JP2006334625A - 超塑性・拡散接合パネルの成形方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】超塑性・拡散接合パネルの成形速度を均一化し、成形ガス圧制御の容易化、成形時間の短縮、成形精度の向上、装置構成簡素化を図る。
【解決手段】パネルのフェース面を成形するプレート５１，５２を成形型３０内に収め、ガス圧、バネ、金属ハニカム等の手段を用いてプレート５１，５２をフェースシート２，３に押圧しつつ、パネルの膨張に伴ってプレート５１，５２を移動させて超塑性成形を行う。
【選択図】図６
【解決手段】パネルのフェース面を成形するプレート５１，５２を成形型３０内に収め、ガス圧、バネ、金属ハニカム等の手段を用いてプレート５１，５２をフェースシート２，３に押圧しつつ、パネルの膨張に伴ってプレート５１，５２を移動させて超塑性成形を行う。
【選択図】図６
Description
本発明は、例えば航空機の機体構造等のように、特に耐熱性を必要とする部位に使用されるチタン合金等の金属板材を複数枚合わせて、超塑性成形（Super Plastic Forming ）及び拡散接合（DiffusionBonding）の技術を用いて一体化しパネルを成形する超塑性・拡散接合パネルの成形方法に関する。
例えば、チタン合金の多く、或いは一部のアルミニウム合金やニッケル合金等には、超塑性を備えたものがあり、例えば適当な組成のチタン合金は数百パーセントに達する伸びを示すことが知られている。このような超塑性材料は、超塑性成形手段を用いることにより非常に複雑な形状であっても比較的容易に成形できる。
特許文献１には、中空パネルを構成する３枚の金属板材の積層体の両外側に接合防止剤の塗布層を介してプレート支持板を各々重ね、該プレート支持板に挟まれた金属板材の積層体を成形型にセットし、該成形型の内壁とプレート支持板との間にパネル内の接合不要区域間に導入する圧力より低い圧力を導入してプレート支持板による最外層金属板材の規制の下で超塑性成形を行う成形方法が記載されている。
特許文献２には、被成形超塑材を相対する平行な平面又は曲面を有する上下金型に挟持し、下金型を昇降して、超塑性成形時にパネルの膨張圧力に調和して金型間圧力を制御する超塑性成形装置が記載されている。
特開２００２−１８５３２号公報
特開平９−４７８２５号公報
特許文献１に記載された発明では、背面に圧力が付与されたプレート支持板によって局所的な膨張が防止されてパネル表面における皺の発生が防止できる。
しかし、特許文献１記載の発明及び特許文献１記載の発明に対しそのプレート支持板を排除したものに相当する従来の技術では、図１２に示すように、超塑性を示す金属のシート１，２，３の周縁部は成形型３０によりクランプされているため、これにより中央より大きく拘束を受けるパネル端部４１の成形は相対的に遅く、パネル中央部４０の成形は相対的に速くなる。
図１３は、超塑性成形の進行度合いに応じて制御される成形ガス圧の変化を示したグラフである。なお、成形ガス圧はパネル内側に導入するガスの圧力からパネル外側のガス圧を引いた値である。
超塑性成形では、成形速度が速いとコアシート１が破れるため、適切な成形速度で成形を進める必要がある。図１２に示すように成形速度がパネルの部位により異なる場合は、成形初期は成形の早い部分４０に適切な成形ガス圧で成形を進める。この時の成形ガス圧は、成形の遅い部分４１に対しては適切値より低いこととなる。成形速度の速い部分４０が成形型３０に接触する時点（図１３のｔ１）以降は、成形型３０に接触した部位は成形が止まるので、未だ成形型３０に接触していない相対的に成形速度の遅い部分４１の成形のために成形ガス圧を徐々に高くしていく必要がある。その後、全ての部位が成形型３０に接触し（図１３のｔ２）、シート１，２，３からなるパネルが成形型３０の内壁に倣った形状になる。
しかし、特許文献１記載の発明及び特許文献１記載の発明に対しそのプレート支持板を排除したものに相当する従来の技術では、図１２に示すように、超塑性を示す金属のシート１，２，３の周縁部は成形型３０によりクランプされているため、これにより中央より大きく拘束を受けるパネル端部４１の成形は相対的に遅く、パネル中央部４０の成形は相対的に速くなる。
図１３は、超塑性成形の進行度合いに応じて制御される成形ガス圧の変化を示したグラフである。なお、成形ガス圧はパネル内側に導入するガスの圧力からパネル外側のガス圧を引いた値である。
超塑性成形では、成形速度が速いとコアシート１が破れるため、適切な成形速度で成形を進める必要がある。図１２に示すように成形速度がパネルの部位により異なる場合は、成形初期は成形の早い部分４０に適切な成形ガス圧で成形を進める。この時の成形ガス圧は、成形の遅い部分４１に対しては適切値より低いこととなる。成形速度の速い部分４０が成形型３０に接触する時点（図１３のｔ１）以降は、成形型３０に接触した部位は成形が止まるので、未だ成形型３０に接触していない相対的に成形速度の遅い部分４１の成形のために成形ガス圧を徐々に高くしていく必要がある。その後、全ての部位が成形型３０に接触し（図１３のｔ２）、シート１，２，３からなるパネルが成形型３０の内壁に倣った形状になる。
以上のような理想的な制御に成功しても、０〜ｔ１の期間の成形ガス圧は、成形の遅い部分４１に対しては適切値より低いため、全ての部位の成形が終了する時間は長期化し効率的でない。
また、実際には成形を直接監視しながら進めることができないため、成形の進行度合いは、成形ガス圧力の変化の挙動、シミュレーションによる結果等、間接的な方法に頼って判断せざるを得ない。したがって、上述したようには成形ガス圧を理想的に制御することは困難である。
このため、成形が進んでいない状態で成形ガス圧を上げたことによる局部的なコアシートの破れ、逆に低い成形ガス圧による成形の更なる長時間化が問題となっており、効率的とならない。
なお、コアシート１がなく２枚の超塑性金属シートによりパネルを構成する場合にも、部位による成形速度の不均一は生じ、上記の問題は同様に生じる。
また、実際には成形を直接監視しながら進めることができないため、成形の進行度合いは、成形ガス圧力の変化の挙動、シミュレーションによる結果等、間接的な方法に頼って判断せざるを得ない。したがって、上述したようには成形ガス圧を理想的に制御することは困難である。
このため、成形が進んでいない状態で成形ガス圧を上げたことによる局部的なコアシートの破れ、逆に低い成形ガス圧による成形の更なる長時間化が問題となっており、効率的とならない。
なお、コアシート１がなく２枚の超塑性金属シートによりパネルを構成する場合にも、部位による成形速度の不均一は生じ、上記の問題は同様に生じる。
図１４のようにコアの密度が１枚のパネルの中で変わる構造では、コアの密度が高い部分４２に対してコアの密度が低い部分４３の成形が進みやすく、この成形進行過程の具合のバラツキによりコアの最終位置が様々に変わるため、コアを精度良く形成することが難しいという問題、コア密度の変化する部分のコア４４の負担する荷重が大きくなるため、コアシート１が破れやすいという問題がある。
特許文献２記載の装置によれば、成形の進行と共に成形型を昇降させることによって、成形速度を均一にし、部位による成形速度の不均一に起因した前記諸問題を一掃できる。
しかし、特許文献２記載の装置では、成形型がパネルの膨張に従って開いていくため、パネルの端面は膨張に任せた形状になってしまい、成形型により所望の形状に成形することができないという問題がある。
また、特許文献２記載の装置では、型の昇降を行うために複雑な機械装置を必要とし、装置が大型、高価になるという問題がある。
しかし、特許文献２記載の装置では、成形型がパネルの膨張に従って開いていくため、パネルの端面は膨張に任せた形状になってしまい、成形型により所望の形状に成形することができないという問題がある。
また、特許文献２記載の装置では、型の昇降を行うために複雑な機械装置を必要とし、装置が大型、高価になるという問題がある。
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、超塑性・拡散接合パネルの超塑性成形における成形速度を均一化して容易かつ効率的に成形可能にすることを課題とする。
また、超塑性・拡散接合パネルの超塑性成形における成形速度を均一化して、パネルの端部を含むパネルの外形及びコアがある場合はコア形状を含めて超塑性・拡散接合パネルを所望の形状に精度良く成形可能にすることを課題とする。
また、できるだけ簡素な装置構成により超塑性・拡散接合パネルの超塑性成形におけるコアの成形速度を均一化することを課題とする。
また、超塑性・拡散接合パネルの超塑性成形における成形速度を均一化して、パネルの端部を含むパネルの外形及びコアがある場合はコア形状を含めて超塑性・拡散接合パネルを所望の形状に精度良く成形可能にすることを課題とする。
また、できるだけ簡素な装置構成により超塑性・拡散接合パネルの超塑性成形におけるコアの成形速度を均一化することを課題とする。
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、超塑性成形及び拡散接合が可能な少なくとも２枚の金属板材を重ね合わせ、該重ね合わせた金属板材の積層体を成形型にセットし、該型内を加熱して接合区域に対応する金属板材の重合部分を金属板材相互で拡散接合すると共に、金属板材間の接合不要区域間に不活性ガスによる圧力を導入してパネルを超塑性成形する超塑性・拡散接合パネルの成形方法において、
前記積層体の最外層となる金属板材の外側に、前記超塑性成形をする時に定形を保ち、前記パネルのフェース面を成形する成形面を片面に有し、成形完了後型閉め状態で前記パネルの占める空間を残して前記成形型内に収まるプレートを配置し、
前記成形型を型閉めした状態で、前記プレートの前記成形面を前記最外層となる金属板材に押圧しつつ、前記積層体の前記不活性ガスによる膨張による前記最外層の表面の移動に追従して前記プレートを移動させて前記超塑性成形を行うことを特徴とする超塑性・拡散接合パネルの成形方法である。
前記積層体の最外層となる金属板材の外側に、前記超塑性成形をする時に定形を保ち、前記パネルのフェース面を成形する成形面を片面に有し、成形完了後型閉め状態で前記パネルの占める空間を残して前記成形型内に収まるプレートを配置し、
前記成形型を型閉めした状態で、前記プレートの前記成形面を前記最外層となる金属板材に押圧しつつ、前記積層体の前記不活性ガスによる膨張による前記最外層の表面の移動に追従して前記プレートを移動させて前記超塑性成形を行うことを特徴とする超塑性・拡散接合パネルの成形方法である。
請求項２記載の発明は、前記プレートを前記超塑性成形をする時に変形可能で前記プレートを支持する支持体で覆い、前記積層体、前記プレート及び前記支持体を前記成形型にセットして型閉めして前記成形型内の成形空間におけるガスの流通を前記支持体により遮断し、前記支持体とこれに対向する前記成形型の内壁との間に前記接合不要区域間に導入する圧力より低い圧力を導入してこの低い圧力により前記押圧を行うともに、前記低い圧力と前記接合不要区域間に導入する圧力との差圧によって、前記移動を行うことを特徴とする請求項１に記載の超塑性・拡散接合パネルの成形方法である。
請求項３記載の発明は、前記プレートとこれに対向する前記成形型の内壁との間に弾性変形して前記プレートを支持する支持体を介装し、前記支持体の弾性力により前記押圧を行うともに、前記支持体の弾性変形に伴って前記移動を行うことを特徴とする請求項１に記載の超塑性・拡散接合パネルの成形方法である。
請求項４記載の発明は、前記プレートとこれに対向する前記成形型の内壁との間に前記プレートを支持し所定値以上の圧力で降伏する支持体を介装し、前記接合不要区域間に導入する圧力により前記プレートを前記支持体に押圧することにより前記押圧を行うともに、前記支持体の塑性変形に伴って前記移動を行うことを特徴とする請求項１に記載の超塑性・拡散接合パネルの成形方法である。
請求項５記載の発明は、前記支持体は金属ハニカムであることを特徴とする請求項４記載の超塑性・拡散接合パネルの成形方法である。
本発明によれば、プレートに沿う部分のパネルの成形速度が均一化するため、成形速度の不均一に対処するための成形ガス圧制御の困難が解消又は軽減されるとともに、成形時間が短期化し、容易かつ効率的に超塑性成形を行うことができるという効果がある。
また、成形型を型閉めした状態で超塑性成形を行うから、成形型によりパネルフェース面周囲のパネル端面が成形できる。その上、超塑性成形における成形速度が均一化するため、成形品の端部を含む成形品の外形及びコアがある場合はコア形状を含めて成形品を所望の形状に精度良く超塑性成形することができるという効果がある。
また、成形型を型閉めした状態で超塑性成形を行うから、成形型によりパネルフェース面周囲のパネル端面が成形できる。その上、超塑性成形における成形速度が均一化するため、成形品の端部を含む成形品の外形及びコアがある場合はコア形状を含めて成形品を所望の形状に精度良く超塑性成形することができるという効果がある。
請求項２〜５のうちいずれか一に記載の発明によって、プレートによる押圧及びプレートの移動を行うことにより、既存の設備に対して前記プレートと前記支持体を設けるだけで実施可能となり、複雑な機械構造やその動力を新たに設けることが避けられ簡素な装置構成により超塑性成形における成形速度の均一化を図ることができるという効果がある。
以下、本発明の超塑性・拡散接合パネルの成形方法の一実施形態を図を参照して説明する。
〔第１実施の形態〕
本発明の第１実施の形態を図１から図６を参照して説明する。
先ず、超塑性成形及び拡散接合が可能な金属板材、例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ，Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ，Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ等のチタン合金、からなる３枚のシート素材１，２，３を用意し、このシート素材１，２，３の内、図１に示すように重ね合わせた際に、中間に位置するコアシート１の一方の面に接合不要区域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを設定すると共に、他方の面に接合不要区域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと平面視において一部が重複する接合不要区域５ａ，５ｂ，５ｃ（図２参照）を設定する。コアシート１の一方の面の接合不要区域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと他方の面の接合不要区域５ａ，５ｂ，５ｃとの平面視において重複する部分に予め各々ガス孔６が穿孔され、更に、このコアシート１に接合不要区域４ａに一端が臨む成形ガス導入用溝７が形成されている。
本発明の第１実施の形態を図１から図６を参照して説明する。
先ず、超塑性成形及び拡散接合が可能な金属板材、例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ，Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ，Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ等のチタン合金、からなる３枚のシート素材１，２，３を用意し、このシート素材１，２，３の内、図１に示すように重ね合わせた際に、中間に位置するコアシート１の一方の面に接合不要区域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを設定すると共に、他方の面に接合不要区域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと平面視において一部が重複する接合不要区域５ａ，５ｂ，５ｃ（図２参照）を設定する。コアシート１の一方の面の接合不要区域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと他方の面の接合不要区域５ａ，５ｂ，５ｃとの平面視において重複する部分に予め各々ガス孔６が穿孔され、更に、このコアシート１に接合不要区域４ａに一端が臨む成形ガス導入用溝７が形成されている。
一方、コアシート１を挟む２枚のフェースシート２，３のうち、フェースシート２には、コアシート１に重ね合わせた際、成形ガス導入用溝７とフェースシート２とによって形成される成形ガス導入路の一端と連通する成形ガス供給孔８が穿設されている。
そして、上記コアシート１の各接合不要区域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及び５ａ，５ｂ，５ｃにイットリア等の接合防止剤９を塗布し、図２に示すようにコアシート１の両面にフェースシート２及び３を重ね合わせて積層体１０を形成する。
次に、図３に示すように、積層体１０のフェースシート２の外側に接合防止剤９の塗布層９ｃを介してプレート５１を、フェースシート３の外側に接合防止剤９の塗布層９ｃを介してプレート５２を配置する。
プレート５１，５２の材料としては、超塑性成形をする時の環境下、すなわち、温度、加重等の負荷の下で定型を保つことができる変形しにくい材料を用いる。シート素材１，２，３がチタン合金のときは、超塑性成形をする時の型内温度は７８０℃〜９００℃となり、例えば、ステンレス鋼ＳＵＳ310をプレート５１，５２として適用できる。その他の耐熱性及び剛性の高い金属、セラミック等の材料を適用しても良い。
プレート５１，５２は、成形完了後型閉め状態で成形品の占める空間を残して図４に示す成形型３０内に収まる形状及び大きさを有する。
プレート５１，５２の材料としては、超塑性成形をする時の環境下、すなわち、温度、加重等の負荷の下で定型を保つことができる変形しにくい材料を用いる。シート素材１，２，３がチタン合金のときは、超塑性成形をする時の型内温度は７８０℃〜９００℃となり、例えば、ステンレス鋼ＳＵＳ310をプレート５１，５２として適用できる。その他の耐熱性及び剛性の高い金属、セラミック等の材料を適用しても良い。
プレート５１，５２は、成形完了後型閉め状態で成形品の占める空間を残して図４に示す成形型３０内に収まる形状及び大きさを有する。
次に、接合防止剤９の塗布層９ａを介して各々プレート支持板１６を重ねてプレート５１，５２を覆い、図４に示すように、第１成形型３１及び第２成形型３２からなる成形型３０内にプレート支持板１６に挟まれた積層体１０及びプレート５１，５２をセットし、成形型３０に油圧プレス等により圧縮荷重を付加して型内をシールする。このとき、プレート支持板１６及び積層体１０の周縁部が成形型３０によりプレスされ、プレート５１，５２は成形型３０内に収まる。なお、プレート支持板１６のフェースシート２に設けた成形ガス供給孔８に重なる部分には、成形ガス供給孔８に連通する孔（図示せず）を設けてあり、型閉め時には、この孔に第１成形型３１に形成された成形ガス供給孔３１ｈが接続する。
ここで、プレート支持板１６は、超塑性成形時の成形温度においてフェースシート２，３よりも変形応力が高く、かつ数十パーセントの伸びを有する安価な材料を用いることができる。なお、適当な材料がない場合は、フェースシート２，３と同じ材料を用いることも可能である。
また、プレート支持板１６の板厚は、成形に供する材料、プレート５１，５２とパネルの高さ及びプレート５１，５２とパネルの形状等を勘案して決定する。
プレート支持板１６の外側にも接合防止剤９ｂを塗布し、成形後の離型を容易にすることが好ましい。
プレート支持板１６の外側にも接合防止剤９ｂを塗布し、成形後の離型を容易にすることが好ましい。
このプレート支持板１６に挟まれた積層体１０及びプレート５１，５２を成形型３０へセットした後、第１成形型３１及び第２成形型３２の内部空間３１Ａ内と３２Ａ内をガス供給孔３１ｇ，３２ｇを介してアルゴンガス等の不活性ガスで置換しながら、図５に図４の一部を拡大して示すように、積層体１０におけるコアシート１と各フェースシート２及び３との境界１１及び１２内を成形ガス給入孔３１ｈを介して真空引きし、しかる後、積層体１０及び成形型３０の全体を加熱し、所定温度に昇温した後に成形型３０の内部空間３１Ａ及び３２Ａ内にガス供給孔３１ｇ，３２ｇを介して不活性ガスを所定の圧力で導入し、コアシート１と各々のフェースシート２及び３の接合区域１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ及び１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ（図２参照）を拡散接合させる。
しかる後、上記コアシート１とフェースシート２との間の接合不要区域４ａに不活性ガスを導入する。なお、この接合不要区域４ａ内への不活性ガスの導入は、第１成形型３１に開口する成形ガス給入孔３１ｈから成形ガス供給孔８及び成形ガス導入溝７を介して行う。
この接合防止剤９が介在する接合不要区域４ａに導入された不活性ガスの圧力によって、接合不要区域４ａに対応する部分のコアシート１とフェースシート２及び３とが超塑性変形して膨れて、図６に示す第１拡張室１５ａが形成される。
一方、不活性ガスは、コアシート１の表裏を連通するガス孔６から接合防止剤９が介在する接合不要区域５ａに導入されて圧力を付与し、この接合不要区域５ａに対応する部分のコアシート１とフェースシート２及び３とを超塑性変形して第２拡張室１５ｂが形成される。
一方、不活性ガスは、コアシート１の表裏を連通するガス孔６から接合防止剤９が介在する接合不要区域５ａに導入されて圧力を付与し、この接合不要区域５ａに対応する部分のコアシート１とフェースシート２及び３とを超塑性変形して第２拡張室１５ｂが形成される。
引き続き、第２拡張室１５ｂに導入された不活性ガスは、ガス孔６から接合防止剤９が介在する接合不要区域４ｂに導入され、接合不要区域４ｂに対応する部分のコアシート１とフェースシート２及び３とを超塑性変形して第３拡張室１５ｃが形成される。
更に、導入された不活性ガスは、ガス孔６を介して、接合不要区域４ｂ，５ｂ，４ｃ及び５ｃへと順次に導入され、各接合不要区域に対応する部分のコアシート１とフェースシート２及び３とを同様に超塑性変形させて、図６に示すように、第４拡張室１５ｄ、第５拡張室１５ｅ、第６拡張室１５ｆ、第７拡張室１５ｇが順次に形成される。
以上の超塑性変形工程において、図６に示すように第１成形型３１の内壁とプレート支持板１６との間、即ち内部空間３１Ａ内に、上記各接合不要区域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，５ａ，５ｂ，５ｃに導入する圧力Ｐ１より低い圧力Ｐ２を、ガス供給孔３１ｇを介して不活性ガスを供給することにより導入する（Ｐ１＞Ｐ２）。
同様に、第２成形型３２の内壁とプレート支持板１６との間、即ち内部空間３２Ａ内に、圧力Ｐ１より低い圧力Ｐ３を、ガス供給孔３２ｇを介して不活性ガスを供給することにより導入する（Ｐ１＞Ｐ３）。
同様に、第２成形型３２の内壁とプレート支持板１６との間、即ち内部空間３２Ａ内に、圧力Ｐ１より低い圧力Ｐ３を、ガス供給孔３２ｇを介して不活性ガスを供給することにより導入する（Ｐ１＞Ｐ３）。
この低い圧力Ｐ２により、プレート５１の成形面をフェースシート２に押圧してフェースシート２の外表面にパネルフェース面を形成しこれを保持する。圧力Ｐ１のみを負荷した場合、フェースシート２は凸状に膨らむが、プレート５１の面内においてフェースシート２の凸状の変形を許さないように、圧力Ｐ２によりプレート５１をフェースシート２に押圧してプレート５１の面内においてフェースシート２を図４に示す初期の平面状に拘束する。
同様に、圧力Ｐ３により、もう一方のプレート５２の成形面をフェースシート３に押圧してフェースシート３の外表面にパネルフェース面を形成しこれを保持する。圧力Ｐ１のみを負荷した場合、フェースシート３は凸状に膨らむが、プレート５２の面内においてフェースシート３の凸状の変形を許さないように、圧力Ｐ３によりプレート５２をフェースシート３に押圧してプレート５２の面内においてフェースシート３を図４に示す初期の平面状に拘束する。
同様に、圧力Ｐ３により、もう一方のプレート５２の成形面をフェースシート３に押圧してフェースシート３の外表面にパネルフェース面を形成しこれを保持する。圧力Ｐ１のみを負荷した場合、フェースシート３は凸状に膨らむが、プレート５２の面内においてフェースシート３の凸状の変形を許さないように、圧力Ｐ３によりプレート５２をフェースシート３に押圧してプレート５２の面内においてフェースシート３を図４に示す初期の平面状に拘束する。
圧力Ｐ２，Ｐ３により押圧力を与え、超塑性成形開始時には図４に示すように、両プレート５１，５２の表面全体を積層体１０の表裏にそれぞれ密着させた状態にし、超塑性成形開始時から超塑性成形終了まで両プレート５１，５２の表面を積層体１０の表裏にそれぞれ密着させた状態に保持する。
以上の超塑性成形により、平面状のパネルフェース面においては、成形速度が均一化する。
圧力Ｐ２，Ｐ３が不十分な場合、プレート５１，５２の周縁部とフェースシート２，３とが接触せず、隙間が生じ得るが、この場合でも成形速度差が減少し、超塑性成形の容易化、効率化等の効果が得られる。
超塑性成形過程においてプレート５１，５２とフェースシート２，３とに非接触部が生じないように、圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を制御する。圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は成形シミュレーションを行って決定する。
圧力Ｐ２，Ｐ３が不十分な場合、プレート５１，５２の周縁部とフェースシート２，３とが接触せず、隙間が生じ得るが、この場合でも成形速度差が減少し、超塑性成形の容易化、効率化等の効果が得られる。
超塑性成形過程においてプレート５１，５２とフェースシート２，３とに非接触部が生じないように、圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を制御する。圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は成形シミュレーションを行って決定する。
やがて第１成形型３１の内面及び第２成形型の内面にプレート支持板１６が到達し、超塑性成形が終了する。この時、プレート５１，５２に対向するパネルフェース面の周囲のパネル端面の成形は第１成形型３１の内面及び第２成形型３２の内面（図中の傾斜面）によって完成する。
以上の工程に従って得られる成形品は成形型３０から取り出され、トリム処理工程等で形状が整えられて製品としてのパネルとなる。
〔第２実施の形態〕
次に、本発明の第２実施の形態を図７を参照して説明する。図７に示すように、本実施の形態においては上記第１実施の形態のプレート支持板１６に代え、バネ５３をプレート５１を支持する支持体とし、バネ５４をプレート５２を支持する支持体とする。バネ５３，５４としては、コイルバネ、板バネ等の種類は問わない。
遅くとも型収め作業時に、プレート５１とこれに対向する第１成形型３１の内壁との間にプレート５１を支持するバネ５３を介装する。同様に、プレート５２とこれに対向する第２成形型３２の内壁との間にプレート５２を支持するバネ５４を介装する。バネ５３，５４を介してプレート５１，５２をそれぞれ第１成形型３１、第２成形型３２に取り付けておいて、繰り返し使用すると作業効率が向上する。
型閉め後成形開始前の初期状態でプレート５１，５２がそれぞれフェースシート２，３に密着しているように、バネ５３，５４を選択する。
次に、本発明の第２実施の形態を図７を参照して説明する。図７に示すように、本実施の形態においては上記第１実施の形態のプレート支持板１６に代え、バネ５３をプレート５１を支持する支持体とし、バネ５４をプレート５２を支持する支持体とする。バネ５３，５４としては、コイルバネ、板バネ等の種類は問わない。
遅くとも型収め作業時に、プレート５１とこれに対向する第１成形型３１の内壁との間にプレート５１を支持するバネ５３を介装する。同様に、プレート５２とこれに対向する第２成形型３２の内壁との間にプレート５２を支持するバネ５４を介装する。バネ５３，５４を介してプレート５１，５２をそれぞれ第１成形型３１、第２成形型３２に取り付けておいて、繰り返し使用すると作業効率が向上する。
型閉め後成形開始前の初期状態でプレート５１，５２がそれぞれフェースシート２，３に密着しているように、バネ５３，５４を選択する。
以上の構成により、上記第１実施の形態と同様に工程を実施する。但し、外側に負荷した圧力Ｐ２，Ｐ３は除く。また、拡散接合時に内部空間３１Ａ及び３２Ａ内に供給した不活性ガスは、超塑性成形前に内部空間３１Ａ及び３２Ａ内からを排出する。
超塑性成形工程において、パネル内部への導入される圧力Ｐ１の上昇に従って、バネ５３，５４の弾性力によりプレート５１，５２がフェースシート２，３を押圧する押圧力は増していく。それとともに、バネ５３，５４の弾性変形が進行し、この弾性変形に伴ってプレート５１，５２が移動する。プレート５１，５２が所望の速度で移動するように、圧力Ｐ１を上昇させていく。
超塑性成形工程において、パネル内部への導入される圧力Ｐ１の上昇に従って、バネ５３，５４の弾性力によりプレート５１，５２がフェースシート２，３を押圧する押圧力は増していく。それとともに、バネ５３，５４の弾性変形が進行し、この弾性変形に伴ってプレート５１，５２が移動する。プレート５１，５２が所望の速度で移動するように、圧力Ｐ１を上昇させていく。
〔第３実施の形態〕
次に、本発明の第３実施の形態を図８を参照して説明する。図８に示すように、本実施の形態においては上記第１実施の形態のプレート支持板１６に代え金属ハニカム５５をプレート５１を支持する支持体とし、金属ハニカム５６をプレート５２を支持する支持体とする。
型収め作業時に、プレート５１とこれに対向する第１成形型３１の内壁との間にプレート５１を支持する金属ハニカム５５を介装する。同様に、プレート５２とこれに対向する第２成形型３２の内壁との間にプレート５２を支持する金属ハニカム５６を介装する。金属ハニカム５５，５６は一回一回使い捨てで使用する。プレート５１，５２の位置ずれが問題になる場合、金属ハニカム５５，５６を介してプレート５１，５２をそれぞれ第１成形型３１、第２成形型３２に係止するが、金属ハニカム５５，５６は成形終了時に離脱容易にしておく方が作業性が向上する。
型閉め後成形開始前の初期状態でプレート５１，５２がそれぞれフェースシート２，３に密着し、金属ハニカム５５，５６が成形型３１，３２の内面及びプレート５１，５２に接触しているように、金属ハニカム５５，５６の厚みを選択する。
金属ハニカムは、ほぼ一定の荷重で一定の圧縮方向の塑性変形が進行する性質を有するものであり、同様の性質を示す他の物に代えても良い。
次に、本発明の第３実施の形態を図８を参照して説明する。図８に示すように、本実施の形態においては上記第１実施の形態のプレート支持板１６に代え金属ハニカム５５をプレート５１を支持する支持体とし、金属ハニカム５６をプレート５２を支持する支持体とする。
型収め作業時に、プレート５１とこれに対向する第１成形型３１の内壁との間にプレート５１を支持する金属ハニカム５５を介装する。同様に、プレート５２とこれに対向する第２成形型３２の内壁との間にプレート５２を支持する金属ハニカム５６を介装する。金属ハニカム５５，５６は一回一回使い捨てで使用する。プレート５１，５２の位置ずれが問題になる場合、金属ハニカム５５，５６を介してプレート５１，５２をそれぞれ第１成形型３１、第２成形型３２に係止するが、金属ハニカム５５，５６は成形終了時に離脱容易にしておく方が作業性が向上する。
型閉め後成形開始前の初期状態でプレート５１，５２がそれぞれフェースシート２，３に密着し、金属ハニカム５５，５６が成形型３１，３２の内面及びプレート５１，５２に接触しているように、金属ハニカム５５，５６の厚みを選択する。
金属ハニカムは、ほぼ一定の荷重で一定の圧縮方向の塑性変形が進行する性質を有するものであり、同様の性質を示す他の物に代えても良い。
以上の構成により、上記第１実施の形態と同様に工程を実施する。但し、外側に負荷した圧力Ｐ２，Ｐ３は除く。また、拡散接合時に内部空間３１Ａ及び３２Ａ内に供給した不活性ガスは、超塑性成形前に内部空間３１Ａ及び３２Ａ内からを排出する。
超塑性成形工程において、パネル内部への導入される圧力Ｐ１の上昇に従って、プレート５１，５２がフェースシート２，３を押圧する押圧力は増していく。圧力Ｐ１を上昇させていき金属ハニカム５５，５６が降伏すると、金属ハニカム５５，５６の塑性変形が開始され、圧力Ｐ１がほとんど増大すること無しに金属ハニカム５５，５６の塑性変形が進行する。この塑性変形に伴ってプレート５１，５２が移動する。本実施の形態によれば、上記第２実施の形態と異なり、塑性変形開始後は圧力Ｐ１をほとんど上昇させることなくプレート５１，５２を一定速度で移動させることができる。
超塑性成形工程において、パネル内部への導入される圧力Ｐ１の上昇に従って、プレート５１，５２がフェースシート２，３を押圧する押圧力は増していく。圧力Ｐ１を上昇させていき金属ハニカム５５，５６が降伏すると、金属ハニカム５５，５６の塑性変形が開始され、圧力Ｐ１がほとんど増大すること無しに金属ハニカム５５，５６の塑性変形が進行する。この塑性変形に伴ってプレート５１，５２が移動する。本実施の形態によれば、上記第２実施の形態と異なり、塑性変形開始後は圧力Ｐ１をほとんど上昇させることなくプレート５１，５２を一定速度で移動させることができる。
〔第４実施の形態〕
次に、本発明の第４実施の形態を図９及び図１０によって説明する。この第４実施の形態は、図１及び図２に示したコアシート１とフェースシート２，３とから積層体１０を形成する工程を、図９及び図１０に示すように変更して行うものであり、上記第１〜第３の各実施の形態に適用可能である。
即ち、図９に示すようにコアシート１の一方の面１ａにフェースシート２を重ね合わせ、かつ真空雰囲気中で接合区域１３ａ乃至１３ｅ（図９には接合区域１３ａを示す）の各々を囲むように電子ビーム溶接手段により形成される電子ビーム溶接部２０によって互いに溶着すると共に、図１０に示すようにフェースシート２を溶着したコアシート１の他方の面１ｂにフェースシート３を重ね合わせ、接合区域１４ａ乃至１４ｄ（図１０には接合区域１４ａ及び１４ｂを示す）の各々の周囲を各々電子ビーム溶接部２０によって互いに溶着する。これら接合区域１３ａ乃至１３ｅ及び１４ａ乃至１４ｄは周囲が囲まれているので真空状態に保持される。
次に、本発明の第４実施の形態を図９及び図１０によって説明する。この第４実施の形態は、図１及び図２に示したコアシート１とフェースシート２，３とから積層体１０を形成する工程を、図９及び図１０に示すように変更して行うものであり、上記第１〜第３の各実施の形態に適用可能である。
即ち、図９に示すようにコアシート１の一方の面１ａにフェースシート２を重ね合わせ、かつ真空雰囲気中で接合区域１３ａ乃至１３ｅ（図９には接合区域１３ａを示す）の各々を囲むように電子ビーム溶接手段により形成される電子ビーム溶接部２０によって互いに溶着すると共に、図１０に示すようにフェースシート２を溶着したコアシート１の他方の面１ｂにフェースシート３を重ね合わせ、接合区域１４ａ乃至１４ｄ（図１０には接合区域１４ａ及び１４ｂを示す）の各々の周囲を各々電子ビーム溶接部２０によって互いに溶着する。これら接合区域１３ａ乃至１３ｅ及び１４ａ乃至１４ｄは周囲が囲まれているので真空状態に保持される。
このように得られた積層体１０を第１実施の形態と同様に成形型３０にセットした後、第１実施の形態の拡散接合工程を省略して第１実施の形態と同様の超塑性成形工程を行う。この超塑性成形工程において超塑性成形と拡散接合を同時進行させることができる。
この第４実施の形態によると、接合区域の周囲を電子ビーム溶接手段により互いに溶着することで、接合区域が真空状態を保ち、超塑性成形と拡散接合を同時進行させることで成形時間が短縮され、接合不要区域が拡散接合することがないので接合防止剤の塗布が省略でき、工数の削減と相侯って製造コストの低減が得られる。
また、接合区域の接合面にインサート材、例えばＣｕ−Ｎｉメッキを施した拡散接合、即ち液相拡散接合（Liquid Interface Diffusion Bonding）においても同様の方法で実施することが可能であり、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく本発明に要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
更に、コアシート１とフェースシート２，３との間に成形ガスを供給するガス通路として、上記実施の形態では一方がフェースシート２を厚さ方向に貫通して成形ガス供給孔８を設けたが、成形ガス導入溝７をコアシート１の端まで延長し、この溝中に超塑性を有しないステンレス管を嵌め込み回りをシールしたフェースシート２を重ねるのがよい。フェースシートやコアシートに直接設けた通路は、治具の圧力と高温で孔通路が狭められて抵抗が増大し、成形ガスの供給時間が長くなるが、ステンレス管をはめ込むことにより通路の狭まりが抑えられ成形ガスの供給が阻害されなくなる。
以上の実施形態においては、積層体１０の両外側にプレート５１，５２を配置したが、例えば図１１に示すように、超塑性成形時の積層体１０の膨張が片側にのみ進行する成形型においては、その膨張する側にのみプレートを配置すればよい。
１ コアシート
２，３ フェースシート
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 接合不要区域
５ａ，５ｂ，５ｃ 接合不要区域
６ ガス孔
７ 成形ガス導入用溝
８ 成形ガス供給孔
９ 接合防止剤
１０ 積層体
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ 拡張室
１６ プレート支持板
２０ 溶接部
３０ 成形型
３１ 第１成形型
３２ 第２成形型
５１，５２ プレート
５３，５４ バネ
５５，５６ 金属ハニカム
２，３ フェースシート
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 接合不要区域
５ａ，５ｂ，５ｃ 接合不要区域
６ ガス孔
７ 成形ガス導入用溝
８ 成形ガス供給孔
９ 接合防止剤
１０ 積層体
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ 拡張室
１６ プレート支持板
２０ 溶接部
３０ 成形型
３１ 第１成形型
３２ 第２成形型
５１，５２ プレート
５３，５４ バネ
５５，５６ 金属ハニカム
Claims (5)
- 超塑性成形及び拡散接合が可能な少なくとも２枚の金属板材を重ね合わせ、該重ね合わせた金属板材の積層体を成形型にセットし、該型内を加熱して接合区域に対応する金属板材の重合部分を金属板材相互で拡散接合すると共に、金属板材間の接合不要区域間に不活性ガスによる圧力を導入してパネルを超塑性成形する超塑性・拡散接合パネルの成形方法において、
前記積層体の最外層となる金属板材の外側に、前記超塑性成形をする時に定形を保ち、前記パネルのフェース面を成形する成形面を片面に有し、成形完了後型閉め状態で前記パネルの占める空間を残して前記成形型内に収まるプレートを配置し、
前記成形型を型閉めした状態で、前記プレートの前記成形面を前記最外層となる金属板材に押圧しつつ、前記積層体の前記不活性ガスによる膨張による前記最外層の表面の移動に追従して前記プレートを移動させて前記超塑性成形を行うことを特徴とする超塑性・拡散接合パネルの成形方法。 - 前記プレートを前記超塑性成形をする時に変形可能で前記プレートを支持する支持体で覆い、前記積層体、前記プレート及び前記支持体を前記成形型にセットして型閉めして前記成形型内の成形空間におけるガスの流通を前記支持体により遮断し、前記支持体とこれに対向する前記成形型の内壁との間に前記接合不要区域間に導入する圧力より低い圧力を導入してこの低い圧力により前記押圧を行うともに、前記低い圧力と前記接合不要区域間に導入する圧力との差圧によって、前記移動を行うことを特徴とする請求項１に記載の超塑性・拡散接合パネルの成形方法。
- 前記プレートとこれに対向する前記成形型の内壁との間に弾性変形して前記プレートを支持する支持体を介装し、前記支持体の弾性力により前記押圧を行うともに、前記支持体の弾性変形に伴って前記移動を行うことを特徴とする請求項１に記載の超塑性・拡散接合パネルの成形方法。
- 前記プレートとこれに対向する前記成形型の内壁との間に前記プレートを支持し所定値以上の圧力で降伏する支持体を介装し、前記接合不要区域間に導入する圧力により前記プレートを前記支持体に押圧することにより前記押圧を行うともに、前記支持体の塑性変形に伴って前記移動を行うことを特徴とする請求項１に記載の超塑性・拡散接合パネルの成形方法。
- 前記支持体は金属ハニカムであることを特徴とする請求項４記載の超塑性・拡散接合パネルの成形方法。
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