JP6074900B2 - 金属板および自動車用ボディ部品 - Google Patents

Description

本発明は、板面内に複数の凸部が形成された金属板であって、剛性が必要とされる金属製のパネル類に適用され、特に自動車用のパネル部品に好適に使用できる金属板および自動車用ボディ部品に関する。

自動車の燃費を向上させるための手段の一つとして、自動車の車体を軽量化することが重要である。そのために、自動車を構成する骨格部品やパネル類に使われる材料は板厚が薄い材料が用いられるようになってきており、その結果部品の剛性が低下するという問題が発生している。特に、パネル類のように比較的平坦で広い面積を有する部品では、張り剛性や曲げ剛性などが著しく低下するため、自動車部品の品質が低下するという問題があった。

薄板を使用した部品の剛性を向上させる技術として、板面にエンボスを施すなど、何らかの凹凸のパターンを付与する技術が開示されている。

例えば、特許文献１には、胴体部に略菱形形状の凹凸を有する多面体壁を形成した金属缶が開示されている。これは缶の胴体部の剛性を高め、缶を持った際に発生する好ましくない変形を防止するためのものである。

また、特許文献２には、エンボス加工によって形成された多数の正六角形または円形の凸部を板面内に有する自動車用ヒートインシュレータが開示されている。この発明では、凸部同士の間に存在する平坦部が直線状にならないように凸部を配置するとされている。

さらに、特許文献３には、略半球状の凸部を板面内に複数有するヒートインシュレータが開示されている。この発明では、前記凸部の隙間を辿っていったときの軌跡が屈曲して表われるように設けられているとされている。

特開2004-256178号公報 特開2008-180125号公報 特開2002-38944号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている略菱形の凹凸は、隣り合う菱形の境界稜線が直線的に配列されているため、自動車用のパネルなどのように比較的平坦で面積の広いパネルに適用した場合には、稜線が直線状に並んでいるために、その稜線を起点に曲げ変形が発生しやすく、剛性があまり高くならないという問題がある。

また特許文献２に開示された技術は、凸部自体が正六角形または円形などの３軸以上の対象軸を有する形状の場合（例えば、後述する図６）、それらの凸部を板面内に規則正しく配置するために、完全に直線の平坦部が存在しなくとも、直線状に並んだ正六角形または円形で挟まれた平坦部は略直線状につながるために、その直線を起点に座屈が発生し易いという問題があった。

さらに、特許文献３に開示された技術は、大きさの異なる略半球状の凸部を板面内に配置するので、小さな直径の凸部と大きな直径の凸部の境界位置に広く平坦な部分が存在するため、その位置を起点に座屈が発生し易いという問題があった。また、直径の異なる半球を配置するため、直径に合わせて凸部の高さを決定すると、板面内に高さの異なる凸部が混在することになり、インシュレータ表面の凸部の高さが揃わず、製品表面が均一でなく、見た目の凹凸感につながるという問題があった。反対に直径の異なる半球の高さをそろえた場合には、プレス成形などによりインシュレータを加工する際に、直径の異なる凸部では成形時の伸び率が異なるため、板厚分布が均一になりにくく成形が安定せず形状不良になるという問題があった。

本発明は、素材の板厚が薄い場合においても、板面内に凹凸を付与することにより、張り剛性や曲げ剛性などといったパネルの剛性を確実に向上させ安定した成形を可能とするための金属板、自動車用ボデイ部品および自動車部品を提供することを目的とする。

本発明の要旨は以下の通りである。

第一の発明は、板面に複数の凸部が形成された金属板であって、前記凸部は、平面視略長方形または略楕円形を呈し且つ、前記金属板の一方の端部から他方の端部までの間で、前記金属板内の平坦部が連続した直線状を呈しないように、少なくとも一組の前記凸部の長辺部の向きを交差させた配列を形成させたことを特徴とする金属板である。

第二の発明は、第一の発明に記載の金属板を用いた自動車用ボディ部品である。

第三の発明は、本体を構成する金属板に複数の凸部が形成された自動車用部品であって、前記凸部は平面視略長方形または略楕円形とし且つ、前記金属板の一方の端部から他方の端部までの間で、前記金属板内の平坦部が連続した直線状を呈しないように、少なくとも一組以上の前記凸部の長辺部の向きを交差させた配列を形成させたことを特徴とする自動車用部品である。

本発明によれば、板厚を厚くすることなく成形後のパネルの剛性を向上させることができる。また、自動車用パネル部品などに適用した場合には、車体の軽量化と剛性の向上を両立することができ、車体軽量化による燃費改善効果が期待できる。また、自動車用骨格部品などに適用した場合には、曲げ強度に優れた部材となり、衝突安全特性の向上などが期待できる。

本発明における凸部を説明する図である。 凸部の断面形状の例示する図である。 本発明における凸部配置パターンを説明する図である。 凸部形状の長辺と短辺の比が異なる場合の配列例を示す図である。 本発明の１組の凸部の長辺部の向きが交差する配列が板面内の平坦部の直線を断つ（呈しない）状態の一例を示す図である。 従来の円形の凸部の配置例を示す図である。 実施例におけるエンボス形状パターンを示す図である。 本発明の効果を説明する図である。

以下、本発明の金属板および自動車用ボディ部品について図を用いて説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係る鋼板に付与する凸部の形状を平面視で略長方形または略楕円形とする図である。

略長方形の場合、凸部の断面形状は、図２に示したように屋根のような形状でも良く、平面視略楕円形の凸部の場合は、楕円球を半裁したような形状でもよい。断面形状や断面の高さは、素材の変形特性に応じて成形可能な範囲で決定すればよく、略長方形または略楕円形であれば、凸部を形成することにより、本発明の効果を得ることができる。

本発明の特徴は、略長方形または略楕円形の長辺/短辺の比が同一の同じ形状の凸部を、図３に示すように互いに交差するように配置することである。図３の例は長辺／短辺の比率が１．５の場合であり、図４の例は長辺／短辺の比率を図４（ａ）は２．０、図４（ｂ）は３．０とした場合の配置例である。その一つの例を図５に示す。このように略長方形または略楕円形の一組以上の凸部の長辺部の向きを交差するように配列し、該配列した凸部によって、金属板の一方の端部から他方の端部までの間で、板面内の平坦部が連続した直線部を呈しないように配置することにより、金属板面上の全ての方向において、凸部に挟まれた平坦部が略直線状に繋がることがなく、直線上に必ず凸部の一部が存在するために、座屈しにくいパネルとすることができる。

大きさの異なる半球（凸部）を配置する従来技術（特許文献３等）に対し、本発明では、同じ形状の略長方形または略楕円形の凸部を規則正しく配置するため、板面内に座屈の起点となる平坦部が生成されることがないため、座屈しにくく剛性の高いパネルとすることができる。

なお、直線状を呈する凸部の数は、最大でも５０個以内とすると良い。これを超えるとパネルが座屈しやすくて、凸部を付与する効果が小さくなるからである。

本発明による金属板は、自動車用部品への適用が好適である。例えばボデイ部品等の自動車用パネルでは、前述の通り軽量化のため薄肉化の傾向があるとともに、素材板厚に対してパネルの面積が広いため、パネルの剛性や曲げ強度が低くなり品質不良や衝突特性の劣化が発生しやすいためである。

自動車部品に適用する場合には、予めエンボス加工をした金属板を用いて、プレス加工などにより部品を製造してもよいし、平坦な金属板を素材として用い、自動車用部品を製造するプレス工程などの中で、金属板にエンボス形状を付与しながら自動車部品を製造しても良い。

本発明に係る金属板および自動車用ボディ部品の実施例として、寸法が０．７ｍｍ厚×３００ｍｍ幅×３００ｍｍ長さである引張強度２７０ＭＰａ級の冷延鋼板を用いて、本発明による略長方形のエンボスを施した鋼板を製作し、曲げ座屈強度を評価した。比較例として板面内に円形のエンボスを施した鋼板も併せて製作した。図７に示すように比較例の円形のエンボスは直径１３．８ｍｍ、高さ２ｍｍとし、本発明の略長方形のエンボスは長辺１５ｍｍ、短辺１０ｍｍの長方形とし、高さを２ｍｍとした。それぞれの平面視での面積がほぼ同じ程度になるように設定した。それぞれのエンボス形状の配列方法は図７に示すようにした。

図８では，エンボス加工をしていない平坦なパネル、比較例として円形のエンボスを付与したパネル、および本発明による略長方形のエンボスを付与したパネルを折り曲げるのに必要な曲げモーメントを比較した。グラフの縦軸は、エンボス加工をしていない平坦なパネルの曲げモーメント値を１として表したものである。曲げ方向は図７に示した方向とした。

比較例の円形エンボスの場合には、平坦な部分が略直線状に存在する部分があるため、エンボス形状の効果が十分に表れず、エンボス加工をしていない平坦なパネルに対し、１．４倍程度の向上効果に留まった。これに対し本発明では、金属板の一方の端部から他方の端部に至る平坦な部分に直線状を呈する部分がないため、エンボス形状が効果的に曲げ強度の向上に寄与しており、平坦なパネルに対し大幅に曲げ強度が改善された。

また、上記において、本発明例としてエンボス形状が長方形または楕円で、長辺１０〜５０ｍｍ、短辺５〜２５ｍｍ、長辺と短辺の比を１．２〜５．０、高さ０．５〜５ｍｍとし、板面内の平坦部における直線状をなす凸部の個数を２〜５０個とする場合（Ｎｏ．１〜６）、曲げ変形に必要なモーメントをエンボス無し（Ｎｏ．１０）を基準として比較した。表１にその結果を示す。

その結果、エンボス加工無し（Ｎｏ．１０）に較べて、Ｎｏ．１〜６の曲げモーメントは２．０〜３．５倍と良好な結果が得られた。直線状の凸部の個数が２の場合、すなわち、金属板全面に亘り、凸部の長辺部の向きが交差する一組の配列で直線を呈する部分が全くない場合が最も優れた曲げモーメントが得られたが、曲げモーメントを２．０倍まで許容できる場合は、図５に一例を図示するように、直線状の凸部の個数は５０個までとすることができる。

これらに対して、従来例としてエンボス形状を正方形、真円とした場合は、鋼板の一方の端部から対向する他方の端部まで直線が形成されたため、曲げ変形に必要なモーメントは、エンボス無しに比べて１．１〜１．４倍とわずかしか向上しなかった。また、エンボス形状を真円とし、直径が１２、１０、８ｍｍの３種類の大きさのエンボス形状を配置した場合には、直径の異なる境界位置に広く平坦な部分が存在し、その板面内の平坦部を起点として座屈が発生し、曲げ変形に必要なモーメントは、エンボス無しに比べて１．８倍と、本発明例の２．０倍以上に比べて低くとどまった。

Claims (3)

1. 板面に複数の凸部が形成された金属板であって、前記凸部は、平面視略長方形を呈し、且つ、少なくとも一組の前記凸部の長辺部の向きを交差させた配列を形成させ、且つ、前記金属板内の一方の端部から他方の端部までの間の平坦部が連続した直線状を呈せず、前記凸部の境界位置に平坦部を生成しないことを特徴とする金属板。
2. 請求項１に記載の金属板を用いた自動車用ボディ部品。
3. 本体を構成する金属板に複数の凸部が形成された自動車用部品であって、前記凸部は平面視略長方形とし、且つ、少なくとも一組以上の前記凸部の長辺部の向きを交差させた配列を形成させ、且つ、前記金属板の一方の端部から他方の端部までの間で、前記金属板内の平坦部が連続した直線状を呈せず、前記凸部の境界位置に平坦部を生成しないことを特徴とする自動車用部品。