JP4669636B2 - 板状ワークの成形装置および板状ワークの成形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状ワークにショット材を投射して所定の曲率を与える板状ワークの成形装置と、その成形装置を用いた板状ワークの成形方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
板状ワークに曲率を与えるように加工する手法としてプレス加工やロール加工があるが、プレス加工は金型のコストが嵩むだけでなく、曲率の設計変更に速やかに対応することが難しいという問題がある。しかも板状ワークの板厚が部分的に変化する場合や補強リブ等の付属物が存在する場合には、プレス加工では工数が掛かり、またロール加工では対応できないという問題がある。
【０００３】
そこで、ショットピーニング装置でショット材を板状ワークの表面に投射して曲率を与える手法が実用化されている。この手法を採用することで、高価なプレス金型を必要とせず、しかも板状ワークに付属物が存在する場合にも加工が可能になるため、少量生産の航空機の外板の加工に適している。
【０００４】
米国特許第２７０１４０８号明細書には、付属物を有する板状ワークを一方向に搬送しながら、その搬送方向に対して直交する方向に並設した複数のショットピーニング装置からショット材を投射するものが記載されている。
【０００５】
また米国特許第４３２９８６２号明細書には、板状ワークとしての航空機の主翼の外板にスパン方向の曲率とコード方向の曲率とを与えて複曲面を成形すべく、板状ワークを一方向に搬送しながら、その両面にそれぞれ複数個配置したショットピーニング装置から、予め定められたピーン強度でショット材を投射するものが記載されている。
【０００６】
また特開昭５２−９９９６１号公報には、板状ワークのテストピースの残留応力を測定した結果に基づき、板状ワークに所望の曲率を与えるためのショット材の投射条件を求めるものが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記米国特許第２７０１４０８号明細書に記載されたものは、板状ワークの各部分毎に曲率を変化させる場合に、板状ワークの移動方向や移動速度を変化させるのではなく、複数のショットピーニング装置からのショット材の投射速度をそれぞれ変化させることが必要となるため、高速のショットにより板状ワークにショット材の影響が残り易いという問題がある。しかも板状ワークが一方向にだけ送られるので、複雑な形状の複曲面を成形することは困難である。
【０００８】
また米国特許第４３２９８６２号明細書に記載されたものは、板状ワークの両面にショットピーニング装置をそれぞれ複数個配置し、かつ各々のショットピーニング装置のピーン強度を個別に制御する必要があるため、設備の大型化と制御の複雑化とを招くという問題がある。
【０００９】
また上記特開昭５２−９９９６１号公報に記載されたものは、ショットピーニング装置のピーン強度を具体的にどのように制御すれば精密な複曲面を成形することができるのか不明である。
【００１０】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で板状ワークを精度の高い複曲面に成形できるようにすることを目的とする。
【００１１】
【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に記載された発明によれば、板状ワークにショット材を投射して所定の曲率を与える板状ワークの成形装置において、Ｙ軸方向にショット材を投射するショットピーニング装置と、Ｙ軸に直交するＸ−Ｚ平面と平行に配置されて板状ワークを支持する基板と、基板をＸ軸方向に移動させるＸ軸方向移動手段と、基板をＺ軸方向に移動させるＺ軸方向移動手段と、基板をＹ軸まわりに回転させるＹ軸まわり回転手段と、ショットピーニング装置が板状ワークにショット材を投射している間に、少なくとも板状ワークに与えるべき曲率に応じてＸ軸方向移動手段による基板の移動速度を変化させる制御手段とを備えたことを特徴とする板状ワークの成形装置が提案される。
【００１２】
上記構成によれば、Ｘ−Ｚ平面と平行に配置されてＸ軸方向移動手段によりＸ軸方向に移動する基板に支持した板状ワークに、Ｘ−Ｚ平面に直交するＹ軸方向にショットピーニング装置からショット材を投射して所定の曲率を与える加工を行う際に、Ｚ軸方向移動手段により基板がＺ軸方向に移動可能であり、Ｙ軸まわり回転手段により基板がＹ軸まわりに回転可能であり、かつ制御手段により基板のＸ軸方向の移動速度が可変であるので、前記移動速度を遅くしてピーン強度を強めることで板状ワークの曲率を小さくし、また前記移動速度を速くてピーン強度を弱めることで板状ワークの曲率を大きくすることができるだけでなく、Ｚ軸方向移動手段およびＹ軸まわり回転手段によりＸ−Ｚ平面内の任意の方向に沿ってショット材を投射することが可能となり、これにより高価な金型を必要とするプレス加工を行うことなく、かつ単一のショットピーニング装置を用いて板状ワークを複雑な形状の複曲面に成形することができる。
【００１３】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、基板をＹ軸方向に移動させるＹ軸方向移動手段を備えたことを特徴とする板状ワークの成形装置が提案される。
【００１４】
上記構成によれば、Ｙ軸方向移動手段で基板をＸ−Ｚ平面と直交するＹ軸方向に移動させるので、ショットピーニング装置から板状ワークまでの距離を変化させてピーン強度を任意に調整することができる。
【００１５】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２に記載の板状ワークの成形装置を用いた板状ワークの成形方法であって、ショット材によるピーン強度が最大になる位置が板状ワークの加工領域の中心線に一致するように、Ｘ軸方向移動手段により基板を移動させることを特徴とする板状ワークの成形方法が提案される。
【００１６】
上記構成によれば、Ｘ軸方向移動手段により基板を移動させる際に、ピーン強度が最大になる位置を板状ワークの加工領域の中心線に一致させるので、板状ワークの加工領域におけるピーン強度のばらつきを防止して成形精度の向上を図ることができる。
【００１７】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１または請求項２に記載の板状ワークの成形装置を用いた板状ワークの成形方法であって、ショット材の投射条件と、板状ワークの板厚と、板状ワークの移動速度とに応じて変化する該板状ワークの加工後の曲率の特性を予め測定しておき、実際の板状ワークの加工時に、その板状ワークに与えるべき曲率と前記測定した曲率の特性とに基づいて該板状ワークの移動速度を決定することを特徴とする板状ワークの成形方法が提案される。
【００１８】
上記構成によれば、ショット材の投射条件、板状ワークの板厚および板状ワークの移動速度の３つの要素に対応する板状ワークの加工後の曲率の特性を予め測定しておき、板状ワークに与えるべき曲率と前記測定した曲率の特性とに基づいて実際に加工を行う際の板状ワークの移動速度を決定するので、送り速度を制御するだけで板状ワークに所定の曲率を与えることができる。
【００１９】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、前記ショット材の投射条件は、ショット材の投射量、ショット材の投射速度およびショット材の投射距離を含むことを特徴とする板状ワークの成形方法が提案される。
【００２０】
上記構成によれば、ショット材の投射条件としてのショット材の投射量、ショット材の投射速度およびショット材の投射距離を変化させることで、板状ワークの加工後の曲率の特性をきめ細かく設定することができる。
【００２１】
尚、実施例の可変速モータ１５、シリンダ２３およびモータ４１はそれぞれ本発明のＸ軸方向移動手段、Ｙ軸方向移動手段およびＺ軸方向移動手段に対応し、実施例の第３スライドプレート３３は本発明の基板に対応し、実施例の翼端側スキン６３ｔは本発明の板状ワークに対応する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００２３】
図１〜図１６は本発明の一実施例を示すもので、図１は板状ワークの成形装置の正面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線断面図、図４は図３の４部拡大図、図５は図４の５−５線拡大断面図、図６は飛行機の斜視図、図７は図６の７方向矢視図（翼端側スキンの表面側を示す図）、図８は図７の８−８線断面図、図９は図７の９−９線断面図、図１０は翼端側スキンの各加工領域の形状および曲率半径を示す図、図１１は図７に対応する翼端側スキンの裏面側を示す図、図１２はピーン強度の測定手法を説明する図、図１３は湾曲した板状ワークの位置とアークハイトとの関係を示すグラフ、図１４は種々の板厚の板状ワークにおける送り速度と曲率半径との関係を示すグラフ、図１５は翼端側スキンの加工領域ＴＰ４を加工する際の作用説明図、図１６は翼端側スキンの加工領域ＴＰ６を加工する際の作用説明図である。
【００２４】
図１〜図４に示すように、板状ワークの成形装置は、床面に設置したベース部材１１，１１の上面にＸ軸方向（左右方向）に固定した一対のガイドレール１２，１２を備えており、これらのガイドレール１２，１２にスライドガイド１３…を介して板状の第１スライドプレート１４が摺動自在に支持される。第１スライドプレート１４のＸ軸方向の一側にはＸ軸方向移動手段としての可変速モータ１５により回転する駆動スプロケット１６が設けられ、他側には従動スプロケット１７が設けられる。駆動スプロケット１６および従動スプロケット１７に巻き掛けられた無端チェーン１８は、第１スライドプレート１４の左右両端部に固定される。従って、制御手段Ｕで可変速モータ１５の回転数を制御することで、第１スライドプレート１４はガイドレール１２，１２に沿ってＸ軸方向に任意の速度で移動することができる。
【００２５】
第１スライドプレート１４の上面に固定した４個のガイド部材１９…にＹ軸方向（前後方向）に延びる２本のガイドロッド２０，２０が摺動自在に支持されており、これらのガイドロッド２０，２０の両端に取付ブラケット２１…を介して枠状の第２スライドプレート２２が支持される。第１スライドプレート１４の上面に、Ｙ軸方向移動手段としてのシリンダ２３が設けられており、このシリンダ２３の出力ロッド２３ａが第２スライドプレート２２の下面に設けた取付部材２４に接続される。従って、シリンダ２３を伸縮駆動すると、第２スライドプレート２２はガイドロッド２０，２０に沿ってＹ軸方向に移動することができる。
【００２６】
第２スライドプレート２２の上面にＸ軸方向に延びる細長い支持板２５が固定されており、この支持板の左右両端部に２本の支柱２６，２６が立設される。支柱２６，２６の上部および下部はそれぞれ連結部材２７，２８で連結され、支柱２６，２６の下端は三角形の補強板２９…で第２スライドプレート２２の上面に固定されて補強される。２本の支柱２６，２６の前面にＺ軸方向（上下方向）に延びる２本のガイドレール３０，３０が固定されており、これらのガイドレール３０，３０にスライドガイド３１…を介して板状の第３スライドプレート３３が摺動自在に支持される。
【００２７】
支持板２５の上面に設けた一対の軸受け３４，３４に支持された駆動軸３５に一対の駆動スプロケット３６，３６が固定され、かつガイドレール３０，３０の上面に設けた一対の軸受け３７，３７に支持された従動軸３８に一対の従動スプロケット３９，３９が固定されており、相対応する駆動スプロケット３６，３６および従動スプロケット３９，３９間にそれぞれ巻き掛けた無端チェーン４０，４０が第３スライドプレート３３の上端および下端に連結される。従って、支持板２５の上面に設けたＺ方向移動手段としてのモータ４１で駆動軸３５を回転させることで、第３スライドプレート３３はガイドレール３０，３０に沿ってＺ軸方向に移動することができる。
【００２８】
図５を併せて参照すると明らかなように、第３スライドプレート３３の前面の中央部に形成した軸孔３３ａに、ワーク支持板４２の後面に一体に突設した段付きの回転軸４３が嵌合してサークリップ４４により抜け止めされる。第３スライドプレート３３には、回転軸４３を中心とする一対の円弧孔３３ｂ，３３ｂと、回転軸４３を中心とする一対の円弧上に配置された複数のピン孔３３ｃ…とが貫通し、またワーク支持板４２には、回転軸４３を挟む２個のボルト孔４２ａ，４２ａと、回転軸４３を挟む２個のピン孔４２ｂ，４２ｂとが貫通する。
【００２９】
従って、ワーク支持板４２を回転軸４３まわりに所望の角度だけ回転させ、ワーク支持板４２の２個のピン孔４２ｂ，４２ｂの貫通する２本のピン４５，４５を第３スライドプレート３３に複数のピン孔３３ｃ…の何れかに挿入した状態で、ワーク支持板４２の２個のボルト孔４２ａ，４２ａおよび第３スライドプレート３３の２個の円弧孔３３ｂ，３３ｂを貫通する２本のボルト４６，４６をナット４７，４７で締結することで、ワーク支持板４２をＹ軸まわりの任意の回転位置に固定することができる。このときボルト４６，４６の外周に嵌合するカラー４８，４８を第３スライドプレート３３およびワーク支持板４２の間に介在させることで、スライドプレート３３に対してワーク支持板４２を平行に保持することができる。
【００３０】
前記回転軸４３、ボルト４６，４６、ナット４７，４７およびピン４５，４５は、ワーク支持板４２をＹ軸まわりに回転させて固定するＹ軸まわり回転手段４９を構成する。
【００３１】
ワーク支持板４２の前面には加工すべき板状ワークである翼端側スキン６３ｔ（飛行機の主翼にエンジンを支持するパイロンの翼端側の表皮材）が重ね合わされ、それらの周縁部が複数個のクリップ５０…で固定される。尚、実施例ではクリップ５０…による固定を容易にするためにワーク支持板４２と翼端側スキン６３ｔとを同一形状にしているが、ワーク支持板４２を第３スライドプレート３３と同程度の大きさにしても良い。この場合、ワーク支持板４２をパンチングプレートで構成することにより、その多数のパンチ孔を利用して任意の形状の翼端側スキン６３ｔをボルト止めすることができる。
【００３２】
そしてワーク支持板４２に固定された翼端側スキン６３ｔの前面に対向するようにショットピーニング装置５１が配置される。ショットピーニング装置５１は、例えば直径が０．６ｍｍの鋼球よりなる多数のショット材を、回転するインペラの内部に供給して遠心力で翼端側スキン６３ｔに向けてＹ軸方向に投射するものであり、その投射量（単位時間に投射されるショット材の重量）、および投射速度を任意に調整することができる。
【００３３】
図６に示すように、飛行機の左右の主翼６１，６１の上面にエンジン６２，６２を支持するパイロン６３，６３は、翼端側に位置する翼端側スキン６３ｔと、翼根側に位置する翼根側スキン６３ｒとを備える。
【００３４】
図７は右側の主翼６１の翼端側スキン６３ｔの表面側を示すもので、その前縁側から後縁側に向かって６個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６が区画されるとともに、２個の加工領域ＴＰ５、ＴＰ６間に１個の非加工領域Ｒ０が区画される。最も前縁側の加工領域ＴＰ１には翼端側スキン６３ｔおよび翼根側スキン６３ｒを接続する前縁部材６４が固定されており、この前縁部材６４は領域ＴＰ０と表示されている。
【００３５】
図８および図９から明らかなように、翼端側スキン６３ｔの前縁側の５個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５は表面側に突出する曲面で構成されているのに対し、非加工領域Ｒ０は平坦面で構成され、最も後縁側の加工領域ＴＰ６は裏面側に突出する曲面で構成されている。非加工領域Ｒ０は平坦面であるため、ショットピーニングによる曲率付与加工は行われない。尚、翼根側スキン６３ｒは前縁近傍および後縁近傍だけが曲率を有するもので、翼端側スキン６３ｔに比べて全体的に平坦に構成されている。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１および図１０を併せて参照すると明らかなように、７個の領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、Ｒ０、ＴＰ６のうち、３個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ６および１個の非加工領域Ｒ０は長手方向に幅が一定であるが、他の３個の加工領域ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５は長手方向に幅が変化している。そして長手方向に幅が一定である３個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ６および１個の非加工領域Ｒ０は曲率半径が長手方向に一定であるのに対し、長手方向に幅が変化している他の３個の加工領域ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５は曲率半径が長手方向に変化している。従って、翼端側スキン６３ｔの形状は、単純曲面（シングルコンター）ではなく、複曲面（ダブルコンター）となる。
【００３８】
図７には、平坦な非加工領域Ｒ０を除く６個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６の中心線が、それぞれＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ４、ＣＬ５、ＣＬ６で示される。３個の加工領域ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５の幅が長手方向に変化していることから、前記６個の中心線ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ４、ＣＬ５、ＣＬ６は全てが平行でなく、相互に角度を有しているものがある。また翼端側スキン６３ｔをミーリング加工する際に、別部材で構成された３個のアクセスパネル６５，６６，６７が取り付けられる３個のアクセスホール６８，６９，７０が同時に加工される。このように、翼端側スキン６３ｔにショットピーニングを施して曲率を与える前にアクセスホール６８，６９，７０を加工することで、その加工が容易になって加工コストが削減される。
【００３９】
図１１には翼端側スキン６３ｔの裏面の状態が示される。７個の領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、Ｒ０、ＴＰ６の境界と、加工領域ＴＰ２、ＴＰ３の中心線ＣＬ２、ＣＬ３とは曲率を持たない直線であることから、そこにリベットで固定される８本のストリンガー７１…（あるいはスパー）は直線状に形成される。一方、直線状のストリンガー７１…に交差する複数のストリンガー７２…は全て湾曲しており、かつ前記直線状のストリンガー７１…に交差する位置で分断されている。
【００４０】
翼端側スキン６３ｔは厚さが２．３ｍｍのアルミニウム合金で構成されており、その裏面のストリンガー７１…，７２…に囲まれた位置に、重量を軽減するために肉厚を減少させた多数のポケット７３…が形成される。これらのポケット７３…は、図１１に網掛けして示されている。表１にも示すように、ポケット７３…の肉厚は０．８ｍｍ、１．２ｍおよび１．５ｍｍの３種類であり、何れも翼端側スキン６３ｔにショットピーニングを施す前の段階で機械的にミーリング加工される。仮に、翼端側スキン６３ｔにショットピーニングを施して曲率を与えた後にポケット７３…を加工しようとすると、高価な５軸のミーリング加工機が必要になるが、翼端側スキン６３ｔにショットピーニングを施す前の平坦な状態では、安価な３軸のミーリング加工機でポケット７３…を加工することが可能になり、加工コストが削減される。
【００４１】
次に、図１２および図１３に基づいてショットピーニングのピーン強度の測定手法を説明する。
【００４２】
図１２（Ａ）に示すように、ホルダ８１に帯状の板状ワーク８２を複数本のボルト８３…で固定し、この板状ワーク８２を長手方向に送りながらショットピーニング装置５１からショット材を投射する。図１２（Ｂ）に示すように、加工の完了後にボルト８３…を外すと板状ワーク８２はショット材が衝突した面を外側にしてアーチ状の湾曲する。その理由は、板状ワーク８２の表面にショット材が衝突すると、ショット材が衝突した部分が押し潰されて圧縮応力が発生するため、ボルト８３…を外して板状ワーク８２の拘束を解除した瞬間に、前記圧縮応力により板状ワーク８２の表面が伸長して外側に湾曲する。図１２（Ｃ）に示すように、板状ワーク８２の湾曲の程度を示すアークハイトＨは、ダイヤルゲージ８４により測定される。
【００４３】
図１３は、種々の厚さの板状ワーク８２に対して、所定のショット条件（投射量；２ｋｇ／ｍｉｎ、投射速度；５０ｍ／ｓｅｃ、投射距離；５００ｍｍ、送り速度１ｍ／ｍｉｎ）でショットピーニングを行ったとき、板状ワーク８２の長手方向の各位置でのアークハイトＨを測定した結果を示すものである。アークハイトＨは板状ワーク８２の長手方向中央部で最大になり、両端に向かって対称的に減少する。勿論、板状ワーク８２の厚さが増加するに伴ってアークハイトＨが減少する。このように板状ワーク８２を用いたテスト（アルメンテスト）を行ってアークハイトＨを測定することにより、そのアークハイトＨに相関するピーン強度を知ることができる。また前記アルメンテストにより、ショットピーニング装置５１から投射されるショット材の分布の中心（投射中心）を知ることもできる。
【００４４】
図１４には、種々の板厚の板状ワークの送り速度と、板状ワークの曲率半径との関係を示すものである。このときのショット条件は、投射量；４ｋｇ／ｍｉｎ、投射速度；６０ｍ／ｓｅｃ、投射距離；５００ｍｍである。このデータは、上記アルメンテストを種々のショット条件で繰り返すことにより得ることができる。例えば、板厚２ｍｍの板状ワークを曲率半径２０００ｍｍに加工するには、板状ワークの送り速度を３．２ｍ／ｍｉｎに設定すれば良いことがわかる。このデータは制御手段Ｕに記憶される。
【００４５】
次に、ショットピーニングによる翼端側スキン６３ｔの成形工程について説明する。
【００４６】
▲１▼．先ず、板厚２．３ｍｍのアルミニウム合金の板材から３軸ＮＣ加工機を用いてミーリング加工により外周を削り出し、翼端側スキン６３ｔの平坦なブランク材を形成する（図７参照）。このとき、加工領域ＴＰ１、ＴＰ２に跨がる３個のアクセスホール６８，６９，７０が同時にミーリング加工される。尚、実施例ではミーリング加工によりブランク材とアクセスホール６８，６９，７０とを形成したが、プレス加工により平坦なブランク材を打ち抜き、このとき同時に３個のアクセスホール６８，６９，７０を打ち抜くこともできる。そして翼端側スキン６３ｔの軽量化を図るべく、その裏面に３軸のミーリング加工機でポケット７３…を加工しておく。
【００４７】
▲２▼．続いて、完成した翼端側スキン６３ｔの３次元形状のデータに基づいて、加工すべき６個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６の各々について、その曲率半径のデータを決定する（表１参照）。
【００４８】
▲３▼．続いて、ショット材の投射条件、つまりショット材の投射量、ショット材の投射速度、ショット材の投射距離およびショット材の粒径を決定する。
【００４９】
▲４▼．続いて、前記ショット材の投射条件と、翼端側スキン６３ｔの各加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６の板厚とに基づいて、所望の曲率半径を得るための翼端側スキン６３ｔの送り速度を、図１４に一例を示すデータから決定する。
【００５０】
▲５▼．続いて、実際にショットピーニングを開始する前に、図１２および図１３で説明したアルメンテストのテスト結果との比較により、ショットピーニング装置５１の投射中心の位置やピーン強度が正常であることを確認する。
【００５１】
▲６▼．続いて、ショットピーニング装置５１のワーク支持板４２に翼端側スキン６３ｔを複数のクリップ５０…で固定する。各加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６を加工領域ＴＰ１から順番に加工する場合、残りの加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６にショット材が衝突しないように合成樹脂等でマスキングを施しておき、その状態でショットピーニング装置５１から所定のショット条件でショット材を投射して加工を行う。
【００５２】
図１５には、一例として加工領域ＴＰ４を加工する状態が示される。このとき、シリンダ２３を伸縮駆動して第２スライドプレート２２を前後方向（Ｙ軸方向）に移動させ、投射距離（ショットピーニング装置５１と翼端側スキン６３ｔの表面との距離）が設定値になるように調整し、Ｙ軸まわり回転手段４９でＹ軸まわりにワーク支持板４２を回転させ、加工領域ＴＰ４の中心線ＣＬ４が水平方向（Ｘ軸方向）に沿うように調整し、かつモータ４１を駆動して第３スライドプレート３３を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させ、ショットピーニング装置５１の投射中心の高さが前記加工領域ＴＰ４の中心線ＣＬ４の高さに一致するように調整する。
【００５３】
上述のようにしてショットピーニングを開始する準備が整うと、制御手段Ｕからの指令で可変速モータ１５の駆動電流の周波数を制御することで、第１スライドテーブル１４を左右方向（Ｘ軸方向）に予め設定された送り速度で移動させながら、ショットピーニング装置５１から翼端側スキン６３ｔの表面にショット材を投射する。表１および図１０から明らかなように、加工領域ＴＰ４は長手方向（Ｘ軸方向）に曲率半径が異なる４つの部分に別れており、最初の送り幅が５００ｍｍの部分は曲率半径が４００ｍｍであり、次の送り幅が３５０ｍｍの部分は曲率半径が４６０ｍｍであり、次の送り幅が３００ｍｍの部分は曲率半径が５００ｍｍであり、最後の送り幅が４３０ｍｍの部分は曲率半径が５６０ｍｍとなる。
【００５４】
従って、曲率半径が４００ｍｍ→４６０ｍｍ→５００ｍｍ→５６０ｍｍと段階的に増加するに伴って、翼端側スキン６３ｔの送り速度を０．８ｍ／ｓｅｃ→０．９ｍ／ｓｅｃ→１．０ｍ／ｓｅｃ→１．１ｍ／ｓｅｃと段階的に増加させてピーン強度を段階的に弱めることにより、加工領域ＴＰ４の全域に所望の曲率を与えることができる。
【００５５】
▲７▼．最後の加工領域ＴＰ６は曲率の方向が５個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５と逆であるため、翼端側スキン６３ｔを表裏反転してワーク支持板４２に固定することで、翼端側スキン６３ｔの裏面側にショットピーニングに施して逆方向の曲率を与えることになる。勿論，この場合にもＹ軸まわり回転手段４９でワーク支持板４２を回転軸４３まわりに回転させ、加工領域ＴＰ６の中心線ＣＬ６が水平方向（Ｘ軸方向）に沿うように調整し、第３スライドプレート３３を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させてショットピーニング装置５１の投射中心の高さが前記加工領域ＴＰ６の中心線ＣＬ６の高さに一致するように調整する。そして加工領域ＴＰ６は、その長手方向の全幅に亘って曲率が１１００ｍｍの一定値であるため、翼端側スキン６３ｔの送り速度を２．８ｍ／ｓｅｃの一定値に保持しながらショットピーニングを行うことになる。
【００５６】
▲８▼．最後にワーク支持板４２から翼端側スキン６３ｔを取り外すと、ショットピーニングにより発生した翼端側スキン６３ｔの表面（加工領域ＴＰ６は裏面）の圧縮応力が開放されるため、その翼端側スキン６３ｔは予め設定した３次元形状に湾曲する。そして成形を完了した翼端側スキン６３ｔを形状確認用のマスターモデルに重ね合わせ、正確な形状に仕上がっていることを確認する。
【００５７】
以上のように、翼端側スキン６３ｔにショットピーニングを施して曲率を与える際に、翼端側スキン６３ｔをＹ軸まわりに回転させ、かつ翼端側スキン６３ｔの位置をＺ軸方向に調整した状態で、翼端側スキン６３ｔのＸ軸方向の送り速度を調整してピーン強度を変化させるので、高価な金型によるプレス加工を行うことなく、かつ複数のショットピーニング装置５１を必要とせずに、低コストで翼端側スキン６３ｔを任意の複曲面に加工することが可能になる。
【００５８】
また翼端側スキン６３ｔが平坦なブランク材の状態にあるときに、翼端側スキン６３ｔにトリミング加工、アクセスホール６８，６９，７０とポケット７３…との機械ミーリング加工を予め施しておき、その後にショットピーニングによる曲率付与加工を行うので、翼端側スキン６３ｔの成形が完了した後に高価な５軸のミーリング装置によるミーリング加工を行ったり、面倒なマスキング作業を必要とするケミカルミーリング加工を行ったりする必要がないだけでなく、種々の後加工により成形の完了した翼端側スキン６３ｔの精度が低下するのを最小限に抑えることができる。
【００５９】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００６０】
例えば、本発明の板状ワークは実施例で説明したパイロン６３の翼端側スキン６３ｔに限定されず、パイロン６３の翼根側スキン６３ｒや他の任意の部材であっても良い。
【００６１】
また実施例では翼端側スキン６３ｔの各加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６を加工する際に、投射距離を一定値（５００ｍｍ）に固定しているが、例えば翼端側スキン６３ｔの板厚が厚いところでは投射距離を短くし、板厚が薄いところでは投射距離を長くするように調整しても良い。
【００６２】
また実施例ではＸ軸を水平方向としたが、ショット材の投射方向であるＹ軸と直交する方向であれば、必ずしも水平方向である必要はない。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、Ｘ−Ｚ平面と平行に配置されてＸ軸方向移動手段によりＸ軸方向に移動する基板に支持した板状ワークに、Ｘ−Ｚ平面に直交するＹ軸方向にショットピーニング装置からショット材を投射して所定の曲率を与える加工を行う際に、Ｚ軸方向移動手段により基板がＺ軸方向に移動可能であり、Ｙ軸まわり回転手段により基板がＹ軸まわりに回転可能であり、かつ制御手段により基板のＸ軸方向の移動速度が可変であるので、前記移動速度を遅くしてピーン強度を強めることで板状ワークの曲率を小さくし、また前記移動速度を速くてピーン強度を弱めることで板状ワークの曲率を大きくすることができるだけでなく、Ｚ軸方向移動手段およびＹ軸まわり回転手段によりＸ−Ｚ平面内の任意の方向に沿ってショット材を投射することが可能となり、これにより高価な金型を必要とするプレス加工を行うことなく、かつ単一のショットピーニング装置を用いて板状ワークを複雑な形状の複曲面に成形することができる。
【００６４】
また請求項２に記載された発明によれば、Ｙ軸方向移動手段で基板をＸ−Ｚ平面と直交するＹ軸方向に移動させるので、ショットピーニング装置から板状ワークまでの距離を変化させてピーン強度を任意に調整することができる。
【００６５】
また請求項３に記載された発明によれば、Ｘ軸方向移動手段により基板を移動させる際に、ピーン強度が最大になる位置を板状ワークの加工領域の中心線に一致させるので、板状ワークの加工領域におけるピーン強度のばらつきを防止して成形精度の向上を図ることができる。
【００６６】
また請求項４に記載された発明によれば、ショット材の投射条件、板状ワークの板厚および板状ワークの移動速度の３つの要素に対応する板状ワークの加工後の曲率の特性を予め測定しておき、板状ワークに与えるべき曲率と前記測定した曲率の特性とに基づいて実際に加工を行う際の板状ワークの移動速度を決定するので、送り速度を制御するだけで板状ワークに所定の曲率を与えることができる。
【００６７】
また請求項５に記載された発明によれば、ショット材の投射条件としてのショット材の投射量、ショット材の投射速度およびショット材の投射距離を変化させることで、板状ワークの加工後の曲率の特性をきめ細かく設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】板状ワークの成形装置の正面図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図１の３−３線断面図
【図４】図３の４部拡大図
【図５】図４の５−５線拡大断面図
【図６】飛行機の斜視図
【図７】図６の７方向矢視図（翼端側スキン表面面側を示す図）
【図８】図７の８−８線断面図
【図９】図７の９−９線断面図
【図１０】翼端側スキンの各加工領域の形状および曲率半径を示す図
【図１１】図７に対応する翼端側スキンの裏面側を示す図
【図１２】ピーン強度の測定手法を説明する図
【図１３】湾曲した板状ワークの位置とアークハイトとの関係を示すグラフ
【図１４】種々の板厚の板状ワークにおける送り速度と曲率半径との関係を示すグラフ
【図１５】翼端側スキンの加工領域ＴＰ４を加工する際の作用説明図
【図１６】翼端側スキンの加工領域ＴＰ６を加工する際の作用説明図
【符号の説明】
１５ 可変速モータ（Ｘ軸方向移動手段）
２３ シリンダ（Ｙ軸方向移動手段）
３３ 第３スライドプレート（基板）
４１ モータ（Ｚ軸方向移動手段）
４９ Ｙ軸まわり回転手段
５１ ショットピーニング装置
６３ｔ 翼端側スキン（板状ワーク）
ＣＬ１〜ＣＬ６ 加工領域の中心線
ＴＰ１〜ＴＰ６ 加工領域
Ｕ 制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状ワークにショット材を投射して所定の曲率を与える板状ワークの成形装置と、その成形装置を用いた板状ワークの成形方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
板状ワークに曲率を与えるように加工する手法としてプレス加工やロール加工があるが、プレス加工は金型のコストが嵩むだけでなく、曲率の設計変更に速やかに対応することが難しいという問題がある。しかも板状ワークの板厚が部分的に変化する場合や補強リブ等の付属物が存在する場合には、プレス加工では工数が掛かり、またロール加工では対応できないという問題がある。
【０００３】
そこで、ショットピーニング装置でショット材を板状ワークの表面に投射して曲率を与える手法が実用化されている。この手法を採用することで、高価なプレス金型を必要とせず、しかも板状ワークに付属物が存在する場合にも加工が可能になるため、少量生産の航空機の外板の加工に適している。
【０００４】
米国特許第２７０１４０８号明細書には、付属物を有する板状ワークを一方向に搬送しながら、その搬送方向に対して直交する方向に並設した複数のショットピーニング装置からショット材を投射するものが記載されている。
【０００５】
また米国特許第４３２９８６２号明細書には、板状ワークとしての航空機の主翼の外板にスパン方向の曲率とコード方向の曲率とを与えて複曲面を成形すべく、板状ワークを一方向に搬送しながら、その両面にそれぞれ複数個配置したショットピーニング装置から、予め定められたピーン強度でショット材を投射するものが記載されている。
【０００６】
また特開昭５２−９９９６１号公報には、板状ワークのテストピースの残留応力を測定した結果に基づき、板状ワークに所望の曲率を与えるためのショット材の投射条件を求めるものが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記米国特許第２７０１４０８号明細書に記載されたものは、板状ワークの各部分毎に曲率を変化させる場合に、板状ワークの移動方向や移動速度を変化させるのではなく、複数のショットピーニング装置からのショット材の投射速度をそれぞれ変化させることが必要となるため、高速のショットにより板状ワークにショット材の影響が残り易いという問題がある。しかも板状ワークが一方向にだけ送られるので、複雑な形状の複曲面を成形することは困難である。
【０００８】
また米国特許第４３２９８６２号明細書に記載されたものは、板状ワークの両面にショットピーニング装置をそれぞれ複数個配置し、かつ各々のショットピーニング装置のピーン強度を個別に制御する必要があるため、設備の大型化と制御の複雑化とを招くという問題がある。
【０００９】
また上記特開昭５２−９９９６１号公報に記載されたものは、ショットピーニング装置のピーン強度を具体的にどのように制御すれば精密な複曲面を成形することができるのか不明である。
【００１０】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で板状ワークを精度の高い複曲面に成形できるようにすることを目的とする。
【００１１】
【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に記載された発明によれば、板状ワークにショット材を投射して所定の曲率を与える板状ワークの成形装置において、Ｙ軸方向にショット材を投射するショットピーニング装置と、Ｙ軸に直交するＸ−Ｚ平面と平行に配置されて板状ワークを支持する基板と、基板をＸ軸方向に移動させるＸ軸方向移動手段と、基板をＺ軸方向に移動させるＺ軸方向移動手段と、基板をＹ軸まわりに回転させるＹ軸まわり回転手段と、ショットピーニング装置が板状ワークにショット材を投射している間に、少なくとも板状ワークに与えるべき曲率に応じてＸ軸方向移動手段による基板の移動速度を変化させる制御手段とを備えたことを特徴とする板状ワークの成形装置が提案される。
【００１２】
上記構成によれば、Ｘ−Ｚ平面と平行に配置されてＸ軸方向移動手段によりＸ軸方向に移動する基板に支持した板状ワークに、Ｘ−Ｚ平面に直交するＹ軸方向にショットピーニング装置からショット材を投射して所定の曲率を与える加工を行う際に、Ｚ軸方向移動手段により基板がＺ軸方向に移動可能であり、Ｙ軸まわり回転手段により基板がＹ軸まわりに回転可能であり、かつ制御手段により基板のＸ軸方向の移動速度が可変であるので、前記移動速度を遅くしてピーン強度を強めることで板状ワークの曲率を小さくし、また前記移動速度を速くてピーン強度を弱めることで板状ワークの曲率を大きくすることができるだけでなく、Ｚ軸方向移動手段およびＹ軸まわり回転手段によりＸ−Ｚ平面内の任意の方向に沿ってショット材を投射することが可能となり、これにより高価な金型を必要とするプレス加工を行うことなく、かつ単一のショットピーニング装置を用いて板状ワークを複雑な形状の複曲面に成形することができる。
【００１３】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、基板をＹ軸方向に移動させるＹ軸方向移動手段を備えたことを特徴とする板状ワークの成形装置が提案される。
【００１４】
上記構成によれば、Ｙ軸方向移動手段で基板をＸ−Ｚ平面と直交するＹ軸方向に移動させるので、ショットピーニング装置から板状ワークまでの距離を変化させてピーン強度を任意に調整することができる。
【００１５】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２に記載の板状ワークの成形装置を用いた板状ワークの成形方法であって、ショット材によるピーン強度が最大になる位置が板状ワークの加工領域の中心線に一致するように、Ｘ軸方向移動手段により基板を移動させることを特徴とする板状ワークの成形方法が提案される。
【００１６】
上記構成によれば、Ｘ軸方向移動手段により基板を移動させる際に、ピーン強度が最大になる位置を板状ワークの加工領域の中心線に一致させるので、板状ワークの加工領域におけるピーン強度のばらつきを防止して成形精度の向上を図ることができる。
【００１７】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１または請求項２に記載の板状ワークの成形装置を用いた板状ワークの成形方法であって、ショット材の投射条件と、板状ワークの板厚と、板状ワークの移動速度とに応じて変化する該板状ワークの加工後の曲率の特性を予め測定しておき、実際の板状ワークの加工時に、その板状ワークに与えるべき曲率と前記測定した曲率の特性とに基づいて該板状ワークの移動速度を決定することを特徴とする板状ワークの成形方法が提案される。
【００１８】
上記構成によれば、ショット材の投射条件、板状ワークの板厚および板状ワークの移動速度の３つの要素に対応する板状ワークの加工後の曲率の特性を予め測定しておき、板状ワークに与えるべき曲率と前記測定した曲率の特性とに基づいて実際に加工を行う際の板状ワークの移動速度を決定するので、送り速度を制御するだけで板状ワークに所定の曲率を与えることができる。
【００１９】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、前記ショット材の投射条件は、ショット材の投射量、ショット材の投射速度およびショット材の投射距離を含むことを特徴とする板状ワークの成形方法が提案される。
【００２０】
上記構成によれば、ショット材の投射条件としてのショット材の投射量、ショット材の投射速度およびショット材の投射距離を変化させることで、板状ワークの加工後の曲率の特性をきめ細かく設定することができる。
【００２１】
尚、実施例の可変速モータ１５、シリンダ２３およびモータ４１はそれぞれ本発明のＸ軸方向移動手段、Ｙ軸方向移動手段およびＺ軸方向移動手段に対応し、実施例の第３スライドプレート３３は本発明の基板に対応し、実施例の翼端側スキン６３ｔは本発明の板状ワークに対応する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００２３】
図１〜図１６は本発明の一実施例を示すもので、図１は板状ワークの成形装置の正面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線断面図、図４は図３の４部拡大図、図５は図４の５−５線拡大断面図、図６は飛行機の斜視図、図７は図６の７方向矢視図（翼端側スキンの表面側を示す図）、図８は図７の８−８線断面図、図９は図７の９−９線断面図、図１０は翼端側スキンの各加工領域の形状および曲率半径を示す図、図１１は図７に対応する翼端側スキンの裏面側を示す図、図１２はピーン強度の測定手法を説明する図、図１３は湾曲した板状ワークの位置とアークハイトとの関係を示すグラフ、図１４は種々の板厚の板状ワークにおける送り速度と曲率半径との関係を示すグラフ、図１５は翼端側スキンの加工領域ＴＰ４を加工する際の作用説明図、図１６は翼端側スキンの加工領域ＴＰ６を加工する際の作用説明図である。
【００２４】
図１〜図４に示すように、板状ワークの成形装置は、床面に設置したベース部材１１，１１の上面にＸ軸方向（左右方向）に固定した一対のガイドレール１２，１２を備えており、これらのガイドレール１２，１２にスライドガイド１３…を介して板状の第１スライドプレート１４が摺動自在に支持される。第１スライドプレート１４のＸ軸方向の一側にはＸ軸方向移動手段としての可変速モータ１５により回転する駆動スプロケット１６が設けられ、他側には従動スプロケット１７が設けられる。駆動スプロケット１６および従動スプロケット１７に巻き掛けられた無端チェーン１８は、第１スライドプレート１４の左右両端部に固定される。従って、制御手段Ｕで可変速モータ１５の回転数を制御することで、第１スライドプレート１４はガイドレール１２，１２に沿ってＸ軸方向に任意の速度で移動することができる。
【００２５】
第１スライドプレート１４の上面に固定した４個のガイド部材１９…にＹ軸方向（前後方向）に延びる２本のガイドロッド２０，２０が摺動自在に支持されており、これらのガイドロッド２０，２０の両端に取付ブラケット２１…を介して枠状の第２スライドプレート２２が支持される。第１スライドプレート１４の上面に、Ｙ軸方向移動手段としてのシリンダ２３が設けられており、このシリンダ２３の出力ロッド２３ａが第２スライドプレート２２の下面に設けた取付部材２４に接続される。従って、シリンダ２３を伸縮駆動すると、第２スライドプレート２２はガイドロッド２０，２０に沿ってＹ軸方向に移動することができる。
【００２６】
第２スライドプレート２２の上面にＸ軸方向に延びる細長い支持板２５が固定されており、この支持板の左右両端部に２本の支柱２６，２６が立設される。支柱２６，２６の上部および下部はそれぞれ連結部材２７，２８で連結され、支柱２６，２６の下端は三角形の補強板２９…で第２スライドプレート２２の上面に固定されて補強される。２本の支柱２６，２６の前面にＺ軸方向（上下方向）に延びる２本のガイドレール３０，３０が固定されており、これらのガイドレール３０，３０にスライドガイド３１…を介して板状の第３スライドプレート３３が摺動自在に支持される。
【００２７】
支持板２５の上面に設けた一対の軸受け３４，３４に支持された駆動軸３５に一対の駆動スプロケット３６，３６が固定され、かつガイドレール３０，３０の上面に設けた一対の軸受け３７，３７に支持された従動軸３８に一対の従動スプロケット３９，３９が固定されており、相対応する駆動スプロケット３６，３６および従動スプロケット３９，３９間にそれぞれ巻き掛けた無端チェーン４０，４０が第３スライドプレート３３の上端および下端に連結される。従って、支持板２５の上面に設けたＺ方向移動手段としてのモータ４１で駆動軸３５を回転させることで、第３スライドプレート３３はガイドレール３０，３０に沿ってＺ軸方向に移動することができる。
【００２８】
図５を併せて参照すると明らかなように、第３スライドプレート３３の前面の中央部に形成した軸孔３３ａに、ワーク支持板４２の後面に一体に突設した段付きの回転軸４３が嵌合してサークリップ４４により抜け止めされる。第３スライドプレート３３には、回転軸４３を中心とする一対の円弧孔３３ｂ，３３ｂと、回転軸４３を中心とする一対の円弧上に配置された複数のピン孔３３ｃ…とが貫通し、またワーク支持板４２には、回転軸４３を挟む２個のボルト孔４２ａ，４２ａと、回転軸４３を挟む２個のピン孔４２ｂ，４２ｂとが貫通する。
【００２９】
従って、ワーク支持板４２を回転軸４３まわりに所望の角度だけ回転させ、ワーク支持板４２の２個のピン孔４２ｂ，４２ｂの貫通する２本のピン４５，４５を第３スライドプレート３３に複数のピン孔３３ｃ…の何れかに挿入した状態で、ワーク支持板４２の２個のボルト孔４２ａ，４２ａおよび第３スライドプレート３３の２個の円弧孔３３ｂ，３３ｂを貫通する２本のボルト４６，４６をナット４７，４７で締結することで、ワーク支持板４２をＹ軸まわりの任意の回転位置に固定することができる。このときボルト４６，４６の外周に嵌合するカラー４８，４８を第３スライドプレート３３およびワーク支持板４２の間に介在させることで、スライドプレート３３に対してワーク支持板４２を平行に保持することができる。
【００３０】
前記回転軸４３、ボルト４６，４６、ナット４７，４７およびピン４５，４５は、ワーク支持板４２をＹ軸まわりに回転させて固定するＹ軸まわり回転手段４９を構成する。
【００３１】
ワーク支持板４２の前面には加工すべき板状ワークである翼端側スキン６３ｔ（飛行機の主翼にエンジンを支持するパイロンの翼端側の表皮材）が重ね合わされ、それらの周縁部が複数個のクリップ５０…で固定される。尚、実施例ではクリップ５０…による固定を容易にするためにワーク支持板４２と翼端側スキン６３ｔとを同一形状にしているが、ワーク支持板４２を第３スライドプレート３３と同程度の大きさにしても良い。この場合、ワーク支持板４２をパンチングプレートで構成することにより、その多数のパンチ孔を利用して任意の形状の翼端側スキン６３ｔをボルト止めすることができる。
【００３２】
そしてワーク支持板４２に固定された翼端側スキン６３ｔの前面に対向するようにショットピーニング装置５１が配置される。ショットピーニング装置５１は、例えば直径が０．６ｍｍの鋼球よりなる多数のショット材を、回転するインペラの内部に供給して遠心力で翼端側スキン６３ｔに向けてＹ軸方向に投射するものであり、その投射量（単位時間に投射されるショット材の重量）、および投射速度を任意に調整することができる。
【００３３】
図６に示すように、飛行機の左右の主翼６１，６１の上面にエンジン６２，６２を支持するパイロン６３，６３は、翼端側に位置する翼端側スキン６３ｔと、翼根側に位置する翼根側スキン６３ｒとを備える。
【００３４】
図７は右側の主翼６１の翼端側スキン６３ｔの表面側を示すもので、その前縁側から後縁側に向かって６個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６が区画されるとともに、２個の加工領域ＴＰ５、ＴＰ６間に１個の非加工領域Ｒ０が区画される。最も前縁側の加工領域ＴＰ１には翼端側スキン６３ｔおよび翼根側スキン６３ｒを接続する前縁部材６４が固定されており、この前縁部材６４は領域ＴＰ０と表示されている。
【００３５】
図８および図９から明らかなように、翼端側スキン６３ｔの前縁側の５個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５は表面側に突出する曲面で構成されているのに対し、非加工領域Ｒ０は平坦面で構成され、最も後縁側の加工領域ＴＰ６は裏面側に突出する曲面で構成されている。非加工領域Ｒ０は平坦面であるため、ショットピーニングによる曲率付与加工は行われない。尚、翼根側スキン６３ｒは前縁近傍および後縁近傍だけが曲率を有するもので、翼端側スキン６３ｔに比べて全体的に平坦に構成されている。
【００３６】
【表１】
表１および図１０を併せて参照すると明らかなように、７個の領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、Ｒ０、ＴＰ６のうち、３個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ６および１個の非加工領域Ｒ０は長手方向に幅が一定であるが、他の３個の加工領域ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５は長手方向に幅が変化している。そして長手方向に幅が一定である３個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ６および１個の非加工領域Ｒ０は曲率半径が長手方向に一定であるのに対し、長手方向に幅が変化している他の３個の加工領域ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５は曲率半径が長手方向に変化している。従って、翼端側スキン６３ｔの形状は、単純曲面（シングルコンター）ではなく、複曲面（ダブルコンター）となる。
【００３８】
図７には、平坦な非加工領域Ｒ０を除く６個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６の中心線が、それぞれＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ４、ＣＬ５、ＣＬ６で示される。３個の加工領域ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５の幅が長手方向に変化していることから、前記６個の中心線ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ４、ＣＬ５、ＣＬ６は全てが平行でなく、相互に角度を有しているものがある。また翼端側スキン６３ｔをミーリング加工する際に、別部材で構成された３個のアクセスパネル６５，６６，６７が取り付けられる３個のアクセスホール６８，６９，７０が同時に加工される。このように、翼端側スキン６３ｔにショットピーニングを施して曲率を与える前にアクセスホール６８，６９，７０を加工することで、その加工が容易になって加工コストが削減される。
【００３９】
図１１には翼端側スキン６３ｔの裏面の状態が示される。７個の領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、Ｒ０、ＴＰ６の境界と、加工領域ＴＰ２、ＴＰ３の中心線ＣＬ２、ＣＬ３とは曲率を持たない直線であることから、そこにリベットで固定される８本のストリンガー７１…（あるいはスパー）は直線状に形成される。一方、直線状のストリンガー７１…に交差する複数のストリンガー７２…は全て湾曲しており、かつ前記直線状のストリンガー７１…に交差する位置で分断されている。
【００４０】
翼端側スキン６３ｔは厚さが２．３ｍｍのアルミニウム合金で構成されており、その裏面のストリンガー７１…，７２…に囲まれた位置に、重量を軽減するために肉厚を減少させた多数のポケット７３…が形成される。これらのポケット７３…は、図１１に網掛けして示されている。表１にも示すように、ポケット７３…の肉厚は０．８ｍｍ、１．２ｍおよび１．５ｍｍの３種類であり、何れも翼端側スキン６３ｔにショットピーニングを施す前の段階で機械的にミーリング加工される。仮に、翼端側スキン６３ｔにショットピーニングを施して曲率を与えた後にポケット７３…を加工しようとすると、高価な５軸のミーリング加工機が必要になるが、翼端側スキン６３ｔにショットピーニングを施す前の平坦な状態では、安価な３軸のミーリング加工機でポケット７３…を加工することが可能になり、加工コストが削減される。
【００４１】
次に、図１２および図１３に基づいてショットピーニングのピーン強度の測定手法を説明する。
【００４２】
図１２（Ａ）に示すように、ホルダ８１に帯状の板状ワーク８２を複数本のボルト８３…で固定し、この板状ワーク８２を長手方向に送りながらショットピーニング装置５１からショット材を投射する。図１２（Ｂ）に示すように、加工の完了後にボルト８３…を外すと板状ワーク８２はショット材が衝突した面を外側にしてアーチ状の湾曲する。その理由は、板状ワーク８２の表面にショット材が衝突すると、ショット材が衝突した部分が押し潰されて圧縮応力が発生するため、ボルト８３…を外して板状ワーク８２の拘束を解除した瞬間に、前記圧縮応力により板状ワーク８２の表面が伸長して外側に湾曲する。図１２（Ｃ）に示すように、板状ワーク８２の湾曲の程度を示すアークハイトＨは、ダイヤルゲージ８４により測定される。
【００４３】
図１３は、種々の厚さの板状ワーク８２に対して、所定のショット条件（投射量；２ｋｇ／ｍｉｎ、投射速度；５０ｍ／ｓｅｃ、投射距離；５００ｍｍ、送り速度１ｍ／ｍｉｎ）でショットピーニングを行ったとき、板状ワーク８２の長手方向の各位置でのアークハイトＨを測定した結果を示すものである。アークハイトＨは板状ワーク８２の長手方向中央部で最大になり、両端に向かって対称的に減少する。勿論、板状ワーク８２の厚さが増加するに伴ってアークハイトＨが減少する。このように板状ワーク８２を用いたテスト（アルメンテスト）を行ってアークハイトＨを測定することにより、そのアークハイトＨに相関するピーン強度を知ることができる。また前記アルメンテストにより、ショットピーニング装置５１から投射されるショット材の分布の中心（投射中心）を知ることもできる。
【００４４】
図１４には、種々の板厚の板状ワークの送り速度と、板状ワークの曲率半径との関係を示すものである。このときのショット条件は、投射量；４ｋｇ／ｍｉｎ、投射速度；６０ｍ／ｓｅｃ、投射距離；５００ｍｍである。このデータは、上記アルメンテストを種々のショット条件で繰り返すことにより得ることができる。例えば、板厚２ｍｍの板状ワークを曲率半径２０００ｍｍに加工するには、板状ワークの送り速度を３．２ｍ／ｍｉｎに設定すれば良いことがわかる。このデータは制御手段Ｕに記憶される。
【００４５】
次に、ショットピーニングによる翼端側スキン６３ｔの成形工程について説明する。
【００４６】
▲１▼．先ず、板厚２．３ｍｍのアルミニウム合金の板材から３軸ＮＣ加工機を用いてミーリング加工により外周を削り出し、翼端側スキン６３ｔの平坦なブランク材を形成する（図７参照）。このとき、加工領域ＴＰ１、ＴＰ２に跨がる３個のアクセスホール６８，６９，７０が同時にミーリング加工される。尚、実施例ではミーリング加工によりブランク材とアクセスホール６８，６９，７０とを形成したが、プレス加工により平坦なブランク材を打ち抜き、このとき同時に３個のアクセスホール６８，６９，７０を打ち抜くこともできる。そして翼端側スキン６３ｔの軽量化を図るべく、その裏面に３軸のミーリング加工機でポケット７３…を加工しておく。
【００４７】
▲２▼．続いて、完成した翼端側スキン６３ｔの３次元形状のデータに基づいて、加工すべき６個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６の各々について、その曲率半径のデータを決定する（表１参照）。
【００４８】
▲３▼．続いて、ショット材の投射条件、つまりショット材の投射量、ショット材の投射速度、ショット材の投射距離およびショット材の粒径を決定する。
【００４９】
▲４▼．続いて、前記ショット材の投射条件と、翼端側スキン６３ｔの各加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６の板厚とに基づいて、所望の曲率半径を得るための翼端側スキン６３ｔの送り速度を、図１４に一例を示すデータから決定する。
【００５０】
▲５▼．続いて、実際にショットピーニングを開始する前に、図１２および図１３で説明したアルメンテストのテスト結果との比較により、ショットピーニング装置５１の投射中心の位置やピーン強度が正常であることを確認する。
【００５１】
▲６▼．続いて、ショットピーニング装置５１のワーク支持板４２に翼端側スキン６３ｔを複数のクリップ５０…で固定する。各加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６を加工領域ＴＰ１から順番に加工する場合、残りの加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６にショット材が衝突しないように合成樹脂等でマスキングを施しておき、その状態でショットピーニング装置５１から所定のショット条件でショット材を投射して加工を行う。
【００５２】
図１５には、一例として加工領域ＴＰ４を加工する状態が示される。このとき、シリンダ２３を伸縮駆動して第２スライドプレート２２を前後方向（Ｙ軸方向）に移動させ、投射距離（ショットピーニング装置５１と翼端側スキン６３ｔの表面との距離）が設定値になるように調整し、Ｙ軸まわり回転手段４９でＹ軸まわりにワーク支持板４２を回転させ、加工領域ＴＰ４の中心線ＣＬ４が水平方向（Ｘ軸方向）に沿うように調整し、かつモータ４１を駆動して第３スライドプレート３３を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させ、ショットピーニング装置５１の投射中心の高さが前記加工領域ＴＰ４の中心線ＣＬ４の高さに一致するように調整する。
【００５３】
上述のようにしてショットピーニングを開始する準備が整うと、制御手段Ｕからの指令で可変速モータ１５の駆動電流の周波数を制御することで、第１スライドテーブル１４を左右方向（Ｘ軸方向）に予め設定された送り速度で移動させながら、ショットピーニング装置５１から翼端側スキン６３ｔの表面にショット材を投射する。表１および図１０から明らかなように、加工領域ＴＰ４は長手方向（Ｘ軸方向）に曲率半径が異なる４つの部分に別れており、最初の送り幅が５００ｍｍの部分は曲率半径が４００ｍｍであり、次の送り幅が３５０ｍｍの部分は曲率半径が４６０ｍｍであり、次の送り幅が３００ｍｍの部分は曲率半径が５００ｍｍであり、最後の送り幅が４３０ｍｍの部分は曲率半径が５６０ｍｍとなる。
【００５４】
従って、曲率半径が４００ｍｍ→４６０ｍｍ→５００ｍｍ→５６０ｍｍと段階的に増加するに伴って、翼端側スキン６３ｔの送り速度を０．８ｍ／ｓｅｃ→０．９ｍ／ｓｅｃ→１．０ｍ／ｓｅｃ→１．１ｍ／ｓｅｃと段階的に増加させてピーン強度を段階的に弱めることにより、加工領域ＴＰ４の全域に所望の曲率を与えることができる。
【００５５】
▲７▼．最後の加工領域ＴＰ６は曲率の方向が５個の加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５と逆であるため、翼端側スキン６３ｔを表裏反転してワーク支持板４２に固定することで、翼端側スキン６３ｔの裏面側にショットピーニングに施して逆方向の曲率を与えることになる。勿論，この場合にもＹ軸まわり回転手段４９でワーク支持板４２を回転軸４３まわりに回転させ、加工領域ＴＰ６の中心線ＣＬ６が水平方向（Ｘ軸方向）に沿うように調整し、第３スライドプレート３３を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させてショットピーニング装置５１の投射中心の高さが前記加工領域ＴＰ６の中心線ＣＬ６の高さに一致するように調整する。そして加工領域ＴＰ６は、その長手方向の全幅に亘って曲率が１１００ｍｍの一定値であるため、翼端側スキン６３ｔの送り速度を２．８ｍ／ｓｅｃの一定値に保持しながらショットピーニングを行うことになる。
【００５６】
▲８▼．最後にワーク支持板４２から翼端側スキン６３ｔを取り外すと、ショットピーニングにより発生した翼端側スキン６３ｔの表面（加工領域ＴＰ６は裏面）の圧縮応力が開放されるため、その翼端側スキン６３ｔは予め設定した３次元形状に湾曲する。そして成形を完了した翼端側スキン６３ｔを形状確認用のマスターモデルに重ね合わせ、正確な形状に仕上がっていることを確認する。
【００５７】
以上のように、翼端側スキン６３ｔにショットピーニングを施して曲率を与える際に、翼端側スキン６３ｔをＹ軸まわりに回転させ、かつ翼端側スキン６３ｔの位置をＺ軸方向に調整した状態で、翼端側スキン６３ｔのＸ軸方向の送り速度を調整してピーン強度を変化させるので、高価な金型によるプレス加工を行うことなく、かつ複数のショットピーニング装置５１を必要とせずに、低コストで翼端側スキン６３ｔを任意の複曲面に加工することが可能になる。
【００５８】
また翼端側スキン６３ｔが平坦なブランク材の状態にあるときに、翼端側スキン６３ｔにトリミング加工、アクセスホール６８，６９，７０とポケット７３…との機械ミーリング加工を予め施しておき、その後にショットピーニングによる曲率付与加工を行うので、翼端側スキン６３ｔの成形が完了した後に高価な５軸のミーリング装置によるミーリング加工を行ったり、面倒なマスキング作業を必要とするケミカルミーリング加工を行ったりする必要がないだけでなく、種々の後加工により成形の完了した翼端側スキン６３ｔの精度が低下するのを最小限に抑えることができる。
【００５９】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００６０】
例えば、本発明の板状ワークは実施例で説明したパイロン６３の翼端側スキン６３ｔに限定されず、パイロン６３の翼根側スキン６３ｒや他の任意の部材であっても良い。
【００６１】
また実施例では翼端側スキン６３ｔの各加工領域ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ６を加工する際に、投射距離を一定値（５００ｍｍ）に固定しているが、例えば翼端側スキン６３ｔの板厚が厚いところでは投射距離を短くし、板厚が薄いところでは投射距離を長くするように調整しても良い。
【００６２】
また実施例ではＸ軸を水平方向としたが、ショット材の投射方向であるＹ軸と直交する方向であれば、必ずしも水平方向である必要はない。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、Ｘ−Ｚ平面と平行に配置されてＸ軸方向移動手段によりＸ軸方向に移動する基板に支持した板状ワークに、Ｘ−Ｚ平面に直交するＹ軸方向にショットピーニング装置からショット材を投射して所定の曲率を与える加工を行う際に、Ｚ軸方向移動手段により基板がＺ軸方向に移動可能であり、Ｙ軸まわり回転手段により基板がＹ軸まわりに回転可能であり、かつ制御手段により基板のＸ軸方向の移動速度が可変であるので、前記移動速度を遅くしてピーン強度を強めることで板状ワークの曲率を小さくし、また前記移動速度を速くてピーン強度を弱めることで板状ワークの曲率を大きくすることができるだけでなく、Ｚ軸方向移動手段およびＹ軸まわり回転手段によりＸ−Ｚ平面内の任意の方向に沿ってショット材を投射することが可能となり、これにより高価な金型を必要とするプレス加工を行うことなく、かつ単一のショットピーニング装置を用いて板状ワークを複雑な形状の複曲面に成形することができる。
【００６４】
また請求項２に記載された発明によれば、Ｙ軸方向移動手段で基板をＸ−Ｚ平面と直交するＹ軸方向に移動させるので、ショットピーニング装置から板状ワークまでの距離を変化させてピーン強度を任意に調整することができる。
【００６５】
また請求項３に記載された発明によれば、Ｘ軸方向移動手段により基板を移動させる際に、ピーン強度が最大になる位置を板状ワークの加工領域の中心線に一致させるので、板状ワークの加工領域におけるピーン強度のばらつきを防止して成形精度の向上を図ることができる。
【００６６】
また請求項４に記載された発明によれば、ショット材の投射条件、板状ワークの板厚および板状ワークの移動速度の３つの要素に対応する板状ワークの加工後の曲率の特性を予め測定しておき、板状ワークに与えるべき曲率と前記測定した曲率の特性とに基づいて実際に加工を行う際の板状ワークの移動速度を決定するので、送り速度を制御するだけで板状ワークに所定の曲率を与えることができる。
【００６７】
また請求項５に記載された発明によれば、ショット材の投射条件としてのショット材の投射量、ショット材の投射速度およびショット材の投射距離を変化させることで、板状ワークの加工後の曲率の特性をきめ細かく設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】板状ワークの成形装置の正面図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図１の３−３線断面図
【図４】図３の４部拡大図
【図５】図４の５−５線拡大断面図
【図６】飛行機の斜視図
【図７】図６の７方向矢視図（翼端側スキン表面面側を示す図）
【図８】図７の８−８線断面図
【図９】図７の９−９線断面図
【図１０】翼端側スキンの各加工領域の形状および曲率半径を示す図
【図１１】図７に対応する翼端側スキンの裏面側を示す図
【図１２】ピーン強度の測定手法を説明する図
【図１３】湾曲した板状ワークの位置とアークハイトとの関係を示すグラフ
【図１４】種々の板厚の板状ワークにおける送り速度と曲率半径との関係を示すグラフ
【図１５】翼端側スキンの加工領域ＴＰ４を加工する際の作用説明図
【図１６】翼端側スキンの加工領域ＴＰ６を加工する際の作用説明図
【符号の説明】
１５ 可変速モータ（Ｘ軸方向移動手段）
２３ シリンダ（Ｙ軸方向移動手段）
３３ 第３スライドプレート（基板）
４１ モータ（Ｚ軸方向移動手段）
４９ Ｙ軸まわり回転手段
５１ ショットピーニング装置
６３ｔ 翼端側スキン（板状ワーク）
ＣＬ１〜ＣＬ６ 加工領域の中心線
ＴＰ１〜ＴＰ６ 加工領域
Ｕ 制御手段
Claims (5)
- 板状ワーク（６３ｔ）にショット材を投射して所定の曲率を与える板状ワーク（６３ｔ）の成形装置において、
Ｙ軸方向にショット材を投射するショットピーニング装置（５１）と、
Ｙ軸に直交するＸ−Ｚ平面と平行に配置されて板状ワーク（６３ｔ）を支持する基板（３３）と、
基板（３３）をＸ軸方向に移動させるＸ軸方向移動手段（１５）と、
基板（３３）をＺ軸方向に移動させるＺ軸方向移動手段（４１）と、
基板（３３）をＹ軸まわりに回転させるＹ軸まわり回転手段（４９）と、
ショットピーニング装置（５１）が板状ワーク（６３ｔ）にショット材を投射している間に、少なくとも板状ワーク（６３ｔ）に与えるべき曲率に応じてＸ軸方向移動手段（１５）による基板（３３）の移動速度を変化させる制御手段（Ｕ）と、
を備えたことを特徴とする板状ワークの成形装置。 - 基板（３３）をＹ軸方向に移動させるＹ軸方向移動手段（２３）を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の板状ワークの成形装置。
- 請求項１または請求項２に記載の板状ワークの成形装置を用いた板状ワークの成形方法であって、
ショット材によるピーン強度が最大になる位置が板状ワーク（６３ｔ）の加工領域（ＴＰ１〜ＴＰ６）の中心線（ＣＬ１〜ＣＬ６）に一致するように、Ｘ軸方向移動手段（１５）により基板（３３）を移動させることを特徴とする板状ワークの成形方法。 - 請求項１または請求項２に記載の板状ワークの成形装置を用いた板状ワークの成形方法であって、
ショット材の投射条件と、板状ワーク（６３ｔ）の板厚と、板状ワーク（６３ｔ）の移動速度とに応じて変化する該板状ワーク（６３ｔ）の加工後の曲率の特性を予め測定しておき、実際の板状ワーク（６３ｔ）の加工時に、その板状ワーク（６３ｔ）に与えるべき曲率と前記測定した曲率の特性とに基づいて該板状ワーク（６３ｔ）の移動速度を決定することを特徴とする板状ワークの成形方法。 - 前記ショット材の投射条件は、ショット材の投射量、ショット材の投射速度およびショット材の投射距離を含むことを特徴とする、請求項４に記載の板状ワークの成形方法。
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