JP5851813B2 - 板状ワークの湾曲保持装置および湾曲保持方法ならびに湾曲成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状ワークを湾曲した状態で保持し、ピーン成形等の加工を行うための、板状ワークの湾曲保持装置および湾曲保持方法ならびに湾曲成形方法に関するものである。

例えば航空機の翼のように、面積が大きくて複雑な曲面を備えた金属板を成形する場合に、近年ではピーン成形、あるいはショットピーニングと呼ばれる成形方法が広く用いられている。この成形方法は、特許文献１，２等に開示されているように、金属の板状ワークを保持し、この板状ワークに向けて、ショットと呼ばれる直径０．５〜４ｍｍ程度の鋼球を高速で投射して勢い良く衝突させることにより、板状ワークに塑性歪を発生させて所望の形状に湾曲成形する成形方法である。

このようなピーン成形を行うにあたり、予め板状ワークをその弾性変形範囲内で湾曲させて保持しておいてからショットを投射すると、板状ワークに付与された弾性応力（ストレス）が板状ワークの変形を促進させて成形性が格段に高まることが知られており、この工法はストレスピーン成形と呼ばれている。このストレスピーン成形を行うにあたり、特許文献２では、その図８（ｂ）に開示されているように、板状ワークを当て治具に強制的に沿わせて固定具で固定することにより板状ワークを弾性変形させている。

また、当て治具を用いずに、クランプ状の保持装置や、油圧ジャッキを応用した保持装置により板状ワークを湾曲状態で保持することも行われていた。この場合は、上記の保持装置によってピーン成形後に板状ワークが完成形状と同一、もしくは近似する曲率となるようなストレスを付与するために、スプリングバックを見込んだ所定の曲率を有するテンプレート（Ｒ状の型板）を板状ワークの湾曲面に当てて湾曲率を確認しながら所定の曲率に設定していた。

特許第３７４０１０３号公報 特許第３８６９７８３号公報

しかしながら、当て治具を用いて板状ワークを弾性変形させる方法では、航空機の主翼のように、長手方向に複雑に変化する曲率に対応させるには巨大な当て治具が必要になり、しかもこの巨大な当て治具を複数の機種や部位に応じていくつも用意しなければならないため、当て治具の製造に費用が掛かる上に、その保管に多大な場所が費やされてしまという問題がある。

一方、当て治具を用いず、クランプ状の保持装置や油圧ジャッキを応用した保持装置により板状ワークを湾曲状態で保持する方法では、保持装置のストロークの調整およびテンプレートによる湾曲形状の管理等が作業者の技量に左右されやすく、加工された板状ワークの形状の再現性、即ち製品の均一性に問題が生じやすかった。

さらに、近年の航空機の翼においては、スキンと呼ばれる外板と、この外板の内側に設けられるストリンガーと呼ばれるリブ状の補強部材とが一体化されたインテグラル・スキンが多用されており、このようなインテグラル・スキンを前述のストレスピーン成形により湾曲成形する場合には、湾曲形状を付与するための治具やテンプレート等の型部材をストリンガーに干渉させずに用いることが困難であった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、型部材を用いず、簡素かつ汎用性の高い構成により、板状ワークに自由に湾曲形状を付与することができ、インテグラル・スキンにも適用することのできる汎用性の高い板状ワークの湾曲保持装置および湾曲保持方法ならびに湾曲成形方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
即ち、本発明に係る板状ワークの湾曲保持装置の第１の態様は、板状ワークを、その弾性変形範囲内で湾曲させて保持するための湾曲保持装置であって、前記板状ワークの湾曲断面に直交する方向から見て、該板状ワークの一方の面の互いに離れた２点に当接可能な２つの支持点と、同じく前記板状ワークの湾曲断面に直交する方向から見て、前記板状ワークの他方の面に、前記支持点に挟まれる位置で当接可能な少なくとも１つの加圧点と、前記２つの支持点と前記加圧点の少なくとも一方を、前記板状ワークの板厚方向に進退させる進退駆動手段と、前記加圧点に加わる荷重を検出する荷重検出手段と、前記荷重検出手段からの荷重データが入力され、所定の荷重が加わるように前記進退駆動手段を駆動させる制御手段とを具備してなり、前記制御手段は、前記板状ワークを湾曲させながらショットを投射してピーン成形を行う場合において、前記荷重検出手段から入力される荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、前記ショットの投射を停止させる制御を行うことを特徴とする。

上記構成によれば、２つの支持点と、少なくとも１つの加圧点との間に板状ワークを介在させ、進退駆動手段によって支持点と加圧点の少なくとも一方を板状ワークに向かって移動させることにより、加圧点によって板状ワークが押圧され、板状ワークが湾曲する。その時の湾曲率は、支持点と加圧点の、板状ワークの面方向に沿う相対位置や、支持点と加圧点の数量、加圧点による押圧量等により任意に設定することができる。

また、支持点と加圧点は必ずしも一直線上に配置しなくてもよく、支持点と加圧点の相対位置を板状ワークの面方向にずらすことによって、板状ワークに捻じれた湾曲形状等を付与することもできる。このため、板状ワークの形状や大きさ、目標とする湾曲形状等に拘わらず、単一の湾曲保持装置によって板状ワークに自由に湾曲形状を付与することができる。

したがって、従来のように当て治具やテンプレート等の型部材を用意することなく、簡素かつ汎用性の高い構成によって板状ワークを湾曲させることができる。しかも、支持点と加圧点とが板状ワークに対して点接触するため、航空機の翼のように外板（スキン）とリブ状の補強部材（ストリンガー）とが一体化されたインテグラル・スキンでも、支持点または加圧点を補強部材以外の部位に当接させることにより、簡単に湾曲させることができる。
また、例えば、板状ワークを湾曲保持した状態でピーン加工を施し、板状ワークが湾曲した形状を保つように塑性変形させる場合には、上記構成とすることにより、簡素な構成で板状ワークに正確な湾曲率を付与することができる。即ち、湾曲する前の板状ワークの高さと、支持点の高さとの相対関係に拘わらず、支持点は板状ワークに当たったら、その高さで止まってその位置を保持する機能があれば、あとは荷重検出手段により加圧点に加わる荷重を検出しながら、加圧点の方だけを板状ワーク側に移動させることにより、板状ワークを湾曲させることができる。
さらに、上記構成とした場合、湾曲保持された板状ワークにショットが投射されてピーン加工が進むにつれ、板状ワークが平坦に戻ろうとする反力が減少し、荷重検出手段から制御手段に入力される荷重データが減少していく。したがって、この荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、板状ワークの湾曲加工が完了したと判断でき、ピーン加工を終了することができる。このため、ピーン加工に費やされる時間を必要最小限とし、加工時間の短縮および省力化に貢献することができる。

また、本発明に係る板状ワークの湾曲保持装置の第２の態様は、前記第１の態様において、前記板状ワークの湾曲断面に直交する方向から見て、前記２点の支持点が第１の間隔で前記板状ワークの一方の面に当接し、２点の前記加圧点が前記第１の間隔よりも狭い第２の間隔で前記板状ワークの他方の面に当接し、前記第１の間隔の中心点と前記第２の間隔の中心点とが合致していることを特徴とする。

上記構成によれば、２点の加圧点の間の区間における板状ワークの湾曲率が均一かつ対称になるため、板状ワークを希望する湾曲率に一致させやすくなる。また、湾曲させた板状ワークにピーン加工を施して湾曲成形する場合には、その成形性を高めることができる。

また、本発明に係る板状ワークの湾曲保持装置の第３の態様は、前記第１または第２の態様において、前記支持点と前記加圧点の少なくとも一点は、前記板状ワークの面方向に独立的に移動可能であることを特徴とする。

上記構成とした場合、例えば支持点と加圧点のいずれかの点の位置を板状ワークの面方向に移動させることにより、湾曲形状や湾曲率を自由に設定することができる。例えば、支持点および加圧点を、板状ワークの湾曲断面に直交する方向に一直線に並ばないように配置することにより、板状ワークを捩る、あるいは捻るような形状に湾曲させることができる。
また、支持点や加圧点を共に複数設け、これらを全て板状ワークの面方向に移動可能にした場合には、複雑な複合曲面にも容易に対応することができる。さらに、板状ワークに当接させる支持点および加圧点の数を、板状ワークの大きさに合った数量に調整することができる。

また、本発明に係る板状ワークの湾曲保持装置の第４の態様は、前記第１から第３のいずれかの態様において、前記進退駆動手段は、全ての前記支持点および前記加圧点をそれぞれ独立的に進退させることができるように設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、複数の支持点および加圧点の、板状ワークに対する進退位置（突き出し量）を異ならせることができ、これによって板状ワークを複雑な複合曲面等に湾曲保持することができる。

また、本発明に係る板状ワークの湾曲保持装置の第５の態様は、前記第１から第４のいずれかの態様において、前記板状ワークを下方から支持するワーク支持部材を有し、前記ワーク支持部材は、付勢手段により下方から付勢され、前記付勢手段の付勢強度は、前記板状ワークの自重を支持することができ、かつ前記板状ワークが湾曲成形された際において、該板状ワークが撓ることにより加わる反力を吸収できる程度に設定されていることを特徴とする。

上記構成によれば、湾曲保持を行う前の板状ワークをワーク支持部材によって確実に保持して安定性を高めることができる。また、湾曲保持が開始されると、板状ワークが撓り、その反力がワーク支持部材に加わるが、この時にはワーク支持部材を付勢する付勢部材により板状ワークの反力が吸収されるため、板状ワークを所望する形状に湾曲させ易い。

また、本発明に係る板状ワークの湾曲保持装置の第６の態様は、前記第５の態様において、前記ワーク支持部材は転動体であり、その上に載置された前記板状ワークを面方向に送ることができることを特徴とする。

上記構成によれば、面積の大きな板状ワークを湾曲成形する場合には、所定部位の湾曲保持が終了した後、支持点と加圧点による加圧を一旦解除してから板状ワークを面方向に容易に送り、再び支持点と加圧点による加圧を行って板状ワークの別な部位を湾曲させることができる。

また、本発明に係る板状ワークの湾曲保持装置の第７の態様は、前記第１から第６のいずれかの態様において、前記支持点を進退させる前記進退駆動手段は、アクチュエータの動力をボールねじ機構を介して前記支持点に伝達する構成であることを特徴とする。

上記構成によれば、支持点と加圧点との間に板状ワークを設置し、進退駆動手段によって支持点と加圧点との間隔を狭めて板状ワークを湾曲させた時に、ボールねじ機構を介して進退する支持点は、加圧点から加わる加圧力に対して後退することがない。このため、加圧点による押圧量や押圧力を正確に制御でき、板状ワークの成形性を高めることができる。

また、本発明に係る板状ワークの湾曲保持装置の第８の態様は、前記第１から第７のいずれかの態様において、前記支持点と前記加圧点との、各々の進退位置を検出する進退位置検出手段と、前記進退位置検出手段からの進退位置データが入力され、所定の進退位置となるように前記進退駆動手段を駆動させる制御手段と、をさらに有することを特徴とする。

上記構成によれば、支持点と加圧点との間の相対間隔が適正になるように制御することができ、これによって板状ワークに正確な湾曲率を付与することができる。

また、本発明に係る板状ワークの湾曲保持装置の第９の態様は、前記第１から第８のいずれかの態様において、前記板状ワークの湾曲率を検出する湾曲率検出手段と、前記湾曲率検出手段からの湾曲率データが入力され、所定の湾曲率となるように前記進退駆動手段を駆動させる制御手段と、をさらに有することを特徴とする。

上記構成によれば、板状ワークが所定の湾曲率に達するまで制御手段が進退駆動手段を駆動して支持点と加圧点との相対位置が設定される。このように、板状ワークの実際の湾曲率を計測しながら支持点と加圧点との相対位置が決定されるため、正確な湾曲率にすることができる。

また、本発明に係る板状ワークの湾曲保持方法の第１の態様は、板状ワークを、その弾性変形範囲内で湾曲させて保持しながら、ショットを投射してピーン成形を行うための湾曲保持方法であって、前記板状ワークの一方の面に少なくとも２つの支持点を当接させ、前記板状ワークの他方の面の、前記支持点に挟まれる位置に少なくとも１つの加圧点を当接させ、前記支持点と前記加圧点の少なくとも一方を、前記板状ワークの板厚方向に進めることにより前記板状ワークを湾曲させるとともに、前記加圧点に加わる荷重を検出し、この荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、前記ショットの投射を停止させることを特徴とする。

上記方法によれば、少なくとも２つの支持点と、少なくとも１つの加圧点との間に板状ワークを介在させ、支持点と加圧点の少なくとも一方を板状ワークの板厚方向に進めることにより、加圧点によって板状ワークを押圧し、板状ワークを湾曲させることができる。その時の湾曲率は、支持点と加圧点の、板状ワークの面方向に沿う相対位置や、支持点と加圧点の数量、加圧点による押圧量等により任意に設定することができる。

また、支持点と加圧点の相対位置を板状ワークの面方向にずらすことによって、板状ワークに捻じれた湾曲形状を付与することもできる。このため、板状ワークの形状や大きさ、目標とする湾曲形状等に拘わらず、板状ワークに自由な湾曲形状を付与することができる。

したがって、従来のように当て治具やテンプレート等の型部材を用いることなく、板状ワークに湾曲形状を付与することができる。しかも、支持点と加圧点を板状ワークに対して点接触させるため、航空機の翼のように外板（スキン）とリブ状の補強部材（ストリンガー）とが一体化されたインテグラル・スキン等でも、支持点または加圧点を補強部材以外の部位に当接させることにより、簡単に湾曲成形することができる。

また、本発明に係る板状ワークの湾曲保持方法の第２の態様は、前記第１の態様において、前記板状ワークの湾曲断面に直交する方向から見て、２点の前記支持点を第１の間隔で前記板状ワークの一方の面に当接させる一方、２点の前記加圧点を前記第１の間隔よりも狭い第２の間隔で前記板状ワークの他方の面に当接させ、前記第１の間隔の中心点と前記第２の間隔の中心点とを合致させた状態で前記板状ワークを湾曲保持することを特徴とする。

上記方法によれば、２点の加圧点の間の区間における板状ワークの湾曲率が均一かつ対称になるため、板状ワークを希望する湾曲率に一致させやすくなる。

また、本発明に係る板状ワークの湾曲成形方法は、前記第１から第９の態様に記載の板状ワークの湾曲保持装置を用いて板状ワークを湾曲保持しながら、該板状ワークの一方の面からショットを投射してピーン成形を施すことにより、前記板状ワークを湾曲させることを特徴とする。

上記方法によれば、湾曲保持装置によって板状ワークが予めその弾性変形範囲内で湾曲保持され、この状態でショットが投射されてピーン成形が施されるため、板状ワークに付与された弾性応力（ストレス）により板状ワークの変形が促進され、板状ワークの成形性を格段に高めることができる。

以上のように、本発明に係る板状ワークの湾曲保持装置および湾曲保持方法によれば、型部材を用いず、簡素かつ汎用性の高い構成により、湾曲成形する板状ワークに湾曲形状を付与することができる。特に、航空機の翼に用いられている、外板（スキン）と補強部材（ストリンガー）とが一体化されたインテグラル・スキンの湾曲保持に好適である。

航空機のインテグラルスキンを湾曲成形させる例を示す斜視図である。 本発明に係る湾曲保持装置の概念的な基本構成を示す図である。 本発明に係る湾曲保持装置の具体例を示す正面図である。 図３のIV矢視による側面図である。 図４のV矢視による平面図である。 湾曲保持装置の作動順序を示し、（ａ）は板状ワークがワーク支持ローラの上に載置された状態を示し、（ｂ）は支持点が板状ワークの上面に当接した状態を示し、（ｃ）は加圧点が板状ワークの下面に当接した状態を示し、（ｄ）は加圧点が上昇して板状ワークが湾曲した状態を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態について、図１〜図６を参照しながら説明する。
本実施形態における湾曲保持装置１は、平面視（図５参照）で矩形（長方形）に形成されている。説明の便宜上、その一辺（短手方向）に沿う方向をＸ軸方向と呼び、他辺（長手方向）に沿う方向をＹ軸方向と呼び、高さ方向をＺ軸方向と呼ぶ。

湾曲保持装置１は、例えば図１に示すような、スキンと呼ばれるアルミニウム合金の外板２と、ストリンガーと呼ばれるリブ状の補強部材３とが一体化された航空機用のインテグラル・スキン４を、ピーン成形によって鞍状や球面状に湾曲させる際に、予めインテグラル・スキン４をその弾性変形範囲内で湾曲させて保持しておき、その状態でショットを投射してインテグラル・スキン４を湾曲成形するストレスピーン成形を行うためのプリストレス保持装置である。しかし、インテグラル・スキン４に限らず、普通の平坦な金属板を湾曲保持することができる。以下の説明では平坦な板状ワークＷを湾曲保持するものとして説明する。

図２は、湾曲保持装置１の概念的な基本構成を示している。また、図３から図５は、それぞれ湾曲保持装置１の具体例を示す正面図、側面図、平面図である。この湾曲保持装置１は、Ｙ軸方向視（図２、図３参照）において、水平に設置された板状ワークＷの一方の面（例えば上面）に当接可能な２つの支持点２５ａと、板状ワークＷの他方の面（例えば下面）に、Ｘ方向において２つの支持点２５ａに挟まれる位置で当接可能な２つの加圧点４０ａとを備えている。

図３に示すＹ軸方向視では、支持点２５ａと加圧点４０ａが２つずつ設けられているが、図４に示すＸ軸方向視では、支持点２５ａと加圧点４０ａがＹ軸方向に複数配列されている。本実施形態では、支持点２５ａがＹ軸方向に例えば６点配列され、合計１２点の支持点２５ａが設けられている。また、加圧点４０ａがＹ軸方向に例えば２点配列され、合計４点の支持点２５ａが設けられている。さらに、図２に示すように、湾曲保持装置１は、制御ユニット６（制御手段）と、反力吸収装置７と、湾曲率計測器８（湾曲率検出手段）を備えている。湾曲率計測器８は板状ワークＷの上面等にあてがわれて板状ワークＷの湾曲率を実測して検出するものであり、その湾曲率データが表示部８ａに表示されるとともに、制御線Ｓ１を介して制御ユニット６にも入力される。

支持点２５ａと加圧点４０ａの基本的な位置関係は、図２に示すように、板状ワークＷの湾曲断面に直交する方向（Ｙ軸方向）から見て、２点の支持点２５ａが間隔Ｌｓ（第１の間隔）で板状ワークＷの下面に当接する一方、２点の加圧点４０ａが間隔Ｌｓよりも狭い間隔Ｌｐ（第２の間隔）で板状ワークＷの上面に当接し、かつ間隔Ｌｓの中心点と間隔Ｌｐの中心点とが中心線Ｌｃ上で合致している状態である。

湾曲保持装置１は、Ｘ軸方向に平行に延びる２本の梁状の横フレーム枠材１１と、Ｙ軸方向に平行に延びる２本の梁状の縦フレーム枠材１２とにより平面視で矩形（長方形）をなすベースフレーム１０を有しており、対向する横フレーム枠材１１の間に、Ｙ軸方向に延びる２本のロアークロスビーム１３が架け渡されている。また、ベースフレーム１０の四隅からはそれぞれ支持柱１４がＺ軸方向に沿って延び、Ｙ軸方向に並ぶ支持柱１４の上端同士がＹ軸方向に延びる２本のアッパークロスビーム１５で連結されている。さらに、ロアークロスビーム１３の上に、Ｘ軸方向に延びる２本の可動ビーム１６が載置されている。可動ビーム１６は、ロアークロスビーム１３の上面に敷設されたガイドレール１８とリニアベアリング１９によってＹ軸方向にスムーズに移動できる。なお、ベースフレーム１０の四隅下面には移動および固定用のブレーキ付キャスタ２０が設けられている。

図３に示すように、アッパークロスビーム１５は、２本のチャンネル材１５ａが背中合わせに間隔を空けて配置され、その間に一定の幅を持つスリット１５ｂが形成された構造である。スリット１５ｂには複数（ここでは６基）の支持ユニット２３（進退駆動手段）が配列されている。各支持ユニット２３は、伸縮シリンダ構造であり、そのシリンダ２４の軸線がＺ軸方向に指向し、シリンダ２４から支持ロッド２５が下方に向かって進退する。この支持ロッド２５の先端が前述の支持点２５ａとなる。各支持ユニット２３は、アッパークロスビーム１５（スリット１５ｂ）に沿ってＹ軸方向に移動でき、板状ワークＷの押圧部位に合わせて任意の位置に固定することができる。この支持ユニット２３の移動は手動により行ってもよいし、図示しない駆動機構により行ってもよい。

各支持ユニット２３のシリンダ２４上端には、それぞれサーボモータ２７がアクチュエータとして設けられており、このサーボモータ２７の動力（回転力）が、ボールねじ機構２８（図３参照）を介して支持ロッド２５（支持点２５ａ）に伝達され、支持点２５ａを進退させるようになっている。図２に示すように、サーボモータ２７は制御線Ｓ２により制御ユニット６に接続され、制御ユニット６によって制御される。さらに、各支持ユニット２３のシリンダ２４には、支持点２５ａのＺ軸方向の位置（支持ロッド２５の進退位置）を検出するリニアスケール２９（進退位置検出手段）が設置され、制御ユニット６に接続されている。このリニアスケール２９は制御線Ｓ３によって制御ユニット６に接続され、リニアスケール２９により検出された支持点２５ａの進退位置データが制御ユニット６に入力される。

一方、２本の可動ビーム１６の上面には、それぞれ２基の加圧ユニット３３（進退駆動手段）が設置されている。これら合計４基の加圧ユニット３３は、可動ビーム１６の上面に敷設されたガイドレール３４およびリニアベアリング３５によってＸ軸方向にスムーズに移動できる。加圧ユニット３３は、リニアベアリング３５に支持された、Ｙ軸方向視で略Ｌ字形の可動ベッド３６を備えており、この可動ベッド３６に、サーボモータ３７（アクチュエータ）と、昇降部３８と、Ｚ軸方向に延びる軸状の下段加圧ロッド３９および上段加圧ロッド４０と、ロードセル４１（荷重検出手段）とが搭載されて構成されている。ロードセル４１は、可動ベッド３６の縦壁部に設けられたガイドレール４３およびリニアベアリング４４によってＺ軸方向にスムーズに移動できる。そして、ロードセル４１を間に挟んで下段加圧ロッド３９と上段加圧ロッド４０が同軸状に連結されており、下段加圧ロッド３９が昇降部３８をＺ軸方向に貫通している。

昇降部３８は例えばネジジャッキである。サーボモータ３７の回転軸はＸ軸方向に延びて昇降部３８の内部に側面から軸通し、その回転が昇降部３８内部の図示しないギヤによって向きを９０度変向されて、下段加圧ロッド３９のＺ軸方向への動きに変換される。このため、サーボモータ３７が作動すると下段加圧ロッド３９とロードセル４１と上段加圧ロッド４０が一体となってＺ軸方向に摺動する。サーボモータ３７は制御線Ｓ４によって制御ユニット６に接続され（図２参照）、制御ユニット６により制御される。そして、上段加圧ロッド４０の先端が前述の加圧点４０ａとなる。

さらに、図２に示すように、各加圧ユニット３３には、加圧点４０ａのＺ軸方向の位置（上段加圧ロッド４０の進退位置）を検出するリニアスケール４５（進退位置検出手段）が設置され、制御ユニット６に接続されている。このリニアスケール４５は制御線Ｓ５によって制御ユニット６に接続され、リニアスケール４５により検出された加圧点４０ａの進退位置データが制御ユニット６に入力される。また、ロードセル４１は、加圧点４０ａに加わる荷重を検出するものであり、制御線Ｓ６によって制御ユニット６に接続され、ロードセル４１により検出された荷重データが制御ユニット６に入力される。

前述のように、支持ユニット２３は、アッパークロスビーム１５のスリット１５ｂに沿ってＹ軸方向に移動することができる。また、加圧ユニット３３は、可動ビーム１６に沿ってＸ軸方向に移動でき、さらに可動ビーム１６がＹ軸方向に移動できるため、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方に移動することができる。したがって、支持点２５ａと加圧点４０ａは、板状ワークＷの面方向に独立的に移動することができる。
さらに、全ての支持点２５ａおよび加圧点４０ａは、その進退駆動手段である支持ユニット２３および加圧ユニット３３によって、それぞれ独立的にＺ軸方向に進退させることができる。これらの制御は全て制御ユニット６により行われる。

また、図２〜図４に示すように、前述の反力吸収装置７は湾曲保持装置１のＹ軸方向に沿う両面に設けられている。Ｙ軸方向に隣合う２本の支持柱１４には、それぞれローラ支持ステー４８がローラ昇降機構４９（図４参照）によりＺ軸方向に摺動自在に設けられており、これらのローラ支持ステー４８の間に、Ｙ軸方向に延びるワーク支持ローラ５０（ワーク支持部材）が回転自在に軸支されている。ローラ支持ステー４８およびワーク支持ローラ５０は、スプリング５１（付勢手段）により下方から付勢されている。１本のワーク支持ローラ５０を支持する両側のローラ昇降機構４９は、スプリング５１と共に、高さ調整ハンドル５２および高さ調整軸５３によって両側同時に手動でＺ軸方向に昇降させることができる。なお、図３にはローラ昇降機構４９が簡略的に記載されている。

これら２本のワーク支持ローラ５０により、湾曲される前の板状ワークＷが下方から支持され、転動体であるワーク支持ローラ５０によって板状ワークＷを面方向（ここではＸ軸方向）に送ることができる。スプリング５１の付勢強度は、板状ワークＷの自重を支持することができ、かつ後述するように板状ワークＷが湾曲成形された際において、板状ワークＷが撓ることにより加わる反力を吸収できる程度に設定されている。

以上のように構成された湾曲保持装置１の作動を図６に基づいて説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、板状ワークＷがワーク支持ローラ５０の上に載置される。この時、支持ユニット２３の支持ロッド２５（支持点２５ａ）と、加圧ユニット３３の上段加圧ロッド４０（加圧点４０ａ）は板状ワークＷに接触していない。このため、板状ワークＷの重量がワーク支持ローラ５０によって保持される。板状ワークＷの高さは、ローラ昇降機構４９の高さ調整ハンドル５２（図４参照）によってＺ軸方向に調整することができる。

次に、図６（ｂ）に示すように、支持点２５ａが板状ワークＷの上面に当接するまで支持ユニット２３の支持ロッド２５が降下する。この動作は、制御ユニット６が支持ユニット２３のサーボモータ２７を制御することにより行われる。なお、複数の支持ロッド２５は、必ずしも全部同じ高さに降下させるとは限らない。

次に、図６（ｃ）に示すように、加圧点４０ａが板状ワークＷの下面に当接するまで加圧ユニット３３の上段加圧ロッド４０が上昇する。この動作は、制御ユニット６が加圧ユニット３３のサーボモータ３７を制御することにより行われる。なお、複数の上段加圧ロッド４０は、必ずしも全部同じ高さに上昇させるとは限らない。

さらに、図６（ｄ）に示すように、加圧ユニット３３の上段加圧ロッド４０が、図６（ｃ）の位置よりも上昇すると、支持ロッド２５の支持点２５ａと、上段加圧ロッド４０の加圧点４０ａとの間で板状ワークＷが湾曲する。この時の湾曲率は、板状ワークＷの弾性変形範囲内に設定される。

このように板状ワークＷが湾曲すると、板状ワークＷのＸ方向中央部が上方に撓ることにより、板状ワークＷの両端部が下方に下がり、ワーク支持ローラ５０に反力が加わるが、ワーク支持ローラ５０のスプリング５１の付勢強度が、この板状ワークＷからの反力を吸収できる程度に設定されているため、反力を受けたワーク支持ローラ５０がｈだけ下方に下がる。

そして、このように板状ワークＷが湾曲保持された状態で、例えばピーニング装置５５によりショット５６の投射が行われる。このように予め板状ワークＷをその弾性変形範囲内で湾曲させて保持しておいてからショット５６を投射すると、板状ワークＷに付与された弾性応力（ストレス）が板状ワークＷの変形を促進させるため、板状ワークＷの成形性を格段に高めることができる。

制御ユニット６は、例えば下記の３つの方式で湾曲保持装置１を制御する。
（１）リニアスケール２９，４５から支持点２５ａと加圧点４０ａの進退位置データを入力され、支持点２５ａと加圧点４０ａが所定の進退位置となるようにサーボモータ２７とサーボモータ３７を駆動させて、板状ワークＷを湾曲保持する。
（２）ロードセル４１から加圧点４０ａに加わる荷重データが入力され、所定の荷重が加わるようにサーボモータ３７を駆動させて、板状ワークＷを湾曲保持する。この制御は（１）の制御と共に行ってもよい。
（３）湾曲率計測器８から湾曲率データを入力され、所定の湾曲率となるようにサーボモータ３７を駆動させて、板状ワークＷを湾曲保持する。この制御は（１），（２）の制御と共に行ってもよい。

（１）の制御とした場合には、支持点２５ａと加圧点４０ａとの間の相対間隔が適正になるように制御することができ、これによって板状ワークＷに比較的正確な湾曲率を付与することができる。

（２）の制御を行った場合には、例えば上記のように板状ワークＷを湾曲保持した状態でピーン加工を施して塑性変形させる場合に、簡素な構成によってピーン加工後の板状ワークＷに正確な湾曲率を付与することができる。即ち、湾曲する前の板状ワークＷの高さと、支持点２５ａの高さとの相対関係に拘わらず、支持点２５ａには板状ワークＷに当たったらその高さで止まってその位置を保持する機能を付与するだけでよく、あとはロードセル４１から加圧点４０ａに加わる荷重を検出しながら加圧点４０ａを板状ワークＷ側に移動させることにより、板状ワークＷに正確な湾曲率を付与することができる。こうすれば、支持点２５ａの高さを制御する必要がなくなるため、リニアスケール２９を省くとともに、制御ユニット６のグレードを下げ、さらにサーボモータ２７を安価なエアモータ等に置換することができ、装置の構成を簡素かつ安価にすることができる。

（３）の制御とした場合には、板状ワークＷが所定の湾曲率に達するまで制御ユニット６が加圧ユニット３３を駆動して支持点２５ａと加圧点４０ａとの相対位置が設定される。このように、板状ワークＷの実際の湾曲率を計測しながら支持点２５ａと加圧点４０ａとの相対位置が決定されるため、正確な湾曲率にすることができる。

ところで、前記のように板状ワークＷを湾曲させながらピーニング装置５５によりショット５６を投射してピーン成形を行う場合においては、制御ユニット６によりピーニング装置５５の制御も同時に行うようにし、ピーン加工中にロードセル４１から入力される荷重データを監視し、この荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、ショット５６の投射を停止させるように制御してもよい。

上記のように制御した場合、湾曲保持された板状ワークＷにショット５６が投射されてピーン加工が進むにつれ、板状ワークＷが平坦に戻ろうとする反力が減少して行き、ロードセル４１から制御ユニット６に入力される荷重データが減少していく。したがって、この荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、板状ワークＷの湾曲加工が完了したと判断でき、ピーン加工を終了することができる。このため、ピーン加工に費やされる時間を必要最小限とし、加工時間の短縮および省力化に貢献することができる。

以上のように、この湾曲保持装置１は、板状ワークＷの一方の面に当接可能な２つの支持点２５ａと、板状ワークＷの他方の面に、支持点２５ａに挟まれる位置で当接可能な加圧点４０ａと、支持点２５ａを加圧点４０ａ側に進退させる支持ユニット２３と、加圧点４０ａを支持点２５ａ側に進退させる加圧ユニット３３とを具備している。

このため、支持点２５ａと加圧点４０ａとの間に板状ワークＷを介在させ、加圧点４０ａと支持点２５ａとの相対間隔を狭めることにより、加圧点４０ａによって板状ワークＷを押圧して板状ワークＷを湾曲させることができる。この時の湾曲率は、支持点２５ａと加圧点４０ａの、板状ワークＷの面方向（Ｘ方向およびＹ方向）に沿う相対位置や、支持点２５ａと加圧点４０ａの数量、および加圧点４０ａによる押圧量（押圧ストロークおよび／または押圧荷重）等により任意に設定することができる。

しかも、支持点２５ａと加圧点４０ａは必ずしも一直線上に配置しなくてもよく、支持点２５ａと加圧点４０ａの相対位置を板状ワークＷの面方向にずらすことによって、板状ワークＷに捻じれた湾曲形状等を付与することもできる。以上のため、板状ワークＷの形状や大きさ、目標とする湾曲形状等に拘わらず、単一の湾曲保持装置１によって板状ワークＷに自由に湾曲形状を付与することができる。

したがって、従来のように当て治具やテンプレート等の型部材を用意することなく、簡素かつ汎用性の高い構成によって板状ワークＷを湾曲させることができる。しかも、支持点２５ａと加圧点４０ａとが板状ワークＷに対して点接触するため、図１に示すように、外板２とリブ状の補強部材３とが一体化された航空機のインテグラル・スキン４であっても、支持点２５ａまたは加圧点４０ａを補強部材３以外の部位に当接させることによって簡単に湾曲させることができる。

また、この湾曲保持装置１は、図２に示すように、板状ワークＷの湾曲断面に直交する方向（Ｙ軸方向）から見て、２点の支持点２５ａを間隔Ｌｓで板状ワークＷの一方の面（例えば上面）に当接させ、２点の加圧点４０ａを支持点２５ａの間隔Ｌｓよりも狭い間隔Ｌｐで板状ワークＷの他方の面（例えば下面）に当接させ、支持点２５ａの間隔Ｌｓの中心点と加圧点４０ａの間隔Ｌｐの中心点とを中心線Ｌｃに合致させた状態で板状ワークＷを湾曲保持することを基本的な位置関係としている。このため、２点の加圧点４０ａの間の区間における板状ワークＷの湾曲率を均一かつ対称にすることができ、板状ワークＷを希望する湾曲率に一致させやすくなる。また、湾曲させた板状ワークＷにピーン加工を施して湾曲成形する場合には、その成形性を高めることができる。

図２に示すように、２つの支持点２５ａから等しい距離Ｌｄ、即ち（Ｌｓ−Ｌｐ）／２の位置に配置された２つの加圧点４０ａに等しい荷重が加えられた場合、２つの加圧点４０ａの間の区間（図２に示す区間Ｌｐ）では、曲げモーメントが一定となり、いわゆる純曲げ（pure bending）の状態となって、均一な湾曲率が得られる。因みに、２つの加圧点４０ａの間の区間Ｌｐに加わる最大曲げモーメントは、板状ワークＷの板厚およびＹ軸方向への幅が均一であるとして、Ｐ・Ｌｄ／２の式で求められる（Ｐは２つの加圧点４０ａの合計荷重）。

また、この湾曲保持装置１は、板状ワークＷの面方向に対し、支持点２５ａをＹ軸方向に独立的に移動可能にし、加圧点４０ａをＸ軸方向およびＹ軸方向に独立的に移動可能にしたため、例えば支持点２５ａと加圧点４０ａのいずれかの点の位置を板状ワークＷの面方向に移動させることにより、板状ワークＷの湾曲形状や湾曲率を自由に設定することができ、複雑な複合曲面にも容易に対応することができる。

例えば、支持点２５ａおよび加圧点４０ａを、板状ワークＷの湾曲断面に直交する方向に一直線に並ばないように配置することにより、板状ワークＷを捩る、あるいは捻るような形状に湾曲させることができる。さらに、板状ワークＷに当接させる支持点２５ａおよび加圧点４０ａの数を、板状ワークＷの大きさや湾曲させる面積に合った数量に調整することができる。

さらに、この湾曲保持装置１は、全ての支持点２５ａと加圧点４０ａとが、それぞれ支持ユニット２３および加圧ユニット３３によってＺ軸方向に独立的に進退させることができるため、複数の支持点２５ａおよび加圧点４０ａの、板状ワークＷに対する進退位置（突き出し量）を異ならせることができる。これにより、板状ワークＷを複雑な複合曲面等に湾曲保持させやすくできる。

また、この湾曲保持装置１は、板状ワークＷを下方から支持する反力吸収装置７を有し、この反力吸収装置７のワーク支持ローラ５０がスプリング５１により下方から付勢され、スプリング５１の付勢強度は、板状ワークＷの自重を支持することができ、かつ板状ワークＷが湾曲成形された際において、板状ワークＷが撓ることにより加わる反力を自然に吸収できる程度に設定されている。

このため、湾曲保持を行う前の板状ワークＷをワーク支持ローラ５０によって確実に保持して安定性を高めることができる。また、湾曲保持が開始されると、板状ワークＷが撓り、その反力がワーク支持ローラ５０に加わるが、この時にはワーク支持ローラ５０を付勢するスプリング５１により板状ワークＷの反力が吸収されるため、板状ワークＷに無用な外力が加わらず、板状ワークＷを所望する形状に湾曲させ易い。

ワーク支持ローラ５０は転動体であり、その上に載置された板状ワークＷをＸ軸方向に送ることができるため、面積の大きな板状ワークＷを湾曲成形する場合には、所定部位の湾曲保持が終了した後、支持点２５ａと加圧点４０ａによる加圧を一旦解除してから板状ワークＷをＸ軸方向に送り、再び支持点２５ａと加圧点４０ａによる加圧を行って板状ワークＷの別な部位を湾曲させることが容易に行える。

一方、支持点２５ａを進退させる支持ユニット２３は、サーボモータ２７の動力をボールねじ機構２８を介して前記支持点２５ａに伝達する構成であるため、支持点２５ａと加圧点４０ａとの間に板状ワークＷを設置し、支持ユニット２３によって支持点２５ａと加圧点４０ａとの間隔を狭めて板状ワークＷを湾曲させた時に、ボールねじ機構２８を介して進退する支持点２５ａが、加圧点４０ａから加わる加圧力に対して後退することがない。このため、加圧点４０ａによる押圧量や押圧力を正確に制御でき、板状ワークＷの成形性を高めることができる。

なお、本発明は上記の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。例えば、上記実施形態では板状ワークＷの上面に支持点２５ａが当接し、下面に加圧点４０ａが当接する構成となっているが、支持点２５ａと加圧点４０ａの上下関係は逆でもよい。

また、上記実施形態ではワーク支持部材としてワーク支持ローラ５０を用いているが、ローラに限らず、球状やキャスター状のワーク支持部材としてよい。こうすれば、板状ワークＷをＸ軸方向のみに限らずＹ軸方向や他の方向にも移動させることができる。

１ 湾曲保持装置
４ インテグラル・スキン
６ 制御ユニット（制御手段）
７ 反力吸収装置
８ 湾曲率計測器（湾曲率検出手段）
２３ 支持ユニット（進退駆動手段）
２５ 支持ロッド
２５ａ 支持点
２７，３７ サーボモータ（アクチュエータ）
２８ ボールねじ機構
２９，４５ リニアスケール（進退位置検出手段）
３３ 加圧ユニット（進退駆動手段）
４０ 上段加圧ロッド
４０ａ 加圧点
４１ ロードセル（荷重検出手段）
５０ ワーク支持ローラ（ワーク支持部材）
５１ スプリング（付勢手段）
Ｌｓ 支持点の間隔（第１の間隔）
Ｌｐ 加圧点の間隔（第２の間隔）
Ｌｃ 中心線
Ｗ 板状ワーク

Claims (12)

1. 板状ワークを、その弾性変形範囲内で湾曲させて保持するための湾曲保持装置であって、
   前記板状ワークの湾曲断面に直交する方向から見て、前記板状ワークの一方の面の互いに離れた２点に当接可能な２つの支持点と、
   同じく前記板状ワークの湾曲断面に直交する方向から見て、前記板状ワークの他方の面に、前記支持点に挟まれる位置で当接可能な少なくとも１つの加圧点と、
   前記２つの支持点と前記加圧点の少なくとも一方を、前記板状ワークの板厚方向に進退させる進退駆動手段と、
   前記加圧点に加わる荷重を検出する荷重検出手段と、
   前記荷重検出手段からの荷重データが入力され、所定の荷重が加わるように前記進退駆動手段を駆動させる制御手段と、
   を具備してなり、
   前記制御手段は、前記板状ワークを湾曲させながらショットを投射してピーン成形を行う場合において、前記荷重検出手段から入力される荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、前記ショットの投射を停止させる制御を行うことを特徴とする板状ワークの湾曲保持装置。
2. 前記板状ワークの湾曲断面に直交する方向から見て、前記２点の支持点が第１の間隔で前記板状ワークの一方の面に当接し、２点の前記加圧点が前記第１の間隔よりも狭い第２の間隔で前記板状ワークの他方の面に当接し、
   前記第１の間隔の中心点と前記第２の間隔の中心点とが合致していることを特徴とする請求項１に記載の板状ワークの湾曲保持装置。
3. 前記支持点と前記加圧点の少なくとも一点は、前記板状ワークの面方向に独立的に移動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の板状ワークの湾曲保持装置。
4. 前記進退駆動手段は、全ての前記支持点および前記加圧点をそれぞれ独立的に進退させることができるように設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の板状ワークの湾曲保持装置。
5. 前記板状ワークを下方から支持するワーク支持部材を有し、
   前記ワーク支持部材は、付勢手段により下方から付勢され、
   前記付勢手段の付勢強度は、前記板状ワークの自重を支持することができ、かつ前記板状ワークが湾曲成形された際において、該板状ワークが撓ることにより加わる反力を吸収できる程度に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の板状ワークの湾曲保持装置。
6. 前記ワーク支持部材は転動体であり、その上に載置された前記板状ワークを面方向に送ることができることを特徴とする請求項５に記載の板状ワークの湾曲保持装置。
7. 前記支持点を進退させる前記進退駆動手段は、アクチュエータの動力をボールねじ機構を介して前記支持点に伝達する構成であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の板状ワークの湾曲保持装置。
8. 前記支持点と前記加圧点との、各々の進退位置を検出する進退位置検出手段と、
   前記進退位置検出手段からの進退位置データが入力され、所定の進退位置となるように前記進退駆動手段を駆動させる制御手段と、
   をさらに有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の板状ワークの湾曲保持装置。
9. 前記板状ワークの湾曲率を検出する湾曲率検出手段と、
   前記湾曲率検出手段からの湾曲率データが入力され、所定の湾曲率となるように前記進退駆動手段を駆動させる制御手段と、
   をさらに有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の板状ワークの湾曲保持装置。
10. 板状ワークを、その弾性変形範囲内で湾曲させて保持しながら、ショットを投射してピーン成形を行うための湾曲保持方法であって、
    前記板状ワークの一方の面に少なくとも２つの支持点を当接させ、
    前記板状ワークの他方の面の、前記支持点に挟まれる位置に少なくとも１つの加圧点を当接させ、
    前記支持点と前記加圧点の少なくとも一方を、前記板状ワークの板厚方向に進めることにより前記板状ワークを湾曲させるとともに、
    前記加圧点に加わる荷重を検出し、この荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、前記ショットの投射を停止させることを特徴とする板状ワークの湾曲保持方法。
11. 前記板状ワークの湾曲断面に直交する方向から見て、２点の前記支持点を第１の間隔で前記板状ワークの一方の面に当接させる一方、２点の前記加圧点を前記第１の間隔よりも狭い第２の間隔で前記板状ワークの他方の面に当接させ、
    前記第１の間隔の中心点と前記第２の間隔の中心点とを合致させた状態で前記板状ワークを湾曲保持することを特徴とする請求項１０に記載の板状ワークの湾曲保持方法。
12. 請求項１から９に記載の板状ワークの湾曲保持装置を用いて板状ワークを湾曲保持しながら、該板状ワークの一方の面からショットを投射してピーン成形を施すことにより、前記板状ワークを湾曲させることを特徴とする板状ワークの湾曲成形方法。

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