(57)【要約】【課題】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こと。【解決手段】回転機のロータ１１を軸支する回転機の軸受構造であって、軸受台金１２Ａ、１２Ｂの内側面１４Ａ、１４Ｂに金属層１６Ａ、１６Ｂ、中間層２０Ａ、２０Ｂ、ＤＬＣ層１９Ａ、１９Ｂが順次積層されてなり、軸受台金が構造用鋼、軟質などのＦｅ系金属からなり、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、中間層が、金属層に結合される第１中間層１７Ａ、１７Ｂと、ＤＬＣ層に結合される第２中間層１８Ａ、１８Ｂとを有してなり、第１中間層がＣｒを主成分として構成されたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【特許文献１】特開２００５−３３７３９６号公報
【特許文献２】特開２００６−２３４１４７号公報
【特許文献３】特開２００４−７６７５６号公報
【特許文献４】特開２００１−３１６８００号公報
【特許文献５】特開２０００−８１５５号公報
【特許文献６】特開２００７−１２７２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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。
【発明の効果】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
［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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【表１】
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【００４６】
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。
【００４７】
（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。
【００４８】
（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。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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。
【００５１】
（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。
【００５２】
［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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【表２】
2010084821.tif 000004
【００６８】
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。
【００６９】
（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。
【００７０】
（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。
【００７１】
［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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
試験結果を表３に示す。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【表３】
2010084821.tif 000005
【００８０】
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。
【００８１】
（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。
【００８２】
［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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【表４】
2010084821.tif 000006
【００８９】
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。
【００９０】
（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。
【００９１】
［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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
（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。
【００９６】
［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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
（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。
【０１００】
（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。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】図１のＩＩＩ部拡大断面図。
【図４】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。
【図５】図４のＶ部拡大断面図。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】従来の軸受を示す断面図。
【図１０】従来の他の軸受を示す断面図。
【符号の説明】
【０１０２】
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
【図１】
2010084821.tif 000007
【図２】
2010084821.tif 000008
【図３】
2010084821.tif 000009
【図４】
2010084821.tif 000010
【図５】
2010084821.tif 000011
【図６】
2010084821.tif 000012
【図７】
2010084821.tif 000013
【図８】
2010084821.tif 000014
【図９】
2010084821.tif 000015
【図１０】
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