(57)【要約】【課題】外観すなわち意匠性を損なうことなく、高強度、高剛性を兼ね備え、しかも低重量の積層金属板加工物の製造方法を提供する。【解決手段】ダイを金属またはコンクリート等とし、液体または気体を媒体として均一な圧力で金属板１をダイに押し付けることで金属板１に凹凸部３を形成し、あるいはさらに、液体または気体の圧力を介して金属板１を外板２に押さえ付けながら属板１と外板２とを接着する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸状の加工を施した金属板と、該凹凸状の加工を施した金属板の外形形状に沿うよう加工を施した金属板であって、外板または外板と内板を積層した金属板と、を接着することを特徴とする積層金属板加工物の製造方法。
【請求項２】
前記請求項１の積層金属板加工物の製造方法において、金属またはコンクリート製のダイに流体圧によって金属板を押し付けることで、金属板に凹凸状の加工を施すことを特徴とする積層金属板加工物の製造方法。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２の積層金属板加工物の製造方法において、該凹凸状の加工を施した金属板に、外板または外板と内板を積層した金属板を接着する際に、接着剤、ろう付けまたは拡散接合のいずれかにより接着することを特徴とする積層金属板加工物の製造方法。
【請求項４】
前記請求項１ないし３のいずれかに記載の積層金属板加工物の製造方法において、凹凸状の加工を施した金属板に外板または外板と内板を積層した金属板を接着する際に、流体圧を用いることを特徴とする積層金属板加工物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層金属板加工物の製造方法に関し、特に、高強度、高剛性を兼ね備え、しかも低重量で、特に、自動車の外板や内板と接合し、一体化するようにして製造する部材の製造に利用して好適な、積層金属板加工物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの分野では、地球環境問題への対応上、車体の重量の軽量化が求められる一方で、搭乗者の安全性に従来よりもはるかに難しい要求がなされたり、高強度でエネルギー吸収能の高い材料や構造設計が求められたりしている。さらに、運転性能や静粛性の向上のために、車体重量の軽量化と同時に車体の高剛性化も求められている。
このような要望に対して、現在多くの研究が行われており、材料そのものの研究も盛んである。例えば、鋼材においては、薄くても高強度のＨｉｇｈ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｓｔｅｅｌ（以下、ハイテン材という）が開発・実用化され、自動車の各部に用いられるようになっており、アルミニウム材やアルミニウム合金材では、高強度で且つ延性の高い材料が開発されつつあり、アルミニウム材やアルミニウム合金材の一部は自動車のフードやリアフード等に用いられつつある。
【０００３】
ただし、単板すなわち平板の場合、強度などの特性を向上して使用するとしても、高強度、高剛性を兼ね備え、しかも低重量にしたい、という要求を同時に満足させるのは非常に困難な場合がある。最も困難なのは剛性（伸び縮み等の変形のしにくさ）である。強度は、単板でも問題なく向上できており、実用上問題ないものが既に開発されている。しかし、強度については板厚が関係する。強度を向上するかわりに低重量化の目的で板厚を薄くすると、剛性は著しく低下する。そのため、現在では、鋼板を使用した場合の自動車用ボディの鋼板の板厚は、０．６ｍｍ以下にするのは不可能に近い。逆に、剛性を確保しようとすると、むしろ、鋼板の板厚を０．８ｍｍ〜０．８５ｍｍに上げた方が好ましいとすらいわれている。
【０００４】
一方、鋼板をアルミニウム合金板に置き換えて、低重量化を図ろうとする動きもある。アルミニウムの弾性率すなわち剛性は鋼の１／３しかない一方で、比重も１／３しかないため、アルミニウムで鋼と等価な面剛性を発揮する板厚は、およそ１．４倍あるといわれている。そのため、アルミニウム合金は、鋼の２倍程度の厚さでかなり高剛性にできるといわれている。しかしながら、アルミニウム合金は材料価格が高く、鋼に比べてコストがかかる上に、電気溶接するのに鋼よりもはるかに大きな電流を必要とするなど、生産性の点でも劣るため、低コストで高い生産性を確保するのが困難であるという問題がある。
【０００５】
そのため、高強度、高剛性を兼ね備え、しかも低重量の鋼板加工物を安価に得られるようにするために、特許文献１には、エンボス加工を施したステンレス鋼板と平坦なステンレス鋼板とをスポット溶接（または、レーザスポット溶接）を用いて接合する方法が記載されている。すなわち、特許文献１に記載された方法では、平坦な鋼板とエンボス加工を施した凸部を接触させてスポット溶接を行い、接合することで、強度および剛性を確保しつつ、低重量化を図ることができる。ここで、接合の方法としては、スポット溶接や接着剤について言及されており、スポット溶接は数点行うこととしている。また、加工後に表面側にまわる鋼板の部分に溶接痕を残さないようにするために、片面からのレーザスポット溶接を行うことも記載されている。この特許文献１に登場するエンボス加工は、プレス成形にて行うことができるため、連続して成形可能で低コストにて高い生産性を確保することができる。
【０００６】
特許文献２には、アルミハニカムを製造するに際し、まず、芯材となるハニカムコアを製造するのに、プレス成形により突起をもった板に成形した上で、さらに、平板状または曲面状の別の板の形状に合うように成形することで、その平板状または曲面状の別の板と接合しやすくし、高い生産性を確保できるアルミハニカムの製造方法が記載されている。ハニカムコアとそれに接合される別の板との接合方法としては、スポット溶接やろう付けが挙げられている。また、ハニカムコアに接合される別の板の成形も、プレス成形にて行うことで、高い生産性を確保できる。
【特許文献１】特開平２００２−３０７１１７号公報
【特許文献２】特開平９−８５８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の方法では、エンボス加工を施したステンレス鋼板と平坦なステンレス鋼板とを接合するために、レーザスポット溶接またはスポット溶接が用いられるため、それらの溶接痕を皆無にするのが難しく、例えば、意匠性を必要とする自動車の外板に付随するような用途への適用は困難であるという問題があった。レーザスポット溶接またはスポット溶接では、接合部の鋼板同士の十分な溶け込み、あるいはナゲット径が確保されない限り、接合強度が必ず不足する。接合強度を確保しようと、十分な溶け込みやナゲット径を確保しようとすると、重ねた２枚の鋼板の表裏面は、必ず熱変形によるうねりが発生することとなり、自動車の外板に付随するような用途への適用を考えても、意匠性の点で不合格となる。
【０００８】
特に、スポット溶接では、接合予定の鋼板同士の重ね合わせ部位を、電極で挟持して通電するため、通電後には凹み状の電極痕が発生し、意匠性は著しく損なわれる。
また、エンボス加工は、プレス成形にて連続して行うことができるが、プレス成形では十分な加工寸法精度が得られないため、平坦な鋼板とエンボス加工を施した鋼板とを密着させた上で接合する必要があり、プレス成形時の加工寸法が正確でないものを無理に接合すると、ゆがみが生じて、製品形状が許容範囲内に収まらなくなったり、くびれ・割れ・皺等が発生して、外観すなわち意匠性を著しく損なったりする場合もあるという問題があった。
【０００９】
特許文献２の方法では、ハニカムコア側を製造するのにやはりプレス成形が用いられるが、正確に所望の形状が得にくく、この場合にも、ハニカムコア側と、平板状または曲面状の別の板の側、双方接合されたハニカムには、ゆがみが生じて形状が悪化することは必至であり、意匠性を要する自動車の外板に付随するような用途への適用を考えた場合、二次的に矯正加工する手間が余計に必要になるという問題があった。また、レーザスポット溶接またはスポット溶接を用いた場合、熱変形によるうねりや、電極痕が残るため、意匠性を要する自動車の外板に付随するような用途への適用は、なお一層困難になるという問題があった。
本発明は、外観すなわち意匠性を損なうことなく、低コストにて高い生産性を確保でき、高強度、高剛性を兼ね備え、しかも低重量の積層金属板加工物の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の積層金属板加工物の製造方法によれば、凹凸状の加工を施した金属板と、該凹凸状の加工を施した金属板の外形形状に沿うよう加工を施した金属板であって、外板または外板と内板を積層した金属板と、を接着することを特徴とする。
これにより、レーザスポット溶接あるいはスポット溶接を用いることなく、凹凸状の加工を施した金属板に外板または外板と内板を一体化させることができ、接合部の溶接痕を皆無にすることが可能となるとともに、強度および剛性も確保することが可能となり、高価なアルミニウム合金などを用いる必要がなくなることから、外観すなわち意匠性を損なうことなく、高強度、高剛性を兼ね備え、しかも低重量の積層金属板加工物を製造することができ、しかも低コストにて高い生産性を確保することができる。
【００１１】
また、請求項２記載の積層金属板加工物の製造方法によれば、前記請求項１の積層金属板加工物の製造方法において、金属またはコンクリート製のダイに流体圧によって金属板を押し付けることで、金属板に凹凸状の加工を施すことを特徴とする。
これにより、均一な流体圧をかけることで金属板に凹凸状の加工を施すことができるようになり、金属板を加工数法精度よく成形することが可能となり、くびれ・割れ・皺等が発生しないようにすることも可能となることから、外観すなわち意匠性を損なうことなく、低コストにて高い生産性を確保でき、高強度、高剛性を兼ね備え、しかも低重量の積層金属板加工物を製造することができ、しかも低コストにて高い生産性を確保することができる。
【００１２】
また、請求項３記載の積層金属板加工物の製造方法によれば、前記請求項１または請求項２の積層金属板加工物の製造方法において、該凹凸状の加工を施した金属板に、外板または外板と内板を積層した金属板を接着する際に、接着剤、ろう付けまたは拡散接合のいずれかにより接着することを特徴とする。
これにより、接合部の鋼板同士の十分な溶け込みあるいはナゲット径を確保するなどという気遣いなく、接合強度を確保することができ、接合部の溶接痕を皆無にすることが可能となることから、外観すなわち意匠性を損なうことなく、鋼板同士を強固に接合することができる。
【００１３】
また、請求項４記載の積層金属板加工物の製造方法によれば、前記請求項１ないし３のいずれかに記載の積層金属板加工物の製造方法において、凹凸状の加工を施した金属板に外板または外板と内板を積層した金属板を接着する際に、流体圧を用いることを特徴とする。
これにより、鋼板同士を密着させながら鋼板同士を接合することができ、外観すなわち意匠性を損なうことなく、鋼板同士を強固に接合することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、レーザスポット溶接あるいはスポット溶接を用いることなく、凹凸状の加工を施した金属板に外板または外板と内板を一体化させることができ、接合部の溶接痕を皆無にすることが可能となるとともに、強度および剛性も確保することが可能となり、高価なアルミニウム合金やチタン合金などを用いる必要がなくなることから、外観すなわち意匠性を損なうことなく、低コストにて高い生産性を確保でき、高強度、高剛性を兼ね備え、しかも低重量の積層金属板加工物を製造することができ、しかも低コストにて高い生産性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る積層金属板加工物の製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る積層金属板加工物の概略構成を示す斜視図、図２は、図１の外板２の概略構成を示す斜視図、図３（ａ）は、図１の積層金属板加工物の概略構成を示す平面図、図３（ｂ）は、図１の積層金属板加工物の概略構成を示す断面図である。
【００１６】
図１〜３において、積層金属板加工物は、大きく分けて金属板１および外板２で構成されている。そして、金属板１の表面には凹凸部３が形成され、凹凸部３が形成された金属板１は、図３に示すように、凹凸部３の底面に設けられた接合部４を介して外板２に接着されている。ここで、例えば、この積層金属板加工物を自動車用フードとして使用する場合、図２に示すように、外板２は曲率半径ｒ1、ｒ2の旋回軌跡にそれぞれ沿うように湾曲させたものを一例として挙げる。また、金属板１および外板２としては、例えば、０．４ｍｍ厚の高強度鋼板（引張強さ５９０ＭＰａ）を用いることができる。
【００１７】
また、例えば、図１の積層金属板加工物を自動車用フードとして使用する場合、図４に示すように、図１の外板２の裏面には内板５を取り付けることができる。ここで、本発明にいう凹凸状の加工を施した金属板の外形形状に沿うような加工を施した、とは、図２に示したように全体的ななめらかな曲率を形成するような加工であってもよいし、内板の場合には、文字通り凹凸状をそっくりそのままとか、少なくともその凹凸にはまりこむような形状への加工であってもよい。すなわち、内板５の表面にも、凹凸部６を形成することができる。
【００１８】
また、金属板１に凹凸部３を形成する方法としては、例えば、ダイを金属またはコンクリート等とし、液体または気体を媒体として均一な圧力で金属板１をダイに押し付けるような方法で成形すれば、容易に形成することができる。すなわち、例えば、金属板１に引張強さ４００ＭＰａ以上の高強度鋼板を使用するような場合、高精度の加工寸法精度や形状を得るために、ハイドロフォームによる成形（液圧成形）を行うことができる。あるいは、スプリングバックを見越して多目的にプレス成形を行うような型を設計する、いわゆる型見込みによる成形を行うようにしてもよい。また、外板２の成形を行う方法としても、外板２に高強度鋼板を使用するような場合、スプリングバックを見越して多目的にプレス成形を行うような型を設計する型見込みによる成形などを行うことができるが、本発明は、対象とする鋼板の材質や、プレス成形の方法を、以上述べたものに限るものではない。
【００１９】
また、凹凸部３が形成された金属板１と外板２を接着する方法としては、ウェルボンド等の接着剤を用いるようにしてもよいし、ろう付けや拡散接合等により接着するようにしてもよい。この際、液体または気体に与えた圧力を介して金属板１を外板２に押さえ付けながら属板１と外板２とを接着するようにしてもよい。内板５を外板２の裏面に取り付けるのにも同様な方法にて接着するようにしてもよいが、接着部においてうねりなどの変形が目につかない限度において、その他の方法によってもよい。
【００２０】
いずれにせよ、以上述べた方法により、スポット溶接あるいはレーザ溶接を用いることなく、凹凸状の加工を施した金属板１に外板２あるいはさらに内板５を一体化することができ、接合部４の溶接痕を皆無にすることが可能となるとともに、比較的薄い鋼板を用いた場合でも、強度と剛性の両方を確保することが可能となり、高価なアルミニウム合金やチタン合金などを用いる必要がなくなることから、外観すなわち意匠性を損なうことなく、低コストにて高い生産性を確保でき、高強度、高剛性を兼ね備え、しかも低重量の積層金属板加工物を製造することができ、しかも低コストにて高い生産性を確保することができる。
【００２１】
なお、金属板１、外板２および内板５については同じ素材を用いてもよいし、異なる素材を用いてもよい。異なる素材を用いるとは、板厚が異なり材質が同じか、材質が異なり板厚が同じか、板厚も材質も異なるか、いずれかの場合を指し、素材としては、一般的な冷延鋼板、熱延鋼板等が主であるが、目的によってはその範囲に限定されず、亜鉛や錫などをめっきしためっき鋼板、ステンレス鋼板、さらには、アルミニウム板、アルミニウム合金板、マグネシウム板等の非鉄金属も含む金属板にも本発明は適用可能である。
【００２２】
図５は、本発明の一つの実施の形態に係る積層金属板加工物の製造方法を示す断面図である。なお、図５では、ハイドロフォームによる実施の形態を概念的に示した。
図５において、金属またはコンクリート等で構成されたダイ１１、１２が対向配置され、ダイ１１には、金属板１に形成される凹凸部３に対応した凹凸部１５がダイ１２との対向面側に形成されている。また、ダイ１２には、ダイ１１、１２間に液体１６を送出するパイプ１３が埋め込まれている。
【００２３】
そして、金属板１に凹凸部３を形成する場合、シール材１４にて金属板１の周囲をシールしながらダイ１１、１２間に金属板１を設置する。そして、パイプ１３を介して液体１６を送出することにより、金属板１の一方の面から液圧を加え、金属板１がダイ１１の凹凸部１５に倣うように金属板１をダイ１１に押し付けることにより、金属板１に凹凸部３を形成することができる。
【００２４】
このハイドロフォームでは、金属板１の表面の法線方向に応力をかけながら金属板１の成形を行うことができ、高精度の加工寸法精度での成形が可能であり、また、先述の図３中に示したθの符号を正とすると、θが負の値をとるような成形の場合でも、ポンチの取り出をどうするかの気遣いの必要はなく、例えば、割りダイを用いるようにすることで、簡単に凹凸加工を施した金属板１を抜き出すことが可能となることから、低コストにて高い生産性を確保しつつ、金属板１に凹凸部３を形成することができる。さらに、ダイ（型）と金属板との摺動による摩擦がないため、加工の際に問題となる金属板の流入に対する気遣いがなくなり、高精度の加工寸法精度や形状を得ることができる。
なお、ハイドロフォームではなく、プレス成形にて金属板１に凹凸部３を形成する場合でも、先述のオーバーラン成形など、成形方法を工夫して成形することで、高精度の加工寸法精度や形状を得ることができる。
【００２５】
図６は、本発明の一つの実施の形態に係る積層金属板加工物の製造方法を示す断面図である。
図６（ａ）において、凹凸部３が形成された金属板１と外板２を接着する場合、外板２をダイ２１上に載置し、凹凸部３が形成された金属板１を接合部４を介して外板２上に載置する。そして、気体又は液体２２による圧力を金属板１上に印加することにより、金属板１を接合部４を介して外板２に密着させながら、凹凸部３が形成された金属板１と外板２を接着することができる。
【００２６】
これにより、接合部４の鋼板同士の十分な溶け込み、あるいはナゲット径の確保といった気遣いなく、接合強度を確保することができ、接合部４の溶接痕を皆無にすることが可能となることから、外板２の外観すなわち意匠性を損なうことなく、鋼板同士を強固に接合することができる。
なお、ハイドロフォーミングを用いて金属板１に凹凸部３を形成し、離型（ダイ同士を離すこと）した後に、その金属板１とダイの片方の間に外板２を入れ、その金属板１に対して外板２と反対側に液圧をかけながら接着を実施するようにすれば、凹凸部３を形成した金属板１と外板２との接着を簡単に行うことが可能となる。あるいはさらに内板５が追加される場合も同様である。また、気体による圧力を用いれば、１００〜１０００℃といった高温下での接着も可能となり、液漏れなどの気遣いなく、高温下での拡散接合やろう付けなどが可能となる。
【００２７】
また、凹凸加工が施された金属板１と外板２の接合は、高温下で温度を保持しつつ行うようにしてもよい。この場合、金属板１と外板２を炉内に一緒に入れて、高温下で温度を保持するなどの方法が好ましい。また、接合部４のみを加熱しても良いが、その際には接合部４の表側の外板２に溶接痕が残らないようにするためには、できるだけ加熱部を小さくするのが好ましく、ろう付けや拡散接合にて接着を行う場合には、溶融させた中間層を形成するのも好ましい。
以上のような方法の他、図６（ｂ）に示すように金型２３により凹凸加工が施された部分の府に力を加えるようにする方法を用いてももちろんよい。
【実施例】
【００２８】
実施例Ａ、Ｂとして、表１に示すように、０．４ｍｍ厚の高強度冷延鋼板を２種類用意し、それぞれをハイドロフォームで成形することにより、凹凸部３が形成された金属板１と外板２を得た。また、一般的に使用されるパーツとしての自動車のフードを対象とするため、先述の図２に示したように、２方向に曲率半径ｒ1、ｒ2の旋回軌跡に沿った形状を外板２に持たせた。また、フードの形状は、曲率半径ｒ1、ｒ2の旋回軌跡をそれぞれ長軸、短軸と称するものとすれば、長軸方向と短軸方向に広がる略長方形状となっているが、長軸方向の寸法は１．６ｍ、短軸方向の寸法は１．２ｍとした。また、図３の凹凸部３の高さＨは２０ｍｍ、凹凸部３の間隔Ｗは３０ｍｍ、凹凸部３の上面のサイズＬ１は７０ｍｍ、凹凸部３の底面のサイズＬ２は５０ｍｍとした。さらに、金属板１と外板２との接合には、２液混合型のウェルドボンドを使用した。
【００２９】
比較例Ｃとして、自動車のフード等によく使用される５０００系のアルミニウム合金を使用した。このアルミニウム合金の板厚は、表１に示すように、２．５ｍｍとし、単板を用いた。そのほかの形状は前述した形状と同じである。また、実際にフードとして使用するためには、図４に示したように、外板２の裏面に内板５を取り付けて補強する場合もあるが、簡単に比較を行えるようにするために、内板５を取り付けずに比較した。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
これらの比較は、長軸方向の中心振分５００ｍｍの２点の下に支持をおき、さらに中心部について押し込みを行う３点曲げ試験にて実施した。この結果、表２に示すように、実施例Ａ、Ｂでは、比較例Ｃに比べて軽いにもかかわらず、例えば、引張強さに代表される強度だけでなく、縦弾性係数、曲げこわさ、限界曲げモーメントに代表される剛性にも、格段に優れていることが分かる。なお、アルミニウム合金は、近年自動車の軽量化に伴い、その消費量が伸びてきているが、表２からも明らかなように、縦弾性係数すなわち弾性率が鋼板の１／３程度しかなく、スプリングバックも大きいため、非常に使用しにくく、加工性も良くない。
【００３２】
以上の結果より、本発明の方法によれば、従来の方法やアルミニウム合金を用いた方法より良好な特性を得られ、高強度、高剛性を兼ね備え、しかも低重量の積層金属板加工物を製造することができ、しかも低コストにて高い生産性を確保することができる。また、図１の積層金属板加工物を用いることで降伏点を上昇させることができ、耐デント性に対しても大きな効果を同時に得ることができた。特に、表２に示した通り、アルミニウム合金と比較すると、縦弾性係数、曲げこわさ、限界曲げモーメントに代表される剛性が３倍以上となっているので、非常に大きな効果が得られるといえる。また、図１の積層金属板加工物に使用する高強度鋼板としてＢＨ鋼板（Ｂａｋｅ  Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ  Ｓｔｅｅｌ）のような鋼板を用いれば、さらに大きな効果を得ることができる。
【００３３】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の方法は、例えば、自動車の外板や内板と接合し、一体化するようにして製造する部材の製造に利用することができ、その他の分野（例えば、家電、建築、車両、船舶、航空機等）にも応用が可能である。特に、軽量であることから、運輸関係の省エネルギー化に役立つものと考えられ、車両、船舶、航空機等の分野への適用が期待されている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る積層金属板加工物の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の外板２の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、図１の積層金属板加工物の概略構成を示す平面図、図３（ｂ）は、図１の積層金属板加工物の概略構成を示す断面図である。
【図４】図１の外板２の裏面に内板５を取り付けた時の構成例を示す斜視図である。
【図５】本発明の一つの実施の形態に係る積層金属板加工物の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の一つの実施の形態に係る積層金属板加工物の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  金属板
２  外板
３、６、１５  凹凸部
４  接合部
５  内板
１１、１２、２１  ダイ
１３  パイプ
１４  シール材
１６、２２  液体
２３  金型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008044232.tif 000008
【図５】
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【図６】
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