特許 6315093 被膜を備えた流路部品、ガスタービン、過給機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6315093

(24)【登録日】2018年4月6日

(45)【発行日】2018年4月25日

(54)【発明の名称】被膜を備えた流路部品、ガスタービン、過給機

(51)【国際特許分類】

   C23C 18/52 20060101AFI20180416BHJP

   F01D 25/16 20060101ALI20180416BHJP

   F01D 25/18 20060101ALI20180416BHJP

   F02C 7/06 20060101ALI20180416BHJP

   F02B 39/14 20060101ALI20180416BHJP

   F16N 7/40 20060101ALI20180416BHJP

【ＦＩ】

   C23C18/52 A

   F01D25/16 E

   F01D25/18 E

   F02C7/06 Z

   F02B39/14 A

   F16N7/40

【請求項の数】12

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-529657(P2016-529657)

(86)(22)【出願日】2015年6月25日

(86)【国際出願番号】JP2015068394

(87)【国際公開番号】WO2015199189

(87)【国際公開日】20151230

【審査請求日】2016年12月2日

(31)【優先権主張番号】特願2014-130268(P2014-130268)

(32)【優先日】2014年6月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】横山 文彦

(72)【発明者】

【氏名】加藤 由華

【審査官】 辰己 雅夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−００９２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１６３３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３７５３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４７０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７１０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 ピストンリングとは?，http://tpr.co.jp/products/pistonring/about.html

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ１８／００−２０／０８

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービンまたは過給機に用いられ、潤滑油が通過する流路部品と、
前記流路部品における３００ないし４５０℃に曝されると共に、前記潤滑油に接する面を覆い、ニッケルないしニッケル−リン合金と、ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子とを含む被膜と、を有する、被膜を備えた流路部品。

【請求項2】

請求項１に記載の被膜を備えた流路部品であって、
前記被膜は、被膜中の体積比率が０体積％より大きく４０体積％以下の前記ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子を含み、残部がニッケルないしニッケル−リン合金からなる、被膜を備えた流路部品。

【請求項3】

請求項２に記載の被膜を備えた流路部品であって、
前記被膜は、被膜中の体積比率が１０体積％以上４０体積％以下の前記ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子を含み、残部がニッケルないしニッケル−リン合金からなる、被膜を備えた流路部品。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１つに記載の被膜を備えた流路部品であって、
前記流路部品は、前記ガスタービンに用いられ、前記潤滑油でベアリングを潤滑するサンプ室および前記サンプ室と通じており、前記潤滑油を逃がすベントラインよりなる群より選択された何れか一以上である、被膜を備えた流路部品。

【請求項5】

請求項１から３のいずれか１つに記載の被膜を備えた流路部品であって、
前記流路部品は、前記ガスタービンに用いられ、前記潤滑油でベアリングを潤滑するサンプ室および前記サンプ室と通じており、前記潤滑油を逃がすベントラインであり、
前記被膜は、前記サンプ室および前記ベントラインにおける前記面のみを覆う、被膜を備えた流路部品。

【請求項6】

請求項１から３のいずれか１つに記載の被膜を備えた流路部品であって、
前記流路部品は、前記過給機に用いられ、前記潤滑油をベアリングに給油する給油路を有するベアリングハウジングであり、
前記被膜は、前記給油路における前記面を覆う、被膜を備えた流路部品。

【請求項7】

被膜を備えた流路部品であって、
前記被膜は、前記被膜が３００ないし４５０℃において潤滑油に曝される機器の前記潤滑油に接する面に施され、
前記被膜は、ニッケルないしニッケル−リン合金と、ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子とを含み、
前記被膜と摺動する部材を備えない、被膜を備えた流路部品。

【請求項8】

請求項７に記載の被膜を備えた流路部品であって、
前記被膜は、体積比率が０体積％より大きく４０体積％以下の前記ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子を含み、残部がニッケルないしニッケル−リン合金からなる、被膜を備えた流路部品。

【請求項9】

請求項８に記載の被膜を備えた流路部品であって、
前記被膜は、体積比率が１０体積％以上４０体積％以下の前記ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子を含み、残部がニッケルないしニッケル−リン合金からなる、被膜を備えた流路部品。

【請求項10】

ガスタービンであって、
前記ガスタービンは、潤滑油でベアリングを潤滑するサンプ室および前記サンプ室と通じており、前記潤滑油を逃がすベントラインを備え、前記サンプ室及び前記ベントラインよりなる群より選択された何れか一以上が請求項７から９のいずれか１つに記載の前記被膜を備えた流路部品である、ガスタービン。

【請求項11】

請求項１０に記載のガスタービンであって、
前記被膜は、前記面のみを覆う、ガスタービン。

【請求項12】

ベアリングハウジングを備える過給機であって、
前記ベアリングハウジングは、潤滑油をベアリングに給油する給油路を有し、
前記給油路が、請求項７から９のいずれか１つに記載の前記被膜を備えた流路部品である、過給機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、潤滑油等の油に由来するデポジットが付着することを抑制する技術に関し、特に３００℃以上であって４５０℃以下の温度域において生ずるデポジットが付着することを抑制する被膜及びその被膜を備えたガスタービンまたは過給機の流路部品等に関する。

【背景技術】

【0002】

レシプロエンジンやジェットエンジン、ガスタービン、過給機のごとき高温に曝される機械装置において、一定期間の使用の後には、燃料油ないし潤滑油に由来するデポジットがその内部に付着していることが、頻繁に観察される。かかるデポジットは、もちろん、機械装置の性能を損なう要因となりうるので、できる限りデポジットの付着を防止し、あるいは抑制することが望まれる。

【0003】

かかるデポジットは、その素である油とは明らかに組成が異なり、それが生じる機序にはなお不明な点が多い。ただし船舶用過給機のタービンにおいて、その翼部およびハウジングの内面のごとき比較的高温（６５０℃程度）に達する部位において生ずるデポジットについては、機器表面において起こる炭化反応が重要な要素であることが知られている。特許文献１は、炭化反応を抑制する被膜を利用することにより、翼部およびハウジング内面へのデポジットの付着を抑制する技術を開示する。

【0004】

一方、より低い温度域においては、上述の反応とは本質的に異なる反応が支配的であることが、複数の文献により報告されている。非特許文献１ないし３は、その例である。例えば非特許文献１は、潤滑油を熱重量分析および示差熱分析することにより（測定結果を本願明細書の図１に転載）、温度域ごとに起こる反応が異なることを示唆している。非特許文献１は、反応の相違に着目して、温度域を２４０℃未満、２４０℃ないし４００℃、４００℃ないし４８０℃、４８０℃以上の概ね４つに分類している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開ＷＯ２０１２／０９８８０７号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】“トライボロジスト”第５０巻第１０号（２００５）７３７−７４４頁

【非特許文献2】“ＴＲＩＢＯＬＯＧＹ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ”第４３巻第４号（２０００）８２３−８２９頁

【非特許文献3】“Ｌｕｂｒｉｃａｎｔ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｅｎｇｉｎｅｓ”，Ｒ．Ｇ．Ｅｄｇｅ ａｎｄ Ａ．Ｔ．Ｂ．Ｐ．Ｓｑｕｉｒｅｓ，Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ

【非特許文献4】“日本マリンエンジニアリング学会誌”第４５巻第１号（２０１０）６３−６６頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ガスタービンのシャフトは高温の下で高速に回転することが必要であり、その軸受けは極めて過酷な環境にさらされる。軸受けに油膜切れを起こさせないよう、通常、ガスタービンは潤滑油を強制的に送給し、循環させるシステムを備える。かかるシステムにおいて、軸受けは潤滑油ライン上のサンプ室と呼ばれる小室に収納され、かかるサンプ室内において潤滑油の噴霧を受け、以って潤滑される。サンプ室やこれに連絡するラインにおいて、潤滑油の温度は３５０〜４００℃の程度に達する。潤滑油はミスト状になって空気と混合するために、極めて酸化的な環境であり、かつ高温であるので、潤滑油の変質が起こり易く、従ってかかる部位ではデポジットが発生しやすい。また、上述と類似の環境は、過給機において、シャフトを支持する軸受けを潤滑するために潤滑油を送給する潤滑油ライン等においても見出される。

【0008】

本発明者らが観察したところによれば、ガスタービンまたは過給機の潤滑油ライン内の潤滑油が通過する流路部品において認められるデポジットは、半固体状であって潤滑油ラインの流路部品の内面に粘着する性質のものである。この半固体状のデポジットは、通常、エンジン油等の潤滑油に含まれる油分と、油分が酸化することで発生する酸化物（高分子の含酸素化合物、スラッジ）と、油分が炭化することで発生する炭化物と、潤滑油に含まれる添加剤に由来する金属化合物からなる無機残渣と、を含んで構成されている。なお、この半固体状のデポジットには、酸化物、炭化物及び無機残渣のうちのいずれか１つが含まれない場合もある。

【0009】

これと比較して、船舶用過給機のタービンにおいて、その翼部およびハウジングの内面に認められるデポジットは、灰分を含んで相当程度に硬質であり、これらの表面に被膜のごとく固着する性質のものである。両者は明らかに異なっており、かかる相違は、既に述べた通り反応機序の相違に基づくものと考えられる。かかる相違のために、船舶用過給機のタービン用の被膜がガスタービンまたは過給機における潤滑油ラインの流路部品に付着するデポジットをも抑制することは、期待できない。ガスタービンまたは過給機の潤滑油ラインにおける流路部品等のごとき中程度の高温、例えば３００〜４５０℃程度の高温において、効果的にデポジットの付着を抑制する被膜が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明者らは、ニッケルないしニッケル−リン合金と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）よりなる粒子とを含む被膜が、３００ないし４５０℃程度においてデポジットの発生を抑制することを見出した。

【0011】

その一の局面によれば、３００ないし４５０℃程度においてデポジットの発生を抑制する機器に利用される被膜は、前記機器の内面を覆い、ニッケルないしニッケル−リン合金と、ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子とを含む。

【0012】

本発明に係る被膜は、３００ないし４５０℃程度において潤滑油に曝される機器の前記潤滑油に接する面を覆い、ニッケルないしニッケル−リン合金と、ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子とを含む。

【0013】

本発明に係る被膜は、被膜中の体積比率が０体積％より大きく４０体積％以下の前記ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子を含み、残部がニッケルないしニッケル−リン合金からなることが好ましい。

【0014】

本発明に係る被膜は、被膜中の体積比率が１０体積％以上４０体積％以下の前記ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子を含み、残部がニッケルないしニッケル−リン合金からなることが好ましい。

【0015】

本発明に係る被膜は、被膜中の体積比率が３０体積％以上３５体積％以下の前記ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子を含み、残部がニッケルないしニッケル−リン合金からなることが好ましい。

【0016】

他の局面によれば、ガスタービンまたは過給機の潤滑油ラインは、潤滑油が通過する流路部品と、前記流路部品の内面を覆い、ニッケルないしニッケル−リン合金と、ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子とを含む被膜と、を備える。

【0017】

本発明に係る被膜を備える流路部品は、ガスタービンまたは過給機に用いられ、潤滑油が通過する流路部品と、前記流路部品における３００ないし４５０℃程度に曝されると共に、前記潤滑油に接する面を覆い、ニッケルないしニッケル−リン合金と、ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子とを含む被膜と、を有する。

【0018】

本発明に係る被膜を備える流路部品において、前記被膜は、被膜中の体積比率が０体積％より大きく４０体積％以下の前記ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子を含み、残部がニッケルないしニッケル−リン合金からなることが好ましい。

【0019】

本発明に係る被膜を備える流路部品において、前記被膜は、被膜中の体積比率が１０体積％以上４０体積％以下の前記ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子を含み、残部がニッケルないしニッケル−リン合金からなることが好ましい。

【0020】

本発明に係る被膜を備える流路部品において、前記被膜は、被膜中の体積比率が３０体積％以上３５体積％以下の前記ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子を含み、残部がニッケルないしニッケル−リン合金からなることが好ましい。

【0021】

本発明に係る被膜を備える流路部品において、前記流路部品は、前記ガスタービンに用いられ、前記潤滑油でベアリングを潤滑するサンプ室および前記サンプ室と通じており、前記潤滑油を逃がすベントラインよりなる群より選択された何れか一以上であることが好ましい。

【0022】

本発明に係る被膜を備える流路部品において、前記流路部品は、前記ガスタービンに用いられ、前記潤滑油でベアリングを潤滑するサンプ室および前記サンプ室と通じており、前記潤滑油を逃がすベントラインであり、前記被膜は、前記サンプ室および前記ベントラインにおける前記面のみを覆うことが好ましい。

【0023】

本発明に係る被膜を備える流路部品において、前記流路部品は、前記過給機に用いられ、前記潤滑油をベアリングに給油する給油路を有するベアリングハウジングであり、前記被膜は、前記給油路における前記面を覆うことが好ましい。

【発明の効果】

【0024】

３００ないし４５０℃程度において潤滑油に由来して生ずるデポジットが、ガスタービンまたは過給機の潤滑油が通過する流路部品等の機器において発生することを抑制し、あるいはその付着を防止する。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は、潤滑油の昇温過程を示差熱天秤により測定した結果の一例である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態において、一例に基づくガスタービンエンジンの部分断面図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態において、前記ガスタービンエンジンにおいてサンプ室およびベントラインの一部を拡大して示す拡大部分断面図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態において、潤滑油の循環系を模式的に示すブロックダイヤグラムである。

【図5】図５は、本発明の実施の形態において、パネルコーキング試験のための試験装置の概念図である。

【図6】図６は、本発明の実施の形態において、パネルコーキング試験の結果の一例であって、被膜のない試験片と、本実施形態による実施例とを比較したものである。

【図7】図７は、本発明の実施の形態において、パネルコーキング試験の結果の他の例であって、被膜のないアルミニウム試験片と、ＰＴＦＥ被膜を有する試験片とを比較したものである。

【図8】図８は、本発明の実施の形態において、パネルコーキング試験の結果の別の例であって、シリコーン系耐熱塗料を施した試験片と、本実施形態による実施例とを比較したものである。

【図9】図９は、本発明の実施の形態において、ＴＧ−ＤＴＡ分析による測定結果を示すグラフである。

【図10】図１０は、本発明の実施の形態において、ＴＧ−ＩＲ分析による測定結果を示すグラフである。

【図11】図１１は、本発明の実施の形態において、過給機の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本発明の幾つかの実施形態を添付の図面を参照して以下に説明する。図面は必ずしも正確な縮尺により示されておらず、従って相互の寸法関係は図示されたものに限られないことに特に注意を要する。

【0027】

既に述べた通り、発明者らは、ニッケルないしニッケル−リン合金−ＰＴＦＥ複合被膜が、３００ないし４５０℃程度においてデポジットの形成を抑制するという属性を有することを見出している。デポジットは、油が機器表面に付着し、これが固化することを経て発生すると推測される。かかる被膜は、３００ないし４５０℃程度の高温に曝される機器においてデポジットの発生を抑制する用途に適すると見られる。かかる機器に該当するものにつき、本発明者らが鋭意探索したところ、ガスタービンの潤滑油ラインを見出した。

【0028】

図２を参照するに、ガスタービンは、その機首から機尾に向けた順に、例えば、ファン１と、低圧コンプレッサ３と、高圧コンプレッサ５と、燃焼器７と、高圧タービン９と、低圧タービン１１とを備える。燃料が燃焼器７において燃焼することにより、機尾に向けた高温ガスの流れが生じ、高圧タービン９がこれからエネルギの一部を取り出して高圧コンプレッサ５を駆動し、低圧タービン１１が残りのエネルギの一部を取り出してファン１および低圧コンプレッサ３を駆動する。

【0029】

低圧タービン１１とファン１および低圧コンプレッサ３とは、インナドライブシャフト２１により連結しており、これはベアリング２５，３１を介してガスタービンの静止部材１３に回転可能に支持される。高圧タービン９と高圧コンプレッサ５とは、アウタドライブシャフト２３により連結しており、これはベアリング２７，２９を介して同じく静止部材１３に回転可能に支持され、またインナドライブシャフト２１とは同軸である。

【0030】

静止部材１３は機体に直接に固定される場合もあるし、あるいはガイドベーン１５とファンケーシング１７とを介して固定される場合もありうる。ファンケーシング１７とガスタービン本体との間はバイパスダクト１９として作用し、ファン１から機尾に向けて流れる気流の一部がガスタービンをバイパスしてここを流れる。

【0031】

またガスタービンは、ベントラインを流れる空気から潤滑油を分離するエア−オイルセパレータ３３を備える。エア−オイルセパレータ３３には例えば公知の遠心式のものが適用でき、その動力は例えばインナドライブシャフト２１からギア機構により取り出される。

【0032】

ベアリング２５，２７，２９，３１を潤滑するための構造は、いずれも同様な構造を有している。アウタドライブシャフト２３を支持するベアリング２９を例にとり、かかる構造を以下に説明する。

【0033】

図３を参照するに、ベアリング２９，３１は、それぞれ静止部材であるフレーム４１，４３に支持されている。フレーム４１およびベアリング２９はサンプ室４５に収納されており、ベアリング２９は図外のジェット給油装置により潤滑油のジェット給油を受けて潤滑される。サンプ室４５では、ベアリング２９が高速回転することで潤滑油がミスト化する。ミスト化した潤滑油は、サンプ室４５の壁面に付着して薄膜を形成する。

【0034】

サンプ室４５において潤滑油はミスト状であり、何もなければ容易にサンプ室４５から周囲に逃散してしまう。これを防ぐべくラビリンスシール等を利用しうるが、さらに加圧空気により加圧室４７を加圧してサンプ室４５からの潤滑油の逃散を防止する。圧を逃がすべくベントライン４９が加圧室４７に連結しており、これはさらに前述のエア−オイルセパレータ３３に流体連通し、これを介して潤滑油ラインと連結している。また、ベントライン４９は、圧を逃がすと共に、他の部位への潤滑油の流れ込みを抑えるために、余分な潤滑油を逃がす機能を有している。このため、ベントライン４９の流路面は、潤滑油およびそのミストを含む空気に曝される。

【0035】

ガスタービンにおいて、潤滑油は例えば図４のごとき潤滑油ラインにより循環する。かかる図において、説明の便宜のために、ベアリングとサンプ室との組み合わせは一のみが示されているが、潤滑油ラインは他のベアリングおよびサンプ室にも接続されている。

【0036】

図４を参照するに、潤滑油ラインは、潤滑油が通過する流路部品として、例えば、エア−オイルセパレータ３３と、サンプ室４５と、ベントライン４９と、タンク５１と、供給ライン５３と、ポンプＰと、熱交換器５５と、スカベンジライン５７と、リカバリライン５９とを備える。サンプ室４５は、通常、熱交換器５５とスカベンジライン５７との間に介在し、ベントライン４９およびエア−オイルセパレータ３３は、サンプ室４５とリカバリライン５９との間に介在する。

【0037】

タンク５１に貯留された潤滑油は、ポンプＰにより供給ライン５３を経由して引き出され、熱交換器５５を通ってサンプ室４５に供給される。熱交換器５５においては、潤滑油と例えば燃料Ｆとの間で熱交換が行われ、潤滑油の温度が調整されるとともに燃料Ｆが予熱される。

【0038】

サンプ室４５においてベアリング２９を潤滑した後の潤滑油は、概してスカベンジライン５７を通ってタンク５１に回収される。これと並行して、サンプ室４５からベントライン４９を通って取り出された加圧空気にも、既に述べた通り、潤滑油がミスト状になって含まれている。潤滑油のミストを含む加圧空気は、エア−オイルセパレータ３３に導入され、空気Ａと潤滑油とに分離される。空気Ａはエア−オイルセパレータ３３から外気に放出され、潤滑油はリカバリライン５９を通ってタンク５１に回収される。

【0039】

潤滑油およびそのミストを含む空気は、ベアリング２９を潤滑する際に加熱され、定常時において３５０〜４００℃の程度であり、一時的には４５０℃程度に達しうるであろう。かかる潤滑油は、タンク５１を経由して熱交換器５５に導入される時点においても燃料Ｆを予熱するに十分な高温を保つ。すなわち潤滑油ラインの全体が高温であり、デポジットが発生してその内部に付着する懸念を有する。本実施形態による被膜は、かかる潤滑油ラインの内面を被覆することにより、デポジットの付着を抑制するに好適である。すなわち、本実施形態による被膜は、潤滑油が通過する流路部品における３００ないし４５０℃程度に曝されると共に、潤滑油に接する面を覆うことにより、デポジットの付着を抑制するに好適である。

【0040】

特にサンプ室からベントラインを経由してエア−オイルセパレータに達する部分は、潤滑油がミスト状になって空気と混合しているので、極めて酸化的な環境にあり、デポジットが発生し易いので、その抑制の目的で本実施形態による被膜を適用するに特に好適である。

【0041】

すなわち、本実施形態による被膜を適用する流路部品は、潤滑油でベアリングを潤滑するサンプ室およびサンプ室と通じており、潤滑油を逃がすベントラインよりなる群より選択された何れか一以上であることが好ましい。また、本実施形態による被膜は、サンプ室およびベントラインにおける３００ないし４５０℃に曝され、潤滑油に接する面のみを覆うようにしてもよい。

【0042】

潤滑油およびそのミストを含む高温の空気と接するサンプ室の壁面の温度、ベントラインの流路面の温度は、３００ないし４５０℃程度に達しうる。サンプ室の壁面は、潤滑油のミストが付着して薄膜を形成するので、デポジットがより発生し易くなる。サンプ室の壁面を本実施形態の被膜で覆うことにより、デポジットの付着を抑制できるので、ベアリングの潤滑の阻害を防止することが可能となる。また、ベントラインは、圧を逃がすと共に、余分な潤滑油を逃がす機能を有しているので、ベントラインの流路面は、デポジットがより発生し易くなる。ベントラインの流路面を本実施形態の被膜で覆うことにより、デポジットの付着を抑制できるので、流路の閉塞を防止することが可能となる。

【0043】

また上述と類似の環境は過給機においても見出される。すなわち、幾つかの種類の過給機においては、過給機のシャフトを支持するベアリングを潤滑する目的で、潤滑油を循環する潤滑油ラインが設けられ、潤滑油ライン上に設けられたオイル溜りに、かかるベアリングが収容される。かかる潤滑油ライン、特に、オイル溜りは３００ないし４５０℃程度に達するので、本実施形態による被膜を適用するに好適である。

【0044】

本実施形態は、ニッケルないしニッケル−リン合金−ＰＴＦＥ複合被膜が、３００ないし４５０℃程度においてデポジットの形成を抑制するという属性を発見し、かかる属性の発見に基づき上述の用途への使用に適することを見出したことに基づくものである。ガスタービンまたは過給機の潤滑油が通過する流路部品は、３００ないし４５０℃程度に曝され、潤滑油に接する面を覆い、ニッケルないしニッケル−リン合金と、ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子とを含む被膜を備えている。ただしガスタービンまたは過給機の潤滑油ラインへの使用は、用途の一例に過ぎず、３００ないし４５０℃程度であって潤滑油のごとき油に曝露される何れの機械装置にも、本実施形態は適用することができる。

【0045】

なお、かかる被膜は、デポジットを抑制する目的でサンプ室およびベントラインを含む潤滑油ラインの内面を被覆するのであって、潤滑あるいは摩耗の低減の目的でベアリングないしレースを被覆するのではないことに注意を要する。潤滑油ラインの内面は概して摩擦を受けるわけではない。

【0046】

本実施形態による被膜は、ニッケルないしニッケル−リン合金と、ポリテトラフルオロエチレンよりなる粒子とを含んでいる。また、本実施形態による被膜は、ニッケルないしニッケル−リン合金と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）よりなる粒子と、よりなることが好ましい。ニッケルまたはニッケル−リン合金は、ニッケルが含まれていることから、主に、潤滑油に含まれる油分の炭化反応を抑制して、酸化物（スラッジ）や炭化物の生成を抑える機能を有している。

【0047】

ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）よりなる粒子は、主に、撥油性を高めて、潤滑油の付着を抑制する機能を有している。被膜の撥油性が低い（濡れ性が良い、接触角が小さい）場合には、被膜表面に潤滑油が広く拡散して付着量が多くなるので、酸化物（スラッジ）や炭化物の生成量が多くなる。これに対して、被膜の撥油性が高い（濡れ性が悪い、接触角が大きい）場合には、被膜表面に潤滑油が広く拡散し難くなり付着量が少なくなるので、酸化物（スラッジ）や炭化物の生成量が少なくなる。

【0048】

このように、本実施形態による被膜によれば、被膜表面の撥油性を高くして潤滑油の付着量を低減すると共に、被膜表面に付着した潤滑油に含まれる油分の炭化反応を抑えることにより、デポジットの発生を抑制可能となる。また、後述する本実施形態の被膜の熱分析評価で示すように、本実施形態の被膜は、３００ないし４５０℃程度の温度範囲では被膜構造の変質が殆どなく、被膜に含まれるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が軟化した場合でもニッケルないしニッケルーリン合金で保持されるので、３００ないし４５０℃程度の温度範囲において適用可能である。被膜の膜厚については、例えば、５μｍから２０μｍとすることが可能である。かかる被膜の形成には公知の技術を利用することができ、例えば無電解複合めっき法が利用できる。無電解複合めっき法によれば、その手順は以下の通りである。

【0049】

対象の潤滑油ライン部品となる流路部品には、予め適宜の脱脂および酸洗がなされる。また対象面以外にめっきがなされないよう、対象面以外の表面をマスキング等によりシールしておくことが好ましい。

【0050】

めっき液は、ニッケル無電解めっきに利用される公知のものであって、例えば次亜リン酸および硫酸ニッケルないし塩化ニッケルを含む水溶液である。

【0051】

ＰＴＦＥよりなる粒子は、予め準備される。その粒径は１μｍ以下であり、好ましくは０．２ないし０．５μｍであり、その形状は球形ないし球形に近い不定形である。かかる粒子は、界面活性剤中に懸濁されてコロイドを成している。

【0052】

なお、めっき液、ＰＴＦＥコロイド液ともに市販のものを利用することができる。

【0053】

かかるＰＴＦＥコロイド液をめっき液に混合する。この混合比は、被膜におけるＰＴＦＥとニッケルないしニッケル−リン合金との組成比を支配する。目的とする組成比に応じて混合比を調整する。

【0054】

混合液は、めっき槽中において例えば８５ないし８８℃に保温する。加熱は、粒子の変質や凝縮を防止するべく、局部加熱を回避しうる手段によるのが好ましく、その一例は蒸気ヒータである。またＰＴＦＥ粒子がめっき面に均一に到達するのを促すべく、めっき浴は攪拌棒等によりごく穏やかに攪拌する。

【0055】

対象の流路部品は、保温された混合液中に浸漬される。これらの流路部品は鉄族元素を含む合金（例えば、鉄を含むアルミニウム合金、ステンレス鋼等の鉄合金）よりなり、それ自体が触媒となって次亜リン酸の脱水素を促し、生じた水素がニッケルイオンを還元してニッケルめっきが成される。次亜リン酸も還元を受けてリンを生じ、通常、このリンはニッケルとの間で合金を作るが、このこと自体は本発明において本質ではない。ニッケル単体のめっきでもよく、あるいは他の元素との合金めっきでもよい。

【0056】

ＰＴＦＥ粒子は、かかるニッケルめっき中に巻き込まれ、以ってニッケルないしニッケル−リン合金−ＰＴＦＥ複合めっき被膜が流路部品上に形成される。被膜中におけるＰＴＦＥ粒子の体積比率は、めっき液へのＰＴＦＥコロイド液の混合比に依存するが、５０体積％を超えないことが好ましい。すなわちニッケルないしニッケル−リン合金がマトリックスであり、これにＰＴＦＥ粒子が分散している。

【0057】

被膜は、被膜中の体積比率が０体積％より大きく４０体積％以下のＰＴＦＥ粒子を含み、残部がニッケルないしニッケル−リン合金からなることが好ましい。被膜中のＰＴＦＥ粒子の体積比率が０体積％より大きいのは、被膜中にＰＴＦＥ粒子を含有させて撥油性を高めるためである。被膜中のＰＴＦＥ粒子の体積比率が４０体積％以下であるのは、４０体積％を超えると相対的にニッケルの含有量が減るので潤滑油に含まれる油分の炭化反応の反応抑制効果の低下が大きくなり、シリコーン系耐熱塗料等よりもデポジットの抑制効果が低下する可能性があるからである。

【0058】

被膜は、被膜中の体積比率が１０体積％以上４０体積％以下のＰＴＦＥ粒子を含み、残部がニッケルないしニッケル−リン合金からなることがより好ましい。被膜中のＰＴＦＥ粒子の体積比率が１０体積％以上であるのは、撥油性が大きく向上するからである。また、被膜中のＰＴＦＥ粒子の体積比率が１０体積％より小さいと、撥油性が低下して、シリコーン系耐熱塗料等よりもデポジットの抑制効果が低下する可能性があるからである。

【0059】

被膜は、被膜中の体積比率が３０体積％以上３５体積％以下のＰＴＦＥ粒子を含み、残部がニッケルないしニッケルーリン合金からなることが更に好ましい。被膜中のＰＴＦＥ粒子の体積比率が３０体積％以上であるのは、撥油性を更に高めることができるからである。また、被膜中のＰＴＦＥの体積比率が３５体積％以下であるのは、炭化反応の反応抑制効果をより高めることができるからである。なお、被膜には、微量の不可避的不純物が含まれていてもよい。

【0060】

本実施形態による被膜の効果を検証する目的で、パネルコーキング試験による比較を行った。パネルコーキング試験は、例えば非特許文献４において解説されているごとく、潤滑油の清浄性を評価する技術分野において周知の試験であって、図５に例示した装置を利用する。

【0061】

図５を参照するに、パネルコーキング試験装置は、斜めに傾けられた直方体の槽６１を備え、試料油Ｌはかかる槽６１に適量貯留される。槽６１中において試料油Ｌの油面より上方は空気である。試料油Ｌを加熱できるよう、槽６１の例えば下面にはヒータ６３が設置される。

【0062】

槽６１中には試料油Ｌをはねかけるためのスプラッシャ６５が挿入されており、その軸６７が槽６１外に引き出され、軸６７を駆動してスプラッシャ６５を回転させることができるようになっている。軸６７から径方向に突出した複数のワイヤ６９が試料油Ｌに半ば浸っており、スプラッシャ６５が回転することにより、ワイヤ６９が順次試料油を試験片Ｔにはねかけるようになっている。

【0063】

試験片Ｔは、槽６１の上面を覆うように設置され、ヒータ７１と共に、クランプ７３により槽６１に固定することができる。その他、試料油Ｌ中、および試験片Ｔに密着するように、それぞれ熱電対のごとき温度測定装置が設置される。

【0064】

比較材として被膜を有さないアルミニウム板、実施例１として１０−１５体積％のＰＴＦＥを含むニッケル−リン合金−ＰＴＦＥ複合めっき被膜を有するもの、実施例２として３０−３５体積％のＰＴＦＥを含むもの、実施例３として４０体積％のＰＴＦＥを含むもの、を試験片として、パネルコーキング試験を行った。

【0065】

実施例１から３の被膜については、無電解複合めっき法によりニッケル−リン合金−ＰＴＦＥ複合めっき被膜を形成した。また、実施例１から３の被膜については、いずれもアルミニウム板（鉄を含む）に被覆した。実施例１の被膜は、被膜中の体積比率が１０体積％から１５体積％のＰＴＦＥ粒子を含み、残部がニッケルーリン合金から構成されている。実施例２の被膜は、被膜中の体積比率が３０体積％から３５体積％のＰＴＦＥ粒子を含み、残部がニッケルーリン合金から構成されている。実施例３の被膜は、被膜中の体積比率が４０体積％のＰＴＦＥ粒子を含み、残部がニッケルーリン合金から構成されている。

【0066】

ヒータ６３により試料油Ｌを１００℃に、ヒータ７１により試験片を３５０℃にそれぞれ加温し、スプラッシャ６５を回転することにより試験片に試料油をはねかけた。スプラッシャ６５の回転は間歇的であり、試験片が試料油の飛沫を１５秒間浴びた後、４５秒間休止するサイクルを繰り返した。試料油はエステル油であり、試験時間は６時間であった。試験後に試験片を取り出し、外観を観察し、付着したデポジットの質量を測定した。

【0067】

いずれの試験片においても、その内面の全面にデポジットが確認された。図６は、試験結果であって、横軸はデポジットの質量である。被膜のない比較材においては、１５０ｍｇを超えるデポジットが付着したが、実施例１ないし３では、デポジットはいずれもその半分以下であった。すなわち本実施形態の被膜ではデポジットの発生を抑制する効果が顕著である。

【0068】

実施例１から３の被膜は、撥油性と、炭化反応の反応抑制効果とを備えており、デポジットの発生を抑制する効果が顕著であることが明らかとなった。また、実施例１から３の被膜では、実施例２の被膜が最もデポジットの付着量が少なかったことから、実施例２の被膜が最もデポジットの発生を抑制する効果が高いことがわかった。

【0069】

実施例１、２の被膜におけるデポジットの付着量の関係から、ＰＴＦＥの体積比率が３０−３５体積％より小さくなると、被膜の撥油性が低下することによりデポジットの付着量が多くなり、デポジット発生の抑制効果が低下することが明らかとなった。

【0070】

更に、実施例２、３の被膜におけるデポジットの付着量の関係から、ＰＴＦＥの体積比率が３０−３５体積％より大きくなると、相対的にニッケルーリン合金の体積比率が小さくなることにより、被膜における炭化反応の反応抑制効果が低下して、デポジット発生の抑制効果が低下することがわかった。

【0071】

また比較例として、ＰＴＦＥのみよりなる被膜を有する試験片もパネルコーキング試験に供した。この例では試料油はＴＥＸＡＣＯ５Ｗ３０の商品名で市販されるものであって、一定期間使用されたものである。試料油を１００℃に、試験片を２３０℃にそれぞれ加温し、試験時間を２４時間とした。図７はその試験結果である。被膜のない比較材に比べ、ＰＴＦＥ被膜を有する比較例のほうが多量のデポジットが付着した。

【0072】

次に、参考例として、シリコーン系耐熱塗料を施した試験片もパネルコーキング試験に供した。シリコーン系耐熱塗料については、２種類評価した。参考例１では、シリコーン樹脂に、顔料としてアルミニウム粉末を添加したシリコーン系耐熱塗料を用いた。参考例２では、シリコーン樹脂に、顔料としてアルミニウム粉末と、ニッケル粉末と、コバルト粉末と、を添加したシリコーン系耐熱塗料を用いた。参考例１、２の被膜については、アルミニウム板に各シリコーン系耐熱塗料を塗布した後、４００℃で２時間焼成して形成した。なお、パネルコーキング試験の試験条件については、上記の実施例１から３の被膜の試験条件と同じである。

【0073】

図８は、参考例１、２の被膜と、本実施形態による実施例１から３の被膜とを比較したものである。参考例１、２の被膜は、実施例１から３の被膜よりもデポジットの付着量が大きかった。この結果から、実施例１から３の被膜は、シリコーン系耐熱塗料からなる被膜よりもデポジットの抑制効果が認められた。すなわち、被膜が、被膜中の体積比率が１０体積％以上４０体積％以下のＰＴＦＥ粒子を含み、残部がニッケルないしニッケル−リン合金からなる場合には、シリコーン系耐熱塗料からなる被膜よりもデポジットの抑制効果が高くなることがわかった。

【0074】

以上の試験結果から、被膜中のＰＴＦＥ粒子の体積比率は、０体積％より大きく４０体積％以下であることが好ましく、１０体積％以上４０体積％以下であることがより好ましく、３０体積％以上３５体積％であることが更に好ましいことがわかった。

【0075】

次に、パネルコーキング試験前の実施例２の被膜について、熱分析を行った。熱分析については、示差熱―熱重量分析（ＴＧ−ＤＴＡ分析）と、熱重量―赤外分光分析（ＴＧ−ＩＲ分析）とを行った。ＴＧ−ＩＲ分析については、ＴＧ−ＤＴＡ分析と同時に行い、排出ガスを測定した。なお、これらの分析については、大気雰囲気中、常温から９００℃まで一定の昇温速度で昇温して測定した。

【0076】

図９は、ＴＧ−ＤＴＡ分析による測定結果を示すグラフである。図１０は、ＴＧ−ＩＲ分析による測定結果を示すグラフである。図９に示すＤＴＡ曲線では、約６５０℃以上で発熱反応が進行し、約７００℃から７５０℃で大きな発熱ピークが認められた。図９に示すＴＧ曲線では、発熱反応の進行に伴って、約７００℃から７５０℃で僅かな重量減少が認められた。図１０のＡｂｓ（ＣＦｂｏｎｄ）で示すＩＲ曲線では、約７００℃から７５０℃で大きなピークが認められた。発熱反応が進行する温度域で生じる排出ガスの成分には、Ｃ−Ｆ結合が増加しており、この重量減少は、被膜に含まれるＰＴＦＥの熱分解等の変質によるものと考えられる。

【0077】

この結果から、本実施形態の被膜は、６００℃以下では、被膜構造の変質が殆どなく、本実施形態の被膜に含まれるＰＴＦＥの熱分解等も殆ど生じないことがわかった。したがって、本実施形態の被膜は、３００ないし４５０℃程度で適用可能であることを確認した。

【0078】

本実施形態による被膜は、ニッケルないしニッケルーリン合金に含まれるニッケルにより潤滑剤に含まれる油分との炭化反応を抑制すると共に、ＰＴＦＥ粒子により撥油性を高めて潤滑油の付着を抑えることにより、デポジットの発生を抑制しうる。このため、かかる被膜が、ガスタービンまたは過給機における流路部品における３００ないし４５０℃程度に曝され、潤滑油と接する面を覆うことにより、流路部品のデポジットの発生およびその付着を抑制する用途に適することは明らかである。また、かかる被膜が、３００ないし４５０℃程度において潤滑油に曝される機器の潤滑油に接する面を覆うことにより、このような機器のデポジットの発生およびその付着を抑制可能なことも明らかである。

【0079】

次に、本実施形態の被膜を適用する車両用（例えば、自動車用）等の過給機の流路部品について説明する。図１１は、過給機８１の構成を示す図である。図１１に示す過給機８１において、コンプレッサ側は左方に示されており、タービン側は右方に示されている。

【0080】

過給機８１は、ベアリングハウジング８３を備えている。ベアリングハウジング８３には、複数のベアリング８５ａ、８５ｂ、８５ｃと、ベアリング８５ａ、８５ｂ、８５ｃに支持され、コンプレッサインペラ８７とタービンインペラ８９とを一体的に連結するシャフト（ロータ軸）９１と、が配置されている。また、ベアリングハウジング８３は、ベアリング８５ａ、８５ｂ、８５ｃと、シャフト（ロータ軸）９１と、が摺動する部位に潤滑油を給油し、ベアリングハウジング８３の外に潤滑後の潤滑油を排油する潤滑油路構造を備えている。このように、ベアリングハウジング８３は、潤滑油が通過する流路部品としての機能を有している。

【0081】

潤滑油路構造は、潤滑油を取り入れるための給油口９３と、給油口９３と連通し、ベアリング８５ａ、８５ｂ、８５ｃに潤滑油を給油するための給油路９５ａ、９５ｂ、９５ｃと、を有している。また、潤滑油路構造は、ベアリング８５ａ、８５ｂ、８５ｃを潤滑した潤滑後の潤滑油を排油するための排油路９７と、排油路９７と連通して設けられ、ベアリングハウジング８３の外に潤滑後の潤滑油を排油するための排油口９９と、を有している。なお、排油口９９から排油された潤滑油は、図示しない潤滑油ポンプにより、再び、給油口９３から取り入れられる。このように、過給機８１は、シャフト（ロータ軸）９１を支持するベアリング８５ａ、８５ｂ、８５ｃを潤滑するために、潤滑油を送給し、循環する潤滑油ラインを備えている。

【0082】

給油路９５ａ、９５ｂ、９５ｃは、給油口９３から給油される潤滑油や、ベアリング８５ａ、８５ｂ、８５ｃを潤滑する際の潤滑油のミストを含む空気に曝される。また、給油路９５ａ、９５ｂ、９５ｃは、ベアリング８５ａ、８５ｂ、８５ｃの近傍に形成されているので、ベアリング８５ａ、８５ｂ、８５ｃの発熱等により、給油路９５ａ、９５ｂ、９の潤滑油と接する面の温度が、３００ないし４５０℃程度に達する。このように、給油路９５ａ、９５ｂ、９５ｃは、高温で酸化的な環境にある。

【0083】

給油路９５ａ、９５ｂ、９５ｃにおける３００ないし４５０℃程度に曝され、潤滑油と接する面に、本実施形態による被膜を被覆することにより、給油路９５ａ、９５ｂ、９５ｃの内面にデポジットの付着を抑制することができる。これにより、給油路９５ａ、９５ｂ、９５ｃのデポジットによる油路閉塞を防止して、ベアリング８５ａ、８５ｂ、８５ｃに潤滑油を給油することが可能となる。

【0084】

なお、車両用（例えば、自動車用）等の過給機における本実施形態の被膜を適用する流路部品としてベアリングハウジングについて説明したが、これに限定されることなく、タービン側における潤滑油が通過する流路部品等に適用することも可能である。エンジンからの排気が供給されるタービン側の流路部品等では、３００ないし４５０℃程度に達し、排気に含まれる潤滑油と接する面に、デポジットが形成され易いからである。

【0085】

好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0086】

３００ないし４５０℃程度において潤滑油に由来して生ずるデポジットが、航空機用等のガスタービンまたは車両用（例えば、自動車用）等の過給機の潤滑油ラインの流路部品に発生すること、あるいはそれが付着することを抑制することができる被膜が提供される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】