JP2011027248A - 凹凸部を有する板材及びその凹凸部形状の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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を提供すること。
【解決手段】凹凸部２は、厚み方向における突出高さが異なる第１領域２１、第２領域２２及び第３領域２３という３種類の領域を多数組み合わせて構成されている。各領域は、同種の領域が連続的に連なることなく、各領域が必ず異なる他の２種の領域と接するように、それぞれ分散配置されている。第１領域２１は、仮想の六角形格子を構成する各六角形の中心点及び各格子点の位置に対応して規則的に分散配置されており、第２領域２２は、隣接する第１領域２１同士を繋ぐように分散配置されており、第３領域２３は、第１領域２１及び第２領域２２に囲まれた位置に分散配置されている。
【選択図】図３

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い材料に置き換えることが検討されている。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、板材の剛性を板厚を厚することなく向上させるために、板材に凹凸模様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。
例えば、自動車の部品の１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凸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によって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２〜６）。

特開２０００−１３６７２０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

上記特許文献１のように、多数の凹凸部を形成した板材は、凹凸部のないものよりも剛性が高くなることは事実である。しかしながら、板厚を厚くすることなく剛性を向上するのに最適な凹凸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ない。そして、剛性向上割合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、自動車に限らず、様々な機械装置等において、板材からなる部品を少しでも軽量化する要求が存在する。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いる。また、板材（板状形状を有する材料）であれば、材質を問わず剛性向上要求は存在する。

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を提供しようとするものである。

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であって、
上記凹凸部は、厚み方向における突出高さが異なる第１領域、第２領域及び第３領域という３種類の領域を多数組み合わせて構成されており、
上記第１領域、上記第２領域及び上記第３領域は、同種の領域が連続的に連なることなく、各領域が必ず異なる他の２種の領域と接するように、それぞれ分散配置されており、
かつ、上記第１領域は、仮想の六角形格子を構成する各六角形の中心点及び各格子点の位置に対応して規則的に分散配置されており、
上記第２領域は、隣接する上記第１領域同士を繋ぐように分散配置されており、
上記第３領域は、上記第１領域及び上記第２領域に囲まれた位置に分散配置されていることを特徴とする凹凸部を有する板材にある（請求項１）。

本発明の板材は、上記のごとく、凹凸部として、厚み方向における突出高さが異なる第１領域、第２領域及び第３領域という３種類の領域を有している。そして、これらが、同種の領域が連続的に連なることなく、それぞれ分散配置されている。また、各領域は、必ず異なる他の２種の領域と接するように分散配置されている。さらに、上記第１領域は、仮想の六角形格子を構成する各六角形の中心点及び各格子点の位置に対応して規則的に分散配置されており、上記第２領域は、隣接する上記第１領域同士を繋ぐように分散配置されており、上記第３領域は、上記第１領域及び上記第２領域に囲まれた位置に分散配置されている。

このような構成を必須要件とすることによって、従来にない板材の剛性向上効果を得ることができる。特に、上記第１領域の配置を、上記仮想の六角形格子の中心点及び各格子点の位置に対応して規則的に分散配置することによって、方向性の少ない、つまり、どの方向に曲げ荷重がかかってもほぼ均一な剛性向上効果を得ることができる。上記仮想の六角形格子としては、正六角形格子が最も好ましいが、均一な剛性向上効果が実質的に低減しない範囲で正六角形から若干崩した六角形格子を採用することも可能である。
なお、剛性向上効果が得られる理由は次のように考えられる。

本発明では、上記凹凸部として、突出高さが３種類あり、どの種類のものも連続せず、かつ、各領域は、異なる２種の領域と必ず接している。例えば、１つの第１領域は、その外周が必ずいくつかの第２領域及び第３領域と接している。言い換えれば、各第１領域は、その外周が第２領域と第３領域によって囲まれている。同様に、各第２領域は、その外周が第１領域と第３領域によって囲まれている。また、各第３領域は、その外周が第１領域と第３領域によって囲まれている。そして、各領域は同種のものが連続することなく分散配置されている。

凹凸部を構成する各領域を、上記のような分散配置とすることにより、１つの領域に伝わった応力は、面方向に伝わる場合に、必ずその外周部分において他の異なる領域との境界部を通らざるを得ない。ここで、異なる領域同士の境界部分は、形状的に厚み方向に変化する高剛性部分となっている。そのため、全体としての剛性向上効果を高めることができると考えられる。

また、上述したごとく、剛性向上効果の方向性が少ない理由としては、上記第１領域の配置を上記仮想の六角形格子を構成する各六角形の中心点及び各格子点の位置に対応して規則的に分散配置することにより、これらの間の上記第２領域及び第３領域も六角形状の中心点に沿った配置になり、全体的に方向性のない円形状に近い特性を発揮し、どの方向に対しても剛性向上効果が得られるためである。

一方、例えば従来の特許文献１記載のような凸部形状を設けても、凸部の周囲の部分が同じ突出高さで全面に網目状に連続して存在する場合には、本発明のような効果は十分には得られないと考えられる。

そして、上記の凹凸部の構成は、厚み方向の突出高さが２種類異なるだけでは実現できず、積極的に３種類とすることによってはじめて実現することができる。
以上のように、本発明によれば、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を提供することができる。

実施例１における、板材１を示す平面図。 実施例１における、凹凸部の形状を示す平面説明図。 実施例１における、凹凸部の形状を示す斜視図（図２のＣ−Ｃ、Ｄ−Ｄ間の斜視図）。 実施例１における、凹凸部の突出高さを示す断面図（図３のＥ−Ｅ線矢視断面図）。 実施例１における、凹凸部の各領域の寸法関係を示す説明図。 実施例２における、基準三角形を示す説明図。 実施例２における、基準三角形の各辺を線対称の中心としてその周囲に反転転写した状態を示す説明図。 実施例２における、反転転写された各基準三角形の各辺を線対称の中心としてその周囲に反転転写した状態を示す説明図。 実施例２における、基準三角形の各辺を線対称の中心としてその周囲に反転転写することを多数回繰り返した結果を示す説明図。 実施例３における、評価に用いた短冊状の板材の形状を示す説明図。 実施例４における、凹凸部の形状を示す斜視図。 実施例４における、凹凸部の突出高さを示す断面図（図１１のＦ−Ｆ線矢視断面図。 実施例５における、凹凸部の形状を示す斜視図。 実施例５における、凹凸部の突出高さを示す断面図（図１１のＧ−Ｇ線矢視断面図。

本発明において、上記各領域の突出高さは、必ずしも領域内全面が同等の突出高さを持つ平面領域である必要はない。後述するごとく、領域内において突出高さが変化しても良い。上記各領域の区別は、これらの領域の境界部において判断できる。各領域の境界、つまり、各領域の外周部の高さが異なることによって必ず段差が生じるためである。もし、段差が生じなければ平面状に連なって同じ領域ということになる。

また、上記凹凸部は、伸展性のある金属板であれば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り形成することができ、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形成することができる。
また、上記第１〜第３領域のうち、いずれの領域が最も突出し、どの領域が厚み方向の中心に近い中立面になるかは任意に設定可能であり、また、各領域の具体的な突出高さは、成形可能な範囲で適宜設定可能である

また、上記第１領域、上記第２領域及び上記第３領域のうち少なくとも１つは、その領域内において突出高さが変化していることが好ましい（請求項２）。すなわち、各領域内の面が全面同じ突出高さである必要はなく、徐々に***する形状であったり、徐々に窪む形状であっても良い。このような各領域内での突出高さの変化を加えることにより、さらに剛性向上効果を高めることが期待できる。

また、上記凹凸部は、単位形状として基準三角形を用い、
該基準三角形は、第１頂点、第２頂点及び第３頂点を有すると共に上記第２頂点と上記第３頂点を結ぶ第１辺、上記第１頂点と上記第３頂点を結ぶ第２辺、及び上記第１頂点と上記第２頂点とを結ぶ第３辺を有し、上記第１頂点の内角が３０°、上記第２頂点の内角が９０°、上記第３頂点の内角が６０°であるものとし、
上記基準三角形の内部を、上記第１頂点を含む第１基準領域と、上記第２頂点を含む第２基準領域と、上記第３頂点を含む第３基準領域との３つに区画し、
上記基準三角形の各辺を線対称の中心としてその周囲に反転転写し、さらに反転転写された各基準三角形の各辺を線対称の中心としてその周囲に反転転写することを繰り返し、上記第１基準領域の集まりを上記第１領域、上記第２基準領域の集まりを上記第２領域、上記第３基準領域の集まりを上記第３領域とすることにより設計したものであることが好ましい（請求項３）。

すなわち、上記凹凸部を有する板材における凹凸部形状の設計方法の発明としては、上記の凹凸部を有する板材における上記凹凸部の形状を設計する方法であって、
単位形状として基準三角形を用い、
該基準三角形は、第１頂点、第２頂点及び第３頂点を有すると共に上記第２頂点と上記第３頂点を結ぶ第１辺、上記第１頂点と上記第３頂点を結ぶ第２辺、及び上記第１頂点と上記第２頂点とを結ぶ第３辺を有し、上記第１頂点の内角が３０°、上記第２頂点の内角が９０°、上記第３頂点の内角が６０°であるものとし、
上記基準三角形の内部を、上記第１頂点を含む第１基準領域と、上記第２頂点を含む第２基準領域と、上記第３頂点を含む第３基準領域との３つに区画し、
上記基準三角形の各辺を線対称の中心としてその周囲に反転転写し、さらに反転転写された各基準三角形の各辺を線対称の中心としてその周囲に反転転写することを繰り返し、上記第１基準領域の集まりを上記第１領域、上記第２基準領域の集まりを上記第２領域、上記第３基準領域の集まりを上記第３領域とすることを特徴とする凹凸部を有する板材における凹凸部形状の設計方法がある（請求項１２）。

この設計方法においては、上記基準三角形１つの形状を決定すれば、全体形状を規則正しい凹凸形状として定めることができる。そして、上記基準三角形内の上記第１〜第３基準領域を変化させることによって、容易に全体形状を変化させることができるので、設計変更も容易である。

また、上記板材は金属板を塑性加工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（請求項４、１３）。金属板は、エンボス成形その他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、その凹凸部に上記優れた形態を適用することが比較的容易である。

上記金属板をプレス成形あるいはロール成形等により塑性加工した場合には、凹凸部の各部の厚みは成形の影響で若干低下する。そのため、製品の寸法管理としては、塑性加工前の厚みによって管理することが容易で合理的である。
塑性加工前の上記金属板の厚みｔは、０．１ｍｍ〜６．０ｍｍの範囲内が好ましい。金属板の厚みが０．１ｍｍ未満の場合及び６．０ｍｍを超える場合には、用途的に剛性向上効果の必要性が少ない。

塑性加工前の上記金属板の厚みｔと、上記基準三角形における上記第１辺の長さＬとは、ｔ／Ｌ≦０．２、の関係にあることが好ましい（請求項５、１４）。
上記（ｔ／Ｌ）が上記上限値を超える場合には、塑性加工が困難となるおそれがある。一方、上記（ｔ／Ｌ）の下限値には、特に制限はないが、凹凸の単位形状が大きくなり過ぎて実用的には取り扱いが困難となったり、剛性向上効果が十分に得られないおそれがあるため、０．０２を下限とすることが好ましい。

また、上記基準三角形において、上記第１基準領域の面積Ｓ１と、上記第３基準領域の面積Ｓ３とは、０．４≦Ｓ１／Ｓ３≦５．９、の関係にあることが好ましい（請求項６、１５）。
上記（Ｓ１／Ｓ３）が上記下限値未満の場合には、剛性向上効果が低くなるおそれがあり、一方、上記上限値を超える場合にも、剛性向上効果が低くなるおそれがある。そのため、より好ましくは、０．４≦Ｓ１／Ｓ３≦２．５、さらに好ましくは、０．７≦Ｓ１／Ｓ３≦１．３がよい。

さらに、上記基準三角形において、上記第１基準領域の面積Ｓ１と、上記第２基準領域の面積Ｓ２と、上記第３基準領域の面積Ｓ３とは、０．０２≦Ｓ２／Ｓ１≦１．０、０．０４≦Ｓ２／Ｓ３≦１．０、の関係にあることが好ましい（請求項７、１６）。
上記（Ｓ２／Ｓ１）が上記下限値未満の場合は塑性加工が困難となるおそれがあり、一方、上記（Ｓ２／Ｓ１）が上記上限値を超える場合には剛性向上効果があまり得られず、塑性加工も困難となるおそれがある。同様に、上記（Ｓ２／Ｓ３）が上記下限値未満の場合は塑性加工が困難となるおそれがあり、一方、上記（Ｓ２／Ｓ３）が上記上限値を超える場合には剛性向上効果があまり得られず、塑性加工も困難となるおそれがある。

本発明の凹凸部の形状は、最も突出した凸領域（第１領域又は第３領域）と、最も凹んだ凹領域（第３領域又は第１領域）と、中間領域（第２領域）の３つの領域が存在するが、材料力学においてよく知られているように、断面二次モーメントが大きいほど曲げ剛性は高くなる。断面の中立面（第２領域）からより離れた位置に材料が存在するほど、断面二次モーメントは高くなることから、中立面ではない凹凸面（第１領域及び第３領域）の面積を増やして、中立面（第２領域）の面積を減らした方が剛性は高くなる傾向にある。また、中立面を除く凹凸面（第１領域及び第３領域）の総面積が等しい場合は、凹領域（第１領域又は第３領域）と凸領域（第３領域又は第１領域）の面積を均等に近づけた方が剛性は高くなる傾向がある。

また、上記基準三角形は、その中の基準点から上記第１辺、上記第２辺及び上記第３辺にそれぞれ垂下した第１垂線、第２垂線及び第３垂線によって、それぞれ上記第２基準領域と上記第３基準領域との間、上記第１基準領域と上記第３基準領域との間、及び上記第１基準領域と上記第２基準領域との間が区画されていることが好ましい（請求項８、１７）。この場合には、設計を容易に行うことができる。

また、上記基準三角形における上記第１辺の長さＬと、上記第３垂線の長さＸと、塑性加工前の上記金属板の厚みｔとは、０．１≦Ｘ／Ｌ≦０．４、Ｘ＞ｔの関係にあることが好ましい（請求項９、１８）。
上記（Ｘ／Ｌ）が上記下限値未満の場合には、塑性加工が困難となるおそれがあり、一方、上記上限値を超える場合には、剛性向上効果が十分に得られず、塑性加工も困難となるおそれがある。また、上記Ｘが厚みｔ以下の場合には、塑性加工が困難となるおそれがある。

また、上記基準三角形における上記第１辺の長さＬと、上記第１垂線の長さＹと、塑性加工前の上記金属板の厚みｔとは、０．１≦Ｙ／Ｌ≦０．８、Ｙ＞ｔの関係にあることが好ましい（請求項１０、１９）。
上記（Ｙ／Ｌ）が上記下限値未満の場合には、塑性加工が困難となるおそれがあり、一方、上記上限値を超える場合には、剛性向上効果が十分に得られず、塑性加工も困難となるおそれがある。また、上記Ｙが厚みｔ以下の場合には、塑性加工が困難となるおそれがある。

なお、上記基準点と各辺とを結ぶ区画線は、上記の各垂線に代えて、任意の直線あるいは任意の曲線とすることも可能である。

また、上記板材は、アルミニウム又はその合金よりなるアルミニウム合金板であることが好ましい（請求項１１）。
アルミニウム合金板は、軽量素材として広く認知されており、これに本発明を適用して剛性向上化を図ることは、非常に有効である。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる凹凸部を有する板材について、図１〜図５を用いて説明する。
本例の凹凸部を有する板材１は、図１〜図４に示すごとく、凹凸部２を形成することによって剛性を高めた板材である。
上記凹凸部２は、厚み方向における突出高さが異なる第１領域２１、第２領域２２及び第３領域２３という３種類の領域を多数組み合わせて構成されている。
上記第１領域２１、第２領域２２及び第３領域２３は、同種の領域が連続的に連なることなく、かつ、各領域が必ず異なる他の２種の領域と接するように、それぞれ分散配置されている。

以下、さらに詳説する。
板材１は、材質：ＪＩＳ Ａ１０５０、質別：Ｏのアルミニウム合金板よりなる。図１に示すごとく、板材１のサイズは、幅Ｗ＝３００ｍｍ、長さＬ＝６００ｍｍである。プレス成形による塑性加工前のアルミニウム合金板のサイズは、図１に示す板材１の周囲に、塑性加工時に挟持する部分となる、いわゆるブランクホルダ部が加えられた大きさとなる。また、塑性加工前のアルミニウム合金板の厚みｔ＝０．４ｍｍであるが、塑性加工後には若干減少する。
なお、本例では、塑性加工として一対の金型を用いるプレス成形を例に挙げたが、これに代えて、表面に所望の凹凸形状つけた一対の成形ロールに、素材となるアルミニウム合金板を通して塑性加工するロール成形を採用し、これによって図１に示すような凹凸形状を付与することもできる。

図２〜図４に示すごとく、凹凸部２は、上記のごとく、第１領域２１、第２領域２２及び第３領域２３から構成されている。そして、図３、図４に示すごとく、同図の上方から見れば第１領域２１が最も厚み方向に突出し、次いで第２領域２２が突出し、第３領域２３は突出していない状態で形成されている。反対面から見れば、第３領域２３が最も厚み方向に突出し、次いで第２領域２２が突出し、第１領域２１は突出していない状態で形成されている。違う表現をすれば、第２領域２２が厚み方向の中立面で、第１領域２１が突出面であると共に第３領域が窪んだ面であるといえる。逆に、第２領域２２が厚み方向の中立面で、第１領域２１が窪んだ面であると共に第３領域が突出面であるともいえる。

また、図２に示すごとく、凹凸部２における各領域の配置は規則的になっている。すなわち、第１領域２１の中心点は、仮想の六角形格子Ａを構成する各六角形の中心点ａ及び各格子点ｂの位置に対応して、これらの点を中心にして規則的に分散配置されている。また、各第１領域２１は、その外周形状が１２角形を呈している。

第２領域２２は、同図に示すごとく、隣接する第１領域２１同士を繋ぐように分散配置されている。具体的には、隣接する第１領域２１同士の対向する平行な２辺の両端を繋いだ長方形状の領域としてある。そして、第１領域２１には、６つの第２領域２２が接している。

第３領域２３は、同図に示すごとく、第１領域２１及び第２領域２２に囲まれた位置に分散配置されている。第３領域２３は、六角形状を呈し、各辺が第１領域２１と第２領域２２に交互に接している。そして、第１領域２１には、６つの第３領域２３が接している。

また、図５に示すごとく、各領域の寸法は、次のようになる。なお、同図に示す各領域の境界線は、境界部の厚みの中央部分を示しており、設計上の寸法に相当する。実際には、境界部に厚みがあることと、成形上の問題によって境界部分が斜めあるいは曲面状に成形されることから、目視による輪郭線は若干外又は内に移動する。上記各図では、作図上の問題から上記のごとく設計上の寸法位置にて線図で示している。また、斜視図である図３（後述する図１１も同様）については、線図での表現上の問題から、角部等の自然な丸みを表現しきれていないが、実際の板材１においては、角部等にプレス成形（塑性加工）に伴う丸みが生じている。

図５に示すごとく、第１領域２１の１２角形の各辺は、交互に若干長さが異なっている。すなわち、長さＬ₁₁＝３．６ｍｍの辺２１１と、長さＬ₁₂＝３．０ｍｍの辺２１２とが交互に連なって１２角形になっている。
また、辺２１１同士の間隔Ｌ₁₃＝１２．０ｍｍ、辺２１２同士の間隔Ｌ₁₄＝１２．３ｍｍである。
また、第１領域２１内は、略平坦な平面となっている。
また、図４に示すごとく、第１領域２１の厚み方向の突出高さＤ₁は、第２領域２２の表面を基準として、０．６ｍｍとした。なお、この突出高さＤ₁は、ある程度変更可能である。Ｄ₁の適正な範囲は、塑性加工前の金属板の厚みｔによっても左右し、０．５≦ｔ／Ｄ₁≦２．０という関係式を満たす範囲がよい。この範囲の上限値を超えた場合には剛性向上効果があまり得られず、一方、下限値を超えた場合には塑性加工が困難となるおそれがある。

図５に示すごとく、第２領域２２は、第１領域２１と共通の辺２１２と、長さＬ₂₁＝５．０ｍｍの辺２２１とを交互に連ねて長方形状となっている。辺２１２は、第１領域２１と第２領域２２との境界である。
また、第２領域２２内は、略平坦な平面となっている。

同図に示すごとく、第３領域２３の６角形の各辺は、交互に若干長さが異なっている。すなわち、第１領域２１と共通の辺２１１と、第２領域２２と共通の辺２２１とを交互に連ねて六角形上となっている。辺２１１は第１領域２１と第３領域２３との境界であり、辺２２１は第２領域２２と第３領域２３との境界である。
また、第３領域２３内は、略平坦な平面となっている。
また、図４に示すごとく、第３領域２３の厚み方向の突出高さＤ₃は、第２領域２２の表面を基準として、０．６ｍｍとした。なお、この突出高さＤ₃は、ある程度変更可能である。Ｄ₃の適正な範囲は、塑性加工前の金属板の厚みｔによっても左右し、０．５≦ｔ／Ｄ₃≦２．０という関係式を満たす範囲がよい。この範囲の上限値を超えた場合には剛性向上効果があまり得られず、一方、下限値を超えた場合には塑性加工が困難となるおそれがある。

以上のように、各領域は、第２領域２２を中立面として、その厚み方向の一方に第１領域２１に０．６ｍｍ突出させ、他方に第３領域２３を０．６ｍｍ突出させた。
また、各部の厚みは、塑性加工によって若干減少し、平坦部全体が厚みｔ＝０．３８ｍｍであり、境界部分においては平坦部の厚みと同等あるいは若干薄くなっている。また、境界部分は、塑性加工に対応して、角部に適宜丸みが形成されている。

以上のような寸法関係に基づいて、本例の板材１の凹凸部２が構成されている。なお、本例では、すべての第１領域２１の寸法及び形状を同じにし、すべての第２領域２２の寸法及び形状を同じにし、さらに、すべての第３領域２３の寸法及び形状を同じにした。しかしながら、必ずしも同じ領域に属するすべての領域を同じ形状及び寸法にすることは必要ではなく、例えば交互に形状又は寸法を変更してもよい。さらに、各領域内はすべて平坦な面としたが、領域内の面に***をつけてもよい。

いずれにしても、板材１は、上記のごとく、凹凸部２として、厚み方向における突出高さが異なる第１領域２１、第２領域２２及び第３領域２３という３種類の領域を有している。そして、これらが、同種の領域が連続的に連なることなく、それぞれ分散配置されている。さらに、各領域は、必ず異なる他の２種の領域と接するように分散配置されている。このような構成を必須要件とすることによって、従来にない板材の剛性向上効果を得ることができる。
この理由は次のように考えられる。

上記凹凸部２として、突出高さが３種類あり、どの種類のものも連続せず、かつ、各領域は、異なる２種の領域と必ず接している。例えば、１つの第１領域２１は、その外周が必ずいくつかの第２領域２２及び第３領域２３と接している。言い換えれば、各第１領域２１は、その外周が第２領域２２と第３領域２３によって囲まれている。同様に、各第２領域２２は、その外周が第１領域２１と第３領域２３によって囲まれている。また、各第３領域２３は、その外周が第１領域２１と第３領域２３によって囲まれている。そして、各領域は同種のものが連続することなく分散配置されている。

凹凸部２を構成する各領域を、上記のような分散配置とすることにより、１つの領域に伝わった応力は、面方向に伝わる場合に、必ずその外周部分において他の異なる領域との境界部を通らざるを得ない。ここで、異なる領域同士の境界部分は、形状的に厚み方向に変化する高剛性部分となっている。そのため、全体としての剛性向上効果を高めることができると考えられる。

そして、上記の凹凸部２の構成は、厚み方向の突出高さが２種類異なるだけでは実現できず、積極的に３種類とすることによってはじめて実現することができる。
また、本例では、第１領域２１、第２領域２２及び第３領域２３を、上記のごとく規則正しく配列してある。これにより、本発明の基本的な構造を容易に実現できると共に、規則正しい配列で美観にも優れた凹凸形状を得ることができる。

（実施例２）
本例では、実施例１の板材１の凹凸部２形状の設計方法について説明する。
まず、図６に示すごとく、単位形状として基準三角形Ｋを用いる。
基準三角形Ｋは、第１頂点Ｐ₁、第２頂点Ｐ₂及び第３頂点Ｐ₃を有すると共に第２頂点Ｐ₂と第３頂点Ｐ₃を結ぶ第１辺Ｑ₁、第１頂点Ｐ₁と第３頂点Ｐ₃を結ぶ第２辺Ｑ₂、及び第１頂点Ｐ₁と第２頂点Ｐ₂とを結ぶ第３辺Ｑ₃を有する。第１頂点Ｐ₁の内角θ₁が３０°、第２頂点Ｐ₂の内角θ₂が９０°、第３頂点Ｐ₃の内角θ₃が６０°である。
本例では、板材の厚みをｔ、基準三角形Ｋにおける第１辺Ｑ₁の長さをＬとすると、ｔ／Ｌ＝０．０８とした。

次に、基準三角形Ｋの内部を、第１頂点Ｐ₁を含む第１基準領域Ｒ₁と、第２頂点Ｐ₂を含む第２基準領域Ｒ₂と、第３頂点Ｐ₃を含む第３基準領域Ｒ₃との３つに区画する。本例では、基準三角形Ｋの中の基準点Ｖから第１辺Ｑ₁、第２辺Ｑ₂及び第３辺Ｑ₃にそれぞれ垂下した第１垂線Ｖ₁、第２垂線Ｖ₂及び第３垂線Ｖ₃によって、上記各基準領域を区画する。つまり、第１垂線Ｖ₁によって第２基準領域Ｒ₂と第３基準領域Ｒ₃との間を区画し、第２垂線Ｖ₂によって第１基準領域Ｒ₁と第３基準領域Ｒ₂とを区画し、第３垂線Ｖ₃によって第１基準領域Ｒ₁と第２基準領域Ｒ₂との間を区画する。

本例では、基準三角形Ｋにおける第１辺Ｑ₁の長さをＬ、第３垂線Ｖ₃の長さをＸ、第１垂線Ｖ₁の長さをＹとすると、Ｘ／Ｌ＝０．３、Ｙ／Ｌ＝０．５とした。
また、これにより、第１基準領域Ｒ₁の面積をＳ１、第２基準領域Ｒ₂の面積をＳ２、上記第３基準領域Ｒ₃の面積をＳ３とすると、Ｓ１／Ｓ３＝１．２８、Ｓ２／Ｓ１＝０．３７、Ｓ２／Ｓ３＝０．４８の関係となる。

次に、図７に示すごとく、基準三角形Ｋの各辺を線対称の中心としてその周囲に反転転写し、３つの基準三角形Ｋ₂を描く。さらに、図８に示すごとく、３つの各基準三角形Ｋ₂の各辺を線対称の中心としてその周囲に反転転写して、合計６つの基準三角形Ｋ₃を描く。さらに、図９に示すごとく、このような反転転写を繰り返す。そして、すべての基準三角形の各辺を消去す。これにより、第１基準領域Ｒ₁の集まりが第１領域２１、第２基準領域Ｒ₂の集まりが第２領域２２、第３基準領域Ｒ₃の集まりが第３領域２３となる。
このような反転転写の作図作業は、ＣＡＤを用いれば簡単に行うことができる。

以上のような手順によって、規則正しく上記３つの領域の境界形状を設計することができる。
次に、凹凸部２の各領域の厚み方向の突出高さを決める。本例では、実施例１において示したごとく、第２領域２２を中立面として、その両側に第１領域２１と第３領域２３をそれぞれ逆方向に０．６ｍｍ突出させる形状とする。

次に、上記凹凸部２の設計形状に基づいて、アルミニウム合金板よりなる平坦な素材に上記凹凸部２を形成するための金型を準備する。
次に、その金型を用いて、上記素材を塑性加工することによって、凹凸部２を有する板材１が得られる。

以上のように、本例では、基準三角形Ｋを決めることによって、容易に規則正しい配列の凹凸部２の設計を容易に行うことができる。

（実施例３）
実施例１の板材１につき、その剛性向上効果を定量的に求めるための評価を実施した。
まず、図１０に示すごとく、実施例１と同じ材質の短冊状の板材８を評価対象とする。各領域のサイズは実施例１と同じとし、厚みも同じとした。
そして、板材８の長手方向一端８１を固定し、他端８２に荷重Ｆを板材８の鉛直方向に付与した条件で、その他端８１がどのくらい撓むかを求めた。比較として、凹凸形状のない厚さ０．４ｍｍの平板でも同様に撓み量を求めた。両者の撓み量を比較したところ、図１０の本発明の形状を具備した板材８は、平板の撓み量の０．３３倍程度であった。つまり、本発明の実施例１の形状は、３倍程度の剛性を持つ結果が得られた。

なお、剛性向上効果の方向性の影響も調べた。具体的には、図１０に示した短冊状の板材８と、長手方向の方向が１５°異なるものと、３０°異なるものを準備して、上記と同様の評価を行った。その結果、得られる剛性は、図１０に示す場合と同等であり、どの方向においても平板の場合に比べて約３倍程度の剛性向上効果が得られることが確認できた。

（実施例４）
本例は、実施例１の凹凸部２の形状を基本として、第１領域２１と第３領域２３につき、各領域内において突出高さを変化させた例である。
図１１、図１２に示すごとく、第１領域２１においては、その中心部Ｃ₁を頂点とし、頂点に近づくほど第２領域２２から離れるように略円錐状に***した形状とした。
また、第３領域２３においては、その中心部Ｃ₂を頂点とし、頂点に近づくほど第２領域２２から離れるように略円錐状に***した形状とした。

図１２は、***した形状を強調して示した図であって、寸法的には正確ではないが、第１領域２１の中心部Ｃ₁の領域内での突出量Ｄ₁₅＝０．５ｍｍ、第３領域２１の中心部Ｃ₃の領域内での突出量Ｄ₃₅＝０．５ｍｍである。その他の寸法関係は実施例１と同様である。Ｄ₁₅の適正な範囲は、塑性加工前の金属板の厚みｔによっても左右し、Ｄ₁₅／ｔ≦５という関係式を満たす範囲がよい。この範囲の上限値に近づくほど剛性向上効果は高まるが、上限値を超えた場合には塑性加工が困難となるおそれがある。なお、下限値は平坦な状態であり、これでも実施例１と同様の効果が得られることはいうまでもない。Ｄ₃₅の適正な範囲も、塑性加工前の金属板の厚みｔによっても左右し、Ｄ₁₅の場合と同様に、Ｄ₃₅／ｔ≦５という関係式を満たす範囲がよい。

このように、第１領域２１及び第３領域２３の領域内において突出高さを変化させることによって、実施例１の場合よりもさらに剛性向上効果を高めることができる。具体的には、本例の板材は、実施例２と同様の評価を行うと、比較した平板の剛性よりも３．７倍程度の剛性を持つ結果が得られた。上記Ｄ₁₅及びＤ₃₅の値を上限近くまで上げれば、この倍率が５倍近くまで上昇することもわかった。
その他は、実施例１と同様の作用効果が得られる。

（実施例５）
本例は、図１３、図１４に示すごとく、実施例４と同様に，実施例１の凹凸部２の形状を基本として、第１領域２１と第３領域２３につき、各領域内において突出高さを変化させた例の別の形態である。
同図に示すごとく、本例の第１領域２１におよび第３領域２３が、互いに逆方向に第２領域２２から離れるように略円錐状に***した形状を有する点は実施例４と同様であるが、その頂点付近が平面部２１７、２３７となっている点が実施例４と異なっている。

この場合には、実施例４と同様の作用効果が得られるうえに、第１領域２１及び第３領域２３の領域の上記平面部２１７、２３７を、別途準備した平板と接合する場合の接合面として有効に利用することができる。これにより、別途準備した平板と本例の凹凸部を有する板材とを積層したサンドイッチ構造とした構造体を容易に得ることができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果が得られる。

１ 板材
２ 凹凸部
２１ 第１領域
２２ 第２領域
２３ 第３領域

Claims (19)

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、厚み方向における突出高さが異なる第１領域、第２領域及び第３領域という３種類の領域を多数組み合わせて構成されており、
   上記第１領域、上記第２領域及び上記第３領域は、同種の領域が連続的に連なることなく、各領域が必ず異なる他の２種の領域と接するように、それぞれ分散配置されており、
   かつ、上記第１領域は、仮想の六角形格子を構成する各六角形の中心点及び各格子点の位置に対応して規則的に分散配置されており、
   上記第２領域は、隣接する上記第１領域同士を繋ぐように分散配置されており、
   上記第３領域は、上記第１領域及び上記第２領域に囲まれた位置に分散配置されていることを特徴とする凹凸部を有する板材。
2. 請求項１において、上記第１領域、上記第２領域及び上記第３領域のうち少なくとも１つは、その領域内において突出高さが変化してい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において、上記凹凸部は、単位形状として基準三角形を用い、
   該基準三角形は、第１頂点、第２頂点及び第３頂点を有すると共に上記第２頂点と上記第３頂点を結ぶ第１辺、上記第１頂点と上記第３頂点を結ぶ第２辺、及び上記第１頂点と上記第２頂点とを結ぶ第３辺を有し、上記第１頂点の内角が３０°、上記第２頂点の内角が９０°、上記第３頂点の内角が６０°であるものとし、
   上記基準三角形の内部を、上記第１頂点を含む第１基準領域と、上記第２頂点を含む第２基準領域と、上記第３頂点を含む第３基準領域との３つに区画し、
   上記基準三角形の各辺を線対称の中心としてその周囲に反転転写し、さらに反転転写された各基準三角形の各辺を線対称の中心としてその周囲に反転転写することを繰り返し、上記第１基準領域の集まりを上記第１領域、上記第２基準領域の集まりを上記第２領域、上記第３基準領域の集まりを上記第３領域とすることにより設計したものであることを特徴とする凹凸部を有する板材。
4. 請求項３において、上記板材は金属板を塑性加工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。
5. 請求項４において、塑性加工前の上記金属板の厚みｔと、上記基準三角形における上記第１辺の長さＬとは、
   ｔ／Ｌ≦０．２、
   の関係にあることを特徴とする凹凸部を有する板材。
6. 請求項４又は５において、上記基準三角形において、上記第１基準領域の面積Ｓ１と、上記第３基準領域の面積Ｓ３とは、
   ０．４≦Ｓ１／Ｓ３≦５．９、
   の関係にあることを特徴とする凹凸部を有する板材。
7. 請求項６において、さらに、上記基準三角形において、上記第１基準領域の面積Ｓ１と、上記第２基準領域の面積Ｓ２と、上記第３基準領域の面積Ｓ３とは、
   ０．０２≦Ｓ２／Ｓ１≦１．０、
   ０．４≦Ｓ２／Ｓ３≦１．０、
   の関係にあることを特徴とする凹凸部を有する板材。
8. 請求項３〜７のいずれか１項において、上記基準三角形は、その中の基準点から上記第１辺、上記第２辺及び上記第３辺にそれぞれ垂下した第１垂線、第２垂線及び第３垂線によって、それぞれ上記第２基準領域と上記第３基準領域との間、上記第１基準領域と上記第３基準領域との間、及び上記第１基準領域と上記第２基準領域との間が区画されていることを特徴とする凹凸部を有する板材。
9. 請求項８において、上記基準三角形における上記第１辺の長さＬと、上記第３垂線の長さＸと、塑性加工前の上記金属板の厚みｔとは、
   ０．１≦Ｘ／Ｌ≦０．４、
   Ｘ＞ｔ、
   の関係にあることを特徴とする凹凸部を有する板材。
10. 請求項８又は９において、上記基準三角形における上記第１辺の長さＬと、上記第１垂線の長さＹと、塑性加工前の上記金属板の厚みｔとは、
    ０．１≦Ｙ／Ｌ≦０．８、
    Ｙ＞ｔ、
    の関係にあることを特徴とする凹凸部を有する板材。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項において、上記板材は、アルミニウム又はその合金よりなるアルミニウム合金板であることを特徴とする凹凸部を有する板材。
12. 請求項１又は２に記載の凹凸部を有する板材における上記凹凸部の形状を設計する方法であって、
    単位形状として基準三角形を用い、
    該基準三角形は、第１頂点、第２頂点及び第３頂点を有すると共に上記第２頂点と上記第３頂点を結ぶ第１辺、上記第１頂点と上記第３頂点を結ぶ第２辺、及び上記第１頂点と上記第２頂点とを結ぶ第３辺を有し、上記第１頂点の内角が３０°、上記第２頂点の内角が９０°、上記第３頂点の内角が６０°であるものとし、
    上記基準三角形の内部を、上記第１頂点を含む第１基準領域と、上記第２頂点を含む第２基準領域と、上記第３頂点を含む第３基準領域との３つに区画し、
    上記基準三角形の各辺を線対称の中心としてその周囲に反転転写し、さらに反転転写された各基準三角形の各辺を線対称の中心としてその周囲に反転転写することを繰り返し、上記第１基準領域の集まりを上記第１領域、上記第２基準領域の集まりを上記第２領域、上記第３基準領域の集まりを上記第３領域とすることを特徴とする凹凸部を有する板材における凹凸部形状の設計方法。
13. 請求項１２において、上記板材は金属板を塑性加工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形状の設計方法。
14. 請求項１３において、塑性加工前の上記金属板の厚みｔと、上記基準三角形における上記第１辺の長さＬとは、
    ｔ／Ｌ≦０．２、
    の関係にあることを特徴とする凹凸部形状の設計方法。
15. 請求項１３又は１４において、上記基準三角形において、上記第１基準領域の面積Ｓ１と、上記第３基準領域の面積Ｓ３とは、
    ０．４≦Ｓ１／Ｓ３≦５．９、
    の関係にあることを特徴とする凹凸部形状の設計方法。
16. 請求項１５において、さらに、上記基準三角形において、上記第１基準領域の面積Ｓ１と、上記第２基準領域の面積Ｓ２と、上記第３基準領域の面積Ｓ３とは、
    ０．０２≦Ｓ２／Ｓ１≦１．０、
    ０．４≦Ｓ２／Ｓ３≦１．０、
    の関係にあることを特徴とする凹凸部形状の設計方法。
17. 請求項１２〜１６のいずれか１項において、上記基準三角形は、その中の基準点から上記第１辺、上記第２辺及び上記第３辺にそれぞれ垂下した第１垂線、第２垂線及び第３垂線によって、それぞれ上記第２基準領域と上記第３基準領域との間、上記第１基準領域と上記第３基準領域との間、及び上記第１基準領域と上記第２基準領域との間が区画されていることを特徴とする凹凸部形状の設計方法。
18. 請求項１７において、上記基準三角形における上記第１辺の長さＬと、上記第３垂線の長さＸと、塑性加工前の上記金属板の厚みｔとは、
    ０．１≦Ｘ／Ｌ≦０．４、
    Ｘ＞ｔ、
    の関係にあることを特徴とする凹凸部形状の設計方法。
19. 請求項１７又は１８において、上記基準三角形における上記第１辺の長さＬと、上記第１垂線の長さＹと、塑性加工前の上記金属板の厚みｔとは、
    ０．１≦Ｙ／Ｌ≦０．８、
    Ｙ＞ｔ、
    の関係にあることを特徴とする凹凸部形状の設計方法。

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