(57)【要約】本発明は機械加工用途に適した金属ブロックに関するもので、該金属ブロックは、各々が少なくとも１２．５ｍｍの厚さを有する少なくとも二枚の重ね合わせた金属板を具備しており、かつ該ブロックの降伏強度は、初期の金属板の降伏強度の少なくとも７５％である。さらに本発明は、爆発溶接またはその他の方法により、二枚またはそれ以上の厚肉の金属板からこうしたブロックを製造する方法にも関するものである。本発明によるブロックは、たとえば、航空機の構造要素、あるいはプラスチックまたはゴム用射出成形金型の製造に有用である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械加工用途に適した金属ブロックであって、各々が少なくとも１２．５ｍｍの厚さを有し、かつ各々が厚さの四分の一の箇所で測定した、指定方向の初期降伏強度を有する、少なくとも二枚の重ね合わせた金属板を具備しており、かつ該金属板は互いに同種のものでもよく、また異種のものであっても構わないが、前記金属板は同一の合金グループの合金からなるグループから選定したものであって、該ブロックの任意の点における指定方向での降伏強度は、前記指定方向において最小初期降伏強度を有する金属板の降伏強度の少なくとも７５％に等しい、金属ブロック。
【請求項２】
機械加工用途に適した金属ブロックであって、各々が少なくとも１２．５ｍｍの厚さを有し、かつ各々が厚さの四分の一の箇所で測定した、指定方向の初期降伏強度を有する、少なくとも二枚の重ね合わせた金属板を具備しており、かつ該金属板は互いに同種のものでもよく、また異種のものであっても構わないが、前記金属板は同一の合金グループの合金からなるグループから選定したものであって、前記金属板間の接合領域を含まない前記ブロックの任意の箇所から採取した試験片で測定した前記金属ブロックの降伏強度は、前記指定方向において最小初期降伏強度を有する金属板の降伏強度の少なくとも７５％に等しい、金属ブロック。
【請求項３】
機械加工用途に適した金属ブロックであって、各々が少なくとも１２．５ｍｍの厚さを有する少なくとも２枚の重ね合わせた金属板を具備しており、また該金属板は互いに同種のものでもよく、また異種のものであっても構わないが、前記金属板は同一の合金グループの合金からなるグループから選定したものであって、かつ任意の与えられた点での指定方向における降伏強度は、平均値のプラスマイナス１５％より大きく変動しない、金属ブロック。
【請求項４】
前記ブロックの合計厚さが少なくとも２００ｍｍある、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項５】
前記ブロックの合計厚さが少なくとも４００ｍｍある、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項６】
前記ブロックの合計厚さが少なくとも６００ｍｍある、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項７】
重ね合わせた各々の金属板の厚さが少なくとも２５ｍｍ、好ましくは少なくとも４０ｍｍある、請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項８】
前記金属板が同種または異種のアルミニウム合金からなる、請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項９】
前記アルミニウム合金が構造的硬化アルミニウム合金である、請求項８に記載の金属ブロック。
【請求項１０】
前記金属板が急冷した状態にある、請求項９に記載の金属ブロック。
【請求項１１】
前記金属板が急冷し、かつ時効硬化した状態にある、請求項１０に記載の金属ブロック。
【請求項１２】
前記金属板が管理された引張りまたは圧縮により応力軽減されている、請求項１０または請求項１１のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項１３】
ブロックの任意の点における指定方向での前記降伏強度が、前記指定方向において最小初期降伏強度を有する金属板の降伏強度の少なくとも８５％に等しく、好ましくは少なくとも９０％に等しい、請求項１から請求項１１のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項１４】
前記金属板が互いに接着剤により接合されている、請求項１から請求項１３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項１５】
前記金属板が圧延または鍛造により接合されている、請求項１から請求項１３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項１６】
前記金属板が電子ビームにより互いに溶接されている、請求項１から請求項１３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項１７】
前記金属板が爆発溶接により互いに溶接されている、請求項１から請求項１３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項１８】
請求項１７に記載のブロックの製造方法であって、
必ず同一の長さおよび幅を有する前記金属板を、その間に一定の間隙を持たせて重ね合わせて組立体を形成し、
前記組立体のすべての側面の回りに境界面を供給し、
上部金属板の上面を、前記上面すべてに置いた爆発物で覆い、そして
前記爆発物を爆発させる
各工程を含む製造方法。
【請求項１９】
航空機の構造要素の製造方法であって、
請求項１から請求項１７のいずれか一つに記載のブロックを供給し、かつ
前記ブロックを機械加工して航空機の構造要素を形成することを含む、製造方法。
【請求項２０】
プラスチックまたはゴム用射出成形金型の製造方法であって、
請求項１から請求項１７のいずれか一つに記載のブロックを供給し、かつ
前記ブロックを機械加工して射出成形金型を形成することを含む、製造方法。
【請求項２１】
機械加工部品の製造方法であって、
請求項１から請求項１７のいずれか一つに記載のブロックを供給し、かつ
前記ブロックを機械加工して機械加工部品を形成することを含む、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械加工用途に適した金属ブロック、たとえば、大型工作機械設備または金型、あるいは大型航空機用構造要素の製造に適した金属ブロックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、大型部品の機械加工に使用する金属ブロックは、圧延金属板または鍛造ブロックである。このような厚肉の金属板、また特に厚肉のアルミニウム合金板を製造する際、こうした金属板の中心部における静的な機械的特性は、より薄い金属板または金属シートの中心部における同一特性に比して通常は劣る。より詳細に述べると、金属シートまたは金属板が厚くなると、与えられた製造プロセスのため、引張強さ（Ｒｍ）、降伏強度（Ｒp0.2）および極限伸び（Ａ）は、（しばしば許容不可能なレベルにまで）低下する傾向がある。一例として、１９９４年１１月付けの欧州規格ＥＮ４８５−２には、冶金学的条件Ｔ６５１でのアルミニウム合金ＥＮ ＡＷ−６０６１の圧延板に対して以下の最小値が規定されている：すなわち、板厚１２．５ｍｍ〜１００ｍｍの金属板に対してはＲｍｍｉｎ＝２９０ＭＰａ、また板厚１５０ｍｍ〜１７５ｍｍの金属板に対してはＲｍｍｉｎ＝２６５ＭＰａである。伸び特性に対する低減率はさらに著しい：すなわち保証最小値は、板厚１２．５ｍｍ〜４０ｍｍの金属板に対しては８％、また板厚１５０ｍｍ〜１７５ｍｍの金属板に対しては４％である。規格ＥＮ４８５−１によると、板厚が４０ｍｍより大きい金属板の場合、試験片の長手方向の軸は、圧延表面の一方から厚さの四分の一に等しい距離に、また板厚４０ｍｍ未満の金属板の場合、厚さの二分の一に等しい距離に位置していなくてはならない。
【０００３】
圧延表面下のさまざまな深さにおいて機械的特性を解析すると、静的な機械的特性のこのような低下はより著しく顕著になる。たとえば板厚２００ｍｍの金属板において、その表面下２５ｍｍ、５０ｍｍおよび１００ｍｍから試験片を採取する場合、深さに従って、特性が低下するのが認められる。この現象は当業者には公知であるが、その原因は複合的である。圧延プロセス中における金属板の加工硬化によりＲｍおよびＲp0.2の値が増加することがあるが、これは熱間圧延機の設計により制限される。圧下率二分の一を含む圧延プロセスにより最終板厚１００ｍｍの金属板を得るためには、通常、少なくとも厚さ２００ｍｍの圧延インゴットから出発する必要がある。同様に最終板厚４００ｍｍの金属板を得るためには、少なくとも厚さ８００ｍｍの圧延インゴットから出発する必要がある。しかし現在このように厚肉のインゴットまたは金属板を圧延する圧延機は存在しない。厚肉の金属板またはインゴットは鍛造によって加工硬化することがあるが、そのためには、極めて強力な鍛造プレスが必要となり、しかし、それは極めて限られた場所にしかなく、またこうした方法は非常に高価である。
【０００４】
急冷硬化性合金による厚肉の金属板の場合、その静的な機械的特性は急冷速度の影響を受ける。ある与えられた体積の金属板に対する局所的急冷速度は、その材料の熱伝導率によって決まり、したがって、金属板の厚さ、より正確には、急冷媒体と接触している表面からの、特定の体積要素の距離によって決まる。
【０００５】
急冷した金属板の場合、急冷プロセスには残留応力が含まれ、そのため、特に金属板を機械加工した場合、金属板が変形することがある。したがってこうした応力は望ましいものではなく、たとえば、急冷した金属板を引き伸ばすことにより、最小限に抑えなくてはならない。多くの工場にあるストレッチングマシンは、金属板の厚さが１００〜２００ミリメートルより大きいと処理できない場合が多いし、その出力もしばしば制限されている。金属板の内部応力についても、このような金属板を鍛造プレスにかけて圧縮することにより除去することができる。この場合、金属板の厚さは厚くなるが、そのため鍛造プレスが供給することができる最大圧縮応力も制限要因の一つとなる。
【０００６】
厚さに応じて局所的な静的な機械的特性が低下することは一般的には望ましいことではない。すなわち、厚肉の金属板から機械加工部品を製作する場合、該機械加工部品の特性は、機械加工プロセスにより生じた新しい表面近傍の局所的な機械的特性によって決まる。たとえば、厚肉の鋼鉄またはアルミニウム合金ブロックを機械加工してプラスチック部品用射出成形金型を製作する場合、金型設計者は、ブロックの全体的な機械的特性ではなく、金属ブロックの厚さを基準にした静的な機械的特性の勾配を考慮に入れなくてはならない。
【０００７】
すなわちブロックを成形し機械加工するため、重要になるのは外部表面下にある静的特性値であり、表面下のある深さにある特性のいかなる低下をも考慮に入れなくてはならない。
【０００８】
従来技術による製品のもう一つの欠点は、機械加工操作そのものに関係している。一例を挙げれば、アルミニウム合金の厚肉の金属板を深部に至るまで機械加工する場合、金属板の内部に進入するにつれて金属の機械加工性が低下するのが認められるが、それは、金属板の当初の外部表面近傍にある金属と異なり、金属は内部にいくにつれて軟らかになるためである。また、厚肉金属板の当初の外部表面近傍にある領域から得られた表面に比して、深部に至るまで機械加工した表面では、該機械加工表面の研磨、および化学的グレイニングまたは電解グレイニングの品質が低下する。この原因は、厚肉のアルミニウム金属板の中心部における沈殿物の形成と、表面近傍での沈殿物の形成が必ずしも同一ではないからである。
【０００９】
こうした欠点を克服するために、これまで当業者は、使用する合金の組成か、または製造ルートのいずれかを工夫するという冶金学的アプローチを好んで採用してきた。このことは特にアルミニウム合金の場合に当てはまる。たとえば、米国特許第６，０７７，３６３号明細書（本願明細書の参照文献とする）によると、特にマンガン、鉄およびケイ素に関する最適な化学的組成を選定すること、ならびに、いくつかの熱力学的処理段階を含む製造プロセスを選定することにより、ＡｌＣｕＭｇ合金による金属シートの残留応力を最小限に抑えることができる。
【００１０】
米国特許第５，２７７，７１９号明細書（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ）（本願明細書の参照文献とする）には、少なくとも３０％の圧下率を含む最初の鍛造前段階を熱間圧延に先立ち採用することにより、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金から、厚肉で多孔率の低い金属板を製造する方法が紹介されている。欧州特許出願公開第７２３０３３Ａ１号明細書（Ｈｏｏｇｏｖｅｎｓ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｗａｌｚｐｒｏｄｕｋｔｅ）（本願明細書の参照文献とする）には、最初の熱間圧延段階に続いて一つまたはいくつかの鍛造段階を経ることによる、アルミニウム合金からなる厚肉の金属板の製造方法が記述されている。これらの方法の目標は主として疲労強度を高めることにある。しかし欧州特許出願第７２３０３３号明細書に記述されている方法でも、８インチ（約２０５ｍｍ）より大きい厚さの金属板における引張強さの低下には、わずかな減少が見られる。
【００１１】
欧州特許第９８９１９５号明細書（Ａｌｕｓｕｉｓｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ＡＧ）（本願明細書の参照文献とする。）には、ＡｌＣｕＭｇ合金シートにおける残留応力の低減方法が提示されているが、これは金属シートの厚さ方向におけるＡｌ3Ｚｒのサブミクロン相の均一な沈殿を得ることを目指したものである。これらの金属シートは圧延用インゴットの熱間圧延により得ることもできるが、あるいは、まったく圧延を行うことなく、鋳造した金属板から直接製造することもできる。
【００１２】
最新技術によりもたらされるこれらのさまざまな手段にも、（ｉ）合金の選定、（ｉｉ）冶金学的条件、ならびに（ｉｉｉ）金属板およびその厚さの製法という点で制約がある。さらにこれらの手段も完全に満足のいくものではない。たとえば、特に厚さが２００ｍｍより大きい熱処理可能な合金から作ったアルミニウム金属板で、かつ表面から厚さの半分まで進む間に局所的なＲmおよびＲp0.2の値が顕著には低下しないような金属板を製造する満足な方法は存在しない。こうした製品が利用可能になると、多くの産業分野においてより軽量な工作機械の製造が可能となろう。もしも、従来技術による金属板よりも厚さの厚いこうした製品が生産されると、金型または工作機械設備のようなより大型の部品が製造されるようになるし、またすべての厚さに対する研磨特性およびグレイニング特性が改善されることになろう。
【特許文献１】
米国特許第６，０７７，３６３号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，２７７，７１９号明細書
【特許文献３】
欧州特許出願公開第７２３０３３Ａ１号明細書
【特許文献４】
欧州特許第９８９１９５号明細書
【発明の開示】
【００１３】
本発明の要約
本発明の目的の一つは、厚肉の金属製品（すなわち厚さが２５ｍｍより大きいブロック、たとえば、厚さが２００ｍｍより大きく、４００ｍｍより大きく、さらには６００ｍｍより大きいブロック）であって、しかも、すべての厚さに対して満足すべき機械的特性を示すと共に、残留応力が比較的低いレベルの金属製品を提供することにある。
【００１４】
これらのまたその他の目的に従って、機械加工用途に適した金属ブロックが提供される。該金属ブロックは、各々が少なくとも１２．５ｍｍの厚さを有し、かつ各々が厚さの四分の一の箇所で測定した、指定方向の初期降伏強度を有する、少なくとも二枚の重ね合わせた金属板を具備する。該金属板は互いに同種のものでもよく、また異種のものであっても構わないが、典型的には同一の合金グループの合金（すなわち、５ｘｘｘシリーズ等に属するアルミニウム合金）から選定したものである。金属板相互間の接合領域を含まないブロックの箇所から採取した試験片で測定した該金属ブロックの降伏強度は、同一指定方向において最小初期降伏強度を有する各々の金属板の降伏強度の少なくとも７５％である。
【００１５】
さらに本発明に従って機械加工用途に適した金属ブロックが提供される。該金属ブロックは、各々が少なくとも１２．５ｍｍの厚さを有し、かつ各々が厚さの四分の一の箇所で測定した、指定方向の初期降伏強度を有する、少なくとも二枚の重ね合わせた金属板を具備する。該金属板は互いに同種のものでもよく、また異種のものであっても構わないが、同一の合金グループの合金であり、かつブロックの任意の点での指定方向における降伏強度は、指定方向における最小初期降伏強度を有する金属板の降伏強度の少なくとも７５％である。
【００１６】
さらに本発明に従って機械加工用途に適した金属ブロックが提供されるが、前記金属ブロックは、各々が少なくとも１２．５ｍｍの厚さを有し、かつ互いに同種のものでもよく、また異種のものであっても構わないが、少なくとも二枚の重ね合わせた金属板を具備し、かつ前記金属板は同一の合金グループの合金からなるグループから選定したものであって、さらに与えられたいかなる点でも指定方向における降伏強度は、平均値のプラスマイナス１５％より大きくは変動しない。
【００１７】
さらに本発明に従って金属ブロックの製造方法が提供されるが、該方法は必ず同一の長さおよび幅を有する少なくとも２枚の金属板を一定の間隙をおいて重ね合わせて組立体を形成するもので、該組立体の側面周辺に境界面を設け、かつ最上部にある金属シートの上部表面をその全上部表面にわたって爆発物で覆い、該爆発物を爆発させて金属板を相互に接合させる。
【００１８】
本発明のさらなる目的、特徴および利点については以下に記述するが、部分的には説明から明らかになるであろうし、あるいは本発明を実現することにより確認することもできよう。本発明の目的、特徴および利点については、添付した特許請求の範囲において特記した手段およびそれらの組合わせにより、実現しまた習得することができよう。
【００１９】
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明による金属ブロックは、大型部品の機械加工に使用するさまざまな金属および合金の金属板、特に鋼鉄、銅合金およびアルミニウム合金の金属板から得ることができる。急冷状態において高い機械的強度を示す急冷硬化性合金を使用することが有利である。そのため、２ｘｘｘ、６ｘｘｘおよび７ｘｘｘグループの構造硬化アルミニウム合金が、Ｔ３条件（急冷、時効硬化処理済み）またはＴ６条件（急冷、焼戻し済み）において好んで使用される。
【００２０】
アルミニウム合金グループおよび鍛造アルミニウム合金の合金組成については、アルミニウム協会登録記録（Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｒｄｓ ｏｆ Ｔｈｅ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）、および規格ＥＮ５７３に定義されており、また焼戻しの記号表示については規格ＥＮ５１５に定義されているものであって、これらの資料は当業者には知られているものであるが、その全文を本願明細書の参照文献とする。
【００２１】
組み立てに使用する方法のいかんを問わず、金属板は可能な限り平坦かまたは平面であり、かつ残留応力は比較的低いレベルでなくてはならず、そしてこれらの初期条件は、ストレッチングマシンの顎部の間で金属板を伸ばすか、または鍛造プレスにより金属板を圧縮するような公知の方法により、得ることができる。またなんらかの理由により必要があれば、以下に説明するように、前記金属板の表面状態を組み立てに使用した方法に適合させることができる。重ね合わせた各金属板の厚さはほとんどの場合、少なくとも１２．５ｍｍでなくてはならない。各金属板の厚さは同一であっても、異なっていても構わない。
【００２２】
重ね合わせた金属板の合計の厚さは少なくとも２５ｍｍであることが好ましく、また少なくとも４０ｍｍであることが最も好ましい。
【００２３】
厚肉の金属板の組み立てについては、組立ブロックとして意図した用途に十分な機械的強度が得られるような公知の方法で実施することができる。本発明によると、各々が少なくとも１２．５ｍｍの厚さを有し、かつ各々が厚さの四分の一の箇所で測定した、指定方向の初期降伏強度を有する、少なくとも二枚の金属板を重ね合わせることにより、ブロックを製造することができるが、その際、該金属板は互いに同種のものでもよく、また異種のものであっても構わない。金属板は、同一の合金「グループ」（すなわちアルミニウム合金の場合は、２ｘｘｘシリーズ、７ｘｘｘシリーズ等）の合金から選定することが好ましく、また重ね合わせた金属板により形成されるブロックの任意の点における指定方向の降伏強度は、評価している指定方向の最小初期降伏強度を有する金属板の降伏強度の少なくとも７５％、好ましくは少なくとも８５％、さらに好ましくは少なくとも９０％に等しい。
【００２４】
好ましい実施形態におけるブロックの組立方法は、接合領域内も含めブロック全体を通じての機械的抵抗が、初期の金属板の機械的抵抗に近くなるように選定される。ここで接合領域というのは、ブロックを形成する各金属板が互いに接触して接合する組立ブロックの領域を指す。
【００２５】
さらに金属板相互間の接合においては、組立ブロックの目標最終用途に必要とされる、機械的および熱的安定性、ならびに金属板相互間の接触部の熱伝導率または表面外観のようなその他の特性が満足すべきものでなくてはならない。工作機械設備およびは金型用途において意図されるさまざまな最終用途に必要なこうした機械的および熱的特性は、当業者にとって公知のものである。
【００２６】
本発明によると、測定可能な方法ではブロックの全厚さの影響を受けないような機械的特性を備えた、厚肉の（すなわち少なくとも２５ｍｍの）金属ブロックを製造することができる。より正確には、降伏強度、引張強さおよび伸び、すなわちいわゆる静的な機械的特性のブロック全体の厚さを通じての変動は、従来技術のプロセスにより製造されたブロックに比して著しく低い。
【００２７】
好ましい実施形態によると、同一の合金グループに属し、かつ各々が少なくとも１２．５ｍｍの厚さを有する少なくとも二枚の金属板を重ね合わせて組み立てることにより、厚肉の金属ブロックを得ることができる。指定方向にある、金属板相互間の接合領域をはさんだ試験片で測定した組立金属ブロックの降伏強度は、同一指定方向の最小初期降伏強度を有する金属板の降伏強度の少なくとも７５％、好ましくは少なくとも８５％、さらに最も好ましくは少なくとも９０％である。
【００２８】
本発明の別の実施形態によると、重ね合わせた金属板相互間の接合領域は優れた機械的および熱的安定性を示す。さらに二枚の金属板相互間の熱伝導率および／または接合部の表面外観のようなその他の特性も、組立ブロックの目標最終用途の要件から見て満足すべきものである。すなわち、組立ブロックの多くの用途において、接合部はどのようにでも視覚的にはっきりと認められないことが要求される。また、最高温度および高温への被ばく回数の観点から見て、ある種の耐熱性が要求される用途もある。こうして、接合領域をはさんだ短い横方向で測定したブロックの局所的降伏強度（Ｒp0.2）が、同一の最短横方向の最小初期降伏強度を有する金属板のＲp0.2の少なくとも７５％、好ましくは少なくとも８０％、さらに最も好ましくは少なくとも９０％であるブロックを得ることができる。
【００２９】
こうして、接着フィルム、プラスチックシートまたは液状接着剤のような公知のメカニズムを用いて接合することにより、厚肉の金属板を組み立てることができる。たとえば、薄い接着性の熱間重合可能フィルムを採用して、金属板の焼戻し期間中に重合させることができる（たとえば、合金が構造硬化合金である場合）。また一成分または二成分系の液状接着剤を組み立てるべき金属板の一方または双方の表面に塗布して、組立ブロックを室温で十分な時間放置するか、またはある時間をかけて十分な温度に加熱することにより、接着剤を硬化させることができる。また二枚の厚肉の金属シートの間に挿入した重合可能なプラスチックシートを使用して、適切に加熱し重合を起こさせ、それにより接合することもできる。こうした場合はすべて、二枚またはそれ以上の金属板を同時に組み立て、該組立体を平坦な場所に置いて、金属板自体の重量かまたは接合箇所に圧力を加えることにより、接着剤を重合または硬化させる。接着剤による接合の利点は費用が安いことであるが、接合がやや弱いことが欠点である。
【００３０】
いずれにしても、接着剤の塗布に先立ち、表面に適切な前処理（たとえば、スルホクロミック・エッチングまたはサンドブラスト）を施すことが、しばしば、望まれるか、または必要となる。
【００３１】
使用可能な別の組立方法は、重ね合わせた２枚またはそれ以上の厚い金属板を、たとえば圧延または鍛造により熱間変形するものである。この方法は、金属シートをめっきする公知の方法において得られる冶金学的接合と同種のものである。この方法は、５ｘｘｘシリーズ合金のように、なんらの熱処理を施さないアルミニウム合金の厚肉の金属シート、または金属板の組み立てに好んで使用されることがある。この方法は、構造硬化合金にはあまり適切ではなく、その理由は、構造硬化合金には一般的に金属板の前処理加熱が必要であるが、それにより金属板の冶金学的状態が望ましくない方向に変化する可能性があるためである。また、極めて厚肉の金属板を圧延機または鍛造プレスが受入れることができる能力、あるいは使用する圧延機または鍛造プレスが供給可能な最大応力によって、上記の方法の使用が制限を受けることがある。
【００３２】
金属板はまた、溶接、特に、金属板の機械的特性をあまり劣化させることのない方法である電子ビーム溶接によって組み立てることもできる。しかし電子ビーム溶接は大型の金属板には適さないことがある。
【００３３】
本発明に関連して好んで使用される有利な別の組立方法は、爆発溶接である。爆発溶接は長年にわたり知られており、異種の金属からなる厚肉の金属シート上に薄肉の金属シートをめっきする際に多く使用されているもので、特に普通鋼からなる厚肉の金属シート上に貴金属層を形成するために用いられている。旭化成出願の仏国特許発明第１３８１５９４号明細書、仏国特許発明第１３９７９６３号明細書および仏国特許発明第１４５８５０６号明細書（本願明細書の参照文献とする。）は、この技術について説明している。これらの特許に記載されている多くの例のほとんどは、鋼板上への薄肉の金属シートのめっきに関するものであり、またそのあるものは、同種の金属（ステンレス鋼またはアルミニウム）からなる厚さが１ｍｍ程度の二枚の薄肉の金属シートの組み立てについて記述している。また、米国特許第３，０２４，５２６号明細書（Ａｔｌａｎｔｉｃ Ｒｉｃｈｆｉｅｌｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）（以下「’５２６特許」と略記する）（その内容を本願明細書の参照文献とする。）には、厚さが０．０６２インチ（すなわち約１．６ｍｍ）の二枚のアルミニウムシートに対する爆発溶接について記述されている。この’５２６特許による方法には、同種の金属、特にアルミニウム合金からなる厚肉ブロック、あるいは二枚またはそれ以上の厚肉の金属板の形成に使用した爆発溶接に関する記述はない。
【００３４】
本発明によると、金属ブロックは、各々が少なくとも１２．５ｍｍの厚さ、好ましくは少なくとも２５ｍｍ、さらに最も好ましくは少なくとも４０ｍｍの厚さを有する少なくとも二枚の重ね合わせた金属板を具備する。しかしそれぞれの金属板が非常に厚肉の場合、圧延表面からの距離の関数として静的な機械的特性に勾配が表れることがある。
【００３５】
好ましい実施形態では、組み立てるべき金属板は同種のベースメタルであり、またある与えられたベースメタルに対してこの概念が存在する場合、該金属板は同一の合金グループである。ここで「ベースメタル」という用語は、たとえば、アルミニウム、鋼鉄、銅、真鍮または同等の材料を意味する。「合金グループ」および「合金」という用語は、上述した規格ＥＮ５７３、およびアルミニウム協会登録記録（Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ Ｔｈｅ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）に従って、アルミニウム合金に対して定義されたものであり、該アルミニウム協会登録記録の内容は、本願明細書の参照文献とする。これらの資料によると、アルミニウム合金は主要な合金元素によっていくつかのグループに下位分割される。すなわち、１ｘｘｘ（最低９９．００アルミニウム）、２ｘｘｘ（Ａｌ−Ｃｕ）、３ｘｘｘ（Ａｌ−Ｍｎ）、４ｘｘｘ（Ａｌ−Ｓｉ）、５ｘｘｘ（Ａｌ−Ｍｇ）、６ｘｘｘ（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ）、７ｘｘｘ（Ａｌ−Ｚｎ）８ｘｘｘ（その他の合金元素）である。本発明が特に対象とするのは、これらのベースメタル、合金グループおよび合金であって、これらは、技術的制限または経済的理由のために、極めて厚肉のものは製造できないか、あるいは、肉厚の金属板として製造したときには、厚さ全体にわたって静的な機械的特性が大きな変動を示すものであるからである。このことは特に２ｘｘｘ、６ｘｘｘおよび７ｘｘｘのグループに属する熱処理可能なアルミニウム合金に当てはまる。
【００３６】
本発明の特有な実施形態によると、組み立てるべき厚肉の金属板（少なくとも１２．５ｍｍ）は、同種の合金であって、しかも、均質な特性を得るために、同一の冶金学的条件のもとで、すなわち類似の製造過程に従って製造された合金からなる。
【００３７】
複数の金属板の厚さは同一でもよいし、また異なった厚さであってもよく、二枚または数枚の金属板は、一つまたはそれ以上の操作により組み立てることができる。爆発溶接による組立方法は、上述した４件の仏国特許および’５２６特許に記述されているような、望ましい任意の方法で実施することができる。本発明による満足すべき有利な爆発溶接法には以下の段階が含まれる。すなわち、（ｉ）金属板の表面をブラシ研磨または研削により整え、必要な程度まで注意深く清浄化すること、（ｉｉ）必ず同一形状（すなわち、長さおよび幅）の金属シートを、その間に挿入物（挿入可能部品）を用いてある間隙を設けて重ね合わせること、（ｉｉｉ）たとえば、接着テープを用いて金属板相互間の間隙を閉鎖すること、（ｉｖ）金属板の最上部の表面全域に、たとえば火薬のような爆発物を定置すること、そして（ｖ）最後にこの爆発物を爆発させる工程へと進み、金属板をその表面全域において溶接すること。
【００３８】
爆発溶接の使用に基づく本発明の好ましい実施形態では、長手方向における破断伸びＡが１３％より大きく、好ましくは１５％より大きく、かつシャルピー衝撃エネルギーが少なくとも３０ジュールである金属板を使用する
【００３９】
本発明の方法によると、金属板の製造に使用する工作機械（圧延機または鍛造プレス）の能力によってブロックの厚さが制限されることのないブロックの製造が可能となる。ブロックの厚さは好ましくは少なくとも２００ｍｍ、より好ましくは少なくとも４００ｍｍ、さらに最も好ましくは少なくとも６００ｍｍである。これらのブロックを使用すると、大型航空機の構造要素、構造硬化アルミニウム合金、工作機械設備、あるいは鋼鉄および／または銅およびアルミニウム合金によるプラスチック用射出成形金型に使用可能な、極めて大型の機械加工部品を容易に製造することができる。
【００４０】
これらの機械加工部品の製造には、旋削、フライス削り、穿孔、中ぐり、ねじ立て、火花機械加工、調整、研磨、およびこの分野で通常採用されている類似の作業プロセスの一つまたはそれ以上が含まれることがある。またある場合には、こうして形成された表面の少なくともある部分に硬質金属層を溶着させることができるが、それは、欧州特許出願公開第９９７２５３Ａ１号明細書（Ｗｅｒｋｚｅｕｇｂａｕ Ｌｅｉｓｓ ＧｍｂＨ）（本願明細書の参照文献とする）にあるような公知の方法によるか、あるいは物理的気相成長法のような公知のセラミックコーティングのプロセスによって可能となる。本出願人は、深部に及ぶ機械加工が接合部を横断する場合、このような金属コーティングが接着接合によるブロック組立に対して特に有用であることを発見した。こうしてなんらかの理由によりそのことが望まれる場合は、アルミニウムまたはその他の金属の層を溶着させることができる。
【００４１】
構造硬化アルミニウム合金によるブロック製造に対して、本出願人は、特に良好な結果をもたらさす製造方法を発見した。
【００４２】
すなわち、応力軽減条件、たとえばＴ３５１の条件（規格ＥＮ５１５に基づく表示方法）のもとに厚肉の金属板を置いて、爆発により組み立てるというものである。ついで厚肉ブロックに焼戻し処理を施す。応力軽減した厚肉の金属板（すなわち少なくとも１２．５ｍｍ）を使用することにより、特に機械加工に適した残留応力レベルが極めて低いブロックが得られる。しかもＴ３５１の条件下における金属シートは、その他類似の金属シートまたは金属板よりも延性に優れていることが認められ、このように延性が増加することにより、組み立てまたは取扱い中の偶発的事故が最小限に抑えられ、さらには防止される。
【００４３】
本発明による構造硬化アルミニウム合金の厚肉ブロックは、プラスチックまたはゴム部品用射出成形金型の製造（機械加工による）に使用することができる。この厚肉ブロックはまた、航空機、特に大型航空機の構造要素の製造（特に機械加工による）にも使用することができる。後者の用途には、ＡＡ７０４０またはＡＡ７０７５のような合金が特に適している。
【００４４】
例１：（従来技術）
当業者には公知の技術によって、Ｔ６５１の条件のもとで７４４９アルミニウム合金からなる厚肉の金属シートを製造した。該金属シートの厚さは５０ｍｍ〜１５０ｍｍであった。降伏強度Ｒp0.2は四分の一の深さにおいてＴＬ方向に沿って測定した。その結果は表１にまとめてある。該金属シートの厚さが増加すると、Ｒp0.2が急激に低下するのが認められる。
【００４５】
【表１】
2004532143.tif 000002
【００４６】
例２：（本発明）
同一の形状（すなわち、長さおよび幅）で、厚さがそれぞれ２５ｍｍおよび７０ｍｍの二枚の７０７５アルミニウム合金からなる金属板を準備した。合金の組成は以下の通りである（重量％）。Ｓｉ＝０．０８、Ｆｅ＝０．１５、Ｃｕ＝１．５６、Ｍｎ＝０．０３、Ｍｇ＝２．３０、Ｃｒ＝０．１９、Ｚｎ＝５．９２、Ｔｉ＝０．０３
【００４７】
これらの金属板を４６５℃の温度で溶液加熱処理し、ついで冷水で急冷し、自然に時効硬化させ、引き伸ばして１．５％の永久歪みを与えたが、これはＴ３５１の条件に対応するものである。ついで金属板を、Ｒｉｖｅｓａｌｔｅｓ（フランス）にあるＮｏｂｅｌＣｌａｄ Ｅｕｒｏｐｅの場所で爆発溶接した。つぎに爆発溶接したブロックを１２０℃のもとで４８時間焼戻しして、該ブロックをＴ６５１の条件にした。接合領域を検査したが、粗研磨した状態では境界面は認められなかった。クロム酸によるエッチングを行った後では、当初の金属板相互間に境界面が認められるようになり、その際、溶接面の両側には、衝撃波の進行方向に向いて傾斜したスリップ帯を含む０．３ｍｍの領域が認められたが、そのことは著しい加工硬化を示すものである。
【００４８】
円筒状の引張り試験片を、７０ｍｍの金属板の四分の一の厚さの箇所、および２枚の金属板相互間にある境界領域から採取して、静的な機械的特性、すなわち、Ｌ、ＴＬおよびＴＣ方向における極限強さＲｍ（ＭＰａ）、降伏強度Ｒp0.2（ＭＰａ）および極限伸びＡ（％）を測定した。その結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
2004532143.tif 000003
【００５０】
測定方向の如何にかかわらず、初期の金属シートの値に比して、接合領域では伸びのわずかな減少と共に極限強さおよび降伏強度が増加しているのが認められる。
【００５１】
滑らかな円形試験片に対してＴＣの方向で、Ｒ＝０．１とし、周波数を５０Ｈｚとして２００ＭＰａの応力をかけて繰返し疲労寿命も測定した。その時の応力集中度係数は、ＡＳＴＭ規格Ｅ４６６に従ってＫｔ＝１とした。また試験片の一つは７０ｍｍの金属板から採取し、もう一つは二枚の金属板相互間の接合領域から採取した。破断に至る繰返し数はそれぞれ２０６３７５および３２１２７１で、このことから接合領域における疲労強度が向上していることが分かる。
【００５２】
例３：
アルミニウム合金ＡＡ７４４９からなる二枚の金属板を接合させてブロックを製作したが、その接合面にはサンドブラストまたはスルホクロミック・エッチングによる前処理を施しておいた。液状エポキシ接着剤（参照番号ＡＶ１１９）またはエポキシフィルム（参照番号ＡＦ１６３−２Ｌ．０３）を使用した。また接合領域をはさんでの引張試験については、寸法が２００ｍｍ × ２９ｍｍ × １７ｍｍ（接合面は４９３ｍｍ2）の試験片を用いて行った。その結果を表３に示す。スルホクロミック・エッチングが強い接合力を与えているのが分かる。
【００５３】
【表３】
2004532143.tif 000004
【００５４】
さらなる利点、特徴および変形形態は、当業者には自ずと明らかになるであろう。したがって幅広い様相のもとにある本発明は、ここに開示し、記述した特定の詳細事項や代表的な装置に限定されるものではない。
【００５５】
そのため、添付した特許請求の範囲および同等の内容により規定される本発明の全般的な概念の精神または範囲から逸脱することなく、さまざまな変形形態を創作することができる。
【００５６】
優先権書類である２００１年４月２４日提出の仏国特許出願公開第０１０５５００号明細書、およびそれに対応する２００２年４月２４日提出の米国特許出願については、その全文を本願明細書の参照文献とする。
【００５７】
ここで、また以下の特許請求の範囲において使用した「ｔｈｅ（その、該）」、「ａ（ある）」および「ａｎ（ある）」のような冠詞は単数または複数のいずれの意味も含むものとする。
【００５８】
ここで参照したすべての文書について、特にその全文を本願明細書の参照文献とする。
【国際公開パンフレット】
2004532143.tif 000005
2004532143.tif 000006
2004532143.tif 000007
2004532143.tif 000008
2004532143.tif 000009
2004532143.tif 000010
2004532143.tif 000011
2004532143.tif 000012
2004532143.tif 000013
2004532143.tif 000014
2004532143.tif 000015
2004532143.tif 000016
2004532143.tif 000017
2004532143.tif 000018
2004532143.tif 000019
2004532143.tif 000020
2004532143.tif 000021
2004532143.tif 000022
2004532143.tif 000023
2004532143.tif 000024
2004532143.tif 000025
2004532143.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月3日(2003.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械加工用途に適した金属ブロックであって、各々が少なくとも１２．５ｍｍの厚さを有し、かつ各々が厚さの四分の一の箇所で測定した、指定方向の初期降伏強度を有する、少なくとも二枚の重ね合わせた金属板を具備しており、かつ該金属板は互いに同種のものでもよく、また異種のものであっても構わないが、前記金属板は同一のアルミニウム合金グループの合金からなるグループから選定したものであって、該ブロックの任意の点における指定方向での降伏強度は、前記指定方向において最小初期降伏強度を有する金属板の降伏強度の少なくとも７５％に等しい、金属ブロック。
【請求項２】
機械加工用途に適した金属ブロックであって、各々が少なくとも１２．５ｍｍの厚さを有し、かつ各々が厚さの四分の一の箇所で測定した、指定方向の初期降伏強度を有する、少なくとも二枚の重ね合わせた金属板を具備しており、かつ該金属板は互いに同種のものでもよく、また異種のものであっても構わないが、前記金属板は同一のアルミニウム合金グループの合金からなるグループから選定したものであって、前記金属板間の接合領域を含まない前記ブロックの任意の箇所から採取した試験片で測定した前記金属ブロックの降伏強度は、前記指定方向において最小初期降伏強度を有する金属板の降伏強度の少なくとも７５％に等しい、金属ブロック。
【請求項３】
機械加工用途に適した金属ブロックであって、各々が少なくとも１２．５ｍｍの厚さを有する少なくとも二枚の重ね合わせた金属板を具備しており、また該金属板は互いに同種のものでもよく、また異種のものであっても構わないが、前記金属板は同一のアルミニウム合金グループの合金からなるグループから選定したものであって、かつ任意の与えられた点での指定方向における降伏強度は、平均値のプラスマイナス１５％より大きく変動しない、金属ブロック。
【請求項４】
前記ブロックの合計厚さが少なくとも２００ｍｍある、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項５】
前記ブロックの合計厚さが少なくとも４００ｍｍある、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項６】
前記ブロックの合計厚さが少なくとも６００ｍｍある、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項７】
重ね合わせた各々の金属板の厚さが少なくとも２５ｍｍ、好ましくは少なくとも４０ｍｍある、請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項８】
前記金属板が同種または異種のアルミニウム合金からなる、請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項９】
前記アルミニウム合金が構造的硬化アルミニウム合金である、請求項８に記載の金属ブロック。
【請求項１０】
前記金属板が急冷した状態にある、請求項９に記載の金属ブロック。
【請求項１１】
前記金属板が急冷し、かつ時効硬化した状態にある、請求項１０に記載の金属ブロック。
【請求項１２】
前記金属板が管理された引張りまたは圧縮により応力軽減されている、請求項１０または請求項１１のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項１３】
ブロックの任意の点における指定方向での前記降伏強度が、前記指定方向において最小初期降伏強度を有する金属板の降伏強度の少なくとも８５％に等しく、好ましくは少なくとも９０％に等しい、請求項１から請求項１１のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項１４】
前記金属板が互いに接着剤により接合されている、請求項１から請求項１３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項１５】
前記金属板が圧延または鍛造により接合されている、請求項１から請求項１３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項１６】
前記金属板が電子ビームにより互いに溶接されている、請求項１から請求項１３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項１７】
前記金属板が爆発溶接により互いに溶接されている、請求項１から請求項１３のいずれか一つに記載の金属ブロック。
【請求項１８】
請求項１７に記載のブロックの製造方法であって、
必ず同一の長さおよび幅を有する前記金属板を、その間に一定の間隙を持たせて重ね合わせて組立体を形成し、
前記組立体のすべての側面の回りに境界面を供給し、
上部金属板の上面を、前記上面すべてに置いた爆発物で覆い、そして
前記爆発物を爆発させる
各工程を含む製造方法。
【請求項１９】
航空機の構造要素の製造方法であって、
請求項１から請求項１７のいずれか一つに記載のブロックを供給し、かつ
前記ブロックを機械加工して航空機の構造要素を形成することを含む、製造方法。
【請求項２０】
プラスチックまたはゴム用射出成形金型の製造方法であって、
請求項１から請求項１７のいずれか一つに記載のブロックを供給し、かつ
前記ブロックを機械加工して射出成形金型を形成することを含む、製造方法。
【請求項２１】
機械加工部品の製造方法であって、
請求項１から請求項１７のいずれか一つに記載のブロックを供給し、かつ
前記ブロックを機械加工して機械加工部品を形成することを含む、製造方法。
【国際調査報告】
2004532143.tif 000027
2004532143.tif 000028
2004532143.tif 000029
2004532143.tif 000030