JP5237032B2

JP5237032B2 - 金属部材製造方法、圧子及び金属部材製造装置

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Publication number: JP5237032B2
Application number: JP2008250258A
Authority: JP
Inventors: 利彦西村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-09-29
Also published as: EP2336373A1; EP2336373A4; JP2010077518A; US8984924B2; CA2738773C; WO2010035538A1; EP2336373B1; CA2738773A1; US20110162430A1

Description

本発明は、金属材料に残留応力を付与して疲労寿命を改善する金属部材製造方法、その方法に使用される圧子、及び金属部材製造装置に関する。

孔が形成された金属部材は、様々な構造物に用いられている。疲労強度の高い金属部材が特に航空機用に必要とされている。

特許文献１乃至４は、孔が形成された金属板材の疲労寿命を改善する方法を開示している。図１乃至３を参照して、この方法を説明する。

図１を参照して、板状の被加工物２９０は、表面２９１とその反対側の裏面２９２とを備える。裏面２９２に裏当金２９９を当てた状態で、圧子セット２００を表面２９１側から被加工物２９０に押し付ける。圧子セット２００は被加工物２９０の孔を形成しようとする孔形成予定領域に押し付けられる。

図２を参照して、圧子セット２００の押し付けにより、被加工物２９０の孔形成予定領域にディンプル２９３が形成される。その後、ドリル３００を用いて孔形成予定領域に貫通孔を形成する。

図３は、貫通孔を形成する前の被加工物２９０を示す。ディンプル２９３の周囲に塑性変形領域２９４が形成される。残留応力分布２９６は、孔形成後の被加工物２９０の残留応力分布を示す。残留応力分布２９６は、ディンプル２９３の中心を通る直線Ｌ２００に沿った残留応力分布を示す。

ディンプル２９３形成箇所にドリル３００で貫通孔を明けると、貫通孔の周囲に圧縮残留応力が付与されているため、被加工物２９０の疲労寿命が改善される。

特表平７−５００７７３号公報米国特許第６３８９８６５号公報米国特許第６７４２３７６号公報米国特許第７１３１３１０号公報

本発明の目的は、孔のサイズが大きい場合であっても比較的低いプレス荷重で孔の周囲に残留応力を付与することに適した金属部材製造方法、圧子及び金属部材製造装置を提供することである。プレス荷重は、孔の面積に比例して大きくなるため、従来法だと、大きな孔になると大型プレス装置が必要になり、孔サイズに制限があった。

以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による金属部材製造方法は、金属材料（９０）の第１部分をプレスしないで前記金属材料の第２部分をプレスするステップと、前記第２部分をプレスしないで前記第１部分をプレスするステップとを具備する。前記金属材料は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。前記第１部分及び前記第２部分は前記孔形成予定領域に含まれる。

前記孔形成予定領域の形状は円であることが好ましい。前記第２部分は前記第１部分に対して前記円の周方向に位置がずれている。

前記孔形成予定領域は、前記第１部分及び前記第２部分に対して前記円の半径方向に位置がずれた第３部分を含むことが好ましい。金属部材製造方法は、前記第１部分及び前記第２部分をプレスしないで前記第３部分をプレスするステップを更に具備することが好ましい。

金属部材製造方法は、前記孔形成予定領域に前記貫通孔を形成するステップを更に具備することが好ましい。

本発明による圧子（１２、１３、３１）は、円を周方向に分割した形状のプレス面（１２ａ、１３ａ、３１ａ）を具備する。

前記形状は、前記円の第１半径と、前記円の第２半径と、前記第１半径及び前記第２半径の間にある前記円の円弧と、前記第１半径及び前記第２半径の間にある前記円と同心の小円の円弧とによって囲まれた図形であることが好ましい。

本発明による金属部材製造装置は、プレス方向としての第１方向に平行な第１回転軸（Ｓ２）まわりに回転する第１ターンテーブル（４２Ｂ）と、前記第１ターンテーブルに取り付けられた第１圧子（１２、３１）と、前記第１圧子を前記第１方向に動かして金属材料（９０）に押し付ける第１アクチュエータ（４３Ｂ）と、前記第１圧子に作用する荷重を計測する第１ロードセル（４４Ｂ）とを具備する。前記金属材料は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。前記孔形成予定領域は第１部分及び第２部分を含む。前記第１圧子は前記第１回転軸から偏心した第１プレス面（１２ａ、３１ａ）を備える。前記第１アクチュエータは、前記第１ターンテーブルが第１回転位置にあるときに前記第１プレス面を前記第１部分に押し付け、前記第１ターンテーブルが前記第１回転位置と異なる第２回転位置にあるときに前記第１プレス面を前記第２部分に押し付ける。

金属部材製造装置は、前記第１方向に平行な第２回転軸（Ｓ１）まわりに回転する第２ターンテーブル（４２）と、前記第２ターンテーブルに取り付けられた前記第１方向に移動可能な第２圧子（１１）と、前記第２圧子を前記第１方向に動かして前記金属材料に押し付ける第２アクチュエータ（４３Ａ）と、前記第２圧子に作用する荷重を計測する第２ロードセル（４４Ａ）とを更に具備することが好ましい。前記第１ターンテーブルは、前記第１回転軸まわりに回転可能なように、前記第２ターンテーブルに取り付けられる。前記第１回転軸は、前記第２回転軸を中心とする円周（Ｘ）上に配置される。前記第２圧子は円形の第２プレス面（１１ａ）を備える。前記第２プレス面の中心を通り前記第１方向に平行な第２プレス面中心軸（Ｃ１）は、前記円周上に配置される。

金属部材製造装置は、前記第２ターンテーブルに取り付けられたドリル（４７）を更に具備することが好ましい。前記ドリルの回転軸（Ｓ４）は、前記第１方向と平行となるように、前記円周上に配置される。

金属部材製造装置は、前記第２ターンテーブルに取り付けられたリーマ（４８）を更に具備することが好ましい。前記リーマの回転軸（Ｓ５）は、前記第１方向と平行となるように、前記円周上に配置される。

金属部材製造装置は、前記第１方向に垂直な第２方向に伸びるガイド（８１）と、前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向に伸びるビーム（８２）と、前記ビームに沿って移動可能なように前記ビームに取り付けられた基部（４１）と、前記ビームを前記ガイドに沿って移動する第１移動装置（８３Ａ）と、前記基部を前記ビームに沿って移動する第２移動装置（８３Ｂ）とを更に具備することが好ましい。前記第１ターンテーブルは、前記第１回転軸まわりに回転可能なように、前記基部に取り付けられる。

金属部材製造装置は、前記第１方向に垂直な第２方向に伸びるガイド（８１）と、前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向に伸びるビーム（８２）と、前記ビームに沿って移動可能なように前記ビームに取り付けられた基部（４１）と、前記ビームを前記ガイドに沿って移動する第１移動装置（８３Ａ）と、前記基部を前記ビームに沿って移動する第２移動装置（８３Ｂ）とを更に具備することが好ましい。前記第２ターンテーブルは、前記第２回転軸まわりに回転可能なように、前記基部に取り付けられる。

本発明による金属部材製造装置は、第１方向に平行な第１回転軸（Ｓ１）まわりに回転するターンテーブル（４２）と、前記ターンテーブルに取り付けられた前記第１方向に移動可能な第１圧子（２１）と、前記第１圧子を前記第１方向に動かして金属材料（９０）に押し付ける第１アクチュエータ（４３Ｅ）と、前記第１圧子に作用する荷重を計測する第１ロードセル（４４Ｅ）と、前記ターンテーブルに取り付けられた前記第１方向に移動可能な第２圧子（２２）と、前記第２圧子を前記第１方向に動かして前記金属材料に押し付ける第２アクチュエータ（４３Ｆ）と、前記第２圧子に作用する荷重を計測する第２ロードセル（４４Ｆ）とを具備する。前記第１圧子は円形の第１プレス面（２１ａ）を備える。前記第２圧子は、第１円の第１円周と前記第１円と同心で前記第１円より大きい第２円の第２円周とで囲まれる形状の第２プレス面（２２ａ）を備える。前記第１プレス面の中心を通り前記第１方向に平行な第１プレス面中心軸（Ｃ２）は前記第１回転軸を中心とする円周（Ｘ）上に配置される。前記第２プレス面の中心を通り前記第１方向に平行な第２プレス面中心軸（Ｃ３）は前記円周上に配置される。前記金属材料は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。前記孔形成予定領域は第１部分と前記第１部分の周囲の第２部分とを含む。前記第１アクチュエータは、前記ターンテーブルが第１回転位置にあるときに前記第１プレス面を前記第１部分に押し付ける。前記第２アクチュエータは、前記ターンテーブルが前記第１回転位置と異なる第２回転位置にあるときに前記第２プレス面を前記第２部分に押し付ける。

本発明による金属部材製造装置は、第１圧子（２１、１２、３１）及び第２圧子（２２、１２、３１）を含む圧子セット（２０、１０、３０）と、前記第１圧子及び前記第２圧子が独立して第１方向に移動可能なように前記圧子セットを保持する圧子ホルダ（４５Ｋ）と、負荷盤（５２）と、前記負荷盤を前記第１方向に動かすアクチュエータ（４３Ｋ）と、シム交換装置（６０）とを具備する。前記負荷盤と金属材料（９０）の間に前記圧子セットが配置される。前記金属材料は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。前記孔形成予定領域は前記第１部分及び前記第２部分を含む。前記シム交換装置が第１シム（１０１、１１２、１２２）を前記負荷盤及び前記圧子セットの間に配置しているとき、前記アクチュエータは前記負荷盤を前記金属材料に向かって動かし、前記第１シムは前記負荷盤に当たって前記第１圧子を前記第１部分に押し付ける。前記シム交換装置が第２シム（１０２、１１３、１２３）を前記負荷盤及び前記圧子セットの間に配置しているとき、前記アクチュエータは前記負荷盤を前記金属材料に向かって動かし、前記第２シムは前記負荷盤に当たって前記第２圧子を前記第２部分に押し付ける。

前記第１圧子は、前記第１部分に押し付けられる第１プレス面（１２ａ、３１ａ）を備える。前記第２圧子は、前記第２部分に押し付けられる第２プレス面（１２ａ、３１ａ）を備える。前記第１プレス面及び前記第２プレス面はそれぞれ、円を周方向に分割した形状を有することが好ましい。

前記孔形成予定領域は、第３部分を含むことが好ましい。前記圧子セットは、第３圧子（１１）を含むことが好ましい。前記圧子ホルダは、前記第１圧子、前記第２圧子及び前記第３圧子が独立して前記第１方向に移動可能なように前記圧子セットを保持する。前記第１圧子及び前記第２圧子は前記第３圧子の周囲に配置される。前記シム交換装置が第３シム（１１１、１２１）を前記負荷盤及び前記圧子セットの間に配置しているとき、前記アクチュエータは前記負荷盤を前記金属材料に向かって動かし、前記第３シムは前記負荷盤に当たって前記第３圧子を前記第３部分に押し付ける。前記第３圧子は、前記第３部分に押し付けられる第３プレス面（１１ａ）を備える。前記第３プレス面は、円形である。

金属部材製造装置は、送り装置（７０）を更に具備することが好ましい。前記送り装置は、前記金属材料を前記第１方向に垂直な第２方向に送る第１ローラー（７１Ａ、７２Ａ）と、前記金属材料を前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向に送る第２ローラー（７１Ｂ、７２Ｂ）とを備える。

本発明によれば、孔のサイズが大きい場合であっても比較的低いプレス荷重で孔の周囲に残留応力を付与することに適した金属部材製造方法、圧子及び金属部材製造装置を提供することである。

添付図面を参照して、本発明による金属部材製造方法、圧子及び金属部材製造装置を実施するための最良の形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図４は、本発明の第１の実施形態に係る圧子セット１０を用いた冷間加工により被加工物９０に残留応力を付与する工程を示す。被加工物９０は、表面９１と裏面９２とを有する板状の金属材料である。裏面９２に裏当金９９を当てた状態で、圧子セット１０で被加工物９０を表面９１側からプレスする。被加工物９０は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。貫通孔及び孔形成予定領域は円形である。

図５に示すように、圧子セット１０は、圧子１１と、複数の圧子１２を含む。圧子１１は円形のプレス面１１ａを備え、圧子１２は円（大円）を周方向に分割した形状のプレス面１２ａを備える。プレス面１２ａの形状は、大円の第１半径と、大円の第２半径と、第１半径及び第２半径の間にある大円の円弧と、第１半径及び第２半径の間にある小円の円弧とによって囲まれた図形である。大円及び小円は同心円である。小円の半径はプレス面１１ａの半径に長さが一致する。第１半径と第２半径のなす角θは、例えば、４０度である。このとき、圧子１２の数は９である。圧子１１及び複数の圧子１２を図５に示すように束ねたとき、プレス面１１ａ及び複数のプレス面１２ａは、大円を形成する。大円の直径、孔形成予定領域の直径は、貫通孔の直径に長さがほぼ一致する。正確には、大円及び孔形成予定領域の直径を、貫通孔の直径より若干小さくするのが良い。

図６に示すように、圧子セット１０を用いて孔形成予定領域をプレスすることにより、孔形成予定領域にディンプル９３が形成され、ディンプル９３の周囲に塑性変形領域９４が形成される。第１半径と第２半径のなす角θを４０度とすると、孔形成予定領域（及びそこに形成されたディンプル９３）は、第１乃至第１０部分を含む。第２乃至第１０部分は、第１部分を中心とする円周上に等間隔で配置されている。第２乃至第１０部分の各々は、第１部分に対して孔形成予定領域の円の半径方向外側に位置がずれている。第２乃至第１０部分は、互いに孔形成予定領域の円の周方向に位置がずれている。第１部分にプレス面１１ａを押し付けて第１部分をプレスする。次に、第２部分に第１の圧子１２のプレス面１２ａを押し付けて第２部分をプレスする。同様に、第２乃至第９の圧子１２を用いて第３乃至第１０部分を次々とプレスする。

孔形成予定領域全体のプレスが終了したら、孔形成予定領域（ディンプル９３）に貫通孔を形成する。残留応力分布９６は、孔形成後の被加工物９０の残留応力分布を示す。残留応力分布９６は、ディンプル９３の中心を通る直線Ｌ１に沿った残留応力分布を示す。ディンプル９３形成箇所に明けた貫通孔の周囲に圧縮残留応力が付与されているため、被加工物９０の疲労寿命が改善される。

本実施形態においては、孔形成領域の複数の部分を次々にプレスすることで被加工物９０に残留応力を付与している。すなわち、一の部分をプレスしているときに残りの部分をプレスしない。したがって、孔形成領域の各部分をプレスするときに必要な荷重は、孔形成領域全体を一度にプレスするときに必要な荷重より小さい。例えば、プレス面１１ａ及びプレス面１２ａの面積が等しい場合、プレス面１１ａ又はプレス面１２ａを被加工物９０に押し付けてプレスするときに必要な荷重は、孔形成領域全体を一度にプレスするときに必要な荷重の１０分の１である。

ゆえに、本実施形態に係る圧子セット１０及び金属部材製造方法は、貫通孔のサイズが大きい場合であっても、比較的低い荷重で貫通孔の周囲に残留応力を付与することが可能である。したがって、大きなプレス装置が必要になるため従来法を適用不可能な貫通孔のサイズが大きい場合であっても、被加工物９０から製造される金属部材の疲労寿命が改善される。

図７は、圧子セット１０を用いた他の残留応力付与工程を示している。ここでは、裏面９２に裏当金９９を当てるかわりに、別の圧子セット１０で裏面９２側からも被加工物９０をプレスする。被加工物９０を表面９１側と裏面９２側とから対称にプレスすることで、被加工物９０に歪みが生じにくくなる。

（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る圧子セット２０を用いて被加工物９０に残留応力を付与する工程を示す。被加工物９０は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。貫通孔及び孔形成予定領域は円形である。裏面９２に裏当金９９を当てた状態で、圧子セット２０で被加工物９０を表面９１側からプレスする。

図９に示すように、圧子セット２０は、圧子２１乃至２４を含む。圧子２１は円形のプレス面２１ａを備える。圧子２２は、第１円の円周と第１円と同心で第１円より大きい第２円の円周とで囲まれる形状のプレス面２２ａを備える。第１円の半径はプレス面２１ａの半径に長さが一致する。圧子２３は、第２円の円周と第２円と同心で第２円より大きい第３円の円周とで囲まれる形状のプレス面２３ａを備える。圧子２４は、第３円の円周と第３円と同心で第３円より大きい第４円の円周とで囲まれる形状のプレス面２４ａを備える。図９に示すように、圧子２１の外側に圧子２２を配置し、圧子２２の外側に圧子２３を配置し、圧子２３の外側に圧子２４を配置すると、プレス面２１ａ乃至２４ａは、第４円を形成する。第４円の直径、孔形成予定領域の直径は、この後に明ける貫通孔の直径にほぼ一致する。

孔形成予定領域は、第１部分と、第１部分の外側の第２部分と、第２部分の外側の第３部分と、第３部分の外側の第４部分とを備える。第１乃至第４部分は、同心円状に配置されている。第１部分にプレス面２１ａを押し付けて第１部分をプレスする。次に、第２部分にプレス面２２ａを押し付けて第２部分をプレスする。次に、第３部分にプレス面２３ａを押し付けて第３部分をプレスする。次に、第４部分にプレス面２４ａを押し付けて第４部分をプレスする。

上述のようにして、第１の実施形態の場合と同様に表面９１にディンプル９３が形成され、ディンプル９３の周囲に残留応力が付与される。その後、孔形成予定領域（ディンプル９３）に貫通孔を形成する。

本実施形態において、プレス面２１ａ乃至プレス面２４ａの面積を等しくすることがプレス荷重を全て同じにできる点で好ましい。ここで、圧子セット２０を構成する圧子の数を増やすと、一番外側の圧子（例えば圧子２４）のプレス面の幅が狭くなり、一番外側の圧子の強度が低下する。このため、この方式では分割数を高めることが難しい。圧子セット１０においては、このような強度の低下が防がれる。

裏面９２に裏当金９９を当てるかわりに、別の圧子セット２０で裏面９２側からも被加工物９０をプレスしてもよい。被加工物９０を表面９１側と裏面９２側とから対称にプレスすることで、被加工物９０に歪みが生じにくくなる。

（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る圧子セット３０を用いて被加工物９０に残留応力を付与する工程を示す。被加工物９０は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。貫通孔及び孔形成予定領域は円形である。裏面９２に裏当金９９を当てた状態で、圧子セット３０で被加工物９０を表面９１側からプレスする。

図１１に示すように、圧子セット３０は、複数の圧子３１を含む。圧子３１は、円を周方向に分割した形状のプレス面３１ａを備える。プレス面３１ａは扇形である。扇形の頂点の角度θは、例えば、４０度である。このとき、圧子３１の数は９である。複数の圧子３１を図１１に示すように束ねたとき、複数のプレス面３１ａは、円を形成する。この円の直径、孔形成予定領域の直径は、貫通孔の直径と長さがほぼ一致する。

孔形成予定領域は、第１乃至第９部分を含む。第１乃至第９部分は円周上に等間隔で配置されている。第１乃至第９部分は、互いに孔形成予定領域の円の周方向に位置がずれている。第１部分に第１の圧子３１を押し付けて第１部分をプレスする。同様に、第２乃至第９の圧子３１を用いて第２乃至第９部分を次々とプレスする。

本実施形態において、圧子セット３０を構成する圧子の数を増やすために角度θを小さくすると、圧子の頂点部分の強度が低下する。また、頂点部分によって形成されるディンプル面がきれいにできない。圧子セット１０においては、このような強度の低下が防がれると同時に、ディンプル面の形成もうまくいく。

裏面９２に裏当金９９を当てるかわりに、別の圧子セット３０で裏面９２側からも被加工物９０をプレスしてもよい。被加工物９０を表面９１側と裏面９２側とから対称にプレスすることで、被加工物９０に歪みが生じにくくなる。

（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る金属部材製造装置が備えるユニット４Ａを示す。ユニット４Ａは、被加工物９０に残留応力を付与する。裏面９２に裏当金９９を当てた状態で、ユニット４Ａは被加工物９０を表面９１側からプレスする。

ユニット４Ａは、基部４１と、ターンテーブル４２と、ターンテーブル４２に取り付けられたサブユニット４０Ａ及び４０Ｂを備える。ターンテーブル４２は、第１方向に平行な回転軸Ｓ１まわりに回転可能なように、基部４１に取り付けられる。第１方向は、表面９１に垂直である。サブユニット４０Ａは、アクチュエータ４３Ａと、ロードセル４４Ａと、圧子ホルダ４５Ａと、圧子１１を備える。圧子ホルダ４５Ａは、ロードセル４４Ａに取り付けられている。ロードセル４４Ａは、アクチュエータ４３Ａを介してターンテーブル４２に取り付けられている。圧子ホルダ４５Ａは圧子１１を保持する。アクチュエータ４３Ａは圧子ホルダ４５Ａを第１方向に平行に動かす。ロードセル４４Ａは、圧子１１に作用する荷重を測定する。圧子１１は、記述のとおり、円形のプレス面１１ａを備える。プレス面１１ａの中心を通るプレス面１１ａの中心軸Ｃ１は、第１方向に平行である。圧子１１は、中心軸Ｃ１に沿って動く。サブユニット４０Ｂは、ターンテーブル４２Ｂと、アクチュエータ４３Ｂと、ロードセル４４Ｂと、圧子ホルダ４５Ｂと、圧子１２を備える。ターンテーブル４２Ｂは、第１方向に平行な回転軸Ｓ２まわりに回転可能なように、ターンテーブル４２に取り付けられている。圧子ホルダ４５Ｂは、ロードセル４４Ｂに取り付けられている。ロードセル４４Ｂは、アクチュエータ４３Ｂを介してターンテーブル４２Ｂに取り付けられている。圧子ホルダ４５Ｂは圧子１２を保持する。アクチュエータ４３Ｂは、ターンテーブル４２Ｂに固定され、圧子ホルダ４５Ｂを第１方向に平行に動かす。ロードセル４４Ｂは圧子１２に作用する荷重を測定する。

図１３を参照して、中心軸Ｃ１及び回転軸Ｓ２は、回転軸Ｓ１を中心とする円周Ｘ上に配置される。圧子ホルダ４５Ｂは、プレス面１２ａが回転軸Ｓ２から偏心するように圧子１２を保持する。回転軸Ｓ２は、プレス面１２ａを通らない。

図１２を参照してユニット４Ａが被加工物９０に残留応力を付与する工程を説明する。

被加工物９０は、表面９１と裏面９２とを有する板状の金属材料である。被加工物９０は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。貫通孔及び孔形成予定領域は円形である。孔形成予定領域は、中心部分と、複数の周辺部分とを含む。複数の周辺部分は、中心部分を中心とする円周上に等間隔で配置されている。複数の周辺部分の各々は、中心部分に対して孔形成予定領域の円の半径方向外側に位置がずれている。複数の周辺部分は、互いに孔形成予定領域の円の周方向に位置がずれている。ターンテーブル４２は、中心軸Ｃ１が中心部分を通る回転軸Ｓ１に関する第１回転位置と、回転軸Ｓ２が中心部分を通る回転軸Ｓ１に関する第２回転位置とをとる。アクチュエータ４３Ａは、ターンテーブル４２が回転軸Ｓ１に関する第１回転位置にあるとき、プレス面１１ａを中心部分に押し付けて中心部分をプレスする。次に、ターンテーブル４２が基部４１に対して回転して回転軸Ｓ１に関する第２回転位置をとる。ターンテーブル４２Ｂが回転軸Ｓ２に関する第１回転位置をとるとき、アクチュエータ４３Ｂはプレス面１２ａを複数の周辺部分の一つに押し付けてその周辺部分をプレスする。次に、ターンテーブル４２Ｂがターンテーブル４２に対して回転して回転軸Ｓ２に関する第２回転位置をとる。アクチュエータ４３Ｂはプレス面１２ａを隣の周辺部分に押し付けて隣の周辺部分をプレスする。このように、複数の周辺部分が次々とプレスされる。

ここで、複数の周辺部分に含まれる隣り合う周辺部分は、重なる部分を有してもよく、重なる部分を有さなくてもよい。

図１４は、プレス面１２ａの角θが１８０度の場合を示している。複数の周辺部分の数が２の場合、２つの周辺部分は重なる部分を有しない。複数の周辺部分の数が３以上の場合、複数の周辺部分に含まれる隣り合う周辺部分は重なる部分を有する。

２つのユニット４Ａを用いて被加工物９０を表面９１側と裏面９２側とから対称にプレスして被加工物９０に残留応力を付与してもよい。

圧子１２を圧子３１で置き換えてもよい。この場合、サブユニット４０Ａ及びターンテーブル４２が取り除かれ、ターンテーブル４２Ｂが基部４１に直接取り付けられる。

（第５の実施形態）
図１５は、本発明の第５の実施形態に係る金属部材製造装置が備えるユニット４Ｂを示す。ユニット４Ｂは、サブユニット４０Ｂがサブユニット４０Ｂ’で置き換えられている点を除いてユニット４Ａと同様に構成されている。サブユニット４０Ｂ’は、アクチュエータ４３Ｂと、ロードセル４４Ｂと、ターンテーブル４２Ｂと、圧子ホルダ４５Ｂと、圧子１２を備える。アクチュエータ４３Ｂはターンテーブル４２に固定されている。ターンテーブル４２Ｂは回転軸Ｓ２まわりに回転可能、且つ、第１方向に平行に移動可能で、ロードセル４４Ｂに取り付けられている。ロードセル４４Ｂは、アクチュエータ４３Ｂを介してターンテーブル４２に取り付けられている。圧子ホルダ４５Ｂはターンテーブル４２Ｂに固定されている。圧子ホルダ４５Ｂは圧子１２を保持する。アクチュエータ４３Ｂは、ターンテーブル４２Ｂを第１方向に平行に動かす。

ユニット４Ｂが被加工物９０に残留応力を付与する工程はユニット４Ａが被加工物９０に残留応力を付与する工程と同様である。

（第６の実施形態）
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る金属部材製造装置が備えるユニット４Ｃを示す。ユニット４Ｃは、ユニット４Ａにサブユニット４０Ｃが追加されたものである。サブユニット４０Ｃは、ターンテーブル４２Ｃと、アクチュエータと、ロードセルと、圧子ホルダ４５Ｃと、圧子１３を備える。ターンテーブル４２Ｃは、第１方向に平行な回転軸Ｓ３まわりに回転可能で、ターンテーブル４２に取り付けられている。圧子ホルダ４５Ｃは、第１方向に平行に移動可能なターンテーブル４２Ｃに取り付けられている。圧子ホルダ４５Ｃは圧子１３を保持する。アクチュエータは、ターンテーブル４２に固定され、圧子ホルダ４５Ｃを第１方向に平行に動かす。ロードセルは圧子１３に作用する荷重を測定する。回転軸Ｓ３は円周Ｘ上に配置される。圧子ホルダ４５Ｃは、圧子１３のプレス面１３ａが回転軸Ｓ３から偏心するように圧子１３を保持する。回転軸Ｓ３は、プレス面１３ａを通らない。

図１７を参照して、プレス面１１ａ、１２ａ及び１３ａを説明する。プレス面１３ａは、円（大円）を周方向に分割した形状を有する。プレス面１３ａの形状は、大円の第１半径と、大円の第２半径と、第１半径及び第２半径の間にある大円の円弧と、第１半径及び第２半径の間にある中円の円弧とによって囲まれた図形である。中円は、大円より小さく、大円の同心円である。プレス面１２ａは、円（中円）を周方向に分割した形状を有する。プレス面１２ａの形状は、第１半径と、第２半径と、第１半径及び第２半径の間にある中円の円弧と、第１半径及び第２半径の間にある小円の円弧とによって囲まれた図形である。小円は、中円より小さく、大円の同心円である。プレス面１１ａは、小円に対応する円形である。第１半径と第２半径のなす角θは、例えば、４０度である。角θは、他の角度であってもよい。

ユニット４Ｃが被加工物９０に残留応力を付与する工程を以下に説明する。

被加工物９０は、表面９１と裏面９２とを有する板状の金属材料である。被加工物９０は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。貫通孔及び孔形成予定領域は円形である。孔形成予定領域は、中心部分と、複数の周辺部分と、複数の外側周辺部分を含む。複数の周辺部分は、中心部分を中心とする円周上に等間隔で配置されている。複数の周辺部分は、互いに孔形成予定領域の円の周方向に位置がずれている。複数の外側周辺部分は、中心部分を中心とする円周上に等間隔で配置されている。複数の外側周辺部分は、複数の周辺部分よりも外側に位置する。複数の外側周辺部分は、互いに孔形成予定領域の円の周方向に位置がずれている。ユニット４Ｃは、中心部分及び複数の周辺部分をユニット４Ａと同様にプレスする。中心部分及び複数の周辺部分をプレスした後、ターンテーブル４２が基部４１に対して回転して回転軸Ｓ１に関する第３回転位置をとる。このとき、回転軸Ｓ３は中心部分を通る。ターンテーブル４２Ｃが回転軸Ｓ３に関する第１回転位置をとるとき、アクチュエータはプレス面１３ａを複数の外側周辺部分の一つに押し付けてその外側周辺部分をプレスする。次に、ターンテーブル４２Ｃがターンテーブル４２に対して回転して回転軸Ｓ３に関する第２回転位置をとる。アクチュエータはプレス面１３ａを隣の外側周辺部分に押し付けて隣の外側周辺部分をプレスする。このように、複数の外側周辺部分が次々とプレスされる。

ここで、複数の外側周辺部分に含まれる隣り合う外側周辺部分は、重なる部分を有してもよく、重なる部分を有さなくてもよい。

２つのユニット４Ｃを用いて被加工物９０を表面９１側と裏面９２側とから対称にプレスして被加工物９０に残留応力を付与してもよい。

（第７の実施形態）
図１８及び図１９を参照して本発明の第７の実施形態に係る金属部材製造装置が備えるユニット４Ｄを説明する。ユニット４Ｄは、被加工物９０に残留応力を付与する。裏面９２に裏当金９９を当てた状態で、ユニット４Ｄは被加工物９０を表面９１側からプレスする。ユニット４Ｄは、基部４１と、ターンテーブル４２と、ターンテーブル４２に取り付けられたサブユニット４０Ｅ乃至４０Ｈを備える。ターンテーブル４２は、第１方向に平行な回転軸Ｓ１まわりに回転可能なように、基部４１に取り付けられる。

サブユニット４０Ｅは、アクチュエータ４３Ｅと、ロードセル４４Ｅと、圧子ホルダ４５Ｅと、圧子２１を備える。圧子ホルダ４５Ｅは、ロードセル４４Ｅに取り付けられている。ロードセル４４Ｅは、アクチュエータ４３Ｅを介してターンテーブル４２に取り付けられている。圧子ホルダ４５Ｅは圧子２１を保持する。アクチュエータ４３Ｅは圧子ホルダ４５Ｅを第１方向に平行に動かす。ロードセル４４Ｅは、圧子２１に作用する荷重を測定する。圧子２１は、記述のとおり、円形のプレス面２１ａを備える。プレス面２１ａの中心を通るプレス面２１ａの中心軸Ｃ２は、第１方向に平行である。圧子２１は、中心軸Ｃ２に沿って動く。中心軸Ｃ２は回転軸Ｓ１を中心とする円周Ｘ上に配置されている。

サブユニット４０Ｆは、アクチュエータ４３Ｆと、ロードセル４４Ｆと、圧子ホルダ４５Ｆと、圧子２２を備える。圧子ホルダ４５Ｆは、ロードセル４４Ｆに取り付けられている。ロードセル４４Ｆは、アクチュエータ４３Ｆを介してターンテーブル４２に取り付けられている。圧子ホルダ４５Ｆは圧子２２を保持する。アクチュエータ４３Ｆは圧子ホルダ４５Ｆを第１方向に平行に動かす。ロードセル４４Ｆは、圧子２２に作用する荷重を測定する。圧子２２は、記述のとおり、第１円の円周と第２円の円周とで囲まれる形状のプレス面２２ａを備える。プレス面２２ａの中心を通るプレス面２２ａの中心軸Ｃ３は、第１方向に平行である。圧子２２は、中心軸Ｃ３に沿って動く。中心軸Ｃ３は円周Ｘ上に配置されている。

サブユニット４０Ｇは、アクチュエータ４３Ｇと、ロードセル４４Ｇと、圧子ホルダ４５Ｇと、圧子２３を備える。圧子ホルダ４５Ｇは、ロードセル４４Ｇに取り付けられている。ロードセル４４Ｇは、アクチュエータ４３Ｇを介してターンテーブル４２に取り付けられている。圧子ホルダ４５Ｇは圧子２３を保持する。アクチュエータ４３Ｇは圧子ホルダ４５Ｇを第１方向に平行に動かす。ロードセル４４Ｇは、圧子２３に作用する荷重を測定する。圧子２３は、記述のとおり、第２円の円周と第３円の円周とで囲まれる形状のプレス面２３ａを備える。プレス面２３ａの中心を通るプレス面２３ａの中心軸Ｃ４は、第１方向に平行である。圧子２３は、中心軸Ｃ４に沿って動く。中心軸Ｃ４は円周Ｘ上に配置されている。

サブユニット４０Ｈは、アクチュエータと、ロードセルと、圧子ホルダと、圧子２４を備える。圧子ホルダは、ロードセルに取り付けられている。ロードセルは、アクチュエータを介してターンテーブル４２に取り付けられている。圧子ホルダは圧子２４を保持する。アクチュエータは圧子ホルダを第１方向に平行に動かす。ロードセルは、圧子２４に作用する荷重を測定する。圧子２４は、記述のとおり、第３円の円周と第４円の円周とで囲まれる形状のプレス面２４ａを備える。プレス面２４ａの中心を通るプレス面２４ａの中心軸Ｃ５は、第１方向に平行である。圧子２４は、中心軸Ｃ５に沿って動く。中心軸Ｃ５は円周Ｘ上に配置されている。

ユニット４Ｄが被加工物９０に残留応力を付与する工程を以下に説明する。

被加工物９０は、表面９１と裏面９２とを有する板状の金属材料である。被加工物９０は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。貫通孔及び孔形成予定領域は円形である。孔形成予定領域は、第１部分と、第１部分の外側の第２部分と、第２部分の外側の第３部分と、第３部分の外側の第４部分とを備える。第１乃至第４部分は、同心円状に配置されている。

ターンテーブル４２は、中心軸Ｃ２が第１部分を通る回転軸Ｓ１に関する第１回転位置と、中心軸Ｃ３が第１部分を通る回転軸Ｓ１に関する第２回転位置と、中心軸Ｃ４が第１部分を通る回転軸Ｓ１に関する第３回転位置と、中心軸Ｃ５が第１部分を通る回転軸Ｓ１に関する第４回転位置とをとる。アクチュエータ４３Ｅは、ターンテーブル４２が第１回転位置にあるとき、プレス面２１ａを第１部分に押し付けて第１部分をプレスする。次に、ターンテーブル４２が基部４１に対して回転して第２回転位置をとる。アクチュエータ４３Ｆは、ターンテーブル４２が第２回転位置にあるとき、プレス面２２ａを第２部分に押し付けて第２部分をプレスする。次に、ターンテーブル４２が基部４１に対して回転して第３回転位置をとる。アクチュエータ４３Ｇは、ターンテーブル４２が第３回転位置にあるとき、プレス面２３ａを第３部分に押し付けて第３部分をプレスする。次に、ターンテーブル４２が基部４１に対して回転して第４回転位置をとる。サブユニット４０Ｈのアクチュエータは、ターンテーブル４２が第４回転位置にあるとき、プレス面２４ａを第４部分に押し付けて第４部分をプレスする。

２つのユニット４Ｄを用いて被加工物９０を表面９１側と裏面９２側とから対称にプレスして被加工物９０に残留応力を付与してもよい。

（第８の実施形態）
図２０及び図２１を参照して、本発明の第８の実施形態に係る金属部材製造装置が備えるユニット４Ｅを説明する。ユニット４Ｅは、ユニット４Ａにサブユニット４０Ｉ及び４０Ｊが追加されたものである。図２０において、サブユニット４０Ｊは省略されている。サブユニット４０Ｉは、回転軸Ｓ１まわりに回転可能なターンテーブル４２に取り付けられている。サブユニット４０Ｉは、ドリル４７と、回転軸Ｓ１に平行な回転軸Ｓ４まわりにドリル４７を回転するモータ４６Ｉを備える。回転軸Ｓ４は円周Ｘ上に配置されている。サブユニット４０Ｊは、回転軸Ｓ１まわりに回転可能なターンテーブル４２に取り付けられている。サブユニット４０Ｊは、リーマ４８と、回転軸Ｓ１に平行な回転軸Ｓ５まわりにリーマ４８を回転するモータ４６Ｊを備える。回転軸Ｓ５は円周Ｘ上に配置されている。

ユニット４Ｅが被加工物９０に残留応力を付与する工程、及び、ユニット４Ｅが被加工物９０に貫通孔を形成する工程を以下に説明する。

被加工物９０は、表面９１と裏面９２とを有する板状の金属材料である。被加工物９０は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。貫通孔及び孔形成予定領域は円形である。孔形成予定領域は、中心部分と、複数の周辺部分とを含む。ターンテーブル４２は、中心軸Ｃ１が中心部分を通る回転軸Ｓ１に関する第１回転位置と、回転軸Ｓ２が中心部分を通る回転軸Ｓ１に関する第２回転位置と、回転軸Ｓ４が中心部分を通る回転軸Ｓ１に関する第３回転位置と、回転軸Ｓ５が中心部分を通る回転軸Ｓ１に関する第４回転位置とをとる。ユニット４Ｅは、ユニット４Ａと同様に被加工物９０の孔形成予定領域をプレスして被加工物９０に残留応力を付与する。次に、ターンテーブル４２が基部４１に対して回転して回転軸Ｓ１に関する第３回転位置をとる。ドリル４７は孔形成予定領域に貫通孔を形成する。次に、ターンテーブル４２が基部４１に対して回転して回転軸Ｓ１に関する第４回転位置をとる。リーマ４８は貫通孔の内面を削って貫通孔の形状を整える。

なお、ユニット４Ａ乃至４Ｄにサブユニット４０Ｉ及び４０Ｊを追加してもよい。

（第９の実施形態）
図２２は、本発明の第９の実施形態に係る金属部材製造装置が備えるユニット４Ｆを示す。ユニット４Ｆは、被加工物９０に残留応力を付与する。２つのユニット４Ｆを用いて被加工物９０を表面９１側と裏面９２側とから対称にプレスする。

ユニット４Ｆは、基部４１と、基部４１に対して第１方向に移動可能なように基部４１に取り付けられた第１可動部５１と、第１可動部５１に対して第１方向に移動可能なように第１可動部５１に取り付けられた第２可動部５５と、第１可動部５１を第１方向に動かすアクチュエータ４３Ｋと、第１可動部５１及び第２可動部５５の間に設けられたばね５０を備える。第１可動部５１は、負荷盤５２と、負荷盤５２に作用する荷重を測定するロードセル４４Ｋと、シム交換装置支持体５３によって負荷盤５２に取り付けられたシム交換装置６０を備える。シム交換装置６０は、シム交換装置支持体５３に対して第１方向に平行な回転軸Ｓ６まわりに回転可能なようにシム交換装置支持体５３に取り付けられたシム集合体６２と、シム集合体６２を回転するモータ６１を備える。第２可動部５５は、圧子セット２０と、圧子セット２０を保持する圧子ホルダ４５Ｋと、圧子ホルダ４５Ｋを保持するホルダ保持部５６を備える。被加工物９０と負荷盤５２の間に圧子セット２０が配置される。ばね５０は、プレス力を除いた後に圧子セット２０とシム集合体６２の間に隙間を設けてシム交換を容易にするため、圧子セット２０が被加工物９０に近づくように第２可動部５５を付勢する。圧子セット２０は、圧子２１乃至２４を含む。圧子ホルダ４５Ｋは、圧子２１乃至２４が互いに独立して第１方向に平行に移動可能なように圧子セット２０を保持する。中心軸Ｃ５は、第１方向に平行であり、負荷盤５２の中心、圧子２１のプレス面２１ａの中心、及び被加工物９０を通る。

図２３を参照して、シム集合体６２を説明する。シム集合体６２Ａは、シム１０１乃至１０４を備える。シム１０１乃至１０４は、それぞれ、プレス面２１ａ乃至２４ａに対応する形状の凸部である。シム１０１乃至１０４は、回転軸Ｓ６を中心とする円周上に配置されている。シム集合体６２Ａは、回転軸Ｓ６まわりに回転し、第１乃至第４回転位置をとる。シム集合体６２Ａが第１回転位置をとるとき、シム１０１が負荷盤５２と圧子セット２０の間に配置される。シム集合体６２Ａが第２回転位置をとるとき、シム１０２が負荷盤５２と圧子セット２０の間に配置される。シム集合体６２Ａが第３回転位置をとるとき、シム１０３が負荷盤５２と圧子セット２０の間に配置される。シム集合体６２Ａが第４回転位置をとるとき、シム１０４が負荷盤５２と圧子セット２０の間に配置される。

ユニット４Ｆが被加工物９０に残留応力を付与する工程を以下に説明する。

被加工物９０は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。孔形成予定領域は、円形の第１部分と、第１部分の外側の第２部分と、第２部分の外側の第３部分と、第３部分の外側の第４部分とを備える。第１乃至第４部分は、同心円状に配置されている。中心軸Ｃ５は、第１部分の中心を通る。

はじめに、シム集合体６２Ａは第１回転位置をとっている。アクチュエータ４３Ｋは、第１可動部５１を被加工物９０に向かって動かす。第２可動部５５が被加工物９０に突き当たった後も第１可動部５１は被加工物９０に向かって動く。シム１０１は負荷盤５２に当たって圧子２１を第１部分に押し付ける。プレス面２１ａが第１部分に押し付けられる。プレス荷重はロードセル４４Ｋにより計測され、所要荷重がアクチュエータ４３Ｋにより付与される。その後、アクチュエータ４３Ｋは、第１可動部５１を被加工物９０から遠ざける。すると、第２可動部５５がばね５０の力で元の位置に戻ることで、圧子２１とシム１０１の間に隙間ができ、シムの回転が容易になる。

シム集合体６２Ａが回転軸Ｓ６まわりに回転して第２回転位置をとる。アクチュエータ４３Ｋは、第１可動部５１を被加工物９０に向かって動かす。第２可動部５５が被加工物９０に突き当たった後も第１可動部５１は被加工物９０に向かって動く。シム１０２は負荷盤５２に当たって圧子２２を第２部分に押し付ける。プレス面２２ａが第２部分に押し付けられる。その後、アクチュエータ４３Ｋが第１可動部５１を被加工物９０から遠ざけると、第２可動部５５がばね５０の力で元の位置に戻り、圧子２２とシム１０２の間に隙間ができる。

シム集合体６２Ａが回転軸Ｓ６まわりに回転して第３回転位置をとる。アクチュエータ４３Ｋは、第１可動部５１を被加工物９０に向かって動かす。第２可動部５５が被加工物９０に突き当たった後も第１可動部５１は被加工物９０に向かって動く。シム１０３は負荷盤５２に当たって圧子２３を第３部分に押し付ける。プレス面２３ａが第３部分に押し付けられる。その後、アクチュエータ４３Ｋが第１可動部５１を被加工物９０から遠ざけると、第２可動部５５がばね５０の力で元の位置に戻り、圧子２３とシム１０３の間に隙間ができる。

シム集合体６２Ａが回転軸Ｓ６まわりに回転して第４回転位置をとる。アクチュエータ４３Ｋは、第１可動部５１を被加工物９０に向かって動かす。第２可動部５５が被加工物９０に突き当たった後も第１可動部５１は被加工物９０に向かって動く。シム１０４は負荷盤５２に当たって圧子２４を第４部分に押し付ける。プレス面２４ａが第４部分に押し付けられる。その後、アクチュエータ４３Ｋが第１可動部５１を被加工物９０から遠ざけると、第２可動部５５がばね５０の力で元の位置に戻り、圧子２４とシム１０４の間に隙間ができる。

本実施形態に係る金属部材製造装置の第１変形例を以下に説明する。

第１変形例においては、圧子セット２０が圧子セット１０で置き換えられ、シム集合体６２Ａがシム集合体６２Ｂで置き換えられる。圧子セット１０は、圧子１１及び複数の圧子１２を備える。中心軸Ｃ５は圧子１１のプレス面１１ａの中心を通る。圧子セット１０は、複数の圧子１２が圧子１１の周囲に配置された状態で、圧子１１及び複数の圧子１２が互いに独立に第１方向に平行に移動可能なように、圧子ホルダ４５Ｋに保持される。

図２４に示すように、シム集合体６２Ｂは、シム１１１乃至１２０を備える。シム１１１は、プレス面１１ａに対応する形状の凸部である。シム１１２乃至圧子１２０は、それぞれ、複数のプレス面１２ａに対応する形状の凸部である。シム１１１乃至１２０は、回転軸Ｓ６を中心とする円周上に配置されている。シム集合体６２Ｂは、回転軸Ｓ６まわりに回転し、第１乃至第１０回転位置をとる。シム集合体６２Ｂが第１回転位置をとるとき、シム１１１が負荷盤５２と圧子セット１０の間に配置される。シム集合体６２Ｂが第２乃至第１０回転位置をとるとき、シム１１２乃至１２０がそれぞれ負荷盤５２と圧子セット１０の間に配置される。

第１変形例における残留応力付与工程を説明する。

被加工物９０は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。貫通孔及び孔形成予定領域は円形である。孔形成予定領域は、第１乃至第１０部分を含む。第２乃至第１０部分は、円形の第１部分を中心とする円周上に等間隔で配置されている。第２乃至第１０部分の各々は、第１部分に対して孔形成予定領域の円の半径方向外側に位置がずれている。第２乃至第１０部分は、互いに孔形成予定領域の円の周方向に位置がずれている。

はじめに、シム集合体６２Ｂは第１回転位置をとっている。アクチュエータ４３Ｋは、第１可動部５１を被加工物９０に向かって動かす。第２可動部５５が被加工物９０に突き当たった後も第１可動部５１は被加工物９０に向かって動く。シム１１１は負荷盤５２に当たって圧子１１を第１部分に押し付ける。プレス面１１ａが第１部分に押し付けられる。その後、アクチュエータ４３Ｋが第１可動部５１を被加工物９０から遠ざけると、第２可動部５５がばね５０の力で元の位置に戻り、圧子１１とシム１１１の間に隙間ができる。

シム集合体６２Ｂが回転軸Ｓ６まわりに回転して第２回転位置をとる。アクチュエータ４３Ｋは、第１可動部５１を被加工物９０に向かって動かす。第２可動部５５が被加工物９０に突き当たった後も第１可動部５１は被加工物９０に向かって動く。シム１１２は負荷盤５２に当たって第１の圧子１２を第２部分に押し付ける。第１の圧子１２が備えるプレス面１２ａが第２部分に押し付けられる。その後、アクチュエータ４３Ｋが第１可動部５１を被加工物９０から遠ざけと、第２可動部５５がばね５０の力で元の位置に戻り、圧子１２とシム１１２の間に隙間ができる。

シム集合体６２Ｂが回転軸Ｓ６まわりに回転して第３回転位置をとる。アクチュエータ４３Ｋは、第１可動部５１を被加工物９０に向かって動かす。第２可動部５５が被加工物９０に突き当たった後も第１可動部５１は被加工物９０に向かって動く。シム１１３は負荷盤５２に当たって第２の圧子１２を第３部分に押し付ける。第２の圧子１２が備えるプレス面１２ａが第３部分に押し付けられる。その後、アクチュエータ４３Ｋが第１可動部５１を被加工物９０から遠ざけと、第２可動部５５がばね５０の力で元の位置に戻り、圧子１２とシム１１３の間に隙間ができる。

同様にして、第４乃至第１０部分がプレスされる。

本実施形態に係る金属部材製造装置の第２変形例を以下に説明する。

第２変形例においては、圧子セット２０が圧子セット３０で置き換えられ、シム集合体６２Ａがシム集合体６２Ｃで置き換えられる。

図２５に示すように、シム集合体６２Ｃは、凸部としてのシム１２１乃至１２９を備える。シム１２１乃至１２９は、回転軸Ｓ６を中心とする円周上に配置されている。シム集合体６２Ｃは、回転軸Ｓ６まわりに回転し、第１乃至第９回転位置をとる。シム集合体６２Ｃが第１回転位置をとるとき、シム１２１が負荷盤５２と圧子セット３０の間に配置される。シム集合体６２Ｃが第２乃至第９回転位置をとるとき、シム１２２乃至１２９がそれぞれ負荷盤５２と圧子セット３０の間に配置される。

第２変形例における残留応力付与工程を説明する。

被加工物９０は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有する。貫通孔及び孔形成予定領域は円形である。孔形成予定領域は、第１乃至第９部分を含む。第１乃至第９部分は、円形の円周方向に等間隔で配置されている。第１乃至第９部分は、互いに孔形成予定領域の円の周方向に位置がずれている。

はじめに、シム集合体６２Ｃは第１回転位置をとっている。アクチュエータ４３Ｋは、第１可動部５１を被加工物９０に向かって動かす。第２可動部５５が被加工物９０に突き当たった後も第１可動部５１は被加工物９０に向かって動く。シム１２１は負荷盤５２に当たって圧子３１を第１部分に押し付ける。プレス面３１ａが第１部分に押し付けられる。その後、アクチュエータ４３Ｋは、第１可動部５１を被加工物９０から遠ざける。

シム集合体６２Ｃが回転軸Ｓ６まわりに回転して第２回転位置をとる。アクチュエータ４３Ｋは、第１可動部５１を被加工物９０に向かって動かす。第２可動部５５が被加工物９０に突き当たった後も第１可動部５１は被加工物９０に向かって動く。シム１２２は負荷盤５２に当たって第２の圧子３１を第２部分に押し付ける。第２の圧子３１が備えるプレス面３１ａが第２部分に押し付けられる。その後、アクチュエータ４３Ｋは、第１可動部５１を被加工物９０から遠ざける。

同様にして、第３乃至第９部分がプレスされる。

本実施形態においては、圧子の分割数を多くすると、シム集合体６２が大きくなり過ぎ、全てのシムを１枚の集合体に設けることができない問題が起こり得る。この問題は、例えば、シム集合体を２枚に分け、それぞれのシム集合体を２セットのユニット４Ｆにそれぞれセットすることで、解消することが可能である。この場合、２セットのユニット４Ｆがプレスした圧痕が同じ位置に来るように、被加工物９０の位置を制御する装置、例えば、後述する送り装置７０を組み合わせることが好ましい。

なお、本実施形態において、裏面９２に裏当金９９を当てた状態で、ユニット４Ｆが被加工物９０を表面９１側からプレスして被加工物９０に残留応力を付与してもよい。

（第１０の実施形態）
図２６を参照して、本発明の第１０の実施形態に係る金属部材製造装置を説明する。本実施形態に係る金属部材製造装置は、被加工物９０を表面９１側からプレスするユニット４Ａと、被加工物９０を裏面９２側からプレスするユニット４Ａと、送り装置７０を備える。送り装置７０は、上述の第１方向に垂直な第２方向に被加工物９０を送る第２方向ローラー７１Ａ及び７２Ａと、第１方向及び第２方向に垂直な第３方向に被加工物９０を送る第３方向ローラー７１Ｂ及び７２Ｂを備える。第２方向ローラー７１Ａ及び７２Ａの回転軸と第３方向ローラー７１Ｂ及び７２Ｂの回転軸とは垂直である。第２方向ローラー７１Ａ及び第３方向ローラー７１Ｂは、被加工物９０の表面９１側に配置される。第２方向ローラー７２Ａ及び第３方向ローラー７２Ｂは、被加工物９０の裏面９２側に配置される。第１方向は被加工物９０の厚さ方向に平行である。第２方向は被加工物９０の長手方向に平行である。第３方向は被加工物９０の短手方向に平行である。

被加工物９０を裏面９２側からプレスするユニット４Ａを裏当金９９で置き換えてもよい。

本実施形態においては、ユニット４Ａをユニット４Ｂ乃至４Ｆのいずれかで置き換えることが可能である。

（第１１の実施形態）
図２７を参照して、本発明の第１１の実施形態に係る金属部材製造装置を説明する。本実施形態に係る金属部材製造装置は、被加工物９０を表面９１側からプレスするユニット４Ａと、上述の第１方向に垂直な第２方向に伸びるガイド８１と、第１方向及び第２方向に垂直な第３方向に伸びるビーム８２と、移動装置８３Ａ及び８３Ｂを具備する。ユニット４Ａの基部４１は、ビーム８２に沿って移動可能なようにビーム８２に取り付けられている。移動装置８３Ａは、ビーム８２をガイド８１に沿って移動する。移動装置８３Ｂは、基部４１をビーム８２に沿って移動する。第１方向は被加工物９０の厚さ方向に平行である。第２方向は被加工物９０の長手方向に平行である。第３方向は被加工物９０の短手方向に平行である。

上記各実施形態は、圧子の形状を変更することで、円形の孔を形成する場合だけでなく、四角形など他の形状の孔を形成する場合にも適用可能である。

上記実施形態を互いに組み合わせることが可能である。

図１は、従来の残留応力付与工程を示す。図２は、従来の孔形成工程を示す。図３は、従来の残留応力付与工程によりディンプルが形成された被加工物の平面図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る圧子を用いた残留応力付与工程を示す。図５は、第１の実施形態に係る圧子のＡ方向矢視図である。図６は、第１の実施形態に係る圧子によりディンプルが形成された被加工物の平面図である。図７は、第１の実施形態に係る圧子を用いた他の残留応力付与工程を示す。図８は、本発明の第２の実施形態に係る圧子を用いた残留応力付与工程を示す。図９は、第２の実施形態に係る圧子のＢ方向矢視図である。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る圧子を用いた残留応力付与工程を示す。図１１は、第３の実施形態に係る圧子のＣ方向矢視図である。図１２は、本発明の第４の実施形態に係る金属部材製造装置の側面図である。図１３は、第４の実施形態に係る金属部材製造装置のＤ方向矢視図である。図１４は、第４の実施形態に係る金属部材製造装置のＤ方向矢視図である。図１５は、第５の実施形態に係る金属部材製造装置の側面図である。図１６は、第６の実施形態に係る金属部材製造装置を示す。図１７は、第６の実施形態に係る金属部材製造装置に用いられる圧子のプレス面の形状を説明する説明図である。図１８は、本発明の第７の実施形態に係る金属部材製造装置の側面図である。図１９は、第７の実施形態に係る金属部材製造装置のＥ方向矢視図である。図２０は、本発明の第８の実施形態に係る金属部材製造装置の側面図である。図２１は、第８の実施形態に係る金属部材製造装置のＦ方向矢視図である。図２２は、本発明の第９の実施形態に係る金属部材製造装置の側面図である。図２３は、第９の実施形態に係る金属部材製造装置におけるシム集合体のＧ方向矢視図である。図２４は、第９の実施形態に係る金属部材製造装置の第１変形例におけるシム集合体のＧ方向矢視図である。図２５は、第９の実施形態に係る金属部材製造装置の第２変形例におけるシム集合体のＧ方向矢視図である。図２６は、本発明の第１０の実施形態に係る金属部材製造装置の側面図である。図２７は、本発明の第１１の実施形態に係る金属部材製造装置の平面図である。

符号の説明

１０、２０、３０…圧子セット
１１、１２、１３、２１〜２４、３１…圧子
１１ａ、１２ａ、１３ａ、２１ａ〜２４ａ、３１ａ…プレス面
４Ａ〜４Ｆ…ユニット
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｂ’、４０Ｃ、４０Ｅ、４０Ｆ、４０Ｇ、４０Ｈ、４０Ｉ、４０Ｊ…サブユニット
４１…基部
４２、４２Ｂ、４２Ｃ…ターンテーブル
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｅ、４３Ｆ、４３Ｇ、４３Ｋ…アクチュエータ
４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｅ、４４Ｆ、４４Ｇ、４４Ｋ…ロードセル
４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｅ、４５Ｆ、４５Ｇ、４５Ｋ…圧子ホルダ
４６Ｉ、４６Ｊ…モータ
４７…ドリル
４８…リーマ
５０…ばね
５１…第１可動部
５２…負荷盤
５３…シム交換装置支持体
５５…第２可動部
５６…ホルダ保持部
６０…シム交換装置
６１…モータ
６２（６２Ａ〜６２Ｃ）…シム集合体
７０…送り装置
７１Ａ、７１Ｂ、７２Ａ、７２Ｂ…ローラー
８１…ガイド
８２…ビーム
８３Ａ、８３Ｂ…移動装置
９０…被加工物
９１…表面
９２…裏面
９３…ディンプル
９４…塑性変形領域
９６…残留応力分布
９９…裏当金
１０１〜１０４、１１１〜１２０、１２１〜１２９…シム
２００…圧子
２９０…被加工物
２９１…表面
２９２…裏面
２９３…ディンプル
２９４…塑性変形領域
２９６…残留応力分布
２９９…裏当金
３００…ドリル
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６…回転軸
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５…中心軸
Ｌ１、Ｌ２００…直線

Claims

金属材料の第１部分をプレスしないで前記金属材料の第２部分をプレスするステップと、
前記第２部分をプレスしないで前記第１部分をプレスするステップとを具備し、
前記金属材料は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有し、
前記第１部分及び前記第２部分は前記孔形成予定領域に含まれる
金属部材製造方法。
前記孔形成予定領域の形状は円であり、
前記第２部分は前記第１部分に対して前記円の周方向に位置がずれた
請求項１の金属部材製造方法。
前記孔形成予定領域は、前記第１部分及び前記第２部分に対して前記円の半径方向に位置がずれた第３部分を含み、
前記第１部分及び前記第２部分をプレスしないで前記第３部分をプレスするステップを更に具備する
請求項２の金属部材製造方法。
前記孔形成予定領域に前記貫通孔を形成するステップを更に具備する
請求項１乃至３のいずれかに記載の金属部材製造方法。
金属材料に残留応力を与えるための圧子であって、円を周方向に分割した円弧に対応する形状のプレス面を具備する
圧子。
前記円は、同心円であり、
前記形状は、前記同心円の第１円の第１半径と、前記同心円の第２円の第２半径と、前記第１半径及び前記第２半径の間にある前記第１円の円弧と、前記第１半径及び前記第２半径の間にある前記第２円の円弧とによって囲まれた図形である
請求項５の圧子。
プレス方向としての第１方向に平行な第１回転軸まわりに回転する第１ターンテーブルと、
前記第１ターンテーブルに取り付けられた第１圧子と、
前記第１圧子を前記第１方向に動かして金属材料に押し付ける第１アクチュエータと、
前記第１圧子に作用する荷重を計測する第１ロードセルとを具備し、
前記金属材料は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有し、
前記孔形成予定領域は第１部分及び第２部分を含み、
前記第１圧子は前記第１回転軸から偏心した第１プレス面を備え、
前記第１アクチュエータは、前記第１ターンテーブルが第１回転位置にあるときに前記第１プレス面を前記第１部分に押し付け、前記第１ターンテーブルが前記第１回転位置と異なる第２回転位置にあるときに前記第１プレス面を前記第２部分に押し付ける
金属部材製造装置。
前記第１方向に平行な第２回転軸まわりに回転する第２ターンテーブルと、
前記第２ターンテーブルに取り付けられた前記第１方向に移動可能な第２圧子と、
前記第２圧子を前記第１方向に動かして前記金属材料に押し付ける第２アクチュエータと、
前記第２圧子に作用する荷重を計測する第２ロードセルとを更に具備し、
前記第１ターンテーブルは、前記第１回転軸まわりに回転可能なように、前記第２ターンテーブルに取り付けられ、
前記第１回転軸は、前記第２回転軸を中心とする円周上に配置され、
前記第２圧子は円形の第２プレス面を備え、
前記第２プレス面の中心を通り前記第１方向に平行な第２プレス面中心軸は、前記円周上に配置される
請求項７の金属部材製造装置。
前記第２ターンテーブルに取り付けられたドリルを更に具備し、
前記ドリルの回転軸は、前記第１方向と平行となるように、前記円周上に配置された
請求項８の金属部材製造装置。
前記第２ターンテーブルに取り付けられたリーマを更に具備し、
前記リーマの回転軸は、前記第１方向と平行となるように、前記円周上に配置された
請求項９の金属部材製造装置。
前記第１方向に垂直な第２方向に伸びるガイドと、
前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向に伸びるビームと、
前記ビームに沿って移動可能なように前記ビームに取り付けられた基部と、
前記ビームを前記ガイドに沿って移動する第１移動装置と、
前記基部を前記ビームに沿って移動する第２移動装置とを更に具備し、
前記第１ターンテーブルは、前記第１回転軸まわりに回転可能なように、前記基部に取り付けられた
請求項７の金属部材製造装置。
前記第１方向に垂直な第２方向に伸びるガイドと、
前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向に伸びるビームと、
前記ビームに沿って移動可能なように前記ビームに取り付けられた基部と、
前記ビームを前記ガイドに沿って移動する第１移動装置と、
前記基部を前記ビームに沿って移動する第２移動装置とを更に具備し、
前記第２ターンテーブルは、前記第２回転軸まわりに回転可能なように、前記基部に取り付けられた
請求項８乃至１０のいずれかに記載の金属部材製造装置。
第１方向に平行な第１回転軸まわりに回転するターンテーブルと、
前記ターンテーブルに取り付けられた前記第１方向に移動可能な第１圧子と、
前記第１圧子を前記第１方向に動かして金属材料に押し付ける第１アクチュエータと、
前記第１圧子に作用する荷重を計測する第１ロードセルと、
前記ターンテーブルに取り付けられた前記第１方向に移動可能な第２圧子と、
前記第２圧子を前記第１方向に動かして前記金属材料に押し付ける第２アクチュエータと、
前記第２圧子に作用する荷重を計測する第２ロードセルとを具備し、
前記第１圧子は円形の第１プレス面を備え、
前記第２圧子は、第１円の第１円周と前記第１円と同心で前記第１円より大きい第２円の第２円周とで囲まれる形状の第２プレス面を備え、
前記第１プレス面の中心を通り前記第１方向に平行な第１プレス面中心軸は前記第１回転軸を中心とする円周上に配置され、
前記第２プレス面の中心を通り前記第１方向に平行な第２プレス面中心軸は前記円周上に配置され、
前記金属材料は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有し、
前記孔形成予定領域は第１部分と前記第１部分の周囲の第２部分とを含み、
前記第１アクチュエータは、前記ターンテーブルが第１回転位置にあるときに前記第１プレス面を前記第１部分に押し付け、
前記第２アクチュエータは、前記ターンテーブルが前記第１回転位置と異なる第２回転位置にあるときに前記第２プレス面を前記第２部分に押し付ける
金属部材製造装置。
第１圧子及び第２圧子を含む圧子セットと、
前記第１圧子及び前記第２圧子が独立して第１方向に移動可能なように前記圧子セットを保持する圧子ホルダと、
負荷盤と、
前記負荷盤を前記第１方向に動かすアクチュエータと、
シム交換装置とを具備し、
前記負荷盤と金属材料の間に前記圧子セットが配置され、
前記金属材料は、一つの貫通孔を形成すべき領域としての孔形成予定領域を有し、
前記孔形成予定領域は前記第１部分及び前記第２部分を含み、
前記シム交換装置が第１シムを前記負荷盤及び前記圧子セットの間に配置しているとき、前記アクチュエータは前記負荷盤を前記金属材料に向かって動かし、前記第１シムは前記負荷盤に当たって前記第１圧子を前記第１部分に押し付け、
前記シム交換装置が第２シムを前記負荷盤及び前記圧子セットの間に配置しているとき、前記アクチュエータは前記負荷盤を前記金属材料に向かって動かし、前記第２シムは前記負荷盤に当たって前記第２圧子を前記第２部分に押し付ける
金属部材製造装置。
前記第１圧子は、前記第１部分に押し付けられる第１プレス面を備え、
前記第２圧子は、前記第２部分に押し付けられる第２プレス面を備え、
前記第１プレス面及び前記第２プレス面はそれぞれ、円を周方向に分割した形状を有する
請求項１４の金属部材製造装置。
前記孔形成予定領域は、第３部分を含み、
前記圧子セットは、第３圧子を含み、
前記圧子ホルダは、前記第１圧子、前記第２圧子及び前記第３圧子が独立して前記第１方向に移動可能なように前記圧子セットを保持し、
前記第１圧子及び前記第２圧子は前記第３圧子の周囲に配置され、
前記シム交換装置が第３シムを前記負荷盤及び前記圧子セットの間に配置しているとき、前記アクチュエータは前記負荷盤を前記金属材料に向かって動かし、前記第３シムは前記負荷盤に当たって前記第３圧子を前記第３部分に押し付け、
前記第３圧子は、前記第３部分に押し付けられる第３プレス面を備え、
前記第３プレス面は、円形である
請求項１５の金属部材製造装置。
送り装置を更に具備し、
前記送り装置は、
前記金属材料を前記第１方向に垂直な第２方向に送る第１ローラーと、
前記金属材料を前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向に送る第２ローラーとを備える
請求項７乃至１６のいずれかに記載の金属部材製造装置。