(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中の被加工表面を加工するための装置であって、
開口（１５）を有し、前記被加工表面に対して可動の密閉されたハウジング（１２）と、
引込み位置及び前記ハウジングから伸張し前記開口を囲繞する位置の間を互いに独立して動くように前記ハウジングにより支持され、前記伸張位置において前記水中の表面に当接又は極めて近接して位置する先端（２６）を有する、個別のフィンガ（１６，１０４，１１０，１２０，１２４）の列と、
前記ハウジングが前記表面に対して移動するとき前記フィンガの前記先端が前記被加工表面に追従することができるように、前記フィンガを互いに独立して伸張させるための手段（１６，４０）と、
前記ハウジングにより支持され、前記フィンガの内部にあり、前記開口を通して前記表面を加工するための加工ヘッド（１４）と、
を含み、
前記伸張する手段は、前記フィンガを伸張するために前記フィンガの部分と連通する、前記ハウジングの内部のガスチャンバ（１７）を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ハウジングの周りにあり、かつ前記伸張位置及び前記引込み位置の範囲内で管の内部を摺動可能であるよう前記フィンガを同心に受入れる複数の管（１００）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記伸張する手段は、その前記伸張位置に移動するように前記フィンガを付勢するためのばね（４０）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記加工ヘッドは、溶接トーチを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記フィンガ(１０４、１１０，１１６，１２０，１２４)は、非円形の横断面形状を有し、前記フィンガは、隣接するフィンガと接触しかつ前記フィンガ伸張位置において前記開口を囲繞し、前記先端は丸みが付いていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記フィンガは、該フィンガを貫通する通路（３２）を有し、前記ハウジング内部からの加圧されたガスが、前記フィンガ通路を通って前記被加工表面に流れることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記フィンガは、前記ハウジングにより支持される球面軸受（２２）で担持されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記フィンガの先端は、前記フィンガが前記被加工表面に当接するとき、前記被加工表面に沿って前記ハウジングの転動移動を可能にするローラ（１３８）を担持することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記フィンガの先端は、前記フィンガを形成する材料の摩擦係数に比較して小さい摩擦係数を持つボール（２７）を担持することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記ハウジングが前記被加工表面に対して移動するとき、前記フィンガ先端が前記被加工表面に沿って移動するのを容易にするのに十分な振動数と振幅で前記フィンガを振動させるための手段（４２）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
引込み位置及び前記ハウジングから伸張し前記開口を囲繞する位置の間を互いにまた前記最初に述べた列のフィンガと独立して動くように前記ハウジングにより支持された個別のフィンガの第２の列（９０）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
隣接するフィンガが、１つのフィンガの移動の範囲を隣接するフィンガに対して制限するための協働する移動止め（１３０，１３２，１３３）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記協働する移動止めは、前記１つのフィンガにある突出部（１３２）及び前記隣接するフィンガにあるストッパ（１３３）を含み、前記突出部及び前記ストッパは、前記１つのフィンガが前記隣接するフィンガに対して移動する限界で互いに係合することができることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記被加工表面に接触し前記被加工表面に適応するシールを形成するために、その前記先端に隣接して前記フィンガにより支持される可撓性シール（６０、８２、８９）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記シールは、多孔性材料で形成されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記シールは、無孔性材料で形成されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
その前記伸張位置における前記フィンガを囲繞する、前記ハウジングから伸びる可撓性の薄膜（７０，８０）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記可撓性の薄膜（８０）は、その末端に装着される可撓性シール（８２）を含むことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記フィンガは、軸線を有しかつ前記軸に沿って前記引込み位置及び前記伸張位置の間を伸張し、予め成形された可撓性のスカート（８４）が、その前記伸張位置における前記フィンガを囲繞して、前記ハウジングから延び、前記スカートは、前記被加工表面の所定の輪郭に合せて予め成形されかつ前記被加工表面の前記所定の輪郭をシールするように、傾斜した関係にあるシール端縁（８９）を有し、前記端縁は前記フィンガの前記軸線に直角でない角度で延びていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
密閉されたハウジング、開口、前記ハウジングの内部の加工ヘッド、及び引込み位置及び前記ハウジングから伸張し前記開口を囲繞する位置の間を互いに独立して動くように支持された個別のフィンガの列とを備える、水中の被加工表面を加工するための装置において、前記被加工表面から液体を遮断するための方法であって、
前記フィンガの先端が、前記フィンガの前記伸張位置において前記水中の表面に当接又は極めて近接して位置することを可能にするように、前記フィンガを前記ハウジングに対して互いに独立して伸張させる段階と、
前記フィンガを前記被加工表面の輪郭に追従しかつ互いに独立して可動にして前記ハウジングを前記被加工表面に沿って前進させ、前記ハウジング内部の前記加工ヘッドに曝される前記被加工表面から液体を遮断する段階と、
前記ハウジングが前記被加工表面に沿って前進するとき、前記開口を通して前記被加工表面を加工するために前記加工ヘッドを操作する段階と、
を含み、
前記フィンガを前記ハウジングから伸張するために前記フィンガの部分と連通する前記ハウジングの内部にガスを供給する段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
その前記伸張位置に動くように前記フィンガを付勢する段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記フィンガは該フィンガを貫通する通路を有しており、また、加圧されたガスを前記ハウジングの内部から前記フィンガ通路を通して前記被加工表面に流す段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記フィンガは前記ハウジングにより支持される球面軸受に担持されており、また、前記ハウジングが前記被加工表面に沿って前進するとき、前記フィンガを前記ハウジング及び互いに対して移動させる段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記フィンガの先端はローラを担持し、また、前記フィンガが前記被加工表面に当接すとき、前記被加工表面に沿って前記ハウジングを転動させる段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記ハウジングが、前記被加工表面に沿って前進するとき、前記フィンガ先端が前記被加工表面に沿って移動するのを容易にするのに十分な振動数及び振幅で前記フィンガを振動させることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
引込み位置及び前記ハウジングから伸張し前記開口を囲繞する位置の間を、互いにまた前記最初に述べた列のフィンガと独立して動くように前記ハウジングにより支持された個別のフィンガの第２の列を含み、前記ハウジングが前記被加工表面に沿って前進するとき、前記被加工表面と当接又は極めて近接して位置するように前記フィンガの前記第２の列の前記フィンガを伸張させる段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
隣接するフィンガに対する１つのフィンガの移動範囲を制限する段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記フィンガの前記先端に隣接して前記フィンガにより支持される可撓性シールを設ける段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
その前記伸張位置における前記フィンガを囲繞する、前記ハウジングから伸びる可撓性の薄膜を設ける段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に被加工表面を水中加工するための装置及び方法に関し、具体的には被加工表面から液体を排除遮断し、それによって溶接トーチ、加熱装置又は応力除去装置などの加工装置の周りに局所的に乾燥した区域をもたらす装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
溶接、熱応力処理等のようなサブマージあるいは水中加工施用では、加工される被加工表面から水を遮断することができるように、加工ヘッドの周りに局所的に乾燥した区域が必要である。例えば、水中溶接では、過度の酸化、過早冷却又は他の欠陥を防止するために溶融した金属及び付近の加熱された区域から水が遮断されなければならない。溶接ヘッドの周りの水を局所的に排除し、また溶融金属池に対して化学的に不活性な雰囲気を創り出すために、不活性ガスが一般的に用いられる。しかしながら、多くの水中施用における被加工表面は、特に新しいあるいは非研削溶接パスが被加工表面に施された後では、平滑あるいは整っていない。このような場合には、水遮断装置が、被加工表面の輪郭における比較的に高い又は低いまた往々にして急な変化に完全に適応するように、充分な排除範囲を備えていなければならない。
【０００３】
溶接施用の場合には、溶接トーチの周りの水排除及び加熱又は冷間処理領域からの蒸気排除が、より少ない流量で最良に達成され、設置するのに費用がかかり、過度に泡が発生するために見え難くなり、あるいは局所的な乾燥区域内の液状金属池又はその他の制御された状態を妨げる可能性がある、より多い流量での既知の問題点を回避する。しかしながら、より大きな表面輪郭の変化に対しては、適応範囲に限度があるコンプライアンスシールが十分な適応範囲を持たず、その周辺部分が被加工表面から浮き上がる場合、又はコンプライアンスシールなしの環状ガス流だけの設計を用いて、トーチの不活性ガスカップ内部から水を排除する場合、十分な水遮断を維持するためにより多くのガス流量が用いられなければならない。このいずれの場合にも、増大した間隙全体にわたって最小限必要とされるガス速度を維持し、それによって間隙全体にわたって最小限の圧力差を維持して、流れの方向を、溶接加工区域に水が流入する又は混合状態で逆流する内方向きにではなく、ガスが水中に流れ込む外方向きに保つためには、より多くの流量が必要とされる。コンプライアンスシールとガス流間隙との利点を組み合わせる設計は、どちらかの設計単独の場合に比較し適応範囲を増大させることができるので望ましいが、しかしながら、組み合わせの設計は、これらの設計タイプの各々が個々に有するのと同様の問題を依然として抱える。
【０００４】
水中施用の水又は他の液体遮断装置に対する現在の設計には、３つの基本的な作動の原理がある。すなわち、（１）被加工表面とアプリケータヘッド、例えば溶接環境においては、トーチ端部の周りのガスが充填されたカップ形の構成要素との間の間隙を機械的にシールすること、（２）被加工表面とアップリケータヘッドとの間の比較的小さい調整された幅の間隙全体にわたってガスを流すこと、あるいは（３）調整された間隙全体にわたって流れる発散する水／ガスコーンを創り出し、被加工表面に対するコーンの接触領域の内側の水を排除することである。これらの原理を組み合わせる設計の変形タイプには、多数の同心の流動する水又はガスコーンに適するガス透過性コンプライアンスシールが含まれる。コンプライアンスシールに依存する設計は、弾性要素が適応するために変形されるが、この要素は、輪郭面に沿って所望の位置を維持するためにアプリケータヘッドを操作して行なわれなければならない排除量を増大させるのに著しく大きな力が必要なだけでなく、限定された歪み範囲（それが塑性変形するか又は完全に圧縮される前に）を有するので、本来的に限定された実用動作範囲を有する。力の要求及び多い排除量は、より薄肉又はより柔らかい撓みシール要素を用いることで幾分減少される可能性がある。しかしながら、これらのより薄肉の要素は、使用中の不注意な過負荷により、又は取り扱い操作中のあるいは被加工表面のでこぼこや切れ目の上を摺動する際などの破れにより、機械的な損傷をますます受けやすくなる。
【０００５】
間隙を通しての積極的な水又はガス流れに依存する設計には、局所的な輪郭変化又はアプリケータヘッドを傾斜させることが、一般的に異なる隙間を生じ、結果としてその隙間の周辺部の周りに予期された異なるガス流れを生じるという制約がある。間隙が１つの領域でより大きくなると、特に溶接の場合には、ガスの流量や流速も、より小さい間隙を有する周辺部の残りの領域における流量及び流速を減らして、より大きくなる。より小さい間隙を有する領域で流れが減少すると、流量が、水／ガスの界面のサージングなしに水を食い止めるのに必要とされる最小限の量より少なくなるか、又は突発的にアプリケータヘッドハウジングの内部の乾燥した溶接あるいは加工区域に向かっての水の逆流が起こる。従って、シールの作動力を著しく増大させる必要も不活性パージガスの流量増大させる必要もなしに、適応範囲を実質的に増大させた水中加工用水遮断装置への必要性がある。
【特許文献１】
米国特許第４１７２９７４号  １９７９年１０月発行
【特許文献２】
特許出願公開Ｓ５２−１０８３５２号  １９７７年９月公開
【特許文献３】
米国特許第５７５０９５４号  １９９８年５月発行
【特許文献４】
米国特許第５８５２２７１号  １９９８年１２月発行
【特許文献５】
特許出願公開Ｈ１０−３４３２５号  １９９８年２月公開
【特許文献６】
特許出願公開Ｓ５６−１４１９６５号  １９８１年１１月公開
【０００６】
【発明の要約】
本発明の好ましい実施形態によると、水などの液体がアプリケータヘッド又は加工される被加工表面の周りの乾燥した区域に入ることを許さずに、被加工表面の極端な輪郭変化に確実に追従する顕著な性能を有する、溶接トーチ又は材料の加工処理装置のようなアプリケータヘッドを囲繞する液体遮断装置が提供される。僅かな間隔で配置されたパターンの摺動可能なフィンガ又はプランジャが、アプリケータヘッドを囲繞するハウジングにより支持され、ハウジングと複雑な輪郭の被加工表面との間の可変の間隙を橋絡することで表面輪郭に追従する。フィンガは、移動する装置の内部のガス圧により及び／又はばねなどの機械的手段により被加工表面に連続的に押し付けられるか、あるいはフィンガ先端及び被加工表面の間のシールを維持するガスの流れなしで被加工表面の極めて近傍に置かれることができる。この装置は、従来技術におけるように水を排除するために調整された間隙全体にわたって充分なガスを流して、被加工表面と移動する剛性のアプリケータヘッドとの間の調整された又は固定された間隙を正確に維持することに依存しない。また、従来技術におけるように制限された適応性の変形可能なシールを用いて、被加工表面とアプリケータヘッドとの間の間隙を橋絡する必要もない。従って、この装置は、溶接、ウオータジェットピーニング又は熱を使用した表面残留応力の改善などの水中施用に適するように、著しく改善された機械的耐久性と加工輪郭変化への増大した操作範囲とを有する。
【０００７】
装置は、水中環境での、特に複雑な輪郭の被加工表面、例えば本質的に被加工表面と同一平面にない溶接肉盛り上での溶接、クラッディング、熱処理、又はショットピーニングあるいはウオータジェットピーニングなどの機械加工に対する、制限された適応範囲の利用性と、大きなパージガス流量の必要性という固有の問題を解決する。本発明はまた、被加工表面に接触する強力な滑りシール材料を用いることでシール部品の耐久性を向上させ、任意の回転自在の球面軸受を組み入れることで摺動要素組立体を支持し被加工表面平面とアプリケータヘッド軸との間のより大きな回転不整合を可能にする。さらに、本発明では、被加工表面及びアプリケータヘッドの間に改善された水シールを維持しながら、表面輪郭変化に関係なく被加工表面に加えられる所定の力でアプリケータヘッドを動かすことができる。一定の力が、装置のハウジング内部の一定のガス圧により生じ、フィンガの断面積に作用する。ハウジング内部のガス圧が、ある所定の水深に対して比較的に一定の圧力である周囲の水圧に抗して連続的に流出する。
【０００８】
被加工表面とシールフィンガとの間に調整された最小限の距離を維持することに代わるものとしては、被加工表面と接触させるのに必要とされる程度に各フィンガを伸ばすサーボ制御装置に接続された小型の空気圧式又は電磁ピン式駆動装置で独立して各フィンガを操作させて、その後フィンガを所定の距離だけ引っ込めて最小限の隙間を設けることである。制限されたフィンガの隙間により、パージされたガスは外方に流れ、加工区域を乾燥した状態に維持しながら、被加工表面に対するフィンガの滑り摩擦は最小限になる。
【０００９】
本発明による好ましい実施形態において、水中の被加工表面を加工するための装置が提供され、その装置は、開口を有し、被加工表面に対して可動の密閉されたハウジングと、引込み位置及び前記ハウジングから伸張し開口を囲繞する位置の間を実質的に互いに独立して動くようにハウジングにより支持され、伸張位置において水中の表面に当接又は極めて近接して位置する先端を有する、個別のフィンガの列と、ハウジングが表面に対して移動するときフィンガの先端が被加工表面に追従することができるように、フィンガを実質的に互いに独立して伸張させるための手段と、ハウジングにより支持され、フィンガの内部にあり、開口を通して表面を加工するための加工ヘッドと、を含む。
【００１０】
本発明によるさらにもう１つの好ましい実施形態において、密閉されたハウジング、開口、ハウジングの内部の加工ヘッド、及び引込み位置及びハウジングから伸張し開口を囲繞する位置の間を実質的に互いに独立して動くように支持された個別のフィンガの列とを備える、水中の被加工表面を加工するための装置において、被加工表面から液体を排除遮断するための方法であって、フィンガの先端が、フィンガの伸張位置において水中の表面に当接又は極めて近接して位置することを可能にするように、フィンガをハウジングに対して実質的に互いに独立して伸張させる段階と、フィンガを被加工表面の輪郭に追従しかつ互いに独立して可動にしてハウジングを被加工表面に沿って前進させ、ハウジング内部の加工ヘッドに曝される被加工表面から実質的に液体を排除遮断する段階と、ハウジングが被加工表面に沿って前進するとき、開口を通して被加工表面を加工するために加工ヘッドを操作する段階と、を含む方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
さて図面、特に図１を参照すれば、全体が１０で表わされる水中、あるいはサブマージ加工施用に適した遮断装置が図示されている。水中装置は、様々な用途、例えば、溶接、ウオータジェット清浄、熱利用表面残留応力改善及び他の種類の施用に用いることができることが分かるであろう。しかしながら、ここの説明では、本発明の水中溶接への特定の用途について述べるが、本発明は、従って水中溶接に限定されるのではなくて、他の用途を含むということが分かるであろう。
【００１２】
装置１０は、上端及び側面が閉じており、またそのより下方端部に開口１５を有するハウジング１２を含む。ハウジング１２はまた、アプリケータヘッド１４、例えば、溶接トーチを含む。アプリケータヘッド１４はハウジング１２を貫通して延び、ヘッド１４の先端は、ハウジング１２の開いた下方端部を通して被加工表面を加工処理、つまり被加工表面に溶接できる位置にある。ハウジング１２は、個別の、又は別々に摺動可能なフィンガ、つまりプランジャ１６の列を含み、それらは、内側レース２０と球面軸受表面２２との間の区域、例えば、環状部に設置された小間隔の穴、つまり座１８に支持される。フィンガ１６は、伸張位置及び引込み位置の間をハウジング１２に対して互いに独立して動くことができる。従って、各フィンガ１６は、隣接するフィンガとは独立して動くことができ、各フィンガの移動範囲は、従って、隣接するフィンガの移動範囲とは無関係である。図１に図示された形態では、フィンガは、断面が円形であるが、断面が非円形を用いることができることがわかるであろう。従って、フィンガは全て、それらが伸張された位置に応じて、つまりハウジング中の圧力に抗して被加工表面上の高スポット寄りに内側に又は被加工表面の低スポットへの外側に、ハウジング１２を出入りできるという点でプランジャと同様の作用をする。フィンガの動きを制御するための手段が設けられる。例えば、フィンガ１６の動きは、ガス圧、ばね、磁石等などの任意の数の様々な機構によって制御できる。しかしながら、ハウジング内部のガス圧に対して、フィンガをそれらの引込み位置からそれらの伸張位置まで進めるための好ましい機構が含まれる。
【００１３】
フィンガを引込み位置から伸張させるために、ガス入り口供給管路２４が設けられ、ガスをハウジング１６の内部に、つまりチャンバ１７に供給する。フィンガ１６の内側端、つまり頭部１９には、ハウジング１２内部のガス圧が掛かるということが分かるであろう。従って、ハウジング内部のガス圧をフィンガの内側端面に作用させることができ、フィンガは、それらの引込み位置から伸張位置まで伸張可能であり、フィンガの先端２６及び被加工表面の間の接触によってのみ制限される。フィンガ１６は、座１８と内側のレース２０とによりもたらされるレースウェイ内に、その伸張した移動限界位置における各フィンガ上の肩部、頭部又はフランジと係合する止め輪により保持される。例えば、突出部２８（図１）を、各フィンガの内側の表面に沿って内方端表面に隣接して設け、ハウジングからフィンガの移動を制限するストッパを形成することができ、ストッパは内側のレース２０の内側面に当たっている。それらの伸張した移動限度位置においてハウジング中にフィンガを保持するのには、他のどのような適当な保持装置でも用いることができることが分かるであろう。
【００１４】
ハウジングの内部のガス圧は、フィンガの内側端面に一様に作用するので、フィンガの被加工表面への接触力は、一様になるだろうしそれは主としてガス圧の関数となるであろう。従って、被加工表面へのフィンガ先端の力は、ガス圧を調節することで調節可能であるということが分かるであろう。溶接トーチ１４は、図１に示される本発明のこの好ましい実施形態においては、ワイヤフィードあるいは溶接ロッド３０を収容するチューブ２８をともなう。
【００１５】
フィンガ１６の断面の形状は、円形であることが望ましいが、都合によっては,例えば長方形又は多面体とすることができる。長方形形状などの非円形の横断面形状の場合には、各フィンガ１６の先端は、隣接するフィンガに面する２つの対向側面上には大きな半径を備えて、フィンガが被加工表面の不規則な輪郭上を容易に摺動するようにでき、また他の対向する端縁上の単に小さな半径は、ガスシール性能を向上させることができるようにすることもできる。フィンガの間隔は、水の浸入を防止するためにそれを通ってガスパージが流れる間隙とその対応するガス流量を極力少なくするように、互いに接近することが望ましく、なるべくなら互いに接触したほうがよい。
【００１６】
フィンガの材料並びにその内側及び外側のレースウェイ２０と１８のそれぞれは、被加工物の材料に適合することが望ましく、濡れているときは耐防食性があり、また互いに低い摩擦係数を有することが望ましい。例えば、硬化ステンレススチール製フィンガを用いることができる。電気的に検知（地電位検知）されるＡＶＣタイプのピン間隙サーボが用いられる場合には、絶縁表面をフィンガに施すことができる。
【００１７】
図２でフィンガの端部が拡大図で示されるように、フィンガを中空にして、フィンガ及びその先端を通してガスが流れることができるようにすることができる。
【００１８】
従って、フィンガ１６は、軸方向に延びる通路３２を備え、フィンガ先端を通してハウジングの内部からガス圧と連通させることができる。ガスは、従って被加工表面の水／ガス界面領域の乾燥を容易にする。また、フィンガを通してまたその先端を通してガスを供給すれば、フィンガの軸方向の力を制御するのが容易になる。その上、被加工表面に対して置かれたフィンガの端部は、平滑であり、溶接ビードの上端面上を滑らかに摺動することを可能にする丸みの付いた端部を有する。その上に、図示された装置は、概して円筒形の形状を有するが、ハウジング１２は、装置の用途及び／又は複雑な輪郭の被加工表面と合致するどのような形状又は大きさを有するものとすることができる。ハウジング１２はまた、溶接トーチハウジング１４と一体にすることができ、あるいはトーチハウジングが必要に応じてハウジング１２から除去されることができる。
【００１９】
フィンガは、連続して加圧され、ハウジング内部のフィンガ端部に作用するガス圧とフィンガの先端に作用する低い水圧との間の差によりハウジングから摺動して出るが、フィンガ１６の通路３２を通して流れるガスにより、フィンガが、ハウジングからの移動中に著しく少ない摩擦により表面全体にわたって実質的に「浮動する」ことが可能になる。ガスは、水の圧力より高い圧力で流れるので、被加工表面に対するガスの反力は、さもなくば固い表面へ接触する追加の流れの制限なしにガスを水中に逸出することができるときまで、管状のフィンガ先端を被加工表面から持ち上げる傾向になるであろう。従って、フィンガの位置の“平衡”が、かけられたガス圧により部分的に制御された被加工物からの隔離距離を持たせてこのオフセット位置で得られる。フィンガ先端が被加工表面に接近すればするほど、漏出の減少も対応する圧力の増大も大きくなり、逸出するガスが、フィンガを被加工表面から移動させて戻す結果となり、フィンガが僅かに浮動することが可能になる。フィンガの穴の大きさは、穴の大きさを増大させ外方への力を減少させるか又は穴の大きさを小さくしてその力を増大させることによって、所望の背圧が得られるように前もって定めることができる。従って、本発明のこの形態では、フィンガ先端は、被加工表面の直ぐ近くにある。
【００２０】
上述のことから、様々な加工施用が、本発明の遮断装置を用いることで可能になることがわかるであろう。例えば、遮断装置は、溶射、溶接、様々な形態での充填材、つまりワイヤ、粉体、リボン等などの添加溶接、機械的又はウオータジェットピーニングの目的のために、又は漸次的なパターンで表面を加熱して次いで液体焼き入れすることで、表面の残留応力状態を変化させるために、局所的に乾燥した移動する区域を平らでない被加工表面上に維持することを可能にする。また、アプリケータヘッドを、一様でなく及び／又は不規則な複雑な輪郭の表面に沿って動かすことを可能にすることが分かるであろう。例えば、水が、ここで説明するアプリケータヘッドを用いて、内側又は外側の隅部から排除遮断されることができ、このことは次の説明から分かるであろう。
【００２１】
再び図１を参照して、フィンガ１６を支持するレースウェイ１８とハウジング１２との間の球面軸受継手２２により、アプリケータヘッド、つまり溶接ヘッド１４及びそれを取囲む機構に対するフィンガのシール先端に対して自己整合特徴をもたらす。従って、ハウジングの有効移動範囲性能は、それらのレースウェイ内のフィンガの移動範囲を増大させることなく効果的に増大する。球面軸受継手に代えて、ベローが、ハウジング及びフィンガに対するレースウェイを互いに結合し、この自己整合特徴を生じるようにすることができる。
【００２２】
さて図２を参照して、フィンガ１６に作用するばねが、ガス圧の代わりに又はそれと組み合わせて用いられ、フィンガを被加工表面と接触させるまで又はその直ぐ近くに至るまで伸張させる。従って、図２におけるばね４０は、球面軸受２２及びフィンガ１６の内側端面の間に作用する個別のら旋コイルばね４０を含む。ばねは、従ってコイル圧縮タイプのばね、あるいはモノリシックばね装置の要素とすることができ、各ばね要素はハウジング中のフィンガのところに位置し、フィンガを押圧する。
【００２３】
また図２に図示されるように、発振器４２が、加圧ガス流れに組み入れられ、装置ハウジング及びそのフィンガを高い振動数、低い振幅で振動させて、ヘッドが被加工表面に沿って動くとき、フィンガ先端が僅かな摩擦で被加工表面上を滑動できるようにする。ハウジングに供給されるガスは、従って発振器４２により振動モードになっている。フィンガ振動はまた、フィンガが、アプリケータヘッドの被加工表面に沿っての移動中に起こる側方荷重によって、ハウジングのレースウェイに膠着しないことを保証する。従って、振動するフィンガは、動摩擦力に打ち勝ちさえすればよく、一般的により大きくまた望ましくない静摩擦力に打ち勝つ必要なく被加工表面上を動くことが可能になる。他の機構を用いて、フィンガへ振動性の動きを与えることができることが分かるであろう。例えば、フィンガの振動性の動きを発生させるために第２の液体流れを用いることが可能である。さらに、モータ及びオフセット回転重りを用いて振動を発生させることもできる。また、振動機構はさらに、圧電結晶又は電磁コイルなどの電気的に駆動される発振器とすることができ、それによって振動振動数及び／又は振幅を完全に独立して可変調整することが可能になる。その機構は、ハウジング１２の内部に造りつけることもできるし、あるいはハウジング又はその支持体に装着された別個の外部の構成要素とすることができる。
【００２４】
フィンガの任意の振動運動は、応力の常態での高い張力の値を減少させるか、又はその用途に応じて、圧縮表面残留応力を発生させるのに十分なだけ応力を減少させるかして、加工物の表面の残留応力に有益な作用を及ぼすように、調整することが可能である。マルチパス溶接盛り又は清浄処理を必要とする用途が多いので、この利点は、溶接又は他の加工中に漸進的に達成されることができる。これは、表面の応力を改善する表面のピーニング加工のための従来のやり方に類似している。しかしながら、フィンガの振動運動は、低い衝撃力で行なわれ、応力腐食割れし易くかつ溶接と同じ加工工程で実行される表面の重冷間加工の有害な影響を回避する。さらに、現在の応力改善の機械的方法を用いれば、処理された区域の幅が溶接盛りの端縁を優に越えて延びることが可能になるので、溶接処理パラメータの範囲とは無関係に必要とされる応力改善を施すことになる。
【００２５】
水を溶接ビードから排除遮断するための装置の施用の実例が、図３に示される。図３においては、１対のプレート５０及び５２が、溶接トーチ１４により互いに垂直でかつ溶接ビード５４を形成する溶接材料３０を添加しながら一体に溶接される。図示されるように、ハウジング１２が、プレート５０及び５２の接合箇所でかつ両方のプレートにある角度傾斜して用いられる。フィンガ１６は、従ってハウジング１２から調節可能に延びて複雑な輪郭の表面、つまりプレート５０及び５２の直角な関係にある表面に接触することが分かるであろう。互いにかつその表面に接触するフィンガと、ガス供給管２４を介してハウジング内部へ供給されまたフィンガと被加工表面との間のすべての間隙を通して外方へ向うガス流れとが一緒になって、水はフィンガの内部の区域から排除遮断される。従って、ハウジング１２が、例えば、矢印５６の方向に接合箇所に沿って移動するとき、溶接を続行することができる。
【００２６】
ハウジングの好ましい実施形態は、図１から図３までに示されるように、円形であるが、ハウジングは、偏心アプリケータヘッド、例えば本体内部のトーチ位置を有し、本体周辺部と干渉することなく隔壁、つまり構成部品の端縁により接近して溶接又は他の加工を行なうことを可能にすることができる。偏心アプリケータヘッド位置が、所定のハウジング移動速度に対する加熱された区域の水による急冷の遅延に所望の変化を持たせることを可能にする。より深い開先で溶接をする場合、長い寸法をハウジングの移動の方向に平行に向けると、対称形であるが非円形の形状もまた有益であり得る。また、フィンガを含むハウジングの部分は、内側及び外側の隅部又は開先のような他の表面輪郭の変化に適合するその出口端で全体としての形状を有することができる。この形状は、シールフィンガにより要求される最大の移動範囲の減少及びハウジングの出口端を越えるフィンガの最大の伸張の減少を可能にする。曲げモーメント及びフィンガが撓む可能性も、フィンガの伸張長さの減少によってまた減少する。
図４Ａを参照して、フィンガシールとフィンガの端部に装着された可撓性で多孔性のシールの組み合わせが、別個に用いられた場合の各シール方法の利点をもたらす。例えば、図４Ａ中のフィンガ１６は、中実の材料基材より大きい軸方向の適応性（コンプライアンス）を生じる。従って、多孔性のシール６０が、フィンガ１６の先端に装着されてそれと共に動くようにする。フィンガが、軸方向のコンプライアンスをもたらすので、多孔性のシール６０は、図示されたようにフィンガが無い場合よりもかなり容易に表面輪郭変化に追従する。シール６０は、多孔性又は無孔性の材料で形成することができる。例えば、シリコーンゴムのような耐熱性のより低い非金属材料を、フィンガ１６の外部の表面上でシール６０として用いることができる。
【００２７】
さて図４Ｂを参照して、フィンガ１６によりもたらされるシールは、外側の可撓性のスカート、あるいはベロー７０と組み合わせることができる。この無孔性のベロー７０は、フィンガの伸張位置でフィンガの外側を囲繞する薄膜を含みかつその上端でハウジング１２にシール結合される。こうすれば、密なシール効果が生じ、余分な処理／パージされたガスの全てをフィンガ先端で被加工表面界面に強制流出させる。薄膜７０は、フィンガの周りでは十分弛くなっており、フィンガが使用中はその運動には最小限の制約でハウジング１２に摺動して出入りできる。薄膜７０により又ウジング内部のフィンガ部分の周りに設置される順応シールの必要性が無くなる。
【００２８】
図４Ｃでは、可撓性の外側のスカート、あるいはベロー８０が、追加のシール効果を生じる、より肉厚の材料で形成される。図４Ｃでは、このより肉厚のベロー、あるいはスカート８０はまた可撓性のある多孔性のシール８２を被加工表面（図４Ｃの右側の図解を見ること）に隣接するこのベローあるいはスカート８０の端部に装着させることができる。フィンガとのこの組み合わせにより、パージされたガスをより一様な分配で、遮断装置の内側の乾燥した区域の周辺部周りに設置された多孔性シールを通して逸出させることが可能になる。多孔性シールを用いることでまた、パージされたガスが装置から外に流れるのに対する抵抗が増し、従って水が浸入するのを遅らせる能力を向上させる。
【００２９】
図４Ｄでは、予め成形された可撓性のスカート８４が、ハウジング１２から延びてフィンガ１６をその伸張位置で囲繞する。スカート８４は、被加工表面の輪郭、この場合には、互いに溶接される２つの直角の関係にあるプレート８６及び８８に応じて予め成形される。スカート８４の下端部は、表面８６及び８８に対して、被加工表面の輪郭に応じて伸張位置及び部分的な伸張位置にあるフィンガを支持するリブ８９を備えてることができる。
【００３０】
次ぎに図５を参照して、フィンガ１６は、ハウジング１２の周りのフィンガの連続した単一列で設けることができる。しかしながら、図５では、フィンガ９０の追加の列が、フィンガ１６の周りに設けられる。互いに近接した間隔で配置された多数の列のフィンガが設けられ、水遮断及びシール性を増強する。増強されるシール効果は、ただ１列に沿って生じるのに比べ、フィンガのラビリンスにわたる増大した全体ガス圧力低下により生じる。フィンガの整合と位置の安定性を維持するためには、フィンガの各列又は配列は、それ自身と完全に相補形のレースウェイに装着され、各フィンガは、ハウジング中の対応する開口あるいは穴に装着される。
【００３１】
図５に図示されるフィンガの多数の列のラビリンス効果は、フィンガ１６が図６に示されるように管１００中に個別に装着される場合には、利点が増大する。管１００を用いることで、管は、管の壁厚の２倍に等しい大きさで隣接するフィンガと間隔を空ける。列９０のようなフィンガの追加の列によって、アプリケータヘッドを囲繞するフィンガのカーテンによって流れの抵抗が、著しく増大する。管１００は、薄肉になっているので、フィンガの隣接する表面は、互いに充分に近接しており、この間隙を通してのガス流量がハウジングの周辺部の外側の水の境界を維持できる。フィンガのこの管状の取り付けにより、コンパクトなハウジングの構成が可能になり、整合性が向上しフィンガの支持部材に対する滑り摩擦が減少する。図６に図示されるように、ばね１０２が用いられて、フィンガ１６をそれらの伸張位置に向って、伸張する。しかしながら、フィンガは、ガス圧のみによって又はガス圧とばねの組み合わせによって付勢され伸張されることができることがわかるであろう。
【００３２】
図７から図１２までを参照して、様々な非円形のフィンガ形状を、用いることができる。例えば、図７では、フィンガ１０４は、断面が長方形の形状で、各フィンガの長手方向の寸法が他の各フィンガの長手方向の寸法に平行である。こうすれば、被加工表面に沿ってフィンガの長手方向の寸法の方向にハウジング１２を摺動させることが容易になる。フィンガ１０４の先端は、下記のように丸められるか又は図１２中のようにローラを備えることができる。
【００３３】
図８では、フィンガ１１０の横断面積は、ハウジングの半径方向に対応する長手方向の寸法を備える長方形を含むことができる。フィンガが直線からなる形状なので、フィンガの円周方向に整合する側面は、半径方向外方に互いに発散する。突出部１１２を隣接する外側の側面上に設け、フィンガを互いに発散する関係に維持することができる。
【００３４】
図９では、フィンガ１１６は、ハウジングの半径に沿う平行でない側面を有する横断面の形状を有することができる。従って、フィンガ１１６の半径方向内方の側面１１７は、それらの半径方向外方の側面１１８に沿うフィンガ１１６の幅の寸法よりも小さい幅の寸法を有する。フィンガ１２０の円形のベロー型の構成が、図１０に示される。フィンガ１２０は、このように浅いＶの形の横断面の形状をしていて、そのＶの頂点がフィンガの半径方向内方の側面上にある。Ｖ形の各フィンガ１２０の外側の端縁は、隣接するフィンガの外側の端縁と摺動自在に係合することができる。図１１では、概ね直線からなる横断面を有するフィンガ１２４が、千鳥配列で用いられる。つまり、各フィンガの長方形の断面の長手方向軸線１２６が、ハウジングの半径１２８に対して斜めになり、その斜めの角αが、フィンガの列の全周の周りで実質的に一定である。図１２では、フィンガ１２９は、概ね直線からなる横断面の形状で、各フィンガは、フィンガの１方の側面に沿って形成される溝１３０を有する。突出部１３２が、隣接するフィンガ１２９の溝１３０に嵌合できるようにフィンガの対向する側面に沿って形成される。その溝及び突出部は、互いに関連して隣接するフィンガの伸張及び引込みを制限する移動止めとして役立つ。つまり、１つのフィンガの移動の長さは、他のフィンガに対する隣接するフィンガの動きと相俟って、隣接するフィンガの溝１３０中のその突出部の移動の長さにより制限される。従って、溝１３０の対向する端縁が、隣接するフィンガの突出部１３２に対するストッパ１３３を形成する。その上に、各フィンガは、図８に図示されるのと同様に、隆起部、あるいは突出部１３４を有することができる。突部及び溝の配置が、フィンガ組立体の全移動行程を制限せずに、隣接するフィンガ間の移動行程を制限するということが分かるであろう。
【００３５】
その上に、フィンガの先端には、回転自在のボール、固定ボール又は被加工表面に沿って回転機能を持たせた車輪、例えば、軸１４０の周りで回転することができるようにフィンガ１２９に枢着された車輪１３８を設けることができる。これらの特徴により、溶接又は他の加工をする間に被加工表面に平行にアプリケータを前進させるのに必要な操作力が減少する。ボールローラが用いられる場合には、ボールローラは、管状のフィンガに対する調整された間隙を備えてソケットに嵌合され、被加工表面と接触するときガス逆止弁の作用をし、自動的に前述の「浮動する」フィンガ機能をもたらす。また、ボールを、フィンガの端部に固定することができる。ボールは、フィンガ材料の滑り摩擦係数に比して低い滑り摩擦係数を有する材料で形成されることが望ましい。例えば、高密度で、研磨された金属カーバイドあるいはセラミックのボールを用いることができる。ボール２７が、図１でフィンガ１６の先端２６において図示されている。
【００３６】
図１２に図示されるように、車輪１３８が、フィンガの軸線に垂直な軸１４０の周りを回転することができるように枢着される。車輪は、従って被加工表面と接触するようにフィンガから突出している。車輪は、ボールと同様に、フィンガと被加工表面との間の摩擦を減らし、それによってアプリケータを加工進路に沿って前進させるのに必要な力を減少させる。図１３において、フィンガ１４２は、図１２に図示されたフィンガに類似しているが、フィンガ先端には回転自在の車輪が備わっていない。フィンガ１４２の先端は、被加工表面に接触するために丸みが付けられている。フィンガ１４２は、図１４で水中遮断装置１０の構成中に図示される。
【００３７】
図７を再び参照し、また特定の用途においては、フィンガは、図示された長方形の形状などの非円形の形状を有する場合がある。図７の図解では、フィンガの断面の形状は、大きさが一様であり、フィンガ１０４の円形の構成により、シールが円形の外径を持つことが分かるであろう。フィンガ１６０はまた、大きさが一様であり図１５に示されるように円形の内径を形成するように配列することもできる。また、例えば、横断面で直線の異なる長さで、互いに平行に配列された、大きさが変化するフィンガ１７０を用いて、図１６に示されるように同心の内径及び外径を有するフィンガの列を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明により構成された水中加工施用に適した遮断装置の１部断面部分斜視図。
【図２】  本発明の別の実施形態を示す、図１と同様の図。
【図２Ａ】  通路３２を備えるフィンガ１６の先端の拡大図。
【図３】  互いに直角な金属プレートを溶接する溶接ヘッドのような、複雑な輪郭の被加工表面に対する装置の適用を示す部分斜視図。
【図４Ａ】  本発明のさらに別の実施形態を示す１部断面部分正面図。
【図４Ｂ】  本発明のさらに別の実施形態を示す１部断面部分正面図。
【図４Ｃ】  本発明のさらに別の実施形態を示す１部断面部分正面図。
【図４Ｄ】  本発明のさらに別の実施形態を示す１部断面部分正面図。
【図５】  １つの列の外側に別の列を備えるフィンガの列の部分平面図。
【図６】  フィンガのばね不勢された伸縮自在の形態を示す、１部破断斜視図。
【図７】  複数の転動するフィンガの平面図。
【図８】  別の形態のフィンガの部分端面図。
【図９】  別の形態のフィンガの部分端面図。
【図１０】  別の形態のフィンガの部分端面図。
【図１１】  別の形態のフィンガの部分端面図。
【図１２】  本発明のフィンガの特別な形態の正面及び側面の組合せ図。
【図１３】  フィンガのさらに別の形態を示す、図１２と同様の図。
【図１４】  図１３に示されたフィンガを用いるアプリケータヘッドを示す部分斜視図。
【図１５】  内部の円形形状を形成するフィンガ列におけるフィンガの配列を示す図。
【図１６】  同心の内部及び外部の円形形状を形成するフィンガ列におけるフィンガの配列を示す図。
【符号の説明】
１０  遮断装置
１２  ハウジング
１４  ヘッド
１５  開口
１６  フィンガ
１７  チャンバ
１８  座
１９  頭部
２０  内側レース
２２  球面軸受
２４  ガス供給管
２６  フィンガの先端
２８  突出部
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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