JP4929156B2 - 治具 - Google Patents

Description

本発明は、機械部品に加工や検査などの処理を行う際に前記機械部品を固定するための治具に関する。

ガスタービンエンジンの部品などの機械部品には、加工や検査を行うために、頻繁に固定される機会がある。固定のための治具は複数の支持ブロックを備えており、前記機械部品との圧着による摩耗や変形を避けるために、いわゆる超硬合金からなる支持部が、前記支持ブロックにロウ付けされている。前記支持部は通常、がたつきを抑えるための複数の溝が形成されている。

前記支持部は、超硬合金よりなるがゆえに、それ自身の摩耗や変形を効果的に抑止するものの、機械部品に対してはかき傷や変形などの損傷を与えやすい。また超硬合金は鋼材等に比べて著しく高価であり、かつ鋼材等とのロウ付けには技術的な困難があるので、コストと技術的困難さの点からは使用が望ましからざるところである。

本発明は、超硬合金によらずに効果的に対象物のがたつきを抑え、かつ少ない摩耗や変形で対象物を固定するための治具を提供することを目的とする。

本発明の第一の局面によれば、対象物を固定するための治具は、加工ないし検査の対象物を支持するべく構成された支持面を含む支持ブロックと、前記支持面を被覆するべく放電堆積された、セラミックを含む皮膜と、前記支持ブロックと協働して前記対象物を固定するべく構成された固定具と、を備え、前記皮膜は、Ｒａで０．４μｍ以上であって３．２μｍ以下の表面粗さを有する。

望ましくは、前記皮膜は、チタンカーバイド、シリコンカーバイドおよびタングステンカーバイドよりなる群より選択した一より本質的になる。さらに望ましくは、前記皮膜は、前記支持ブロックをワークピースとして、チタンカーバイドより本質的になる電極から前記支持面に放電堆積することにより形成されたものである。あるいは望ましくは、前記皮膜は、前記支持ブロックをワークピースとして、シリコンより本質的になる電極から前記支持面にオイル中で放電堆積することにより形成されたものである。より望ましくは、前記皮膜は、前記支持面にのみ形成されている。

図１は、本発明の一実施形態による治具の斜視図である。 図２は、図１における矢印１による矢視図である。 図３は、第１の保護薄膜を形成する工程を説明する図である。 図４は、融合部の厚さと薄膜の密着強度との関係を示す図である。 図５は、融合部の厚さと対象物の変形との関係を示す図である。

本明細書と添付の請求の範囲を通して、いくつかの用語を次のように定義して使用する。「放電堆積」なる語は、放電加工機において放電をワークピースの加工の代わりに電極の損耗に利用し、前記電極の素材を、ないし前記電極の素材と加工液ないし加工気体との反応生成物を、ワークピース上に堆積せしめること、と定義して使用する。また「放電堆積する」なる語は「放電堆積」の他動詞として定義して使用する。さらに「〜より本質的になる」なる句は、半閉鎖的に成分を規定することを意味し、すなわち、発明の基礎的および新規な性質に実質的に影響する規定されていない成分を排除するが、実質的に影響しない不純物等の成分を含むことを許容すること、として定義して使用する。

本発明の各実施形態において、放電加工機（その大部分は図示省略する）による放電堆積を利用する。放電堆積においては、対象物を放電加工機のワークピースとして放電加工機にセットし、前記対象物を加工槽内において、電極に近接して対向せしめる。ここで通常の放電加工であれば、外部電源からパルス状の電流を供給することにより、ワークピースと電極との間にパルス状の放電を発生させてワークピースを損耗させ、このことによりワークピースは電極の先端と相補的な形状に加工される。本発明による放電堆積においては、ワークピースを損耗させる代わりに、電極を損耗せしめ、電極の素材、ないし電極の素材と加工液ないし加工気体との反応生成物を、ワークピース上に堆積させる。堆積物は、ワークピース上に付着するだけでなく、放電のエネルギーを一部利用して、ワークピースとの間、及び堆積物の粒子相互に、拡散や溶着などの現象を同時に起こしうる。

本発明の一実施形態を、図１から図５を参照して以下に説明する。図面中において、「ＦＦ」と参照される矢印は前方を、「ＦＲ」は後方を、「Ｌ」は左方を、「Ｒ」は右方を示している。また図２において丸で囲われたバツ印は紙面に向かう矢印を、丸で囲われた黒丸は紙面に反する矢印を意味する。

以下の説明は、ガスタービンエンジンのエンジン部品の一つである翼部品を治具に固定する対象物とする場合を例示する。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係わる治具１は、翼部品３を所定位置に固定する。ここで、翼部品３は、翼５と、この翼５の先端に一体に形成されたシュラウド７と、翼５の基端に一体に形成されたプラットホーム９と、このプラットホーム９に一体に形成された翼根１１とを備えている。また、翼５は、正圧面５ｆａと負圧面５ｆｂを有し、翼根１１には、研削加工によって嵌合溝１３が形成される（図３は研削加工済みの翼部品３が示してある）。

治具１は、治具本体１５を備え、この治具本体１５は、鋼材からなる台座１７と、台座１７の後部に立設されかつ鋼材からなる縦プレート１９とを備えている。

台座１７の右部には、プラットホーム９の前部を支持する第１支持ブロック２１が設けられており、この第１支持ブロック２１は、大略、鋼材より本質的になる。同様に、台座１７の右部には、プラットホーム９の後部を支持する第２支持ブロック２３が設けられており、この第２支持ブロック２３は、大略、鋼材より本質的になる。なお、第１支持ブロック２１及び第２支持ブロック２３の構成は、後により詳細に説明する。

台座１７の左部には、翼５の負圧面５ｆｂを支持する第１支持ローラ２５がブラケット２７を介して設けられており、縦プレート１９の左部には、シュラウド７の後縁を支持する第２支持ローラ２９がブラケット３１を介して設けられている。また、台座１７の左部には、シュラウド７の前縁を支持する支持ボルト３３がブラケット３５を介して設けられている。

更に、縦プレート１９の上部には、アーム３７が取付ボルト３９によって設けられており、このアーム３７の先端部には、翼５の基端付近をゴムパッド４１を介して台座１７の方向（図中の下方向）へ押圧する押圧ボルト４３が設けられている。また、台座１７の右部には、翼根１１を前後からクランプする一対のクランプバー４５，４７が設けられている。

次に、第１支持ブロック２１及び第２支持ブロック２３の構成について、詳細に説明する。

図２に示すように、第１支持ブロック２１の支持面には、ＴｉＣ（チタンカーバイド）からなる第１保護薄膜４９が、前記支持面を被覆するように、放電堆積により形成されている。具体的には、図３（ａ）（ｂ）に示すように、放電加工機内において第１支持ブロック２１の支持面を電極５１に対向せしめ、電気絶縁性のある液Ｓ中において、第１支持ブロック２１の支持面と電極５１との間にパルス状の放電を発生させることにより、前記第１保護薄膜４９は前記支持面を被覆するように形成される。

ここで、電極５１は、ＴｉＣより本質的になる粉末からプレスによる圧縮によって成形した成形体、若しくは少なくとも部分的に焼結されるべく加熱処理した前記成形体により構成されるものである。なお、電極５１は、圧縮によって成形する代わりに、泥漿、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）、溶射等によって成形しても差し支えない。

なお、電気絶縁性のある液Ｓの代わりに、電気絶縁性のある気体を適用してもよい。

また、第１支持ブロック２１の支持面には、ＴｉＣより本質的になる第１保護薄膜４９の代わりに、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）より本質的になる第１保護薄膜５３が放電堆積により形成されていてもよい。具体的には、図３（ａ）（ｂ）に示すように、放電加工機内において第１支持ブロック２１の支持面を、Ｓｉ（シリコン）より本質的になる電極５５に対向せしめ、アルカン炭化水素を含むオイルＳ中において、第１支持ブロック２１の支持面と電極５５との間にパルス状の放電を発生させることにより、前記第１保護薄膜５３は前記支持面を被覆するように形成される。

ここで、電極５５は、Ｓｉ（シリコン）より本質的になる固体、Ｓｉより本質的になる粉末からプレスによる圧縮によって成形した成形体、若しくは少なくとも部分的に焼結されるべく加熱処理した前記成形体により構成されるものである。なお、電極５５は、圧縮によって成形する代わりに、泥漿、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）、溶射等によって成形しても差し支えない。

さらにまた、前記第１保護皮膜４９ないし５３の代わりに、ＷＣ（タングステンカーバイド）より本質的になる第１保護皮膜であってもよい。この場合には、ＴｉＣの代わりにＷＣを含む電極を利用する。前記電極は、一例としては、重量比で９０％のＷＣと１０％のＣｏ（コバルト）とより本質的になる粉末から成形した成形体、若しくは少なくとも部分的に焼結されるべく加熱処理した前記成形体である。

同様に、第２支持ブロック２３の支持面には、ＴｉＣより本質的になる第２保護薄膜５７又はＳｉより本質的になる第２保護薄膜５９が、前記支持面を被覆するように、放電堆積により形成されている。第２保護薄膜は、ＷＣより本質的になるものであってもよい。

更に、第１保護薄膜４９（又は５３）及び第２保護薄膜５７（又は５９）は、対象物の滑りを防止し、対象物へ傷をつけることを抑制するべく、適宜の表面粗さを有する。前記表面粗さは、好ましくはＲａで０．４μｍ以上であって３．２μｍ以下である。これは、表面粗さＲａが０．４μｍより小さいと、翼部品３の滑りを十分に抑制することが困難であり、表面粗さＲａが３．２μｍより大きいと、対象物への傷が顕著となるからである。

また、第１保護薄膜４９（又は５３）と第１支持ブロック２１の母材の境界、及び第２保護薄膜５７（又は５９）と第２支持ブロック２３の母材の境界には、組成比が厚さ方向へ傾斜的に変化する融合部（融合層）Ｂ１、Ｂ２がそれぞれ生成されている。これらは、放電堆積を実施する際に、放電条件を適切に選択することによって生成されたものであって、融合部Ｂ１、Ｂ２の厚さは、好ましくは３μｍ以上かつ２０μｍ以下である。前記適切な放電条件は、ピーク電流が３０Ａ以下で、パルス幅が２００μｓ以下であって、好ましくは、ピーク電流が２０Ａ以下で、パルス幅が２０μｓ以下である。

ここで、融合部Ｂ１、Ｂ２の厚さが３μｍ以上かつ２０μｍ以下になるようにしたのは、前記薄膜と前記支持ブロックとの密着強度を高め、かつ前記支持ブロックの変形を抑制するためであって、図４及び図５に示す試験結果に基づくものである。

即ち、放電条件を変えて種々の厚さの融合部となるべく薄膜を形成すると、前記母材と前記薄膜の境界に生成された融合部の厚さと、前記薄膜の密着強度とは、図５のような関係を有する。前記融合部の厚さが３μｍ以上になると、前記薄膜の密着強度が高くなるという第１の知見が得られる。また、前記融合部の厚さと前記母材の変形とは、図６に示す関係を有する。前記融合部の厚さが２０μｍ以下であると、前記母材の変形を抑えることできるという第２の知見が得られる。よって、第１及び第２の知見から、第１支持ブロック２１及び第２支持ブロック２３の母材の変形を抑えつつ、第１保護薄膜４９（又は５３）及び第２保護薄膜５７（又は５９）の密着強度を高めることができるように、融合部Ｂ１、Ｂ２の厚さは３μｍ以上かつ２０μｍ以下であることが好ましい。

なお、図４及び図５における横軸は、前記融合部の厚さを対数表示してあって、図４における縦軸は、前記薄膜の密着強度を無次元化して表示してあって、図５における縦軸は、前記母材の変形を無次元化して表示してある。

次に、本発明の実施形態の作用について説明する。

プラットホーム９の前部を第１支持ブロック２１における第１保護薄膜４９（又は５３）に、プラットホーム９の後部を第２支持ブロック２３における第２保護薄膜５７（又は５９）に、翼５の負圧面５ｆｂを第１支持ローラ２５に、シュラウド７の後縁を第２支持ローラ２９に、及びシュラウド７の前縁を支持ボルト３３にそれぞれ支持せしめる。そして、アーム３７の押圧ボルト４３によって翼５の基端付近をゴムパッド４１を介して台座１７方向へ押圧し、一対のクランプバー４５，４７によって翼根１１を前後から拘束する。これにより、翼部品３が治具本体１５に対して固定される。すなわち、アーム３７、押圧ボルト４３、支持ローラ２５、２９、及び一対のクランプバー４５，４７は、前記支持ブロック２１，２３と協働して翼部品３を固定する。これによって、翼部品３を研削加工等の処理に供することができる（治具１の一般的な作用）。

治具１の一般的な作用の他に、第１支持ブロック２１における支持面にＴｉＣからなる第１保護薄膜４９又はＳｉＣからなる第１保護薄膜５３が形成されると共に、第２支持ブロック２３における支持面にＴｉＣからなる第２保護薄膜５７又はＳｉＣからなる第２保護薄膜５９が形成されため、第１保護薄膜４９（又は５３）及び第２保護薄膜５７（又は５９）は高い硬度を有し、第１支持ブロック２１及び第２支持ブロック２３の構成材料の一つに超硬合金のような高価な材料を用いることなく、第１支持ブロック２１及び第２支持ブロック２３の摩耗を十分に抑えることができる。

また、第１支持ブロック２１における第１保護薄膜４９（又は５３）及び第２支持ブロック２３における第２保護薄膜５７（又は５９）が放電堆積によって形成されているため、第１保護薄膜４９（又は５３）及び第２保護薄膜５７（又は５９）の表面全体に亘って丸みを帯びた微細な凹凸を残すことができる。これによって、翼部品３の滑りを抑えて、翼部品３のセット状態を安定させつつ、第１保護薄膜４９（又は５３）及び第２保護薄膜５７（又は５９）の表面全体をプラットホーム９に略均等に接触させることができる。

更に、融合部Ｂ１、Ｂ２の厚さが３μｍ以上かつ２０μｍ以下になるようにしたため、第１支持ブロック２１及び第２支持ブロック２３の母材の変形を抑えつつ、第１保護薄膜４９（又は５３）及び第２保護薄膜５７（又は５９）の密着強度を高めることができる。

以上の如き、本発明の実施形態によれば、第１支持ブロック２１及び第２支持ブロック２３の構成材料の一つに超硬合金のような高価な材料を用いることなく、第１支持ブロック２１及び第２支持ブロック２３の摩耗を十分に抑えることができるため、治具１の全体としての製造コストの低減を図ることができる。

また、翼部品３の滑りを抑えて、翼部品３の固定状態を安定させつつ、第１保護薄膜４９（又は５３）及び第２保護薄膜５７（又は５９）の表面全体を翼部品３に略均等に接触させることができるため、第１支持ブロック２１又は第２支持ブロック２３に接触しても、翼部品３に傷が付くことがほとんどなくなり、翼部品３の品質を向上させることができる。

更に、第１支持ブロック２１及び第２支持ブロック２３の母材の変形を抑えつつ、第１保護薄膜４９（又は５３）及び第２保護薄膜５７（又は５９）の密着強度を高めることができるため、治具１の品質を安定させることができる。

上記の説明において、第１支持ローラ２５、第２支持ローラ２９、及び支持ボルト３３を第１支持ブロック２１又は第２支持ブロック２３と同様の構成にしても差し支えない。

また、加工処理を行う際に用いられる治具１の他に、検査処理等の別の処理を行う際に用いられる治具に第１支持ブロック２１又は第２支持ブロック２３と同様の構成を適用してもよい。

本発明を幾つかの好適な実施形態を参照して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、本技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。

本発明は、超硬合金によらずに効果的に対象物のがたつきを抑え、かつ少ない摩耗や変形で対象物を固定するための治具を提供する。

Claims (5)

1. 加工ないし検査の対象物を支持するべく構成された支持面を含む支持ブロックと、
   前記支持面を被覆するべく放電堆積された、セラミックを含む皮膜と、
   前記支持ブロックと協働して前記対象物を固定するべく構成された固定具と、
   を備えた、対象物を固定するための治具において、
   前記皮膜は、Ｒａで０．４μｍ以上であって３．２μｍ以下の表面粗さを有する治具。
2. 前記皮膜は、チタンカーバイド、シリコンカーバイドおよびタングステンカーバイドよりなる群より選択した一より本質的になる、請求項１の治具。
3. 前記皮膜は、前記支持ブロックをワークピースとして、チタンカーバイドより本質的になる電極から前記支持面に放電堆積することにより形成されたものである、請求項１または２の治具。
4. 前記皮膜は、前記支持ブロックをワークピースとして、シリコンより本質的になる電極から前記支持面にオイル中で放電堆積することにより形成されたものである、請求項１乃至３の何れかの治具。
5. 前記皮膜は、前記支持面にのみ形成されている、請求項１乃至４の何れかの治具。

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