(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下型の一つの縁辺に、この縁辺の中心を挟んで少なくとも４個のクランプ手段を前記縁辺に沿って直線状に配置し、前記クランプ手段のうち前記中心に最も近いものを縁辺の中央に配置したクランプ手段と定め、残りのクランプ手段を中央から遠い部位に配置したクランプ手段と定めて、前記一つの縁辺にクランプ手段を取付け、
同様に、上下型の他の縁辺に、縁辺の中央に配置したクランプ手段と中央から遠い部位に配置したクランプ手段を縁辺に沿って直線状になるようにして、前記縁辺一つにつき少なくとも４個のクランプ手段を取付ける工程と、
前記縁辺の中央に配置したクランプ手段を所定のクランプ加圧力に設定し、中央から遠い部位に配置したクランプ手段をゼロ若しくは前記所定のクランプ加圧力より低いクランプ加圧力に設定する工程と、
金型温度が成形温度に近づき且つブロー成形を開始して金型内圧が所定圧力に達したら前記中央に配置したクランプ手段は前記所定のクランプ加圧力を維持させ、前記中央から遠い部位に配置したクランプ手段は前記所定のクランプ加圧力に切換える工程と、
からなる超塑性成形用金型のクランプ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超塑性成形用金型のクランプ方法の改良に関する。なお、本書において、「型組み」は下型に上型を重ねる（又は他方の型に一方の型を重ねる）ことをいい、「型締め」は上下型（又は一方・他方の型）が分離しないように型同士をクランプ等で締付けることをいう。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料を一定の条件の下に塑性加工を施すと、８００〜１０００％もの極めて大きな伸びを出現させることができる。この現象を「超塑性」と呼び、この超塑性は粒界すべり現象によるものであると説明されている。
【０００３】
例えば特開平７−２６５９６６号公報「超塑性成形装置」には、コンパクトな装置が記載されている。この装置の概要を次図で説明する。なお、符号は新たに振り直した。
図８（ａ），（ｂ）は改良された従来の超塑性成形装置の構成図兼作用説明図である。
（ａ）に示す通り、成形型１００は、下右型１０１、下左型１０２、上型１０３からなる三分割型であり、下右型１０１と下左型１０２との間にキャビティ１０４を有し、上型１０３に給気管１０６を有する。１０７・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）はヒータ、１０８・・・はクランプである。そして、予備成形した金属板１１０を型内に封じ込め、ヒータ１０７・・・で所定温度に暖めると共に給気管１０６から吹込んだガスの圧力で想像線で示すように膨らませる。すなわち、ブロー成形を実施する。
【０００４】
（ｂ）において、矢印▲１▼の通りに上型１０３を上げ、矢印▲２▼の通りに左下型１０２を左へ移動することにより型開きを実施し、矢印▲３▼の通りに成形品１１１を取出す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の第５頁右欄第１８行〜第２２行に「これにより上型３及び下型４，５はクランプ手段２３等により気密的に型締めされる。［００４１］この状態で、炉体２の内壁に取着されたヒータ１８により、成形型１がその内部に保持される金属板Ｗと共に適宜の温度に加熱される。」と記載されており、図８（ａ）でも説明した通りに、クランプ手段による型締め後に、加熱を開始する。
【０００６】
この加熱により、成形型１が熱膨張し始める。上記公報の成形型１では熱膨張により、上下型３，４，５が互いにずれぬようにクランプ手段２３等で強固にクランプする構造を採用している。
【０００７】
しかし、近年、製造すべき成形品が大型になり、それに伴なって成形用金型も大きくしなければならない。大型の成形用金型では熱膨張量が増大し、クランプ手段に強度的に無理が掛り、同時に成形用金型にも熱応力が増大し、金型の熱変形の発生要因となっている。従って、大きな熱膨張を伴なう超塑性成形用金型のクランプ装置は、改良の余地がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は超塑性成形工程に伴なう加熱に、より適合できるクランプ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、上下型の一つの縁辺に、この縁辺の中心を挟んで少なくとも４個のクランプ手段を前記縁辺に沿って直線状に配置し、前記クランプ手段のうち前記中心に最も近いものを縁辺の中央に配置したクランプ手段と定め、残りのクランプ手段を中央から遠い部位に配置したクランプ手段と定めて、前記一つの縁辺にクランプ手段を取付け、同様に、上下型の他の縁辺に、縁辺の中央に配置したクランプ手段と中央から遠い部位に配置したクランプ手段を縁辺に沿って直線状になるようにして、前記縁辺一つにつき少なくとも４個のクランプ手段を取付ける工程と、前記縁辺の中央に配置したクランプ手段を所定のクランプ加圧力に設定し、中央から遠い部位に配置したクランプ手段をゼロ若しくは前記所定のクランプ加圧力より低いクランプ加圧力に設定する工程と、金型温度が成形温度に近づき且つブロー成形を開始して金型内圧が所定圧力に達したら前記中央に配置したクランプ手段は前記所定のクランプ加圧力を維持させ、前記中央から遠い部位に配置したクランプ手段は前記所定のクランプ加圧力に切換える工程と、からなる超塑性成形用金型のクランプ方法である。
【００１０】
ブランク材を投入する際に金型を型開きすると、金型温度は低下する。このときに縁辺の中央を強くクランプし、中央から遠い部位を弱くクランプする。このことにより、次に金型の昇温に伴なって発生する熱膨張を、中央から遠い部位に向って逃す。しかし、このままでは型締め力が不足するので、金型温度が成形温度に近づき且つ金型内圧が所定圧力に達したら中央から遠い部位も強くクランプする。これで、熱応力の発生を抑えること並びに型締め力を十分に高めることの双方を満足させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る超塑性成形用金型の構造図兼作用図（その１）である。
（ａ）において、型開き状態の上型１１、下型１３間に、矢印▲１▼の通りに超塑性成形材料としてのブランク材２０を投入し、下型１３に載せる。そして、矢印▲２▼，▲２▼の如く上型１１を型組みのために下げる。すると、先ず、パンチ部１４，１４がブランク材２０に当り、これらパンチ部１４，１４がブランク材２０を曲げ始める。
【００１２】
（ｂ）は、パンチ部１４，１４が、ダイ部１５，１５に深く進入して、ブランク材２０を上に凸の深皿状に成形したことを示す。この（ａ）から（ｂ）の工程を後述の超塑性成形の前に実施した「予備曲げ成形」という。２１は得られた予備曲げ成形品である。
【００１３】
図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る超塑性成形用金型の構造図兼作用図（その２）である。
（ａ）において、３０，３０は上型１１の縁辺２２，２２に下型１３の縁辺２３，２３を重ねた後に締めつけることで型締めするためのクランプ手段である。そして、上下型１１，１３を図示せぬ加熱手段で５００℃〜６００℃に加熱し、高圧ガス発生器１９から供給した高圧ガスで予備曲げ成形品２１を成形凹部１２に達するまで膨出させる。すなわち、ブロー成形を実施する。
【００１４】
（ｂ）において、矢印▲３▼の通りに上型１１を上げ、ブロア１８を始動してエアを１７，１７から吹出し、このエアで成形品２４を冷却して、縮めて上型１１から離れやすくし、且つエア圧で成形品２４を上型１１から押出す。この結果、成形品２４は短時間のうちにアーム部材２５に落下する。アーム部材２５を矢印▲５▼の通りに移動することで成形品２４を取出す（払出す）ことができる。
。
【００１５】
図３は本発明に係るクランプ手段の正面図であり、クランプ手段３０は、上爪３１と、下爪３２と、これら上下爪３１，３２の前部間に掛け渡した連結リンク３３と、上爪３１の後部にシリンダ３４ａをピン３５で連結し、下爪３２の後部にピストンロッド３４ｂをピン３６で連結した油圧シリンダ３４と、からなる。この油圧シリンダ３４のピストンロッド３４ｂを延ばせば上下爪３１，３２は閉状態になり、ピストンロッド３４ｂを引けば上下爪３１，３２は開状態になる。
【００１６】
図４は本発明に係るクランプ手段の平面図であり、上爪３１の前部に長いピン３７を通し、このピン３７の両端に連結リンク３３，３３を取付けたこと、及び上爪３１の後部にピン３５，３５を介してシリンダ３４ａを連結したことを示す。３９は上爪３１の押圧面である。
【００１７】
図５は本発明に係る超塑性成形用金型のクランプ装置の構成図であり、クランプ装置４０は、上下型１１，１３の縁をクランプする複数個のクランプ手段３０・・・（・・・は複数個を示す。以下同様。）と、これらのクランプ手段３０・・・に各々設けたクランプ加圧力設定手段４２・・・と、これらのクランプ加圧力設定手段４２・・・を制御する制御部４４とからなる。
【００１８】
クランプ手段３０・・・は、実施例では４辺×４個の合計１６個を配置した。クランプ加圧力設定手段４２・・・は制御部４４の指示に基づいて油圧を決定する手段である。
従って、１６個のクランプ手段３０・・・は、各々独立してクランプ加圧力を設定することができる。
【００１９】
以上の構成からなる超塑性成形用金型のクランプ装置の作用を次に説明する。
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係るクランプ手段の配置図兼作用図である。
上下型１１，１３は平面視で矩形を呈し、４つの縁辺を各々４個の押圧面３９で抑える。
便宜上、上下縁辺中央の計４個の押圧面３９をＡ（Ａ押圧面３９）、その脇（左右）の計４個の押圧面３９をＣ（Ｃ押圧面３９）、左右縁辺中央の計４個の押圧面３９をＢ（Ｂ押圧面３９）、その脇（上下）の計４個の押圧面３９をＤ（Ｄ押圧面３９）と呼ぶことにする。
【００２０】
そして、図（ａ）において、型締め時に、黒塗り長方形で示したところのＡ押圧面３９・・・及びＢ押圧面３９・・・は、高いクランプ加圧力に設定し、白抜き長方形で示したところのＣ押圧面３９・・・及びＤ押圧面３９・・・は、ゼロ若しくは低いクランプ加圧力に設定する。
【００２１】
この状態で、上下型１１，１３を温めると、上下型１１，１３は矢印▲１▼，▲２▼の通りに、熱膨張する。上型１１と下型１３とは重量や内部の構造が互いに異なるため膨張の速度に差がでる。この際に、もしＣ押圧面３９・・・及びＤ押圧面３９・・・でのクランプ加圧力が大きければ、膨張を拘束することになり、上下型１１，１３に無理が掛ると共に、その反動でクランプ手段に過大な反力が掛り好ましいことではない。
そこで、本発明では型締めからしばらくの間は、各縁辺の中央のＡ押圧面３９・・・及びＢ押圧面３９・・・は強く抑えるが、中央から遠いＣ押圧面３９・・・及びＤ押圧面３９・・・は弱く抑えることで、熱膨張を拘束しないようにした。
【００２２】
（ｂ）は、昇温がある程度進み、且つブロー成形の為に高圧ガスを上下型１１，１３間に吹込み、型内圧がある程度上昇した時点でのクランプ手段の設定を説明する図である。すなわち、中央から遠いＣ押圧面３９・・・及びＤ押圧面３９・・・におけるクランプ加圧力を増加し、すべてのＡ〜Ｄ押圧面３９・・・で強く押すようにしたことを示す。この理由は次の通りである。
【００２３】
理由▲１▼〜昇温が進み上下型１１，１３が高温になれば、それ以降に発生する熱膨張並びに熱膨張差は小さくなり、上下型１１，１３に無理が掛る心配はない。
理由▲２▼〜型内圧が高まると、クランプ加圧力を相殺する力が働く。従って、Ｃ押圧面３９・・・及びＤ押圧面３９・・・におけるクランプ加圧力を増加することは差支えない。逆に、Ｃ押圧面３９・・・及びＤ押圧面３９・・・におけるクランプ加圧力が小さいとブランク材が不都合に移動することになるから、クランプ加圧力を高める必要があると言える。
以上の説明を再度、グラフに基づいて説明する。
【００２４】
図７（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る超塑性成形用金型のクランプ方法を説明するためのグラフであり、これらのグラフの横軸は全て時間である。
（ａ）において、縦軸は温度であって、ブランク材（超塑性成形材料）の温度を示し、Ｐ１点で昇温を開始してブランク材を６００℃程度（成形温度）まで温める。
Ｐ１点では、ブランク材を投入する際に金型を型開きするため、金型温度が低下したことを示す。
【００２５】
（ｂ）において、縦軸は型内圧力であり、金型温度が成形温度に近づいたところの点（Ｐ２）にて、金型に高圧ガスを吹込み始める。この圧力が所定圧力Ｐｓに達した点をＰ３と呼ぶ。
【００２６】
ここで、「金型温度が成形温度に近づき」とは、金型温度が成形温度の５０〜１００％に相当する温度に達したときをいう。５０％未満では膨張残が大であり、金型等に無理が掛る。１００％であれば膨張残がゼロであり好ましいが、工程時間が延びる。そこで、金型温度が成形温度の５０〜１００％、より望ましくは７０〜９０％に達したときを金型温度が成形温度に近づいた温度という。
【００２７】
また、所定圧力Ｐｓは、ブロー成形圧力Ｐｂの５０％程度とするが、０．２×Ｐｂ≦Ｐｓ≦０．８×Ｐｂの範囲から選択すればよい。なお、Ａｌ系超塑性成形材料であれば、ブロー成形圧力Ｐｂはほぼ１．０ＭＰａである。
【００２８】
（ｃ）において、縦軸は図６で述べたＡ，Ｂにおけるクランプ加圧力を示し、Ａ，Ｂでは前記Ｐ１点、すなわち、昇温開始時点で高い加圧力にする。そして、この高い加圧力は成形完了まで続ける。
（ｄ）において、縦軸は図６で述べたＣ，Ｄにおけるクランプ加圧力を示し、Ｃ，Ｄでは前記Ｐ１点では、ゼロ若しくは低いクランプ加圧力とし、前記Ｐ３点、すなわち型内圧力が所定圧力Ｐｓに達したら、高いクランプ加圧力に切換える。
【００２９】
Ｃ，Ｄのクランプ加圧力を、Ｐ１点でゼロ若しくは低い加圧力としたのは、金型の縁辺は連続体であり、Ａの加圧力の影響がＣにも及ぶ。結果として、Ａを押せば、押し力は小さいもののＣの箇所も押したことになる。従って、Ｃのクランプ加圧力をゼロとすることが可能となる。ＤはＣと同様であるから説明を省略する。
【００３０】
以上に述べたＰ１点からＰ３点の間は、図６（ａ）の設定とし、Ｐ３点以降は図６（ｂ）の設定とする如くに、Ｃ，Ｄにおけるクランプ加圧力の設定を途中で切換える。
【００３１】
尚、クランプ手段３０の構造は一例を示したに過ぎず、構造を変更することは差支えない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、上下型の一つの縁辺に、この縁辺の中心を挟んで少なくとも４個のクランプ手段を前記縁辺に沿って直線状に配置し、前記クランプ手段のうち前記中心に最も近いものを縁辺の中央に配置したクランプ手段と定め、残りのクランプ手段を中央から遠い部位に配置したクランプ手段と定めて、前記一つの縁辺にクランプ手段を取付け、同様に、上下型の他の縁辺に、縁辺の中央に配置したクランプ手段と中央から遠い部位に配置したクランプ手段を縁辺に沿って直線状になるようにして、前記縁辺一つにつき少なくとも４個のクランプ手段を取付ける工程と、前記縁辺の中央に配置したクランプ手段を所定のクランプ加圧力に設定し、中央から遠い部位に配置したクランプ手段をゼロ若しくは前記所定のクランプ加圧力より低いクランプ加圧力に設定する工程と、金型温度が成形温度に近づき且つブロー成形を開始して金型内圧が所定圧力に達したら前記中央に配置したクランプ手段は前記所定のクランプ加圧力を維持させ、前記中央から遠い部位に配置したクランプ手段は前記所定のクランプ加圧力に切換える工程と、からなる超塑性成形用金型のクランプ方法であり、金型が低温のときに縁辺の中央を強くクランプし、中央から遠い部位を弱くクランプすることで、金型の昇温に伴なって発生する熱膨張を、中央から遠い部位に向って逃す。しかし、このままでは型締め力が不足するので、金型が成形温度に近づき且つ金型内圧が所定圧力に達したら中央から遠い部位も強くクランプする。これで、熱応力の発生を抑えること並びに型締め力を十分に高めることの双方を満足させることができる。
この結果、上下型からなる金型の傷みを抑えることができ、それの寿命を延ばすことができると共に、軽量化の可能となり、大きな経済効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超塑性成形用金型の構造図兼作用図（その１）
【図２】本発明に係る超塑性成形用金型の構造図兼作用図（その２）
【図３】本発明に係るクランプ手段の正面図
【図４】本発明に係るクランプ手段の平面図
【図５】本発明に係る超塑性成形用金型のクランプ装置の構成図
【図６】本発明に係るクランプ手段の配置図兼作用図
【図７】本発明に係る超塑性成形用金型のクランプ方法を説明するためのグラフ
【図８】改良された従来の超塑性成形装置の構成図兼作用説明図
【符号の説明】
１１，１３…超塑性成形金型を構成する上型及び下型、２２，２３…上下型の縁辺、３０…クランプ手段、３１…上爪、３２…下爪、３４…油圧シリンダ、３９…押圧面、４０…クランプ装置、４２…クランプ加圧力設定手段、４４…制御部、Ｐｓ…所定圧力。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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