JPH09234531A - アルミニウムハニカムパネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ろう付け直後の急冷とそれ続く時効処理によ
り必要な強度を得ること、さらに上下面板の強度差を小
さく熱歪の発生も少なくすること。 【解決手段】 アルミニウムハニカムパネルを構成する
枠材、ハニカムコア及び面板のうちの少なくともどれか
一つをＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金とし、これを金属板が格
子状に組み合わされて構成された上下金型で挟んで加熱
してろう付けし、ろう付け終了後に上下金型の上下方向
から空気を送り込み、ろう付け直後の５００℃以上の温
度から毎分２０℃以上４０℃以下の冷却速度で１００℃
まで冷却する。この際、ハニカムパネルの上下面板の冷
却速度差を毎分５℃以下にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両、高速船
及び建築物等の構造用部材等に使用されるアルミニウム
ハニカムパネルの製造方法、特に真空ろう付け後の冷却
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムハニカムパネルは、一般
に、４辺に配置された枠材と、この枠材に囲まれる領域
に配置されたハニカムコアと、この枠材及びハニカムコ
アの上下面にこれらを挟むように配設された面板から構
成される。ハニカムコア及び面板は、アルミニウム合金
にろう材をクラッドしたブレージングシートからなり、
各部材は上記の配置に組み立てられた後、真空中又は不
活性雰囲気中で加熱することにより、ろう材が溶融して
各部材が接合される。上記ハニカムコアを構成する各ブ
レージングシートは、長さ方向に沿って凸面及び凹面
と、該凸面と凹面の間に位置する中間面とが交互に連続
し角波状に形成されたものであり、隣接するブレージン
グシートの凸面と凹面が重合され、正６角柱状の多数の
セルからなるハニカムコアを構成する。

【０００３】このようなアルミニウムハニカムパネルの
一例を図６及び図７に示す。この図において、１は枠
材、２は面板、３はハニカムコアである。ハニカムコア
は長さ方向に沿って凸面３ａ及び凹面３ｂと、その間に
位置する中間面３ｃとが交互に連続し角波状に成形され
たブレージングシートからなり、隣接するブレージング
シートの凸面３ａと凹面３ｂが互いにろう付けされ、ハ
ニカムコア３を構成している。なお、図６及び図７にお
いて、４はろう付け時にハニカムコア３の各セル内の圧
力を外部雰囲気の圧力に等しくし、ハニカムコア３の変
形及びろう付け不良等の不都合の発生を防止するための
通気孔である（特開平７−１４４３８０号公報参照）。

【０００４】上記アルミニウムハニカムパネルに使用さ
れるアルミニウム合金は、クラッドしたろう材の融点よ
り相当程度高い融点をもつとともに、パネルの疲労強度
を高めるためにろう付け後熱処理によって高強度化でき
ることが望ましく、これら２つの要件を満たすものとし
て、一般にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が採用されている。
例えば、ハニカムコア及び面板のアルミニウム合金とし
ては、６９５１合金（Ａｌ−０．３５Ｓｉ−０．２８Ｃ
ｕ−０．６Ｍｇ）が使用され、これにろう材として４０
０４合金（Ａｌ−１０Ｓｉ−１．２Ｍｇ）がクラッドさ
れており、枠材のアルミニウム合金としては、Ａ６Ｎ０
１合金（Ａｌ−０．６Ｓｉ−０．６Ｍｇ）又はＡ６０６
３合金（Ａｌ−０．４Ｓｉ−０．７Ｍｇ）が使用されて
いる。

【０００５】ところで、特開平４−２５１６２４号公報
には、組み付けたアルミニウムハニカムパネルを格子構
造をもつ台板と加圧冶具からなる圧締装置により上下方
向から圧締し、これを加熱炉に入れて加熱し、ろう付け
後圧締装置の上下方向から冷風を吹き付けることにより
冷却する方法が示されている。そして、同公報の実施例
の表をみると、ハニカムパネルの冷却速度は１２．５〜
１４．３℃／ｍｉｎとなっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この程度の冷
却速度であると溶体化が不十分となり、その後時効処理
を施しても高強度が得られず、従って、高強度を得るた
めには新たに溶体化焼入れ処理を実施する必要があり、
熱処理工程が増加するという問題がある。また、上記公
報は冷却速度を均一にすることを目的としているが、こ
れは台板側又は加圧冶具側それぞれの中央部と外側の冷
却速度を均一にするというもので、上下面板の冷却速度
差には着目していない。ろう付け直後にハニカムパネル
を圧締装置に挟み込んだまま急冷するとき、上下面板の
冷却速度差が大きいと、上下面板に大きい強度差が生じ
て品質上好ましくなく、さらにパネルに熱歪が発生す
る。

【０００７】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
もので、溶体化処理をろう付け直後に実施するアルミニ
ウムハニカムパネルの製造方法において、続く時効処理
により必要な強度を得ること、さらに上下面板の強度差
を小さく熱歪の発生も少なくすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ハニカムコア
の上下面に面板を配置し、ハニカムコアと面板をろう付
けによって一体化するアルミニウムハニカムパネルの製
造方法において、ハニカムコア及び面板のうちの少なく
ともどちらか一つをＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金とし、これ
を金属板が格子状に組み合わされて構成された上下金型
で挟んで加熱してろう付けし、ろう付け終了後に上下金
型の上下方向から空気を送り込み、ろう付け直後の５０
０℃以上の温度から毎分２０℃以上４０℃以下の冷却速
度で１００℃まで冷却することを特徴とする。このと
き、好ましくは、ハニカムパネルの上下面板の冷却速度
差を毎分５℃以下とする。また、上記製造方法は、複数
の枠材によって形成された外枠内にハニカムコアを配列
し、それらの上下面に面板を配置し、枠材、ハニカムコ
ア及び面板をろう付けによって一体化するアルミニウム
ハニカムパネルに対しても適用される。その場合は、枠
材、ハニカムコア及び面板のうちの少なくともどれか一
つをＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、枠材（枠材を有する場
合のみ）、ハニカムコア及び面板のうちの少なくともど
れか一つがＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなるアルミニウ
ムハニカムパネルに適用される。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合
金は熱処理型合金であり、溶体化処理後時効処理を施す
ことにより強度が上昇する。本発明において、ろう付け
直後の５００℃以上の温度から毎分２０℃以上４０℃未
満の冷却速度で１００℃まで冷却するのは、この冷却に
より溶体化処理を行い続いての時効処理により強度を向
上させるためであり、ここで冷却速度が毎分２０℃未満
であれば強度が不十分となり、４０℃を越えると強度の
向上が飽和するほか金型及びパネルに冷却歪が発生しや
すくなる。また、本発明において、上下面板の冷却速度
差を５℃以下とするのは、冷却速度差がこれ以上になる
とパネルに熱歪が発生するためである。

【００１０】本発明のアルミニウムハニカムパネルの製
造方法において、面板はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にろう
材をクラッドした周知のブレージングシートの形態をと
り得る。また、ハニカムコアは、長さ方向に沿って凸面
及び凹面と、該凸面と凹面の間に位置する中間面とが交
互に連続し角波状に形成された複数枚のブレージングシ
ートからなり、隣接するブレージングシートの凸面と凹
面が重合して６角柱のセルを構成するという周知の形態
をとり得る。本発明においては、面板をＡｌ−Ｍｇ−Ｓ
ｉ系合金で構成するのが好ましいが、ハニカムパネルの
全てを同一材質で構成する必要はない。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓ
ｉ系合金以外でも、ろう材の融点より高い融点をもつと
いう条件を満たすアルミニウム合金、例えばＡｌ−Ｍｎ
系のＡ３００３合金を組み合わせて使用することができ
る。

【００１１】図１及び図２は、湾曲したハニカムパネル
をろう付けするための真空ろう付け用金型を例示するも
ので、上金型１１及び下金型１２は金属板が格子状に組
み合わされて構成され、それぞれの格子状の成形面は所
望の形状の湾曲面に形成されている。使用に際しては、
同様に湾曲面に形成した金属板１３を上下に介して、上
下面板１４、ハニカムコア１５及び必要に応じて枠材１
６を組み付けてなるハニカムパネル構造体を上下金型１
１、１２により挟んで固定し（図３参照）、その状態で
真空中又は不活性ガス中で加熱してろう付け接合し、続
いて上下方向からファンにより空気を送り込み、ろう付
け直後の５００℃以上の温度から急冷する。なお、金属
板１３をセラミック板やカーボンシート等に代えてもよ
い。

【００１２】上記金型１１、１２では、金型内部の格子
を形成する金属板のうち縦方向の金属板１１ａ、１２ａ
は金型の後部に達する幅をもつが、横方向の金属板１１
ｂ、１２ｂは高さ方向に短く形成されて金型の後部に達
する幅をもたないため、金型の後部に縦横の格子により
細かく区切られていない空間が存在することになり、図
３のようにファンで冷却したとき冷風の循環がよく、ま
た重量が軽減されて熱容量が小さくなり、金型１１、１
２、金属板１３及びハニカムパネルの冷却が促進され
る。冷却速度は冷却用ファンの能力（風速及び風量）を
調整することで容易に調整でき、また、板厚を金型の必
要剛性を満たす限り薄くして熱容量を小さくすれば冷却
速度を上げることができる。

【００１３】図４及び図５は真空ろう付け金型の他の例
を示すものである。この金型２１、２２は平坦な成形面
を有する点以外は金型１１、１２と同様な構造をもつ。

【００１４】

【実施例】一対の面板とハニカムコア（いずれも６９５
１／４００４クラッド材）で構成され、表１に示す寸法
を有する湾曲ハニカムパネル構造体を、図１及び図２に
示す構造の上下金型で挟み、真空度８×１０^-5Ｔｏｒｒ
の真空中においてろう付け温度の５８０℃に２０分保持
した後、表２に示す種々の冷却条件で１００℃以下にな
るまで冷却した。このときの風量は上下のファンで同じ
とし、図３に示すように上下のファンからの冷風がハニ
カムパネルに向いそれぞれ均等に当たるように配慮し
た。なお、表２に示す風量は一方の側の風量であり、冷
却速度は一方の側の面板の冷却速度である。続いて、１
９０℃×３時間の時効処理を施し、面板の引張強度を測
定した。その結果を表２に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】表２に示すように、実施例１〜３では時効
後の引張強度が１８ｋｇ／ｍｍ²以上、２５ｋｇ／ｍｍ²
までの強度が得られているが、比較例１の場合、実施例
より強度が低く、十分な強度を確保するためには、時効
処理の前にさらに溶体化処理を行う必要がある。比較例
２の場合、冷却速度が本発明の規定を越えるが強度の上
昇はほぼ飽和している。

【００１８】続いて、同じ組成及び寸法の湾曲ハニカム
パネル構造体を、表３に示すように、上面板と下面板と
で冷却速度を変えて１００℃以下になるまで冷却した。
ろう付け及び時効処理の条件は前記の実施例と同じと
し、時効処理後、パネルの基準ゲージとの曲率差ΔＲ
ｎ、及び上下面板の引張強度を測定した。その結果を表
３に示す。なお、曲率差ΔＲｎは、図８に示す基準ゲー
ジＧの基準面とハニカムパネルの外形面の最大クリアラ
ンスをいい、これがプラスの値であるということはハニ
カムパネルの曲率が目標値より小さいことを意味する。

【００１９】

【表３】

【００２０】表３に示すように、実施例４〜６の場合、
上下面板の強度差が小さく曲率精度も良好であるが、比
較例３、４の場合、上下面板の強度差が大きく曲率精度
も著しく低下している。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、ろう付け直後の冷却で
十分な溶体化処理を行うことができるので、従来のよう
に溶体化処理をろう付けとは別に実施しなくても、その
後の時効処理により必要強度を得ることができる。ま
た、上下面板の強度差を小さくできるとともにパネル精
度を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用する金型（上金型）の一例であ
り、平面図（ａ）、Ａ−Ａ矢視断面図（ｂ）及び側面図
（ｃ）である。

【図２】上記上金型に対応する下金型であり、平面図
（ａ）、Ｂ−Ｂ矢視断面図（ｂ）及び側面図（ｃ）であ
る。

【図３】上記上下金型で挟んだハニカムパネルをろう付
け直後に冷却する様子を説明する断面図である。

【図４】本発明に使用する金型（上金型）の他の例であ
り、平面図（ａ）、Ｃ−Ｃ矢視断面図（ｂ）及び側面図
（ｃ）である。

【図５】上記上金型に対応する下金型であり、平面図
（ａ）、Ｄ−Ｄ矢視断面図（ｂ）及び側面図（ｃ）であ
る。

【図６】アルミニウムハニカムパネルの一例を示す一部
切欠き斜視図である。

【図７】同じくハニカムコアの配列を示す平面図であ
る。

【図８】曲率差の測定方法を説明する図である。

【符号の説明】 １１、２１ 上金型 １２、２２ 下金型 １３ 金属板 １４ 面板 １５ ハニカムコア １６ 枠材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木敏彦 山口県下関市長府港町14番１号 株式会社 神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者 小林 真人 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 高橋 伸一郎 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハニカムコアの上下面に面板を配置し、
   ハニカムコアと面板をろう付けによって一体化するアル
   ミニウムハニカムパネルの製造方法において、ハニカム
   コア及び面板のうちの少なくともどちらか一つをＡｌ−
   Ｍｇ−Ｓｉ系合金とし、これを金属板が格子状に組み合
   わされて構成された上下金型で挟んで加熱してろう付け
   し、ろう付け終了後に上下金型の上下方向から空気を送
   り込み、ろう付け直後の５００℃以上の温度から毎分２
   ０℃以上４０℃以下の冷却速度で１００℃まで冷却する
   ことを特徴とするアルミニウムハニカムパネルの製造方
   法。
2. 【請求項２】 複数の枠材によって形成された外枠内に
   ハニカムコアを配列し、それらの上下面に面板を配置
   し、枠材、ハニカムコア及び面板をろう付けによって一
   体化するアルミニウムハニカムパネルの製造方法におい
   て、枠材、ハニカムコア及び面板のうちの少なくともど
   れか一つをＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金とし、これを金属板
   が格子状に組み合わされて構成された上下金型で挟んで
   加熱してろう付けし、ろう付け終了後に上下金型の上下
   方向から空気を送り込み、ろう付け直後の５００℃以上
   の温度から毎分２０℃以上４０℃以下の冷却速度で１０
   ０℃まで冷却することを特徴とするアルミニウムハニカ
   ムパネルの製造方法。
3. 【請求項３】 ハニカムパネルの上下面板の冷却速度差
   を毎分５℃以下にすることを特徴とする請求項１又は２
   に記載されたアルミニウムハニカムパネルの製造方法。