(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルを含む円筒内側表面を有するステータ（３６）を備える静圧流体軸受を製作する方法であって、以下の連続したステップ、即ち、
ステータ（３６）の環状の円筒本体（４）の内側表面（４Ａ）上に金属材料のコーティング（１０）を付着させることと、
前記コーティング（１０）に自己潤滑性複合材料（２０）を含浸させることと、
コーティング（１０）の厚み内に内部セル（２８）を機械加工し、セル内に通じる開口部（３４）を機械加工することと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
金属材料が青銅を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
自己潤滑性複合材料が、ポリテトラフルオロエチレンを備える、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
コーティング（１０）に含浸させた後、コーティングされた内側表面に再中ぐりが施される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
内部セル（２９）を機械加工する間、コーティングされた内側表面に再中ぐりが施される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
コーティング（１０）が、ステータの内側表面（４Ａ）に対して金属材料の粒子を溶射することによって付着される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
コーティング（１０）が、空気よりも酸化性の低い環境で付着される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
コーティング（１０）が、不活性ガスのある密閉エンクロージャ（１８）内で付着される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
コーティング（１０）が、円筒内側表面（４Ａ）に対して少なくとも１つの中間層のコーティングを作り、前記中間層に対して少なくとも１つの上層のコーティングを作ることによって付着され、上層は中間層の孔隙率よりも大きな孔隙率を呈示する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
コーティングの付着に続いて熱処理が行われ、その後コーティングへの含浸が行われる、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
複合材料（２０）をコーティング（１０）に塗布し、それをコーティングに対して押圧することによってコーティングに含浸がなされる、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
自己潤滑性複合材料（２０）をペーストの形態でコーティング（１０）に塗布することによってコーティングに含浸がなされる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
コーティングが０．８ｍｍから２ｍｍの範囲の厚みを有し、セルは０．３ｍｍから０．６ｍｍの範囲の深さを有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、回転軸を支持する、セルを備えた静圧流体軸受の分野、特にロケットエンジンのターボポンプ内の、加圧されて流体を投入する軸受の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
仏国特許出願公開第２８０９７８２号明細書で述べられるように、このような軸受は、ロータ、即ちターボポンプの回転軸を成すロータなどが受け取られる環状ステータを備える。ステータはその環状内側表面内に、その外側面に通じる開口部から流体が供給されるセルを有する。このように、ロータはステータ内で、セル内の開口部から導入された加圧された流体の薄層上に浮かされることによって保持される。
【０００３】
より正確には、仏国特許出願公開第２８０９７８２号明細書は、静圧流体軸受において、流体挿入用開口部と協働する開口部を有する金属板と、開口部の周りに配置されたセルを含む自己潤滑性複合材料の層とを組み合わせることによって構成されたリングを内側表面上に含む円筒ステータを有する静圧流体軸受に関する。
【０００４】
このような軸受は、その内側表面上に、複合材料の層において、回転軸と軸受が接触した場合にも回転軸または軸受に修復不能な損傷を与える危険を冒さずにそれが摩耗するのを可能にし、そのようにして補助なしで過渡段階を有することをも可能にする厚みの複合材料の層を提供する。
【０００５】
仏国特許出願公開第２８０９７８２号明細書に述べられ、以下で添付図１から３を参照して簡単に示されたこのような軸受を製作する方法は、ステータの内側表面の展開に対応した寸法の平らな金属板２の表面上に自己潤滑性複合材料の層３を組み合わせるステップと、組み合わせ体１内で複合材料の層の厚み内にセル５を機械加工するステップと、組み合わせ体１を割りリング６の形態に湾曲させるステップと、割りリング６の形態の組み合わせ体をステータ４の内側表面に対して挿入するステップと、ステータと挿入された組み合わせ体との厚みを通してセル５内へ開口部７を機械加工するステップとを備える。
【０００６】
この方法は効果的であり、信頼がおける。それにもかかわらず、それには複合材料を受け取るべき平らな金属板を使用することが必要である。金属板の長さは、円筒面の展開に基づいて極めて精確に計算されなければならない。さらに、金属板をステータ内の定位置内へ置く前に割りリングの形状に湾曲させることは、実施することが困難な、セルの形状に影響を及ぼすステップである。開口部は、ステータの基部材料と金属板の材料と複合材料とを備えるサンドイッチ体を通して機械加工されることも考察されるべきである。これらの３つの材料は異なった硬度を有するので、機械加工が比較的複雑となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２８０９７８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、セルを含む円筒内側表面を備えたステータを有する静圧流体軸受を製作する方法において、実質的に上述の欠点を免れた方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このように、本発明は一態様において、セルを含む円筒内側表面を有するステータを備える静圧流体軸受を製作する方法であって、ステータ本体の内側表面上に金属材料のコーティングを付着させることと、前記コーティングに自己潤滑性複合材料を含浸させることと、コーティングの厚み内に内部セルを機械加工することと、セル内に通じる開口部を機械加工することと、を備える方法を提供する。
【００１０】
このように、本方法によれば、金属材料はステータの内側表面上に直接付着され、それが既にその表面をコーティングしている間にそれに自己潤滑性複合材料を含浸させる。このことは、正しい寸法に切り出されなければならない平らな金属板に頼ることを回避すると同時に、大きな厚みの複合材料のコーティングを有することも可能にする。金属コーティングはステータ本体の内側表面に効果的に接着し、複合材料はそれ自体が、金属コーティングにその厚み内へ含浸によって浸透されることによって固定される。このように、自己潤滑性複合材料を含浸させた金属コーティングによって形成され、金属コーティングと同じ大きな厚みを占める自己潤滑性複合材コーティングは、ステータ本体の内側表面に効果的に固定される。さらに、セルは自己潤滑性複合材コーティング内に機械加工され、形状が極めて精確であることが可能であって、それらが機械加工された後に実施される湾曲化などの作業によって影響を及ぼされない。セルは、５軸フライス主軸およびアングルヘッド、特に精度数値制御を備えた超高速（ＵＨＳ）型のアングルヘッドを有するターニングセンタ上で機械加工されることができる。加えて、開口部の機械加工は、湾曲された中間板が省略されることから、上述の従来技術と比べて簡略化される。
【００１１】
任意選択で、金属材料は青銅を備える。
【００１２】
任意選択で、自己潤滑性複合材料はポリテトラフルオロエチレンを備える。
【００１３】
任意選択で、コーティングに含浸させた後、特に内部セルを機械加工する間に、コーティングされた内側表面の穴に再中ぐりが施される。
【００１４】
本発明によれば、ステータ本体の内側表面によって形成された穴を修正するこのステップは、コーティングが内側表面上で定位置になされてから、かつ極めて精確に実施されることが可能である。この再中ぐりは、切削工具によって、またはステータ本体の内側表面を再研削することによって実施されることが可能である。さらに、再研削は、セルを機械加工するのと同じ作業で、分解なしに実施されることができる。任意選択で、この作業でセル縁部の自動バリ取りがバリ取り工具によって実施されることができる。
【００１５】
任意選択で、コーティングはステータの内側表面に対して金属材料の粒子を溶射することによって付着される。
【００１６】
この技法は、本発明の方法を実施するのに特に適していることが判明している。第一にそれは柔軟にに使用することができ、特にコーティングの厚みに変化を持たせることを可能にする限りにおいてそうである。具体的には、この技法によって、表面に対して移動するスプレイガンを使用して金属材料がステータの内側表面上に噴霧される。コーティングの厚みを増大させるには、ガンとステータの間の相対速度に働きかけるだけ、または実際にガンで１回または複数回の追加の通過を実施するだけで充分である。
【００１７】
さらに、驚くべきことに、本発明者らは、この技法がコーティングへの複合材料の含浸を高める働きをすることを発見している。これは、この技法を使用して得られるコーティングが、一定量の孔隙率を呈示することによる。その細孔容積分率は、おそらくは１％から１０％の範囲にある。
【００１８】
任意選択で、コーティングは、空気よりも酸化性の低い環境、特に不活性ガスのある密閉エンクロージャ内で付着される。
【００１９】
このことは、コーティングとコーティングされる表面との間の界面で酸化が起こるのを回避することを可能にする。一例として、この不活性ガスは窒素であることができる。
【００２０】
任意選択で、コーティングは、円筒内側表面に対して少なくとも１つの中間層のコーティングを作り、前記中間層に対して少なくとも１つの上層のコーティングを作ることによって付着され、上層は中間層の孔隙率よりも大きな孔隙率を呈示する。
【００２１】
中間層（複数）は、コーティングとコーティングされる表面との間の結合をもたらす働きをする。したがって、それらが低い孔隙率、即ち約１％またはそれよりさらに低い細孔分率などを有することが有利である。それとは対照的に、上層（複数）は高い孔隙率を有し、それによって自己潤滑材料の含浸を高めることが有利である。
【００２２】
任意選択で、コーティングの付着に続いて熱処理が行われ、その後コーティングへの含浸が行われる。
【００２３】
この熱処理は、コーティング内、またはコーティングとステータ本体の内側表面との間の応力を緩和させる働きをし、コーティングをより均一にしてから含浸されるようにする働きをする。この熱処理は焼き入れであることができる。
【００２４】
任意選択で、複合材料をコーティングに塗布し、それをコーティングに対して押圧することによってコーティングに含浸がなされる。
【００２５】
任意選択で、自己潤滑性組成分を含むペーストの形態で自己潤滑性複合材料をコーティングに塗布することによってコーティングに含浸がなされる。
【００２６】
非制限的な例として与えられ、添付図面を参照する、本発明の実施形態についての以下の説明から、本発明の他の特徴および利点が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】上述の、従来技術の方法を示す図である。
【図２】上述の、従来技術の方法を示す図である。
【図３】上述の、従来技術の方法を示す図である。
【図４】ステータの内側表面上にコーティングを付着させる前の、ステータ本体の部分等角図である。
【図５】噴霧によってコーティングを付着させているところを示す図である。
【図６】自己潤滑性複合材料のコーティングへの塗布を示す図である。
【図７】複合材料がコーティングに対して押し付けられているところを示す図である。
【図８】セルを機械加工し、セル内に通じる開口部を機械加工する段階を示す図である。
【図９】ステータの部分等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１から図３を参照して述べた従来技術の方法と同様、本発明の方法はステータ本体４に適用される。この本体は図４に示される。これは、中央穴４’を画定する円筒内側表面４Ａを有する環状の円筒本体を備える。例えば、本体４は、硬質合金、特に３００よりも大きなブリネル硬度（ＨＢ）また３３０ＨＢをも有する硬質合金、即ちインコネル７１８という名称で知られる合金などから作り出されることができる。
【００２９】
図５は、本体４の円筒内側表面上にコーティング１０が付着されているところを示す。具体的には、この付着は、表面４Ａの方に頭部を向けたスプレイガン１２を使用して噴霧することによって実施される。
【００３０】
図５では、本体４は、本体上に締まり付く顎部１４’を有する支持体１４内に保持される。本体４とガン１２は互いに対して移動可能である。例えば、ガン１２は本体４の内側表面の軸線Ａと平行な並進方向Ｔに移動することができ、支持体１４はその軸線の周りで回転方向Ｒに移動することができる。これらの移動は、同調されるように、かつガンの送達率を考慮してコーティング１０の所望厚みを得るように、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１６によって制御される。
【００３１】
コーティングを付着させるこの装置は、雰囲気が酸化性ではない、または実際に周囲空気よりも酸化性の低いエンクロージャ１８の内側に配置されることができる。特に、エンクロージャは、窒素などの不活性ガスで満たされることができる。
【００３２】
コーティング１０を形成するのに使用される金属材料はアルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケル、または実際にそれらの材料に基づいた合金、特にアルミニウムとニッケルの合金であることができる。材料は有利に青銅であることもできる。
【００３３】
金属材料は溶射によって噴霧されることができる。例えば、これは、材料の粒子が気体プラズマによって溶融および加速される高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）噴霧、あるいは超音波火炎スプレー、あるいはプラズマスプレーであることができ、または実際にそれは、粒子が粉末状態で本体４の表面４Ａに対して加速および投射される動力学的低温噴霧を含むことができる。
【００３４】
噴霧に使用される金属材料の粒子は、５ミクロメートル（μｍ）から４０μｍの範囲の均等な直径を有することができ、特に使用される噴霧技法が動力学的低温噴霧である場合にはそうである。
【００３５】
所望のコーティング厚みを得るために、コーティングは複数の重ね合わせ層として、即ちガン１２の複数の連続的通過によって付着されることができる。このような状況では、本体４の壁４Ａから離れるにつれて孔隙率が高くなるように、孔隙率が層に応じて変化することが有利である。例えば、本体４の表面４Ａと接触した中間層内の細孔の容積分率は約１％であることができ、軸線Ａに最も接近した上層の容積分率は約１０％であることができる。
【００３６】
コーティング１０が作られた後、それに自己潤滑性複合材料が含浸される。
【００３７】
これを行うために、図６に示されるように、自己潤滑性複合材料２０の層が最初にコーティング１０に塗布される。この材料はペーストの形態で、即ちステータ４に対して移動可能な塗布装置２２を使用するなどして塗布されることができる。例えば、ステータは図５の支持体１４によって、または類似の支持体によって保持され、それは回転方向Ｒに動かされることができ、塗布装置２２は並進方向Ｔに移動されることができる。
【００３８】
その後、複合材料２０がコーティング１０に対して押圧される。このことは図７に示される。図７では、ステータ本体４が図４の顎部と類似の顎部１４’によって担持され、本体の中央穴４’内に拡張型心棒２４が挿入されるのが分かる。心棒はセクタ２４Ａを有し、これは心棒が穴４’内に挿入されるのを可能にする静止構成から始動して、心棒２４を配置するために半径方向外向きに移動するのに適している。この拡張は複合材料２０の層上に圧力を及ぼし、それをコーティング１０の細孔内に浸透させるのに役立つ。さらに、複数の連続的段階として押圧を実施することが可能であり、段階と段階の間で、心棒２４とステータ本体は互いに対して角度移動されて、ある段階でセクタ２４Ａ同士間の隙間によって占められた区域が次の段階でセクタによって覆われるようになる。
【００３９】
複合材料のコーティング１０への塗布の前に、熱処理、特に焼き入れをコーティングに適用することができる。
【００４０】
このように複合材料のペーストは、押圧を実施する間に硬化される。押圧中、材料は半径方向に閉じ込められる。押圧された複合材がステータから軸方向に逸出するのを回避するために、ステータ本体の軸方向両端に対して押圧され、コーティング１０と複合材料２０の層とを軸方向に覆う閉じ込めリング２６または均等物を使用することが可能である。
【００４１】
自己潤滑性複合材料はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であることができる。コーティングに塗布するために、この材料は、例えばペーストの形態にされることができる。
【００４２】
図８は、含浸ステップに続く機械加工ステップを示す。機械加工ステップでは、数値制御ＵＨＳアングルヘッドまたは同様物上に取り付けられたカッター３０を使用してコーティング１０の厚み内に内部セル２８が機械加工される。この機械加工中、ステータ本体は顎部１４’または同様物によって引き続き保持される。セル２８の深さは、複合材料が含浸されたコーティング１０の厚みよりも小さい。但しこの深さとこの厚みは半径方向に測定されたものとする。一例として、セルの深さは０．３ミリメートル（ｍｍ）から０．６ｍｍの範囲にあり、コーティングの厚みは０．８ｍｍから２ｍｍの範囲にある。
【００４３】
図８は、５軸フライス主軸頭内に取り付けられ、セルに流体を供給する開口部３４を開けるのに使用される穴開け工具３２も示す。これらの供給開口部は、具体的にはセルごとに１つずつあるが、半径方向に配向され、ステータ４の壁を通過する。これらの開口部３４は、静圧軸受に特有の回転シャフト支持機構を実施するために、軸受のセル２８に加圧されて流体が供給されるのを可能にする。任意選択で、セルは他の数の供給開口部を有することができる。それらは、他の機能、例えばセンサによる圧力の測定などを実施する１つまたは複数の他の開口部も有することができる。
【００４４】
鋭い工具を使用してセルを機械加工し、セルに穴開けする作業は、同じワークステーションで並行して実施されることができる。同じステーションでステータの穴４’の表面への最終的な再中ぐりを実施することも可能である。
【００４５】
自己潤滑性複合材料が含浸されたコーティング１０上に実施されるこの最終的な再中ぐりは、セル２８の機械加工と同時に、またはその機械加工の後、おそらくは開口部３４の機械加工の後に実施されることができる。
【００４６】
図９は、本発明によって得られた静圧流体軸受ステータ３６を示す。ステータは、内側表面４Ａが金属コーティング１０でコーティングされた、そこに自己潤滑性複合材料が含浸された本体４を備える。金属コーティングは、仏国特許出願公開第２８０９７８２号明細書の開示とは異なって、個別の界面板を介在させずにステータ本体の元々の内側表面に直接着する。ステータ３６は、コーティングされた内側表面内に、同様に含浸金属コーティングに覆われた底部を有するセル２８も提供し、その環状壁には、セルに流体を供給する開口部３４が貫通する。
【００４７】
自己潤滑性複合材コーティング、即ち自己潤滑性複合材料が含浸された金属コーティングは、相当な厚み、即ち０．８ｍｍから２ｍｍの範囲の厚みなどを呈示することができる。このように、このことは、最終的な再中ぐり、あるいは２つの軸受同士の組み合わせまたは位置合わせなどの軸受のインラインの再加工などが実施されるのを可能にする。
【００４８】
さらに、軸受ステータの内側表面上の自己潤滑性複合材コーティングの相当な厚みによって、ターボポンプ、特に超低温ターボポンプを起動および停止する間の過渡的段階が、シャフト軸受間接触への許容度の増大によって容易にされ、このように、そのような接触に直面した際のそれらの耐久性を考えれば、このような軸受が故障に対してより良好に耐えることも可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006655612.tif 000008
【図８】
0006655612.tif 000009
【図９】
0006655612.tif 000010