JPS5924893B2 - 金属サンドイッチ構造物製作方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 多年にわたり、チタンのような或る種の金属およびその
合金の多くが超可塑性を示すことが知ら０れていた。

超可塑性とは、材料がくびれの傾向が減じながら非常に
高い引つ張り伸びを生じることができることである。こ
の能力は少数の金属および合金のみによつて、かつ限ら
れた混度および歪率範囲内で示される。チタンおよびチ
タン合金は、５ どのような他の金属と等しいかまたは
それよりも大きい超可塑性特性を示すことが観察されて
いる。適当なチタン合金では、３００％までもの衣面積
における全増加が可能である。

超可塑性成型作業の利点は数多くある、すなわち、非常
に複雑な形状および深絞り部品が容易に成型でき、超可
塑性温度範囲において金属を成型するのに要する変形応
力が低く、それによつて低い圧力での部品の成型作業を
可能にし、そのため工具の変形および摩耗が最小となり
、安価な工具材料が使用できかつ工具のクリープが解消
され、一個の雄のまたは雌の工具が使用でき、はねかえ
りが起らず、バウシンガ（Ｂａｕｓｃｈｉｎｇｅｒ）効
果が生じず、異なる形状寸法の多数の部品を一回の動作
で作ることができ、非常に小さい半径が成型でき、かつ
圧縮座屈または剥摩（Ｇａｌｌｌｎｇ）を伴う問題に遭
偶することはない。

しかしながら、チタンおよび類似の反応性金属の超可塑
的成型作業のとき、チタンの清浄さを確実にするために
制御された環境で加熱および成型作業を行なう必要があ
る、なぜならばチタンは特に高温での空気中の酸素、窒
素および水蒸気含有量に敏感であるからである。チタン
が保護されないならば、それはもろくなりその本来の状
態が破壊される。拡散接合とは、接合界面における原子
間の結合を生じるように或る時間の間熱お上び圧力を加
えることによつて類似のまたは非類似の金１寓の表面を
冶金的に接合することを言う。

拡散接合は母材融点（絶対泥度）の２分の１またはそれ
以上において完全に固体状態で達成される。実際の時間
、淵度および圧力は金属によつて変化する。接合表面は
圧力の印加によつて原子間距離内にもたらされなければ
ならない。通常の空隙の領域を満たすように或る可塑的
な流れを生じさせるために、適当な圧力もまた加えなけ
ればならない。もし圧力があまりにも低いと、小さい空
所が接合界面５こ残りかつ接合強度が達成可能な最大値
よりも小さくなる。圧力を印加するとまた表面酸化物お
よび表面の凸凹を崩壊し、接合のためのきれいな表面を
提示することになる。拡散接合のために用いられる高淵
は、接合界面における原子の拡散を加速しかつ金属軟化
をもたらす機能の働きをし、金属軟化は表面変形を助け
接合界面での原子の結合および運動のために一層密接な
接触を可能にする。高温および圧力の印加はまた接合の
間母材に表面汚染物の拡散をもたらし、それが金属の原
子対原子の結合を可能にしかつそれによつて接合を強化
する。接合界面を横切る原子の拡散によつて接合の強化
を確実にするために十分な時間を与えなければならない
。チタンおよび他の類似の反応性金属が接合されるべき
であるとき、接合のための保護雰囲気が必要である。金
属の超可塑性成型作業および拡散接合の方法は、先行技
術において個別に開示された。

Ｆｉｅｌｄｓ，Ｊｒ等に与えられたアメリカ合衆国特許
第３３４０１０１号は超可塑性成型方法を開示していて
、この特許では金属はその実効歪率感度を示すように条
件付けられかつ真空の印加のみによつてまたは金属ダイ
スと組み合せて成型される。

固体状態接合すなわち拡散接合に関する特許としては、
アメリカ合衆国特許第３１４５４６６号、第３１８００
２２号、第３０４４１６０号、第２８５０７９８号およ
び３１７０２３４号がある。しかしながら、先行技術は
これらの二つの方法を組み合せることを開示していない
。同一出願人の先願である特願昭５０−１１５４１４号
（特開昭５１−６１４５７号）では、同時に拡散接合し
ながら金属を超可塑性成型する方法が開示される。

この発明の要旨は金属板を整形部材および他の金属加工
部材に沿つて超可塑性的に成型し、金属板か一回の動作
で他の金属加工部材に成型されかつ拡散接合されること
である。周辺端縁で接合される中空金属構造物は、この
出願で開示されるように成型することができるけれども
、この方法はサンドイツチ構造の成型のために予定され
ていない。この発明に従つてサンドイツチ構造物を成型
することは、別々に超可塑性成型および接合の段階を必
要としかつ用いられる金属板の単に選択的な領域のみを
接合する技術を必要とする。この出願の発明はサンドイ
ツチ構造物を成型する際の先行技術の問題点を回避する
ものである。サンドイツチ構造物は通常面板の間に心材
を含む。本件出願の発明前は、サンドイツチ構造物の製
作は典型的には最初に金属箔またはリボンを圧延加工し
、箔の薄板を所望の細胞状心材に成型しかつ接合し、つ
いでろう付またはスポツト溶接によつて心材を面板に付
着するという手順をとつた。この先行技術の方法におけ
る問題点は、多量な材料を用いることによる心材の価格
およびそのサンドイツチ形状の製作のたいへんな難力化
さ、余分な時間浪費、および価格等がある。さらに、サ
ンドイツチ構造物に対して閉鎖形成のためまたは付属物
付加のために別々の接合作業が必要である。テーパーの
ようなサンドイツチ構造物に対して普通でない形状を製
作することはほとんど不可能である。発明の概要 それゆえに、この発明の目的は金属サンドイツチ構造物
を形成するために金属接合方法および超可塑性成型方法
を組み合わせることである。

この発明の他の目的は、一回の作業で金属サンドイツチ
構造物を形成し、それによつて必要な原価、困難さおよ
び時間を大幅に低減することである。この発明のさらに
他の目的は、同一作業でサンドイッチ構造物を形成する
とともに付属物付加または閉鎖形成のための接合を行な
うことである。

この発明のなおも他の目的は、同一装置でサンドイツチ
構造物を加熱し、超可塑性的に成型し、および接合し、
それによつて製作時間および機器の原価を節約すること
である。簡単に言うと、この発明に従えば、積層状態に
予め位置決めされた複数個の金属板加工部材から金属サ
ンドイツチ構造物を製作する方法が提供される。

金属板は選ばれた領域において接合される。少なくとも
一個の金属板が整形部材に沿つて超可塑性的に成型され
、所望のサンドイツチ構造物を形成する。心材形状は接
合領域の場所、大きさおよび形状によつて決定される。
この発明の他の目的および利点は以下の詳細な説明を読
み図面を参照すると明らかとなろう。

この発明が好ましい手順に関連して述べられるが、この
発明をこれらの手順に限定することを意図していないこ
とが理解されよう。逆に前掲の特許請求の範囲によつて
規定されるこの発明の精神および範囲に含まれる全ての
変形、修正および均等物を含むことが意図されている。
発明の詳細な説明 超可塑性成型が成功するためには、適した材料を用いる
必要がある。

選ばれた材料が超可塑性特性を示す程度は歪率感度を決
定しかつ壁厚さの許容変動を設計的に決定すれば一般的
に予智］？垢である。歪率感度をｍと定義すれば、ｍ−
７．７で、σは平方インチ当りポンド（Ｐｓｌ：１ｐｓ
ｉ−００７０３ｋｇ／Ｃ７７ｌ）で表わす応力でありか
つεは逆数の分で表わした歪率である。なお、上記式は
、σ−Ｋｌｍと書換えることもできる。ここに、Ｋは定
数である。本質的に、歪率感度は、対数目盛上にプロツ
トされた場合の、或る特定の材料の、歪率に対する応力
を示す曲線の勾配である。歪率感度は論文「ねじり検査
による歪硬化特性の決定」、Ｄ．Ｓ．Ｆｉｅｌｄｓ，Ｊ
ｒおよびＷ．Ａ．ＢａｃｋＯｆｅｎ，発行ＰｒＯｃｅｅ
ｄｉｎｇｓＯｆｔｈｅＡ．Ｓ．Ｔ．Ｍ．，ｌ９５７，Ｖ
Ｏｌｕｍｅ５７、第１２５９−１２７２頁に記述される
簡単なかつ現在よく認識されるねじり検査によつて決定
することができる。約０．５またはそれ以上の歪率感度
が満足な結果を生じるものと期待できる。その値が多い
程（最大値の１に対して）超可塑性特性も大きくなる。
金属の最大歪率感度は、金属が相変態温度近くで変形さ
れるとき、発生するのが見られる。従つて、相変態淵度
のすぐ下の淵度が最も大きい歪率感度を生じるものと期
待できる。チタン合金では、超可塑性が観察できる淵度
範囲は、用いられる特定の合金によるが、約１４５０は
Ｆないし約１８５０合Ｆ（約７８８約１０１０はＣ）で
ある。他の変数も歪率感度に影響を与えることがわかつ
ていてかつそれゆえに適当な金属材料を選択する際に考
慮しなければならない。

粒度が減少すると相応して歪率感度の値が高くなる。さ
らに、歪率および材料のきめが歪率感度に影響する。チ
タンではｍ値が歪率の中間の値（約１『覧Ｍｌｓｅｃ）
において尖頭値に達する。最大の安定した変形のために
は、超可塑性成型はこの歪率のところでまたはその近く
で行なわなければならない。この最適の歪率からあまり
にも大きく変動すると超可塑性特性が失なわれることに
なるかもしれない。別々の要素が１個の一体的塊体を形
成する拡散接合は広範囲の金属および合金で実施できる
。しかしながら、接合の品質および用いられる条件は加
工部材材料の各特定的な選択に応じて必ず変えられる。
固相拡散接合によつて接合される金属または合金にはア
ルミ、ステンレススチール、チタン、ニツケル、タンタ
ル、モリブデン、ジルコニウム、コロンビウムおよびベ
リリウ企がある。この発明は特に超可塑性成型および拡
散接合に必要な高泥において表面が汚染される反応性金
属に向けられる。チタンおよびその合金はそのような金
属の例であつて、このような金属がこの発明の方法に特
によく適していることがわかつたが、その理由はこれら
の合金が拡散接合に適した渦度範囲、すなわち用いられ
る特定の合金によるが、約１４５０わＦないし約１８５
００Ｆ（約７８８℃ないし約１０１０℃）において非常
に高い超可塑性特性を示すからである。まず、第１図に
もどつて、この発明に従つてサンドイツチ構造物に成型
されるべき３個の金属薄板の組み合わされた状態の展開
図が示される。

この組み合わせは金属板１０，１２および１４から成り
、全ては好ましくはそれぞれ対向の上部および下部主表
面１５および１６，１７および１８ならびに１９および
２０を有する薄板の形をしている（第４図も参照）。用
いられる薄板の数は荷重条件および設計の要求によつて
変えられる。しかしながら、最小数２枚の薄板を用いな
ければならずかつ通常４枚以下の薄板が用いられる。金
属薄板は拡散接合によつて接合される能力を有する。膨
張される薄板の数によつて、少なくとも１枚の薄板が超
可塑性特性を示すものでなければならない。加工可能温
度範囲において適当な超可塑性特性を示す任意の金属を
そのような薄板に用いることができるが、この発明は特
に拡散接合に必要な温度範囲において超可塑性を示しか
つ成型淵度において汚染され易い金属、例えばチタンま
たはＴｉ−６Ａ１−４Ｖのようなその合金に関するもの
である。Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｖを用いるとき、成型温度は
好ましくは約１７００をＦ（約９２７℃）である。金属
板１０，１２および１４の最初の厚さは成型される部品
の寸法によつて決定される。金属薄板の選ばれた領域の
みを接合するために、好ましいステツプは薄板間に付着
または接合を望まない積層の領域に対して適当な接合防
止材料を適用することである。このようにして、領域３
０，３２および３４が、これらの領域における接合を防
ぐために、接合防止材料で被覆される。表面１５，１８
および２０の他の領域もまた接合を防ぐためにそのよう
に被覆することができる。さらに、後で説明するように
、この金属薄板構造物または積層物４０は圧力を選択的
に与えて選ばれた領域で拡散接合することができる。第
２図はこの発明を実施するための好ましい成型装置を示
し、総括的に４２で示される。

上部工具フレーム４４は好ましくは一体的な側壁４５を
有し、リング状をしているが、任意の所望の形状でよい
。下部工具フレーム４６は好ましくは上部フレーム４４
と同一の外部領域寸法を有じ、平坦でよくかつ金属板４
０．の積層物を支持するための図示のような台として働
く。特許請求の範囲の記載との関連において、上部工具
フレーム４４および下部工具フレーム４６の双方を整形
部材と考えるべきである、なぜならばこの双方が組み合
わせれて所望の形状の構造物を形成するからである。上
部工具フレーム４４の内表面は内部室４８および雌のダ
イス表面すなわちキヤビテイを規定する。１個または２
個以上の雄のダイス部材（図示されていない）を室４８
に設けて、成型されるべき部品の形状を変えることがで
きる。

金属板４０の積層物は下部工具フレーム４６で支持され
て室４８を覆う。積層物の金属板は全て拡散接合によつ
て接合するに適した材料のものでなければならない。少
なくとも１個の外側の金属板、および最も適したものと
して内側の板が所望の成型温度においてかつ好ましくは
積層物の拡散接合に必要な温度範囲において超可塑性特
性を示す有効な歪率感度を有しなければならない。これ
は第３図で膨張された積層物４０によつて示され、薄板
１２および１４の双方が超可塑性的に膨張されていて、
他方成型された積層物の薄板１０が実質的に変化してい
ない。積層物４０の各薄板の初期の厚さは成型されるべ
き部品の寸法によつて決定される。用いられる接合方法
、すなわち拡散接合は、金属板のために選ばれる材料、
超可塑性成型に必要な泥度および所望の強度に依存する
。しかしながら、特にチタンに対して、拡散接合が好ま
しい、なぜならばこれによつて接合が最も強くなりかつ
接合温度が一般的に超可塑性成型に適するからである。
先に述べたように、接合防止材料は領域３０，３２およ
び３４における結合を防ぐために、これらの領域におい
て用いることができる。選ばれた特定の接合防止材料は
接合を防ぎかつ積層物の１つの金属または各金属と適合
しなければならない（積層金属に対して非反応的でかつ
積層金属に対する拡散が最小でなければならない。）。
チタン金属板に対して、適当な接合防止材料はグラフア
イト、窒化ほう素およびイツトリアである。典型的には
、イツトリアの接合防止材料を用いるとき、板の上の接
合防止材料のパターンはイツトリアとそのバインダとの
溶液がスプレーされ形成される。バインダは接合の間イ
ツトリアを所定位置に保持しかつ最終的には成型温度以
下で気化する。積層物４０を選ばれた位置で拡散接合を
するとき接合されない積層物４０が成型装置４２に置か
；れた後に接合されるのが好ましく、それによつて製
作時間および機器の価格を節約する（積層物が成型装置
４２に置かれる前にプレス接合またはロール接合等によ
つて拡散接合することもできるけれども）。上部工具フ
レーム４４の重量が積層物４０に対してクランプ手段と
して働く。積層物４０の１個の連続的な端縁は、上部工
具フレーム４４および下部工具フレーム４６の間に効果
的に拘束される。このために、成型すべき積層物の板の
これらの部分が引抜かれるよりもむしろ伸ばされる。も
し望むならば、ボルト（図示されていない）のような付
加的な緊締手段を用いて積層物４０を一層効果的に拘束
することができる。採用し得る他の付加的な緊締手段は
、プラテン５０を有する、好ましくは水圧のプレス（図
示されていない）である。成型装置４２はプラテン５０
の間に位置決めされかつそれによつて圧縮されて、積層
物４０が効果的に拘束されかつ室４８が大気から封止さ
れることを確実にする。この配置は特に有利である、な
ぜならばプラテン５０はセラミツク材料で作ることがで
きかつ抵抗加熱線５７が積層物４０を成型温度に加熱す
るために設けることができるからである。もし加熱プラ
テンが用いられないならば、成型装置４２を加熱手段に
よつて普通に囲み、他の加熱方法を用いることができる
。成型装置４２内において接合されないとき積層物４０
の汚染防止および拡散接合のために、環境制御システム
が設けられる。このシステムの目的は積層物４０を加熱
、成型および接合の間不活性ガスまたは真空のみに露呈
し、かつ選択的に、流体圧力によつて積層物を拡散接合
することである。積層物４０の金属板は、高い成型およ
び接合湿度においてさえ、不活性ガスの性質のために不
活性ガスと反応しない。高真空度において、積層物４０
が反応する元素は実質的に存在しない。このようにして
、この環境において、積層物４０の汚染は防がれる。ラ
イン５２が一方端（図示されていない）において加圧不
活性ガス源に接続され、かつ上部工具フフレーム４４の
オリフイス５４を介して室４８に接続される。

ライン５２を介して室４８に流れる不活性ガスの流れを
調整する弁５６および圧力を表示する圧力計５８が設け
られる。用いられる不活性ガスは好ましくは液状のアル
ゴンである。ライン５２はまた室４８の不活性ガスのた
めの出口として働らさかつ室４８に真空を発生するため
の吸引ポンプ（図示されていない）のような真空源に接
続してもよい。ライン５２が出口として用いられるとき
、弁５６は室４８からの不活性ガスの流れを調整する。
付加的なライン６０が工具フレーム４４の反対側に最適
状態に設けられかつ室４８の不活性ガスのための出口と
して働く。ライン６０は上部工具フレーム４４のオリフ
イス６２を介して室４８に接続される。ライン６０は室
４８からの不活性ガスの流れの調整のため、そこに弁６
４が設けられる。ライン６０は単に漏れ口として機能す
ることができ、または吸引ポンプ（図示されていない）
のような真空源に接続することができる。先に述べたよ
うに、汚染防止システムはまた積層物４０をガス圧拡散
接合するための手段としても機能することができる。

このようにして、積層物４０が第２図に示すような成型
装置４２に置かれるとき、積層物は不活性ガス雰囲気内
において加熱プラテン５０から発生される熱により適当
な拡散接合温度（積層物４０の金属板がＴｌ−６Ａ１４
Ｖのとき、約１７０００Ｆ（約９２７ｌＣ））に加熱で
き、かつついでライン５２を介して付加的な加圧不活性
ガスを与えることにより室４８の圧力を増加することに
より積層物４０に圧力を与え、その間ライン６０は弁６
４によつて平静状態に保たれる。このようにして、積層
物４０の処理されない領域は適当な成型時間の間そのよ
うな圧力の印加によつて拡散接合され、成型時間は積層
物４０の厚さに依存し３０分から１２時間の間で変えら
れ、圧力はＴｉ−６Ａ１−４Ｖに対して５００ｐｓｉ（
３５．１５ｋ９／ｄ）であるのが好ましい。積層物４０
の板の端縁はまた望むならば上部工具フレーム４４の重
量の形でそこに封止圧力が与えられてかつ選択的にプレ
スおよび／またはクランプ手段からの圧力によつて拡散
接合が行なわれる。積層物４０を拡散接合した後、余剰
の不活性ガスは室４８からライン５２および６０を介し
て除かれ積層物４０の膨張を可能にする。積層物４０が
第３図に示す形状に膨張できるように、膨張管７２およ
び７４が設けられ、その詳細が第１図および第４図によ
く図示される。

膨張管７２（および積層物４０の反対側に位置決めさ゜
れた同様の膨張管７４）は金属板１０および１４の間に
位置決めされかつくぼみ７６および７８ならびにくぼみ
７８に重なる金属板１４の表面２０のその部分によつて
規定されるチヤネル７５に突出する。くほみ７７および
７９がそれぞれ板１０および１２の反対側に設けられ膨
張管７４のためのチヤネルを提供する。このようなチヤ
ネル７５に膨張管７２を位置決めすることによつて、管
７２が工具フレーム４４および４６によつて圧縮される
のを防ぐ。また、管７２がチヤネル７５のみに部分的に
突出するように管７２を位置決めすることによつて、不
活性ガスが積層物４０の金属板の間に、この場合には矢
印８０および８２によつて示すように板１２のいずれか
一方の側で、かなり均一に流れる。第２図に示すように
、膨張管７２および７４はそこを流れる不活性ガスの流
れを調整するためにそれぞれそこに弁８４および８６を
有し、かつ圧力を表示するために圧力計８８および９０
を有する。膨張管７２および７４はまた気化されたバイ
ンダを引き出す働きをすることができる。

この目的で、管７２は入口として働くことができかつ管
７２は不活性ガスが気化されたバインダを引き出すため
に積層物４０の膨張前に積層物４０を介して伝達される
状態で出口として働くことができる。好ましくは一対の
横方向の溝７１（図示されていない）および７３が下部
工具フレーム４６の両側に設けられ、溝７１はくほみ７
７と整夕１ルかつ溝７３はくほみ７６と整列する。溝７
１および７３が設けられる目的は、積層物４０の金属板
の間の膨張管７２および７４からの不活性ガスの通過が
上部および下部工具フレーム４４および４６によつて与
えられる圧力のために積層物で挟搾されて処理領域３０
および３４に到達するのが防がれないことを確実にする
ためである。溝７１および７３の幅は好ましくはくほみ
７６および７７と同じであるが、溝７１および７３は積
層物４０のさらに内方で終端となり、そのため不活性ガ
スの流れが処理領域３０および３４に到達する前に挟搾
が起こることはない。第１図に示すように、接合防止材
料等によつて積層物４０の選ばれた領域を処理しそこで
の拡散接合を防ぐとき、９２および９４で示すような付
加的領域が同様に処理されそこの接合を防ぎ、そのため
膨張管７２および７４からのガスが積層物４０の膨張の
ために選ばれた処理領域に到達する処理領域３０，３２
および３４に穴９６が設けられて、不活性ガスを積層物
４０内の膨張管７２および７４から他方の処理領域へさ
らに送り、かつ積層物４０内の（この場合金属板１２の
いずれか一方の側の）均等な圧力を確実にする。

もし圧力が等しくないならば、サンドイツチの得られる
心材、すなわち第３図に示す形状の金属板１２が歪み最
終サンドイツチ構造物に負川を課しがちな結果をもたら
す。本件発明の方式に従つて第３図に示すような膨張さ
れた金属サンドイツチ構造物を製作するために、金属板
加工部材１０，１２および１４が提供される。

薄板１２および１４は共に超可塑性成型のための実効歪
率感度を有する材料でなければならない。最適には、１
個または２個以上の板が３０，３２および３４のような
特定された場所において処理され、そのため金属板が積
層物４０に配列されかつ拡散接合されるとき積層物の単
に選ばれた領域のみがそれによつて接合される。拡散接
合によつて接合するとき、積層物４０は成型前に成型装
置４２に最適状態に置かれる。室４８の圧力はライン５
２を介して室４８に至る加圧不活性ガスの流れによつて
増加される。−度室４８が不活性ガス雰囲気を有すると
、積層物４０は加熱プラテン５０において抵抗線５７に
より加熱されて、拡散接合および超可塑性成型の双方に
適した最適淵度にされるが、この瀞度はもし超可塑性成
型のために異なる泥度が必要ならば後で上げてもまたは
下げてもよい。室４８の圧力はライン５２を通る付加的
な加圧不活性ガスによつて、積層物４０の拡散接合に適
した圧力に増加される。この圧力は拡散接合に十分な時
間期間の間保持される。積層物４０の金属板がＴｉ−４
Ｖ−６Ａ１合金であるとき用いられる泥度は約１７００
′Ｆ（約９２７℃）であり、圧力は５００ｐｓｉ（３５
．１５ｋ９／ｄ）である。これらの値は、それらが適当
な範囲に保たれる限り、成型および接合の間もちろん変
化させることもできる。時間期間は用いられる合金、淵
度、圧力および積層物４０の厚さによつて変えられる。
時間は３０分から１５時間の間で変えられるが、３時間
がかなり代表的な可能性のものである。先に述べたよう
に、接合温度は約１４５０ＱＦ（約７８８たＣ）から約
１８０００Ｆ（約１０１０℃）の間で変えられる。接合
圧力は約１００ｐｓｉ（７．０３ｋ９／〜）から２００
０ｐｓｉ（１４０．６ｋ９／〜）またはそれ以上に変え
られるが、好ましい範囲は１５０ｐｓｉ（１０．５５ｋ
ｇ／〜）ないし６００ｐｓ１（４２．１８ｋ９／（−１
ｉ１）である。積層物４０を膨張する前に、室４８の圧
力がライン５２および６０を介して減じられる。超可塑
性成型温度はＴｉ−４Ｖ−６Ａ１合金に対して約１７０
００Ｆ（一般的には１６５０金Ｆ）であつて、このよう
な泥度において、積層物４０はライン７２および７４を
介して加圧不活性ガスを流すことにより膨張され、その
間最適には真空がライン５２および６０を介して室４８
に与えられる。加圧不活性ガスは高い成型混度で汚染す
ることから積層物４０の内部を保護し、それは管７２お
よび７４から、好ましくは積層物４０の反対側のチヤネ
ル７５に流れ、それによつて不活性ガスが積層物４０に
流れる。積層物４０でのそのような加圧不活性ガスが積
層物４０の内部と室４８との間の圧力差のために積層物
４０の膨張を強制する。Ｔｌ６Ａｌ−４Ｖの超可塑性成
型に通常用いられる圧力差は、通常２５ないし２５０ｐ
ｓｉ（１．７６ないし１７．５８ｋ９／ＣＴｉｉ）の範
囲である。金属板１４は最初圧力差によつて持ち上げら
れかつ選ばれた接合された領域において金属板１２をそ
れとともに引く。そのような膨張によつて加圧不活性ガ
スが穴９６を通り流れ、積層物４０内に均一な圧力を与
え、そのため心材（加工部材１２）が均一に成型される
。均一な圧力はまた積層物４０の金属板１０をその初期
位置に保持し、それは台または下部工具フレーム４６に
対して強制される。第５図および第６図は室１０６を規
定する好ましくは一体的な側壁１０２および１０４を有
する異なる形状の下部工具フレーム１００の使用を図解
する。下部工具フレーム１００に管ライン１０８および
１１０が設けられ、室１０６に不活性ガス環境を作りか
つ積層物４０を超可塑性的に膨張するとき漏れ口または
真空ラインとして働く。もし積層物４０が成型装置１２
０で拡散接合されるならば、双方の室４８および１０６
の圧力は、好ましくは等しくなるまで、増加されなけれ
ばならず、それによつて適当な圧力が拡散接合のために
積層物４０に与えられる。積層物４０を超可塑性的に膨
張するために、積層物４０内の圧力は不活性ガスがライ
ン７２および７４を介して積層物４０に流れ込むように
することによつて増加され、そのため積層物４０内の圧
力は室４８および１０６の圧力よりも犬きくなる。さら
に、室４８および１０６の圧力は減少されてライン１０
８，１１０，５２および６０を介して最適状態で真空に
露呈される。第６図に示すように、積層物４０の３個の
金属板の全てが超可塑性的に膨張されるので、各板は超
可塑性成型のための実効歪率感度を有する材料でなけれ
ばならない。図示のように、金属板１４は室４８内に上
方に強制され、金属板１０は室１０６内に下方に強制さ
れ、かつ金属板１２は、金属板１０および金属板１４の
双方に対する特定された位置において選択的に接合され
ることにより、双方向に変形されかつ図示のようなサン
ドイツチ構造物の心材を形成する。第７図は変形可能に
整形された構造物の成型を図解し、ここでは接合付属物
を有するテーパーをもつサンドイツチ構造物として示さ
れる。

出願人は上部工具フレームの対応する整形表面を適当に
設計することによつてサンドイツチ構造物のテーパーを
達成する。第７図において上部工具フレーム１７０は一
方から他方へ（図では左から右へ）下方に角度を成す上
部整形表面１７２を有する。このようにして、積層物１
７６の上部金属板１７４が表面１７２に対して超可塑性
的に膨張されるとき、それはそのような表面のテーパー
に整形される。積層物１７６の板部材１７８によつて成
型される心材もまた土部板１７４の動きに依存するため
にテーパー付けられる。任意の設計で示される付属物１
８０は、同じ成型装置での積層物１７６の超可塑性的膨
張の間結合ライン１８３に沿つて上部部材１７４で積層
物１７６に接合され、それによつて製作時間、装置原価
および成型困難さを低下する。

同一出願人の先願の特願昭５０−１１５４１４号（特開
昭５１６１４５７号）においも述べたように、付属物１
８０は、ここでは１８２として示される適当な形状の溝
に位置決めすることができ、この場合この付属物はその
ような溝から突出しても突出しなくてもよく、または溝
を用いずに雄のまたは雌の整形表面自身を形成するよう
に成型室に位置決めしてもよい。特許請求の範囲の記載
との関連で述べると、溝が用いられるときは、これは成
型室の一部と考えられ、そのため付属物は溝の中にある
二７゛伶ニリニ；４＝寞袖Ｘｊ゛れは結合ライン１８２
に沿つて付属物１８０と接触する。

゛付属物１８０も同時に加熱される超可塑性成型泥度の
ために、および表面１７２と付属物１８０とに向かつて
上部部材１７４を最終的に強制するように積層物１７６
を膨張させる圧力のために、付属物１８０は結合ライン
１８２に沿つて積層物１７６に拡散接合され、そのとき
泥度および圧力は適当な時間の間所要拡散接合レベルに
保持される。最適には、部材１７４および１７８の超可
塑性成型の渦度および圧力は拡散接合にも適していて、
そのためこの圧力または温度は拡散接合のために成型後
も増加または減少してはならない。付属物１８０のため
に選ばれる材料は部材１７４の材料に拡散接合するに適
したもの、好ましくは類似材料でなければならない。典
型的に用いられる超可塑性成型ガス圧力は１５０ｐｓｉ
（１０．５５ｋ９／ＣＴｌｌ）であつて、拡散接合に通
常用いられる２０００ｐｓｉ（１４０．６ｋｇ／ＣＴＩ
Ｉ．）より著しく小さい圧力であるので、結果として得
られる接合は十分な元の金属の強度を生じないかもしれ
ないが、しかし高品質のろう付接合に類似するであろう
。しかしながら、一度サンドイツチ構造物が、第７図に
示すように、十分に膨張されると、その圧力は膨張サン
ドイツチ内において膨張管１９０および１９２を介して
、完全な拡散接合により適したレベルまで増加すること
ができる。１９４で示されるよいな閉鎖部もまた、上部
工具フレーム１７０および下部工具フレーム１７１によ
つて圧力を与えたままで積層物１７６を拡散接合温度に
加熱することによつて、積層物１７６の非膨張端部も含
む閉鎖部１９４を拡散接合することによつて同一動作で
膨張サンドイツチ構造物に成型することができる。

成型装置から取り外された第７図の膨張サンドイツチ構
造物２００が第８図に、側端部が破断された状態で示さ
れる。第９図は上部室２１４および下部室２１６を有す
る成型装置における４個の金属薄板の組み合わされた状
態すなわち積層物２１２に対する膨張管２１０の位置決
めを図解する。膨張管２１０は上部金属板２１７および
下部金属板２１８の間に位置決めされ、下部金属板２１
８はｍ１図に示すくぼみ７６のようなくぼみ２２０をそ
の周辺に有する。積層物２１２の内部金属板２２１およ
び２２２は第１図で７８として示すくほみのようなくぼ
みを有し、それは部材２１７および２１８の間に膨張管
２１０を位置決めすることを可能にする。膨張ガスを送
るための装置２３０および接合を望まない領域での接合
防止材料２３２も図解されている。第９図の最終成型サ
ンドイツチ構造物２４０の図解図が第１０図および第１
１図に示される。このようにして、この発明に従つて、
土述の目的、意図および利点を十分に満足する、複数個
の加工部材から金属サンドイツチ構造物を製作する方法
が提供されたことが明らかである。この発明がその特定
的な実施例に関連して述べられたけれども、多くの変形
、修正および変更が、上記の説明に照して当該技術分野
に熟達する者にとつて明らかとなろう。従つて、前掲の
特許請求の範囲の精神および範囲に入るそのような変形
、修正および変更の全てを包含することが意図されてい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は成型装置に挿人する前の、選択的拡散接合のた
めに処理される３個の金属薄板の組み合わせた状態の展
開図である。 第２図は第１図の３個の金属薄板を組み合わせたものが
挿入された状態の金属サンドイツチ構造物の製作のため
に用いられる成型装置の好ましい実施例の断面図である
。第３図は第２図の成型装置に入れられた完全に膨張し
た３個の金属薄板を組み合わせたものを図解し、膨張さ
れ接合されて組み合わされた構成の金属薄板の最終状態
を描写するために点線が付加されてある。第４図は３個
の薄板を組み合わせたものへの膨張管の接続の詳細図で
ある。第５図および第６図は、修正された成型装置の断
面図であつて、挿入された３個の金属板を組み合せたも
のは第５図では初期状態にありかつ第６図では最終膨張
状態にある。第７図は修正された成型装置の断面図であ
つてテーパーをもつ３個の金属板を組み合わせたものが
最終成型状態にあり、サンドイツチ構造物に接合された
付属物が破線で示される。第８図は第７図の成型された
サンドイツチ構造物の端部が破断された透視図を示す。
第９図は修正された成型装置の破断断面図であつて、４
個の金属薄板を組み合わせたものに対する膨張管の位置
決めを図解する。第１０図は４個の金属薄板を組み合わ
せたものから成型されたサンドイツチ構造物の断面図で
ある。第１１図は第１０図に示すサンドイツチ構造物の
破断透視図である。図において、１０，１２，１４は金
属板、４０，１７６は積層物、４２，１２０は成型装置
、４４，１７０は上部工具フレーム、４６，１００，１
７１は下部工具フレーム、４８，１０６は室、７２，７
４は膨張管を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個の加工部材から金属サンドイッチ構造物を製
   作する方法であつて、複数個の金属板加工部材を準備し
   、前記加工部材の各々は２個の対向主表面を有し、前記
   加工部材の少なくとも１個は超可塑性を有し、前記加工
   部材は互いに拡散接合されることができ、前記加工部材
   をそれらの主表面において接触する積層物として位置決
   めし、前記積層物の外側の加工部材の少なくとも１個は
   超可塑性を有し、少なくとも２個の整形部材を準備し、
   前記整形部材の少なくとも１個はキャビティを有し、前
   記積層物が前記キャビティを覆うように前記整形部材に
   対して前記加工部材の積層物を位置決めすることによつ
   て、少なくとも１個の室を形成し、そのような積層物を
   拡散接合に適した温度範囲内にまで加熱し、そのような
   積層物の予め選ばれた領域での拡散接合を生じさせるの
   に充分な時間期間の間前記室内に加圧流体を用いること
   によつて前記積層物に圧縮圧力を加え、そして前記少な
   くとも１個の外側の加工部材を超可塑性成型に適した温
   度範囲内に置きながら、前記少なくとも１個の室内の圧
   力より高い圧力を前記積層物の接合されていない領域内
   に確立することによつて、前記少なくとも１個の外側の
   加工部材に引張り応力を誘起させ、それによつて、前記
   少なくとも１個の外側の加工部材の少なくとも一部分が
   前記少なくとも１個の室内に超可塑性的に膨張しかつ前
   記室を形成している整形部材に当接する形を成すように
   成型する、金属サンドイッチ構造物の製作方法。