JP5611988B2 - 薄壁包囲要素を固定するための固定治具 - Google Patents

Description

発明の背景

本発明は、ロケットノーズ円錐体またはガスタービン航空機用エンジンケーシングのような、薄壁包囲要素を固定するための固定治具に関する。

ＷＯ２００８／１０７６７２（本明細書に参照として組込まれている）が、許容可能な工業標準規格に対する機械加工の精密さ及び表面仕上げを維持するべく、充分な支持剛性と動的安定性を有して薄壁包囲要素が機械加工されることを可能とする目的で、薄壁包囲要素に適応可能な固定治具を開示している。固定治具は、膨張可能エラストマー押圧要素、及び、前記押圧要素と前記薄壁包囲要素との間に適合するライナを有している。特に、機械加工中に安定した固定治具及び振動回避が、別の態様では達成することが困難である薄壁包囲要素に適用できる。

前記薄壁包囲要素は、当該薄壁包囲要素の特性を変更することなしで、少数の開口と、非平坦内部／外部表面とを有し得る。そのような薄壁包囲要素は、機械加工される間に保持状態を保つことが困難である。薄壁は、機械加工工程の際に生じる切削力に抵抗するための充分な静的剛性及び動的安定性を欠いている。前記薄壁は、主に不十分な支持剛性から動的に不安定で振動し易くなり、機械加工の精密さの問題を引き起こし得る。更に表面仕上げの課題が、切削工具とワーク片との間の不安定な自励振動（「びびり」として知られる）から生じ得る。

ＷＯ２００８／１０７６７２に記載の固定治具により利益が得られる薄壁包囲要素の例が、ガスタービン航空機用エンジンケーシング及びロケットノーズ円錐体である。たいてい、そのような薄壁包囲要素は、耐熱合金のような機械加工が困難な材料からなり、要素質量を減少する必要がある。しかしながら、他の要素との結合のための境界を提供するべく、機械加工作業は、通常避けられない。

ＷＯ２００８／１０７６７２に記載の固定治具は、前記薄壁包囲要素を機械加工する際に遭遇する多くの障害を除去または低減しているが、前記薄壁包囲要素の壁の貫通（突破）に導く機械加工動作中や、前記薄壁内にある開口を拡大させる機械加工動作中に、前記ライナ及び押圧要素が、損傷され得るという課題が残っている。実際、そのような動作の際に、高い貫通力（突破力）、及び／または、機械加工破片の存在によって、前記要素及び工作機械が損傷され得る。

国際公開第２００８／１０７６７２（Ａ１）号明細書

このように、第一の特徴において、本発明は、薄壁包囲要素を固定するための固定治具であって、
前記薄壁包囲要素を当該支持部に固定するための1つまたは複数の固定装置を有する支持部と、
膨張時に、可撓性ライナを押圧するようになっている膨張可能押圧要素と、
を備え、
前記可撓性ライナは、前記押圧要素と前記薄壁包囲要素の薄壁との間に適合するようになっており、
前記ライナは、薄壁の他側で機械加工動作が行われる位置に対向するように配置された少なくとも１つの強化要素を有しており、前記強化要素は、前記可撓性ライナと前記薄壁との間で空洞を形成するべく、薄壁から離して前記可撓性ライナを保持しており、膨張された状態の押圧要素と前記可撓性ライナとが、薄壁の他側の機械加工の間、前記薄壁包囲要素における振動を減衰することを特徴とする固定治具を提供する。

「薄壁包囲要素」とは、１つまたは複数の薄壁を有する要素を意味する。そのような壁が配置された場合、当該壁を横断する横剪断応力が、当該壁の平面内の伸長応力、及び／または、曲げ応力に対して一般に微小である。薄壁は、典型的には、機械加工動作の際に生じる切削力に抵抗するための充分な静的剛性を欠いており、動的に不安定で振動し易くなる。

有利なことに、空洞を形成することによって、前記強化要素は、機械工具貫通中に前記ライナに対する損傷を低減または回避することができる。前記空洞は、貫通力を低減し、機械加工破片に対して空間を提供する。これにより、前記空洞は、前記工具及び前記要素に対する損傷を低減または回避する。前記強化要素は、薄壁内の新たなまたは拡張された開口を通る前記ライナの膨らみに抵抗することによって、前記ライナが適切な形状を維持することに寄与する。

好ましくは、前記空洞は、機械加工動作が行われる位置で、前記ライナと前記薄壁との間に少なくとも１５ｍｍの間隔を空けた状態を提供する。

典型的には、膨張可能押圧要素は、膨張可能エラストマー押圧要素である。都合の良いことに、前記押圧要素は、空気圧で膨張される。しかしながら、前記押圧要素は、任意の適切な流体またはゲル状物によって膨張され得る。前記固定治具は、１つ以上の押圧要素を有してもよい。

好ましくは、前記支持部は、前記押圧要素を配置に保持する保持要素を有している。例えば、前記薄壁包囲要素が円筒状またはシェル状要素で、前記押圧要素が管体状で、前記保持要素は、環状の保持表面を提供し得る。使用時に、前記保持要素と前記薄壁包囲要素と前記押圧要素とは、前記保持要素と前記薄壁包囲要素との間に前記押圧要素を同軸に配置され得る。

「円筒状要素」とは、貫通開口を有する中空管状構造を意味する。そのような円筒状要素は、略真円の円筒、または、例えばより形状において円錐台状であり得る。「シェル」要素とは、単一の主要開口を有するボウルのような構造を意味する。そのようなシェル要素は、例えば円錐状またはドーム状のように成形され得る。

好ましくは、前記可撓性ライナは、鋳造要素である。都合の良いことに、前記強化要素は、前記可撓性ライナの鋳造中に、前記可撓性ライナに包含され得る。

前記可撓性ライナは、ポリウレタンから形成され得る。前記強化要素は、ナイロンから形成され得る。

前記可撓性ライナは、複数の強化要素を有し得る。

前記薄壁包囲要素は、ロケットノーズ円錐体またはガスタービン航空機用エンジンケーシングであり得る。

本発明の第２の特徴は、第１の特徴による固定治具の可撓性ライナを形成する方法であって、
前記薄壁包囲要素または前記薄壁包囲要素の複製品を提供する工程と、
前記薄壁包囲要素の薄壁に対して、それぞれの位置に、１つの強化要素または各強化要素を配置する工程と、
前記１つの強化要素または各強化要素を包含する柔軟な材料の層を前記薄壁に対して鋳造して、前記ライナを形成する工程と、
前記薄壁から前記ライナを解放する工程と、
を備えることを特徴とする方法を提供する。

前記配置工程中、スペーサが、空洞を形成するべく、前記薄壁包囲要素の薄壁から離して前記強化要素を保持し得る。

前記強化要素は、前記薄壁包囲要素内に開口を介して挿入され前記強化要素に固定された取付器具によって、それぞれの位置に配置され得る。

本発明の実施の形態が、添付した図面を参照して例としてここに記述される。

図１は、薄壁包囲円筒状要素の外部機械加工用の固定治具を示す。 図２（ａ）は、図１に示されるような固定治具によって固定された航空機用エンジンタービンケーシングの図である。図２（ｂ）は、ケーシングの薄壁内の開口を通り固定治具の可撓性ライナ内に形成された空洞までの図である。 図３は、図２の固定治具及びケーシングの一部を通る概略断面を示す。 図４（ａ）乃至（ｆ）は、図３の概略断面に類似する概略断面において、図２及び図３のライナを形成するための鋳造過程を示す。

図１は、薄壁包囲円筒状要素１０の外部機械加工用の固定治具１００を示す。固定治具は、マシニングセンタ（不図示）の工作台（不図示）に接続するための取付穴２を有する厚壁包囲平板形態の取付基盤支持部１を備える。固定装置（ピン３及びクランプ４）は、要素１０を基盤１に配置して、狭持する。

環状の保持表面を提供する厚壁包囲剛体軸５または厚壁包囲剛体円柱状部５が、ボルト（不図示）によって基盤１に同軸に固定されている。軸５は、厚壁包囲蓋１２に連結するフランジで境界を形成している。軸５の半径に適合する内部半径Ｒを有する２つの修正された車両車輪内部管体８が、軸５に嵌装されている。管体８は、エラストマー、即ち弾性のある可撓性材料、からなるので、円筒状要素１０、支持軸５、取付基盤１及び蓋１２内に閉じ込められた囲いに適合するように膨張させられ得る。各管体８は、自身の内面にそれ自身の空気吸入弁９を有している。空気吸気弁９は、軸５にこのために設けられた別個の開口を通じて適合される。各吸気弁９は、中空である軸５を通って上方に伸縮可能である。

可踏性ライナ６（図１に示されたのは一部にすぎない）管体８を取り囲んでおり、機械加工される薄壁包囲要素表面に垂直な動的減衰を提供するべく、均一な支持押圧を行き渡らせる。局部強化部７は、ライナ６に包含され得る。

蓋１２は、円筒状要素の上端を保持するべく外周部の周りに楔形の段（不図示）が設けられた厚壁包囲円形平板である。更に、蓋１２には、穴１１が設けられており、蓋１２は、当該穴１１によってボルト（不図示）で内部軸５の上端に取付けられ得る。

局部強化部の好ましい形態は、薄壁の他側で機械加工動作が行われる位置に対向するように配置された強化要素である。前記強化要素は、前記可撓性ライナと前記薄壁との間で空洞を形成するべく、薄壁から離して前記可撓性ライナを保持している。

図２（ａ）は、図１に示されるような固定治具によって固定された航空機用エンジンタービンケーシング１０の図である。前記ケーシングは、当該隆起部の材料を機械加工することによって形成された、それぞれ開口を有する多数の隆起部２０を有する。図２（ｂ）は、隆起部の開口の１つを通り前記強化要素２１によって可撓性ライナ６内に形成された空洞までの図である。前記ライナが空洞を有していなければ、前記ライナは、前記隆起部を含む外周部のまわり全ての前記薄壁包囲要素の内壁に対してしっかりと押圧する。

隆起部内で開口を機械加工する際には、穴あけ工具またはフライス工具が、前記ライナに損傷をもたらしながら、前記ケーシングの内壁を貫通し、前記ライナを機械加工し始める。これは、前記ライナが１つ以上のケーシングのために利用されることができなくなるので、望ましくない。更に、前記損傷は、内側ライナを通って進行し、膨張可能管体に穴をあける。前記管体に対するどんなダメージも、固定治具によって提供された減衰効果を停止させて、前記固定治具を不能にするだろう。

加えて、穴あけ工具及びフライス工具は、切断部における変化に繊細であり、ケーシングの内壁を貫通する際には、より大きな力が生じる。前記空洞が当該地点で内部ライナ内に形成されない場合は、機械加工破片の存在を伴う貫通力の結合は、切削工具及び前記薄壁包囲要素の損傷に繋がり得る。

このように、強化要素２１によって形成された空洞は、前記ライナ、管体、ケーシング及び工具への損傷を有利に低減または回避する。

図３は、図２の固定治具及びケーシングの一部を通る概略断面を示す。前記断面は、隆起部２０の１つを通って取出され、強化要素２１によって形成された空洞２２を示している。前記ライナ内で形成された空洞は充分深いので、穴あけ工具及びフライス工具は、ケーシングの内壁を完全に貫通することができて、前記空洞の縁で前記ライナに損傷が生じないことを著しく保証する。

強化要素２１は、可撓性ライナ材料に組込まれた環状のナイロン裏当て板の形態を採用する。前記裏当て板は、空洞がそのために形成された開口に橋設されて、前記開口が形成される際に前記ライナが自身の形状を維持することを保証する（即ち、前記ライナは、前記開口を通って隆起しない）。

鋳物として当該ライナが適用されるタイプのエンジンケーシングを利用する鋳造工程を介して、ライナ６はポリウレタンから形成される。しかしながら、ナイロン平板を配置することに寄与するべく、鋳物として利用される前記ケーシングは、既に隆起部内に開口を有する。前記鋳造工程は、図３の概略断面に類似する概略断面である図４（ａ）乃至（ｆ）に概略的に示される。

前記ライナ内にナイロン平板２１を組込むべく、内部プラスチックスペーサ２３及び外部プラスチックスペーサ２４が利用される。前記スペーサ及びナイロン平板は、ボルト２５を利用する鋳造工程に先立って、前記ケーシングに取付けられる。内部スペーサ２３が、前記空洞の最終形状を画定する。一方、外部スペーサ２４は、隆起部２０の開口で内部スペーサ及びナイロン平板を中心に配置する。前記スペーサ、平板及びボルトが、図４（ａ）内に組込まれて示されており、図４（ｂ）内に所定の位置で示されている。

次に、図４（ｃ）内に示されるように、ライナ６は、前記ケーシングの内面にポリウレタンの層を形成することによって鋳造される。前記ポリウレタンは、硬化することが許容され、次に、前記ボルト及び前記外部スペーサが取り外される（図４（ｄ））。前記硬化されたライナは、ケーシングから解放され、内部スペーサも取り外されることを許容する（図４（ｅ））。図４（ｆ）が、ナイロン平板を包含して、使用の準備が整った完成したライナを示している。

図１乃至４の固定治具は、薄壁の他側の機械加工の間、前記薄壁の内側を支持するのに適している。しかしながら、本発明は、薄壁の内側の機械加工の間、前記薄壁の外側を支持するための固定治具にも同等に適用され得る。

更に、本発明は、航空機用エンジンケーシングのような要素に関して図１乃至４に記載されたが、多数の他の薄壁要素の機械加工に適用可能である。

Claims (8)

1. 薄壁包囲要素を固定するための固定治具であって、
   前記薄壁包囲要素を当該支持部に固定するための1つまたは複数の固定装置を有する支持部と、
   膨張時に、可撓性ライナを押圧するようになっている膨張可能押圧要素と、
   を備え、
   前記可撓性ライナは、前記押圧要素と前記薄壁包囲要素の薄壁との間に適合するようになっており、
   前記可撓性ライナは、薄壁の他側で機械加工動作が行われる位置に対向するように配置された少なくとも１つの強化要素を有しており、
   前記強化要素は、前記可撓性ライナと前記薄壁との間で空洞を形成するべく、薄壁から離して前記可撓性ライナを保持しており、
   膨張された状態の押圧要素と前記可撓性ライナとが、薄壁の他側の機械加工の間、前記薄壁包囲要素における振動を減衰する
   ことを特徴とする固定治具。
2. 前記強化要素は、前記可撓性ライナの鋳造中に、前記可撓性ライナに包含される
   ことを特徴とする請求項１に記載の固定治具。
3. 前記可撓性ライナは、ポリウレタンから形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の固定治具。
4. 前記強化要素は、ナイロンから形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固定治具。
5. 前記薄壁包囲要素は、ロケットノーズ円錐体またはガスタービン航空機用エンジンケーシングである
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固定治具。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の固定治具の可撓性ライナを形成する方法であって、
   前記薄壁包囲要素または前記薄壁包囲要素の複製品を提供する工程と、
   前記薄壁包囲要素の薄壁に対して、それぞれの位置に、１つの強化要素または各強化要素を配置する工程と、
   前記１つの強化要素または各強化要素を包含する柔軟な材料の層を前記薄壁に対して鋳造して、前記ライナを形成する工程と、
   前記薄壁から前記ライナを解放する工程と、
   を備えることを特徴とする方法。
7. 前記配置工程中、スペーサが、空洞を形成するべく、前記薄壁包囲要素の薄壁から離して前記強化要素を保持する
   ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記強化要素は、前記薄壁包囲要素内に開口を介して挿入され前記強化要素に固定された取付器具によってそれぞれの位置に配置された状態で、成形される
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の方法。

Images