JP4374198B2

JP4374198B2 - レーザー穿孔のために部品を配置しクランプするための固定具

Info

Publication number: JP4374198B2
Application number: JP2003041951A
Authority: JP
Inventors: ジェームズ・ヘンリー・マッジ; ブレット・ウェイン・バーンズ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: EP1338378A2; DE60302166T2; DE60302166D1; EP1338378B1; JP2003285190A; US6560890B1; EP1338378A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にレーザー穿孔作業のための部品の固定具に関する。より具体的には、本発明は、タービンノズルにおけるレーザー穿孔作業を妨げないタービンノズルのための固定具に向けられている。
【０００２】
【従来の技術】
タービンノズル及び他の部品の一般的な製造において、部品を製造するために用いられる固定具は、部品を機械加工のための適当な向きに位置させる固定ロケータを有する。固定ロケータは、通常は、部品の基準点に当るように位置させられる。部品の基準点は、部品上のあらかじめ設定された場所又は点であり、それらの場所に支持体が当てられた時、部品が３軸直交座標システム（例えば、ｘ、ｙ及びｚ軸）の３つの軸に沿って並進するのを防ぎ、かつ、部品が該３つの軸の各々の周りで回転するのを防ぐ。一般的に、三次元の物体は６つの基準点を必要とする。部品の基準点を用いることは、部品を既知の位置に位置させ、この位置は後で、後続する機械加工作業又は組立体作業のために用いることができる。
【０００３】
一般的に、タービンノズルの羽根においては、６つの基準点のうちの４つが羽根の前縁上に配置される。図１及び図２は、タービンノズルの羽根１００及び羽根１００についての対応する基準点１０２ないし１１２を示す。図１及び図２から分かるように、基準点１０２ないし１０８は、羽根１００の前縁上に配置される。タービンノズルのための羽根の製造に際しては、羽根の前縁中に冷却孔をレーザー穿孔する必要がある。冷却孔を羽根の前縁にレーザー穿孔することを可能にするためには、一般的に、前述したように該羽根は固定具の中に位置させられ、該羽根の基準点でクランプされる。しかしながら、固定具によって部品をその基準点でクランプすることは、孔が基準点において又は基準点付近でレーザー穿孔される場合に、そのレーザー穿孔作業を妨げることになる。
【０００４】
図３及び図４は、羽根１００に孔をレーザー穿孔するために用いられた従来技術の固定具３００を示す。羽根１００がベース３０２の中に置かれ、プレート３０４が該ベース３０２に取り付けられて、羽根１００を固定具３００内に保持する。プレート３０４は、４つの固定基準ロケータ３０６を有し、該基準ロケータ３０６は、羽根１００を位置決めし、該羽根１００の前縁を位置させるのに用いられる。固定具３００は、幾つかのねじ３０８を利用して、部品又は羽根１００を前縁ロケータ３０６に当てて保持する。これらのねじ３０８は、調整可能な加工片支持体の形態である。部品１００が該ロケータ３０６に当てて固定された状態で、ねじクランプ３１０を用いて該部品１００を固定具３００のねじ又は加工片支持体３０８に当てて保持する。部品１００の並進又は回転が全くないようにするために、クランプ３１０が用いられる。羽根１００がロケータ３０６に対して確実に着座するようにするために、加工片支持体３０８及びクランプ３１０を調整する反復的な手順が用いられる。部品１００が適切に配置され、クランプされると、前縁ロケータ３０６を含むプレート３０４が取り外されて、レーザーが羽根１００の前縁に接近するのを可能にする。羽根１００を位置決めするためのねじ３０８及びクランプ３１０のこの反復的な調整手順は、時間を要し、部品の誤搭載になりがちで、人間工学的にも不都合なものである。
【特許文献１】
米国特許第６４６３９７９号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、部品が容易にかつ正確にレーザー穿孔のために適切な位置に搭載され、レーザー穿孔作業を妨げることなく、適切な位置に保持されることができる固定具が必要とされる。
【０００６】
【発明を解決するための手段】
本発明の１つの実施形態は、機械加工作業のために部品を位置合わせし、保持するための固定具に向けられる。この固定具は、ベース組立体とロケータ組立体を含む。ベース組立体は、機械加工作業のために部品を保持するように構成される。ロケータ組立体は、ベース組立体にピボット運動可能に連結された第１の端部と、該第１の端部の反対側にある第２の端部とを有する。ロケータ組立体の第２の端部は、ベース組立体に隣接する係合位置と、ベース組立体の反対側の非係合位置との間でピボット運動可能である。ロケータ組立体は、機械加工作業のために部品を位置合わせするための少なくとも１つの部品ロケータを含む。ロケータ組立体は、該ロケータ組立体の第２の端部が係合位置にあることに応じて、ベース組立体に保持された部品を、機械加工作業のためにベース組立体内の部品を位置合わせする少なくとも１つの部品ロケータに当てて位置させるように構成されている。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、レーザー穿孔作業のために羽根を位置合わせし、保持するための固定具に向けられる。この固定具は、レーザー穿孔作業のために羽根を保持するための手段とロケータアームとを含む。ロケータアームは、一方の端部が羽根を保持するための手段に連結され、他方の端部が羽根を保持するための手段に取り外し可能に連結される。ロケータアームは、羽根を保持するための手段に連結された端部の周りをピボット運動可能であり、他方の端部を動かして該羽根を保持するための手段に取り外し可能に連結する。固定具は更に、少なくとも１つのロケータを含む。少なくとも１つのロケータは、羽根を保持するための手段及びロケータアームの1つの上に配置される。最後に、羽根を保持するための手段及びロケータアームは、ロケータアームの第２の端部が羽根を保持するための手段に連結されていることに応じて、羽根を少なくとも１つのロケータに当てて位置させ、該羽根をレーザー穿孔作業のために予め定められた整列位置に置くように構成されている。
【０００８】
本発明の１つの利点は、オペレータにとって部品を固定具内に搭載することがより容易になることである。
【０００９】
本発明の別の利点は、より少ない時間、及びより少ない労力で、部品が正確に固定具内に搭載できることである。
【００１０】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を例示的に示す添付図面と関連してなされた、以下の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかとなるであろう。可能な場合には、図面全体にわたり、同じ参照番号が同じ部品を示すように用いられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、機械加工作業のために部品又は加工片を保持するための固定具に向けられる。本発明の好ましい実施形態においては、加工される部品はタービンノズルの羽根であり、機械加工作業はレーザー穿孔作業である。レーザー穿孔作業は、羽根の前縁に対して行われ、多くの場合、該羽根の前縁上の基準点において又はその付近で生じる。本発明の固定具は、レーザー穿孔のために羽根の位置決め及びその保持に関連して説明されるが、本発明の固定具は、同様な又は異なる種類の機械加工作業のために他の種類の部品及び加工片を固定するのに用いることができる。
【００１２】
図５は、本発明の固定具５００の好ましい実施形態を示している。固定具５００は、タービンノズルの羽根であることが好ましい部品１００を保持するために用いられ、ベース組立体５０２とロケータ組立体５０４を含む。ベース組立体５０２は、固定具５００の固定部であり、固定具５００をレーザー回転台（図示せず）に取り付け又は連結するための連結装置５０６を含む。連結装置５０６は、固定具５００をレーザー回転台に連結するためのいずれかの適当な技術を利用することができる。例えば、図５に示すように、連結装置５０６は、形状付与されたチャネル５０８又はタブテールスロットを含むことができ、このチャンネル又はダブテールスロットは、スプライン連結と同様に、レーザー回転台上の突起又はタブテールと嵌合する。しかしながら、連結装置５０６は、ねじ連結、ボルト連結とするか、又は嵌合用アパーチャを備えるロケータピンを用いることができる。
【００１３】
連結装置５０６に剛に取り付け又は連結されて、支持部材５１０が設けられる。支持部材５１０は、水平部分と垂直部分を有する「Ｌ」字形が好ましいが、他の形状も用いることができる。支持部材５１０の水平部分は、溶接、ボルト締め、その他いずれかの適当な技術により、連結装置５０６に取り付けられる。支持部材５１０の垂直部分に取り付けられて、２つのほぼ平行な支持プレート５１２が設けられ、これら支持プレートは、支持部材５１０の垂直部分から支持部材５１０の水平部分の上まで延びていることが好ましい。各々の支持プレート５１２は、部品１００の部分に接触する１つ又はそれ以上の浮動支持体５１４を有する。浮動支持体５１４は、部品１００によって加えられる圧力の大きさに基づいて位置を変えることができるように、ばねのように働き、支持プレート５１２に対して可撓性のある連結を有するように設計されている。浮動支持体についての更に詳細な説明は、図７に関連して後述する。
【００１４】
スペーサ５１６が、２つの支持プレート５１２の間に配置される。スペーサ５１６は、支持プレート５１２の向かい合った面に接触する大きさにされる。更に、ベース組立体５０２は、第１の対のクランプ又はクランプ部材５１８を含む。クランプ５１８は、支持プレート５１２と接触し、スペーサ５１６の反対側に配置される。クランプ５１８は、ロッド５２０（図８参照）によって互いに連結され、該ロッド５２０に連結されたレバー５２２によって作動させられる。レバー５２２が作動すると、クランプ又はクランプ部材５１８は、スペーサ５１６に対して共に押し付けられて、浮動支持体５１４をその適切な位置に保持する。レバー５２０の作動についての更に詳細な説明については後述する。スペーサ５１６及び支持プレート５１２に取り付けられているのは、１つ又はそれ以上の第２クランプ５２４である。クランプ５２４は、部品１００をベース組立体５０２内に保持し、固定するために用いられる。クランプ５２４は、ばねクランプであるのが好ましいが、しかしながら、他の種類のクランプも用いることができる。クランプ５２４の作動についての更に詳細な説明は、図７に関連して後述する。ベース組立体５０２は更に、部品１００のためのロケータを２つ含む。図１０に示すように、部品１００を固定具５００において適当な高さに位置させるために部品ロケータ１００２を用いることが好ましい。部品１００を固定具５００における適切な深さに位置させるために、部品ロケータ１００４を用いることが好ましい。
【００１５】
最後に、ベース組立体５０２は、ヒンジ点５２８を備えるアーム５２６を含む。ロケータ組立体５０４は、ヒンジ点５２８においてアーム５２６、従ってベース組立体５０２に連結される。ロケータ組立体５０４は、係合位置と非係合位置との間でヒンジ点５２８周りをピボット運動することができる。本発明の好ましい実施形態において、ロケータ組立体５０４は、ヒンジ点５２８を通るピンによって、ヒンジ点５２８に連結される。ロケータ組立体５０４は、図５においては、ベース組立体５０２と係合する位置にあり、部品１００を６つの基準ロケータに当てて位置させる。ロケータ組立体５０４とベース組立体５０２との係合は、ロック機構５３０によって維持される。ロケータ組立体５０４は、部品１００のための４つの前縁ロケータ９０２（図９参照）を有する。ロケータ組立体５０４とベース組立体５０２との係合は、部品１００をそれらの４つの前縁ロケータに当てて位置させる。ロケータ組立体５０４が部品１００をどのようにして位置させるかについての更に詳細な説明は、後述する。
【００１６】
レバー５２２を用いて、浮動支持体５１４をクランプ５１８によってクランプし、部品１００がベース組立体５０２内の位置にロックされた後、ロック機構５３０が、解除機構５３２を用いて解除され、ロケータアーム５０４は、非係合位置へとピボット運動される。図６は、ベース組立体５０２に保持されている部品１００、及び非係合位置にあるロケータアーム５０４を示す。部品１００が図６に示される位置になると、レーザー穿孔作業が開始可能となる。レーザー穿孔作業の終了すると、レバー５２２がクランプ５１８を解除するのに用いられ、部品１００がベース組立体５０２から取り外されるのを可能にする。従って、固定具５００は、レーザー穿孔作業を必要とする次の羽根を受け取る準備ができる。
【００１７】
図７は、クランプ５２４とレバー５２２によって所定の位置に固定された浮動支持体５１４とによって、所定の位置に保持されている部品１００を示す。図７における位置に到達するために、部品１００は、ロックされていない位置にあるレバー５２２によって、最初にベース組立体５０２に手動で押し付けられる。この時点で、４つの浮動支持体５１４が、部品１００上の４つ場所で該部品１００と接触し、クランプ５２４によって該部品との接触状態に保持される。クランプ５２４は、部品１００に対して反対方向に張力を与えて、該部品を所定の位置において、浮動支持体５１４と接触する状態に保持する。浮動支持体５１４は、部品１００の公称形状に対して干渉するように設計されるのが好ましい。この干渉は、部品１００に対してばね力を与え、部品１００の寸法のばらつきに順応できるようにする。
【００１８】
次に、ロケータアーム５０４は、係合位置へと回転されロックされ、従ってロケータアーム５０４における前縁ロケータ９０２が部品１００に当てて位置決めされる。浮動支持体５１４は、部品１００と浮動支持体５１４との間の干渉により十分なばね力を有し、該部品１００を前縁ロケータ９０２に当てて位置させる。部品１００が、浮動支持体５１４によって前縁ロケータ９０２に当てて位置させられると、レバー５２２は、ロックされていない位置からロックされた位置へと移動させられ、それによって浮動支持体５１４を所定位置に固定又はロックする。クランプ５２４は、部品１００を、固定された浮動支持体５１４に当てて維持するために用いられ、該部品１００が機械加工のためにこの固定位置に留まることを確実にする。ロケータアーム５０４は、この場合、部品１００から離れる方向に回転することができ、非係合位置にされて、該部品１００の前縁に接近するレーザーと干渉しないようにする。
【００１９】
図８は、浮動部材５１４（図８には図示せず）を保持するためのクランプ５１８の作動を示す。スペーサ５１６は、クランプ５１８の作動についての付加的な詳細を示すために図８では省略されている。部品１００が前縁ロケータ９０２に当てて位置させられた後、レバー５２２は、クランプ５１８の１つと接触するレバー５２２上のカムの位置を変えることによって、ロックされていない位置からロックされた位置に移動させることができる。レバー５２２がロックされた位置に移動させられる時、レバー５２２から最も遠くに位置するクランプ５１８は、ロッド５２０によってレバー５２２及び他のクランプ５１８の方向に引っ張られる。レバー５２２によって互いの方向にクランプ５１８を引き寄せ、即ち引っ張ることにより、スペーサ５１６に向けて浮動支持体５１４を押し又はクランプし、クランプ動作で浮動支持体の可撓性及び運動範囲を減少させ、浮動支持体５１４を所定の場所に保持する。レバー５２２及びクランプ５１８は浮動支持体５１４を固定及び保持するための好ましい機構であるが、機械加工作業のために部品１００を保持するように浮動支持体５１４を適切な位置に保持及び固定することができるものであれば、どのような機構を用いることもできる。
【００２０】
図９は、ロケータアーム５０４を更に詳細に示す。ロケータアーム５０４は、部品１００をベース組立体５０２内の適切な位置に位置させるか、あるいは着座させるために、４つの前縁ロケータ９０２及び１つ又はそれ以上のばね９０４を有する。前縁ロケータ９０２は、部品１００を適当な位置に位置決めし、押し付けるためのヒンジ装置９０６内に配置されたドエルピンであることが好ましい。ロケータアーム５０２が係合位置にピボット運動させられる時、ヒンジ装置９０６の前縁ロケータ９０２が部品即ち羽根１００の前縁と接触して置かれるように、ヒンジ装置９０６は、部品１００に近似する形状を有する開口部を有することによって、部品１００のまわりに密に嵌合し、又は部品を蜜に受けるように設計されるのが好ましい。ばね９０４は、板ばねとすることができるが、これもまた羽根１００と接触して置かれ、羽根１００の寸法における僅かなばらつきにも対処するように用いられる。ばね９０４は、羽根１００をロケータ１００４に対して押し又は付勢し、羽根１００の後縁上を押すことによって、羽根１００を固定具５００の６つのロケータに当る適当な位置に付勢することを助ける。
【００２１】
本発明を、好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明の技術的範囲から離れることなく、種々の変更がなされ、その要素についての均等物による置換ができることは、当業者には理解されるであろう。更に、本発明の本質的な技術的範囲から離れることなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるような多くの修正を行なうことができる。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最善の方法として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】タービンノズルの羽根及びその対応する基準点を示す図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、対応する基準点を備える羽根の断面図。
【図３】従来技術の固定具の側面図。
【図４】図３の従来技術の固定具の反対側の側面図。
【図５】ロケータ組立体が係合位置にある、本発明の固定具を示す図。
【図６】ロケータ組立体が非係合位置にある、本発明の固定具を示す図。
【図７】本発明の固定具のベース組立体の部分側面図。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿ったベース組立体の底面図。
【図９】本発明の固定具のロケータ組立体を示す図。
【図１０】ベース組立体のスリークォータ部分側面図。
【符号の説明】
１００部品
５００固定具
５０２ベース組立体
５０４ロケータ組立体
５０６連結装置
５１４浮動支持体
５２２レバー
５２４ばねクランプ
５３０ロック機構

Claims

レーザー穿孔作業のために部品（１００）を位置合わせし、保持するための固定具（５００）であって、
レーザー穿孔作業のために部品（１００）を保持するように構成されたベース組立体（５０２）と、
ロケータ組立体（５０４）と、
を備え、
前記ロケータ組立体は、前記ベース組立体（５０２）にピボット運動可能に連結された第１の端部と、前記第１の端部の反対側にあり、前記ベース組立体（５０２）に隣接した係合位置と非係合位置との間でピボット運動可能な第２の端部と、レーザー穿孔作業のために部品（１００）を位置合わせするための少なくとも１つの部品ロケータとを備え、
前記ロケータ組立体（５０４）は、該ロケータ組立体（５０４）の前記第２の端部が係合位置にあることに応じて、レーザー穿孔作業のために前記ベース組立体（５０２）内の部品（１００）を位置合わせするための少なくとも１つの部品ロケータ（９０２）に当てて、前記ベース組立体（５０２）に保持された部品（１００）を位置させるように構成されており、
前記ベース組立体（５０２）が、レーザー穿孔作業のために部品（１００）を位置合わせするための少なくとも１つの付加的な部品ロケータ（１００２から１００４）を更に備え、
前記ロケータ組立体（５０４）は、該ロケータ組立体（５０４）の前記第２の端部が係合位置にあることに応じて、前記ベース組立体（５０２）内の部品（１００）をレーザー穿孔作業に備えて位置合わせするために、該ベース組立体（５０２）内に保持された部品（１００）を、前記少なくとも１つの付加的な部品ロケータ（１００２から１００４）に当てて位置させるように構成されており、
前記ロケータ組立体（５０４）の前記非係合位置は、前記ベース組立体（５０２）の反対側である
ことを特徴とする固定具（５００）。
前記少なくとも１つの部品ロケータ（９０２）が複数の部品ロケータ（９０２）を含み、
前記ロケータ組立体（５０４）は、該ロケータ組立体（５０４）の前記第２の端部が係合位置にあることに応じて、前記ベース組立体（５０２）に保持された部品（１００）を前記複数の部品ロケータ（９０２）に当てて位置させ、レーザー穿孔作業のために該ベース組立体（５０２）内の部品（１００）を位置合わせするように構成された、ことを特徴とする、請求項１に記載の固定具（５００）。
前記ロケータ組立体（５０４）がヒンジ装置（９０６）を備え、
前記複数の部品ロケータ（９０２）が前記ヒンジ装置（９０６）に配置された４つのドエルピンを備える、ことを特徴とする、請求項２に記載の固定具（５００）。
前記ロケータ組立体（５０４）が、前記ベース組立体（５０２）に保持された部品（１００）を前記少なくとも１つの部品ロケータ（９０２）に対して付勢するための少なくとも１つのばね（９０４）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の固定具（５００）。
前記ロケータ組立体（５０４）が、該ロケータ組立体（５０４）の第２の端部を前記ベース組立体（５０２）に取り外し可能に連結するための手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の固定具（５００）。
前記ベース組立体（５０２）が、前記ロケータ組立体（５０４）の前記第２の端部が係合位置にあることに応じて部品（１００）の位置合わせを行ない得るようにする、部品（１００）を保持するための手段と、
部品（１００）を保持するための前記手段に保持された部品（１００）の位置合わせ状態を固定するための手段と、
を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の固定具（５００）。
部品（１００）を保持するための前記手段が、
レーザー穿孔作業のために部品（１００）を保持するための少なくとも１つのクランプ（５２４）と、
前記少なくとも１つのクランプ（５２４）に保持された部品（１００）を前記少なくとも１つの部品ロケータ（９０２）に当てて位置させ、レーザー穿孔作業のために該部品（１００）を位置合わせする少なくとも１つの支持体（５１４）と、
を更に備えることを特徴とする、請求項６に記載の固定具。
部品（１００）の位置合わせ状態を固定するための前記手段が、前記少なくとも１つのクランプ（５２４）に保持された部品（１００）の位置及び位置合わせ状態を固定し、それによって、前記ロケータ組立体（５０４）の第２の端部が前記非係合位置へピボット運動させられる時に、該部品（１００）の固定位置を維持するように前記少なくとも１つの支持体（５６４）をクランプする手段を更に備えることを特徴とする、請求項７に記載の固定具（５００）。
前記少なくとも１つの支持体（５１４）をクランプするための前記手段が、前記少なくとも１つの第２クランプを開閉するための少なくとも１つの第２クランプ及び機構（５２２）を更に備え、
該少なくとも１つの支持体（５１４）は、前記少なくとも１つの第２クランプのクランプ部材（５１８）の間に配置され、
該少なくとも１つの支持体（５１４）は、前記少なくとも１つの第２クランプが閉じられていることに応じて、部品（１００）の位置決めを阻止されるようになっている、ことを特徴とする請求項８に記載の固定具（５００）。