JPWO2016056235A1 - 凸条付き金属板の製造方法、凸条付き金属板、及び構造部品 - Google Patents

Abstract

凸条付き金属板の製造方法は、ロールスタンドを備えた圧延機を用い、上面及び下面に圧延方向に沿って複数の凸条が形成された金属板を製造する。製造方法は、準備工程と、組込み工程と、成形工程と、を含む。準備工程では、外周面に複数の溝が設けられた溝付きロールを準備する。組込み工程では、ロールスタンドの上ロール及び下ロールとして溝付きロールを組み込む。成形工程では、圧延機によって被圧延材を圧延し、溝付きロールの各溝にそれぞれ対応して凸条が形成された金属板を成形する。

Description

本発明は、自動車、自動車以外の各種の車両、家電製品、船舶、建材等の構造部品に用いられる鋼板等の金属板に関する。特に、本発明は、上面及び下面の両方の面に圧延方向に沿って１つ又は複数の凸条が形成された凸条付き金属板、その凸条付き金属板の製造方法、及びその凸条付き金属板を用いた構造部品に関する。

一般の構造部品にはプレス成形品が多用される。プレス成形品の素材は、鋼板等の金属板である。構造部品は、単独のプレス成形品から構成されたり、複数のプレス成形品が接合されて構成されたりする。例えば、特開２０１３−１８９１７３号公報（特許文献１）及び特開２０１４−９１４６２号公報（特許文献２）に示されるような自動車用の構造部品は、縦長のプレス成形品を含む。このプレス成形品の横断面形状はＵ字形である。

図１Ａ及び図１Ｂは、構造部品の一例を示す図である。これらの図のうち、図１Ａは構造部品の斜視図であり、図１Ｂは図１Ａに示す構造部品の端部の横断面図である。図１Ａ及び図１Ｂに示す構造部品２０は、Ｕ字形の横断面形状を有する２つのプレス成形品２１を含む。各プレス成形品２１は、板部２４と、この板部２４の両端にそれぞれつながるフランジ部２２とを備える。２つのプレス成形品２１のフランジ部２２同士が溶接されることにより、角筒状の構造部品２０が得られる。この構造部品２０の２つの板部２４及び４つの稜線部２３の裏面には、長手方向の両端部に、それぞれ補強板４０が溶接される。しかし、この場合、構造部品２０の強度は、長手方向両端部のみで強化される。そのため、構造部品２０の強度の向上が十分とは言えない。

また、図１Ａ及び図１Ｂに示す構造部品２０のように部分的に補強領域を有する構造部品２０を製造する際、その補強領域に補強板４０を溶接しなければならない。そうすると、構造部品２０の強度を部分的に強化するために別途の溶接施工が必要になり、製造コストの上昇を免れない。

特開２０１３−１８９１７３号公報 特開２０１４−９１４６２号公報

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、部分的に補強領域を有する構造部品を製造するにあたり、その構造部品の素材に適した凸条付き金属板を円滑に製造できる製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、その構造部品の製造に適した凸条付き金属板、及びその凸条付き金属板を用いた構造部品を提供することである。

（１）本発明の実施形態による金属板の製造方法は、ロールスタンドを備えた圧延機を用い、上面及び下面に圧延方向に沿って１つ又は複数の凸条が形成された凸条付き金属板を製造する方法である。前記製造方法は、準備工程と、組込み工程と、成形工程と、を含む。準備工程では、外周面に円周方向に沿って１つ又は複数の溝が設けられた溝付きロールを準備する。組込み工程では、ロールスタンドの上ロール及び下ロールとして溝付きロールを組み込む。成形工程では、溝付きロールが組み込まれた圧延機によって被圧延材を圧延し、溝付きロールの各溝にそれぞれ対応して凸条が形成された凸条付き金属板を成形する。

上記（１）の製造方法において、前記溝付きロールの縦断面における前記溝の配置が左右対称であることが好ましい。

上記（１）の製造方法において、上ロールとして組み込まれた前記溝付きロールの縦断面における溝の配置と、下ロールとして組み込まれた前記溝付きロールの縦断面における溝の配置と、が少なくとも一部で重ならない構成とすることができる。

上記（１）の製造方法において、前記溝付きロールの縦断面における前記各溝の形状は、矩形、台形又はＶ形である構成とすることができる。

上記（１）の製造方法において、前記溝付きロールにおける前記溝の幅が５ｍｍよりも大きくて２０００ｍｍよりも小さい構成とすることができる。

上記（１）の製造方法において、前記溝付きロールにおける前記溝のピッチが１５ｍｍよりも大きくて２０００ｍｍよりも小さい構成とすることができる。

（２）本発明の実施形態による凸条付き金属板は、上面及び下面に１つ又は複数の凸条が形成された金属板である。凸条のピッチが１５ｍｍよりも大きくて２０００ｍｍよりも小さい。最小板厚ｔｍｉｎと前記凸条の高さｈの和で表わされる凸条板厚ｔと、最小板厚ｔｍｉｎとの板厚比（ｔ／ｔｍｉｎ）が、１．０よりも大きく１０．０よりも小さい。

上記（２）の凸条付き金属板において、前記各凸条の幅が５ｍｍよりも大きくて２０００ｍｍよりも小さい構成とすることができる。

（３）本発明の実施形態による構造部品は、表面及び裏面にそれぞれ凸条を備えた構造部品である。構造部品は、部分的に強度の必要な補強領域を有し、その補強領域の表面及び裏面に凸条が配置される。

本発明の製造方法によれば、凸条付き金属板を円滑に製造できる。この凸条付き金属板は、上面及び下面の両方の面に圧延方向に沿って１つ又は複数の凸条を備える。そのため、部分的に補強領域を有する構造部品を製造する際、その凸条付き金属板を構造部品の素材に適用した場合、構造部品の補強領域を全域にわたって強化することが可能になる。つまり、本発明による凸条付き金属板は、部分的に補強領域を有する構造部品の素材に適する。

図１Ａは、構造部品の一例を示す斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａに示す構造部品の端部の横断面図である。 図２は、本発明の実施形態による凸条付き金属板の製造に使用される製造設備列の一例を示す模式図である。 図３は、本発明の実施形態における溝付きロールが組み込まれたロールスタンドの一例を示す横断面図である。 図４は、図３に示すロールスタンドを含む仕上げ圧延機によって製造された凸条付き金属板を示す斜視図である。 図５は、凸条付き金属板の一例を模式的に示す横断面図である。 図６は、凸条付き金属板の一例を模式的に示す横断面図である。 図７は、凸条付き金属板の一例を模式的に示す横断面図である。 図８は、凸条付き金属板の一例を模式的に示す横断面図である。 図９は、溝付きロールが組み込まれたロールスタンドで発生する反りの状況の一例を示す図である。 図１０は、本発明の実施形態による構造部品を製造するために凸条付き金属板から切り出されたブランクの一例を示す断面図である。 図１１Ａは、図１０に示すブランクを構造部品にプレス成形するための装置の一例を模式的に示す断面図である。 図１１Ｂは、図１１Ａに示す装置によって成形されたプレス成形品の断面図である。 図１２Ａは、図１０に示すブランクを構造部品にプレス成形するための装置の別例を模式的に示す断面図である。 図１２Ｂは、図１２Ａに示す装置によって成形されたプレス成形品の断面図である。 図１３は、構造部品の一例を示す模式図である。 図１４は、構造部品の一例を示す模式図である。 図１５は、構造部品の一例を示す模式図である。 図１６は、構造部品の一例を示す模式図である。 図１７は、構造部品の一例を示す模式図である。 図１８は、構造部品の一例を示す模式図である。 図１９は、構造部品の一例を示す模式図である。 図２０は、構造部品の一例を示す模式図である。 図２１は、構造部品の一例を示す模式図である。 図２２は、構造部品の一例を示す模式図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

［凸条付き金属板の製造］
図２は、本発明の実施形態による凸条付き金属板の製造に使用される製造設備列の一例を示す模式図である。本実施形態では、凸条付き金属板として凸条付きの鋼板１０を製造する場合を例示する。つまり、凸条付き金属板の素材として鋼のスラブ３０を適用する場合を例示する。

図２に示す製造設備列は、加熱炉１と、粗圧延機２と、仕上げ圧延機３と、冷却装置４と、巻き取り機５と、を順に備える。加熱炉１はスラブ３０を加熱する。加熱されたスラブ３０は、先ず粗圧延機２に搬送される。粗圧延機２はスラブ３０を圧延し、例えば５０ｍｍ程度の厚みを有する長尺の鋼シート３１を成形する。鋼シート３１は仕上げ圧延機３に搬送される。仕上げ圧延機３は、順に連なる６つのロールスタンドＳ１〜Ｓ６（以下、単に「スタンド」ともいう）を備える。鋼シート３１は、各スタンドＳ１〜Ｓ６を順に経て圧延され、所望する厚みの鋼板１０に成形される。つまり、鋼シート３１が仕上げ圧延機３における被圧延材である。鋼板１０は、連続的に、冷却装置４を経て冷却され、巻き取り機５によってコイル状に巻き取られる。

仕上げ圧延機３の各スタンドＳ１〜Ｓ６は、上下に一対のロール６及び７（ワークロール）を備え、更に、それらの上ロール６と下ロール７のそれぞれと対になるバックアップロールを備える。各スタンドＳ１〜Ｓ６には、図示しないロール軸間調整機構が設けられる。各ロール軸間調整機構は、上ロール６の軸と下ロール７の軸との相互の距離を調整する。各ロール軸間調整機構により、各スタンドＳ１〜Ｓ６における上ロール６と下ロール７による圧下率の調整が可能になる。

各スタンドＳ１〜Ｓ６には、図示しないロードセルが設けられる。各ロードセルは、上ロール６と下ロール７による圧延荷重を測定する。各ロードセルにより、各スタンドＳ１〜Ｓ６における圧延荷重を監視することが可能になる。また、各ロードセルにより、鋼シート３１の先端が各スタンドＳ１〜Ｓ６に達した時点（鋼シート３１の先端が上ロール６と下ロール７のギャップに噛み込んだ時点）を検知することが可能になる。

ただし、スタンドＳ１〜Ｓ６のうちで圧下を行わずにスキップされるスタンドがある場合、その圧下無しスタンドで圧延荷重は発生しない。その場合、圧下無しスタンドに鋼シート３１の先端が達したか否かの検知は、圧下無しスタンドの前段の圧下実施スタンドに設けられたロードセルの出力を利用すればよい。具体的には、圧下実施スタンドに鋼シート３１の先端が達したことをロードセルによって検知し、その検知時点からの経過時間を計測する。その経過時間、その圧下実施スタンドの圧下による理論上の被圧延材走行速度、及びその圧下実施スタンドのロール軸と次の圧下無しスタンドのロール軸との距離に基づき、その圧下無しスタンドに鋼シート３１の先端が達した時点を算出することができる。なお、各スタンドＳ１〜Ｓ６に、鋼シート３１の先端の通過を検知するセンサを設けてもよい。

本実施形態では、凸条付きの鋼板１０を製造するため、仕上げ圧延機３のロールスタンドＳ１〜Ｓ６のうちから選択された１つの特定ロールスタンドに、詳細は後述する溝付きロールが組み込まれる。特定スタンドは、各スタンドＳ１〜Ｓ６の圧延能力（例：圧延荷重、圧下率等）に応じて選定される。例えば、図２に示す仕上げ圧延機３では、最終の第６スタンドＳ６の２つ前段の第４スタンドＳ４に、溝付きロールが組み込まれる。溝付きロールが組み込まれるべきスタンドは、特に限定しない。溝付きロールが組み込まれたスタンドの後段のスタンドは、いずれも、実質的に圧下を行わない圧下無しスタンドとなり、その圧下無しスタンドに組み込まれたロールは搬送用のロールとして機能する。

図３は、本発明の実施形態における溝付きロールが組み込まれたロールスタンドの一例を示す横断面図である。図４は、図３に示すロールスタンドを含む仕上げ圧延機によって製造された凸条付き金属板を示す斜視図である。本実施形態では、図３に示すように、特定スタンド（図２に示す第４スタンドＳ４）の上ロール６及び下ロール７として、それぞれ溝付きロール８が組み込まれる。特定スタンド以外のスタンドには、通常のフラットロールが組み込まれる。

溝付きロール８の外周面には、円周方向に沿って１つ又は複数の溝９（以下、「ロール溝」ともいう）が設けられる。図３に示す上ロール６としての溝付きロール８には、両端部に、それぞれ２つずつロール溝９が設けられた態様が示される。一方、図３に示す下ロール７としての溝付きロール８には、中央部に、２つのロール溝９が設けられた態様が示される。このような溝付きロール８が組み込まれた仕上げ圧延機３によって鋼シート３１が圧延される。これにより、各ロール溝９にそれぞれ対応して凸条１１が形成され、凸条１１付きの鋼板１０が成形される（図４参照）。凸条１１は、鋼板１０の圧延方向に連続する。図３及び図４に示すように、溝付きロール８が上ロール６及び下ロール７として組み込まれているため、凸条１１は鋼板１０の上面及び下面の両方に形成される。

溝付きロール８の縦断面におけるロール溝９の形状は、矩形、台形又はＶ形である。ここでいう矩形、台形又はＶ形は、多少の変形を許容し、曲線を組み合わせたものを含む。

図３に示すように、溝付きロール８の縦断面におけるロール溝９の配置は、左右対称であることが好ましい。ここでいう左右とは、溝付きロール８の軸方向に沿う方向であり、鋼板１０の圧延方向とは直角な幅方向に相当する。ロール溝９の配置が左右非対称である場合、溝付きロール８による圧延状態が左右で不均等になる。そのため、鋼板１０が左右のどちらかに斜行し易くなり、操業トラブルが発生するおそれがある。これに対し、ロール溝９の配置が左右対称である場合、溝付きロール８による圧延状態が左右で均等になる。そのため、鋼板１０が圧延方向に直進するようになり、鋼板１０の斜行に起因する操業トラブルは起こらない。

上ロール６として組み込まれた溝付きロール８の縦断面におけるロール溝９の配置と、下ロール７として組み込まれた溝付きロール８の縦断面におけるロール溝９の配置とは、図３に示すように全く重ならなくてもよいし、一部で重ならなくてもよい。また、それらの上下のロール溝９の配置は、完全に重なっていてもよい。

ロール溝９の幅ｗ１は、鋼板１０における凸条１１の幅と一致する。互いに隣接するロール溝９のピッチは、鋼板１０における凸条１１のピッチｐと一致する。ロール溝９の深さは、凸条１１の高さｈと一致する。鋼板１０における最小板厚ｔｍｉｎの領域は、溝付きロールのロール溝９の無い領域（以下、「ロール溝無し領域」）とフラットロールとの圧下によって形成される。つまり、鋼板１０における最小板厚ｔｍｉｎは、凸条１１が存在しない領域の最小の板厚である。ロール溝無し領域の幅ｗ２は、鋼板１０において互いに隣接する凸条１１同士の間の凹部１２（以下、「凸条間凹部」ともいう）の幅と一致する。それらのロール溝９及び凸条１１に関わる諸寸法（個数、断面形状等を含む）は、基本的には、凸条付きの鋼板１０を用いて製造される構造部品（プレス成形品）の設計寸法に応じて決定される。その決定には、仕上げ圧延機３の能力、ロールの有効長さ（実用的には最大で２０００ｍｍ）等が考慮される。更に、その決定には、凸条付きの鋼板１０を素材とするプレス成形品の成形性も考慮される。

例えば、ロール溝９の幅ｗ１（すなわち、凸条１１の幅）は、５ｍｍよりも大きくて２０００ｍｍよりも小さくすることができる。ただし、ロール溝９の幅ｗ１は、好ましくは１０ｍｍ以上とし、より好ましくは２０ｍｍ以上とする。凸条付きの鋼板１０を用いて製造される構造部品の補強領域の幅を確保し、構造部品の強度を確保するためである。また、ロール溝９の幅ｗ１は、好ましくは１０００ｍｍ以下とし、より好ましくは５００ｍｍ以下とする。凸条付きの鋼板１０を用いて製造される構造部品の重量を軽減するためである。

ロール溝９のピッチ（すなわち、凸条１１のピッチｐ）は、１５ｍｍよりも大きくて２０００ｍｍよりも小さくすることができる。ただし、ロール溝９のピッチは、好ましくは２０ｍｍよりも大きくする。ロール溝９の幅ｗ１（すなわち、凸条１１の幅）を確保し、ひいては凸条付きの鋼板１０を用いて製造される構造部品の強度を確保するためである。また、ロール溝９のピッチは、好ましくは５００ｍｍ以下とし、より好ましくは２００ｍｍ以下とする。その理由は以下のとおりである。ロール溝９のピッチがあまりに大きいと、ロール溝９の幅（すなわち、凸条１１の幅）が小さい場合に、ロール溝無し領域の幅ｗ２（凸条間凹部１２の幅）が大きくなる。この場合、鋼板１０における最小板厚ｔｍｉｎの領域の幅が大きくなる。すると、その最小板厚ｔｍｉｎの領域が変形し易くなり、鋼板１０の品質が損なわれる。

鋼板１０における最小板厚ｔｍｉｎと凸条１１の高さｈ（すなわち、ロール溝９の深さ）の和で表わされる凸条板厚ｔ（ｔｍｉｎ＋ｈ）と、最小板厚ｔｍｉｎとの板厚比（ｔ／ｔｍｉｎ）は、１．０よりも大きく１０．０よりも小さくすることができる。ただし、板厚比（ｔ／ｔｍｉｎ）は、好ましくは１．２以上とする。凸条１１の高さｈを確保し、ひいては凸条付きの鋼板１０を用いて製造される構造部品の強度を確保するためである。また、板厚比（ｔ／ｔｍｉｎ）は、好ましくは４．０未満とする。板厚比（ｔ／ｔｍｉｎ）があまりに大きいと、溝付きロール８による圧下率が過大になるからである。

凸条付きの鋼板１０における最小板厚ｔｍｉｎは、特に限定しないが、実用的には、０．６〜１０ｍｍ程度である。

図５〜図８は、凸条付き金属板の他の一例を模式的に示す横断面図である。図５〜図７に示す鋼板１０は、その上面及び下面に複数の凸条１１を備える。図８に示す鋼板１０は、その上面に１つの凸条１１を備え、その下面に複数の凸条１１を備える。図５、図６及び図８に示す凸条１１の配置は、左右対称であり、図７に示す凸条１１の配置は左右非対称である。

ここで、仮に、特定スタンド（図２に示す第４スタンドＳ４）の上ロール６として溝付きロール８が組み込まれ、下ロール７としてフラットロールが組み込まれた仕上げ圧延機３を用いて鋼シート３１を圧延する場合、以下に示すトラブルが発生し、凸条付きの鋼板１０を円滑に製造することができない。特定スタンドにおいて、ロールによって圧下された直後の鋼シート３１は、下ロール７としてのフラットロールよりも、上ロール６としての溝付きロール８に密着し易い。鋼シート３１がロール溝９に噛み込むからである。これにより、特定スタンドを通過した鋼シート３１には、上向きの力が作用する。そのため、最初から、特定スタンドのロールによる最大圧下率を所要値に設定すると、鋼シート３１の先端部が上向きに大きく反る。大きく反った鋼シート３１の先端部は、溝付きロール８に巻き付いたり、次のスタンドのロール同士の隙間に入らずにそのスタンドに衝突したりする。

このような操業トラブルに対し、本実施形態では、特定スタンドの上ロール６及び下ロール７の両方に溝付きロール８が組み込まれる。そうすると、特定スタンドにおいて、ロールによって圧下された直後の鋼シート３１は、上ロール６としての溝付きロール８のみならず、下ロール７としての溝付きロール８にも密着する。そのため、鋼シート３１の先端が特定スタンドの次のスタンドに達するまで、鋼シート３１の先端部に作用する上向きの力が緩和される。これにより、鋼シート３１の先端部の反りが抑制され、鋼シート３１の先端部は、次のスタンドのロール同士の隙間にスムーズに入る。したがって、最初から、特定スタンドのロールによる最大圧下率を所要値に設定しても、鋼シート３１の先端部の反りに起因した操業トラブルは起こらない。また、最初から、所望する凸条付きの鋼板１０を製造できるため、歩留まりが良い。

ここでいう最大圧下率Ａは、下記の式（１）で表わされる。
Ａ＝（ｔ０−ｔ１）／ｔ０×１００［％］ …（１）
式（１）中、ｔ０は、特定スタンドにおける圧下前の鋼シート３１の板厚を示し、ｔ１は圧下後の鋼板１０における凸条間凹部１２の最小板厚を示す。
最大圧下率の設定及び調整は、特定スタンドのロール軸間調整機構によって行われる。

仕上げ圧延機３の能力を考慮すると、特定スタンドの最大圧下率の所要値は、１０〜８０％であることが好ましい。その所要値は、より好ましくは２０〜６０％である。

図９は、溝付きロールが組み込まれたロールスタンドで発生する反りの状況の一例を示す図である。ここでは、本発明例として、図２に示すように特定スタンドの上ロール及び下ロールの両方に溝付きロールを組み込んだ解析モデルを作製し、熱間圧延の初期段階を想定したＦＥＭ解析を行った。また、比較例として、特定スタンドの上ロールに溝付きロールを組み込んだ解析モデルを作製し、同様のＦＥＭ解析を行った。各モデルの解析において、被圧延材の温度は１１００℃とし、ロールと被圧延材との摩擦係数μは０．１とした。上下のロールによる最大圧下率は１５％とした。そして、上下のロールの軸間位置からの水平方向の距離ごとに、被圧延材の先端部の鉛直方向の変位を調査した。

図９に示す結果から、以下のことが示される。本発明例における被圧延材の先端部の鉛直方向変位は、比較例と比較して小さい。つまり、本実施形態のように特定スタンドの上ロール及び下ロールの両方に溝付きロールを組み込むことにより、鋼シートの先端部の反りを抑制することができる。

［凸条付き金属板を用いた構造部品（プレス成形品）の製造］
上記した凸条付きの鋼板１０は、プレス加工によって成形される構造部品のブランクとして用いられる。構造部品の製造にあたり、鋼板１０は、構造部品となるプレス成形品に適合する形状に切断される。切断に先立ち、鋼板１０には、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、電気亜鉛めっき、アルミめっき等が施される。また、めっき施工の前に、酸洗、ショットブラスト等によって、鋼板１０の表面の酸化膜が除去される。もっとも、酸洗、ショットブラスト、めっき施工等は、プレス加工の前までに実施されていればよく、鋼板１０から切り出されたブランクに実施されても構わない。なお、構造部品の仕様に応じ、めっき施工が省略される場合もある。

図１０は、本発明の実施形態による構造部品を製造するために凸条付き金属板から切り出されたブランクの一例を示す断面図である。図１１Ａ及び図１１Ｂは、図１０に示すブランクを構造部品にプレス成形する状況の一例を模式的に示す断面図である。これらの図のうち、図１１Ａはプレス成形装置を示し、図１１Ｂは構造部品となるプレス成形品を示す。また、図１２Ａ及び図１２Ｂは、図１０に示すブランクを構造部品にプレス成形する状況の別例を模式的に示す断面図である。これらの図のうち、図１２Ａはプレス成形装置を示し、図１２Ｂは構造部品となるプレス成形品を示す。本実施形態では、凸条付き金属板として、上記した凸条付きの鋼板１０を適用する場合を例示する。

図１０に示すように、ブランク１５は鋼板１０から切り出される。その際、鋼板１０は、長手方向（凸条１１の伸びる方向）に切断され、幅方向（凸条１１の伸びる方向と直角な方向）にも切断される。切断位置は、構造部品の仕様に応じて定められる。

例えば、図１１Ｂ及び図１２Ｂに示すプレス成形品２１はＵ字形の横断面形状を有する。このプレス成形品２１を２つ組み合わせることにより、角筒状の構造部品が製造される（前記図１Ａ及び図１Ｂ参照）。この構造部品に用いられるプレス成形品２１において、部分的に強度の必要な補強領域は板部２４及び稜線部２３である。そのため、このプレス成形品２１に適合するブランク１５を鋼板１０から切り出す際、鋼板１０は、プレス成形品２１の板部２４及び稜線部２３に対応して凸条１１を残すように、凸条間凹部１２の位置で切断される。

図１１Ａに示すように、ブランク１５は、単純なパンチ５１とダイ５２を用いたプレス加工によって、プレス成形品２１に成形することができる。ただし、この場合、図１１Ｂに示すように、板厚の厚い凸条１１が曲げられるため、スプリングバックが発生し易い。そこで、図１２Ａに示すように、分割型パンチ５３を用いることが好ましい。分割型パンチ５３は、パンチ肩の部分が独立したものである。プレス加工時、そのパンチ肩の部分から凸条１１に高い荷重を与えれば、スプリングバックを低減できる。

図１３〜図１７は、構造部品の他の一例を示す模式図である。図１３〜図１７に示す構造部品２０（プレス成形品２１）は、いずれも、上記した凸条付きの鋼板１０から切り出されたブランク１５を用いて成形されたものであり、表面又は裏面に凸条１１を備える。凸条付きの鋼板を素材とする構造部品は、板厚が一定の鋼板を素材とする構造部品と比較し、部品性能の向上、製造の簡便化等の点で利便性がある。例えば、補強部材の省略により、部材点数の削減が可能である。補強部材の一体化により、強度及び剛性の向上が可能であり、軽量化も可能である。補強部材の一体化により、溶接、ネジ止め等の接合工程の省略が可能である。補強部材の一体化により、補強部材が別体のものよりも全体の表面積が小さくなり、防錆能の向上が可能である。

図１３に示す構造部品２０はＬ字形の横断面形状を有し、その稜線部２３の裏面に凸条１１が配置される。この場合、稜線部２３が長手方向の全域にわたって強化されるため、構造部品２０の強度が向上する。

図１４に示す構造部品２０は概ね平板状であり、その表面の中央に幅の広い凸条１１が配置される。この場合、中央領域が長手方向の全域にわたって広範に強化されるため、構造部品２０の強度が向上する。

図１５に示す構造部品２０はＵ字形の横断面形状を有し、その板部２４を含めた稜線部２３の裏面に凸条１１が配置される。この場合、板部２４及び稜線部２３が長手方向の全域にわたって強化されるため、構造部品２０の強度が向上する。しかも、曲げの軸（中立軸）からある程度離れた位置に凸条１１が配置されるようにすれば、重量の増加が最小限に抑えられ、断面二次モーメントの大幅な強化が図られる。

図１６に示す構造部品２０はＵ字形の横断面形状を有し、その稜線部２３の近傍の裏面に凸条１１が配置される。この場合、稜線部２３の近傍の板部２４及びフランジ部２２が長手方向の全域にわたって強化されるため、構造部品２０の強度が向上する。また、図１６に示す構造部品２０の場合、プレス加工時に、凸条１１が曲げられるわけでなく、凸条１１の近傍が曲げられるため、成形性が良好である。つまり、凸条付きの鋼板は凸条１１によって面内異方性を有するため、その特性を活用すれば、プレス加工時のプレス荷重の低減とプレス成形品の高強度化・高剛性化を両立することが可能になる。

図１７に示す構造部品２０は角筒状である。この構造部品２０は、横断面形状がＵ字形のプレス成形品と、金属板と、を組み合わせてなる。凸条１１は、角筒状の構造部品２０の周方向に配置される。つまり、凸条間凹部１２も、角筒状の構造部品２０の周方向に配置される。この場合、凸条１１が配置された領域が周方向の全域にわたって強化されるため、構造部品２０の強度が向上する。これにより、凸条１１が配置された領域に別の部品が溶接されても、強度を確保することができる。そのため、その構造部品２０は、別の部品との溶接が要求される部品に有用である。特に、重量、スペース等の制約から全体の厚肉化が制限される被溶接部品に、その構造部品２０は有用である。また、図１７に示す構造部品２０の場合、凸条間凹部１２が配置された領域が周方向の全域にわたって脆弱となる。これにより、凸条１１が配置された領域と比較し、凸条間凹部１２が配置された領域が破壊し易い。そのため、その構造部品２０は、意図的に破壊領域が指定された部品に有用である。

更に、図１８〜図２２は、構造部品の他の一例を示す模式図である。図１８〜図２２に示す構造部品２０（プレス成形品２１）は、いずれも、上記した凸条付きの鋼板１０から切り出されたブランク１５を用いて成形されたものであり、表面及び裏面の両方に凸条１１を備える。図１８〜図２２に示す構造部品２０の用途は、それぞれ、図１３〜図１７に示す構造部品２０と同じである。

なお、上記の実施形態では、凸条付きの鋼板１０は、仕上げ圧延機３によって熱間で製造される。そのため、板厚の厚い凸条１１の領域は、他の領域（凸条間凹部１２の領域）と比較して冷却速度が遅くなり、硬さが低くなり易い。このような凸条１１の領域の性質を利用し、構造部品の成形し難い部分に凸条１１の領域を位置させることにより、成形性を高めることも可能である。

下記の表１に、凸条の領域と他の領域との強度差の一例を示す。表１に示すように、強度差は、被圧延材の材質（高Ｃ材又は低Ｃ材）、凸条板厚と最小板厚の差、冷却速度等によって異なる。凸条の領域の硬さは、その他の領域の硬さよりも常に低い。

以上のとおり、本実施形態の金属板の製造方法によれば、凸条付き金属板を円滑に製造できる。この凸条付き金属板は、上面及び下面の両方の面に圧延方向に沿って１つ又は複数の凸条を備える。そのため、部分的に補強領域を有する構造部品を製造する際、その凸条付き金属板を構造部品の素材に適用した場合、構造部品の補強領域を全域にわたって強化することが可能になる。つまり、本実施形態の凸条付き金属板は、部分的に補強領域を有する構造部品の素材に適する。また、構造部品の補強領域を強化するために別個の補強板を溶接する必要はない。したがって、製造コストの抑制が可能になる。

その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、凸条付き金属板、その金属板の素材、及びその金属板を用いて成形される構造部品の材質は、一般炭素鋼、高張力鋼、ステンレス鋼等の鋼に限定されず、アルミニウム、銅等でも構わない。また、溝付きロールが組み込まれる圧延機について、スタンドの総数に限定はない。

また、凸条付き金属板から切り出されたブランクを構造部品にプレス成形する方法は、特に限定されない。例えば、その方法として、金型内で成形及び焼入れを行うホットスタンピング法を採用することもできる。

１：加熱炉、 ２：粗圧延機、 ３：仕上げ圧延機、
４：冷却装置、 ５：巻き取り機、
Ｓ１〜Ｓ６：ロールスタンド、
６：上ロール、 ７：下ロール、
８：溝付きロール、 ９：溝、
１０：鋼板、 １１：凸条、 １２：凸条間凹部、
１５：ブランク、
２０：構造部品、 ２１：プレス成形品、
２２：フランジ部、 ２３：稜線部、 ２４：板部、
３０：スラブ、 ３１：鋼シート、
５１：パンチ、 ５２：ダイ、 ５３：分割型パンチ、
ｗ１：ロール溝の幅、 ｗ２：ロール溝無し領域の幅、
ｐ：凸条のピッチ、 ｔｍｉｎ：最小板厚、
ｈ：凸条の高さ、 ｔ：凸条板厚

Claims (9)

1. ロールスタンドを備えた圧延機を用い、上面及び下面に圧延方向に沿って１つ又は複数の凸条が形成された金属板を製造する方法であって、
   前記製造方法は、
   外周面に円周方向に沿って１つ又は複数の溝が設けられた溝付きロールを準備する準備工程と、
   ロールスタンドの上ロール及び下ロールとして溝付きロールを組み込む組込み工程と、
   溝付きロールが組み込まれた圧延機によって被圧延材を圧延し、溝付きロールの各溝にそれぞれ対応して凸条が形成された凸条付き金属板を成形する成形工程と、を含む、凸条付き金属板の製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法において、
   前記溝付きロールの縦断面における前記溝の配置が左右対称である、凸条付き金属板の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の製造方法において、
   上ロールとして組み込まれた前記溝付きロールの縦断面における溝の配置と、下ロールとして組み込まれた前記溝付きロールの縦断面における溝の配置と、が少なくとも一部で重ならない、凸条付き金属板の製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の製造方法において、
   前記溝付きロールの縦断面における前記各溝の形状は、矩形、台形又はＶ形である、凸条付き金属板の製造方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の製造方法において、
   前記溝付きロールにおける前記溝の幅が５ｍｍよりも大きくて２０００ｍｍよりも小さい、凸条付き金属板の製造方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の製造方法において、
   前記溝付きロールにおける前記溝のピッチが１５ｍｍよりも大きくて２０００ｍｍよりも小さい、凸条付き金属板の製造方法。
7. 上面及び下面に１つ又は複数の凸条が形成された凸条付き金属板であって、
   凸条のピッチが１５ｍｍよりも大きくて２０００ｍｍよりも小さく、
   最小板厚ｔｍｉｎと前記凸条の高さｈの和で表わされる凸条板厚ｔと、最小板厚ｔｍｉｎとの板厚比（ｔ／ｔｍｉｎ）が、１．０よりも大きく１０．０よりも小さい、凸条付き金属板。
8. 請求項７に記載の凸条付き金属板において、
   前記各凸条の幅が５ｍｍよりも大きくて２０００ｍｍよりも小さい、凸条付き金属板。
9. 表面及び裏面にそれぞれ凸条を備えた構造部品であって、
   部分的に強度の必要な補強領域を有し、その補強領域の表面及び裏面に凸条が配置された、構造部品。
   
   

Images