WO2004113748A1

WO2004113748A1 - 回転部材、筐体、軸受け、ギヤボックス、回転機械、軸構造および表面処理方法

Info

Publication number: WO2004113748A1
Application number: PCT/JP2004/008107
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Ochiai; Mitsutoshi Watanabe; Takashi Furukawa; Akihiro Goto; Masao Akiyoshi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2004-12-29
Anticipated expiration: 2005-12-11
Also published as: EP1640626B1; US20120009357A1; TWI252893B; EP1640626A4; JPWO2004113748A1; JP2010168660A; US20060280597A1; TW200506236A; EP1640626A1; EP2392833A1

Abstract

　　筐体（３）に対して回転自在に係合する回転部材（５）において、金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体を加熱処理した成形体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と前記回転部材（５）との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、前記筐体（３）に係合する係合部（１５）に、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる皮膜が形成されている。

Description

明細書

回転部材、筐体、軸受け、ギヤボックス、回転機械、軸構造および表面処理方法

技術分野

[0001] 本発明は、回転体の軸受けに係り、たとえば、ギヤボックスの筐体と前記ギヤボックスの回転部材との係合部に、金属の化合物の粉末から成形した成形体等を電極として、電極と前記回転部材との間にノ^レス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、前記係合部に電極材料の皮膜が形成されているものに関する。

[0002] また、たとえば、ガスタービンにおける圧縮機に備えた可変静翼の軸や、ターボチヤージャにおける可変タービンノズノレの可変翼の軸の構造及びその表面処理方法に係り、さらに詳細には、耐磨耗性、潤滑性を有するコーティング層を前記軸に備えた構造及びその表面処理方法に関する。

背景技術

[0003] 図 6は、従来のアクセサリ 'ドライブ ·ギヤボックス 200の概略構成を示す断面図である。

[0004] 航空機用のガスタービンのタービン軸によって、発電機、油圧ポンプ等の前記ガスタービンの装備品を駆動するための従来のアクセサリ 'ドライブ 'ギヤボックス 200は筐体 202を備えている。

[0005] また、ギヤ 204と一体的に構成された回転軸部材（回転部材） 206が、円筒コロ軸受け等の転がり軸受け 208を介して、前記筐体 202に対して回転自在に設けられている (たとえば、社団法人日本航空技術協会発行 "新航空工学講座第 8卷ジエツト.エンジン (構造編）"、 2000年 5月 29日第 1版第 6刷 p99 図 3_73) 一方、前記アクセサリ 'ドライブ ·ギヤボックス 200よりも回転部材の回転数が大きい減速機等では、前記転がり軸受けの代わりに流体軸受けを使用したものが知られている。

[0006] また、ガスタービンに備えた圧縮機には可変静翼が備えられており、この可変静翼における軸に磨耗が生じて軸受部とのクリアランスが大きくなると、可変静翼の方向角の精度が低下するので、前記軸の磨耗が大きくなると、可変静翼全体を着脱交換しなければならないものである。そこで、前記軸に対して着脱自在の摩耗スリーブを設けて軸を保護し、前記摩耗スリーブが大きく摩耗したときには、摩耗した摩耗スリーブを新しい摩耗スリーブと交換する構成が提案されている（たとえば、特開 2000— 32 9139号公報）。

[0007] ところで、前記従来のアクセサリ 'ドライブ ·ギヤボックス 200では、転がり軸受けを用いて軸受けを構成しているので、小さいスペースに軸受けを設置することが困難であるという問題がある。

[0008] 一方、流体軸受けでは、何らかの要因で油膜が一時的に存在しなくなると、筐体と回転部材とが互いに直接接触し、軸受けの耐久性が低くなることがあるという問題がある。

[0009] 前記問題は、アクセサリ 'ドライブ 'ギヤボックス以外のギヤボックス、さらには、筐体とこの筐体に対して回転自在な回転部材とを備えた機械や装置の軸受け（前記筐体と前記回転部材との間に設けられた軸受け）においても発生する問題である。

[0010] また、前記特許公報に開示の構成は、図 7に示すように、ガスタービンにおけるハウジング 141に備えた穴に嵌合した筒状のブッシュ 143に、摩耗スリーブ 145を着脱可能に備えた可変静翼の軸部 147を嵌入し、前記摩耗スリーブ 145の外周面と前記ブッシュ 143の内周面との間に、低摩擦材料からなる減摩層 149を備えた構成である。

[0011] 前記構成によれば、軸部 147は摩耗スリーブ 145によって保護されるので、軸部 14 7の摩耗は防止し得るものの、摩耗スリーブ 145が摩耗するので、摩耗スリーブ 145 を着脱交換する必要がある。すなわち、軸部 147の摩耗が防止されるので、可変静翼全体を交換する必要はなレ、ものの、摩耗スリーブ 145の着脱交換を比較的頻繁に行う必要があるという問題がある。

発明の開示

[0012] 本発明の第 1アスペクトに基づく発明は、筐体に対して回転自在もしくは回動自在に係合する回転部材において、金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの 1種または複数種を混合した粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体をカロ熱処理した成形体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と前記回転部材との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、前記筐体に係合する係合部に、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質力なる皮膜が形成されている回転部材である。

[0013] 本発明の第 2アスペクトに基づく発明は、前記第 1アスペクトに記載の回転部材において、前記係合部に、潤滑液を蓄えるための溝が形成されている回転部材である

[0014] 本発明の第 3アスペクトに基づく発明は、前記第 1アスペクトまたは前記第 2ァスぺクトに記載の回転部材において、前記金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミツタスは、 Ti、 Si、 cBN (立方窒化硼素）、 TiC (チタンカーバイド；炭化チタン）、 WC (タングステンカーバイド；炭化タングステン）、 SiC (シリコンカーバイド；炭化珪素）、 Cr3 C (炭化クロム）、 Al O (酸化アルミニウム；アルミナ）、 Zr〇 -Y (安定化酸化ジルコ

2 2 3 2

ニゥム；安定化ジルコニウム）、 ΤΪΝ (チタンナイトライド；窒化チタン）、 ΤΪΒ (ホウ化チタン）、へキサ BN (窒化硼素）、 MoS (二硫化モリブデン）、 Cr203、 WS (二硫化タン

2 2

ダステン）、 BaZrO (ジノレコ酸バリウム）である回転部材である。

4

[0015] 本発明の第 4アスペクトに基づく発明は、前記第 1アスペクト一前記第 3アスペクトのいずれか 1項に記載の回転部材において、前記回転部材を回転させながら、パルス状の放電を発生させて被膜を形成してある回転部材である。

[0016] 本発明の第 5アスペクトに基づく発明は、回転部材が回転自在もしくは回動自在に係合する筐体において、金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの 1種または複数種を混合した粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体を加熱処理した成形体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と前記筐体との間にパノレス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、前記回転部材が係合する係合部に、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる皮膜が形成されてレ、る筐体である。

[0017] 本発明の第 6アスペクトに基づく発明は、前記第 5アスペクトに記載の筐体において、前記係合部に、潤滑液を蓄えるための溝が形成されている筐体である。

[0018] 本発明の第 7アスペクトに基づく発明は、筐体に対して回転自在に係合している回転部材の軸受けにおいて、前記筐体に係合する前記回転部材の係合部、前記係合部の外径よりも僅かに大きな内径を備え前記係合部と係合する前記筐体の被係合部のうちの少なくとも一方に、金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの 1種または複数種を混合した粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体を加熱処理した成形体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と前記筐体もしくは前記回転部材との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる皮膜が形成されている回転部材の軸受けである。

[0019] 本発明の第 8アスペクトに基づく発明は、前記第 7アスペクトに記載の回転部材の軸受けにおいて、前記係合部、前記被係合部のうちの少なくとも一方に、潤滑液を蓄えるための溝が形成されている回転部材の軸受けである。

[0020] 本発明の第 9アスペクトに基づく発明は、ガスタービンのタービン軸によって駆動されるギヤボックスにおレ、て、前記ガスタービンのエンジンケーシングの外側で前記ェンジンケーシングに支持される筐体と、前記筐体の被係合部と係合した係合部を備え、この係合部で係合することにより前記筐体内部で前記筐体に対して回転自在に設けられた回転部材と、を有し、前記被係合部の内径は、前記係合部の外径よりも僅かに大きく形成されており、また、金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの 1種または複数種を混合した粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体をカロ熱処理した成形体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と回転部材との間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギーにより、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる皮膜が、前記回転部材の前記係合部に形成されており、前記筐体の被係合部には、潤滑液を蓄えるための溝が形成されてレ、るギヤボックス組立である。

[0021] 本発明の第 10アスペクトに基づく発明は、回転部材が転がり軸受けを介して、ケーシングに回転自在に設けられている回転機械において、前記回転部材の、前記転がり軸受けと係合している部位には被膜が形成されおり、前記被膜は、金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの 1種または複数種を混合した粉末力成形した成形体、もしくは、前記成形体を加熱処理した成形体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と前記回転部材との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質によって構成されている回転機械である。

[0022] 本発明の第 11アスペクトに基づく発明は、流体制御用可変翼に備えた軸部の周面に、耐磨耗性を有するセラミックス、またはセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を一体に備えている流体制御用可変翼の軸構造である。

[0023] 本発明の第 12アスペクトに基づく発明は、前記第 11アスペクトに記載の流体制御用可変翼の軸構造において、前記セラミックスは cBN、 TiC、 WC、 SiC、 Cr C、 Al

3 2 2

O、 ZrO _Y、 TiN、 TiBの 1種または複数種を含むセラミックス、固体潤滑材はへキ

3 2

サ BN、 MoS 、 Cr2〇3、 WS 、 BaZrOの 1種または複数種を含む潤滑材である流

2 2 4

体制御用可変翼の軸構造である。

[0024] 本発明の第 13アスペクトに基づく発明は、前記第 11アスペクト又は前記第 12ァスぺタトに記載の流体制御用可変翼の軸構造であって、前記流体制御用可変翼はガスタービンエンジンまたは過給機における圧縮機または/およびタービンに備えた可変静翼である流体制御用可変翼の軸構造である。

[0025] 本発明の第 14アスペクトに基づく発明は、 cBN、 TiC、 WC、 SiC、 Cr C、 Al〇、

3 2 2 3

ZrO 一 Y、 TiN、 TiB等のセラミックスを含む、またはそれらセラミックスとへキサ BN、

2

MoS 、 Cr2〇3、 WS 、 BaZrO等の固体潤滑材を含有した電極と流体制御用可変

2 2 4

翼の軸部との間にパルス状の放電を発生させ、前記電極成分又は放電雰囲気で化合した化合物からなる被膜を、前記軸部の表面に形成して耐磨耗性、または耐磨耗性と潤滑性を有するコーティング層を形成する流体制御用可変翼の軸の表面処理方法である。

[0026] 本発明の第 15アスペクトに基づく発明は、前記第 14アスペクトに記載の表面処理方法において、流体制御用可変翼の軸を回転させながら、コーティング層を形成する表面処理方法である。

図面の簡単な説明

[0027] [図 1]本発明の実施形態に係るアクセサリ 'ドライブ ·ギヤボックスの概略構成を示す断面図である。

[図 2]図 1における ΠΑ-ΙΙΒ断面を示す図である。 [図 3]可変翼として、ガスタービンエンジンにおける圧縮機に備えた可変静翼の軸部に、本発明を実施した説明図である。

[図 4]可変翼の軸部に、耐磨耗性、潤滑性を有するコーティング層を形成する場合の説明図である。

[図 5]コーティング層の構成を示す説明図である。

[図 6]従来のアクセサリ 'ドライブ ·ギヤボックスの概略構成を示す断面図である。

[図 7]従来の可変静翼の軸部の構成を示す説明図である。

発明を実施するための最良の形態

[0028] [第 1の実施形態]

図 1は、本発明の第 1の実施形態に係るアクセサリ ·ドライブ ·ギヤボックス 1の概略構成を示す断面図であり、図 2は、図 1における IIA— ΠΒ断面を示す図である。

[0029] アクセサリ 'ドライブ ·ギヤボックス（以下「ギヤボックス」という場合がある） 1は、ガスタ一ビンのタービン軸によって駆動されるギヤボックスであり、前記ガスタービンの装備品（発電機、油圧ポンプ等）を駆動するためのものである。

[0030] アクセサリ 'ドライブ ·ギヤボックス 1は、筐体 3を備え、この筐体 3は、前記ガスタービンのエンジンケーシングの外側で前記エンジンケーシングに支持されるようになっている。なお、前記エンジンケーシングは、この内部に圧縮機やタービンを備えガス流路を形成するように筒状に形成されてレ、る。

[0031] 前記筐体 3の内部には、導電性を備えた円柱状の回転部材 5が前記筐体 3に対して回転自在に設けられてレ、る。この回転部材 5の長手方向の中間部にはギヤ 7がー体的に設けられている。このギヤ 7には、前記筐体 3に対して回転自在に設けられた他の各回転部材（図示せず）に一体的に設けられた各ギヤ 9、 11が嚙み合っている。なお、

そして、前記各ギヤ 9、 7を介して、ガスタービンのタービン軸の回転力を受け取り、回転部材 5が回転するようになっている。なお、回転部材 5には、図示しない発電機や油圧ポンプ等の装備品が連結されており、前記回転部材 5が回転することによって、前記発電機が発電し、また、前記油圧ポンプが油圧を発生するようになっている。さらに、前記ギヤ 7と前記ギヤ 11とによって、他の回転部材を回転させることができるようになつている。

[0032] 前記回転部材 5のたとえば長手方向の一端部（図 1の左側の一端部）側には、前記筐体 3の被係合部（円柱側面形状の孔） 13と係合した円柱側面形状の係合部 15が設けられている。そして、前記係合部 15で係合することにより前記筐体 3の内部で前記筐体 3に対して回転部材 5は回転自在になっている。

[0033] 前記筐体 3の被係合部 13の内径 D1は、前記回転部材 5の係合部 15の外径 D3よりも僅かに大きく形成されており、前記筐体 3の被係合部 13の表面には、潤滑油等の潤滑液を蓄えるための複数の溝 13Aが形成されている。

[0034] 各溝 13Aは、前記回転部材 5の長手方向に長く設けられ、また円柱側面形状の前記被係合部 13の円周をほぼ等分配した位置に設けられている。なお、前記各溝 13 Aを前記回転部材 5の係合部 15に設けてもょレ、。

[0035] 前記溝 13Aには、たとえば前記回転部材 5の回転力で駆動されるポンプ（図示せず）によって、潤滑油等の潤滑液が供給されるようになっており、前記供給された潤滑液によって、前記筐体 3の被係合部 13と前記回転部材 5の係合部 15との間の空間（僅かな隙間） 17に、潤滑液の薄い皮膜が形成され、流体軸受けが形成される。

[0036] なお、前記ポンプによる溝 13Aへの潤滑液の供給は、たとえば、前記筐体 3に設けられた貫通孔（図示せず）であって、一端部が前記溝 13Aに通じており、他端部が潤滑液供給用のパイプ（図示せず）を介して前記ポンプの吐出口に通じている貫通孔を用いて行われる。さらに、前記溝 13Aに供給された潤滑液は、前記筐体内 3内に戻り、前記ポンプによって再び溝 13Aへ供給される。

[0037] また、前記筐体 3には、筒状のブッシュ 19の外周部分 19Aと係合し前記ブッシュ 19 を保持するための孔 3Aが設けられている。そして、前記ブッシュ 19を前記筐体 3の孔 3Aに揷入し固定することで、前記筐体 3の被係合部 13が、前記ブッシュ 19の内周面部分 19Bで形成される。

[0038] このように構成することで、前記被係合部 13への溝 13Aの加工を容易に行うことができると共に、前記ブッシュ 19をホワイトメタル等で構成し、前記筐体 3をホワイトメタルよりも安価な材料で構成することができ、ギヤボックス 1の製造コストを低減することができる。 [0039] 回転部材 5には、鍔 5Aが設けられており、この鍔 5Aの平面状の一端面 5B力前記ブッシュの長手方向の平面状の一端面 19Cと対向している。また、前記一端面 5B と前記一端面 19Cとの間は僅かに離反して、空間 (僅かな隙間） 21が形成されている。

[0040] そして、前記ポンプによって溝 13Aに供給された潤滑液が、前記筐体 3内に戻るときに前記空間 21を通るので、前記潤滑液で満たされた前記空間 21が、回転部材 5 のスラスト方向の流体軸受けを形成する。したがって、前記被係合部 13をラジアル方向の被係合部、前記係合部 15をラジアル方向の係合部、前記一端面 5Bをスラスト方向の係合部、前記一端面 19Cをスラスト方向の被係合部ということもできる。

[0041] また、前記回転部材 5の長手方向の他端部（図 1の右側の一端部）にも、左側と同様な流体軸受けが形成されている。

[0042] 次に、回転部材 5の係合部 15の表面に形成されている皮膜について説明する。

[0043] 前記係合部 15の表面には、硬質のまたは摩擦係数の小さい皮膜が形成されている。

[0044] 前記皮膜は、成形体で形成された部材を電極として、この電極と前記回転部材 5の係合部 15とを互いに接近（たとえば、 0. 02mm程度まで接近）させて、加工液中あるいは気中におレ、て電極と前記回転部材 5の係合部 15との間にパルス状の微小な放電を発生させ、そのエネルギーにより、前記係合部 15の表面に電極材料を僅かづつ堆積して形成される。

[0045] 前記電極として、たとえば、 cBN (窒化硼素）、 TiC (チタンカーバイド;炭化チタン）、 WC (タングステンカーバイド；炭化タングステン）、 SiC (シリコンカーバイド;炭化珪素）、 Cr C (炭化クロム）、 Al O (酸化アルミニウム；アルミナ）、 Zr O _Y (安定化酸

3 2 2 3 2 2

化ジノレコニゥム；安定化ジルコニウム）、 ΤΪΝ (チタンナイトライド；窒化チタン）、 ΤΪΒ ( ホウ化チタン)等の硬質のセラミックス（金属の化合物）の一種または複数種を含むセラミックス、またはそれらのセラミックスとへキサ ΒΝ (窒化硼素）、 MoS (二硫化モリブ

2

デン）、 Cr2〇3 (酸化クロム）、 WS (二硫化タングステン）、 BaZrO (ジルコ酸バリウ

2 4

ム）等の固体潤滑剤の 1種または複数種を含む粉末をたとえば圧縮して成形したポ一ラスな成形体が使用される。または、前記成形体を、たとえば、真空炉で加熱処理することによって製造された成形体が使用される。したがって、前記皮膜は、前記電極と同じ材料または放電雰囲気で化合した化合物からなる材料で形成される。

[0046] なお、前記電極が導電性を具備しないものであるときには、微粉末状の金属と微粉末状のセラミックスとを混合して結合し形成されたものを堆積用電極として使用する。または、表面を通電性の材料でコーティングされた微粉末状のセラミックスを圧縮成形した堆積用電極が使用される。

[0047] また、前記電極に代えて、 Si (珪素）や Ti (チタン)等の金属粉末を圧縮成形し、必要に応じて、前記圧縮成形したものを加熱処理して形成された粉圧体で電極を形成してもよい。すなわち、 Siや Ti等の微小な金属の粉末を結合して形成された多孔質の電極を用いてもよい。この場合、前記電極と前記回転部材 5の係合部 15とが灯油等のアルカン炭化水素を含む加工用液中に存在している状態で放電を発生させ、前記放電エネルギーにより反応した物質 (たとえば、 SiCや TiCからなる物質）の皮膜力前記回転部材 5の係合部 15の表面に形成される。

[0048] さらに、前記電極を、圧縮成形する代わりに、泥漿铸込み、 MIM (Metal Injectio n Molding)、スプレー成形 (溶射で成形）等によって成形してもよレ、。

[0049] さらに、また、 Siの微小な金属の粉末を結合して形成された多孔質の電極の代わりに、金属状の Si (内部に空洞を有さない Siの結晶）で形成された電極を用いてもよい

[0050] 前記ギヤボックス 1によれば、前記回転部材 5と前記筐体 3との間の軸受けにおいて、転がり軸受けが削除され、代わりに流体軸受けが形成され、さらに、前記回転部材 5の係合部 15に、硬質または摩擦係数の低い皮膜が形成されている。

[0051] また、放電によって微小な溶接を繰り返しつつ徐々に形成された堆積層で皮膜が構成されているので、前記皮膜の厚さ方向に傾斜合金層が形成され、前記皮膜と前記回転部材 5の本体部との結合力が強くなつており、前記皮膜が前記回転部材 5の本体部から剥がれにくくなつている。

[0052] したがって、前記回転部材 5の係合部 15と前記筐体 3の被係合部 13との間の潤滑液の皮膜が、何らかの要因で一時的に存在しなくなっても、換言すれば、前記回転部材 5の係合部 15と前記筐体 3の被係合部 13とが互いに直接接触しても、前記軸受けが磨耗しにくぐまた、前記軸受けが焼き付等によって破損しに《なっていると共に、従来よりも、少なレ、スペースに軸受けを設置することができる。

[0053] すなわち、前記ギヤボックス 1の軸受け、換言すれば、回転部材 5とブッシュ 19 (筐体 3)との間の流体軸受けによれば、耐久性が従来の流体軸受けよりも高ぐ従来の転がり軸受けよりも小さいスペース（回転部材 5の半径方向で小さいスペース）に設置すること力 Sできる。小さいスペースに設置可能であることによって、軸受けを設計する際の設計の自由度が増す。

[0054] したがって、設置に際して省スペース化が要求される航空機用のガスタービンのギャボックスとして、好適に採用することができる。

[0055] また、転がり軸受けが不要になるので、組立てが容易になるとともに、製造コストを低減すること力 Sできる。

[0056] また、ポンプを用いて、前記回転部材 5の係合部 15と前記筐体 3の被係合部 13との間に、強制的に潤滑液を供給すれば、前記回転部材 5の係合部 15と前記筐体 3 の被係合部 13との間の潤滑液の皮膜が切れにくくなり、軸受けの耐久性を一層向上させること力 Sできる。

[0057] なお、ブッシュ 19を用いないで、筐体 3に被係合部 13や溝 13Aを直接形成してもよい。

[0058] さらに、前記ポンプを削除し、たとえば、前記筐体 3内に潤滑液を適量貯めておいて、前記回転部材 5のギヤ 7で前記潤滑液を攪拌し、前記係合部 15と被係合部 13との間の空間 17や、空間 21に、潤滑液を供給するようにしてもよい。

[0059] さらにまた、前記回転部材 5の係合部 15に前記皮膜を形成する代わりに、または、前記回転部材 5の係合部 15に前記皮膜を形成することに加えて、前記筐体 3の被係合部 13に前記皮膜を形成してもよい。なお、この場合、筐体 3の被係合部 13に溝 13 Aを形成した後に皮膜を形成する。

[0060] さらに、前記電極による皮膜を、係合部 15や被係合部 13の場合と同様に一端面 5 Bや一端面 19Cに形成することが望ましい。

[0061] また、前記皮膜を、ポーラスに形成してもよい。このように形成することによって、前記皮膜自体も潤滑液を蓄えることが可能になり、軸受けに発生するおそれのあるかじり等の弊害が発生しにくくなる。

[0062] さらに、アクセサリ 'ドライブ 'ギヤボックス以外のギヤボックス、さらには、筐体とこの筐体に対して回転自在な回転部材とを備えた機械や装置の軸受け (前記筐体と前記回転部材との間に設けられた軸受け）にも、前記実施形態を適用することができる。

[0063] ところで、ガスタービン (ガスタービンエンジン）のタービンや圧縮機等の回転機械（流体機械）の回転部材は、転がり軸受けを介して、前記ガスタービンのエンジンケーシングに対して回転自在に設けられているが、前記電極による皮膜を、ガスタービンのタービンや圧縮機等の回転機械の回転部材の部位であって、前記転がり軸受けの内輪と係合する部位の表面に施してもよい。なお、内輪が存在しない転がり軸受けの場合には、この転がり軸受けのローラー等と接触する部位の表面に、前記皮膜を形成してもよい。

[0064] このように、転がり軸受けの内輪等と係合する部位に被覆を形成することによって、前記ガスタービンのタービンや圧縮機等の回転機械の回転部材と前記転がり軸受けを組み付けるとき等におけるかじりや前記ガスタービン稼動時における磨耗の発生等の弊害を防止することができる。

[0065] [第 2の実施形態]

以下、図面を用いて本発明の第 2の実施形態について説明するに、ガスタービンに備えた圧縮機における可変静翼に本発明を実施した場合について説明する。ガスタ一ビンにおける軸流圧縮機においては、入口案内翼及び初めの数段の静翼の取付け角を変えて、動翼に対する迎え角をできるだけ適正な値に調整することが行われている。

[0066] 図 3を参照するに、取付け角を変えることができる可変静翼（可変翼） 101は、ガスタ一ビンにおける軸流圧縮機の環状の空気流路内であって動翼列（図示省略）の間に周方向に等間隔（図 3には 1個のみ図示してある）に配置してあり、可変静翼 101における外端側の軸部 103は、ケーシング 105に備えたボス部 107にブッシュ 109を介して回転可能に支持されている。また、前記可変静翼 101の内端側に備えた軸部 11 1は、軸流圧縮機における動翼を備えた回転子（図示省略)を囲繞した環状の軸受部材 113に備えたボス部 115に回動可能に支持されている。 [0067] そして、前記軸部 103、 111を中心として前記可変静翼 101を回動するために、外端側の前記軸部 103には、当該軸部 103に対して直交する方向に長いアーム 117 が取付けてあり、このアーム 117の先端側は、前記ケーシング 105を囲繞したリング部材（図示省略）に備えた連結部に枢支連結してある。

[0068] したがって、前記リング部材をケ一シング 105の周方向に回動すると、前記アーム 1 17の先端側が周方向へ移動され、軸部 103が軸心回りに回動されることになる。よつて、前記可変静翼 101は軸部 103、 111の軸心回りに回動されることとなり、ケーシング 105に対する取付け角が変えられることとなる。

[0069] 前述のごとぐ可変静翼 1の角度を変更すべく軸部 103、 111の回動を繰り返すと、軸部 103、 111に摩耗が生じ、当該軸部 103、 111におけるクリアランスが次第に大きくなる。前記クリアランスが大きくなると、可変静翼 101の調整角度に狂いを生じることになるので、可変静翼 101全体の着脱交換が行われるものである。

[0070] そこで、本実施形態においては、前記軸部 103、 111の摩耗を抑制するために、前記軸部 103、 111の外周面には耐磨耗性を有すると共に潤滑性を有するコーティング層 119が備えられている。前記コーティング層 119は、耐磨耗性を向上するために cBN、 TiC、 WC、 SiC、 Cr C、 Al O 、 Zr〇 _Y、 TiN、 TiB等のセラミックスを包含

3 2 2 3 2

し、また潤滑性を向上するためにへキサ BN、 MoS 、 Cr2〇3、 WS 、 BaZrO等の

2 2 4 固体潤滑材を含有した構成である。

[0071] 前記コーティング層 119は次のようにして形成されるものである。すなわち、通電性確保のために Tiの粉末 (約 10%)、耐磨耗性を有するセラミックスの一例としての TiC の粉末 (約 40%)及び潤滑性を有する潤滑材の一例としてのへキサ BNの粉末 (約 5 0%)を混合し、たとえば圧縮成形して成形体電極 121 (図 4参照）を形成する。この成形体電極 121は、圧縮成形した後に、焼結温度以下の温度で仮焼結するように、真空炉等を用いて熱処理を行うことが望ましいものである。

[0072] 上述のごとく成形体電極 121を圧縮成形した後、又は圧縮して仮焼結した後に、放電加工機（図示省略）における加工槽（図示省略）内において前記成形体電極 121 と可変静翼 101の軸部 103、 111との間に微小間隙を保持した状態において、前記可変静翼 101の軸部 103、 111を回転させながら両者間にパルス状の放電を発生させると、前記成形体電極 121の電極成分又は放電雰囲気において化合した化合物が母材である前記軸部 103、 111へ移動して、軸部 103、 111の表面に堆積してコ一ティング層 119が形成されることになる。このコーティング層 119は、 TiCおよびへキサ BNを含有するものであり、耐磨耗性、潤滑性が向上するものである。

[0073] なお、前記電極 121としては、 Tiの粉末及びへキサ BNの粉末を混合して圧縮成形した成形体電極、又は前述したように仮焼結を行うように適宜の熱処理を行った電極とすることも可能である。この場合、成形体電極 121と前記軸部 103、 111の間でパノレス状の放電が行われると、放電カ卩ェ機における加工槽内の加工液中の炭化物と T iの一部とが化合して、化合物として TiCが生成されるものである。

[0074] さらに、前記電極 121を、泥漿錡込み、 MIM (Metal Injection Molding)、スプレー成形 (溶射で成形)等によって成形してもよい。

[0075] 前述のように、軸部 103、 111にコーティング層 119が形成されるときは、母材としての軸部 103、 111の表面はパルス状の放電によって瞬間的に溶融し凝固されるものであるから、前記コーティング層 119は、図 3に示すように、電極材料の TiC及びへキサ BNが母材表面から数ミクロンの深さに拡散浸透した拡散浸透層 119Aが形成され、この拡散浸透層 119Aの上部に前記電極材料の微小粒子が堆積した堆積層 119 Bが形成されることになる。

[0076] 以上のごとき説明より理解されるように、本実施形態においては、ガスタービンェンジンにおける圧縮機に備えた可変静翼 101の軸部 103、 111に、耐磨耗性及び潤滑性を有するコーティング層 119を備えた構成であるから、可変静翼 101の回動が円滑に行われ得ると共に、軸部 103、 111の耐磨耗性が向上し、可変静翼 101の交換寿命が長寿命となり、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。

[0077] すなわち、流体制御用可変翼に備えた軸部の周面に、耐磨耗性を有するセラミックスと潤滑材を含むコーティング層を一体に備えているものであるから、前記軸部の耐磨耗性、潤滑性が向上し、軸部の寿命がより向上するものである。

[0078] また、前記流体制御用可変翼の軸構造において、前記コーティング層は、 cBN、 T iC、 WC、 SiC、 Cr C、 Al O、 ZrO _Y、 TiN、 TiB等のセラミックスを含む、または

3 2 2 3 2

それらセラミックスとへキサ BN、 MoS、 Cr2〇3、 WS、 BaZrO等の固体潤滑材を含有しているものであるから、耐磨耗性、潤滑性が向上するものである。

[0079] また、 cBN、 TiC、 WC、 SiC、 Cr C、 Al O、 ZrO _Y、 TiN、 TiB等のセラミックス

3 2 2 3 2

を含む、またはそれらセラミックスとへキサ BN、 MoS、 Cr203、 WS、 BaZrO等の

2 2 4 固体潤滑材を含有した電極と流体制御用可変翼の軸部との間にパルス状の放電を発生させ、前記電極成分又は放電雰囲気で化合した化合物からなる被膜を、前記軸部に形成して耐磨耗性、潤滑性を有するコーティング層を形成するものであるから、前記軸部の耐磨耗性、潤滑性が向上し、軸部の寿命がより向上するものである。

[0080] ところで、本発明は、前述したごとき実施形態のみに限るものではなぐ例えばェンジンからの排気ガスを利用して、エンジンへ供給する空気を圧縮するターボチャージャにおいて、排気ガスの流れ方向を変えてタービンホイールの羽根に対する排気ガスの衝突角を制御するための回動自在の羽根（可変翼）の回転軸の部分に、前記コ一ティング層 119を適用することもできる。

[0081] ターボチャージャにおレヽて回動自在の羽根の回転軸の部分にコーティング層 119 を適用すると、羽根の回動が円滑に行われ得ると共に回転軸の耐磨耗性が向上し長寿命になるものであり、同様の効果を奏するものである。

[0082] なお、前記説明においては、コーティング層 119の成分として Ti、 TiC、へキサ BN を含有する旨説明したが、セラミックスとして、 TiCに替えて、 TiN、 TiB等を採用することも可能である。すなわち、耐磨耗性，潤滑性及び炭素との結合による硬化度を考慮して適宜選択可能である。

[0083] なお、日本国特許出願第 2003— 166992号（2003年 6月 11日出願）および日本国特許出願第 2003-167030号（2003年 6月 11日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。

[0084] また、本発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなぐ適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。

Claims

請求の範囲

[1] 筐体に対して回転自在もしくは回動自在に係合する回転部材において、

金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの 1種または複数種を混合した粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体を加熱処理した成形体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と前記回転部材との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、前記筐体に係合する係合部に、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる皮膜が形成されていることを特徴とする回転部材。

[2] 請求項 1に記載の回転部材において、

前記係合部に、潤滑液を蓄えるための溝が形成されてレ、ることを特徴とする回転部材。

[3] 請求項 1に記載の回転部材において、

前記金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスは、 Ti、 Si, cBN (立方窒化硼素）、 TiC (チタンカーバイド；炭化チタン）、 WC (タングステンカーバイド；炭化タングステン）、 SiC (シリコンカーバイド;炭化珪素）、 Cr3C (炭化クロム）、 Al O (酸

2 2 3 化アルミニウム；アルミナ）、 Zr〇 -Y (安定化酸化ジルコニウム;安定化ジノレコニゥム）

2

、 ΤΪΝ (チタンナイトライド；窒化チタン）、 ΤΪΒ (ホウ化チタン）、へキサ BN (窒化硼素）、MoS (二硫化モリブデン）、 Cr203, WS (二硫化タングステン）、 BaZrO (ジルコ

2 2 4 酸バリウム）であることを特徴とする回転部材。

[4] 請求項 2に記載の回転部材において、

前記金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスは、 Ti、 Si、 cBN (立方窒化硼素）、 TiC (チタンカーバイド；炭化チタン）、 WC (タングステンカーバイド；炭化タングステン）、 SiC (シリコンカーバイド；炭化珪素）、 Cr3C (炭化クロム）、 Al O (酸

2

、 TiN (チタンナイトライド；窒化チタン）、 TiB (ホウ化チタン）、へキサ BN (窒化硼素）、MoS (二硫化モリブデン）、 Cr203, WS (二硫化タングステン）、 BaZrO (ジルコ

2 2 4 酸バリウム）であることを特徴とする回転部材。

[5] 請求項 1に記載の回転部材において、前記回転部材を回転させながら、パルス状の放電を発生させて被膜を形成してあることを特徴とする回転部材。

[6] 請求項 2に記載の回転部材において、

前記回転部材を回転させながら、パルス状の放電を発生させて被膜を形成してあることを特徴とする回転部材。

[7] 請求項 3に記載の回転部材において、

[8] 請求項 4に記載の回転部材において、

[9] 回転部材が回転自在もしくは回動自在に係合する筐体にぉレ、て、

金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの 1種または複数種を混合した粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体を加熱処理した成形体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と前記筐体との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、前記回転部材が係合する係合部に、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる皮膜が形成されていることを特徴とする筐体。

[10] 請求項 9に記載の筐体において、

前記係合部に、潤滑液を蓄えるための溝が形成されていることを特徴とする筐体。

[11] 筐体に対して回転自在に係合している回転部材の軸受けにおいて、

前記筐体に係合する前記回転部材の係合部、前記係合部の外径よりも僅かに大きな内径を備え前記係合部と係合する前記筐体の被係合部のうちの少なくとも一方に、金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの 1種または複数種を混合した粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体を加熱処理した成形体を電極として、加工液中あるいは気中におレ、て電極と前記筐体もしくは前記回転部材との間にパノレス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる皮膜が形成されていることを特徴とする回転部材の軸受け。

[12] 請求項 11に記載の回転部材の軸受けにぉレ、て、

前記係合部、前記被係合部のうちの少なくとも一方に、潤滑液を蓄えるための溝が形成されていることを特徴とする回転部材の軸受け。

[13] ガスタービンのタービン軸によって駆動されるギヤボックスにおいて、

前記ガスタービンのエンジンケーシングの外側で前記エンジンケーシングに支持される筐体と；

前記筐体の被係合部と係合した係合部を備え、この係合部で係合することにより前記筐体内部で前記筐体に対して回転自在に設けられた回転部材と；

を有し、前記被係合部の内径は、前記係合部の外径よりも僅かに大きく形成されており、また、金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの 1種または複数種を混合した粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体を加熱処理した成形体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と回転部材との間にノ^レス状の放電を発生させ、そのエネルギーにより、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる皮膜が、前記回転部材の前記係合部に形成されており、前記筐体の被係合部には、潤滑液を蓄えるための溝が形成されてレ、ることを特徴とするギヤボックス組立。

[14] 回転部材が転がり軸受けを介して、ケーシングに回転自在に設けられている回転機械において、

前記回転部材の、前記転がり軸受けと係合している部位には被膜が形成されおり、前記被膜は、金属粉末あるいは金属の化合物またはセラミックスの 1種または複数種を混合した粉末から成形した成形体、もしくは、前記成形体を加熱処理した成形体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と前記回転部材との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギーにより、電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質によって構成されていることを特徴とする回転機械。

[15] 流体制御用可変翼に備えた軸部の周面に、耐磨耗性を有するセラミックス、またはセラミックスと固体潤滑材を含むコーティング層を一体に備えていることを特徴とする流体制御用可変翼の軸構造。

[16] 請求項 15に記載の流体制御用可変翼の軸構造において、前記セラミックスは、 cB N、 TiC、 WC、 SiC、 Cr C 、 Al O、 ZrO _Y、 TiN、 TiBの 1種または複数種を含

3 2 2 3 2

むセラミックス、固体潤滑材はへキサ BN、 MoS 、 Cr2〇3, WS 、 BaZrOの 1種ま

2 2 4 たは複数種を含む潤滑材であることを特徴とする流体制御用可変翼の軸構造。

[17] 請求項 15に記載の流体制御用可変翼の軸構造であって、前記流体制御用可変翼はガスタービンエンジンまたは過給機における圧縮機または Zおよびタービンに備えた可変静翼であることを特徴とする流体制御用可変翼の軸構造。

[18] 請求項 16に記載の流体制御用可変翼の軸構造であって、前記流体制御用可変翼はガスタービンエンジンまたは過給機における圧縮機または Zおよびタービンに備えた可変静翼であることを特徴とする流体制御用可変翼の軸構造。

[19] cBN、 TiC、 WC、 SiC、 Cr C、 Al〇、 ZrO _Y、 TiN、 TiB等のセラミックスを含

3 2 2 3 2

む、またはそれらセラミックスとへキサ BN、 MoS 、 Cr2〇3、 WS 、 BaZrO等の固体

2 2 4 潤滑材を含有した電極と流体制御用可変翼の軸部との間にパルス状の放電を発生させ、前記電極成分又は放電雰囲気で化合した化合物からなる被膜を、前記軸部の表面に形成して耐磨耗性、または耐磨耗性と潤滑性を有するコーティング層を形成することを特徴とする流体制御用可変翼の軸の表面処理方法。

[20] 請求項 19に記載の表面処理方法において、

流体制御用可変翼の軸を回転させながら、コーティング層を形成することを特徴とする表面処理方法。