JP3278691B2 - 金属間化合物Ni3Al製のハニカム構造体 - Google Patents
金属間化合物Ni3Al製のハニカム構造体Info
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Description
車両等のエンジンの部材として用いる金属間化合物Ni
3Al製のハニカム構造体に関する。
する。特開平4−237667号公報には、2枚の面板
の間にコアを挟んで、両面とコアとをロウ付けしたアル
ミニウム製ハニカムパネルが記載されている。また面板
とコアとを接着剤により接着したハニカムパネルも知ら
れている。一方、近年、ジェット機および車両等のエン
ジンの部材においては、外力が繰り返し作用する環境に
おいて継続して使用してもたわみ難いハニカムパネルが
望まれ、さらに、高温での強度を保つ耐熱性そして耐火
性能を併せて有するハニカムパネルが望まれている。
接着剤による接合は、外力が繰り返し作用する環境にお
いては接合や接着が外れ易く、従って面板とコアをこれ
等の方法で接合した従来のハニカムパネルは、継続して
使用中にたわみ量が大きくなるという問題点がある。ま
たロウ付けや接着剤により接合した従来のハニカムパネ
ルは、高温になると接合がはずれるために、また高温状
態にて母材のアルミニウム合金は軟化し剛性が劣化する
ため耐熱性が低く、耐火性も不十分である。
おいて継続して使用してもたわみ量が小さく、かつ十分
な耐熱性および耐火性を併せ有するために、ジェット機
および車両等のエンジンの部材として好適なハニカム構
造体の提供を課題としている。尚これ等の分野では、全
体の厚さ5〜15mmのハニカム構造体の需要が多い。
Ni3Al製の内面板と外面板の間に、断面波形の同質
板を介装し、夫々の当接部を溶接したことを特徴とする
金属間化合物Ni3Al製のハニカム構造体であり、内
面板と外面板に溶接する波形板の長さは少くとも5mm
としたものである。
製の内面板と外面板の間に、断面が上向き台形と下向き
台形が交互に連続した波形の金属間化合物Ni3Al製
の波板が配され、波形の各頂辺は内面板と、かつ波形の
各底辺は外面板とそれぞれレーザビームにより溶接さ
れ、内面板の板厚が50〜100μm、外面板の板厚が
100〜150μmで、波板の板厚が20〜100μ
m、台形の頂辺、底辺がそれぞれ5〜10mm、台形の
頂辺または底辺と台形の斜辺の傾斜角度が110〜12
0°であることを特徴とする金属間化合物Ni3Al製
のハニカム構造体である。本発明で金属間化合物Ni3
Alは、従来広く行われているボロンを微量添加した板
ではなく、ニッケルとアルミニウムのみから成ってお
り、高温になるほど強度が増大する特性を有し、通常の
金属材料に無い優れた耐熱材料である。ボロンのない金
属間化合物Ni3Alは、非常に脆く、加工ができない
という欠点があったが、本発明者等は、一方向凝固によ
ってこの脆さを改善した。そして本発明において採用さ
れている金属間化合物Ni3Al製の内面板、外面板、
波板は図1に示すように、通常の金属材料と異なり80
0℃の強度は、室温の約5倍と高温になるほど強度が増
大する材料である。従って高剛性で高温下の使用でかつ
軽量性が求められるハニカム構造体に用いるのに好まし
い。また本発明では、波板と外面板および内面板とをレ
ーザビームにより溶接することができるので、その構造
を更に強固にすることができる。
板の間にハニカムコアとして配された波板が、内面板お
よび外面板のそれぞれに溶接により接合されたハニカム
構造体は、ロウ付け接合や接着剤で接合された従来のハ
ニカム構造体とは異なり、外力が繰り返し作用する環境
において継続して使用しても接合部が外れるおそれがな
く、また高温の環境におていも接合部が外れるおそれは
ない。このためジェット機および車両等のエンジンの部
材として長期間に亘る使用の場合であっても、たわみ量
が変るおそれがない。
射のレーザビーム溶接によると、入熱量が少なくて済み
板厚が50〜150μmの金属間化合物Ni3Alに対
しても、熱歪みの少ない連続した、信頼性のある強度を
有する接合部を容易に形成する事ができる。波板が、内
面板および外面板のそれぞれと溶接により接合されたハ
ニカム構造体を製造する際には、極めて多くの溶接接合
部を形成する事となるが、レーザビーム溶接によると格
別の技術が不必要で、レーザビームの角度を変えること
により容易に溶接することができる。またレーザビーム
溶接で形成された溶接接合部は、外力が繰り返し作用し
ても外れるおそれがなく、また高温においても外れるお
それがない。
耐たわみ性能の測定方法や評価方法に関しては、現在広
く実施されている基準はない。このため発明者等は、図
2に記載の三点曲げ試験により、ハニカム構造体の耐た
わみ性能を測定した。この方法で耐たわみ性能を測定し
たハニカム構造体は、車両関係の需要家に提供して評価
を得たが、以下に述べる三点曲げ試験結果によるたわみ
量が0.5mm以下のものが好評であった。
図で、図2(b)はその平面図である。2、2aは同じ
高さの水平且つ平行な2本の支持ロールで、それぞれの
支点ロール軸心間距離Cは100mmである。ハニカム
構造体1は、波の高低を横切る方向が支点ロール2、2
aの軸方向に対して直交する横向きに支点ロール2、2
a上に載置する。この場合に、ハニカム構造体1の長さ
Lは100mmである。図中3は押圧金具で、100k
gの垂直荷重Pをハニカム構造体1に加える。本発明者
等は、押圧金具3で100kgの垂直荷重Pを加えたハ
ニカム構造体1のたわみ変形量を測定したが、このたわ
み変形量を以下たわみ量W(mm)としてハニカム構造
体の評価に用いた。
l製の内面板と、外面板の間に、台形状に屈曲した同質
の波板を介装し、夫々の当接部をレーザビームで溶接し
たハニカム構造体である。
外面板の板厚は、100〜150μm、波板の板厚は、
20〜100μmとし、波板と内面板との角度は110
〜120°とし、溶接の長さは5〜10mmとしたもの
である。
属間化合物Ni3Al製の内面板4と同質の外面板5と
の間に、断面が上向き台形と下向き台形が交互に連続し
た同質の波板6が配され、波形の各頂辺7が内面板4と
当接して溶接され、波形の各底辺8が外面板5と当接し
て溶接されている。
外面板の板厚は、100〜150μm、波板の板厚は、
20〜100μmであって、台形の頂辺t1と底辺t2
はそれぞれ5〜10mm、台形の頂辺7と台形の斜辺の
角度θ1、台形の底辺と台形の斜辺とのなす角度θ2は
110〜120°が好適である。
のハニカム構造体を作り、図2の方法で、内面板を上に
して、室温から800℃の環境下でのたわみ量を測定
し、その結果を図4に示した。尚、図3のハニカム構造
体は何れも、全体の厚さDは10mmで、内面板の板厚
が100μm、外面板の板厚は150μm、波板の板厚
は100μm、台形頂辺t1と底辺t2は5mmで、台
形の斜辺の傾斜角度θ1、θ2は110°である。また
波板の頂辺と内面板、および波板の底辺と外面板とは、
レーザビーム溶接により相互に溶接されている。
生時のたわみ量は0.6mmである。400℃では同様
にたわみ量は0.4mm、600℃では0.3mm、8
00℃では0.2mmとなり高温になるほど座屈発生時
のたわみ量が少なく強度が優れていることがわかる。
互に連続した波形の波板を用いる。また台形頂辺t1お
よび底辺t2を5〜10mmにする。この結果、本発明
では、波板と内面板との接触、および波板と外面板との
接触は、5〜10mmの幅の面状の接触となる。また接
触部と溶接を施す位置にずれはなく、また十分な接合強
度を有する溶接となる。t1およびt2が5mm未満で
は、所望の接合強度の溶接を確実に行うことが難しい。
しかし10mmもあれば十分で、それ以上は不必要であ
る。
斜辺との傾斜度θ1および底辺と台形の斜辺との傾斜角
度θ2が90°、110°、120°、130°の5種
類のハニカム構造体を作り、図2の方法でそれぞれのた
わみ量を測定し、その結果を図5に示した。前記5種類
のハニカム構造体は何れも、全体の厚さDは10mm
で、内面板および外面板の板厚は何れも100μmと
し、波板の板厚は70μmとし、台形の頂辺幅t1と底
辺幅t2は5.0mmとして、波板の頂辺と内面板、お
よび波板の底辺と外面板とはレーザビーム溶接により相
互に溶接されている。
のハニカム構造体はたわみ量がもっとも小さい。θ1、
θ2が110°〜120°のものは、90°のものに比
べてたわみ量は若干増加するが、この間のハニカム構造
体はたわみ量の変動が小さく、再現性のよいたわみ量と
なる。一方、θ1、θ2が130°のハニカム構造体
は、たわみ量の変動が大きい。しかし金属間化合物Ni
3Alの波板形成にてθ 1、θ2を110°以下に安定
的に成形するのは剛性が高く困難である。またθ 1、θ
2が120°を超えるハニカム構造体はたわみ量が大き
くその変動も大きい。このため本発明では、θ1、θ2
を110°〜120°とする。
ニカム構造体の例について述べた。本発明者等は全体の
厚さが7〜15mmのハニカム構造体を試作し、図2に
記載の三点曲げ試験により耐たわみ性能を測定したが、
図4、図5と同様の傾向にある事が確認された。全体の
厚さが7mm近傍のハニカム構造体の場合は、図4、図
5の例よりもたわみ量は大きくなるが、内面板、外面
板、波板の各板厚と、台形の頂辺幅t1、と底辺幅t2
と、波板の傾斜角度θ1、θ2を本発明の範囲に選定す
ると、たわみ量が1.0mmを超える事はない。全体の
厚さが10mmを超えて、例えば15mmのハニカム構
造体では、たわみ量は、図4、図5の場合よりも小さい
ことが確認された。
の本発明のこれ等のハニカム構造体を、ジェット機およ
び車両等のエンジンの部材として試験したが好ましい評
価結果となった。
薄板をレーザービームにより溶接した構造体であるか
ら、高温で強度が増強し、繰り返し荷重に耐えうる効果
がある。本発明のハニカム構造体は、軽量で耐熱性があ
り、高温使用下で、かつたわみ量が小さい。また外力が
繰り返し作用する環境において継続して使用して接合部
の破断はなく、かつたわみ量も変わる事がなく、そして
十分な耐火性能を有する効果がある。このためジェット
機および車両等のエンジン部材として極めて良好であ
る。
性を示す図。
置の説明図。 (b)同じく平面図。
示すグラフ。
示すグラフ。
Claims (2)
- 【請求項1】 金属間化合物Ni3Al製の内面板と外
面板の間に、断面波形の同質板を介装し、夫々の当接部
を少なくとも5mmに亘ってレーザービームにより溶接
したことを特徴とする金属間化合物Ni3Al製のハニ
カム構造体。 - 【請求項2】 金属化合物Ni 3 Al製の内面板と外面
板の間に、断面が上向き台形と下向き台形が交互に連続
した波形の金属化合物Ni 3 Al製の波形が配され、波
形の各頂辺は内面板と、かつ波形の各底辺は外面板とそ
れぞれレーザービームにより溶接され、内面板の板厚が
50〜100μm、外面板の板厚が100〜150μm
で、波形の板厚が20〜100μm、台形の頂辺、底辺
がそれぞれ5〜10mm、台形の長辺または底辺と台形
の斜辺の傾斜角度が110〜120°であることを特徴
とする金属間化合物Ni 3 Al製のハニカム構造体。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP32692299A JP3278691B2 (ja) | 1999-11-17 | 1999-11-17 | 金属間化合物Ni3Al製のハニカム構造体 |
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GB0128675D0 (en) * | 2001-11-30 | 2002-01-23 | Swansea Inst Higher Education | Composite structural panels |
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1999
- 1999-11-17 JP JP32692299A patent/JP3278691B2/ja not_active Expired - Fee Related
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