Brevet FR2755733A1 — publié le 19980515

La présente invention concerne un dispositif linéaire de guidage destiné à être utilisé dans des conditions extrêmes, par exemple dans l'espace cosmique ou le vide. En général, un vaisseau spatial, tel qu'un satellite artificiel, comporte divers types d'appareils comprenant un appareil à antenne, et un dispositif linéaire de guidage classique est réalisé sur chacun des mécanismes d'entraînement de ces dispositifs ou analogues. Le dispositif linéaire de guidage possède une structure dans laquelle deux gorges de guidage sont incorporées afin qu'elles entourent un rail de guidage du rail principal, entre les gorges de guidage, et un coulisseau coopère avec le rail de guidage du rail principal afin qu'il soit mobile linéairement. Dans le coulisseau, un trajet de circulation de billes ayant une forme annulaire est réalisé afin qu'il corresponde à une gorge de guidage de billes du rail principal. Dans le trajet de circulation de billes, plusieurs billes sont logées afin qu'elles soient mobiles lorsqu'elles tournent. Le trajet de circulation de billes a une ouverture en position prédéterminée, destinée à être en face de la gorge de guidage de billes du rail principal. Grâce à cette structure, lorsque le coulisseau est repoussé afin qu'il se déplace dans la direction de la partie de guidage de rail du rail principal, les billes du trajet de circulation se déplacent lorsqu'elles tournent. Lorsqu'elles se déplacent, certaines des billes sont mises au contact de la gorge de guidage de billes du rail principal et un mouvement linéaire est donc permis. Cependant, dans le cas où le dispositif linéaire de guidage du type décrit précédemment est utilisé dans l'espace cosmique correspondant à des conditions de vide à une température très élevée, il est très difficile d'utiliser le procédé général de lubrification par une huile ou une graisse, bien que celle-ci puisse être normalement utilisée au sol. Au contraire, dans le cas d'un dispositif linaire de guidage utilisé dans l'espace cosmique, on utilise un procédé dit de "lubrification solide" pour la lubrification des différents organes de l'appareil. Dans ce procédé, un film lubrifiant solide, formé d'un lubrifiant solide tel que le bisulfure de molybdène, est formé sur la gorge de guidage des billes du rail principal, la surface de chaque bille et le trajet de circulation de billes, par une technique de pulvérisation cathodique, de dépôt ionique ou de revêtement ou dépôt chimique. Cependant, dans le cas de la formation d'un film lubrifiant solide par les premiers procédés précités, par exemple par une technique de pulvérisation ou de dépôt ionique, le dispositif linéaire de guidage présente l'inconvénient suivant. Bien qu'il soit possible de former ce film sur la gorge de guidage de billes du rail principal ou le trajet de circulation des billes du coulisseau, il n'est pas facile de former le film avec l'épaisseur et la dimension prédéterminées, avec une précision élevée à la surface d'une bille aussi petite. En conséquence, la quantité absolue du film lubrifiant solide est toujours trop petite et réduit donc la durée de vie. Dans le cas où un film lubrifiant solide est formé par les derniers procédés précités, c'est-à-dire la technique de revêtement ou de dépôt chimique, il est très difficile de préparer un film mince si bien que des matières en poudre se forment facilement par abrasion. En conséquence, un cliquetis se produit entre le coulisseau et le rail principal et crée encore plus de matières sous forme de poudre. En conséquence, la résistance au frottement agissant entre les éléments augmente si bien que la précision est réduite. L'inconvénient précité se produit aussi dans des conditions extrêmes au sol, par exemple sous vide, lorsqu'on ne peut pas utiliser facilement une huile ou une graisse comme lubrifiant. L'invention a pour objet la réalisation d'un dispositif linéaire de guidage ayant une structure simple telle que la lubrification de haute précision peut durer pendant une longue période et peut donc donner une longue durée de service. Cet objet de l'invention peut être atteint à l'aide d'un dispositif linéaire de guidage qui comprend un rail principal ayant des gorges de guidage de billes revêtues chacune d'un film lubrifiant solide, formées des deux côtés d'un rail de guidage, un coulisseau qui coopère avec le rail de guidage du rail principal par rapport auquel il est mobile et qui possède un trajet annulaire de circulation de billes sur lequel est formé un film lubrifiant solide, le trajet de circulation de billes ayant des ouvertures réalisées le long des gorges de guidage de billes du rail principal, et plusieurs billes logées dans le trajet de circulation de billes du coulisseau afin qu'elles soient mobiles lorsqu'elles tournent, ces billes tournant et se déplaçant alors qu'une surface de chaque bille est exposée par l'ouverture du trajet de circulation de billes et est au contact des gorges de guidage de billes du rail principal lorsque la position relative du coulisseau et du rail de guidage du rail principal varie, et la surface de chaque bille est réalisée afin qu'elle soit poreuse, si bien que le film lubrifiant solide formé sur les gorges de guidage de billes et le trajet de circulation de billes est transféré à la surface poreuse de chaque bille lors de la rotation et du déplacement, et la lubrification est ainsi assurée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective de la forme générale d'un dispositif linéaire de guidage dans un mode de réalisation de l'invention ; et la figure 2 est une vue en élévation frontale d'un coulisseau représenté sur la figure 1, en coupe partielle. La figure 1 représente un dispositif linéaire de guidage dans un mode de réalisation de l'invention et, comme l'indique cette figure, un rail principal 10 possède un rail 10a de guidage formé dans la direction de déplacement (comme indiqué par les flèches A et B). Le rail principal 10 est monté sur un organe 20 de support du côté fixe d'un mécanisme de déplacement linéaire, par exemple comme représenté sur la figure 2. Des deux côtés du rail 10a de guidage, deux gorges lOb (10c) de guidage de billes sont réalisées dans la direction de déplacement, en deux étapes, et sont pratiquement parallèles. Un film lubrifiant solide est alors formé sur la paroi interne de chacune des gorges lOb (10c) de guidage de billes du rail 10a de guidage par un procédé de pulvérisation cathodique, de dépôt ionique ou analogue. En outre, un coulisseau 11 ayant une forme rectangulaire à extrémité ouverte est disposé afin qu'il soit mobile dans la direction des flèches A et B sur le rail de guidage l0a du rail principal 10. Le coulisseau 11 est monté sur un organe 21 de support du côté de déplacement du mécanisme linéaire de déplacement, et une partie de guidage lia est placée dans le tronçon central afin qu'elle corresponde à un rail 10a de guidage du rail principal 10. Le coulisseau 11 a des parties latérales entre lesquelles est placée la partie lia de guidage et, dans les deux parties latérales, des trajets lib et 11c de circulation de billes, de forme annulaire, sont réalisés afin qu'ils correspondent respectivement aux gorges de guidage lOb du rail principal 10. La surface interne de chacun des trajets llb et lic de circulation de billes est revêtue d'un film lubrifiant solide formé par une technique de pulvérisation cathodique ou de dépôt ionique ou analogue. En outre, les trajets llb et lic de circulation de billes ont des ouvertures lld en position prédéterminée afin qu'elles correspondent aux gorges lOb et 10c de guidage de billes du rail principal 10. Chacun des trajets 11b et llc de circulation de billes du coulisseau 11 contient plusieurs billes 12 destinées à tourner et se déplacer en translation. Chacune des billes 12 a une surface réalisée sous forme poreuse. Ces billes 12 peuvent tourner et se déplacer lorsqu'une partie de chaque bille dépasse de l'ouverture lld du trajet llb (lac) de circulation de billes, et est mise au contact des gorges lOb et 10c de guidage du rail principal 10. Ainsi, les billes 12 facilitent un déplacement linéaire de la partie lia de guidage du coulisseau 11 sur le rail lOa de guidage du rail principal 10. Le rail principal 10, le coulisseau 11 et les billes 12 sont formés de matériaux métalliques, par exemple d'acier pour palier, d'acier inoxydable, d'acier réfractaire, d'acier allié pour outil et d'acier rapide. Le film lubrifiant solide formé sur les surfaces internes des gorges lOb et lOc de guidage de billes du rail principal 10 et les trajets llb (llc) de circulation de billes du coulisseau 11 peut être formé d'un film de MoS2 par le procédé de pulvérisation cathodique, d'un film de Au, Ag ou Pb ou analogue, formé par dépôt ionique, ou d'un film de MoS2 ou analogue formé par revêtement. Il faut noter que les films lubrifiants solides appliqués aux gorges lOb et 10c de guidage de billes et aux trajets llb, 11c de circulation de billes doivent être formés du même matériau ou de matériaux de types analogues. La surface poreuse de chaque bille 12 doit avoir une finition à un état poreux, par exemple de dimension inférieure au micron, obtenue par un traitement à l'oxalate, par phosphatation, par nitratation ou analogue. Avec la structure décrite, lorsque l'organe 21 de support du côté du mouvement est déplacé linéairement dans la direction des flèches A et B, la partie lia de guidage du coulisseau 11 est obligée de se déplacer sur le rail lOa de guidage du rail principal 10 dans la direction indiquée par les flèches A et B. Ainsi, les billes 12 tournent et se déplacent dans les trajets llb et lic de circulation de billes du coulisseau 11 et facilitent ainsi le déplacement linéaire du coulisseau. Pendant qu'elles tournent, les parties des billes 12 sont au contact des gorges lOb et 10c de guidage de billes du rail principal 10 par les ouvertures iid des trajets lib et lic. De cette manière, les billes 12 sont mises au contact des films lubrifiants solides formés sur les trajets lib et lic et de ceux qui sont formés sur les gorges lOb et lOc de guidage de billes du rail principal 10. Lorsque les billes tournent sur ces films, les films lubrifiants solides sont reportés sur les parties de surfaces des billes à cause de l'état poreux de ces surfaces. Lorsque les billes 12 tournent et se déplacent, une lubrification solide est assurée par les morceaux de films lubrifiants solides transférés aux surfaces poreuses des billes 12, et par les films lubrifiants solides formés sur les trajets llb et lic de circulation de billes et les gorges lOb et lOc de guidage de rail. Ainsi, l'épaisseur de chaque film lubrifiant solide peut être réglée à une valeur minimale et il est donc possible d'éviter une augmentation de la résistance de frottement entre le coulisseau 11 et le rail principal 10, due à des matériaux en poudre formés des films lubrifiants solides créés lors de la rotation et du déplacement des billes 12. En conséquence, la lubrification solide peut être réalisée d'une manière stable pendant une longue période. Comme décrit précédemment, le dispositif linéaire de guidage est formé avec une structure indiquée en résumé de la manière suivante. Un film lubrifiant solide est ainsi appliqué sur les gorges lOb et lOc de guidage de billes du rail principal 10 et les trajets llb et lic de circulation de billes du coulisseau 11, et les surfaces des billes 12, logées afin qu'elles puissent tourner et se déplacer dans les trajets llb et lic de circulation des billes, sont mises sous forme poreuse. Ainsi, lorsque le coulisseau 11 est repoussé afin qu'il se déplace par rapport au rail principal 10 et les billes 12 tournent et se déplacent dans les trajets llb et lic, les billes 12 sont mises au contact des films lubrifiants solides placés sur les trajets 11b et lic et des films des gorges lOb et 10c du rail principal 10. A cause de l'effet des surfaces des billes 12, le film lubrifiant solide est reporté si bien que la lubrification solide est assurée. Ainsi, les films lubrifiants solides formés sur les trajets lib et lic et les gorges lOb et 10c sont transférés aux billes 12 et assurent la lubrification solide. En conséquence, la création de matières en poudre à partir du film lubrifiant solide lors de son abrasion, provoquée par la rotation et le déplacement des billes 12, peut être évitée si bien qu'il est possible d'éviter l'augmentation de la résistance de frottement entre le coulisseau 11 et le rail principal 10 due au matériau en poudre formé par abrasion. En conséquence, un fonctionnement du dispositif de haute précision peut être réalisé pendant une longue période et donne une longue durée de service au dispositif. En outre, comme la création des matières en poudre, due au mouvement linéaire du coulisseau 11, peut être évitée, la création du "cliquetis" dû à l'abrasion des films lubrifiants solides formés sur les trajets llb et lic et les gorges lOb et lOc est évitée. Ainsi, un fonctionnement de haute précision peut être réalisé pendant une longue période. Il faut noter que le mode de réalisation précité a été décrit dans le cas où l'invention est appliquée à un appareil utilisé dans l'espace cosmique, mais l'invention n'est pas limitée à cette application. Elle peut s'appliquer à toute condition extrême, par exemple le vide, lorsqu'il est très difficile d'utiliser une huile ou une graisse. Dans ces conditions extrêmes, on peut prévoir pratiquement le même effet. En outre, on a décrit un mode de réalisation précité en référence au cas où le rail 10 est monté sur l'organe 20 de support du côté fixe et le coulisseau 11 est monté sur l'organe 21 de support du côté mobile. Cependant, l'invention n'est pas limitée à cette réalisation car il est possible de former une structure dans laquelle le rail principal 10 est placé sur l'organe 21 de support du côté mobile et le coulisseau est placé sur l'organe 20 de support du côté fixe si bien que le rail principal 10 se déplace linéairement par rapport au coulisseau 11. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif linéaire de guidage, ayant une structure qui comporte un rail principal (10) ayant des gorges (lOb, vioc) de guidage de billes formées sur les deux parties latérales avec interposition d'un rail de guidage (lOa), et un coulisseau (11) qui comporte des trajets (llb, llc) de circulation de billes, ayant une forme annulaire et contenant des billes (12) logées afin qu'elles puissent tourner et soient mobiles, et possédant une ouverture (lld) destinée à être en face des gorges (lob, vioc) de guidage de billes, le coulisseau étant monté afin qu'il soit mobile sur le rail de guidage du rail principal, les billes tournant et se déplaçant lorsque les parties des billes (12) sont exposées par les ouvertures (lld) des trajets (llb et llc) de circulation de billes et sont mises au contact des gorges (lOb, lOc) de guidage de billes du rail de guidage (lOa) du rail principal (10), lorsque les positions relatives du coulisseau (11) et du rail de guidage (10a) du rail principal (10) varient, le dispositif linéaire de guidage étant caractérisé en ce que un film lubrifiant solide est formé sur chacune des gorges (lOb, lOc) de guidage de billes du rail principal et des trajets (llb, llc) de circulation de billes du coulisseau (11), et les surfaces des billes (12) sont réalisées sous forme poreuse, et lorsque les positions relatives du coulisseau (11) et du rail de guidage (10a) du rail principal (10) varient, les billes tournent et se déplacent, alors que des parties des billes (12) sont exposées par les ouvertures des trajets (llb, llc) de circulation de billes et au contact des gorges (lOb, 10c) de guidage de billes du rail principal (10), et les films lubrifiants solides formés sur les gorges (lOb, 10c) de guidage de billes et les trajets (llb, llc) de circulation de billes sont transférés aux surfaces poreuses des billes (12) et assurent la lubrification. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les billes (12) sont réalisées de manière que leurs surfaces aient chacune un état poreux d'une dimension de l'ordre d'une fraction de micron. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les films lubrifiants solides formés sur les gorges (lOb, lOc) de guidage de billes et les trajets (llb, llc) de circulation de billes sont formés du même matériau ou de matériaux de types analogues. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'état poreux des parties de surfaces des billes (12) est formé par un traitement à l'oxalate. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'état poreux des parties de surfaces des billes (12) est formé par un traitement de phosphatation. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'état poreux des parties de surfaces des billes (12) est formé par un traitement de nitratation.