JP2754193B2

JP2754193B2 - 積層接合成形法

Info

Publication number: JP2754193B2
Application number: JP8058471A
Authority: JP
Inventors: 守中村; 一典重松
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1996-02-20
Filing date: 1996-02-20
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2016-02-20
Also published as: JPH09225655A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複雑形状体の成形
法に係り、特に、塑性加工や切削加工が困難な、セラミ
ックスや金属間化合物等の難加工性材料、若しくは、長
繊維強化複合材料や積層成形された複合材料のように、
薄板等の単純形状体は比較的容易に成形し得るが塊状の
複雑形状体の成形が非常に困難な材料からなる複雑形状
体の成形法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、セラミックス、金属間化合
物、炭素繊維等の長繊維で強化したセラミックスや金属
等の長繊維強化複合材料、及び炭素繊維等の長繊維から
なる織物で強化した金属の如き積層成形された複合材料
は、耐熱性や高強度等の優れた特性を有しているところ
から、工業製品等への広範な利用が、広く期待されてい
る。

【０００３】そして、例えば上記の材料を、その特性を
生かして、各種の装置や施設の構造部材として使用する
場合等においては、それら材料から複雑な形状を呈する
部材を成形する必要が生じるが、そのような材料からな
る複雑形状体の成形方法は、それぞれ、問題点を有して
いるのである。

【０００４】すなわち、セラミックスや金属間化合物
は、通常、塑性加工や切削加工が困難な難加工性材料で
あるところから、それらの材料からなる複雑形状体は、
主に、それら材料の単純形状体からダイヤモンド工具等
による研削加工によって成形されているのであるが、こ
のような加工法にあっては、研削加工によって細かい凹
凸のある複雑な形状を成形するために、成形すベき形状
に対応した特殊形状の工具を必要とすると共に、長い加
工時間を要することとなって、その結果、成形の加工コ
ストが高くなるのである。また、そのような難加工性材
料に対しては、粉末の状態で成形し、次いで焼結させ
て、目的とする成形品を成形する手法も、しばしば採用
されているが、このような手法にあっては、粉末成形に
用いる射出成形用型が必要となり、また、長い加工時間
が必要となって、高い加工コストがかかることとなるの
である。

【０００５】一方、長繊維強化複合材料や積層成形され
た複合材料にあっては、薄板等の単純形状体の成形は比
較的容易に行なうことが出来るが、複雑形状体の成形は
困難なことから、そのような材料からなる複雑形状体の
成形は、一般に、先ず円柱や直方体等の単純形状のブロ
ックを成形せしめ、次いで成形したブロックから目的と
する複雑形状体を研削加工等で削り出すことによって、
行なわれている。また、そのような複合材料からなる複
雑形状体の他の成形法として、それら複合材料の長繊維
や、長繊維からなる織物等の構成要素を成形体の形状に
成形した後、焼結等の工程を行ない、殆ど除去加工を行
なうことなく、複雑形状体を得る方法も実施されてい
る。しかし、これら何れの方法においても、研削加工用
の工具や成形用型等が必要となると共に、研削加工等に
長い加工時間がかかり、加工コストが高くなる問題点を
内在しているのである。

【０００６】ところで、金属等の材料からなる薄板材
を、レーザービーム等によって、目的とする成形体を与
える複数の切片にそれぞれ対応する形状を有する薄板成
形材に加工した後、得られた薄板成形材を所定の順序に
従って積層し、隣接する薄板成形材相互を接合すること
によって、複雑な三次元形状を呈する部材を成形する手
法、即ち、積層接合成形法が、開発され、試験的に試み
られている。このような積層接合成形法にあっては、上
記の如き、塑性加工や切削加工が困難な難加工性材料
や、薄板等の単純形状体は比較的容易に成形し得るが塊
状の複雑形状体の成形が困難な材料等からなる複雑形状
体を、低加工コストで、迅速に成形、製造することが出
来る可能性を有している。

【０００７】しかし、その一方で、このような積層接合
成形法は、薄板成形材の積層時において、薄板成形材相
互の正確な位置決めが困難であるため、それら薄板成形
材相互の位置決めに多大な時間がかかる上に、積層され
た薄板成形材の間に相対的な位置のずれが発生しやす
く、正確な所定の形状を有する成形体を得ることが、困
難であるという問題点を内在している。それに加えて、
このような積層接合成形法は、隣接する薄板成形材相互
の強固な接合が困難であるため、充分な強度等の特性を
有する成形体の成形が困難であるという問題点をも有し
ているのである。即ち、積層接合成形法にあっては、通
常、薄板間の接合に用いられる、溶接、ろう付、接着
や、螺着等の接合方法を、薄板成形材相互間の接合に使
用する場合、これらの接合方法においては、薄板成形材
とは異なる材質の接合材を用いたり、隣接する薄板成形
材相互の積層面の全面にわたる接合が困難であるため、
上記の如き、塊状素材から削り出す成形方法や、粉末材
料の成形及びその後の焼結による成形方法によって、得
られた成形体に比べて、充分な強度等の特性が得られな
い。

【０００８】そこで、そのような積層接合成形法におけ
る隣接する薄板成形材相互の接合の問題点を解決するた
めに、接合する部材相互を高温下で加圧して、その材料
を拡散によってクリープ変形せしめて接合面近傍で拡散
による物質移動を起こさせることによって、それら部材
を接合する方法、即ち拡散接合法によって、隣接する薄
板成形材相互を接合する試みもなされている。

【０００９】しかし、このような拡散接合を用いた積層
接合成形法にあっても、目的とする成形体の断面積が大
きく変化している場合等においては、加圧力によって、
断面積が小さな部分を形成する薄板成形材に過大な応力
が発生して、得られた成形体が局所的に大きな変形を有
し得るために、充分な加圧力を薄板成形材にかけること
が出来ないという問題点を有している。

【００１０】このように、塑性加工や切削加工が困難な
セラミックスや金属間化合物を含む難加工性材料及び、
長繊維強化複合材料や積層成形された複合材料のように
薄板等の単純形状体は比較的容易に成形し得るが塊状の
複雑形状体の成形が非常に困難な材料からなる、充分な
強度等の特性を有した均質な複雑形状体の成形を低コス
トで迅速に行なう手法は、その必要性が高いにも拘わら
ず現状では確立されておらず、新しい複雑形状体の成形
手法の開発が望まれているのである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ここにおいて、本発明
は、かかる事情を背景にして為されたものであって、そ
の解決課題とするところは、塑性加工や切削加工が困難
なセラミックスや金属間化合物等の難加工性材料や、長
繊維強化複合材料や積層成形された複合材料のように薄
板等の単純形状体は比較的容易に成形し得るが、塊状の
複雑形状体の成形が非常に困難な材料からなる均質な任
意の複雑形状体を、正確な所定の形状を有し且つ充分な
強度等の特性を有しつつ、低い加工コストで迅速に成形
し得る積層接合成形法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そして、かかる課題を解
決するために、本発明は、目的とする成形体を与える複
数の切片にそれぞれ対応する形状の成形孔を有する薄板
型材の複数を準備する一方、複数の薄板型材の成形孔の
それぞれに対応する形状を有する複数の薄板成形材を準
備し、次いで、薄板型材とその成形孔に対応する薄板成
形材とを組み合わせて、成形孔内に薄板成形材を嵌め込
んだ状態下において、それら複数の薄板型材と複数の薄
板成形材とを順次積み重ねた後、それらの積層方向に一
軸加圧せしめることにより、重ね合わせた複数の薄板成
形材を相互に一体的に拡散接合せしめ、そして得られた
接合体の周りから複数の薄板型材を取り除いて、目的と
する成形体を得ることを特徴とする積層接合成形法を、
その要旨とするものである。

【００１３】本発明に従う積層接合成形法によれば、目
的とする成形体を与える複数の切片にそれぞれ対応する
形状の成形孔を有する薄板型材に、複数の薄板型材の成
形孔のそれぞれに対応する形状を有する複数の薄板成形
材を嵌め込んだ状態下において、それら複数の薄板型材
と複数の薄板成形材とが順次積層されるところから、薄
板成形材相互の位置決めが、薄板型材の成形孔によって
容易且つ正確になされ得る。

【００１４】また、このような本発明方法に従えば、薄
板型材とその成形孔に対応する薄板成形材とを組み合わ
せて、成形孔内に薄板成形材を嵌め込んだ状態下におい
て、それら複数の薄板型材と複数の薄板成形材とを順次
積み重ねた形状を、目的とする成形体に比べて、断面積
変化の小さな単純形状と成し得るところから、一軸加圧
手段からの加圧力によって、薄板型材及び薄板成形材か
らなる各断面に及ぼされる面圧が、略等しくなる結果、
隣接する薄板成形材相互間の接合面圧が積層方向にわた
って略均一となり、大きな変形が、積層面の面積の小さ
な薄板成形材に発生することが防止される。それと共
に、薄板成形材が、それが嵌め込まれた薄板型材、及
び、場合によっては、その上下の薄板型材によって確実
に支持されることから、重ね合わされた複数の薄板成形
材の積層形状、ひいては目的とする成形体の形状が、い
かなる形状である場合においても、一軸加圧手段からの
加圧力によって、曲げモーメントや捩じりモーメントが
重ね合わされた複数の薄板成形材に発生することが、効
果的に抑制され、それによって、一軸加圧手段の加圧力
が大きい場合においても、重ね合わされた複数の薄板成
形材、ひいては成形体が、座屈等によって局所的に大き
く変形することが防止される。そして、それらの結果、
重ね合わされた複数の薄板成形材を大きく変形させるこ
となく、より高い接合面圧を重ね合わされた複数の薄板
成形材にかけることが可能となり、成形体の強度等の特
性を向上させることが出来る。

【００１５】さらに、このような本発明方法にあって
は、成形体は、隣接する薄板成形材相互の拡散接合によ
って接合されて成形されることから、ろう付や接着や螺
着等の接合法による成形と異なり、得られた成形体は、
均質であると共に、その接合面においても、その材料の
有する強度等の特性を有し得るのである。

【００１６】更にまた、このような本発明方法にあって
は、加圧方法として一軸加圧を採用しているところか
ら、薄板型材の成形孔の内面と薄板成形材の外周面との
接触面圧が低く押さえられて、成形体の成形後におけ
る、成形体の周りからの薄板型材の除去が容易となり、
加工時間が短縮される。

【００１７】従って、このような本発明方法に従えば、
セラミックス、金属間化合物、長繊維強化複合材料、積
層成形された複合材料等の優れた特性があるにも拘わら
ず、複雑な形状を有する部材の成形が困難なため、利用
が妨げられてきた材料からなる、均質な任意の複雑形状
体を、正確な所定の形状を有し且つ充分な強度等の特性
を有しつつ、低い加工コストで迅速に成形し得るのであ
る。

【００１８】また、本発明に従う積層接合成形法におい
て、有利には、複数の薄板型材の少なくとも積層面に対
して、薄板型材の相互の拡散接合を阻止する材料からな
る接合阻止層が形成される。これによって、拡散接合時
に、少なくとも隣接する薄板型材相互の積層面の拡散接
合が阻止されて、成形体の成形後の、薄板型材の除去が
容易となり、加工時間が更に短縮され、コスト性が一層
向上することとなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を更に具体的に明ら
かにするために、図面を参照しつつ、本発明の具体的構
成について詳細に説明することとする。

【００２０】先ず、図１には、本発明に従う積層接合成
形法によって成形される成形体の一例が示されている。
この図において、成形体２は、基部４、中央部６及び先
端部８からなる形状を有している。より詳細には、かか
る成形体２は、円錐台状の基部４の小径側の端面から、
円柱状の中央部６が一方向に傾斜して延びる一方、中央
部６の端面から、円柱状の先端部８が中央部６の傾斜方
向と異なる方向に傾斜して延びた形状を呈している。

【００２１】本発明に従う積層接合成形法によって、こ
のような形状を有する成形体２を形成する薄板成形材の
材料としては、高温でクリープ変形が起きる材料、換言
すれば、拡散接合し得る材料であれば、セラミックス、
金属間化合物、長繊維強化複合材料、及び積層成形され
た複合材料の何れも適宜採用され得る。より具体的に
は、セラミックスとしては、窒化ケイ素セラミックスや
アルミナセラミックス等が採用される。また、金属間化
合物としては、例えば、チタンアルミ（Ｔｉ₃Ａｌ）が
使用され得る。更に、長繊維強化複合材料としては、炭
素繊維で強化された窒化ケイ素基複合材料等、また、積
層成形された複合材料としては、炭素繊維や炭化ケイ素
長繊維の織物で強化したアルミニウムやチタン等を採用
することが出来る。なお、本発明に従う積層接合成形法
は、拡散接合し得る材料であれば、上記例示以外の材
料、例えば金属材料にも適用可能であることは、言うま
でもない。

【００２２】また、目的とする成形体２を与える複数の
切片にそれぞれ対応する形状の成形孔を有する薄板型材
の材料は、上記の薄板成形材の材料の中から適宜選択し
得るのであるが、使用する薄板成形材の材料と同一であ
ることが望ましい。けだし、薄板型材の物質が、拡散接
合時の加熱によって、気化する可能性が存在するが、薄
板型材の材料を薄板成形材のそれと同じにすることで、
そのような気化が起こった場合においても、隣接する薄
板成形材相互間の接合面の汚染が防止されて、成形体２
の強度等の特性の低下を防ぐことが可能となるからであ
る。それと共に、薄板型材と薄板成形材の材質を同じに
することによって、薄板型材と薄板成形材の熱膨張係数
の違いによって生じ得る熱応力の発生をも未然に防ぎ、
過大な熱応力による成形体２の破損を防止する効果をも
奏することが出来る。更に、薄板型材と薄板成形材の材
質を同じにすることによって、それらのクリープ変形の
特性が等しくなり、加圧装置からの加圧力によって、薄
板型材及び薄板成形材からなる断面に及ぼされる面圧
が、各断面内で略均一になる結果、隣接する薄板成形材
相互間の接合面圧が積層方向にわたって略均一となり、
それによって、積層方向にわたる薄板成形材相互の接合
が、より均質化される。

【００２３】而して、上記の如き材料から、公知の手段
によって、図２に例示されているように、薄板型材１０
のそれぞれを、所定の厚さを有し、目的とする成形体２
を与える複数の切片、即ち成形体２を薄板成形材１２の
厚さに略等しい間隔で積層方向に分割したものに、それ
ぞれ対応する形状の成形孔１４を有するように成形する
と共に、薄板成形材１２のそれぞれを、所定の厚さを有
し、薄板型材１０の成形孔１４のそれぞれに対応する形
状、換言すれば、目的とする成形体２を与える複数の切
片それぞれの形状を有するように成形することとなる。
ここで、薄板成形材１２の厚さは、使用する材料の成形
性や目的とする成形体２の形状の再現性等の観点から、
適宜決定される一方、薄板型材１０の厚さは、後述する
接合阻止層をその表面に形成する場合を除き、薄板成形
材１２の厚さと略同一とされる。また、必要に応じて、
薄板型材１０の成形孔１４とそれに対応する薄板成形材
１２の形状は、薄板型材１０の成形孔１４内に薄板成形
材１２を嵌め込んだ状態下において、それら成形孔１４
と薄板成形材１２との間に所定の隙間が生じるような寸
法とされてもよく、この隙間の値は、薄板型材１０及び
薄板成形材１２の材料等に応じて適宜決定される。

【００２４】また、このような薄板型材１０と薄板成形
材１２の成形は、望ましくは、先ず、公知の方法によっ
て、所定の厚さを有した薄板を成形した後、そのような
薄板それぞれを、レーザービーム、電子ビーム、若しく
はウォータージェット等の公知の手段で切断して、対応
する薄板型材１０と薄板成形材１２を同時に形成するこ
とによって行なう。これによって、材料コストを低下さ
せることが出来ると共に加工時間を短縮することが出
来、その結果、成形体２の生産性及びコスト性を大幅に
向上せしめることが可能となる。また、薄板型材１０の
成形孔１４とそれに対応する薄板成形材１２との間に、
薄板型材１０の成形孔１４内に薄板成形材１２を嵌め込
んだ状態下において、所定の隙間を形成させる場合にお
いても、切断加工時の切りしろを調節することによっ
て、簡単にそれを実現することが出来るのである。

【００２５】さらに、薄板型材１０の外周形状は、全て
同一形状にすることが、望ましく、これによって、薄板
型材１０とその成形孔１４に対応する薄板成形材１２と
を組み合わせて、成形孔１４内に薄板成形材１２を嵌め
込んだ状態下において、それら複数の薄板型材１０と複
数の薄板成形材１２とを順次積み重ねた形状が、断面積
の一定な単純形状となるところから、加圧装置からの加
圧力によって、薄板型材１０及び薄板成形材１２からな
る各断面に及ぼされる面圧が、略等しくなる結果、隣接
する薄板成形材相互間の接合面圧が積層方向にわたって
略均一となり、それによって、積層方向にわたる薄板成
形材相互の接合が、より均質化される。それに加えて、
各薄板型材１０の外周を揃えることによって、薄板型材
１０相互の相対的な位置決めを、実施することが出来
て、薄板型材１０の相互の位置決めを容易且つ正確に行
なうことが出来、ひいては、薄板成形材１２相互の位置
決めも、容易且つ正確に行ない得るのである。

【００２６】更にまた、薄板型材１０の外周形状は、図
２に例示されているように、一軸加圧用型の内面形状に
対応した形状とすることが、更に望ましい。これによっ
て、薄板型材１０の外周が加圧用型によって当接支持さ
れて、拡散接合時の加圧中においても、薄板型材１０の
確実な保持が可能となって、加圧中における薄板型材１
０の積層方向に直角な面内におけるずれの発生が効果的
に防止され、薄板成形材１２間の位置関係が、確実に保
持されることとなるのである。それと共に、薄板型材１
０相互の相対的な位置決めが、一軸加圧用型の内面との
当接によって、実施することが出来て、薄板型材１０の
相互の位置決め、ひいては、薄板成形材１２相互の位置
決めを、より容易且つ正確に行なうことが出来る。な
お、薄板型材１０の外周形状を、一軸加圧用型の内面形
状に対応した形状としない場合に、薄板型材１０相互の
ずれを防止する手段を薄板型材１０に別に形成してもよ
い。

【００２７】また、薄板型材１０及び薄板成形材１２の
積層時において、薄板成形材１２相互の相対的な位置決
めは、上記の如く、薄板型材１０の外周形状や、薄板型
材１０の加圧用型の内面への当接等を利用して、実施し
得るのであるが、それとは別に若しくはそれと併用し
て、薄板型材１０相互の相対的な位置決めを行なうため
に、薄板型材１０のそれぞれに、成形孔１４に対して所
定の位置関係を有する穴や角部等の位置決め用手段を、
加熱、加圧下における強度及び剛性の点で問題のない限
りおいて、適宜設けてもよい。

【００２８】さらに、上記の如く成形した各薄板型材１
０には、図３に示されるような穴１６の列や切り込み１
８を、加熱、加圧下における強度及び剛性の点で問題の
ない限りおいて、適宜形成してもよい。これによって、
成形体２の成形後における薄板型材１０の除去を一層容
易に且つ短時間で行なうことが出来、成形体２の生産
性、コスト性を更に向上させ得る。また、これらの穴１
６の列や切り込み１８を各薄板型材１０の成形孔１４に
対して所定の位置関係を有するように設けることによっ
て、それら穴１６の列や切り込み１８を利用して、薄板
型材１０相互の相対的な位置決めを行なうことが出来、
以て位置決め用手段を省略することも可能となるのであ
る。

【００２９】ところで、このようにして成形した薄板型
材１０の少なくとも積層面に対しては、薄板型材１０相
互の拡散接合を阻止する材料からなる接合阻止層を形成
することが望ましく、これによって、拡散接合時に、少
なくとも隣接する薄板型材１０相互の接合が阻止され
て、成形体２の成形後の、薄板型材１０の除去が容易と
なり、生産性、コスト性が、より向上することとなる。

【００３０】このような接合阻止層の材料は、拡散接合
を行なう温度及び圧力の下で、安定で、薄板型材１０及
び薄板成形材１２の材料と反応しないものであればよ
く、薄板型材１０及び薄板成形材１２の材料の種類と拡
散接合時の雰囲気に応じて適宜決定されると共に、かか
る接合阻止層は、使用する接合阻止層の材料に応じた公
知の方法で薄板型材１０の表面に形成される。より具体
的には、高温での安定性の観点からは、炭素や、窒化ホ
ウ素等の難焼結性セラミックスが、接合阻止層の材料と
して適しており、それら材料のスパッタリング等による
コーティングや微粉末状態での塗布等によって、薄板型
材１０の表面に接合阻止層を形成することとなる。ま
た、それら材料からなる薄膜を、薄板型材１０間に挟む
ことによっても、同様な効果を奏することが出来る。そ
して、例えば、薄板型材１０及び薄板成形材１２が共に
窒化ケイ素セラミックスであり、拡散接合を窒素ガス雰
囲気中で行なう場合においては、窒化ホウ素の微粉末が
好適に用いられ、それをスラリーとして、薄板型材１０
に塗布すること等によって、有利に接合阻止層を形成す
ることが出来るのである。

【００３１】なお、このような接合阻止層は、薄板型材
１０の積層面に対して、形成されれば、上記の効果を充
分に発揮するのであるが、薄板型材１０の内周面及び外
周面にも形成されることが、より望ましく、これによっ
て、拡散接合時に、隣接する薄板型材１０相互の接合が
阻止されるのみならず、薄板型材１０の成形孔１４の内
周面とそれに嵌め込まれた薄板成形材１２の外周面の間
や、薄板型材１０の外周面と一軸加圧用型の内面の間の
接合も、確実に阻止されて、成形体２の成形後の、薄板
型材１０の除去が、より容易となり、生産性、コスト性
が、一層向上する。

【００３２】また、かかる接合阻止層の厚さは、隣接す
る薄板型材１０相互間等の接合を防止し得るならば、薄
い方が良く、これによって、薄板型材１０及び薄板成形
材１２の積層時における、薄板型材１０とその成形孔１
４に嵌め込まれた薄板成形材１２との間の積層方向のず
れ等の影響を抑制することが出来るのであるが、接合阻
止層の厚さが、薄板型材１０や薄板成形材１２の厚さに
比べて、それほど薄くすることが出来ない場合において
は、薄板型材１０の厚さを、薄板成形材１２の厚さより
薄く成形してもよい。

【００３３】そして、上記の如く所定の形状に成形され
た、薄板型材１０とその成形孔１４に対応する薄板成形
材１２とを、組み合わせて、図２に例示される如き成形
孔１４内に薄板成形材１２を嵌め込んだ状態下におい
て、それら複数の薄板型材１０と複数の薄板成形材１２
とを、成形体２の形状を与える所定の順序に従って、順
次積み重ねて、図４に示される如き薄板型材１０と薄板
成形材１２とからなる積層体２０を形成せしめ、そのよ
うな積層体２０を、黒鉛等の公知の材料からなる一軸加
圧用型（２２）内に収容する。なお、この実施の形態に
おいて、薄板型材１０相互の位置関係は、それら薄板型
材１０の加圧用型の内面への当接によって決まり、ま
た、薄板型材１０相互のずれもそれによって防止され
て、特に他の位置決め手段やずれの防止手段を用いる必
要がないのであるが、薄板型材１０に設けた位置決め手
段やずれの防止手段等によって、薄板型材１０相互の位
置決めやずれの防止を実施する場合には、薄板型材１０
及び薄板成形材１２の積層時等において適宜行なう。

【００３４】次いで、図５に示されている如く、一軸加
圧用型２２の内面に殆ど隙間のない状態で収容された積
層体２０は、窒素等の不活性ガス雰囲気下において、電
気炉等の公知の加熱装置２４によって所定の温度に加熱
された後、積層方向の両側から公知の一軸加圧装置２
６，２６によって所定の加圧力で一軸加圧されて、互い
に隣接する薄板成形材１２相互が拡散接合されることと
なるのである。より詳細には、薄板成形材１２は、加熱
下の加圧によってクリープ変形を起こし、互いに隣接す
る薄板成形材１２の積層面の近傍において、拡散による
物質移動が起こる。そして、積層面を横切る、一方の薄
板成形材１２から他方の薄板成形材１２への物質移動、
及び、その逆方向の物質移動によって、積層面が閉じて
接合が完成するのである。なお、このような拡散接合の
実施される温度及び一軸加圧装置の加圧力は、薄板成形
材１２の材料に依存し、薄板成形材１２が充分なクリー
プ変形を起こして、所定の強度を有する、薄板成形材１
２相互の接合が成されるように適宜決定される。

【００３５】その後、このようにして得られた接合体の
周りから、公知の切断手段等によって、薄板型材１０を
取り除いて、目的とする成形体２を得ることとなるので
あるが、このとき、薄板型材１０に接合阻止層が形成さ
れている場合においては、薄板型材１０相互の拡散接合
が接合阻止層によって防止されているために、接合体の
周りから薄板型材１０を一枚づつ取り除くことが可能と
なる。また、そのような接合阻止層に加えて、それら薄
板型材１０に図３に示されるような穴１６の列や切り込
み１８が、形成されている場合においては、そのような
穴１６に所定の工具を差し込んで力を加え、切り込み１
８の先端部に応力集中を起こさせる等して、図６に示さ
れる如く、容易に薄板型材１０を破壊して取り除くこと
が出来るのである。なお、得られた成形体２の表面に、
薄板型材及び薄板成形材の積層に起因する階段状の跡が
残る場合には、公知の研削加工等によって、それを取り
除いてもよい。

【００３６】かくして、このような本発明に従う実施の
形態の積層接合成形法にあっては、目的とする成形体２
を与える複数の切片にそれぞれ対応する形状の成形孔１
４を有し、一軸加圧用型２２の内面形状に対応した外周
形状を有する、薄板型材１０に、複数の薄板型材１０の
成形孔１４のそれぞれに対応する形状を有する複数の薄
板成形材１２を嵌め込んだ状態下において、それら複数
の薄板型材１０と複数の薄板成形材１２とが順次積層さ
れて、一軸加圧用型２２の内部に殆ど隙間のない状態で
収容されるところから、薄板型材１０相互の位置関係が
一軸加圧用型２２の内面等によって容易且つ正確に決ま
り、それによって、それら薄板型材１０それぞれの成形
孔１４に嵌め込まれている薄板成形材１２相互の位置決
めが、容易且つ正確になされることとなるのである。

【００３７】また、このような本発明方法に従えば、薄
板型材１０とその成形孔１４に対応する薄板成形材１２
とを組み合わせて、成形孔１４内に薄板成形材１２を嵌
め込んだ状態下において、それら複数の薄板型材１０と
複数の薄板成形材１２とを順次積み重ねてなる積層体２
０の形状が、断面積の一定な単純形状となるところか
ら、一軸加圧装置２６，２６からの加圧力によって、薄
板型材１０及び薄板成形材１２からなる各断面に及ぼさ
れる面圧が、略等しくなる結果、隣接する薄板成形材相
互間の接合面圧が積層方向にわたって略均一となり、大
きな変形が、積層面の面積の小さな薄板成形材１２に発
生することが防止される。それと共に、薄板成形材１２
が、それが嵌め込まれた薄板型材１０、及び、その上下
の薄板型材１０，１０によって確実に支持されることか
ら、一軸加圧装置２６，２６からの加圧力によって、曲
げモーメントや捩じりモーメントが、積層体２０の薄板
成形材の積層部分に発生することが、効果的に抑制さ
れ、それによって、一軸加圧装置２６，２６の加圧力が
大きい場合においても、積層体２０の薄板成形材の積層
部分、ひいては成形体２が、座屈等によって局所的に大
きく変形することが防止される。そして、それらの結
果、積層体２０の薄板成形材の積層部分を大きく変形さ
せることなく、より高い接合面圧を積層体２０の薄板成
形材の積層部分にかけることが可能となり、成形体２の
強度等の特性を向上させることが出来る。

【００３８】さらに、このような本発明方法にあって
は、成形体２は、隣接する薄板成形材１２相互の拡散接
合によって接合されて成形されることから、ろう付や接
着等の接合法による成形と異なり、得られた成形体２
は、均質であると共に、その接合面においても、その材
料の有する強度等の特性を有し得るのである。

【００３９】更にまた、このような本発明方法にあって
は、加圧方法として一軸加圧を採用しているところか
ら、薄板型材１０の成形孔１４の内面と薄板成形材１２
の外周面との接触面圧が低く押さえられて、成形体２の
成形後における、成形体２の周りからの薄板型材１０の
除去が容易となり、加工時間が短縮される。

【００４０】従って、このような本発明方法に従えば、
セラミックス、金属間化合物、長繊維強化複合材料や積
層成形された複合材料等の優れた特性があるにも拘わら
ず、複雑な形状を有する部材の成形が困難なため、利用
が妨げられてきた材料からなる、均質な任意の複雑形状
体を、正確な所定の形状を有し且つ充分な強度等の特性
を有しつつ、低い加工コストで迅速に成形し得るのであ
る。

【００４１】

【実施例】以下に、本発明を更に具体的に明らかにする
ために、本発明の実施例を示すこととするが、本発明
が、そのような実施例の記載によって何等の制約をも受
けるものでないことは、言うまでもないところである。
また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修
正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべ
きである。

【００４２】イットリアを３モル％添加した立方晶ジル
コニアセラミックスの厚さ：１ｍｍの薄板を、炭酸ガス
レーザで、一軸加圧用型の内面に対応した、直径：３２
ｍｍの円板状に切断した後、そのようにして得られた薄
板の円板それぞれの所定の位置を、同様な手段で、外
径：１８ｍｍ、歯数：８、全歯たけ：３．５ｍｍ、厚
さ：１ｍｍの寸法を有する歯車形状に切断することによ
って、歯車形状の成形孔を有し、一軸加圧用型の内面に
対応した外周形状を有する薄板型材と、その成形孔の形
状に対応する形状を有する薄板成形材とを一度に成形し
た。次いで、得られた各薄板型材の外周に、複数の切り
込みを、炭酸ガスレーザによって形成した。

【００４３】そして、そのようにして得られた薄板型材
とその成形孔に対応する薄板成形材とを組み合わせて、
薄板型材の成形孔内に薄板成形材を嵌め込んだ状態下に
おいて、それら、各５枚の薄板型材と薄板成形材とを順
次、薄板型材それぞれに設けられた切り込みによって位
置決めをしつつ、積み重ねて、積層体を形成した。その
際、厚さ：約０．１ｍｍのカーボンの薄いシートを、薄
板型材の各積層面間に挟んだ。その後、両者を組み合わ
せて積層した積層体を、薄板型材の外周形状に対応す
る、略同じ内径を有する黒鉛型に入れ、窒素ガス中にお
いて１４３０℃で１０ＭＰａの一軸加圧を行なって、隣
接する薄板成形材相互を拡散接合し、薄板型材を除去し
て、ジルコニアセラミックス製の歯車形状の部材を得
た。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に従う積層接合成形法によれば、薄板成形材相互の位置
決めが、薄板型材の成形孔によって容易且つ正確になさ
れ得ると共に、目的とする成形体が、いかなる形状であ
る場合においても、一軸加圧手段からの加圧力によっ
て、成形体が、座屈等によって局所的に大きく変形する
ことが防止され、その結果、より高い接合面圧をかける
ことが可能となり、成形体の強度等の特性を向上させる
ことが可能となる。

【００４５】従って、このような本発明方法に従えば、
セラミックス、金属間化合物、長繊維強化複合材料、積
層成形された複合材料等、優れた特性があるにも拘わら
ず、複雑な形状を有する部材の成形が困難なため、利用
が妨げられてきた材料からなる、均質で、接合強度が高
く、且つ正確な所定の形状を有する成形体を、容易に低
コストで迅速に成形することが出来、それによって、そ
れらの材料の有する優れた特性によって、それら材料を
組み込んだシステムの性能を改善することが可能となっ
て、非常に広範な波及効果を期待することが出来るので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る積層接合成形法において、成形
体の一例を示す斜視図である。

【図２】本発明に係る積層接合成形法において、薄板
型材とその薄板型材の成形孔に対応する形状を有する薄
板成形材の分離状態、及び、薄板成形材が薄板型材の成
形孔に嵌め込まれた状態を示す斜視図である。

【図３】本発明に係る積層接合成形法において、薄板
型材に穴の列や切り込みを形成した一例を示す斜視図で
ある。

【図４】本発明に係る積層接合成形法において、複数
の薄板型材及び薄板成形材を積層した積層体の一例を示
す斜視図である。

【図５】本発明に係る積層接合成形法において、拡散
接合工程における一軸加圧用型内の積層体の配置を示す
断面図である。

【図６】本発明に係る積層接合成形法において、成形
体の接合後の薄板型材の除去の一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

２成形体４基部６中央部８先端部１０薄板型材１２薄板成形材１４成形孔１６穴１８切り込み２０積層体２２一軸加圧用型２４加熱装置２６一軸加圧装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 20/00 310 B23K 20/18 B32B 31/04 B32B 31/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】目的とする成形体を与える複数の切片に
それぞれ対応する形状の成形孔を有する薄板型材の複数
を準備する一方、該複数の薄板型材の成形孔のそれぞれ
に対応する形状を有する複数の薄板成形材を準備し、次
いで、該薄板型材とその成形孔に対応する該薄板成形材
とを組み合わせて、該成形孔内に該薄板成形材を嵌め込
んだ状態下において、それら複数の薄板型材と複数の薄
板成形材とを順次積み重ねた後、それらの積層方向に一
軸加圧せしめることにより、該重ね合わせた複数の薄板
成形材を相互に一体的に拡散接合せしめ、そして得られ
た接合体の周りから前記複数の薄板型材を取り除いて、
目的とする成形体を得ることを特徴とする積層接合成形
法。
【請求項２】前記複数の薄板型材の少なくとも積層面
に対して、該薄板型材の相互の拡散接合を阻止する材料
からなる接合阻止層が形成されている請求項１に記載の
積層接合成形法。