WO2012096085A1 - 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

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 Download PDF

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高橋　昌也
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住友軽金属工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a plate material having increased rigidity by forming an uneven portion, and a vehicle panel and a laminated structure configured using the plate material.
  • Patent Document 1 proposes a material in which a large number of protrusions are formed by embossing in order to ensure sufficient rigidity without increasing the plate thickness. Further, not only heat insulators but also plate materials having improved rigidity by forming uneven portions such as embossing for various uses have been proposed (Patent Documents 2 to 7).
  • Japanese Patent No. 4388558 Japanese Patent No. 3332353 JP 2000-257441 A JP-A-9-254955 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-288643 JP 2002-307117 A JP 2002-321018 A
  • a plate material having a corrugated shape or a large number of uneven portions formed on the plate material has higher rigidity than a flat plate having no uneven portions.
  • the rigidity of the plate material provided with the corrugated shape is directional, and although the rigidity is improved in one direction, a desired rigidity improvement effect may not be obtained in the other direction.
  • the rigidity improvement effect is about twice that of the flat plate not forming the concave and convex portions.
  • the weight reduction effect is about 20%, which does not necessarily satisfy the requirement.
  • the present invention has been made in view of such problems, and is a plate material having improved rigidity by providing uneven portions, and a plate material having a pattern of uneven portions having a higher rigidity improving effect than before, and this It is an object of the present invention to provide a used vehicle panel and a laminated structure.
  • One aspect of the present invention is a plate material having increased rigidity by forming an uneven portion
  • the concavo-convex portion is based on a first reference surface, an intermediate reference surface, and a second reference surface, which are virtual three surfaces sequentially arranged in parallel at intervals,
  • the intermediate reference plane has a grid of creases made of virtual rectangles of the same size
  • a direction parallel to one side of the virtual rectangle forming the ridge is defined as an X direction
  • a direction perpendicular to the X direction is defined as a Y direction
  • three ridges continuous in the X direction are X regions
  • three ridges continuous in the Y direction are Y regions
  • One X region is arranged at both ends of one Y region so that the end of the Y region and the center ridge of the X region are in contact with each other.
  • a region formed by arranging one Y region so that the end and the center ridge of the Y region touch each other is defined as a first reference region
  • the first reference areas are arranged in the same direction, and a plurality of the first reference areas in the X direction are arranged in a line with the first reference areas open at a glance.
  • the first reference region rows adjacent in the Y direction on the intermediate reference surface are arranged at positions moved by three squares in the X direction, In the intermediate reference plane, all areas other than the first reference area are defined as second reference areas, A first region projecting from the first reference region defined on the intermediate reference surface toward the first reference surface; and a second reference region defined on the intermediate reference surface from the first reference surface.
  • the first region includes a first top surface obtained by projecting the first reference region on the first reference surface with the same magnification or reduction, a contour of the first top surface, and a contour of the first reference region.
  • the first side to be connected The second region includes a second top surface obtained by projecting the second reference region on the first reference surface or the second reference surface with the same or reduced magnification, the outline of the second top surface, and the second top surface. It is in the board
  • Another aspect of the present invention is a laminated structure formed by laminating a plurality of plate members, wherein at least one of the plate members is a plate member having the uneven portions.
  • Still another aspect of the present invention is a vehicle panel having an outer panel and an inner panel joined to the back surface of the outer panel, wherein one or both of the outer panel and the inner panel has the uneven portion.
  • the vehicle panel is characterized by comprising a plate material.
  • the concavo-convex portion is defined on the intermediate reference plane and a first region protruding from the first reference region defined on the intermediate reference plane toward the first reference plane. Any one of a second region protruding from the second reference region to the first reference surface or the second reference surface and a planar region formed on the intermediate reference surface based on the second reference region Or both are provided.
  • the plate material having the concavo-convex portion is a plate material excellent in bending rigidity and energy absorption characteristics.
  • the reason why the rigidity is improved is considered as follows. That is, the first region includes the first top surface disposed on the first reference surface disposed at a position away from the neutral surface of the plate material, and the first side surface intersecting the thickness direction of the plate material. It consists of.
  • the second region includes the second top surface disposed on the first reference surface or the second reference surface, and the second side surface intersecting the thickness direction of the plate material.
  • the planar area is formed based on the second reference area disposed on the intermediate reference plane. Therefore, many materials can be arranged at positions away from the neutral surface of the plate material. Therefore, many materials can be used effectively, and the rigidity improvement effect can be enhanced.
  • the first region and the second region are formed on the basis of the first reference region and the second reference region in which the shape and positional relationship are set as described above.
  • the secondary moment of the cross section can be improved even in any cross section, and an uneven shape having an excellent rigidity improving effect and less rigidity anisotropy can be obtained.
  • This makes it possible to reduce the weight of the material with a small thickness because the necessary rigidity can be obtained.
  • the improvement in rigidity it is possible to obtain the effect of improving the vibration damping property and the effect of suppressing the sound echo due to the uneven shape.
  • a laminated structure having very high rigidity can be easily obtained by using a plate member having an uneven portion having a rigidity improving effect as described above as a part of the laminated structure.
  • the plate member having the uneven portion having the rigidity improving effect as described above for one or both of the outer panel and the inner panel, a vehicle panel having a very high rigidity can be easily obtained. be able to.
  • FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an intermediate reference plane in the first embodiment.
  • grooved part which consists of a 1st area
  • FIG. The partial expanded sectional view in the BB arrow directional cross section of FIG.
  • FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view taken along the line CC in FIG. Explanatory drawing which shows the cylindrical material which has an uneven
  • a shape such as a rectangle is not limited to a geometrically narrow concept, and generally includes a shape that can be recognized as the above shape, and each side is slightly curved.
  • a so-called fillet curved surface in which roundness and the like necessary for molding are formed at corners and surfaces.
  • parallelism is not limited to a geometrically narrow concept, and may be anything that can be generally recognized as parallel.
  • the configuration of the concavo-convex portion varies depending on whether one or both of the second region and the planar region are formed based on the second reference region.
  • the concavo-convex portion is constituted by the first region and the second region.
  • the second region is formed so as to protrude from the intermediate reference surface toward the first reference surface.
  • the second region is formed on the second reference surface arranged on the first reference surface.
  • a second side surface disposed between the first reference surface and the intermediate reference surface.
  • the second region is the second apex arranged on the second reference surface.
  • a second side surface disposed between the second reference surface and the intermediate reference surface.
  • the uneven portion is constituted by the first region and the planar region. Further, both the second region and the planar region can be formed based on the second reference region. In this case, the uneven portion is constituted by the first region, the second region, and the planar region.
  • the obtained rigidity and its anisotropy can be changed as appropriate.
  • the shape of the concavo-convex portion formed by two or more regions among the first region, the second region, and the planar region to be formed is regularly formed.
  • the uneven portion has an irregular shape, a local change in rigidity occurs, and the rigidity and its anisotropy may become unstable.
  • the second region is formed so as to protrude from the intermediate reference surface toward the first reference surface and when the planar region is formed, 2 of the first reference surface and the intermediate reference surface.
  • the second region is formed so as to protrude from the intermediate reference surface toward the second reference surface with reference to two surfaces, the first reference surface, the intermediate reference surface, and the second reference surface Three planes are used as a reference.
  • first top surface may be configured by the surface of the first reference surface, or by a portion protruding from the first reference surface in a direction opposite to the direction in which the intermediate quasi-surface is arranged. It can also be configured.
  • second top surface in the case where the second region is provided may be configured by the surface of the first reference surface or the second reference surface, or in the same direction as the protruding direction of the second region. It can also be constituted by a protruding part. Examples of the shape of the protruding portion include a dome shape, a ridge line shape, and a cone shape, but are not limited thereto.
  • the length L (mm) of one side forming the ridge and the length M (mm) of a side orthogonal to the one side have a relationship of 0.5L ⁇ M ⁇ 2L.
  • M is less than 0.5L and exceeds 2L, it is not preferable because molding may become difficult and anisotropy of bending rigidity may increase.
  • the inclination angle ⁇ 1 (°) of the first side surface with respect to the intermediate reference plane is in the range of 10 ° to 90 °
  • the inclination angle ⁇ 2 (°) of the second side surface with respect to the intermediate reference plane is It is preferably in the range of 10 ° to 90 °.
  • grooved part shape which has the outstanding rigidity improvement effect can be obtained, ensuring a moldability.
  • the protruding heights of the first region and the second region are increased. This makes it difficult to improve the rigidity.
  • the upper limit values of the inclination angle ⁇ 1 (°) of the first side surface and the inclination angle ⁇ 2 (°) of the second side surface are 70 ° or less due to the problem of formability.
  • a more preferable range is 10 ° to 70 °.
  • the said 1st side surface and the said 2nd side surface are comprised by several surfaces, all of those surfaces do not need to be the same inclination angles, and you may change an inclination angle according to a site
  • the plate material having the excellent uneven portion can be deformed into various shapes, and the application can be expanded.
  • the concavo-convex portion is formed by press-molding the metal plate.
  • the metal plate can be easily formed with uneven portions by performing plastic working such as press forming such as embossing or roll forming. Therefore, in the case of a metal plate, it is relatively easy to apply the above excellent uneven shape.
  • various materials that can be plastically processed such as aluminum alloy, steel, and copper alloy can be applied.
  • plate material has the said uneven
  • it is effective also in materials other than a metal,
  • it can also be set as the laminated material or composite material of a resin board, resin, and a metal. If it is a resin material or the like, the uneven portion can be formed by injection molding or hot pressing. Resin materials are less subject to molding restrictions than metal materials, and the degree of freedom in design is wider.
  • the plate thickness t (mm) before forming the metal plate is preferably 0.03 to 6.0 mm.
  • the thickness of the metal plate is less than 0.03 mm or more than 6.0 mm, there is little need to improve the rigidity for use.
  • the ratio L / t between the length L (mm) of one side forming the ridge and the plate thickness t (mm) is preferably 10 to 2000. If the ratio L / t is less than 10, molding may be difficult. On the other hand, if the ratio L / t exceeds 2000, a sufficient uneven portion shape cannot be formed and rigidity is reduced. There is a risk of problems.
  • the largest inclination angle ⁇ 1 formed by the ratio H 1 / t between the protrusion height H 1 (mm) of the first region and the plate thickness t (mm), and the first side surface and the intermediate reference surface. (°) has a relationship of 1 ⁇ (H 1 / t) ⁇ ⁇ 3 ⁇ 1 +272, and the ratio H 2 between the protrusion height H 2 (mm) of the second region and the plate thickness t (mm).
  • / T and the largest inclination angle ⁇ 2 (°) formed by the second side surface and the intermediate reference surface preferably have a relationship of 1 ⁇ (H 2 / t) ⁇ ⁇ 3 ⁇ 2 +272.
  • the ratio H 1 / t When the ratio H 1 / t is less than 1, there may be a problem that the effect of improving the rigidity by forming the first region cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the ratio H 1 / t exceeds ⁇ 3 ⁇ 1 +272, there is a possibility that a problem that molding becomes difficult may occur. Similarly, when the ratio H 2 / t is less than 1, there may be a problem that the rigidity improvement effect by forming the second region cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the ratio H 2 / t exceeds ⁇ 3 ⁇ 2 +272, there is a possibility that a problem that molding becomes difficult may occur.
  • grooved part can be made into the core material of 1 sheet, and can be set as the laminated body of the three-layer structure which consists of a flat faceplate each arrange
  • a structure in which such a basic structure is repeated that is, a multilayer structure in which a plurality of plate members having the above-described uneven portions are laminated on each other via a flat face plate.
  • a structure in which a plate material having a plurality of uneven portions is directly laminated to form a core material, and a flat face plate is bonded to the surface of one side or both sides thereof can also be adopted.
  • it can also be set as the laminated structure of the state which only laminated
  • the number of laminated plate members can be changed according to the application and required characteristics.
  • the vehicle panel is applicable not only to automobile hoods, but also to panels and reinforcing members such as doors, roofs, floors, and trunk lids, and energy absorbing members such as bumpers, crash boxes, and door beams.
  • a steel plate, an aluminum alloy plate, etc. can be used as the outer panel and the inner panel.
  • the outer panel is made of an aluminum alloy plate, for example, a 6000 series alloy is preferable because it is relatively inexpensive.
  • the inner panel is made of an aluminum alloy plate, for example, a 5000 series alloy plate is preferable because of its relatively good formability.
  • Example 1 Examples relating to a plate member having an uneven portion will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 1 shows a plan view of a plate 1 having an uneven portion 20 shown in this example, and a broken line shown in the drawing shows an intersection line between the intermediate reference plane K3 and the uneven portion 20.
  • FIG. FIG. 3 shows the shape of the concavo-convex portion 20 of the plate 1 shown in this example by the arrangement of the first reference region 213 and the second reference region 223 on the intermediate reference plane K3.
  • thick solid lines indicate the outlines of the first reference area 213 and the second reference area 223, and the thin solid line drawn inside the outline of the first reference area 213 indicates the X area 214.
  • the broken line in the figure shows the outline of the virtual cage
  • Symbols L1 and L2 written inside the first reference area 213 indicate the first reference area row to which the first reference area 213 belongs.
  • the plate material 1 of the present example has increased rigidity by forming an uneven portion 20.
  • the uneven portion 20 is configured as follows.
  • the concavo-convex portion 20 is based on a first reference plane K1, an intermediate reference plane K3, and a second reference plane K2, which are three virtual planes arranged sequentially in parallel at intervals.
  • the intermediate reference plane K3 is assumed to form a grid in which ridges 24 made up of virtual rectangles (squares) of the same size are spread, and is parallel to one side of the virtual rectangle forming the ridges 24.
  • the direction is the X direction
  • the direction perpendicular to the X direction is the Y direction.
  • X region 214 three ridges 24 continuous in the X direction are referred to as an X region 214, and three ridges 24 continuous in the Y direction are referred to as a Y region 215.
  • One X region 214 is arranged at both ends of one Y region 215 so that the end of the Y region 215 and the center ridge of the X region 214 are in contact with each other.
  • a region in which the Y regions 215 are arranged one by one so that the end of the X region 214 and the center ridge of the Y region 215 are in contact with each other is referred to as a first reference region 213.
  • the first reference areas 213 are arranged in the same direction, and the plurality of first reference areas 213 are arranged in a row with the first reference areas 213 opened in the X direction.
  • a plurality of first reference region rows L1 and L2 are formed.
  • the first reference region rows L1 and the first reference region rows L2 are alternately arranged, and the adjacent first reference region rows L1, L2 are 3 in the X direction. It is placed at the position moved by one square.
  • all regions other than the first reference region 213 on the intermediate reference surface K3 are defined as the second reference region 223.
  • the concavo-convex portion 20 is a first region that protrudes from the first reference region 213 (FIG. 3) defined on the intermediate reference surface K3 (FIG. 3) toward the first reference surface K1.
  • the first region 21 connects the first top surface 211 obtained by reducing and projecting the first reference region 213 onto the first reference surface K1, and the contour of the first top surface 211 and the contour of the first reference region 213. It consists of the first side surface 212.
  • the second region 22 connects the second top surface 221 obtained by reducing and projecting the second reference region 223 onto the second reference surface K2, and the contour of the second top surface 221 and the contour of the second reference region 223.
  • the second side 222 is formed.
  • the first reference plane K1, the intermediate reference plane K3, and the second reference plane K2 in this example are planes parallel to each other.
  • the first top surface 211 is configured such that the plate thickness center thereof overlaps with the first reference surface K1
  • the second top surface 221 is configured so that the plate thickness center thereof overlaps with the second reference surface K2. Yes.
  • the distance to the projection height H 1 between the first reference surface K1 and the intermediate reference plane K3, in the present embodiment, the protruding height H 1 of the first region 21 was set to 1.5 mm.
  • the distance to the protruding height H 2 of between the second reference plane K2 and the intermediate reference plane K3, in the present embodiment, the protruding height H 2 of the second region 22 was set to 1.5 mm.
  • the length L (mm) of the side arranged in parallel with the X direction forming the flange 24 and the length M (mm) of the side arranged in parallel with the Y direction are both 8 mm.
  • 24 has a square shape.
  • the inclination angle ⁇ 1 of the first side surface 212 with respect to the intermediate reference plane K3 and the inclination angle ⁇ 2 of the second side surface 222 with respect to the intermediate reference plane K3 are both 30 °.
  • the concavo-convex portion 20 is formed by press molding using a pair of molds.
  • molding method can also employ
  • the ratio L / t between the length L (mm) of the side arranged parallel to the X direction and the thickness t (mm) of the aluminum plate is 26.67, and is within the range of 10 to 2000. is there.
  • the ratio H 1 / t between the protrusion height H 1 (mm) of the first region 21 and the plate thickness t (mm) is 5.
  • the ratio H 2 / t between the protrusion height H 2 (mm) of the second region 22 and the plate thickness t (mm) is 5.
  • the concavo-convex portion 20 includes the first region 21 projecting from the first reference region 213 defined on the intermediate reference surface K3 toward the first reference surface K1, and the first region 21 defined on the intermediate reference surface K3. And a second region 22 projecting from the second reference region 223 toward the second reference plane K2.
  • the first region 21 includes a first top surface 211, and a first side surface 212 that connects the contour of the first top surface 211 and the contour of the first reference region 213. It consists of a top surface 221 and a second side surface 222 that connects the contour of the second top surface 221 and the contour of the second reference region 223.
  • grooved part 20 of this example becomes excellent in the energy absorption characteristic while being excellent in bending rigidity.
  • the reason why the rigidity is improved is considered as follows. That is, as shown in FIG. 2, the first region 21 includes a first top surface 211 disposed on the first reference surface K ⁇ b> 1 disposed at a position away from the neutral surface of the plate material 1, and the thickness direction of the plate material 1. And a first side surface 212 intersecting with.
  • the second region 22 includes a second top surface 221 disposed on the second reference surface K2 disposed at a position away from the neutral surface of the plate 1 and a second side surface that intersects the thickness direction of the plate 1. 222. Therefore, many materials can be arranged at positions away from the neutral surface of the plate 1. Therefore, many materials can be used effectively, and the rigidity improvement effect can be enhanced.
  • first region 21 and the second region 22 are formed on the basis of the first reference region 213 and the second reference region 223 in which the shape and positional relationship are set as described above.
  • the shape and positional relationship of the first reference region 213, which is the basic shape, are set as described above.
  • FEM analysis In order to quantitatively determine the rigidity improvement effect of the plate material 1 of this example, bending rigidity evaluation by a cantilever beam using FEM analysis was performed. In the FEM analysis, bending rigidity was evaluated in three directions of 0 °, 45 °, and 90 ° by changing the formation direction of the uneven portion 20 in the test piece.
  • the shape of the test piece used for the FEM analysis has a rectangular shape of 120 mm ⁇ 120 mm, and an uneven portion 20 is formed on the entire surface.
  • one end was used as a fixed end, and the end arranged opposite to the fixed end was used as a free end.
  • a 1N load was applied to the central portion of the side forming the free end, and the amount of deflection of the plate 1 was determined by performing FEM analysis. The evaluation was performed by comparing the amount of deflection obtained by performing the same FEM analysis on a flat base plate on which the uneven portion 20 was not formed.
  • the plate 1 having the uneven portion 20 shown in this example has a rigidity magnification G 12.22 times that of the flat plate even in the 90 ° direction where the effect of improving the bending rigidity is the lowest, and is lighter.
  • the rate W (%) is expected to be at least about 56%.
  • the shape of the uneven portion 20 in the 135 ° direction is the same as the 45 ° direction
  • the shape of the uneven portion 20 in the 180 ° direction is the same as the 0 ° direction. Therefore, as a result of the FEM analysis, the 135 ° direction and the 45 ° direction are the same, and the 180 ° direction and the 0 ° direction are the same.
  • Example 2 The board
  • This example shows an example in which the configuration of the concavo-convex portion 20 is changed using the same intermediate reference plane K3 (FIG. 3) as in the first embodiment.
  • the first reference plane K1 and the intermediate reference plane K3 are used as a reference, and the second reference plane K2 is not used.
  • the plate member 1 shown in FIG. 4 has a concavo-convex portion 20 constituted by a first region 21 and a second region 22 protruding toward the first reference plane K1.
  • the second region 22 of the present example includes a second top surface 221 obtained by reducing and projecting the second reference region 223 (FIG. 3) onto the first reference surface K1, and the second top surface 221.
  • the second side surface 222 connects the contour of the top surface 221 and the contour of the second reference region 223.
  • the second region 22 of this example is formed so as to protrude from the intermediate reference surface K3 to the first reference surface K1, and the protruding direction is opposite to that of the first embodiment. Accordingly, in the present embodiment, the protruding height H 2 of the second region 22 and the protruding height H 1 of the first region 21 is the same.
  • Other configurations of the first region 21 and the second region 22 are the same as those in the first embodiment.
  • Example 3 The board
  • This example shows an example in which the configuration of the concavo-convex portion 20 is changed using the same intermediate reference plane K3 (FIG. 3) as in the first embodiment.
  • the first reference plane K1 and the intermediate reference plane K3 are used as a reference, and the second reference plane K2 is not used.
  • FIG. 6 has a concavo-convex portion 20 composed of a first region 21 and a planar region 23.
  • the planar region 23 is formed by the outline of the second reference region 223 (FIG. 3) on the intermediate reference plane K ⁇ b> 3 (FIG. 3).
  • the configuration of the first region 21 is the same as that in the first embodiment.
  • the plate material 1 having the concavo-convex portion 20 shown in this example it is possible to obtain the plate material 1 having a small bending rigidity anisotropy and a high bending rigidity improvement effect.
  • Example 4 the concavo-convex portion 20 is provided on the cylindrical material 11.
  • the first reference plane K1, the intermediate reference plane K3, and the second reference plane K2 are formed of cylindrical curved surfaces arranged in parallel.
  • the intermediate reference plane K3 of this example is obtained by curving the intermediate reference plane K3 having a flat shape described in any of the first to third embodiments into a cylindrical shape.
  • the configurations of the first region 21, the second region 22, and the planar region 23 that form the uneven portion 20 are the same as those in the first and second embodiments.
  • the plate member 1 having the concavo-convex portion 20 having excellent characteristics can be deformed into various shapes, and the application can be expanded.
  • the rigidity can be increased without increasing the thickness of the material.
  • the cylindrical material 11 of this example has excellent energy absorption characteristics. Therefore, high rigidity and excellent energy absorption characteristics can be imparted by using it in a vehicle body such as an automobile.
  • the laminated structure 5 is configured using the plate material 1 having the uneven portion 20 of Example 1 as a core material. That is, the laminated structure 5 is formed by bonding the face plates 42 and 43 to the surfaces on both sides of the core material made of the single plate material 1 having the uneven portion 20.
  • the face plates 42 and 43 are made of an aluminum alloy plate having a material of 3000 series and a plate thickness of 1.0 mm.
  • the laminated structure 5 of the present example uses the plate material 1 having the uneven portion 20 having excellent rigidity as described above as a core material, and the first top surface 211 of the first region 21 and the second region 22 of the second region 22.
  • the laminated structure 5 having a remarkably higher rigidity than the case of the plate 1 alone having the uneven portion 20 is obtained.
  • both the plate 1 and the face plates 42 and 43 are made of an aluminum alloy plate, the weight can be reduced.
  • the face plates 42 and 43 it is possible to obtain the effect of improving the vibration damping property accompanying the improvement of the rigidity and the effect of improving the sound absorption by enclosing the air layer.
  • a Helmholtz type sound absorbing structure is obtained, and the sound absorbing property can be further improved.
  • a metal plate other than an aluminum alloy for example, a steel plate, a titanium plate, a resin plate, or the like can be applied.
  • the plate 1 described in any of the first to third embodiments is used as an inner panel, and the surface on the first reference plane K1 side of the plate 1 is on the back side of the outer panel 61. It is an example of the vehicle panel 6 arrange
  • the inner panel is joined to the outer panel 61 by hem processing or the like at the outer peripheral portion thereof.
  • grooved part 20 is not limited,
  • plate material 1 is arrange
  • the plate 1 having the concavo-convex portion 20 constituting the inner panel is excellent in the rigidity improving effect as described above, the energy of the primary collision and the secondary collision when the pedestrian collides. It is excellent in the property of absorbing the energy. In addition, it is possible to obtain the effect of improving the vibration damping property accompanying the improvement of the rigidity and the effect of improving the sound absorption by enclosing the air layer.
  • grooved part 20 was used as an inner panel, it can be used for any one or both of an inner panel and the outer panel 61.

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である。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には、特定の形状を有する第１基準領域２１３と、第１基準領域２１３以外の全ての領域である第２基準領域２２３とを配してある。凹凸部２０は、第１領域２１と、第２領域２２又は平面領域２３いずれか一方又は両方によって形成される。

Description

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
　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。
　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）。
特許４３８８５５８号公報 特許３３３２３５３号公報 特開２０００－２５７４４１号公報 特開平９－２５４９５５号公報 特開２０００－２８８６４３号公報 特開２００２－３０７１１７号公報 特開２００２－３２１０１８号公報
　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、より剛性を向上し、かつ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。
　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。
　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る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。
実施例１における、凹凸部を有する板材の平面図。 図１のＡ－Ａ線矢視断面における、部分拡大断面図。 実施例１における、中間基準面を示す説明図。 実施例２における、第１領域と第２領域からなる凹凸部を有する板材の平面図。 図４のＢ－Ｂ線矢視断面における、部分拡大断面図。 実施例３における、第１領域と平面領域からなる凹凸部を有する板材の平面図。 図６のＣ－Ｃ線矢視断面における、部分拡大断面図。 実施例４における、凹凸部を有する円筒材を示す説明図。 実施例５における積層構造体の展開説明図。 実施例６における車両パネルの展開説明図。
　本明細書において、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、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か一方又は両方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。
　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、上記第１基準面及び上記中間基準面の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、上記第１基準面、上記中間基準面及び上記第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。
　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。
　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。
　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。
　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、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。
（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３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。
　本例の板材１は、図１～図３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。
　中間基準面Ｋ３上には、図３に示すごとく、第１基準領域２１３が同じ向きで配列されており、Ｘ方向において複数の第１基準領域２１３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Ｌ１、Ｌ２が複数形成してある。中間基準面Ｋ３上のＹ方向において、第１基準領域列Ｌ１と第１基準領域列Ｌ２とは、交互に配されると共に、隣接する第１基準領域列Ｌ１、Ｌ２は、互いにＸ方向に３つの枡目分移動した位置に配してある。また、中間基準面Ｋ３において、第１基準領域２１３以外の全ての領域を第２基準領域２２３とした。
　凹凸部２０は、図１及び図２に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図３）上において定められた第１基準領域２１３（図３）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３）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、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、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。
　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。
　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。
　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。基本形状である第１基準領域２１３の形状及び位置関係を上記のごとく設定してある。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。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。
（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。
　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。
＜０°方向＞
　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。
＜４５°方向＞
　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。
＜９０°方向＞
　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。
　上記のＦＥＭ解析の結果、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９０°方向においても、平板に比べ１２．２２倍の剛性倍率Ｇを有し、軽量化率Ｗ（％）は少なくとも５６％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。
（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。
　図４に示す板材１は、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４及び図５に示すごとく、第２基準領域２２３（図３）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、本例において、第２領域２２の突出高さＨ2と第１領域２１の突出高さＨ1とは同一である。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。
（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。
　図６に示す板材１は、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６及び図７に示すごとく、中間基準面Ｋ３（図３）上において第２基準領域２２３（図３）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。
　本例に示す凹凸部２０を有する板材１においても、曲げ剛性の異方性が少なく、高い曲げ剛性向上効果を有する板材１を得ることができる。
（実施例４）
　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。
　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。
　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る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。
（実施例６）
　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。
　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。

Claims (10)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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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