JP4376992B2

JP4376992B2 - 遮蔽材

Info

Publication number: JP4376992B2
Application number: JP06019199A
Authority: JP
Inventors: 晴之小西
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2019-03-08
Also published as: JP2000257441A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の排気案内部分やエンジンのマウント周辺などに用いられるアルミニウム合金板からなる遮蔽材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のマフラー周辺などの排気案内部分、トランスミッション部分およびエンジンのマウント周辺あるいは家電製品の発熱部などには、熱的分離などのために遮蔽材が取り付けられている。この遮蔽材は、一般にはヒートインシュレータ（ヒートプロテクタ）と称されているが、その特性として断熱性のほかに成形性、剛性、放熱性などが要求される。かかる遮蔽材としては、従来溶融亜鉛メッキ鋼鈑が主流であったが、軽量化の観点から近年アルミニウムまたはその合金が採用され始めている。アルミニウムまたはその合金を用いた遮蔽材は、通常一様にエンボス加工されてからプレス成形などにより所定形状に成形され、そして自動車や家電製品の所定部位に取り付けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現在用いられているエンボス加工されたアルミニウム合金板からなる遮蔽材は、その板厚が最小のものでも０．５ｍｍ程度である。一方、自動車などの軽量化をより一層進めるために、遮蔽材の板厚を、最低限必要な曲げ剛性を維持しつつ可能な限り薄くすることが望まれている。しかしながら、このようなエンボス加工を施した板材の曲げ剛性については系統的な調査がほとんど行われておらず、薄肉軽量化の限度についても未解決である。
【０００４】
また、特に自動車に用いられる遮蔽材は、排気周りなどの部位に取り付けられることから、非常に複雑な形状を持つことが多く、そのプレス成形は一般に困難なものとなっている。このことから、プレス成形性に優れた自動車用遮蔽材の開発が望まれている。
【０００５】
しかしながら、エンボス加工が施された板材にプレス成形を行なう際の成形性に関しては、系統的な調査はほとんどなされておらず、不明な点が多い。このため、エンボス加工が施された板材についてプレス成形性を向上させる有効な方策はとられていなかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、一般の自動車用部品におけるような複雑形状にも破断を生じることなくプレス成形による加工ができ、かつ、最低限必要な曲げ剛性を維持しつつ可能な限り板厚の薄いエンボス加工が施されたアルミニウム合金板からなる遮蔽材を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究の結果、板厚が０．２５ｍｍ〜０．３５ｍｍの範囲にあり、凹凸の高さが板厚の３．３倍以上、凸部間距離が板厚の３３倍以下である規則的な凹凸を有するエンボス加工が施されたアルミニウム合金板からなり、プレス成形によって形成される遮蔽材が上述した本発明の目的に沿うものであることを見いだした。ここでいう「規則的な凹凸」は、以下に説明するように、交差する２方向に沿ってそれぞれ凹凸パターンが繰り返される平面的ないし２次元的パターンとして設けられていてもよいし、一方向に沿っては凹凸パターンが繰り返されるがこれと直交する方向には凹凸のない１次元的パターンとして設けられていてもよい。
【０００８】
ここでのエンボスの形状は、例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示されたようなものである。図１（ａ）において、白丸（○）はエンボス加工による凸部頂点を表しており、黒丸（●）はエンボス加工による凹部頂点を表しており、また、実線は凸部頂点間を結ぶ稜線である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）において２つの凸部Ａ、Ａ’と１つの凹部Ｂとを通る断面図である。
【０００９】
このように、本発明における遮蔽材の一例は、格子状に規則的に凸部を有するとともに、格子の縦方向および横方向に一定の距離ずれた状態で格子状に規則的に凹部を設けたエンボス加工された板である。そして、そのエンボス加工による凹凸の高さ（以下、「エンボス高さ」という）ｈは、図１（ｂ）からも明らかなように、板面の垂直方向に最も高い位置から最も低い位置までの距離（すなわち、エンボス加工によって形成された凹凸の最高点から最下点までの距離）である。また、凸部間距離（以下、「エンボスピッチ」という）ｌは、図１（ａ）に示すように、隣接する凸部間の水平方向に沿った距離である。
【００１０】
また、本発明における遮蔽材の別の一例は、図２に示すような一方向に規則的に凸部を有するエンボス加工された板である。この場合も、図１（ａ）、（ｂ）で説明したのと同様に、エンボス高さｈは、板面の垂直方向に最も高い位置から最も低い位置までの距離で定義され、エンボスピッチｌは、隣接する凸部間の水平方向に沿った距離で定義される。
【００１１】
本発明において、板厚を０．２５ｍｍ以上としたのは、板厚が０．２５ｍｍ未満では、アルミニウム合金板にエンボス加工を施して曲げ剛性を向上させたとしても、自動車用遮蔽材に必要な大きさの曲げ剛性を確保することが非常に困難であることが分かったからである。
【００１２】
また、アルミニウム合金板の板厚を０．３５ｍｍ以下としたのは、後の実施例で説明するように、板厚が０．３５ｍｍを超えると、エンボス加工が施されたアルミニウム合金板に深絞り成形などのプレス成形を施した際、絞りフランジ部の絞り抵抗が過大となり、結果として破断してしまい易いことが判明したからである。
【００１３】
なお、通常のエンボス加工が施されていない平板では、周知のように板厚が小さくなるほど深絞り成形などのプレス成形時に破断が生じやすくなる。しかし、本発明者は、エンボス加工が施された板材の破断特性について、平板とは逆の傾向を見いだした。つまり、上述したように、エンボス加工が施されたアルミニウム合金板は、その板厚が０．３５ｍｍを超えて大きくなるほどプレス成形を施した際に破断しやすくなるのである。
【００１４】
さらに、エンボス高さを凹凸の高さを板厚の３．３倍以上、エンボスピッチを板厚の３３倍以下としたのは、自動車用遮蔽材の断熱性、成形性、放熱性などの諸特性を満足させるとともに、板厚が０．３ｍｍ以下と薄い場合であっても所定の曲げ剛性を確保するためである（板厚が厚い場合には曲げ剛性は確保されている）。この点について、図３を参照して説明する。図３は、図１（ａ）、（ｂ）で説明した形状のエンボス加工が施された３種類の板材についてその板厚（ｍｍ）と曲げ剛性（ｋｇｆ・ｍｍ）との関係をそれぞれ示すグラフである。図３において、□印はエンボス加工されていない鋼板、△印はエンボス加工されていないアルミニウム合金板、◆印は高さ１．４ｍｍ、ピッチ１０ｍｍで凹凸状のエンボス加工が施されたアルミニウム合金板をそれぞれ表している。
【００１５】
図３からも明らかなように、エンボス加工されていないアルミニウム合金板の曲げ剛性は比較的小さいが、高さ１．４ｍｍ、ピッチ１０ｍｍのエンボス加工が施されたアルミニウム合金板の曲げ剛性は鋼鈑のそれに近い。このように、アルミニウム合金板にエンボス加工を施すことによりその曲げ剛性を向上させることができることが明らかであり、本発明者の知見によると、自動車用遮蔽材として必要な所定の曲げ剛性を確保するには、エンボス加工の高さが板厚の３．３倍以上でかつ突起間隔が板厚の３３倍以下であることが望ましい。
【００１６】
また、図４は、図３に示したのと同じ３種類の板材についてその単位面積当りの重量（ｇ／ｃｍ²）と曲げ剛性（ｋｇｆ・ｍｍ）との関係をそれぞれ示すグラフである。図４に示すように、曲げ剛性一定という条件で考えた場合、アルミニウム合金板は鋼鈑よりも単位面積当りの重量が小さく、また、アルミニウム合金板のエンボス高さを大きくすると、その単位面積当りの重量を小さくすることができることが分かる。つまり、エンボス高さを大きくするほど、自動車用遮蔽材の軽量化を図ることが可能である。このような観点からも、エンボス加工の高さが板厚の３．３倍以上かつ突起間隔が板厚の３３倍以下であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明において、自動車用遮蔽材として用いられるアルミニウム合金板は、リサイクル特性およびコストの面から、ＡＡないしＪＩＳ規格による３０００系アルミニウム合金板（以下、単に「３０００系アルミニウム合金板」という）であることが好ましい。
【００１８】
３０００系アルミニウム合金として代表的なものに３００４アルミニウム合金がある。３００４アルミニウム合金は、キャン容器などの用途に用いられており、その生産量は年間３０万トンに及ぶ。そのため、大量生産によるコストメリットが大きく、例えば５０００系アルミニウム合金よりもかなり安価である。３００４アルミニウム合金は、一般にその強度が５０００系合金よりも低いが、Ｍｇの添加量が１％程度であって圧延性がよいため、板の生産の面でもコスト的に優位である。従って、３００４アルミニウム合金は、ヒートインシュレータとして用いるのに好適な材料である。
【００１９】
３０００系アルミニウム合金の一例としての３００４アルミニウム合金は、基本的にＭｇを０．８〜１．３重量％、Ｍｎを１．０〜１．５重量％、Ｓｉを０．３重量％、Ｆｅを０．７重量％、Ｃｕを０．２５重量％、Ｚｎを０．２５重量％、残部Ａｌおよび不可避的不純物を含有している。しかし、必ずしも各成分が規格通りにならずとも、適宜成分組成の変更は許容される。すなわち、上記元素の成分範囲の変更や、より具体的な用途および要求特性に応じて、他の元素を適宜含むことは許容される。
【００２０】
また、３００４アルミニウム合金は、引張強さが１８０Ｎ／ｍｍ²、耐力が８０Ｎ／ｍｍ²、伸びが２５％という機械的特性を有しており、耐食性についても良好である。３００４アルミニウム合金は、５０００系または６０００系合金と同様に、耐食アルミニウム合金に分類されており、耐食性、強度、成形性などの諸特性のバランスがとれたアルミ合金である。なお、本発明において、３０００系アルミニウム合金以外に、５０００系または６０００系アルミニウム合金を用いることも可能である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
板厚０．２５ｍｍの３００４アルミニウム合金に、高さ１．４ｍｍ（板厚の５．６倍）、ピッチ１０ｍｍ（板厚の４０倍）で図１（ａ）、（ｂ）に示したような波形のエンボス加工を施した後、プレス成形による加工を行った。このときのプレス形成条件は、図５に示すようなものとした。すなわち、しわ押さえ板１１と円形ダイス１２との間隔（ダイフェイスクリアランス）ｃをシム１３により１．９ｍｍに固定して、エンボス板（８５ｍｍ四方の正方形ブランク）１４に対して円筒型のパンチ１５により深絞り成形試験を行うものとした。なお、パンチ径φp は４０ｍｍ、ダイス径φd は４２ｍｍｍ、パンチ肩半径ｒp とダイス肩半径ｒd はともに３ｍｍとした。
【００２２】
そして、エンボス加工されたアルミニウム合金板について、曲げ剛性を調査した。その結果、本実施例１のアルミニウム合金板の曲げ剛性は３５．３ｋｇｆ・ｍｍであった。また、円筒形ダイスによる深絞り成形試験での最大成形高さ（破断限界成形高さ）についても調べたところ、この場合、材料は破断することなく完全に絞り抜けた。これらの結果を〔表１〕に示す。
【００２３】
（実施例２〜３）
板厚を０．３０ｍｍ（実施例２）、０．３５ｍｍ（実施例３）とした以外は、実施例１と同様に成形されたアルミニウム合金板について、曲げ剛性、円筒形ダイスによる深絞り成形試験での最高成形高さをそれぞれ調べた。その結果を〔表１〕に示す。
【００２４】
（比較例１〜３）
板厚を０．１５ｍｍ（比較例１）、０．４０ｍｍ（比較例２）、０．５０ｍｍ（比較例３）とした以外は、実施例１と同様に成形されたアルミニウム合金板について、曲げ剛性、円筒形ダイスによる深絞り成形試験での最高成形高さをそれぞれ調べた。その結果を〔表１〕に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
〔表１〕から明らかなように、アルミニウム合金板の板厚が０．２５ｍｍ未満である比較例１では、破断することなく完全に絞り抜けたものの、曲げ剛性の大きさが自動車用遮蔽材に必要な大きさには達していない。
【００２７】
一方、比較例２〜３は、曲げ剛性の点では実施例１〜３よりも優れているものの、破断が生じかつ最大成形高さが小さい。すなわち、比較例２〜３は、深絞り特性が実施例１〜３より劣っている。
【００２８】
このように、板厚が大きい遮蔽材において深絞り性が劣る理由については、以下のように考えられる。図５に示すような深絞り成形では、パンチから材料に伝えられる成形荷重は、フランジ部分の材料を周方向に圧縮し、ダイス径に絞り込むために使われる。フランジ部の材料の絞り変形の抵抗力をＦとし、パンチからの荷重が伝達される部分の材料の強度をＳとすると、深絞り成形性はＦとＳの大小関係によって決まる。すなわち、Ｆが小さくＳが大きいほど深絞り成形性は良好となる。また、パンチからの荷重伝達部の強度Ｓは通常板厚に比例する。
【００２９】
通常のプレス成形品では、フランジ部のしわ発生をしわ押さえ力によって抑制しつつ成形が行われるが、こうした場合、フランジ部の絞り変形抵抗Ｆは板厚に比例することになる。一方、本発明のようなエンボス加工を施した遮蔽材の場合、フランジ部のしわ発生は不可避である。このような場合、フランジ部の絞り変形抵抗力Ｆは、板の面外方向に湾曲した板材６１を面内の圧縮力６２により縮める際の材料の変形抵抗として決まることになる。この際には、絞り変形抵抗は板材６１の曲げ変形時の全塑性モーメントに基づいて決まると考えられ、近似的にはＦは板厚の２乗に比例するものと考えられる。
【００３０】
このように、エンボス加工を施した遮蔽材の場合、通常の板材と異なり、絞り変形抵抗Ｆは板厚の２乗に比例して増加し、一方パンチからの荷重伝達部分の材料強度Ｓは板厚に比例して増加する。このため、エンボス加工を施した遮蔽材では、板厚が増すほどに絞り変形抵抗Ｆが強度Ｓに対して相対的に大きくなり、深絞り成形に不利になるものと推論される。なお、エンボス加工が施されない一般の板材では、ＦおよびＳはともに板厚に比例して増加するものと考えられるため、エンボス加工が施された遮蔽材に見られる上述のような板厚変化による成形性の変化はほとんど生じない。以上に述べたような理由から、本発明に係るエンボス加工が施された遮蔽材の場合、板厚が厚いほど深絞り成形性が不利になるものと考えられる。
【００３１】
実施例１〜３および比較例１〜３から判断すると、エンボス加工が施されたアルミニウム合金板からなる自動車用遮蔽材の板厚は、０．２５ｍｍ〜０．３５ｍｍの範囲であることがより好ましい。
【００３２】
（比較例４）
板厚０．３０ｍｍの３００４アルミニウム合金に高さ０．６０ｍｍ（板厚の２．０倍）、ピッチ１０ｍｍ（板厚の３３倍）で図１に示したような形状のエンボス加工を施した。
【００３３】
そして、エンボス加工されたアルミニウム合金板について、曲げ剛性を調べた。その結果、本比較例４のアルミニウム合金板の曲げ剛性は２８．２ｋｇｆ・ｍｍであった。この結果を〔表２〕に示す。
【００３４】
（比較例５）（実施例４〜５）
エンボス高さを０．６ｍｍ（板厚の２．０倍）、エンボスピッチを６ｍｍ（板厚の２０倍）（比較例５）、エンボス高さを１．０ｍｍ（板厚の３．３倍）、エンボスピッチを６ｍｍ（板厚の２０倍）（実施例４）、エンボス高さを１．０ｍｍ（板厚の３．３倍）、エンボスピッチを１０ｍｍ（板厚の３３倍）（実施例５）とした以外は、比較例４と同様に成形されたアルミニウム合金板について、その曲げ剛性を調べた。その結果を〔表２〕に示す。
【００３５】
（比較例６〜７）
エンボス高さを０．２ｍｍ（板厚の０．６７倍）、エンボスピッチを１０ｍｍ（板厚の３３倍）（比較例６）、エンボス高さを０．６ｍｍ（板厚の２．０倍）、エンボスピッチを２０ｍｍ（板厚の６６倍）（比較例７）とした以外は、比較例４と同様に成形されたアルミニウム合金板について、曲げ剛性をそれぞれ調べた。その結果を〔表２〕に示す。
【００３６】
【表２】

【００３７】
〔表２〕から明らかなように、エンボス高さが板厚の２倍未満である比較例６では、曲げ剛性の大きさが１８．８ｋｇｆ・ｍｍであり自動車用遮蔽材に必要な大きさには達していない。また、エンボスピッチが板厚の３３倍以上である比較例７についても、曲げ剛性の大きさが２５．７ｋｇｆ・ｍｍであり自動車用遮蔽材に必要な大きさには達していない。一方で、エンボス高さが板厚の３．３倍以上でありかつエンボスピッチが板厚の３３倍以下である実施例４〜５では、曲げ剛性の大きさが自動車用遮蔽材として必要なレベルであると考えられる。これらの実施例４〜５および比較例４〜７から明らかなように、エンボス加工が施されたアルミニウム合金板からなる自動車用遮蔽材は、板厚が０．３ｍｍ付近と薄い場合であっても所定の曲げ剛性を維持するという観点から、そのエンボス高さが板厚の３．３倍以上で、かつ、エンボスピッチが板厚の３３倍以下であることが好ましい。
【００３８】
以上、本発明の実施例を図１（ａ）、（ｂ）に示す特定のエンボス形状についてについて説明したが、本発明はこれ以外の様々なエンボス形状についてもほぼ同様に成り立つことが分かっている。また、３００４アルミニウム合金以外のアルミニウム合金についても、上述の実施例とほぼ同様の結果が得られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、エンボス加工が施されたアルミニウム合金板からなる遮蔽材について、深絞り成形などのプレス成形時における絞り変形抵抗が過大となる結果起こる破断を防止することができる。従って、複雑な形状の遮蔽材であっても良好な深絞り成形性を得ることができるとともに、最低限必要な曲げ剛性を維持しつつ軽量化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンボス加工が施されたアルミニウム合金板の一例の概略的な模式図である。
【図２】エンボス加工が施されたアルミニウム合金板の別の一例の概略的な模式図である。
【図３】３種類の板材についてその板厚と曲げ剛性との関係をそれぞれ示すグラフである。
【図４】３種類の板材についてその単位面積当りの重量と曲げ剛性との関係をそれぞれ示すグラフである。
【図５】本発明の実施例において、プレス成形の条件を説明するための図である。
【図６】板材に圧縮力が加えられる様子を描いた模式図である。
【符号の説明】
１１しわ押さえ板
１２円形ダイス
１３シム
１４エンボス板
１５パンチ

Claims

板厚が０．２５ｍｍ〜０．３５ｍｍの範囲にあり、凹凸の高さが板厚の３．３倍以上、凸部間距離が板厚の３３倍以下である規則的な凹凸を有するエンボス加工が施されたアルミニウム合金板からなり、プレス成形によって形成される遮蔽材。
３０００系アルミニウム合金板からなることを特徴とする請求項１に記載の遮蔽材。
自動車用遮蔽材であることを特徴とする請求項１または２に記載の遮蔽材。