JP7466931B2 - 薄板及び弾性ジョイント部を機械加工する、特にモノリシック機械式オシレーターの実現のための方法 - Google Patents
薄板及び弾性ジョイント部を機械加工する、特にモノリシック機械式オシレーターの実現のための方法 Download PDFInfo
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Description
a.非常に硬い金属(特殊鋼、高速度鋼、硬い金属等)、若しくは熱又は化学処理で硬化した金属(焼き戻し、浸炭等)を加工する可能性があり、ツール(ワイヤー)が加工される材料よりも硬度又は機械的強度が大きい。
b.他の従来の技術(複雑な形状やプロファイルの鋭いエッジ、リブ、及びキャビティ)では不可能な切断や孔を開ける可能性。
c.ワイヤーの通過が加工される表面に圧力を加えないため、非常に薄い金属シート表面を加工する可能性があり、したがって、材料が処理にストレスをかけることはない。
a.厚さが100ミクロン未満であるが、WEDMと比較して表面仕上げの点で優れた品質の薄い金属シート及びジョイント部の製造。
b.WEDM技術によって示される最も重要な制限の1つを克服する、薄い金属シートと非導電性材料のジョイント部の製造。
特定の例では、厚さ1.5cmの材料ブロックが使用され、2つの幅0.9cmの垂直開口部が作製され、中央(振り子)に幅0.51cmの材料の棒(又はバー;bar)が残り、その上に、楕円形のジョイント部が後の工程で作製される。これらの寸法は限定するものでない。
楕円形のジョイント部の第1の面は、毎回所定の適切なサイズのカッターを使用して、楕円形のジョイント部の設計奥行きよりも僅かに深い(又は大きい、又は長い、奥行きがある;greater)奥行きまで材料を除去することによってミーリングされる。このミーリングによって、図2に示すように、楕円形のジョイント部の右側面(左側面からでも開始可能である)が作製される。この工程では、この面における可能な仕上げ操作を実施する必要がある。参照番号230Rは、右側にのみ加工された楕円形のジョイント部形状を示す。
上記工程と同じカッターを使用して(例えば、非対称のジョイント部を製造するために、別のカッターを使用することも可能である)、楕円形のジョイント部の第2の面222がミーリングされ、材料が工程A.2.のように同じ奥行きにまで除去される。図3は、薄い金属シートの左側の処理を示す。この加工により、楕円形のジョイント部の左側が作製され、最終前の楕円形のジョイント部又は「加工要素」230が作製される。この面での可能な仕上げ操作は、ジョイント部がまだ固定されているこの工程で実施する必要がある。
この工程では、上述の接続壁、つまり工程1と2で加工している面に直交する(通常、直交する必要はない)面に削孔により孔(又は穴;hole)が作製される。削孔(又は穿孔、又は穴堀;drilling)は、図4に示されるように、第1の面211及び第1の面と対向する第2の面212に平行な軸に沿って行われる。特に、図4は、穿孔280の中央におけるドリル・ビット290の位置を示す。
この工程では、弾性ジョイント部に隣接していない要素220の残りの材料が、さらなるミーリングによって除去される。非隣接材料とは、ジョイント部と直接接触する部分又は表面(又は面; surface))がない材料を意味する。
この最後の工程は、ジョイント部自体を有する振り子のモノリシックな性質のためであり、ジョイント部へのせん断力の影響によるものではないために、処理中のジョイント部の破損、ジョイント部自体への振り子アーム(又は、これが振り子のジョイント部でない場合ジョイント部に隣接する他の部分における)に加えられた力の伝播による破損を回避するために必要なブラケットシステム(より一般的には「取り外し可能な固定」システム又は手段)の組み立てが必要である。図7(a)と図7(b)は、楕円形のジョイント部を備えた単純な振り子で、正面と背面の2つの異なる視点である、処理の結果を示す。
上記で説明したように、既知の技術では、そのジョイント部が10分の1ミリメートル以下の厚さの弾性ジョイント部によって構成される折り畳みモノリシック振り子の処理は、WEDM及びミーリングに基づく混合手順で実施される。後者は、特に、モノリシックブロックを通過するすべての切断のために、ツールの直径の曲率半径(200~300マイクロメートル)のエッジを作製するために、及び明らかに、このタイプの取得製品を特徴付ける8つの薄い弾性ジョイント部の製造のために使用される。
300から395までの参照番号は、形成される成形及び楕円形のジョイント部を含む、参照番号310によって示されるブランクブロックの構成要素及び加工の様々な工程を示す。
この工程は、以前のセクションで説明した振り子の各弾性ジョイント部の面の製造に関連する工程A.2とA.3を要約し併合する。ジョイント部の右面321が最初に作製され、次に左面322が平行六面体の2つの面(前面311と対向側312)のそれぞれに対して作製される(逆も同様に可能である)。ジョイント部の設計奥行きは5mmであるため、直径4mmのカッターを使用して、材料が5mm(この場合は5.5mm)よりわずかに深い奥行きまで除去される。この場合も、この面の可能な仕上げ操作が、この工程では望ましい。以前の説明の工程A.2及びA.3で行われたすべての考慮事項は引き続き有効である。
8つの孔380が、工程B.1及びB.2で加工されている面に直交し、それに平行な面に開けられ、平行六面体の上面に4つの孔、及びジョイント部330の底面に及び図12に示すように、(対称軸の1つに直交する4つの孔が開けられる通常、ジョイント部は3つの対称面を有する)。単純な振り子の説明の工程A.4で説明されている方法で、3mmのドリル・ビットを使用して孔を開ける(又は形成する;drill)。図に示すように、この工程で他の参照孔395を作製することができる。
この工程では、弾性ジョイント部に隣接していない残りの材料が、さらなるミーリングによって除去される。
この工程では、シートの端部に接続されている可動部分を取り外す。図15は、工程B.4の終了時の処理の状態を示しており、折り畳み振り子の可動部(アーム、中央の部分)を固定構造(背面は同じであり、同じ手順で加工された)にロック(又は固定、又は系止;rock)したままにする前面311の部分を破線の楕円で示している。振り子アームと中央部分の切り離しには、この処理中のジョイント部の破損を回避するために必要なブラケット(又は「取り外し可能な固定」)システム400(400から494までの参照番号で説明)の設置が必要である。このような破損は、ジョイント部へのせん断力の影響によるものではなく、ジョイント部自体を有する振り子と中央部分のモノリシックな性質のために、処理中の切断による押し(又は押し付き、推力;thrust)を受けて、振り子のアームによって加えられた力の伝播によるものであることは、再度注目に値する。図16は、本説明の主題でもある、このタイプの処理のために特別に開発されたブラケットシステムを示す。図17は、振り子の2つのアーム300Aをロックするための孔(一方の振り子については385、386、及び他方の振り子については387、388)、中央部分310Mをロックするための孔391及び392、ならびに固定構造又はフレーム300Fにロックするための孔393、394を備え、その上に、ブラケットシステム400のプレート410の孔485~488、491~494(適切なネジ/ボルト又は他のピン手段を有する)が配置される、モノリシック振り子300WLを示す。プレート410はまた、周囲プロファイル(又は輪郭、又は外径;profile)に窪み461~464(「開口部」としてもみなす)を表示し、これは、図15に破線で示される隣接していない部分を加工のためのアクセス(又は:出入り可能に、又は侵入可能に;access)を可能にする。
本明細書の方法論は、薄い金属シート及びジョイント部の機械的加工だけでなく、それを利用するすべての機械的構成要素に対しても全く新しい分野を開き、例えば、直接のアプリケーションとして以下に示す、非金属材料で、低コストの折り畳み振り子構成のワッツ・リンケージ製モノリシックメカニカルセンサーの初めての製造を可能にする。
a.厚さが100ミクロン未満の薄い金属シート及びジョイント部の製造が可能であるが、WEDMと比較して表面仕上げの点で優れた品質である。
b.薄い金属シートや非導電性材料のジョイント部の製造が可能になり、従って、WEDM技術によって示される最も重要な制限の1つを克服できる。
a.非常に硬い金属(特殊鋼、高速度鋼、硬い金属等)、又は熱並びに化学処理で硬化した金属(焼き戻し、浸炭など)を加工する可能性があり、ツール(ワイヤー)が加工材料よりも硬度又は機械的強度が大きい。
b.従来の技術では不可能な切り込みや孔を開ける可能性がある(複雑な形状又はプロファイルを有する鋭いエッジ、リブ、キャビティ)。
c.ワイヤーの通過によって加工面に圧力がかからず、加工中に材料に応力がかからないため、非常に薄い金属シート表面を加工する可能性がある。
[1]F・グリマルディ(Grimaldi,F.)、「マニュアル・デリ・マシン・ユーテンシリ・CNC(Manuale delle Macchine Utensili CNC)」、ホエプリ(Hoepli)、イタリア(2007)。
[2]F・バローネ(Barone,F.)、G・ジョルダーノ(Giordano,G.)、Jウェブスター(ed)メカニカル・アクセロメーター(Mechanical Accelerometers、J.Webster(ed.))、電気電子工学のワイリー百科事典(Wiley Encyclopedia of Electrical and ElectronicsEngineering)、ジョン・ワイリー&サンズ・インク(John Wiley&Sons、Inc.)、ドイ(doi):10.1002/047134608X.W8280(2015)
[3]F・バローネ(Barone,F.)、G・ジョルダーノ(Giordano,G.)、UNISA折り畳み振り子(UNISA Folded Pendulum):非常に用途の広いクラスの低周波高感度センサー、測定、https://doi.org/10.1016/j.measurement.2017.09.001(2017)。
[4]F・バローネ(Barone,F.)、G・ジョルダーノ(Giordano,G.)、機械的品質係数の高い低周波折り畳み振り子、及びそのような折り畳み振り子を利用した地震センサー、特許協力条約(PCT)WO2011/004413A3(2011)、特許番号:IT1394612(イタリア)、EP2452169(ヨーロッパ)、JP5409912(日本)、RU2518587(ロシア)、AU2010269796(オーストラリア)、US8950263(米国)、CA2763204(カナダ)。
[5]F・バローネ(Barone,F.)、G・ジョルダーノ(Giordano,G.)、F・アセルネセ(Acernese,F.)、垂直構成で機械的品質係数が高い低周波折り畳み振り子、及びそのような折り畳み振り子を利用した垂直地震センサー、特許協力条約(PCT)に基づく国際出願)WO2012/147112 685(2012)、特許番号:IT1405600(イタリア)、EP2643711(ヨーロッパ)、AU201247104(オーストラリア)、JP5981530(日本)、RU2589944(ロシア)、9256000(米国)、カナダ出願中。
[6]F・バローネ(Barone,F.)、G・ジョルダーノ(Giordano,G.)、F・アセルネセ(Acernese,F.)、1つ以上の折り畳み振り子を利用した角変位及び/又は線形変位の測定方法、特許協力条約(PCT)WO2016/020947に基づく国際出願(2016)、特許番号:IT1425605(イタリア)、ヨーロッパ、日本、米国、カナダは係属中。
[7]C・ソマー(Sommer,C.)、S・ソマー(Sommer,S.)、「ワイヤー・EDM・ハンドブック(Wire EDM Handbook)」、アドバンスド・パブリッシング(Advanced Publishing(2000))。
Claims (17)
- ミーリングによってブランク(210、310)から材料を除去することを含む、薄い金属シート又はジョイント部(230J、330J)を製造するための方法であって、
A.前記ブランク(210、310)を作製する工程であって、
A1.前記ブランクが第1の面(211、311)、及び前記第1の面と対向する第2の面(212、312)を有し、
A2.前記ブランクが前記第1の面(211、311)及び前記第2の面(212、312)の交差方向に前記第1の面(211、311)及び前記第2の面(212、312)を通る2つの開口部(260、360)を有し、
前記2つの開口部は、それらの間に要素(220、320)を互いに規定し、前記要素は、前記2つの開口部(260、360)の間を走り、前記2つの開口部(260、360)に沿った、前記要素の長手方向であるメイン延在方向を有し、前記メイン延在方向及び前記交差方向に延在する第1の側面(221、321)及び第2の側面(222、322)を有するように、
前記ブランク(210、310)を作製する工程、
B.前記第1の側面(221、321)を加工する工程であって、
前記交差方向に沿って、前記第1の面(211、311)から開始して前記ジョイント部の又は前記薄い金属シートの設計奥行きより深い奥行きまで、及び前記メイン延在方向に沿って、前記要素(220、320)の材料の少なくとも一部分をミーリングによって除去することによって、前記第1の側面(221、321)を加工する工程、
C.工程Bの第1の側面(221、321)と同じ方法で、前記第2の側面(222、322)を加工し、それによって前記要素(220、320)から加工要素(230、330)を得る工程、
D.前記ブランク(210、310)を穿孔する工程であって、
前記交差方向において、前記加工要素(230、330)と前記ブランク(210、310)の残りの部分との間にフリースペースが形成されるように、前記交差方向において前記第1の面(211、311)を基準にして、前記設計奥行きよりも深い奥行きの位置で、前記メイン延在方向に平行な方向に沿って、前記ブランク(210、310)を穿孔する工程、及び
F.前記加工要素(230、330)が前記ブランク(210、310)の残りの部分から切り離れるまで、前記加工要素(230、330)に対して隣接する前記ブランクの残りの部分を前記ブランク(210、310)から除去し、それによって薄い金属シート又はジョイント部(230J、330J)を得る工程
を実施することを含む、薄い金属シート又はジョイント部(230J、330J)を製造するための方法。 - 前記工程Fの前に、前記加工要素(230、330)を、前記ブランク(210、310)と一体となるようになっておりかつ前記ブランク(210、310)と一体となるように構成された、取り外し可能な固定化機械的手段(240、400)によって固定し、前記工程Fの後に、前記取り外し可能な固定化機械的手段(240、400)を取り外す、請求項1に記載の方法。
- 前記取り外し可能な固定化機械的手段が、ブラケット、ナット及びボルトを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記加工要素(230、330)に隣接しない材料の一部分を除去する工程Eを、工程Dと工程Fとの間で実施する、請求項1~3のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の側面(221、321)を仕上げる工程を、工程B及び/又は工程Cの後に直ぐに実施する、請求項1~4のいずれかに記載の方法。
- 前記第2の側面(222、322)を仕上げる工程を、工程Cの後に直ぐに実施する、請求項1~5のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の側面(221、321)及び前記第2の側面(222、322)が、前記第1の面(211、311)及び/又は前記第2の面(212、312)に対して実質的に垂直な表面を有する、請求項1~6のいずれかに記載の方法。
- 前記薄いシート又は前記ジョイント部が、弾性を有する、請求項1~7のいずれかに記載の方法。
- 前記開口部が貫通開口部であり、前記第1の側面(221、321)及び第2の側面(222、322)が貫通側面である、請求項1~8のいずれかに記載の方法。
- 前記交差方向が、前記メイン延在方向に垂直である、請求項1~9のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の面(211、311)と第2の面(212、312)が平面であり、及び/又は平行である、請求項1~10のいずれかに記載の方法。
- ミーリング処理を含む、ブランク(310)からモノリシック折り畳み振り子(300WL)を得るための方法であって、
LA.前記ブランク(310)を作製する工程であって、
LA1.前記ブランクが対向する2つの平坦主面(311、312)を含み、
LA2.前記平坦主面(311、312)には、前記2つの平坦主面(311、312)に実質的に垂直な方向に開口部(360)の対が8つあり、各開口部(360)の対には、開口部(360)の対に沿った、要素の長手方向であるメイン延在方向、該メイン延在方向に沿って第1の側面(321)、及び該第1の側面とは対向する側に第2の側面(322)を有する要素(320)が規定され、
前記第1の側面(321)及び前記第2の側面(322)が前記2つの平坦主面(311、312)に実質的に垂直である表面を有するように、前記ブランク(310)を作製する工程、
LB.各開口部(360)の対において、前記2つの平坦主面(311、312)の一方から、設計奥行きより深い奥行きまで前記垂直な方向に沿って、前記要素(320)の材料の一部分をミーリングすることにより、前記第1の側面(321)を加工する工程、
LC.各開口部(360)の対において、前記2つの平坦主面(311、312)の一方から、設計奥行きより深い奥行き(ps)まで前記垂直な方向に沿って、前記要素(320)の材料の一部分をミーリングすることにより、前記第2の側面(322)を加工する工程を含み、前記工程LB及びLCの操作は、各開口部(360)の対の間に加工要素(330)を形成するようになっており、
LD.2つの平坦主面(311、312)を接続する前記ブランク(310)の第1の接続面に4つの孔(380)を形成する工程であって、
4つの加工要素(330)が実質的に前記設計奥行きで前記ブランク(310)の材料から切り離されるように、前記4つの孔(380)を前記4つの加工要素(330)に平行に、前記設計奥行きより深い奥行き(ps)に、それぞれ形成する、工程、
LE.前記2つの平坦主面(311、312)を接続し、前記第1の接続面と対向している前記ブランク(310)の第2の接続面に4つの更なる孔(380)を形成する工程であって、
前記4つの加工要素(330)を、実質的に前記設計奥行きで前記ブランク(310)の前記材料から切り離し、それによって対応するジョイント部(330J)を得るように、前記更なる4つの孔(380)を更なる4つの加工要素(330)に平行に、前記設計奥行きより深い奥行き(ps)にそれぞれ形成する、工程、
LF. 弾性ジョイント部(330J)が折り畳み振り子(300WL)での振動部分として作用するように加工された前記ブランク(310)の中央部分の一端のみに接続されるように、平坦主面あたり2つのジョイント部(330J)において、各弾性ジョイント部(330J)に隣接していない前記ブランク(310)の各材料を除去する工程、
LG.弾性ジョイント部(330J)間の前記メイン延在方向に沿って、前記ブランク(310)の前記中央部分を固定することによって、前記弾性ジョイント部(330J)の取り外し可能な固定化機械的手段(400)を前記2つの平坦主面(311、312)の少なくとも一方に適用する工程、及び、
LH. 前記ブランクの残りの部分から前記4つのジョイント部(330J)及び前記中央部分を切り離すように、前記ブランク(310)を加工して、それによりフリー中央部分(300M)を得て、折り畳み振り子構造に従い、前記フリー中央部分(300M)を前記弾性ジョイント部(330J)によってフレーム(300F)に接続する振り子アーム(300A)として形成する工程
をさらに含む、方法。 - 前記より深い奥行きが、5~20%の割合分前記設計奥行きよりも深い、請求項1~12のいずれかに記載の方法。
- 前記より深い奥行きが、7~15%の割合分前記設計奥行きよりも深い、請求項13に記載の方法。
- 前記取り外し可能な固定化機械的手段(400)が少なくとも1つの取り外し可能な固定板(410)を含み
前記少なくとも取り外し可能な固定板(410)は、
-前記フレーム(300F)の材料への取り外し可能な剛性接続のために構成された少なくとも第1の孔(493、494)、
-前記フリー中央部分(310M)の材料への取り外し可能な剛性接続のために構成された少なくとも第2の孔(491、492)、
-各振り子アーム(300A)についてそれぞれ、各振り子アーム(300A)の材料への取り外し可能な剛性接続のために構成された少なくとも第3の孔(485、486、487、488)
を有し、
4つの側方開口部(461、462、463、464)がさらに存在し、該4つの側方開口部(461、462、463、464)が前記フレーム(300F)の前記材料と前記振り子アーム(300A)の前記材料との間、及び前記フレーム(300F)の前記材料と前記フリー部分(300M)の前記材料との間の、加工のための接続領域にアクセスできるように形作られている、請求項12~14のいずれかに記載の方法。 - 少なくとも1つの取り外し可能な固定板(410)に、少なくとも2つの第1の孔、少なくとも2つの第2の孔、及び少なくとも2つのそれぞれの第3の孔がある、請求項15に記載の方法。
- 工程LGにて、前記取り外し可能な固定化機械的手段(400)を、前記2つの平坦主面(311、312)の両方に適用する、請求項12~15のいずれかに記載の方法。
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