(57)【要約】  本発明は、高温（７００〜９００℃）環境で無給油状態で高速作動する回転軸等の作動体が、ベアリングとの接触による摩擦、発熱及び摩耗に対して十分耐えることができるように、作動体にコーティングされる耐熱、耐摩耗、低摩擦特性を有するコーティング剤に関する。本発明のコーティング剤は、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）２０〜４０重量％、結合剤４０〜６０重量％、二硫化タングステン（ＷＳ2）１０〜２０重量％、及び銀（Ａｇ）１０〜２０重量％を含む。結合剤は、ニッケル（Ｎｉ）６０〜８０重量％とクロム（Ｃｒ）２０〜４０重量％を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械装置の作動体の表面にコーティングされるコーティング剤であって、
酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）２０〜４０重量％、結合剤４０〜６０重量％、二硫化タングステン（ＷＳ2）１０〜２０重量％、および銀（Ａｇ）１０〜２０重量％を含むことを特徴とするコーティング剤。
【請求項２】
機械装置の作動体の表面にコーティングされるコーティング剤であって、
酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）２０〜４０重量％、結合剤３０〜５０重量％、二硫化タングステン（ＷＳ2）１０〜２０重量％、銀（Ａｇ）１０〜２０重量％、および酸化モリブデン（ＭｏＯ3）１０〜２０重量％を含むことを特徴とするコーティング剤。
【請求項３】
上記結合剤が、ニッケル（Ｎｉ）６０〜８０重量％とクロム（Ｃｒ）２０〜４０重量％とを含む、請求項１または２に記載のコーティング剤。
【請求項４】
上記結合剤が、さらにアルミニウム（Ａｌ）を０超え〜１０重量％含む、請求項３に記載のコーティング剤。
【請求項５】
（ａ）請求項１または請求項２記載のコーティング剤を粉砕する段階；
（ｂ）結合剤を粉砕する段階；
（ｃ）粉砕された上記結合剤を駆動体の表面に１次コーティングする段階；
（ｄ）粉砕された上記コーティング剤を上記結合剤の１次コーティング層上に２次コーティングする段階；そして
（ｅ）上記コーティング剤の２次コーティング層の表面をグラインディング及びポリッシングする段階からなることを特徴とするコーティング方法。
【請求項６】
上記結合剤が、ニッケル（Ｎｉ）６０〜８０重量％とクロム（Ｃｒ）２０〜４０重量％とを含む、請求項５に記載のコーティング方法。
【請求項７】
上記結合剤が、さらにアルミニウム（Ａｌ）を０超え〜１０重量％含む、請求項６に記載のコーティング方法。
【請求項８】
上記結合剤の１次コーティング層の厚さが３０〜５０μmであり、上記コーティング剤の２次コーティング層の厚さが２００〜２２０μmである、請求項５に記載のコーティング方法。
【請求項９】
上記段階（ｃ）と段階（ｄ）を２〜３回反復する、請求項５に記載のコーティング方法。
【請求項１０】
上記結合剤の１次コーティング層のそれぞれの厚さが３０〜５０μmであり、上記コーティング剤の２次コーティング層のそれぞれの厚さが３０〜５０μmである、請求項９に記載のコーティング方法。
【請求項１１】
上記１次コーティング及び２次コーティングがプラズマスプレーコーティング方式で行われる、請求項５に記載のコーティング方法。
【請求項１２】
上記プラズマスプレーコーティング時の電流が４５０〜５００Ａ、電圧が４０〜８０Ｖ、スタンドオフが９０〜１１０mm、第１反応ガスがアルゴン（Ａｒ）、第１反応ガス流量が７５〜８５scfh，第２反応ガスが水素（Ｈ2）、第２反応ガス流量が７〜１３scfh、粉砕された上記結合剤及びコーティング剤の移送量が２．５〜３lbs/hrである、請求項１１に記載のコーティング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコーティング剤に関する。より詳細には、高温（７００〜９００℃）環境で作動する回転軸等の作動体とこれを支持するベアリングとの間で発生する摩擦と摩擦による摩耗を最小化できるように、作動体にコーティングされる耐熱、耐摩耗、低摩擦特性を有するコーティング剤及びそのコーティング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速回転装置、例えば、航空機用空調システムの核心部品であるエアーサイクルマシン、ガスタービン、ターボチャージャーまたは補助動力装置等の回転軸を支持するために、空気の動的（hydrodynamic）特性を用いるエアーベアリングが多く用いられている。この一例として、バンプ形状のホイル（bump foil）を含み、バンプの形状により固有の剛性及び減衰特性を有するエアーホイルジャーナルベアリング（air foil journal bearing）がある。
【０００３】
図１は、従来の回転軸とエアーホイルジャーナルベアリングの設置構造を示す断面図である。
【０００４】
示された通り、エアーホイルジャーナルベアリング（１）は、ハウジング（２）と、ハウジング（２）の内面に沿って備えられるシンホイル（４）と、シンホイル（４）上に位置するバンプホイル（６）と、バンプホイル（６）上に備えられ、回転軸（９）の軸方向に対して垂直に作用する荷重を受けるトップホイル（８）とを備える。高温での耐久性及び作動信頼性を向上させるために、ホイル（４，６，８）は材料としてインコネルが使用されている。特に、回転軸（９）と直接当接するトップホイル（８）の表面には、ハイブリッドタイプの固体潤滑剤をコーティングする。この他にも、ゾル−ゲルコーティングあるいは二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）を含むコーティング剤をトップホイル（８）に適用することもできる。また、回転軸（９）の表面には炭化クロム（Ｃｒ3Ｃ2）を含むコーティング剤（９’）をハードコーティング方式でコーティングして耐摩耗性を向上させる。
【０００５】
ところが、上述した従来のコーティング材料は、５００℃以下の温度ではその機能を発揮することができるが、高温（７００〜９００℃）では発火あるいは熱による変形で潤滑能力を喪失するようになる。従って、７００〜９００℃の範囲の高温環境で、無給油状態で回転軸の高速回転時、特に回転軸の初期駆動あるいは停止時のベアリングとの接触による摩擦、発熱及び摩耗に対して十分耐えることができるコーティング剤及びコーティング剤の耐久性を長く維持できるようにするコーティング方法の開発が切実に要求されているのが実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題を解決するためのものであり、本発明の目的は、高温（７００〜９００℃）環境で、無給油状態で高速作動する回転軸等の作動体がベアリングと接触する際の摩擦、発熱及び摩耗に対して十分に耐えることができるように、作動体にコーティングされる耐熱、耐摩耗、低摩擦特性を有するコーティング剤を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、作動体にコーティングされるコーティング剤の耐久性を長く維持できるようにするコーティング方法を提供することである。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の一実施形態によるコーティング剤は、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）２０〜４０重量％、結合剤４０〜６０重量％、二硫化タングステン（ＷＳ2）１０〜２０重量％、および銀（Ａｇ）１０〜２０重量％を含む。
【０００９】
本発明の他の実施形態によるコーティング剤は、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）２０〜４０重量％、結合剤３０〜５０重量％、二硫化タングステン（ＷＳ2）１０〜２０重量％、銀（Ａｇ）１０〜２０重量％、および酸化モリブデン（ＭｏＯ3）１０〜２０重量％を含む。
【００１０】
望ましくは、結合剤は、ニッケル（Ｎｉ）６０〜８０重量％とクロム（Ｃｒ）２０〜４０重量％を含む。また、結合剤は、さらにアルミニウム（Ａｌ）を０超え〜１０重量％含むことができる。
【００１１】
本発明によるコーティング方法は、コーティング剤を粉砕する段階；結合剤を粉砕する段階；粉砕された結合剤を駆動体の表面に１次コーティングする段階；粉砕されたコーティング剤を結合剤の１次コーティング層上に２次コーティングする段階；そしてコーティング剤の２次コーティング層の表面をグラインディング及びポリッシングする段階からなる。
【００１２】
望ましくは、結合剤の１次コーティング層は厚さが３０〜５０μmであり、コーティング剤の２次コーティング層は厚さが２００〜２２０μmである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では添付された図面を参照し、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図２は、本発明によるコーティング剤がコーティングされた回転軸とエアーホイルジャーナルベアリングの設置構造を示す断面図である。
【００１５】
示された通り、回転軸（１９）を覆って支持するためのエアーホイルジャーナルベアリング（１０）は、ハウジング（１２）と、ハウジング（１２）の内面に沿って備えられるシンホイル（１４）と、シンホイル（１４）上に位置するバンプホイル（１６）と、バンプホイル（１６）上に備えられ、回転軸（１９）の軸方向に対して垂直に作用する荷重を受けるトップホイル（１８）とを備える。トップホイル（１８）は、ハウジング（１２）の内面に固定される固定端（１８ａ）と、バンプホイル（１６）上に延びる自由端（１８ｂ）とを備える。高温での耐久性及び作動信頼性を向上させるために、ホイル（１４，１６，１８）は材料としてインコネル、特にインコネルＸ−７５０が使用される。特に、回転軸（１９）と直接当接するトップホイル（１８）の表面には、耐熱、耐摩耗、低摩擦特性のハイブリッドタイプの固体潤滑剤をコーティングする。固体潤滑剤は、摺動する２つの表面上に固体状態の薄く、付着力のある層を形成して、摩擦と摩耗を減少させる機能を有する物質であり、耐熱及び耐久性等の能力も要求される。通常、工業的に広く用いられる固体潤滑剤には、層状構造やラメラ（lamella）構造を有するグラファイト（graphite）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）、二硫化タングステン（ＷＳ2）、高分子材料であるフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）等がある。
【００１６】
回転軸（１９）の表面には、回転軸（１９）の回転時、特に初期駆動及び停止時に回転軸（１９）とトップホイル（１８）との間に発生する摩擦を低減させるための本発明によるコーティング剤がコーティングされる。
【００１７】
次の表１は、本発明によるコーティング剤の組成物及び組成比を示したものである。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
本出願人によりコロナ９１０（CORONA 910）と命名された本発明のコーティング剤は、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）が２０〜４０重量％、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）が４０〜６０重量％、二硫化タングステン（ＷＳ2）が１０〜２０重量％、そして銀（Ａｇ）が１０〜２０重量％で構成される。また、コロナ９２０（CORONA 920）と命名された本発明の他のコーティング剤は、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）が２０〜４０重量％、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）が３０〜５０重量％、二硫化タングステン（ＷＳ2）が１０〜２０重量％、銀（Ａｇ）が１０〜２０重量％、そして酸化モリブデン（ＭｏＯ3）が１０〜２０重量％で構成される。
【００２０】
ここで、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）は、アルミナのような構造を有するセラミック材料で、最も高い硬度を有する酸化物の一つであり、その用途として伝統的に緑色の顔料として用いられていた。今日では、その優れた機械的特性、耐熱及び耐摩耗性、低摩擦特性を利用して、摺接が起こる作動体のコーティング剤として主に用いられている。また、似たような用途に用いられるタングステンカーバイド（Tungsten Carbide）、炭化チタン（Titanium Carbide）、窒化チタン（Titanium Nitride）、炭化クロム（Chronium Carbide）のような物質に比べ、高温の条件で酸化をより安定的に形成する。固体潤滑剤が高温の環境で用いられる時、潤滑性能に大きく影響を及ぼす成分の一つが酸化膜発生に対する影響であるが、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）の場合、既にＯ3状態の酸化膜形態を維持することにより、追加で生成される量が他の物質に比べて少なくなるが、これによりさらに安定的に潤滑剤の役割をすることができる。
【００２１】
二硫化タングステン（ＷＳ2）は、極低温領域から高温領域（−２７３℃〜１２００℃）まで用いられる固体潤滑剤である。特に高温の環境で用いられる場合、摩擦が起こる境界表面上に薄いコーティング層を形成し、潤滑性及び耐摩耗性を向上させることができる。類似の用途に用いられるグラファイト（Graphite）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）等に比べて優れた潤滑特性、耐腐食性、耐化学性等の特性を有し、空気中で用いられる時、摩擦係数（Friction Coefficient）は略０．１以下の値を有することが分かる（図３参照）。また、二硫化タングステン（ＷＳ2）は、グリース（grease）、オイル等と混合使用が可能であることが知られており、金属、セラミックス、プラスチック等の大部分の材料に適用が可能である。使用可能温度範囲は−２７３℃〜１２００℃であり、これまで高温用固体潤滑剤として用いられてきたＢａＦ／ＣａＦ（Barium fluoride, Calcium fluoride）の温度範囲（３５０℃〜９００℃）より広範囲である。
【００２２】
酸化モリブデン（ＭｏＯ3）は、セラミック系列の固体潤滑剤のうち強い結合構造を有する物質の一つであり、湿潤剤（wetting agent）に用いられる材料として表面張力を顕著に減少させ、特に粉末の結晶化を助けるものと知られている。酸化モリブデン（ＭｏＯ3）の使用可能温度範囲は３００℃〜１０００℃であり、測定された摩擦係数は０．１６〜０．２５の範囲にある。常温（２５℃）では、特別に優れた潤滑性能を示すには至らないが、３００℃以上、特に７００℃以上の高温で良好な潤滑性能を示す。
【００２３】
本発明では、１０００℃付近の高温まで耐えることができる固体潤滑剤の一つである銀（Ａｇ）をさらに含む。銀（Ａｇ）は、常温（２５℃）から高温（９６３℃）まで用いることができる固体潤滑剤であり、摩擦係数は約０．０９〜０．３に至る値を有する。
【００２４】
また、上記組成物間の接合力を増加させるためのバインダー（結合剤）として、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）が本発明によるコーティング剤に含まれる。結合剤は、ニッケル（Ｎｉ）６０〜８０重量％とクロム（Ｃｒ）２０〜４０重量％とを含む。また、結合剤はさらにアルミニウムを０超え〜１０重量％含むことができる。実施例では、ニッケル（Ｎｉ）７６重量％、クロム（Ｃｒ）１８重量％、そしてアルミニウム（Ａｌ）６重量％からなる結合剤を用いている。ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）は、プラズマスプレー用に用いられる物質のうちセルフバインディング性質に優れるだけでなく、高温環境での酸化及び腐食に対する抵抗力が相当に高い。エアーホイルベアリングに用いられる場合、コーティング剤はベアリング内部で発生する圧力値である略３０MN/m2の圧力を耐えることができる程度の結合力を有しなければならない。このような結合力を維持するためには、結合力を増加させる物質を用いなければならないが、上記ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）は３５MN/m２以上の圧力に耐えることができるので、適している。また、低摩擦効果を増進させるために、高温で効果的な固体潤滑剤を添加しなければならないが、一般に知られる固体潤滑剤は、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）等がある。
【００２５】
次の表２は、本発明によるコーティング剤（コロナ９１０，コロナ９２０）を作製するのに用いられる各組成物の粒径を示したものである。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２に示す通り、全ての組成物、即ち  Ｃｒ2Ｏ3、ＮｉＣｒ、ＷＳ2、Ａｇ、ＭｏＯ3の粒径は、１．７〜１２０μmの範囲である。
【００２８】
表１と表２に示した組成比及び粒径を有する上記組成物をボールミリング（Ball Milling）工程を通じて十分混合して粉砕し、粉砕された粉末を回転式噴霧乾燥機（Rotary Spray Dryer）を用いて乾燥する。ボールミリングや回転式噴霧乾燥機は、既に広く知られた技術であり、これに関する説明は省略する。もちろん、このような粉砕及び乾燥方式は、ボールミリング及び噴霧乾燥方式に限定されない。
【００２９】
図４は、本発明によるコーティング剤を回転軸（１９）に単層でコーティングした状態を示す図面である。
【００３０】
回転軸（１９）は、高温環境に適したインコネル（INCONEL）シリーズ、望ましくはインコネルＸ−７１８を使用する。図４に示される通り、回転軸（１９）の表面に略２５０μmの深さのアンダーカットコーティング部（１９ａ）を形成し、このアンダーカットコーティング部（１９ａ）上に３０〜５０μmの厚さのニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層（２２）とコーティング剤（コロナ９１０／９２０）を用いた２００〜２２０μmの厚さの耐摩耗層（２４）を順にコーティングする。ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層は、上述した通り、２つの接合対象物間の接合力を増大させるためのものであり、高温環境で酸化及び腐食に対する抵抗力が相当に高い物質である。望ましくは、この実施形態では、ニッケル（Ｎｉ）７６重量％、クロム（Ｃｒ）１８重量％、そしてアルミニウム（Ａｌ）６重量％からなるニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダーを用いたが、この組成比に限定されることはない。ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層（２２）形成のための粉末は、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）に対する上述したボールミリング工程と噴霧乾燥工程を通じて設けられる。ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層（２２）との接着強度は、３５MN/m2を維持する。
【００３１】
ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層（２２）形成のための粉末と耐摩耗層（２４）形成のための粉末（コロナ９１０／９２０）を、プラズマスプレーコーティング工程を通じて回転軸（１９）のアンダーカットコーティング部（１９ａ）上に順にコーティングする。プラズマスプレーコーティング技術は、よく知られるように、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ2）等の不活性ガスをアークでプラズマ化し、これをノズルから排出させて超高温、高速のプラズマジェットを熱源とする被膜形成技術である。即ち、回転軸（１９）に被膜を形成する粉末がプラズマ火花に注入されると、プラズマと粉末との間の相互作用により大量の熱量及び運動量がプラズマジェットから粉末に伝達される。プラズマジェットにより溶融、加速された粉末は、回転軸（１９）のアンダーカットコーティング部（１９ａ）またはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層（２２）に当接し、急冷凝固による機械的結合力で被膜を２００〜２２０μmの厚さに形成する。被膜形成は、プラズマスプレーコーティング以外のコーティング方法でも可能であるのはもちろんである。
【００３２】
次の表３は、本出願人が後述する数回の実験を通じ、本発明によるコーティング剤が最も優れた性能を有するようになるものとして立証されたプラズマスプレーコーティング条件である。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
ここで、括弧の中の数値は最適値を意味し、スタンドオフは、プラズマスプレーコーティング装置のノズルの噴出口から回転軸（１９）のアンダーカットコーティング部（１９ａ）までの距離を意味し、粉末移送タイプは、外部（External）からノズルの噴出口に向かい粉末が供給される方式である。
【００３５】
プラズマスプレーコーティング方式により形成されたコーティング層の表面は非常に粗いため、このような表面粗さの差による摩擦係数の差を減らさなければならない。このために、プラズマスプレーコーティング工程後、研削ホイール及びダイヤモンドペーストを用いたグラインディング及びポリッシング過程を通じ、コーティング層の表面粗さを望ましくは、２μmに調節する。
【００３６】
図５は本発明によるコーティング剤を、回転軸（１９）に複数の層にコーティングした状態を示す図面である。
【００３７】
示された通り、回転軸（１９）の表面に略２５０μmの深さに形成されたアンダーカットコーティング部（１９ａ）上にニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層（２２）をプラズマスプレーコーティング方式でボンドコーティングした後、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層（２２）上に本発明によるコーティング剤（コロナ９１０／９２０）を用いて、プラズマスプレーコーティング工程を通じて耐摩耗層（２４）を形成する。この時、耐摩耗層（２４）の適切な厚さ調節を通じ、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層（２２）と耐摩耗層（２４）との組合わせを二つ以上複数の層に形成する。この実施形態では、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層（２２）と耐摩耗層（２４）との組合わせを３層にし、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層（２２）と耐摩耗層（２４）の厚さをそれぞれ３０〜５０μmに設定したが、これは場合により変形が可能である。このような重層形態のコーティング方式は、上述した単層形態のコーティング方式（図４参照）よりも耐久性及び低摩擦性維持の点でさらに優れた効果を奏し、耐摩耗層（２４）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層（２２）及び回転軸（１９）間の結合力がより優れる。これは、単層のニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層（２２）が通常３５MN/m2の圧力に耐えることができるので、３層のコーティング形態の場合は、その三倍である１０５MN/m2の圧力に耐えることができるためである。即ち、このような高い結合力を有する重層方式のコーティング形態は、高温、高荷重、超高速の回転状況で回転軸の外部で発生する圧力に十分耐えられるようになる。
【００３８】
また、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）バインダー層（２２）と耐摩耗層（２４）の全体厚さである２５０μmの１０％に相当する２５μmは、高速回転装置の分野で略３０，０００サイクルの回転軸の耐摩耗層（２４）の摩耗制限値であることを考慮すると、最小３０μmの厚さの耐摩耗層（２４）のコーティング量は適当であるといえる。
【００３９】
図６は、コロナ９１０に使用された最終コーティング層の粉末の写真を示し、約４０〜５０μmの粉末粒径を維持していることを確認することができる。
【００４０】
図７は、本発明によるコーティング剤がコーティングされた回転軸に対する摩擦係数性能評価のための試験装置を概略的に示す図面である。
【００４１】
示された通り、性能試験装置（３０）は、回転軸（１９）と、これを支持する空気ホイルベアリング（１０）を収容する本体（３１）と、空気ホイルベアリング（１０）のハウジング（１２，図２参照）に荷重を加えるための荷重印加手段と、回転軸（１９）の回転時に発生するトルクを測定するためのトルクセンサ（３７）とからなる。
【００４２】
本体（３１）には、実際の高速回転装置で回転軸が回転する時の温度環境を再現することができるように、略１，２００℃まで熱を発生することができる発熱手段（３１ａ）と、６６，０００rpmまで回転軸（１９）を回転させることができる駆動手段（図示せず）、例えば、ＢＬＤＣモータとが装着される。
【００４３】
荷重印加手段は、一端が空気ホイルベアリング（１０）のハウジング（１２）の半径方向上端部外壁に結合し、他端が本体（３１）の外側に垂直延長されるロードバー（３２， load bar）と、ロードバー（３２）の他端に連結される一つ以上のローラ（３３）に懸架されるロープ（３４）と、ロープ（３４）の先端に連結され、ロードバー（３２）を図７を基準に上側に引張り荷重（本実施の形態では、１０kPa）を印加するための錘（３５）とを備える。ロープ（３４）の中間には、ベアリング（１０）のハウジング（１２）に加えられている荷重を測定するためのロードセンサ（３６）が備えられる。符号３８は、試験装置の作動前にロードバー（３４）が正確に垂直に配置できるようにロードバー（３４）に水平方向に所定の荷重を加えるための均衡錘である。
【００４４】
試験装置を作動する前の準備状態では、ロープ（３４）の他端に連結される錘（３５）の重さにより空気ホイルベアリング（１０）のハウジングが上側に引張られて回転軸（１９）の半径方向の下端部がベアリング（１０）のトップホイル（１８，図２参照）と接触した状態を維持する。回転軸（１９）を回転させると、回転軸（１９）とベアリング（１０）との間に外部空気が流入し、回転軸（１９）はベアリング（１０）のトップホイル（１８）から浮上するようになる。所定時間後、回転軸（１９）の回転を停止させると、回転軸（１９）の半径方向の下端部は再びベアリング（１０）のトップホイル（１８）と接触した状態に復帰する。試験は、本発明によるコロナ９１０コーティング層のコーティング回転軸（１９）を用いて、常温（２５℃）と高温（７００℃）の温度環境でそれぞれ行っている。図８で示した通り、加速（ＡＣＣ）、維持（ＣＯＮＳＴ）、減速（ＤＥＣ）及び待機（ＮＥＸＴ  ＳＴＥＰ）モードからなる一サイクルの時間は２６秒であり、維持モード時のモータ速度は１２，０００rpmにした。
【００４５】
図９は、性能試験装置の一サイクルで発生する回転軸（１９）のトルク変化を測定して示したグラフである。回転軸（１９）の始動時のトルク（Torque）と停止時のトルクは、それぞれ２８Ｎmmと３２Ｎmmであることが分かる。このように、回転軸（１９）の始動時のトルクと停止時のトルクが重要な理由は、回転軸（１９）が浮上した後は、回転軸（１９）と空気ホイルベアリングとの間に、それ以上の接触が起こらないため、空気ホイルベアリングの耐久性及び性能が回転軸（１９）の始動時と停止時の回転軸（１９）とベアリングのホイルの接触により発生する摩擦により最も大きな影響を受けるためである。
【００４６】
ロードセンサ（３６）を通じて測定した荷重Ｎとトルクセンサ（３７）を通じて測定したトルクＴから、回転軸（１９）の始動時と停止時の摩擦係数（Friction Coefficient）μを算出（μ＝Ｔ／Ｎ）することができ、これを図１０に示す。図１０は、２５℃の常温（図１０で、ＣＯＲＯＮＡ  ９１１と示される）と７００℃の高温（図１０で、ＣＯＲＯＮＡ  ９１７と示される）の環境下で、それぞれ３０，０００回の始動／停止（Start/Stop）サイクルの間に算出された摩擦係数値を示すグラフである。ＣＯＲＯＮＡ  ９１１の摩擦係数値は略０．４０７の値を有するが、ＣＯＲＯＮＡ  ９１７の摩擦係数値は、略０．１９２の値を有する。このことから本発明によるコーティング剤は、むしろ高温環境下でより良い効果を奏することが分かる。実際の高速回転装置も高温ガスにより十分予熱された状態で始動されるのが一般的なので、本発明によるコーティング剤は実際の適用でもよい効果を奏するようになる。
【００４７】
次の表４は、上述したような試験条件下で性能試験装置（３０）を用いて３０，０００サイクル作動後のＣＯＲＯＮＡ  ９１１とＣＯＲＯＮＡ  ９１７を適用した回転軸とエアーホイルベアリングの摩耗程度及び制限寿命予測を示したものである。
【００４８】
【表４】
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【００４９】
表４から分かるように、ＣＯＲＯＮＡ  ９１１の場合は、３０，０００サイクル作動後のベアリング（１０）のトップホイル（１８）と回転軸（１９）の摩耗が１０μm±２と示され、略７５，０００サイクル程度の制限寿命を予測することができる。ＣＯＲＯＮＡ  ９１７の場合は、ベアリング（１０）のトップホイル（１８）と回転軸（１９）の摩耗が５μm±２と示され、略１５０，０００サイクル程度の制限寿命を予測することができる。
【００５０】
以上のように、本発明による耐熱、耐摩耗、低摩擦特性を有するコーティング剤を高速回転装置の回転軸に適用することを例に挙げて説明したが、本発明は、回転運動だけでなく、スライディング運動等、互いに対向して摺動するあらゆる機械装置の要素に適用することができる。
【００５１】
本発明は、上記の実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上詳細に説明した通り、本発明による耐熱、耐摩耗、低摩擦特性を有するコーティング剤及びコーティング方法によると、優れた低摩擦特性と高い耐摩耗性能を有し、高温だけでなく常温の環境でもその使用が容易なので、本発明のコーティング剤が適用されるシステムの作動信頼性及び耐久性を増大させることができる効果がある。
【００５３】
また、ガスタービン、スチームタービンまたはディーゼル自動車に用いられるターボ過給機（turbo charger）等のように、高温の環境で高速の運転範囲を有するシステムにも適用が可能である。特に、既存のオイルベアリングに比べて摩擦が少ないため、過給機のターボラグ（turbo lag）現象を改善させることができ、エアーホイルベアリングの荷重支持能力と減衰性能を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来の回転軸とエアーホイルジャーナルベアリングの設置構造を示す断面図である。
【図２】本発明によるコーティング剤がコーティングされた回転軸とエアーホイルジャーナルベアリングの設置構造を示す断面図である。
【図３】本発明によるコーティング剤に含まれる二硫化タングステン（ＷＳ2）の摩擦性能を示すグラフである。
【図４】本発明によるコーティング剤を用いた耐摩耗層が回転軸に単層でコーティングされた状態を示す断面図である。
【図５】本発明によるコーティング剤を用いた耐摩耗層が回転軸に複数の層でコーティングされた状態を示す断面図である。
【図６】本発明によるコーティング剤を電子顕微鏡で拡大して示す図である。
【図７】本発明によるコーティング剤の性能を測定するための性能試験装置を概略的に示す図面である。
【図８】図７の性能試験装置を用いて、一サイクル作動時の時間による回転軸モータの速度変化を示すグラフである。
【図９】図７の性能試験装置の一サイクルで発生する回転軸のトルク変化を測定して示すグラフである。
【図１０】図７の性能試験装置を用いて２５℃の常温と７００℃の高温環境下でそれぞれ３０，０００回のサイクルの間に算出された摩擦係数値を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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