(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械加工される薄肉壁を有する薄肉のシェルまたは円筒状部品のための固定具であって、
第１の位置決め手段を有し、前記薄肉のシェルまたは円筒状部品の一方の端部を位置決めし、固定する厚肉または極厚肉のベースと、
前記ベース内に固定された厚肉または極厚肉の柱と、
使用のとき、前記柱と薄肉のシェルまたは円筒状部品との間で、前記ベース内に固定されたエラストマー圧力要素と、
前記固定具は、適合でき、前記エラストマー圧力要素は、その平坦直径の５倍まで膨張でき、４．０バールまでの膨張圧力となる無端管状であり、
前記固定具は、前記圧力要素と前記薄肉のシェルまたは円筒状部品との間に嵌合するようにした犠牲ライナを含む固定具。
【請求項２】
前記固定具は、さらに、前記柱に固定され、前記薄肉のシェルまたは円筒状部品の他方の端部を位置決めするための第２の位置決め手段を有する厚肉または極厚肉の蓋を備える請求項１に記載の固定具。
【請求項３】
前記第２の位置決め手段は、前記薄肉のシェルまたは円筒状部品のための位置決めピンおよびクランプを備える請求項１または２に記載の固定具。
【請求項４】
前記犠牲ライナは、全厚１０ｍｍから２０ｍｍまでの間の厚さを有し、それによって、機械加工作業中、前記薄肉のシェルまたは円筒状部品を貫通する工具の動きは、前記エラストマー圧力要素を貫通しない請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の固定具。
【請求項５】
前記ライナは、多層ポリマーまたはエラストマー材料であり、前記層は、互いに接着または別の形で結合される請求項１乃至４のうちのいずれかに記載の固定具。
【請求項６】
前記ライナの部分的な補強は、前記薄肉のシェルまたは円筒状部品の複数の小さな開口部が配置される領域内に設けられ、前記補強は、前記ライナの外側層の内側に機械加工される前記薄肉のシェルまたは円筒状部品に対し挿入するカールされたナイロンシートを備える請求項１乃至５のうちのいずれかに記載の固定具。
【請求項７】
ロケットシェルまたは航空機ジェットエンジンのケーシングのうちの１つからなる前記薄肉のシェルまたは円筒状部品を取り付ける請求項１乃至６のうちのいずれかに記載の固定具。
【請求項８】
前記支持柱は、中空である請求項１乃至７のうちのいずれかに記載の固定具。
【請求項９】
前記エラストマー圧力要素は、車両車輪用内側チューブからなる請求項１乃至８のうちのいずれかに記載の固定具。
【請求項１０】
前記チューブの膨張弁は、前記柱にその目的で設けられた穴から突出する請求項８および請求項９に記載の固定具。
【請求項１１】
２つ以上の前記チューブは、一方を他方の上部に載せて使用される請求項９または１０に記載の固定具。
【請求項１２】
前記犠牲ライナは、管状形状にカールされたナイロンの矩形のシートを備え、前記薄肉のシェルまたは円筒状部品の内側と前記圧力要素の外側とに嵌合される請求項１乃至１１のうちのいずれかに記載の固定具。
【請求項１３】
前記圧力要素の前記空気圧力は、２バールまでの範囲内で調節され、
ＦＲＦアンサンブル試験は、シェイカーエキサイテーションによって実施され、
振幅比は、ＲＨ≧２．５の範囲内にあり、振動モードの明らかなスパースネスは、約１０００Ｈｚの前記振動範囲内で観察される、検証手順によって検証される請求項１乃至１２のうちのいずれかに記載の固定具。
【請求項１４】
前記検証手順は、さらに、静的荷重試験の結果から確認される楕円形状のヒステリシスループと、損失係数Ｃｄ≧０．１の範囲内にある特定された損失係数とを含む請求項１３に記載の固定具。
【請求項１５】
前記検証手順は、さらに、支持剛性比がＫｄ≧３．０の範囲にある静的荷重試験を備える請求項１３または１４に記載の固定具。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のうちのいずれかに記載の固定具と、該固定具内に固定されたシェルまたは円筒状部品とを組合せたもの。
【請求項１７】
前記シェルまたは円筒状部品が、薄肉である請求項１６に記載の組合せたもの。
【請求項１８】
前記シェルまたは円筒状部品は、航空機ジェットエンジンのケーシングまたはロケットのノーズコーンである請求項１７に記載の組合せたもの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械加工の精度および表面仕上げを、容認可能なエンジニアリング基準に保つためにシェルまたは円筒状部品を十分な支持剛性および動的安定性を伴って機械加工することを可能にすることを目的とする、シェルまたは円筒状部品のための固定具の適応設計に関する。本発明は、機械加工中の固定具の固定および振動の回避の実施が困難である薄肉の部品に特に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
当業者によく知られている構造力学の論理によれば、シェルまたは円筒状部品は、開口部を有し、連続性および曲率を有して成形された中空の物体の群として定義されている。ボール（ｂｏｗｌ）のような構造体は、単一の主要開口部を有するシェル部品を特徴付け、一方で貫通開口部を有する中空の管状構造は、円筒状部品を特徴付けている。いずれの部品もある壁厚を有する壁を有しており、各々は、その直径がその高さより大きい場合はその半径、または別の場合はその高さであるプロファイル寸法を有する。プロファイル寸法と壁厚との比に関連して、シェルまたは円筒状部品は、以下のように分類される。
ａ）極厚肉：中実構造のように三次元的に応力を加えられたもの。
ｂ）厚肉：伸張、屈曲、および、より高次の横せん断の応力が加えられたもの。
ｃ）中程度の厚肉：伸張、屈曲、および一次の横せん断応力が加えられたもの。
ｄ）薄肉：伸張および屈曲の応力が加えられたものであるが、横せん断力は、無視されるもの。
ｅ）極薄肉：伸張効果によって左右されるもので、薄膜とも呼ばれる。
【０００３】
この分類に基づき、本発明が特に関連する薄肉のシェルまたは円筒状部品は、１つの主要開口部または貫通開口部を備え、以下を有する中空構造として定義され、それらに限定される。
ａ）２ｍｍ以上の仕上げ壁厚Ｗ、
ｂ）２０以上のシェルまたは円筒のプロファイル寸法と壁厚との比Ｒ／Ｗ（ここでＲは、部品の半径、即ち、高さであり、その直径および高さのどちらもがプロファイル寸法である）、および
ｃ）０．５以上の主要開口部半径とプロファイル寸法との比Ｒ１／Ｒ、あるいは２００ｍｍ以上の主要開口部半径Ｒ１。
この場合、０から１０００Ｈｚまでの周波数範囲において弱減衰振動モードの明らかな過密が存在しており、壁には僅少の横せん断力が存在している。
【０００４】
定義した薄肉のシェルまたは円筒状部品は、その特性を変更することなく、複数の小さな開口部および平坦でない内面または外面を有することができる。そのような部品が機械加工される間、それを保持することは難しい。薄肉は、機械加工プロセスにおいて発生する切削力に耐えるのに十分な静的剛性および動的安定性に欠けている。せん断効果の欠如により、薄肉は、動的に不安定になり、振動を受けやすくなり、主に不十分な支持剛性からの機械加工の精度問題、および主に切削工具と工作物の間の不安定な自励式振動（これ以後簡単に「チャタリング」と称する）からの表面仕上げ問題が引き起こされる。
【０００５】
良好に設計された静的固定具は、この状況では有用でない。というのは、シェルまたは円筒状表面の大部分に正確に嵌合する静的固定具は、高価であり時に不可能である一方で、他方では、静的固定具が非常に良好に設計され、薄肉の部品の静止位置に正確に嵌合する場合であっても、切削力によって励振されるとき、主に伸張および屈曲効果によって保たれる柔軟な薄肉は、静止位置の周りでも依然として振れ、静止支持に対して反発し、その結果部品の動的安定性を低下させることが主な理由である。薄肉部品に適応的に嵌合し、それを支持および減衰させる動的固定具の設計が、明らかに望ましい目的である。
【０００６】
いずれの産業においても、無駄を有することは望ましいものではない。そのため、部品の質量を、当然ながら他の要因がこれに影響を及ぼさないという条件のもとで最小限に抑えることが常に望ましいことである。たとえば、部品が結果的に所望よりも早く故障してしまう場合、特に部品の質量が、そうでない場合は部品の作動に対して有害でない場合は、部品の質量を減じることは何の役にも立たない。しかし、産業によっては、部品の質量自体が重要な問題であり、航空宇宙防衛産業よりもこうしたケースが多い産業は存在しない。
【０００７】
ロケットシェルおよびジェットエンジンのケーシング（ｊｅｔ  ｅｎｇｉｎｅ  ｃａｓｉｎｇ）は、一般的な薄肉シェルまたは円筒状部品である。そのほとんどは、耐熱合金などの機械加工が困難な材料から作られており、不必要な部品の質量を最低限まで落とすことに対して非常に厳しい要求事項が常に存在している。連結のためのすべての正確な接触面を提供するため、またすべての不必要な質量を鍛造部分または鋳造部分から除去して最終の部品を得るために、機械加工は必須のものである。比較的激しい機械加工プロセス時にそのような部品を保持することは、その薄肉が柔軟であり動的に不安定であるために問題がある。ほとんどの技術者によって現在採用されている解決策は、部品を個々に処理してそのような部品の振動特性を考察し、問題領域を予測し、次いでチャタリングの影響を最低限に抑えるための適切な機械加工手順を決定することである。
【０００８】
それにもかかわらず、本発明は、特に（決して排他的ではないが）、所要の機械加工作業中にそのような部品を保持するのに適応固定具であって、部品の表面のほとんどに適応的に嵌合し、剛性がより大きくなるように部品を適応的に支持し、安定性がより高まるように薄肉を適応的に減衰させる固定具を提供することに関する。本明細書では、「適応的」は、幾何学的および動的の両方の意味において自己適応する能力を意味する。
【０００９】
米国特許第６０１５１５４号明細書（特許文献１）は、スロットを有するホルダであって、ポリマースリーブとアーバーの間に液圧チャンバを画定するようにその一方の端部においてアーバーに対して封止されるポリマースリーブを取り囲む金属スリーブからなるホルダを開示し、それにより、チャンバを加圧することでスリーブが拡張し、その金属スリーブは、鋳造のエンジンシリンダのライナスリーブをその機械加工を可能にするように内部的に把持および保持する。その金属スリーブは、直径約８ｍｍに拡張することができる。振動の減衰が目的として述べられているが、これがどのようにホルダ自体上にもたらされるかについては説明されていない。
【００１０】
米国特許第４８１１９６２号明細書（特許文献２）は、その金属スリーブを有さないが、類似の構成を開示している。この場合のポリマースリーブは、円筒状のスリーブを内部的に把持するために拡張することを可能にする柔軟性をいくらか有しながら、直径では数ミリメートルしか拡張しない能力を有するテフロン（登録商標）シェルを備える。
【００１１】
米国特許第４２５３６９４号明細書（特許文献３）は、円形製品のための内部ピックアップ装置を開示している。この内部ピックアップ装置は、円筒状の部分と、その部分の溝内にエラストマーリングと、複数の溝が物体を内部的に把持するようにエラストマーリングを拡張させるために流体によって加圧され得るベースとを備える。
【００１２】
英国特許出願公開第１４４５２１６号明細書（特許文献４）は、米国特許第４２５３６９４号明細書（特許文献３）において説明されるような類似の構成を備え、薄肉の円筒状の物体を基準に合わせる（ｔｒｕｅｄ）ための締付け装置を開示している。
【００１３】
しかし、厚肉の部品であっても、適応減衰をもたらすその固定具は、機械加工性能の向上を求めることにおいて有利である。ここでもやはり、この文脈において、「適応的」は、さまざまなサイズの部品と嵌合し、特定の機械加工作業に関連する動的振動特性に適合するように合わせられる能力を意味している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６０１５１５４号明細書
【特許文献２】米国特許第４８１１９６２号明細書
【特許文献３】米国特許第４２５３６９４号明細書
【特許文献４】英国特許出願公開第１４４５２１６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、シェルまたは円筒状部品のための固定具であって、部品の一方の端部を位置決めし、締め付けるための第１の位置決め手段を有する厚肉または極厚肉のベースと、ベース内に固定された厚肉または極厚肉の柱と、ベース上において柱と使用時の部品との間に配設された無端管状の膨張可能なエラストマー圧力要素と、圧力要素と部品の間に嵌合するように適合された犠牲ライナとを備える固定具が提供される。
【００１６】
好ましくは、固定具は、さらに、柱に固定される厚肉または極厚肉の蓋を備え、部品の他方の端部を位置決めするための第２の位置決め手段を有する。
【００１７】
柱、ベース、および蓋は、厚肉であるので、１０００Ｈｚの周波数における振動モードの明らかなスパースネスを伴って、考慮される少なくとも伸張、屈曲およびより高次の横せん断効果を有する構造を提供する。
【００１８】
好ましくは、前記ライナは、１０ｍｍから２０ｍｍまでの間の全厚を有し、それによって機械加工作業中にシェルまたは円筒状部品を貫通する貫通工具の動きは、圧力要素を貫通しない。好ましくは、ライナは、多層ポリマーまたはエラストマー材料であり、層は、互いに接着され、あるいは別の形で結合される。したがって、ライナはまた、機械加工される部品表面に垂直に、主に層間のせん断効果による均一の支持圧力、および主にポリマーまたはエラストマー材料による動的減衰をいきわたらせるように働く。部品の複数の小さな開口部の周りの部分的な補強は、カールされたナイロンシートをライナの外側層の内側に機械加工される薄肉に押し付けて挿入することによって使用可能である。
【００１９】
好ましくは、前記圧力要素は、その平坦直径の５倍まで、および４．０バールまでの空気圧力の安定かつ安全な作動範囲内において空気圧で膨張される。好都合には、圧力要素は、改変された車両車輪用内側チューブを備えることができ、この内側チューブは、所与のサイズまで拡張し、シェルまたは円筒状部品、支持アーバーまたは円筒、取付けベースおよび蓋内に囲まれた室に非常に良好に嵌合することができる。チューブの膨張弁は、内部アーバーまたは外側支持円筒上にこの目的で設けられた開口を貫通して突出することができる。長いシェルまたは円筒状部品については、２つ以上のチューブが、一方を他方の上部に載せて使用可能である。
【００２０】
１つの構成では、柱が、部品の内側にあり、圧力要素が柱を取り囲み、ライナが圧力要素を取り囲み、固定具の使用時は部品がライナ、圧力要素および柱を取り囲む。この構成では、部品は、圧力要素によって径方向に外側に押し出され、その外面上において機械加工作業を実施することができる。
【００２１】
しかし、別の構成では、柱は、中空であり、部品の外側にあり、圧力要素は、固定具の使用には部品をそれ自体が取り囲むライナを取り囲む柱内にある。この構成では、部品は、圧力要素によって径方向に内側に押し出され、その内面上において機械加工作業を実施することができる。
【００２２】
適応固定具設計は、類似の構造機能を有するが詳細な形状およびサイズは異なるさまざまな製品に適応的である、敏しょう性および柔軟性を有する固定具の組合せに関する高度な製造エンジニアリングにおける需要を満足する。本発明における重要な要素は、特に拡張可能な空気圧チューブの形態であるときの圧力要素であり、この圧力要素は、その平坦直径の５倍までおよび４バールまでの空気圧力の安定かつ安全な作動範囲内において膨張可能である。これによって助けられるため、固定具は、部品の詳細な形状に嵌合することに適応的であるだけでなく、所定の部品の直径の約４倍までの部品のサイズという相当な範囲に嵌合することにも適応的である。この空気圧要素からの別の特別な利点は、固定具に空気圧ダンピングキャビティを設けることによって、機械加工のチャタリングエネルギーが吸収され、振動の通常の指数関数的成長が始まった後それが防止される。
【００２３】
前記内部または外部支持円筒は、薄肉部品に対する十分な支持剛性および動的安定性の持続において重要な役割を果たす。前記薄肉シェルまたは円筒状部品は、主に伸張および屈曲の応力によってバランスがとられ、大域的な剛性を維持するためのせん断効果を有していない。したがって、こうした剛性のある支持により、空気圧要素は、多層ライナから薄肉上に均一の垂直圧力をかけ、明らかな動的減衰効果を伴って薄肉表面上に適応的に嵌合する。
【００２４】
前記適応減衰は、薄肉上の前記ライナのポリマーまたはエラストマー材料によって加えられた動的減衰、ならびにエラストマーライナおよび柔軟な薄肉部品と適応的に接触させた空気圧要素のダンピングキャビティによって吸収されたエネルギー（全損係数：Ｃd≧０．１、以下および図７および図８を参照）の両方を含む。
【００２５】
個別的な固定具にとどまらず、本発明は、機械加工の精度および表面仕上げを容認可能なエンジニアリング基準に保つために、薄肉シェルまたは円筒状部品を十分な支持剛性および動的安定性を伴って機械加工することを可能にすることを目的とする、薄肉シェルまたは円筒状部品のための適応固定具の設計手法を提示する。
【００２６】
固定具は、特に薄肉構造に適合され、これらのうち航空機ジェットエンジンのケーシングおよびロケットのノーズコーンが一般的な例である。実際には、本発明はさらに、上記で定義したような固定具および固定具内に固定された薄肉シェルまたは円筒状部品の組合せを提供する。好ましくは、前記部品は、航空機ジェットエンジンのケーシングまたはロケットのノーズコーンである。
【００２７】
本発明の実施例が、一例として、添付図を参照して以下にさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による内部固定具の斜視図である。
【図２】本発明による外部固定具内に保持された薄肉円筒状部品の断面図である。
【図３】本発明による内部固定具を有する薄肉シェル部品の断面図である。
【図４】図２の外部固定具内の他の薄肉シェル部品の断面図である。
【図５】シェイカーエキサイテーション（ｓｈａｋｅｒ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）によって測定され、固定具が使用されていない薄肉円筒状部品の周波数応答関数（ＦＲＦ）アンサンブルのグラフである。
【図６】シェイカーエキサイテーションによって測定された、本発明による固定具用アーバーの厚肉内部柱の周波数応答関数（ＦＲＦ）アンサンブルのグラフである。
【図７】本発明による適合可能な固定具内に支持された場合、シェイカーエキサイテーションによって測定された薄肉円筒状部品の周波数応答関数（ＦＲＦ）アンサンブルのグラフである。
【図８】０．０、１．０、および２．０バールにおける圧力要素のさまざまな空気圧力による、本発明による適合可能な固定具内に支持された薄肉円筒状部品の静的負荷試験結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１では、薄肉円筒状部品１０の外部機械加工のための内部の適応固定具１００は、複合工作機械（マシニングセンター）の（図示せず）の工作台（図示せず）と連結するための取付け穴２を有する厚肉プレートからなる取付けベース１を含んでいる。複数の位置決めピン３およびクランプ４は、部品１０をベース１に対して位置決めし、これに留める。
【００３０】
厚肉の剛性アーバー、即ち、柱５が、複数のボルト（図示せず）によってベース１の中央に固定される。アーバー５は、フランジを有し厚肉の蓋１２と連結するように終端する。アーバー５の半径に対応する内半径Ｒを有する２つの改変された車両車輪用内側チューブ８が、アーバー上に嵌合される。チューブ８は、エラストマーの弾性的に柔軟性のある材料から作られ、円筒状部品１０、支持アーバー５、取付けベース１および蓋１２内に閉じ込まれた室に嵌合するように膨張され得る。各々のチューブ８は、その内面にそれ専用の空気入口弁９を有しており、この入口弁は、アーバー５にその目的のために設けられたそれぞれの孔を介して嵌合される。各々の入口弁９は、中空であるアーバーを上方向に通過可能である。
【００３１】
多層犠牲ライナ６は、互いに接着されてチューブ８に巻き付けられた、全厚が１０ｍｍ以上であるポリマーまたはエラストマー材料の３枚から５枚のシートを含み、それによって、機械加工作業中、円筒状部品１０を貫通する工具の移動が、圧力要素８を貫通することはない。一方で、ライナは、主に層相互間のせん断効果によって均一の支持圧力をいきわたらせ、主にポリマーまたはエラストマー材料によって機械加工される部品表面に対して垂直に、動的減衰をもたらす。複数の小さな開口部（図示せず）の回りの部分的な補強は、機械加工される薄い壁に対しカールされたナイロンシート７をライナの外側層の内側に挿入することによって使用される。
【００３２】
蓋１２は、その円周周りに楔形の段（図示せず）を備え、円筒状部品の上端部を保持する厚肉の円形プレートである。蓋１２は、また、ボルト（図示せず）によって蓋１２を内部アーバー５の上端部に取り付け可能な穴１１を備える。
【００３３】
図２では、同じ薄肉円筒状部品１０の内部機械加工のための外部の適応固定具１００’が、図１と類似の取付けベース１’を含んで示されている。厚肉の剛性円筒５’が、ボルト（図示せず）によってベース１’の中央に固定され、また、フランジを有し蓋１２’と連結するように終端する。２つの改変された車両車輪用内側チューブ８’は、（円筒５の内半径に対応する）外半径Ｒ’を有し、円筒状部品１０、支持円筒５’、取付けベース１’および蓋１２’内に閉じ込められた室に嵌合するように膨張される。各々のチューブ８’は、その外面にそれ専用の空気入口弁９’を有しており、この弁は、円筒５にその目的のために設けられたそれぞれの穴２６を介して嵌合される。
【００３４】
多層犠牲ライナ６’もまた、部品１０の外面に対しチューブ８の回りの内側に巻き付けられる。複数の小さな開口部の回りの部分的な補強は、機械加工される薄い壁に対しカールされたナイロンシート７’をライナ６’の内側層の内側に挿入することによって使用される。
【００３５】
円形蓋１２’は、その円周回りの楔形の段３８によって外部円筒５’の上端部に固定され、部品１０の上端部を保持し、膨張可能な空気圧チューブ８’のための円筒状部品１０、支持円筒５’、取付けベース１’および蓋１２’内に閉じ込められた室を形成する。
【００３６】
図３に示すのは、室１５内に１つの主要開口部１０ａを有する薄肉シェル部品１０”の外部機械加工のための内部の適応固定具１００”である。固定具１００”は、工作台用の取付け穴２を有する厚肉プレートからなる取付けベース１”と、位置決めピン３と、シェル部品１０”を位置決めし、拘束するためのねじ穴４とを含む。この特定のケースでは、部品１０に対するさらなる支持のための蓋は必要でない。厚肉の剛性アーバー５”が、ボルト（図示せず）によってベース１”の中央に固定され、空気圧チューブ８の内面上の２つの空気入口弁９”が、アーバー５”上にその目的のために設けられた２つのそれぞれの開口２６”を通り抜ける。各々の入口弁９は、プレート１”内の開口４２を通って延びるように中空の壁アーバー５を貫通して下方向に延在可能である。
【００３７】
多層犠牲ライナ６”もまた、外部を機械加工するシェル部品１０の内面に接してチューブ８に外部的に巻き付けられる。複数の小さな開口部の周りの部分的な補強は、カールされたナイロンシート７をライナ６”の外側層の内側に機械加工される薄肉に押し付けて挿入することによって使用される。
【００３８】
図４では、同じ薄肉シェル部品１０の内部の機械加工のための外部の適応固定具１００’’’が示されており、この固定具１００’’’は、工作台（図示せず）用の取付け穴２を有する厚肉プレートからなる取付けベース１’’’を備えている。厚肉の剛性円筒５’’’が、ボルト（図示せず）によってベース１’’’の中央に固定される。円筒５’’’は、ボルト１１によって蓋１２’’’に連結するようにフランジで終端する。２つの改変された車両車輪用内側チューブ８’’’は、円筒５’’’の内半径に対応する外半径を有し、シェル部品１０’’’、支持円筒５’’’、取付けベース１’’’および蓋１２’’’内に囲まれた室に嵌合するように膨張される。各々のチューブ８’’’は、その外面にそれ専用の空気入口弁９’’’を有しており、これは、円筒５’’’上にその目的のために設けられたそれぞれの開口を通り抜ける。
【００３９】
多層犠牲ライナ６’’’もまた、内部を機械加工するシェル部品１０’’’の外面に接してチューブ８’’’に内部的に巻き付けられる。複数の小さな開口部の周りの部分的な補強は、カールされたナイロンシート７をライナ６’’’の内側層の内側に機械加工される薄肉に対して挿入することによって使用される。
【００４０】
図面における部品１０（これ以下、１つの数字の使用が、その均等の構造１０’、１０”、１０’’’を含む）は、ロケットシェルまたはジェットエンジンのケーシングを含むことができる。薄肉ロケットシェルまたはジェットエンジンのケーシングの鋳造物の最大部分は、耐熱合金などの機械加工が困難な材料からのモノリシック構造の鋳造物または鍛造物である。不必要な部品の質量を最低限まで落とすことに対して非常に厳しい要求事項が常に存在している。連結のためのすべての正確な接触面を提供するため、ならびにすべての不必要な質量を鍛造部分または鋳造部分から除去して最終の部品を得るために、機械加工作業は必須のものである。図１から図４に図示するタイプの適応固定具を使用することによってその大部分１０を機械加工することができる。
【００４１】
内部支持アーバーまたは外部支持円筒５は、薄肉に対する十分な支持剛性および動的安定性の持続において重要な役割を果たす。薄肉のシェルまたは円筒状の部品１０は、主に伸張および屈曲の応力、せん断効果の欠如によってバランスがとられグローバルリジディティ（ｇｌｏｂａｌ  ｒｉｇｉｄｉｔｙ）を維持する。したがって、アーバーまたは円筒５は、上記のように厚肉として作製される。こうした剛性のある支持により、空気圧要素８は、多層ライナ６から薄肉上に均一の垂直圧力をかけ、動的減衰効果を伴って薄肉表面に適応嵌合する。
【００４２】
前記適応減衰は、薄肉上の前記ライナ６のポリマーまたはエラストマー材料によって加えられたダイミックダンピング（ｄｙｎａｍｉｃ  ｄａｍｐｉｎｇ）、および、空気圧要素８のダンピングキャビティ（ｄａｍｐｉｎｇ  ｃａｖｉｔｙ）によって吸収されたエネルギーの両方を含む。この適応減衰効果の検証は、図５乃至図８を参照して以下において考察される。
【００４３】
図５は、シェイカーエキサイテーション（ｓｈａｋｅｒ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）によって測定され、固定具が使用されていない、図１に示した薄肉円筒状部品１０の周波数応答関数（ＦＲＦ）アンサンブルを実証している。上部の曲線の対数表示から、曲線状の過密頂点の群として特定された振動モード１３の明らかな過密が、周波数範囲約１０００Ｈｚ内で観察される。下部の曲線の線形表示から、不規則な残響的弱減衰の振幅１４（この場合Ｈ最大1＝２．４３ｇ／Ｎ）が、同じ周波数範囲内で観察される。これらは、記述のように薄肉のシェルまたは円筒状の部品の一般的な動的特性である。
【００４４】
図６は、シェイカーエキサイテーションによって測定された、図１に示す厚肉アーバー５の周波数応答関数（ＦＲＦ）アンサンブルを実証している。上部の曲線の対数表示から、周波数範囲約１０００Ｈｚ内においては、曲線上の計数可能なまばらに分散した頂点として特定された、振動モード１５の明らかなスパースネスが存在する。下部の曲線の線形表示から、規則的な小さい振幅１６（この場合高い剛性を示す、Ｈ最大2＝０．１２ｇ／Ｎ）が、同じ周波数範囲内で観察される。これらは、定義通りの厚肉部品の一般的な動的特性である。
【００４５】
図７は、シェイカーエキサイテーションによって測定された、図１に示す同じ薄肉円筒状部品１０の周波数応答関数（ＦＲＦ）アンサンブルであるが、この場合、本発明の適応固定具１００が使用され、空気圧力が２．０バールとして設定されている。上部の曲線の対数表示から、曲線上の計数可能なまばらに分散した頂点として特定される、振動モード１７の不規則であるが明らかなスパースネスが、周波数範囲約１０００Ｈｚ内において観察される。下部の曲線の線形表示から、不規則であるが大きく減衰された振幅１８（この場合、Ｈ最大3＝０．９１ｇ／Ｎ）が、同じ周波数範囲内において観察される。
【００４６】
図７に示される固定具を有する薄肉の部品１０と図５に示される固定具を有さない薄肉の部品１０との間の振幅比は、ＲH＝Ｈ最大3／Ｈ最大1＝２．６７であることが確認される。検証の判定基準として、振幅比は、固定具が使用された薄肉シェルまたは円筒状部品のすべてに対して、記述のように、ＲH≧２．５の範囲にあらねばならない。
【００４７】
図８は、図１に示したような、適応固定具が使用された同じ薄肉円筒状部品１０からのそれぞれの静的荷重試験の一連の結果を実証している。これらは、０．０、１．０および２．０バールとして設定された圧力によって膨張された空気圧チューブ８に関連するものである。円筒状部品１０の中間部分（その座屈限界内）の周りの外面上に上下する円形の点荷重Ｆを適用し、同じ地点で静的偏位Ｘを測定すると、薄肉に対する一連の平均支持剛性は、
【００４８】
【数１】
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【００４９】
および
【００５０】
【数２】
0005539736.tif 000003
【００５１】
であることが確認されている。これらは、それぞれの空気圧力０．０、１．０および２．０バールに対応している。遷移段階
【００５２】
【数３】
0005539736.tif 000004
【００５３】
から安定段階（以下で述べるように楕円ヒステリシスループ２２によって特定される）までの支持剛性比の上昇は、薄肉部品１０の支持における適応固定具の有効性を実証している。
【００５４】
【数４】
0005539736.tif 000005
【００５５】
検証の判定基準として、支持剛性比は、固定具が使用された薄肉シェルまたは円筒状の部品のすべてに対して、記述のように、Ｋd≧３．０の範囲にあらねばならない。
【００５６】
さらに図８から、空気圧力を０．０、１．０から２．０バールまで上昇させるにつれて、楕円形状のヒステリシスループ２２が、徐々に特定される。特定された楕円の室２２の面積Ａdを２１：Ｋ３から算出された最大位置エネルギーＵdで割ると、固定具からの適応減衰効果が、損失係数：２２：
【００５７】
【数５】
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【００５８】
であることが確認される。損失係数Ｃdは、統計的に、エンジニアリング構造または材料からの複雑な減衰効果に対する一般的尺度であり、一般的な薄肉金属構造に関してはＣd≦０．００１であり、接着されたポリマーまたはエラストマー減衰層を有する薄肉金属構造に関しては０．０１≦Ｃd≦０．１である。本発明に関連する適応固定具の有効性に対する検証の評価基準として、損失係数は、固定具が使用された薄肉のシェルまたは円筒状の部品のすべてに対して、定義通り、Ｃd≧０．１の範囲にあらねばならない。
【００５９】
個別的な固定具にとどまらず、本発明は、機械加工の精度および表面仕上げを容認可能なエンジニアリング基準に保つために、薄肉のシェルまたは円筒状の部品を十分な支持剛性および動的安定性を伴って機械加工することを可能にすることを目的とする、薄肉のシェルまたは円筒状の部品のための適応固定具の設計手法を提供する。
【００６０】
本発明で規定されるように、さまざまな寸法設定の薄肉のシェルまたは円筒状の部品１０のための適応固定具の設計および検証手順は、以下のように分析される。
（１）薄肉１０および厚肉５の部品の確認
ａ）幾何学的寸法：定義通り
ｂ）動的特性：定義通り、図５および６を参照
（２）適応固定具が使用された薄肉部品１０の動的安定性および適応減衰の検証
ａ）動的特性：図５および図７を参照
４．０バールの安全作動範囲内で空気圧要素８の空気圧力を調節し、次いで図５および図７に図示したようにシェイカーエキサイテーションによってＦＲＦアンサンブル試験を実施する。動的安定性および適応減衰効果の検証の評価基準として、振幅比は、ＲH≧２．５の範囲にあらねばならず、振動モード１７の明らかなスパースネスは、固定具が使用された薄肉のシェルまたは円筒状の部品のすべてに対して、記述のように、１０００Ｈｚの周波数範囲内で観察されねばならない。
ｂ）静的荷重試験：図８を参照
さらに適応減衰効果の検証の評価基準として、楕円形状のヒステリシスループ２２が、図８に図示した静的荷重試験から観察されねばならず、特定された損失係数は、固定具が使用された薄肉のシェルまたは円筒状の部品のすべてに対して、定義通り、Ｃd≧０．１の範囲内にあらねばならない。
（３）適応支持剛性の検証：図８を参照
４．０バールの安全作動範囲内で空気圧要素８の空気圧力を調節し、次いで図８に図示したように静的荷重試験を実施する。適応支持剛性の検証の評価基準として、支持剛性比は、固定具が使用された薄肉のシェルまたは円筒状の部品のすべてに対して、記述のように、Ｋd≧３．０の範囲にあらねばならない。
【００６１】
薄肉の部品に関連して上述してきたが、本発明の固定具は、それに限定されず、厚肉の部品にも有利に適用することができる。その固定具は、それが収容することができる部品の大きさで適応できる固定具であることだけでなく、空気圧により、その振動減衰特性においても適応できる固定具である。
【００６２】
本明細書の説明および特許請求の範囲を通じて、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」、ならびに用語の変形、たとえば「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」は、「それだけに限定されずに一部として含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」を意味し、他の部分、付加物、部品、整数値またはステップを排除することが意図されるものではない（排除しない）。
【００６３】
本明細書の説明および特許請求の範囲を通じて、別途文脈が要求しない限り、単数形は複数形を包含する。特に不定冠詞が使用される場合、別途文脈が要求しない限り、本明細書は、複数形ならびに単数形を企図するものとして理解されるべきである。
【００６４】
本発明の特定の形態、実施例、即ち、一例と共に説明された特徴、整数値、特性、合成物、化学的部分または群は、それらと互換性がある限り、本明細書で説明した任意の他の形態、実施例、即ち一例に適用可能であると理解されるべきである。
【００６５】
読み手の関心は、この用途に関連して本明細書と同時にまたはそれ以前に出願され、本明細書と共に一般閲覧に開示されたすべての論説および文書に対して向けられ、すべてのそのような論説および文書の内容は、参照によって本明細書の一部を構成する。
【００６６】
本明細書（いかなる添付の特許請求の範囲、要約書、および図も含む）に開示された特徴のすべておよび／またはそのように開示された任意の方法またはプロセスのステップのすべては、そのような特徴および／またはステップの少なくとも一部が相互に排他的である場合の組合せを除き、どのような組合せでも組み合わせることができる。
【００６７】
本明細書（いかなる添付の特許請求の範囲、要約書、図、および試験結果も含む）に開示された各々の特徴は、別途明示的に定められない限り、その同じ、等しい、または類似の目的を果たす代替の特徴によって置き換えられてよい。したがって、別途明示的に定められない限り、開示された各々の特徴は、等しいまたは類似の特徴の包括的な一連のものの１つの例にすぎない。
【００６８】
本発明は、前述のいかなる実施例の詳細にも制限されない。本発明は、本明細書（いかなる添付の特許請求の範囲、要約書、および図も含む）に開示された特徴の任意の新規のものまたは任意の新規の組合せ、あるいはそのように開示された任意の方法またはプロセスのステップの任意の新規のものまたは任意の新規の組合せまで及ぶ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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