(57)【要約】【課題】複雑な形状の中空一体成形品を熱間ブロー成形により簡易且つ確実に、しかも迅速に製造できるようにする。【解決手段】オス型金型３及びメス型金型４内に外部と連通する排出孔３ｂ、４ｂを穿設するとともに該オス金型３にガス供給孔３ｆに連通する凹陥部３ｅを有する円錐台部３ｃを形成し、また成形材５は積層する上板５ａと下板５ｂの周縁を封止し、上板５ａの中央部にガス吸入孔５ｄを穿設するものであって、金型２内で前記オス金型３の円錐台部３ｃの凹陥部３ｅと上板５ａのガス吸入孔５ｄと合致するように密着させて成形材５を挟持固定して密閉空間６を形成しつつブロー成形するので、金型の凹部と成形材の間の空気を外部に排出しつつ成形材は金型内面に沿って膨張するので簡易且つ確実に、しかも迅速に中空一体成形品を製造することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部内で外部に通じる排気孔を穿設するオス型金型及びメス型金型よりなり、該オス型金型ではその中央部において開口部と面一となるように形成される台部の頂部に不活性高圧ガスを供給するガス供給孔が通じる凹陥部を配設する金型内において、
超塑性金属からなる上板及び下板を積層した上、その周縁を一体に封止して接合部とするとともに、該上板において接合部範囲内に内部に連通するようにガス吸入孔を穿設してなる成形材を、前記金型をなすオス型金型及びメス型金型の間において、オス型金型の台部の頂部に配設された凹陥部の開口部内に成形材のガス吸入孔が合致するように挟持固定し、
前記オス型金型の台部の頂部の凹陥部とガス吸入孔を穿設してなる成形材の上板とで密閉空間を形成し、
少なくとも成形材を超塑性温度域まで加熱し、
前記金型内において形成される密閉空間内にガス供給孔を通じて不活性高圧ガスを供給し、
前記成形材のガス吸入孔より密閉空間内の不活性高圧ガスを成形材内部に圧入することにより成形材を膨張させると同時に、
前記金型内からは成形材の膨張に伴い、凹部と成形材の間の空気を排気孔より外部に排出して、
前記成形材を金型により中空一体成形品に成形してなることを特徴とする熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法。
【請求項２】
上記請求項１記載の熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法において使用され、凹部内で外部に通じる排気孔を穿設するオス型金型及びメス型金型よりなり、該オス型金型ではその中央部において開口部と面一となるように形成される台部の頂部に不活性高圧ガスを供給するガス供給孔が通じる凹陥部を配設することを特徴とする金型。
【請求項３】
上記請求項１記載の熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法において使用され、超塑性金属からなる上板及び下板を積層した上、その周縁を一体に封止して接合部とするとともに、該上板において接合部範囲内に内部に連通するようにガス吸入孔を穿設してなることを特徴とする成形材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、例えば、自動車等のボディシートインナー材とレインフォース又はインナー材とアウター材等のように内部に中空部を形成する中空一体成形品の熱間ブロー成形方法、及び該熱間ブロー成形方法において使用する熱間ブロー成形用成形材及び該熱間ブロー成形方法による熱間ブロー成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱間ブロー成形方法により中空一体成形品を製造方法としては、まず下型の上端部ととの間及び上型の下端部との間でそれぞれ金属板を挟持する保持部材を設け、この保持部材に加圧源に接続する吐出口を設け、加圧源の圧縮空気により成形を行うもの（特許文献１参照）や積層した２枚の超塑性材料板の間に成形ガス供給孔を有するプラグを差し込み、このプラグの成形ガス供給孔から上記２枚の超塑性材料板の間に成形ガスを供給して成形を行うもの（特許文献２参照）がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−５０１５４号公報
【特許文献２】特開平７−１０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の熱間ブロー成形方法による中空一体成形品を製造方法では、金属板又は積層した超塑性材料板を成形するために使用する圧縮ガス又は成形ガスは該金属板又は積層した超塑性材料板の側面から内部へ供給するものである。
しかしながら、金型に沿って膨張する金属板又は積層した超塑性材料板の内部では供給される圧縮ガス又は成形ガスにより内圧が非常に高まるので、ガス圧が抜けることを防止するために、該圧縮ガス又は成形ガスを金属板又は積層した超塑性材料板の内部に供給するために設けられる吐出口又はプラグは高い気密性が要求されるものとなる。
その結果、該前記吐出口又はプラグにおける気密構造は複雑となるので製造コストの上昇を招来するものとなる。
【０００５】
また、中空一体成形品の周縁の一部では圧縮ガス又は成形ガスを内部に供給する吐出口又はプラグを設けられるため、成形後、該吐出口又はプラグにより発生する中空一体成形品の周縁の変形を修正するための作業が必要となり、作業性が低下するものである。
【０００６】
更に、ブロー成形では、金属板又は積層した超塑性材料板等の成形材の表面を完全に金型の内面に密着させて成形するので、成形中に膨張する成形材により金型内で空気が残留すると成形を阻害してしまう。
従って、成形速度を十分に高めることができず、また複雑な成形形状では成形に際して確実な空気の排除は困難であり、正確な成形を行うことができないおそれがある。
【０００７】
そこで、本願発明は、簡易且つ確実に、しかも迅速にブロー成形により中空一体成形品を製造できるようにするとともに、当該ブロー成形において使用する成形材を提供するようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、第１の特徴として、
凹部内で外部に通じる排気孔を穿設するオス型金型及びメス型金型よりなり、該オス型金型ではその中央部において開口部と面一となるように形成される台部の頂部に不活性高圧ガスを供給するガス供給孔が通じる凹陥部を配設する金型内において、
超塑性金属からなる上板及び下板を積層した上、その周縁を一体に封止して接合部とするとともに、該上板において接合部範囲内に内部に連通するようにガス吸入孔を穿設してなる成形材を、前記金型をなすオス型金型及びメス型金型の間において、オス型金型の台部の頂部に配設された凹陥部の開口部内に成形材のガス吸入孔が合致するように挟持固定し、
前記オス型金型の台部の頂部の凹陥部とガス吸入孔を穿設してなる成形材の上板とで密閉空間を形成し、
少なくとも成形材を超塑性温度域まで加熱し、
前記金型内において形成される密閉空間内にガス供給孔を通じて不活性高圧ガスを供給し、
前記成形材のガス吸入孔より密閉空間内の不活性高圧ガスを成形材内部に圧入することにより成形材を膨張させると同時に、
前記金型内からは成形材の膨張に伴い、凹部と成形材の間の空気を排気孔より外部へ排出して、
前記成形材を金型により中空一体成形品に成形してなるものである。
【０００９】
そのため、中空一体成形品を成形するに際して、ガス供給孔を通じて供給される不活性高圧ガスは成形材とオス型金型の凹陥部との間で形成される密閉空間内に充填され、不活性高圧ガスは密度を増し流速を上げてより高圧となる。その結果、より高圧となった不活性高圧ガスは成形材のガス吸入孔よりその内部に一度に圧入するものとなるため該成形材を急激に膨張させるとともに金型内において凹部と成形材の間の空気は金型の排気孔より外部に排出されるので、簡易且つ確実に、しかも迅速に中空一体成形品に成形することができる。
【００１０】
なお、中空一体成形品のブロー成形に際して成形材の内部に圧入される不活性高圧ガスは成形材の変質や火災を防止するためアルゴンガスや窒素ガスが好ましいものである。
そして、該不活性高圧ガスのガス圧は０．２〜１５ＭＰａとするものであって、１ＭＰａが最適である。即ち、不活性高圧ガスのガス圧が０．２ＭＰａ未満であると中空一体成形品の成形品の製造に時間が掛かりすぎ作業効率が低下してしまい、また該ガス圧が１５ＭＰａ超であると使用する不活性高圧ガスの使用量大きくなりすぎ、中空一体成形品の成形コストがかかりすぎものとなる。
【００１１】
さらにブロー成形に際しての金型又は成形材の加熱温度は成形材の上板及び下板をなす超塑性金属の超塑性温度域、即ち３００℃以上５５０℃以下が適当である。即ち、該金型又は成形材の加熱温度が３００℃未満であるとブロー成形における成形材の膨張速度が遅くなり作業効率が低下するものとなり、また加熱温度を５５０℃超であると、成形材の材料特性が劣化するため構造部材として使用することが不適当となる上、成形材内に空洞（キャビティ）が発生して機械的特性が低下するものとなる。
【００１２】
そして第１の特徴を踏まえて、第２の特徴として、上記熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法において使用される金型は、凹部内で外部に通じる排気孔を穿設するオス型金型及びメス型金型よりなり、該オス型金型ではその中央部において開口部と面一となるように形成される台部の頂部に不活性高圧ガスを供給するガス供給孔が通じる凹陥部を配設するものである。
【００１３】
そのため、金型内において前記成形材が膨張するに際して、金型の凹部と成形材の間の空気は金型をなすオス型金型及びメス型金型の凹部内において外部に連通するように穿設された排気孔より排出される。その結果、金型の内面が複雑な形状であっても成形材は該金型の内面に沿って円滑に膨張するので、正確に中空一体成形品を成形することができる。
【００１４】
また第１の特徴を踏まえて、第３の特徴として、上記熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法において使用される成形材は、超塑性金属からなる上板及び下板を積層した上、その周縁を一体に封止して接合部とするとともに、該上板において接合部範囲内に内部に連通するようにガス吸入孔を穿設してなるものである。
【００１５】
そのため、単純な形状のガス吸入孔のみを成形材を形成する上板に穿設するだけで足りるので、従来の成形材のように成形材を膨張させるための不活性高圧ガスの漏出を防止するための複雑な気密構造は不要とすることができる。
【００１６】
ここで、成形材をなす上板又は下板は超塑性金属とするものであるが、具体的には超塑性特性を示すチタン合金系、又はステンレス鋼系合金の他、Ａｌ合金、即ちＡｌ−Ｚｎ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｌｉ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ系等が挙げられ、特に超塑性金属としてＡｌ合金を用いる場合には、ＪＩＳ  ５０８３Ａｌ合金板が好ましいものである。
更に成形材に穿設されるガス吸入孔の面積は、成形材を膨張させる不活性高圧ガスの成形材の内部への圧入を円滑に行えるように、該成形材とともに密閉空間を形成するオス型金型の凹陥部における開口部の面積を１００とした場合に５〜１００とすることが望ましいものである。即ち、ガス吸入孔の面積をオス型金型の凹陥部における開口部の面積１００に対して５未満とすると、成形材のガス吸入孔より成形材内部に圧入する不活性高圧ガスの圧力が強すぎて成形材全体を撓ませてしまうため、不活性高圧ガスはオス型金型の凹部内の排気孔より排出されてしまい、ブロー成形を行うことができないものである。
【００１７】
また、上板と下板とからなる成形材において周縁に形成される接合部は、金型を構成するオス型金型及びメス型金型の間において挟持して塑性変形させて封止する挟持法の他、摩擦撹拌接合法、溶接法、及び圧着法により接合部を形成するものであっても良いものである。
また前記成形材の周縁の封止は、金型内において成形材をなす上板及び下板を挟持固定した後に接合部を形成してなるものの他に、金型において挟持固定するにあたり予め上板と下板とを積層した上でその周縁を接合して接合部を形成してなるものであっても良いものである。
【発明の効果】
【００１８】
本願発明は、熱間ブロー成形により中空一体成形品を製造するにあたり、金型内において形成される密閉空間から成形材のガス吸入孔へ不活性高圧ガスを内部に圧入して膨張させると同時に、金型の凹部と成形材の間の空気を排気孔より排出するため、まず成形材自体の構成を簡易なものとすることができ、更に該成形材を簡易且つ確実に、しかも迅速に中空一体成形品に成形できるので、作業効率を高め製造コストの低減を図ることができる優れた効果を有するものである。
【００１９】
以下において、本願発明の実施例について説明する。
なお、この実施例は、本願発明の好ましい一実施態様を説明するためのものであって、これにより本願発明が制限されるものでない。
【実施例】
【００２０】
本願発明である熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法による熱間ブロー成形装置１は、ヒーター（図示せず）を内蔵する金型２と、該金型２に対して不活性高圧ガス７を断続して供給可能としてなる不活性高圧ガス供給装置（図示せず）から構成されるものである
【００２１】
ここで、上記熱間ブロー成形装置１において使用される金型２は、オス型金型３及びメス型金型４より構成されるものである。
まず、該オス型金型３においてはその内面において外部に後述の凹部３ａと成形材５の間の空気８を排出する排気孔３ｂを穿設する凹部３ａを設けるとともに、該オス型金型３の中央に開口部３ｄと面一となるように円錐状の台部（以下、「円錐台部」とする。）３ｃを設けた上で不活性高圧ガス７を圧入する不活性高圧ガス供給装置に通じるガス供給孔３ｆと通じる凹陥部３ｅを配設するものである。なお、該オス型金型３の周縁には後述する成形材５の周縁を封止するために使用される周縁封止用ビード３ｇが周設されているものである
そして、メス型金型４においては、その内面において外部に後述する凹部４ａと成形材５の間の空気８を排出する排気孔４ｂを穿設する凹部４ａを設けてなるものである。なお、該メス型金型４の周縁には前記成形材５の周縁を封止するため前記オス型金型３の周縁封止用ビード３ｇに対応する凹溝４ｄが周設されているものである。
【００２２】
また、本願発明である熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法において使用される成形材５は、超塑性金属からなる上板５ａ及び下板５ｂを積層した上、その周縁を一体に封止して接合部５ｃを形成するととともに、該上板５ａにおいて接合部５ｃ範囲内に内部と連通するようにガス吸入孔５ｄを穿設してなるものである。
【００２３】
そこで、本願発明である熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法による熱間ブロー成形装置１において中空一体成形品９は次のようにして製造するものである。
即ち、熱間ブロー成形装置１において、不活性高圧ガス供給装置にガス供給孔３ｆを介して通じる金型２をなすオス型金型３及びメス型金型４の間に前記オス型金型３内に形成された円錐台部３ｃに配設された凹陥部３ｅの開口部３ｈと、成形材５の上板５ａに穿設されたガス吸入孔５ｄが合致するように成形材５を挟持固定する。
その結果、前記オス型金型３の凹陥部３ｅと該凹陥部３ｅと合致するガス吸入孔５ｄを穿設してなる成形材５の上板５ａとで密閉空間６を形成するものとなる。
そして上記成形材５を予め金型２内に内蔵するヒーターにより超塑性温度域まで加熱すると、成形材５の周縁においてはオス型金型３の周縁に周設される周縁封止用ビード３ｇとメス型金型４の凹溝４ｄによって接合部５ｃが形成され、成形材５の周縁は封止される。
その上で前記金型２内においてオス型金型３及び成形材５の上板５ａとで形成される密閉空間６内にガス供給孔３ｆを介して不活性高圧ガス７を供給し、前記成形材５のガス吸入孔５ｄより不活性高圧ガス７を成形材５の内部に圧入することによって成形材５は膨張する。
その結果、金型２内で膨張する成形材５は、周縁に接合部５ｃを形成し、該金型５の内面に沿って確実に密着して金型２をなすオス型金型３及びメス型金型４の凹部３ａ、４ａに応じた凸部９ａ、９ｂを有する中空一体成形品９に成形される（図５参照）。
このとき前記金型２をなすオス型金型３及びメス型金型４の各々凹部３ａ、４ａと成形材５の間の空気８は該オス型金型３及びメス型金型４の各々の排気孔３ｂ、４ｂから外部へ排出されるものとなる。
【００２４】
そこで、実際に以下の条件の下で中空一体成形品９を製造した。
まず、成形材５として、積層する上板５ａ及び下板５ｂには、板厚１ｍｍのＪＩＳ  ５０８３−Ｈ１８アルミニウム合金を４００ｍｍ角に切断したものを用い、該上板５ａの中央部にはφ１０ｍｍの円状のガス吸入孔５ｄを穿設した。
そして、熱間ブロー成形装置１における金型２に次のようになっている。
即ち、オス型金型３は、周縁に沿って成形材５の周縁を封止するための周縁封止用ビード３ｇを周設してなり、その凹部３ａ内は、深さが２０ｍｍ、開口部３ｄの縦横が３００×３００ｍｍの縦断面台形形状であって、該開口部３ｄの中央部において該開口部３ｄと頂部３ｉが面一になる頂部直径がφ６０ｍｍ、底部直径がφ８０ｍｍ、及び高さが２０ｍｍの円錐台部３ｃが形成されている。そして該円錐台部３ｃの頂部３ｉの中央部にφ２０ｍｍ、深さ１０ｍｍの凹陥部３ｅを形成し、該凹陥部３ｅ内にはガス供給孔３ｆが通じているものである。
またメス金型４は、周縁に沿って成形材５の周縁を封止するためのオス型金型３の周縁に周設されている周縁封止用ビード３ｇに対応する凹溝４ｄを周設してなり、深さが４０ｍｍ、開口部４ｃの縦横が３００×３００ｍｍの縦断面台形形状としてなるものである。
そして、上板５ａと下板５ｂとを積層してなる成形材５を熱間ブロー成形装置１のメス型金型４の開口部４ｃ側に載置するとともに、成形材５の上板５ａに穿設されたガス吸入孔５ｄとオス型金型３の円錐台部３ｃにおいて形成された凹陥部３ｅの開口部３ｈとが合致するように、オス型金型３の頂部３ｉに形成する凹陥部３ｅの開口部３ｈ側を上板５ａに密着するように設置して挟持固定した。その結果、オス型金型３の円錐台部３ｃの頂部３ｉは成形材５の上板５ａに密着し、円錐台部３ｃの凹陥部３ｅは成形材５の上板５ａとともにオス金型３の凹部３ａと隔絶され密閉空間６を形成する。
その上で金型２により成形材５も含めて５００℃まで加熱するとともに、該成形材５の周縁をオス型金型３の周縁封止用ビード３ｇとメス型金型４の凹溝４ｄとで変形させて接合部５ｃを形成することによって封止した。
その後、不活性高圧ガスのガス圧を１ＭＰａ、成形時間を１０分間とする成形条件の下、上記周縁を封止した成形材５に対して熱間ブロー成形を行った。
その結果、金型２内においては上板５ａはオス型金型３の凹部３ａの内面に、下板５ｂはメス型金型４の凹部４ａの内面に密着するように膨張した結果、所定形状の中空一体成形品９が成形され、本願発明の効果は確認された。
この際、オス型金型３の凹部３ａ及びメス型金型４の凹部４ａと成形材５の間の空気８がオス型金型３の排気孔３ｂ及びメス型金型４の排気孔４ｂから排出されることも確認された。
【００２５】
なお、上記本願発明である熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法に対する比較例として、以下のような諸条件の下で熱間ブロー成形装置１により熱間ブロー成形を行い各々比較検討した。
即ち、オス型金型３の開口部３ｄの中央部に円錐台部３ｃが形成されていない場合、オス型金型３の排気孔３ｂから不活性高圧ガス７は排出されてしまい成形材５のブロー成形を行うことはできず（比較例１）、成形材５を構成する上板５ａにガス吸入孔５ｄが穿設されていない場合、一旦成形材５はメス型金型４方向に撓むものの、成形材５が撓むことで円錐台部３ｃと成形材５との間に形成される空隙を通じて不活性高圧ガス７はオス金型３の排気孔３ｂから排出されてしまい成形材５のブロー成形を行うことができず（比較例２）、オス型金型３における開口部３ｄの中央部の円錐台部３ｃに形成される凹陥部３ｅの開口部３ｈ内から成形材５の上板５ａに穿設されるガス吸入孔５ｄとの位置がずれている場合、一旦成形材５はメス型金型４方向に撓むものの、成形材５が撓むことで円錐台部３ｃと成形材５との間に形成される空隙を通じて不活性高圧ガス７はオス金型３の排気孔３ｂから排出されてしまい成形材５のブロー成形を行うことができず（比較例３）、オス型金型３における開口部３ｄの中央部の円錐台部３ｃに形成される凹陥部３ｅと成形材５のガス吸入孔５ｄとの位置は一致しているものの、該ガス吸入孔５ｄの直径が小さすぎる場合、一旦成形材５はメス型金型４方向に撓むものの、成形材５が撓むことで円錐台部３ｃと成形材５との間に形成される空隙を通じて不活性高圧ガス７はオス金型３の排気孔３ｂから排出されてしまい成形材５のブロー成形を行うことができず（比較例４）、またオス型金型３における開口部３ｄの中央部の円錐台部３ｃの頂部３ｉと成形材５を構成する上板５ａとが密着せず空隙が発生している場合、金型２内に供給された不活性高圧ガス７は上板５ａのガス吸入孔５ｄにより成形材５の内部に圧入されず、該空隙を通じてオス型金型３の排気孔３ｂより排出されてしまい成形材５のブロー成形を行うことができないものである（比較例５）。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本願発明は、熱間ブロー成形により中空一体成形品を製造するにあたり、単純な形状のみならず複雑な形状の中空一体成形品を製造することにも広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本願発明の熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法による熱間ブロー成形装置の断面図である。
【図２】本願発明の熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法による中空一体成形品の製造工程を示す断面図である。
【図３】本願発明の熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法において使用する成形材の斜視図である。
【図４】本願発明の熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法において使用する（イ）オス型金型及び（ロ）メス型金型の開口部方向よりの正面図である。
【図５】本願発明の熱間ブロー成形による中空一体成形品の製造方法による中空一体成形品の斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  熱間ブロー成形装置
２  金型
３  オス型金型
３ａ  凹部
３ｂ  排気孔
３ｃ  円錐台部
３ｄ  開口部
３ｅ  凹陥部
３ｆ  ガス供給孔
３ｇ  周縁封止用ビード
３ｈ  開口部
３ｉ  頂部
４  メス型金型
４ａ  凹部
４ｂ  排気孔
４ｃ  開口部
４ｄ  凹溝
５  成形材
５ａ  上板
５ｂ  下板
５ｃ  接合部
５ｄ  ガス吸入孔
６  密閉空間
７  不活性高圧ガス
８  空気
９  中空一体成形品
９ａ、９ｂ  凸部
【図１】
2010046673.tif 000003
【図２】
2010046673.tif 000004
【図３】
2010046673.tif 000005
【図４】
2010046673.tif 000006
【図５】
2010046673.tif 000007