WO2020084819A1 - 金属屋根材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明による金属屋根材は、幅方向が屋根の軒方向に延在するとともに、奥行方向が屋根の軒棟方向に延在するように屋根下地の上に配置され、屋根の軒棟方向に関して軒側の金属屋根材に重ねて配置されるように適合された金属屋根材であって、金属板を素材とする表基材と、表基材に設けられた天板と、天板に形成され、奥行方向に沿って互いに平行に線状に延在された複数の凸部７とを備え、複数の凸部７は、少なくとも２種類の凸部７１，７２を含み、少なくとも１種類の凸部７１の曲げ肩部に残る残留応力の大きさが他の種類の凸部７２の曲げ肩部に残る残留応力の大きさと異なる。

Description

金属屋根材及びその製造方法

　本発明は、金属製の表基材を有する金属屋根材及びその製造方法に関する。

　従来用いられていたこの種の金属屋根材としては、例えば下記の特許文献１等に示されている構成を挙げることができる。すなわち、従来の金属屋根材は、重ね葺きを行うための金属屋根材であって、屋根の上に配置された際に棟軒方向に沿う複数の線状の凸部が表基材の天板（表面）に形成されている。各凸部の高さは互いに等しくされている。このような凸部が天板に形成されることで、金属屋根材の意匠性の向上が図られるとともに、金属屋根材の天板を伝う雨水又は結露水等の水分の流れを円滑とすることによる金属屋根材の耐久性の向上が図られている。

特開２０１５－７１９２７号公報

　上記のような従来の金属屋根材では、複数の線状の凸部を表基材の天板に形成している。このような凸部をプレス成形によるエンボス加工によって表基材の天板に形成すると、プレス成形の型から表基材を離した後に、表基材に反りが生じてしまう。表基材の反りは、撓み等の形状不良を金属屋根材に生じさせる原因となる。凸部の高さを一様に低くすれば表基材の反りを低減できるが、凸部の高さを一様に低くすると金属屋根材の意匠性が低下してしまう。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、金属屋根材の意匠性の低下を抑えつつ、表基材の反りを低減できる金属屋根材及びその製造方法を提供することである。

　本発明に係る金属屋根材は、幅方向が屋根の軒方向に延在するとともに、奥行方向が屋根の軒棟方向に延在するように屋根下地の上に配置され、屋根の軒棟方向に関して軒側の金属屋根材に重ねて配置されるように適合された金属屋根材であって、金属板を素材とする表基材と、表基材に設けられた天板と、天板に形成され、奥行方向に沿って互いに平行に線状に延在された複数の凸部とを備え、複数の凸部は、少なくとも２種類の凸部を含み、少なくとも１種類の凸部の曲げ肩部に残る残留応力の大きさが他の種類の凸部の曲げ肩部に残る残留応力の大きさと異なる。

　また、本発明に係る金属屋根材は、幅方向が屋根の軒方向に延在するとともに、奥行方向が屋根の軒棟方向に延在するように屋根下地の上に配置され、屋根の軒棟方向に関して軒側の金属屋根材に重ねて配置されるように適合された金属屋根材であって、金属板を素材とする表基材と、表基材に設けられた天板と、天板に形成され、奥行方向に沿って互いに平行に線状に延在された複数の凸部とを備え、複数の凸部は、少なくとも２種類の凸部を含み、少なくとも２種類の凸部は、互いに高さが異なる。

　本発明に係る金属屋根材の製造方法は、金属板の天板に相当する領域に少なくとも２種類の凸部を形成する工程であって、少なくとも１種類の凸部の加工向きを他の種類の凸部の加工向きと異ならせて、少なくとも１種類の凸部の曲げ肩部に残る残留応力の大きさを他の種類の凸部の曲げ肩部に残る残留応力の大きさと異ならせる工程を含む。

　また、本発明に係る金属屋根材の製造方法は、金属板の天板に相当する領域に少なくとも２種類の凸部を形成する工程を含み、少なくとも２種類の凸部は、互いに高さが異なり、少なくとも２種類の凸部に対応する凹凸がそれぞれ設けられた上型及び下型を有し、上型及び下型の相対的な変位により上型及び下型の間に金属板を挟み込むプレス成形機により複数の凸部を形成する。

　本発明の金属屋根材及びその製造方法によれば、少なくとも１種類の凸部の曲げ肩部に残る残留応力の大きさが他の種類の凸部の曲げ肩部に残る残留応力の大きさと異なるか、又は少なくとも２種類の凸部の高さが互いに異なるので、金属屋根材の意匠性の低下を抑えつつ、表基材の反りを低減できる。

本発明の実施の形態による金属屋根材を示す平面図である。 図１の金属屋根材を示す底面図である。 図１の線ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う金属屋根材の断面図である。 図１の線ＩＶ－ＩＶに沿う凸部の断面図である。 図４の凸部の変形例を示す断面図である。 図４の凸部の別の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態による金属屋根材の製造方法を示すフローチャートである。 一般的なプレス成形機によるエンボス加工を示す説明図である。 図７のエンボス加工工程で実施されるエンボス加工を示す説明図である。 実施例において反り量を測定した結果を示すグラフである。 実施例において形状を測定した結果を示す説明図である。 図１の線ＸＩ－ＸＩに沿う位置における高さ分布を示すグラフである。 図１２の表基材（ａ）及び（ｂ）から製造した金属屋根材について幅方向の所定範囲内における反り高さを示すグラフである。 比較例における凸部の曲げ肩部に残る残留応力の分布を示す説明図である。 発明例における第１凸部の曲げ肩部に残る残留応力の分布を示す説明図である。

　以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。本発明は各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。

　図１は本発明の実施の形態による金属屋根材１を示す平面図であり、図２は図１の金属屋根材１を示す底面図であり、図３は図１の線ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う金属屋根材１の断面図である。

　図１～図３に示す金属屋根材１は、幅方向１Ｗ（長手方向）及び奥行方向１Ｄ（短手方向）を有する平面視矩形の部材であり、家屋等の建物の屋根下地の上に他の金属屋根材とともに配置されるものである。金属屋根材１は、幅方向１Ｗが屋根の軒方向に延在するとともに、奥行方向１Ｄが屋根の軒棟方向に延在するように配置されるように適合されている。また、金属屋根材１は、屋根の軒棟方向に関して軒側の金属屋根材に重ねて配置されるように適合されている。金属屋根材１は、例えばビス又は釘等の緊結部材が打ち込まれることで屋根下地に緊結される。

　図３に特に表れているように、金属屋根材１は、表基材２、裏基材３及び芯材４を有している。

　表基材２は、金属板を素材とするものであり、金属屋根材１が屋根下地の上に配置された際に屋根の外面に表れる部材である。表基材２の素材である金属板としては、溶融Ｚｎ系めっき鋼板、溶融Ａｌめっき鋼板、溶融Ｚｎ系めっきステンレス鋼板、溶融Ａｌめっきステンレス鋼板、ステンレス鋼板、Ａｌ板、Ｔｉ板、塗装溶融Ｚｎ系めっき鋼板、塗装溶融Ａｌめっき鋼板、塗装溶融Ｚｎ系めっきステンレス鋼板、塗装溶融Ａｌめっきステンレス鋼板、塗装ステンレス鋼板、塗装Ａｌ板又は塗装Ｔｉ板を用いることができる。

　表基材２には、天板５０及び周壁５１を有する箱形の本体部５が設けられている。本体部５は、絞り加工又は張り出し加工を含む成形加工を平板状の金属板に施すことで形成されることができる。天板５０は、表基材２の表面に現れる板部であり、幅方向１Ｗ及び奥行方向１Ｄに延在する略矩形の外形を有している。周壁５１は、天板５０の外縁から金属屋根材１の裏面側に向けて延出された壁である。本実施の形態の周壁５１は、表基材２の周方向に連続されている。

　裏基材３は、本体部５の開口を塞ぐように表基材２の裏側に配置された部材である。裏基材３としては、アルミ箔、アルミ蒸着紙、水酸化アルミ紙、炭酸カルシウム紙、樹脂フィルム又はガラス繊維紙等の軽量な素材を用いることができる。これらの軽量な素材を裏基材３に用いることで、金属屋根材１の重量が増大することを回避することができる。裏基材３として表基材２と同様の金属板を用いてもよい。

　芯材４は、例えば発泡樹脂等により構成されるものであり、表基材２の本体部５と裏基材３との間に充填されている。芯材４の素材としては、特に制限が無く、ウレタンフォーム、フェノールフォーム、イソシアヌレートフォーム等を用いることができる。ただし、屋根材においては不燃認定材料を使用することが必須となる。不燃材料認定試験は、ＩＳＯ５６６０－１コーンカロリーメーター試験法に準拠した発熱性試験が実施される。芯材４となる発泡樹脂が発熱量の多いウレタンフォームなどの場合は、本体部５の厚みを薄くしたり、発泡樹脂に無機発泡粒子を含有させたりすることができる。

　図１に戻り、本体部５の天板５０には、複数の打込表示部６と複数の凸部７とが形成されている。

　打込表示部６は、金属屋根材１に緊結部材を打ち込む位置を表すための構成であり、金属屋根材１の幅方向１Ｗに互いに離間して配置されている。本実施の形態の打込表示部６は、平面視円形の凹部により構成されている。しかしながら、打込表示部６は、例えば凸部、開口又は印刷若しくは刻設された記号等、緊結部材の打込み位置を作業者が視覚的又は触覚的に認識できる他の態様を採ることもできる。

　複数の凸部７は、天板５０の基面５０ａから突出された部分である。基面５０ａは、凸部７間の凹部の底面に相当する。各凸部７は、奥行方向１Ｄに沿って互いに平行に線状に延在されている。各凸部が互いに平行に延在するとは、各凸部が互いに厳密に平行に延在することのみならず、各凸部が互いに略平行（おおよそ同じ方向に沿って）に延在することも含む。また、各凸部７は、幅方向１Ｗに互いに離間して配置されている。図１では幅方向１Ｗに係る各凸部７の幅を互いに等しく示しているが、各凸部７の幅は互いに異なっていてもよい。また、図１では各凸部７の側辺が奥行方向１Ｄに沿う直線状であるように示しているが、各凸部７の側辺は揺らぎながら奥行方向１Ｄに延在されていてもよい。複数の凸部７は、全体として、奥行方向１Ｄに沿う雨水又は結露水等の水分の流れを円滑とすることができる流れ模様を構成している。

　次に、図４は、図１の線ＩＶ－ＩＶに沿う凸部７の断面図である。図４に示すように、本実施の形態の凸部７には、第１凸部７１と第２凸部７２とが含まれている。これら第１及び第２凸部７１，７２は、一対の側壁７１ａ，７２ａ及び頂面７１ｂ，７２ｂをそれぞれ有している。一対の側壁７１ａ，７２ａは、幅方向１Ｗに互いに離間して天板５０の基面５０ａから延出されている。頂面７１ｂ，７２ｂは、一対の側壁７１ａ，７２ａの上端間を接続している。

　これら第１及び第２凸部７１，７２は、互いに高さが異なる２種類の凸部を構成している。第１凸部７１の高さは、第２凸部７２の高さよりも低い。第１及び第２凸部７１，７２の高さは、天板５０の基面５０ａに垂直な方向に係る天板５０の基面５０ａと第１及び第２凸部７１，７２の頂面７１ｂ，７２ｂとの離間距離に相当する。例えば、第２凸部７２の高さを０．３ｍｍとし、第１凸部７１の高さを０．２ｍｍ、０．１５ｍｍ又は０．１ｍｍとすることができる。また、例えば、第２凸部７２の高さを０．２ｍｍとし、第１凸部７１の高さを０．１ｍｍとすることができる。

　後に詳しく説明するように、本実施の形態の金属屋根材１では、第１凸部７１の曲げ肩部に残る残留応力の大きさが第２凸部７２の曲げ肩部に残る残留応力の大きさと異なる。図４において第１及び第２凸部７１，７２にそれぞれ付している一対の円弧状の矢印は、第１及び第２凸部７１，７２の曲げ肩部に残る残留応力によって金属屋根材１の反りの原因となるモーメントの大きさを模式的に示している。

　本実施の形態の金属屋根材１では、第１及び第２凸部７１，７２は幅方向１Ｗに関して交互に配置されている。本実施の形態の金属屋根材１では、幅方向１Ｗに関して隣り合う凸部７の高さが互いに異なる。高さが低い第１凸部７１の両側に、高さが高い第２凸部７２が配置されている。

　次に、図５は、図４の凸部７の変形例を示す断面図である。図４では、一対の第２凸部７２の間に１つの第１凸部７１が配置されるように説明したが、図５に示すように、一対の第２凸部７２の間に２つ又は３つ以上の第１凸部７１が配置されてもよい。

　次に、図６は、図４の凸部７の別の変形例を示す断面図である。図４では２種類の凸部７（第１及び第２凸部７１，７２）が設けられるように説明したが、凸部７の種類は３種類以上であってもよい。図６では３種類の凸部７が設けられる例を示している。すなわち、第１及び第２凸部７１，７２に加えて第３凸部７３が設けられている。第３凸部７３の高さは、第１凸部７１の高さよりも高く、第２凸部７２の高さよりも低い。例えば、第２凸部７２の高さを０．３ｍｍとし、第３凸部７３の高さを０．２ｍｍとし、第１凸部の高さを０．１ｍｍとすることができる。図６の例では、第２凸部７２、第３凸部７３、第２凸部７２、第１凸部７１及び第２凸部７２の順に第１～第３凸部７１～７３が配置されている。この順で第１～第３凸部７１～７３を繰り返し配置してもよい。すなわち、３種類以上の凸部７を所定の順序で順に配置してもよい。

　図４～図６で示すように少なくとも２種類の凸部７を幅方向１Ｗに関して交互又は順に配置することが好ましいが、少なくとも２種類の凸部７をランダムな順序で配置してもよい。天板５０の幅方向１Ｗの全体にわたって少なくとも２種類の凸部７を図４～図６で示すように交互又は順に配置することが好ましいが、天板５０の幅方向１Ｗの一部において少なくとも２種類の凸部７を上述のように配置してもよい。なお、図４の円弧状の矢印と同様に、図５及び図６の第１凸部７１、第２凸部７２及び第３凸部７３の曲げ肩部に示している円弧状の矢印は、それぞれの曲げ肩部に残留している残留応力によって発生するモーメントの大きさを模式的に示したものである。

　次に、図７は、本発明の実施の形態による金属屋根材１の製造方法を示すフローチャートである。図１等で示した金属屋根材１は、図７に示す金属屋根材１の製造方法により製造することができる。本実施の形態の金属屋根材１の製造方法は、本体部５の形成工程（ステップＳ１）、エンボス加工工程（ステップＳ２）、樹脂注入工程（ステップＳ３）、裏基材３の配置工程（ステップＳ４）及び発泡工程（ステップＳ５）を含む。

　本体部５の形成工程（ステップＳ１）は、表基材２の素材である金属板に対して成形加工を施して、本体部５を形成する工程である。成形加工には、絞り加工又は張り出し加工が含まれる。本体部５の形成と同時に天板５０に打込表示部６を形成することができる。打込表示部６は本体部５の形成の前又は後に形成されてもよい。

　エンボス加工工程（ステップＳ２）は、天板５０に複数の凸部７を形成する工程である。このエンボス加工工程については、後に詳しく説明する。以降、天板５０に複数の凸部７が形成されたものを表基材素体と呼ぶ。

　樹脂注入工程（ステップＳ３）では、表基材素体の本体部５の内部に発砲樹脂が注入される。裏基材３の配置工程（ステップＳ４）では、本体部５の開口を塞ぐように表基材素体の裏側に裏基材３が配置される。発泡工程（ステップＳ５）では、表基材素体の裏側に裏基材３を配置した状態で裏基材３に圧力をかけながら発泡樹脂が発泡されて、本体部５の内部に芯材４が形成される。

　次に、図８は、一般的なプレス成形機によるエンボス加工（プレスエンボス加工）を示す説明図である。図８では、上型８０及び下型８１を有するプレス成形機により、高さが同じ１種類の凸部７を形成する場合（比較例）を示している。上型８０及び下型８１には、凸部７に対応する凹凸がそれぞれ設けられており、上型８０及び下型８１の相対的な変位により上型８０及び下型８１の間に金属板８２を挟み込むことにより図８（ｄ）に示す複数の凸部７が形成される。

　下型８１には、各凸部７に対応する下凸型８１ａが設けられている。上型８０には、凸部７間の凹部に対応する上凸型８０ａが設けられている。

　図８の（ａ）に示すように、プレスエンボス加工が始まる前、表基材２の素材である金属板８２は下凸型８１ａの頂面に載せられている。図８の（ｂ）に示すように、上型８０が降下されると、上凸型８０ａの頂面に接している金属板８２の領域が押し下げられる。また、この領域が押し下げられることに伴い、下凸型８１ａの頂面に接している金属板８２の領域の両端を起点として、この下凸型８１ａの頂面に接している金属板８２の領域の両側が下方に向けて折り曲げられる。このような押し下げ及び折り曲げは、図８の（ｃ）に示すように上型８０と下型８１との間に金属板８２が満たされるまで行われる。図８の（ｂ）及び（ｃ）に示す円弧状の矢印は、プレスエンボス加工中に金属板８２に作用する曲げ応力を示している。

　図８の（ｄ）に示すように、上型８０及び下型８１から金属板８２が取り外されると、凸部７の頂面７ｂの両側にはプレスエンボス加工中の曲げ応力とは逆向きの残留応力が残る。図８の（ｄ）の中に示している円弧状の矢印は、各凸部７の曲げ肩部に残る残留応力によって発生するモーメントを示す。このモーメントは、図８の（ｄ）に示すように金属板８２に反りを生じさせる原因となる。

　次に、図９は、図７のエンボス加工工程（ステップＳ２）で実施されるエンボス加工（プレスエンボス加工）を示す説明図である。本発明の実施の形態によるエンボス加工では、上型８０及び下型８１を有するプレス成形機により、高さが互いに異なる２種類の凸部７を形成する。図９の（ｅ）に示すように、凸部７は、第１凸部７１と、第１凸部７１よりも高さが高い第２凸部７２とを含んでいる。一対の第２凸部７２の間に１つの第１凸部７１が配置されている。上型８０及び下型８１には、第１及び第２凸部７１，７２に対応する凹凸がそれぞれ設けられており、上型８０及び下型８１の相対的な変位により上型８０及び下型８１の間に金属板８２を挟み込むことにより第１及び第２凸部７１，７２が形成される。

　下型８１には、第１凸部７１に対応する第１下凸型８１ａと、第２凸部７２に対応する第２下凸型８１ｂとが設けられている。上型８０には、第１及び第２凸部７１，７２間の凹部に対応する上凸型８０ａが設けられている。

　図９の（ａ）に示すように、プレスエンボス加工が始まる前、表基材２の素材である金属板８２は第２下凸型８１ｂの頂面に載せられている。図９の（ｂ）に示すように、上型８０が降下されると、上凸型８０ａの頂面に接している金属板８２の領域が押し下げられる。また、この領域が押し下げられることに伴い、第２下凸型８１ｂの頂面に接している金属板８２の領域の両端を起点として、この第２下凸型８１ｂに接している金属板８２の領域の両側が下方に向けて折り曲げられる。

　図９の（ｂ）に示す状態では、一対の上凸型８０ａの間において金属板８２に張力が作用する。この状態から上型８０がさらに降下されると、図９の（ｃ）に示すように第１下凸型８１ａとともに金属板８２が一対の上凸型８０ａの間に押し込まれる。このとき、第１下凸型８１ａの頂面に接している金属板８２の領域が押し上げられる。すなわち、第１凸部７１の加工向きは第２凸部７２の加工向きと異なる。このような押し上げは、図９の（ｄ）に示すように上型８０と下型８１との間に金属板８２が満たされるまで行われる。図９の（ｂ）～（ｄ）に示す円弧状の矢印は、プレスエンボス加工中に金属板８２に作用する曲げ応力を示している。

　上型８０及び下型８１から金属板８２が取り外されると、第１及び第２凸部７１，７２の頂面７１ｂ，７２ｂの両側にはプレスエンボス加工中の曲げ応力とは逆向きの残留応力が残り、それが原因となって、金属板８２に反りが発生する虞がある。ただし、図９に示す例では、第１凸部７１の曲げ肩部に残る残留応力の大きさが第２凸部７２の曲げ肩部に残る残留応力の大きさと異なっている。具体的には、第１凸部７１の曲げ肩部に残る残留応力の大きさは、第２凸部７２の曲げ肩部に残る残留応力よりも小さい。図９の（ｅ）において、第１凸部７１及び第２凸部７２の曲げ肩部に示している円弧状の矢印は、曲げ肩部に残留している残留応力によって発生するモーメントの大きさを模式的に示したものである。図９の金属板８２においては、第１凸部７１及び第２凸部７２の曲げ肩部の残留応力の大きさが異なることにより、図８に示す例と比較して金属板８２に生じるモーメントが小さくなり、その結果として金属板８２の反りが低減される。

　次に、実施例を挙げる。高さが異なる少なくとも２種類の凸部を金属板の短辺方向に沿って線状に形成することにより、凸部を形成した後の金属板の反りを抑制することが可能であることを確認するため、表１に示す条件の下、図８及び図９を用いて説明したプレスエンボス加工を素材金属板に施すことによりエンボス金属板の試験製造を行った。ここで言うエンボス金属板とは、金属屋根材１のような箱型の本体部５を有しない板状体である。また、高さが異なる凸部の配置がエンボス金属板の反りの大きさに及ぼす影響を調べるため、表２のように、凸部の配置が異なるタイプＡからタイプＧの７種類のエンボス金属板を製造した。

（エンボス金属板の反りの測定方法）
　プレスエンボス加工を終えてエンボス凸部が形成されたエンボス金属板をプレス機から取り出し、定板の上に静置した。そのとき、エンボス金属板は幅方向の中央部が定板と接触しているものの、反りのために幅方向の両端部と定板との間には隙間ができていた。反りの方向はエンボス凸部の延在方向と直角であった。その状態のまま、エンボス金属板の上方から、非接触式３Ｄ形状測定機を用いてエンボス金属板の形状測定を行って反り量を求めた。

（反り量の測定結果）
　反り量を測定した結果を図１０に示す。エンボス凸部の分布がエンボス金属板の反り量に及ぼす影響は次のようにまとめられる。

１）タイプＡとＢの比較
　タイプＡはエンボス凸部の高さがどれも０．３ｍｍであり、その反り量は１３ｍｍ超であった。それに対し、タイプＢのエンボス凸部の高さはタイプＡよりも低い０．２ｍｍであり、その反り量は約４ｍｍであった。すなわち、凸部の高さが１種類の凸部を形成するのであれば、その凸部の高さを低くすることにより、効果的にエンボス金属板の反り量を低減できることが可能であることが分かる。ただし、すべての凸部の高さを低くするだけでは、意匠性も低下してしまう。

２）タイプＡ、Ｃ、Ｄ、Ｅの比較（凸部の最大高さ：０．３ｍｍ）
　タイプＡのエンボス金属板を基準とすれば、タイプＣ，Ｄ，Ｅの３種類は、最大の凸部高さを０．３ｍｍとしつつ、一部の凸部の高さを低くした、２種類の凸部高さを有するエンボス金属板である。

　高さ０．３ｍｍの凸部と高さ０．２ｍｍの凸部を交互に配置したタイプＣは、反り量が約７ｍｍとなって、タイプＡのエンボス金属板の反り量の約半分となった。同様に、凸部高さ０．３ｍｍの凸部と高さ０．１５ｍｍの凸部を交互に配置したタイプＤも、反り量が約７ｍｍに抑えられていた。凸部高さ０．３ｍｍの凸部と高さ０．１ｍｍの凸部を交互に配置したタイプＥは、反り量が１ｍｍ以下となっていた。これらは、最大の凸部高さをタイプＡと同様の０．３ｍｍにしながらも、一部の凸部の高さを低くすることによって、エンボス金属板の反り量を大幅に低減することが確認できた。

３）タイプＢとＦの比較（凸部の最大高さ：０．２ｍｍ）
　タイプＢのエンボス金属板を基準とすれば、タイプＦは最大の凸部の高さを０．２ｍｍとしつつ、一部の凸部の高さを低くした、２種類の凸部高さを有するエンボス金属板である。タイプＢの反り量が約４ｍｍであったところ、高さ０．２ｍｍの凸部と高さ０．１ｍｍの凸部を交互に配置したタイプＦの反り量はわずか約０．３ｍｍとなった。この場合も、一部の凸部の高さを低くしたことによってエンボス金属板の反り量を大幅に低減することが確認できた。

４）タイプＡ、Ｃ、Ｇの比較
　タイプＧは、最大の凸部の高さをタイプＡと同様に０．３ｍｍとしながら、凸部の高さを２種類でなく０．３ｍｍ、０．２ｍｍ及び０．１ｍｍの３種類としたものである。また、０．３ｍｍと０．３ｍｍの間に０．２ｍｍと０．１ｍｍを交互に配置した（０．３ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１ｍｍ・・・・）。この場合の反り高さは約１ｍｍであった。この場合も、凸部の高さが異なる少なくとも２種類の凸部が形成されているため、凸部高さが０．３ｍｍのみであるタイプＡよりも大幅にエンボス金属板の反り量が低減できた。

　なお、タイプＣ、Ｄ、Ｅ、Ｇの４種類のエンボス金属板は、タイプＡのエンボス金属板と比較して、見た目の意匠が劣るものではなかった。これは、いずれも最大の凸部の高さが０．３ｍｍに揃っていることによるものと考えられる。同様に、タイプＢとタイプＦの２種類についても、タイプＢに比較してタイプＦの見た目の意匠が劣るものではなかった。これも、最大の凸部の高さが０．２ｍｍに揃っていることによるものと考えられる。
　すなわち、エンボスの最大の凸部高さを小さくすることなく、凸部を形成したあとの金属板の反り量を低減することができた。

　次に、金属屋根材１としての評価を行った。

（エンボス加工前の表基材の成形）
　表３に示した素材を用いて絞り加工を行い、箱型の本体部５を有する金属屋根材の表基材を成形した。成形された表基材のサイズと高さは、表３に示すとおりである。そして、後に述べる反り量の測定方法により、プレスエンボス加工を行う前の表基材の反り量を測定した。測定した表基材の個数は３０である。

（プレスエンボス加工）
　本体部５の天板５０に対し、奥行方向１Ｄに沿って線状に、かつ平行に複数の凸部７が形成されるようにプレスエンボス加工（プレス成形機によるエンボス加工）を行った。このとき、エンボス加工の型を変えることにより、２通りのエンボス加工を行った（比較例及び発明例）。比較例としては、上述の表２に示すタイプＡの金属板のように、すべての凸部７の高さを０．３ｍｍとしたものを作製した。発明例としては、上述の表２に示すタイプＧの金属板のように、以下の高さの凸部７を順に配置したものを作製した。なお、凸部７の数は、比較例及び発明例ともに５４本であった。
　発明例の凸部７の配置：０．３ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１ｍｍ・・・・

（反り量の測定方法）
　プレスエンボス加工前またはプレスエンボス加工後の表基材を定板の上に静置し、その状態のまま、表基材の上方から、非接触式３Ｄ形状測定機を用いて表基材の形状測定を行って反り量を求めた。形状測定は、表基材の軒棟方向４１０ｍｍ×幅９１０ｍｍの全体に対して行った。

　形状測定結果を図１１に示す。（ｃ）はエンボス加工前の表基材、（ａ）は比較例の表基材、（ｂ）は発明例の表基材である。エンボス加工前の表基材（ｃ）は、四隅だけがやや高くなっているものの、平面部がほぼ平坦である。しかし、比較例のエンボス加工を行った表基材（ａ）は、平面部のほぼ中央部分に大きな盛り上がりが認められる。発明例のエンボス加工を行った表基材（ｂ）は、（ａ）のような大きな盛り上がりはなく、むしろエンボス加工前の表基材（ｃ）と同様に平面部がほぼ平坦である。

　また、（ａ）～（ｃ）の反り量を比較するために、形状測定結果の中から、図１の線ＸＩ－ＸＩの位置における高さ分布を図１２に、そして（ａ）及び（ｂ）について幅方向の所定範囲内における反り高さを図１３に示す。線ＸＩ－ＸＩの位置は、軒端から棟端方向へ向かって１８２ｍｍの位置にあたり、金属屋根材を屋根の上に施工する際の軒棟方向に重ね葺きする際に、上側の金属屋根材の軒端が下側の金属屋根材の上に重なる位置である。また、反り高さとは、次の式で求められる指標である。
　反り高さ（ｍｍ）＝最大高さ（ｍｍ）－最小高さ（ｍｍ）

　比較例のエンボス加工を行った表基材（ａ）は、図１２においても平面部のほぼ中央部分に大きなうねり（盛り上がり）が認められる。発明例のエンボス加工を行った表基材（ｂ）には大きな盛り上がりはなく、むしろエンボス加工前の表基材（ｃ）と同様に平面部がほぼ平坦である。
　反り高さを比較すると、図１３に示したように、比較例のエンボス加工を行った表基材（ａ）の反り高さは大きいが、発明例のエンボス加工を行った表基材（ｂ）においては反り高さが大きく軽減できている。

　次に、シミュレーションにより得られた残留応力の分布を挙げて、本願発明の作用効果について説明する。

　図１４は、比較例における凸部７の曲げ肩部に残る応力の分布を示す説明図である。図１４は、図８に示す方法により金属板に複数の凸部７を形成したときの凸部７の曲げ肩部に発生する応力を示している。すなわち、プレスエンボス加工により同じ高さの凸部７を金属板に形成している。図１４（ａ）に示すように、凸部７の高さは０．１５ｍｍに統一されている。この態様では、凸部７の頂面７ｂは加工を受けておらず、凸部７の側壁７ａ及び基面５０ａが押し下げられることで、凸部７が形成されている（図８参照）。図１４（ｂ）は、図８（ｃ）に対応する状態であり、上型８０と下型８１との間に金属板８２が満たされた状態における、凸部７の曲げ肩部に発生している応力の分布を示している。このとき、図１４（ｂ）に示しているように、凸部７の曲げ内側Ｒ部７ｃには圧縮応力が発生しており、凸部７の曲げ外側Ｒ部７ｄには引張応力が発生している。

　金属板の外形線の外側に記された対になっている矢印の記号は、それぞれの曲げ肩部に発生している応力が引張応力であるか圧縮応力であるかを模式的に示している。矢印が外側に向いている記号は、曲げ肩部に引張応力が発生していることを示し、矢印が内側に向いている記号は、曲げ肩部に圧縮応力が発生していることを示している。

　図１５は、発明例における第１凸部７１の曲げ肩部に残る残留応力の分布を示す説明図である。図１５は、図９に示す方法により金属板に第１及び第２凸部７１，７２を形成したときの第１凸部７１の曲げ肩部に残る残留応力を示している。すなわち、プレスエンボス加工により第１及び第２凸部７１，７２を金属板に形成している。図１５（ａ）に示すように、第１凸部７１の高さは０．１５ｍｍとされ、第２凸部７２の高さは０．３５ｍｍとされている。一対の第２凸部７２の間に第１凸部７１が配置されている。この態様では、第１凸部７１の側壁７１ａ及び基面５０ａが押し下げられるとともに（図９の（ｂ）参照）、第１凸部７１の頂面７１ｂが押し上げられる（図９の（ｃ）参照）ことで、第１凸部７１が形成されている。

　図１５（ｂ）に示すように、第１凸部７１の曲げ内側Ｒ部７１ｃには圧縮応力が発生し、第１凸部７１の曲げ外側Ｒ部７１ｄには引張応力が発生している。このような引張及び圧縮応力の発生は、図１４に示す比較例と同様である。しかしながら、図１５に示す発明例の引張及び圧縮応力を図１４に示す比較例の引張及び圧縮応力と比較することで分かるように、凸部高さが同一であるにも関らず発明例の引張及び圧縮応力は、比較例の引張及び圧縮応力よりも小さくなっている。特に、発明例における曲げ外側Ｒ部７１ｄの引張応力が比較例における曲げ外側Ｒ部７ｄの引張応力よりも小さくなっている。

　図１５の第１凸部７１の高さは、図１４の凸部７の高さと同じである。すなわち、このように発生する応力の低減は、単に凸部７の高さを低減したことによるものではなく、第１凸部７１の加工方向が第２凸部７２の加工方向と逆向きとされていることが関与していると理解できる。

　図１４の（ｃ）と図１５の（ｃ）は、それぞれ上型８０と下型８１の間から金属板８２が取り外された状態で曲げ肩部に発生するモーメントを模式的に示している。具体的には、比較例である図８の（ｄ）と発明例である図９の（ｅ）の状態に対応している。上型８０と下型８１の間から金属板８２が取り外された状態では、曲げ肩部に発生していた引張または圧縮の応力とは逆向きの残留応力が残るので、発明例の図１５の（ｃ）では、比較例である図１４の（ｃ）よりも発生していた引張及び圧縮の応力が小さいために金属板が取り外された状態における残留応力も小さくなり、その結果として曲げ肩部に発生するモーメントも小さくなるために、反りが低減される。

　なお、例えばエンボスロールなどの別の装置を用いれば、第１凸部７１の加工方向を第２凸部７２の加工方向と同じにすることも可能である。加工方向が同じであっても、高さが高い第２凸部７２の中に高さが低い第１凸部７１を混在させることで、金属板又は金属屋根材を反らせようとする応力をある程度は低減できる。

　また、すべての凸部７の高さが同じであっても、例えば複数の金型を用いるか又は分割金型を用いる等すれば、或る凸部７の加工方向を他の凸部７の加工方向と逆向きとすることができる。この場合、或る凸部７の曲げ肩部に残存する残存応力の大きさは他の凸部７の曲げ肩部に残存する残存応力の大きさと異なる。このような方法により残存応力が異なる複数種類の凸部７が形成されていても、金属板又は金属屋根材を反らせようとする応力を低減できる。

　このような金属屋根材１及びその製造方法では、複数の凸部７は、曲げ肩部に残る残留応力の大きさが異なる少なくとも２種類の凸部７を含むので、金属屋根材の意匠性の低下を抑えつつ、表基材の反りを低減できる。

　また、少なくとも２種類の凸部７は互いに高さが異なるので、各凸部７の曲げ肩部に残る残留応力の大きさをより確実に異ならせることができる。

　さらに、幅方向１Ｗに関して、複数の凸部のうちの一つの凸部７（第１凸部７１）の両側に該凸部７よりも高さが高い凸部７（第２凸部７２）が配置されているので、より確実に金属屋根材の意匠性の低下を抑えつつ表基材の反りを低減できる。

　さらにまた、複数の凸部７の高さが２種類であるので、２種類の凸部に対応する凹凸がそれぞれ設けられた上型及び下型を有し、それら上型と下型の相対的な変位によりそれら上型と下型の間に金属板を挟み込むプレス成形機により高さが２種類の凸部を形成することができるので、複数の金型又は分割金型を用いる等を行なう必要がなく、製造コストを低減できる。

　また、幅方向に関して隣り合う凸部７の高さが互いに異なるので、より確実に金属屋根材の意匠性の低下を抑えつつ表基材の反りを低減できる。

　さらに、少なくとも２種類の凸部７が幅方向１Ｗに関して交互に又は順に配置されているので、より確実に金属屋根材の意匠性の低下を抑えつつ表基材の反りを低減できる。

Claims (10)

1. 　幅方向が屋根の軒方向に延在するとともに、奥行方向が屋根の軒棟方向に延在するように屋根下地の上に配置され、屋根の軒棟方向に関して軒側の金属屋根材に重ねて配置されるように適合された金属屋根材であって、
   　金属板を素材とする表基材と、
   　前記表基材に設けられた天板と、
   　前記天板に形成され、前記奥行方向に沿って互いに平行に線状に延在された複数の凸部と
   　を備え、
   　前記複数の凸部は、少なくとも２種類の凸部を含み、
   　少なくとも１種類の凸部の曲げ肩部に残る残留応力の大きさが他の種類の凸部の曲げ肩部に残る残留応力の大きさと異なる
   　金属屋根材。
2. 　前記少なくとも２種類の凸部は、互いに高さが異なる、
   　請求項１記載の金属屋根材。
3. 　幅方向が屋根の軒方向に延在するとともに、奥行方向が屋根の軒棟方向に延在するように屋根下地の上に配置され、屋根の軒棟方向に関して軒側の金属屋根材に重ねて配置されるように適合された金属屋根材であって、
   　金属板を素材とする表基材と、
   　前記表基材に設けられた天板と、
   　前記天板に形成され、前記奥行方向に沿って互いに平行に線状に延在された複数の凸部と
   　を備え、
   　前記複数の凸部は、少なくとも２種類の凸部を含み、
   　前記少なくとも２種類の凸部は、互いに高さが異なる、
   　金属屋根材。
4. 　前記幅方向に関して、前記複数の凸部のうちの一つの凸部の両側に該凸部よりも高さが高い凸部が配置されている、
   　請求項２又は請求項３に記載の金属屋根材。
5. 　前記複数の凸部は２種類である、
   　請求項４記載の金属屋根材。
6. 　前記幅方向に関して隣り合う前記凸部の高さが互いに異なる、
   　請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の金属屋根材。
7. 　前記少なくとも２種類の凸部が前記幅方向に関して交互に又は順に配置されている、
   　請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の金属屋根材。
8. 　請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の金属屋根材を製造するための金属屋根材の製造方法であって、
   　前記金属板の前記天板に相当する領域に前記少なくとも２種類の凸部を形成する工程であって、少なくとも１種類の凸部の加工向きを他の種類の凸部の加工向きと異ならせて、前記少なくとも１種類の凸部の曲げ肩部に残る残留応力の大きさを他の種類の凸部の曲げ肩部に残る残留応力の大きさと異ならせる工程
   　を含む、
   　金属屋根材の製造方法。
9. 　前記少なくとも２種類の凸部は、互いに高さが異なり、
   　前記少なくとも２種類の凸部に対応する凹凸がそれぞれ設けられた上型及び下型を有し、前記上型及び下型の相対的な変位により前記上型及び下型の間に前記金属板を挟み込むプレス成形機により前記複数の凸部を形成する、
   　請求項８記載の金属屋根材の製造方法。
10. 　請求項３又は請求項３を引用する請求項４、５、６若しくは７に記載の金属屋根材を製造するための金属屋根材の製造方法であって、
    　前記金属板の前記天板に相当する領域に前記少なくとも２種類の凸部を形成する工程を含み、
    　前記少なくとも２種類の凸部は、互いに高さが異なり、
    　前記少なくとも２種類の凸部に対応する凹凸がそれぞれ設けられた上型及び下型を有し、前記上型及び下型の相対的な変位により前記上型及び下型の間に前記金属板を挟み込むプレス成形機により前記複数の凸部を形成する、
    　金属屋根材の製造方法。

Images