(57)【要約】【課題】この発明の目的は、中空の張り出し部を備えた製品を容易に効率良く軽量に製造可能にし、上記製品の使用中に外力により張り出し部が分離し強度低下を生じさせない、テーラードブランク超塑性成形方法を提供することである。【解決手段】この発明の方法は：超塑性材料の第１の部材１２の平面の所望個所に重複された所望形状の非超塑性材料の第２の部材１４の周縁を上記平面に一体的に固定し、第１の部材の上記所望個所と重複された第２の部材との間の隙間に連通する貫通孔１４ａを設けて、テーラードブランク１０を準備する工程；テーラードブランクを超塑性成形型の型空間内で超塑性成形して第１の部材の上記所望個所を重複されている第２の部材から遠ざけるよう張り出させ型空間の内表面の所望形状に従い所望の張り出し形状にさせる工程と；を備えている。【選択図】      図２
2005329426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超塑性材料の第１の部材の平面の所望の個所に所望の形状の非超塑性材料の第２の部材を重複させ、上記第２の部材の周縁の少なくとも一部を上記第１の部材の上記平面に一体的に固定し、そして上記第１の部材の上記平面の上記所望の個所と上記所望の個所に重複された上記第２の部材との間の隙間に連通する外部連通手段を設ける、ことによりテーラードブランクを準備するテーラードブランク準備工程と；
テーラードブランク準備工程において準備されたテーラードブランクを超塑性成形型の型空間に導入し、超塑性成形型の型空間内で超塑性成形して上記第１の部材の上記所望の個所を上記所望の個所に重複されている第２の部材から遠ざけるよう張り出させ上記型空間の内表面に形成されている所望の形状に従い所望の張り出し形状にさせる超塑性成形加工工程と；
を備えていることを特徴とするテーラードブランク超塑性成形方法。
【請求項２】
上記第１の部材は所定のシート形状を有していて、上記第２の部材も所定のシート形状を有しており、上記第２の部材の周縁は所定の一部のみを残して上記第１の部材の上記平面に一体的に固定されて上記所定の一部が上記外部連通孔として構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のテーラードブランク超塑性成形方法。
【請求項３】
上記第１の部材は所定のシート形状を有していて、上記第２の部材も所定のシート形状を有しており、上記第２の部材には上記隙間に連通する貫通孔が形成されていて、上記貫通孔が上記外部連通孔として構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のテーラードブランク超塑性成形方法。
【請求項４】
上記一体的な固定を拡散接合により行なう、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のテーラードブランク超塑性成形方法。
【請求項５】
上記拡散接合は摩擦拡散接合である、ことを特徴とする請求項４に記載のテーラードブランク超塑性成形方法。
【請求項６】
前記第２の部材は細長いシート形状である、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のテーラードブランク超塑性成形方法。
【請求項７】
前記第２の部材は格子状のシート形状である、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のテーラードブランク超塑性成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、テーラードブランクを超塑性成形加工して所望の製品形状にするテーラードブランク超塑性成形方法に関係している。
【背景技術】
【０００２】
中空の張り出し部を有したパネル製品は重量の軽さと高い強度とを有しており、例えば航空機用パネル部品として使用されている。
【０００３】
従来の中空の張り出し部を有したパネル製品は、所望の平面形状のシート状の第１の部材と、所望の横断面形状の張り出し部を有するよう例えばプレス加工により前加工された所望の平面形状のシート状の第２の部材と、が相互に独立して準備され、次に、シート状の第１の部材の一平面に対して前加工されたシート状の第２の部材が重複され、そして前加工されたシート状の第２の部材においてシート状の第１の部材の一平面に対して接触する部分がシート状の第１の部材の一平面に対して例えばファスナー止めの如き公知の固定手段により固定される、ことにより製造されている。航空機の製造においては、航空機製造に使用される部品の材料が溶接困難材料或いは溶接不可能材料であることが多いことから例えばファスナー止めの如き公知の固定手段が多用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した如き従来の中空の張り出し部を有したパネル製品の製造方法では、所望の平面形状のシート状の第１の部材を準備する工程と、所望の横断面形状の張り出し部と所望の平面形状とを有するよう例えばプレス加工によりシート状の第２の部材を加工する工程と、シート状の第１の部材の一平面に対して、シート状の第１の部材の一平面に対して前加工されたシート状の第２の部材を重複させ上述した如く前加工されたシート状の第２の部材の上記接触する部分を例えばファスナー止めの如き公知の固定手段により固定する工程と、が相互に独立して行なわれ、製造効率が余り良くなかった。
【０００５】
しかも、例えばファスナー止めの如き公知の固定手段によりシート状の第１の部材の一平面に対して固定された前加工されたシート状の第２の部材は、第１の部材の動きに対して十分追従することが出来ず、第１の部材が第２の部材に対して大きく相対的に動いた時に第１の部材に対する第２の部材の上記固定が破損し、従来のパネル製品の強度が大きく低下してしまうこともあった。そして上記固定の破損を防止するために上記固定を強固にすると、従来のパネル製品の重量が増加する。
【０００６】
この発明は上記事情の下でなされ、この発明の目的は、中空の張り出し部を備えた製品を容易に製造可能にして上記製品の製造効率を向上させるとともに、上記製品の使用中に上記製品が受ける外力により張り出し部が分離して強度低下を生じさせることがなく、しかも重量を軽量にすることが出来る、テーラードブランク超塑性成形方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明に従ったテーラードブランク超塑性成形方法は：
超塑性材料の第１の部材の平面の所望の個所に所望の形状の非超塑性材料の第２の部材を重複させ、上記第２の部材の周縁の少なくとも一部を上記第１の部材の上記平面に一体的に固定し、そして上記第１の部材の上記平面の上記所望の個所と上記所望の個所に重複された上記第２の部材との間の隙間に連通する外部連通手段を設ける、ことによりテーラードブランクを準備するテーラードブランク準備工程と；
テーラードブランク準備工程において準備されたテーラードブランクを超塑性成形型の型空間に導入し、超塑性成形型の型空間内で超塑性成形して上記第１の部材の上記所望の個所を上記所望の個所に重複されている第２の部材から遠ざけるよう張り出させ上記型空間の内表面に形成されている所望の形状に従い所望の張り出し形状にさせる超塑性成形加工工程と；
を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
このようなこの発明に従ったテーラードブランク超塑性成形方法においては、テーラードブランク準備工程において平面の所望の個所に所望の形状の非超塑性材料の第２の部材が重複され第２の部材の周縁の少なくとも一部が一体的に固定されている上記第１の部材の上記平面の上記所望の個所が、超塑性成形加工工程において上記所望の個所に重複されている第２の部材から遠ざけるよう張り出されて中空の張り出し部を備えるようになる。即ち、上述したようなこの発明に従ったテーラードブランク超塑性成形方法により製造された中空の張り出し部を備えた製品は、中空の張り出し部を含む大部分の領域が第１の部材により構成され、第２の部材は、第１の部材において張り出し部となった所定の個所において張り出し部の開口が第１の部材の上記平面に露出して中空の張り出し部の強度が低下するのを防止する為に、第１の部材において張り出し部となった所定の個所に縁の少なくとも一部を一体的に固定して上記開口の上記露出を防止しているに過ぎない。
【０００９】
従って、中空の張り出し部を備えた製品を容易に製造可能にして上記製品の製造効率を向上させるとともに、上記製品の使用中に上記製品が受ける外力により張り出し部が分離して強度低下を生じさせることがない。また、重量を軽量にすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の一実施の形態に従ったテーラードブランク超塑性成形方法を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
図１の（Ａ）には、上記テーラードブランク超塑性成形方法のテーラードブランク準備工程により準備されたテーラードブランク１０の斜視図が概略的に示されている。図１の（Ｂ）は、図１の（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿ったテーラードブランク１０の概略的な横断面図が示されている。
【００１２】
上記テーラードブランク準備工程では、超塑性材料の第１の部材１２の平面の所望の個所に所望の形状の非超塑性材料の第２の部材１４が重複される。
【００１３】
この実施の形態において、第１の部材１２は所定のシート形状を有しており、第２の部材１４もまた所定のシート形状を有している。より詳細には、第１の部材１２は略四角形の所定のシート形状を有しており、第２の部材１２は格子形の所定のシート形状を有している。
【００１４】
この実施の形態において、第１の部材１２の平面における第２の部材１４が重複される部分には、第２の部材１４の平面形状及び寸法と同じ平面形状及び寸法を有しているとともに第２の部材１４の厚さ寸法と同じ寸法の深さを有した凹所１２ａが形成されている。第１の部材１２の平面の所定個所の上記部分の凹所１２ａ中には、第２の部材１４が載置される。第２の部材１４の複数の個所には第２の部材１４の両平面間を貫く複数の貫通孔１４ａが予め形成されている。
【００１５】
第１の部材１２の平面の所定個所の上記部分の凹所１２ａ中に載置された第２の部材１４の周縁はその少なくとも一部分が第１の部材１２の平面に一体的に固定される。この一体的な固定は拡散接合により達成されることが好ましく、より好ましくは摩擦拡散接合により達成されることが好ましい。この実施の形態では、上述した一体的な固定は摩擦攪拌溶接法 （Friction Stirring Welding) により行なわれ、第２の部材１４の周縁の全部が第１の部材１２の平面に一体的に固定されている。図１の（Ａ）には、摩擦攪拌溶接法 （Friction Stirring Welding) の為の回転摩擦発生部材ＦＳＷＭが参考の為に示されている。
【００１６】
そして、この実施の形態において、第２の部材１４の複数の貫通孔１４ａは、第１の部材１２の上記平面の上記所望の個所と上記所望の個所に重複された第２の部材１４との間の隙間に連通する外部連通手段を構成している。
【００１７】
このようにしてテーラードブランク準備工程において準備されたテーラードブランク１０は、次に図２の（Ａ）中に示されている如く、超塑性成形型２０の型空間２０ａ中に導入され、型空間２０ａ中の所定の位置に配置される。
【００１８】
この実施の形態では、超塑性成形型２０の型空間２０ａの内表面において、型空間２０ａ中の所定の位置に配置されているテーラードブランク１０の第１の部材１２の上記平面とは逆の平面に対向した領域に、テーラードブランク１０から超塑性成形加工により成形される製品の所望の平面形状に従った型表面２０ｂが形成されていて、しかもこの型表面２０ｂはテーラードブランク１０の第１の部材１２の上記平面とは逆の平面において第２の部材１４に対応した部分に、第２の部分１４に対応した上記部分を所望の横断面形状を有した張り出し部に超塑性成形させるための張り出し型凹所２０ｃが形成されている。
【００１９】
超塑性成形型２０の型空間２０ａ中の所定の位置に配置されたテーラードブランク１０は、超塑性成形のために好適な所望の温度に加熱され、第１の部材１２の上記平面の側に超塑性成形のために好適な圧力Ｐが超塑性成形のために好適な時間だけ負荷されることにより、超塑性成形型２０の型空間２０ａ中で超塑性成形される。例えば上記好適な所望の加熱と上記好適な圧力は、型空間２０ａ中でテーラードブランク１０の第１の部材１２の上記平面の側の区域に、上記所望の温度に加熱され上記好適な圧力に加圧されている図示しない気体を導入することにより行なわれる。
【００２０】
このように、超塑性成形型２０の型空間２０ａ中で超塑性成形されたブランク１０は、図２の（Ｂ）中に示されているように、テーラードブランク１０の第１の部材１２の上記平面とは逆の平面が型空間２０ａの内表面の型表面２０ｂに押し付けられて型表面２０ｂの形状が転写される。しかも、型空間２０ａ中でテーラードブランク１０の第１の部材１２の上記平面の側の区域に上述した如く超塑性成形の為に導入された上記図示しない気体が、図２の（Ｃ）中に示されているように、第１の部材１２の上記平面において第２の部材１４が重複された上記所望の個所と上記所望の個所に重複された第２の部材１４との間の隙間に第２の部材１４において外部連通孔として機能する複数の貫通孔１４ａを介してさらに導入されることにより、テーラードブランク１０の第１の部材１２の上記平面において第２の部材１４が重複された上記所望の個所は、第２の部材１４から遠ざけられるよう型表面２０ｂの中の張り出し型凹所２０ｃの中にさらに張り出され、張り出し型凹所２０ｃの内表面に押しつけられて上記内表面に従った所望の張り出し形状が転写される。
【００２１】
上述した如き超塑性成形加工が終了し、第１の部材１２において上記平面とは逆の平面に超塑性成形型２０の型空間２０ａの内表面の形状が転写されるとともに第１の部材１２の上記平面において第２の部材１４が重複された上記所望の個所に型表面２０ｂの中の張り出し型凹所２０ｃの内表面の形状が転写されたテーラードブランク１０はパネル製品３０となる。パネル製品３０において第１の部材１２の上記平面において第２の部材１４が重複されていたが型表面２０ｂの中の張り出し型凹所２０ｃ中に張り出し張り出し型凹所２０ｃの内表面の形状に従い中空の所望の形状の横断面形状を有するようになった上記所望の個所は、所望の平面形状、この実施の形態では格子状の平面形状、の張り出し３０ａとなっている。
【００２２】
図２の（Ｄ）には、上述した如き超塑性成形加工が終了した後に超塑性成形型２０の型空間２０ａから取り出されたパネル製品３０の斜視図が概略的に示されている。超塑性成形型２０の型空間２０ａから取り出されたパネル製品３０は、最後に例えば最終的な外形寸法となるよう仕上げ処理される。
【００２３】
なお、上述した実施の形態では第１の部材１２の上記平面に対し第２の部材１４の周縁の全部が一体的に結合されていたが、超塑性成形型２０の型空間２０ａ中の所定の位置に配置されたテーラードブランク１０が超塑性成形加工される時に、テーラードブランク１０の第１の部材１２において第２の部材１４が重複された所定の個所もまた同時に超塑性成形加工されて型空間２０ａの型表面２０ｂの張り出し型凹所２０ｃ中に張り出して張り出し型凹所２０ｃの内表面に従うことが可能であるならば、第１の部材１２の上記平面に対し第２の部材１４の周縁は少なくとも一部のみが一体的に結合されていても良い。
【００２４】
このようにした場合、第２の部材１４に超塑性成形加工の為の外部連通孔として貫通孔１４ａを形成しなくとも、第２の部材１４の周縁において第１の部材１２の上記平面に一体的に固定されなかった部分を超塑性成形加工の為の外部連通孔として構成し利用することが出来る。
【００２５】
さらに上述した実施の形態では、第２の部材１４の平面形状は格子状であったが、単に細長い帯状であっても良いし、円形状を含むその他種々の所望の平面形状とすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
この発明に従ったテーラードブランク超塑性成形方法は、中空の張り出し部を備えた製品、特に例えば航空機用パネル部品のような軽量で強度の高い製品、を成形するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（Ａ）は、この発明の一実施の形態に従ったテーラードブランク超塑性成形方法のテーラードブランク準備工程により準備されたテーラードブランクの概略的な斜視図であり；そして、  （Ｂ）は、図１の（Ａ）のテーラードブランクのＢ−Ｂ線に沿った概略的な横断面図である。
【図２】（Ａ）は、この発明の一実施の形態に従ったテーラードブランク超塑性成形方法の超塑性成形加工工程において超塑性成形加工の為に超塑性成形型の型空間中の所定の位置に図１の（Ａ）中に示されているテーラードブランクが配置された様子を概略的に示す縦断面図であり；  （Ｂ）は、図２の（Ａ）中のテーラードブランクが超塑性成形型の型空間中の所定の位置において超塑性成形加工された様子を概略的に示す縦断面図であり：  （Ｃ）は、図２の（Ｂ）中において、超塑性成形型の型空間の型表面中の張り出し型凹所中に張り出したテーラードブランクの第１の部材における第２の部材が重複されている所定の個所を拡大して示す拡大縦断面図であり；そして、  （Ｄ）は、図１の（Ａ）中に示されているテーラードブランクから超塑性成形加工された後に図２の（Ａ）中の超塑性成形型の型空間中から取り出されたパネル製品を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０…テーラードブランク、１２…第１の部材，１４…第２の部材、１４ａ…貫通孔、２０…超塑性成形型、２０ａ…型凹所、２０ｂ…型表面，２０ｃ…張り出し型凹所、３０…パネル製品、３０ａ…張り出し部
【図１】
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【図２】
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