JPH04232203A - 歯車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は歯車に関し、かつより詳
細には歯車の歯の腐食が問題を呈する用途に使用の内方
歯車に関する。かかる問題は回転アクチユエータ、とく
に航空機アクチユエータ、かつより詳細には幾つかの型
の航空機の先端飛行制御面を操作するのに使用される歯
車付きヒンジ型のアクチユエータに使用される歯車が遭
遇する。

【０００２】

【従来の技術】１９９０年８月９日に公告されたヨーロ
ツパ特許第０３８４６２９号において、それらの間の相
対的運動により他の物品に対して係合すべくなされる物
品が記載され、この物品は（ａ）使用中他の物品と係合
しかつ（ｂ）少なくとも部分的に外装材により画成され
る表面領域を有する本体からなり、前記外装材は拡散結
合により本体の材料に接続されかつ本体の材料より硬く
なっている。１実施例において、本体は強靱な、高い張
力の鉄または鋼、例えば析出硬化ステンレス鋼から形成
されそして外装材は硬いステンレス工具鋼または硬い非
鉄合金、例えば商標ステライト（Ｓｔｅｌｌｉｔｅ）に
より販売されるようなコバルトを基礎にした合金のごと
きより硬い材料から形成される。

【０００３】上述したヨーロツパ特許第０３８４６２９
号において、物品は歯車本体の外方または内方表面領域
上に歯を有する歯車にすることができる。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】上述した従来の歯車において
は高い疲労抵抗を有する材料を使用することが要求され
た。

【０００５】本発明の目的は、所定の疲労抵抗を有する
だけでなく、また高い腐食抵抗をも有する歯車を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によ
れば、歯車の歯を有する本体からなる歯車において、歯
車の歯が粉末から熱平衡で圧縮されかつ１０ないし３５
重量％のクロム、０ないし２２重量％のニツケル、０な
いし２０重量％のタングステン、０ないし２０重量％の
鉄、０ないし１０重量％のバナジウム、０ないし１０重
量％のモリブデン、０ないし６重量％のニオビウム、０
ないし３重量％のシリコン、０ないし３重量％の炭素、
０ないし３重量％のホウ素、０ないし１重量％のマンガ
ンからなるコバルトを基礎にした合金から形成され、平
衡（バランス）は、不純物から離れて、コバルトである
ことを特徴とする歯車が提供される。

【０００７】好ましくは、コバルトに基礎を置いた合金
は２６ないし２９重量％のクロム、５ないし９重量％の
タングステン、１ないし１．８重量％の炭素および０な
いし６重量％のニオビウムからなり、平衡は、不純物か
らはなれて、コバルトである。

【０００８】合金の１つの好適な実施例は２６重量％の
クロム、５重量％のタングステン、１重量％の炭素およ
び６重量％ニオビウムからなり、平衡は、不純物から離
れて、コバルトである。

【０００９】合金の他の実施例は２９重量％のクロム、
９重量％のタングステンおよび１．８重量％の炭素から
なり、平衡は、不純物から離れて、コバルトである。

【００１０】１実施例において、本体は同一熱平衡圧縮
作業において同一合金から歯車の歯と一体に形成される
。

【００１１】他の実施例において、本体は適宜な腐食抵
抗材料、例えばステンレス鋼、とくに析出硬化ステンレ
ス鋼から形成される。歯車の歯は好ましくは本体に拡散
結合される。拡散結合は歯が粉末合金から形成される熱
平衡圧縮作業によつて行われることができるか、または
歯がその後好ましくは熱平衡圧縮作業により本体に拡散
接着される熱平衡圧縮合金粉末のリング上に設けられる
ことができる。

【００１２】使用される合金は最も好ましくは商標ステ
ライト、例えばステライト６により販売される型の合金
である。粉末合金は代表的には霧化方法により溶融合金
から製造される。

【００１３】歯車の歯を製造するためのかかる材料の使
用は、通常の焼結により合金粉末から形成されるコンパ
クト材料の微小構造がかかる材料が非常に応力が掛けら
れる用途において歯車材料としての使用に適することを
示さないのでとくに以外である。「通常の焼結」により
「未焼結」の予備形状を形成するように５００ないし１
０００ＭＰａで型セツトにおいて粉末を圧縮し、かつ次
いで未焼結予備形状を１０００ないし２０００°Ｃで数
時間加熱することが意味される。

【００１４】合金粉末上の熱平衡圧縮作業が予期しない
疲労強度を有する材料を生じ、それは重量および大きさ
が臨界でありかつ応力がそれゆえ比較的高い航空機用途
用の高い負荷の歯車に使用される厳しい条件に抗するの
にとくに適切である。

【００１５】用語「熱平衡圧縮」により熱平衡圧縮され
ている材料にガス状媒体（通常アルゴン）によつて熱お
よび圧力の同時の印加を含む方法が意味される。熱平衡
圧縮は通常５０ＭＰａ以上、より普通には１００ＭＰａ
以上の圧力で、かつ代表的には約２００ないし３００Ｍ
Ｐａの圧力で約１ないし８時間、代表的にはおよそ４時
間の期間ほぼ９００ないし１０００°Ｃの範囲の温度で
行われる。熱平衡粉末圧縮方法における同時の熱および
圧力の印加は実質上十分に密集となる結果として生じる
コンパクトな材料からすべての多孔性を除去する。粒子
間の隙間に含まれる空気は圧縮されかつ高温の存在で、
その成分が粒子の材料中に溶解する。通常の粉末冶金焼
結におけるような圧力および熱の連続印加はこの結果を
達成せずかつ多孔性が比較的高い。

【００１６】その高い強度特性に拘わらず、合金粉末を
熱平衡圧縮することにより設けられる形状は機械加工可
能である。したがつて、本発明の範囲内には、熱平衡圧
縮作業の間中歯車の歯を形成することだけでなく、また
熱平衡粉末圧縮作動を使用して歯が部分的に形成される
ブランクを形成しかつ次いで少なくとも歯の最終形状を
製造するためにかかるブランクに機械加工作業を受けさ
せることがある。

【００１７】最も好ましくは、熱平衡圧縮に従わされる
合金粉末の粒子の大きさはそれが１５０μｍのふるいを
通過するようになつている。

【００１８】本発明はとくに航空機先端飛行制御面用の
前述された動力歯車付きヒンジアクチユエータに使用さ
れるような遊星歯車（エピサイクリツクキヤ）に適用可
能である。

【００１９】したがつて、本発明の他の態様において、
歯車の少なくとも１つおよび好ましくはすべてが本発明
の第１の態様において上で定義されるようなものである
歯車付き蝶着アクチユエータが設けられる。

【００２０】本発明はまた、１０ないし３５重量％のク
ロム、０ないし２２重量％のニツケル、０ないし２０重
量％のタングステン、０ないし２０重量％の鉄、０ない
し１０重量％のバナジウム、０ないし１０重量％のモリ
ブデン、０ないし６重量％のニオビウム、０ないし３重
量％のシリコン、０ないし３重量％の炭素、０ないし３
重量％のホウ素、０ないし１重量％のマンガンからなる
コバルトを基礎にした合金から形成され、平衡は、不純
物から離れて、コバルトである合金を使用する歯車の歯
の製造における熱平衡圧縮合金の使用に存する。

【００２１】好ましくは、コバルトに基礎を置いた合金
は２６ないし２９重量％のクロム、５ないし９重量％の
タングステン、１１ないし１．８重量％の炭素および０
ないし６重量％のニオビウムからなり、平衡は、不純物
からはなれて、コバルトである。

【００２２】合金の１つの好適な実施例は２６重量％の
クロム、５重量％のタングステン、１重量％の炭素およ
び６重量％ニオビウムからなり、平衡は、不純物から離
れて、コバルトである。

【００２３】合金の他の実施例２９重量％のクロム、９
重量％のタングステンおよび１．８重量％の炭素からな
り、平衡は、不純物から離れて、コバルトである。

【００２４】以下に、本発明の実施例を、添付図面を参
照して、例として説明する。

【００２５】

【実施例】図１を参照して、歯車本体１は歯車の歯が設
けられる筈である内方孔１２を有するＢＢＳ１４３によ
る析出硬化ステンレス鋼から形成される。微細に分割さ
れた形状（粒子の大きさ＝−１５０μｍ）においてステ
ライト６（２６重量％のクロム、５重量％のタングステ
ン、１重量％の炭素、および６重量％のニオビウム、平
衡は、不純物から離れて、コバルトである）が開放頂部
を備えた環状室１４に詰め込まれ、該環状室は歯車本体
１０の孔１２と該孔１２の壁に符号１８で溶接された成
形された崩壊可能な環状壁１６との間に画成される。崩
壊可能な壁１６は歯の付いた周面を有する。室１４の開
放頂部はその場合に環状板２２を壁１６の頂部にかつ本
体１０に溶接することにより密封される。結果として生
じる構体はＡＳＥＡプレツシヤー・システムズ社により
販売される熱平衡圧縮装置内で１１００°Ｃの温度にお
いて８時間１００ＭＰａの圧力により熱平衡圧縮される
。かかる時間後、板および壁１６は最終歯形状を製造す
るのにまた役立つ機械加工作業において除去される。 結果として生じる歯の材料は以下の特性を有している。

【００２６】腐食抵抗−−塩霧試験（ＭＩＬ規格８１０
Ｄ）により５００時間以上 疲労強度−−１０６　周期（０ないし６９０ＭＰａ周期
試験） 極限張力強さ−−１１５０ＭＰａ

【００２７】図２を参照して、図１を参照して上述され
た例と同様な部分は同一参照符号による。この例におい
て、図２に示されるように歯車本体１０の内方孔１２は
直径ｄを有し、この直径は完成した歯車の歯の意図され
る基部から先端までの高さｈの２倍に対応する量だけ完
成した歯車の最終内径Ｄより小さい。しかしながら、環
状凹所２６は本体１０の一端から軸方向に本体の長さの
約１／３だけ延在するように本体１０の内方孔１２に切
り開かれる。崩壊可能な壁１６は環状凹所２６の内周を
閉止するように内方孔１２に符号１８で溶接され、それ
により開放頂部付き環状室１４が画成され、この中にス
テライト６が微細に分割された形状において詰め込まれ
る。この実施例において、環状壁はそれに歯形状を持た
ない簡単なスリーブである。室１４の頂部は次いで本体
１０の端部にかつ壁１６に溶接された環状板により閉止
され、これにはその場合に確実に密封通気パイプ２８を
通して室１４の排気が続く。

【００２８】構体全体は次いで熱平衡圧縮される。熱平
衡圧縮に続いて壁１６および板２２が機械加工され、内
方孔１２が最終直径Ｄに機械加工されそして所定の歯形
状が熱平衡圧縮されたステライト６粉末に機械加工され
る。

【００２９】本発明による歯車の製造において、以下の
技術のいずれも使用されることができる。

【００３０】１．壁と歯が設けられる筈である位置との
間に環状室を画成するように歯車本体に崩壊可能な壁を
固定し、室を合金粉末で充填し、その室を密封し、かつ
熱平衡圧縮作業により歯を形成するように結果として生
じる構体に熱平衡圧縮作業を行い、そして同時に、歯を
拡散結合により本体に固定し、壁を除去しかつホブ切り
または他の適宜な機械加工作業により結果として生じる
熱平衡圧縮された合金材料に歯車の歯を切る。

【００３１】２．上記１に関してと同様に進行するが、
歯車本体に固定されるよりむしろ該歯車本体と一体に形
成される崩壊可能な壁を利用する。

【００３２】３．上記１または２に関してと同様に進行
するが、壁に熱平衡圧縮作業が少なくとも部分的に形成
される歯を結果として生じるように歯車の歯形状を備え
、そして必要ならば最終歯形状を製造するために成形作
業を行う。

【００３３】４．歯が設けられる筈である歯車本体の周
面と間隔が置かれかつ歯車本体の前記周面に向かい合う
歯形状を有するセラミツク型との間に画成された空間に
合金粉末を充填し、崩壊可能な端壁を使用する各端部に
おいて充填された空間を排気しかつ密封し、構体に熱平
衡圧縮を受けさせ、そして次いで端壁およびセラミツク
コアを除去する。内方歯車の場合において、歯車本体の
前記周面は環状歯車本体の内周面であり、一方セラミツ
ク型の前記周面はセラミツクコアの外周面である。外方
歯車の場合において、歯車本体の前記周面は環状かまた
は環状でない歯車本体の外周面であり、そしてセラミツ
ク型の前記周面は歯車本体を取り囲む環状セラミツク型
の内周面である。この技術は最小限度にしてありかつ同
様に最終歯形状を機械加工する必要を完全に除去するこ
ともできる。

【００３４】５．適宜なエンクロージヤ内に合金粉末を
熱平衡圧縮することにより歯付きリングを形成し、結果
として生じる歯車リングを除去しかつそれを歯車本体に
、例えば熱平衡圧縮作業において行われることができる
拡散結合方法によつてこていする。

【００３５】６．歯付きリングの形状に未焼結の粉末予
備形状を製造し、かかるリングを崩壊可能な壁と歯車の
本体との間に画成された室に取り付け、そして上記１，
２または３におけるように進行する。

【００３６】７．未焼結粉末予備形状を製造し、それを
歯車本体の適宜な凹所に取り付け、粉末予備形状と本体
との間の接合部を、例えば、構体をメツキすることによ
り密封し、密封された構体に熱平衡圧縮作業を行い、密
封を除去し、かつ、必要ならば、最終歯形状を製造する
ために成形作業を行う。

【００３７】８．リングまたは未焼結予備形状を形成し
、それを歯車本体に取り付け、構体全体を崩壊可能な壁
を有する容器内に封入し、熱平衡圧縮を行い、そして必
要なとき、最終形状を機械加工する。

【００３８】９．合金粉末を熱平衡圧縮することにより
単一段階作業において構体を含んでいる歯車全体を形成
し、かつ、必要ならば、歯車の歯の最終形状を製造する
ために成形作業を行う。

【００３９】熱平衡圧縮過程の間中、熱平衡圧縮されて
いる材料の１部分を、歯車の歯を形成する材料と本体と
の間に機械的なキーを設けるために歯車本体内のまたは
その上の凹所または突起内にまたはそのまわりに流すよ
うに配置することができる。かかる凹所または突起はま
た熱平衡圧縮の前に材料を配置することを助けることが
できる。

【００４０】粉末の場合に、粉末は熱平衡圧縮の完了後
除去される崩壊可能な密封された容器またはカン内に封
入される。用語「崩壊可能な」は圧力が粉末に供給され
るように平衡圧力により崩壊する特性を意味する。容器
の排気は密封および熱平衡圧縮以前に行われることがで
きる。

【００４１】型セツト内で粉末を圧縮することにより調
製された未焼結予備形状の熱平衡圧縮の場合に、また、
予備形状の粒子の間にガス状圧力媒体が入るのを阻止す
るために予備形状をカプセルに入れるかまたは他の方法
では表面を密封する必要がある。これは崩壊可能な容器
内に封入するかまたは前述されたようにメツキするか、
または他の方法で予備形状の表面を密封することにより
達成されることができる。

【００４２】

【発明の効果】上述したように、本発明は、歯車の歯を
有する本体からなる歯車において、歯車の歯が粉末から
熱平衡で圧縮されかつ１０ないし３５重量％のクロム、
０ないし２２重量％のニツケル、０ないし２０重量％の
タングステン、０ないし２０重量％の鉄、０ないし１０
重量％のバナジウム、０ないし１０重量％のモリブデン
、０ないし６重量％のニオビウム、０ないし３重量％の
シリコン、０ないし３重量％の炭素、０ないし３重量％
のホウ素、０ないし１重量％のマンガンからなるコバル
トを基礎にした合金から形成され、平衡は、不純物から
離れて、コバルトである構成であるので、合金粉末上の
熱平衡圧縮作動が予期しない疲労強度を有する材料を生
じ、この材料が重量および大きさが臨界でありかつ応力
がそれゆえ比較的高い航空機用途用の高い負荷の歯車に
使用される厳しい条件に抗するのにとくに適切であると
いう効果を奏する歯車を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例により部分的に形成された歯
車を示す断面図である。

【図２】本発明による歯車の第２実施例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１０　　歯車本体 １２　　内方孔 １４　　環状室 １６　　崩壊可能な壁 ２０　　歯付き表面 ２２　　環状板 ２６　　凹所

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　歯車の歯を有する本体（１０）からな
   る歯車において、歯車の歯が粉末から熱平衡で圧縮され
   かつ１０ないし３５重量％のクロム、０ないし２２重量
   ％のニツケル、０ないし２０重量％のタングステン、０
   ないし２０重量％の鉄、０ないし１０重量％のバナジウ
   ム、０ないし１０重量％のモリブデン、０ないし６重量
   ％のニオビウム、０ないし３重量％のシリコン、０ない
   し３重量％の炭素、０ないし３重量％のホウ素、０ない
   し１重量％のマンガンからなるコバルトを基礎にした合
   金から形成され、平衡は、不純物から離れて、コバルト
   であることを特徴とする歯車。
2. 【請求項２】　　前記コバルトに基礎を置いた合金は２
   ６ないし２９重量％のクロム、５ないし９重量％のタン
   グステン、１ないし１．８重量％の炭素および０ないし
   ６重量％のニオビウムからなり、平衡は、不純物からは
   なれて、コバルトであることを特徴とする請求項１に記
   載の歯車。
3. 【請求項３】　　前記合金は２６重量％のクロム、５重
   量％のタングステン、１重量％の炭素および６重量％ニ
   オビウムからなり、平衡は、不純物から離れて、コバル
   トであることを特徴とする請求項２に記載の歯車。
4. 【請求項４】　　前記合金は２９重量％のクロム、９重
   量％のタングステンおよび１．８重量％の炭素からなり
   、平衡は、不純物から離れて、コバルトであることを特
   徴とする請求項２に記載の歯車。
5. 【請求項５】　　前記本体は同一熱平衡圧縮作業におい
   て同一合金から歯車の歯と一体に形成されたものである
   ことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の歯
   車。
6. 【請求項６】　　前記本体は析出硬化ステンレス鋼から
   形成されることを特徴とするする請求項１ないし４のい
   ずれか１項に記載の歯車。
7. 【請求項７】　　前記歯車の歯は拡散接着剤によつて前
   記本体に接合されることを特徴とする請求項１ないし５
   のいずれか１項に記載の歯車。
8. 【請求項８】　　熱平衡圧縮に従わされる合金粉末の粒
   子の大きさはそれが１５０μｍのふるいを通過するよう
   になつていることを特徴とする前記請求項のいずれか１
   項に記載の歯車。
9. 【請求項９】　　歯車の少なくとも１つが前記請求項の
   いずれか１項に記載の歯車である歯車付き蝶着アクチユ
   エータ。
10. 【請求項１０】　　歯車の歯の製造における熱平衡圧縮
    合金の使用において、前記合金が１０ないし３５重量％
    のクロム、０ないし２２重量％のニツケル、０ないし２
    ０重量％のタングステン、０ないし２０重量％の鉄、０
    ないし１０重量％のバナジウム、０ないし１０重量％の
    モリブデン、０ないし６重量％のニオビウム、０ないし
    ３重量％のシリコン、０ないし３重量％の炭素、０ない
    し３重量％のホウ素、０ないし１重量％のマンガンから
    なり、平衡は、不純物から離れて、コバルトであること
    を特徴とする歯車の歯の製造における熱平衡圧縮合金の
    使用。