JPWO2012098787A1 - 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
凹凸部２０を形成することによって、剛性を高めた板材１。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には、第１単位領域２４１及び第２単位領域２４２を敷き詰めてある。第１単位領域２４１及び第２単位領域２４２が有する枡目を第１枡２４３及び第２枡２４４に分類する。隣接する第１枡２４３からなる領域を第１基準領域２１３とし、隣接する第２枡２４４からなる領域を第１基準領域２２３とする。凹凸部２０は、第１基準領域２１３を基に形成される第１領域２１と、第２基準領域２２３を基に形成される第２領域２２及び平面領域２３いずれか一方又は両方によって形成される。
Description
本発明は、凹凸部を形成することによって剛性を高めた板材、並びにこれを用いて構成した車両パネル及び積層構造体に関する。
例えば、自動車においては、軽量化を目的として、鋼板等によって構成されている部品の材料を、アルミニウム合金板等の軽量な材料に置き換えることが検討、実施されている。この場合、軽量化の前提として、要求される剛性を確保することが必要である。
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。
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。
凹凸形状を施した例として、自動車部品の一つに、ヒートインシュレータという板材よりなる部品がある。特許文献１には、その材料として、板厚を厚くすることなく十分な剛性を確保するために、エンボス成形による多数の突部を形成したものが提案されている。また、ヒートインシュレータに限らず、様々な用途においてエンボス成形等の凹凸部を形成することによって剛性を向上させた板材が提案されている（特許文献２〜７）。
上記のごとく、板材に波形形状や、多数の凹凸部を形成した板材は、凹凸部を形成していない平板よりも剛性が高くなることは事実である。しかしながら、波形形状を設けた板材の剛性には方向性があり、一方向においては剛性が向上するものの、その他の方向においては所望の剛性の向上効果を得られない場合がある。また、特許文献１や特許文献２に示す凹凸部を設けた板材においては、剛性の異方性を低減できるものの、その剛性向上効果は凹凸部を形成していない平板に比べ２倍程度で、軽量化効果は２０％程度であり、必ずしも要求を満足できるものではない。そのため、より剛性を向上すると共に軽量化を実現する最適な凹凸部形状がいかなるものであるかについては、未だ解明できているとは言えず、剛性向上効果及び軽量化効果をこれまで以上に高くすることは、常に要求されている。また、軽量化の必要性以外にも、材料費削減の効果も期待されており、板材（板形状を有する材料）であれば、材質を問わず剛性向上及び軽量化の要求は存在する。
また、剛性向上効果の高い凹凸部を有する板材を用いて、これを含んだ積層構造体や、剛性向上効果の高い凹凸部を有する板材を組み合わせた車両パネルについても、従来以上の高剛性なものとすることも求められている。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、凹凸部を設けることによって剛性を向上させた板材であって、従来よりも剛性向上効果の高い凹凸部のパターンを有する板材、及びこれを用いた車両パネル並びに積層構造体を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、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第１単位領域及び第２単位領域を敷き詰めたものと仮定し、
上記第１単位領域及び上記第２単位領域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、
上記第１単位領域及び上記第２単位領域は、上記Ｘ方向に配される辺を３等分すると共に、上記Ｙ方向に配される辺を５等分するように配した格子によって区画される仮想の枡目を第１枡又は第２枡の２種類に分類し、
上記第１単位領域及び上記第２単位領域の任意の１つの角に存在する上記枡目を基準枡目として、上記基準枡目を含む上記Ｘ方向に配された枡目からなる列を第１列とするとともにこれに順次隣接する列を第２列〜第５列とし、かつ該基準枡目を含む上記Ｙ方向に配された枡目からなる列を第Ａ列とすると共に、これに順次隣接する列を第Ｂ列及び第Ｃ列とし、
上記第１単位領域においては、第１列及び第５列に配される全ての枡を上記第１枡とし、第２列〜第４列においては、第Ａ列及び第Ｃ列に配される枡を上記第２枡とすると共に第Ｂ列に配される枡を上記第１枡とし、
上記第２単位領域においては、第１列及び第５列に配される全ての枡を上記第２枡とし、第２列〜第４列においては、第Ａ列及び第Ｃ列に配される枡を上記第１枡とすると共に第Ｂ列に配される枡を上記第２枡とし、
上記中間基準面上には、上記第１単位領域及び上記第２単位領域が同じ向きで配列されており、上記Ｙ方向においては、上記第１単位領域と上記第２単位領域とを交互に一列に配列した単位領域列が複数形成され、
上記中間基準面上のＸ方向において隣接する上記単位領域列は、互いにＹ方向に３つの枡目分移動した位置に配されて、
上記中間基準面上において、隣接し辺を共有する上記第１枡からなる二十角形の領域を第１基準領域とし、隣接し辺を共有する上記第２枡からなる二十角形の領域を第２基準領域として、
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。
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第１単位領域及び第２単位領域を敷き詰めたものと仮定し、
上記第１単位領域及び上記第２単位領域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、
上記第１単位領域及び上記第２単位領域は、上記Ｘ方向に配される辺を３等分すると共に、上記Ｙ方向に配される辺を５等分するように配した格子によって区画される仮想の枡目を第１枡又は第２枡の２種類に分類し、
上記第１単位領域及び上記第２単位領域の任意の１つの角に存在する上記枡目を基準枡目として、上記基準枡目を含む上記Ｘ方向に配された枡目からなる列を第１列とするとともにこれに順次隣接する列を第２列〜第５列とし、かつ該基準枡目を含む上記Ｙ方向に配された枡目からなる列を第Ａ列とすると共に、これに順次隣接する列を第Ｂ列及び第Ｃ列とし、
上記第１単位領域においては、第１列及び第５列に配される全ての枡を上記第１枡とし、第２列〜第４列においては、第Ａ列及び第Ｃ列に配される枡を上記第２枡とすると共に第Ｂ列に配される枡を上記第１枡とし、
上記第２単位領域においては、第１列及び第５列に配される全ての枡を上記第２枡とし、第２列〜第４列においては、第Ａ列及び第Ｃ列に配される枡を上記第１枡とすると共に第Ｂ列に配される枡を上記第２枡とし、
上記中間基準面上には、上記第１単位領域及び上記第２単位領域が同じ向きで配列されており、上記Ｙ方向においては、上記第１単位領域と上記第２単位領域とを交互に一列に配列した単位領域列が複数形成され、
上記中間基準面上のＸ方向において隣接する上記単位領域列は、互いにＹ方向に３つの枡目分移動した位置に配されて、
上記中間基準面上において、隣接し辺を共有する上記第１枡からなる二十角形の領域を第１基準領域とし、隣接し辺を共有する上記第２枡からなる二十角形の領域を第２基準領域として、
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。
本発明の他の態様は、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枚は上記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にある。
本発明のさらに他の態様は、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上記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にある。
上記凹凸部を有する板材において、上記凹凸部は、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、とを設けてなる。
このような構造を有しているので、上記凹凸部を有する板材は曲げ剛性に優れると共に、エネルギー吸収特性に優れた板材となる。
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。
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。
特に、上記第１領域及び上記第２領域は、上記のごとく形状及び位置関係を設定した上記第１基準領域及び上記第２基準領域を基に形成されている。これにより、任意の断面においても断面２次モーメントを向上させることができ、優れた剛性向上効果を有し、かつ剛性の異方性が少ない凹凸形状を得ることができる。これにより、板厚の薄い材料においても、必要な剛性が得られるため軽量化が可能となる。また、剛性の向上に伴い、制振性の向上効果と、凹凸形状による音の反響抑制効果を得ることができる。
上記積層構造体においては、上記のごとく剛性向上効果を備えた凹凸部を有する板材を積層構造体の一部として用いることによって、非常に剛性が高い積層構造体を容易に得ることができる。また、剛性向上に伴う制振性の向上効果と、空気層を包容することにより吸音性の向上効果を得ることができる。
上記車両パネルにおいては、上記のごとく剛性向上効果を備えた凹凸部を有する板材を上記アウターパネル及び上記インナーパネルのいずれか一方又は両方に用いることによって、非常に剛性が高い車両パネルを容易に得ることができる。また、剛性向上に伴う制振性の向上効果と、空気層を包容することによる吸音性の向上効果を得ることができる。
本明細書において、二十角形とは、２０本の辺と２０個の頂点を有する図形を指し、該頂点は凸角形状または凹角形状により形成される。また、二十角形、矩形等の形状の表現は、いずれも幾何学上の狭義の概念に止まらず、一般的に上記の形状と認識できる形状を含むものであり、各辺が若干曲線となったり、角部や面に成形上必要な丸み等が生じるいわゆるフィレットといわれる曲面を設けたりすることも当然に許容される。
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。
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。
また、上記凹凸部の構成は、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いずれを形成するかによって変化する。
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。
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基準領域を基に平面領域を形成した場合、上記凹凸部は、第１領域と平面領域とによって構成される。
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基準領域を上記第２領域及び上記平面領域にどのように分配するかにより、得られる剛性及びその異方性を適宜変更することができる。このとき、形成される上記第１領域、上記第２領域及び上記平面領域のうち、２つ以上の領域により形成される凹凸部の形状は、規則的に形成されていることが好ましい。凹凸部が不規則な形状を有している場合、局部的な剛性の変化が生じ、剛性及びその異方性が不安定となる場合がある。
また、上記第２領域を上記中間基準面から上記第１基準面に向かって突出するように形成した場合及び上記平面領域を形成した場合には、第１基準面及び中間基準面の２つの面を基準とし、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には、第１基準面、中間基準面及び第２基準面の３つの面を基準とする。
また、上記第１頂面は、上記第１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１基準面から上記中間準面を配した方向とは逆の方向に突出した部位によって構成することもできる。
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。
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。
また、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の関係にあることが好ましい。この場合には、成形性を確保すると共に、十分な曲げ剛性向上効果を得ることができる。
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。
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。
また、上記中間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、上記中間基準面に対する上記第２側面の傾斜角度θ2（°）は、１０°〜９０°の範囲にあることが好ましい。この場合には、成形性を確保しつつ、優れた剛性向上効果を有する凹凸部形状を得ることができる。
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（°）が１０°未満の場合には、上記第１領域と上記第２領域の突出高さを大きくすることが難しくなり、剛性向上効果が低下する。また、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（°）が９０°を超えることは凹凸部形成上困難であり、必要のない領域である。
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。
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。
また、上記第１基準面、上記中間基準面及び上記第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。
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が好ましい。金属板は、エンボス成形等のプレス成形あるいはロール成形等の塑性加工を施すことによって、容易に凹凸部を形成することができる。そのため、金属板の場合には、上記の優れた凹凸部形状を適用することが比較的容易にできる。金属板の材質としては、アルミニウム合金、鋼、銅合金などの塑性加工が可能な種々のものを適用できる。
尚、成形方法においては、ロール成形等の塑性加工の他、鋳造、切削等を採用することも可能である。
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。
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。
また、上記金属板の成形前の板厚ｔ（ｍｍ）が０．０３〜６．０ｍｍであることが好ましい。金属板の板厚が０．０３ｍｍ未満の場合及び６．０ｍｍを超える場合には、用途的に剛性を向上させる必要性が少ない。
また、上記枡をなす一辺の長さＬ（ｍｍ）と、上記板厚ｔ（ｍｍ）との比Ｌ／ｔは１０〜２０００であることが好ましい。
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。
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、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度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度θ2（°）とは、１≦（Ｈ2／ｔ）≦−３θ2＋２７２の関係にあることが好ましい。
上記比Ｈ1／ｔが１未満の場合には、第１領域を形成することによる剛性向上効果が十分に得られないという問題が生じる恐れがある。一方、上記比Ｈ1／ｔが−３θ1＋２７２を超える場合には成形が困難になるという問題が生じる恐れがある。同様に、上記比Ｈ2／ｔが１未満の場合には、第２領域を形成することによる剛性向上効果が十分に得られないという問題が生じる恐れがある。一方、上記比Ｈ2／ｔが−３θ2＋２７２を超える場合には成形が困難になるという問題が生じる恐れがある。
また、上記積層構造体においては、上記凹凸部を有する板材を１枚のコア材として、その両面に配設された１枚ずつの平坦な面板よりなる三層構造の積層体とすることができる。また、このような基本構造を繰り返した構造、つまり、複数枚の上記凹凸部を有する板材を１枚ごとに平坦な面板を介して積層してなる多層構造を有することもできる。
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。
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。
また、上記車両パネルは、自動車のフードに限らず、ドアー、ルーフ、フロア、トランクリッドなどのパネル及び補強部材や、バンパー、クラッシュボックス、ドアビームなどのエネルギー吸収部材にも適用できる。また、上記アウターパネル及び上記インナーパネルとしては、鋼板、アルミニウム合金板などを用いることができる。
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。
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。
（実施例１）
凹凸部を有する板材にかかる実施例につき、図１〜図６を参照して説明する。
凹凸部を有する板材にかかる実施例につき、図１〜図６を参照して説明する。
図１は、本例に示す凹凸部２０を有する板材１の平面図を示すものであり、同図面中に示す破線は、中間基準面Ｋ３と凹凸部２０の交線を示すものである。
また、図６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単位領域２４１と第２単位領域２４２の境界を示すものであり、細実線は、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る。また、同図中において、破線は、仮想の枡である第１枡２４３及び第２枡２４４の輪郭線を示すものである。
また、図６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単位領域２４１と第２単位領域２４２の境界を示すものであり、細実線は、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る。また、同図中において、破線は、仮想の枡である第１枡２４３及び第２枡２４４の輪郭線を示すものである。
本例の凹凸部２０を有する板材１は、図１〜図６に示すごとく、凹凸部２０を形成することによって剛性を高めたものである。
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６に示すごとく、同じ大きさの仮想の矩形（正方形）からなる第１単位領域２４１及び第２単位領域２４２を敷き詰めたものと仮定する。
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６に示すごとく、同じ大きさの仮想の矩形（正方形）からなる第１単位領域２４１及び第２単位領域２４２を敷き詰めたものと仮定する。
図４〜図６に示すごとく、第１単位領域２４１及び第２単位領域２４２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。第１単位領域２４１及び第２単位領域２４２は、図４及び図５に示すごとく、Ｘ方向に配される辺を３等分すると共に、Ｙ方向に配される辺を５等分するように配した格子によって区画される仮想の枡目を第１枡２４３又は第２枡２４４の２種類に分類する。第１単位領域２４１及び第２単位領域２４２の任意の１つの角に存在する枡目を基準枡目として、該基準枡目を含む上記Ｙ方向に配される列を第Ａ列とすると共に、これに順次隣接する列を第Ｂ列及び第Ｃ列とする。また、上記基準枡目を含む上記Ｘ方向に配される列を第１列とするとともにこれに順次隣接する列を第２列〜第５列とする。
第１単位領域２４１においては、図４に示すごとく、第１列及び第５列に配される全ての枡を第１枡２４３とし、第２列〜第４列において、第Ａ列及び第Ｃ列に配される枡を第２枡２４４とすると共に第Ｂ列に配される枡を第１枡２４３とする。このように配された第１単位領域２４１は、第１列及び第５列においてＸ方向に連なる３つの第１枡２４３と第２列〜第４列において第Ｂ列に配されたＹ方向に連なる３つの第１枡２４３とからなる略Ｉ型の領域と、第２列〜第４列において、第Ａ列及び第Ｃ列にそれぞれ配されるＹ方向に連なる３つの第２枡２４４からなる長方形の領域と、を形成する。
また、第２単位領域２４２においては、図５に示すごとく、第１列及び第５列に配される全ての枡を第２枡２４４とし、第２列〜第４列において、第Ａ列及び第Ｃ列に配される枡を第１枡２４３とすると共に第Ｂ列に配される枡を第２枡２４４とする。このように配された第２単位領域２４２は、第１列及び第５列においてＸ方向に連なる３つの第２枡２４４と第２列〜第４列において第Ｂ列に配されたＹ方向に連なる３つの第２枡２４４とからなる略Ｉ型の領域と、第２列〜第４列において、第Ａ列及び第Ｃ列にそれぞれ配されるＹ方向に連なる３つの第１枡２４３からなる長方形の領域と、を形成する。
図６に示すごとく、中間基準面Ｋ３上には、第１単位領域２４１及び第２単位領域２４２が同じ向きで配列されており、上記Ｙ方向においては、第１単位領域２４１と第２単位領域２４２とを交互に一列に配列した単位領域列Ｌ１、Ｌ２が複数形成されている。中間基準面Ｋ３上のＸ方向において、単位領域列Ｌ１と単位領域列Ｌ２とは、交互に配されると共に、隣接する単位領域列Ｌ１、Ｌ２は、互いにＹ方向に３つの枡目分移動した位置に配してある。中間基準面Ｋ３上において、隣接し辺を共有する第１枡２４３からなる二十角形の領域を第１基準領域２１３とし、隣接し辺を共有する第２枡２４４からなる二十角形の領域を第２基準領域２２３とする。
上記のごとく、中間基準面Ｋ３上に配置された第１基準領域２１３は、第１単位領域２４１において、第１枡２４３により形成される略Ｉ型の領域と、該略Ｉ形の領域における第１列又は第５列に配されたＸ方向に連なる３つの第１枡２４３に対して、Ｘ方向両側に配される第２単位領域２４２の第１枡２４３からなる長方形の領域と、を組み合わせた領域となる。また、第２基準領域２２３は、第２単位領域２４２において、第２枡２４４により形成される略Ｉ型の領域と、該略Ｉ形の領域における第１列又は第５列に配されたＸ方向に連なる３つの第２枡２４４に対して、Ｘ方向両側に配される第２単位領域２４２の第１枡２４３からなる長方形の領域と、を組み合わせた領域となる。
凹凸部２０は、図１〜図３に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図６）上において定められた第１基準領域２１３（図６）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（図６）から第２基準面Ｋ２に向かって突出する第２領域２２とからなる。第１領域２１は、第１基準領域２１３を第１基準面Ｋ１上に縮小して投影した第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とからなる。第２領域２２は、第２基準領域２２３を第２基準面Ｋ２上に縮小して投影した第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。
また、図２に示すごとく、本例における第１基準面Ｋ１、中間基準面Ｋ３及び第２基準面Ｋ２は、互いに平行な平面である。第１頂面２１１は、その板厚中心が第１基準面Ｋ１と重なるように構成されており、第２頂面２２１は、その板厚中心が第２基準面Ｋ２と重なるように構成されている。そして、第１基準面Ｋ１と中間基準面Ｋ３との間の距離を突出高さＨ1とし、本例においては、第１領域２１の突出高さＨ1は、１．５ｍｍとした。また、第２基準面Ｋ２と中間基準面Ｋ３との間の距離を突出高さＨ2とし、本例においては、第２領域２２の突出高さＨ2は、１．５ｍｍとした。
また、図４及び図５に示すごとく、第１枡２４３及び第２枡２４４をなす上記枡目における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、上記枡目は正方形をなしている。
また、図４及び図５に示すごとく、第１枡２４３及び第２枡２４４をなす上記枡目における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、上記枡目は正方形をなしている。
また、図２に示すごとく、中間基準面Ｋ３に対する第１側面２１２の傾斜角度θ1と中間基準面Ｋ３に対する第２側面２２２の傾斜角度θ2とは、共に３０°である。
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、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、Ｘ方向と平行に配された辺の長さＬ（ｍｍ）と、上記アルミニウム板の板厚ｔ（ｍｍ）との比Ｌ／ｔは２６．６７であり、１０〜２０００の範囲内にある。
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。
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。
次に、本例における凹凸部２０を有する板材１の作用効果について説明する。
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。
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。
このような構造を有しているので、本例の凹凸部２０を有する板材１は曲げ剛性に優れると共に、エネルギー吸収特性に優れたものとなる。
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。
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。
特に、第１領域２１及び第２領域２２は、上記のごとく形状及び位置関係を設定した第１基準領域２１３及び第２基準領域２２３を基に形成されている。これにより、任意の断面においても断面２次モーメントを向上させることができ、優れた曲げ剛性向上効果を有し、かつ剛性の異方性が少ない凹凸形状を得ることができる。また、剛性の向上に伴い、制振性の向上効果と、凹凸形状による音の反響抑制効果を得ることができる。また、剛性の向上に伴い、制振性の向上効果と、凹凸形状による音の反響抑制効果を得ることができる。
（ＦＥＭ解析）
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。
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。
ＦＥＭ解析に用いた試験片形状は、１２０ｍｍ×１２０ｍｍの矩形形状を有しており、その全面に凹凸部２０を形成してある。尚、表面積の増加を考慮して板厚は、ｔ＝０．２７２ｍｍとした。
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。
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。
＜０°方向＞
図１に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図６）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２０．８２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６）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２０．８２倍に向上することが明らかとなった。
＜４５°方向＞
中間基準面Ｋ３（図６）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、一つの端部を固定端とし、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１４．２６倍に向上することが明らかとなった。
中間基準面Ｋ３（図６）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、一つの端部を固定端とし、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１４．２６倍に向上することが明らかとなった。
＜９０°方向＞
図１に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図６）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１５．７３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６）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１５．７３倍に向上することが明らかとなった。
ＦＥＭ解析の結果、本例に示す凹凸部２０を有する板材１は、曲げ剛性向上効果が最も低い４５°方向においても、平板に比べ１４．２６倍の剛性倍率Ｇを有し、軽量化率Ｗ（％）は少なくとも５８％程度が見込まれる。尚、軽量化率Ｗ（％）は、剛性倍率Ｇを用いて、Ｗ＝（１−１／3√Ｇ）×１００の計算式より算出したものである。
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。
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。
（実施例２）
本例にかかる凹凸部２０を有する板材１について、図７及び図８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６）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。
板材１は、図８に示すごとく、第１領域２１及び第１基準面Ｋ１に向かって突出した第２領域２２により構成される凹凸部２０を有するものである。本例の第２領域２２は、図７及び図８に示すごとく、第２基準領域２２３（図６）を第１基準面Ｋ１上に縮小して投影した第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。本例の第２領域２２は、上記のごとく中間基準面Ｋ３から第１基準面Ｋ１に対して突出するように形成されており、突出方向が実施例１とは反対となる。したがって、本例における、第２領域２２の突出高さＨ2は第１領域２１の突出高さＨ1と同一となる。その他の第１領域２１及び第２領域２２の構成については実施例１と同様である。
本例にかかる凹凸部２０を有する板材１について、図７及び図８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６）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。
板材１は、図８に示すごとく、第１領域２１及び第１基準面Ｋ１に向かって突出した第２領域２２により構成される凹凸部２０を有するものである。本例の第２領域２２は、図７及び図８に示すごとく、第２基準領域２２３（図６）を第１基準面Ｋ１上に縮小して投影した第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。本例の第２領域２２は、上記のごとく中間基準面Ｋ３から第１基準面Ｋ１に対して突出するように形成されており、突出方向が実施例１とは反対となる。したがって、本例における、第２領域２２の突出高さＨ2は第１領域２１の突出高さＨ1と同一となる。その他の第１領域２１及び第２領域２２の構成については実施例１と同様である。
（ＦＥＭ解析）
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。
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。
ＦＥＭ解析に用いた試験片形状は、１２０ｍｍ×１２０ｍｍの矩形形状を有しており、その全面に凹凸部２０を形成してある。尚、表面積の増加を考慮して板厚は、ｔ＝０．２７２ｍｍとした。
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。
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。
＜０°方向＞
図７に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図６）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２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５．６５倍に向上することが明らかとなった。
図７に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図６）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２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５．６５倍に向上することが明らかとなった。
＜４５°方向＞
中間基準面Ｋ３（図６）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、一つの端部を固定端とし、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４．０８倍に向上することが明らかとなった。
中間基準面Ｋ３（図６）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、一つの端部を固定端とし、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４．０８倍に向上することが明らかとなった。
＜９０°方向＞
図７に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図６）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２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５．３５倍に向上することが明らかとなった。
図７に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図６）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２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５．３５倍に向上することが明らかとなった。
本例に示す凹凸部２０を有する板材１は、０°、４５°及び９０°のいずれの方向においても、優れた曲げ剛性向上効果を有すると共に、曲げ剛性の異方性が極めて少ないことが明らかとなった。また、本例に示す凹凸部２０を有する板材１は、最も曲げ剛性向上効果が低い４５°方向においても、平板に比べ４．０８倍の剛性倍率Ｇを有し、軽量化率Ｗ（％）は少なくとも３７％程度が見込まれる。尚、軽量化率Ｗ（％）は、剛性倍率Ｇを用いて、Ｗ＝（１−１／3√Ｇ）×１００の計算式より算出したものである。
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。
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。
（実施例３）
本例にかかる凹凸部２０を有する板材１について、図９及び図１０を参照して説明する。
本例は、実施例１及び実施例２と同様の中間基準面Ｋ３（図６）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、実施例２と同様に、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。
図９に示す板材１は、図１０に示すごとく、第１領域２１及び平面領域２３からなる凹凸部２０を有するものである。平面領域２３は、図９及び図１０に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図６）上において第２基準領域２２３（図６）の輪郭により形成される。また、第１領域２１の構成については実施例１と同様である。
本例にかかる凹凸部２０を有する板材１について、図９及び図１０を参照して説明する。
本例は、実施例１及び実施例２と同様の中間基準面Ｋ３（図６）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、実施例２と同様に、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。
図９に示す板材１は、図１０に示すごとく、第１領域２１及び平面領域２３からなる凹凸部２０を有するものである。平面領域２３は、図９及び図１０に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図６）上において第２基準領域２２３（図６）の輪郭により形成される。また、第１領域２１の構成については実施例１と同様である。
（ＦＥＭ解析）
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。
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。
ＦＥＭ解析に用いた試験片形状は、１２０ｍｍ×１２０ｍｍの矩形形状を有しており、その全面に凹凸部２０を形成してある。尚、表面積の増加を考慮して板厚は、ｔ＝０．２８５ｍｍとした。
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。
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。
＜０°方向＞
図９に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図６）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３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６．３４倍に向上することが明らかとなった。
図９に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図６）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３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６．３４倍に向上することが明らかとなった。
＜４５°方向＞
中間基準面Ｋ３（図６）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、一つの端部を固定端とし、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５．５４倍に向上することが明らかとなった。
中間基準面Ｋ３（図６）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、一つの端部を固定端とし、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５．５４倍に向上することが明らかとなった。
＜９０°方向＞
図９に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図６）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３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６．４２倍に向上することが明らかとなった。
図９に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図６）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３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６．４２倍に向上することが明らかとなった。
本例に示す凹凸部２０を有する板材１は、０°、４５°及び９０°のいずれの方向においても、優れた曲げ剛性向上効果を有すると共に、曲げ剛性の異方性が極めて少ないことが明らかとなった。また、本例に示す凹凸部２０を有する板材１は、最も曲げ剛性向上効果が低い４５°方向においても、平板に比べ５．５４倍の剛性倍率Ｇを有し、軽量化率Ｗ（％）は少なくとも４３％程度が見込まれる。尚、軽量化率Ｗ（％）は、剛性倍率Ｇを用いて、Ｗ＝（１−１／3√Ｇ）×１００の計算式より算出したものである。
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。
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。
（実施例４）
本例は、図１１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１１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。
また、本例に示す凹凸部２０を有する円筒材１１を、飲料缶やロケットのような円筒形の構造物に用いることで、材料の板厚を増加させることなく、剛性を高めることができる。また、本例の円筒材１１は、優れたエネルギー吸収特性を有している。そのため、自動車などの車体に使用することで、高い剛性と優れたエネルギー吸収特性を付与することができる。
（実施例５）
本例は、図１２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。
本例は、図１２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。
本例の積層構造体５は、前述したような優れた剛性を有する凹凸部２０を有する板材１をコア材として用い、その第１領域２１の第１頂面２１１と第２領域２２の第２頂面２２１に対して面板４２，４３を接着、ろう付け等により接合することによって、凹凸部２０を有する板材１単体の場合よりも格段に剛性が高い積層構造体５が得られる。しかも、板材１も面板４２，４３もアルミニウム合金板よりなるため、軽量化することができる。
また、剛性向上に伴う制振性の向上効果と、空気層を包容することにより吸音性の向上効果を得ることができる。また、良く知られているように、面板４２，４３のいずれか一方に貫通孔を形成することにより、ヘルムホルツ型吸音構造となり、さらに吸音性を向上させることができる。
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。
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。
（実施例６）
本例は、図１３に示すごとく、実施例１〜実施例３のいずれかに記載の板材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。
本例は、図１３に示すごとく、実施例１〜実施例３のいずれかに記載の板材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。
本例の車両パネル６は、そのインナーパネルを構成する凹凸部２０を有する板材１が、上記のごとく剛性向上効果に優れているので、歩行者が衝突した際の一次衝突のエネルギー及び二次衝突のエネルギーを吸収する特性に優れたものとなる。また、剛性向上に伴う制振性の向上効果と、空気層を包容することによる吸音性の向上効果を得ることができる。
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。
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第１単位領域及び第２単位領域を敷き詰めたものと仮定し、
上記第１単位領域及び上記第２単位領域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、
上記第１単位領域及び上記第２単位領域は、上記Ｘ方向に配される辺を３等分すると共に、上記Ｙ方向に配される辺を５等分するように配した格子によって区画される仮想の枡目を第１枡又は第２枡の２種類に分類し、
上記第１単位領域及び上記第２単位領域の任意の１つの角に存在する上記枡目を基準枡目として、上記基準枡目を含む上記Ｘ方向に配された枡目からなる列を第１列とするとともにこれに順次隣接する列を第２列〜第５列とし、かつ該基準枡目を含む上記Ｙ方向に配された枡目からなる列を第Ａ列とすると共に、これに順次隣接する列を第Ｂ列及び第Ｃ列とし、
上記第１単位領域においては、第１列及び第５列に配される全ての枡を上記第１枡とし、第２列〜第４列においては、第Ａ列及び第Ｃ列に配される枡を上記第２枡とすると共に第Ｂ列に配される枡を上記第１枡とし、
上記第２単位領域においては、第１列及び第５列に配される全ての枡を上記第２枡とし、第２列〜第４列においては、第Ａ列及び第Ｃ列に配される枡を上記第１枡とすると共に第Ｂ列に配される枡を上記第２枡とし、
上記中間基準面上には、上記第１単位領域及び上記第２単位領域が同じ向きで配列されており、上記Ｙ方向においては、上記第１単位領域と上記第２単位領域とを交互に一列に配列した単位領域列が複数形成され、
上記中間基準面上のＸ方向において隣接する上記単位領域列は、互いにＹ方向に３つの枡目分移動した位置に配されて、
上記中間基準面上において、隣接し辺を共有する上記第１枡からなる二十角形の領域を第１基準領域とし、隣接し辺を共有する上記第２枡からなる二十角形の領域を第２基準領域として、
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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