アルミニウム合金押出材

【課題】アルミニウム合金からなるダブルスキン形材を、面板に垂直に圧縮する場合に、上下の面板が互いに反対方向にずれるような変形を起こすのを防止するとともに、高いエネルギー吸収量が安定して得られるようにする
【解決手段】一対の互いに平行な平板状の面板１２，１３の間にその面板を接続する複数個の傾斜リブ１４が一体的に形成され、隣接する傾斜リブ１４が互いに逆方向に傾斜したアルミニウム合金押出材において、各傾斜リブ１４が湾曲して一方の面板１２の側に張り出している。あるいは隣接する各傾斜リブ１４が互いに逆向きに張り出している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の互いに平行な平板状の面板の間にその面板を接続する複数個の傾斜したリブが一体的に形成されたアルミニウム合金押出材（ダブルスキン形材）に関する。
【背景技術】
【０００２】
トラス構造のダブルスキン形材を衝撃吸収部材として用いた例が特許文献１に記載されている。この衝撃吸収部材は、衝突時などに圧縮変形し、そのときダブルスキン形材は押出方向に圧縮されるが、このような押出方向への圧縮の場合、変位−荷重線図において初期ピーク値が高く、続いて急激に荷重が低下し、潰れきる直前になって荷重が増加する。
【特許文献１】特開２００５−７５２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、ダブルスキン形材を押出方向ではなく、面板に垂直に圧縮変形させることも考えられるが、この場合、一般に上下の面板が互いに反対方向にずれるような変形となり、これによりリブの半数が屈曲せずに一方向に倒れ、変位−荷重線図において初期ピーク値が高く、続いて急激に荷重が低下し、さらに潰れきる直前まで低荷重を示し、結果としてエネルギー吸収量が低下するという問題が生じる。また、ダブルスキン形材の肉厚や形状精度によって、エネルギ−吸収量が大きく左右されるという問題もある。
従って、本発明は、ダブルスキン形材を面板に垂直に圧縮する場合に、上下の面板が互いに反対方向にずれるような変形を起こすのを防止するとともに、高いエネルギー吸収量が安定して得られ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】
【０００４】
本発明は、一対の互いに平行な面板の間にその面板を接続する複数個の傾斜したリブが一体的に形成されたアルミニウム合金押出材において、傾斜したリブの断面の中心を通るラインがいずれかの面板の側に張り出していることを特徴とする。
前記アルミニウム合金押出材において、互いに逆方向に傾斜したリブが同数ずつ形成されていることが望ましく、その典型例として隣接する傾斜したリブが互いに逆方向に傾斜したアルミニウム合金押出材を挙げることができる。後者の場合、いずれか一方の面板と隣接する２個の傾斜したリブにより略三角形断面の中空部が形成されるものと、両方の面板と隣接する２個の傾斜したリブにより台形断面の中空部が形成されるものが含まれる。
【０００５】
本発明において、傾斜したリブの断面の中心を通るラインがいずれかの面板の側に張り出す典型的な形態として、傾斜したリブが湾曲又は屈曲していずれかの面板の側に張り出している形態、あるいは傾斜したリブの中央部が薄肉化され（逆に厚肉化されてもよい）、これにより前記傾斜したリブの断面の中心を通るラインがいずれかの面板の側に張り出している形態がある。リブの張り出しの向き（どちらの面板の側に張り出すか）は個々のリブについて任意であるが、例えば全てのリブが同じ面板の側に張り出す場合、隣接するリブが互いに逆向きに張り出す場合、あるいはこれらの組み合わせが考えられる。
本発明に係るアルミニウム合金押出材において、一方の面板から他方の面板に向かって伸び、かつ先端が両面板の中間位置に留まる縦リブを、前記傾斜したリブと面板の接合部の中間位置に形成することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のアルミニウム合金押出材では、傾斜したリブの断面の中心を通るラインがいずれかの面板の側に張り出していることにより、面板に垂直方向に圧縮荷重を掛けて押し潰したとき、圧壊の過程で、前記傾斜したリブがそれぞれ張り出した方向に折れ曲がる。続いて折れ曲がりが進行すると、リブの一部が面板に対し略垂直に向くとともに折れ曲がり部が面板に接触し、これにより見かけ上の縦リブが形成され、この見かけ上の縦リブが圧縮荷重を支持し、従来のダブルスキン形材に比べて潰れ切るまでの吸収エネルギーが増大し、面板が互いに反対方向にずれるような変形を起こすのも防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図１５を参照し、本発明に係るアルミニウム合金押出材について具体的に説明する。
まず、図１４（ａ）に示すアルミニウム合金押出材１は、従来のトラス構造のダブルスキン形材であり、一対の互いに平行な平板状の面板２，３と、その面板を接続する複数個の傾斜リブ４と、両端の縦リブ５が一体的に形成され、傾斜したリブ４の隣接するもの同士が互いに逆方向に対称的に傾斜し、押出方向に垂直な断面において、いずれか一方の面板２又は３と隣接する傾斜リブ４，４の間に略三角形断面の中空部６が形成されている。傾斜リブ４は両端の面板２，３との交点にＲ（フィレット）が形成されているほかは均等な厚さを有し、平板状である。図１４（ｂ）に示すように、傾斜リブ４の断面の中心（厚みの中心）を通るラインＬ０は、直線である。
また、図１５に示すアルミニウム合金押出材７は、従来の別の形態のダブルスキン形材を示すもので、同じく一対の互いに平行な平板状の面板２，３と、その面板を接続する複数個の傾斜リブ４と、両端の縦リブ５が一体的に形成され、傾斜したリブ４の隣接するもの同士が互いに逆方向に対称的に傾斜し、押出方向に垂直な断面において、両面板１，２と隣接する傾斜リブ４，４の間に台形断面の中空部６が形成されている。
【０００８】
図１（ａ）に本発明に係るアルミニウム合金押出材１１を示す。このアルミニウム合金押出材１１はトラス構造のダブルスキン形材であり、一対の互いに平行な平板状の面板１２，１３と、その面板を接続する複数個の傾斜リブ１４と、両端の縦リブ１５が一体的に形成され、傾斜したリブ１４の隣接するもの同士が互いに逆方向に対称的に傾斜し、押出方向に垂直な断面において、いずれか一方の面板１２又は１３と隣接する傾斜リブ１４，１４の間に略三角形断面の中空部１６が形成されている。傾斜リブ１４は両端の面板１２，１３との交点にＲ（フィレット）が形成されているほかは均等な厚さを有する。以上の点は図１４に示すアルミニウム合金押出材と同じである。しかし、図１に示すアルミニウム合金押出材１１では、全ての傾斜リブ１４が面板１２，１３との接合部（リブの両端）を起点にして全体的に円弧状に湾曲し、矢印に示すように上向きに（面板１２の側に）張り出している点で、図１４に示すアルミニウム合金押出材１と異なる。図１（ｂ）に示すように、傾斜リブ１４の断面の中心（厚みの中心）を通るラインＬ１も湾曲し、上向きに（面板１２の側に）張り出している。
なお、アルミニウム合金押出材１１において縦リブ１５は、該アルミニウム合金押出材１１を面板１２，１３に垂直に圧縮変形させたとき（後述する実施例参照）、最初のピーク荷重を制御（縦リブ１５があれば最初のピーク荷重が高くなる）するために形成されたもので、本発明において必須ではない。
【０００９】
図２，３に、アルミニウム合金押出材１１とは傾斜リブ１４の張り出しの向きのみが異なるアルミニウム合金押出材１７，１８を示す。
図２に示すアルミニウム合金押出材１７では、全ての傾斜リブ１４が面板１２，１３との接合部（リブの両端）を起点にして全体的に円弧状に湾曲し、矢印に示すように上向き（面板１２の側）又は下向き（面板１３の側）に張り出し、かつ隣接する傾斜リブ１４，１４において張り出し方向は互いに逆向きとなっている。
図３に示すアルミニウム合金押出材１８では、全ての傾斜リブ１４が面板１２，１３との接合部（リブの両端）を起点にして全体として円弧状に湾曲し、矢印に示すように上向き（面板１２の側）又は下向き（面板１３の側）に張り出し、かつ領域Ａ（左半分）において隣接する傾斜リブ１４，１４の張り出し方向は互いに逆向き、領域Ｂ（右半分）において全ての傾斜リブ１４が上向き（面板１２の側）となっている。領域Ａの傾斜リブ１４の張り出し形態はアルミニウム合金押出材１１と同一、領域Ｂの傾斜リブ１４の張り出し形態はアルミニウム合金押出材１７と同一である。
なお、アルミニウム合金押出材１１，１７，１８のように傾斜リブ１４を張り出させるには、押出形状をそのようにしてもよいし、あるいは図１４，１５に示す断面形状に押し出した後、傾斜リブ１４に変形を加えて張り出させてもよい。
【００１０】
図４〜６に、傾斜リブ１４の別の張り出し形態を有するアルミニウム合金押出材１９，２０，２１を示す。
図４に示すアルミニウム合金押出材１９において、傾斜リブ１４は中央部で屈曲してくの字形をなし、上向きに（面板１２の側に）張り出している。傾斜リブ１４の断面の中心（厚みの中心）を通るラインＬ２も屈曲し、上向きに（面板２の側に）張り出している。なお、図４においてポイント２２，２３は傾斜リブ１４と面板１２，１３との接合部の中心であり、ラインＬｓはポイント２２，２３をつなぐ直線であり、ラインＬｓと比較することで、ラインＬ２が上向きに（面板２の側に）張り出していることが理解される。
図５に示すアルミニウム合金押出材２０において、傾斜リブ１４は中央部の面板１３側に凹部２４が形成された形で薄肉化され、これにより傾斜リブ１４の断面の中心（厚みの中心）を通るラインＬ３が、中央部において上向きに（面板１２の側に）張り出している。
図６に示すアルミニウム合金押出材２１において、傾斜リブ１４は中央部の面板１２側に凸部２５が形成された形で厚肉化され、これにより傾斜リブ１４の断面の中心（厚みの中心）を通るラインＬ４が、中央部において上向きに（面板１２の側に）張り出している。
【００１１】
なお、図１〜６に傾斜リブ１４の種々の張り出し形態を示したが、傾斜リブ１４の張り出し形態は、上記の例に限られない。いずれにしても傾斜したリブの断面の中心を通るラインがいずれかの面板の側に張り出していることにより、面板に垂直方向に圧縮荷重を掛けて押し潰したとき、圧壊の過程で傾斜リブ１４がそれぞれ張り出した方向に折れ曲がり、所定の作用効果を奏することができる。
また、図１〜６に示した例は、本発明をトラス構造のダブルスキン形材（図１４参照）に適用したものだが、本発明は他の構造のダブルスキン形材（図１５参照）にも適用できる。
【００１２】
図７に、傾斜リブ１４が別の傾斜形態を有するアルミニウム合金押出材２６を示す。
アルミニウム合金押出材２６は、一対の互いに平行な平板状の面板１２，１３と、その面板を接続する複数個の傾斜リブ１４と、両端の縦リブ１５が一体的に形成され、傾斜リブ１４は、全て上向きに（面板１２の側に）張り出している。
これまでの例（アルミニウム合金押出材１１等）では、隣接するもの同士が互いに逆方向に対称的に傾斜していたが、この例ではそこまでの規則性はない。ただし、互いに逆方向に傾斜した傾斜リブ１４が同数（４つ）ずつ形成されている点は同じである。このように互いに逆方向に傾斜したリブを同数ずつ形成することにより、アルミニウム合金押出材を面板に垂直に圧縮変形させたとき（後述する実施例参照）、面板が左右にずれにくくなっている。
【００１３】
図８に示すアルミニウム合金押出材２７では、面板１２と傾斜リブ１４の接合部は面板１３と平行な面上に存在するが、面板１２は傾斜リブ１４との接合部間で若干上向きに湾曲し、この点でアルミニウム合金押出材１１と異なり、その他の点ではアルミニウム合金押出材１１と同一の断面形状である。しかし、アルミニウム合金押出材２７でも、一対の板状の面板１２，１３が互いにほぼ平行ということができ、このような形態も本発明に含まれる。
【００１４】
図９（ａ）に示すアルミニウム合金押出材２８は、アルミニウム合金押出材１１の断面形状を基本とし、さらに面板１２から他方の面板１３に向かって垂直に伸びる縦リブ３１が形成されている。この縦リブ３１は、傾斜リブ１４と面板１２の接合部の中心に形成され、アルミニウム合金押出材２８の厚さの中間の位置まで伸びている。
図９（ｂ）に示すアルミニウム合金押出材２９は、アルミニウム合金押出材７の断面形状を基本とし、傾斜リブ１４がそれぞれ矢印に示すように上向きに（面板１２の側に）張り出し、さらに面板１３から他方の面板１２に向かって垂直に伸びる縦リブ３１が形成されている。この縦リブ３１は、傾斜リブ１４と面板１２の接合部の中心（間隔の広い側の中心）に形成され、アルミニウム合金押出材２９の厚さの中間の位置まで伸びている。
【００１５】
アルミニウム合金押出材２８，２９では、アルミニウム合金押出材を面板に垂直に圧縮変形させたとき（後述する実施例参照）、面板１２，１３の間隔が縦リブ３１の長さに縮むと該縦リブ３１の先端が対向する面板に当接し、圧縮変形時の荷重を増加させ、場合によっては新たなピークを形成させる作用を有する。従って、荷重−変位曲線のどの変位の時点で荷重を増加させるか、あるいは新たなピークを形成させるかにより、縦リブ３１の長さを適宜設定すればよい。例えば、傾斜リブ１４が屈曲して見かけ上の縦リブが形成された時点又はそれ以後に対向する面板に当接するように、縦リブの長さを設定する。
【実施例】
【００１６】
図１〜３及び図１４に示すアルミニウム合金押出材１１，１７，１８，１の断面形状を有し、面板及びリブの肉厚が全て１ｍｍ、高さが３０ｍｍ、幅が３００ｍｍのアルミニウム合金押出材を押出方向に垂直に長さ３０ｍｍに切断したものを各１個用意して供試材とした。アルミニウム合金押出材１１、１７、１８の断面形状のものを順にパターンＡ、パターンＢ、パターンＡＢと名付けた。アルミニウム合金押出材１の断面形状のものは現行材（比較材）である。
【００１７】
次に、供試材を３０トン万能プレスを用いて圧縮試験し、変位と荷重を測定した。図１０に示すように、供試材の面板より大きい押し治具３２，３３を供試材の上下にセットし、押込速度７．５ｍｍ／ｍｉｎで圧縮し、変位は高さ方向にほぼ潰れきる２３ｍｍまでとした。
圧縮試験の変位−荷重線図を図１１に、変位２０ｍｍまでのエネルギー吸収量を図１２に、変位１０ｍｍでの供試材の外観図を図１３に示す。その結果をまとめると次のようになる。
【００１８】
（１）図１１に示されるように、全ての供試材に変位１ｍｍ付近で初期ピークが認められた。パターンＡ，Ｂ，ＡＢの初期ピークの荷重は比較材より小さく、その後の荷重低下も小さかった。パターンＡ，Ｂ，ＡＢで初期ピーク荷重が低下したのは、傾斜リブが湾曲していたためである。また比較材で初期ピーク後の荷重低下が大きかったのは、図１３に示すように、上下の面板が互いに反対方向（左右）にずれるような変形が生じ、これにより傾斜リブの半数が屈曲せずに一方向に倒れたことが影響しているものと考えられる。なお、パターンＡ，Ｂ，ＡＢでは、上下の面板は実質的に左右にずれていない。
（２）図１１に示されるように、パターンＡ，Ｂ，ＡＢでは、変位１０ｍｍ付近で荷重が増加し、変位１２ｍｍまでに第２のピークが認められ、そのピーク荷重は比較例の初期ピーク荷重とほぼ同等であった。図１３に示すように、パターンＡ，Ｂ，ＡＢでは全ての傾斜リブが湾曲させた方向に折れ曲がるとともに、折れ曲がった傾斜リブの一部が両面板に対し略垂直に向き、これにより見かけ上の縦リブが形成され、さらに荷重が上昇したものと考えられる。
（３）第２のピーク以降、パターンＢはほぼ一定荷重を保持し、パターンＡ，ＡＢは荷重がさらに上昇して変位２１ｍｍ付近で第３のピークが認められた。図１３に示すように、パターンＡ，ＡＢでは見かけ上の縦リブの間隔が狭く、ここに見かけ上の三角形の中空部が形成されたことにより、さらに荷重が上昇したものと考えられる。
（４）変位２０ｍｍまでのエネルギー吸収量は、図１２に示すように、パターンＡ，Ｂ，ＡＢが比較例より高く、パターンＡ，ＡＢでは約２倍であった。
【００１９】
なお、この実施例にみられるように、本発明のアルミニウム合金押出材によれば、傾斜リブの張り出しの向きの組み合わせ（パターン）を変化させることで、変位−荷重線図が変化することから、傾斜リブの肉厚や張り出しの大きさ及び張り出しの向きのパターン等を適宜組み合わせることにより、また、さらに先端が対向する面板に達しない縦リブを付加することにより、用途に応じた種々の形態の変位−荷重線図を得ることが可能となる。
【００２０】
本発明に係るアルミニウム合金押出材は、従来のダブルスキン形材に比べて潰れ切るまでの吸収エネルギーが増大し、面板が互いに反対方向にずれるような変形を起こすのも防止されるため、自動車のバンパー、バンパーに付加するオーバーライダー、フードの裏面に設置するエネルギー吸収部材、鉄道車両のエネルギー吸収部材等、種々のエネルギー吸収部材として利用できる。
また、種々の形態の変位−荷重線図を得ることができ、例えば所定の圧縮変形を与えることにより初期ピークより高い第２，第３のピーク荷重を得ることも可能であるから、押出方向の一部を必要に応じて予め圧縮変形させることにより、長さ方向に異なる耐圧強度で、しかも圧縮変形前より強度が低下しない部材を得ることができる。この特性は、例えばアルミニウム押出材から構成される自動車のフロアの製造に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るアルミニウム合金押出材の断面図（ａ）、及びその一部拡大図（ｂ）である。
【図２】本発明に係るアルミニウム合金押出材の断面図である。
【図３】本発明に係るアルミニウム合金押出材の断面図である。
【図４】本発明に係るアルミニウム合金押出材の断面図（一部）である。
【図５】本発明に係るアルミニウム合金押出材の断面図（一部）である。
【図６】本発明に係るアルミニウム合金押出材の断面図（一部）である。
【図７】本発明に係るアルミニウム合金押出材の断面図である。
【図８】本発明に係るアルミニウム合金押出材の断面図である。
【図９】本発明に係るアルミニウム合金押出材の断面図である。
【図１０】実施例の圧縮試験方法を説明する図である。
【図１１】圧縮試験で得られた変位−荷重線図である。
【図１２】変位−荷重線図から求められたエネルギー吸収量のグラフである。
【図１３】圧縮試験中の供試材の外観図である。
【図１４】従来のアルミニウム合金押出材の断面図（ａ）、及びその一部拡大図（ｂ）である。
【図１５】従来のアルミニウム合金押出材の断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１，１１，１７〜２１，２６〜２９アルミニウム合金押出材
２，３，１２，１３面板
４，１４傾斜リブ
５，１５，３１縦リブ
Ｌｓ，Ｌ１〜Ｌ４リブの断面の中心を通るライン

【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の互いに平行な面板の間にその面板を接続する複数個の傾斜したリブが一体的に形成されたアルミニウム合金押出材において、前記傾斜したリブの断面の中心を通るラインがいずれかの面板の側に張り出していることを特徴とするアルミニウム合金押出材。
【請求項２】
前記傾斜したリブの隣接するもの同士が互いに逆方向に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載されたアルミニウム合金押出材。
【請求項３】
前記傾斜したリブが湾曲又は屈曲していずれかの面板の側に張り出していることを特徴とする請求項１又は２に記載されたアルミニウム合金押出材。
【請求項４】
前記傾斜したリブの中央部が薄肉化され、これにより前記傾斜したリブの断面の中心を通るラインがいずれかの面板の側に張り出していることを特徴とする請求項１又は２に記載されたアルミニウム合金押出材。
【請求項５】
前記傾斜したリブの断面の中心を通るラインが、全てのリブにおいて同じ面板の側に張り出していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載されたアルミニウム合金押出材。
【請求項６】
前記傾斜したリブの断面の中心を通るラインが、隣接するリブにおいて互いに逆向きに張り出していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載されたアルミニウム合金押出材。
【請求項７】
一方の面板から他方の面板に向かって垂直に伸び、かつ先端が両面板の中間位置に留まる縦リブが、前記傾斜したリブと面板の接合部の中間位置に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載されたアルミニウム合金押出材。

【図１】