JP2003522026A

JP2003522026A - 耐用年数を改善させた構築物の製造方法および装置

Info

Publication number: JP2003522026A
Application number: JP2001557709A
Authority: JP
Inventors: イースターブルック、エリック・ティー; ジューリン、ニルズ
Original assignee: ストレスウェイヴ・インコーポレーテッド
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2003-07-22
Also published as: EP1261443A2; ATE421909T1; DE60137566D1; US7131310B2; WO2001058617A8; WO2001058617A9; US20050016245A1; IL151562A0; US6742376B2; WO2001058617A1; EP1261443A4; AU2001238099A1; EP1261443B1; BR0108257A; CA2400540A1; US20010052254A1

Abstract

(57)【要約】常温金属加工のための複合押込体(18)およびその手段を採用した方法。複合押込体手段(18)は、ワーク部材の構造体(30)に変形を生み出すために用いられ、最小限の加工ステップ数で長い耐用年数の構造体を提供するためにワーク部材(30)の選択された利益のある残留応力プロファイルを提供する。好ましくは、複合押込体(18)の動作は、ワーク部材の変形を生じさせ、ワーク部材にくぼみを生成する。改善した複合押込体手段プロファイルの形は、成形した押込体表面部を有する第１の細長い押込体(20)と、第１の押込体を取り囲むように成形した第２の押込体(22)と、第１の押込体の表面部から奥まった環状の肩(44)とを有する。加えて、アプリケーションがワーク部材の表面に力を加えている間、表面の変形を防ぐための第２の押込体を取り囲んで封じる底部(80)を有する脚(60)を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本特許文献の開示内容の一部は、著作権保護の対象となる資料を含んでいる。
本発明者は、特許庁の特許ファイルや記録に現れる本特許文献または本特許情報
のファクシミリによる複製をいかなる者が行っても異議はないが、その他につい
ては全ての著作権の権利を留保する。

【０００２】（技術分野）本発明は、疲労傾向があり孔を有する構造体、構成部品および特に金属部品の
新規な製造方法に関するものであるが、これに限られるものではなく、(a)リベ
ット、ボルト、ピン、ねじまたは他の留め具のような接続要素に適応するため、
(b)チュービング、ケーブル、ワイヤ、ロッドまたは他の作動装置に適応するた
め、(c)軽量化目的のため、に用いられる孔(孔)に関する。加えて、銃器、圧力容器
または加圧された流体負荷を運ぶ他の構造体にも適用されることができる。個々
の構成部品、従構造体および全体的に仕上がった構造体は、金属疲労に対する耐
性をより改善するため、また、これにより改善された完全な構造体を得るために
、ここに開示された方法および装置を用いて製造されることができる。

【０００３】（背景）金属疲労は、周期的応力や繰り返しの負荷を経験するどの構成部品または構造
体においても共通する問題である。このような問題は、通常の運用中に変化する
繰り返しの負荷を経験する輸送システムの様々な構成部品に用いられる金属構造
体において特に重要である。疲労破損しがちな構造体や構成部品は、営業用およ
び自家用輸送機、一般航空、軍用機、ヘリコプター、ジェットエンジン、タービ
ン、乗用車、貨物自動車、オフロード用車、建築用車両、重建築機、ボート、船
舶、列車、鉄道車両、鉄道線路、固定式および移動式橋梁、医療用インプラント
、加圧型パイプおよび船舶、銃器、大砲などのようなものを含むが、これには限
られない。

【０００４】金属疲労は、一般に進行性破損として定義することができ、通常亀裂の形で兆
候が現れ、周期的または繰り返しの負荷の結果として構造体に生ずる。

【０００５】飛行機の翼の下方表面は、負荷が疲労を生むタイプの古典的実例である。翼は、
突風、操縦、地上走行や離陸の負荷などから生まれて飛行機の耐用年数を越えて
疲労破損を生じ得る様々な周期的応力にさらされている。疲労破損は、極めて集中して緊張した領域からの小さな亀裂の成長の形で、始
動時に一般に観測される。応力を集中させる典型的なものは、孔、溝底の丸み(fi
llet radii)、切断面や切り欠けなどの突然の変化が含まれる。疲労破損は、一
般に負荷を受けて発生し、構造体の曲がりや変形を生じさせないため、しばしば
未熟練者から隠れ得る。実際、破壊は通常、構造体の運用中に経験を積んだ典型
的な負荷を受けて発生する。

【０００６】気付かれていない疲労亀裂は、重大かつ破滅的な大きさや長さに達するまで成
長し得る。重大な長さのとき、不安定な亀裂は金属中を進行し、突然構成部品の
破壊を発生する。翼や機体のような構造体全体の破滅的破壊は、構造体の他の
部材（群）が破壊された部材からの追加的負荷を支えることができなくなったと
きに発生し得る。鉄道線路、加圧型船舶および火砲機器のような固定物であって
も、周期的応力のため、疲労により破壊するかもしれない。鉄道線路の支えられ
ない期間を越えて軌道車の車輪を走らせることを原因とする繰り返しの負荷によ
り引き起こされる周期的負荷は、多くの軌道破壊の原因である。実際、疲労破壊
の最古の実例の幾つかは、鉄道や橋梁工事産業におけるものである。突然の圧力
船舶破壊もまた、加圧サイクルが最初の小さな亀裂に影響することが繰り返され
ることにより引き起こされ得るものである。米国政府の研究により疲労破損は米
国経済における深刻な経済ファクターであると報告していることは、驚くべきも
のではない。

【０００７】留め具の耐用年数を改善した構造体の製造のために、多くの方法が開発され、
用いられてきたのにもかかわらず、このような構造体の製造に関わる処理の量を
軽減することがなお望まれている。これは、このような発達は、より向上した耐
用年数の構造体の製造コストの低減を促進するからであり、したがってこのよう
な構造体を用いる最終製品のコストを低減し、および／または、産業アプリケー
ションにおいて、向上した耐用年数の構成部品のより広範な使用を可能にするも
のである。

【０００８】（概要）構造体の選ばれた場所における疲労強度を向上する、構造体の加工のための新
規な手段が開発された。具体的には、その手段は複合押込体（複合圧子）で固定
のワンピースの完全な構成または調整できる複数の部分からなる構成のどちらか
の設備に関連し、前記構造体の本体の残留応力プロファイル（プロフィール）を
与えるため、かみ合って加工される構造体の第１の面における事前に選択した部
分を変形するための接触端を有する一次押込体を含むものである。一次押込体は
、望ましい応力プロファイルを与えるように設計され、事前に選択した特長を有
する第１の成形された面と、ワーク部材から押込体の移動を円滑にする傾斜した
周壁とを有している。複合押込体もまた、固定で完全なワンピースデザインで
あっても調整できるデザインであっても、事前に選択した面特性を有する第２の
成形された面を有する二次押込体を有している。一次押込体（一次圧子）および
二次押込体（二次圧子）は、加工される構造体とかみ合うように設定されている
。ワーク部材 (例えばリベットや他の留め具用)の普通の円形の孔の創造のため
には、一次押込体および二次押込体は、複合押込体の加工端の同心円状に配置さ
れる。このように、二次押込体は、望ましくは縦方向に、一次押込体の周りにイ
ンナーリング端を有する環状の段部を形成するように位置する。一部の例では、
非常に狭く環状の二次押込体は、半径方向に外向きに傾斜した凹面連結部(blend
radius)に続き、そして第３の押込体表面に続く。次に、もう１つの凹面連結部
(blend radius)が第３の押込体表面の半径方向に外向きに位置している。理想的
には、凹形の脚部は、最後の押込体 (記述したとおり、第３の押込体)から、半径
方向に外向きに位置しており、平坦な脚部が押込加工されるワーク部の上面と同
一平面内の半径方向に外向きに延びている。丸孔が形成され円形押込体が利用さ
れるとき、脚は、構造体の第１の面上で複合押込体が作動する時にひっくり返し
の面に対して加工される構造体の前記第１の面を保護するため、環状の形で、か
つ制限的に最も外側を囲んでいる(普通は第２のまたは第３の押込体)。重要なことには、ワーク部材の厚い積重なりにおいては、第２の複合押込体は
、第１の複合押込体について先述した構造と同じように、第２のワーク部材の最
低部側に対しても同様に用いられることができる。このようなやり方で、望まし
い残留圧縮応力は厚い積み重ねにおいては事前に選択された場所から各ワーク
部材の本体に至るまで創造されることができる。

【０００９】ここに述べた新規な手段を用いることで、重複する少なくとも第１および第
２の構造の部材を含む結合部の製造のための、より改善された方法の実行を可能
にする。第１の構造の部材を通す第１の留め具孔のために選択された場所または
その近傍の場所に、事前に選択された残留応力を与えるため、前記方法は、その
構造の部材の降伏点よりも大きな圧力で第１の構造の部材の部分を幾分か変形さ
せるために、第１の複合押込体と第１の構造の部材の事前に選択された部分に接
触することを必要とする。望ましくは、押込体の形状および押込量は、第１の留
め具孔の側壁部に沿って、第１の構造の部材の本体を通して全体の長さにしたが
って実質的に一様(uniform)な残留圧縮力を与えるために選択される。第２の構
造の部材は、その中または少なくとも加工のための場所の中に、第２の側壁部に
特徴付けられた第２の留め具孔を有して提供される。第２の構造の部材は、改
善した耐疲労性に関して加工されなくても、個別に加工されても、あるいは反対
の複合押込体を用いることで同時加工されることもできる。そして、第１および
第２の構造の部材の穴のための孔は、第１の構造の部材の第１の留め具孔および
第２の構造の部材の第２の留め具孔をそれぞれの側壁部により明確にするため、
リーマ仕上げにより機械加工される。結合部を完成するため、留め具は、第１お
よび第２の留め具孔の配列により作り出される共通の穴を通して挿入され、留め
具は固定される。

【００１０】この改善方法は、金属ワーク部材の表面を打つため、望ましくは、その表面に
対して法線方向(direction normal)に、動的複合押込体を採用することによって
も有利に用いられる。動的複合押込体の作用は、弾力性(elastic)および可塑性(
plastic)の応力の波を、金属を通して成長し広めるものである。適切な場合には
、プラテンまたは静止した押込体は、ワーク部材を補助するために用いられる。
いずれにしても、適切に適用され集中させた可塑性応力波は、残留応力を広い区
域に与え、留め具穴の成型加工のためのインパクトエリアの準備をする。ドリル
、リーマまたは他の切断手段は、円形の複合押込体からインパクトゾーンへ同心
の位置を合わせる。穴が機械加工されたとき、穴の周囲で発生する小さな反発が
発生する。このような反発は、加工された穴の縮小として現れる。したがって、
この方法で用いられる切断手段は、バック・テーパーのような特性の使用や、穴
の内側の金属の動きに気を配ることが求められる。そうでなければ、起こり得る
切断手段の結合は、切断手段の寿命を短くし、または穴の仕上がりに考え込むこ
ととなる。注目に値すべきなのは、しかしながら、望ましい内側の圧縮応力は、
加工された穴の縁部に存在し、潜在的に孔の縁部に集中した損傷する応力を妨げ
ることである。

【００１１】重要なことは、ここに提供される手段は、穴の加工および部品の結合、特にリ
ベットや他の留め具との結合の高速自動化に独自に適応されていることである。
それゆえ、個々に表現される簡易化した実施態様は、模範と考慮されるべきもの
であり、限定的なもの、技術的にありふれた技術ではない。また、本特許情報は
指示によるものであり、この特許情報を再検討することで、飛行機の構成部品の
ように多くの重要な構造体の加工のために、開示された手段や方法を直接的に適
応させることができる。

【００１２】（目的、効果および新規な特徴）ここに述べる耐用年数を向上させた部品または構造体を製造するための加工プ
ロセスは、ワーク部材の留め具の孔、大きな穴、非円形切り取り、他の厚い材料
の構造の配置、材料を厚く積み重ねる薄い材料の積み重ねに有利に適応され得る
。耐用年数改善のためにワーク部材の構造体を処理することは、孔を加工するこ
と自体より先に、特筆すべき技術的および費用的に効果を有する。方法は単純で
、容易にロボット利用や自動製造方法に適用され、その他の点では従来利用また
は提案された製造法よりも高品質である。前述から、本発明の１つの重要かつ主
たる目的は、運転中の部品の疲労応力劣化を軽減するためのワーク部材を処理す
る新規な方法の利用にあることは、読者にとって明白であろう。この方法は、製
造コストを低減し、耐用年数を向上した部品の製造における品質管理を簡略化お
よび向上するものである。

【００１３】他の重要な、しかしより具体的な本発明の目的は、疲労応力にさらされるとき
に耐用年数を向上するために改善された加工プロセスおよび改善された加工製品
を供給することにある。

【００１４】 - 回転軸の必要条件の除去。

【００１５】 - 分割した胴枠の必要条件の除去。

【００１６】 - 処分できる分割した胴枠の必要性の除去。

【００１７】 - 泊め具や他の目的物の孔の加工中における潤滑材およびそれに続く清掃の必要
性の最小化または除去。

【００１８】 - 複合物の結合または隣接した金属の構成部品間の湿式シーリング剤を有する構
造体の複数の構成部品の常温加工を可能にする。

【００１９】 - 広範囲の直径が採用された場合に、孔サイズの各々の小さな増分のために異な
る心棒用意するのではなく、一つの加工ステップにより広範囲な孔直径の製造を
可能にする。

【００２０】 - 構造体の部分に入力する押込体の力やエネルギーの量を制御することにより、
または、くぼみの深さや押しのけ容積や押込みの量を制御することにより、残留
応力の大きさおよび深さを丁寧に制御されることを可能にする。

【００２１】 - 品質保証を高めるため、加工システムにおいてフィードバックを用いてプロセ
ス制御の確立を可能とする。

【００２２】 - 心棒加工方法で一般的に遭遇する、ワーク部材におけるせん断分裂(shear tea
rs)を除去する。

【００２３】 - 心棒方法に関連する面結合やアプセットを極めて低減し、または効果的に除去
して、著しく耐用年数を延長させる。

【００２４】 - 製作所要時間が自動リベット工程のサイクルタイムと同等かそれ以下になるの
で、容易に自動加工機器に適応できる。

【００２５】 - 従来一般的に実施されてきたように２回のリーマ仕上げ加工ではなく、単一の
リーマ仕上げ加工により疲労処理後の孔加工を可能にする。

【００２６】 - コストが十分に低く、コストのため典型的に処理されない機体の構造体などの
他の重要な構造体に効果的に適用されることができる。

【００２７】 - 多層構造を含む材料の大規模な積み重ねの処理に効果的である。

【００２８】 - 積み重ねる要素の厚さが著しく異なる場合、すなわち、１つの厚いものと１つ
の薄いもののような場合における厚い構造体の処理に効果的である。

【００２９】 - 幅広い合金の処理に効果的である。

【００３０】本発明の他の重要な目的、特徴および追加的効果は、添付図面の考察と併せて
以下の議論と同様に、前述の記載、添付したクレームおよび次の詳細な説明から
読者に対して明らかになるであろう。

【００３１】（詳細な説明）新規な押込体は、金属構造体の常温加工処理のために開発され、比較的厚い構
造体または金属構造体の大規模な積み重ね（"deep stacks"）においてより有利
な効果がある。この押込体は、様々な耐用年数を強化された構造体の加工におい
て有利に用いられる。この特許情報の目的のために、厚い構造体または大規模な
積み重ねは、材料を通過する穴の直径のおよそ２倍またはそれ以上の全体的な厚
さＴ(すなわち、Ｔ≧２Ｄ)を有する材料について考察されている。重要なことは、ここに開示されている押込体の形態は、留め具取り付け装置や
歪む範囲の連続体を測る他の装置を含む自動加工機器において用いられることが
できることである。これらは、歪みに敏感な材料の処理のためのクリープ領域（
準静的）、および、歪み速度感受性が低い材料または高い歪み速度から恩恵を受
ける材料のための高速（動的衝撃）なプロセスアプリケーションを含んでいる。

【００３２】図１に示されるように、独自の押込体１８は、その加工端において、複合され
た形に特徴付けられた先端の形が与えられている。具体的には、全体の直径Ｄ１
の第１の押込体２０は、小さなまたは一次押込体とも呼ばれるが、大きなまたは
二次押込体とも呼ばれる全体の直径Ｄ２第２の押込体２２の縁部の最先端に位置
しており、もし一体的なら押込体シャフト２４上に形成される。普通は、第１の
押込体２０および第２の押込体２２の両方は、選択される留め具穴の直径よりも
小さい。一次押込体２０は、深いくぼみを可能とし、結果として、厚い積み重ね
の内側における望ましい残留応力となる。例えば、図２におけるエレメント３２
および３４の厚い積み重ね(deep stack)３０のようになる。

【００３３】二次押込体２２は、エレメント３２の表面３６またはその近傍において、もし
用いられるならエレメント３４の表面３８またはその近傍においてハイレベルの
残留応力を与える。一次押込体２０の長さＬ１は、望ましいくぼみの大きさによ
り規定され、次に、積み重ね３０の全体の厚さ（および具体的な材料）により規
定される。押込体１８は、一次押込体２０が表面３６または３８に残留引張応力
を与え始める動作点において、二次押込体２２は積み重ね表面３６または３８に
働くように設計されている。二次押込体２２がワーク部材３２または２４の表面
３６または２８に接触するとき、圧縮応力を与えることによる一次押込体２０の
縦列の動作により成長した引張応力が反転を始める。相対的に、先行技術の単独
形体の押込体、例えば平坦底の穿孔機、テーパーの穿孔機または球形ノーズの穿
孔機などは、厚い積み重ね構造の材料処理に用いた時に、表面および穴の近傍に
有害な残留引張応力を代わりに与える。しかしながら、図に示すここに開示され
たデザインの複合押込体を用いると、一次２０および二次２２押込体の大径は、
好ましくは、厚い積み重ね３０の全体の厚さＴｓを通じて十分均一に有利な残留
圧縮応力をともに与えるように働く。複数の押込体「段」（steps）は積み重ね
の厚さに応じて用いられることを理解されるべきであり、すなわち、それらは２
以上になる。したがって、複合押込体１８はＮ段を含むと理解されるべきであり
、Ｎは２以上の性の整数になる。

【００３４】一次押込体の加工面の縁部は、面取りまたは小さなテーパー状リードまたは凹
面連結部(blend radius)４０になっており、侵入を容易にするための鋭くする手
段と磨耗抵抗を取り除く手段の両者を与える。一次押込体２０は、わずかなテー
パー部４２を有し、好ましくは、おおよそ３度前後の角度アルファ（α）を有し
、衝撃を受ける金属の放射状の流れをよくし、処理後のワーク部材からの押込体
１８の除去を円滑にする。このことは、まっすぐな軸部の一次押込体は、ワーク
部材の結果として起こるくぼみと結合する傾向にあることが期待され、処理後に
ワーク部材からこのような押込体を除去するのが困難になることから重要である
。

【００３５】一次押込体２０は、前述の凹面連結部(blend radius)４０を通してテーパー４
２になり、そこから凹面連結部(blend radius)４４となって、その後二次押込体
の加工面２２に続き、直径Ｄ２の二次押込体２２へと遷移する（図１において右
から左）。二次押込体２２の加工面は、外側の凹面連結部(blend radius)４６に
続いている。

【００３６】図１に示す厚い積み重ねの押込体は、図２に示す積み重ね３２のようなワー
ク部材の積み重ねの単側の処理の準備が整っている。しかしながら図２において
は、追加要素が取り入れられていて、典型的な積み重ね３０の両側処理が示され
ている。上記実施例にて述べられる押込体２４は、一次押込体２０の長さＬ１が
押込体１８に入った場合、すなわち、完全なワンピースの固定である場合とい
う意味で、定立体の場合に有利である。

【００３７】望ましい押込体のもう１つの実施例は、図３に示される改善された押込体４８
である。この押込体４８は、好ましくは、外径Ｄ５４で固体の一次押込体５４の
周りを囲み、中空で外径Ｄ５２の二次押込体５２を含む。図に示すように、一次
および二次押込体はともに円筒形と考えられ得るが、しかしながら、一部のアプ
リケーション（例えば、非円形切り出し）では、非円筒形または片方が成形され
た複合押込体によって加工される。重要なのは、希望する材料処理深さ、積み重ねの厚さＴｓおよび材料５８の組
合せにより、一次押込体の加工長Ｌ５４を調整できることである。このように、
一次５４および二次５２押込体は、独立して配置され得ることになる。もし円筒
形の形体で提供されれば、複合押込体４８の形体は同様になり、全体としては、
前述した固定片(solid-piece)の厚い積み重ね押込体１８となる。さらに、複合
押込体 (例えば、一次および二次押込体を用いる２つの押込体デザイン)の利用
は、もしこのような複数の押込みが個別に、一連の加工作業(この例では、二次
押込体の加工作業に先行する一次押込体の加工作業)として提供されるなら、結
果としてここに示される効果を提供することに注意すべきである。

【００３８】続いて図４には、更なる押込体のバリエーションのデザインが、厚い積み重ね
押込体６０として示されている。押込体６０は、もう１つの中空の手段(必然的
なものではないが、好ましくは、同心の円筒形の形態) として外径Ｄ６２の脚ま
たは押え(foot or stop)６２を用いており、材料６８の異なるくぼみの加工が容
易になる。このような特徴は、図５に示されるような不釣合いな厚い積み重ねの
場合に効果的に用いられる。この場合は、「釣り合い」は、第１の積み重ね材料
のエレメント７０の厚さＴ１と、対応する第２の積み重ね材料のエレメント７２
の厚さＴ２との比較を参照する。例えば、完璧に釣り合った積み重ねは、同じ厚
さで同一材料の２つの部材７０および７２となる場合である。このような状況で
は、積み重ねエレメントの割合は50:50になり、くぼみの深さは等しくなる。不
釣合いの積み重ねでは、例えば図５に示すような30:70では、第１の材料７０の
くぼみのくぼみ深さＤＤ_ＤＩＭ１と第２の材料７２のくぼみのくぼみ深さＤＤ_Ｄ _ＩＭ２とは個別の制御が必要になるかもしれない。すなわち、対向する側でくぼ
み深さが異なるのである。円筒形の押込体を用いるとき、直径の大きい中空の円筒形部材６０は、第１の
材料７０の表面７６または第２の材料７２の表面７８にくぼみをつけることなく
負荷をかけるための押えまたは"脚"を提供する。脚６０もまた、表面７６または
７８条に面アプセットに対する抵抗を提供する。この独自材料処理の手段およ
び方法の利用は、一次、二次、三次またはそれ以上の押込体部Ｎにおける希望す
る高さの選択において、完全な自由と独立性を可能とし、異なる積み重ねの対向
する材料の処理の深さを可能とする。加えて、幾つかの状況においては、総体の
ワンピースの組合せで(a)(1)一次押込体、(2)二次押込体の形態および(3)脚、ま
たは、(b)(1)二次押込体および(2)脚のどちらかの形態においても、効果的に提
供する可能性があることに注意すべきである。

【００３９】図５では、不釣合いな積み重ね７３における処理は、少ないくぼみとする効果
、すなわち、厚さＴ２の薄い材料７２において小さなくぼみ深さＤＤＤＩＭ２と
する効果があることにも注意すべきである。下方の一次押込体５４’および二次
押込体５２’の進入は、このように望ましく小さく、このことは、薄い構造のエ
レメントの大規模な進入は、望ましくない変形を生じ得ることからも重要である
。逆に、上方の材料７０は、厚い厚さＴ１のために大きな進入が必要とされる。
大きな負荷は、軽い進入よりも深い進入のために求められるので、脚または押え
(foot or stop)６０は、上方のエレメント７０に大きな負荷がかかる際に効果的
である。脚６０なしでは、押込体５２および５４は、望ましくないくぼみ深さＤ
Ｄ_ＤＩＭ１および／またはＤＤＤＩＭ２において平衡点を達成するかもしれない
。

【００４０】脚６０の接触領域の断面は望ましくは十分に大きく取り、材料７０の表面７６
と一体の脚６０の底面８０の接触の結果として、予想される処理負荷において表
面７６において曲がる面が無くなる。さらに、脚は自動製造において重要な手段
であり、ワーク部材上で押込体が動作する間、望ましい河口位置においてワーク
部材を固定する役目を果たす。

【００４１】本技術において、ここに開示される新規な複合押込体の形態は、材料の厚い部
分や厚く積み重ねた部分の処理において独自で重要な効果を提供することが重要
な改善点である。材料の耐用年数を改善するため、ここに示される押込体および
このような押込体を採用した方法の効果を示すデータの一例は、図６から図９(
単一の形態の最終押込体により加工された材料が示されている)のデータと図１
０(本発明により加工された材料におけるフープ応力プロファイルが示されてい
る)を比較することで見ることができる。図６から図１０に示されるデータは、
ワーク部材として１インチ厚の２０００シリーズアルミ合金(aluminum alloy)片
を用いて得られている。しかしながら、データは、平等にそれぞれの上部に積み
重ねられた2024-T3アルミニウムの二分の一インチ片を適用しており、背面は、
２片のアルミニウムの境界面である。まず、個々の動作、単一形態の最終押込体
、構造体の穴処理の前と後の両方の結果としての応力プロファイルが、図６から
図９に示されている。次に、図１０には、ここで述べられる複合押込体の動作の
結果による応力プロファイルが示されており、押込体部分の数は、Ｎ＝２が用い
られた。図１０にて得られたデータは、直径0.210インチ(5.33mm)の一次押込体
２０と直径0.300インチ(7.62mm)の二次押込体２２をもつ複合押込体を用いて材
料を常温加工した結果のもので、直径5/16インチ(0.3125インチ)(7.94 mm)の留
め具穴加工に十分な残留応力プロファイルの満足な常温加工を提供している。図
６から図９によれば、応力プロファイルは、単一の押込体動作のみの結果から
、ワーク部材の加工に相応な最終プロファイルが得られた。図６から図９の各々
は、(a) 圧縮応力領域および(b) 引張応力領域と呼ばれる２つの主要領域のみが
示されている。圧縮応力領域および引張応力領域の間を分割する線は、"ゼロ応
力プロファイル"として示され、線"Z"として表示されている。図６から図９の各
図において示される線"Z"は、くぼみ深さ"dd"の連続である。常温加工の利点は
、穴を取り囲む圧縮応力領域の大きさと形から導き出されるので、圧縮応力およ
び引張応力の間を分割する線の調査は、図面間の比較を簡単に非常に簡単化する
。図６から図１０に示された結果の限定された要素の解析は、上部から下部まで
の均整なので、図６から図１０に示された材料の積み重ね厚さの二分の一のみに
なる。多くの図で"背面"として参照されるのは、１インチの積み重ね全体の中央
平面か、２つの半インチ片の接合面である。"加工面"は、押込体により加工され
る側であり、ワーク部材上のくぼみを作る面である。ｘ軸は、希望する5/16イン
チ(7.94 mm)の加工するまたは加工された穴の中心からのラジアル距離を示す。(
リーマ仕上げ前または後の応力プロファイルを示す適切な図次第である)。図６
から図１０の各々の図の左側にある線は、穴半径（hole radius）として表され
ており、"ゼロ応力プロファイル"線との位置の関係は、穴壁に現れる応力の性質
、すなわち穴の半径を表している。

【００４２】多くの図に見られる更なる詳細を以下に示す。図６は、直径0.210インチ(5.33 mm)の押込体により起こされる圧縮応力の範囲
を示している。この例のために、ワーク部材に与えられるくぼみ深さ"dd"は、幾
つかのの線により示されており、0.095インチ(2.41 mm)、0.114インチ(2.90 mm)
、および0.133インチ(3.38 mm)であり、図の凡例に個別に表されている。この図
６では、比較のためにプロットされた応力は、ワーク部材の押込後のものである
が、リーマ仕上げによる加工がなされる前のものである。

【００４３】図７に示すのは、直径0.210インチ(5.33 mm)の押込体によりワーク部材に起こ
される圧縮応力の範囲である。ワーク部材のくぼみ深さは、幾つかの線により示
されており、0.095インチ(2.41 mm)、 O.114インチ(2.90 mm)、および0.133イン
チ(3.38 mm)であり、図の凡例に個別に表されている。比較のためにプロットさ
れた応力は、 (a)押込および(b)リーマ仕上げによる穴加工の後のものである。
背面の圧縮ゾーンの範囲は、図7の下部に表されている。穴の中心から大半径へ
の領域は、図９との比較において見られるように、直径0.300インチ(7.62 mm)の
押込体により提供されるものよりも大きい。同じく、張力が全てのくぼみ深さ"d
d"の加工面において形成されている点にも注目される。加工面における張力領
域の存在は、厚い材料または厚いワーク部材の積み重ねの加工に際し、単一径の
押込体を用いる場合には経験的に望ましくない状態であるとされている。このよ
うに、この結果は、なぜ改善された応力プロファイルの成果なのか、いつ厚い材
料の加工作業を実施するのか、すなわち、厚い積み重ねワーク部材は望ましいの
かを示している。このような改善された押込体手段、およびこのような手段を厚
い積み重ねを処理するときに改善された残留応力プロファイルを提供するために
用いる最適な方法は、ここに述べられている。

【００４４】図８には、事前に選択された深さのくぼみを生成すべくワーク部材を処理する
ための直径0.300インチ(7.62 mm)の単一押込体によって引き起こされる圧縮応力
の範囲が示されている。応力プロファイルには、幾つかの線パターンが示され、
0.014インチ(0.36 mm)、0.034インチ(0.86 mm)および0.053インチ(1.35 mm)のく
ぼみ深さ"dd"が示されており、個別に図に記載の凡例に示されている。この図８
においては、表された応力プロファイルはワーク部材の押込後であるが、リーマ
仕上げ加工前であることに注意すべきである。

【００４５】次に、図９では、事前に選択されたくぼみ深さ"dd"を生成すべくワーク部材を
処理するための直径0.300インチ(7.62 mm)の押込体によって引き起こされる圧縮
応力の範囲が示されている。示されたくぼみ深さ"dd"は、幾つかの線パターンが
示され、0.014インチ(0.36 mm)、0.034インチ(0.86 mm)および0.053インチ(1.35
mm)であり、個別に図に記載の判例に示されている。この図９においては、応力
プロファイルは、(a)くぼみを形成するためのワーク部材の押込後であり、(b)穴
がリーマ仕上げ加工後のものであることが示されている。特に、加工面における
圧縮ゾーンが放射状に広がっている点、大直径の押込体を利用している点に注意
すべきである。圧縮ゾーンは、先に示された直径0.210インチ(5.33 mm)の押込体
を利用することにより与えられるものよりも大きくなっている。重要なのは、望
ましい圧縮応力は全てのくぼみ深さ"dd"において生成されるということである。
また、直径0.210(5.33 mm)の押込体により得られたものと比較したとき、背面に
おける圧縮応力の減少にも注意すべきである。これは、厚い積み重ねにおける先
行技術の押込体の動作に起因する望ましくない状態である。

【００４６】最適化した応力プロファイルを生成するために、我々は複合押込体手段を開発
し、厚いワーク部材または材料の厚い積み重ねにおける最適化された残留応力プ
ロファイルを取得して用いられるようにした。我々の複合押込体のワーク部材上
の動作により生成された応力プロファイルは、直径0.210インチ(5.33 mm)の一次
押込体２０(図において"dprim"と示す)および直径0.300インチ(7.62 mm)の二次
押込体２２(図において"dsec"と示す)を有しており、図１０に示されている。図
１０のエレメントは開発され、前述の図６から図９にデータとして注記されてい
る。重要なのは、複合押込体の動作は、ワーク部材の面張力の望まない効果を生
み出すことなく単独径押込体の最善の効果を具体化していることである。我々の
新規な押込体の形態を利用する結果、圧縮応力の広いゾーンが、厚いワーク部材
材料または厚い積み重ねの構成部品の最深部にまで広がる。図１０は、３本の
線を示しており、(1)ワーク部材にくぼみ深さ0.114インチ(2.90 mm)を生成する
ための直径0.210インチ(5.33 mm)の単純な単一押込体、(2)ワーク部材にくぼみ
深さ0.014インチ(0.36mm)を生成するための直径0.300インチ(7.62mm)の単純な単
一押込体、および(3)ワーク部材に全体で0.100インチ(2.54mm)のくぼみ深さddを
生成するための直径0.210インチ(5.33 mm)の一次押込体の形態と直径0.300イン
チ(7.62 mm)の二次押込体の形態とを有する複合押込体、の利用が表されている
。複合押込体により生成される圧縮応力の範囲は、ワーク部材単体を加工する場
合で他の単一径押込体と比較したときにワーク部材の全ての領域において大きい
。この図１０に明確に示されるように、厚いワーク部材および材料の厚い積み重
ねのための複合押込体の利用は、耐用年数を改善した構造体の加工の技術的に、
明らかに重要で進歩的なものである。

【００４７】図９および図１０に表される情報の近接を再検討は、本発明により提供される
改良点のある側面を明らかにする。図９において、ゼロフープ応力線Ｚ１００は
、先行技術の直径0.300インチ(7.62 mm)の単一押込体を利用することで提供され
る、最大の残留応力の範囲を表している。この線は、背面１０４と比較して、
加工面１０２において大いに異なる残留応力性能を有している。より正確には、
背面１０４に沿った圧縮応力の距離と比較した加工面１０２に沿った圧縮応力の
穴壁１０６からの距離は、このワーク部材と押込体の組合せの39.7%の比と同一
の比の結果となる。一方、同一のワーク部材(1.00インチ(25.4 mm)厚の2024-T3
アルミニウムプレート)で、ここで述べられる複合押込体を利用することにより
、図１０に示すゼロフープ応力線Ｚ１００は、53.9%の比と同一の比を示し、達
成されている。これは、36%の改善を表し、新規な複合押込体の利用によるワー
ク部材の常温加工の結果から同一の比の結果になっている。我々は、動的な押込体の利用は、不可欠ではないが、前述したプロセスの実施
に採用され得ることを見出した。このような試みと併せて、方程式により定義さ
れた複合押込体の一次押込体の面形態を有する、同一の圧力プロファイルにで最
適にプロファイルされた押込体を利用することは時に有利である。

【００４８】

【数３】ここで、 Pz = 平坦な参照水準上の前記押込体の前記接触端の選択された面位置での一般
の変位 ν = 前記構造体を含む材料のポアソン比 E = 前記構造体を含む材料の弾性率 Pm = 前記構造体を含む材料の降伏応力以上の事前に選択された同一の圧力 a = 前記押込み体の接触端の半径および θ,r = 前記押込体の前記接触端の選択された面位置での極座標とにかく、この方法は、構造体の材料の結合部を加工することで特徴付けられ
、結合部は前記構造体にあいた穴の事前に選択された位置に隣接し、前記構造体
の耐用年数を向上すべく、前記結合部に残留圧縮応力を提供することを目的とす
る。この方法は、第１の押込体表面部を有する第１の複合押込体を提供すること
を含み、第１の押込体表面部は、構造体の希望する穴のために事前に選択された
位置に隣接する事前に選択された面位置における構造体の衝撃に適応される。第
２の押込体表面部は、希望する前記構造体の穴のために事前に選択された位置
に隣接する事前に選択された面位置の構造体の衝撃に適応される。構造体は、選
択されたくぼみ深さのために、一次および二次押込体により押込加工される。
これは、構造体の材料の結合部のために、構造体における有益な残留応力を提供
する。

【００４９】次に図１１では、ここで述べられる１組の調整できる複合押込体１２０および
１２２の利用が、プラテンか金床１２８に位置したワーク部材１２６の表面側１
２４を押込加工するための自動加工フローの中に表されている。調整できる複合
押込体１２０および１２４は、ワーク部材１２６を通した希望する孔の加工後に
、適切なくぼみ１３２および１３４を提供して、ワーク部材１２６における孔の
側壁（図１１に図示せず）に沿った望ましい残留圧縮応力パターンを提供するた
めに、ワーク部材１２６に対して参照矢印１３０の方向の下方に作動され、それ
によってパターン部材１２６における望ましい残留圧縮応力パターンを提供する
。重要なことは、複合押込体１２０および１２２は、適当な打撃メカニズム１３
８、例えば、油圧、圧縮空気、機械的、電気機械的、電磁気的または他の適当な
打撃メカニズムを用いることで、ワーク部材１２６の表面１２４に衝撃を伝え、
解放するために参照矢印１３６によって示されるように動くことができることで
ある。あるいは、代替または追加的に、１またはそれ以上の押込体１２０および
１２２はマウント１４０に加えられ、ラムまたはプレスの作動装置１４２または
図１２に示される他の適切な装置により、ワーク部材１２６から前後に動いたり
近づいたり離れたりさせることもできる。

【００５０】図１２は、ここに述べられている２組の調整できる複合押込体の利用について
示すものであり、(a)押込体１２０および１２２を用い、図１１にて述べられた
ようにワーク部材の表面側１２６を押込加工し、それにより、調整できる複合押
込体１２０および１２２は、ワーク部材１２６に対して下方に作動することがで
き、(b)ワーク部材１２６の裏面側１５０については、第２の組の調整できる複
合押込体１６０および１６２は、ワーク部材１２６の裏面側１５０に対して上方
に作動することができる。

【００５１】下部ユニットの打撃メカニズム１３８Ｌは、上述した上部打撃メカニズム１３
８と同じように働く。下部マウント１４０Ｌおよび下部プレスラム１４２Ｌは、
それぞれ上述したマウント１４０およびプレスラム１４２と同じような機能をす
る。また、自動製造のため、このような装置はしばしばベース１７０およびスタ
ンド１７２を含むであろうこと、しばしば一般的にＣ型ヨーク１７４や、上方の
複合押込体１２０および１２２および／または下方の複合押込体１６０および１
６２のスペースのため、表面１２４および背面１５０のワーク部材１２６の両側
に望ましい距離を取るためのスペースに必要なもの全てが含まれるであろうこと
が予想される。

【００５２】調整できる複合押込体１２０、１２２、１６０および１６２は、要求に応じて
、ワーク部材１２６において達成される一次押込体の長さ(さらには下記に記載)
、および、くぼみ深さ(dimple depth "dd")の両方が調整され、ワーク部材１２
６を通して希望する穴の加工後にワーク部材１２６における望ましい残留圧縮応
力パターンを提供する。望ましいように調整できる複合押込体１２０の具体的な一実施例の詳細は、図
１３において示される。調整できる一次押込体２００は、一次押込体ハウジング
２０２に調整して固定される。押込体ハウジングは、アダプターブロック２０４
から移動できるように固定される。ノーズキャップ２１０は、調整できる一次押
込体２００の加工端２１８の支持体２１６の通路のための大きさと形をもつ側壁
２１４により規定される通路２１２とともに押込体ハウジングの先端に提供され
る。アダプタブロック２０４の側壁２２２の上方の上板２２０は、スレッドアダ
プタ２２４の適切な位置を提供する。図１４においては、一次アダプタハウジン
グ２０２は、アダプタブロック２０４の内側スレッド２３２へかみ合わせるため
に外側スレッド２３０を利用する。より重要なことには、一次押込体２００は、
ノーズキャップ２１０の脚表面部２４６に関して、一次押込体の回転を垂直の動
きに変換して、一次押込体２００の第１の長さＸ_１と第２の長さＸ_２の間で突き
出している長さＸを変えるため、押込体ハウジング２０２の内側スレッド２４２
について動作させる負荷受けスレッド２４０を利用している。

【００５３】一次押込体２００はさらに、駆動ピン２５４の駆動端２５２を受けるための駆
動部受け２５０を含んでいる。駆動ピン２５４は、ステッピングモータ２６０(
図示せず、ただし図１１または図１２参照)を接続して一次押込体２００の長さ
Ｘを調整するため、90度のウォームタイプギア２５８または他の適切な減速装置
を介して駆動されている駆動ピンである。私は、必要な駆動メカニズム２５８
は、2101 Jericho Turnpike, Box 5416, New Hyde Park, NY I 1042-5416のスト
ック・ドライブ・プロダクション（株）の減速装置カタログ番号2Z18-E0200を用
いることにより容易に得ることができることを見つけた。この装置は回軸転２６
２への入力を提供し、参照矢印２６４により示されるように、回転のために前述
したステッピングモータにより作動する。

【００５４】図１４は、図１３に示した調整できる複合押込体１２０の垂直断面図であり、
さらにより明確に一部の内部構成部品を示しており、ステッピングまたは他の駆
動モータ２６０と接続するために駆動ピン２５０および９０度角の減速装置２５
８が含まれ、一次押込体ハウジング２０２のスレッド２４２を回転させて一次押
込体２００を回転させ、一次押込体２００の長さＸの垂直調整を達成するための
適切な駆動装置が含まれている。また、総体の二次押込体３００(図１８の下方
に見られる)ノーズキャップ２１０の更なる詳細は、一次押込体ハウジング２０
２の先端３０２に付いている。

【００５５】また、図に示すのは、一次押込体２００の加工端２１８であり、ワーク部材３
１０においてくぼみ３０８を押込加工してくぼみ深さ"dd"とした。材料や処理に
ついては意見が述べられてきたが、必要なくぼみ深さについては一致している。
このように、これは、品質を制御する手段として、およびこの方法の効果を測る
手段として、くぼみ深さの利用を提供するものである。

【００５６】図１５は、図１３および図１４にて示した調整できる複合押込体１２０の分解
斜視図であり、ここでは、追加的一部の内部の構成部品が現され、上板２２０の
スレッド受け３２２と結合するための、スレッドアダプタ２２４上のスレッド３
２０を含み、一次押込体ハウジング２０２とノーズキャップ２１０を結合し、ノ
ーズキャップ２１０における内部スレッド３３２を受けるための（図１４参照）
一次押込体ハウジング２０２上の外部スレッド３３０を含んでいる。また、ノー
ズキャップ２１０の小塊上面３４０が示され、ノーズキャップ２１０を一次押込
体ハウジング２０２へ手動で固定するのに適している。加えて、縁壁３４２によ
り規定された通路でなく、きつく受ける一次押込体２００の支持シャフト２１６
が示されている。

【００５７】この発明を完全に理解するために、図１６、１７および１８に注目する。各々
は、ノーズピースまたはノーズキャップ２１０の重要な詳細である。図１６にお
いては、ノーズキャップ２１０の下面図が与えられており、図１７のノーズキャ
ップ２１０を見上げているものである。図に示すように、ノーズキャップ２１０
は総体の二次押込体３００を含んでおり、実質的に平坦で環状の接続リングの形
態をしている。図に示すように、二次押込体３００はおよそ0.003インチ(0.076
mm)の幅の狭い放射状である。二次押込体３００から半径方向に外向きのノーズ
ピース２１０の外形で、輪郭３６０を含み、およそ１３５度の第１の連結角曲が
りで半径0.01 インチ (0.25 mm)である。それから、ノーズピース２１０の外形
は、第３の押込体４００を含み、外側半径は0.029インチ(0.74 mm)である。次に
、ノーズキャップ２１０の外形は、第３の押込体４００から半径方向に外向きの
第２の凹面連結部(blend radius)４０２を含み、およそ１３３度の第２の連結角
曲がりで半径は0.01インチ(0.25 mm)である。次に、ノーズキャップ２１０は、
凹面部４１０を含み、脚４１２の平坦部２４６が完結する前にある。重要なのは
、ノーズピース２１０は、半径方向に外向きの方向の外形を持ち、半径方向に外
向きで最後から第２の凹面連結部(blend radius)４０２まで凹面環状部４１０を
有する脚４１２を有することである。図に示すように、多くの共通の留め具サイ
ズのためのアルミニウムの加工について、最善の結果は、最善の結果は、前記一
次押込体を受ける円筒形スロットの縁壁４２２から半径方向に外向きにおよそ0.
05インチ(1.27mm)の位置にくぼみ４０２を設け、脚４１２の平面２４６について
およそ５度の角度の金属を除去することによりくぼみを定義することで達成され
ることがわかった。多くのアプリケーションでは、脚４１２の平坦部２４６は、
ワーク部材３１０のくぼみの中心線に対して横向きが適切になる。(図１４の図
番４３０を参照)。

【００５８】図１９に記載の一次押込体２００の詳細は、既にに議論した。しかしながら、
この図は、駆動ピン２５４の駆動端２５２を受けるための、深さがおよそ0.75
インチ(19.05mm)の駆動受け２５０をより明確に示している。また、より詳細に
示されているおよそ５度前後の周辺壁角ベータ(β)は、くぼみをよりきれいにし
て、また、ワーク部材からの引き抜きを可能にする。

【００５９】重要なのは、一次押込体２００の支持シャフト２１６と端２１８は、ノーズキ
ャップ２１０において述べた様々な構成部品と同様に、耐久力のある低摩擦コー
ティングをして提供されることである。これにより、一次押込体、二次押込体お
よび三次押込体の両者が理想的にこのような耐久力のある低摩擦コーティングを
含むことになる。適切な耐久力のある低摩擦コーティングは、窒化クロム(chrom
ium nitride)のコーティングを含んでいる。さらによいのは、このようなコーテ
ィングが、二硫化タングステン(tungsten disulfide)をも含んでいることである
。このようなコーティングは、比較的薄いけれども、およそ0.0002インチ(0.005
mm)から0.0003インチ(0.008 mm)程度の厚さをもっている。これらの低摩擦コー
ティングは、くぼみの縁部における摩擦と剪断を減少させ、金属の放射状の流れ
をよくすることができ、言い換えると、よりすぐれた残留応力を提供し、耐用年
数改善という最高の目的を達成することになる。また、このようなコーティング
は、一次の２００および二次の３００押込体が移動した時に押込体表面の金属の
引っかかりを最低にし、ストリッピング力(stripping force)を減少させる。

【００６０】複合押込体の利用は、厚い材料の積み重ねの加工においては、さらに図２０、
２１、２２、２３および２４に示した。図２０は、対向する利用を示すもので、
厚い積み重ねにおいて総体のワンピースの複合押込体で、ワーク部材上方の第１
の側およびワーク部材の下方の第２の側の両方において望ましい残留応力を生成
し、望ましい圧縮応力が厚い積み重ねを通じて生成される。図２０および２１に
関しては、現実の孔の縁部位置４８０は、内部の放射状方向または半径方向に外
向きになり、押込５０３の周辺縁部５０２または押込体５０６の周辺縁部５０４
になる。壁位置の選択は、様々なファクターの依存するが、最も重要なのは、利
益になる残留応力の存在するコースであり、加工後においては、事前に選択した
壁位置になる。本発明の方法のもう１つの特徴は、湿式封止剤若しくは第１および第２のワー
ク部材の間の結合剤にあり、このような封止剤９２０は、図２１のワーク部材９
００および９１０の間に示されている。これは、耐食性の航空機の製造や、多硫
化物タイプ(polysulfide type)や他の材料の封止剤を用いて濡れる翼の建設にお
いて重要である。

【００６１】図２２は、枕頭リベットを軸部に用いて、枕頭リベットの頭部に適応した縁部
の面取り穴を有する第１のワーク部材と、まっすぐまたは横の穴で縁壁がリベッ
トの軸部に適応したものを有する第２のワーク部材との接合を示す図である。図
２３は、丸頭のリベットを利用してまっすぐまたは横の穴の縁壁を持つ第１のワ
ーク部材と、まっすぐまたは横の穴の縁壁を持つ第２のワーク部材との結合を示
した図である。図２２では、留め具８００の周辺の縁部８０２が示されており、
周辺に小さなくぼみＩＦが現されている。図２２は、皿頭タイプで外側の縁部壁
８０４は、ここに述べた方法に従って構造体８０８の本体８０６に利益のある残
留応力パターンを提供して用意できることが示されいて特に興味深い。同様に
、構造体８１２の本体８１０も、型に決まった垂直の縁壁８１４の周辺部で本体
８１０において望ましい利益のある応力パターンを提供して処理することができ
る。より慣習的には、図２３に示すように留め具８４０は外部に突き出た頭部８
４２を有しており、構造の部材８４４および８４６の結合が提供される。このよ
うな構造では、孔は側壁８４８および８５０によりそれぞれ規定され、軸部８５
２の留め具を適応する。利益のある残留応力は、構造の部材８４４および部材８
４６の両方に効果的に提供される。多くの構造体は、実質的には、構造体の表面
と背面の両方から増加した応力抵抗から利益があることが一般に期待されている
。しかしながら、幾つかのアプリケーションでは、単側のみの処理をしたときに
有用な結果を生ずるかもしれない。

【００６２】このような構造体の片方の処理は図２1に示されている。ここでは、第１のワ
ーク部材９００の片側のくぼみ９０２を、ここで述べた方法したがって表面９０
４を施している。望ましくは、テーパーのドリル９０６はワーク部材９００を通
して希望する孔の穴あけに用いられており、応力除去が達成されるために、常温
加工されていないワーク部材９１０のマッチングも同様である。代わりに、図２
０には２つのワーク部材の積み重ねの単側加工が示されている。押込体５０３お
よび５０６は、利益のある残留応力を提供するために用いられており、ワーク部
材５３２および５３４から加工された完成した構造体での留め具孔のために望ま
れた位置の近くである。図２４は、厚いワーク部材９４２の縁壁９４０で規定さ
れる止まり穴の穿孔のためのテーパーのドリル９０６の利用が示されている。さ
らに、普通でない構造である非円形型孔はここで述べられる方法で処理が可能で
あり、構造内の通路を通した内側の内壁周辺の位置に結合した希望する場所にお
いて利益のある残留応力レベルを提供することができることを理解するのはまた
重要である。このように、非丸孔を中に有する構造体は、構造体の希望する場所
において利益のある残留応力レベルを提供するこの方法により、効果的に処理す
ることが可能である。

【００６３】厚い材料や厚いワーク部材の積み重ねにおける、この新規な複合押込体および
このような複合押込体を利用した方法は、そのような部分を劣化させる疲労応力
を軽減し、疲労に関する金属部品の常温加工の状態においてかなりの改善がある
ことは高く評価されている。重要なことは、この複合押込体およびその方法の
採用は、機械加工の前に効果的に穴の処理を可能にしている。このように、ここ
に開示された加工装置およびその方法の利用は、エクスパンション・マンドリル
やスリーブ、穴潤滑剤のような様々な道具や補助具を不要とすることにより、現
在用いられている処理方法を越えて実質的に改善するものである。この改善した
方法で、残留応力の規模や深さの制御が、詳しいワーク部材の性質や特性、ワー
ク部材に与えられる力や変位の性質により決定され、適切な大きさや設計された
複合押込体の利用を通して、著しく効果的に完成される。重要なことは、複合押
込体の利用が、ここに開示された加工プロセスにより、容易に自動化され、いろ
いろな留め具環境を自動化することができる。模範的な少数の本発明の実施例の
みが詳細に記載されたが、当業者にとっては常温金属加工のための我々の新規な
方法は用意に理解されるだろうし、このような効果的なプロセスを実行する道具
や他の装置は、新規な教示やここに提供された優位性から実質的に逸脱すること
なしにここに提供された実施例から容易に修正されるだろうし、この精神や不可
欠な特性から逸脱することなしに、他の特定の型から具体化されるだろう。その
ため、ここに示される実施例はあらゆる点で実例として考えられるだろうし、制
限的なものではない。したがって、開示およびクレームは、ここに述べられてい
る構造体をカバーする意図であり、構造の同等物に限らず、同等の構造体をもカ
バーする。このように、この発明の視野は、ここに述べられた全てのバリエー
ションを含む意図であり、明細書であろうが図面であろうが、広範な意味、言語
にかかわらない用語の範囲、および前述したバリエーションの記載を含む。それ
ゆえ、先の代表した本発明の実施例の記載は、発明を示す目的および発明の理解
を提供する目的でなされたものと理解されるであろう。また、中身を空にしたり
制限的にしたり、あるいは発明を正確な開示の形態のみに限定する意図は無い。
同じまたは近似の目的を果たす代替の特徴は、明確な記述がない限り、この明細
書中（対応するクレームや図面中の図を含む）に開示された各特長と置き換えて
もよい。このように、開示された各々の特徴は、同等なまたは近似の特徴のシリ
ーズの包括的な一例に過ぎない。さらに、一部の材料が読者にとある発明を作り
、利用できるような目的で記載されている場合、そのような示唆は開示された材
料のクレームに限定するものではなく、他の金属や様々な組成が含まれるものと
理解され、ここに開示された装置または方法を用いている構造体の製造に用いて
もよい。

【００６４】意図は、全ての変更をカバーし、同等物や代替物を、発明、ここに開示した表現
、添付したクレームの視野や精神に入れることにある。したがってクレームはこ
こに記載された構造体、装置および方法をカバーする意図であり、同等物または
構造の同等物だけでなく、同等の構造体または方法をもカバーする。この発明の
視野は、ここに記載され、ここに添付したクレームに表示されるように、実施例
からのバリエーションや、広範な意味の記載および言語の正確な範囲にかかわら
ず、説明され、これを含む単語や同等の単語も考慮される。

【図面の簡単な説明】

本発明は、以下の図表を含めて添付した図面を参照することを通して、容易に
理解され、評価されよう。

【図１】図１に示すのは、固体の、総体の、ワンピースの、複合押込体であ
り、中心線から半径方向に外向きに小さな末端の一次押込体と、そこへ隣接する
リードテーパーと、半径方向に外向きの勾配のある周壁と、第２の凹面連結部(b
lend radius)と、二次押込体と、前記複合押込体の外径に達する第３の凹面連結
部(blend radius)とを有する。

【図２】図２は、２つの複合押込体の使用を示すもので、各々の型は図１に
示したものであり、厚い材料を積み重ねた、上部と下部の部材に対して対向する
複合押込体の使用を示している。

【図３】図３に示すのは複合押込体であり、二次押込体の面レベルについて
調整できる加工長さの一次押込体を有する。

【図４】図４は、前記図３に示した複合押込体の使用を示すものであるが、
ここでは二次押込体の周囲を封するように取り囲んだ脚または押え(foot or sto
p)を含んでおり、この押えは構造のワーク部材における表面アプセットを最小限
にしている。

【図５】図５は、第１および第２の複合押込体の使用を示すもので、各々の
型は図５に示したものであり、第２の一次押込体と異なる侵入深さに調整した、
調整できる第１の一次押込体を有しており、厚いワーク部材の対向する両側(opp
osing sides)に作用する第１および第２の複合押込体を有する。

【図６】図６は、直径0.210インチ（5.33mm）の単一の単純な先行技術の押
込体の動作結果から生じるゼロフープ応力プロファイルを示す図であり、ワーク
部材の望ましい穴をリーマ仕上げ前のワーク部材のワーク面に対しての適切な最
終プロファイルである。

【図７】図７は、直径0.210インチ（5.33mm）の単一の単純な先行技術の押
込体の動作結果から生じるゼロフープ応力プロファイルを示す図であり、ワーク
部材の望ましい穴をリーマ仕上げ後のワーク部材のワーク面に対しての適切な最
終プロファイルである。

【図８】図８は、直径0.300インチ（7.62mm）の単一の単純な先行技術の押
込体の動作結果から生じるゼロフープ応力プロファイルを示す図であり、ワーク
部材の望ましい穴をリーマ仕上げ前のワーク部材のワーク面に対しての適切な最
終プロファイルである。

【図９】図９は、直径0.300インチ（7.62mm）の単一の単純な先行技術の押
込体の動作結果から生じるゼロフープ応力プロファイルを示す図であり、ワーク
部材の望ましい穴をリーマ仕上げ後のワーク部材のワーク面に対しての適切な最
終プロファイルである。

【図１０】図１０に示すのは、(1)ワーク部材の希望する穴をリーマ仕上げ
後のワーク部材のワーク面に対する適切な最終プロファイルによる、直径0.210
インチ(5.33 mm)の単一の単純な先行技術の押込体の動作、(2)ワーク部材の希望
する穴をリーマ仕上げ後のワーク部材のワーク面に対する最適な圧力プロファイ
ルを提供する適切な最終プロファイルによる、直径0.300インチ(7.62 mm)の単一
の単純な先行技術の押込体の動作、(3)直径0.210インチ(5.33 mm)の一次押込体
と、直径0.300インチ(7.62 mm)の二次押込体とを有するここで述べられる型の複
合押込体であって、第１および二次押込体は各々ワーク部材のワーク面に対する
最適な圧力プロファイルを提供する適切な最終プロファイルを有し、ゼロフープ
応力プロファイルはワーク部材の希望する穴をリーマ仕上げ後のものである複合
押込体の動作の各結果による応力プロファイルである。

【図１１】図１１は、プラテン上に位置するワーク部材の表側を押込むため
の、ここで述べられる１組の調整できる複合押込体の使用を示す図である。調整
できる複合押込体は、適切なくぼみを提供するために、ワーク部材を通した希望
する穴の加工後に望ましい残留圧縮応力パターンを提供するよう、ワーク部材に
対して下向きに動作され得る。

【図１２】図１２は、ここで述べられる１組の調整できる複合押込体の使用
を示す図であり、 (a)ワーク部材の表面側、および (b)ワーク部材の裏面側を押
込加工するので、調整できる複合押込体は、(1)ワーク部材に対して下方、およ
び(2)ワーク部材に対して上方に動作することができ、望ましい残留圧縮応力パ
ターンを提供するために、ワーク部材を通した希望する穴の加工後に適切なくぼ
みを提供する。

【図１３】図１３は、調整できる複合押込体の実施例の透視図であり、調整
できる一次押込体と、一次押込体のハウジングに付いている二次押込体のノーズ
キャップと、一次押込体のハウジングが指示されている押込体ブロックアダプタ
と、調整できる作動装置を覆うための下部プレート、上部プレートおよび側面プ
レートと、一次押込体の長さの調節のためのステッピングまたはサーボモータ（
図示せず）または他の適切な駆動部と接続するための９０度の減速装置、および
、調整できる複合押込体のアタッチメントのための押込体ラム押圧駆動部への貫
通アダプタが示されている。

【図１４】図１４は、最初に図１３で示された調整できる複合押込体垂直断
面図で、一部の内部構成部品をも示すものであり、駆動ピンと、そのスレッド中の一次押込体を回転させるためのステッピングモー
タ（図示せず）または他の適切な駆動装置を接続する９０度の減速装置とを含み
、一次押込体の長さの垂直調整を実現する。また、一次押込体ハウジングに取り
付けられた総体の二次押込体のノーズキャップと、一次押込体ハウジングが支持
された押込体ブロックアダプタと、調整できる作動装置を覆うための下部プレー
ト、上部プレートおよび側面プレートと、９０度の減速装置と、調整できる複合
押込体のアタッチメントのための押込体ラム押圧駆動部への貫通アダプタが示さ
れており、さらに、このような調整できる複合押込体の下にあるワーク部材に対
する衝突が示されている。

【図１５】図１５は、図１３および図１４にて示された調整できる押込体の
分解者斜視図であり、一部の内部構成部品と、上部プレートへの貫通アダプタの
アタッチメントのためのスレッドと、下部プレートへの一次押込体ハウジング貫
通アタッチメントと、貫通アタッチメントと、一次押込体ハウジングへの総体の
二次押込体のノーズキャップと、第１の駆動部の外部スレッド一次押込体ハウジ
ング内の内部スレッド (図１４参照)の貫通エンゲージメント(threaded engagem
ent)と、調整できる複合押込体における二次押込体に関して一次押込体の垂直調
整とが示されている。

【図１６】図１６は、総体の二次押込体のノーズキャップの内側を見下ろし
た平面図であり、図１７における１６−１６線のものである。

【図１７】図１７は、総体の二次押込体のノーズキャップを部分的に切断し
た側面図である。

【図１８】図１８は、図１７に示したノーズキャップの、クローズアップ
の部分的な横断面図であり、ノーズキャップの細部が示されており、半径方向に
外向きの様子、総体の二次押込体、第１の凹面連結部、総体の第３の押込体、第
２の凹面連結部、くぼんだ脚部および平坦な脚部が詳細に現れている。

【図１９】図１９は、図１４および図１５に示した調整できる一次押込体の
横断面図であり、一次押込体ハウジングにおいて調整できる一次押込体の上下の
駆動に用いられる外部スレッドが示されている。

【図２０】図２０は、厚い積み重ねにおいて対向する総体のワンピースの
複合押込体の使用を示したものであり、第１の側の上方のワーク部材および第２
の側の下方のワーク部材の両方における望ましい残留応力を作り出すことで、厚
い積み重ねにおける望ましい圧縮応力が作り出される。

【図２１】図２１は、１またはそれ以上のワーク部材の穴の穿孔またはリー
マ仕上げのステップを示す図であり、ここでは、ここで述べられている複合押込
体の動作により設けられたくぼみのある第１のワーク部材と、ここで述べられる
耐用年数を向上させるための金属の押込ステップが用いられていない第２のワー
ク部材が現されている。

【図２２】図２２は、軸部のリベットの使用が示されており、枕頭リベット
頭部に適合させた面取り穴縁部を有する第１のワーク部材と、リベットの軸部に
適応させた直立または横断した穴の縁壁を有する第２のワーク部材とを結合して
いる。

【図２３】図２３は、丸頭リベットの使用が示されており、直立または横断
した穴の縁壁を有する第１のワーク部材と、同じく直立または横断した穴の縁壁
を有する第２のワーク部材とを結合している。

【図２４】図２４は、厚いワーク部材における止まり穴または経路のデッド
エンドの穿孔またはリーマ仕上げのステップを示す図であり、ワーク部材はここ
で述べられる複合押込体の動作により形成された処理が行われる。多くの図面においては、例えば構造体は例えば数表示または文字の参照が断り
無く付されている。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年３月２５日（２００２．３．２５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【数１】式中、ｐｚ＝平坦基準面上の前記圧子の前記接触端部の選択表面の通常変移； ν＝前記構造物を構成する材料のポアソン比； E＝前記構造体を構成する材料の弾性率；Ｐｍ＝前記構造体を構成する材料の降伏応力よりも大きい予選択一様圧力；ａ＝前記圧子の接触端部の半径；および θ,r＝前記圧子の前記接触端部上の選択表面位置の極座標であることを特徴とす
る。

【数２】式中、ｐｚ＝平坦基準面上の前記圧子の前記接触端部の選択表面の通常変移； ν＝前記構造物を構成する材料のポアソン比； E＝前記構造体を構成する材料の弾性率；Ｐｍ＝前記構造体を構成する材料の降伏応力よりも大きい予選択一様圧力；ａ＝前記圧子の接触端部の半径；および θ,r＝前記圧子の前記接触端部上の選択表面位置の極座標であることを特徴とす
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷＦターム(参考） 3J036 AA04 BA02 BB06 EA02 4E087 CA17 EC38 【要約の続き】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造体内の選択位置の疲労強度を改良するために前記構造体
の加工のためのツーリングにおいて、前記構造体は第一面と、第二面と、その間
のボディとで構成し、前記ツーリングは、第一複合圧子で構成し、前記第一複合圧子は、第一の一次圧子と第一の二次圧子とで構成され、前記第一の一次圧子は、前記構造体の前記ボディ内に残留応力プロフィールを付
与するため、前記構造体の前記第一面の前選択部との係合およびその変形のため
の接触端部で構成し、前記第一の二次圧子は、前記構造体の前記ボディ内に残留応力プロフィールを付
与するため、前記構造体の前記第一面の前選択部との係合およびその変形のため
の接触端部で構成し、前記一次圧子の前記接触端部は、前選択プロフィールを有する第一形状表面で構
成し、前記第一の二次圧子の前記接触端部は、前選択表面プロフィールを有する
第二形状表面で構成し、前記第一の一次圧子と前記第一の二次圧子とは、前記構造体とコンパニオン係
合するように構成することを特徴とする。
【請求項２】請求項１記載のツーリングにおいて、前記第一複合圧子は作
用端部で構成され、前記第一の一次圧子と前記第一の二次圧子とは、前記作用端
部に同心円状に配置され、前記第一の二次圧子は長手方向に位置され、前記第一
の一次圧子の周囲に、内輪縁を有する環状段部を形成することを特徴とする。
【請求項３】請求項２記載のツーリングにおいて、前記第一の一次圧子は
、さらに傾斜周壁で構成され、前記傾斜周壁は、前記第一の二次圧子の前記内輪
縁で前記第一の二次圧子に隣接することを特徴とする。
【請求項４】請求項１記載のツーリングにおいて、前記第一複合圧子は、
前記二次圧子を超える第一の三次作用長で構成されることを特徴とする。
【請求項５】請求項4記載のツーリングにおいて、前記第一の三次作用長
は調整可能であることを特徴とする。
【請求項６】請求項１記載のツーリングにおいて、さらに第一ボトムを有
する第一環状フートで構成され、前記第一環状フートは、前記第一複合圧子の前
記構造体への作用時に、前記第一の二次圧子を限定的に構造的に囲繞し、前記加
工品を固定することで、前記構造体の前記第一表面での表面アップセットを最小
限にすることを特徴とする。
【請求項７】請求項１記載のツーリングにおいて、さらに第二複合圧子で
構成され、前記第二複合圧子は、第二の一次圧子と第二の二次圧子とで構成され
、前記第二の一次圧子は、前記構造体の前記ボディ内に残留応力プロフィールを付
与するため、前記構造体の前記第二面の前選択部との係合およびその変形のため
の接触端部で構成され、前記第二の二次圧子は、前記構造体の前記ボディ内に残留応力プロフィールを付
与するため、前記構造体の前記第二面の前選択部との係合およびその変形のため
の接触端部で構成され、前記第二の一次圧子の前記接触端部は、第二成形一次表面プロフィールを有する
第二成形一次表面で構成され、前記第二の二次圧子の前記接触端部は、第二の二
次成形表面プロフィールを有する第二の二次成形表面で構成されていることを特
徴とする。
【請求項８】請求項7記載のツーリングにおいて、前記第二複合圧子は作
用端部で構成され、前記第二の一次圧子と前記第二の二次圧子とは、前記作用端
部に同心円状に配置され、前記第二の二次圧子は長手方向に位置し、前記第二の
一次圧子の周囲に、内輪縁部を有する環状段部を形成することを特徴とする。
【請求項９】請求項８記載のツーリングにおいて、前記第二の一次圧子は
、さらに第二傾斜周壁で構成され、前記第二傾斜周壁は、前記第二の一次圧子の
前記内輪縁部で前記第二の二次圧子に隣接することを特徴とする。
【請求項１０】請求項７記載のツーリングにおいて、前記第二複合圧子は
、前記第二の二次圧子を超える作用長で構成され、前記作用長は調整可能である
ことを特徴とする。
【請求項１１】請求項７記載のツーリングにおいて、さらに第二ボトムを
有する第二環状フートで構成され、前記第二環状フートは、前記第二複合圧子の
前記構造体への作用時に、前記第二の二次圧子を限定的に構造的に囲繞し前記加
工品を固定することで、前記構造体の前記第二表面での表面アップセットを最小
限にすることを特徴とする。
【請求項１２】請求項１記載のツーリングにおいて、前記第一複合圧子は
、動的圧子で構成され、前記動的圧子は、前記構造体の前記第一表面に対し前記
接触端部の前記形状表面を係合するために適応され、前記構造体に応力波を生じ
ることを特徴とする。
【請求項１３】請求項１記載のツーリングにおいて、前記第二複合圧子は
、第二動的圧子で構成され、前記第二動的圧子は、前記構造体の前記第二表面に
対する前記接触端部の前記形状表面の係合のために適応され、前記構造体に応力
波を生じることを特徴とする。
【請求項１４】請求項１記載のツーリングにおいて、前記第一の一次圧子
は、前記構造体に対する前記接触端部の係合に応じてフットプリント形状を残し
、前記フットプリント形状は実質的に円形であることを特徴とする。
【請求項１５】請求項２記載のツーリングにおいて、前記第一の二次圧子
は、前記構造体に対する前記接触端部の係合に応じてフットプリント形状を残し
、前記フットプリント形状は実質的に環状であることを特徴とする。
【請求項１６】請求項７記載のツーリングにおいて、前記第二の一次圧子
は、前記構造体の前記第二表面に対する前記接触端部の係合に応じてフットプリ
ント形状を残し、前記フットプリント形状は実質的に円形であることを特徴とす
る。
【請求項１７】請求項７記載のツーリングにおいて、前記第二の二次圧子
は、前記構造体の前記第二表面に対する前記接触端部の係合に応じてフットプリ
ント形状を残し、前記フットプリント形状は環状であることを特徴とする。
【請求項１８】請求項１記載のツーリングにおいて、前記第一複合圧子は
、固体で一体化したワンピースツールであることを特徴とする。
【請求項１９】請求項１記載のツーリングにおいて、前記第二複合圧子は
、固体で一体化したワンピースツールであることを特徴とする。
【請求項２０】請求項１８記載のツーリングにおいて、前記第一の一次圧
子の前記接触端部は、滑らかに湾曲した表面部であることを特徴とする。
【請求項２１】請求項１記載のツーリングにおいて、前記第一の二次圧子
の前記接触縁部は、滑らかに湾曲した表面部であることを特徴とする。
【請求項２２】請求項１記載のツーリングにおいて、前記第一複合圧子の
前記接触端部は、前記第一の一次圧子上の少なくとも１つの勾配付き円周端部で
構成されていることを特徴とする。
【請求項２３】請求項７記載のツーリングにおいて、前記第二複合圧子の
前記接触端部は、前記第二の二次圧子の周囲の少なくとも１つの勾配付き縁部で
構成されていることを特徴とする。
【請求項２４】請求項１または請求項１８記載のツーリングにおいて、前
記複合圧子の前記接触端部は、前記第一の一次圧子と前記第一の二次圧子との間
の滑らかにアールをつけた移行部で構成することを特徴とする。
【請求項２５】請求項７または請求項１９記載のツーリングにおいて、前
記第二複合圧子の前記接触端部は、前記第二の一次圧子と前記第二の二次圧子と
の間の滑らかにアールをつけた移行部で構成することを特徴とする。
【請求項２６】請求項１記載のツーリングにおいて、前記第一の一次圧子
の前記接触端部は、下記式で定義される表面形状で構成し、【数１】式中、ｐｚ＝平坦基準面上の前記圧子の前記接触端部の選択表面の通常変移； ν＝前記構造物を構成する材料のポアソン比； E＝前記構造体を構成する材料の弾性率；Ｐｍ＝前記構造体を構成する材料の降伏応力よりも大きい予選択一様圧力；ａ＝前記圧子の接触端部の半径；および θ,r＝前記圧子の前記接触端部上の選択表面位置の極座標であることを特徴とす
る。
【請求項２７】請求項６記載のツーリングにおいて、前記第二複合圧子の
前記第三圧子の前記接触端部は、さらに下記式で定義される表面形状で構成し、【数２】式中、ｐｚ＝平坦基準面上の前記圧子の前記接触端部の選択表面の通常変移； ν＝前記構造物を構成する材料のポアソン比； E＝前記構造体を構成する材料の弾性率；Ｐｍ＝前記構造体を構成する材料の降伏応力よりも大きい予選択一様圧力；ａ＝前記圧子の接触端部の半径；および θ,r＝前記圧子の前記接触端部上の選択表面位置の極座標であることを特徴とす
る。
【請求項２８】請求項１または請求項７記載のツーリングにおいて、さら
に前記一次圧子のいずれか１つの耐久性低摩擦皮膜で構成することを特徴とする
。
【請求項２９】請求項２８記載のツーリングにおいて、さらに前記二次圧
子のいずれか１つの耐久性低摩擦皮膜で構成することを特徴とする。
【請求項３０】請求項２８または請求項２９記載のツーリングにおいて、
前記耐久性低摩擦皮膜は、窒化クロムで構成することを特徴とする。
【請求項３１】請求項３０記載のツーリングにおいて、前記耐久性低摩擦
皮膜は、さらに二硫化タングステンであることを特徴とする。
【請求項３２】請求項２８，２９，３０または３１のいずれかに記載のツ
ーリングにおいて、前記耐久性低摩擦皮膜は、０．０００２インチ乃至０．００
０３インチの厚さであることを特徴とする。
【請求項３３】構造体内の材料の接合部の工作方法において、前記接合部
は前記構造体の開口部用の予選択位置に隣接し、前記構造体の疲労寿命を改善す
るための前記接合部に残留圧縮応力を施すために、前記方法は、前記構造体の前記開口部のための前記予選択位置に隣接する予選択表面位置で前
記構造体に衝撃を与える第一圧子表面部と、前記構造体の前記開口部のための前記予選択位置に隣接する予選択表面位置で前
記構造体に衝撃を与える第二圧子表面部とで構成される、第一複合圧子を備え、材料の前記接合部側へ前記構造体に残留応力を付与するために前記第一複合圧
子により前記構造体の前記予選択表面部を押込み加工することを特徴とする。
【請求項３４】請求項３３記載の方法において、さらに前記構造体から材
料の選択部を除去することで構成され、前記構造体から除去された前記材料の選
択部は外側境界部を有し、前記構造体の前記予選択表面部またはそこに隣接して
位置する前記外側境界部は前記第一複合圧子の前記第一成形表面部と前記第二成
形表面部とにより衝撃を加えられて、前記接合部または材料は、前記構造体から
除去した前記材料の選択部の前記外側境界部へ横方向に拡張する。
【請求項３５】請求項３３記載の方法において、前記第一複合圧子は動的
圧子で構成することを特徴とする。
【請求項３６】請求項３４記載の方法において、前記構造体からの材料の
選択部の除去により長尺凹部を規定することを特徴とする。
【請求項３７】請求項３６記載の方法において、前記長尺凹部は閉鎖端部
で構成することを特徴とする。
【請求項３８】請求項３４記載の方法において、前記構造体からの材料の
選択部の除去により貫通通路を設けることを特徴とする。
【請求項３９】接合部であって、（１）残留放射状内向き圧縮応力を有するために第一縁壁部により規定された第
一固定穴部を請求項２８の方法で調整する材料で本体を構成した第一部材と、（２）前記第一固定穴部と一列になっている第二固定穴部を第二縁壁部により規
定された第二部材とを含む、（ａ）構造部材の積み重ねと、（ｂ）前記第一固定穴部に隣接し、また前記第二固定穴部に隣接し、前記第一固
定穴部がシャンク部の周囲に残留圧縮応力を加える、前記シャンク部を含む締ま
りばめファスナとで構成することを特徴とする。
【請求項４０】請求項３９記載の接合部において、前記締まりばめファス
ナは、サラ部でさらに構成する枕頭タイプリベットで構成し、前記残留圧縮応力
は前記リベットの前記サラ部に沿って前記第一部材の前記本体を介して加えられ
ることを特徴とする。
【請求項４１】請求項４０記載の方法において、前記締まりばめファスナ
は、直線シャンク部を有するリベットで構成し、前記残留圧縮応力は、前記第一
縁壁部に沿って前記第一部材の前記ボディを介して実質的に均一に加えられるこ
とを特徴とする。
【請求項４２】接合部であって、（１）残留放射状内向き圧縮応力を有するために第一縁壁部により規定された第
一固定穴部を請求項２８の方法で調整する材料で本体を構成した第一部材と、（２）前記第一固定穴部と一列になっている第二固定穴部を第二縁壁部により規
定された第二部材とを含む、（ａ）構造部材の積み重ねと、（ｂ）前記第一部材を前記第二部材に確実に固定するファスナとで構成すること
を特徴とする。
【請求項４３】請求項３９または請求項４２記載の接合部において、前記
第二部材の前記第二縁壁部は、請求項３３記載の方法により調整して、放射状内
向き圧縮残留応力を有することを特徴とする。
【請求項４４】請求項３９または請求項４２記載の接合部において、前記
接合部はさらに前記第一および前記第二部材の間のシーリングコンパウンドで構
成することを特徴とする。
【請求項４５】請求項３９または請求項４２記載の接合部において、前記
接合部はさらに前記第一および前記第二部材の間の湿式封止剤で構成し、前記湿
式封止剤は処理後に固化することを特徴とする。
【請求項４６】請求項３９または請求項４２記載の接合部において、前記
接合部は前記第一および前記第二部材の間の結合コンパウンドで構成することを
特徴とする。
【請求項４７】請求項３９または請求項４２記載の接合部において、前記
接合部は２つの部材で構成することを特徴とする。
【請求項４８】請求項３４または請求項３７記載の接合部においで、さら
に第三部材で構成し、前記接合部は少なくとも３つの部材で構成することを特徴
とする。
【請求項４９】少なくとも第一および第二構造部材のオーバーラップを含
む接合部を製造する方法であって、前記方法は（ａ）前記第一構造部材を介して第一固定穴部について選択位置またはその近く
で予選択残留応力を付与するように前記第一構造部材の一部を変形するために前
記構造部材の構成の降伏点よりも大きい圧力で第一複合圧子に前記第一構造部材
の予選択部を接触させ、前記残留圧縮力は、前記第一固定穴部の側壁部の全長に
わたって実質的に均一であり；（ｂ）前記第一構造部材を機械加工し、前記機械加工による側壁部を介した前記
第一固定穴部を規定し；（ｃ）前記側壁部により規定された第二固定穴部を前記第二構造部材に設け；（ｄ）前記第一および前記第二固定穴部にファスナを挿入し；（ｅ）前記ファスナを固定することを特徴とする。
【請求項５０】請求項４９記載の方法において、さらに前記第一および前
記第二固定穴部内に前記ファスナを着座するために前記ファスナに力を加えたり
変位を与えたりするステップで構成することを特徴とする。
【請求項５１】請求項５０記載の方法において、前記ファスナを着座させ
るステップは、さらに前記第一構造部材に対して前記ファスナを固定保持するた
めに前記ファスナの端部を変形することで構成することを特徴とする。
【請求項５２】請求項４９記載の方法において、表および裏側の押込深さ
が異なることを特徴とする。
【請求項５３】請求項４９記載の方法において、さらに前記加工品の中ま
たは貫通して穴をあける後押込ステップで構成することを特徴とする。
【請求項５４】請求項５３記載の方法において、前記穴あけステップは、
（ａ）直線貫通穴、（ｂ）段付き穴、（ｃ）ブラインドホール、（ｄ）サラ穴、
（ｅ）非輪状または非円形穴、から成る群から選択された穴あけステップで構成
することを特徴とする。
【請求項５５】請求項５４記載の方法において、さらに穴にねじを切るス
テップで構成することを特徴とする。
【請求項５６】加工品を具体化し改善疲労寿命を有する製品の製造におけ
るステップとして、加工品に所望の応力パターンを作成するために加工品の冷間
加工をする装置であって、前記装置は、（ａ）ベースと、（ｂ）前記加工品に作用するように１つ以上の段付きタイプの圧子を取り付けた
支持部とで構成し、前記圧子は、厚い構造を有する加工品に所定のサイズや形状
の窪みを付与するためのサイズおよび形状にしてあることを特徴とする。
【請求項５７】請求項５６記載の装置において、前記１つ以上の圧子は、
加工品の表面にのみ作用するように位置することを特徴とする。
【請求項５８】請求項５６記載の装置において、前記１つ以上の圧子は、
加工品の裏面にのみ作用するように位置することを特徴とする。
【請求項５９】請求項５６記載の装置において、前記１つ以上の圧子は、
加工品の表面および裏面の両方に作用するように位置することを特徴とする。
【請求項６０】請求項５６記載の装置において、前記支持部は概してＣ―
形状のヨークで構成することを特徴とする。
【請求項６１】請求項５６記載の装置において、前記圧子はアクチュエー
タにより移動することを特徴とする。
【請求項６２】請求項６１記載の装置において、前記アクチュエータ作動
タイプは、（ａ）油圧駆動、（ｂ）空気圧、（ｃ）機械駆動、または（ｄ）電磁
駆動から成る群から選択することを特徴とする。
【請求項６３】強化疲労寿命構造体を有するために加工品を製造する方法
であって、そのタイプの前記加工品は第一表面、第二表面、それらの間の厚みの材料および
縁位置を有する穴部が前記加工品に加工される少なくとも第一予選択位置を有し
、前記方法は、（ａ）前記加工品の押圧形成作業に適した第一作業位置に前記加工品を固定し、（ｂ）前記所望穴縁位置に沿って前記加工品の前記材料の前記厚みを介して残留
圧縮応力を生じるために、前記予選択位置の前記加工品を複合圧子で押込み加工
することで前記加工品の予選択位置を変形させ、（ｃ）前記加工品に前記穴を設けるために前記加工品に穴を機械加工する構成で
あることを特徴とする。
【請求項６４】請求項６３記載の方法において、前記加工品の変形は、実
質的に図１０に記載したように、リーミング後に、所定ゼロフープ応力プロフィ
ールとなることを特徴とする。
【請求項６５】請求項６３記載の方法において、前記加工品の変形は、前
記加工品の前記第一側から前記加工品の前記第二側に、前記加工品の前記材料厚
みを介して前記穴縁位置に沿って残留圧縮応力となることを特徴とする。
【請求項６６】請求項６３または請求項６４または請求項６５記載の製品
である金属プレート。
【請求項６７】請求項６３記載の方法において、さらに（ａ）加工品の材料並びに印加力および圧子形状の機能として加工品の有限要素
分析およびを残留応力の関係使用して、前記押し込みステップ中に前記加工品内
の応力や歪みの所望印加を決定し、（ｂ）加工品の表面アップセットを回避しつつ加工品を形成する適切な圧子形状
および印加力を選択するステップで構成することを特徴とする。
【請求項６８】請求項６３記載の方法において、前記製造方法は、前記加
工品を、前記加工品を機械のインクリメンタルステップを前進させて、１つまた
はそれ以上の選択複合圧子の反復動作に前記加工品を位置付けて、複数の予選択
位置で所望の残留圧縮応力を生じ、（ｂ）複数の前記予選択位置に穴部を機械加
工することで、前記穴の縁壁の少なくとも一部に沿って残留圧縮応力を持ってい
るので、改善された疲労寿命を有する前記加工品に複数の穴を設けることを特徴
とする。
【請求項６９】請求項６８記載の方法において、前記残留圧縮応力は、前
記第一表面と前記第二表面との間の前記加工品の厚み全体にわたって全穴縁壁に
沿って設けられることを特徴とする。
【請求項７０】請求項１記載のツーリングにおいて、前記複合圧子の外形
は、さらに平坦環状接触リングを有するノーズピースで構成することを特徴とす
る。
【請求項７１】請求項７０記載のツーリングにおいて、前記複合圧子の外
形は、さらに外形が半径０．０１インチ（０．２５ｍｍ）でおよそ１３５度の曲
がりの第一ブレンド角で構成されるノーズピースで構成することを特徴とする。
【請求項７２】請求項７０記載のツーリングにおいて、前記複合圧子の外
形は、さらに外形が内側半径０．０２９インチ（０．７４ｍｍ）の二次圧子で構
成されるノーズピースで構成することを特徴とする。
【請求項７３】請求項７２記載のツーリングにおいて、前記複合圧子の外
形は、さらに外形が、前記第二圧子から放射状に外側へ、半径０．０１インチ（
０．２５ｍｍ）でおよそ１３３度の曲がりの第二ブレンド角を有する、第二ブレ
ンド半径で構成されているノーズピースで構成することを特徴とする。
【請求項７４】請求項７２記載のツーリングにおいて、前記複合圧子の外
形は、さらに外形が前記第二ブレンド半径から放射状に外側へ凹形環状部を有するフートで構
成されている、ノーズピースで構成することを特徴とする。
【請求項７５】請求項７４記載のツーリングにおいて、前記凹部は、前記
一次圧子を受けるためのスロットから放射状に外側へおよそ０．０５インチ（１
．２７ｍｍ）の位置で最大になることを特徴とする。
【請求項７６】請求項７４記載のツーリングにおいて、前記ノーズピース
が、さらに前記凹部から放射状に外側へ、フート部で構成されることを特徴とする。
【請求項７７】請求項７６記載のツーリングにおいて、前記フート部は、
前記押込み軸に対し横向きになっていることを特徴とする。
【請求項７８】所定位置に穴を加工する厚い金属部品を製造する方法であ
って、前記部品は、第一および第二表面とそれらの間の厚みの材料を有し、前記
方法のステップは、（ａ）厚い金属プレートを用意し、（ｂ）前記部品の前記第一表面に対してラムを作動させることで、複合圧子で前
記部分を押し込んで穴が作られる前記所定位置の少なくとも１箇所に制御歪みお
よび／または応力速度を印加し、前記タイプの圧子は、一次圧子、二次圧子、三
次圧子、およびフートを有し、（ｃ）押し込んだ箇所を機械加工して材料を除去して穴を形成することで￥厚い
金属プレートを完成部品に変え、（ｄ）製造メーカは、完成部品に所望構成の穴を設けるために、一回の穴あけ操
作により前記穴を加工するようにすることで、必要な処理を相当削減することを
特徴とする。
【請求項７９】製造品は、請求項７８の方法により作られた部品で構成す
ることを特徴とする。
【請求項８０】請求項７８記載の方法において、成形が実質的に図１０に
記載の窪みの深さの機能としてゼロフープ応力関係で行われることを特徴とする
。
【請求項８１】請求項７８の方法により作られた完成部品。
【請求項８２】請求項８１の部品において、加工品はアルミで構成するこ
とを特徴とする。