JPS5923914B2 - 工作物保持器組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子ビーム溶接装置に関し、より詳細には、結
合されるタービンとタービン軸を受け入れ且つ正確に整
合する工作物保持器組立体に関する。

ターボ過給機（ＴｕｒｂＯｃｈａｒｇｅｒ）の製造にお
いては、軸をタービンに結合することが必要である。

ここにおいて用いられるタービンの語は、高圧、高温又
は高圧高温のガスがそれを回転させ膨張させるため向け
られる複数個の曲がつた、なめらかな側面をなした羽根
を有する回転ハブ要素を表わすこととする。タービンの
語は、この技術においては、時々タービン羽根車と同意
語として用いられる。さらに、羽根車又は動翼輪の語は
、このような要素を表わすものとして用いられる。通常
、タービンは鋳物により製造され、そして鋳物はなめら
かな表面をした羽根を正確に形成するため、たとえば自
動機械により機械仕上げされる。この操作を完了した時
、有用な作用を行うためタービンの回転エネルギを伝達
できるようにタービンを軸に結合する必要がある。ター
ボ過給機において、たとえば、タービンとタービン軸は
類似したタービンとタービン軸とに連結され、これらの
対の一つは、高温高圧のガスよりエネルギを受けるとい
う意味においてモータとして用いられ、もう一つのター
ビンは有用な作用を行なうため、高圧及び／又は高温に
周囲の空気を圧縮するための圧縮機として機能する。タ
ービンをタービン軸に結合するために従来用いられてき
た一方法は、工作物保持器でタービンとタービン軸を整
合し、真空チヤンバ内に該工作物保持器を据え付け、そ
して、タービン軸の端部とタービン間の内面に、タービ
ン軸の軸線に対し大体直角に向けられた電子ビームを当
てるものであつた。

電子ビームがこのように当てられている間、タービンと
タービン軸は回転せしめられ、完全な円状の溶接がなさ
れる。この作用をなすためのこのような機械の１つは、
ＣＶｌ−Ｓ−１ＢＤＺ型として設討されたサイアキイ（
Ｓｃｉａｋｙ）プラント電子ビーム溶接機として知られ
ている。このような代表的な公知の機械を併用して溶接
作用を行なう場合、操作者は工作物保持器に、一端に比
較的浅い深さの中央凹部が設けられているタービン軸を
据え付ける。操作者により整合ピンが該凹部内に据え付
けられる。そして、整合ピンがタービンをタービン軸と
正確に整合せしめるため両部材に差し込まれて、底面に
整合凹部が設けられているタービンがタービン軸の頂端
部に据え付けられる。非常に高速度となることがあるた
め、可能な限りタービンとタービン軸の整合は完全であ
ることが重要である。４０，０００ｒｐｍあるいはそれ
以上の回転速度が、ターボ過給機装置においてしばしば
実現し、そして２つの要素間の誤つたどのような整合も
、望ましくない振動及び装置の起こり得る故障の原因と
なる。

このような組立体の機械及び方法は、実用的な見地から
満足できるものであることがわかつたのであるが、整合
用穴及び整合用ピンを有するタービン軸とタービンを設
ける費用はわずかではなく、特に手でこれらの装置が組
立てられる場合には無視できないものである。本発明の
実施に従うと、タービン及びタービン軸の整合凹部及び
整合ピンの必要性はもはや存在しない。

本発明の新規な工作物保持器組立体は、該工作物保持器
内にタービン軸を挿入することができ、しかもそのうえ
、前述のように工作物保持器の頂部にタービンを単に据
え付けることができ、そしてこの２つの要素が同軸とな
るように、ターピンとその軸を目動的に掘え付け正確に
整合する。そして後、工作物保持器組立体が上方向に移
動して、これらが真空チヤンバ内に据え付けられ、溶接
電子のビームがこれらの接合面に当てられる。溶接作用
の間、タービンとタービン軸は、電子ビームが全円状に
作用がなされ所望の整合が維持できるように共に締めつ
けられる。次に、添付図面を参照して本発明に従う工作
物保持器組立体の好適具体例について説明する。

まず、第１図及び第２図を参照して説明すると、羽根車
を羽根車軸に電子ビーム溶接する代表的な公知の機械が
図示されている。このような機械の１つは、サイアキイ
電子ビーム溶接機、ＣＶｌ−Ｓ−１ＢＤＺ型として知ら
れており、そして電子ビーム銃保持器、フレーム１２の
下に全体が位置する番号１０で示される回転可能な作業
台を具備する。フレーム１２は真空チヤンバを含む。こ
の真空チヤンバ内で溶接される部品は工作物保持器によ
つて保持される。物品は真空チヤンバ内にある間、電子
銃からの電子ビームを受ける。電子銃の一部はフレーム
から延びるものとして構成できる。次に説明される如く
、溶接作用が行なわれている間、操作者は溶接される次
の部品を他の工作物保持器に取付けている。番号１６は
、夫々工作物保持器支持要素１８を支え、回転可能な台
１０に載置されている直径方向に対向した２つの支持板
を示す。

公知の工作物保持器は全体を番号２０で示され、そして
、夫々羽根車２２に電子ビーム溶接により結合されるの
に適した羽根車軸（第１図及び第２図には図示されてい
ない）を載置するようになつている。作動中、羽根車軸
は工作物保持器２０に掘え付けられ、凹部に手で入れら
れた位置決めピンが軸で支持され、羽根車の底面の凹部
内に伸びている。従つて、羽根車２２は軸の頂端部に位
置しそして支持され、そしてさらに、位置決めピンによ
りそれと整合せしめられている。この関係は第８図に示
され、（公知の）位置決めピンが点線で示されている。
その後、図示された制御板上のスイツチの１つが操作さ
れ、第１図に図示された位置、即ち、一つの工作物保持
器２０が真空チヤンバ一１４の真下の位置に台１０は１
８００回転せしめられる。プログラムされたスイ゛ンチ
サイクノレ（自動サイクノレ）によつて、工作物保持器
は支持体２８により上方向に運ばれ上昇し、保持器２０
全体が真空チヤンバ１４内に入つたとき静止することと
なる。工作物保持器２０は回転可能な台１０に配置され
ている上方向に延びたピン２４と、それと整合し真空チ
ヤンバに支持されている下方向に延びたピン２６とによ
り案内される。真空チヤンバ１４内に工作物保持器２０
が入ると、板部材１８がチヤンバ１４の底の開口部を密
閉する。チヤンバ頂部のバネカの働らいている中央ピン
が羽根車を係止する。真空にされ、電子ビーム作用が加
えられ始める。電子ビームにより結合されるべき羽根車
と羽根車軸の（円形）接合面の円周全部分に当たるよう
工作物保持器２０は、支持体２８の回りを回転する。溶
接された結果が第８図に示されている。そして、プログ
ラムされた自動サイクルにより、工作物保持器２０は、
チヤンバ１４より引き出される。回転可能な作業台１０
が所定の制御信号に応じて回転せしめられ、上記した工
程が他の工作物保持器に繰り返される。このように２つ
の工作物保持器２０のうちの１つが真空チヤンバ１４内
にあり溶接作用が行なわれている間、操作者は、他の工
作物保持器に載置されている、溶接済の工作物を外し、
そしてさらに次の溶接作用のための正しい関係に、分か
れた工作物を新たに挿入できる。部品の電子ビーム溶接
について意図された仕方で機能するのであるが、前述の
公知の機械は充分満足できるものではない。たとえば、
羽根車軸と羽根車とを正しく整合させるために、操作者
が動翼輪２２をその軸の頂部の上へ載置したとき、これ
らの部品が正しく整合するように、これら２つの要素の
各々に位置決め穴をあけ位置決めピンを手で挿入する必
要がある。このことは各々別の費用がかかることを意味
する。さらに、別の手動の工程として、整合凹部が整合
ピンに一致するように、軸の位置決め穴にピンを載置し
その上に羽根車を載置することが必要である。次に、第
３図から第８図を参照して、本発明の実施に従う改良さ
れた工作物保持器組立体の説明がなされる。

番号４０は支持ベース要素を示し、これは、第１図及び
第２図に図示された公知の構成のベース要素１８と構成
及び機能が同一である。再び、垂直往復運動する支持体
２８は、支持機能をなし、ここにおいてはプレート４０
と工作物保持器組立体を支持する機能をなす。番号４２
は、環状シールを示し、たとえばネジ切りされた締結具
４３によつて真空チヤンバ１４のフレーム部分１５に取
付けられている。番号４４は、部材４２と一体の直立環
状リムを示す。番号４６は全体が壌状で、プレート４０
の頂面に固着されたベアリング保持リングを示し、該プ
レート４０は傾斜した環状部分４８を具備する。番号５
０は、入れこ式に支持体２８内に受け入れられている第
２の垂直支持体を示し、その上方端部は支持リング５２
に接触している。

番号５４で示されている環状ボールベアリングレースは
プレート４０内の皿穴状の凹部と、部材５２の外面との
間に位置する。他の支持プレート６０は、要素５２上に
位置し、そしてプレート６４を支持し、該プレート６４
はたとえばネジ切りされた締結具により共に固着されて
いる。支持体５０は詳細は公知で本発明の一部を構成し
ない機構により支持体２８と同期的に上下に動くことが
できるような部品配置になつている。さらに支持体５０
は支持体２８に関し相対回転し、このような回転により
、ベアリング組立体５４の内部レースは静止外部レース
に関し回転する。この回転によつて要素６０及び６４（
即ち、支持プレート及び下方ベースプレート）も回転す
る。要素６４は上方ベースプレート６８の下方に位置す
る下方ベースプレートとして説明される。

複数個の所定の角度に配置された圧縮バネ７０は、これ
らのベースプレートに装置されている穴に位置している
。複数個の所定の角度に配置された保持ピン部材７２が
その下方部分が夫々プレート６４に螺合し、その上方部
分が夫々プレート６８の穴７３に収容され設けられてい
る。部品の配置は、バネ７０は下方ベースプレート６４
と平行で同軸的でしかし間隔を有し上方ベースプレート
６８を正規に偏倚し又は保持するようになつている。保
持部材７２は、下方ベースプレート６４からの上方ベー
スプレートの上方向への移動即ち動きの量を制限する。
しかし、これから記載するように、上方ベースプレート
６８はこれに働く力により下方への動きは自由である。
プレート６８の上方面は、中央プレート開口部と隣接す
る皿穴部分７６が設けられている。この皿穴部分は中央
凹部と称せられる。第７図に最も明確に示されているよ
うに、番号８０で示される保持カツプは、プレート６４
の上方一体軸つぱ部分６６に支持されている一体上方フ
ランジを具備する。

軸つば６７はフランジの付いた保持カツプ８０を収容す
るための中央孔を形成する。該保持カツプはタービン軸
１００を収容するのに適した中央開口部８２を有す。タ
ービン軸１００の上方部分は大きくなつている。この上
方部分の底部は保持カツプ８０の皿穴部分上に載置され
ている（第４図参照）。好ましくは、回転可能な作業台
１０は、第３図に示されるような一対の工作物保持器組
立体を具備し、溶接作用が真空チヤンバ１４内で行なわ
れている間、操作者は仕上げられた溶接済の組立体を外
し、新しい組立体のための要素を挿入する。

工作物保持器組立体を区別するため、番号２１は本発明
に従う工作物保持器組立体を示し、上記の如く番号２０
で公知の工作物保持器組立体を示す。後者の詳説は、本
発明の理解のためには必要ないものである。操作者はま
ずタービン軸１００を保持器８０内に据え付け、該軸は
第３図に示された位置に組立体２１の中を下がる。

この位置では、タービン軸１００の頂端面は上方支持プ
レート６８の頂面の下にある。次に、タービン１０２は
、中央凹部７６内に据え付けられ、タービンの外周部は
該凹部の側部とぴたりと係合する。これはタービン軸に
対するタービンの正確な位置決め及び整合をなし、こう
して、公知の位置決めピンを不必要とする。第３図に示
される如く、凹部７６内にタービンをこのように載置す
ることにより、タービンの下方面の下方ノブ部分がター
ビン軸１００の頂部と係合する。しかし、隙間があつて
も良い。第３図にも示される如く、中央凹部１０３がこ
れから説明する目的のため、タービン１０２の上方面上
に設けられている。第３図の保持台組立体２１が真空チ
ヤンバ１４の下にあると仮定する。

スイツチが操作者により入れられ、支持体２８及び５０
が上昇し、真空チヤンバ内に保持器組立体２１を上方に
動かし、プレート４０の上方フランジはプレート４２と
密閉的に係合する。このような動きの垂直方向の限度は
第４図に示され、上方ベースプレート６８は番号１０５
で全体が示されている接触部組立体と接触している。接
触部組立体１０５は、旋回自在な回転部材１０６を有す
る下方向に延びているブラケツトにより形成される複数
個の回転接触部材がたれ下がつている全体が円形のプレ
ート１０４（第７図も参照）を具備する。

番号１０８はカラーを示し、その下方端部はプレート１
０４に固着され、その上方端部はフランジ及びフレーム
部材１１０に取り付けるため所定の角度に配置された締
結具を具備し、フレーム部材１１０は真空チヤンバフレ
ームの部分１７にたとえばネジ切りされた締結具により
順次固着されている。コイル圧縮バネ１１２は、プレー
ト１１０の一部と接触している上方端部と回転ベアリン
グ１１４と接触している下方端部とを有し、回転ベアリ
ングは中央ピン１１６を支持している。ベースプレート
６８及び６４の上方可動部分は、中央ピン１１６の先端
がタービン内の中央窪１０３に入つた状態でタービン軸
１００とタービン１０２を支持している。

バネ１１２は、次にさらに圧縮され、その結果タービン
１０２は中央ピン１１６とタービン軸１００間で圧縮さ
れる。次に、最も内側の支持体５０は回転せしめられ、
上方及び下方プレート６４及び６８を相対的に回転せし
め、さらにタービン軸１００とタービン１０２を回転せ
しめる。中央ピン１１６はボールベアリング組立体１１
４により自由に回転できる。上方ベースプレート６８の
頂面は、ローラ要素１０６及びそれらの固定的に設置さ
れたブラケツトに対し相対的に回転し、第４図に示され
た如き方向で電子ビームが軸１００とタービン１０２の
間の内側面１０１に当たる。それ自身も固定されている
接触部組立体１０５に対し位置関係が一定である電子の
通路は、溶接ビームが内側面１０１の全円周を処置する
ことを可能にする。実際上、結合されるべき要素は所望
の最終的な溶接の性質、及び等級により２回又は３回あ
るいはそれ以上の回数回転することができる。溶接工程
の最後に、工作物保持器２１が真空チヤンバ１４より引
き下げられ、台１０は回転し、そして第３図に示される
関係にタービン軸とタービンが設けられている他の工作
物保持器２１がそのサイクルの繰返しのため真空チヤン
バの下に据え付けられる。

本発明の工作物保持器２１は、プレート１０４とプレー
ト６４及びこれらの間にある要素を具備する。

この要素以外は本発明以前にすでに知られている。この
工作物保持器は所望の上昇、下降、回転等前記したサイ
アキイブランドの機械により果される機能を果し得るい
かなる機械にも使用することができる。さらに、この工
作物保持器は電子ビーム溶接との関連において記載して
きたが、酸素アセチレン、電気、及び慣性溶接のような
溶接工程の他の種類に有用であることは明らかである。
軸とタービンを溶接する時有用であるとして、本発明を
図示し、説明してきたが、溶接する前のどんな、ハブ要
素に関しても軸端部を正確に位置決めするのに用いるこ
とができることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はタービンをタービン軸に溶接するた
めの代表的な公知の電子ビーム溶接組立体の部分斜視図
。 第３図は、本発明の新規な工作物保持器組立体の部分正
面図でそこに載置されたタービン軸及びタービンが図示
されている。第４図は第２図の機械が本発明の新規な工
作物保持器組立体を具備した第２図断面４−４に沿つた
部分断面正面図。第５図は第４図断面５−５に沿つた図
。第６図は本発明の新規な工作物保持器組立体の一部と
本発明の新規な接触部の関係を示す分解図。第７図はタ
ービン軸及びタービンを有す本発明の完全な新規な工作
物保持器を示す分解図。第８図は溶接工程が完了した組
立てられたタービン及びタービン軸を示し、さらに点線
で整合ピンの公知の使用法を示す部分断面図である。１
４・・・・・・真空チヤンバ、２０・・・・・・工作物
保持台、２１・・・・・・保持器組立体、６４・・・・
・・下方ベースプレート、６８・・・・・・上方ベース
プレート、１００・・・・・・タービン軸、１０２・・
・・・・タービン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービンの如きハブ要素を、タービン軸の如き軸の
   端部に対して整合し且つ接触する関係に位置付けるため
   の工作物保持器組立体にして、（ａ）中央孔を有する下
   方ベースプレートであつて、（ｂ）該中央孔が、上方端
   部がタービンの一面と溶接されるようになつている垂直
   に配置されるタービン軸を受け入れ支持する手段を有す
   るところの下方ベースプレートと、ｃ）該下方ベースプ
   レートと平行で且つ同軸的に配置された上方プレートと
   、ｄ）重力に抗して該下方ベースプレートから間隔を開
   けて該上方ベースプレートを正規に保持する手段と、ｅ
   ）回転軸線が垂直に且つタービン軸の縦軸線と同軸的に
   配置されるタービンを受け入れるようになつている、該
   上方ベースプレートの中央の中央孔とを具備し、ｆ）該
   上方ベースプレート及び該下方ベースプレートの相互の
   正規の位置において、タービンに溶接されるタービン軸
   の上方端部が該上方ベースプレートの頂面の下に位置す
   るようになつており、ｇ）該上方ベースプレートを該下
   方ベースプレートに関し十分な距離押し下げることによ
   つて、上方ベースプレートの頂部がタービン軸の頂部の
   下に位置するように動くようになつており、且つタービ
   ンがタービン軸の上方端部に接するようになつており、
   ｈ）そして更に、工作物保持器の上昇、下降及び回転を
   可能にする、垂直方向の動き及び垂直軸に関する回転運
   動ができるように該下方ベースプレートを支持する手段
   と、ｉ）少なくとも１つの下方向に延びた接触部と、タ
   ービンに係合して、回転中のタービンとタービン軸との
   整合を保持する部材とを備えた、該２つのベースプレー
   トの上に設置された上方接触組立体とを具備し、ｊ）こ
   れによつて下方ベースプレートの上方動きによつて、上
   方ベースプレートが該接触部に接して、下方ベースプレ
   ートに関し上方ベースプレートが押し下げられ、溶接電
   子ビームのためタービン軸とタービンとの接触部が露出
   し、それにより全円周にわたる下方ベースプレートの回
   転が全円周にわたる電子ビーム溶接を可能にする、こと
   を特徴とする工作物保持器組立体。 ２ 該（ｄ）手段が上方ベースプレートと下方ベースプ
   レート間に位置する弾力性要素により形成されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の工作物保持器組
   立体。 ３ 該弾力性要素が該上方及び下方ベースプレート間に
   位置し所定の角度に配置された複数個のコイルバネで形
   成され、該バネが圧縮されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の工作物保持器組立体。 ４ 該２つのベースプレート間の分離を制限する手段を
   具備する特許請求の範囲第３項記載の工作物保持器組立
   体。 ５ 該（ｂ）手段が、回りに上方フランジを有するスリ
   ーブであり、該上方フランジが下方ベースプレートと一
   体の上方に延びた軸つばにより支持され、それに載置さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   工作物保持器組立体。 ６ 該回転中のタービンとタービン軸との整合を保持す
   る部材が、下方に偏倚し、鉛直方向に延びている中央ピ
   ンであり、該中央ピンが下方ベースプレートの最上方向
   動き位置においてタービンと接しかつ整合するようにな
   つており、それによつて下方ベースプレートの最上方動
   き位置において、タービンがタービン軸の上端部と該中
   央ピンとによつて圧縮力を受けるようになつていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の工作物保持器
   組立体。 ７ 該中央ピンが垂直下方向にバネにより偏倚されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の工作物
   保持器組立体。 ８ 該中央ピンがその垂直軸線に関して回転できるよう
   設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第７項
   記載の工作物保持器組立体。