(57)【要約】【課題】  シャフト直管化又は管状体直管化装置（１０）によって、金属管状体（１６）の直線形状を正確に測定し、当該管状体（１６）の長軸に沿う理想的な中心線に対する管状体形状の大小さまざまなずれを修正する。【解決手段】  直管化装置（１０）は、装置内に配置された管状体（１６）の直線形状を正確に測定するように構成されている。装置内で管状体（１６）を回転させることによって、当該管状体形状における一対の低い点と、これら２つの低い点の間に位置する１つの高い点とを特定する。装置内において管状体（１６）をこの一対の低い点で支持し、高い点を管状体（１６）の金属の降伏点を超えて変位させることにより、管状体（１６）を永久的に曲げて管状体（１６）の形状を修正する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト（１６）を収容できる寸法とされた間隙（１４）を有するフレーム（１２）と、
前記間隙に隣接して前記フレームに設けられた保持ユニット（１８）と、を備え、前記保持ユニットは、当該保持ユニットから伸長可能で且つ当該保持ユニットに向かって収縮可能なロッド（１８ｒ）を有し、当該ロッドは、前記保持ユニットから前記間隙内に伸長することにより、前記間隙に配置された前記シャフトに係合し、前記ロッドが係合する部分で前記シャフトを支持することができるように構成されており、
前記間隙に隣接して前記フレームに設けられた近接センサー（４６）をさらに備え、前記近接センサは、前記間隙に配置され且つ前記保持ユニットのロッドによって支持された前記シャフトまでの当該近接センサからの距離を検知し、前記検知距離を示す信号を出力するように構成されており、
前記フレームにおける前記間隙を隔てて保持ユニットの反対側に設けられたアクチュエータユニット（３２）をさらに備え、前記アクチュエータユニットは、当該アクチュエータユニットから伸長可能で且つ当該アクチュエータユニットに向かって収縮可能なラム（３２ｒ）を有し、前記ラムは、前記アクチュエータユニットから前記間隙内に伸長することにより、前記間隙に配置され且つ前記保持ユニットのロッドによって支持された前記シャフトに係合することができるように構成されており、前記ラムは、さらに、前記シャフトを前記間隙内で所定距離移動させて前記シャフトを曲げるように構成されており、前記近接センサは、前記ラムによって前記間隙内で前記シャフトが移動させられた距離を検知する、シャフト直管化装置（１０）。
【請求項２】
前記保持ユニット（１８）は、前記フレームに設けられた２つの保持ユニットの１つであり、前記２つの保持ユニットは、前記フレーム（１２）における前記間隙（１４）を隔ててアクチュエータユニット（３２）の反対側に位置しており、
前記アクチュエータユニットは、前記フレームの前記２つの保持ユニットの間に位置している、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項３】
前記近接センサー（４６）は、前記フレーム（１２）上の前記アクチュエータユニット（３２）に隣接した位置で、且つ、前記間隙（１４）を隔てて前記保持ユニット（１８）の反対側に位置している、請求項１又は２に記載の装置（１０）。
【請求項４】
前記間隙（１４）に隣接して前記フレーム（１２）に設けられた回転ユニット（６０）をさらに備え、前記回転ユニットは、前記間隙に配置された前記シャフト（１６）を回転させるように構成されている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置（１０）。
【請求項５】
前記保持ユニット（１８）はシリンダ（１８ｃ）を有し、前記ロッド（１８ｒ）は、前記シリンダから伸長可能で且つ前記シリンダ内に収縮可能である、請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置（１０）。
【請求項６】
前記アクチュエータユニット（３２）はシリンダ（３２ｃ）を有し、前記ラム（３２ｒ）は、前記シリンダから伸長可能で且つ前記シリンダ内に収縮可能である、請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置（１０）。
【請求項７】
前記近接センサー（４６）と通信することにより前記近接センサからの信号出力を受信するように構成されたコントローラ（６６）と、
前記コントローラと通信可能に接続されたディスプレイ画面（６８）とをさらに備え、前記ディスプレイ画面は、前記近接センサが検知した前記距離を視覚的に表示するように構成されている、請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置（１０）。
【請求項８】
前記保持ユニット（１８）は、前記フレーム（１２）における前記間隙（１４）の第１方側に並んで配置された複数の同様の保持ユニット（１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０）の１つであり、
前記アクチュエータユニット（３２）は、前記フレームにおける前記間隙の前記第１方側とは反対の第２方側に並んで配置された複数の同様のアクチュエータユニット（３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４）の１つであり、
前記近接センサー（４６）は、前記フレーム（１２）における前記間隙（１４）の前記第２方側に並んで配置された複数の同様の近接センサ（４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８）の１つである、請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置（１０）。
【請求項９】
前記保持ユニット（１８）は前記間隙（１４）に隣接して前記フレーム（１２）に設けられた複数の保持ユニット（１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０）の１つであり、各保持ユニットはロッド（１８ｒ、２０ｒ、２２ｒ、２４ｒ、２６ｒ、２８ｒ、３０ｒ）を有しており、前記ロッドは、端面（１８ｓ、２０ｓ、２２ｓ、２４ｓ、２６ｓ、２８ｓ、３０ｓ）を有し、ロッドの伸長位置とロッドの収縮位置との間で当該ロッドの軸方向に往復移動可能であり、前記伸長位置では、前記ロッド端面は、前記間隙内に移動することにより、前記間隙に配置された前記シャフト（１６）に係合し、且つ、前記ロッド端面で前記シャフトを支持し、前記収縮位置では、前記ロッド端面は前記間隙外に移動しており、
前記アクチュエータユニット（３２）は、前記フレームにおける前記間隙を隔てて前記複数の保持ユニットの反対側に設けられた複数のアクチュエータユニット（３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４）の１つであり、各アクチュエータユニットはラム（３２r、３４r、３６r、３８r、４０r、４２r、４４r）を有しており、前記ラムは、端面（３２s、３４s、３６s、３８s、４０s、４２s、４４s）を有し、ラムの伸長位置とラムの収縮位置との間で当該ラムの軸方向に往復移動可能であり、前記伸長位置では、前記ラム端面は、前記間隙内に移動することにより、前記間隙内で前記ロッド端面によって支持されている前記シャフトに係合し、且つ、当該シャフトを曲げ、前記間隙内で前記シャフトを所定距離移動させ、前記収縮位置では、前記ラム端面は前記シャフトとの係合が外れて前記間隙外に移動しており、
前記近接センサー（４６）は、前記間隙に隣接して前記フレームに設けられた複数の近接センサ（４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８）の１つであり、各近接センサは、複数のアクチュエータユニットのラム端面の１つであって、前記間隙内に移動し前記シャフトに係合してシャフトを曲げるラム端面によって、前記間隙内で前記シャフトが移動させられた距離を検知するように構成されている、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項１０】
前記複数の近接センサ（４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８）は、各近接センサが前記複数のアクチュエータユニット（３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４）の１つに隣接した状態で、フレーム（１２）に配置されている、請求項９に記載の装置（１０）。
【請求項１１】
前記間隙（１４）に隣接して前記フレーム（１２）に設けられた回転ユニット（６０）をさらに備え、前記回転ユニットは、前記間隙に配置された前記シャフトに連結可能であり、前記回転ユニットは前記間隙内で前記シャフトを回転させるように構成されている、請求項９または１０に記載の装置（１０）。
【請求項１２】
前記複数の保持ユニット（１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０）は同一平面内に並んで配置されており、
前記複数のアクチュエータユニット（３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４）は同一平面内に並んで配置されている、請求項９〜１１のいずれか１つに記載の装置（１０）。
【請求項１３】
シャフト（１６）を直管化する方法であって、
シャフトを収容できる寸法となるようにフレーム（１２）に設けられた間隙（１４）にシャフトを配置し、
前記フレーム間隙に隣接して前記フレームに設けられた第１の保持ユニット（１８）の伸長・収縮可能な第１のロッド（１８ｒ）を当該第１の保持ユニットから伸長させ、
前記第１のロッドが前記フレーム間隙内の前記シャフトに係合するまで前記第１のロッドを前記フレーム間隙内に伸長させ、
前記フレーム間隙内に伸長し前記シャフトに係合した前記第１のロッドで、前記シャフトを前記フレーム間隙内で支持し、
前記フレーム間隙に隣接して前記フレームに設けられた近接センサー（４６）を作動させ、
近接センサを作動させることにより、前記フレーム間隙内に伸長された前記第１のロッドに支持された前記シャフトまでの前記近接センサからの距離を検知して、前記検知距離を表す信号を前記近接センサから出力し、
前記フレームにおける前記フレーム間隙を隔てて前記第１の保持ユニットの反対側に設けられたアクチュエータユニット（３２）の伸長・収縮可能なラム（３２ｒ）を当該アクチュエータユニットから伸長させ、
前記ラムが前記フレーム間隙内の前記シャフトに係合するまで前記ラムを前記アクチュエータユニットから前記フレーム間隙内に伸長させ、
前記ラムを前記フレーム間隙内に伸長し続け、前記ラムを伸長し続けることによって、前記シャフトを曲げ、前記フレーム間隙内で前記シャフトを所定距離変位させ、
前記近接センサを作動させることにより、前記伸長されたラムによって前記フレーム間隙内で前記シャフトが変位させられた距離を検知する、ことを含む、方法。
【請求項１４】
前記フレーム間隙（１４）に隣接して前記フレーム（１２）に設けられた第２の保持ユニット（２０）の伸長・収縮可能な第２のロッド（２０ｒ）を当該第２の保持ユニットから伸長させ、
前記第２のロッドが前記フレーム間隙内の前記シャフト（１６）に係合するまで前記第２のロッドを前記フレーム間隙内に伸長させ、
前記フレーム間隙内に伸長し前記シャフトに係合した前記第２のロッドで、前記シャフトを前記フレーム間隙内で支持し、
前記シャフトを支持する前記第１のロッド（１８ｒ）と前記第２のロッドとの間で、前記ラム（３２ｒ）を前記アクチュエータユニット（３２）から伸長させ、前記シャフトに前記ラムを係合させる、ことをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、シャフト直管化又は管状体直管化装置に関し、当該装置は、金属管状体の直線形状を正確に測定し、当該管状体の長軸に沿う理想的な中心線に対する管状体形状の大小さまざまなずれを修正するものである。より詳細には、本開示は、装置内に配置された金属管状体の直線形状を正確に測定するように構成された自動直管化装置に関する。装置内で管状体を回転させることによって、当該管状体形状における一対の低い点と１つの高い点とを特定する。装置内において管状体をこの一対の低い点で支持し、高い点を管状体の金属の降伏点を超えて変位させることにより、管状体を永久的に曲げて管状体の形状を修正する。
【背景技術】
【０００２】
直径が１〜３１/２インチ（２．５〜８．９ｃｍ）、長さが２９〜１６９インチ（０．７４〜４．２９メートル）のアルミニウムやステンレス鋼のシャフト及び／又は管状体は、しばしば熱処理され、このため１つまたは複数の面内で変形することがある。このような管状体の変形には、管状体の長軸に沿った単純な湾曲から、管状体の長軸が複雑にねじれるものまで、様々なものがある。変形の範囲は、管状体の全長のうち４インチ（１０．１ｃｍ）のものから、全長にわたるものまである。１つの管状体で多数の変形が起こる場合もある。
【０００３】
管状体の変形または「ずれ（run out）」の修正は、現在のところ、ダイヤルゲージ、ハンドプレス、及び、管状体を支持するための２つの支持具を用いて、手作業で行われており、これらの支持具を、必要に応じて管状体の長手方向に移動させている。修正を行う際は、まず管状体の長手形状を分析し、どの箇所で修正が必要かを判断する。次に、これを考慮して管状体を支持具に載置し、ハンドプレスのラムを用いて管状体を変位させ、管状体のずれを減らし管状体を直管化する。ハンドプレスのオペレータは、まず、プレスのラムを管状体の高い点に位置合わせし、次に、ラムの力を取り除いた後の管状体のスプリングバックを予測した上で、ラムを所定の距離伸長させることによって管状体を変位させ、当該高い点における測定されたずれを修正する。許容し得るずれ量は、管状体の全長にわたって、１インチの５/１０００（０．１２７ｍｍ）である。このような、手作業による管状体の変形の修正は、労力を要し、直管化の経験を積んだオペレータを必要とする。この作業は、ドライブシャフトやアクチュエータのロッド用の管状体の製造を行う航空宇宙産業において、大きな障害の１つである。
【発明の概要】
【０００４】
本発明のシャフト又は管状体直管化装置は、オペレータ制御による又は完全に自動化されたシステムを提供するものであり、当該システムは、手作業による管状体の直管化をシミュレートしたものである。
【０００５】
当該装置は、装置を直立姿勢に支持するフレームを備える。当該フレームは、中央に間隙が設けられており、この間隙は、当該装置による直管化作業の対象であるシャフト又は管状体を収容できる寸法とされている。
【０００６】
フレームには、複数の保持シリンダ又は保持ユニットが支持されている。これらの保持ユニットは、間隙の下方に並んでフレームに配置されている。各保持ユニットは、端面を有するロッドを備えており、このロッド端面は、当該端面が係合する管状体の一部を保持するための保持具として構成されている。各ロッドは、保持ユニットから伸長した位置と、保持ユニットに対して収縮した位置との間で、ロッドの軸方向に往復移動可能である。ロッド伸長位置では、ロッド端面はフレーム間隙内に移動しており、間隙に配置されている管状体と係合し、当該ロッド端面で管状体を支持する。
【０００７】
当該装置は、さらに、フレームに支持された複数のアクチュエータラムシリンダ又はアクチュエータユニットを備える。これらのアクチュエータユニットは、フレームにおける間隙を隔てて複数の保持ユニットの反対側に、並んで配置されている。各アクチュエータユニットは、ラムを有しており、当該ラムは、アクチュエータユニットから伸長した位置と、アクチュエータユニット対して収縮した位置との間で、軸方向に往復移動可能である。各ラムは、フレーム間隙に配置された管状体の一部に係合し当該部分に力を付与するように構成された端面を有する。ラム伸長位置では、ラムの端面はフレーム間隙内に移動しており、間隙内に伸長した少なくとも２つの保持ユニットのロッド端面で支持されている管状体に係合する。このように、伸長されたラムの端面が、フレーム間隙に支持された管状体に係合することによって、管状体が曲げられる。管状体を曲げる際、ラム端面は、管状体の曲げられつつある部分を間隙内で所定距離変位させる。
【０００８】
フレームには、複数の近接センサも支持されている。これらの近接センサは、フレーム間隙を隔てて複数の保持ユニットの反対側に、複数のアクチュエータユニットに隣接して並んで配置されている。各近接センサは、管状体が当該管状体に係合するアクチュエータユニットのラムによって曲げられる際に、管状体がフレーム間隙内で変位した距離を検知するように構成されている。
【０００９】
当該装置は、さらに、フレームに支持された回転ユニットを有する。回転ユニットは、フレーム間隙に隣接して、複数の保持ユニットと複数のアクチュエータユニットとの間に設けられている。回転ユニットは、フレーム間隙に配置された管状体に連結可能であり、間隙内で管状体を回転させるように構成されている。
【００１０】
当該装置は、さらにコントローラを備え、このコントローラは、複数の保持ユニット、複数のアクチュエータユニット、複数の近接センサ、回転ユニットと通信する。当該コントローラは、当該コントローラと通信するオペレータ画面又はディスプレイ画面を備える。ディスプレイ画面は、各近接センサが検知した距離を視覚的に表示するように構成されており、ここでの距離とは、フレーム間隙内の管状体の当該近接センサが対向する部分までの距離である。
【００１１】
装置を操作する際は、まず、当該装置による直管化作業の対象である管状体を、フレーム間隙に配置する。次に、複数の保持ユニットのロッドを、保持ユニットの精密ハードストップ（precision hard stops）まで伸長させる。精密ハードストップは、ロッドの伸長位置を制御するものである。これによって、管状体が、ロッド端面で支持される。回転ユニットを管状体の端部に連結し、管状体がフレーム間隙内で回転しないように保持する。複数の近接センサを作動させて、近接センサに対向する管状体の面に倣わせる（float）。各近接センサは、この管状体の面からの距離を検知し、近接センサがコントローラに送ったデータ信号から、一平面内における管状体の形状が判定される。近接センサのデータは、ディスプレイ画面に表示される。表示されたデータに基づいて、管状体の形状における最大誤差が検出されるまで、管状体を回転させる。管状体形状の所望の修正を行えるように、管状体形状の２つの低い点で管状体を支持するのに最適な保持ユニットを特定する。選択した２つの支持ロッドの間にある他の保持ユニットのロッドは、すべて収縮させて、これらの２つの支持ロッドの間で管状体の変位を行えるようにする。
【００１２】
ディスプレイ画面のセンサデータ表示から、管状体形状における１つの高い点も特定することができる。そして、この高い点に位置するアクチュエータユニットのラムを伸長させ、この管状体の高い点に当該ラムを係合させる。当該ラム端面が管状体の高い点に係合することによって、管状体が曲がり始め、管状体が間隙内で所定距離移動させられる。ラム端面が管状体を曲げる際に管状体が間隙内で移動した距離は、この伸長されたラムのアクチュエータユニットに関連付けられた近接センサによって検知される。アクチュエータユニットからのラムの伸長量は、管状体形状のずれ量に基づいて、管状体の高い点の部分を曲げてフレーム間隙内で当該部分を所定距離移動させるように制御される。管状体の曲げ量は、コントローラが、近接センサのデータを用いて観測する。管状体が所望の距離変位すると、アクチュエータユニットのラムを収縮させる。こうして得られた管状体の形状を、複数の近接センサ及びコントローラによって評価し、必要であれば、再び形状修正を行う。管状体の形状を適切に修正し終えると、回転ユニットを作動させることによってフレーム間隙内で管状体を回転させ、管状体の次の変形箇所を特定し、同様の工程によって修正を行う。この作業を、管状体のずれが設計上の許容範囲になるまで、繰り返す。
【００１３】
装置及び関連する方法のさらなる特徴を、下記の装置の説明及び図面において詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】管状体直管化装置の斜視図である。
【図２】図１に示した装置の変形例の一部を示す立面図である。
【図３】装置のディスプレイ画面の図である。
【図４】図３のディスプレイ画面と同様の画面であり、装置の操作方法の一工程を示した図である。
【図５】装置の操作方法の別の工程を示す、ディスプレイ画面の図である。
【図６】図５のディスプレイ画面と同様の画面であり、装置の操作方法の別の工程を示した図である。
【図７】装置の制御論理ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、自動直管化装置１０の斜視図を表している。以下に説明するように、当該装置１０は、オペレータ制御による又は完全に自動化されたシステムを提供するものであり、当該システムは、手作業による管状体の直管化をシミュレートしたものである。
【００１６】
装置１０は、当該装置を略直立姿勢に支持するフレーム１２を備える。図１に示したフレーム１２は、平らで略矩形のパネルとして表されている。ただし、フレーム１２は、装置１０の部品を以下に述べる相対位置に固定支持するものであれば、どのような構造のものであってもよい。フレーム１２は、中央に間隙１４が設けられており、以下に説明する装置の部品がこの間隙の両側に配置されている。間隙１４は、当該装置による直管化作業の対象であるシャフト又は管状体１６を収容できる寸法とされている。以下に述べる装置１０及びその操作方法は、管状体１６を直管化する装置についてであるが、装置１０の概念は、シャフトやロッドなど、他の同様の構造物を直管化する際にも採用することができる。
【００１７】
フレーム１２には、複数の保持ユニット１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０が支持されている。図１に示した装置１０の典型例においては、各保持ユニット１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０は、保持シリンダ１８ｃ、２０ｃ、２２ｃ、２４ｃ、２６ｃ、２８ｃ、３０ｃ、及び、各シリンダから突出するロッド１８ｒ、２０ｒ、２２ｒ、２４ｒ、２６ｒ、２８ｒ、３０ｒを備える。装置の他の実施形態においては、保持ユニットは、例えば、空気圧シリンダ、油圧シリンダ、モータ駆動送りねじクチュエータ（motor and screw actuator）など、他の同様のタイプのリニアアクチュエータであってもよい。各ロッドは保持ユニットから伸長した位置と、保持ユニットに対して収縮した位置との間で、ロッドの軸方向に往復移動可能である。
【００１８】
図１に示すように、保持ユニット１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０は、フレーム間隙１４の下方に並んでフレーム１２に配置されている。ロッド１８ｒ、２０ｒ、２２ｒ、２４ｒ、２６ｒ、２８ｒ、３０ｒは、軸線が互いに平行となるように配置されている。各ロッド１８ｒ、２０ｒ、２２ｒ、２４ｒ、２６ｒ、２８ｒ、３０ｒは、対応する保持シリンダからの遠位端部に、端面１８ｓ、２０ｓ、２２ｓ、２４ｓ、２６ｓ、２８ｓ、３０ｓを有する。ロッドが各シリンダに対して収縮位置にある状態では、すべてのロッド端面１８ｓ、２０ｓ、２２ｓ、２４ｓ、２６ｓ、２８ｓ、３０ｓは実質的に同一平面内に位置し、且つ、フレーム間隙１４の下方に位置する。各ロッド１８ｒ、２０ｒ、２２ｒ、２４ｒ、２６ｒ、２８ｒ、３０ｒは、対応する保持シリンダに、精密ハードストップ（precision hard stop）を備えている。精密ハードストップは、対応するシリンダからのロッドの伸長量を制限するものである。各ロッドが精密ハードストップまで伸長された状態では、すべてのロッド端面１８ｓ、２０ｓ、２２ｓ、２４ｓ、２６ｓ、２８ｓ、３０ｓは実質的に同一平面内に位置し、且つ、フレーム間隙１４内に位置する。各ロッド端面１８ｓ、２０ｓ、２２ｓ、２４ｓ、２６ｓ、２８ｓ、３０ｓは、当該ロッド端面が係合する管状体１６の一部を保持するための保持具として構成とされている。ロッド伸長位置においては、ロッド端面１８ｓ、２０ｓ、２２ｓ、２４ｓ、２６ｓ、２８ｓ、３０ｓはフレーム間隙１４内に移動することによって、当該間隙内に配置されている管状体１６に係合し、ロッド端面のうちの少なくとも２つで管状体を支持する。
【００１９】
装置１０は、フレーム１２に支持された複数のアクチュエータユニット３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４をさらに含む。図１に示した装置１０の典型的な実施形態では、各アクチュエータユニット３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４は、アクチュエータシリンダ３２ｃ、３４ｃ、３６ｃ、３８ｃ、４０ｃ、４２ｃ、４４ｃと、各シリンダから突出するラム３２ｒ、３４ｒ、３６ｒ、３８ｒ、４０ｒ、４２ｒ、４４ｒとを備える。各ラムは、アクチュエータユニットから伸長した位置と、アクチュエータユニットに対して収縮した位置との間で、軸方向に往復移動可能である。ラム３２ｒ、３４ｒ、３６ｒ、３８ｒ、４０ｒ、４２ｒ、４４ｒの往復移動軸は、すべて互いに平行であり、且つ、保持ユニットのロッド１８ｒ、２０ｒ、２２ｒ、２４ｒ、２６ｒ、２８ｒ、３０ｒの往復移動軸と同軸状である。アクチュエータユニット３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４は、フレーム１２におけるフレーム間隙１４を隔てて保持ユニット１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０の反対側に、並んで配置されている。
【００２０】
図１に示した典型的な実施形態では、隣接するラム３２ｒ、３４ｒ、３６ｒ、３８ｒ、４０ｒ、４２ｒ、４４ｒの間の距離は、各アクチュエータシリンダの直径寸法によって制限される。例えば、仮に各アクチュエータシリンダ３２c、３４c、３６c、３８c、４０c、４２c、４４cの直径が４インチ（１０．１６ｃｍ）とすると、隣接するロッド３２ｒ、３４ｒ、３６ｒ、３８ｒ、４０ｒ、４２ｒ、４４ｒ間の距離は、最小で、４インチ（１０．１６ｃｍ）となり得る。ただし、図２に示した装置の変形例では、アクチュエータシリンダ３２c、３４c、３６c、３８c、４０c、４２c、４４cを互い違いに配置し、軸長の異なるラムを有するアクチュエータユニットを１つ置きに設けることによって、隣接するラム３２r、３４r、３６r、３８r、４０r、４２r、４４rの間の距離を、図１に示した装置の実施形態の場合に比べて、実質的に半分にすることができる。
【００２１】
再び図１を参照して述べると、各ラム３２r、３４r、３６r、３８r、４０r、４２r、４４rは、対応するアクチュエータシリンダからの遠位端部に、端面３２s、３４s、３６s、３８s、４０s、４２s、４４sを有する。これらのラムが収縮位置にある状態では、すべてのラム端面３２s、３４s、３６s、３８s、４０s、４２s、４４ｓが、フレーム間隙１４の上方で、実質的に同一平面内に位置する。各ラム端面３２s、３４s、３６s、３８s、４０s、４２s、４４sは、フレーム間隙１４に配置された管状体１６の一部に係合し当該部分に力を付与するように構成されている。ラムの伸長位置では、ラム端面３２s、３４s、３６s、３８s、４０s、４２s、４４sは、フレーム間隙１４内に移動することによって、フレーム間隙１４内に伸長した少なくとも２つの保持ユニットのロッド端面１８s、２０s、２２s、２４s、２６s、２８s、３０ｓに支持されている管状体１６に係合する。各ラム端面は、選択的にフレーム間隙１４内に移動させられることによって、フレーム開口部内に支持された管状体に係合し、管状体を曲げる。管状体を曲げる際、ラム端面は、管状体の曲げられつつある部分を間隙１４内で所定距離移動させる。
【００２２】
フレーム１２には、複数の近接センサ４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８も支持されている。これらの近接センサは、例えば、約０．０００１インチ（０．００２５４ｍｍ）までを正確に測定することができる。近接センサとしては、例えば、誘電近接センサや、他の同様のタイプのセンサを用いることができる。近接センサ４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８は、各アクチュエータユニット３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４に隣接して、フレーム間隙１４を隔てて各保持ユニット１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０の反対側に配置されている。図２に示すように、各近接センサ４６、４８、５０、５２、５４、５６は、管状体の位置に追従する各ターゲット４６t、４８t、５０t、５２t、５４t、５６t側を向いており、近接センサからフレーム間隙１４内の管状体１６の一部までの距離を検知するように構成されている。従って、管状体の一部に隣接するラムが係合してこれを曲げる際、隣接するアクチュエータユニットのラム３２r、３４r、３６r、３８r、４０r、４２r、４４rによって管状体が曲げられている間、各近接センサ４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８は、管状体１６のセンサに対向する部分がフレーム間隙１４内で移動した距離を検知することができる。
【００２３】
装置１０は、フレーム１２に支持された回転ユニット６０をさらに有する。図１に示すように、回転ユニット６０は、フレーム１２上で、フレーム間隙１４に隣接して、複数の保持ユニット１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０と複数のアクチュエータユニット３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４との間に設けられている。回転ユニット６０は、クランプ６２を有しており、当該クランプは、フレーム間隙１４内に配置された管状体１６の端部に選択的に連結可能である。回転ユニット６０は、管状体１６に連結された状態では、フレーム間隙１４内で管状体１６を回転させるように構成されている。
【００２４】
当該装置は、プログラマブルロジックコントローラ６６をさらに備え、当該コントローラは、複数の保持ユニット１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、複数のアクチュエータユニット３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４、複数の近接センサ４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８及び回転ユニット６０と通信を行う。コントローラ６６は、当該コントローラと通信するオペレータ画面又はディスプレイ画面６８を備える。ディスプレイ画面６８は、各近接センサ４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８が検知した距離を視覚的に表示するように構成されており、ここでの距離とは、フレーム間隙１４内の管状体１６における、当該近接センサが対向する部分までの距離である。従って、ディスプレイ画面６８は、フレーム間隙１４内に回転ユニット６０によって保持された特定の配向状態における管状体１６の形状を、視覚的に表示することができる。管状体の上面すなわち近接センサに対向する面の位置が表示され、これによって、理想のゼロ基準点よりも上方にある管状体の上面の位置が視覚的に表示される。コントローラ６６は、両側に設けられた一対のジョイスティック７２、７４を有する。一方のジョイスティック７２、すなわち、図３における左側のジョイスティックは、先端にサムホイール（thumb wheel）７６が設けられており、他方のジョイスティック、すなわち、図３における右側のジョイスティックは、先端にトリガー（trigger）７８が設けられている。装置１０の手動モードでは、オペレータは、左側のジョイスティック７２を用いて、管状体の支持を行うのに適した一対の低い点と、変位を行うのに適した１つの高い点とがディスプレイ画面６８に表示されるまで、管状体１６を並進移動又は回転させることができる。
【００２５】
装置１０を操作する際は、まず、当該装置による直管化作業の対象である管状体１６を、フレーム間隙１４に配置する。管状体１６の一端を、回転ユニット６０のクランプ６２によって確実に保持する。次に、プログラマブルロジックコントローラ６６のオペレータによって、保持ユニットロッド１８r、２０r、２２r、２４r、２６r、２８r、３０rを伸長させる。この際、保持ユニット１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０の精密ハードストップまで、ロッドを伸長させる。この状態では、ロッドの先端面１８s、２０s、２２s、２４s、２６s、２８s、３０sは、実質的に同一平面内に位置している。管状体１６は、形状がゆがんでいるため、これらのロッド端面のうちの少なくともいくつかによって支持される。
【００２６】
次に、オペレータが、オペレータ画面６８で回転ユニット６０を作動させて、フレーム間隙１４内で管状体１６を回転させる。回転ユニット６０によって管状体１６を回転させる際、各近接センサ４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８が、管状体のセンサに対向する面の部分までの距離を検知し、当該距離を表す信号を生成する。これらの信号が、プログラマブルロジックコントローラに送られ、これを受けて、当該コントローラが、ディスプレイ画面６８を制御し、各センサから管状体の当該センサに対向する部分までの距離を視覚的に表示させる。オペレータは、コントローラ６６の左側のジョイスティック７２を用いて、近接センサに対向する管状体の面の目的とする湾曲形状がディスプレイ画面６８に表示されるまで、フレーム間隙１４内における管状体１６の並進移動及び回転を制御する。
【００２７】
図３は、ディスプレイ画面６８上の管状体１６の形状を表している。図３を参照すると、ディスプレイ画面６８上の検知距離表示８２、８４は、管状体の２つの低い点に位置している保持ユニット１８、３０にそれぞれ対向する近接センサ４６、５８からの検知距離を表している。ジョイスティック７４を左右に動かすことによって、オペレータは、管状体１６を支持する保持ユニットとして、画面６８上でこれらの保持ユニット１８、３０を選択する。この状態を図４に示す。残りの保持ユニット２０、２２、２４、２６、２８のロッド２０r、２２r、２４r、２６r、２８rは収縮させる。これによって、２つの支持用の保持ユニット１８、３０の間に、管状体１６の変位作業を行うための空間が形成される。
【００２８】
また、ディスプレイ画面には、管状体形状における高い点に対向する近接センサ５０からの検知距離表示８６も示されている。次に、オペレータは、右側のジョイスティック７４を用いて、画面６８で、近接センサ５０によって検知された管状体形状における最も高い部分に対向するアクチュエータユニット３６を選択する。図４にはこの状態も示されている。手動モードにおいては、次に、図５に示すように、コントローラ６６及びディスプレイ画面６８が、右側のサムホイール７６を用いて変位距離を選択するようにオペレータに促す。装置を手動で操作する際は、管状体を降伏点を超えて曲げ、その後管状体が所望の状態までスプリングバックするためには、どれだけの変位距離が必要かをオペレータが推定し、適切な変位値を入力する。この場合は、何度も修正を行って試行錯誤を重ね、各所を直管化する必要がある。しかしながら、通常の操作においては、プログラマブルコントローラが、管状体の肉厚、直径、使用材料のヤング率、２つの保持ユニットの間の距離、曲げのための第２慣性モーメント、測定された誤差、応力ひずみ曲線の形態、いくつかの近似法、に基づいて、数学的計算を行う。そして、これに基づいて、必要な変位距離を計算する。図６には、選択された変位距離が示されている。次に、選択されたアクチュエータユニット３６のラム３６ｒが、所定の制御速度で、管状体面の選択されたアクチュエータユニット３６に対向する部分にラム端面３６ｓが接触するまで、伸長される。次に、オペレータによって選択された、あるいは、プログラマブルコントローラ６６によって算出された所望距離だけ、アクチュエータラム３６ｒを動かし続けることにより、フレーム間隙１４内で管状体１６を変位させて曲げる。プログラマブルコントローラ６６は、近接センサ４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８から受信した信号に基づいて、管状体の変位を動的に観測する。管状体１６が指示された変位距離だけ変位すると、選択されていたアクチュエータユニット３６の作動を終了する。
【００２９】
こうして得られた管状体１６の形状は、プログラマブルロジックコントローラ６６が近接センサ４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８から受信したデータに基づいて評価され、必要であれば、再び修正作業を行う。管状体の形状を適切に修正し終えると、オペレータがプログラマブルコントローラ６６を操作することにより回転ユニット６０を再び作動させ、これによりフレーム間隙内で管状体を回転させ、管状体の次の変形箇所を特定し、同様の工程によって修正を行う。この作業を、管状体１６のずれが設計上の許容範囲になるまで、繰り返す。
【００３０】
本開示は、以下の付記による実施形態を含む。
【００３１】
付記１  シャフトを収容できる寸法とされた間隙を有するフレームと、間隙に隣接してフレームに設けられた保持ユニットと、を備えてなり、保持ユニットは、当該保持ユニットから伸長可能で且つ当該保持ユニットに向かって収縮可能なロッドを有し、当該ロッドは、保持ユニットから間隙内に伸長することにより、間隙に配置されたシャフトに係合し、ロッドが係合する部分でシャフトを支持することができるように構成されており、間隙に隣接してフレームに設けられた近接センサをさらに備え、近接センサは、間隙に配置され且つ前記保持ユニットのロッドによって支持されたシャフトまでの当該近接センサからの距離を検知し、検知距離を示す信号を出力するように構成されており、フレームにおける間隙を隔てて保持ユニットの反対側に設けられたアクチュエータユニットをさらに備え、アクチュエータユニットは、当該アクチュエータユニットから伸長可能で且つ当該アクチュエータユニットに向かって収縮可能なラムを有し、ラムは、アクチュエータユニットから間隙内に伸長することにより、間隙に配置され且つ保持ユニットのロッドによって支持されたシャフトに係合することができるように構成されており、ラムは、さらに、シャフトを間隙内で所定距離移動させて前記シャフトを曲げるように構成されており、近接センサは、ラムによって間隙内で前記シャフトが移動させられた距離を検知する、シャフト直管化装置。
【００３２】
付記２  保持ユニットは、フレームに設けられた２つの保持ユニットの１つであり、これらの２つの保持ユニットは、フレームにおける間隙を隔ててアクチュエータユニットの反対側に位置しており、アクチュエータユニットは、フレームのこれらの２つの保持ユニットの間に位置している、付記１に記載の装置。
【００３３】
付記３  近接センサは、フレーム上のアクチュエータユニットに隣接した位置で、且つ、間隙を隔てて保持ユニットの反対側に位置している、付記１に記載の装置。
【００３４】
付記４  間隙に隣接してフレームに設けられた回転ユニットをさらに備え、回転ユニットは、間隙に配置された記シャフトを回転させるように構成されている、付記１に記載の装置。
【００３５】
付記５  保持ユニットはシリンダを有し、ロッドは、シリンダから伸長可能で且つシリンダ内に収縮可能である、付記１に記載の装置。
【００３６】
付記６  アクチュエータユニットはシリンダを有し、ラムは、シリンダから伸長可能で且つシリンダ内に収縮可能である、付記１に記載の装置。
【００３７】
付記７  近接センサと通信することにより近接センサからの信号出力を受信するように構成されたコントローラと、コントローラと通信可能に接続されたディスプレイ画面とをさらに備え、ディスプレイ画面は、近接センサが検知した距離を視覚的に表示するように構成されている、付記１記載の装置。
【００３８】
付記８  保持ユニットは、フレームにおける間隙の第１方側に並んで配置された複数の同様の保持ユニットの１つであり、アクチュエータユニットは、フレームにおける間隙の第１方側とは反対の第２方側に並んで配置された複数の同様のアクチュエータユニットの１つである、付記１記載の装置。
【００３９】
付記９  近接センサは、フレームにおける間隙の第２方側に並んで配置された複数の同様の近接センサの１つである、付記８に記載の装置。
【００４０】
付記１０  シャフトを収容できる寸法とされた間隙を有するフレームと、間隙に隣接してフレームに設けられた複数の保持ユニットと、を備えてなり、各保持ユニットは、端面を有するロッドを備えており、ロッドは、ロッド端面が間隙内に移動することにより間隙に配置されたシャフトに係合し、且つ、ロッド端面でシャフトを支持するロッド伸長位置と、ロッド端面が間隙外に移動するロッド収縮位置との間で、当該ロッドの軸方向に往復移動可能であり、フレームにおける間隙を隔てて複数の保持ユニットの反対側に設けられた複数のアクチュエータユニットをさらに備え、各アクチュエータユニットは、端面を有するラムを備えており、ラムは、ラム端面が、間隙内に移動することにより、間隙内でロッド端面によって支持されているシャフトに係合し、当該シャフトを曲げ、間隙内でシャフトを所定距離移動させるラム伸長位置と、ラム端面がシャフトとの係合が外れて間隙外に移動するラム収縮位置との間で当該ラムの軸方向に往復移動可能であり、間隙に隣接してフレームに設けられた複数の近接センサをさらに備え、各近接センサは、複数のアクチュエータユニットのラム端面の１つであって、間隙内に移動しシャフトに係合してシャフトを曲げるラム端面によって、間隙内でシャフトが移動させられた距離を検知するように構成されている、シャフト直管化装置。
【００４１】
付記１１  複数の近接センサは、各近接センサが複数のアクチュエータユニットの１つに隣接した状態で、フレームに配置されている、付記１０に記載の装置。
【００４２】
付記１２  間隙に隣接してフレームに設けられた回転ユニットをさらに備え、回転ユニットは、間隙に配置されたシャフトに連結可能であり、回転ユニットは間隙内でシャフトを回転させるように構成されている、付記１０に記載の装置。
【００４３】
付記１３  複数の保持ユニットは同一平面内に並んで配置されており、複数のアクチュエータユニットは同一平面内に並んで配置されている、付記１０記載の装置。
【００４４】
付記１４  各ロッドの軸線はラムの軸線と同軸状である、付記１０に記載の装置。
【００４５】
付記１５  複数の保持ユニットのロッドの軸線は、互いに平行であり、同一平面内にある、付記１０に記載の装置。
【００４６】
付記１６  複数のアクチュエータユニットのラムの軸線は、互いに平行であり、同一平面内にある、付記１０に記載の装置。
【００４７】
付記１７  複数の近接センサと通信することにより各近接センサからの信号出力を受信するように構成されたコントローラと、コントローラと通信可能に接続されたディスプレイ画面とをさらに備え、ディスプレイ画面は、複数の近接センサが検知した距離を視覚的に表示するように構成されている、付記１０記載の装置。
【００４８】
付記１８  フレームと、フレームに設けられた複数の保持ユニットと、を備えてなり、各保持ユニットは、端面を有するロッドを備えており、ロッドは、ロッド端面が当該端面でシャフトを支持するように配置されるロッド伸長位置と、ロッド収縮位置との間で、当該ロッドの軸方向に往復移動可能であり、フレームに設けられた複数のアクチュエータユニットをさらに備え、各アクチュエータユニットは、ロッド端面に対向する端面を有するラムを備えており、ラムは、ラム端面が、移動することにより、ロッド端面によって支持されているシャフトに係合し、当該シャフトを曲げ、シャフトを所定距離移動させるラム伸長位置と、ラム端面がシャフトとの係合から外れるラム収縮位置との間で当該ラムの軸方向に往復移動可能であり、フレームに設けられた回転ユニットをさらに備え、回転ユニットは、ロッド端面で支持されたシャフトに連結可能であり、回転ユニットはシャフトを回転させるように構成されている、シャフト直管化装置。
【００４９】
付記１９  シャフトを直管化する方法であって、シャフトを収容できる寸法となるようにフレームに設けられた間隙にシャフトを配置し、フレーム間隙に隣接してフレームに設けられた第１の保持ユニットの伸長・収縮可能な第１のロッドを第１の保持ユニットから伸長させ、第１のロッドがフレーム間隙内のシャフトに係合するまで第１のロッドをフレーム間隙内に伸長させ、フレーム間隙内に伸長しシャフトに係合した第１のロッドで、シャフトをフレーム間隙内で支持し、フレーム間隙に隣接してフレームに設けられた近接センサを作動させ、近接センサを作動させることにより、フレーム間隙内に伸長された第１のロッドに支持されたシャフトまでの近接センサからの距離を検知して、検知距離を表す信号を近接センサから出力し、フレームにおけるフレーム間隙を隔てて第１の保持ユニットの反対側に設けられたアクチュエータユニットの伸長・収縮可能なラムをアクチュエータユニットから伸長させ、ラムがフレーム間隙内のシャフトに係合するまでラムをアクチュエータユニットからフレーム間隙内に伸長させ、ラムをフレーム間隙内に伸長し続け、ラムを伸長し続けることによって、シャフトを曲げ、フレーム間隙内でシャフトを所定距離変位させ、近接センサを作動させることにより、伸長されたラムによってフレーム間隙内でシャフトが変位させられた距離を検知する、ことを含む、方法。
【００５０】
付記２０  フレーム間隙に隣接して前記フレームに設けられた第２の保持ユニットの伸長・収縮可能な第２のロッドを第２の保持ユニットから伸長させ、第２のロッドがフレーム間隙内の前記シャフトに係合するまで第２のロッドをフレーム間隙内に伸長させ、フレーム間隙内に伸長しシャフトに係合した第２のロッドで、シャフトをフレーム間隙内で支持し、シャフトを支持する第１のロッドと第２のロッドとの間で、ラムをアクチュエータユニットから伸長させて、シャフトにラムを係合させる、ことをさらに含む、付記１９に記載の方法。
【００５１】
装置及びその使用方法を、装置の特定の実施形態について述べたが、添付のクレームの意図した範囲から逸脱することなく、当該装置及び方法に様々な変更を行うことができる。
【図１】
2015051460.tif 000003
【図２】
2015051460.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015051460.tif 000007
【図６】
2015051460.tif 000008
【図７】
2015051460.tif 000009
【外国語明細書】
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2015051460000002.pdf
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