JP2010179364A

JP2010179364A - 打ち抜きされた金属部品を形成する方法

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Publication number: JP2010179364A
Application number: JP2009290634A
Authority: JP
Inventors: Eugenio Ferreira Cunha; フェレイラクーニャエウジェーニオ; Emira Meka; メカエミラ; James Bernabe; ベルナベジェームス; Jason Sicotte; シコットジェイソン
Original assignee: Barnes Group Inc
Current assignee: Barnes Group Inc
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2010-08-19
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Also published as: JP6039875B2; US20100154504A1; EP2202010A3; EP2202010A2; JP2016040050A; US8434340B2

Abstract

【課題】改善された性質を有するおよび／または使用可能な寿命を延長する、打ち抜きされた金属部品を製造する方法の提供。
【解決手段】（ａ）約０．２インチ（約０．５１ｃｍ）以下の厚さを有する平らな金属シート材料を用意する工程、（ｂ）平らな金属シート材料を金属打ち抜きプロセスへ適用して、打ち抜きされた金属部品を形成する工程、打ち抜きされた金属部品は、頂部および底部の表面並びに縁を有し、金属打ち抜きプロセスは、打ち抜きされた金属部品の疲労破壊開始箇所を最低にする、（ｃ）打ち抜きされた金属部品を仕上げる工程、仕上げ工程は、打ち抜きされた金属部品の縁の少なくとも一部におけるバリを除去すること、縁の少なくとも一部を丸くすることを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、打ち抜きされた金属部品を製造する方法に関し、さらに特に弾性のあるたわみ部品（ｆｌｅｘｕｒｅ）に関する。本発明の方法は、改善された性質および／または延長した寿命を有する打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用される。

弾性のあるたわみ部品例えば変換器のたわみ部品およびディスプレーサーのたわみ部品は、コンプレッサー、スターリングサイクルエンジン、ヒートポンプなどで通常用いられる。特に、変換器のたわみ部品およびディスプレーサーのたわみ部品は、同軸の非回転の線状の往復運動のための内部に設けられたフレクサーベアリングアセンブリに通常用いられ、そして典型的な例では動力コンバージョン機械に使用されるが、変換器のたわみ部品およびディスプレーサーのたわみ部品は、他のまたは別の用途および／または他のまたは別の産業で使用される。変換器のたわみ部品およびディスプレーサーのたわみ部品の用途の本発明を限定しない例は、本明細書で参考として引用される特許文献１−３に説明されている。変換器のたわみ部品およびディスプレーサーのたわみ部品は、循環操作の拡大した期間に通常使用される。そのため、変換器のたわみ部品およびディスプレーサーのたわみ部品の連続する往復運動は、最終的には、変換器のたわみ部品およびディスプレーサーのたわみ部品の損傷および破壊をもたらし、そのため変換器のたわみ部品および／またはディスプレーサーのたわみ部品並びに変換器のたわみ部品およびディスプレーサーのたわみ部品を含む機械の周期的な保守、置換および修理が必要になる。その結果、変換器のたわみ部品およびディスプレーサーのたわみ部品を含む機械に伴う保守コストおよび休止時間を減らすために、変換器のたわみ部品およびディスプレーサーのたわみ部品の寿命を改善する必要性が常に存在する。

ＵＳ５５２２２１４ＵＳ５９０６２１８ＵＳ５９２０１３３

本発明は、改善された性質を有するおよび／または打ち抜きした金属部品の使用可能な寿命を延長する、打ち抜きされた金属部品を形成するための打ち抜きされた金属部品を製造する方法に関する。

本発明を限定しない本発明の側面の１つでは、打ち抜きされた金属部品を製造する方法は、打ち抜きされた金属部品、例えば弾性のあるたわみ部品（これに限定されない）、例えば変換器のたわみ部品および／またはディスプレーサーのたわみ部品（これらに限定されない）を形成するのに使用でき、アセンブリに必要な平坦さを有しそして１０億サイクル以上のサイクル寿命を与えることができる。本発明を限定しない本発明の態様の１つでは、打ち抜きされた金属部品を製造する方法は、アセンブリに必要な平坦さを有しそして５０億サイクル以上のサイクル寿命を与えることができる打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用できる。本発明を限定しない本発明の態様の１つでは、打ち抜きされた金属部品を製造する方法は、アセンブリに必要な平坦さを有しそして５０億サイクル以上のサイクル寿命を与えることができる打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用できる。本発明を限定しない本発明の態様の１つでは、打ち抜きされた金属部品を製造する方法は、アセンブリに必要な平坦さを有しそして１００億サイクル以上のサイクル寿命を与えることができる打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用できる。本発明を限定しない本発明の他のおよび／または別の態様では、打ち抜きされた金属部品を製造する方法は、アセンブリに必要な平坦さを有しそして打ち抜きされた金属部品について少なくとも１年間の保守の不要な性能をもたらすようなサイクル寿命を有する打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用できる。本発明を限定しない本発明の他のおよび／または別の態様では、打ち抜きされた金属部品を製造する方法は、アセンブリに必要な平坦さを有しそして打ち抜きされた金属部品について少なくとも５年間の保守の不要な性能をもたらすようなサイクル寿命を有する打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用できる。本発明を限定しない本発明の他のおよび／または別の態様では、打ち抜きされた金属部品を製造する方法は、アセンブリに必要な平坦さを有しそして打ち抜きされた金属部品について少なくとも１０年間の保守の不要な性能をもたらすようなサイクル寿命を有する打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用できる。本発明を限定しない本発明の他のおよび／または別の態様では、打ち抜きされた金属部品を製造する方法は、アセンブリに必要な平坦さを有しそして打ち抜きされた金属部品について少なくとも２０年間の保守の不要な性能をもたらすようなサイクル寿命を有する打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用できる。

本発明を限定しない本発明の他のおよび／または別の側面では、打ち抜きされた金属部品を製造する方法は、以下の方法の工程の１つ以上を含み、すなわち、（１）金属打ち抜きプロセス（例えばクリーンエッジ打ち抜きなど）、（２）熱処理プロセス（例えば特定の熱処理など）、（３）仕上げプロセス（例えばＩＳＯ仕上げ、ＣＢＦなど）および／または（４）応力付加および／または硬化変性プロセス（例えば特定のピーニングプロセスなど）を含む。本発明を限定しない本発明の態様の１つによれば、本発明による打ち抜きされた金属部品を形成する方法は、前記の工程（１）および（４）の使用を含む。本発明を限定しない本発明の他の態様によれば、本発明による打ち抜きされた金属部品を形成する方法は、前記の工程（１）および（３）の使用を含む。本発明を限定しない本発明の他の態様によれば、本発明による打ち抜きされた金属部品を形成する方法は、前記の工程（１）、（３）および（４）の使用を含む。本発明を限定しない本発明の他の態様によれば、本発明による打ち抜きされた金属部品を形成する方法は、前記の工程（１）、（２）および（３）の使用を含む。本発明を限定しない本発明の他の態様によれば、本発明による打ち抜きされた金属部品を形成する方法は、前記の工程（１）−（４）の使用を含む。

金属打ち抜きのプロセス工程（例えばクリーンエッジ打ち抜きなど）は、非常に応力がかかった打ち抜きされた金属部品例えば変換器のたわみ部品および／またはディスプレーサーのたわみ部品（これらに限定されない）の性能を改善するのに使用される金属型抜きプロセスである。金属打ち抜きプロセスは、典型的な例では、縁の破壊を最低にする特定の工具デザインを有する高性能の厳しい公差のダイス（例えばカーバイド、ＣＰＭ１０Ｖなど）の使用を含む。金属打ち抜きプロセスは、疲労破壊が生成する可能性のある開始箇所の数を減らすようにデザインされる。金属打ち抜きプロセスは、破壊された構造の少ない、バリのコントロールが良好な、直線の縁が多いそして打ち抜きされた金属部品の平坦さが改善された部品の縁を生成する、より精密な打ち抜きプロセスを生ずる。破壊された構造の少ない、バリのコントロールが良好な、直線の縁が多いそして平坦さが改善された打ち抜きされた金属部品を製造することによって、打ち抜きされた金属部品の使用可能な寿命が増大する。金属打ち抜きプロセスは、疲労破壊の開始箇所（例えば、バリ、破壊された構造または割れ、直線ではない縁、曲がった域または応力集中（ｓｔｒｅｓｓｒｉｓｅｒｓ）など）を最小にするようにデザインされるが、一般に完全には排除できない。本発明を限定しない本発明の他の態様では、打ち抜きされた金属部品は、金属打ち抜きプロセス後、約５％より低い縁の破壊構造、典型的な例では約２％より低い縁の破壊構造、より典型的な例では約１％より低い破壊構造そしてさらに典型的な例では約０．５％より低い破壊構造を含む。本発明を限定しない本発明の他の態様では、打ち抜きされた金属部品は、金属打ち抜きプロセス後、少なくとも約０．０００１％の縁の破壊構造、典型的な例では少なくとも約０．００１％の縁の破壊構造、より典型的な例では少なくとも約０．０１％の破壊構造そしてさらに典型的な例では少なくとも約０．１％の破壊構造を含む。金属打ち抜きプロセスは、典型的な例では、工具製造プロセス中、厳しい公差により形成される精密な工具の使用を含む。一般に、工具は、高品質の原料（例えばカーバイド、ＣＰＭ１０Ｖなど）から少なくとも部分的に形成される。金属打ち抜きプロセスにより形成される打ち抜きされた金属部品は、一般に、約３ｍｍ以内、典型的な例では約２ｍｍ以内、より典型的な例では約１ｍｍ以内そしてさらに典型的な例では約０．５ｍｍ以内のサイズ公差を有する。金属打ち抜きプロセスは、打ち抜きされた高張力の予め焼き戻された材料を含み、せん断が最低で破壊がコントロールされ縁の条件が最高の部品を生成する。理解されるように、金属打ち抜きプロセスは、予め硬化された材料でも使用できる。金属打ち抜きプロセスは、一般に、打ち抜かれた縁の応力集中（例えば、部品の曲がりまたはゆがみ、部品の凹凸の域など）を減らし、そのため形成された打ち抜きされた金属部品の疲労寿命を延長する。本発明を限定しない本発明の他の態様では、打ち抜きされた金属部品は、金属打ち抜きプロセス後、約５％より低い応力集中、典型的な例では約２％より低い応力集中、より典型的な例では約１％より低い応力集中そしてさらに典型的な例では約０．５％より低い応力集中を含む。本発明を限定しない本発明の他の態様では、打ち抜きされた金属部品は、金属打ち抜きプロセス後、少なくとも約０．０００１％の応力集中、典型的な例では少なくとも約０．００１％の応力集中、より典型的な例では少なくとも約０．０１％の応力集中そしてさらに典型的な例では少なくとも約０．１％の応力集中を含む。本発明を限定しない本発明の他の態様では、打ち抜きされた金属部品は、金属打ち抜きプロセス後、約５％より少ないバリ、典型的な例では約２％より少ないバリ、より典型的な例では約１％より少ないバリそしてさらに典型的な例では約０．５％より少ないバリを含む。本発明を限定しない本発明の他の態様では、打ち抜きされた金属部品は、金属打ち抜きプロセス後、少なくとも約０．０００１％のバリ、典型的な例では少なくとも約０．００１％のバリ、より典型的な例では少なくとも約０．０１％のバリそしてさらに典型的な例では少なくとも約０．１％のバリを含む。本発明を限定しない本発明の他の態様では、打ち抜きされた金属部品は、金属打ち抜きプロセス後、互いに平行な平坦な面にある上面および底面を有し、そして上面および底面の少なくとも約９０％が平坦な打ち抜きされた金属部品を形成する平行な平坦な面にあり、典型的な例では上面および底面の少なくとも約９５％が平坦な打ち抜きされた金属部品を形成する平行な平坦な面にあり、より典型的な例では上面および底面の少なくとも約９８％が平坦な打ち抜きされた金属部品を形成する平行な平坦な面にあり、さらに典型的な例では上面および底面の少なくとも約９９％が平坦な打ち抜きされた金属部品を形成する平行な平坦な面にあり、そしてさらにより典型的な例では上面および底面の少なくとも約９９．５％が平坦な打ち抜きされた金属部品を形成する平行な平坦な面にある。本発明を限定しない本発明の他の態様では、打ち抜きされた金属部品は、打ち抜きされた金属部品の平坦な面から偏りを有することがなく、または約０．０５インチ（約０．１３ｃｍ）より大きい高さの差を有することがなく、そして典型的な例では、打ち抜きされた金属部品の平坦な面から偏りを有することがなく、または約０．０１インチ（約０．０２５ｃｍ）より大きい高さの差を有することがなく、そしてより典型的な例では、打ち抜きされた金属部品の平坦な面から偏りを有することがなく、または約０．００８インチ（約０．０２ｃｍ）より大きい高さの差を有することがなく、そしてさらに典型的な例では、打ち抜きされた金属部品の平坦な面から偏りを有することがなく、または約０．００５インチ（約０．０１３ｃｍ）より大きい高さの差を有することがない。例えば、もし打ち抜きされた金属部品の厚さが０．０３９インチ（約０．１ｃｍ）であり、許容される最大の高さの偏りが０．００８インチ（約０．０２ｃｍ）ならば、打ち抜きされた金属部品の最大の高さは、平坦な表面に置かれたとき、０．０４７インチ（約０．１２ｃｍ）以下である。一般に、打ち抜きされた金属部品の厚さに対する打ち抜きされた金属部品の曲がりの最大量は、５０％より少なく、典型的な例では約４０％より少なく、より典型的な例では約３０％より少なく、さらに典型的な例では約２５％より少なく、さらにより典型的な例では約２０％より少なく、そしてもっと典型的な例では約１５％より少ない。例えば、もし打ち抜きされた金属部品の厚さが、打ち抜きプロセス前に０．０３９インチ（約０．１ｃｍ）でありそして打ち抜きされた金属部品の最大の高さの偏りが約０．００８インチ（約０．０２ｃｍ）であるならば（すなわち、打ち抜きされた金属部品の最大の高さが、平坦な表面に置かれたとき、約０．０４７インチ（約０．１２ｃｍ）である）、打ち抜きされた金属部品の厚さに対する打ち抜きされた金属部品の曲がりの最大量は、０．００８／０．０３９すなわち２０．５１％である。これらの平坦さのパラメーターは、一般に、打ち抜きされた金属部品のそれぞれのプロセス工程に維持されるが、打ち抜きされた金属部品の平坦さの量は、打ち抜きされた金属部品が種々のプロセス工程により加工されるので、それぞれのプロセス工程後変化するだろう。

熱処理のプロセス（例えば特定された熱処理など）は、金属打ち抜きプロセスにより形成された打ち抜きされた金属部品を硬化するようにデザインされる。一般に、熱処理プロセスは、真空で打ち抜きされた金属部品を加熱し硬化するが、これは必須ではない。熱処理プロセスは、もし金属打ち抜きプロセスで打ち抜きされた材料が予め硬化された金属材料であるならば、任意のプロセスである。熱処理プロセスは、一般に、打ち抜きされた金属部品へ１つ以上のコーティングを適用する工程を含むが、これは必須ではない。打ち抜きされた金属部品を加熱し硬化する前に打ち抜きされた金属部品をコーティングすることは、加熱および硬化後、打ち抜きされた金属部品が他の打ち抜きされた金属部品への付着または結合を減少または防止する、および／または加熱および硬化プロセス中加熱表面への付着または結合を減少または防止することが分かった。打ち抜きされた金属部品の他の打ち抜きされた金属部品および／または加熱表面への付着または結合は、打ち抜きされた金属部品および／または加熱された表面から離すとき、硬化された打ち抜きされた金属部品の曲がりおよび／またはそれ以外の損傷を生じさせる。種々のタイプのコーティング材料が使用できる。本発明を限定しない材料は、マグネシウム、マグネシウム化合物、シリカ化合物および／または同様な材料を含むが、これらに限定されない。厚さの薄い打ち抜きされた金属部品は、加熱および硬化プロセス中、一般に、取り付け具中に保持されて、加熱および硬化プロセス中の打ち抜きされた金属部品の曲がりまたはゆがみを阻止または防止する。約０．２インチ（約０．５ｃｍ）より薄い厚さを有する打ち抜きされた金属部品が、加熱および硬化されたとき、望ましい平坦さを維持できないことが分かっている。そのため、打ち抜きされた金属部品は、熱処理プロセス中取り付け具に配置されて、打ち抜きされた金属部品のさらなる曲がりまたはゆがみを減少または防止する。本発明を限定しない本発明の態様の１つでは、打ち抜きされた金属部品の加熱および硬化中取り付け具に配置された打ち抜きされた金属部品は、厚さが約０．１インチ（約０．２５４ｃｍ）より薄い。本発明を限定しない本発明の他の態様では、打ち抜きされた金属部品の加熱および硬化中取り付け具に配置された打ち抜きされた金属部品は、厚さが約０．０５インチ（約０．１３ｃｍ）より薄い。本発明を限定しない本発明の他の態様では、打ち抜きされた金属部品の加熱および硬化中取り付け具に配置された打ち抜きされた金属部品は、厚さが約０．０４インチ（約０．１ｃｍ）より薄い。本発明を限定しない本発明の他の態様では、打ち抜きされた金属部品の加熱および硬化中取り付け具に配置された打ち抜きされた金属部品は、厚さが約０．０３インチ（約０．０７６ｃｍ）より薄い。本発明を限定しない本発明の他の態様では、打ち抜きされた金属部品の加熱および硬化中取り付け具に配置された打ち抜きされた金属部品は、厚さが約０．０２インチ（約０．０５ｃｍ）より薄い。本発明を限定しない本発明の他の態様では、打ち抜きされた金属部品の加熱および硬化中取り付け具に配置された打ち抜きされた金属部品は、厚さが約０．０１インチ（０．０２５ｃｍ）より薄い。熱処理プロセスは、打ち抜きされた金属部品の硬化および打ち抜きされた金属部品のゆがみまたは曲がりの最小化の両者を行うようにデザインされる。

熱処理のプロセスは、以下の５つの工程の１つ以上を含む。
（工程１）所望により、打ち抜きされた金属部品の１つ以上をコーティングする。熱処理プロセスの開始前に、打ち抜きされた金属部品のそれぞれは、一般に、加熱および硬化プロセス中１つ以上の打ち抜きされた金属部品がともに付着するのを阻止または防止する材料により被覆される。コーティングは、一般に、打ち抜きされた金属部品の一面または両面へ適用されるドライコーティング材である。使用可能なドライコーティング材の本発明を限定しない例は、マグネシウム（Ｍｇ）および／または珪素・酸素化合物（ＳｉＯ_２、シリカ）を含むが、これらに限定されない。一般に、打ち抜きされた金属部品の外側の表面の全部が被覆されるが、これは必須ではない。一般に、打ち抜きされた金属部品は、打ち抜きされた金属部品の２つ以上が加熱および硬化プロセス中互いに積み重ねされるとき、被覆されるが、これは必須ではない。

（工程２）所望により、打ち抜きされた金属部品を取り付け具に配置する。もし打ち抜きされた金属部品が被覆されるならば、このような打ち抜きされた金属部品は、取り付け具が加熱および硬化プロセス中に使用されるとき、このような部品を取り付け具に配置する前に、被覆される。打ち抜きされた金属部品が薄い金属材料から形成されるとき、打ち抜きされた金属部品は、典型的な例では、加熱および硬化プロセス中打ち抜きされた金属部品の曲がりまたはゆがみを最小にするように取り付け具に配置される。打ち抜きされた金属部品は、取り付け具に配置されたとき、互いに積み重ねられるか、またはその逆で積み重ねられることがない。取り付け具材料は、一般に、打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用される材料とは異なる材料から形成されるが、これは必須ではない。取り付け具材料は、一般に、打ち抜きされた金属部品を加熱および硬化するのに使用される温度で、打ち抜きされた金属部品を形成する材料より膨張が少ない材料から形成されるが、これは必須ではない。打ち抜きされた金属部品が取り付け具に配置されるとき、打ち抜きされた金属部品は、第１の高い温度へ打ち抜きされた金属部品を加熱する前に、取り付け具に配置されるが、これは必須ではない。

（工程３）打ち抜きされた金属部品の温度を室温から第１の高い温度へ上げる。熱処理されるべき鋼のタイプは、第１の高い温度を決定する重要な因子である。ステンレス鋼材では、第１の高い温度は少なくとも華氏約１２００度（約６４９℃）、典型的な例では少なくとも華氏約１４００度（７６０℃）、より典型的な例では華氏約１４００−１６５０度（約７６０−８９９℃）、さらに典型的な例では華氏約１４５０−１６００度（約７８８−８７１℃）、そしてもっと典型的な例では華氏約１５００−１５５０度（約８１６−８４３℃）である。一般に、第１の高い温度は、打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用される材料の焼なまし温度の約３０−９０％であり、典型的な例では打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用される材料の焼なまし温度の約４０−７５％であり、より典型的な例では打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用される材料の焼なまし温度の約５０−７０％であり、そしてさらに典型的な例では打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用される材料の焼なまし温度の約６０−７０％である。室温または周囲温度（例えば華氏７０度（約２１℃））から第１の高い温度へ温度を上げる時間は、一般に、少なくとも約０．５時間、典型的な例では少なくとも約１時間、より典型的な例では少なくとも約１−５時間、そしてさらに典型的な例では少なくとも約１−２時間である。第１の高い温度へ上げる時間は、一般に、加熱および硬化される打ち抜きされた金属部品の数および／または互いに積み重ねされた打ち抜きされた金属部品の数（もし複数の打ち抜きされた金属部品が互いに積み重ねられるならば）に依存する。例えば、複数の打ち抜きされた金属部品が互いに積み重ねられるとき、より多くの部品が互いに積み重ねられるので、積み重ねられた打ち抜きされた金属部品を第１の高い温度へ適切に加熱するのに、より長い時間が必要になることが分かっている。打ち抜きされた金属部品は、打ち抜きされた金属部品のまわりの雰囲気をコントロールしそして第１の高い温度への打ち抜きされた金属部品の加熱中打ち抜きされた金属部品の腐食を避けるために、不活性雰囲気（例えば真空、窒素雰囲気など）中に含まれるが、これは必須ではない。第１の高い温度は、一般に、打ち抜きされた金属部品に関する焼なまし温度より低いが、これは必須ではない。

（工程４）第１の高い温度から第２の高い温度へ上げる。ステンレス鋼材では、第２の高い温度は、華氏約１６５０度（約８９９℃）より高く、典型的な例では少なくとも華氏約１７５０度（約９５４℃）、より典型的な例では華氏約１７５０−２２００度（約９５４−１２０４℃）、さらに典型的な例では華氏約１８００−２０００度（約９８２−１０９３℃）、そしてもっと典型的な例では華氏約１８５０−１９００度（約１０１０−１０３８℃）であり、そして少なくとも約０．２５時間、典型的な例では少なくとも約０．５時間、より典型的な例では約０．５−３時間そしてさらに典型的な例では約０．５−１．５時間、このような第２の高い温度で打ち抜きされた金属部品を加熱する。一般に、第２の高い温度は、打ち抜きされた金属部品を焼なますのに足る高い温度であるが、これは必須ではない。一般に、打ち抜きされた金属部品が第２の高い温度に維持される時間は、打ち抜きされた金属部品を適切に焼なますのに十分であるが、これは必須ではない。第２の高い温度へ上げる時間は、一般に、加熱および硬化される打ち抜きされた金属部品の数および／または互いに積み重ねされた打ち抜きされた金属部品の数（もし複数の打ち抜きされた金属部品が互いに積み重ねられるならば）に依存する。例えば、複数の打ち抜きされた金属部品が互いに積み重ねられるとき、より多くの部品が互いに積み重ねられるので、積み重ねられた打ち抜きされた金属部品を第１の高い温度へ適切に加熱するのに、より長い時間が必要になることが分かっている。第１の高い温度から第２の高い温度へ温度を上げる時間は、一般に、少なくとも約０．２５時間、典型的な例では約０．２５−２時間、より典型的な例では約０．５−１．５時間、そしてさらに典型的な例では約０．５−１時間である。打ち抜きされた金属部品は、打ち抜きされた金属部品のまわりの雰囲気をコントロールしそして第１の高い温度から第２の高い温度への打ち抜きされた金属部品の加熱中打ち抜きされた金属部品の腐食を避けるために、不活性雰囲気（例えば真空、窒素雰囲気など）中に含まれるが、これは必須ではない。第２の高い温度へ加熱される前に第１の高い温度に打ち抜きされた金属部品が維持される時間は、一般に、約０−１時間そして典型的な例では約０−０．５時間である。打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用される材料が炭素鋼であるとき、第１の高い温度へ温度を上げる工程は排除され、そして炭素鋼は周囲温度または室温から焼なまし温度へ加熱されるが、これは必須ではない。理解されるように、炭素鋼の焼なまし温度は、ステンレス鋼の焼なまし温度より低い（例えば３０−６０％低い）。

（工程５）雰囲気をコントロールしそして冷却中打ち抜きされた金属部品の腐食さけるために、不活性雰囲気（例えば真空、窒素雰囲気など）中で工程４の加熱された打ち抜きされた金属部品を冷却する。一般に、加熱された打ち抜きされた金属部品は、周囲温度へ冷却されるが、これは必須ではない。本発明を限定しない本発明の側面の１つでは、加熱された打ち抜きされた金属部品は、少なくとも約５００℃へ冷却され、その間不活性雰囲気中に維持される。本発明を限定しない本発明の他の側面では、加熱された打ち抜きされた金属部品は、少なくとも約１００℃へ冷却され、その間不活性雰囲気中に維持される。本発明を限定しない本発明の他の側面では、加熱された打ち抜きされた金属部品は、約７０−８０℃へ冷却され、その間不活性雰囲気中に維持される。冷却工程中、加熱された打ち抜きされた金属部品は、加圧された環境に置かれることができるが、しかしこれは必須ではない。本発明を限定しない本発明の側面の１つでは、加熱された打ち抜きされた金属部品は冷却され、その間少なくとも約１．５バールの加圧された環境に少なくとも部分的に維持される。本発明を限定しない本発明の他の側面では、加熱された打ち抜きされた金属部品は冷却され、その間少なくとも約２バールの加圧された環境に少なくとも部分的に維持される。本発明を限定しない本発明の他の側面では、加熱された打ち抜きされた金属部品は冷却され、その間約２−１０バールの加圧された環境に少なくとも部分的に維持される。本発明を限定しない本発明の他の側面では、加熱された打ち抜きされた金属部品は冷却され、その間約３−８バールの加圧された環境に少なくとも部分的に維持される。本発明を限定しない本発明の他の側面では、加熱された打ち抜きされた金属部品は冷却され、その間約３．５−６バールの加圧された環境に少なくとも部分的に維持される。打ち抜きされた金属部品が冷却された後に、打ち抜きされた金属部品は、一般に、焼なましされた部品であるが、これは必須ではない。一般に、ステンレス鋼から形成された焼なましされた打ち抜きされた金属部品は、華氏４００度（約２０４℃）で少なくとも約４５ＨＲＣ、典型的な例では約４９−５３ＨＲＣの硬度を有する。炭素鋼部品では、硬度は、華氏４００度（約２０４℃）で少なくとも約２０ＨＲＣ、典型的な例では約３０−４５ＨＲＣである。

仕上げのプロセス（例えばＩＳＯ仕上げ、ＣＢＦなど）は、打ち抜きされた金属部品へ改善された疲労寿命をもたらすようにデザインされる。仕上げプロセスは、一般に、バリのないプロセスを含む。仕上げプロセスは、また打ち抜きされた金属部品の疲労寿命および性能を増大させる調整された部品の縁を生ずるようにデザインされる。仕上げプロセスは、一般に打ち抜きされた金属部品の両面に適用されるが、これは必須ではない。一般に、丸い縁は、仕上げプロセスにより打ち抜きされた金属部品上に形成される。鋭い縁の除去は、打ち抜きされた金属部品の疲労寿命および性能を増大させることが分かっている。さらに、仕上げプロセスは、好ましい残留圧縮応力を打ち抜きされた金属部品へ与えるようにデザインされる。仕上げプロセスは、またバリのないタイプ、サイクル時間および打ち抜きされた金属部品に使用される材料のタイプを有する打ち抜きされた金属部品の残留応力を最適にするようにデザインされる。サイクル時間は、部品のデザインおよび縁の必要条件に応じて１時間から６０時間の間を変化する。仕上げプロセスは、打ち抜きされた金属部品のコントロールされた大きさの残留圧縮応力を誘発して打ち抜きされた金属部品の疲労寿命を長くするのに用いられる。仕上げプロセスを用いることにより、打ち抜きされた金属部品は少なくとも約−７０Ｋｓｉの残留圧縮応力、典型的な例では少なくとも約−９０Ｋｓｉの残留圧縮応力、そしてより典型的な例では少なくとも約−１００Ｋｓｉの残留圧縮応力を達成できる。仕上げプロセスは、平滑度（ｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓ）が約０．７５Ｒｚｍａｘ以下、典型的な例では約０．５Ｒｚｍａｘ以下、より典型的な例では約０．２５Ｒｚｍａｘ以下、そしてさらに典型的な例では約０．２Ｒｚｍａｘ以下のような滑らかな仕上げ表面を生成できる。仕上げプロセスは、打ち抜きされた金属部品にランダムなつや消し仕上げを生成して打ち抜きされた金属部品の表面の不完全さを減少させるが、これは必須ではない。仕上げプロセスは、従って打ち抜きされた金属部品の応力を集めるノッチ／バリを排除し、打ち抜きされた金属部品の対称的な仕上げられた縁を取り除いて打ち抜きされた金属部品のひずみを除き、打ち抜き操作から引張り応力を除き、および／または打ち抜きされた金属部品の過剰な仕上げを防ぐ。

応力および／または硬化変性プロセス（例えば特定のピーニングプロセスなど）は、打ち抜きされた金属部品の圧縮応力を増し、打ち抜きされた金属部品中の引張り応力の緩和および／または打ち抜きされた金属部品のひずみ硬化の促進をするようにデザインされる。使用できる本発明を限定しない応力および／または硬化変性プロセスの１つは、ピーニングプロセスである。ピーニングプロセスは、取り付け具に取り付けた打ち抜きされた金属部品の１つ以上の部分をマスキングし、次にショット（例えばガラスビーズのショットなど）を用いて主として部品の高応力域へ局限されたピーニングをもたらすことを含むが、これは必須ではない。応力および／または硬化変性プロセスは、少なくとも約−１１０Ｋｓｉそして典型的な例では少なくとも約−１２０Ｋｓｉへ打ち抜きされた金属部品の圧縮応力を増すのに使用される。応力および／または硬化変性プロセスは、また打ち抜きされた金属部品の引張り応力の緩和および／または打ち抜きされた金属部品のひずみ硬化の促進に使用される。ピーニングプロセスが使用されるとき、マスクは一般にショットから打ち抜きされた金属部品の１つ以上の部分を遮るマスクが使用されるが、これは必須ではない。ショットは、一般に、約２５−２００μｍの粒子サイズを有し、そして種々の材料（例えば、純粋な鋼、ステンレス鋼、セラミック、ガラスなど）から形成される。
改善された寿命を有する打ち抜きされた金属部品を形成するのが本発明を限定しない本発明の目的の１つである。

（１）金属打ち抜きプロセス（例えば、クリーンエッジ打ち抜きなど）、（２）熱処理プロセス（例えば、特定の熱処理など）、（３）仕上げプロセス（例えば、ＩＳＯ仕上げ、ＣＢＦなど）および／または（４）応力および／または硬化変性プロセス（例えば、特定のピーニングプロセスなど）を含むプロセスによって打ち抜きされた金属部品を形成するのが本発明を限定しない本発明の他の目的である。
これらおよび他の目的および利点は、図面とともに以下の記述から明らかになるだろう。

本発明の方法により形成できる、本発明を限定しない打ち抜きされた金属部品の１つの立面図である。図１の打ち抜きされた金属部品の平面図である。図１の打ち抜きされた金属部品の側面図である。本発明の方法により形成できる、本発明を限定しない打ち抜きされた他の金属部品の立面図である。図４の打ち抜きされた金属部品の平面図である。図４の打ち抜きされた金属部品の側面図である。本発明による打ち抜きされた金属部品を形成する本発明を限定しないプロセスのフローチャートである。

示していることは、本発明を限定しない本発明の態様を説明するだけの目的で、本発明を限定することを目的としない図面について、図１−６は、本発明の方法により製造できる本発明を限定しない２つの金属打ち抜き部品１０，２０を説明している。金属打ち抜き部品１０，２０は、種々のタイプの構成要素で使用されているたわみ部品の本発明を限定しない例である。これらの金属打ち抜き部品は、図３および６に描かれているように、一般に平らな部品であり、そしてほぼ一定の厚さを有する。さらに、これらの金属部品は、打ち抜きされた金属部品の寿命のあいだ、何遍もたわみそして曲がるようにデザインされる可動の構成要素を有する。本発明は、金属打ち抜き部品の寿命を改善する金属打ち抜き部品を形成する方法に関する。

図７について、本発明を限定しない本発明の方法が説明されている。本発明の方法は、打ち抜きされた金属部品の改善された性質を有する、および／またはその使用可能な寿命を延長する打ち抜きされた金属部品を形成するようにデザインされている。例えば、打ち抜きされた金属部品の製法は、組み立てに必要な平坦さ、１０億サイクルを越えるサイクル寿命、そして１年以上の保守の不要な性能をもたらすサイクル寿命を有する打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用できる。本発明による打ち抜きされた金属部品の製法は、１つ以上の工程、すなわち（１）金属打ち抜きプロセス、（２）熱処理プロセス、（３）仕上げプロセス、および／または（４）応力および／または硬化変性工程を含む。一般に、これらの工程の２つ以上が本発明の製法で使用される。本発明を限定しない本発明の製法の１つによれば、製法は、前記の工程１，３および４の使用を含む。本発明を限定しない本発明の他の製法によれば、製法は、前記の工程１−４の使用を含む。

再び図７について、金属打ち抜きプロセスは、金属打ち抜きプロセスである。金属打ち抜きプロセスは、典型的な例では、打ち抜きされた金属部品の縁の破壊を最小にする特定の工具デザインを有する高性能の公差の厳しいダイス（例えば、カーバイドダイス、バナジウム合金ダイスなど）を用いる。本発明の金属打ち抜きプロセスは、打ち抜きされた金属部品の生成しがちな疲労破壊開始箇所（例えば、バリ、破壊された構造または亀裂、直線ではない縁、曲がった域または応力集中など）の数を減らすようにデザインされる。本発明の金属打ち抜きプロセスは、部品の縁が、破壊された構造の少ない、バリのコントロールが良好な、縁がより直線状であり、そして平坦さが改善されている、より精密な打ち抜きされた金属部品を形成するのに使用される。図３および６に描かれているように、打ち抜きされた金属部品は、一般に平坦な部品である。本発明の金属打ち抜きプロセスは、打ち抜きされた金属部品の平坦さを維持するようにデザインされる。一般に、打ち抜きされた金属部品は、金属打ち抜きプロセス後、互いに平行かつ平らな面にある頂部および底部の表面を有し、頂部および底部の表面の少なくとも約９０％がこのような平行な平らな面にあって、平らな打ち抜きされた金属部品を形成する。打ち抜きされた金属部品は、一般に、約０．１インチ（約０．２５４ｃｍ）以下の厚さを有する薄い部品である。これらの金属部品が切断されないとき、打ち抜きされた金属部品は、過度に曲がるようになり、そのため打ち抜きされた金属部品の平坦さに悪影響をあたえる。本発明の金属打ち抜きプロセスは、打ち抜きされた金属部品のこのような曲がりを制限するようにデザインされる。一般に、打ち抜きされた金属部品の厚さに対する打ち抜きされた金属部品の曲がりの最大量は、約２５％より小さい。

金属打ち抜きプロセス後、打ち抜きされた金属部品は硬化できる。このプロセス工程は、もし金属打ち抜きプロセスに使用される金属板が、予め硬化された金属板であるならば、省くことができる。非常に薄い打ち抜きされた金属部品について、打ち抜きされた金属部品が金属打ち抜きプロセス中過度に曲がる傾向が、予め硬化された金属板が使用されるとき、増大することが見いだされている。予め硬化されていない金属板が、金属打ち抜きプロセス中使用されるとき、打ち抜きされた金属部品は、典型的な例では、熱処理プロセスにより硬化される。熱処理プロセスは、金属打ち抜きプロセスにより形成される打ち抜きされた金属部品を硬化するようにデザインされる。一般に、熱処理プロセスは、真空中で打ち抜きされた金属部品を加熱かつ硬化する。さらに、熱処理プロセスは、一般に、打ち抜きされた金属部品の加熱および硬化の前に、打ち抜きされた金属部品の外側の表面に１つ以上のコーティングを適用することを含む。打ち抜きされた金属部品の加熱および硬化の前の打ち抜きされた金属部品のコーティングは、打ち抜きされた金属部品が他の打ち抜きされた金属部品へ付着または結合することを防ぐ、および／または加熱および硬化のプロセス中に加熱表面へ付着または結合することを防ぐようにデザインされる。打ち抜きされた金属部品のこのような付着または結合は、他の打ち抜きされた金属部品からおよび／または加熱表面から離すとき、硬化された打ち抜きされた金属部品の曲がりおよび／またはそれ以外の損傷を生じさせる。コーティング材として使用できる、本発明を限定しない材料の例は、マグネシウム金属、マグネシウム化合物および／または珪素化合物を含む。

打ち抜きされた金属部品の厚さが薄いとき、打ち抜きされた金属部品は、加熱および硬化のプロセス中、曲がりまたはゆがむ傾向を有する。約０．２インチ（約０．５ｃｍ）より薄い厚さを有する打ち抜きされた金属部品は、加熱および硬化されたとき、望ましい平坦さを維持できない。そのため、打ち抜きされた金属部品は、打ち抜きされた金属部品の加熱および硬化中、たわみ域に配置されて、加熱および硬化のプロセス中打ち抜きされた金属部品の望ましい平坦さを維持する。
加熱および硬化のプロセスが使用されるとき、このプロセスは以下のプロセス工程のいくつかまたはすべてを含むことができる。

（工程１）任意に、打ち抜きされた金属部品の１つ以上をコーティングする。熱処理の開始前に、打ち抜きされた金属部品のそれぞれは、加熱および硬化のプロセス中１つ以上の打ち抜きされた金属部品がともに付着するのを阻止または防止する材料により被覆できる。コーティングは、一般に、打ち抜きされた金属部品の一面または両面へ適用されるドライコーティング材である。一般に、打ち抜きされた金属部品の外側の表面全部が被覆される。

（工程２）所望により、打ち抜きされた金属部品を取り付け具に配置する。もし打ち抜きされた金属部品が被覆されているならば、この部品は、たわみ部品が加熱および硬化プロセス中で使用されるとき、一般に、打ち抜きされた金属部品を取り付け具に配置する前に被覆される。打ち抜きされた金属部品が取り付け具に配置されるとき、打ち抜きされた金属部品は、一般に、打ち抜きされた金属部品が第１の高い温度へ加熱される前に、取り付け具に配置される。

（工程３）室温または周囲温度から第１の高い温度（例えば、ステンレス鋼、華氏１５００−１５５０度（約８１６−８４３℃））へ打ち抜きされた金属部品の温度を上げる。第１の高い温度へ上げる時間は、一般に、加熱および硬化される打ち抜きされた金属部品の数、および／または互いに積み重ねられる打ち抜きされた金属部品の数（もし複数の打ち抜きされた金属部品が互いに積み重ねられるならば）に依存する。打ち抜きされた金属部品は、一般に、温度を第１の高い温度へ上げる間、不活性雰囲気（例えば、真空、窒素雰囲気など）中に維持されて、打ち抜きされた金属部品のまわりの雰囲気をコントロールし、そして打ち抜きされた金属部品を第１の高い温度へ加熱する間、打ち抜きされた金属部品の腐食を阻止または防止する。

（工程４）第１の高い温度から第２の高い温度（ステンレス鋼、華氏１８５０−１９００度（１０１０−約１０３８℃））へ温度を上げ、次に打ち抜きされた金属部品をこの第２の高い温度に或る時間（例えば、０．５−１．５時間）加熱する。第１の高い温度から第２の高い温度へ温度を上げる時間は、一般に、加熱および硬化される打ち抜きされた金属部品の数、および／または（もし複数の打ち抜きされた金属部品が互いに積み重ねられるならば）互いに積み重ねられる打ち抜きされた金属部品の数に依存する。打ち抜きされた金属部品は、一般に、第２の高い温度へ上げる間および第２の高い温度で加熱する間、不活性雰囲気中に維持されて、打ち抜きされた金属部品のまわりの雰囲気をコントロールしそして打ち抜きされた金属部品を第２の高い温度に加熱している間および打ち抜きされた金属部品が第２の高い温度に維持される間、打ち抜きされた部品の腐蝕を阻止または防止するが、これは必須ではない。

（工程５）加熱された打ち抜きされた金属部品を第２の高い温度から冷却する。一般に、この冷却工程は、不活性雰囲気で行われて、冷却工程中打ち抜きされた部品の腐蝕を阻止または防止する。一般に、加熱された打ち抜きされた金属部品は、周囲温度へ冷却されるが、これは必須ではない。冷却工程中、加熱された打ち抜きされた金属部品は、一般に、加圧された環境（例えば、３．５−６バール）に維持される。打ち抜きされた金属部品が冷却された後、冷却された打ち抜きされた金属部品は、典型的な例では、ステンレス鋼では、華氏４００度（約２０４℃）で約４９−５３ＨＲＣの硬度を有する焼なましした部品である。

予め硬化された熱処理されないプロセスに関する金属打ち抜きプロセス後、またはもし取り付け具が使用されたならば、打ち抜きされた金属部品が処理されそしてこの取り付け具から取り出された後、打ち抜きされた金属部品は、典型的な例では、仕上げプロセスにかけられる。仕上げプロセスは、一般的に、バリ除去プロセスを含む。仕上げプロセスは、また一般に、打ち抜きされた金属部品の疲労寿命および性能を増大する、調節された部品の縁を生成するようにデザインされる。打ち抜きされた金属部品から鋭い縁を除くことは、打ち抜きされた金属部品の疲労寿命および性能を増すことが分かっている。仕上げプロセスは、また打ち抜きされた金属部品に好ましい残留圧縮応力を生成するのに使用できる。仕上げプロセスは、また打ち抜きされた金属部品に仕上げ表面を生成するのに使用できる（例えば、０．２５Ｒｚｍａｘ）。仕上げプロセスは、また打ち抜きされた金属部品にランダムなつや消し仕上げを生成するのに使用されて、打ち抜きされた金属部品の表面の不完全さを減らす。

打ち抜きされた金属部品が仕上げプロセスにより処理された後、打ち抜きされた金属部品は、典型的な例では、応力および／または硬化変性プロセスにかけられる。本発明を限定しないタイプの応力および／または硬化変性プロセスの１つは、ピーニングプロセスである。ピーニングプロセスが使用されるとき、打ち抜きされた金属部品の１つ以上の部分は、マスクされて、打ち抜きされた金属部品へ局限されたピーニングをもたらすが、これは必須ではない。局限されたピーニングが使用されるとき、このような局限されたピーニングは、一般に、打ち抜きされた金属部品の高い応力の域に使用される。応力および／または硬化変性プロセスは、一般に、打ち抜きされた金属部品の一部または打ち抜きされた金属部品全体で、打ち抜きされた金属部品の圧縮応力（例えば、少なくとも約−１２０Ｋｓｉなど）を増すのに使用される。応力および／または硬化変性プロセスは、また打ち抜きされた金属部品の引張り応力の緩和、および／または打ち抜きされた金属部品のひずみ硬化の促進に使用できる。

本明細書において、本発明の好ましい態様の構造および構成に、かなり力点を置いたが、他の態様並びに本明細書で開示された態様の改変が、本発明の趣旨から離れることなく、なされることは、理解されるだろう。好ましい態様のこれらおよび他の改変、並びに本発明の他の態様は、本明細書から当業者には明白でありそして示唆されており、それにより前記の記述が本発明の単なる例示でありそして本発明を制限するものではないことは、明らかに理解されるべきである。

１０金属打ち抜き部品
２０金属打ち抜き部品

Claims

（ａ）約０．２インチ（約０．５１ｃｍ）以下の厚さを有する平らな金属シート材料を用意する工程、
（ｂ）該平らな金属シート材料を金属打ち抜きプロセスへ供給して、打ち抜きされた金属部品を形成する工程、ここで該打ち抜きされた金属部品は、頂部および底部の表面並びに縁を有し、該金属打ち抜きプロセスは、該打ち抜きされた金属部品の疲労破壊開始箇所を最少にするようにデザインされたダイを含む、
（ｃ）該打ち抜きされた金属部品を仕上げる工程、ここで該仕上げ工程は、該打ち抜きされた金属部品の該縁の少なくとも一部におけるバリを除去すること、および該打ち抜きされた金属部品の該縁の少なくとも一部を丸くすることを含み、仕上げ後の該打ち抜きされた金属部品は、少なくとも約０．７５Ｒｚｍａｘの平滑度を有する、
を含むことを特徴とする１つ以上のたわみ域を含む打ち抜きされた部品を形成する方法。
該仕上げ工程前に該打ち抜きされた金属部品を熱処理する工程を含み、該熱処理工程は、（ａ）該打ち抜きされた金属部品が隣接して配置された物体と結合するのを阻止する材料による、該打ち抜きされた金属部品のコーティング、（ｂ）真空または不活性環境中での打ち抜きされた金属部品の焼なまし温度への加熱、（ｃ）真空または不活性環境中での該打ち抜きされた金属部品の冷却を含む請求項１の方法。
該仕上げ工程後該打ち抜きされた金属部品を応力または硬化変性する工程を含み、該応力または硬化変性工程は、該打ち抜きされた金属部品中の引張り応力の緩和、該打ち抜きされた金属部品中のひずみ硬化の促進、またはこれらの組み合わせを行う請求項１または２の方法。
該金属打ち抜きプロセス後の該打ち抜きされた金属部品が、（ａ）約０．０００１−５％の縁の破壊または破断構造を有し、（ｂ）約３ｍｍ以内のサイズ公差を有し、（ｃ）約０．０００１−５％の応力集中を有し、（ｄ）約０．０００１−５％のバリを有し、（ｅ）互いに平行な平らな面にある該頂部および該底部の表面を有し、さらに該頂部および底部の表面の少なくとも約９０％が該平行な平らな面にあり、（ｆ）約５０％より小さい該打ち抜きされた金属部品の厚さに対する曲がりの最大量を有する請求項１−３の何れか１つの項の方法。
該打ち抜きされた金属部品の該熱処理工程が、（ａ）真空または不活性雰囲気中で第１の高い温度への該打ち抜きされた部品の加熱、ここで該第１の高い温度は、該打ち抜きされた金属部品の焼なまし温度の約３０−９０％である、（ｂ）真空または不活性雰囲気中で第２の高い温度への該打ち抜きされた部品の加熱、ここで該第２の高い温度は、該打ち抜きされた金属部品の焼なまし温度である、（ｃ）該第２の高い温度で少なくとも約０．２５時間該打ち抜きされた金属部品の維持、（ｄ）加圧雰囲気中で該第２の高い温度から該打ち抜きされた金属部品の冷却、ここで該加圧雰囲気は少なくとも約１．５バールであるを含む請求項２−４の何れか１つの項の方法。
該コーティング材料が、マグネシウム、マグネシウム化合物および珪素−酸素化合物からなる群から選ばれた１つ以上の材料を含む請求項２−５の何れか１つの項の方法。
該打ち抜きされた金属部品が、該打ち抜きされた金属部品の該加熱前またはその間取り付け具に置かれて、該熱処理工程中該打ち抜きされた金属部品の曲がりまたはゆがみを阻止または防止する請求項２−６の何れか１つの項の方法。
該打ち抜きされた金属部品が、該打ち抜きされた金属部品の該仕上げ工程後、華氏４００度（約２０４℃）で少なくとも約２０ＨＲＣの硬度を有する請求項１−７の何れか１つの項の方法。
該仕上げ工程が、少なくとも約−７０Ｋｓｉの残留圧縮応力を有する該打ち抜きされた金属部品を生成する請求項１−８の何れか１つの項の方法。
該打ち抜きされた金属部品を応力または硬化変性する該工程が、ピーニングプロセスを含み、該ピーニングプロセスは、（ａ）該打ち抜きされた金属部品の一部をマスクする工程、（ｂ）該打ち抜きされた金属部品のマスクされていない部分へショットを導き、該打ち抜きされた金属部品の圧縮応力を少なくとも約−１１０Ｋｓｉへ増大させる工程を含む請求項３−９の何れか１つの項の方法。