(57)【要約】  空気圧式エッジクランプシステム（２６）および方法が開示されている。一実施の形態では、ワークピース（２４）にクランプ力を加えるためのクランプ装置（２１）は、内部に配置されたキャビティ（７８）を有するビーム部材（５８）とキャビティ内に配置された膨張可能な部材（６０）とを具備する。膨張可能な部材は、加圧源（１９）に接続可能である。クランプ部材（６２）は、ビーム部材に枢動可能に組み合わされている。クランプ部材は、キャビティの上方に少なくとも部分的に突出した第１の部分（６２ａ）とワークピースの上方にビーム部材から外側に横方向に突出した第２の部分（６２ｂ）とを具備する。動作中、膨張可能な部材を膨張させることによって、第１の部分に駆動力を加えて、クランプ部材を回動させ、第２の部分を使用してワークピースにクランプ力を加える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースにクランプ力を加えるためのクランプ装置であって、
内部に配置された少なくとも１つのキャビティを有するビーム部材と、
前記少なくとも１つのキャビティ内に配置され、加圧源に接続可能な、少なくとも１つの膨張可能な部材と、
前記ビーム部材に枢動可能に組み合わされた少なくとも１つのクランプ部材とを具備し、前記クランプ部材は、
前記キャビティの上方に少なくとも部分的に突出し、前記膨張可能な部材に係合可能な第１の部分と、
前記ビーム部材から外側に横方向に突出し、前記ワークピースの上方に配置可能な第２の部分とを有し、
前記少なくとも１つのクランプ部材は、前記膨張可能な部材が膨張するのに従って、駆動力が、前記第１の部分に加えられて、前記クランプ力が、前記第２の部分によって前記ワークピースに加えられるように構成されている装置。
【請求項２】
前記ビーム部材は、このビーム部材内に配置された細長いキャビティを有する細長いビーム部材であり、また、前記少なくとも１つの膨張可能な部材は、前記細長いキャビティ内に配置された膨張可能な細長い部材を含む請求項１の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのクランプ部材は、前記細長いビーム部材に沿って配置された複数のクランプ部材を含む請求項２の装置。
【請求項４】
前記細長いビーム部材は、少なくとも部分的に成形されたビーム部材である請求項３の装置。
【請求項５】
前記ビーム部材に接続され、かつ前記キャビティの上方に少なくとも部分的に延びた少なくとも１つのリテーナ部材をさらに具備する請求項１の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのリテーナ部材は、前記ビーム部材に係合された基部と、前記キャビティの上方に少なくとも部分的に延びたリテーナ部分とを有し、これら基部とリテーナ部分とは、前記駆動力の大きさを少なくとも部分的に制御するように、異なる厚さを有する請求項５の装置。
【請求項７】
前記ビーム部材は、内部に配置された細長いキャビティを有する細長いビーム部材であり、
前記少なくとも１つの膨張可能な部材は、前記細長いキャビティ内に配置された膨張可能な細長い部材を含み、
前記少なくとも１つのクランプ部材は、前記細長いビーム部材に沿って配置された複数のクランプ部材を含み、また、
前記細長いビーム部材に接続され、かつ前記複数のクランプ部材に配置された複数のリテーナ部材をさらに具備し、前記膨張可能な部材が膨張されると、これらリテーナ部材の各々は、前記細長いキャビティの上方に少なくとも部分的に延び、かつ前記膨張可能な部材に係合可能である請求項１の装置。
【請求項８】
ワークピースに製造作業を行うためのアセンブリであって、
前記ワークピースに隣接して配置されるように構成された支持構造体と、
前記ワークピースにクランプ力を加えるように構成されたクランプ装置とを具備し、このクランプ装置は、
前記支持構造体に組み合わされ、内部に配置された少なくとも１つのキャビティを有し、前記ワークピースのエッジ部分に隣接して配置可能な細長いビーム部材と、
前記少なくとも１つのキャビティ内に配置され、加圧源に接続可能な少なくとも１つの膨張可能な部材と、
前記ビーム部材に枢動可能に組み合わされた少なくとも１つのクランプ部材とを具備し、前記クランプ部材は、
前記キャビティの上方に、少なくとも部分的に突出し、前記膨張可能な部材に係合可能な第１の部分と、
前記ビーム部材から外側に横方向に突出し、前記ワークピースの上方に配置可能な第２の部分とを有し、
前記少なくとも１つのクランプ部材は、前記膨張可能な部材が膨張するのに従って、駆動力が、前記第１の部分に加えられて、前記クランプ力が、前記第２の部分によって前記ワークピースに加えられるように構成されているアセンブリ。
【請求項９】
前記キャビティは、細長いキャビティであり、
前記少なくとも１つの膨張可能な部材は、前記細長いキャビティ内に配置された膨張可能な細長い部材を含み、また、
前記少なくとも１つのクランプ部材は、前記細長いビーム部材に沿って配置された複数のクランプ部材を含む請求項８のアセンブリ。
【請求項１０】
前記細長いビーム部材に接続され、かつ前記複数のクランプ部材の間に夫々配置された複数のリテーナ部材をさらに具備し、前記膨張可能な部材が膨張されると、これらリテーナ部材の各々は、前記細長いキャビティの上方に少なくとも部分的に延び、かつ前記膨張可能な部材に係合可能である請求項９のアセンブリ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの膨張可能な部材に動作的に接続された加圧源と、この加圧源に動作的に接続された制御装置とをさらに具備する請求項８のアセンブリ。
【請求項１２】
ワークピースに製造作業を行うための方法であって、
内部に配置された少なくとも１つのキャビティを有するビーム部材を前記ワークピースに隣接して配置することと、
前記少なくとも１つのキャビティ内に配置された少なくとも１つの膨張可能な部材を加圧することと、
前記少なくとも１つの膨張可能な部材を使用して、前記ビーム部材に枢動可能に組み合わされたクランプ部材の第１の部分に駆動力を加えることと、
前記クランプ部材を枢動させることと、
前記ワークピースの上方に前記ビーム部材から外側に横方向に突出した前記クランプ部材の第２の部分を使用して、前記ワークピースにクランプ力を加えることとを具備する方法。
【請求項１３】
前記ビーム部材をワークピースに隣接して配置することは、前記ワークピースに隣接して細長いビーム部材を配置することを含み、この細長いビーム部材は、ビーム部材内に配置された細長いキャビティを有し、また、
前記少なくとも１つの膨張可能な部材を加圧することは、前記細長いキャビティ内に配置された膨張可能な細長い部材を加圧することを含む請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記クランプ部材の第１の部分に駆動力を加えることは、前記細長いビーム部材に沿って配置された複数のクランプ部材の夫々の第１の部分に駆動力を加えることを含み、これらクランプ部材の各々は、前記ビーム部材に枢動可能に組み合わされている請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記ビーム部材をワークピースに隣接して配置することは、少なくとも部分的に成形されたビーム部材を前記ワークピースに隣接して配置することを含む請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記ビーム部材に接続され、かつ前記キャビティの上方に少なくとも部分的に延びたリテーナ部材を使用して、前記クランプ部材の前記第１の部分に隣接した前記膨張可能な部材の膨張を少なくとも部分的に制限することをさらに具備する請求項１２の方法。
【請求項１７】
前記膨張可能な部材の膨張を少なくとも部分的に制限することは、前記ビーム部材に係合された基部と、前記キャビティの上方に少なくとも部分的に延びたリテーナ部分とを有するリテーナ部材を使用することを含み、前記基部と前記リテーナ部分とは、異なる厚さを有する請求項１６の方法。
【請求項１８】
前記ビーム部材をワークピースに隣接して配置することは、前記ワークピースに隣接して細長いビーム部材を配置することを含み、この細長いビーム部材は、ビーム部材内に配置された細長いキャビティを有し、
前記少なくとも１つの膨張可能な部材を加圧することは、前記細長いキャビティ内に配置された膨張可能な細長い部材を加圧することを含み、
前記クランプ部材の第１の部分に駆動力を加えることは、複数のクランプ部材の夫々の第１の部分に駆動力を加えることを含み、前記クランプ部材の各々は、前記ビーム部材に枢動可能に組み合わされ、
前記クランプ部材を枢動させることは、前記複数のクランプ部材を枢動させることを含み、また、
前記ワークピースにクランプ力を加えることは、前記ワークピースの上方に前記ビーム部材から外側に横方向に突出した前記複数のクランプ部材の夫々の第２の部分を使用して、前記ワークピースに夫々クランプ力を加えることを含む請求項１２の方法。
【請求項１９】
前記ビーム部材に接続され、かつ前記キャビティの上方に少なくとも部分的に延びた複数のリテーナ部材を使用して、前記複数のクランプ部材の夫々の前記第１の部分に隣接した前記膨張可能な部材の膨張を少なくとも部分的に制限することをさらに具備する請求項１８の方法。
【請求項２０】
製造工具を前記ワークピースに係合することをさらに具備する請求項１２の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造作業の間、ワークピースを固定するためのシステムおよび方法に、特に、例えば溶接や他の製造作業の際に使用され得る空気圧式エッジクランプシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの異なる形式の製造作業で、ワークピースを所定の位置に固定する必要がある。例えば摩擦撹拌溶接のプロセスでは、シートのアルミニウムパネルが、速い速度で回転するスピンドルをパネルに係合させるために、摩擦を発生させて、パネルとサブ構造とを一緒に溶融する高温にし、Ｉビームのようなアルミニウムのサブ構造に取着される。
【０００３】
アルミニウムパネルを固定するための、立証された方法の１つは、商業的に入手可能な空気圧式の膨張可能なブラダ（ｂｌａｄｄｅｒ）を使用することである。このブラダは、パネルの移動を防止し、パネルをサブ構造にしっかりと押圧するように、パネルに延びている。このような膨張可能かつ可撓性のブラダは、代表的には、パネルに適合したオフセット形状に機械加工された薄型の（ｌｏｗ−ｐｒｏｆｉｌｅ）金属フレームに収容されている。このオフセット形状は、可撓性のブレダが、パネルに延び、かつパネルの表面形状に適合可能であるように、パネルの上側にわずかにオフセットされた膨張可能なブラダを配置する。このような金属フレームは、回転しているスピンドルの両側に確実に取着されるように、摩擦撹拌溶接の接合部の両側の近くに配置されることができる。
【０００４】
摩擦撹拌溶接の接合部がパネルのエッジの近くに位置すると、代表的には金属フレームである接合部の外端に、空気圧式の膨張可能なブレダを収容するスペースがないという問題が生じる。溶接プロセスの間、接合部の両側にクランプ力を加えられることが望ましいので、溶接プロセスの間、パネルのエッジの近くであっても、接合部の両側に所望のクランプ力を与える、改良されたエッジクランプシステムが必要である。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、製造作業の間、ワークピースを固定するための空気圧式エッジクランプシステムおよび方法を提供する。本発明の実施の形態では、小さな動き（ｓｈｏｒｔ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）で動作し、パネルの表面形状に適合し、素早い駆動を提供し、必要に応じて容易に再配置（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ）可能な薄型のエッジクランプシステムを効果的に提供することができる。
【０００６】
一実施の形態では、ワークピースにクランプ力を加えるためのクランプ装置が、内部に配置されたキャビティを有するビーム部材と、キャビティ内に配置された膨張可能な部材とを有する。この膨張可能な部材は、加圧源に接続可能である。クランプ部材は、ビーム部材に枢動可能に組み合わされる。このクランプ部材は、キャビティの上方に少なくとも部分的に突出した第１の部分と、ワークピースの上方のビーム部材から外側に横方向に突出した第２の部材とを有する。動作中、膨張可能な部材を膨張させることによって、第１の部材に駆動力を加えて、クランプ部材を回動させ、第２の部分を使用して、ワークピースにクランプ力を加える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施の形態は、以下の図面を参照して、詳しく説明される。
【０００８】
本発明は、製造作業の間、ワークピースを固定するための空気圧式エッジクランプシステムおよび方法に関する。本発明の所定の実施の形態の詳細な説明が、以下の記載並びに実施の形態の更なる理解のために、図１ないし図８によりなされる。しかし、当業者は、本発明が更なる実施の形態を有すること、および本発明が以下の詳細な説明のいくつかを含むことなく実施され得ることを理解するであろう。
【０００９】
図１は、本発明の一実施の形態に係る製造システム１８を示している。この実施の形態では、製造システム１８は、制御装置２０と、空気圧ポンプ１９と、クランプ装置２１とを有する。前記制御装置２０は、クランプ装置２１の様々な構成部材に加圧空気を供給するために、前記空気圧ポンプ１９の動作を制御する。また、この制御装置２０は、前記クランプ装置２１によって固定された少なくとも１つのワークピースに製造作業を行うような、少なくとも１つの工具３０を含む前記製造システム１８の他の構成部材も制御することができる。一実施の形態では、これら工具３０は、摩擦撹拌溶接のヘッドのような溶接構成部材である。
【００１０】
一実施の形態では、前記クランプ装置２１は、製造作業（例えば溶接）を行う間、第２のワークピース２２に対して第１のワークピース２４を確実に位置決めするための少なくとも１つのエッジクランプシステム２６並びに少なくとも１つの空気圧式表面クランプ３２を有する。これら空気圧式表面クランプ３２並びにエッジクランプシステム２６は、少なくとも１つの固定基部２８に取着されている。以下に十分詳しく記載されるように、一実施の形態では、前記工具３０は、第１および第２のワークピース２４，２２を互いに確実に結合させるように、予め規定された経路に沿って溶接（例えば摩擦撹拌溶接）を行うことができる。代わりの実施の形態では、他の所望の製造作業が行われることができる。
【００１１】
図２は、図１の製造システム１８の一部分の断面図である。図２に示されたように、この実施の形態では、前記空気圧式表面クランプ３２は、膨張可能なシール５２を有する。この膨張可能なシールは、前記ポンプ１９によって膨張されると、前記第２のワークピース２２に前記第１のワークピース２４を確実に係合するように、第１のワークピース２４に圧力を加える。一実施の形態では、前記第１のワークピース２４は、航空機の胴体のような、成形されたアルミニウムの外板であり、また、前記第２のワークピース２２は、機体内での使用に適したアルミニウムのストリンガやビームである。前記表面クランプ３２の構造と動作とは、例えば、２００５年４月２２日に出願され「膨張可能なクランプシステムおよび方法」と題された係属中の米国特許出願Ｎｏ．１１／１１２，９９４により詳しく記載され、参照としてここに含まれている。前記表面クランプ３２に代わることができるクランプ装置の様々な代わりの実施の形態が、例えば、２００３年８月２５日に出願され「適合可能なばね力クランプ装置および方法」と題された係属中の米国特許出願Ｎｏ．１０／６４８，５３５に記載され、参照としてここに含まれている。
【００１２】
引き続き図２を参照して、この実施の形態では、前記エッジクランプシステム２６は、ビーム５８に動作的に組み合わされたエッジクランプ装置５６を有する。このエッジクランプ装置５６は、枢動ピン６８によりリテーナブロック６４に回動可能に取着されたクランプバー６２を有する。取着ボルト６６が、前記ビーム５８に前記リテーナブロック６４を取着する。この実施の形態では、前記ビーム５８は、膨張可能なブラダ（即ちシール）６０を受けるためのほぼＵ形状のキャビティ７８と、前記取着ボルト６６を受けるための複数のねじ孔８０（図３）とを有する。
【００１３】
動作中、前記膨張可能なシール６０が加圧されるのに従って、この膨張可能なシール６０は、前記枢動ピン６８を中心として前記クランプバー６２を回動させ、前記第１のワークピース２４にクランプ力ＦＣを加えるように、クランプバー６２の第２の部分に下向きに力を加え、このクランプバー６２の第１の部分に力を加える。このようにして、前記クランプシステム２６は、製造作業の間、第２のワークピース２２に第１のワークピース２４を確実に係合する。この実施の形態では、前記工具３０は、これら第１および第２のワークピース２２，２４の共通のエッジにできる限り近い工具３０を得るために、エッジクランプシステム２６と表面クランプ３２との間に配置される。
【００１４】
前記クランプシステム２６の付加的な詳細が、図３に示されている。この実施の形態では、前記Ｕ形状のキャビティ７８は、前記ビーム５８の第１の端部８６ａと、このビーム５８の第２の端部８６ｂとから延びている。前記膨張可能なシール６０は、このキャビティ７８に収容されている。また、この膨張可能なシール６０は、キャビティ７８の開口部を貫通したステム７６を有する。このステム７６は、前記ポンプ１９に接続されている。前記膨張可能なシール６０は、例えば適した接着剤を使用して、前記キャビティ７８の基部に取着されることができる。特に、一実施の形態では、この膨張可能なシール６０は、ニューヨークのポーリングのポーリング社から商業的に入手可能なプレスレーニューマシール（Ｐｒｅｓｒａｙ  Ｐｎｅｕｍａ−ｓｅａｌ）（登録商標）である。
【００１５】
図１に示された実施の形態では、前記ビーム５８の端部８６ａ，８６ｂの各々は、前記ボルト３６を受けるための貫通孔８７を夫々有する。これら貫通孔は、前記固定基部２８にこのビーム５８を夫々取着する。代わって、前記ビーム５８の端部８６ａ，８６ｂの各々は、前記基部２８にビーム５８を取着し、クランププロセスの間、このビーム５８の移動を防ぐために、１対のねじ部材８４を有する。
【００１６】
図４は、図１のエッジクランプシステム２６の斜視図である。この実施の形態では、複数のエッジクランプ装置５６が、前記ビーム５８に組み合わされている。また、複数のシール制限部材９０が、このビーム５８に組み合わされ、これらエッジクランプ装置５６の間に配置されている。特に、図５の部分的な拡大図に示されたように、前記取着ボルト６６は、前記リテーナブロック６４を貫通してねじ留めされ、ビーム５８の前記ねじ孔８０の１つに収容される。一実施の形態では、前記エッジクランプ装置５６（およびシール制限部材９０）は、前記ビーム５８に沿って均等に配置される。しかし、代わりの実施の形態では、これらエッジクランプ装置５６（およびシール制限部材９０）は、製造作業の必要性に応じて、所望の位置に、ビームに沿って均等でないように配置されることができる。さらなる実施の形態では、図４に示されたよりも多いまたは少ない数のエッジクランプ装置５６（およびシール制限部材９０）が使用され得る。
【００１７】
図６は、図４のエッジクランプシステム２６の一部分の拡大された部分分解図である。この実施の形態では、前記シール制限部材９０は、シール制限部材９０の孔を貫通したボルト９２によって前記ビーム５８に組み合わされる。代わりの実施の形態では、これらシール制限部材９０は、適した取着装置を使用してビーム５８に組み合わされることができ、代わって、ビーム５８と一体成形されてもよい。前記シール制限部材９０は、ビーム５８に取着されると、エッジクランプ装置５６の間での膨張可能なシール６０の膨張を制限することによって、このビーム５８の前記Ｕ形状のキャビティ７８の上方に少なくとも部分的に延びるように構成されている。
【００１８】
図６に示されたように、一実施の形態では、前記シール制限部材９０は、前記ビーム５８に接触している第１の部分９１と、前記Ｕ形状のキャビティ７８に配置された膨張可能なシール６０の上方に延びた第２の部分９３とを有する。この第１の部分９１は、第２の部分９３よりもかなりの厚さを有することができる。この実施の形態では、これら第１および第２の部分９１，９３の厚さは、前記膨張可能なシール６０が、予め規定された分だけ膨張するように選択されることができ、前記第１のワークピース２４に適切な圧力を加えることによって、前記エッジクランプ装置５６のクランプバー６２が予め設定された分の回動を可能にするであろう。
【００１９】
図７は、図４のエッジクランプシステム２６の一部分の拡大された断面図である。この実施の形態では、前記クランプバー６２は、クランプ作業の間、前記第１のワークピース２４に係合する非磨耗性（ｎｏｎ−ａｂｒａｓｉｖｅ）チップ９０を有する。一実施の形態では、この非磨耗性チップ９０は、ポリマチップであり、このポリマチップは、製造作業（例えば溶接）の間、第１のワークピース２４から前記クランプバー６２への熱伝導を減少させる。この実施の形態では、このチップ９０は、取着ピン９２によって前記クランプバー６２に取着されている。代わって、このチップ９０は、前記クランプバー６２に接着するように取着されるか、前記クランプバー６２に他の適した手段によって取着されても良い。
【００２０】
図８は、前記膨張可能なシール６０が加圧されたときの、前記枢動ピン６８を中心とした前記クランプバー６２の回動の動きを示している。特に、この膨張可能なシール６０が加圧されるのに従って、駆動力Ｆｄが、前記膨張可能なシール６０によって前記クランプバー６２の第１の端部６２ａに加えられ、従って、前記枢動ピン６８を中心として（ほぼ矢印Ｒで示されたように）回動されるように、クランプバー６２に力を加えて、このクランプバー６２の第２の端６２ｂは、前記チップ９０が前記第１のワークピース２４に前記クランプ力ＦＣを加えるように、下向きに力が加えられる。このクランプ力ＦＣは、前記シール６０が収縮するまで、第１のワークピース２４に維持される。
【００２１】
本発明の実施の形態では、従来技術以上のかなりの効果を提供することができる。例えば、図２に示されたように、エッジクランプシステム２６の実施の形態は、ワークピースのエッジが、エッジの近くでの製造作業の実行中、工具３０のためのスペースを与え、ワークピースを適切に固定するように、代わりのクランプシステム（例えば空気圧式表面クランプ３２）よりも小さな表面積のワークピースに取着されることができる。また、本発明の実施の形態は、製造作業を実行する際に邪魔をすることなく、所望のクランプ機能を果すことによって、小さな動きで動作する薄型のエッジクランプシステムを提供することができる。さらに、図１並びに図４に示されたように、本発明の実施の形態では、様々な表面形状に適合するように、効果的に構成されることができ、エッジクランプ装置５６とリテーナ部材９０との位置と、ビーム５８との形状との調節によって、容易に再配置可能である。最終的に、本発明の実施の形態は、代わりのクランプシステムと比較して、比較的早い駆動を提供することができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態が、上述のように、図示され、説明されてきたが、多くの異なる態様が、本発明の意図および範囲から逸脱することなくなされることができる。従って、本発明の範囲は、ここに開示された好ましい複数の実施の形態、またはこれらのいずれかに限定されない。本発明は、請求項を参照することによって決定されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に従い形成された溶接システムの構成部材の斜視図である。
【図２】図２は、図１に示された溶接システムの構成部材の断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に従い形成されたエッジクランプフレームとシールとの拡大図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に従うエッジクランプシステムの斜視図である。
【図５】図５は、図４のエッジクランプ構成部材の一部分の部分的に拡大された分解等値図である。
【図６】図６は、図４のエッジクランプ構成部材の他の部分の部分的に拡大された分解図である。
【図７】図７は、ノンクランプモードにおける図４のクランプ構成部材の断面図である。
【図８】図８は、クランプモードにおける図４のクランプ構成部材の断面図である。
【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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【国際調査報告】
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2009534194.tif 000012
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