(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成形超塑性材を上下一組の金型間で流体圧の印加により成形する超塑性成形装置において、基台上に固定保持されている下金型と、該下金型の外側の基台上に垂設された支柱と、該支柱の上部に少なくとも成形中は該支柱に剛に固定可能に設けられた上金型ホルダーと、該上型ホルダーに固定保持された上金型と、前記支柱の下面と基台との間に上面又は下面の少なくとも一方にスロープ面を有し、該スロープ面の滑動により横方向に進退可能に挟持された当接片と、該当接片を進退させるアクチュエータからなり、該当接片の進退により支柱を介して前記上金型を昇降されることを特徴とする超塑性成形装置。
【請求項２】
上下一組の金型が相対する平面又は曲面からなることを特徴とする請求項１記載の超塑性成形装置。
【請求項３】
当接片を進退させるアクチュエータが回転駆動軸の一端側に当接片が接続され、他端側にクラッチ機構及び減速機を介して電動機が接続された構成からなる請求項１又は２に記載の超塑性成形装置。
【請求項４】
当接片の進退方向に対して左右の支柱の下面と基台との間に挟持される当接片が連結アームにより一体に接続されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超塑性成形装置。
【請求項５】
当接片の進退方向に直列に垂設された複数の支柱の下面と基台との間に単一の共通当接片を挟持してなる請求項１〜４のいずれかに記載の超塑性成形装置。
【請求項６】
当接片の進退方向に直列に垂設された複数の支柱の下面と基台との間に夫々当接片を有し、各当接片を単一の回転駆動軸に接続してなる請求項１〜４のいずれかに記載の超塑性成形装置。
【請求項７】
基台の上面及び／又は支柱の下面に上記当接片を進退可能に滑動させる案内板を固定してなる請求項１〜６のいずれかに記載の超塑性成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術】
この発明は、流体圧による超塑性材の成形特にロールボンドパネル製品の成形に好適な改良された成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温に過熱した金属板に特定の歪速度で引張りを与えた場合に、局部変形（ネッキング）を生ずることなく著しく大きい伸びを示す超塑性材が開発されて久しい。例えばアルミニウム合金では、１９７０年代英国で開発されたスプラール（Ａｌ−（Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｇ）−Ｚｒ系）を初めとしていずれも微細結晶組織からなるＡｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系（ＡＡ７０７５合金）、連続鋳造圧延等の急速冷却凝固方式で製造されるＡｌ−Ｚｎ−Ｃａ合金板等が知られている。
【０００３】
また、上記の合金であっても超塑性の発現には不十分なサイズの結晶粒組織を有する板体を出発材とし、変形の過程において動的歪再結晶を生起させ、微細再結晶粒組織を形成しつつ超塑性変形させる方法も知られている。
【０００４】
超塑性合金板の流体圧による成形法は、大別して２つの類型に区分される。すなわち（Ａ）板材の片面を加圧し、他面にも弱い背圧を与え調整された差圧下に他面をキャビティ内面の金型に押圧成形するものと、（Ｂ）複数の板材のクラッド板の間に加圧流体を導入して膨張成形するものである。さらにこれを装置の面から類別すると、後者は相対する平行な平面または曲面からなる金型の間において膨張成形する方式と、少なくとも一方がキャビティを有する金型の間において膨張成形する方式とに分けられる。
【０００５】
上記の成形方式の代表例は、（Ａ）では特公平１−５７９６８号に開示される方式で、キャビティを有する金型間に挟持（クランプ）した板材両面に特定の流体圧を印加し、キャビテーションを減少して成形する方式である。（Ｂ）では特公平１−４７２８０号に開示される方式で、少なくとも一方に離散的なキャビティを有する２つの相対する金型の間に２枚の板材を挟持し、板材の間に流体圧を導入し、キャビティのある位置では膨出させて中空とし、無い位置では拡散接合を同時に行ういわゆる一体化成形を行う方式である。また特開平４−２７００１８号に例示される平面金型間のロールボンド成形、あるいは特開平５−２１２５６２号の実施例１に見られるようにクラッド板の非圧着部に気体圧を導入するフリーのバルジ成形によって非圧着部分の両面を膨出させる方式等が知られている。
【０００６】
上記した成形方式には、原理上必然の要件として、流体圧による膨出に伴う成形体の膨張圧力と金型間圧力（金型レベル）を調和させることが重要な課題である。
【０００７】
上記のごとき超塑性成形方式に対して、従来一般に採用されている金型に対する加圧手段は、図７に示されるように上下金型の一方または双方を昇降及び加圧可能に設けた油圧シリンダータイプのものである。図において１８が油圧シリンダーである。油圧装置は高圧力発生装置として各種産業機器に普及していることからこの種の装置にも例外なく適用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の超塑性成形において用いられている油圧シリンダーあるいはニューマチックシリンダー等の流体圧装置は、その構造、機能に由来して次のような問題がある。すなわち（１）昇降の起動又は停止の際瞬時の反動（クッション現象）があり、前記（Ａ）におけるクランプ部分のシール性を損なうし、（Ｂ）においては、直ちに成形品の歩留低下につながる。すなわち成形完了時に膨出成形体の内圧を先に減圧すると外部から押されて成形体が押しつぶされ、また逆に外部の油圧を先に減圧すると内圧によって膨出してしまい求める形状の成形体が得られない。
【０００９】
さらに（２）金型の微小なレベル調整、昇降速度制御が困難である。（３）流体圧装置は高温の超塑性成形装置の一部として構成されており、高圧の油圧系のシール維持が困難であり、油漏れによる成形不能が生ずるばかりでなく油火災の危険が常時内在している。特に車両、航空機等の構造部材あるいは扉等の大型製品の成形にはそれ相応の高圧油圧装置が必要となりこの問題は大きい。（４）装置として大型であり、また高価であることも欠点である。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは前記した超塑性合金板等の超塑性材の流体圧による成形における、金型昇降機構を改良して前記した上下の金型間における成形体の膨張圧力と金型間圧力（金型レベル）を調和させることによって超塑性成形加工の歩留り向上、生産性の改善を図ることができる超塑性材の成形装置を提供することにある。
【００１１】本発明の別の目的は、従来の油圧シリンダー等高圧可燃物を高温炉付近において作動させる方式の装置に内在していた油火災等の危険を排除し、安全な生産環境を形成する改良された装置を提供することにある。さらに装置の占有容積が小さくて済み、装置価格が従来のものに比して低廉で済むことも目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記したような課題を解決すべく種々の装置の試作及び実験を重ねた結果、下金型は基台上に固定し、基台上の支柱を独特の機構により昇降させ、支柱上のホルダーに保持されている上金型を昇降させることによって前記の課題を解決し得ることを見出し、この発明をなすに至ったものである。
【００１３】
すなわち、本発明は被成形超塑性材を上下一組の金型間で流体圧の印加により成形する超塑性成形装置において、基台上に固定保持されている下金型と、該下金型の外側の基台上に垂設された支柱と、該支柱の上部に少なくとも成形中は該支柱に剛に固定可能に設けられた上金型ホルダーと、該上型ホルダーに固定保持された上金型と前記支柱の下面と基台との間に上面又は下面の少なくとも一方にスロープ面を有し、該スロープ面の滑動により横方向に進退可能に挟持された当接片と、該当接片を進退させるアクチュエータからなり、該当接片の進退により支柱を介して前記上金型を昇降されることを特徴とする超塑性成形装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施例に基づき本発明の超塑性成形装置について具体的に説明する。
図１〜図３は同一の成形装置を示すもので、図１は図２のＢ−Ｂ’断面矢視図、図２は図１のＡ−Ａ’断面矢視図、図３は図２のＣ−Ｃ’断面矢視図である。なお、成形装置には当接片を駆動させる同じアクチュエーターが左右両側に接続されているが、図２、図３では一方のアクチュエーターを示し、他方のは省略してある。
【００１５】
これらの図において、１は上金型で上金型ホルダー４に固定保持されている。上金型には超塑性材（板）７を成形温度に加熱するためのヒーター１ａが内蔵されている。下金型２は基台３上に固定保持され、上金型同様超塑性材を加熱するヒーター２ａが内蔵されている。上金型ホルダーには支柱５が少なくとも成形中は剛に固定され、金型の外側の基台上に垂設されている。
【００１６】
支柱５の下面には案内板６ａ、当接片６ｂが設けられ、これらはスロープ面６で面接触し、その面が当接片の進退の際滑動する。そして案内板と当接片は支柱の下面と基台間に挟持される。超塑性板７は図では７ａ、７ｂのクラッド板（合せ板）からなり、圧着部７ｃにより周辺がシールされている。超塑性板は図示のものは二枚のクラッド板であるが、これをさらに多く例えば三枚のクラッド板を離散的に圧着し、非圧着部分に空気等の加圧流体を送入して膨張させ、中間の板材を中空成形体のリブとした成形方法ももちろん可能である。また図示の金型は成形面が平面であるが、その一方あるいは双方を曲面としたり、さらに成形面に離散的なキャビティを設けることもできる。
【００１７】
超塑性板の膨張成形は圧着部７ｃに設けた空気導入口８に配管９を接続し、高圧空気を超塑性板の間に送入して行われる。１０はそのバルブ、１１は圧力計である。成形に際しては上金型の上昇温度と高圧空気による膨張速度を調和させることが重要であり、超塑性板が金型面に絶えず接触した状態を維持するようにする。
【００１８】
このため本発明の成形装置では支柱を独特な手段により昇降させ、これによって上金型の昇降における従来のような反動的な動きを伴うことなく連続的な微調整を可能としたものである。支柱の昇降はスロープ面６を有する当接片６を横方向に進退させることによって行われる。当接片を進退させるアクチュエータは図２、図３に示す構成からなっている。図において１４はボールネジを有する回転駆動軸で、その一端は固定軸受１２に回転駆動軸の移動を防止し、かつ回転可能に係支される。回転駆動軸には連結アーム１３ａを固定している可動軸受１３が螺合され、連結アームの両端には先端が当接片に固定されたアーム１３ｂが取り付けられている。回転駆動軸の他端はクラッチ１６、電動機１７を備えた減速機１５に接続されている。この構成によれば回転駆動軸の回転により可動軸受が進退し、それに伴ってアームにより当接片を進退させることができる。
【００１９】
当接片の進退による金型間の圧力制御及び金型の昇降速度制御はクラッチ機構及び減速機を介して接続されている電動機により行われる。電動機の始動は例えば無負荷で行い、動力伝達は断続的にクラッチにより行う。クラッチは接続が円滑、遮断が確実容易、慣性モーメントが小さいものが得られるので、本発明の装置の作動に適する。特に液体、粉体等の流体クラッチは摩擦力による動力伝達であり、本発明の装置において好適な作用をもたらすので好ましく、なかでも粉体クラッチが特に好ましい。電動機及び粉体クラッチによる当接片の移動速度の調整は例えば粉体クラッチのトルクは最大限に設定しておき、電動機の回転数を調整する方法やあるいは電動機の回転を一定としクラッチを調整して駆動軸の回転を制御する等により行うことができる。
この場合成形中の膨張速度（例えばｍｍ／ｍｉｎ）は、変位計又は回転計等により検知することができるので、電動機の回転数と膨張速度を組合せることができる。
【００２０】
本装置における被成形超塑性材は平板に限定されるものではなく、各種の予備成形を経て成形する場合を含む。例えば大型の粗成形を別途実施し、細部成形を本装置によって行うごとき場合である。
本発明の装置は、前記したように種々の成形方式に適用できるが、なかでもクラッド板、特に板間の特定区域に非圧着部分を有するロールボンド用クラッド板に加圧流体を導入して膨張成形する方式で、上下金型が相対する平面である場合に特に優れた効果を発揮する。
【００２１】
本発明の装置において、金型の出入、交換、成形製品の取り出し、ヒーター交換等は慣用の昇降手段が適用される。具体例としては、上金型１の上方に設ける上型ホルダー４は、少なくとも上記成形中は剛に固定可能に設けられ、成形中以外は支柱と切り離してあるいは支柱と共に上方又は横方向に外され、あるいは跳ね上げて解放される。そして上記物品の装着、出入には図示してないクレーンやホイスト等の懸垂移動機構等が使用され、また横方向軌条に載荷されて引き出される。
【００２２】
次に本発明の成形装置における当接片の挾持方式の種々の態様について説明する。
図４は各支柱の下面に夫々当接片を挾持した場合で、図の（ａ）は前記図１〜３に示すものと同一であり、下面にスロープを有する案内板６ａを支柱５の下面に固定し、上面が上記と同じスロープを有する当接片６ｂを基台３と上記案内板の間に挾持した構成からなっている。当接片は上記スロープ面及び基台面を滑動し、横方向に進退する。図４の（ｂ）は基台上に案内板６ａを固定し、当接片をこの案内板と支柱下面との間に挾持し、横方向に進退させる構成である。（ｃ）は支柱の下面と基台上面にそれぞれ案内板を固定し、その間に当接片を挾持したものである。以上は当接片の一方の面にスロープ面を形成した例であるが、図４の（ｄ）は上面及び下面にスロープを有する当接片を上下の案内板の間に挾持した例である。これらの例において案内板を設けることによって当接片の進退が円滑に機能する。
【００２３】
なお、上記の構成において当接片の進退に伴う支柱の横揺れを防止するため必要により、支柱の側面に支柱の昇降を防げない支持材を設けたり、また当接片を偏りなく進退させるため当接片の側面に案内板を設けることができる。
当接片はその滑動面が平滑であればそのままでも使用可能であるが、さらに円滑に進退させるため当接片の滑動面に二硫化モリブデン、窒化ホウ素、黒鉛等の潤滑材を介在させることは有効である。当接片及び案内板は例えば工具鋼、構造用特殊鋼等の材質のものが用いられる。当接片のスロープ面の傾斜角度は実施例では１０ないし３０分の１（両面スロープではその合計）であったが、この数値はアクチュエータの電動機の必要なトルクにも影響のある因子であり、超塑性合金材等の成形特性、成形体の形状、寸法とも関連して設計される。
【００２４】
図５に示すものは進退方向に直列に垂設された二つの支柱の下面に単一の共通当接片を挾持した例である。図において６ｂが共通の当接片、６ａが共通の案内板である。同様に対向する側にも当接片、案内板が挾持され、両方の当接片が図２〜３と同様アームにより連結され、一つのアクチュエータに接続される。この構成によれば各支柱間に昇降のアンバランスを生ずることがなく、容易に精度よく昇降の操作を行うことができる。
【００２５】
図６に示すものは進退方向に直列に垂設された各支柱の当接片を一つの回転駆動軸により進退させる例である。回転駆動軸１４は二つの当接片６ｂの中を貫通螺合されている。図示の構成は二つの当接片は共に内側に進行、外側に後退する方式であり、そのため当接片６ｂと回転駆動軸との螺合１４ａ，１４ｂは正・逆方向のネジとなっている。なお、二つの当接片は同一方向に進退させることも可能である。この場合は夫々の当接片と回転駆動軸との螺合のネジの方向、当接片と案内板の配置の態様も左右同一となる。
【００２６】
本発明の超塑性成形装置は支柱の下面に設けた当接片をクラッチ機構と減速機に接続された回転駆動軸により進退させることができ、これに追従して支柱を昇降させ、それによって上金型の昇降を行う構成となっているため、上金型の昇降レベル、昇降速度及び金型間の圧力の微調整が可能である。
さらに重要な作用は、前記スロープ面を有する当接片及び回転駆動軸を含む昇降機構が適度なフリクションを有しているため、金型間に印加される流体圧をもととし、上金型の昇降はこれに追従して柔軟に作動されることができること、従来の油圧シリンダー方式等に内在した不安定なクッション現象は本質的に排除されていることである。
【００２７】
このような作用は、前記上下一組の金型が、いずれもキャビティを有さず、相対する平面または曲面からなる装置において、該金型間に挾持されたクラッド板の間に流体圧を導入して膨張成形する方式において、特に有用なものである。
すなわちこの方式においては、膨張成形は流体圧によるところが支配的であり、上金型はこれに追従し、しかも常に成形体外面のほぼ全面に接触して局部膨張等の不均一成形を抑止しながら成形に見合う速度で上昇させることが重要であること、またこの種の超塑性成形はプレス成形等とは異なり、長時間を要して緩慢に塑性変形することが特徴であり、このような緩慢な変形過程に異常なく対応することが必須要件であるが、上記の成形方式はこれに良く適合するからである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、上下金型の間に被成形超塑性材を配置して流体圧により成形する装置であって、下金型を固定し、支柱の下面と基台との間にスロープ面を有する当接片を挾持し、スロープ面の滑動により当接片を横方向に進退させて支柱を昇降させ、これによって支柱上のホルダーに固定されている上金型を昇降させる構成となっているため、前記したように上金型を柔軟に作動させることができ、上金型の昇降レベル、昇降速度及び金型間の圧力の微調整が可能である。
【００２９】
本発明の装置は、このような特性を具備する故に、前記上下一組の金型が、いずれもキャビティを有さず、相対する平面からなる装置において、該金型間に配置されたクラッド板の間に流体圧を導入して膨張成形する方式において特に有用なものであるが、一方もしくは双方にキャビティを有する金型による成形にも適用は可能である。
本発明の装置のおいては膨張成形は流体圧によって支配的になされ、上金型はこれに追従し、しかも成形体外面にフリクションを介して接触し、局部膨張等の不均一成形を抑止しながら成形に見合う速度で上昇することが必須要件であるが、本装置はこれを十分に満足している。
【００３０】
さらに本発明の装置は、従来の油圧シリンダーによる装置の内在している高圧油圧装置の油漏れ火災等の危険が完全に解消され、しかも高価な油圧装置を必要とせず、小型で安価な装置構造が提供される。
上記したように本発明は、製品歩留りを改善して生産性を向上し、しかも作業環境の油火災等の災害を排除し、装置は小型で廉価であるから従来の技術的課題をことごとく解決し、この産業分野に対する貢献は大きいものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超塑性成形装置の一例を示すもので、図２のＢ−Ｂ’断面矢視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面矢視図（他方の当接片の駆動装置は省略）である。
【図３】図２のＣ−Ｃ’断面矢視図（他方の当接片の駆動装置は省略）である。
【図４】本発明の超塑性成形装置における支柱下面と基台の間に挾持された当接片の種々の態様を示す部分断面図である。
【図５】本発明の超塑性成形装置の他の例を示す断面図（当接片の駆動装置は省略）である。
【図６】本発明の超塑性成形装置のさらに他の例を示す断面図（当接片の駆動装置は省略）である。
【図７】従来の超塑性成形装置の断面図である。
【符号の説明】
１  上金型
１ａ  ヒーター
２  下金型
２ａ  ヒーター
３  基台
４  上金型ホルダー
５  支柱
６  スロープ面
６ａ  案内板
６ｂ  当接片
７ａ  超塑性板
７ｂ  超塑性板
７ｃ  圧着部
８  空気導入口
９  配管
１０  バルブ
１１  圧力計
１２  固定軸受
１３  可動ネジ軸受
１３ａ  連結アーム
１３ｂ  アーム
１４  固定駆動軸
１４ａ  正ネジ
１４ｂ  逆ネジ
１５  減速機
１６  クラッチ
１７  電動機
１８  油圧シリンダー
【図１】
0003558773.tif 000002
【図２】
0003558773.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003558773.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003558773.tif 000007
【図７】
0003558773.tif 000008