(57)【要約】【課題】スリットが形成されたシート材料を曲げることにより形成された構造体の耐疲労性を増大させる方法を提供することにある。【解決手段】曲げ線（１１５）に沿う曲げを形成すべく構成されかつ配置された複数の曲げ誘起構造（１１３）を有するシート材料（１１１）。曲げ誘起構造は弧状戻り部分（１２２）を有し、該弧状戻り部分は、両端部（１２１）から曲げ誘起構造に沿って他方の戻り部分（１２２）に向かって戻り、各戻り部分は応力集中を低減させる長さ寸法および曲率半径を有している。弧状戻り部分の長さ寸法は、シート材料の厚さの２倍より大きいことが好ましい。曲げ線から離れて曲げ誘起構造がシート材料に形成される横方向距離ＬＤは、戻り部分を曲げ誘起構造の残部に連結する小さい半径の弧（１２５）により最小化するのが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げ線に沿って曲げられるように形成されたシート材料において、曲げ線に沿う曲げを形成するように構成されかつ配置された複数の曲げ誘起構造を備えたシート材料を有し、少なくとも１つの曲げ誘起構造は、該曲げ誘起構造の両端部から延びている弧状戻り部分を備え、該弧状戻り部分は曲げ誘起構造に沿って他方の戻り部分に向かって戻っており、各戻り部分は、曲げ線を横切る方向の荷重から生じる応力集中を大幅に低減させるように構成されていることを特徴とするシート材料。
【請求項２】
前記曲げ誘起構造は、スリット、溝および段のうちの１つであることを特徴とする請求項１記載のシート材料。
【請求項３】
前記弧状戻り部分は、両端部の近くで曲げ線から離れる方向に湾曲しかつ戻り部分の遠位端で曲げ線に向かって湾曲していることを特徴とする請求項２記載のシート材料。
【請求項４】
前記弧状戻り部分は、シート材料の厚さ寸法の少なくとも２倍に等しい、曲げ線に沿う長さ寸法を有していることを特徴とする請求項３記載のシート材料。
【請求項５】
前記弧状戻り部分の各々が、曲げ線に沿う曲げ誘起構造の全長の少なくとも約２０％に等しい、曲げ線に沿う長さ寸法を有していることを特徴とする請求項３記載のシート材料。
【請求項６】
前記弧状戻り部分は、シート材料の厚さ寸法の少なくとも２倍の長さの大部分に亘って或る曲率半径セクションを有していることを特徴とする請求項４記載のシート材料。
【請求項７】
前記弧状戻り部分は、シート材料の厚さ寸法の少なくとも３倍の長さの大部分に亘って或る曲率半径セクションを有していることを特徴とする請求項４記載のシート材料。
【請求項８】
前記曲げ誘起構造は、曲げ線の側に凸状面をもちかつ曲げ線に沿って延びる弧であり、
該弧の両端部は、弧に沿う戻り部分に移行し、該戻り部分の弧は、シート材料の厚さ寸法の約０．１倍から約１．０倍の間の曲率半径を有することを特徴とする請求項２記載のシート材料。
【請求項９】
前記曲げ線からの曲げ誘起構造の横方向寸法は、曲げ誘起構造の全長寸法の約２０％より小さいことを特徴とする請求項２記載のシート材料。
【請求項１０】
前記曲げ誘起構造は複数の連結された弧状セクションにより形成され、該弧状セクションは、曲げ線に垂直な曲げ誘起構造の横方向中心線に関して対称的であり、曲げ誘起構造の両端部は、戻り部分の曲率半径より小さい曲率半径を有することを特徴とする請求項２記載のシート材料。
【請求項１１】
前記戻り部分の曲率半径は、曲げ誘起構造の両端部の曲率半径の少なくとも約５倍であることを特徴とする請求項１０記載のシート材料。
【請求項１２】
前記各戻り部分は、シート材料の厚さ寸法の約２倍から約４倍に等しい長さと、シート材料の厚さ寸法の約２倍から約４倍の曲率半径とを有することを特徴とする請求項２記載のシート材料。
【請求項１３】
前記各端部は、シート材料のおおよその厚さ寸法を超えない曲率半径を有することを特徴とする請求項１２記載のシート材料。
【請求項１４】
前記曲げ誘起構造は、曲げ中に、曲げ誘起構造の両側でシート材料との縁−面係合を形成する形状を有しかつ位置決めされることを特徴とする請求項４記載のシート材料。
【請求項１５】
曲げ線に沿って曲げられるように形成されたシート材料において、曲げ線の交互の側で長手方向に互い違いの関係をなして配置された複数の曲げ誘起スリットを備えたシート材料を有し、前記曲げ誘起スリットは、曲げ中にスリットの両側でシート材料の縁−面接触を形成するように構成され、各スリットは、曲げ線に近接した凸状面をもつ弧状でありかつスリットの両端部に弧状戻り部分を備え、該弧状戻り部分は、スリットに沿って他方の戻り部分に向かって戻っており、戻り部分は、応力集中を低減させる長さ寸法および曲率半径を有することを特徴とするシート材料。
【請求項１６】
前記弧状戻り部分は、曲げ線に対して実質的に平行な弦を有することを特徴とする請求項１５記載のシート材料。
【請求項１７】
前記弧状戻り部分の曲率半径は、シート材料の厚さ寸法の少なくとも約２倍であることを特徴とする請求項１６記載のシート材料。
【請求項１８】
前記戻り部分の曲率半径は、シート材料の厚さ寸法の約２倍から約４倍の間にあることを特徴とする請求項１７記載のシート材料。
【請求項１９】
前記曲げ線に沿って曲げられることを特徴とする請求項１５記載のシート材料。
【請求項２０】
前記曲げ線に沿って、該曲げ線に対して横方向の荷重を支持するのに適した３次元構造体に曲げられることを特徴とする請求項１９記載のシート材料。
【請求項２１】
曲げ線に沿って曲げられるように配置されかつ構成された複数の曲げ誘起構造を備えたシート材料を、曲げ線に沿って曲げることにより形成される構造体の耐疲労性を増大させる方法において、
曲げ線に沿って延びる曲げ誘起構造を形成する段階を有し、曲げ誘起構造には、この両端部から離れる方向に延びる弧状戻り部分を形成し、該弧状戻り部分は曲げ誘起構造に沿って他方の戻り部分に向かって戻っており、戻り部分は、曲げられたシート材料が、曲げ線に対して横方向に曲げる繰返し荷重を受けたときの応力集中を大幅に低減させかつ耐疲労性を大幅に増大させるべく充分に大きくなるように選択された、曲げ線に沿う長さ寸法および曲率半径を有していることを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記曲げ誘起構造に弧状戻り部分を形成する段階は、シート材料の厚さ寸法の約２倍から約４倍の曲率半径をもつ弧状戻り部分を形成することにより行なわれることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記形成段階中に、スリット、溝および段のうちの１つとして、曲げ誘起構造をシート材料に形成することを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記形成段階中に曲げ誘起構造を形成し、該曲げ誘起構造は、曲げ中に曲げ誘起構造の両側でシート材料の縁−面係合を形成する形状を有していることを特徴とする請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
曲げ線に沿って３次元構造体に曲げるシート材料を作り、次に前記構造体に、曲げ線に対して横方向の荷重を加える方法において、
曲げ線に沿って複数の曲げ誘起構造を形成する段階を有し、曲げ誘起構造は、曲げ線に近接してシート材料に配置されたスリット、溝および段のうちの少なくとも１つであり、
前記形成段階中に、曲げ誘起構造に戻り部分を形成し、戻り部分は、曲げ線から離れる方向に曲げ誘起構造の両端部から、曲げ誘起構造に沿って他方の戻り部分に向かって戻っており、各戻り部分は、構造体が横方向荷重を受けたときに耐疲労破壊性を充分に増大させるのに充分な曲げ線に沿う長さ寸法を有していることを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記形成段階中に、曲げ線に対して実質的に平行な弦を有する弧状戻り部分を形成することを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
形成段階中に、シート材料の厚さ寸法の少なくとも約２倍に等しい曲率半径をもつ弧状戻り部分を形成することを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記形成段階の後に、シート材料を３次元構造体に曲げる段階を有することを特徴とする請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
前記形成段階の後に、３次元構造体に、曲げ線に対して横方向に荷重を加える段階を有することを特徴とする請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
シート材料から繰返し荷重に耐える構造体を形成する方法において、
曲げ線に沿うシート材料の曲げを形成すべく、曲げ線に沿って構成されかつ配置された複数の曲げ誘起構造をシート材料に形成する段階と、
シート材料を曲げ線に沿って曲げて、３次元曲げ構造体を作る段階と、
前記形成段階中に、連続弧状スリットとして各曲げ誘起構造を形成する段階とを有し、連続弧状スリットは、曲げ線から離れる方向に湾曲している両端部と、該両端部から延びている戻り部分とを備え、該戻り部分は、スリットに沿って他方の戻り部分に向かって湾曲して戻り、戻り部分の遠位端は曲げ線に向かって湾曲して戻っていることを特徴とする方法。
【請求項３１】
前記曲げ段階の後に、曲げ構造体に、曲げ線に対して横方向の繰返し荷重を加えることを特徴とする請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記各曲げ誘起構造を形成する段階は、曲げ線に沿って、曲げ誘起構造の長さの少なくとも約２０％の長さで曲げ線に沿って延びる弦をもつ弧状戻り部分を形成することにより行なわれることを特徴とする請求項３１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、「スリットシート材料を曲げることにより形成された構造体の耐疲労性を増大させる方法および該方法により得られる製品（METHOD FOR INCREASING THE FATIGUE RESISTANCE OF STRUCTURES FORMED BY BENDING SLIT SHEET MATERIAL AND PRODUCTS RESULTING THEREFROM）」の名称に係る２００４年７月１２日付米国仮特許出願第６０／５８７，４７０号の優先権を主張する。尚、該米国仮特許出願の全内容は本願に援用する。
この米国仮特許出願第６０／５８７，４７０号は、「精密折曲げ／高強度／耐疲労性構造体の設計および製造技術およびこのためのシート（TECHNIQUES FOR DESIGNING AND MANUFACTURING PRECISION-FOLDED,HIGH STRENGTH,FATIGUE-RESISTANT STRUCTURES AND SHEET RTHEREFOR）」の名称に係る２００３年９月２６日付米国特許出願第１０／６７２，７６６号の一部継続出願でもある。この米国特許出願第１０／６７２，７６６号は、「シート材料の精密曲げ方法およびスリットシート製造方法（METHOD FOR PRECISION BENDING OF SHEET OF MATERIALS,SLIT SHEETS FABLICATION PROCESS）」の名称に係る２００２年９月２６日付米国特許出願第１０／２５６，８７０号（現在は米国特許第６，８７７，３４９号）の一部継続出願であり、該米国特許出願第１０／２５６，８７０号は、「シート材料の精密曲げ方法およびこのためのスリットシート（METHOD FOR PRECISION BENDING OF A SHEET OF MATERIAL AND SLIT SHEET THEREFOR）」の名称に係る２０００年８月１７日付米国特許出願第０９／６４０，２６７号（現在は米国特許第６，４８１，２５９号）の一部継続出願である。米国特許第６，４８１，２５９号の全内容は本願に援用する。
本発明は、広くは、スリット、溝、孔または段等の曲げ誘起構造（bend-inducing structures）が形成されたシート材料の曲げに関し、より詳しくは、このようなシートを曲げることにより形成される構造体の、繰返し荷重を受ける間の疲労破壊に対する抵抗性（耐疲労性）を向上させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
プレスブレーキのような慣用のシート曲げ装置を用いてシート材料を曲げることに付随して一般的に遭遇する問題は、曲げ公差の変化および公差誤差の累積のため、曲げ位置の制御が困難なことである。例えば、金属シートは、或る公差内で第一曲げ線に沿って曲げることができる。しかしながら、第二曲げは、しばしば、第一曲げに基いて位置決めされ、従って公差誤差が累積する。包囲体すなわち閉構造体を作るときに含まれる３箇所以上の曲げを行う場合には、慣用的な従来の曲げ技術における累積公差誤差の効果は重大である。
この問題に対する１つのアプローチとして、スリット、溝、孔等の曲げ誘起構造すなわち曲げ制御構造を用いて、シート材料における曲げ位置を制御することが試みられている。曲げ誘起構造は、例えば、レーザ、ウォータジェット、パンチプレス、ナイフまたはシングルポイントツールさえも操作する数値制御（ＣＮＣ）装置を用いて、シートストックの非常に正確な位置に形成される。
【０００３】
シート材料を曲げる曲げ誘起構造すなわち曲げ形成構造として、スリット、孔、ディンプルおよび折目線が、種々の特許システムにおいて使用されている。下記特許文献１では、連結捩りストラップすなわち「ステッチ」が曲げ線を横切って跨っている曲げ可能シートを形成するのに平行オフセットスリットを用いている。この特許文献１のスリッティング技術は、装飾的効果を得るべく開発されたものであり、得られた曲げは、殆どの用途において必要な構造的強度を得るべく強化された。下記特許文献２では、シート材料を折曲げて、マイクロ波の導波管またはフィルタを形成するのに、溝をベースとする技術を用いている。下記特許文献３では、折目線およびディンプルを使用して金属シートを折曲げている。下記特許文献４では、スロットおよび孔を用いてプラスチックを曲げている。下記特許文献５−８には、スリットまたはダイカットを用いて段ボールを曲げる技術が開示されている。下記特許文献９−１１に開示されているように、スリッティングにより板紙を曲げることも行なわれている。
しかしながら、これらの殆どの従来技術のシート曲げシステムでは、曲げ誘起構造が、得られる構造体を著しく弱化させてしまうか、曲げ誘起構造が曲げ位置に所望の精度をもたらすことがないか、これらの両方が引起こされる。
【０００４】
正確に曲げることおよび強度を保持することは、金属シートを曲げるとき、特に厚さの大きい金属シートを曲げる場合に非常に大きい問題となる。多くの用途では、金属シートを、小さい力、例えば手で曲げるか、ハンドツールのみを用いて曲げるか、極く僅かな動力ツールだけで曲げることができることが強く望まれている。
剛性のある３次元構造体を作る良く知られた慣用製造技術として、ジギングおよび溶接、またはクランピングおよび接着、またはマシニングによりおよびファスナを用いてシート材料を一体に結合する技術がある。溶接の場合には、溶接中の個々のピースの正確なカッティングおよび位置決めに問題が生じ、多数の部品を取扱うのに要する労力が増大し、品質管理および品質証明責任の労力も増大する。また溶接には、溶接の熱影響を受けるゾーンにより引起こされる寸法安定性に関して潜在的な問題がある。
大きい材料厚さを有する金属シートまたは金属プレートの溶接は、しばしば、グラインディングツールまたはシングルポイントツールにより作られたべべル状縁部を備えた部品を用いて行なわれる。これは、製造時間および製造コストを大きく増大させる。また、繰返し荷重の下で熱影響を受ける金属の疲労破壊は、荷重支持ジオメトリが溶接、ロウ付またはソルダリングに基いて定まる継手にとって問題である。
【０００５】
厚いシートを含むシート材料を正確に曲げる新しいシステムが考案されており、このシステムでは、曲げ誘起構造または曲げ制御構造が使用されている。曲げ誘起構造は、例えば特許文献１に開示されているような従来技術のスリッティング技術と比較して、シートの曲げ時に生じる３次元構造体が非常に優れた強度および寸法的精度をもつように構成されかつ位置決めされる。これらの新しくかつ改善された曲げ誘起構造の位置および形状は、最も好ましくは、全曲げ加工中に、曲げ誘起構造の両側でシート材料の縁−面係合（edge-to-face engagement）を生じさせることにより、曲げ線に沿って正確にシートを曲げる。
これらの新しくかつ改善された曲げ誘起スリット、溝および段は、冒頭に掲示した関連出願（これらの関連出願の全内容は本願に援用する）に非常に詳細に説明されている。
シート材料を曲げる改善された曲げ誘起構造を使用することは多くの長所を有し、少なくとも、例えばボックス状の梁を製造するための曲げを行う間にシート材料を閉じるべく、正確に位置決めされた一連の曲り部を使用できる。対照的に、プレスブレーキ曲げ方法は、ボックス状梁のような閉構造を形成するのには適していない。ボックス状梁は多くの用途を有する構造の例であり、従来は、単一の金属シートまたはプレートを中空閉梁構造に曲げる方法ではなく、複数の金属シートまたはプレートを一体に溶接することにより伝統的に形成していた。
【０００６】
得られる梁が実質的に同じ強度を有し、かつ繰返し荷重を受けて疲労による早期破壊が生じないものとすれば、シート材料を曲げてボックス状梁を形成することは、溶接により梁を製造することに比べて、コストを大幅に節約できる長所を有している。使用中にボックス状梁が荷重を受けると、ボックス状梁は、一般に、その長さに対して横方向、すなわち梁の長手方向に延びるコーナ（これらのコーナに沿ってシートまたはプレートが一体に溶接される）に対して横方向に、または折曲げられた単一シートの場合には長手方向に延びる曲げ線に沿って荷重が作用する。従って、溶接されたボックス状梁の場合には、疲労破壊は、一般に、溶接されたコーナに沿って生じ、曲げシートが使用される場合には、コーナの曲げ線が最も破壊し易い領域になるであろう。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，６４０，６０５号明細書（Gitlin等）
【特許文献２】米国特許第５，２２５，７９９号明細書（West等）
【特許文献３】米国特許第４，６２８，６６１号明細書（St. Louis）
【特許文献４】米国特許第６，２１０，０３７号明細書（Brandon）
【特許文献５】米国特許第６，１３２，３４９号明細書
【特許文献６】国際特許公開ＷＯ ９７／２４２２１号明細書（Yokoyama）
【特許文献７】米国特許第３，７５６，４９９号明細書（Grebel等）
【特許文献８】米国特許第３，２５８，３８０号明細書（Fisher等）
【特許文献９】米国特許第５，６９２，６７２号明細書（Hunt）
【特許文献１０】米国特許第３，９６３，１７０号明細書（Wood）
【特許文献１１】米国特許第９７５，１２１号明細書（Carter）
【特許文献１２】米国特許出願第１０／６７２，７６６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の一目的は、スリットが形成されたシート（スリットシート）材料を曲げることにより形成された構造体の耐疲労性を増大させる方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、シート材料を曲げることにより形成される３次元物品の耐疲労性を大きく改善できるシート材料の曲げ誘起構造の改善された形状を提供することにある。
本発明の他の目的は、シート材料に大きい耐疲労性を付与しかつシート材料の曲げ線での強度を改善することにある。
本発明の更に別の目的は、製造コストを好ましくないほど増大させず、広範囲の構造体に適用でき、かつ種々の厚さおよび種々の材料のシートに適合できる、曲げられたスリットシート材料の耐疲労性を増大できる方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様では、本発明は、曲げ線に沿って曲げられるように形成されかつ曲げ線に沿う曲げを形成するように構成されかつ配置された複数の曲げ誘起構造を備えたシート材料からなる。少なくとも１つの曲げ誘起構造（好ましくは全ての曲げ誘起構造）は、該曲げ誘起構造の両端部から延びている弧状戻り部分を備え、該弧状戻り部分は曲げ誘起構造に沿って他方の戻り部分に向かって戻っている。各戻り部分は、応力集中を低減させる弧状長さおよび半径にすることにより、曲げ線を横切る方向の繰返し荷重から生じる疲労に対する抵抗性（耐疲労性）を大幅に増大させるように構成されている。曲げ誘起構造は、曲げ中に、曲げ誘起構造の両側で縁−面係合を形成するように構成されたスリット、溝または段であるのが好ましい。応力集中は、シート材料の厚さ寸法の少なくとも約２倍の弦長を有する弧状戻り部分を形成することにより低減できる。また、弧状戻り部分は曲げ線に実質的に平行な弦を有し、弧状戻り部分の曲率半径はシート材料の厚さ寸法の少なくとも約３倍であるのが好ましい。
本発明の他の態様では、複数の曲げ誘起構造を備えた曲げ線に沿ってシート材料を曲げることにより形成される構造体の耐疲労性を増大させる方法が提供される。本発明の方法は、概略的に、曲げ線に沿って延びる曲げ誘起構造を形成する段階を有し、曲げ誘起構造には、この両端部から離れる方向に延びる弧状戻り部分を形成し、該弧状戻り部分は曲げ誘起構造に沿って他方の戻り部分に向かって戻っている。戻り部分は、曲げ線に対して横方向に曲げる繰返し荷重を受けたときの耐疲労性を大幅に増大させるべく、充分に大きくなるように選択された、曲げ線に沿う長さ寸法および曲率半径を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の方法および装置は上記以外の目的および長所を有し、これらの目的および長所は、添付図面および発明を実施するための最良の形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の一例を参照されたい。本発明は好ましい実施形態に関連して説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。これとは逆に、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲内に包含される変更および均等物をカバーするものである。
シート材料を正確に曲げる本発明の方法および装置は、冒頭に掲示した本願の関連出願、より詳しくは、「精密折曲げ／高強度／耐疲労性構造体の設計および製造技術およびこのためのシート（TECHNIQUES FOR DESIGNING AND MANUFACTURING PRECISION-FOLDED,HIGH STRENGTH,FATIGUE-RESISTANT STRUCTURES AND SHEET RTHEREFOR）」の名称に係る２００３年９月２６日付米国特許出願第１０／６７２，７６６号（上記特許文献１２）に開示されているような曲げ誘起スリット、溝または段に基いたものである。この特許文献１２の図６は、耐疲労性を増大させるべくスリット溝または段の形状に対して本発明によりなされた変更を示すべく、本願に図１として取り入れている。
【００１１】
特に図１に示すように、曲げ線４５に沿って曲げるすなわち折曲げるべきシート材料４１には、長手方向に延びる複数の曲げ誘起構造が設けられている。これらの曲げ誘起構造は、曲げ線４５に沿って配置されるスリット、溝または段４３のいずれか１つであるが、簡潔化のため、本明細書では、これらのスリット、溝または段を「スリット」または「曲げ誘起構造」と呼ぶことにする。各曲げ誘起構造４３は、図１にはカーフ（切溝）を備えたものとして示されているが、図２−図５Ｂに示す曲げ誘起構造には本質的にカーフは全く設けられていない。スリット４３はまた、拡大された応力緩和端開口４９または湾曲端セクション４９ａ（図１の右端部のスリット）を有している。また、スリットには湾曲端を設けることができる。湾曲端４９ａは、比較的低い応力ゾーン内でスリットを終端させており、これにより、湾曲端の終端部にクラッキングが生じる傾向が低減される。スリット４３は、曲げ線４５上に重畳された仮想支点の回りで、斜めに配向された曲げストラップ４７の曲げおよび捩りを発生させる態様に構成されている。ジョグ距離およびカーフ幅の選択を含む曲げ誘起構造の形状および位置決めによって、曲げ中に、シート材料を、曲げ誘起構造の両側で縁−面相互係合関係にタック（tuck）すなわち移動させる。これは関連出願に詳細に説明されており、本明細書では反復して説明しない。縁−面相互係合は曲げが完了するまで生じることが最も好ましいが、ジョグ距離およびカーフも、曲げの開始時のみに縁−面相互係合を形成するように選択でき、このことが、正確な曲げを確保する傾向をもたらす。かくして、本明細書で使用する表現「曲げ中（during bending）」とは、正確な曲げを形成する曲げの任意の段階での縁−面相互係合を含むことを意味する。曲げの端部のみでの相互係合では、曲げの位置を同じ精度で制御することはできない。
【００１２】
図１に示すように、曲げ線４５の両側でかつ該曲げ線に近接して数対の細長スリット４３を配置し、これにより、曲げ線の両側で、数対の長手方向に隣接するスリット端部５１が曲げウェブ、スプラインまたはストラップ４７（ストラップ４７は曲げ線４５を斜めに横切るのが理解されよう）を形成するのが好ましい。「斜め」および「傾斜」とは、ストラップ４７の長手方向中心軸線が、９０°以外の角度で曲げ線を横切ることを意味する。かくして、各スリット、溝または段の端部５１は、ストラップの中心線が曲げ線４５に対して傾斜するようにして、曲げ線４５から離れる方向に拡開している。これにより、ストラップの曲げと捩りとが形成される。
曲げストラップを形成する領域において曲げ線に対して平行である特許文献１のスリットまたは溝とは異なり、曲げ誘起構造４３が曲げ線４５から拡開しているため、特許文献１のストラップに見られる極端な捩りを必要としない斜めの曲げストラップが形成される。また、曲げ誘起構造４３が曲げ線４５から拡開しているため、シート４１の残部に連結されるストラップ４７の幅寸法を増大できる。この幅寸法の増大により、曲げ部分を横切る荷重の伝達を向上でき、従って、応力集中を低減できかつストラップの耐疲労性を増大できる。
【００１３】
前述のように、スリットの幅すなわちカーフおよびスリット同士の間の曲げ線を横切る横方向ジョグ距離は、曲げ中に、スリットの両側でシート材料の相互係合を形成する寸法を有することが好ましい。カーフ幅およびジョグ距離が大きくて接触が生じない場合でも、曲げられまたは折曲げられたシートは、斜めの曲げストラップの優れた強度および耐疲労性を或る程度保有する。このような場合には、曲げを制御する実際の支点が生じることはなく、従って、曲げ線４５に沿う曲げの予測可能性および精度は低下する。同様に、構造体を形成するストラップが、シート材料を貫通しない溝４３である場合には、溝は、斜めの高強度曲げストラップを形成するが、曲げ中に溝が貫通するほど深くてスリットにならなければ、縁−面滑りが生じることはない。
スリット４３が実際に曲げ線上にあるようにするか、或いは曲げ線を横切るようにようにして（負のジョグ距離）、実際の支点面およびこれに沿ってスライドするリップ５３の縁部の均衡した位置決めから正確な曲げを形成することもできる。曲げ線４５を横切るように形成される曲げ誘起構造４３の潜在的な欠点は、対向する縁部と面との間にエアギャップが残存する虞れがあることである。しかしながら、次の溶接、ロウ付、ソルダリング、接着剤充填を行うため、またはベンチングにとってエアギャップが望まれる場合には、エアギャップは許容できるものである。
【００１４】
図１のスリットシートでは、シート４１の曲げにより形成される構造体の耐疲労破壊性を増大させる試みに、斜めの曲げストラップ４７および応力緩和開口すなわち拡大部４９の両方が使用されている。また、スリット４３を比較的小さい応力ゾーン内に終端させるため、右側スリットすなわち溝４３には弧状戻り部分すなわち延長部４９ａが設けられている。曲げ誘起スリットの耐疲労性を増大させるためのこれらの戦略は或る程度は有効であるが、溝または段は、周期的な繰返し荷重を受ける構造体に望まれる耐疲労性を依然として達成してはいない。
より詳しくは、上記関連出願により教示されたシートスリッティング、溝形成または段形成技術を用いて形成されたボックス状梁は、曲げ時に、しばしば繰返し荷重を受ける。このような繰返し荷重は、激しい作用により梁の早期疲労破壊を引起こす。
【００１５】
図２、図２Ａ、図３、図３Ａ、図４、図４Ａおよび図４Ｂは、図５、図５Ａおよび図５Ｂに示す大幅に改善された耐疲労ジオメトリを形成する曲げ誘起構造の形状の進化を示す。
図２および図２Ａは、図示の曲げ誘起構造４３が、図１に示したような応力緩和開口すなわち拡大部４９が設けられていない端部５１を有している点を除き、図１と同じである。同様に、図２および図２Ａの端部５１は、スリットに沿って後方に湾曲する戻り部分４９ａを有していない。
図２および図２Ａにおいて、拡開スリット端部５１は、ここでも、傾斜曲げストラップ４７を形成しており、該ストラップ４７は、曲げ線４５に沿うシート４１の正確な曲げを形成する。図２および図２Ａのシートが曲げられ、次に曲げ線４５に対して横方向の荷重が加えられると、得られた構造体が繰返し荷重を受けて発生する破壊は、図２Ａに破線３９で概略的に示すように、スリット４３の端部に最も生じ易い。クラック３９は、曲げ線４５から離れるように横方向に伝播し、シート４１を曲げることにより形成される３次元構造体の破壊を引起こす。
【００１６】
図３および図３Ａでは、シート７１には、関連出願により教示された態様で曲げ線７５に対して配置されたスリット７３のような複数の曲げ誘起構造が形成されている。図３および図３Ａに示す実施形態では、スリットの端部８１には、比較的大きい直径の弧状戻り部分８２が形成されている。従って、戻り部分８２は、図１に弧状端部４９ａにより示された戻り部分と同様な概念であるが、端戻り部分８２の曲率半径は、戻り部分４９ａの曲率半径よりも非常に大きい。この場合も、概念は、あらゆる応力増大クラックチップを低応力ゾーンに移動させ、クラックがチップから生じないようにすることにある。
しかしながら、曲げ線７５に沿ってシート７１を曲げることにより３次元構造体が形成され、その後に構造体に曲げ線７５を横切る荷重を加えたとき、戻り部分８２の端部８３に疲労破壊は生じなかったが、破線６９で示すように、曲げ線７５から最も離れた戻り部分８２に近い位置に生じることが判明した。
【００１７】
弧状戻り部分８２の形状から生じる応力集中を防止することを試みる努力において、図４、図４Ａおよび図４Ｂのシート９１には、曲げ線９５に沿う曲げ誘起スリット９３が形成されている。図４Ａおよび図４Ｂに最も良く示すように、曲げ誘起構造には、破壊が生じる虞れのある領域に、平坦化されているか、比較的大きい曲率半径を有する戻り部分１０２が形成されている。戻り部分１０２は、次に、番号１０３で示す箇所にフック状の戻り部分を有し、ここでも、曲げ誘起構造の端部に応力集中が生じることを防止する試みがなされている。しかしながら、曲げ線９５に沿って曲げ、次に横方向に荷重を加えると、この場合にも、図４Ａおよび図４Ｂに破線で示すように、構造体の破壊時にクラック８９が発生した。このクラック８９は、曲げ線９５から最も離れた位置の近くの位置１０４に発生した。
【００１８】
図５、図５Ａおよび図５Ｂには、疲労破壊に対するかなり大きい抵抗性を有すると考えられる曲げ誘起スリット、溝または段の形状が示されている。この形状もまた、特許文献１２（本願の関連出願）に図１１として示されている。
図５では、シート材料１１１には、上記関連出願で説明されているように、曲げ線１１５に沿ってスリット、溝または段が曲げ誘起構造１１３として形成されている。曲げ誘起構造１１３は、概略的に、連続複合弧状形状を有し、かつ上述のようにしてかつ上記関連出願に開示されているようにして、曲げ線１１５を横切って斜めに延びている曲げストラップ１１７を形成する端部１２１を有している。曲げ誘起構造１１３の端部１２１に対向して弧状戻り部分１２２が設けられており、端部１２１は、比較的小さい直径の弧１２５を介して戻り部分１２２に連結されている。各戻り部分１２２は、他方の戻り部分１２２に向かって曲げ線１１５に沿って戻っている。最後に、戻り部分１２２は、最も好ましくは、曲げ線１１５に向かって戻っている、すなわちフックしている端部１２３を有している。
後述の「例」から理解されようが、図４のスリット形状および商業的に入手できるスリット形状に比べて、図５のスリット形状を用いて形成された曲げ構造体の耐疲労性は極めて優れたものであることを経験している。
【００１９】
図４のスリットと図５のスリットとを比較すると、耐疲労性の顕著な増大は、下記の１つ以上のファクタにあると考えられる。第一に、図４の弧状戻り部分１０２の長さは、図５の弧状戻り部分１２２の長さよりかなり短いことが理解されよう。図４のスリットの端部は、端半径１０５から戻り半径１０２、次に終端半径１０３へと移行する連続曲線である。図４の戻り部分１０２の弧角度は３．７°に過ぎない。これに対し、図５のスリットの弧角度は２６．７°である。従って、図５の弧１２２に対する弦は、図４の弦に比べて非常に長い。これは、疲労破壊を引起こす応力上昇を防止する上で非常に重要である。
この大きな戻り長さを表わす他の方法は、戻り部分１２２が、戻り部分１０２と比較して、スリット長の非常に大きい割合でスリットに沿って延びていることを示す方法である。従って、戻り部分１２２の弦の長さは、図５の形状の全スリット長の約２０％であるのに対し、図４の形状では、スリット長の約４％に過ぎない。両形状において最も好ましいことは、戻り部分の弦が、それぞれ、曲げ線９６、１１５に対して実質的に平行なことである。
【００２０】
しかしながら、図４Ｂの戻り部分１０２の半径は、実際には、図５Ｂの戻り部分１２２の曲率半径より長い。図４Ｂの戻り部分１０２の曲率半径は、シート材料の厚さ（シート厚さは、この場合０．１２５インチである）の４．３２倍である。図５Ｂでは、戻り部分１２２の曲率半径は、シート材料の厚さ寸法（この場合も０．１２５インチである）の３．１６１倍に過ぎないことが理解されよう。未知のレベルを越える応力上昇をもたらす場所を形成する態様で曲げ線１１５から離れる方向に弧状になるようにするには、戻り部分の曲率半径は小さ過ぎてはならないが、戻り部分の曲率半径に対するリーズナブルな許容量があると考えられる。
また図４Ｂおよび図５Ｂからも理解されようが、端部１２５の曲率半径は、端部１０５の曲率半径より小さい。従って、図５Ｂのスリットには、シート材料の厚さ寸法の０．１２４倍の半径が使用され、図４Ｂのスリットには、シート材料の厚さの０．４６８倍の半径が使用される。曲げ線９５から図４の位置１０４までの横方向距離ＬＤは、図５の幾何学的均等位置の横方向距離ＬＤよりかなり大きい。
【００２１】
スリットは曲げ線の両側で原材料（native materials）内にカットされるため、曲げ線から離れる方向にスリットが延びる横方向距離を最小にすることが重要であると考えられる。梁に、図６に示すように荷重を加えると、梁の底面１４３が張力を受け、これにより、スリットの直ぐ上の原材料のバンドは、梁の長さに沿う張力に耐えることが要求される。弧状スリットは増大する端部半径１０５を有するので、破壊されていない原材料のバンドが、曲げ線から離れる方向に横方向距離ＬＤ（図５Ｂ参照）だけ移動し、引っ張り荷重に抵抗してより大きい応力を受けるようになる。
この時点では、実質的に増強された耐疲労性が大きくなり始めることを証明すべく、戻り部分の弧の角度、戻り部分の半径または端部の弧の半径（原材料内への横方向距離）の効果に関して完全な曲線を形成するための充分な試験は行なわれていない。これらは、最も重要なファクタである戻り部分の角度をもつ連続曲線となる傾向を有すると考えられる。また、図５の形状は、シート材料の厚さ寸法に対して正確な縮尺で描かれていないと考えられる。耐疲労性の改善によって、梁をシート材料から折曲げることができ、かつ溶接された均等構造体で達成できる数倍の耐疲労性にすることができる。また、溶接された構造体の性能を超える正確な位置は、幾分理論的になる傾向を有する。ここでは、図５、図５Ａおよび図５Ｂの形状が、耐疲労性を有するようにプレート材料を一体溶接したボックス状梁をほぼ遂行できると述べておく。
【００２２】
例
図６には、疲労試験スタンド上に置かれたボックス状梁が概略的に示されている。試験される各梁１３１は、各辺が４インチの寸法をもつ正方形断面を有し、かつ１つの側壁の内側に折曲げられたフランジ１３２を有し、該フランジ１３２はファスナ組立体１３３（この例ではボルトおよびナット）により前記側壁に固定されている。ファスナ１３３は梁の長さに沿って４インチ毎に配置され、かつ梁１３１の全長は４８インチである。梁１３１の各端部の近くに支持組立体（支持スタンド）１３５が設けられ、支持スタンド１３５での応力集中を防止するための力分散プレート１３７が使用されている。
梁１３１には、該梁の中央の両側の２箇所１３９で荷重が加えられる。両荷重は、互いに約６インチの距離を隔てている。ここでも、前記２箇所１３９に荷重分散プレートが使用されている。矢印１４１は、梁が最小荷重から最大荷重まで負荷されることを示すものである。荷重の負荷は、梁の破壊が生じるまで、最小荷重と最大荷重との間で繰返された。従って、図６および図６Ａから理解されようが、梁の底面１４３は繰返し引っ張り荷重を受け、一方、頂面１４５は、梁の横方向曲げ荷重を受けて圧縮される。各場合に、梁の底面１４３に沿って疲労が生じ、クラックは、底面１４３から頂面１４５に向かって上方に伝播する。
【００２３】
図７は、図６の試験スタンドを用いて試験した種々の梁についての試験結果を示すものである。応力はメガパスカル（ＭＰａ）で測定され、破壊に至る繰返し数に対してプロットした。また図７には、溶接のクラスに関して、溶接されたボックス状梁についての破壊に至る繰返し数曲線が示されている。かくして、クラスＢ溶接が頂部の曲線として示され、一方、クラスＧ溶接が底部の曲線として示されている。「クラスＢ溶接」曲線から「クラスＧ溶接」曲線までの曲線により示されたデータは、「クラスＢ溶接」のスチールボックス状梁から「クラスＣ溶接」のスチールボックス状梁（これらの梁は、当業界で知られた種々の溶接クラス規格を用いてコーナが溶接されたものである）を試験することにより得られた。一般に、商業的に入手できるボックス状梁は、クラスＦ溶接のレベルで溶接されたものである。
【００２４】
図７のデータ点は、２つの形式のボックス状梁、すなわち、図４のスリットを用いた一方のシリーズおよび図５のスリットを用いた他方のシリーズについてのものである。最初の試験を行ったとき、トライアル荷重範囲は比較的小さく、すなわち１７．５（例えば、約９０−１００ＭＰａの応力範囲）であった。データ点１６１、１６２、１６３および１６４は全て、トライアルとして、小さい大きさの繰返し負荷を用いて行った。データ点１６１、１６２および１６３は、全て、図４のスリットを用いて形成されたボックス状梁についてのものである。データ点１６４は、図５のスリットを備えたボックス状梁についてのものであり、１７．５（例えば、約１００ＭＰａの応力範囲）のトライアル荷重を有しているが、このデータ点１６４では梁は破壊されなかった。
荷重範囲は最終試験では増大させること、およびデータ点１７１、１７２、１７３、１７４および１７５は、２６の荷重範囲（例えば、約１５０ＭＰａの応力範囲）で負荷される梁についてのものであることを決定した。データ点１７２、１７３および１７４は、図４の形状をもつスリットが形成されたシート材料から折曲げられたボックス状梁についてのものであり、一方、データ点１７１および１７５は、図５によるシートスリットから折曲げられたボックス状梁についてのものである。
【００２５】
データ点１７１は、梁が、いずれかのスリットで破壊したことによるものではなく、繰返し負荷中に正方形を消失して菱形モードになったことにより、図５のボックス状梁に生じた比較的早期の破壊である。この菱形モードの繰返し負荷により、早期破壊が生じた。データ点１６４および１７５は、同じ形式の梁、すなわち図５のスリットを備えた梁についてのものである。梁は１７．５の小さいトライアル荷重範囲（例えば、１００ＭＰａの応力範囲）で２，１００，０００回まで繰返され、破壊が全く生じなかったので、次に、荷重を２６（例えば、１５０ＭＰａの応力範囲）に増大させた。次に、この梁荷重を３，８２７，７５３回まで続けた。この時点で試験を完了できなかったが、これは、荷重負荷箇所１３９の一方で破壊が生じたことによるものであり、これは、破壊が純粋に梁の特性に関係するものではなく、梁／試験形状に関するものであることを示している。かくして、試験は、図５のスリットをもつ梁の最終現実限界を見出すべく本質的に完了されなかった。
理解されようが、データ点１７５は、クラスＣ溶接の曲線より上方にあり、商業的に入手できる溶接であるクラスＦ溶接の曲線より非常に小さい。クラスＦ溶接は、平均的に、２６の荷重範囲（例えば、約１５０ＭＰａの応力範囲）で、約６００，０００回で破壊した。かくして、図５のスリット形状を用いた、曲げられたすなわち折曲げられたボックス状梁は、商業的に入手できるクラスＦ溶接の梁の繰返し能力の６倍より大きい繰返し能力を有し、本発明のボックス状梁の上限は依然として未知である。
【００２６】
図８は、図７のデータを得るのに使用された試験結果を示す表である。
本発明の特定実施形態についての上記説明は、例示および説明を目的としてなされたものである。本発明を本願に開示する正確な形態に限定することを意図するものではなく、上記開示から種々の変更も可能である。本発明の実施形態は、本発明の原理を最も良く説明し、これにより当業者が本発明および意図する特定用途に適した種々の変更を最も良く利用できるように選択されかつ説明された。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載および該記載の均等物理的により定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本願の関連出願に開示されている、曲げ誘起構造が形成されたシート材料を示す平面図である。
【図２】図１のスリットを示す概略平面図である。
【図２Ａ】図２のスリットの端部を示す拡大平面図である。
【図３】スリットの他の実施形態についての図２に対応する概略平面図であり、弧状戻り部分を示すものである。
【図３Ａ】図３のスリットの一端を示す拡大平面図である。
【図４】スリットの更に別の実施形態についての図２に対応する概略平面図であり、伸長された弧状戻り部分を示すものである。
【図４Ａ】図４のスリットの一端を示す拡大平面図である。
【図４Ｂ】図４のスリットの一端を示す拡大平面図である。
【図５】本発明による形状を有しかつ構成されたスリットの更に別の実施形態を示す、図２に対応する概略平面図である。
【図５Ａ】図５のスリットの一端を示す拡大平面図である。
【図５Ｂ】図５のスリットの一端を示す拡大平面図である。
【図６】疲労試験スタンドの概略側面図であり、図４のスリット構造を用いて構成されたボックス状梁が試験位置にあるところを示すものである。
【図６Ａ】図６の梁の端面図である。
【図７】図６の疲労試験スタンドを用いて試験された梁の応力−疲労サイクルのグラフであり、クラスＢからクラスＧの溶接についての溶接曲線を示すものである。
【図８】図６の試験スタンドを用いて試験された梁の試験結果を示す表である。
【符号の説明】
【００２８】
１１１  シート材料
１１３  曲げ誘起構造（スリット）
１１５  曲げ線
１１７  曲げストラップ
１２１  曲げ誘起構造の端部
１２２  弧状戻り部分
１２３  フック端部
１２５  比較的小さい直径の弧
【図１】
2008507407.tif 000003
【図２】
2008507407.tif 000004
【図２Ａ】
2008507407.tif 000005
【図３】
2008507407.tif 000006
【図３Ａ】
2008507407.tif 000007
【図４】
2008507407.tif 000008
【図４Ａ】
2008507407.tif 000009
【図４Ｂ】
2008507407.tif 000010
【図５】
2008507407.tif 000011
【図５Ａ】
2008507407.tif 000012
【図５Ｂ】
2008507407.tif 000013
【図６】
2008507407.tif 000014
【図６Ａ】
2008507407.tif 000015
【図７】
2008507407.tif 000016
【図８】
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【国際調査報告】
2008507407.tif 000018