(57)【要約】【課題】  コア材やスキン材を座屈させることなくサンドイッチパネルを簡単に曲げ加工できるようにする。【解決手段】  サンドイッチパネルＰは、多数の開口１１ａを有する金属製のコア材１１を２枚の金属製のスキン材１２の間に挟んでをロウ付けあるいは接着で接合して構成される。スキン材１２に初期張力Ｆｐを与えた状態でプレス金型１５でサンドイッチパネルＰを曲げ加工するので、曲げ方向内側のスキン材１２に圧縮力Ｆｃが加わっても、その圧縮力Ｆｃを前記初期張力Ｆｐで打ち消してスキン材１２に座屈が発生するのを防止することで、コア材１１を座屈させることなくサンドイッチパネルＰを簡単に曲げ加工することができる。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の開口（１１ａ）を有する金属製のコア材（１１）を２枚の金属製のスキン材（１２）の間に挟んでをロウ付けあるいは接着で接合したサンドイッチパネル（Ｐ）をプレス金型（１５）を用いて曲げ加工するサンドイッチパネルの曲げ加工方法において、
前記スキン材（１２）に初期張力を与えた状態で前記サンドイッチパネル（Ｐ）を曲げ加工することを特徴とするサンドイッチパネルの曲げ加工方法。
【請求項２】
前記プレス金型（１５）は、ダイス（１３）と、前記ダイス（１３）の外周部に前記サンドイッチパネル（Ｐ）を拘束する皺押さえ（１９）と、前記皺押さえ（１９）の内側で前記ダイス（１３）に対して移動するポンチ（１４）とを備え、
前記皺押さえ（１９）の押さえ力Ｆは、前記初期張力をＦｐとし、前記サンドイッチパネル（Ｐ）および前記ダイス（１３）間の摩擦力をνとしたとき、Ｆ＞Ｆｐ／νが成立することを特徴とする、請求項１に記載のサンドイッチパネルの曲げ加工方法。
【請求項３】
前記プレス金型（１５）は、ダイス（１３）と、前記ダイス（１３）の外周部に前記サンドイッチパネル（Ｐ）を拘束する皺押さえ（１９）と、前記皺押さえ（１９）の内側で前記ダイス（１３）に対して移動するポンチ（１４）とを備え、
前記皺押さえ（１９）の押さえ力Ｆは、前記皺押さえ（１９）が前記サンドイッチパネル（Ｐ）を押圧する押さえ面積をＡとし、前記コア材（１１）の降伏圧縮応力をσYSとし、前記サンドイッチパネル（Ｐ）の充填率をΨとしたとき、Ｆ＜σYS／（Ψ×Ａ）が成立することを特徴とする、請求項１に記載のサンドイッチパネルの曲げ加工方法。
【請求項４】
前記コア材（１１）はその周縁の少なくとも一部に前記多数の開口（１１ａ）が形成されない中実部（１１ｂ）を有し、前記サンドイッチパネル（Ｐ）は前記中実部（１１ｂ）において前記皺押さえ（１９）により拘束されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のサンドイッチパネルの曲げ加工方法。
【請求項５】
、前記サンドイッチパネル（Ｐ）は前記中実部（１１ｂ）においてスポット溶接（１８）されることを特徴とする、請求項４に記載のサンドイッチパネルの曲げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の開口を有する金属製のコア材を２枚の金属製のスキン材の間に挟んでをロウ付けあるいは接着で接合したサンドイッチパネルをプレス金型を用いて曲げ加工するサンドイッチパネルの曲げ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次元形状あるいは三次元形状に湾曲したサンドイッチパネルを製造する方法が、下記特許文献１〜３により公知である。
【０００３】
特許文献１に記載された発明は、サンドイッチパネルのハニカムコア（コア材）を構成する複数の波板どうしを、サンドイッチパネルの厚さ方向の一部のみで溶接することで、湾曲した２枚のフェースシート（スキン材）間にハニカムコアを挟んで溶接する際に、ハニカムコアをフェースシートの湾曲形状に追従するように変形させ、任意の形状に湾曲したサンドイッチパネルを得るようになっている。
【０００４】
また特許文献２に記載された発明は、平面状のサンドイッチパネルをダイスおよびポンチを用いて曲げ加工した後、ハニカムコア部材（コア材）の座屈により折れ曲がった表面材（スキン材）の折り曲げ部に接着材を塗布して補強するようになっている。
【０００５】
また特許文献３に記載された発明は、上下の板材（スキン材）間にハニカムコア材料（コア材）を挟んだサンドイッチパネルをダイスおよびポンチでプレスして湾曲させた後に、ダイスおよびポンチを所定距離離間させた状態で液圧バルジ加工を行ってハニカムコア材料を塑性変形させることで、任意の形状に湾曲したサンドイッチパネルを得るようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４２６３９６号公報
【特許文献２】特開平９−１３１７８８号公報
【特許文献３】特開平１１−２５４０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで上記特許文献１に記載されたものは、ハニカムコアを構成する波板どうしが一部でしか溶接されないため、サンドイッチパネルの剛性が低下することが避けられないという問題がある。
【０００８】
また上記特許文献２に記載されたものは、折れ曲がった表面材を接着材で補強するだけでは充分な補強効果が得られない虞があるだけでなく、その接着剤の分だけコストが増加する問題がある。
【０００９】
また上記特許文献３に記載されたものは、液圧バルジ加工が必要になるために設備費が大幅に増加する問題がある。
【００１０】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、コア材やスキン材を座屈させることなくサンドイッチパネルを簡単に曲げ加工できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、多数の開口を有する金属製のコア材を２枚の金属製のスキン材の間に挟んでをロウ付けあるいは接着で接合したサンドイッチパネルをプレス金型を用いて曲げ加工するサンドイッチパネルの曲げ加工方法において、前記スキン材に初期張力を与えた状態でサンドイッチパネルを曲げ加工することを特徴とするサンドイッチパネルの曲げ加工方法が提案される。
【００１２】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記プレス金型は、ダイスと、前記ダイスの外周部に前記サンドイッチパネルを拘束する皺押さえと、前記皺押さえの内側で前記ダイスに対して移動するポンチとを備え、前記皺押さえの押さえ力Ｆは、前記初期張力をＦｐとし、前記サンドイッチパネルおよび前記ダイス間の摩擦力をνとしたとき、Ｆ＞Ｆｐ／νが成立することを特徴とするサンドイッチパネルの曲げ加工方法が提案される。
【００１３】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記プレス金型は、ダイスと、前記ダイスの外周部に前記サンドイッチパネルを拘束する皺押さえと、前記皺押さえの内側で前記ダイスに対して移動するポンチとを備え、前記皺押さえの押さえ力Ｆは、前記皺押さえが前記サンドイッチパネルを押圧する押さえ面積をＡとし、前記コア材の降伏圧縮応力をσYSとし、前記サンドイッチパネルの充填率をΨとしたとき、Ｆ＜σYS／（Ψ×Ａ）が成立することを特徴とするサンドイッチパネルの曲げ加工方法が提案される。
【００１４】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３のいずれか１項の構成に加えて、前記コア材はその周縁の少なくとも一部に前記多数の開口が形成されない中実部を有し、前記サンドイッチパネルは前記中実部において前記皺押さえにより拘束されることを特徴とするサンドイッチパネルの曲げ加工方法が提案される。
【００１５】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、前記サンドイッチパネルは前記中実部においてスポット溶接されることを特徴とするサンドイッチパネルの曲げ加工方法が提案される。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の構成によれば、サンドイッチパネルは、多数の開口を有する金属製のコア材を２枚の金属製のスキン材の間に挟んでをロウ付けあるいは接着で接合して構成される。スキン材に初期張力を与えた状態でプレス金型でサンドイッチパネルを曲げ加工するので、曲げ方向内側のスキン材に圧縮力が加わっても、その圧縮力を前記初期張力で打ち消してスキン材に座屈が発生するのを防止することで、コア材を座屈させることなくサンドイッチパネルを簡単に曲げ加工することができる。
【００１７】
また請求項２の構成によれば、ダイスと、ダイスの外周部にサンドイッチパネルを拘束する皺押さえと、皺押さえの内側でダイスに対して移動するポンチとを備えるプレス金型でサンドイッチパネルを曲げ加工するとき、皺押さえの押さえ力Ｆは、初期張力をＦｐとし、サンドイッチパネルおよびダイス間の摩擦力をνとしたとき、Ｆ＞Ｆｐ／νが成立するので、サンドイッチパネルがポンチから受ける荷重でダイスに対して滑るのを皺押さえで確実に阻止してサンドイッチパネルの曲げ加工を支障なく行うことができる。
【００１８】
また請求項３の構成によれば、ダイスと、ダイスの外周部にサンドイッチパネルを拘束する皺押さえと、皺押さえの内側でダイスに対して移動するポンチとを備えるプレス金型でサンドイッチパネルを曲げ加工するとき、皺押さえの押さえ力Ｆは、皺押さえがサンドイッチパネルを押圧する押さえ面積をＡとし、コア材の降伏圧縮応力をσYSとし、サンドイッチパネルの充填率をΨとしたとき、Ｆ＜σYS／（Ψ×Ａ）が成立するので、皺押さえの押さえ力Ｆでコア材が潰れるのを防止してサンドイッチパネルの曲げ加工を支障なく行うことができる。
【００１９】
また請求項４の構成によれば、コア材はその周縁の少なくとも一部に多数の開口が形成されない中実部を有し、サンドイッチパネルは中実部において皺押さえにより拘束されるので、コア材を潰すことなく皺押さえの押さえ力Ｆを更に大きくし、サンドイッチパネルがダイスに対して滑るのを一層確実に防止することができる。
【００２０】
また請求項５の構成によれば、サンドイッチパネルは中実部においてスポット溶接されるので、コア材を中実状態に押し潰すことなくサンドイッチパネルをスポット溶接することが可能となり、サンドイッチパネルの曲げ剛性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】サンドイッチパネルの構造を示す図。
【図２】自動車のフロアパネルの断面図。
【図３】初期張力を付与せずにサンドイッチパネルを曲げ加工するときの作用説明図。
【図４】曲げ加工時にスキン材に加わる荷重の説明図。
【図５】初期張力を付与してサンドイッチパネルを曲げ加工するときの作用説明図。
【図６】図５の６−６線矢視図。
【図７】フロアパネルおよびサイドシルの接続部を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図１〜図７に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
図１に示すように、サンドイッチパネルＰはアルミニウムあるいは鉄等の金属製のコア材１１と、そのコア材１１の両面にロウ付けあるいは接着で接合される２枚のスキン材１２，１２とで構成される。コア材１１はムク（中実）の板材をパンチング加工して直径が数ｍｍ程度の多数の開口１１ａ…を形成したものであり、その周縁に沿って開口１１ａ…が形成されていない中実部１１ｂが一定幅で設けられる。
【００２４】
図２（Ａ）は、自動車のフロアパネルに用いられる厚さ０．６ｍｍの鋼板の断面図であって、その単位幅当りの断面二次モーメントは０．０１８ｍｍ4 である。図２（Ｂ）は、前記厚さ０．６ｍｍの鋼板と同じ重量を有する本実施の形態のサンドイッチパネルＰの断面図であって、コア材１１の厚さは１．２ｍｍ、２枚のスキン材１２，１２の厚さはそれぞれ０．２ｍｍであってトータルの厚さは１．６ｍｍであり、その単位幅当りの断面二次モーメントは０．２２６ｍｍ4 である。このように、サンドイッチパネルＰは、同じ重量のムクの板材に比べて、断面二次モーメントを１２倍以上に拡大し、曲げ剛性を飛躍的に増加させることができる。
【００２５】
ところで、従来のサンドイッチパネルＰは、その周縁でコア材１１の断面がスキン材１２，１２に覆われずに露出してしまうため、コア材１１の断面に露出した開口１１ａ…に水分や塵が付着して耐久性を低下させる可能性がある。しかしながら、本実施の形態によれば、コア材１１の周縁に中実部１１ｂが形成されるため、コア材１１の断面に開口１１ａ…が露出することがなくなり、水分や塵の付着によるサンドイッチパネルＰの耐久性低下が防止される。
【００２６】
またコア材１１の断面に開口１１ａ…が露出すると、その開口１１ａ…の部分でスキン材１２，１２がコア材１１に接続されない状態になり、薄いスキン材１２，１２のエッジが傷付き易くなる。しかしながら、本実施の形態によれば、コア材１１の周縁に中実部１１ｂが形成されるため、サンドイッチパネルＰの周縁でスキン材１２，１２は必ずコア材１１の接続されて厚さが確保されるので、薄いスキン材１２，１２のエッジを傷付き難くすることができる。
【００２７】
またサンドイッチパネルＰは、コア材１１に開口１１ａ…が形成されている部分が中空構造となるため、その部分をスポット溶接することができない問題がある。スポット溶接を可能にするには、図２（Ｃ）に示すように、その部分を押し潰して実質的に中実にすれば良いが、そのようにすると押し潰した部分が中実の板材と同じになり、断面二次モーメントが減少して曲げ剛性が低下する問題がある。
【００２８】
また図３（Ａ）に示すように、サンドイッチパネルＰをダイス１３およびポンチ１４よりなるプレス金型１５を用いて曲げ加工しようとすると、図３（Ｂ）に示すように、曲げ方向外側となる下側のスキン材１２に引張力Ｆｔが作用し、曲げ方向内側となる上側のスキン材１２に圧縮力Ｆｃが作用する。その結果、圧縮力Ｆｃが作用する上側のスキン材１２が下向きに座屈するため、コア材１１が厚さ方向に圧縮されて座屈することでサンドイッチパネルＰが変形してしまう問題がある。
【００２９】
しかしながら、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、サンドイッチパネルＰを曲げ加工する際に、スキン材１２，１２に前記圧縮力Ｆｃよりも大きい初期張力Ｆｐを予め付与しておけば、下側のスキン材１２に初期張力Ｆｐ＋引張力Ｆｔの荷重を作用させ、上側のスキン材１２に初期張力Ｆｐ−圧縮力Ｆｃの荷重を作用させることができる。このとき、下側のスキン材１２の荷重である初期張力Ｆｐ＋引張力Ｆｔは当然に引張力であるが、初期張力Ｆｐ＞圧縮力Ｆｃであるために、上側のスキン材１２の荷重である初期張力Ｆｐ−圧縮力Ｆｃも同様に引張力となる。これにより、両方のスキン材１２，１２に作用する荷重を共に引張力とすることができ、上側のスキン材１２の下向きの面外撓みによるコア材１１の座屈を防止することができる。
【００３０】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、サンドイッチパネルＰに初期張力Ｆｐを付与するためのプレス金型１５を示すもので、このプレス金型１５はダイス１３およびポンチ１４に加えて皺押さえ１９を備えている。皺押さえ１９は、ダイス１３の上面の外周部との間にサンドイッチパネルＰを挟持して押さえ力Ｆを発生させ、この押さえ力Ｆによって初期張力Ｆｐが消滅しないようにサンドイッチパネルＰを拘束するためのものである。サンドイッチパネルＰとダイス１３との間の摩擦係数をνとすると、サンドイッチパネルＰおよびダイス１３間の摩擦力はν×Ｆで与えられ、摩擦力が初期張力Ｆｐよりも大きくなるように（ν×Ｆ＞Ｆｐが成立するように）押さえ力Ｆを設定することで、つまり押さえ力ＦをＦ＞Ｆｐ／νに設定することで、プレス金型１５による曲げ加工時に初期張力Ｆｐを維持してサンドイッチパネルＰのスキン材１２，１２およびコア材１１の座屈を防止することができる。
【００３１】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）では、曲げ加工時に初期張力Ｆｐを維持するための押さえ力Ｆの下限値を説明したが、過大な押さえ力Ｆが作用するとサンドイッチパネルＰのコア材１１が潰れてしまうため、押さえ力Ｆの上限値を設定する必要がある。
【００３２】
図６に示すように、皺押さえ１９がサンドイッチパネルＰを押圧する押さえ面積（網掛け部分参照）をＡとすると、皺押さえ１９およびサンドイッチパネルＰ間に作用する面圧ＰはＰ＝Ｆ／Ａで与えられる。一方、１個の開口１１ａ当りのコア材１１の面積をａとし、１個の開口１１ａ当りのコア材１１の断面積をａ′とすると、コア材１１の充填率ΨはΨ＝ａ′／ａで与えられる。よって、押さえ力Ｆによりコア材１１に加わる板厚方向の圧縮応力σはσ＝Ｐ／Ψ＝Ｆ／（Ψ×Ａ）となり、コア材１１の降伏圧縮応力をσYSとすると、コア材１１が潰れない条件はσ＝Ｆ／（Ψ×Ａ）＜σYSであるため、押さえ力ＦをＦ＜σYS／（Ψ×Ａ）に設定する必要がある。
【００３３】
以上のことから、押さえ力Ｆを、Ｆｐ／ν＜Ｆ＜σYS／（Ψ×Ａ）の範囲に設定すれば、皺押さえ１９でコア材１１を潰すことなく初期張力Ｆｐを維持してサンドイッチパネルＰのコア材１１の座屈を防止することができる。
【００３４】
図７は、本実施の形態のサンドイッチパネルＰで構成した自動車のフロアパネル１６を示すもので、その周縁に沿う中実部１１ｂが上向きに直角に曲げ加工されてフランジ１６ａが形成されており、そのフランジ１６ａがサイドシル１７の側面にスポット溶接１８により固定される。
【００３５】
このように、サンドイッチパネルＰのコア材１１の中実部１１ｂの部分をスポット溶接１８することで、サンドイッチパネルＰを中実状態に押し潰してスポット溶接１８する必要がなくなり、サンドイッチパネルＰの断面二次モーメントを大きい値に維持して曲げ剛性を確保することができるだけでなく、スポット溶接１８される部分で薄いスキン材１２，１２に荷重が集中して破断する事態を回避することができる。
【００３６】
またサンドイッチパネルＰを曲げ加工すると、上述したようにコア材１１が座屈する問題があるが、その中実部１１ｂにおいてサンドイッチパネルＰを曲げ加工することで、座屈の発生を確実に防止することができる。
【００３７】
更に、サンドイッチパネルＰを曲げ加工するとき、プレス金型１５の皺押さえ１９でコア材１１の中実部１１ｂの部分を押さえれば、皺押さえ１９の押さえ力Ｆを前記上限値よりも更に大きくしてもコア材１１が潰れることがないため、プレス金型１５のダイス１３に対するサンドイッチパネルＰの滑りを一層確実に防止することができる。もちろん、皺押さえ１９の一部がコア材１１の中実部１１ｂを押さえるようにしても良い。
【００３８】
更にまた、サンドイッチパネルＰはコア材１１が多数の開口１１ａ…を有する中空構造であるため、路面からの騒音をサンドイッチパネルＰよりなるフロアパネル１６で遮断して車室の静粛性を確保することができる。
【００３９】
ところで、コア材１１の開口１１ａ…の形状としては、代表的なサンドイッチパネルＰであるハニカムパネルで採用されている正六角形が理想的であるが、パンチング加工で直径６ｍｍ以下の正六角形の開口１１ａ…を形成しようとすると穴形状が不正確になるため、開口１１ａ…の設計自由度が損なわれる問題があるだけでなく、パンチング加工の加工コストが増加する問題がある。
【００４０】
一方、本実施の形態ではコア材１１の開口１１ａ…が円形であるため、直径０．３５ｍｍ以上の開口１１ａ…であればパンチング加工で形成することが可能となり、開口１１ａ…の設計自由度が高まるとともに加工コストの削減が可能になる。特に、複雑な形状に屈曲させた帯状の板材を組み合わせてコア材１１を構成する場合に比べて、コア材１１の加工コストが大幅に削減される。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４２】
例えば、実施の形態のコア材１１の開口１１ａ…はパンチング加工した円形の孔で構成されているが、他の任意の方法で形成した任意の形状の開口１１ａ…を備えるものであっても良い。
【００４３】
また実施の形態のコア材１１は板材に開口１１ａ…を形成したもので構成されているが、板材を波形に形成したものや、所定の形状に屈曲した帯板を組み合わせたもので構成することができる。
【００４４】
また実施の形態ではコア材１１の周縁の全域に中実部１１ｂが形成されているが、コア材１１の周縁の一部だけに中実部１１ｂを形成しても良い。
【符号の説明】
【００４５】
１１        コア材
１１ａ      開口
１１ｂ      中実部
１２        スキン材
１３        ダイス
１４        ポンチ
１５        プレス金型
１８        スポット溶接
１９        皺押さえ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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