(57)【要約】【課題】従来の多層金属シート構造の製造方法における特別の表面前処理が必要である制約や、レーザ溶接、電子ビーム溶接等による溶接部が基板物質の溶融と高い冷却率により溶接部がもろく弱くなり、応力集中がおきやすくなるという問題点を解消する。【解決手段】多層構造の製造方法であって、第１シートを支持平板上に載置し、第１シートの少なくとも一つの選択箇所に膨張剤を置く。第２シートが第１シートの少なくとも一つの選択箇所に重なるように位置決めし、第１シートと第２シートを、第１シートの選択箇所を囲い込むように摩擦攪拌接合する。その後、膨張剤が分解するのに十分な温度まで加熱する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のステップを持つ多層シート構造の製造方法：
第１シートを支持平板上に載置し、
第１シートの少なくとも一つの選択箇所に膨張剤を置き、
第２シートを第１シートの少なくとも一つの選択箇所に重なるように位置決めし、
第１シートと第２シートを、第１シートの前記選択箇所を囲い込むように摩擦攪拌接合し、
その後、膨張剤が分解するのに十分な温度まで加熱する。
【請求項２】
請求項１に記載された多層シート構造の製造方法において、前記第１シート及び第２シートは成形性の高い金属合金からなることを特徴とする多層シート構造の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載された多層シート構造の製造方法において、前記金属合金はアルミニウムを含むことを特徴とする多層シート構造の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載された多層シート構造の製造方法において、前記膨張剤は水素化チタン粉末を含むことを特徴とする多層シート構造の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載された多層シート構造の製造方法において、前記膨張剤は水素化マグネシウム粉末を含むことを特徴とする多層シート構造の製造方法。
【請求項６】
さらに以下のステップを含む請求項１に記載された多層シート構造の製造方法：
膨張剤を第１シートの複数の選択箇所に載置し、
第１シート及び第２シートを、選択箇所が囲いこまれ、各選択箇所が他の選択箇所からシールされるように摩擦攪拌接合する。
【請求項７】
さらに以下のステップを含む請求項１に記載された多層シート構造の製造方法：
膨張剤を接合ステップの後で表側になった第１シートまたは第２シート上の少なくとも一つの選択箇所に膨張剤を載置し、
第３シートを前記選択箇所をカバーするように位置決めし、
摩擦攪拌接合により第３シートを、第１シートの選択箇所を囲い込むように第１シートまたは第２シートのいずれかの表側に接合する。
【請求項８】
請求項７に記載された多層シート構造の製造方法において、第１シートまたは第２シートの表側の選択箇所は第１シートおよび第２シートの選択箇所からオフセットしていることを特徴とする多層シート構造の製造方法。
【請求項９】
金属性シートからなる多層金属シート構造において、第１シートと、第１シートの少なくとも１箇所と重ねられた第２シートとを有し、前記第１シートは第２シートに摩擦攪拌接合で接合され、これにより前記第１シート及び第２シート間の選択箇所を囲い込み、膨張剤が前記第１シート及び第２シートの少なくとも一つの選択箇所に挟み込まれ、膨張剤を分解温度以上に加熱して形成されたことを特徴とする多層金属シート構造。
【請求項１０】
請求項９に記載された多層金属シート構造において、前記第１シート及び第２シートは各々金属合金から形成されることを特徴とする多層金属シート構造。
【請求項１１】
請求項１０に記載された多層金属シート構造において、前記金属合金はアルミニウムを含むことを特徴とする多層金属シート構造。
【請求項１２】
請求項９に記載された多層金属シート構造において、前記膨張剤は水素化チタン粉末を含むことを特徴とする多層金属シート構造。
【請求項１３】
請求項９に記載された多層金属シート構造において、前記膨張剤は水素化マグネシウム粉末を含むことを特徴とする多層金属シート構造。
【請求項１４】
請求項９に記載された多層金属シート構造において、少なくとも一つの前記選択箇所は複数の分離した選択箇所を含むことを特徴とする多層金属シート構造。
【請求項１５】
請求項１４に記載された多層金属シート構造において、複数の分離した前記選択箇所は格子状に形成されていることを特徴とする多層金属シート構造。
【請求項１６】
請求項９に記載された多層金属シート構造において、第３シートが第１シートまたは第２シートの表側の少なくとも一つの箇所に重ねられ、第３シートは摩擦攪拌接合により第１シートまたは第２シートの表側に固着され、第１シートまたは第２シートの表側の少なくとも一つの箇所を囲い込み、膨張剤は表側の面と第３シートに挟み込まれることを特徴とする多層金属シート構造。
【請求項１７】
請求項１６に記載された多層金属シート構造において、第１シート及び第２シート間の選択箇所は第１の格子を形成し、第１シートまたは第２シートの表側の面と第３シート間の選択箇所は第２の格子を形成し、両格子は互いにオフセットしていることを特徴とする多層金属シート構造。
【請求項１８】
以下のステップにより形成される多層金属シート構造：
第１シートを支持平板上に載置し、
第１シートの少なくとも一つの選択箇所に膨張剤を置き、
第２シートを第１シートの少なくとも一つの選択箇所に重なるように位置決めし、
第１シートと第２シートを、第１シートの選択箇所を囲い込むように摩擦攪拌接合し、
その後、膨張剤が分解するのに十分な温度まで加熱する。
【請求項１９】
請求項１８に記載された多層金属シート構造において、前記第１シート及び第２シートは各々アルミニウムからなることを特徴とする多層金属シート構造。
【請求項２０】
請求項１８の多層金属シート構造において、前記膨張剤は水素化チタン粉末からなることを特徴とする多層金属シート構造。
【請求項２１】
請求項１８に記載された多層金属シート構造において、前記膨張剤は水素化マグネシウム粉末からなることを特徴とする多層金属シート構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層シート構造とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来第１のシートと第2のシートを有する多層金属シート構造が知られており、第２のシートが第１のシートの少なくとも一部に重なるように位置決めされている。膨張剤が第１シート及び第２シート間の少なくとも一つの選択箇所に置かれ、第１シート及び第２シートは連続接合により接続され、連続接合は前記膨張剤を囲い込む。この接合技術は溶接、拡散接合、接着等を含む。
【０００３】
その後、接合された第１シート及び第２シートは膨張剤の分解温度以上に加熱され、第１シート及び第２シートは膨張剤を含む選択箇所で互いに外側に膨張し、多くの場合第１シート及び第２シートは加熱ステップ時に金型に入れられ、金型が本構造の輪郭を明確に決定する。
【０００４】
これら従来知られていた多層金属シート構造は、しかしながら、汚染物質や酸化物の事前除去を含む特別の表面前処理が必要であるという一定の制約があった。加えて、溶接するシート表面同士を正確に準備する必要があった。他の方法（レーザ溶接、電子ビーム溶接等）による溶接部は、概して以下の問題、即ち基板物質の溶融と高い冷却率により溶接部がもろく弱くなり、応力集中がおきやすくなる問題があった。
【０００５】
この金属学的特性の変化は、膨張剤の分解で形成されるシート特性に大きく影響する。いくつかの従来の多層シート接合技術（分散接合等）はシート接合に長い加工時間を要するが、これに対し摩擦攪拌接合は数分間の加工時間で足りる。さらに、熱溶接ステップにおいては熱溶接の完了まで膨張剤が分解しないことが必須とされる。従って溶接作業において膨張剤の早期分解を避けるために、膨張剤から相当の距離を取って溶接するか、あるいは膨張剤を溶接作業時に確実に分解温度以下に保つステップを設けることが従来から要求されていた。
【０００６】
膨張剤を用いた多層金属シート構造の製造に関する従来例のさらに不利な点は、第１シート及び第２シートにおける溶接パターンを第２、第３シートにおける溶接パターンと異ならせて３層またはそれ以上の多層を製造することが困難である。これは熱溶接において３枚のシートのうち２枚だけの熱溶接深さを制御することが難しいからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、多層金属シート構造および多層金属シート構造の製造方法であって、上記の従来構造及び製造方法の欠点を克服したものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、第１シートを支持平板上に載置し、第１シートの少なくとも一つの選択箇所に膨張剤を置き、第２シートを第１シートの少なくとも一つの選択箇所に重なるように位置決めし、第１シートと第２シートを、第１シートの前記選択箇所を囲い込むように摩擦攪拌接合し、
その後、膨張剤が分解するのに十分な温度まで加熱するステップを持つ多層構造の製造方法を特徴とする。
【０００９】
また、上記ステップ加え、膨張剤を接合ステップの後で表側になった第１シートまたは第２シート上の少なくとも一つの選択箇所に膨張剤を載置し、第３シートを前記選択箇所をカバーするように位置決めし、摩擦攪拌接合により第３シートを、第１シートの選択箇所を囲い込むように第１シートまたは第２シートのいずれかの表側に接合するステップを含む多層構造の製造方法を特徴とする。
【００１０】
さらに、金属性シートからなる多層金属シート構造において、第１シートと、第１シートの少なくとも１箇所と重ねられた第２シートとを有し、前記第１シートは第２シートに摩擦攪拌接合で接合され、これにより前記第１シート及び第２シート間の選択箇所を囲い込み、膨張剤が前記第１シート及び第２シートの少なくとも一つの選択箇所に挟み込まれ、膨張剤を分解温度以上に加熱して形成されたことを特徴とする多層金属シート構造を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、摩擦攪拌接合の深さが正確に短時間で制御されるため、特別の表面処理を不要とし、接合部分の劣化や膨張材への影響を最低限にとどめることができ加工の自由度を増すことができる。さらに本発明は擦攪拌接合の深さは注意深く制御されるため、第１シート及び第２シート間の接合パターンは、第２シート及び第３シート間の接合パターンとずれて組み合わされ、膨張剤の早期分解は生じない。従って３層またはそれ以上の金属シート構造が容易に可能となるという従来にない独自の効果を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施例を図面により説明する。
【実施例１】
【００１３】
図1において、本発明の多層金属シート構造を製造するため、第１シートの金属シート２０が支持平板２２に載置される。第1の金属シート２０は好ましくは平板で、支持平板２２の表面は好ましくは水平である。シート２０はいずれかの金属合金やアルミニウムから構成されても良い。
【００１４】
さらに図２において、金属シート２０は例示的に３×３の格子からなる９個の異なる選択箇所２４を持つように図示されている。もちろん３×３の格子格子からなる選択箇所２４は例示のためにのみ表示されており、どのようなパターンも本発明の範囲から外れずに使用可能である
膨張剤２６が各選択箇所２４に置かれている。従来用いられているどのような膨張剤、例えば水素化チタン粉末や水素化マグネシウム粉末でも使用できる。
【００１５】
図２において、次に第２シート３０が第１シート２０の選択箇所２４を覆うように載置される。その後第１シート２０と、第２シート３０は摩擦攪拌接合で接合され、摩擦攪拌接合部３２は第１シート２０の選択箇所２４を囲いこむ。摩擦攪拌接合部３２は連続的に完全に第１シート２０の選択箇所２４を囲いこみ、効果的に第１シート２０と第２シート３０の選択箇所２４に含まれる膨張剤２６をシールする。
【００１６】
図３において、膨張剤は分解に十分な温度に加熱される。すなわち接合している第１シート２０と第２シート３０を加熱し膨張剤の分解に十分な温度に加熱される。そうすると膨張剤は分解して水素ガスを発生し、シート２０と３０を選択領域で互いに外側に押し広げ、シート２０と３０の間にポケット３４を形成する。シート２０と３０の加熱はさらに金型３６の内部で行われても良く、これは加熱ステップに続く最終的な金属シート構造３８の形を明確に決定する。金型３６は平らでも良く図３の形でも良い。金型の形が最終的な膨張した金属シート構造の形を決定する。
【実施例２】
【００１７】
図４において、本発明は３層以上の多層金属シート構造とすることができる。たとえば図２に示す摩擦攪拌接合加工の完了後に、第２シート３０の上側が表になる。このシート３０の表側は仮想線で示されるパターンに分けられ、複数の選択箇所４２に分けられる。選択箇所４２は図４で格子に描かれ、各選択箇所の中心はシート２０と３０の摩擦攪拌接合加工による溶接線３２の交差点に設けられる。これは例示に過ぎない。
【００１８】
膨張剤４４は第２シート３０の露出側の各選択箇所４２に置かれる。膨張剤４４は膨張剤２６と同様でも良く異なっていても良い。
【００１９】
図５において、第３のシート４６が第２シート３０の表側に形成された選択箇所４２を覆うように置かれる。その後第２シート３０と第３シート４６は摩擦攪拌接合で接合され摩擦攪拌接合部４６を形成し、それは選択部４２の周囲を包み込み、最終的な希望する金属箇所のパターンを形成する。
【００２０】
さらに、第３シート４６はシート３０の表側を覆うように説明してきたが、第３シート４６は第１シート２０の表側を覆っても良いことは明らかである。この場合、第１シート２０と第２シート３０が接合された後、結合構造が裏返されて第１シートが表側に出る。
【００２１】
図５の３層構造が摩擦攪拌接合により完成後に、図６に示すように金型３６内に置かれて膨張剤の分解温度以上に加熱されても良く、その場合に分解により水素ガスが発生し図５、図６に示す格子構造が形成され、格子構造の対向する面のパターンは互いにオフセットして組み合わされる。
【００２２】
上述のように、本発明は新規な多層金属シート構造の形成方法を提供し、従来例の制約を解消することができる。特に摩擦攪拌接合方法がシート接合に用いられ、比較的低温度での摩擦攪拌接合プロセスは膨張剤の早期分解をしないように保証し、シート溶接パターンのフレキシビリティを増大する。さらに摩擦攪拌接合方法の溶接部は従来の熱溶接より弱く可撓性があり、これはシートの加熱及び膨張時により望ましい。
【００２３】
以上本発明について述べたが、クレームに定義された本発明の精神を外れない範囲で、多くの変形例が当業者に自明である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１の多層シート製造方法の始めのステップを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例１の多層シート製造方法の他のステップを示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例１の多層シート製造方法の更に他のステップを示す縦断面図である。
【図４】本発明の実施例２の図1に対応する斜視図である。
【図５】本発明の実施例２の図２に対応する斜視図である。
【図６】本発明の実施例２の図３に対応する縦断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
２０：第１シート
３０：第２シート
２６：膨張剤
４６：第３シート
４４：膨張剤
【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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