1を様々な形状に変形させることができ、用途を拡大することができる。
本例は、図9に示すごとく、実施例1の凹凸部20を有する板材1をコア材として用いて積層構造体5を構成した例である。
即ち、積層構造体5は、凹凸部20を有する1枚の板材1よりなるコア材の両側の表面に面板42、43を接合してなる。
面板42、43は、材質3000系、板厚1.0mmのアルミニウム合金板よりなる。
尚、面板42、43としては、アルミニウム合金以外の金属の板、たとえば、鋼板、チタン板等や、樹脂板等を適用することも可能である。
本例は、図10に示すごとく、実施例1〜実施例3のいずれかに記載した板材1をインナーパネルとして用い、板材1における第1基準面K1側の面をアウターパネル61の裏面側に向けて配置して構成する車両パネル6の例である。上記インナーパネルは、その外周部においてアウターパネル61とヘム加工等により接合されている。尚、前述したインナーパネルにおいて、凹凸部20の形成方向を限定するものではなく、板材1における第1基準面K1と反対側の面をアウターパネル61の裏面側に向けて配置して構成することもできる。
尚、本例においては、凹凸部20を有する板材1をインナーパネルとして用いたが、インナーパネルとアウターパネル61のいずれか一方又は両方に用いることができる。
Claims (10)
- 凹凸部を形成することによって剛性を高めた板材であって、
上記凹凸部は、間隔をあけて順次平行に配された仮想の3つの面である第1基準面、中間基準面及び第2基準面を基準とし、
上記中間基準面を、同じ大きさの仮想の矩形からなる枡を敷き詰めた枡目をなすものと仮定し、
上記枡をなす仮想の矩形の一辺と平行な方向をX方向とし、該X方向に垂直な方向をY方向とし、
上記中間基準面においては、X方向に連なる3つの枡をX領域とし、Y方向に連なる3つの枡をY領域とし、
1つの上記Y領域の両端部に該Y領域の端部と上記X領域の中央の枡とが接するようにそれぞれ1つずつX領域を配してあり、該X領域の両端部に該X領域の端部とY領域の中央の枡とが接するようにそれぞれ1つずつY領域を配してなる領域を第1基準領域とし、
上記中間基準面上には、上記第1基準領域が同じ向きで配列されており、上記X方向において複数の上記第1基準領域同士を一枡開けた状態で一列に配列した第1基準領域列が複数形成され、
上記中間基準面上のY方向において隣接する上記第1基準領域列は、互いにX方向に3つの枡目分移動した位置に配されており、
上記中間基準面において、上記第1基準領域以外の全ての領域を第2基準領域とし、
上記中間基準面上において定められた上記第1基準領域から上記第1基準面に向かって突出する第1領域と、上記中間基準面上において定められた上記第2基準領域から上記第1基準面又は第2基準面に向かって突出する第2領域及び上記中間基準面上に上記第2基準領域を基に形成される平面領域のいずれか一方又は両方、とを設け、
上記第1領域は、上記第1基準領域を上記第1基準面上に等倍又は縮小して投影した第1頂面と、該第1頂面の輪郭と上記第1基準領域の輪郭とをつなぐ第1側面とからなり、
上記第2領域は、上記第2基準領域を上記第1基準面上又は上記第2基準面上に等倍又は縮小して投影した第2頂面と、該第2頂面の輪郭と上記第2基準領域の輪郭とをつなぐ第2側面とからなるよう構成したことを特徴とする凹凸部を有する板材。 - 請求項1に記載の凹凸部を有する板材において、上記枡をなす一辺の長さL(mm)と、該一辺と直交する辺の長さM(mm)は、0.5L≦M≦2Lの関係にあることを特徴とする凹凸部を有する板材。
- 請求項1又は2に記載の凹凸部を有する板材において、上記第2基準面に対する上記第1側面の傾斜角度θ1(°)は、10°〜90°の範囲にあり、上記第2基準面に対する上記第2側面の傾斜角度θ2(°)は、10°〜90°の範囲にあることを特徴とする凹凸部を有する板材。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の凹凸部を有する板材において、上記第1基準面及び上記第2基準面の少なくとも一部がそれぞれ平行な曲面からなることを特徴とする凹凸部を有する板材。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の凹凸部を有する板材において、上記板材は金属板をプレス成形することにより上記凹凸部を形成したものであることを特徴とする凹凸部を有する板材。
- 請求項5に記載の凹凸部を有する板材において、上記金属板の成形前の板厚t(mm)が0.03〜6.0mmであることを特徴とする凹凸部を有する板材。
- 請求項5又は6に記載の凹凸部を有する板材において、上記枡の一辺の長さL(mm)と、上記板厚t(mm)との比L/tは10〜2000であることを特徴とする凹凸部を有する板材。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の凹凸部を有する板材において、上記第1領域の突出高さH1(mm)と上記板厚t(mm)との比H1/tと、上記第1側面と上記中間基準面とがなす最も大きい傾斜角θ1(°)とは、1≦(H1/t)≦−3θ1+272の関係にあり、上記第2領域の突出高さH2(mm)と上記板厚t(mm)との比H2/tと、上記第2側面と上記中間基準面とがなす最も大きい傾斜角θ2(°)とは、1≦(H2/t)≦−3θ2+272の関係にあることを特徴とする凹凸部を有する板材。
- 複数の板材を積層してなる積層構造体であって、上記板材の少なくとも1枚は請求項1〜8のいずれか1項に記載の凹凸部を有する板材であることを特徴とする積層構造体。
- アウターパネルと該アウターパネルの裏面に接合されたインナーパネルとを有する車両パネルであって、上記アウターパネルと上記インナーパネルのいずれか一方又は両方が請求項1〜8のいずれか1項に記載の凹凸部を有する板材よりなることを特徴とする車両パネル。
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