JP2011110847A - 凹凸部を有する板材並びにこれを用いた車両パネル及び積層構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来よりも剛性向上効果の高い凹凸部のパターンを有し、かつ、その剛性向上効果に異方性がある板材を提供すること。
【解決手段】第1領域21と中間領域23とが交互に直線状に配列された第1列R1と、第2領域22と中間領域23とが交互に配列された第2列R2とが存在し、これらが交互に並列配置され、第1列R1中の第1領域21が第2列R2中の中間領域23と隣接し、第2列R2中の第2領域22が第1列R1中の中間領域23と隣接する。第1領域21と第2領域22との間は第1スカート部31により、中間領域23と第1領域21との間は第2スカート部32により、中間領域23と第2領域22との間は第3スカート部33によりそれぞれ連結されている。各領域は、各スカート部を介して、各領域が異なる他の2種の領域と連なって同種の領域が連続的に連ならないように分散配置されている。
【選択図】図2
【解決手段】第1領域21と中間領域23とが交互に直線状に配列された第1列R1と、第2領域22と中間領域23とが交互に配列された第2列R2とが存在し、これらが交互に並列配置され、第1列R1中の第1領域21が第2列R2中の中間領域23と隣接し、第2列R2中の第2領域22が第1列R1中の中間領域23と隣接する。第1領域21と第2領域22との間は第1スカート部31により、中間領域23と第1領域21との間は第2スカート部32により、中間領域23と第2領域22との間は第3スカート部33によりそれぞれ連結されている。各領域は、各スカート部を介して、各領域が異なる他の2種の領域と連なって同種の領域が連続的に連ならないように分散配置されている。
【選択図】図2
Description
本発明は、凹凸部を形成することによって剛性を高めた板材、並びにこれを用いて構成した車両パネル及び積層構造体に関する。
例えば自動車においては、軽量化を目的として、鋼板等によって構成されている部品の材料を、アルミニウム合金板等の軽い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、板材の剛性を板厚を厚く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、実施されてきた。
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)。
これまで、板材の剛性を板厚を厚く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、実施されてきた。
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)。
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。
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。
また、剛性向上効果の高い凹凸を有する板材を用いて、これをコア材として用いた積層構造体とすることや、剛性向上効果の高い凹凸を有する板材をインナーパネルとして用いてアウターパネルと組み合わせて車両パネルとし、これらを従来以上の高剛性なものとすることも求められている。
一方、単純に剛性向上効果を得るだけでなく、特定の方向における剛性向上効果を他の方向に比べて若干低下させるあるいはより向上させるといった剛性向上効果の異方性が得られれば、たとえば、特定の方向の衝撃吸収を弱めたり高めたりすることが必要な場合のように、特殊な用途に利用できる。
本発明は、かかる背景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し、かつ、その剛性向上効果に異方性がある板材、およびこれを用いた積層構造体並びに車両パネル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、所定間隔を空けて順次平行に配された仮想の3つの平面である第1基準面、中間基準面及び第2基準面を基準とし、
上記第1基準面上に8角形状の外形輪郭部を配置した第1領域と、
上記第2基準面上に8角形状の外形輪郭部を配置した第2領域と、
上記中間基準面上に4角形状の外形輪郭部を配置した中間領域とを有し、
上記中間基準面の鉛直方向から見ると、上記第1領域と上記中間領域とが交互に直線状に配列された第1列と、該第1列の配列方向と同じ方向において上記第2領域と上記中間領域とが交互に配列された第2列とが存在し、これらが交互に並列配置され、隣り合う上記第1列と上記第2列においては、上記第1列中の1つの上記第1領域が上記第2列中の1つの上記中間領域及びその両隣の2つの上記第2領域と隣接し、上記第2列中の1つの上記第2領域が上記第1列中の1つの上記中間領域と2つの上記第1領域と隣接するよう、規則的に分散配置されており、
隣り合う上記第1領域と上記第2領域との間は、上記面方向に直交する又は上記面方向から傾斜した第1スカート部により連結されており、隣り合う上記中間領域と上記第1領域との間は、上記面方向に直交する又は上記面方向から傾斜した第2スカート部により連結されており、隣り合う上記中間領域と上記第2領域との間は、上記面方向に直交する又は上記面方向から傾斜した第3スカート部により連結されており、
上記第1領域、上記第2領域及び上記中間領域は、上記第1スカート部、上記第2スカート部又は上記第3スカート部を介して、各領域が異なる他の2種の領域と連なって同種の領域が連続的に連ならないよう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)。
上記凹凸部は、所定間隔を空けて順次平行に配された仮想の3つの平面である第1基準面、中間基準面及び第2基準面を基準とし、
上記第1基準面上に8角形状の外形輪郭部を配置した第1領域と、
上記第2基準面上に8角形状の外形輪郭部を配置した第2領域と、
上記中間基準面上に4角形状の外形輪郭部を配置した中間領域とを有し、
上記中間基準面の鉛直方向から見ると、上記第1領域と上記中間領域とが交互に直線状に配列された第1列と、該第1列の配列方向と同じ方向において上記第2領域と上記中間領域とが交互に配列された第2列とが存在し、これらが交互に並列配置され、隣り合う上記第1列と上記第2列においては、上記第1列中の1つの上記第1領域が上記第2列中の1つの上記中間領域及びその両隣の2つの上記第2領域と隣接し、上記第2列中の1つの上記第2領域が上記第1列中の1つの上記中間領域と2つの上記第1領域と隣接するよう、規則的に分散配置されており、
隣り合う上記第1領域と上記第2領域との間は、上記面方向に直交する又は上記面方向から傾斜した第1スカート部により連結されており、隣り合う上記中間領域と上記第1領域との間は、上記面方向に直交する又は上記面方向から傾斜した第2スカート部により連結されており、隣り合う上記中間領域と上記第2領域との間は、上記面方向に直交する又は上記面方向から傾斜した第3スカート部により連結されており、
上記第1領域、上記第2領域及び上記中間領域は、上記第1スカート部、上記第2スカート部又は上記第3スカート部を介して、各領域が異なる他の2種の領域と連なって同種の領域が連続的に連ならないよう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)。
第2の発明は、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一枚は上記第1の発明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にある(請求項5)。
第3の発明は、アウターパネルと、該アウターパネルの裏面に向けて配置されたインナーパネルとを有する車両パネルであって、上記インナーパネルが上記第1の発明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にある(請求項6)。
本発明における上記凹凸部を有する板材は、上記特殊な形状の凹凸部を有している。上記凹凸部は、上記のごとく、上記第1領域、第2領域が同じ基準平面からではなく、所定間隔を空けて配された2つの第1、第2基準面を厚み方向の起点として形成され、その基準面上の平面か、あるいはその基準面上の外形輪郭部に囲まれた突出部等からなる。さらに、これらとは別に第1、第2基準面の間にある中間基準面上に外形輪郭部を配置した中間領域を有する構造となる。そして、上記第1領域、第2領域及び中間領域のそれぞれの間は、基準面に直交または傾斜した上記第1スカート部、第2スカート部又は第3スカート部によって連結される。
このような構造を有しているので、上記板材は、これ自体が曲げ剛性に優れた高剛性の材料となる。
剛性が向上する理由は、次のように考えられる。即ち、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である第1〜第3スカート部のいずれかを通らざるを得ない。ここで、異なる領域同士の境界部分の第1〜第3スカート部は、形状的に板材の厚み方向に向いて配置されているため、剛性向上効果を高める要因になっている。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。
さらに、各領域の外形形状を上記のごとく8角形および4角形とすることによって、規則正しい分散配列を容易に実現することができ、かつ、上記配列によって、剛性向上効果の異方性を得ることができる。
剛性が向上する理由は、次のように考えられる。即ち、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である第1〜第3スカート部のいずれかを通らざるを得ない。ここで、異なる領域同士の境界部分の第1〜第3スカート部は、形状的に板材の厚み方向に向いて配置されているため、剛性向上効果を高める要因になっている。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。
さらに、各領域の外形形状を上記のごとく8角形および4角形とすることによって、規則正しい分散配列を容易に実現することができ、かつ、上記配列によって、剛性向上効果の異方性を得ることができる。
即ち、上記凹凸部は、第1領域と中間領域とが交互に配列された第1列と、第2領域と中間領域とが交互に配列された第2列とが交互に並列配置されて形成されている。そして、特定の方向の第1列および第2列の列方向だけでなく、これに直交する列方向で見ても、上記第1領域と上記中間領域が交互に配列された第1列と第2領域と中間領域とが交互に配列された第2列とが存在する。
一方、上記第1列および第2列と45°方向を変えて見ると、即ち、上記中間領域の4角形の対角線の方向(以下、適宜、対角方向という。)で見ると、上記中間領域と第1スカート部とが交互に配列された列が存在する。
一方、上記第1列および第2列と45°方向を変えて見ると、即ち、上記中間領域の4角形の対角線の方向(以下、適宜、対角方向という。)で見ると、上記中間領域と第1スカート部とが交互に配列された列が存在する。
ここで、各領域の間には第1〜第3のスカート部のいずれかが存在し、この存在が曲げ剛性を大きく向上させている。そして、上記第1列および第2列に沿った方向の折り曲げ線を想定した場合、どの位置においても、第1〜第3スカート部のいずれかが該凹凸部の剛性を向上できる状態、つまり断面2次モーメントを向上させる状態で存在する。ところが上記対角方向における折り曲げ線を想定すると、中間領域の4角形の対角線延長上においては、上記第1スカート部がその折り曲げ線上にほぼ重なるように存在することとなって剛性に影響する断面2次モーメントがほとんど向上せず、また、上記第1スカート部と中間領域との境界部分でも断面2次モーメントが向上する要素がほとんどない。換言すれば、上記折り曲げ線を想定した場合は、その線上に第1領域あるいは第2領域が存在しないため、これらが剛性向上に寄与しないのである。
そのため、上記対角方向に折り曲げ線を想定した曲げ剛性は、他の方向の曲げ剛性よりも低くなる。一方、上記第1列および第2列に沿った方向に折り曲げ線を想定した曲げ剛性は、格段に向上する。
このように、本発明によれば、従来よりも剛性向上効果の高い凹凸部のパターンを有し、かつ、その剛性向上効果に異方性がある板材を得ることができる。
このように、本発明によれば、従来よりも剛性向上効果の高い凹凸部のパターンを有し、かつ、その剛性向上効果に異方性がある板材を得ることができる。
第2の発明においては、このような優れた剛性を有する凹凸部を有する板材を積層構造の一部に有するので、格段に剛性が高い積層構造体を得ることができ、かつ、その剛性向上効果に異方性を持たせることができる。
第3の発明においては、上記のごとく剛性の高い凹凸部を有する板材をインナーパネルとして用いることによって、従来よりも剛性が高い車両パネルを容易に得ることができる。さらに、上記凹凸部の剛性向上効果の異方性を利用し、たとえば、インナーパネルの凹凸部を、上記対角方向が車両の前後方向に向くよう配置することによって、正面衝突した際の変形を容易に得やすくできるなど、優れた作用効果を発揮させることもできる。
本発明において、8角形、4角形、8角錐台等の表現は、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、各辺が若干曲線になったり、角部や面に成形上必要な丸み等が生じること、いわゆるフィレットRといわれる曲面を設けることも当然に許容される。
上記第1領域、第2領域及び中間領域は、それぞれ、上記外形輪郭部で囲まれる領域内が立体的に***した形状、たとえば8角錐台形状、4角錐台形状等を呈してもよいし、ドーム状に***した形状としてもよい。
ただし、上記第1領域は上記第1基準面上に配置された8角形状の平面よりなり、上記第2領域は上記第2基準面上に配置された8角形状の平面よりなり、上記中間領域は上記中間基準面上に配置された4角形状の平面よりなることが好ましい(請求項2)。この場合には、設計が容易で、かつ、成形も容易となる。
ただし、上記第1領域は上記第1基準面上に配置された8角形状の平面よりなり、上記第2領域は上記第2基準面上に配置された8角形状の平面よりなり、上記中間領域は上記中間基準面上に配置された4角形状の平面よりなることが好ましい(請求項2)。この場合には、設計が容易で、かつ、成形も容易となる。
また、材質はアルミニウム合金であることが好ましい(請求項3)。アルミニウム合金(本発明においては、アルミニウム合金は純アルミニウムを含むものとする。)は、鉄鋼材料等の金属材料と比べて軽量であり、かつ、加工性にも優れるため、好適である。具体的な材質としては、たとえば、JISやAAの1000系、2000系、3000系、4000系、5000系、6000系、7000系、8000系のアルミニウム又はアルミニウム合金があり、用途に合わせて様々なものを適用できる。
なお、上記板材は、上記凹凸部を有する限り、アルミニウム合金以外の材料においても有効であり、たとえば、樹脂板など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。樹脂材料等においては、アルミニウム合金等の金属材料の場合よりよりも成形上の寸法制約を受けにくく、設計の自由度もより広くなる。
また、上記第1基準面と上記中間基準面の間隔S1(mm)、上記第2基準面と上記中間基準面の間隔S2(mm)、および上記凹凸部形成前の板厚t(mm)とは、
t:0.05〜3mm、
0.225mm≦S1≦18.75mm、
0.225mm≦S2≦18.75mm、
2.31t−0.93≦S1≦20t、
2.31t−0.93≦S2≦20t、
の関係を有し、
上記第1領域および上記第2領域は同じ大きさよりなり、上記中間領域の外形は上記中間基準面上において正方形状よりなり、上記中間領域の中心間ピッチL1(mm)と、上記正方形の一辺の長さL2(mm)と、上記板厚t(mm)と、上記間隔S1(mm)、及び上記間隔S2(mm)とは、
2.5mm≦L2≦50mm
3≦(L1/L2)≦5、
3≦(L2/t)、
0.03≦(S1/L1)≦0.075、
0.03≦(S2/L1)≦0.075、
の関係を有し、
かつ、上記第1スカート部の上記中間基準面に対する傾斜角度は20°〜90°の範囲にあり、上記第2スカート部の上記中間基準面に対する傾斜角度は20°〜90°の範囲にあり、上記第3スカート部の上記中間基準面に対する傾斜角度は20°〜90°の範囲にあることが好ましい(請求項4)。
t:0.05〜3mm、
0.225mm≦S1≦18.75mm、
0.225mm≦S2≦18.75mm、
2.31t−0.93≦S1≦20t、
2.31t−0.93≦S2≦20t、
の関係を有し、
上記第1領域および上記第2領域は同じ大きさよりなり、上記中間領域の外形は上記中間基準面上において正方形状よりなり、上記中間領域の中心間ピッチL1(mm)と、上記正方形の一辺の長さL2(mm)と、上記板厚t(mm)と、上記間隔S1(mm)、及び上記間隔S2(mm)とは、
2.5mm≦L2≦50mm
3≦(L1/L2)≦5、
3≦(L2/t)、
0.03≦(S1/L1)≦0.075、
0.03≦(S2/L1)≦0.075、
の関係を有し、
かつ、上記第1スカート部の上記中間基準面に対する傾斜角度は20°〜90°の範囲にあり、上記第2スカート部の上記中間基準面に対する傾斜角度は20°〜90°の範囲にあり、上記第3スカート部の上記中間基準面に対する傾斜角度は20°〜90°の範囲にあることが好ましい(請求項4)。
アルミニウム合金を適用した場合には、上記のごとく、凹凸部形成前の板厚tが0.05mm〜3mmであることが好ましい。上記板厚tを上記範囲内とすることによって、加工性を確保した上で優れた剛性を得ることができる。凹凸部形成前の板厚tによって規定する理由は、上記凹凸部をプレス加工やロール成形等の塑性加工によって加工することによって各部の板厚が変化する場合があるためである。
上記L2が2.5mm未満の場合には、上記凹凸部を作製することが困難となる。一方、上記L2が50mmを超える場合には、使用上、凹凸形状のピッチが大きくなりすぎるという問題がある。
上記間隔S1が2.31t−0.93未満の場合には、各領域において必要な張り剛性が得られないという問題が生じるおそれがあり、一方、間隔S1が20tを超える場合には凹凸部の成形が困難になるという問題が生じるおそれがある。
また、同様に、上記間隔S2が2.31t−0.93未満の場合には、各領域において必要な張り剛性が得られないという問題が生じるおそれがあり、一方、間隔S2が20tを超える場合には凹凸部の成形が困難になるという問題が生じるおそれがある。
また、同様に、上記間隔S2が2.31t−0.93未満の場合には、各領域において必要な張り剛性が得られないという問題が生じるおそれがあり、一方、間隔S2が20tを超える場合には凹凸部の成形が困難になるという問題が生じるおそれがある。
また、上記間隔S1と間隔S2は、いずれも、0.225mm未満の場合には剛性向上効果が少なく、一方、18.75mm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おそれがある。また、上記間隔S1と間隔S2とは同じ値に設計することが好ましい。この場合には、折り曲げ線を想定した曲げ剛性を低くすることが可能である。
また、上記第1領域および第2領域が同じ大きさであることにより、板材の表裏の位置関係による特性差が全くない状態が得られる。
また、上記比(L1/L2)が3未満の場合には平板の場合に比べた剛性向上効果が少ないという問題が生じるおそれがあり、一方、上記比(L1/L2)が5を超える場合には、剛性向上効果が十分に高くならないという問題が生じるおそれがある。
また、上記比(L1/L2)が3未満の場合には平板の場合に比べた剛性向上効果が少ないという問題が生じるおそれがあり、一方、上記比(L1/L2)が5を超える場合には、剛性向上効果が十分に高くならないという問題が生じるおそれがある。
また、上記比(L2/t)が3未満の場合には、幾何学的に中間領域の形成が困難になるという問題が生じるおそれがある。一方、上記比(L2/t)の上限値は板材に必要な張り剛性が得られないおそれがあるという理由により100とすることが好ましい。
また、上記(S1/L1)及び(S2/L1)は、いずれも、0.03未満の場合には、剛性向上効果が小さく、0.075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おそれがある。
また、上記(S1/L1)及び(S2/L1)は、いずれも、0.03未満の場合には、剛性向上効果が小さく、0.075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おそれがある。
また、上記凹凸部を有する板材において、上記第1スカート部の上記中間基準面に対する傾斜角度は20°〜90°の範囲にあり、上記第2スカート部の上記中間基準面に対する傾斜角度は20°〜90°の範囲にあり、上記第3スカート部の上記中間基準面に対する傾斜角度は20°〜90°の範囲にあることが好ましい。
まず、上記第1スカート部の傾斜角度は20°〜90°の範囲にあることが好ましい。上記第1スカート部の傾斜角度が20°未満の場合には平板の場合に比べて剛性向上効果が少ないという問題がある。一方、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。同様に、上記第2スカート部の傾斜角度は20°〜90°の範囲にあることが好ましい。上記第2スカート部の傾斜角度が20°未満の場合には平板の場合に比べて剛性向上効果が少ないという問題がある。一方、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。同様に、上記第3スカート部の傾斜角度は20°〜90°の範囲にあることが好ましい。上記第3スカート部の傾斜角度が20°未満の場合には平板の場合に比べて剛性向上効果が少ないという問題がある。一方、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。
また、上記板材の材質がアルミニウム合金の場合には、上述した第1〜第3スカート部の傾斜角度は、成形性の問題から、いずれも70°以下がより好ましく、したがって、より好ましい範囲としては20°〜70°がよい。
また、上記板材の材質がアルミニウム合金の場合には、上述した第1〜第3スカート部の傾斜角度は、成形性の問題から、いずれも70°以下がより好ましく、したがって、より好ましい範囲としては20°〜70°がよい。
また、第2の発明の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片面に配設された1枚の平坦な面板よりなる二層構造の積層体、または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とることもできる。
また、複数枚の凹凸部を有する板材を直接積層しただけの状態の積層構造体とすることもできる。
上記板材の積層枚数としては、用途及び要求特性に応じて変更することができる。
また、複数枚の凹凸部を有する板材を直接積層してコア材とし、その片側又は両側の表面に平坦な面板を接合してなる構造をとることもできる。
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、第3の発明の車両パネルは、自動車のフードに限らず、ドアー、ルーフ、フロアー、トランクリッドなどのパネルとして使用可能である。
上記アウターパネルを構成するアルミニウム合金板としては、たとえば、比較的安価であるという理由により6000系合金板が好適である。また、上記インナーパネルを構成するアルミニウム合金板としては、たとえば、比較的成形性がよいという理由により5000系合金板が好適である。
上記アウターパネルを構成するアルミニウム合金板としては、たとえば、比較的安価であるという理由により6000系合金板が好適である。また、上記インナーパネルを構成するアルミニウム合金板としては、たとえば、比較的成形性がよいという理由により5000系合金板が好適である。
(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き、図1〜図4を用いて説明する。
本例の凹凸部を有する板材1は、同図に示すごとく、凹凸部20を形成することによって剛性を高めた板材である。なお、図1〜図4は、凹凸部20の説明を容易にするため、一部を切り出して表したものであり、板材1の大きさに合わせて、面方向前後左右に形状を連続させて拡大できることは言うまでもない。また、図中における厚み等の寸法は、説明の都合上強調して表しており、正確なものではない。
本発明の実施例にかかる凹凸部を有する板材につき、図1〜図4を用いて説明する。
本例の凹凸部を有する板材1は、同図に示すごとく、凹凸部20を形成することによって剛性を高めた板材である。なお、図1〜図4は、凹凸部20の説明を容易にするため、一部を切り出して表したものであり、板材1の大きさに合わせて、面方向前後左右に形状を連続させて拡大できることは言うまでもない。また、図中における厚み等の寸法は、説明の都合上強調して表しており、正確なものではない。
図3、図4に示すごとく、凹凸部20は、所定間隔を空けて順次平行に配された仮想の3つの平面である第1基準面K1、中間基準面K3及び第2基準面K2を基準とし、図1〜図4に示すごとく、第1基準面K1上に8角形状の外形輪郭部を配置した第1領域21と、第2基準面K2上に8角形状の外形輪郭部を配置した第2領域22と、中間基準面K3上に4角形状の外形輪郭部を配置した中間領域23を有する。
本例では、第1領域21は第1基準面K1上に配置された8角形状の平面より構成し、第2領域22は第2基準面K2上に配置された8角形状の平面より構成し、中間領域23は中間基準面K3上に配置された4角形状の平面より構成した。
図1、図2に示すごとく、第1基準面K1、第2基準面K2および中間基準面K3の鉛直方向から見ると、第1領域21と中間領域23とが直線状に交互に配列された第1列R1と、同じ方向において第2領域22と中間領域23とが交互に配列された第2列R2とが存在し、これらが交互に並列配置される。
隣り合う第1列R1と第2列R2においては、第1列R1中の第1領域21が第2列R2中の中間領域23と隣接し、第2列R2中の第2領域22が第1列R1中の中間領域23と隣接するよう、第1領域21、第2領域22および中間領域23が規則的に分散配置されている。
図2に示すごとく、隣り合う第1領域21と第2領域22との間は、面方向に略直交する第1スカート部31により連結されており、隣り合う中間領域23と第1領域21との間は、面方向に略直交する第2スカート部32により連結されており、隣り合う中間領域23と第2領域22との間は、面方向に略直交する第3スカート部33により連結されている。
図1、図2に示すごとく、第1領域21、第2領域22及び中間領域23は、第1スカート部31、第2スカート部32又は第3スカート部33を介して、各領域が異なる他の2種の領域と連なって同種の領域が連続的に連ならないように分散配置されている。
図1、図2に示すごとく、第1領域21、第2領域22及び中間領域23は、第1スカート部31、第2スカート部32又は第3スカート部33を介して、各領域が異なる他の2種の領域と連なって同種の領域が連続的に連ならないように分散配置されている。
また、本例の凹凸部20を有する板材1は、凹凸部形成前板厚tが0.4mmの1000系アルミニウム板よりなる。
凹凸部20は、一対の金型を用いたプレス成形により成形する。なお、この成形方法としては、表面に所望の凹凸形状をつ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。
凹凸部20は、一対の金型を用いたプレス成形により成形する。なお、この成形方法としては、表面に所望の凹凸形状をつ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。
上記凹凸部20について、さらに詳しく説明すると、図2〜図4に示すごとく、第1スカート部31の中間基準面K3に対する傾斜角度は80°とした。同様に、第2スカート部32の中間基準面K3に対する傾斜角度も80°とした。同様に、第3スカート部33の中間基準面K3に対する傾斜角度は80°とした。なお、この傾斜角度は図面作成上の都合から、図面には正確に表されていない。
また、図3、図4に示すごとく、第1基準面K1と中間基準面K3の間隔S1は0.6mmであり、したがって、板厚t(mm)との比(S1/t)は1.5である。また、中間基準面K3と第2基準面K2の間隔S2は0.6mmであり、したがって、板厚t(mm)との比(S2/t)は1.5である。
また、図1に示すごとく、本例の中間領域23の外形は正方形状よりなり、中間領域23の中心間ピッチL1は15mmであり、正方形の一辺の長さL2は3.75mmであり、したがって、比(L1/L2)が4である。また、上記正方形の一辺の長さL2(mm)と凹凸部形成前の板厚t(mm)との比(L2/t)は9.375である。
本例の凹凸部20を有する板材1は、上記のような特殊な形状の凹凸部を有している。即ち、凹凸部20は、第1領域21、第2領域22が、所定間隔を空けて配された2つの第1、第2基準面K1、K2上の平面として設けられ、さらに、これらとは別に第1、第2基準面K1、K2の間にある中間基準面K3上の平面よりなる中間領域23を有する構造となっている。さらに、第1領域、第2領域及び中間領域のそれぞれの間は、上記第1スカート部、第2スカート部又は第3スカート部によって連結される。
このような構造を有しているので、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である第1〜第3スカート部31〜33のいずれかを通らざるを得ない。ここで、異なる領域同士の境界部分の第1〜第3スカート部31〜33が、板材の厚み方向に向いて配置されているため、剛性向上効果を高める要因になっている。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。
さらに、本例の凹凸部は、剛性向上効果に異方性を加えることができる。
即ち、図1、図2に示すごとく、凹凸部20は、第1領域21と第2スカート部32と中間領域23と第2スカート部32とが交互に配列された第1列R1と、第2領域22と第3スカート部33と中間領域23と第3スカート部33とが交互に配列された第2列R2とが交互に並列配置されて形成されている。そして、特定の方向で見た第1列R1および第2列R2の列方向だけでなく、これに直交する列方向で見ても、第1領域21と中間領域23が交互に配列された第1列R1と第2領域22と中間領域23とが交互に配列された第2列R2とが存在する。
即ち、図1、図2に示すごとく、凹凸部20は、第1領域21と第2スカート部32と中間領域23と第2スカート部32とが交互に配列された第1列R1と、第2領域22と第3スカート部33と中間領域23と第3スカート部33とが交互に配列された第2列R2とが交互に並列配置されて形成されている。そして、特定の方向で見た第1列R1および第2列R2の列方向だけでなく、これに直交する列方向で見ても、第1領域21と中間領域23が交互に配列された第1列R1と第2領域22と中間領域23とが交互に配列された第2列R2とが存在する。
一方、第1列R1および第2列R2と45°方向を変えた対角方向で見ると、中間領域23がその対角線を同一方向に並べ、かつ、中間領域23と第1スカート部31とが交互に並んだ第3列R3が存在する。さらに対角方向においては、第1領域21と第1スカート部31と第2領域22と第1スカート部31とが交互に配列された第4列R4が存在する。そして、第3列R3と第4列R4とは交互に並列配置された状態となっている。
ここで、各領域の間には第1〜第3のスカート部31〜33のいずれかが存在し、この存在が曲げ剛性を大きく向上させている。そして、第1列R1および第2列R2に沿った方向の折り曲げ線を想定した場合、どの位置においても、第1〜第3スカート部31〜33が剛性向上できる状態で存在する。ところが対角方向の第3列R3上に折り曲げ線を想定すると、中間領域23の位置と、第1領域21と第2領域22とをつなぐ第1スカート部31の途中の位置とが、厚み方向において近い位置に存在している。そしてその高低差は、他の部分に折り曲げ線を想定した場合よりも小さく、ほぼ直線状に示すことができる。
そのため、対角方向における上記第3列R3に沿った折り曲げ線を想定した曲げ剛性は、他の方向の曲げ剛性よりも低くなる。
一方、第1列R1、第2列R2に沿った方向の折り曲げ線を想定した曲げ剛性は、格段に向上する。
また、第1領域21および第2領域22が同じ大きさであることにより、板材1の表裏の位置関係による特性差が全くない状態が得られる。
一方、第1列R1、第2列R2に沿った方向の折り曲げ線を想定した曲げ剛性は、格段に向上する。
また、第1領域21および第2領域22が同じ大きさであることにより、板材1の表裏の位置関係による特性差が全くない状態が得られる。
(FEM解析)
本例の板材の剛性向上効果を定量的に判断するためのFEM解析を行った。
FEM解析方法は、凹凸部20のみよりなり、第1列R1方向を長手方向とした4角形状の試験片を準備し、その長手方向一端を固定して、他端を自由端とする片持ち梁を想定し、自由端に10Nの荷重をかけた場合の撓み量から剛性を求める解析(解析1−1)と、長手方向を45°変換して第3列R3方向を長手方向とした4角形状の試験片を用いた同様の解析(解析1−2)とを行った。試験片のサイズはいずれも60mm×60mmであり、凹凸部20をプレス成形する前の板厚tが0.4mm、成形後は0.36mmであるとした。
本例の板材の剛性向上効果を定量的に判断するためのFEM解析を行った。
FEM解析方法は、凹凸部20のみよりなり、第1列R1方向を長手方向とした4角形状の試験片を準備し、その長手方向一端を固定して、他端を自由端とする片持ち梁を想定し、自由端に10Nの荷重をかけた場合の撓み量から剛性を求める解析(解析1−1)と、長手方向を45°変換して第3列R3方向を長手方向とした4角形状の試験片を用いた同様の解析(解析1−2)とを行った。試験片のサイズはいずれも60mm×60mmであり、凹凸部20をプレス成形する前の板厚tが0.4mm、成形後は0.36mmであるとした。
剛性の評価は、凹凸部20形成前の平板状の元板について同様のFEM解析を行った結果得られた撓み量との比で行い、剛性が何倍に向上したかにより行った。
解析1−1の結果、本例の凹凸部20は、平板状の元板の場合と比べて、剛性が3.9倍に向上することが分かった。
解析1−2の結果、本例の凹凸部20は、平板状の元板の場合と比べて、剛性が1.7倍に向上することが分かった。
そして、凹凸部20は、その曲げ剛性向上効果に上記のごとく異方性があることも分かった。
解析1−1の結果、本例の凹凸部20は、平板状の元板の場合と比べて、剛性が3.9倍に向上することが分かった。
解析1−2の結果、本例の凹凸部20は、平板状の元板の場合と比べて、剛性が1.7倍に向上することが分かった。
そして、凹凸部20は、その曲げ剛性向上効果に上記のごとく異方性があることも分かった。
(実施例2)
本例は、実施例1の凹凸部の形状を変更した例である。最も異なる点は、第1〜第3スカート部31〜33を、すべて、面方向に直交せず傾斜する形状とした点である。なお、説明の都合上、形状が異なっても同じ種類の部位は実施例1と同じ符号を用いる。
本例は、実施例1の凹凸部の形状を変更した例である。最も異なる点は、第1〜第3スカート部31〜33を、すべて、面方向に直交せず傾斜する形状とした点である。なお、説明の都合上、形状が異なっても同じ種類の部位は実施例1と同じ符号を用いる。
本例の凹凸部202は、図5〜図8に示すごとく、第1スカート部31の中間基準面K3に対する傾斜角度θ1は25°とした。同様に、第2スカート部32の中間基準面K3に対する傾斜角度θ2も25°とした。同様に、第3スカート部33の中間基準面K3に対する傾斜角度θ3も25°とした。
また、図6に示すごとく、本例の中間領域23の外形は正方形状よりなり、中間領域23の中心間ピッチL1は15mmであり、正方形の一辺の長さL2は3.75mmであり、したがって、比(L1/L2)が4である。また、上記正方形の一辺の長さL2(mm)と凹凸部形成前の板厚t(mm)との比(L2/t)は9.375である。
その他は、実施例1と同様とした。
その他は、実施例1と同様とした。
(FEM解析)
本例においても、実施例1と同様のFEM解析を行った。
FEM解析方法は、凹凸部202のみよりなり、第1列R1方向を長手方向とした4角形状の試験片を準備し、その長手方向一端を固定して、他端を自由端とする片持ち梁を想定し、自由端に10Nの荷重をかけた場合の撓み量から剛性を求める解析(解析2−1)と、長手方向を45°変換して第3列R3方向を長手方向とした4角形状の試験片を用いた同様の解析(解析2−2)とを行った。試験片のサイズはいずれも60mm×60mmであり、凹凸部202をプレス成形する前の板厚が0.4mm、成形後は0.387mmであるとした。
本例においても、実施例1と同様のFEM解析を行った。
FEM解析方法は、凹凸部202のみよりなり、第1列R1方向を長手方向とした4角形状の試験片を準備し、その長手方向一端を固定して、他端を自由端とする片持ち梁を想定し、自由端に10Nの荷重をかけた場合の撓み量から剛性を求める解析(解析2−1)と、長手方向を45°変換して第3列R3方向を長手方向とした4角形状の試験片を用いた同様の解析(解析2−2)とを行った。試験片のサイズはいずれも60mm×60mmであり、凹凸部202をプレス成形する前の板厚が0.4mm、成形後は0.387mmであるとした。
剛性の評価は、凹凸部202形成前の平板状の元板について同様のFEM解析を行った結果得られた撓み量との比で行い、剛性が何倍に向上したかにより行った。
解析2−1の結果、本例の凹凸部202は、平板状の元板の場合と比べて、剛性が4.4倍に向上することが分かった。
解析2−2の結果、本例の凹凸部202は、平板状の元板の場合と比べて、剛性が1.8倍に向上することが分かった。
そして、凹凸部202は、その曲げ剛性向上効果に上記のごとく異方性があることも分かった。
解析2−1の結果、本例の凹凸部202は、平板状の元板の場合と比べて、剛性が4.4倍に向上することが分かった。
解析2−2の結果、本例の凹凸部202は、平板状の元板の場合と比べて、剛性が1.8倍に向上することが分かった。
そして、凹凸部202は、その曲げ剛性向上効果に上記のごとく異方性があることも分かった。
(実施例3)
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、上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の平面と第2領域22の平面に対して面板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。
なお、上記面板としては、アルミニウム合金以外の金属の板、たとえば、鋼板やチタン板等や、樹脂板等を適用することも可能である。
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。
なお、上記面板としては、アルミニウム合金以外の金属の板、たとえば、鋼板やチタン板等や、樹脂板等を適用することも可能である。
(実施例4)
本例は、図10に示すごとく、実施例1、2に記載の板材1をインナーパネルとして用い、上記第1領域21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。なお、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。
本例は、図10に示すごとく、実施例1、2に記載の板材1をインナーパネルとして用い、上記第1領域21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。なお、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。
本例の車両パネル6は、これを構成するインナーパネルの板材1の凹凸部20、202が、上記のごとく剛性向上効果に異方性を有している。そのため、第3列R3の方向を車両パネル6の前後方向に合致させることにより、車両正面方向から過大な衝撃力が加わった際にスムーズに折れ曲がるという効果が得られる。
さらに、車両パネル6は、凹凸部20、202の剛性向上効果によって、歩行者が衝突した際の一次衝突の衝撃及び二次衝突の衝撃を吸収する特性に優れたものとなる。
さらに、車両パネル6は、凹凸部20、202の剛性向上効果によって、歩行者が衝突した際の一次衝突の衝撃及び二次衝突の衝撃を吸収する特性に優れたものとなる。
(実施例5)
本例は、実施例4におけるインナーパネルの凹凸部の形状を若干変更した具体例である。図11に示すごとく、本例のインナーパネルとしての板材1が有する凹凸部205は、実施例2における凹凸部202を基本とし、その寸法を変更したものである。
本例は、実施例4におけるインナーパネルの凹凸部の形状を若干変更した具体例である。図11に示すごとく、本例のインナーパネルとしての板材1が有する凹凸部205は、実施例2における凹凸部202を基本とし、その寸法を変更したものである。
具体的には、図示は省略するが、第1スカート部31の中間基準面K3に対する傾斜角度θ1は25°、第2スカート部32の中間基準面K3に対する傾斜角度θ2は25°、第3スカート部33の中間基準面K3に対する傾斜角度θ3は25°とした。
また、中間領域23の外形は正方形状よりなり、中間領域23の中心間ピッチL1は160mmであり、正方形の一辺の長さL2は40mmであり、したがって、比(L1/L2)が4である。また、上記正方形の一辺の長さL2(mm)と凹凸部形成前の板厚t(mm)との比(L2/t)は44.4である。
また、第1基準面K1と中間基準面K3の間隔S1は9.6mmであり、したがって比(S1/L1)は0.06ある。また、中間基準面K3と第2基準面K2の間隔S2は9.6mmであり、したがって、比(S2/L1)は0.06である。
その他は、実施例1、2と同様とした。
また、中間領域23の外形は正方形状よりなり、中間領域23の中心間ピッチL1は160mmであり、正方形の一辺の長さL2は40mmであり、したがって、比(L1/L2)が4である。また、上記正方形の一辺の長さL2(mm)と凹凸部形成前の板厚t(mm)との比(L2/t)は44.4である。
また、第1基準面K1と中間基準面K3の間隔S1は9.6mmであり、したがって比(S1/L1)は0.06ある。また、中間基準面K3と第2基準面K2の間隔S2は9.6mmであり、したがって、比(S2/L1)は0.06である。
その他は、実施例1、2と同様とした。
本例の場合にも、実施例4と同様に、凹凸部205の剛性向上効果によって、歩行者が衝突した際の一次衝突の衝撃及び二次衝突の衝撃を吸収する特性に優れたものとなる。
1 凹凸部を有する板材
20、202、205 凹凸部
21 第1領域
22 第2領域
23 中間領域
31 第1スカート部
32 第2スカート部
33 第3スカート部
5 積層構造体
6 車両パネル
K1 第1基準面
K2 第2基準面
K3 中間基準面
20、202、205 凹凸部
21 第1領域
22 第2領域
23 中間領域
31 第1スカート部
32 第2スカート部
33 第3スカート部
5 積層構造体
6 車両パネル
K1 第1基準面
K2 第2基準面
K3 中間基準面
Claims (6)
- 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、所定間隔を空けて順次平行に配された仮想の3つの平面である第1基準面、中間基準面及び第2基準面を基準とし、
上記第1基準面上に8角形状の外形輪郭部を配置した第1領域と、
上記第2基準面上に8角形状の外形輪郭部を配置した第2領域と、
上記中間基準面上に4角形状の外形輪郭部を配置した中間領域とを有し、
上記中間基準面の鉛直方向から見ると、上記第1領域と上記中間領域とが交互に直線状に配列された第1列と、該第1列の配列方向と同じ方向において上記第2領域と上記中間領域とが交互に配列された第2列とが存在し、これらが交互に並列配置され、隣り合う上記第1列と上記第2列においては、上記第1列中の1つの上記第1領域が上記第2列中の1つの上記中間領域及びその両隣の2つの上記第2領域と隣接し、上記第2列中の1つの上記第2領域が上記第1列中の1つの上記中間領域と2つの上記第1領域と隣接するよう、規則的に分散配置されており、
隣り合う上記第1領域と上記第2領域との間は、上記面方向に直交する又は上記面方向から傾斜した第1スカート部により連結されており、隣り合う上記中間領域と上記第1領域との間は、上記面方向に直交する又は上記面方向から傾斜した第2スカート部により連結されており、隣り合う上記中間領域と上記第2領域との間は、上記面方向に直交する又は上記面方向から傾斜した第3スカート部により連結されており、
上記第1領域、上記第2領域及び上記中間領域は、上記第1スカート部、上記第2スカート部又は上記第3スカート部を介して、各領域が異なる他の2種の領域と連なって同種の領域が連続的に連ならないよう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。 - 請求項1に記載の凹凸部を有する板材において、上記第1領域は上記第1基準面上に配置された8角形状の平面よりなり、上記第2領域は上記第2基準面上に配置された8角形状の平面よりなり、上記中間領域は上記中間基準面上に配置された4角形状の平面よりなることを特徴とする凹凸部を有する板材。
- 請求項1又は2に記載の凹凸部を有する板材において、材質はアルミニウム合金であることを特徴とする凹凸部を有する板材。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の凹凸部を有する板材において、上記第1基準面と上記中間基準面の間隔S1(mm)、上記第2基準面と上記中間基準面の間隔S2(mm)、および上記凹凸部形成前の板厚t(mm)とは、
t:0.05〜3mm、
0.225mm≦S1≦18.75mm、
0.225mm≦S2≦18.75mm、
2.31t−0.93≦S1≦20t、
2.31t−0.93≦S2≦20t、
の関係を有し、
上記第1領域および上記第2領域は同じ大きさよりなり、上記中間領域の外形は上記中間基準面上において正方形状よりなり、上記中間領域の中心間ピッチL1(mm)と、上記正方形の一辺の長さL2(mm)と、上記板厚t(mm)と、上記間隔S1(mm)、及び上記間隔S2(mm)とは、
2.5mm≦L2≦50mm
3≦(L1/L2)≦5、
3≦(L2/t)、
0.03≦(S1/L1)≦0.075、
0.03≦(S2/L1)≦0.075、
の関係を有し、
かつ、上記第1スカート部の上記中間基準面に対する傾斜角度は20°〜90°の範囲にあり、上記第2スカート部の上記中間基準面に対する傾斜角度は20°〜90°の範囲にあり、上記第3スカート部の上記中間基準面に対する傾斜角度は20°〜90°の範囲にあることを特徴とする凹凸部を有する板材。 - 複数の板材を積層してなる積層構造体であって、上記板材の少なくとも一枚は請求項1〜4のいずれか1項に記載の凹凸部を有する板材であることを特徴とする積層構造体。
- アウターパネルと、該アウターパネルの裏面に向けて配置されたインナーパネルとを有する車両パネルであって、上記インナーパネルが請求項1〜4のいずれか1項に記載の凹凸部を有する板材よりなることを特徴とする車両パネル。
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