可変翼及び表面処理方法
【課題】軸部の耐磨耗性、潤滑性を向上させ、ガスタービン可変静翼の寿命をより向上させる方法を提供する。
【解決手段】可変静翼１０１の軸部１０３，１１１の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層１１９を一体に備え、コーティング層１１９は、加工槽内において成形体電極１２１と軸部１０３，１１１との間に微小間隙を保持した状態で、成形体電極１２１と軸部１０３，１１１との間にパルス状の放電を発生させて、成形体電極１２１の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を軸部１０３，１１１の表面に堆積させることによって形成される。
【解決手段】可変静翼１０１の軸部１０３，１１１の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層１１９を一体に備え、コーティング層１１９は、加工槽内において成形体電極１２１と軸部１０３，１１１との間に微小間隙を保持した状態で、成形体電極１２１と軸部１０３，１１１との間にパルス状の放電を発生させて、成形体電極１２１の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を軸部１０３，１１１の表面に堆積させることによって形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、ガスタービンにおける圧縮機に備えた可変静翼の軸や、ターボチャージャにおける可変タービンノズルの可変翼の軸の構造及びその表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来のアクセサリ・ドライブ・ギヤボックス２００の概略構成を示す断面図である。
【０００３】
航空機用のガスタービンのタービン軸によって、発電機、油圧ポンプ等の前記ガスタービンの装備品を駆動するための従来のアクセサリ・ドライブ・ギヤボックス２００は筐体２０２を備えている。
【０００４】
また、ギヤ２０４と一体的に構成された回転軸部材（回転部材）２０６が、円筒コロ軸受け等の転がり軸受け２０８を介して、前記筐体２０２に対して回転自在に設けられている（たとえば、社団法人 日本航空技術協会 発行“新航空工学講座 第８巻 ジェット・エンジン（構造編）”、２０００年５月２９日 第１版 第６刷 ｐ９９ 図３−７３） 一方、前記アクセサリ・ドライブ・ギヤボックス２００よりも回転部材の回転数が大きい減速機等では、前記転がり軸受けの代わりに流体軸受けを使用したものが知られている。
【０００５】
また、ガスタービンに備えた圧縮機には可変静翼が備えられており、この可変静翼における軸に磨耗が生じて軸受部とのクリアランスが大きくなると、可変静翼の方向角の精度が低下するので、前記軸の磨耗が大きくなると、可変静翼全体を着脱交換しなければならないものである。
【０００６】
そこで、前記軸に対して着脱自在の摩耗スリーブを設けて軸を保護し、前記摩耗スリーブが大きく摩耗したときには、摩耗した摩耗スリーブを新しい摩耗スリーブと交換する構成が提案されている（たとえば、特許文献１）。
【０００７】
ところで、前記従来のアクセサリ・ドライブ・ギヤボックス２００では、転がり軸受けを用いて軸受けを構成しているので、小さいスペースに軸受けを設置することが困難であるという問題がある。
【０００８】
一方、流体軸受けでは、何らかの要因で油膜が一時的に存在しなくなると、筐体と回転部材とが互いに直接接触し、軸受けの耐久性が低くなることがあるという問題がある。
【０００９】
前記問題は、アクセサリ・ドライブ・ギヤボックス以外のギヤボックス、さらには、筐体とこの筐体に対して回転自在な回転部材とを備えた機械や装置の軸受け（前記筐体と前記回転部材との間に設けられた軸受け）においても発生する問題である。
【００１０】
また、前記特許公報に開示の構成は、図７に示すように、ガスタービンにおけるハウジング１４１に備えた穴に嵌合した筒状のブッシュ１４３に、摩耗スリーブ１４５を着脱可能に備えた可変静翼の軸部１４７を嵌入し、前記摩耗スリーブ１４５の外周面と前記ブッシュ１４３の内周面との間に、低摩擦材料からなる減摩層１４９を備えた構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−３２９１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、前記構成によれば、軸部１４７は摩耗スリーブ１４５によって保護されるので、軸部１４７の摩耗は防止し得るものの、摩耗スリーブ１４５が摩耗するので、摩耗スリーブ１４５を着脱交換する必要がある。
【００１３】
すなわち、軸部１４７の摩耗が防止されるので、可変静翼全体を交換する必要はないものの、摩耗スリーブ１４５の着脱交換を比較的頻繁に行う必要があるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１アスペクトに基づく発明は、軸部の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を一体に備え、前記コーティング層は、成形体電極と前記軸部との間に微小間隙を保持した状態で、前記成形体電極と前記軸部との間にパルス状の放電を発生させて、前記成形体電極の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を前記軸部の表面に堆積させることによって形成されたことを特徴とする可変翼。
【００１５】
本発明の第２アスペクトに基づく発明は、セラミックスの粉末と固体潤滑材の粉末を混合して圧縮成形したもの、或いは圧縮形成した後に仮焼結するように熱処理を行ったものからなる成形体電極を用い、前記成形体電極と可変翼の軸部との間に微小間隙を保持した状態で、前記成形体電極と前記軸部との間にパルス状の放電を発生させて、前記成形体電極の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を前記軸部の表面に堆積させることによって、前記可変翼の前記軸部の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を形成する表面処理方法。
【００１６】
本発明の第３アスペクトに基づく発明は、Ｔｉの粉末とヘキサＢＮの粉末を混合して圧縮成形したもの、或いは圧縮成形した後に仮焼結するように熱処理を行ったものからなる成形体電極を用い、前記成形体電極と可変翼の軸部との間に微小間隙を保持した状態で、前記成形体電極と前記軸部との間にパルス状の放電を発生させて、前記成形体電極の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を前記軸部の表面に堆積させることによって、前記可変翼の前記軸部の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を形成する表面処理方法。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るアクセサリ・ドライブ・ギヤボックスの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１におけるＩＩＡ−ＩＩＢ断面を示す図である。
【図３】可変翼として、ガスタービンエンジンにおける圧縮機に備えた可変静翼の軸部に、本発明を実施した説明図である。
【図４】可変翼の軸部に、耐磨耗性、潤滑性を有するコーティング層を形成する場合の説明図である。
【図５】コーティング層の構成を示す説明図である。
【図６】従来のアクセサリ・ドライブ・ギヤボックスの概略構成を示す断面図である。
【図７】従来の可変静翼の軸部の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアクセサリ・ドライブ・ギヤボックス１の概略構成を示す断面図であり、図２は、図１におけるＩＩＡ−ＩＩＢ断面を示す図である。
【００１９】
アクセサリ・ドライブ・ギヤボックス（以下「ギヤボックス」という場合がある）１は、ガスタービンのタービン軸によって駆動されるギヤボックスであり、前記ガスタービンの装備品（発電機、油圧ポンプ等）を駆動するためのものである。
【００２０】
アクセサリ・ドライブ・ギヤボックス１は、筐体３を備え、この筐体３は、前記ガスタービンのエンジンケーシングの外側で前記エンジンケーシングに支持されるようになっている。なお、前記エンジンケーシングは、この内部に圧縮機やタービンを備えガス流路を形成するように筒状に形成されている。
【００２１】
前記筐体３の内部には、導電性を備えた円柱状の回転部材５が前記筐体３に対して回転自在に設けられている。この回転部材５の長手方向の中間部にはギヤ７が一体的に設けられている。このギヤ７には、前記筐体３に対して回転自在に設けられた他の各回転部材（図示せず）に一体的に設けられた各ギヤ９、１１が噛み合っている。なお、そして、前記各ギヤ９、７を介して、ガスタービンのタービン軸の回転力を受け取り、回転部材５が回転するようになっている。なお、回転部材５には、図示しない発電機や油圧ポンプ等の装備品が連結されており、前記回転部材５が回転することによって、前記発電機が発電し、また、前記油圧ポンプが油圧を発生するようになっている。さらに、前記ギヤ７と前記ギヤ１１とによって、他の回転部材を回転させることができるようになっている。
【００２２】
前記回転部材５のたとえば長手方向の一端部（図１の左側の一端部）側には、前記筐体３の被係合部（円柱側面形状の孔）１３と係合した円柱側面形状の係合部１５が設けられている。そして、前記係合部１５で係合することにより前記筐体３の内部で前記筐体３に対して回転部材５は回転自在になっている。
【００２３】
前記筐体３の被係合部１３の内径Ｄ１は、前記回転部材５の係合部１５の外径Ｄ３よりも僅かに大きく形成されており、前記筐体３の被係合部１３の表面には、潤滑油等の潤滑液を蓄えるための複数の溝１３Ａが形成されている。
【００２４】
各溝１３Ａは、前記回転部材５の長手方向に長く設けられ、また円柱側面形状の前記被係合部１３の円周をほぼ等分配した位置に設けられている。なお、前記各溝１３Ａを前記回転部材５の係合部１５に設けてもよい。
【００２５】
前記溝１３Ａには、たとえば前記回転部材５の回転力で駆動されるポンプ（図示せず）によって、潤滑油等の潤滑液が供給されるようになっており、前記供給された潤滑液によって、前記筐体３の被係合部１３と前記回転部材５の係合部１５との間の空間（僅かな隙間）１７に、潤滑液の薄い皮膜が形成され、流体軸受けが形成される。
【００２６】
なお、前記ポンプによる溝１３Ａへの潤滑液の供給は、たとえば、前記筐体３に設けられた貫通孔（図示せず）であって、一端部が前記溝１３Ａに通じており、他端部が潤滑液供給用のパイプ（図示せず）を介して前記ポンプの吐出口に通じている貫通孔を用いて行われる。さらに、前記溝１３Ａに供給された潤滑液は、前記筐体内３内に戻り、前記ポンプによって再び溝１３Ａへ供給される。
【００２７】
また、前記筐体３には、筒状のブッシュ１９の外周部分１９Ａと係合し前記ブッシュ１９を保持するための孔３Ａが設けられている。そして、前記ブッシュ１９を前記筐体３の孔３Ａに挿入し固定することで、前記筐体３の被係合部１３が、前記ブッシュ１９の内周面部分１９Ｂで形成される。
【００２８】
このように構成することで、前記被係合部１３への溝１３Ａの加工を容易に行うことができると共に、前記ブッシュ１９をホワイトメタル等で構成し、前記筐体３をホワイトメタルよりも安価な材料で構成することができ、ギヤボックス１の製造コストを低減することができる。
【００２９】
回転部材５には、鍔５Ａが設けられており、この鍔５Ａの平面状の一端面５Ｂが、前記ブッシュの長手方向の平面状の一端面１９Ｃと対向している。また、前記一端面５Ｂと前記一端面１９Ｃとの間は僅かに離反して、空間（僅かな隙間）２１が形成されている。
【００３０】
そして、前記ポンプによって溝１３Ａに供給された潤滑液が、前記筐体３内に戻るときに前記空間２１を通るので、前記潤滑液で満たされた前記空間２１が、回転部材５のスラスト方向の流体軸受けを形成する。したがって、前記被係合部１３をラジアル方向の被係合部、前記係合部１５をラジアル方向の係合部、前記一端面５Ｂをスラスト方向の係合部、前記一端面１９Ｃをスラスト方向の被係合部ということもできる。
【００３１】
また、前記回転部材５の長手方向の他端部（図１の右側の一端部）にも、左側と同様な流体軸受けが形成されている。
【００３２】
次に、回転部材５の係合部１５の表面に形成されている皮膜について説明する。
【００３３】
前記係合部１５の表面には、硬質のまたは摩擦係数の小さい皮膜が形成されている。
【００３４】
前記皮膜は、成形体で形成された部材を電極として、この電極と前記回転部材５の係合部１５とを互いに接近（たとえば、０．０２ｍｍ程度まで接近）させて、加工液中あるいは気中において電極と前記回転部材５の係合部１５との間にパルス状の微小な放電を発生させ、そのエネルギーにより、前記係合部１５の表面に電極材料を僅かづつ堆積して形成される。
【００３５】
前記電極として、たとえば、ｃＢＮ（窒化硼素）、ＴｉＣ（チタンカーバイド；炭化チタン）、ＷＣ（タングステンカーバイド；炭化タングステン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド；炭化珪素）、Ｃｒ３Ｃ２（炭化クロム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム；アルミナ）、Ｚｒ２Ｏ２−Ｙ（安定化酸化ジルコニウム；安定化ジルコニウム）、ＴｉＮ（チタンナイトライド；窒化チタン）、ＴｉＢ（ホウ化チタン）等の硬質のセラミックス（金属の化合物）の一種または複数種を含むセラミックス、またはそれらのセラミックスとヘキサＢＮ（窒化硼素）、ＭｏＳ２（二硫化モリブデン）、Ｃｒ２Ｏ３（酸化クロム）、ＷＳ２（二硫化タングステン）、ＢａＺｒＯ４（ジルコ酸バリウム）等の固体潤滑剤の１種または複数種を含む粉末をたとえば圧縮して成形したポーラスな成形体が使用される。または、前記成形体を、たとえば、真空炉で加熱処理することによって製造された成形体が使用される。したがって、前記皮膜は、前記電極と同じ材料または放電雰囲気で化合した化合物からなる材料で形成される。
【００３６】
なお、前記電極が導電性を具備しないものであるときには、微粉末状の金属と微粉末状のセラミックスとを混合して結合し形成されたものを堆積用電極として使用する。または、表面を通電性の材料でコーティングされた微粉末状のセラミックスを圧縮成形した堆積用電極が使用される。
【００３７】
また、前記電極に代えて、Ｓｉ（珪素）やＴｉ（チタン）等の金属粉末を圧縮成形し、必要に応じて、前記圧縮成形したものを加熱処理して形成された粉圧体で電極を形成してもよい。すなわち、ＳｉやＴｉ等の微小な金属の粉末を結合して形成された多孔質の電極を用いてもよい。この場合、前記電極と前記回転部材５の係合部１５とが灯油等のアルカン炭化水素を含む加工用液中に存在している状態で放電を発生させ、前記放電エネルギーにより反応した物質（たとえば、ＳｉＣやＴｉＣからなる物質）の皮膜が、前記回転部材５の係合部１５の表面に形成される。
【００３８】
さらに、前記電極を、圧縮成形する代わりに、泥漿鋳込み、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）、スプレー成形（溶射で成形）等によって成形してもよい。
【００３９】
さらに、また、Ｓｉの微小な金属の粉末を結合して形成された多孔質の電極の代わりに、金属状のＳｉ（内部に空洞を有さないＳｉの結晶）で形成された電極を用いてもよい。
【００４０】
前記ギヤボックス１によれば、前記回転部材５と前記筐体３との間の軸受けにおいて、転がり軸受けが削除され、代わりに流体軸受けが形成され、さらに、前記回転部材５の係合部１５に、硬質または摩擦係数の低い皮膜が形成されている。
【００４１】
また、放電によって微小な溶接を繰り返しつつ徐々に形成された堆積層で皮膜が構成されているので、前記皮膜の厚さ方向に傾斜合金層が形成され、前記皮膜と前記回転部材５の本体部との結合力が強くなっており、前記皮膜が前記回転部材５の本体部から剥がれにくくなっている。
【００４２】
したがって、前記回転部材５の係合部１５と前記筐体３の被係合部１３との間の潤滑液の皮膜が、何らかの要因で一時的に存在しなくなっても、換言すれば、前記回転部材５の係合部１５と前記筐体３の被係合部１３とが互いに直接接触しても、前記軸受けが磨耗しにくく、また、前記軸受けが焼き付等によって破損しにくくなっていると共に、従来よりも、少ないスペースに軸受けを設置することができる。
【００４３】
すなわち、前記ギヤボックス１の軸受け、換言すれば、回転部材５とブッシュ１９（筐体３）との間の流体軸受けによれば、耐久性が従来の流体軸受けよりも高く、従来の転がり軸受けよりも小さいスペース（回転部材５の半径方向で小さいスペース）に設置することができる。小さいスペースに設置可能であることによって、軸受けを設計する際の設計の自由度が増す。
【００４４】
したがって、設置に際して省スペース化が要求される航空機用のガスタービンのギヤボックスとして、好適に採用することができる。
【００４５】
また、転がり軸受けが不要になるので、組立てが容易になるとともに、製造コストを低減することができる。
【００４６】
また、ポンプを用いて、前記回転部材５の係合部１５と前記筐体３の被係合部１３との間に、強制的に潤滑液を供給すれば、前記回転部材５の係合部１５と前記筐体３の被係合部１３との間の潤滑液の皮膜が切れにくくなり、軸受けの耐久性を一層向上させることができる。
【００４７】
なお、ブッシュ１９を用いないで、筐体３に被係合部１３や溝１３Ａを直接形成してもよい。
【００４８】
さらに、前記ポンプを削除し、たとえば、前記筐体３内に潤滑液を適量貯めておいて、前記回転部材５のギヤ７で前記潤滑液を攪拌し、前記係合部１５と被係合部１３との間の空間１７や、空間２１に、潤滑液を供給するようにしてもよい。
【００４９】
さらにまた、前記回転部材５の係合部１５に前記皮膜を形成する代わりに、または、前記回転部材５の係合部１５に前記皮膜を形成することに加えて、前記筐体３の被係合部１３に前記皮膜を形成してもよい。なお、この場合、筐体３の被係合部１３に溝１３Ａを形成した後に皮膜を形成する。
【００５０】
さらに、前記電極による皮膜を、係合部１５や被係合部１３の場合と同様に一端面５Ｂや一端面１９Ｃに形成することが望ましい。
【００５１】
また、前記皮膜を、ポーラスに形成してもよい。このように形成することによって、前記皮膜自体も潤滑液を蓄えることが可能になり、軸受けに発生するおそれのあるかじり等の弊害が発生しにくくなる。
【００５２】
さらに、アクセサリ・ドライブ・ギヤボックス以外のギヤボックス、さらには、筐体とこの筐体に対して回転自在な回転部材とを備えた機械や装置の軸受け（前記筐体と前記回転部材との間に設けられた軸受け）にも、前記実施形態を適用することができる。
【００５３】
ところで、ガスタービン（ガスタービンエンジン）のタービンや圧縮機等の回転機械（流体機械）の回転部材は、転がり軸受けを介して、前記ガスタービンのエンジンケーシングに対して回転自在に設けられているが、前記電極による皮膜を、ガスタービンのタービンや圧縮機等の回転機械の回転部材の部位であって、前記転がり軸受けの内輪と係合する部位の表面に施してもよい。なお、内輪が存在しない転がり軸受けの場合には、この転がり軸受けのローラー等と接触する部位の表面に、前記皮膜を形成してもよい。
【００５４】
このように、転がり軸受けの内輪等と係合する部位に被覆を形成することによって、前記ガスタービンのタービンや圧縮機等の回転機械の回転部材と前記転がり軸受けを組み付けるとき等におけるかじりや前記ガスタービン稼動時における磨耗の発生等の弊害を防止することができる。
【００５５】
［第２の実施形態］
以下、図面を用いて本発明の第２の実施形態について説明するに、ガスタービンに備えた圧縮機における可変静翼に本発明を実施した場合について説明する。
【００５６】
ガスタービンにおける軸流圧縮機においては、入口案内翼及び初めの数段の静翼の取付け角を変えて、動翼に対する迎え角をできるだけ適正な値に調整することが行われている。
【００５７】
図３を参照するに、取付け角を変えることができる可変静翼（可変翼）１０１は、ガスタービンにおける軸流圧縮機の環状の空気流路内であって動翼列（図示省略）の間に周方向に等間隔（図３には１個のみ図示してある）に配置してあり、可変静翼１０１における外端側の軸部１０３は、ケーシング１０５に備えたボス部１０７にブッシュ１０９を介して回転可能に支持されている。
【００５８】
また、前記可変静翼１０１の内端側に備えた軸部１１１は、軸流圧縮機における動翼を備えた回転子（図示省略）を囲繞した環状の軸受部材１１３に備えたボス部１１５に回動可能に支持されている。
【００５９】
そして、前記軸部１０３、１１１を中心として前記可変静翼１０１を回動するために、外端側の前記軸部１０３には、当該軸部１０３に対して直交する方向に長いアーム１１７が取付けてあり、このアーム１１７の先端側は、前記ケーシング１０５を囲繞したリング部材（図示省略）に備えた連結部に枢支連結してある。
【００６０】
したがって、前記リング部材をケーシング１０５の周方向に回動すると、前記アーム１１７の先端側が周方向へ移動され、軸部１０３が軸心回りに回動されることになる。よって、前記可変静翼１０１は軸部１０３、１１１の軸心回りに回動されることとなり、ケーシング１０５に対する取付け角が変えられることとなる。
【００６１】
前述のごとく、可変静翼１の角度を変更すべく軸部１０３、１１１の回動を繰り返すと、軸部１０３、１１１に摩耗が生じ、当該軸部１０３、１１１におけるクリアランスが次第に大きくなる。前記クリアランスが大きくなると、可変静翼１０１の調整角度に狂いを生じることになるので、可変静翼１０１全体の着脱交換が行われるものである。
【００６２】
そこで、本実施形態においては、前記軸部１０３、１１１の摩耗を抑制するために、前記軸部１０３、１１１の外周面には耐磨耗性を有すると共に潤滑性を有するコーティング層１１９が備えられている。前記コーティング層１１９は、耐磨耗性を向上するためにｃＢＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２−Ｙ、ＴｉＮ、ＴｉＢ等のセラミックスを包含し、また潤滑性を向上するためにヘキサＢＮ、ＭｏＳ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＷＳ２、ＢａＺｒＯ４等の固体潤滑材を含有した構成である。
【００６３】
前記コーティング層１１９は次のようにして形成されるものである。すなわち、通電性確保のためにＴｉの粉末（約１０％）、耐磨耗性を有するセラミックスの一例としてのＴｉＣの粉末（約４０％）及び潤滑性を有する潤滑材の一例としてのヘキサＢＮの粉末（約５０％）を混合し、たとえば圧縮成形して成形体電極１２１（図４参照）を形成する。この成形体電極１２１は、圧縮成形した後に、焼結温度以下の温度で仮焼結するように、真空炉等を用いて熱処理を行うことが望ましいものである。
【００６４】
上述のごとく成形体電極１２１を圧縮成形した後、又は圧縮して仮焼結した後に、放電加工機（図示省略）における加工槽（図示省略）内において前記成形体電極１２１と可変静翼１０１の軸部１０３、１１１との間に微小間隙を保持した状態において、前記可変静翼１０１の軸部１０３、１１１を回転させながら両者間にパルス状の放電を発生させると、前記成形体電極１２１の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物が母材である前記軸部１０３、１１１へ移動して、軸部１０３、１１１の表面に堆積してコーティング層１１９が形成されることになる。このコーティング層１１９は、ＴｉＣおよびヘキサＢＮを含有するものであり、耐磨耗性、潤滑性が向上するものである。
【００６５】
なお、前記成形体電極１２１としては、Ｔｉの粉末及びヘキサＢＮの粉末を混合して圧縮成形した成形体電極、又は前述したように仮焼結を行うように適宜の熱処理を行った電極とすることも可能である。この場合、成形体電極１２１と前記軸部１０３、１１１の間でパルス状の放電が行われると、放電加工機における加工槽内の加工液中の炭化物とＴｉの一部とが化合して、化合物としてＴｉＣが生成されるものである。
【００６６】
さらに、前記成形体電極１２１を、泥漿鋳込み、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）、スプレー成形（溶射で成形）等によって成形してもよい。
【００６７】
前述のように、軸部１０３、１１１にコーティング層１１９が形成されるときは、母材としての軸部１０３、１１１の表面はパルス状の放電によって瞬間的に溶融し凝固されるものであるから、前記コーティング層１１９は、図３に示すように、電極材料のＴｉＣ及びヘキサＢＮが母材表面から数ミクロンの深さに拡散浸透した拡散浸透層１１９Ａが形成され、この拡散浸透層１１９Ａの上部に前記電極材料の微小粒子が堆積した堆積層１１９Ｂが形成されることになる。
【００６８】
以上のごとき説明より理解されるように、本実施形態においては、ガスタービンエンジンにおける圧縮機に備えた可変静翼１０１の軸部１０３、１１１に、耐磨耗性及び潤滑性を有するコーティング層１１９を備えた構成であるから、可変静翼１０１の回動が円滑に行われ得ると共に、軸部１０３、１１１の耐磨耗性が向上し、可変静翼１０１の交換寿命が長寿命となり、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。
【００６９】
すなわち、流体制御用可変翼に備えた軸部の周面に、耐磨耗性を有するセラミックスと潤滑材を含むコーティング層を一体に備えているものであるから、前記軸部の耐磨耗性、潤滑性が向上し、軸部の寿命がより向上するものである。
【００７０】
また、前記流体制御用可変翼の軸構造において、前記コーティング層は、ｃＢＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２−Ｙ、ＴｉＮ、ＴｉＢ等のセラミックスを含む、またはそれらセラミックスとヘキサＢＮ、ＭｏＳ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＷＳ２、ＢａＺｒＯ４等の固体潤滑材を含有しているものであるから、耐磨耗性、潤滑性が向上するものである。
【００７１】
また、ｃＢＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２−Ｙ、ＴｉＮ、ＴｉＢ等のセラミックスを含む、またはそれらセラミックスとヘキサＢＮ、ＭｏＳ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＷＳ２、ＢａＺｒＯ４等の固体潤滑材を含有した電極と流体制御用可変翼の軸部との間にパルス状の放電を発生させ、前記電極成分又は放電雰囲気で化合した化合物からなる被膜を、前記軸部に形成して耐磨耗性、潤滑性を有するコーティング層を形成するものであるから、前記軸部の耐磨耗性、潤滑性が向上し、軸部の寿命がより向上するものである。
【００７２】
ところで、本発明は、前述したごとき実施形態のみに限るものではなく、例えばエンジンからの排気ガスを利用して、エンジンへ供給する空気を圧縮するターボチャージャにおいて、排気ガスの流れ方向を変えてタービンホイールの羽根に対する排気ガスの衝突角を制御するための回動自在の羽根（可変翼）の回転軸の部分に、前記コーティング層１１９を適用することもできる。
【００７３】
ターボチャージャにおいて回動自在の羽根の回転軸の部分にコーティング層１１９を適用すると、羽根の回動が円滑に行われ得ると共に回転軸の耐磨耗性が向上し長寿命になるものであり、同様の効果を奏するものである。
【００７４】
なお、前記説明においては、コーティング層１１９の成分としてＴｉ、ＴｉＣ、ヘキサＢＮを含有する旨説明したが、セラミックスとして、ＴｉＣに替えて、ＴｉＮ、ＴｉＢ等を採用することも可能である。すなわち、耐磨耗性，潤滑性及び炭素との結合による硬化度を考慮して適宜選択可能である。
【００７５】
なお、日本国特許出願第２００３−１６６９９２号（２００３年６月１１日出願）および日本国特許出願第２００３−１６７０３０号（２００３年６月１１日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。
【００７６】
また、本発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、ガスタービンにおける圧縮機に備えた可変静翼の軸や、ターボチャージャにおける可変タービンノズルの可変翼の軸の構造及びその表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来のアクセサリ・ドライブ・ギヤボックス２００の概略構成を示す断面図である。
【０００３】
航空機用のガスタービンのタービン軸によって、発電機、油圧ポンプ等の前記ガスタービンの装備品を駆動するための従来のアクセサリ・ドライブ・ギヤボックス２００は筐体２０２を備えている。
【０００４】
また、ギヤ２０４と一体的に構成された回転軸部材（回転部材）２０６が、円筒コロ軸受け等の転がり軸受け２０８を介して、前記筐体２０２に対して回転自在に設けられている（たとえば、社団法人 日本航空技術協会 発行“新航空工学講座 第８巻 ジェット・エンジン（構造編）”、２０００年５月２９日 第１版 第６刷 ｐ９９ 図３−７３） 一方、前記アクセサリ・ドライブ・ギヤボックス２００よりも回転部材の回転数が大きい減速機等では、前記転がり軸受けの代わりに流体軸受けを使用したものが知られている。
【０００５】
また、ガスタービンに備えた圧縮機には可変静翼が備えられており、この可変静翼における軸に磨耗が生じて軸受部とのクリアランスが大きくなると、可変静翼の方向角の精度が低下するので、前記軸の磨耗が大きくなると、可変静翼全体を着脱交換しなければならないものである。
【０００６】
そこで、前記軸に対して着脱自在の摩耗スリーブを設けて軸を保護し、前記摩耗スリーブが大きく摩耗したときには、摩耗した摩耗スリーブを新しい摩耗スリーブと交換する構成が提案されている（たとえば、特許文献１）。
【０００７】
ところで、前記従来のアクセサリ・ドライブ・ギヤボックス２００では、転がり軸受けを用いて軸受けを構成しているので、小さいスペースに軸受けを設置することが困難であるという問題がある。
【０００８】
一方、流体軸受けでは、何らかの要因で油膜が一時的に存在しなくなると、筐体と回転部材とが互いに直接接触し、軸受けの耐久性が低くなることがあるという問題がある。
【０００９】
前記問題は、アクセサリ・ドライブ・ギヤボックス以外のギヤボックス、さらには、筐体とこの筐体に対して回転自在な回転部材とを備えた機械や装置の軸受け（前記筐体と前記回転部材との間に設けられた軸受け）においても発生する問題である。
【００１０】
また、前記特許公報に開示の構成は、図７に示すように、ガスタービンにおけるハウジング１４１に備えた穴に嵌合した筒状のブッシュ１４３に、摩耗スリーブ１４５を着脱可能に備えた可変静翼の軸部１４７を嵌入し、前記摩耗スリーブ１４５の外周面と前記ブッシュ１４３の内周面との間に、低摩擦材料からなる減摩層１４９を備えた構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−３２９１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、前記構成によれば、軸部１４７は摩耗スリーブ１４５によって保護されるので、軸部１４７の摩耗は防止し得るものの、摩耗スリーブ１４５が摩耗するので、摩耗スリーブ１４５を着脱交換する必要がある。
【００１３】
すなわち、軸部１４７の摩耗が防止されるので、可変静翼全体を交換する必要はないものの、摩耗スリーブ１４５の着脱交換を比較的頻繁に行う必要があるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１アスペクトに基づく発明は、軸部の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を一体に備え、前記コーティング層は、成形体電極と前記軸部との間に微小間隙を保持した状態で、前記成形体電極と前記軸部との間にパルス状の放電を発生させて、前記成形体電極の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を前記軸部の表面に堆積させることによって形成されたことを特徴とする可変翼。
【００１５】
本発明の第２アスペクトに基づく発明は、セラミックスの粉末と固体潤滑材の粉末を混合して圧縮成形したもの、或いは圧縮形成した後に仮焼結するように熱処理を行ったものからなる成形体電極を用い、前記成形体電極と可変翼の軸部との間に微小間隙を保持した状態で、前記成形体電極と前記軸部との間にパルス状の放電を発生させて、前記成形体電極の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を前記軸部の表面に堆積させることによって、前記可変翼の前記軸部の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を形成する表面処理方法。
【００１６】
本発明の第３アスペクトに基づく発明は、Ｔｉの粉末とヘキサＢＮの粉末を混合して圧縮成形したもの、或いは圧縮成形した後に仮焼結するように熱処理を行ったものからなる成形体電極を用い、前記成形体電極と可変翼の軸部との間に微小間隙を保持した状態で、前記成形体電極と前記軸部との間にパルス状の放電を発生させて、前記成形体電極の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を前記軸部の表面に堆積させることによって、前記可変翼の前記軸部の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を形成する表面処理方法。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るアクセサリ・ドライブ・ギヤボックスの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１におけるＩＩＡ−ＩＩＢ断面を示す図である。
【図３】可変翼として、ガスタービンエンジンにおける圧縮機に備えた可変静翼の軸部に、本発明を実施した説明図である。
【図４】可変翼の軸部に、耐磨耗性、潤滑性を有するコーティング層を形成する場合の説明図である。
【図５】コーティング層の構成を示す説明図である。
【図６】従来のアクセサリ・ドライブ・ギヤボックスの概略構成を示す断面図である。
【図７】従来の可変静翼の軸部の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアクセサリ・ドライブ・ギヤボックス１の概略構成を示す断面図であり、図２は、図１におけるＩＩＡ−ＩＩＢ断面を示す図である。
【００１９】
アクセサリ・ドライブ・ギヤボックス（以下「ギヤボックス」という場合がある）１は、ガスタービンのタービン軸によって駆動されるギヤボックスであり、前記ガスタービンの装備品（発電機、油圧ポンプ等）を駆動するためのものである。
【００２０】
アクセサリ・ドライブ・ギヤボックス１は、筐体３を備え、この筐体３は、前記ガスタービンのエンジンケーシングの外側で前記エンジンケーシングに支持されるようになっている。なお、前記エンジンケーシングは、この内部に圧縮機やタービンを備えガス流路を形成するように筒状に形成されている。
【００２１】
前記筐体３の内部には、導電性を備えた円柱状の回転部材５が前記筐体３に対して回転自在に設けられている。この回転部材５の長手方向の中間部にはギヤ７が一体的に設けられている。このギヤ７には、前記筐体３に対して回転自在に設けられた他の各回転部材（図示せず）に一体的に設けられた各ギヤ９、１１が噛み合っている。なお、そして、前記各ギヤ９、７を介して、ガスタービンのタービン軸の回転力を受け取り、回転部材５が回転するようになっている。なお、回転部材５には、図示しない発電機や油圧ポンプ等の装備品が連結されており、前記回転部材５が回転することによって、前記発電機が発電し、また、前記油圧ポンプが油圧を発生するようになっている。さらに、前記ギヤ７と前記ギヤ１１とによって、他の回転部材を回転させることができるようになっている。
【００２２】
前記回転部材５のたとえば長手方向の一端部（図１の左側の一端部）側には、前記筐体３の被係合部（円柱側面形状の孔）１３と係合した円柱側面形状の係合部１５が設けられている。そして、前記係合部１５で係合することにより前記筐体３の内部で前記筐体３に対して回転部材５は回転自在になっている。
【００２３】
前記筐体３の被係合部１３の内径Ｄ１は、前記回転部材５の係合部１５の外径Ｄ３よりも僅かに大きく形成されており、前記筐体３の被係合部１３の表面には、潤滑油等の潤滑液を蓄えるための複数の溝１３Ａが形成されている。
【００２４】
各溝１３Ａは、前記回転部材５の長手方向に長く設けられ、また円柱側面形状の前記被係合部１３の円周をほぼ等分配した位置に設けられている。なお、前記各溝１３Ａを前記回転部材５の係合部１５に設けてもよい。
【００２５】
前記溝１３Ａには、たとえば前記回転部材５の回転力で駆動されるポンプ（図示せず）によって、潤滑油等の潤滑液が供給されるようになっており、前記供給された潤滑液によって、前記筐体３の被係合部１３と前記回転部材５の係合部１５との間の空間（僅かな隙間）１７に、潤滑液の薄い皮膜が形成され、流体軸受けが形成される。
【００２６】
なお、前記ポンプによる溝１３Ａへの潤滑液の供給は、たとえば、前記筐体３に設けられた貫通孔（図示せず）であって、一端部が前記溝１３Ａに通じており、他端部が潤滑液供給用のパイプ（図示せず）を介して前記ポンプの吐出口に通じている貫通孔を用いて行われる。さらに、前記溝１３Ａに供給された潤滑液は、前記筐体内３内に戻り、前記ポンプによって再び溝１３Ａへ供給される。
【００２７】
また、前記筐体３には、筒状のブッシュ１９の外周部分１９Ａと係合し前記ブッシュ１９を保持するための孔３Ａが設けられている。そして、前記ブッシュ１９を前記筐体３の孔３Ａに挿入し固定することで、前記筐体３の被係合部１３が、前記ブッシュ１９の内周面部分１９Ｂで形成される。
【００２８】
このように構成することで、前記被係合部１３への溝１３Ａの加工を容易に行うことができると共に、前記ブッシュ１９をホワイトメタル等で構成し、前記筐体３をホワイトメタルよりも安価な材料で構成することができ、ギヤボックス１の製造コストを低減することができる。
【００２９】
回転部材５には、鍔５Ａが設けられており、この鍔５Ａの平面状の一端面５Ｂが、前記ブッシュの長手方向の平面状の一端面１９Ｃと対向している。また、前記一端面５Ｂと前記一端面１９Ｃとの間は僅かに離反して、空間（僅かな隙間）２１が形成されている。
【００３０】
そして、前記ポンプによって溝１３Ａに供給された潤滑液が、前記筐体３内に戻るときに前記空間２１を通るので、前記潤滑液で満たされた前記空間２１が、回転部材５のスラスト方向の流体軸受けを形成する。したがって、前記被係合部１３をラジアル方向の被係合部、前記係合部１５をラジアル方向の係合部、前記一端面５Ｂをスラスト方向の係合部、前記一端面１９Ｃをスラスト方向の被係合部ということもできる。
【００３１】
また、前記回転部材５の長手方向の他端部（図１の右側の一端部）にも、左側と同様な流体軸受けが形成されている。
【００３２】
次に、回転部材５の係合部１５の表面に形成されている皮膜について説明する。
【００３３】
前記係合部１５の表面には、硬質のまたは摩擦係数の小さい皮膜が形成されている。
【００３４】
前記皮膜は、成形体で形成された部材を電極として、この電極と前記回転部材５の係合部１５とを互いに接近（たとえば、０．０２ｍｍ程度まで接近）させて、加工液中あるいは気中において電極と前記回転部材５の係合部１５との間にパルス状の微小な放電を発生させ、そのエネルギーにより、前記係合部１５の表面に電極材料を僅かづつ堆積して形成される。
【００３５】
前記電極として、たとえば、ｃＢＮ（窒化硼素）、ＴｉＣ（チタンカーバイド；炭化チタン）、ＷＣ（タングステンカーバイド；炭化タングステン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド；炭化珪素）、Ｃｒ３Ｃ２（炭化クロム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム；アルミナ）、Ｚｒ２Ｏ２−Ｙ（安定化酸化ジルコニウム；安定化ジルコニウム）、ＴｉＮ（チタンナイトライド；窒化チタン）、ＴｉＢ（ホウ化チタン）等の硬質のセラミックス（金属の化合物）の一種または複数種を含むセラミックス、またはそれらのセラミックスとヘキサＢＮ（窒化硼素）、ＭｏＳ２（二硫化モリブデン）、Ｃｒ２Ｏ３（酸化クロム）、ＷＳ２（二硫化タングステン）、ＢａＺｒＯ４（ジルコ酸バリウム）等の固体潤滑剤の１種または複数種を含む粉末をたとえば圧縮して成形したポーラスな成形体が使用される。または、前記成形体を、たとえば、真空炉で加熱処理することによって製造された成形体が使用される。したがって、前記皮膜は、前記電極と同じ材料または放電雰囲気で化合した化合物からなる材料で形成される。
【００３６】
なお、前記電極が導電性を具備しないものであるときには、微粉末状の金属と微粉末状のセラミックスとを混合して結合し形成されたものを堆積用電極として使用する。または、表面を通電性の材料でコーティングされた微粉末状のセラミックスを圧縮成形した堆積用電極が使用される。
【００３７】
また、前記電極に代えて、Ｓｉ（珪素）やＴｉ（チタン）等の金属粉末を圧縮成形し、必要に応じて、前記圧縮成形したものを加熱処理して形成された粉圧体で電極を形成してもよい。すなわち、ＳｉやＴｉ等の微小な金属の粉末を結合して形成された多孔質の電極を用いてもよい。この場合、前記電極と前記回転部材５の係合部１５とが灯油等のアルカン炭化水素を含む加工用液中に存在している状態で放電を発生させ、前記放電エネルギーにより反応した物質（たとえば、ＳｉＣやＴｉＣからなる物質）の皮膜が、前記回転部材５の係合部１５の表面に形成される。
【００３８】
さらに、前記電極を、圧縮成形する代わりに、泥漿鋳込み、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）、スプレー成形（溶射で成形）等によって成形してもよい。
【００３９】
さらに、また、Ｓｉの微小な金属の粉末を結合して形成された多孔質の電極の代わりに、金属状のＳｉ（内部に空洞を有さないＳｉの結晶）で形成された電極を用いてもよい。
【００４０】
前記ギヤボックス１によれば、前記回転部材５と前記筐体３との間の軸受けにおいて、転がり軸受けが削除され、代わりに流体軸受けが形成され、さらに、前記回転部材５の係合部１５に、硬質または摩擦係数の低い皮膜が形成されている。
【００４１】
また、放電によって微小な溶接を繰り返しつつ徐々に形成された堆積層で皮膜が構成されているので、前記皮膜の厚さ方向に傾斜合金層が形成され、前記皮膜と前記回転部材５の本体部との結合力が強くなっており、前記皮膜が前記回転部材５の本体部から剥がれにくくなっている。
【００４２】
したがって、前記回転部材５の係合部１５と前記筐体３の被係合部１３との間の潤滑液の皮膜が、何らかの要因で一時的に存在しなくなっても、換言すれば、前記回転部材５の係合部１５と前記筐体３の被係合部１３とが互いに直接接触しても、前記軸受けが磨耗しにくく、また、前記軸受けが焼き付等によって破損しにくくなっていると共に、従来よりも、少ないスペースに軸受けを設置することができる。
【００４３】
すなわち、前記ギヤボックス１の軸受け、換言すれば、回転部材５とブッシュ１９（筐体３）との間の流体軸受けによれば、耐久性が従来の流体軸受けよりも高く、従来の転がり軸受けよりも小さいスペース（回転部材５の半径方向で小さいスペース）に設置することができる。小さいスペースに設置可能であることによって、軸受けを設計する際の設計の自由度が増す。
【００４４】
したがって、設置に際して省スペース化が要求される航空機用のガスタービンのギヤボックスとして、好適に採用することができる。
【００４５】
また、転がり軸受けが不要になるので、組立てが容易になるとともに、製造コストを低減することができる。
【００４６】
また、ポンプを用いて、前記回転部材５の係合部１５と前記筐体３の被係合部１３との間に、強制的に潤滑液を供給すれば、前記回転部材５の係合部１５と前記筐体３の被係合部１３との間の潤滑液の皮膜が切れにくくなり、軸受けの耐久性を一層向上させることができる。
【００４７】
なお、ブッシュ１９を用いないで、筐体３に被係合部１３や溝１３Ａを直接形成してもよい。
【００４８】
さらに、前記ポンプを削除し、たとえば、前記筐体３内に潤滑液を適量貯めておいて、前記回転部材５のギヤ７で前記潤滑液を攪拌し、前記係合部１５と被係合部１３との間の空間１７や、空間２１に、潤滑液を供給するようにしてもよい。
【００４９】
さらにまた、前記回転部材５の係合部１５に前記皮膜を形成する代わりに、または、前記回転部材５の係合部１５に前記皮膜を形成することに加えて、前記筐体３の被係合部１３に前記皮膜を形成してもよい。なお、この場合、筐体３の被係合部１３に溝１３Ａを形成した後に皮膜を形成する。
【００５０】
さらに、前記電極による皮膜を、係合部１５や被係合部１３の場合と同様に一端面５Ｂや一端面１９Ｃに形成することが望ましい。
【００５１】
また、前記皮膜を、ポーラスに形成してもよい。このように形成することによって、前記皮膜自体も潤滑液を蓄えることが可能になり、軸受けに発生するおそれのあるかじり等の弊害が発生しにくくなる。
【００５２】
さらに、アクセサリ・ドライブ・ギヤボックス以外のギヤボックス、さらには、筐体とこの筐体に対して回転自在な回転部材とを備えた機械や装置の軸受け（前記筐体と前記回転部材との間に設けられた軸受け）にも、前記実施形態を適用することができる。
【００５３】
ところで、ガスタービン（ガスタービンエンジン）のタービンや圧縮機等の回転機械（流体機械）の回転部材は、転がり軸受けを介して、前記ガスタービンのエンジンケーシングに対して回転自在に設けられているが、前記電極による皮膜を、ガスタービンのタービンや圧縮機等の回転機械の回転部材の部位であって、前記転がり軸受けの内輪と係合する部位の表面に施してもよい。なお、内輪が存在しない転がり軸受けの場合には、この転がり軸受けのローラー等と接触する部位の表面に、前記皮膜を形成してもよい。
【００５４】
このように、転がり軸受けの内輪等と係合する部位に被覆を形成することによって、前記ガスタービンのタービンや圧縮機等の回転機械の回転部材と前記転がり軸受けを組み付けるとき等におけるかじりや前記ガスタービン稼動時における磨耗の発生等の弊害を防止することができる。
【００５５】
［第２の実施形態］
以下、図面を用いて本発明の第２の実施形態について説明するに、ガスタービンに備えた圧縮機における可変静翼に本発明を実施した場合について説明する。
【００５６】
ガスタービンにおける軸流圧縮機においては、入口案内翼及び初めの数段の静翼の取付け角を変えて、動翼に対する迎え角をできるだけ適正な値に調整することが行われている。
【００５７】
図３を参照するに、取付け角を変えることができる可変静翼（可変翼）１０１は、ガスタービンにおける軸流圧縮機の環状の空気流路内であって動翼列（図示省略）の間に周方向に等間隔（図３には１個のみ図示してある）に配置してあり、可変静翼１０１における外端側の軸部１０３は、ケーシング１０５に備えたボス部１０７にブッシュ１０９を介して回転可能に支持されている。
【００５８】
また、前記可変静翼１０１の内端側に備えた軸部１１１は、軸流圧縮機における動翼を備えた回転子（図示省略）を囲繞した環状の軸受部材１１３に備えたボス部１１５に回動可能に支持されている。
【００５９】
そして、前記軸部１０３、１１１を中心として前記可変静翼１０１を回動するために、外端側の前記軸部１０３には、当該軸部１０３に対して直交する方向に長いアーム１１７が取付けてあり、このアーム１１７の先端側は、前記ケーシング１０５を囲繞したリング部材（図示省略）に備えた連結部に枢支連結してある。
【００６０】
したがって、前記リング部材をケーシング１０５の周方向に回動すると、前記アーム１１７の先端側が周方向へ移動され、軸部１０３が軸心回りに回動されることになる。よって、前記可変静翼１０１は軸部１０３、１１１の軸心回りに回動されることとなり、ケーシング１０５に対する取付け角が変えられることとなる。
【００６１】
前述のごとく、可変静翼１の角度を変更すべく軸部１０３、１１１の回動を繰り返すと、軸部１０３、１１１に摩耗が生じ、当該軸部１０３、１１１におけるクリアランスが次第に大きくなる。前記クリアランスが大きくなると、可変静翼１０１の調整角度に狂いを生じることになるので、可変静翼１０１全体の着脱交換が行われるものである。
【００６２】
そこで、本実施形態においては、前記軸部１０３、１１１の摩耗を抑制するために、前記軸部１０３、１１１の外周面には耐磨耗性を有すると共に潤滑性を有するコーティング層１１９が備えられている。前記コーティング層１１９は、耐磨耗性を向上するためにｃＢＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２−Ｙ、ＴｉＮ、ＴｉＢ等のセラミックスを包含し、また潤滑性を向上するためにヘキサＢＮ、ＭｏＳ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＷＳ２、ＢａＺｒＯ４等の固体潤滑材を含有した構成である。
【００６３】
前記コーティング層１１９は次のようにして形成されるものである。すなわち、通電性確保のためにＴｉの粉末（約１０％）、耐磨耗性を有するセラミックスの一例としてのＴｉＣの粉末（約４０％）及び潤滑性を有する潤滑材の一例としてのヘキサＢＮの粉末（約５０％）を混合し、たとえば圧縮成形して成形体電極１２１（図４参照）を形成する。この成形体電極１２１は、圧縮成形した後に、焼結温度以下の温度で仮焼結するように、真空炉等を用いて熱処理を行うことが望ましいものである。
【００６４】
上述のごとく成形体電極１２１を圧縮成形した後、又は圧縮して仮焼結した後に、放電加工機（図示省略）における加工槽（図示省略）内において前記成形体電極１２１と可変静翼１０１の軸部１０３、１１１との間に微小間隙を保持した状態において、前記可変静翼１０１の軸部１０３、１１１を回転させながら両者間にパルス状の放電を発生させると、前記成形体電極１２１の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物が母材である前記軸部１０３、１１１へ移動して、軸部１０３、１１１の表面に堆積してコーティング層１１９が形成されることになる。このコーティング層１１９は、ＴｉＣおよびヘキサＢＮを含有するものであり、耐磨耗性、潤滑性が向上するものである。
【００６５】
なお、前記成形体電極１２１としては、Ｔｉの粉末及びヘキサＢＮの粉末を混合して圧縮成形した成形体電極、又は前述したように仮焼結を行うように適宜の熱処理を行った電極とすることも可能である。この場合、成形体電極１２１と前記軸部１０３、１１１の間でパルス状の放電が行われると、放電加工機における加工槽内の加工液中の炭化物とＴｉの一部とが化合して、化合物としてＴｉＣが生成されるものである。
【００６６】
さらに、前記成形体電極１２１を、泥漿鋳込み、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）、スプレー成形（溶射で成形）等によって成形してもよい。
【００６７】
前述のように、軸部１０３、１１１にコーティング層１１９が形成されるときは、母材としての軸部１０３、１１１の表面はパルス状の放電によって瞬間的に溶融し凝固されるものであるから、前記コーティング層１１９は、図３に示すように、電極材料のＴｉＣ及びヘキサＢＮが母材表面から数ミクロンの深さに拡散浸透した拡散浸透層１１９Ａが形成され、この拡散浸透層１１９Ａの上部に前記電極材料の微小粒子が堆積した堆積層１１９Ｂが形成されることになる。
【００６８】
以上のごとき説明より理解されるように、本実施形態においては、ガスタービンエンジンにおける圧縮機に備えた可変静翼１０１の軸部１０３、１１１に、耐磨耗性及び潤滑性を有するコーティング層１１９を備えた構成であるから、可変静翼１０１の回動が円滑に行われ得ると共に、軸部１０３、１１１の耐磨耗性が向上し、可変静翼１０１の交換寿命が長寿命となり、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。
【００６９】
すなわち、流体制御用可変翼に備えた軸部の周面に、耐磨耗性を有するセラミックスと潤滑材を含むコーティング層を一体に備えているものであるから、前記軸部の耐磨耗性、潤滑性が向上し、軸部の寿命がより向上するものである。
【００７０】
また、前記流体制御用可変翼の軸構造において、前記コーティング層は、ｃＢＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２−Ｙ、ＴｉＮ、ＴｉＢ等のセラミックスを含む、またはそれらセラミックスとヘキサＢＮ、ＭｏＳ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＷＳ２、ＢａＺｒＯ４等の固体潤滑材を含有しているものであるから、耐磨耗性、潤滑性が向上するものである。
【００７１】
また、ｃＢＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２−Ｙ、ＴｉＮ、ＴｉＢ等のセラミックスを含む、またはそれらセラミックスとヘキサＢＮ、ＭｏＳ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＷＳ２、ＢａＺｒＯ４等の固体潤滑材を含有した電極と流体制御用可変翼の軸部との間にパルス状の放電を発生させ、前記電極成分又は放電雰囲気で化合した化合物からなる被膜を、前記軸部に形成して耐磨耗性、潤滑性を有するコーティング層を形成するものであるから、前記軸部の耐磨耗性、潤滑性が向上し、軸部の寿命がより向上するものである。
【００７２】
ところで、本発明は、前述したごとき実施形態のみに限るものではなく、例えばエンジンからの排気ガスを利用して、エンジンへ供給する空気を圧縮するターボチャージャにおいて、排気ガスの流れ方向を変えてタービンホイールの羽根に対する排気ガスの衝突角を制御するための回動自在の羽根（可変翼）の回転軸の部分に、前記コーティング層１１９を適用することもできる。
【００７３】
ターボチャージャにおいて回動自在の羽根の回転軸の部分にコーティング層１１９を適用すると、羽根の回動が円滑に行われ得ると共に回転軸の耐磨耗性が向上し長寿命になるものであり、同様の効果を奏するものである。
【００７４】
なお、前記説明においては、コーティング層１１９の成分としてＴｉ、ＴｉＣ、ヘキサＢＮを含有する旨説明したが、セラミックスとして、ＴｉＣに替えて、ＴｉＮ、ＴｉＢ等を採用することも可能である。すなわち、耐磨耗性，潤滑性及び炭素との結合による硬化度を考慮して適宜選択可能である。
【００７５】
なお、日本国特許出願第２００３−１６６９９２号（２００３年６月１１日出願）および日本国特許出願第２００３−１６７０３０号（２００３年６月１１日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。
【００７６】
また、本発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を一体に備え、前記コーティング層は、成形体電極と前記軸部との間に微小間隙を保持した状態で、前記成形体電極と前記軸部との間にパルス状の放電を発生させて、前記成形体電極の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を前記軸部の表面に堆積させることによって形成されたことを特徴とする可変翼。
【請求項２】
請求項１に記載の可変翼において、
前記コーティング層は、前記成形体電極の電極材料が前記軸部の母材表面から拡散浸透した拡散浸透層と、この拡散浸透層に前記成形体電極の電極材料の微小粒子が堆積した堆積層とからなっていることを特徴とする可変翼。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の可変翼において、
前記セラミックスは、ｃＢＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２−Ｙ、ＴｉＮ、ＴｉＢの１種または複数種からなるものであって、固体潤滑材は、ヘキサＢＮ、ＭｏＳ２、Ｃｒ２Ｏ３，ＷＳ２、ＢａＺｒＯ４の１種または複数種からなるものであることを特徴とする可変翼。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の可変翼において、
前記成形体電極は、セラミックスの粉末と固体潤滑材の粉末を混合して圧縮成形したもの、或いは圧縮形成した後に仮焼結するように熱処理を行ったものであることを特徴とする可変翼。
【請求項５】
請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の可変翼において、
前記成形体電極は、Ｔｉの粉末とヘキサＢＮの粉末を混合して圧縮成形したもの、或いは圧縮成形した後に仮焼結するように熱処理を行ったものであることを特徴とする可変翼。
【請求項６】
請求項１から請求項５のうちいのいずれかの請求項に記載の可変翼において、
ガスタービンエンジンにおける圧縮機に用いられるものであることを特徴とする可変翼。
【請求項７】
請求項１から請求項５のうちのいずれかの請求項に記載の可変翼において、
ターボチャージャに用いられ、前記ターボチャージャにおけるタービンホイール過給機におけるタービンホイールに対する排気ガスの衝突角を制御するものであることを特徴とする可変翼。
【請求項８】
セラミックスの粉末と固体潤滑材の粉末を混合して圧縮成形したもの、或いは圧縮形成した後に仮焼結するように熱処理を行ったものからなる成形体電極を用い、
前記成形体電極と可変翼の軸部との間に微小間隙を保持した状態で、前記成形体電極と前記軸部との間にパルス状の放電を発生させて、前記成形体電極の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を前記軸部の表面に堆積させることによって、前記可変翼の前記軸部の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を形成する表面処理方法。
【請求項９】
請求項８に記載の表面処理方法において、
前記セラミックスは、ｃＢＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２−Ｙ、ＴｉＮ、ＴｉＢの１種または複数種からなるものであって、固体潤滑材は、ヘキサＢＮ、ＭｏＳ２、Ｃｒ２Ｏ３，ＷＳ２、ＢａＺｒＯ４の１種または複数種からなるものであることを特徴とする表面処理方法。
【請求項１０】
Ｔｉの粉末とヘキサＢＮの粉末を混合して圧縮成形したもの、或いは圧縮成形した後に仮焼結するように熱処理を行ったものからなる成形体電極を用い、
前記成形体電極と可変翼の軸部との間に微小間隙を保持した状態で、前記成形体電極と前記軸部との間にパルス状の放電を発生させて、前記成形体電極の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を前記軸部の表面に堆積させることによって、前記可変翼の前記軸部の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を形成する表面処理方法。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０のうちのいずれかの請求項に記載の表面処理方法において、
前記可変翼は、ガスタービンエンジンにおける圧縮機に用いられるものであることを特徴とする表面処理方法。
【請求項１２】
請求項８から請求項１０のうちのいずれかの請求項に記載の表面処理方法において、
前記可変翼は、ターボチャージャに用いられ、前記ターボチャージャにおけるタービンホイール過給機におけるタービンホイールに対する排気ガスの衝突角を制御するものであることを特徴とする表面処理方法。
【請求項１】
軸部の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を一体に備え、前記コーティング層は、成形体電極と前記軸部との間に微小間隙を保持した状態で、前記成形体電極と前記軸部との間にパルス状の放電を発生させて、前記成形体電極の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を前記軸部の表面に堆積させることによって形成されたことを特徴とする可変翼。
【請求項２】
請求項１に記載の可変翼において、
前記コーティング層は、前記成形体電極の電極材料が前記軸部の母材表面から拡散浸透した拡散浸透層と、この拡散浸透層に前記成形体電極の電極材料の微小粒子が堆積した堆積層とからなっていることを特徴とする可変翼。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の可変翼において、
前記セラミックスは、ｃＢＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２−Ｙ、ＴｉＮ、ＴｉＢの１種または複数種からなるものであって、固体潤滑材は、ヘキサＢＮ、ＭｏＳ２、Ｃｒ２Ｏ３，ＷＳ２、ＢａＺｒＯ４の１種または複数種からなるものであることを特徴とする可変翼。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の可変翼において、
前記成形体電極は、セラミックスの粉末と固体潤滑材の粉末を混合して圧縮成形したもの、或いは圧縮形成した後に仮焼結するように熱処理を行ったものであることを特徴とする可変翼。
【請求項５】
請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の可変翼において、
前記成形体電極は、Ｔｉの粉末とヘキサＢＮの粉末を混合して圧縮成形したもの、或いは圧縮成形した後に仮焼結するように熱処理を行ったものであることを特徴とする可変翼。
【請求項６】
請求項１から請求項５のうちいのいずれかの請求項に記載の可変翼において、
ガスタービンエンジンにおける圧縮機に用いられるものであることを特徴とする可変翼。
【請求項７】
請求項１から請求項５のうちのいずれかの請求項に記載の可変翼において、
ターボチャージャに用いられ、前記ターボチャージャにおけるタービンホイール過給機におけるタービンホイールに対する排気ガスの衝突角を制御するものであることを特徴とする可変翼。
【請求項８】
セラミックスの粉末と固体潤滑材の粉末を混合して圧縮成形したもの、或いは圧縮形成した後に仮焼結するように熱処理を行ったものからなる成形体電極を用い、
前記成形体電極と可変翼の軸部との間に微小間隙を保持した状態で、前記成形体電極と前記軸部との間にパルス状の放電を発生させて、前記成形体電極の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を前記軸部の表面に堆積させることによって、前記可変翼の前記軸部の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を形成する表面処理方法。
【請求項９】
請求項８に記載の表面処理方法において、
前記セラミックスは、ｃＢＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２−Ｙ、ＴｉＮ、ＴｉＢの１種または複数種からなるものであって、固体潤滑材は、ヘキサＢＮ、ＭｏＳ２、Ｃｒ２Ｏ３，ＷＳ２、ＢａＺｒＯ４の１種または複数種からなるものであることを特徴とする表面処理方法。
【請求項１０】
Ｔｉの粉末とヘキサＢＮの粉末を混合して圧縮成形したもの、或いは圧縮成形した後に仮焼結するように熱処理を行ったものからなる成形体電極を用い、
前記成形体電極と可変翼の軸部との間に微小間隙を保持した状態で、前記成形体電極と前記軸部との間にパルス状の放電を発生させて、前記成形体電極の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物を前記軸部の表面に堆積させることによって、前記可変翼の前記軸部の周面にセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を形成する表面処理方法。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０のうちのいずれかの請求項に記載の表面処理方法において、
前記可変翼は、ガスタービンエンジンにおける圧縮機に用いられるものであることを特徴とする表面処理方法。
【請求項１２】
請求項８から請求項１０のうちのいずれかの請求項に記載の表面処理方法において、
前記可変翼は、ターボチャージャに用いられ、前記ターボチャージャにおけるタービンホイール過給機におけるタービンホイールに対する排気ガスの衝突角を制御するものであることを特徴とする表面処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１６８６６０（Ｐ２０１０−１６８６６０Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３０４２７（Ｐ２０１０−３０４２７）
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【分割の表示】特願２００５−５０７２０２（Ｐ２００５−５０７２０２）の分割
【原出願日】平成１６年６月１０日（２００４．６．１０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【分割の表示】特願２００５−５０７２０２（Ｐ２００５−５０７２０２）の分割
【原出願日】平成１６年６月１０日（２００４．６．１０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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