(57)【要約】【課題】【解決手段】空気タービン用の歯車組立体の好ましい静止ローラ軸が提供される。航空機、船舶及び軍用車両にて見られるようなガスタービンエンジンを起動させるため空気タービン軌道装置を使用することができる。静止ローラ軸は、少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを有し且つ、介在物含有量の値が小さい材料にて形成され、これにより改良された磨耗及び（又は）疲労特性を提供する。
2005509793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気タービン起動装置（１０）用の歯車組立体の静止ローラ軸（４２）において、該歯車組立体が、静止ローラ軸の面と接触する複数のころがり要素（１０４）にして、空気タービン起動装置が作動している間、静止ローラ軸の周りを回転する形態とされた複数のころがり要素（１０４）を備え、静止ローラ軸が、少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを有し且つ介在物含有量の値が小さい材料から成る、静止ローラ軸（４２）。
【請求項２】
請求項１の静止ローラ軸において、前記材料が高速度鋼を含む、静止ローラ軸。
【請求項３】
請求項１の静止ローラ軸において、前記材料が、重量比にて、約１．３０％から１．４０％の炭素、０．１５％から０．４０％のマンガン、０．１５％から０．４０％のケイ素、３．５０％から４．２５％のクロム、１．７５％から２．２５％のバナジウム、５．７５％から６．７５％のタングステン、１０．０％から１１．０％のモリブデン及び最大約０．０３％の硫黄を本質的に含んで成る、静止ローラ軸。
【請求項４】
請求項３の静止ローラ軸において、前記材料が、重量比にて、１．３０％の炭素、０．３５％のマンガン、０．２５％のケイ素、３．７５％のクロム、２．００％のバナジウム、６．２５％のタングステン、１０．５０％のモリブデン、及び約０．０３％の硫黄を本質的に含んで成る、静止ローラ軸。
【請求項５】
請求項１の静止ローラ軸において、前記材料がＡＩＳＩ  Ｍ６２を含む、静止ローラ軸。
【請求項６】
請求項１の静止ローラ軸において、前記歯車組立体が、空気タービン起動装置の複合的遊星歯車列（４０）を備える、静止ローラ軸。
【請求項７】
請求項１の静止ローラ軸において、２．０３×１０−４ｍｍ（８マイクロインチ）ｒｍｓ以下の表面仕上げをなされている、静止ローラ軸。
【請求項８】
空気タービン起動装置（１０）において、
入口（１６）と、出口（１８）と、加圧された空気を入口及び出口の間で運ぶべく入口及び出口間に設けられた流路（１４）とを画成するハウジングと、
流路内に配置されたタービン（２０）にして、タービン軸の動力を発生させるタービン（２０）と、
空気タービン起動装置の外部に軸の動力を伝達する出力軸（９０）と、
タービンを出力軸と結合する歯車列（４０）にして、少なくとも６６ロックウェルＣの硬さを有し且つ介在物含有量の値が小さい材料で形成された少なくとも１つの静止ローラ軸（４２）を有する歯車列（４０）と、を備える、空気タービン起動装置。
【請求項９】
請求項８の静止ローラ軸において、前記材料が高速度鋼を含む、静止ローラ軸。
【請求項１０】
請求項８の空気タービン起動装置において、前記材料が、重量比にて、約１．３０％から１．４０％の炭素、０．１５％から０．４０％のマンガン、０．１５％から０．４０％のケイ素、３．５０％から４．２５％のクロム、１．７５％から２．２５％のバナジウム、５．７５％から６．７５％のタングステン、１０．０％から１１．０％のモリブデン及び最大約０．０３％の硫黄を本質的に含んで成る、空気タービン起動装置。
【請求項１１】
請求項１０の空気タービン起動装置において、前記材料が、重量比にて、１．３０％の炭素、０．３５％のマンガン、０．２５％のケイ素、３．７５％のクロム、２．００％のバナジウム、６．２５％のタングステン、１０．５０％のモリブデン、及び０．０３％の硫黄を本質的に含んで成る、空気タービン起動装置。
【請求項１２】
請求項８の空気タービン起動装置において、前記材料がＡＩＳＩ  Ｍ６２を含む、空気タービン起動装置。
【請求項１３】
請求項８の空気タービン起動装置において、静止ローラ軸が、２．０３×１０−４ｍｍ（８マイクロインチ）ｒｍｓ以下の表面仕上げをなされている、空気タービン起動装置。
【請求項１４】
歯車組立体（４０）において、
静止ローラ軸（４２）と、
該静止ローラ軸の周りを回転する形態とされた複数のころがり要素（１０４）と、を備え、
静止ローラ軸が、少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを有する材料にて形成され、該材料が、真空誘導溶融、噴霧法及び高温静水圧圧縮法を含む方法により製造されている、歯車組立体（４０）。
【請求項１５】
請求項１４の歯車組立体において、前記材料が、高速度鋼を含む、歯車組立体。
【請求項１６】
請求項１４の歯車組立体において、前記材料が、重量比にて、約１．３０％から１．４０％の炭素、０．１５％から０．４０％のマンガン、０．１５％から０．４０％のケイ素、３．５０％から４．２５％のクロム、１．７５％から２．２５％のバナジウム、５．７５％から６．７５％のタングステン、１０．０％から１１．０％のモリブデン及び最大約０．０３％の硫黄を本質的に含んで成る、歯車組立体。
【請求項１７】
請求項１６の歯車組立体において、前記材料が、重量比にて、１．３０％の炭素、０．３５％のマンガン、０．２５％のケイ素、３．７５％のクロム、２．００％のバナジウム、６．２５％のタングステン、１０．５０％のモリブデン、及び０．０３％の硫黄を本質的に含んで成る、歯車組立体。
【請求項１８】
請求項１４の歯車組立体において、前記材料がＡＩＳＩ  Ｍ６２を含む、歯車組立体。
【請求項１９】
請求項１４の歯車組立体において、静止ローラ軸が、２．０３×１０−４ｍｍ（８マイクロインチ）ｒｍｓ以下の表面仕上げをなされている、歯車組立体。
【請求項２０】
静止ローラ軸（４２）を製造する方法において、
真空誘導溶融、噴霧法及び高温静水圧圧縮法を含む方法により製造された材料から静止ローラ軸を機械加工により製造するステップと、
少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを実現し得るように静止ローラ軸を約２１５０℃から約２１７５℃の範囲の温度まで加熱するステップと、
静止ローラ軸を所望の表面仕上げにまで研磨するステップと、を備える、静止ローラ軸を製造する方法。
【請求項２１】
請求項２０の方法において、前記材料が高速度鋼を含む、方法。
【請求項２２】
請求項２０の方法において、前記材料が、重量比にて、約１．３０％から１．４０％の炭素、０．１５％から０．４０％のマンガン、０．１５％から０．４０％のケイ素、３．５０％から４．２５％のクロム、１．７５％から２．２５％のバナジウム、５．７５％から６．７５％のタングステン、１０．０％から１１．０％のモリブデン及び最大約０．０３％の硫黄を本質的に含んで成る、方法。
【請求項２３】
請求項１９の方法において、前記材料が、重量比にて、１．３０％の炭素、０．３５％のマンガン、０．２５％のケイ素、３．７５％のクロム、２．００％のバナジウム、６．２５％のタングステン、１０．５０％のモリブデン、及び０．０３％の硫黄を本質的に含んで成る、方法。
【請求項２４】
請求項２０の方法において、前記材料がＡＩＳＩ  Ｍ６２を含む、方法。
【請求項２５】
請求項２０の方法において、研磨するステップが、静止ローラ軸を２．０３×１０−４ｍｍ（８マイクロインチ）ｒｍｓ以下の表面仕上げに機械加工するステップを備える、方法。
【請求項２６】
静止ローラ軸を歯車組立体内に取り付けるキット（２００）において、
静止ローラ軸（２０２）と、
静止ローラ軸の周りを回転する形態とされた複数のころがり要素（２０４）と、を備え、
静止ローラ軸が、少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを有し且つ介在物含有量の値が小さい材料にて形成されている、キット。
【請求項２７】
請求項２６のキットにおいて、静止ローラ軸の周りで周方向に配置される形態とされたケージ組立体（２０６）にして、複数の軸受要素を静止ローラ軸に近接して配置し且つ該複数の軸受要素が静止ローラ軸の周りを回転するのを許容する形態とされたケージ組立体（２０６）を更に備える、キット。
【請求項２８】
請求項２６のキットにおいて、前記材料が高速度鋼を含む、キット。
【請求項２９】
請求項２６のキットにおいて、前記材料が、重量比にて、約１．３０％から１．４０％の炭素、０．１５％から０．４０％のマンガン、０．１５％から０．４０％のケイ素、３．５０％から４．２５％のクロム、１．７５％から２．２５％のバナジウム、５．７５％から６．７５％のタングステン、１０．０％から１１．０％のモリブデン及び最大約０．０３％の硫黄を本質的に含んで成る、キット。
【請求項３０】
請求項２６のキットにおいて、前記材料が、重量比にて、１．３０％の炭素、０．３５％のマンガン、０．２５％のケイ素、３．７５％のクロム、２．００％のバナジウム、６．２５％のタングステン、１０．５０％のモリブデン、及び０．０３％の硫黄を本質的に含んで成る、キット。
【請求項３１】
請求項２６のキットにおいて、前記材料がＡＩＳＩ  Ｍ６２を含む、キット。
【請求項３２】
請求項２６のキットにおいて、静止ローラ軸が、２．０３×１０−４ｍｍ（８マイクロインチ）ｒｍｓ以下の表面仕上げをなされている、キット。
【請求項３３】
重量比にて、１．３０％の炭素、０．３５％のマンガン、０．２５％のケイ素、３．７５％のクロム、２．００％のバナジウム、６．２５％のタングステン、１０．５０％のモリブデン、及び０．０３％の硫黄を本質的に含んで成る材料にて形成された歯車組立体の静止ローラ軸。
【請求項３４】
静止ローラ軸が、少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを有し且つ介在物含有量の値が小さい材料から成り、２．０３×１０−４ｍｍ（８マイクロインチ）ｒｍｓ以下の表面仕上げをなされている、歯車組立体の静止ローラ軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、ガスタービンエンジン用の歯車組立体に対する静止ローラ軸、より具体的には、ガスタービンエンジン用の空気タービン起動装置にて使用される改良された静止ローラ軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気タービン起動装置は、航空機のジェットエンジンのようなガスタービンエンジンを起動させるために使用される装置である。空気タービン起動装置は、自動車用の起動装置が自動車のエンジンの近くに配置されると同様に、ジェットエンジンの近くに取り付けられる。ジェットエンジンを起動させるために、空気タービン起動装置を作動させる。本発明の所有者である、ハネウェル・インターナショナル（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）インコーポレーテッドは、永年に亙って、空気タービン起動装置を成功裏に設計し、開発し且つ製造してきた。
【０００３】
空気タービン起動装置は、空気流をガスタービンエンジンを起動させるのに必要な回転エネルギに変換する高速度の歯車組立体を有する。該高速度の歯車組立体は、約２６，０００ｒｐｍ以上の速度にて静止ローラ軸の周りを回転するころ要素により支持された歯車を有している。従来技術のタービン起動装置の設計は、極めて安全で、且つ、信頼し得るものであるが、これらの高回転速度により静止ローラ軸の特定の領域に顕著なヘルツ応力及び摩擦せん断負荷が加わり、その結果、これら領域に摩耗及び疲労が生ずることがある。永年、空気タービン起動装置の静止ローラ軸は、スチール材料で製造されていた。しかし、かかるスチール材料は、全体として、ロックウェルＣ硬さが６２以下であるから、これらの材料は、表面剥離及び疲労を生じ易い。より硬い材料はより脆弱であり、このため、亀裂がより生じ易いから、静止ローラ軸をより硬い材料で製造しても必ずしも満足し得る結果が得られるとは限らない。更に、介在物含有量が比較的多いスチール材料で形成された静止ローラ軸は、表面下ころがり接触疲労を生じ易い軸となる。
【０００４】
従って、高回転速度にて回転するころがり要素による摩耗及び疲労に実質的に耐えることのできる材料で出来た静止ローラ軸を有する空気タービン起動装置が必要とされている。本発明は、この必要性を充足し、且つ、関連する有利な効果を提供するものである。
【実施例】
【０００５】
本発明は、空気タービン起動装置用の静止ローラ軸であって、該静止ローラ軸に関連づけられる、高速度で回転するころがり要素による摩耗及び疲労に実質的に耐えることのできる材料にて形成された、空気タービン起動装置用の静止ローラ軸に関するものである。
【０００６】
本発明の一例としての実施の形態によれば（単に一例としてであるが）、歯車組立体の静止ローラ軸が提供される。歯車組立体は、静止ローラ軸の面と接触する複数のころがり要素であって、空気タービン起動装置が作動している間、静止ローラ軸の周りを回転し得る形態とされた複数のころがり要素を有している。静止ローラ軸は、少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを有し且つ介在物含有量の値が小さい材料で形成される。
【０００７】
本発明の別の一例としての実施の形態によれば、空気タービン起動装置が提供される。該空気タービン起動装置は、入口と、出口と、入口及び出口の間にて加圧された空気の流れを運ぶべく入口及び出口の間に形成された流路とを画成するハウジングを有している。空気タービン起動装置は、また、流路内に配置され且つ、タービン軸の動力を発生させるタービンも有している。出力軸が軸の動力を空気タービン起動装置の外部に伝達する。歯車列がタービンを出力軸と結合する。歯車列は、少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを有し且つ介在物含有量の値が小さい材料で形成された少なくとも１つの静止ローラ軸を備えている。
【０００８】
本発明の更なる一例としての実施の形態によれば、歯車組立体が提供される。該歯車組立体は、静止ローラ軸と、該静止ローラ軸の周りを回転し得る形態とされた複数のころがり要素とを有している。静止ローラ軸は、少なくとも６６ロックウェルＣ硬さの材料にて形成され、また、この材料は、真空誘導溶融、噴霧法及び高温静水圧圧縮法を含む方法により製造される。
【０００９】
本発明の更に別の一例としての実施の形態によれば、静止ローラ軸を製造する方法が提供される。該方法は、真空誘導溶融、噴霧法及び高温静水圧圧縮法を含む方法により製造された材料から静止ローラ軸を機械加工するステップを含む。静止ローラ軸は、少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを実現し得るように約５００℃から約６００℃の範囲の温度まで焼鈍される。この方法は、静止ローラ軸を所望の表面仕上げ程度まで研磨するステップを更に含む。
【００１０】
本発明の更なる一例としての実施の形態によれば、静止ローラ軸を歯車組立体内に取り付けるキットが提供される。該キットは、静止ローラ軸と、該静止ローラ軸の周りを回転し得る形態とされた複数のころがり要素とを有している。該静止ローラ軸は、少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを有し且つ介在物含有量の値が小さい材料で形成される。
【００１１】
好ましい静止ローラ軸のその他の独立的な特徴及び有利な効果は、単に一例として、本発明の原理を示す添付図面と共に、以下の詳細な説明を読むことにより、明らかになるであろう。
【００１２】
幾つかの図面にて相応する部品を同様の参照番号で表示する添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
当業者は、図面の要素は簡単化及び明確化のために示したものであり、必ずしも正確な縮尺で示すものではないことが理解されよう。例えば、図面の幾つかの要素の寸法は、本発明の実施の形態を理解し易くするため、その他の要素に比して誇張して示すことがある。
【発明の詳細な説明】
【００１４】
以下の説明は、一例としての実施の形態に関するものであり、本発明の範囲、適用可能性又は形態を何ら限定することを意図するものではない。以下の説明は、本発明の一例としての実施の形態を具体化するための便宜な例を示すものである。特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から逸脱せずに、説明した要素の機能及び配置の点にて説明した実施の形態に対し色々な変更を加えることができる。
【００１５】
図面を参照すると、図１には、本発明を具体化する空気タービン起動装置１０が図示されている。該空気タービン起動装置１０は、第一のハウジング組立体１２及び第二のハウジング組立体１３を有している。ハウジング組立体１２は、入口１６から出口１８まで伸びる流路１４を画成する。ハウジング組立体１３は、例えば、航空機、船舶、又は装甲車（図示せず）にて空気タービン起動装置をガスタービンエンジンに取り付けるための取り付けフランジ１９を有している。空気圧ダクト１５が空気供給源から入口へ加圧された空気を供給する。典型的に、入口１６における空気圧力は２０６．８ｋＰａ（３０ｐｓｉｇ）から２７５．８ｋＰａ（４０ｐｓｉｇ）の範囲にあるが、これは、目的とする用途に従って変更可能である。
【００１６】
空気タービン起動装置１０内にて、ハウジング組立体１２、１３は、タービン部分２０、複合的遊星歯車列４０、オーバランニングクラッチ６０を支持している。タービン部分２０は、タービン翼車２２を有し、該タービン翼車２２は、該翼車から伸びる回転可能なタービン軸２４を有し、該タービン軸は、軸受２６によりハウジング１２の一部であるタービン排気ハウジング２７に軸支されている。太陽歯車２５がタービン軸２４に固定されている。複数のタービン翼２８は、タービン翼車２２に周方向に取り付けられ、また、流路１４内に配置されている。翼２８の上流には、ハウジング組立体１２に取り付けられた複数の羽根２９があり、これらの羽根は、タービン翼２８に入る前に、空気の流れに対し適正な流れ角度を提供する。作動時、入口１６に入る加圧された空気は、羽根２９によって適正に整合され、次に、出口１８から出る前に、翼２８を亙って膨張する。翼２８は、空気の圧力エネルギを回転動作に変換し、タービン翼車２２、タービン軸２４及び太陽歯車２５が翼と同一の速度にて回転するようにする。
【００１７】
複合的遊星歯車列４０は、その各々が太陽歯車２５とかみ合う遊星歯車４４を有する１つ以上の静止ローラ軸４２から成っている。遊星歯車４４は、静止ローラ軸４２の周りを回転し且つ、リング歯車４８と、オーバランニングクラッチ６０の入口側であるハブ歯車６２とに動力を伝達する。作動時、歯車列４０は、タービン部分２０の高速度で低トルクの出力をクラッチ６０に対する低速度で高トルクの入力に変換する。
【００１８】
クラッチ６０は、爪及びラチェット型クラッチ、ローラ型クラッチ、スプラグ型クラッチとするか又は空気タービン起動装置にて使用するのに適した任意のその他のクラッチとすることができる。便宜上、図１には、スプラグ型クラッチを有する空気タービン起動装置が図示されている。クラッチ６０は、その入力側にスプライン部６３を有し、その出力側にクラッチ駆動軸７０を有している。ハブ歯車６２は、軸受要素６４によって支持されている。クラッチ６０の内側レース６５は、軸受要素６６により支持されている。駆動軸７０の一部分は、ハウジング１３を越えて伸びており、また、該部分に取り付けられた空気タービンの起動装置の出力軸９０を有している。出力軸９０は、当該分野にて既知であるように、ガスタービンエンジンの歯車箱にて起動装置パッド（図示せず）に結合することができる。
【００１９】
図２には、空気タービン起動装置１０の複合的遊星歯車列４０の静止ローラ軸４２がより詳細に図示されている。静止ローラ軸４２は、１つ以上のケージ組立体１０２により周方向に取り巻かれている。ケージ組立体１０２は、それ自体の軸線の周りを回転する間に、静止ローラ軸４２の面と接触するニードル軸受のような複数のころがり要素１０４を支持する形態とされたケージ１０８を有している。図２の実施の形態において、ころがり要素１０４は、円筒状の形状をしている。しかし、本発明は、球形、截頭円錐形等のようなその他の形状及び形態のころがり要素を使用することを考える。ケージ組立体１０２は、典型的に、例えば、ＡＩＳＩ  １０１０、１０１８、１０２０、１０２５のような低炭素鋼及び同様の材料又はロックウェルＣ３０から３４まで硬化させ、その後に、銀めっきしたＡＩＳＩ  ４３４０スチールにて形成される。ころがり要素１０４は、典型的に、ＡＩＳＩ  ５２１００、Ｍ５０のようなスチール及び同様の材料にて形成される。
【００２０】
作動時、タービン軸２４及び太陽歯車２５がタービン軸２４の軸線１００の周りを回転すると、太陽歯車２５によって遊星歯車４４は、静止ローラ軸４２の軸線１０６の周りを回転する。遊星歯車４４が静止ローラ軸４２の周りを回転すると、該遊星歯車によってころがり要素１０４は静止ローラ軸４２に接触しつつ、軸線１０６の周りを回転する。典型的に、ころがり要素１０４は２６，０００ｒｐｍまでの速度で静止ローラ軸４２の周りを回転することができるが、空気タービン起動装置の形態及び該空気タービン起動装置が作動するときの状態に依存して、更により高速度で回転するようにすることができる。かかる高回転速度のとき、軸受要素１０４は、静止ローラ軸４２にヘルツ応力荷重及び摩擦せん断荷重を加える。遊星歯車４４が太陽歯車２５及びリング歯車４８と係合するため、静止ローラ軸４２には、図２に仮想荷重領域１１０として示した静止ローラ軸４２の領域で顕著な荷重が加わる。静止ローラ軸４２を形成する材料の硬さ及びマイクロ清浄度に依存して、かかる荷重によって荷重領域１１０にて静止ローラ軸４２の剥離及び表面下ころがり面疲労のような磨耗が生じ、その結果、静止ローラ軸４２の寿命は短くなる。
【００２１】
本発明の１つの実施の形態によれば、静止ローラ軸４２は、かかる荷重による摩耗及び疲労に対し実質的に抵抗性のある材料にて製造される。当該発明者は、少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを有し且つ、介在物含有量の値が小さい金属合金のような材料で製造された静止ローラ軸４２は表面剥離及び表面下ころがり接触疲労に対し満足し得る抵抗性を提供することを知見した。介在物は、材料に表面下亀裂を生じさせる材料基質内の応力集中箇所すなわち欠陥部である。本明細書において、「介在物含有量」という語は、製錬及び材料業界で一般に使用される意味を有し、また、アメリカ試験材料協会（ＡＳＴＭ）がその「スチールの介在物含有量を測定する標準的試験方法（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｅｎｔ  ｏｆ  Ｓｔｅｅｌ）」Ｅ４５−９７（２０００）にて使用するものである。静止ローラ軸４２の製造に適した介在物含有量が少ない材料は、静止ローラ軸４２が表面下ころがり接触疲労を容易に生じないようにするのに十分に小さい介在物の値を有する。本明細書にて使用するように、「介在物含有量の値が小さい」という語は、表Ｉに掲げた限界値を越えない材料の最悪状態におけるＪＫ介在物の値として定義する必要があり、ここで、材料における測定可能な場の最大値は表ＩＩに掲げた限界値を越えてはならない。
表Ｉ                                  表ＩＩ
介在物の型式  薄      厚              介在物の型式  薄      厚
Ａ                                    Ａ            ８
Ｂ            １．５  １．０          Ｂ            ３      １
Ｃ                                    Ｃ            ３
Ｄ                                    Ｄ            ５
本発明の１つの実施の形態による静止ローラ軸４２を製造するときに使用するのに適した材料の一例は、重量比にて、約１．３０％から１．４０％の炭素、好ましくは、１．３０％の炭素、０．１５％から０．４０％のマンガン、好ましくは、０．３５％のマンガン、０．１５％から０．４０％のケイ素、好ましくは、０．２５％のケイ素、３．５０％から４．２５％のクロム、好ましくは、３．７５％のクロム、１．７５％から２．２５％のバナジウム、好ましくは、２．００％のバナジウム、５．７５％から６．７５％のタングステン、好ましくは、６．２５％のタングステン、１０．０％から１１．０％のモリブデン、好ましくは、１０．５０％のモリブデン、最大約０．０４％の硫黄、好ましくは、０．０３％の硫黄、最大約０．０３％のリン、最小約０．０３５％の窒素を含み、その残りが鉄である、高速度鋼を含む。このようにして、形成された材料は、ロックウェルＣ硬さが６６であり、また、介在物含有量の値が小さい限り、上記範囲の上限値及び（又は）下限値を適宜に加減することが可能であることが理解されよう。好ましくは、材料は、原材料を真空誘導溶融させ、その後、噴霧法を行ない、その後に、圧密化して、高温静水圧圧縮法により完全な密度にする粒子製錬法によって製造されるものとする。この方法を使用すれば、材料は、炭化物のような主構成要素が均一に分配され且つ、該主構成要素の寸法を小さくし、その結果、含有物含有量が少なくなり、このことは、ころがり要素が静止ローラ軸の周りを繰返して回転した後でさえ、材料は表面下ころがり接触疲労に耐えることを許容する。しかし、低含有物含有量を実現するのに適した任意のその他の方法が材料を製造するために使用可能であることが理解されよう。上述した組成物を有し且つ、上述した方法により形成される材料の一例は、ニューヨーク州、シラキューズのクルーシブルマテリアルズコーポレーション（Ｃｒｕｃｉｂｌｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）がＣＰＭ（登録商標名）ＶＩＭ  ＣＲＵ  ２０（登録商標名）という商品名で販売するＡＩＳＩ  Ｍ６２を含む。しかし、少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを有し且つ、介在物含有量の値が小さい任意のその他の適宜な材料を使用して静止ローラ軸４２を製造し、荷重領域１１０における摩擦荷重に起因する磨耗を減少させ、従って静止ローラ軸４２の寿命を望ましいように長くすることが可能であることが理解されよう。
【００２２】
本発明の更なる一例としての実施の形態において、当該発明者は、上述した材料で出来た静止ローラ軸に２．０３×１０−４ｍｍ（８マイクロインチ）ｒｍｓ以下の表面仕上げを提供することは、表面剥離を減少することに寄与することを知見した。好ましくは、静止ローラ軸は、約４から約２．０３×１０−４ｍｍ（８マイクロインチ）ｒｍｓの範囲の表面仕上げを有するようにする。
【００２３】
静止ローラ軸４２を製造する方法は、上述した材料から静止ローラ軸４２を粗機械加工することを含むことができる。次に、静止ローラ軸４２に対し適宜な状態下にて熱処理を加え、材料が少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを実現するようにすることができる。典型的に、静止ローラ軸は、約５００℃から６００℃の範囲、好ましくは、約５３８℃の温度にて焼鈍し、６６ロックウェルＣ以上の硬さを実現するようにすることができる。次に、静止ローラ軸４２を所望の表面直径となる迄、仕上げ研磨し、適宜な表面処理を施して所望の表面仕上げ、好ましくは、２．０３×１０−４ｍｍ（８マイクロインチ）ｒｍｓ以下の表面仕上げを実現することができる。また、静止ローラ軸４２に窒化、蒸気焼鈍及び（又は）チタン窒化被覆を施すこともできる。
【００２４】
上述した材料で製造した静止ローラ軸の作動寿命を測定するため、本発明の１つの実施の形態による静止ローラ軸４２を試験した。試験の間、静止ローラ軸４２は、ＡＩＳＩ  Ｍ６２にて製造し、約２．０３×１０−４ｍｍ（８マイクロインチ）ｒｍｓの表面仕上げとなるように表面研磨し且つ図１、図２に示すような、空気タービン起動装置の複合的遊星歯車列となるように組み立てた。空気タービン起動装置を繰返して作動させ且つ停止させ、静止ローラ軸の作動寿命を測定した。試験の結果、本発明に従って製造した静止ローラ軸は、空気タービン起動装置を１６，３００回始動させた後、顕著な剥離又は微点食を生ぜずに満足し得るように作動可能であることが判明した。６２ロックウェルＣ硬さ及びＡＩＳＩ  Ｍ６２の低介在物含有量の値と同様の介在物含有量の値を有する高速度鋼ＡＩＳＩ  Ｍ５０のような既知の材料で製造した静止ローラ軸に対し比較試験を行なった結果、空気タービン起動装置が僅か４０００回起動しただけで顕著な剥離及び（又は）微点食が生ずることが実証された。上記の試験は、本発明に従って製造した静止ローラ軸は空気タービン起動装置が１６，３００回の起動後、満足し得るように作動可能であることを示すが、このことは、単に特定の実験状態を反映するものであり、本発明にとって本質的なものではないことが理解されよう。
【００２５】
本発明の１つの実施の形態の更なる側面において、図３に示したようなキット２００を使用して、本明細書に記載した静止ローラ軸のような、本発明の１つ以上の特徴を組み込んで、従来の空気タービン起動装置を改造し、また、新しい空気タービン起動装置を製造することができる。１つの好ましい実施の形態において、キットは、少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを有し且つ、介在物含有量の値が小さい材料で製造された１つ以上の静止ローラ軸２０２を含むことができる。該キットは、また、空気タービン起動装置の特定の設計により決定されるような複合的遊星歯車列のその他の構成要素を有することもできる。例えば、キットは、多数の適宜な形状をとることができる適宜な数のころがり要素２０４を含むこともできる。該キットは、静止ローラ軸２０２の周りを回転し且つ、ころがり要素２０４を支持する形態とされた適宜な数のケージ２０６を有することもできる。該キットは、また、静止ローラ軸を確実に取り付けるのに必要な任意のその他の構成要素又は付属品を含んでもよい。該キットは、輸送、格納又はその他の目的のため、適宜な容器２０８を含むことが可能である。
【００２６】
このように、上記の説明から理解されるように、本発明は少なくとも６６ロックウェルＣ硬さを有し且つ、介在物含有量の値が小さい材料で製造された静止ローラ軸を提供し、ころがり要素が静止ローラ軸の周りで多数回、回転した後でさえ、静止ローラ軸は、表面磨耗及び表面下ころがり接触疲労に抵抗することができる。本発明の上述した静止ローラ軸は、空気タービン起動装置の複合的遊星歯車列の実施の形態に関して説明したが、該静止ローラ軸は、空気タービン起動装置の複合的遊星歯車列のその他の色々な実施の形態にて利用可能であることが理解されよう。本発明は、その他の形態の空気タービンエンジンと共に使用することも可能である。
【００２７】
本発明を１つの好ましい実施の形態に関して説明したが、当該技術分野の当業者には、本発明の範囲から逸脱せずに色々な変更を加え、また、その要素に代えて等価物を使用することが可能であることが理解される。更に、本質的な特徴から逸脱せずに、特定の状況又は材料を本発明の教示内容に適合させるため多数の改変を為すことが可能である。このため、本発明を本発明を実施するために開示した任意の特定の実施の形態に限定されないことを意図するものであり、本発明は、特許請求の範囲に属する全ての実施の形態を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】名称ＡＴＳ１００−５１０のハネウェルインターナショナルインコーポレーテッドの空気タービン起動装置の断面図である。
【図２】図１の空気タービン起動装置の複合的遊星歯車列の断面図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態に従って空気タービン起動装置を提供するために使用することのできるキット及びキットのパッケージ体の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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