JP2010084821A - Bearing structure of rotary machine - Google Patents

Bearing structure of rotary machine Download PDF

Info

Publication number
JP2010084821A
JP2010084821A JP2008252807A JP2008252807A JP2010084821A JP 2010084821 A JP2010084821 A JP 2010084821A JP 2008252807 A JP2008252807 A JP 2008252807A JP 2008252807 A JP2008252807 A JP 2008252807A JP 2010084821 A JP2010084821 A JP 2010084821A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layers
bearing
layer
intermediate layer
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008252807A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Ishiwatari
裕 石渡
Toshiaki Fuse
俊明 布施
Kunihiko Wada
国彦 和田
Hitoshi Katayama
仁 片山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2008252807A priority Critical patent/JP2010084821A/en
Publication of JP2010084821A publication Critical patent/JP2010084821A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide bearing structure of a rotary machine capable of preventing damage due to a heat load applied when starting and stopping the rotary machine and a high-load condition of the rotary machine, having excellent sliding characteristics, stabilized in strength, and capable of improving reliability of a bearing. <P>SOLUTION: Bearing structure of a rotary machine, which pivotally supports a rotor 11 of the rotary machine, is structured by laminating metal layers 16A and 16B, intermediate layers 20A and 20B and DLC layers 19A and 19B in order on inside surfaces 14A and 14B of bearing base metals 12A and 12B. The bearing base metal is a structural steel and a soft Fe group metal. The metal layer is formed from Cu, Al or a Cu-based or Al-based alloy. The intermediate layers have first intermediate layers 17A and 17B and second intermediate layers 18A and 18B connected to the DLC layers, and the first intermediate layer is mainly composed of Cr. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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 bearing base metal 101A, 101B made of structural steel and the bearing metal 102A, 102B, Copper layers 103A and 103B having an intermediate thermal expansion coefficient between the bearing metal and the structural steel are provided. According to the bearing 100 of this structure, it is possible to reduce the thermal stress acting on the bearing metals 102A and 102B.

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 bearing metal 106 is attached to the pad base metal 105 that is point-supported by using the pivot 104 on the bearing base metals 101A and 101B. In this way, the thermal stress acting on the bearing metal 106 is reduced. According to the bearing 107 of this structure, the temperature of the bearing metal 106 can be reduced by the stress acting on the bearing metal 106 due to the thermal stress deformation of the entire bearing and the improvement of the cooling efficiency by the pad base metal 105.

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 bearing 100, sliding surfaces 109 and 110 are formed on the inner side of the bearing metals 102A and 102B, and on the inner side of the bearing metal 106 in the bearing 107, and are in sliding contact with the rotor 108 via lubricant.

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。
特開2005−337396号公報 特開2006−234147号公報 特開2004−76756号公報 特開2001−316800号公報 特開2000−8155号公報 特開2007−127263号公報
The bearing described in Patent Document 6 has a structure in which a hard metal layer such as Cr or W, a hard composite layer composed of metal and C constituting this metal layer, and a DLC layer are sequentially laminated on the surface of the bearing base metal. Has been.
JP 2005-337396 A JP 2006-234147 A JP 2004-76756 A JP 2001-316800 A JP 2000-8155 A JP 2007-127263 A

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 bearing 100 described in Patent Document 1 shown in FIG. 9, although the thermal stress acting on the bearing metals 102A and 102B can be reduced by the interposition of the Cu layers 103A and 103B, the bearing metals 102A and 102B have remarkably high temperature strength. Since it is low, it is difficult to completely prevent the damage when it is subjected to many repeated cycles accompanying the start / stop of the rotating machine or exposed to high temperatures during long-term use.

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 bearing 107 described in Patent Document 2 shown in FIG. 10, although the cooling efficiency is increased by the pad structure and the temperature rise of the bearing metal 106 can be suppressed, the bearing metal 106 and the structural steel pad base metal 105 The thermal stress at the bonding interface due to the difference in thermal expansion cannot be sufficiently reduced.

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 bearings 100 and 107 described in Patent Documents 1 and 2, the characteristics of the bearing metals 102A, 102B, and 106 manufactured by the casting method are greatly affected by the casting conditions and the cooling conditions after casting, so that the strength varies. However, there is a problem that it is large and lacks reliability.

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 bearing 10 shown in FIG. 1 supports a rotor 11 as a rotor in a rotating machine such as a generator or a turbine with a lubricating oil (not shown) interposed therebetween, and is a bearing for high load and high rotation. It is. The bearing base as a base material of the bearing 10 has a substantially cylindrical shape, but is divided into two in the circumferential direction of the rotor 11, and the divided substantially semi-cylindrical bearing bases 12 </ b> A and 12 </ b> B are formed by bolts 13. It is concluded. The bearing bases 12A and 12B fastened by the bolt 13 allow the rotor 11 to pass through the lubricating oil by sliding members 15A and 15B (described later) provided on the inner arcuate inner surfaces 14A and 14B of the respective inner circular arc surfaces. Pivot. Here, each bearing base 12A and 12B is comprised from Fe-type metals, such as structural steel and mild steel.

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 member 15A includes a metal layer 16A, a first intermediate layer 17A, a second intermediate layer 18A, and a diamond-like carbon layer (hereinafter simply referred to as DLC) on the inner surface 14A of the bearing base 12A. 19A) (hereinafter abbreviated as layers) are sequentially stacked. The sliding member 15B is configured by sequentially laminating a metal layer 16B, a first intermediate layer 17B, a second intermediate layer 18B, and a DLC layer 19B on the inner side surface 14B of the bearing base 12B. The first intermediate layer 17A and the second intermediate layer 18 constitute an intermediate layer 20A, and the first intermediate layer 17B and the second intermediate layer 18B constitute an intermediate layer 20B.

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 surfaces 24A and 24B are formed on the inner sides of the DLC layers 19A and 19B so as to be in sliding contact with the rotor 11 through the lubricating oil. The DLC layers 19A and 19B are usually formed to a thickness of about 0.1 μm to 3 μm by a sputtering method or the like.

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 inner side surface 14A of the bearing base metal 12A and the inner side surface 14B of the bearing base metal 12B by thermal spraying.

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 ductile metal layers 16A and 16B, vibrations and shocks acting on the DLC layers 19A and 19B are absorbed and alleviated, and damage to the DLC layers 19A and 19B due to vibrations and shocks is prevented. The

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 metal layers 16A and 16B have high thermal conductivity, heat generated in the DLC layers 19A and 19B due to sliding with the rotor 11 can be efficiently released to the bearing base metals 12A and 12B and the lubricating oil. It becomes possible. Thereby, the temperature rise of the DLC layers 19A and 19B is suppressed, and the generation of thermal stress is reduced. As a result, damage to the DLC layers 19A and 19B is prevented even with respect to the thermal load associated with the start / stop of the rotating machine.

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 metal layers 16A and 16B are Cu alloy or Al alloy. Therefore, the DLC layers 19A and 19B are deformed from the metal layers 16A and 16B. The situation where it cannot be followed and it breaks is avoided.

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 intermediate layers 17A and 17B are composed mainly of Cr, and the second intermediate layers 18A and 18B are composed mainly of at least one of W, Mo, and Ti. The first intermediate layers 17A and 17B and the second intermediate layers 18A and 18B are more ductile than the DLC layers 19A and 19B, and are harder than the metal layers 16A and 16B. Accordingly, even when a high load is applied to the DLC layers 19A and 19B, the deformation of the DLC layers 19A and 19B can be suppressed, so that the DLC layers 19A and 19B can be prevented from being damaged or separated.

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 intermediate layer 17A is composed mainly of Cr, the first intermediate layer 17A and the metal layers 16A and 16B have good adhesion because the first intermediate layer 17A is familiar with the metal layers 16A and 16B and is easily bonded. Can be increased. Furthermore, since W, Mo, and Ti constituting the second intermediate layers 18A and 18B are familiar and easily combined with the DLC layers 19A and 19B, the adhesion between the second intermediate layers 18A and 18B and the DLC layers 19A and 19B. Can be increased. The first intermediate layers 17A and 17B and the second intermediate layers 18A and 18B are formed to a thickness of about 0.5 μm to 5 μm by sputtering.

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 intermediate layers 18A and 18B have smaller thermal expansion coefficients than the first intermediate layers 17A and 17B and the metal layers 16A and 16B, and are similar to the DLC layers 19A and 19B. Therefore, even if a thermal load is applied to the DLC layers 19A and 19B as the rotating machine is started and stopped, the thermal stress generated in the DLC layers 19A and 19B can be reduced, and damage such as cracks can be prevented.

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 bolts 13. At this time, as shown in FIG. 3, the coupling surfaces 21A and 21B of the bearing base metals 12A and 12B come into contact with each other, but the sliding members 15A and 15B formed on the inner side surfaces 14A and 14B of the bearing base metals 12A and 12B. They are configured in a non-contact manner. That is, curved surfaces 22A and 22B having a radius of curvature R are formed at the inner ends of the coupling surfaces 21A and 21B in the bearing bases 12A and 12B. Since the curved surfaces 22A and 22B are formed continuously with the inner side surfaces 14A and 14B, sliding members 15A and 15B are formed on the curved surfaces 22A and 22B as well as the inner side surfaces 14A and 14B. Accordingly, portions of the sliding members 15A and 15B formed on the curved surface 22A of the bearing base 12A and the curved surface 22B of the bearing base 12B are brought into a non-contact state when fastened by the bolt 13.

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 members 12A and 12B are fastened by the bolts 13, the sliding members 15A and 15B are brought into a non-contact state, so that the distortion due to the thermal expansion of the sliding members 15A and 15B accompanying the start / stop of the rotating machine is caused. The absorbed thermal stress acting on the DLC layer 19A of the sliding member 15A and the DLC layer 19B of the sliding member 15B can be reduced, and the DLC layers 19A and 19B can be prevented from being damaged such as cracks.

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 bearing 10 of the present embodiment will be described.

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 Cu metal layers 16A and 16B are formed on the inner surfaces 14A and 14B of the bearing bases 12A and 12B made of structural steel by thermal spraying, and the first intermediate layer is formed on the surfaces of the metal layers 16A and 16B. A Cr layer as layers 17A and 17B and a W layer as second intermediate layers 18A and 18B are sequentially formed by sputtering, and DLC layers 19A and 19B are further formed by sputtering on the surfaces of second intermediate layers 18A and 18B. It was. The bearing bases 12A and 12B to which the sliding members 15A and 15B were applied in this way were fastened by the bolts 13 to obtain the bearing 10 (Example 1).

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 bearings 10 and a sliding test was performed by rotating the shaft 23 in lubricating oil. At this time, a load is applied to the central portion of the shaft 23 to cause the surface pressure simulating an actual machine to act on the sliding members 15A and 15B of the bearing 10, and the surface pressure acting on the sliding members 15A and 15B is instantaneously applied. The test was carried out by changing the pressure to ½ times and 1.5 times the predetermined surface pressure. After the test, the presence or absence of damage occurring in the sliding members 15A, 15B, etc. was visually confirmed.

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 bearing metals 102A and 102B were formed by centrifugal casting on the inner surfaces of the bearing bases 101A and 101B made of structural steel. A similar test was performed on the bearing 10 (Example 2) using a Cu alloy as the metal layers 16A and 16B and the bearing 10 (Example 3) using an Al-Mg-Si alloy.

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 bearing metals 102A and 102B, no abnormality was found on the sliding surface 109 of the bearing metals 102A and 102B until the number of repetitions of starting and stopping of the rotating machine was 200 cycles. In the cycle, remarkable plastic deformation marks were observed on the sliding surface 109.

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 metal layers 16A and 16B having excellent thermal conductivity, the temperature rise of the sliding surfaces 24A and 24B of the DLC layers 19A and 19B is suppressed, and the starting and stopping of the rotating machine is repeated. No damage such as peeling was observed in the DLC layers 19A and 19B up to 500 cycles, but damage due to peeling was observed in a part of the DLC layers 19A and 19B in 1000 cycles.

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。

Figure 2010084821
In Examples 2 and 3, by using a highly hard Cu alloy or Al alloy as the metal layers 16A and 16B, the DLC layers 19A and 19B can be applied to the DLC layers 19A and 19B even when the number of times of starting and stopping the rotating machine is 1000 cycles. It was found that no damage such as peeling was observed, and deformation of the DLC layers 19A and 19B could be suppressed.
Figure 2010084821

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 metal layers 16A and 16B absorb and mitigate vibrations and shocks acting on the DLC layers 19A and 19B, damage to the DLC layers 19A and 19B due to vibrations and shocks can be prevented. From these things, the reliability of the bearing 10 can be improved.

(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 metal layers 16A and 16B, or an alloy containing these as a main component has a significantly higher thermal conductivity than the conventional bearing metals 102A, 102B and 106, so that the DLC layers 19A and 19B By releasing the generated heat to the bearing bases 12A and 12B and the lubricating oil, the temperature rise of the DLC layers 19A and 19B can be suppressed, and the thermal stress generated in the DLC layers 19A and 19B can be reduced. Further, W, Mo, and Ti constituting the second intermediate layers 18A and 18B have smaller thermal expansion coefficients than the metal layers 16A and 16B and the first intermediate layers 17A and 17B, and are comparable to the DLC layers 19A and 19B. The generation of thermal stress in the DLC layers 19A and 19B can be suppressed. As a result, even if the heat load accompanying the start / stop of the rotating machine acts on the DLC layers 19A and 19B, the DLC layers 19A and 19B can be prevented from being damaged.

(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 intermediate layers 17A and 17B and W, Mo and Ti constituting the second intermediate layers 18A and 18B are harder than the metal layers 16A and 16B, the bearing 10 has a high load. Since the deformation of the DLC layers 19A and 19B can be suppressed even under the conditions where the above acts, the peeling and damage of the DLC layers 19A and 19B can be prevented.

(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 metal layers 16A and 16B are Cu alloy or Al alloy harder than pure Cu or pure Al, the metal layers 16A and 16B are also formed even when a large impact force acts on the DLC layers 19A and 19B. Since it is difficult to deform, it is possible to prevent damage caused by the DLC layers 19A and 19B being unable to follow the deformation of the metal layers 16A and 16B.

(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 bearing bases 12A and 12B are fastened by the bolts 13, the sliding members 15A and 15B of the bearing 10 are in a non-contact state, and therefore the heat of the sliding members 15A and 15B accompanying the start / stop of the rotating machine Distortion due to expansion is absorbed, thermal stress acting on the DLC layer 19A of the sliding member 15A and the DLC layer 19B of the sliding member 15B can be reduced, and damage such as cracks can be prevented in the DLC layers 19A and 19B.

[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 intermediate layers 18A and 18B mainly composed of W, Mo and Ti, TiC, TiN, TiCN, The second intermediate layer 26A, 26B made of ceramics containing at least one of SiC as a main component is provided.

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 intermediate layers 26A and 26B are also easily familiar with the DLC layers 19A and 19B, and have high adhesion to the DLC layers 19A and 19B. Further, the ceramics constituting the second intermediate layers 26A, 26B are harder than W, Mo, Ti constituting the second intermediate layers 18A, 18B of the first embodiment. For example, the Vickers hardness is about 300 to 400 for W, Mo, and Ti, and about 1500 for the ceramics. Therefore, when the second intermediate layers 26A and 26B are used, the second intermediate layers 26A and 26B are not easily deformed even when a high load is applied to the DLC layers 19A and 19B, and thus the DLC layers 19A and 19B are not deformed. Peeling and damage are prevented.

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 intermediate layers 26A and 26B are formed by sputtering together with the first intermediate layers 17A and 17B. In one embodiment, the second intermediate layers 26A and 26B are configured to have a continuous structure with respect to the first intermediate layers 17A and 17B. In this embodiment, the first intermediate layers 17A and 17B are coupled via the gradient composition layers 27A and 27B (FIG. 5). In the graded composition layers 27A and 27B, the composition ratio between Cr, which is the main component of the first intermediate layers 17A, 17B, and ceramics, which is the main component of the second intermediate layers 26A, 26B, gradually changes. The intermediate layer 17A, 17B gradually decreases toward the second intermediate layer 26A, 26B, and the ceramic gradually increases from the first intermediate layer 17A, 17B toward the second intermediate layer 26A, 26B.

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 intermediate layer 26A, 26B of one embodiment, three evaporators are installed in the same chamber, Cr is attached as a target to the first evaporator, and the target is attached to the second evaporator. C (carbon) is attached to the third evaporation device, for example, using Ti as a target. Next, the first evaporator is energized to evaporate Cr and deposit it on the surfaces of the metal layers 16A and 16B, thereby forming the first intermediate layers 17A and 17B. After the current supply to the first evaporator is cut off, the second and third evaporators are supplied to evaporate Ti and C, and TiC is deposited on the surfaces of the first intermediate layers 17A and 17B. Intermediate layers 26A and 26B are formed.

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 intermediate layers 17A and 17B and the second intermediate layers 26A and 26B are continuously formed in the same chamber, so that Cr as the main component of the first intermediate layers 17A and 17B and the second intermediate layer are formed. 26A and 26B main component ceramics (for example, TiC) become a continuous structure, and the bond strength at the interface between them increases.

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 intermediate layers 26A and 26B are formed according to the other forms, first, as in the case of the one form, three evaporators are installed in the same chamber, and the first evaporator is used as a target. Cr is attached, C is attached as a target to the second evaporator, and Ti is attached as a target to the third evaporator. Next, the first evaporator is energized to evaporate Cr and deposit it on the surfaces of the metal layers 16A and 16B, thereby forming the first intermediate layers 17A and 17B.

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 gradient composition layers 27A and 27B are formed by vapor deposition on the surfaces of the first intermediate layers 17A and 17B. Thereafter, the energization to the first evaporator is cut off, the rated energization to the second and third evaporators is performed to evaporate only Ti and C, and TiC is deposited on the surfaces of the gradient composition layers 27A and 27B. The second intermediate layers 26A and 26B are formed by vapor deposition.

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 intermediate layers 17A and 17B and the second intermediate layers 26A and 26B are formed in the same chamber, the gradient composition layers 27A and 27B are formed between the first intermediate layer 17A and the second intermediate layer 26A and 26B. It is possible to reduce the thermal stress caused by the difference in thermal expansion between the first intermediate layers 17A and 17B and the second intermediate layers 26A and 26B.

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 bearing 25 of the present embodiment will be described.

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 Cu metal layers 16A and 16B are formed on the inner surfaces 14A and 14B of the bearing bases 12A and 12B made of structural steel by thermal spraying, and the first intermediate layer is formed on the surfaces of the metal layers 16A and 16B. A Cr layer as layers 17A and 17B and a TiC layer as second intermediate layers 26A and 26B are sequentially formed by sputtering, and DLC layers 19A and 19B are further formed by sputtering on the surfaces of second intermediate layers 26A and 26B. It was. The bearing bases 12A and 12B to which the sliding members 15A and 15B were applied in this way were fastened by the bolts 13 to obtain a bearing 25 (Example 4).

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 bearings 25 and rotating the shaft 23 in lubricating oil. At this time, a load is applied to the central portion of the shaft 23 to cause the surface pressure simulating an actual machine to act on the sliding members 15A and 15B of the bearing 25, and the surface pressure acting on the sliding members 15A and 15B is instantaneously applied. The test was carried out by changing the pressure to ½ times and 2.0 times the predetermined surface pressure. After the test, the presence or absence of damage occurring in the sliding members 15A and 15B was visually confirmed.

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 composition layers 27A and 27B were formed between the first intermediate layers 17A and 17B and the second intermediate layers 26A and 26B (Example 5). Further, the same test was performed for Example 1 in which the second intermediate layer was W, and this was designated as Comparative Example 2.

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 members 15A and 15B, the deformation amount of the sliding surfaces 24A and 24B of the DLC layers 19A and 19B increases, and the frictional heat causes the sliding surfaces 24A and 24B to be deformed. The temperature rises and the thermal stress becomes severe. As a result, in Comparative Example 2 in which W was used for the second intermediate layer, the DLC layers 19A and 19B were not damaged such as peeling until the number of repetitions of starting and stopping of the rotating machine was 200 cycles, but 500 cycles Then, damage due to peeling was observed in a part of the DLC layers 19A and 19B.

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 intermediate layers 26A and 26B suppresses deformation of the DLC layers 19A and 19B, and repeatedly starts and stops the rotating machine. No damage such as peeling was observed in the DLC layers 19A and 19B up to 500 cycles, but damage due to peeling was observed in a part of the DLC layers 19A and 19B in 1000 cycles.

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。

Figure 2010084821
In Example 5, as a result of reducing the thermal stress by forming the gradient composition layers 27A and 27B between the first intermediate layers 17A and 17B and the second intermediate layers 26A and 26B, It was found that even when the number of start / stop cycles was 1000 cycles, no damage such as peeling was observed in the DLC layers 19A and 19B, and deformation suppression and thermal stress reduction of the DLC layers 19A and 19B could be realized.
Figure 2010084821

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 intermediate layers 26A and 26B, which are mainly composed of TiC, TiN, TiCN, and SiC and are harder than the second intermediate layers 18A and 18B, are formed. Even when a high load is applied to the layers 19A and 19B, the second intermediate layers 26A and 26B are not easily deformed, and as a result, peeling and damage of the DLC layers 19A and 19B can be prevented.

(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 intermediate layers 17A and 17B, and hard ceramics mainly composed of TiC, TiN, TiCN, and SiC are used as the second intermediate layers 26A and 26B, and the first intermediate layers 17A and 17B Since the gradient composition layers 27A and 27B are formed at the boundaries between the second intermediate layers 26A and 26B, the thermal stress concentration at the boundaries between the first intermediate layers 17A and 17B and the second intermediate layers 26A and 26B is reduced. Even if the temperature of the sliding surfaces 24A and 24B of the DLC layers 19A and 19B rises due to an increase in the surface pressure acting on the sliding members 15A and 15B, the DLC layers 19A and 19B and the second intermediate layers 26A and 26B can be relaxed. Can be prevented from peeling.

[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 bearings 10 and 25 of the first and second embodiments in that the first intermediate layers 17A and 17B mainly composed of Cr, TiC, TiN, TiCN, SiC The third intermediate layers 31A and 31B containing W, Mo and Ti as main components are formed between the second intermediate layers 26A and 26B containing as a main component.

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 intermediate layers 31A and 31B have the same configuration as the second intermediate layers 18A and 18B of the first embodiment, and are formed on the surface of the first intermediate layer 17A by a sputtering method. The second intermediate layers 26A and 26B are formed by sputtering on the surfaces of the third intermediate layers 31A and 31B. At this time, as in the second embodiment, the second intermediate layers 26A and 26B are formed on the third intermediate layers 31A and 31B. On the other hand, in the case of a continuous structure, and in the case of the same continuous structure, the composition is formed through a gradient composition layer (not shown in FIG. 6) similar to the gradient composition layers 27A and 27B. There is.

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 bearing 30 of the present embodiment will be described.

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 Cu metal layers 16A and 16B are formed on the inner surfaces 14A and 14B of the bearing bases 12A and 12B made of structural steel by thermal spraying, and the first intermediate layer is formed on the surfaces of the metal layers 16A and 16B. A Cr layer as layers 17A and 17B, a W layer as third intermediate layers 31A and 31B, and a TiC layer as second intermediate layers 26A and 26B are sequentially formed by sputtering, and the surfaces of second intermediate layers 26A and 26B are further formed. DLC layers 19A and 19B were formed by sputtering. The bearing bases 12A and 12B to which the sliding members 15A and 15B were applied in this way were fastened by the bolts 13 to obtain a bearing 30 (Example 6).

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 bearings 30 and a sliding test was performed by rotating the shaft 23 in lubricating oil. At this time, a load is applied to the central portion of the shaft 23 to cause the surface pressure simulating an actual machine to act on the sliding members 15A and 15B of the bearing 30, and the surface pressure acting on the sliding members 15A and 15B is instantaneously applied. Then, the temperature of the sliding surfaces 24A and 24B of the DLC layers 19A and 19B was increased by increasing the rotational speed of the shaft 23 to 1.2 times and changing the shaft pressure to 1/2 and 2.0 times the predetermined surface pressure. The test was carried out in the state. After the test, the presence or absence of damage occurring in the sliding members 15A and 15B was visually confirmed. A similar test was also performed when a gradient composition layer was formed at the boundary between the second intermediate layers 26A and 26B and the third intermediate layers 31A and 31B (Example 7). Further, the same test was performed for Example 4 as Comparative Example 3.

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 intermediate layer 26A, 26B, as described in the second embodiment, it is good for the increase in the surface pressure acting on the sliding members 15A, 15B. Showed a good result. However, as shown in Comparative Example 3 in Table 3, the number of repetitions of starting and stopping of the rotating machine with respect to the temperature rise of the sliding surfaces 24A and 24B of the DLC layers 19A and 19B due to the increase in the rotational speed of the shaft 23 However, no damage such as peeling was observed in the DLC layers 19A and 19B up to 100 cycles. However, when the number of repetitions was 200 cycles or more, the DLC layers 19A and 19B and the second intermediate layers 26A and 26B were partially peeled off. Damage was observed.

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。

Figure 2010084821
In Example 6 in which W is provided as the third intermediate layers 31A and 31B, the third intermediate layers 31A and 31B having a small thermal expansion coefficient are replaced with the first intermediate layers 17A and 17B and the second intermediate layers 26A and 26B. Is provided between the first intermediate layer 26A and the second intermediate layer 26A and the DLC layers 19A and 19B, and compressive residual stress is induced in the second intermediate layers 26A and 26B and the DLC layers 19A and 19B which are brittle in strength. Can be made. As a result, in the case of Example 6, the DLC layers 19A and 19B were not damaged such as peeling until the number of repetitions of starting and stopping of the rotating machine was 500 cycles, and the second intermediate layers 26A and 26B In Example 7, in which a gradient composition layer was formed at the boundary between the third intermediate layers 31A and 31B to further reduce thermal stress, no damage due to peeling or the like was observed in the DLC layers 19A and 19B even after 1000 cycles. .
Figure 2010084821

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 intermediate layers 31A, 31B having a smaller thermal expansion coefficient than the second intermediate layers 26A, 26B between the first intermediate layers 17A, 17B and the second intermediate layers 26A, 26B. Is provided to induce compressive residual stress in the second intermediate layers 26A, 26B and DLC layers 19A, 19B, which are brittle in strength, in the coating process of the third intermediate layers 31A, 31B and DLC layers 19A, 19B. As a result, the repetitive cycle characteristics associated with the start / stop of the rotating machine can be greatly improved.

[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 bearing 35 of the present embodiment will be described.

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 metal layers 16A and 16B of Cu-Cr alloy are sprayed on the inner side surfaces 14A and 14B of the bearing bases 12A and 12B made of structural steel, and the surfaces of the metal layers 16A and 16B are sprayed. A Cr layer as the first intermediate layers 17A and 17B and a W layer as the second intermediate layers 18A and 18B are sequentially formed by sputtering, and the DLC layers 36A and 36B are sputtered on the surfaces of the second intermediate layers 18A and 18B. The film was formed by the method. Bearing bearings 12A and 12B coated with such a coating were fastened with bolts 13 to obtain a bearing 35.

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 bearing 35, the DLC layers 36A and 36B having a hydrogen content of 10 at% were designated as Example 8, 20 at% as Example 9, and 30 at% as Example 10. The DLC layers 36A and 36B having a hydrogen content of 5 at% were used as Comparative Example 4, and the one with 40 at% was used as Comparative Example 5.

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 bearings 35, and a sliding test was performed by rotating the shaft 23 in lubricating oil. In this test, as described above, a load is applied to the central portion of the shaft 23 between the pair of bearings 35 to apply a surface pressure simulating an actual machine to the sliding surfaces 24A and 24B of the DLC layers 36A and 36B. The surface pressure applied to the sliding surfaces 24A and 24B was instantaneously changed to 1/2 times and 1.5 times the predetermined surface pressure.

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。

Figure 2010084821
The test results are shown in Table 4. In Comparative Example 4 in which the hydrogen content was too low, the DLC layers 36A and 36B were hard and brittle, so that cracks and partial omissions occurred after 100 cycles of the start / stop cycle of the rotating machine. On the contrary, in Comparative Example 3 in which the hydrogen content was too high, the DLC layers 36A and 36B were soft and thus worn or peeled off. On the other hand, in Examples 8 to 10 in which the hydrogen content is in the range of 10 to 30 at%, the DLC layers 36A and 36B were not damaged even when the number of repeated cycles was 500, and in particular, Examples 9 and 10 Thus, it can be seen that the DLC layers 36A and 36B are not damaged even after 1000 cycles.
Figure 2010084821

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 inner side surfaces 14A and 14B of the bearing base metals 12A and 12B divided into two in the circumferential direction of the rotor 11 are arranged on the rotor 11 side. Are formed in a segment structure in which a plurality of segments 41 are formed in the circumferential direction. The metal layer 16, the first intermediate layer 17, the second intermediate layer 18, and the DLC layer 19 are formed on the inner surface 42 of each segment 41. Are sequentially laminated to form the sliding member 15, and the bearing bases 12 A and 12 B are fastened by the bolts 13.

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 segment 41 is formed in a region sandwiched between the grooves 43 by forming a plurality of grooves 43 extending in the axial direction of the bearing 40 on the inner side surfaces 14A and 14B of the bearing bases 12A and 12B. The inner side surface 42 of the segment 41 is substantially synonymous with the inner side surfaces 14A and 14B. Similarly, the sliding member 15, the metal layer 16, the first intermediate layer 17, the second intermediate layer 18, the DLC layer 19, and the sliding surface 24 are respectively the sliding members 15A and 15B and the metal layer of the first embodiment. 16A and 16B, the first intermediate layers 17A and 17B, the second intermediate layers 18A and 18B, the DLC layers 19A and 19B, and the sliding surfaces 24A and 24B.

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 segments 41 are formed on the inner side surfaces 14A and 14B of the bearing bases 12A and 12B, and the metal layer 16, the first intermediate layer 17, the second intermediate layer 18, and the DLC layer are formed on each segment 41. Since 19 is sequentially laminated to form the sliding member 15, the sliding member 15 on the inner surface 42 of each segment 41 is separated from each other in the circumferential direction of the rotor 11. For this reason, it is possible to reduce the thermal strain caused by the thermal expansion generated in the sliding member 15 with the start / stop of the rotating machine, and to reduce the concentration of the thermal strain. As a result, the thermal stress acting on the DLC layer 19 can be reduced, and the lifetime and high reliability can be realized.

[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 inner surfaces 14A and 14B of the bearing base metals 12A and 12B divided into two in the circumferential direction of the rotor 11 have Fe, A plurality of pad bases 46 made of Cu alloy or Al alloy are point-supported using a pivot 47, and the metal layer 16, the first intermediate layer 17, and the second intermediate layer 18 are formed on the inner surface 48 of each pad base 46. The DLC layer 19 is sequentially laminated to form the sliding member 15, and the bearing bases 12 A and 12 B are fastened by the bolts 13.

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 metal layer 16, the first intermediate layer 17, the second intermediate layer 18, and the DLC layer 19 are sequentially formed on each of the plurality of pad base metals 46 point-supported on the inner side surfaces 14A and 14B of the bearing base metals 12A and 12B. Since the sliding members 15 are formed by being laminated, the sliding members 15 are separated from each other. For this reason, it is possible to reduce the thermal strain caused by the thermal expansion generated in the sliding member 15 with the start / stop of the rotating machine, and to reduce the concentration of the thermal strain. This tendency is that when the thickness of the pad base metal 46 is thin or the pad base metal 46 is made of Cu alloy or Al alloy having high thermal conductivity, the cooling performance is improved and the temperature rise of the DLC layer 19 is increased. Since it is suppressed, it becomes remarkable. Therefore, as a result of these, the thermal stress acting on the DLC layer 19 can be reduced, and its life extension and high reliability can be realized.

(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 pad base metal 46 on which the metal layer 16, the first intermediate layer 17, the second intermediate layer 18, and the DLC layer 19 are stacked is a small component compared to the bearing base metals 12A and 12B. The apparatus for thermally spraying, the apparatus for depositing the first intermediate layer 17, the second intermediate layer 18, and the DLC layer 19 by the sputtering method can be reduced in size, and the cost can be reduced.

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。Sectional drawing which shows the bearing to which 1st Embodiment in the bearing structure of the rotary machine which concerns on this invention was applied. 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。Sectional drawing which shows typically the structure of the sliding member in the bearing of FIG. 図1のIII部拡大断面図。The III section expanded sectional view of FIG. 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。Sectional drawing corresponding to FIG. 2 which shows typically the structure of a sliding member in the bearing to which 2nd Embodiment in the bearing structure of the rotary machine which concerns on this invention was applied. 図4のV部拡大断面図。The V section expanded sectional view of FIG. 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。Sectional drawing corresponding to FIG. 2 which shows typically the structure of a sliding member in the bearing to which 3rd Embodiment in the bearing structure of the rotary machine which concerns on this invention was applied. 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。Sectional drawing which shows the bearing to which 5th Embodiment in the bearing structure of the rotary machine which concerns on this invention was applied. 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。Sectional drawing which shows the bearing to which 6th Embodiment in the bearing structure of the rotary machine which concerns on this invention was applied. 従来の軸受を示す断面図。Sectional drawing which shows the conventional bearing. 従来の他の軸受を示す断面図。Sectional drawing which shows the other conventional bearing.

符号の説明Explanation of symbols

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 Bearing base metal 13 Bolt 15, 15A, 15B Sliding member 16, 16A, 16B Metal layer 17, 17A, 17B First intermediate layer 18, 18A, 18B Second intermediate layer 19, 19A, 19B DLC layer 20 20A , 20B Intermediate layer 22A, 22B Curved surface 25 Bearing 26A, 26B Second intermediate layer 27A, 27B Gradient composition layer 30 Bearing 31A, 31B Third intermediate layer 35 Bearing 36A, 36B DLC layer 40 Bearing 41 Segment 42 Inner side surface 45 Bearing 46 Pad base metal 47 Pivot 48 Inside surface

Claims (10)

回転機の回転子を軸支する回転機の軸受構造であって、
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.
前記第2中間層が、W、Mo、Tiの少なくとも一つを主成分として構成されたことを特徴とする請求項1に記載の回転機の軸受構造。 The bearing structure for a rotating machine according to claim 1, wherein the second intermediate layer is composed mainly of at least one of W, Mo, and Ti. 前記第2中間層が、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にて構成されたことを特徴とする請求項1に記載の回転機の軸受構造。 2. The bearing structure for a rotating machine according to claim 1, wherein the second intermediate layer is made of a ceramic mainly containing at least one of TiC, TiN, TiCN, and SiC. 前記第2中間層のセラミックスは、第1中間層に対して連続した組織構造に構成されたことを特徴とする請求項3に記載の回転機の軸受構造。 4. The bearing structure for a rotating machine according to claim 3, wherein the ceramic of the second intermediate layer has a continuous structure with respect to the first intermediate layer. 前記第1中間層と第2中間層との間には、前記第1中間層のCrと前記第2中間層のセラミックスとの組成比が漸次変化する傾斜組成層が形成されたことを特徴とする請求項3に記載の回転機の軸受構造。 A gradient composition layer in which a composition ratio of Cr of the first intermediate layer and ceramic of the second intermediate layer gradually changes is formed between the first intermediate layer and the second intermediate layer. The bearing structure for a rotating machine according to claim 3. 前記第1中間層とセラミックスを主成分とする第2中間層との間に、W、Mo、Tiの少なくとも一つを主成分とする第3中間層が形成されたことを特徴とする請求項3に記載の回転機の軸受構造。 The third intermediate layer mainly comprising at least one of W, Mo, and Ti is formed between the first intermediate layer and the second intermediate layer mainly containing ceramics. 4. A bearing structure for a rotating machine according to 3. 前記ダイヤモンドライクカーボン層の水素含有量が10〜30at%であることを特徴とする請求項1に記載の回転機の軸受構造。 The bearing structure for a rotating machine according to claim 1, wherein the diamond-like carbon layer has a hydrogen content of 10 to 30 at%. 前記基材は回転子の周方向に分割され、これらの分割された各基材がボルト締結されたときに、前記各基材どうしが接触し、これらの各基材に積層された金属層、中間層、ダイヤモンドライクカーボン層どうしが非接触に構成されたことを特徴とする請求項1に記載の回転機の軸受構造。 The base material is divided in the circumferential direction of the rotor, and when the divided base materials are bolted, the base materials are in contact with each other, and a metal layer laminated on each base material, 2. The bearing structure for a rotating machine according to claim 1, wherein the intermediate layer and the diamond-like carbon layer are configured so as not to contact each other. 前記基材は回転子の周方向に分割され、これらの分割された略半円筒形状の各基材の内側面側が複数に分割されてセグメント構造に構成され、各セグメントの内側面に金属層、中間層、ダイヤモンドライクカーボン層が順次積層され、分割された前記各基材がボルト締結されて構成されたことを特徴とする請求項1に記載の回転機の軸受構造。 The base material is divided in the circumferential direction of the rotor, the inner surface side of each of the divided substantially semi-cylindrical base materials is divided into a plurality of segments, and a metal layer is formed on the inner surface of each segment. 2. The bearing structure for a rotating machine according to claim 1, wherein an intermediate layer and a diamond-like carbon layer are sequentially laminated, and each of the divided base members is bolted. 前記基材は回転子の周方向に分割され、これらの分割された略半円筒形状の各基材の内側面に、Fe、Cu合金またはAl合金製の複数のパッド台金が点支持され、これらの各パッド台金の内側面に金属層、中間層、ダイヤモンドライクカーボン層が順次積層され、分割された前記各基材がボルト締結されて構成されたことを特徴とする請求項1に記載の回転機の軸受構造。 The base material is divided in the circumferential direction of the rotor, and a plurality of pad bases made of Fe, Cu alloy or Al alloy are point-supported on the inner surface of each of the divided substantially semi-cylindrical base materials, The metal layer, the intermediate layer, and the diamond-like carbon layer are sequentially laminated on the inner side surface of each pad base metal, and each of the divided base members is bolted and configured. Rotating machine bearing structure.
JP2008252807A 2008-09-30 2008-09-30 Bearing structure of rotary machine Pending JP2010084821A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008252807A JP2010084821A (en) 2008-09-30 2008-09-30 Bearing structure of rotary machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008252807A JP2010084821A (en) 2008-09-30 2008-09-30 Bearing structure of rotary machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010084821A true JP2010084821A (en) 2010-04-15

Family

ID=42248988

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008252807A Pending JP2010084821A (en) 2008-09-30 2008-09-30 Bearing structure of rotary machine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010084821A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101067323B1 (en) * 2010-12-02 2011-09-26 (주)동서기연 The bearing to tilting the pad to the stability
JP2016109165A (en) * 2014-12-03 2016-06-20 大同メタル工業株式会社 Sliding member, housing and bearing device
JP2017520779A (en) * 2014-06-30 2017-07-27 ローズマウント インコーポレイテッド Process pressure transmitter with seal with diamond-like carbon coating

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101067323B1 (en) * 2010-12-02 2011-09-26 (주)동서기연 The bearing to tilting the pad to the stability
JP2017520779A (en) * 2014-06-30 2017-07-27 ローズマウント インコーポレイテッド Process pressure transmitter with seal with diamond-like carbon coating
US10514311B2 (en) 2014-06-30 2019-12-24 Rosemount Inc. Process pressure transmitter with seal having diamond like carbon coating
JP2016109165A (en) * 2014-12-03 2016-06-20 大同メタル工業株式会社 Sliding member, housing and bearing device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5576596B2 (en) Article having protective film and method thereof
US9957826B2 (en) Stiffness controlled abradeable seal system with max phase materials and methods of making same
US7832933B2 (en) Wear resistant foil bearing assembly
KR20080082506A (en) Rotor and stator assemblies that utilize magnetic bearings for use in corrosive environments
KR20080082507A (en) Method for testing a rotor and stator assembly
US20120128284A1 (en) Slide bearing, a manufacturing process and an internal combustion engine
US7748601B2 (en) Brazed articles, braze assemblies and methods therefor utilizing gold/copper/nickel brazing alloys
EP2028348A2 (en) Structures for damping of turbine components
GB2270722A (en) Bearings.
CA2675107A1 (en) Device for protecting components having a flammable titanium alloy from titanium fire and production method therefor
JP2011036917A (en) Friction welding method
JP2013002559A (en) Thrust bearing device of exhaust turbocharger
JP2010084821A (en) Bearing structure of rotary machine
WO2017065181A1 (en) Foil bearing
JP5951801B2 (en) Turbomachine component having a separate joint and steam turbine having the turbomachine component
JP2006336674A (en) Direct supporting connecting rod and method of manufacturing the same
JP2012097592A (en) Steam valve device
JP2008169939A (en) Rolling bearing for vacuum pump and vacuum pump using it
US8118989B2 (en) Methods of bonding pure rhenium to a substrate
JP2007155022A (en) Rolling device
JPWO2018143138A1 (en) Rolling bearing
US10794210B2 (en) Stiffness controlled abradeable seal system and methods of making same
US20090011276A1 (en) Silver/aluminum/copper/titanium nickel/brazing alloys for brazing wc-co to titanium and alloys thereof, brazing methods, and brazed articles
JP2017075680A (en) Foil bearing
US9719360B2 (en) Turbomachine component having a functional coating

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20100424