JP2010084821A - Bearing structure of rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電機及びタービン等の回転機におけるロータ等の回転子を軸支する回転機の軸受構造に係り、特に頻繁な起動・停止や高荷重条件に耐え得る回転機の軸受構造に関する。 The present invention relates to a bearing structure of a rotating machine that supports a rotor such as a rotor in a rotating machine such as a generator and a turbine, and more particularly to a bearing structure of a rotating machine that can withstand frequent start / stop and high load conditions.
発電機やタービン等の回転機は重量が大きく、且つ高速で回転するため、通常そのロータ等の回転子は、高荷重・高回転用の軸受により支持されている。この軸受は、周方向に2分割された構造用鋼製の軸受台金の内側面に、ホワイトメタルと呼ばれるSnーCuーSb系の軸受用合金(軸受メタル)が鋳造により内張された構造になっている。この軸受メタルは、適度に柔らかく耐摩耗性にも優れているため、発電機器等に限らず船舶等にも幅広く使用されている。 Since rotating machines such as generators and turbines are heavy and rotate at high speed, a rotor such as a rotor is usually supported by a bearing for high load and high rotation. This bearing has a structure in which a bearing alloy (bearing metal) called white metal is lined by casting on the inner surface of a bearing base made of structural steel divided into two in the circumferential direction. It has become. Since this bearing metal is moderately soft and excellent in wear resistance, it is widely used not only for power generation equipment but also for ships.
従来、ボイラーと発電機、タービンを組合せた火力発電プラントは、ベース電力として運用されていたため長期間に渡り定常状態で運転されてきた。ところが、近年では原子力発電プラントがベース電力となり、火力発電プラントは負荷調整用に使用される機会が増える傾向にある。その結果、火力発電プラントは毎日のように起動・停止が繰り返される運用に変わり、その軸受の軸受メタルも、起動・停止に伴う熱応力を繰り返し受けるようになり、熱疲労により損傷に至る事象も発生するようになっている。 Conventionally, a thermal power plant combining a boiler, a generator, and a turbine has been operated as a base power and has been operated in a steady state for a long period of time. However, in recent years, nuclear power plants have become base power, and thermal power plants tend to be used more frequently for load adjustment. As a result, thermal power plants change to operations that are repeatedly started and stopped on a daily basis, and the bearing metal of the bearings is repeatedly subjected to the thermal stress associated with starting and stopping, and there is also an event that causes damage due to thermal fatigue. It is supposed to occur.
このような軸受メタルに作用する熱応力を低減する方法として、特許文献1では、図9に示すように、構造用鋼製の軸受台金101A、101Bと軸受メタル102A、102Bとの間に、軸受メタルと構造用鋼の中間的な熱膨張係数を有する銅層103A,103Bを設けている。本構造の軸受100によれば、軸受メタル102A、102Bに作用する熱応力を低減することが可能となる。
As a method for reducing the thermal stress acting on such a bearing metal, in Patent Document 1, as shown in FIG. 9, between the
また、特許文献2では、図10に示すように、軸受台金101A、101Bにピボット104を用いて点支持されたパッド台金105に軸受メタル106が装着されることで、軸受メタル106を周方向に分割させ、これにより、軸受メタル106に作用する熱応力の低減を図っている。本構造の軸受107によれば、軸受全体の熱応力変形に起因して軸受メタル106に作用する応力や、パッド台金105による冷却効率の向上で、軸受メタル106の温度を低減できる。
Further, in Patent Document 2, as shown in FIG. 10, the
尚、軸受100では、軸受メタル102A、102Bの内側に、また軸受107では軸受メタル106の内側に、潤滑油を介してロータ108に摺接する摺動面109、110がそれぞれ形成されている。
In the
一方、軸受メタルに代えて、低摩擦性、耐磨耗性及び耐熱性に優れたダイヤモンドライクカーボン(DLC)を用いた軸受が、特許文献3〜6に開示されている。 On the other hand, Patent Documents 3 to 6 disclose bearings using diamond-like carbon (DLC) that is excellent in low friction, wear resistance, and heat resistance instead of bearing metal.
特許文献3に記載の軸受は、軸受台金の表面層に、Cu系またはAl系の軟質金属を設け、この表面にNi層、Cr層、DLC層が順次積層されて構成されている。 The bearing described in Patent Document 3 is configured by providing a Cu-based or Al-based soft metal on a surface layer of a bearing base metal, and sequentially laminating a Ni layer, a Cr layer, and a DLC layer on the surface.
特許文献4に記載の軸受は、軸受台金の表面に、TiAlNなどの硬質のセラミックス層、TiやCr等の硬質の中間層、DLC層が順次積層されて構成されている。 The bearing described in Patent Document 4 is configured by sequentially laminating a hard ceramic layer such as TiAlN, a hard intermediate layer such as Ti or Cr, and a DLC layer on the surface of the bearing base.
特許文献5に記載の軸受は、軸受台金の表面に、TiNやTiCなどの硬質の金属層、DLC層が順次積層されて構成されている。 The bearing described in Patent Document 5 is configured by sequentially laminating a hard metal layer such as TiN or TiC and a DLC layer on the surface of a bearing base.
特許文献6に記載の軸受は、軸受台金の表面に、CrやWなどの硬質の金属層、この金属層を構成する金属とCからなる硬質の複合層、DLC層が順次積層されて構成されている。
ところで、図9に示す特許文献1に記載の軸受100では、Cu層103A、103Bの介在によって軸受メタル102A、102Bに作用する熱応力を低減できるものの、軸受メタル102A、102Bは、高温強度が著しく低いため、長期間の使用で、回転機の起動・停止に伴う多数の繰り返しサイクルを受けた場合や高温に曝された場合に、その損傷を完全に防止することは困難である。
Incidentally, in the
また、図10に示す特許文献2に記載の軸受107では、パッド構造によって冷却効率が高まり、軸受メタル106の温度上昇を抑制できるものの、軸受メタル106と構造用鋼製のパッド台金105との熱膨張差に起因する接合界面の熱応力を十分に低減することができない。
Further, in the
また、特許文献1及び2に記載の軸受100、107では、鋳造法により製造される軸受メタル102A、102B、106の特性は、鋳造条件や鋳造後の冷却条件に大きく左右されるので強度のバラツキが大きく、信頼性に欠けるという課題も有している。
Further, in the
更に、本発明者らが軸受メタルの強度特性を詳細に評価した結果、軸受メタルの強度は歪み速度依存性が非常に高いことが判明した。即ち、通常の強度試験で用いる歪み速度に比べて、実際の火力発電プラントの起動に伴い軸受メタルと軸受台金等との間に生ずる熱膨張差に基づき軸受メタルに作用する歪み速度は極めて遅い。軸受メタルの強度は、歪み速度が小さくなる程低くなるため、各種の文献等に示されている通常の軸受メタルの強度特性よりも、実際の火力発電プラントのような低歪み速度条件下では、降伏応力及び弾性係数が共に半分以下に低下することが判明した。 Furthermore, as a result of detailed evaluation of the strength characteristics of the bearing metal by the present inventors, it was found that the strength of the bearing metal is very high in strain rate dependency. That is, the strain rate acting on the bearing metal is very slow based on the difference in thermal expansion that occurs between the bearing metal and the bearing base metal as the actual thermal power plant starts up, compared to the strain rate used in the normal strength test. . Since the strength of the bearing metal becomes lower as the strain rate becomes smaller, the strength characteristics of the ordinary bearing metal shown in various literatures, etc., under low strain rate conditions such as in an actual thermal power plant, It was found that the yield stress and elastic modulus both decreased to less than half.
また、軸受メタルの融点は約513K(240℃)程度であり、一般には融点の6割を超える温度でクリープ変形が生じると言われている。軸受メタルの場合では308K(35℃)が融点の6割になるので、室温近傍でも低荷重で塑性歪みが増大していくことが判明した。即ち、軸受メタルの損傷メカニズムは、回転機の起動時に圧縮の塑性変形を生じ、その後の定常運転時でも圧縮の塑性変形量が増大し、回転機の停止時には逆に引張の塑性変形を受けることがわかる。この繰り返しで軸受メタルは熱疲労により損傷することが明らかになった。上述のような軸受メタルの強度特性は合金のベースがSnであることから、改善することが難しい。 The bearing metal has a melting point of about 513 K (240 ° C.), and it is generally said that creep deformation occurs at a temperature exceeding 60% of the melting point. In the case of a bearing metal, 308K (35 ° C.) is 60% of the melting point, and it has been found that the plastic strain increases at low loads even near room temperature. That is, the damage mechanism of the bearing metal is caused by compressive plastic deformation at the start of the rotating machine, the amount of compressive plastic deformation increases even during the subsequent steady operation, and conversely, when the rotating machine is stopped, it undergoes tensile plastic deformation. I understand. It became clear that bearing metal was damaged by thermal fatigue by this repetition. The strength characteristics of the bearing metal as described above are difficult to improve because the base of the alloy is Sn.
また、特許文献3に記載の軸受では、軸受台金の表面の軟質金属層と硬質のCr層との間に軟質のNi層が介在されているため、軸受に高荷重が作用したときにDLC層の変形を抑制できず、このDLC層が損傷を蒙る恐れがある。 In the bearing described in Patent Document 3, since a soft Ni layer is interposed between the soft metal layer and the hard Cr layer on the surface of the bearing base metal, the DLC is applied when a high load is applied to the bearing. The deformation of the layer cannot be suppressed, and this DLC layer may be damaged.
特許文献4〜6に記載の軸受は、軸受台金とDLC層との間に硬質層が介在されたものであるが、軟質層が設けられてないため、DLC層に作用する振動や衝撃が吸収されず、このためDLC層が振動や衝撃によって損傷する恐れがある。 In the bearings described in Patent Documents 4 to 6, a hard layer is interposed between the bearing base and the DLC layer, but since no soft layer is provided, vibrations and impacts acting on the DLC layer are not generated. It is not absorbed and the DLC layer may be damaged by vibration or impact.
また、CuやAlなどの軟質金属は熱伝導率が高く、このためDLC層に生じた熱を良好に拡散できる。しかしながら、特許文献4〜6に記載の軸受では、この軟質金属層が存在しないため、DLC層の温度上昇を抑制できない。この結果、回転機の起動・停止に伴う熱負荷によってDLC層の熱応力が増大し、このDLC層が損傷する恐れがある。 In addition, soft metals such as Cu and Al have high thermal conductivity, so that heat generated in the DLC layer can be diffused well. However, since the soft metal layer does not exist in the bearings described in Patent Documents 4 to 6, the temperature increase of the DLC layer cannot be suppressed. As a result, the thermal stress of the DLC layer increases due to the thermal load associated with the start / stop of the rotating machine, and this DLC layer may be damaged.
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、回転機の起動・停止に伴う熱負荷や高荷重条件に対しても損傷することなく、且つ摺動特性に優れ、強度が安定等して軸受の信頼性を向上できる回転機の軸受構造を提供することにある。 The object of the present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and is excellent in sliding characteristics and strength without being damaged even with respect to thermal load and high load conditions accompanying start / stop of a rotating machine. It is an object of the present invention to provide a bearing structure for a rotating machine that can improve the reliability of the bearing by stabilizing it.
本発明は、回転機の回転子を軸支する回転機の軸受構造であって、基材に金属層、中間層、ダイヤモンドライクカーボン層が順次積層されてなり、前記基材が構造用鋼、軟鋼などのFe系金属からなり、前記金属層がCu、Al、またはこれらを主成分とする合金からなり、前記中間層が、前記金属層に結合される第1中間層と、前記ダイヤモンドライクカーボン層に結合される第2中間層とを有してなり、前記第1中間層がCrを主成分として構成されたことを特徴とするものである。 The present invention is a bearing structure of a rotating machine that supports a rotor of a rotating machine, wherein a metal layer, an intermediate layer, and a diamond-like carbon layer are sequentially laminated on a base material, and the base material is structural steel, The metal layer is made of Fe-based metal such as mild steel, the metal layer is made of Cu, Al, or an alloy containing these as a main component, the intermediate layer is a first intermediate layer bonded to the metal layer, and the diamond-like carbon And a second intermediate layer bonded to the layer, wherein the first intermediate layer is mainly composed of Cr.
本発明によれば、回転子に摺接する部分が軸受メタルでなく、摺動特性(低摩擦性、耐磨耗性及び耐熱性)に優れたダイヤモンドライクカーボン層であり、且つCu、Al、またはこれらを主成分とする合金からなる金属層が、ダイヤモンドライクカーボン層に作用する振動・衝撃を吸収してこのダイヤモンドライクカーボン層の損傷を防止し、更に、ダイヤモンドライクカーボン層の強度が安定していることから、軸受の信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, the portion in sliding contact with the rotor is not a bearing metal, but is a diamond-like carbon layer having excellent sliding properties (low friction, wear resistance and heat resistance), and Cu, Al, or A metal layer made of an alloy containing these as a main component absorbs vibrations and impacts acting on the diamond-like carbon layer to prevent damage to the diamond-like carbon layer, and further stabilizes the strength of the diamond-like carbon layer. Therefore, the reliability of the bearing can be improved.
また、前記金属層の熱伝導率が高いので、ダイヤモンドライクカーボン層の温度上昇を抑制してその熱応力を低減でき、その結果、回転機の起動・停止に伴う熱負荷に対してもダイヤモンドライクカーボン層の損傷を防止できる。 Further, since the thermal conductivity of the metal layer is high, it is possible to reduce the thermal stress by suppressing the temperature rise of the diamond-like carbon layer. As a result, the diamond-like carbon layer is also resistant to the thermal load associated with starting and stopping of the rotating machine. Damage to the carbon layer can be prevented.
更に、第1中間層が、金属層よりも硬質なCrを主成分として構成されたので、高荷重条件に対してもダイヤモンドライクカーボン層の変形を防止でき、その損傷を防止できる。 Furthermore, since the first intermediate layer is mainly composed of Cr that is harder than the metal layer, the deformation of the diamond-like carbon layer can be prevented even under high load conditions, and the damage can be prevented.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments.
[A]第1の実施の形態(図1〜図3)
図1は、本発明に係る回転機の軸受構造における第1の実施の形態が適用された軸受を示す断面図である。図2は、図1の軸受における摺動部材の構造を模式的に示す断面図である。
[A] First embodiment (FIGS. 1 to 3)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a bearing to which a first embodiment of a bearing structure for a rotating machine according to the present invention is applied. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the sliding member in the bearing of FIG.
図1に示す軸受10は、発電機やタービンなどの回転機における回転子としてのロータ11を、潤滑油(不図示)を介在させて軸支するものであり、高荷重・高回転用の軸受である。この軸受10の基材としての軸受台金は略円筒形状であるが、ロータ11の周方向に2分割され、この分割された略半円筒形状のそれぞれの軸受台金12A、12Bがボルト13により締結される。ボルト13により締結された軸受台金12A及び12Bは、それぞれの内側の円弧面形状の内側面14A、14Bに設けられた摺動部材15A、15B(後述)により、潤滑油を介してロータ11を軸支する。ここで、各軸受台金12A、12Bは、構造用鋼や軟鋼などのFe系金属から構成される。
A
摺動部材15Aは、図1及び図2に示すように、軸受台金12Aの内側面14Aに金属層16A、第1中間層17A、第2中間層18A及びダイヤモンドライクカーボン層(以下、単にDLC層と略称する)19Aが順次積層されて構成される。また、摺動部材15Bは、軸受台金12Bの内側面14Bに金属層16B、第1中間層17B、第2中間層18B及びDLC層19Bが順次積層されて構成される。第1中間層17A及び第2中間層18が中間層20Aを構成し、第1中間層17B及び第2中間層18Bが中間層20Bを構成する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the sliding
DLC層19A、19Bは、摺動特性、即ち低摩擦性、耐磨耗性及び耐熱性に優れ、高強度で高硬度(例えばビッカーズ高さ2000〜3000)の特性を有する。このようにDLC層19A、19Bは高強度であることから、回転機の起動・停止に伴い繰り返し熱応力を受けても塑性変形を生ずることがない。このDLC層19A、19Bのそれぞれの内側に、潤滑油を介してロータ11に摺接する摺動面24A、24Bが形成される。また、DLC層19A、19Bは、通常スパッタリング法などによって0.1μm〜3μm程度の膜厚に形成される。
The DLC layers 19A and 19B are excellent in sliding characteristics, that is, low friction, wear resistance, and heat resistance, and have high strength and high hardness (for example, Vickers height 2000 to 3000). As described above, since the DLC layers 19A and 19B have high strength, even if they are repeatedly subjected to thermal stress as the rotating machine is started and stopped, plastic deformation does not occur. Sliding
金属層16A、16Bは、Cu、Al、またはこれらを主成分とする合金から構成される。上記合金としては、Cu−Cr系合金、Cu−Cr−Zr系合金、Cu−Be合金、Al−Si系合金、Al−Si−Mg系合金、Al−Si−Cu系合金などが好ましい。この金属層16A、16Bは、溶射法により軸受台金12Aの内側面14A、軸受台金12Bの内側面14Bに、1〜3mm程度の膜厚に形成される。
The metal layers 16A and 16B are made of Cu, Al, or an alloy mainly containing these. As the alloy, a Cu—Cr alloy, a Cu—Cr—Zr alloy, a Cu—Be alloy, an Al—Si alloy, an Al—Si—Mg alloy, an Al—Si—Cu alloy, and the like are preferable. The metal layers 16A and 16B are formed to a thickness of about 1 to 3 mm on the
DLC層19A、19Bは、低摩擦性、耐磨耗性及び耐熱性に優れるが、脆くて厚膜化が困難であるため、振動や衝撃により損傷されやすい。そこで、軟質で延性の高い金属層16A、16Bを設けることで、DLC層19A、19Bに作用する振動や衝撃が吸収されて緩和され、このDLC層19A、19Bの振動・衝撃による損傷が防止される。
The DLC layers 19A and 19B are excellent in low friction, wear resistance, and heat resistance, but are fragile and difficult to thicken, and thus are easily damaged by vibration and impact. Therefore, by providing the soft and highly
また、この金属層16A、16Bは、熱伝導率が高いため、ロータ11との摺動によりDLC層19A、19Bに発生する熱を軸受台金12A、12B及び潤滑油へ効率的に逃すことが可能となる。これにより、DLC層19A、19Bは温度上昇が抑制されて、熱応力の発生が低減される。この結果、回転機の起動・停止に伴う熱負荷に対しても、DLC層19A、19Bの損傷が防止される。
Further, since the
また、Cu合金またはAl合金は、純Cuや純Alに比べて硬く強度が大きいため、DLC層19A、19Bに大きな衝撃力が作用する場合に有効である。DLC層19A、19Bに大きな衝撃力などが作用しても、金属層16A、16BがCu合金、Al合金であれば変形が抑制されるので、DLC層19A、19Bが金属層16A、16Bの変形に追従できずに破損する事態が回避される。
In addition, since Cu alloy or Al alloy is harder and stronger than pure Cu or pure Al, it is effective when a large impact force acts on the DLC layers 19A and 19B. Even if a large impact force acts on the DLC layers 19A and 19B, the deformation is suppressed if the
第1中間層17A、17BはCrを主成分として構成され、第2中間層18A、18BはW、Mo、Tiの少なくとも一つを主成分として構成される。これらの第1中間層17A、17B及び第2中間層18A、18Bは、DLC層19A、19Bよりも延性に富み、金属層16A、16Bよりも硬質である。従って、DLC層19A、19Bに高荷重が作用する場合にも、このDLC層19A、19Bの変形を抑制できるので、DLC層19A、19Bの損傷や剥離が防止される。
The first
また、第1中間層17AがCrを主成分として構成されたので、金属層16A、16Bと馴染みが良く、結合されやすいので、第1中間層17A、17Bと金属層16A、16Bとの密着性を高めることができる。更に、第2中間層18A、18Bを構成するW、Mo、Tiは、DLC層19A、19Bと馴染みが良く結合されやすいので、第2中間層18A、18BとDLC層19A、19Bとの密着性を高めることができる。これらの第1中間層17A、17B及び第2中間層18A、18Bは、スパッタリング法により0.5μm〜5μm程度の膜厚に形成される。
In addition, since the first
また、第2中間層18A、18Bを構成するW、Mo、Tiは、熱膨張係数が第1中間層17A、17B及び金属層16A、16Bに比べて小さく、DLC層19A、19Bと同程度であるため、回転機の起動・停止に伴ってDLC層19A、19Bに熱負荷が作用しても、このDLC層19A、19Bに生ずる熱応力を低減でき、割れなどの損傷を防止できる。
Further, W, Mo, and Ti constituting the second
図1に示すように、軸受台金12A、12Bは、ボルト13を用いて締結される。このとき、図3に示すように、軸受台金12A、12Bの結合面21A、21Bは互いに接触するが、軸受台金12A、12Bの内側面14A、14Bに形成された摺動部材15A、15Bどうしは非接触に構成される。つまり、軸受台金12A、12Bにおける結合面21A、21Bの内側端部に、曲率半径Rの湾曲面22A、22Bが形成される。そして、湾曲面22A、22Bは、内側面14A、14Bに連続して形成されるため、この湾曲面22A、22Bにも内側面14A、14Bと同様に摺動部材15A、15Bが形成される。従って、摺動部材15A、15Bのうち、軸受台金12Aの湾曲面22A、軸受台金12Bの湾曲面22Bに形成された部分が、ボルト13による締結時に互いに非接触状態となる。
As shown in FIG. 1, the bearing base metals 12 </ b> A and 12 </ b> B are fastened using
このように軸受台金12A及び12Bのボルト13による締結時に摺動部材15A、15Bが非接触状態となることで、回転機の起動・停止に伴う摺動部材15A、15Bの熱膨張による歪みが吸収されて、摺動部材15AのDLC層19A、摺動部材15BのDLC層19Bに作用する熱応力を低減でき、このDLC層19A、19Bに割れなどの損傷を防止できる。
Thus, when the bearing
次に、本実施の形態の軸受10を用いた摺動試験について説明する。
Next, a sliding test using the
本試験では、構造用鋼により構成された軸受台金12A、12Bの内側面14A、14Bに純Cuの金属層16A、16Bを溶射により形成し、この金属層16A、16Bの表面に第1中間層17A、17BとしてのCr層、第2中間層18A、18BとしてのW層を順次スパッタリング法により形成し、更に第2中間層18A、18Bの表面にDLC層19A、19Bをスパッタリング法により形成させた。このようにして摺動部材15A、15Bが施された軸受台金12A、12Bをボルト13により締結して軸受10(実施例1)を得た。
In this test, pure
このような一対の軸受10間に、ロータ11を模擬したシャフト23を挿入し、このシャフト23を潤滑油中で回転させることにより摺動試験を行った。この際、シャフト23の中央部に荷重を付加し、実機を模擬した面圧を軸受10の摺動部材15A、15Bに作用させると共に、この摺動部材15A、15Bに作用する面圧を瞬間的に所定面圧の1/2倍、及び1.5倍に変動させて試験を実施した。試験後に、摺動部材15A、15B等に生ずる損傷の有無を目視により確認した。
A shaft 23 simulating the rotor 11 was inserted between the pair of
同様な試験を図9に示した、構造用鋼製の軸受台金101A、101Bの内側面にSn系の軸受メタル102A、102Bを遠心鋳造により形成した軸受100(比較例1)について行った。また、金属層16A、16BとしてCu系合金を用いた軸受10(実施例2)と、Al−Mg−Si系合金を用いた軸受10(実施例3)についても同様な試験を行った。
A similar test was performed on the bearing 100 (Comparative Example 1) shown in FIG. 9 in which Sn-based
試験結果を表1に示す。Sn系の軸受メタル102A、102Bを用いた比較例1では、回転機の起動・停止の繰り返し回数が200サイクルまでは軸受メタル102A、102Bの摺動面109に異常は認められなかったが、500サイクルでは上記摺動面109に顕著な塑性変形痕が認められた。
The test results are shown in Table 1. In Comparative Example 1 using the Sn-based
これに対し、実施例1では熱伝導率に優れた金属層16A、16Bの効果により、DLC層19A、19Bの摺動面24A、24Bの温度上昇が抑えられ、回転機の起動・停止の繰り返し回数が500サイクルまではDLC層19A、19Bに剥離などの損傷が認められなかったが、1000サイクルではDLC層19A、19Bの一部に剥離による損傷が認められた。
On the other hand, in Example 1, due to the effect of the
また、実施例2及び3では、金属層16A、16Bとして高硬質のCu合金またはAl合金を用いることにより、回転機の起動・停止の繰り返し回数が1000サイクルの場合でも、DLC層19A、19Bに剥離などの損傷が認められず、DLC層19A、19Bの変形を抑制できることが分かった。
以上のように、本実施の形態によれば、次の効果(1)〜(5)を奏する。 As described above, according to the present embodiment, the following effects (1) to (5) are obtained.
(1)ロータ11に接する部分はDLC層19A、19Bであることから、低摩擦性、耐磨耗性及び耐熱性などの摺動特性に優れ、且つ強度が高く安定しており、塑性変形などが生じにくい。更に、金属層16A、16Bが、DLC層19A、19Bに作用する振動や衝撃を吸収して緩和するので、DLC層19A、19Bの振動・衝撃による損傷を防止できる。これらのことから、軸受10の信頼性を向上させることができる。
(1) Since the portions in contact with the rotor 11 are the DLC layers 19A and 19B, they have excellent sliding characteristics such as low friction, wear resistance and heat resistance, are high in strength and stable, and are plastically deformed. Is unlikely to occur. Furthermore, since the
(2)金属層16A、16Bを構成するCu、Alまたはこれらを主成分とする合金は、従来の軸受メタル102A、102B、106に比べて著しく熱伝導率が高いので、DLC層19A、19Bに生ずる熱を軸受台金12A、12B及び潤滑油へ逃すことで、このDLC層19A、19Bの温度上昇を抑制でき、DLC層19A、19Bに生ずる熱応力を低減できる。また、第2中間層18A、18Bを構成するW、Mo、Tiは熱膨張係数が金属層16A、16B、第1中間層17A、17Bよりも小さく、DLC層19A、19Bと同程度であるため、DLC層19A、19Bに熱応力の発生を抑制できる。これらの結果、回転機の起動・停止に伴う熱負荷がDLC層19A、19Bに作用しても、このDLC層19A、19Bの損傷を防止できる。
(2) Cu, Al constituting the
(3)第1中間層17A、17Bを構成するCrと、第2中間層18A、18Bを構成するW、Mo、Tiは、金属層16A、16Bよりも硬質であるため、軸受10に高荷重が作用する条件下においても、DLC層19A、19Bの変形を抑制できるので、このDLC層19A、19Bの剥離や損傷を防止できる。
(3) Since Cr constituting the first
(4)金属層16A、16Bが純Cuや純Alよりも硬質なCu合金、Al合金である場合には、DLC層19A、19Bに大きな衝撃力が作用した場合にも金属層16A、16Bが変形しにくいので、DLC層19A、19Bが金属層16A、16Bの変形に追従できないことによる損傷を防止できる。
(4) In the case where the
(5)軸受台金12A、12Bをボルト13により締結したとき、軸受10の摺動部材15A、15Bが非接触状態となるので、回転機の起動・停止に伴う摺動部材15A、15Bの熱膨張による歪みが吸収されて、摺動部材15AのDLC層19A、摺動部材15BのDLC層19Bに作用する熱応力を低減でき、このDLC層19A、19Bに割れなどの損傷を防止できる。
(5) When the
[B]第2の実施の形態(図4、図5)
図4は、本発明に係る回転機の軸受構造における第2の実施の形態が適用された軸受において、摺動部材の構造を模式的に示す図2に対応する断面図である。この第2の実施の形態において、前記第1の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[B] Second embodiment (FIGS. 4 and 5)
FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 schematically showing the structure of the sliding member in the bearing to which the second embodiment of the bearing structure of the rotating machine according to the present invention is applied. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description is simplified or omitted.
本実施の形態の軸受25が前記第1の実施の形態の軸受10と異なる点は、W、Mo、Tiを主成分とする第2中間層18A、18Bに代えて、TiC、TiN、TiCN、SiCの少なくとも一つを主成分とするセラミックスから構成された第2中間層26A、26Bが設けられた点である。
The bearing 25 of the present embodiment is different from the bearing 10 of the first embodiment in that instead of the second
この第2中間層26A、26Bのセラミックスも、DLC層19A、19Bと馴染みやすく、このDLC層19A、19Bとの密着性に富む。また、この第2中間層26A、26Bを構成するセラミックスは、前記第1の実施の形態の第2中間層18A、18Bを構成するW、Mo、Tiに比べて硬質である。例えばビッカーズ硬さは、W、Mo、Tiが300〜400程度であるのに対し、上記セラミックスが1500程度である。このため、第2中間層26A、26Bを用いた場合には、DLC層19A、19Bに高荷重が作用した場合にも第2中間層26A、26Bが変形しにくく、このためDLC層19A、19Bの剥離や損傷が防止される。
The ceramics of the second
この第2中間層26A、26Bは、第1中間層17A、17Bと共にスパッタリング法により成膜されるが、一形態では、第1中間層17A、17Bに対して連続した組織構造に構成され、他の形態では、傾斜組成層27A、27B(図5)を介して第1中間層17A、17Bに結合される。この傾斜組成層27A、27Bは、第1中間層17A、17Bの主成分であるCrと第2中間層26A、26Bの主成分であるセラミックスとの組成比が漸次変化、つまり、Crが第1中間層17A、17Bから第2中間層26A、26Bへ向かって漸次減少し、セラミックスが第1中間層17A、17Bから第2中間層26A、26Bへ向かって漸次増加して構成される。
The second
前記一形態の第2中間層26A、26Bを形成する際には、同一チャンバ内に3つの蒸発装置を設置し、第1の蒸発装置にターゲットとしてCrを装着し、第2の蒸発装置にターゲットとしてC(カーボン)を装着し、第3の蒸発装置に例えばTiをターゲットとして装着する。次に、第1の蒸発装置に通電してCrを蒸発させて金属層16A、16Bの表面に蒸着させ、第1中間層17A、17Bを成膜する。この第1の蒸発装置への通電を遮断した後、第2及び第3の蒸発装置へ通電してTiとCを蒸発させ、第1中間層17A、17Bの表面にTiCを蒸着させて第2中間層26A、26Bを成膜する。
When forming the second
このように第1中間層17A、17Bと第2中間層26A、26Bを同一のチャンバ内で連続して成膜することで、第1中間層17A、17Bの主成分のCrと第2中間層26A、26Bの主成分のセラミックス(例えばTiC)とが連続した組織構造となって両者の界面の結合強度が高まる。
As described above, the first
また、前記他の形態により第2中間層26A、26Bを形成する際には、まず、前記一形態と同様に、同一チャンバ内に3つの蒸発装置を設置し、第1の蒸発装置にターゲットとしてCrを装着し、第2の蒸発装置にターゲットとしてCを装着し、第3の蒸発装置に例えばTiをターゲットとして装着する。次に、第1の蒸発装置に通電してCrを蒸発させて金属層16A、16Bの表面に蒸着させ、第1中間層17A、17Bを成膜する。
When the second
次に、この第1の蒸発装置への電流及び電圧を徐々に減少させ、第2及び第3の蒸発装置への電流及び電圧を徐々に増大させて、CrとTiとCとを共に蒸発させ、第1中間層17A、17Bの表面に蒸着させて傾斜組成層27A、27Bを成膜する。その後、第1の蒸発装置への通電を遮断し、第2及び第3の蒸発装置への定格の通電を実施してTiとCのみを蒸発させ、傾斜組成層27A、27Bの表面にTiCを蒸着させて第2中間層26A、26Bを成膜する。
Next, the current and voltage to the first evaporator are gradually decreased, and the current and voltage to the second and third evaporators are gradually increased to evaporate Cr, Ti, and C together. The
このように第1中間層17A、17Bと第2中間層26A、26Bを同一チャンバ内で成膜する際に、両者間に傾斜組成層27A、27Bを成膜することで、前記一形態において第1中間層17A、17Bと第2中間層26A、26B間に生ずる両者の熱膨張差に起因する熱応力を低減することが可能となる。
As described above, when the first
次に、本実施の形態の軸受25を用いた摺動試験について説明する。
Next, a sliding test using the
本試験では、構造用鋼により構成された軸受台金12A、12Bの内側面14A、14Bに純Cuの金属層16A、16Bを溶射により形成し、この金属層16A、16Bの表面に第1中間層17A、17BとしてのCr層、第2中間層26A、26BとしてのTiC層を順次スパッタリング法により形成し、更に第2中間層26A、26Bの表面にDLC層19A、19Bをスパッタリング法により形成させた。このようにして摺動部材15A、15Bが施された軸受台金12A、12Bをボルト13により締結して軸受25(実施例4)を得た。
In this test, pure
このような一対の軸受25間に、ロータ11を模擬したシャフト23を挿入し、このシャフト23を潤滑油中で回転させることにより摺動試験を行った。この際、シャフト23の中央部に荷重を付加し、実機を模擬した面圧を軸受25の摺動部材15A、15Bに作用させると共に、この摺動部材15A、15Bに作用する面圧を瞬間的に所定面圧の1/2倍、及び2.0倍に変動させて試験を実施した。試験後に、摺動部材15A、15Bに生ずる損傷の有無を目視により確認した。
A sliding test was conducted by inserting a shaft 23 simulating the rotor 11 between the pair of
第1中間層17A、17Bと第2中間層26A、26Bとの間に傾斜組成層27A、27Bが成膜される場合(実施例5)についても同様な試験を実施した。更に、第2中間層をWとした前記実施例1についても同様な試験を実施し、これを比較例2とした。
A similar test was performed when the graded
試験結果を表2に示す。本試験では、摺動部材15A、15Bに作用する面圧を上げた結果、DLC層19A、19Bの摺動面24A、24Bの変形量が増大するとともに、摩擦熱により摺動面24A、24Bの温度も上昇し熱応力が厳しくなる。その結果、第2中間層にWを用いた比較例2では、回転機の起動・停止の繰り返し回数が200サイクルまではDLC層19A、19Bに剥離などの損傷が認められなかったが、500サイクルではDLC層19A、19Bの一部に剥離による損傷が認められた。
The test results are shown in Table 2. In this test, as a result of increasing the surface pressure acting on the sliding
これに対し、実施例4ではWよりも硬く、剛性も高いTiCを第2中間層26A、26Bとして用いたことにより、DLC層19A、19Bの変形が抑制され、回転機の起動・停止の繰り返し回数が500サイクルまではDLC層19A、19Bに剥離などの損傷が認められなかったが、1000サイクルではDLC層19A、19Bの一部に剥離による損傷が認められた。
On the other hand, in Example 4, the use of TiC that is harder than W and higher in rigidity as the second
また、実施例5では、第1中間層17A、17Bと第2中間層26A、26Bとの間に傾斜組成層27A、27Bを形成することで、熱応力の低減を図った結果、回転機の起動・停止の繰り返し回数が1000サイクルの場合でも、DLC層19A、19Bに剥離などの損傷が認められず、DLC層19A、19Bの変形抑制と熱応力低減を実現できることが分かった。
本実施の形態によれば、前記実施の形態の効果(1)、(2)、(4)及び(5)と同様な効果を奏するほか、次の効果(6)及び(7)を奏する。 According to this embodiment, in addition to the same effects (1), (2), (4) and (5) as in the above embodiment, the following effects (6) and (7) are obtained.
(6)第2中間層として、TiC、TiN、TiCN、SiCを主成分とする、第2中間層18A、18Bよりも硬質な第2中間層26A、26Bが形成されたので、軸受25のDLC層19A、19Bに高荷重が作用した場合でも、第2中間層26A、26Bが変形しにくく、この結果、DLC層19A、19Bの剥離や損傷を防止できる。
(6) As the second intermediate layer, the second
(7)第1中間層17A、17BとしてCrが、また第2中間層26A、26BとしてTiC、TiN、TiCN、SiCを主成分とする硬質のセラミックスが用いられ、第1中間層17A、17Bと第2中間層26A、26Bとの境界に傾斜組成層27A、27Bが形成されたことから、これらの第1中間層17A、17Bと第2中間層26A、26Bとの境界における熱応力の集中を緩和でき、摺動部材15A、15Bに作用する面圧の上昇によりDLC層19A、19Bの摺動面24A、24Bの温度が上昇した場合でも、DLC層19A、19B及び第2中間層26A、26Bの剥離を防止できる。
(7) Cr is used as the first
[C]第3の実施の形態(図6)
図6は、本発明に係る回転機の軸受構造における第3の実施の形態が適用された軸受において、摺動部材の構造を模式的に示す図2に対応する断面図である。この第3の実施の形態において、前記第1及び第2の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[C] Third embodiment (FIG. 6)
FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 schematically showing the structure of the sliding member in the bearing to which the third embodiment of the bearing structure of the rotating machine according to the present invention is applied. In the third embodiment, the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description is simplified or omitted.
本実施の形態の軸受30が前記第1及び第2の実施の形態の軸受10及び25と異なる点は、Crを主成分とする第1中間層17A、17Bと、TiC、TiN、TiCN、SiCを主成分とする第2中間層26A、26Bとの間に、W、Mo、Tiを主成分とする第3中間層31A、31Bが形成された点である。
The bearing 30 of the present embodiment is different from the
この第3中間層31A、31Bは、第1の実施の形態の第2中間層18A、18Bと同様な構成であり、スパッタリング法により第1中間層17Aの表面に成膜される。また、第2中間層26A、26Bは、第3中間層31A、31Bの表面にスパッタリング法により成膜されるが、その際、第2の実施の形態の如く、第3中間層31A、31Bに対して連続した組織構造に構成される場合と、同じく連続した組織構造で、その組成が傾斜組成層27A、27Bと同様な傾斜組成層(図6に不図示)を介して成膜される場合とがある。
The third
次に、本実施の形態の軸受30を用いた摺動試験について説明する。
Next, a sliding test using the
本試験では、構造用鋼により構成された軸受台金12A、12Bの内側面14A、14Bに純Cuの金属層16A、16Bを溶射により形成し、この金属層16A、16Bの表面に第1中間層17A、17BとしてのCr層、第3中間層31A、31BとしてのW層、第2中間層26A、26BとしてのTiC層を順次スパッタリング法により形成し、更に第2中間層26A、26Bの表面にDLC層19A、19Bをスパッタリング法により形成させた。このようにして摺動部材15A、15Bが施された軸受台金12A、12Bをボルト13により締結して軸受30(実施例6)を得た。
In this test, pure
このような一対の軸受30間に、ロータ11を模擬したシャフト23を挿入し、このシャフト23を潤滑油中で回転させることにより摺動試験を行った。この際、シャフト23の中央部に荷重を付加し、実機を模擬した面圧を軸受30の摺動部材15A、15Bに作用させると共に、この摺動部材15A、15Bに作用する面圧を瞬間的に所定面圧の1/2倍、及び2.0倍に変動させ、更にシャフト23の回転数を1.2倍にして、DLC層19A、19Bの摺動面24A、24Bの温度を上げた状態で試験を実施した。試験後に、摺動部材15A、15Bに生ずる損傷の有無を目視により確認した。また、第2中間層26A、26Bと第3中間層31A、31Bの境界に傾斜組成層を形成した場合(実施例7)についても、同様な試験を実施した。更に、前記実施例4についても同様な試験を実施し、これを比較例3とした。
A shaft 23 simulating the rotor 11 was inserted between the pair of
試験結果を表3に示す。 The test results are shown in Table 3.
第2中間層26A、26Bとして硬質のセラミックスTiCを用いた実施例4では、第2の実施の形態で説明したように、摺動部材15A、15Bに作用する面圧の増大に対しては良好な結果を示した。ところが、表3の比較例3で示すように、シャフト23の回転数の上昇によるDLC層19A、19Bの摺動面24A、24Bの温度上昇に対しては、回転機の起動・停止の繰り返し回数が100サイクルまではDLC層19A、19Bに剥離などの損傷が認められなかったが、上記繰り返し回数が200サイクル以上では、DLC層19A、19B及び第2中間層26A、26Bの一部に剥離による損傷が認められた。
In Example 4 using the hard ceramic TiC as the second
Wを第3中間層31A、31Bとして設けた実施例6の場合は、熱膨張係数の小さなWの第3中間層31A、31Bを、第1中間層17A、17Bと第2中間層26A、26Bとの間に設けたことにより、第2中間層26A、26BとDLC層19A、19Bのコーティング時に、強度的に脆い第2中間層26A、26BとDLC層19A、19Bに圧縮の残留応力を誘起させることができる。その結果、実施例6の場合には、回転機の起動・停止の繰り返し回数が500サイクルまではDLC層19A、19Bに剥離などの損傷が認められず、更に、第2中間層26A、26Bと第3中間層31A、31Bの境界に傾斜組成層が形成されて更なる熱応力の低減を図った実施例7では、1000サイクルでもDLC層19A、19Bに全く剥離等による損傷が認められなかった。
本実施の形態によれば、前記第1及び第2の実施の形態の効果(1)〜(7)と同様な効果を奏するほか、次の効果(8)を奏する。 According to the present embodiment, in addition to the same effects as the effects (1) to (7) of the first and second embodiments, the following effect (8) is achieved.
(8)第1中間層17A、17Bと第2中間層26A、26Bとの間に、第2中間層26A、26Bよりも熱膨張係数の小さいW,Mo,Tiの第3中間層31A、31Bが設けられたことにより、第3中間層31A、31B及びDLC層19A、19Bのコーティング工程で、強度的に脆い第2中間層26A、26B及びDLC層19A、19Bに圧縮の残留応力を誘起させることができ、その結果、回転機の起動・停止に伴う繰り返しサイクル特性を大幅に改善することができる。
(8) W, Mo, Ti third
[D]第4の実施の形態(図1、図2参照)
この第4の実施の形態において、前記第1の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[D] Fourth embodiment (see FIGS. 1 and 2)
In the fourth embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description is simplified or omitted.
この第4の実施の形態の軸受35が前記第1の実施の形態の軸受10と異なる点は、DLC層36A、36Bの水素含有量が10〜30at%に設定された点である。このDLC層36A、36B中の水素含有量は、DLC層36A、36Bをスパッタリング法により成膜する際に、チャンバ内へ導入される雰囲気ガスの水素組成比を変更することで調整される。 The bearing 35 of the fourth embodiment is different from the bearing 10 of the first embodiment in that the hydrogen content of the DLC layers 36A and 36B is set to 10 to 30 at%. The hydrogen content in the DLC layers 36A and 36B is adjusted by changing the hydrogen composition ratio of the atmospheric gas introduced into the chamber when the DLC layers 36A and 36B are formed by sputtering.
次に、本実施の形態の軸受35を用いた摺動試験について説明する。
Next, a sliding test using the
本試験では、構造用鋼により構成された軸受台金12A、12Bの内側面14A、14Bに、CuーCr系合金の金属層16A、16Bを溶射し、この金属層16A、16Bの表面に、第1中間層17A、17BとしてのCr層、第2中間層18A、18BとしてのW層をスパッタリング法により順次成膜し、この第2中間層18A、18Bの表面にDLC層36A、36Bをスパッタリング法により成膜した。このようなコーティングを施した軸受台金12A、12Bをボルト13により締結して軸受35を得た。
In this test, the
この軸受35において、DLC層36A、36Bの水素含有量が10at%のものを実施例8、20at%のものを実施例9、30at%のものを実施例10とした。また、DLC層36A、36Bの水素含有量が5at%のものを比較例4、40at%のものを比較例5とした。
In this
このような一対の軸受35間にロータ11を模擬したシャフト23を挿入し、このシャフト23を潤滑油中で回転させることにより摺動試験を行った。この試験は、前述と同じく、一対の軸受35間におけるシャフト23の中央部に荷重を付加し、実機を模擬した面圧をDLC層36A、36Bの摺動面24A、24Bに作用させるとともに、この摺動面24A、24Bに付加する面圧を瞬間的に所定面圧の1/2倍、及び1.5倍と変動させて実施した。
A shaft 23 simulating the rotor 11 was inserted between the pair of
試験結果を表4に示す。水素含有量が低過ぎる比較例4では、DLC層36A、36Bは硬く、脆いため、回転機の起動・停止の繰り返しサイクルが100サイクル後に割れや一部欠落が生じた。逆に、水素含有量が高過ぎる比較例3では、DLC層36A、36Bは柔らかいため、摩滅または剥離を生じた。これに対し、水素含有量が10〜30at%の範囲にある実施例8〜10では、上記繰り返しサイクル数が500サイクルにおいてもDLC層36A、36Bに損傷が見られず、特に実施例9及び10では、1000サイクルにおいてもDLC層36A、36Bに損傷が生じていないことが分かる。
従って、本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態の効果(1)〜(5)と同様な効果を奏するほか、次の効果(9)を奏する。 Therefore, according to the present embodiment, in addition to the same effects (1) to (5) as in the first embodiment, the following effect (9) is achieved.
(9)水素含有量at10〜30%のDLC層36A、36Bを用いることで、このDLC層36A、36Bの耐磨耗性と靭性及び延性とを適正化できる。つまり、DLC層は水素含有量が少ないほど硬さが上昇して耐磨耗性が向上するが、靭性及び延性は低下して脆くなり破損しやすくなる。また、DLC層は、水素含有量が多いほど延性及び靭性が向上するが、硬さが低下して耐磨耗性が低くなってしまう。従って、水素含有量を10〜30at%とすることで、DLC層36A、36Bの耐磨耗性と靭性及び延性とを両立させることができる。 (9) By using the DLC layers 36A and 36B having a hydrogen content of at 10 to 30%, the wear resistance, toughness and ductility of the DLC layers 36A and 36B can be optimized. That is, the lower the hydrogen content, the higher the hardness and the wear resistance of the DLC layer, but the toughness and ductility are reduced and become brittle and easily broken. In addition, the DLC layer has higher ductility and toughness as the hydrogen content increases, but the hardness decreases and the wear resistance decreases. Therefore, by setting the hydrogen content to 10 to 30 at%, it is possible to achieve both wear resistance, toughness, and ductility of the DLC layers 36A and 36B.
[E]第5の実施の形態(図7)
図7は、本発明に係る回転機の軸受構造における第5の実施の形態が適用された軸受を示す断面図である。この第5の実施の形態において、前記第1の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[E] Fifth embodiment (FIG. 7)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a bearing to which the fifth embodiment of the bearing structure for a rotating machine according to the present invention is applied. In the fifth embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description is simplified or omitted.
本実施の形態の軸受40が前記第1の実施の形態の軸受10と異なる点は、ロータ11の周方向に2分割された各軸受台金12A、12Bの内側面14A、14B側が、ロータ11の周方向に複数に分割されて複数のセグメント41が形成されたセグメント構造に構成され、各セグメント41の内側面42に金属層16、第1中間層17、第2中間層18、DLC層19が順次積層されて摺動部材15が形成され、前記軸受台金12A、12Bがボルト13により締結された点である。
The bearing 40 of the present embodiment is different from the bearing 10 of the first embodiment in that the
各セグメント41は、軸受台金12A、12Bの内側面14A、14Bに軸受40の軸方向に延びる複数本の溝43が形成されることで、各溝43に挟まれた領域に形成される。また、セグメント41の内側面42は、実質的に前記内側面14A、14Bと同義である。同様に、摺動部材15、金属層16、第1中間層17、第2中間層18、DLC層19、摺動面24もそれぞれ、第1実施の形態の摺動部材15A及び15B、金属層16A及び16B、第1中間層17A及び17B、第2中間層18A及び18B、DLC層19A及び19B、摺動面24A、24Bと同義である。
Each
従って、本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態の効果(1)〜(5)と同様な効果を奏するほか、次の効果(10)を奏する。 Therefore, according to this embodiment, in addition to the same effects (1) to (5) as in the first embodiment, the following effect (10) is achieved.
(10)各軸受台金12A、12Bの内側面14A、14B側に複数のセグメント41が形成され、これらの各セグメント41に金属層16、第1中間層17、第2中間層18、DLC層19が順次積層されて摺動部材15が形成されたので、各セグメント41の内側面42上の摺動部材15は、ロータ11の周方向に互いに分離されている。このため、回転機の起動・停止に伴って摺動部材15に発生する、熱膨張による熱歪みを低減できると共に、この熱歪みの集中も緩和できる。この結果、DLC層19に作用する熱応力を低減でき、その長寿命化及び高信頼性を実現できる。
(10) A plurality of
[F]第6の実施の形態(図8)
図8は、本発明に係る回転機の軸受構造における第6の実施の形態が適用された軸受を示す断面図である。この第6の実施の形態において、前記第1及び第5の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[F] Sixth embodiment (FIG. 8)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a bearing to which the sixth embodiment of the bearing structure for a rotating machine according to the present invention is applied. In the sixth embodiment, the same parts as those in the first and fifth embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description will be simplified or omitted.
本実施の形態の軸受45が前記第1の実施の形態の軸受10と異なる点は、ロータ11の周方向に2分割された各軸受台金12A、12Bの内側面14A、14Bに、Fe、Cu合金またはAl合金製の複数のパッド台金46が、ピボット47を用いて点支持され、各パッド台金46の内側面48に、金属層16、第1中間層17、第2中間層18、DLC層19が順次積層されて摺動部材15が形成され、前記軸受台金12A、12Bがボルト13により締結された点である。
The difference between the bearing 45 of the present embodiment and the bearing 10 of the first embodiment is that the
従って、本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態の効果(1)〜(5)を奏するほか、次の効果(11)及び(12)を奏する。 Therefore, according to this embodiment, in addition to the effects (1) to (5) of the first embodiment, the following effects (11) and (12) are obtained.
(11)軸受台金12A、12Bの内側面14A、14Bに点支持された複数のパッド台金46のそれぞれに金属層16、第1中間層17、第2中間層18、DLC層19が順次積層されて摺動部材15が形成されたので、各摺動部材15が互いに分離されている。このため、回転機の起動・停止に伴って摺動部材15に発生する、熱膨張による熱歪みを低減できると共に、この熱歪みの集中も緩和できる。この傾向は、パッド台金46の厚さが薄い場合や、パッド台金46が熱伝導率の高いCu合金またはAl合金である場合には、冷却性能が向上してDLC層19の温度上昇が抑制されるので顕著となる。従って、これらの結果、DLC層19に作用する熱応力を低減でき、その長寿命化及び高信頼性を実現できる。
(11) The
(12)金属層16、第1中間層17、第2中間層18、DLC層19が積層されるパッド台金46は、軸受台金12A、12Bに比べて小部品であるため、金属層16を溶射させる装置、第1中間層17、第2中間層18、DLC層19をそれぞれスパッタリング法により蒸着させる装置を小型化でき、コストを低減できる。
(12) The
10 軸受
11 ロータ(回転子)
12A、12B 軸受台金
13 ボルト
15、15A、15B 摺動部材
16、16A、16B 金属層
17、17A、17B 第1中間層
18、18A、18B 第2中間層
19、19A、19B DLC層
20 20A、20B 中間層
22A、22B 湾曲面
25 軸受
26A、26B 第2中間層
27A、27B 傾斜組成層
30 軸受
31A、31B 第3中間層
35 軸受
36A、36B DLC層
40 軸受
41 セグメント
42 内側面
45 軸受
46 パッド台金
47 ピボット
48 内側面
10 Bearing 11 Rotor (Rotor)
12A, 12B
Claims (10)
Fe系金属からなる軸受台座と、
前記軸受台座上に金属層、中間層、ダイヤモンドライクカーボン層が順次積層されてなり、
前記金属層がCu、Al、またはこれらの少なくとも一つを主成分とする合金からなり、
前記中間層が、前記金属層側の第1中間層と、前記ダイヤモンドライクカーボン層側の第2中間層とを有してなり、
前記第1中間層がCrを主成分として構成されたことを特徴とする回転機の軸受構造。 A bearing structure for a rotating machine that supports the rotor of the rotating machine,
A bearing base made of Fe-based metal;
A metal layer, an intermediate layer, and a diamond-like carbon layer are sequentially laminated on the bearing pedestal,
The metal layer is made of Cu, Al, or an alloy mainly containing at least one of these,
The intermediate layer has a first intermediate layer on the metal layer side and a second intermediate layer on the diamond-like carbon layer side,
A bearing structure for a rotating machine, wherein the first intermediate layer is composed mainly of Cr.
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- 2008-09-30 JP JP2008252807A patent/JP2010084821A/en active Pending
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