JPH11138220A - 薄板超塑性材のブロー成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 型に形成したシールビードによりワークの成
形圧を保持するにあたり、ワークのシールビードに接触
する部分の破れを防ぎ、破れが生じてもガス圧が常に保
持されるようにする。 【解決手段】 ワークＷを挟んで互いに対向する下型１
０と上型２０の密閉面１４，２４のうちの下型１０の密
閉面１４にシールビード３０を形成し、このシールビー
ド３０に対応するシール材４０を、上型２０の密閉面２
４とワークＷとの間に挟んだ状態とし、所定のブロー成
形温度のもとで、上型２０とワークＷとの間にガス圧を
導入し、ワークＷを下型１０に押しつけて塑性変形させ
る。シールビード３０とシール材４０とにより二重のシ
ール効果を得るとともに、シール材４０がガス圧を緩衝
してワークＷを破れにくくし、例え破れてもシール材４
０により成形圧を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超塑性を示す薄板
状のワークを、ガス圧や油圧等の流体圧を用いて成形型
に押しつけることにより所望の形状に成形する薄板超塑
性材のブロー成形方法に係り、例えば、ＣＯ₂ 回収固化
用の水素を水電解製造する際に用いる薄肉電極パネルの
製造等に好適な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＣＯ₂ 回収固化用の水素を水電
解により製造する電解槽の電極パネルには、従来、主に
カーボンが用いられていたが、性能や経済性の面から、
チタン合金の使用が試みられている。電解槽の電極は、
通常、薄板状で、表面積の増大ならびに発生する水素ガ
スの流路を構成する目的で、表裏面に多数の溝が形成さ
れたものとなっている。ところで、チタン合金は塑性加
工が困難なことから、複雑な形状に加工する場合は主に
切削等の機械加工に頼ってきたが、近年では、チタン合
金が有する超塑性を利用した加工技術が用いられてきて
いる。超塑性は、一般に、高温低速のもとで引っ張ると
数百％以上の伸びを示す現象を言い、多くの合金に認め
られるものであるが、中でも、チタン合金はその特性が
著しいことが知られている。超塑性を利用した加工方法
の一例としては、次のような方法によるブロー成形が挙
げられる。すなわち、加熱炉内において、流体圧シール
用圧下型と、内面に型が形成された成形型との間にワー
クをセットし、圧下型を成形型の方向に加圧して双方の
型の内部を密閉しながら、ワークと圧下型との間に成形
のための不活性ガスを導入するとともに、ワークと成形
型との間の空間を真空引きする。すると、ワークは不活
性ガスの圧力により成形型の内面に強く押しつけられて
塑性変形し、その内面の型に応じた形状に成形される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、成形型にお
ける周縁部のワークが接触する面には、通常、シールビ
ードと呼ばれる凸条が、全周にわたって形成されてい
る。ワークは、加圧状態の圧下型から圧下力を受けてシ
ールビードに線的に強く接触し、これによってワークと
圧下型との間の密閉状態が確保され、ガス圧がワークに
有効にかかるようになっている。ところが、過度の圧下
力がかかったり、あるいはワークがきわめて薄かったり
することにより、ワークのシールビードに強く接触する
部分の潰れが過度に進行して破れが生じる場合があっ
た。ワークに破れが生じると、密閉度が不十分となって
不活性ガスが型の外に漏れ、成形圧が十分に得られなく
なるといった不具合を招く。よって本発明は、型に形成
したシールビードによりワークにかかる成形圧を保持す
るブロー成形方法において、ワークのシールビードに接
触する部分が破れにくくなり、なおかつ破れが生じても
成形圧が常に保持されて成形を円滑に行うことのできる
薄板超塑性材のブロー成形方法を提供することを目的と
している。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、成形型と流体
圧シール用圧下型との間に、所定のブロー成形温度で超
塑性を示す薄板状のワークを挟んで密閉し、前記所定の
ブロー成形温度のもとで、圧下型とワークとの間に流体
圧を導入することにより、ワークを成形型に押しつけて
塑性変形させる薄板超塑性材のブロー成形方法におい
て、前記ワークを挟んで互いに対向する前記成形型と前
記圧下型の密閉面の少なくとも一方にシールビードを形
成するとともに、このシールビードに対応し、かつ前記
ブロー成形温度で超塑性を示すシール材を、当該シール
材とシールビードとの間にワークを挟んだ状態もしくは
シールビードとワークの間に挟んだ状態の少なくとも一
方の状態として、圧下型とワークとの間に流体圧を導入
することを特徴としている。

【０００５】上記手段は、まず、ワークを挟んで互いに
対向する成形型と圧下型の密閉面の少なくとも一方に、
予め、凸条であるシールビードを全周にわたって形成す
る。例えば、成形型の密閉面にシールビードを形成した
場合、ワークは、加圧状態の圧下型から圧下力を受けて
シールビードに線的に強く接触し、これを受けて圧下型
の密閉面もワークに対し線的に強く接触する。したがっ
て、ワークと圧下型との間の流体圧が導入される空間の
密閉状態が確保され、流体圧がワークに有効にかかるよ
うになる。ここで、本発明は、圧下型をセットする前
に、シールビードに対応するよう形成されたシール材
を、ワークの上にシールビードと対応させて配置し、こ
のシール材の上に圧下型を載せる。シール材はシールビ
ード上のワークと圧下型の密閉面との間に挟まれ、この
状態から、圧下型を成形型の方向に加圧し、ワークが超
塑性を示す所定のブロー成形温度のもとで、圧下型とワ
ークとの間に不活性ガス等の流体を導入する。ワーク
は、導入された流体の圧力によって成形型の内面に強く
押しつけられて塑性変形し、その内面の型に応じた形状
に成形される。なお、この成形は、通常、ワークが塑性
変形可能な温度に加熱されたもとで行われる。

【０００６】さて、上記のように成形が行われた場合、
ワークは圧下型から圧下力を受けてシールビードに強く
接触するが、圧下型の密閉面とワークとの間に挟まれた
シール材によりその圧下力が緩衝されるので、ワークの
シールビードに接触する部分の潰れは過度に進行せず、
その部分は破れにくくなる。また、シールビードとシー
ル材との二重のシール効果がもたらされて流体が導入さ
れる空間の密閉度が向上し、より円滑な成形が可能とな
る。また、例えワークに破れが生じたとしても、その部
分のシールビードはシール材に接触することから密閉性
は確保され、成形に要する流体圧は常に十分に保持され
る。

【０００７】上記の場合は、シールビードを成形型の密
閉面に形成し、シール材をシールビードと圧下型の密閉
面との間に挟んだ例であるが、本発明はこの構成に限定
されず、シールビードを圧下型の密閉面に形成してもよ
く、さらに、双方に形成することもできる。また、シー
ル材は、上記のように圧下型の密閉面に接触する形態の
他に、成形型の密閉面に接触するように配置してもよ
く、さらに、２つのシール材をワークの両面に配置し、
双方の型の各密閉面に接触させる形態としてもよい。

【０００８】また、本発明のシール材は、流体圧が導入
された際にワークとともにシールビードにならって変形
することにより、ワークの変形を妨げない性質を有する
ものが好ましい。したがって、本発明のシール材は、所
定のブロー成形温度のもとで、ワークと同等の超塑性を
示す材料により薄板状に形成されていることを特徴とす
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】次いで、図面を参照して本発明の
一実施形態を説明する。図１〜図４は、一実施形態に係
るブロー成形方法を適用してワーク（薄板超塑性材）Ｗ
を成形する工程を順に示している。これら図において、
符号１０は下型（成形型）、２０は上型（流体圧シール
用圧下型：以下、圧下型と略称する）である。ワークＷ
は、この場合、水電解により水素を製造する電解槽の電
極に成形されるもので、略長方形状であり、例えば、組
成がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖのチタン合金が用いられる。こ
のチタン合金は、加熱温度が７７０〜９６０℃の範囲、
ひずみ速度が３．０×１０^-3 ｓｅｃ^-1 の高温低速の引
っ張り条件において、６００〜１２００％程度の伸びを
示す超塑性材料である。ワークＷの厚さは、例えば０．
０５〜３ｍｍの範囲内で選定されるが、最終製品に要求
される厚さによっては、０．０５〜１ｍｍの範囲内、あ
るいは０．０５〜０．５ｍｍの範囲内、さらには０．０
５〜０．１ｍｍの範囲内で適宜に選定される。

【００１０】図１を参照して下型１０および上型２０を
説明する。下型１０の内面には、ワークＷの表裏面に複
数の溝を形成するための複数の凸条１１および溝１２が
形成されている。下型１０の内部には、溝１２から型外
に通じる排気孔１３が形成されている。下型１０の周縁
部における上型２０への対向面は、ワークＷが接触する
密閉面１４とされ、この密閉面１４には、上方に突出す
る矩形枠状のシールビード３０が全周にわたって形成さ
れている。このシールビード３０の断面形状は、例えば
台形状とされ、凸条１１よりも若干上方に突出してい
る。

【００１１】一方、上型２０における下型１０への対向
面には、周縁部を残して浅い凹所２１が形成されてお
り、上型２０の内部には、凹所２１から型外に通じるガ
ス導入孔２３が形成されている。上型２０の周縁部にお
ける下型１０への対向面は、ワークＷが接触する密閉面
２４とされている。図１において符号４０は、シール材
である。このシール材４０は、例えば二相ステンレス等
の、ブロー成形温度においてワークＷと同等の超塑性を
示す材料によって、シールビード３０と同寸法かつ同様
の矩形枠状をなすよう薄板状に形成されたものである。
シール材４０は、ワークＷと同じくチタン合金製でもよ
いが、経済性の面から二相ステンレス等の安価な材料か
らなるものの方が好ましい。

【００１２】次に、ワークＷをブロー成形する手順を説
明する。まず、図１に示すように、図示せぬ加熱炉内に
固定した下型１０のシールビード３０上にワークＷを載
せ、上型２０の密閉面２４をワークＷの上に接触させ、
さらに、上型２０を上から加圧して上型２０と下型１０
の内部を密閉し、型をセットする。次に、加熱炉内を、
ワークＷが塑性変形可能な所定のブロー成形温度に昇温
してから、上型２０内のガス導入孔２３からワークＷと
上型２０との間の空間２５に窒素ガス等の不活性ガスを
導入するとともに、下型１０の排気孔１３からワークＷ
と下型１０との間の空間１５を真空引きする。すると、
図２に示すように、ワークＷは不活性ガスの圧力により
下型１０側へ塑性変形していく。さらにガス圧が導入さ
れることにより、ワークＷは下型１０の内面に強く押し
つけられ、図３に示すように、下型１０の内面の型に応
じた形状に成形される。成形が完了する時間を見計らっ
て不活性ガスの導入および真空引きを終えたら、図４に
示すように、上型２０とシール材４０上方に離して型開
きし、成形されたワークＷを取り出す。ワークＷの表裏
面には、下型１０の凸条１１および溝１２に応じた溝１
１ａおよび１２ａが形成され、電極とされる。

【００１３】上記一実施形態によれば、成形時におい
て、ワークＷは上型２０から圧下力を受けて下型１０の
シールビード３０に強く接触するが、上型２０の密閉面
２４とワークＷとの間に挟まれたシール材４０により、
その圧下力が緩衝される。したがって、ワークＷのシー
ルビード３０に接触する部分の潰れは過度に進行せず、
その部分は破れにくくなる。また、シールビード３０と
シール材４０との二重のシール効果がもたらされて不活
性ガスが導入される空間の密閉度が向上し、より円滑な
成形が可能となる。また、例えワークＷに破れが生じた
としても、その部分のシールビード３０はシール材４０
に接触するので密閉性は確保され、成形に要するガス圧
は常に十分に保持される。また、シール材４０は、不活
性ガスが導入された際にシール材４０自身がワークＷと
ともにシールビード３０にならって塑性変形するから、
ワークＷの変形が妨げられる不具合は生じない。

【００１４】本発明は、上記一実施形態に限定されるも
のではなく、以下のような変更が可能である。 図５（ａ）に示すように、シール材４０を下型１０の
シールビード３０とワークＷとの間に挟む。 図５（ｂ）に示すように、２つのシール材４０をワー
クＷの両面に配置し、各シール材４０がシールビード３
０と上型２０の密閉面２４とにそれぞれ接触するように
する。 図５（ｃ）に示すように、上型２０の密閉面２４にシ
ールビード３０を形成し、シール材４０を下型１０の密
閉面１４とワークＷとの間に挟む。 上記の場合において、図５（ｄ）に示すように、シ
ール材４０を上型２０のシールビード３０とワークＷと
の間に挟む。 上記の場合において、図５（ｅ）に示すように、２
つのシール材４０をワークＷの両面に配置し、各シール
材４０がシールビード３０と下型１０の密閉面１４とに
それぞれ接触するようにする。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シールビードに対応するシール材を型の間に介在させて
二重のシール効果を得るようにしたので、ワークのシー
ルビードに接触する部分が破れにくくなり、なおかつ破
れが生じても成形圧が常に保持されて成形を円滑に行う
ことができるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るブロー成形方法の
工程１を示す断面図である。

【図２】 同方法の工程２を示す断面図である。

【図３】 同方法の工程３を示す断面図である。

【図４】 同方法の工程４を示す断面図である。

【図５】 （ａ）〜（ｅ）は、いずれも本発明の一実施
形態に基づく変更例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…下型（成形型）、１４…下型の密閉面、２０…上
型（流体圧シール用圧下型）、２４…上型の密閉面、３
０…シールビード、４０…シール材、Ｗ…ワーク（薄板
超塑性材）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形型と流体圧シール用圧下型との間
   に、所定のブロー成形温度で超塑性を示す薄板状のワー
   クを挟んで密閉し、前記所定のブロー成形温度のもと
   で、圧下型とワークとの間に流体圧を導入することによ
   り、ワークを成形型に押しつけて塑性変形させる薄板超
   塑性材のブロー成形方法において、 前記ワークを挟んで互いに対向する前記成形型と前記圧
   下型の密閉面の少なくとも一方にシールビードを形成す
   るとともに、 このシールビードに対応し、かつ前記ブロー成形温度で
   超塑性を示すシール材を、当該シール材とシールビード
   との間にワークを挟んだ状態もしくはシールビードとワ
   ークの間に挟んだ状態の少なくとも一方の状態として、
   圧下型とワークとの間に流体圧を導入することを特徴と
   する薄板超塑性材のブロー成形方法。
2. 【請求項２】 前記シール材は、前記所定のブロー成形
   温度のもとで、前記ワークと同等の超塑性を示す材料に
   より薄板状に形成されていることを特徴とする請求項１
   に記載の薄板超塑性材のブロー成形方法。