特開 2024-168858 すべり軸受構造及びターボ式流体機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168858

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】すべり軸受構造及びターボ式流体機械

(51)【国際特許分類】

   F16C 27/02 20060101AFI20241128BHJP

   F16C 33/20 20060101ALI20241128BHJP

   F04D 29/056 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

F16C27/02 A

F16C33/20 Z

F04D29/056 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085877

(22)【出願日】2023-05-25

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001117

【氏名又は名称】弁理士法人ぱてな

(72)【発明者】

【氏名】筒井 琢仁

(72)【発明者】

【氏名】樋口 毅

(72)【発明者】

【氏名】福壽 快斗

【テーマコード（参考）】

3H130

3J011

3J012

【Ｆターム（参考）】

3H130AA13

3H130AB07

3H130AB27

3H130AB42

3H130AC13

3H130BA24E

3H130DA02Z

3H130DB03X

3H130DD03Z

3H130EC06E

3H130EC17E

3H130EC18E

3J011AA20

3J011BA02

3J011BA15

3J011DA01

3J011KA02

3J011MA01

3J011MA21

3J011QA05

3J011SA03

3J011SC03

3J011SC04

3J011SC05

3J012AB12

3J012AB20

3J012BB01

3J012DB07

3J012EB07

(57)【要約】

【課題】軸受の軸受面又は回転体の被軸受面に形成されたコーティング層の耐久性を向上させて、軸受構造の寿命を向上させることができるすべり軸受構造及びターボ式流体機械を提供する。
【解決手段】ターボ式流体機械は、被軸受面２４ｇを有する回転体２４と、回転体２４と一体的に回転して外部流体を圧送する作動体と、被軸受面２４ｇに対向する軸受面６０ａを有し、回転体２４をハウジング１１に対して回転可能に支持するフォイル軸受６０とを備える。被軸受面２４ｇ及び軸受面６０ａの一方にコーティング層６１が形成されている。コーティング層６１は、樹脂バインダ６１ａとしてのポリアミドイミドと、固体潤滑剤６１ｂとしての二硫化モリブデンとを含有する。被軸受面２４ｇ及び軸受面６０ａの他方に硬質クロムめっき膜６２が形成されている。コーティング層６１と硬質クロムめっき膜６２とは対向している
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転体と、前記回転体を支持するすべり軸受と、を備えるすべり軸受構造であって、
前記すべり軸受の軸受面及び前記回転体の被軸受面の一方にコーティング層が形成され、
前記コーティング層は、樹脂バインダとしてのポリアミドイミドと、固体潤滑剤としての二硫化モリブデンと、を含有し、
前記軸受面及び前記被軸受面の他方に硬質クロムめっき膜が形成され、
前記コーティング層と前記硬質クロムめっき膜とは対向していることを特徴とするすべり軸受構造。

【請求項2】

前記ポリアミドイミドの含有量に対する前記二硫化モリブデンの含有量の質量百分率が４２質量％以上１２７質量％以下である請求項１記載のすべり軸受構造。

【請求項3】

前記コーティング層は、固体潤滑剤としてのポリテトラフルオロエチレンをさらに含有する請求項１又は２記載のすべり軸受構造。

【請求項4】

前記軸受面に前記コーティング層が形成され、前記被軸受面に前記硬質クロムめっき膜が形成されている請求項１又は２記載のすべり軸受構造。

【請求項5】

前記軸受面及び前記被軸受面の間隙には気体の潤滑剤が導入され、前記間隙に発生する動圧によって荷重を支える請求項１又は２記載のすべり軸受構造。

【請求項6】

回転体と、
前記回転体と一体的に回転して外部流体を圧送する作動体と、
前記回転体及び前記作動体を収容するハウジングと、
前記回転体を前記ハウジングに対して回転可能に支持するフォイル軸受と、を備えるターボ式流体機械であって、
前記フォイル軸受の軸受面及び前記回転体の被軸受面の一方にコーティング層が形成され、
前記コーティング層は、樹脂バインダとしてのポリアミドイミドと、固体潤滑剤としての二硫化モリブデンと、を含有し、
前記軸受面及び前記被軸受面の他方に硬質クロムめっき膜が形成され、
前記コーティング層と前記硬質クロムめっき膜とは対向していることを特徴とするターボ式流体機械。

【請求項7】

前記ポリアミドイミドの含有量に対する前記二硫化モリブデンの含有量の質量百分率が４２質量％以上１２７質量％以下である請求項６記載のターボ式流体機械。

【請求項8】

車載燃料電池へ空気を圧送するためのターボ式流体機械であって、
１０万ｒｐｍ以上で回転しつつ前記回転体を駆動する電動モータを備える請求項６又は７記載のターボ式流体機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はすべり軸受構造及びターボ式流体機械に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に従来のターボ式流体機械が開示されている。このターボ式流体機械は、回転体と、回転体と一体的に回転して外部流体を圧送する作動体と、回転体及び作動体を収容するハウジングと、回転体をハウジングに対して回転可能に支持するフォイル軸受とを備えている。

【0003】

回転体は被軸受面を有する一方、回転体を支持するフォイル軸受は被軸受面に対向する軸受面を有する。フォイル軸受は、低速回転する回転体を接触支持し、高速回転する回転体を非接触支持する。すなわち、フォイル軸受は、回転体の低速回転時には、軸受面と被軸受面とが接触した状態で相対回転する回転体を支持し、回転体が高速回転すれば、軸受面と被軸受面とが非接触な状態となり、軸受面と被軸受面との間の軸受隙間に生じる流体膜で回転体を支持する。

【0004】

フォイル軸受が回転体を接触支持する低速回転時には、軸受面と被軸受面とが摺動し、この摺動面に焼付きや損傷の問題が起こりやすい。このため、摺動面における焼付きや損傷を抑えるべく、軸受面や被軸受面にコーティング層を形成することが行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－８２１９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

フォイル軸受では、その製品寿命を向上させるために、コーティング層の耐久性を向上させることが重要である。

【0007】

発明者らは、コーティング層の耐久性を向上させるべく、コーティング層の材料に高硬度のポリアミドイミドを用いてコーティング層の耐摩耗性を向上させることを指向した。しかし、発明者らの試験によれば、フォイル軸受の軸受面に耐摩耗性の高いポリアミドイミドをコーティングしても、期待するほどコーティング層の耐久性が向上しないことが判明した。

【0008】

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、軸受の軸受面又は回転体の被軸受面に形成されたコーティング層の耐久性を向上させて、軸受構造の寿命を向上させることができるすべり軸受構造及びターボ式流体機械を提供することを解決すべき課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のすべり軸受構造は、回転体と、前記回転体を支持するすべり軸受と、を備えるすべり軸受構造であって、
前記すべり軸受の軸受面及び前記回転体の被軸受面の一方にコーティング層が形成され、
前記コーティング層は、樹脂バインダとしてのポリアミドイミドと、固体潤滑剤としての二硫化モリブデンと、を含有し、
前記軸受面及び前記被軸受面の他方に硬質クロムめっき膜が形成され、
前記コーティング層と前記硬質クロムめっき膜とは対向していることを特徴とする。

【0010】

本発明のすべり軸受構造では、軸受面及び被軸受面の一方にコーティング層が形成されている。このコーティング層では、樹脂バインダとしてのポリアミドイミドに対して、固体潤滑剤としての二硫化モリブデンが配合されている。このため、コーティング層の表面においては、ポリアミドイミド中に二硫化モリブデンが分散している。

【0011】

樹脂バインダとしてのポリアミドイミドは、高硬度であり耐摩耗性が高い。その一方で、ポリアミドイミドは、靭性が高くて粘り強い。このため、何ら対策を施さなければ、相手材との摺動による初期摩耗の際、コーティング層表面からポリアミドイミドの移着粒子(摩耗粉）が大きくもぎ取られ易い。コーティング層表面から大きな移着粒子が脱落すると、コーティング層表面が荒らされて、初期摩耗後にコーティング層の表面粗さが大きくなってしまい、摺動抵抗の増加やコーティング層の摩耗量の増加につながる。

【0012】

この点、本発明におけるコーティング層には、ポリアミドイミド中に二硫化モリブデンが分散している。二硫化モリブデンは、Ｍｏ層をＳ層が挟んだ形のサンドイッチ構造の結晶構造を有する層状固体潤滑剤である。この二硫化モリブデンが相手材と摺動すると、結合力の弱いＳ層同士の間で滑りが容易に起こり、低摩擦を発現する。また、初期摩耗において、相手材表面の微小突起を潰したり、削ったり、溝を埋めたりして早期になじみ面を形成させる。このため、コーティング層の表面に二硫化モリブデンが分散していると、摺動抵抗を低下させることができる。

【0013】

また、二硫化モリブデンは、ポリアミドイミドと比べて、靭性が低くて硬い。このため、初期摩耗によってコーティング層表面からもぎ取られるポリアミドイミドの移着粒子が、ポリアミドイミドよりも硬い二硫化モリブデンによって分断される。すなわち、二硫化モリブデンが、ポリアミドイミドの移着粒子を細分化する。その結果、初期摩耗の際のポリアミドイミドの移着粒子が小さくなる。ポリアミドイミドの移着粒子が小さくなれば、コーティング層表面が大きく荒らされることが抑えられるので、コーティング層の表面粗さが大きくなることを抑えることができる。

【0014】

さらに、本発明のすべり軸受構造では、軸受面及び被軸受面の他方に硬質クロムめっき膜が形成されている。そして、コーティング層と硬質クロムめっき膜とが対向している。発明者らの試験によれば、硬質クロムめっき膜の形成により、硬質クロムめっき膜と摺動するコーティング層の摩耗量を大幅に減らすことができる。このメカニズムとして、他の金属と異なり硬質クロムめっき膜の表面に形成される自然酸化皮膜が潤滑の作用を持つと考えられる。その他には、ポリアミドイミドに二硫化モリブデンが分散したコーティング層と、硬質クロムめっき膜との相性の良さによるものと考えられる。

【0015】

したがって、このすべり軸受構造によれば、軸受の軸受面又は回転体の被軸受面に形成されたコーティング層の耐久性を向上させて、軸受構造の寿命を向上させることができる。

【0016】

ポリアミドイミドの含有量に対する二硫化モリブデンの含有量の質量百分率は４２質量％以上１２７質量％以下であることが好ましい。

【0017】

発明者らの試験によれば、ポリアミドイミドの含有量に対する二硫化モリブデンの含有量の質量百分率が４２質量％以上１２７質量％であるときに（ポリアミドイミドの質量に対する二硫化モリブデンの質量の比が０．４２以上１．２７以下であるときに）、上述した二硫化モリブデンによる効果が顕著になる。

【0018】

コーティング層は、固体潤滑剤としてのポリテトラフルオロエチレンをさらに含有することが好ましい。

【0019】

コーティング層の表面にポリテトラフルオロエチレンが存在すると、相手材との摺動による初期摩耗の際、ポリテトラフルオロエチレンの移着粒子が相手材に付着して被膜を形成する。ポリテトラフルオロエチレンの被膜は滑りやすく低摩擦であるため、ポリテトラフルオロエチレンの被膜はコーティング層に対する相手材の攻撃性が低い。そのため、コーティング層からポリアミドイミドや二硫化モリブデンの移着粒子がもぎ取られることが抑えられ、その結果、コーティング層表面における摩耗量を低減させることができると考えられる。

【0020】

本発明のすべり軸受構造において、軸受面にコーティング層が形成され、被軸受面に硬質クロムめっき膜が形成されていることが好ましい。

【0021】

この場合、コーティング層の耐久性の向上により、コーティング層が形成された軸受面を有するすべり軸受の製品寿命を向上させることができる。

【0022】

本発明のすべり軸受構造において、軸受面及び被軸受面の間隙には気体の潤滑剤が導入され、間隙に発生する動圧によって荷重を支えることが好ましい。

【0023】

この場合、すべり軸受が動圧型の気体軸受になるところ、高速回転する回転体を低摩擦で支持するのに有利になるため、そのすべり軸受をフォイル軸受に好適に利用することができる。

【0024】

本発明のターボ式流体機械は、回転体と、
前記回転体と一体的に回転して外部流体を圧送する作動体と、
前記回転体及び前記作動体を収容するハウジングと、
前記回転体を前記ハウジングに対して回転可能に支持するフォイル軸受と、を備えるターボ式流体機械であって、
前記フォイル軸受の軸受面及び前記回転体の被軸受面の一方にコーティング層が形成され、
前記コーティング層は、樹脂バインダとしてのポリアミドイミドと、固体潤滑剤としての二硫化モリブデンと、を含有し、
前記軸受面及び前記被軸受面の他方に硬質クロムめっき膜が形成され、
前記コーティング層と前記硬質クロムめっき膜とは対向していることを特徴とする。

【0025】

本発明らは、フォイル軸受を備えるターボ式流体機械において、コーティング層の耐久性を如何にして向上させるかについて鋭意検討し、発想の転換により、フォイル軸受の浮上能力を向上させることによって、コーティング層が相手材と摺動する時間を短縮すること、すなわちコーティング層が摩耗する機会を減らすことを指向した。フォイル軸受の浮上能力を向上させるには、コーティング層の平滑性を向上させること、特に相手材との摺動による初期摩耗後においてもその平滑性を維持することが重要であると考え、試行錯誤を重ねて本発明を完成させた。

【0026】

本発明のターボ式流体機械では、フォイル軸受の軸受面及び回転体の被軸受面の一方にコーティング層が形成され、軸受面及び被軸受面の他方に硬質クロムめっき膜が形成されている。そして、コーティング層と硬質クロムめっき膜とが対向している。

【0027】

上述のとおり、コーティング層における樹脂バインダとしてのポリアミドイミドは、高靭性で粘り強い。このため、何ら対策を施さなければ、初期摩耗の際、ポリアミドイミドの大きな摩耗粉が脱落し、コーティング層の表面粗さが大きくなってしまう。そうすると、フォイル軸受において、流体潤滑の限界膜厚、すなわち接触支持から非接触支持に移行する時の流体膜の膜厚、言い換えればフォイル軸受により回転体が浮上する浮上回転数に達した時の流体膜の膜厚が大きくなり、フォイル軸受の浮上能力が低下する。フォイル軸受の浮上能力が低下すれば、コーティング層が相手材との摺動により摩耗する機会が増えてしまうので、コーティング層の耐久性の低下につながる。

【0028】

この点、本発明におけるコーティング層においては、上述の通り、二硫化モリブデンの働きにより、初期摩耗の際、摺動抵抗や表面粗さが大きくなることを抑制できる。そして、初期摩耗後におけるコーティング層の平滑性が向上すれば、フォイル軸受における流体潤滑の限界膜厚を小さくすることができ、浮上能力を向上させることができる。フォイル軸受の浮上能力が向上すれば、相手材との摺動によりコーティング層が摩耗する機会が減るので、コーティング層の耐久性を向上させることができる。

【0029】

また上述の通り、硬質クロムめっき膜により、コーティング層の摩耗量を大幅に減らすことができる。

【0030】

したがって、このターボ式流体機械によれば、軸受の軸受面又は回転体の被軸受面に形成されたコーティング層の耐久性を向上させて、軸受構造の寿命を向上させることができる。

【0031】

本発明のターボ式流体機械においても、ポリアミドイミドの含有量に対する二硫化モリブデンの含有量の質量百分率は４２質量％以上１２７質量％以下であることが好ましい。

【0032】

本発明のターボ式流体機械は、車載燃料電池へ空気を圧送するためのものであって、１０万ｒｐｍ以上で回転しつつ前記回転体を駆動する電動モータを備えることが好ましい。

【0033】

車載燃料電池へ空気を圧送するターボ式流体機械には、小型な体格と大流量のガス移送能力が求められる。このため、回転体を駆動するモータには、１０万ｒｐｍ以上の高回転で駆動することが求められる。また、燃料電池に求められる発電量の変動に応じて、回転数を変動できるよう、電動モータで回転体を駆動するのが好ましい。１０万ｒｐｍ以上の高回転からモータ駆動を停止すると、吸入ガスの慣性が回転体に作用し、その結果、軸受面と被軸受面が大きな荷重を伴いつつ接触することがある。何ら対策を施さなければ、接触荷重が大きいときに、コーティング層表面からポリアミドイミドの移着粒子(摩耗粉）が大きくもぎ取られてしまい、コーティング層表面が大きく荒らされ、摩耗後にコーティング層の表面粗さが大きくなってしまう恐れがある。

【0034】

この点、本発明におけるコーティング層は表面粗さが大きくなることを抑えることができるので、本発明のターボ式流体機械は車載燃料電池へ空気を圧送するのに適している。

【0035】

本発明のターボ式流体機械においても、コーティング層は、固体潤滑剤としてのポリテトラフルオロエチレンをさらに含有することが好ましい。

【発明の効果】

【0036】

本発明のすべり軸受構造及び本発明のターボ式流体機械によれば、軸受の軸受面又は回転体の被軸受面に形成されたコーティング層の耐久性を向上させて、軸受構造の寿命を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】図１は実施例のターボ式圧縮機の断面図である。

【図2】図２は実施例のターボ式圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。

【図3】図３は実施例のターボ式圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。

【図4】図４は実施例のターボ式圧縮機に係り、回転体の硬質クロムめっき膜とフォイル軸受のコーティング層の一部を拡大して示す模式断面図である。

【図5】図５は実施例のターボ式圧縮機に係り、フォイル軸受のコーティング層が摩耗する様子を説明する模式断面図である。

【図6】図６は摩擦摩耗試験１を模式的に示す斜視図である。

【図7】図７は摩擦摩耗試験１の試験条件イメージを説明する図である。

【図8】図８は摩擦摩耗試験１後のコーティング層の表面粗さと二硫化モリブデンの含有量との関係を示すグラフである。

【図9】図９は摩擦摩耗試験２を模式的に示す斜視図である。

【図10】図１０は発明例及び比較例に係り、摩擦摩耗試験２後のコーティング層の摩耗量の測定結果を示すグラフである。

【図11】図１１は発明例に係り、摩擦摩耗試験２後のコーティング層の表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した結果を示す図面代用写真である。

【図12】図１２は発明例に係り、図１１の四角で囲った領域についてＳＥＭ－ＥＤＸ分析結果を示し、左上の写真はＳＥＭ像（反射電子像）、右上の写真はＣ（炭素）のマッピング像、左下の写真はＭｏ（モリブデン）のマッピング像である。

【図13】図１３は比較例に係り、摩擦摩耗試験２後のコーティング層の表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した結果を示す図面代用写真である。

【図14】図１４は比較例に係り、図１３の四角で囲った領域についてＳＥＭ－ＥＤＸ分析結果を示し、左上の写真はＳＥＭ像（反射電子像）、右上の写真はＣ（炭素）のマッピング像、左下の写真はＭｏ（モリブデン）のマッピング像、右下の写真はＴｉ（チタン）のマッピング像である。

【図15】図１５は発明例に係り、摩擦摩耗試験２前の硬質クロムめっき膜の表面を、光学顕微鏡を用いて観察した結果を示す図面代用写真である。

【図16】図１６は発明例に係り、摩擦摩耗試験２後の硬質クロムめっき膜の表面を、光学顕微鏡を用いて観察した結果を示す図面代用写真である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

以下、本発明を具体化した実施例について図面を参照しつつ説明する。

【0039】

（実施例）
この実施例では、本発明のターボ式流体機械をターボ式圧縮機１０に具体化した。ターボ式圧縮機１０は、燃料電池システムが搭載された燃料電池車に搭載されている。燃料電池システムは、酸素及び水素を車載燃料電池に供給して発電させる。ターボ式圧縮機１０は、車載燃料電池に供給される酸素を含む空気を圧縮する。

【0040】

図１に示すように、ターボ式流体機械であるターボ式圧縮機１０はハウジング１１を備えている。ハウジング１１は金属材料製であり、例えばアルミニウム合金製である。ハウジング１１は、モータハウジング１２と、コンプレッサハウジング１３と、タービンハウジング１４と、第１プレート１５と、第２プレート１６と、第３プレート１７とを有している。

【0041】

モータハウジング１２は、板状の端壁１２ａと、周壁１２ｂとを有している。周壁１２ｂは、端壁１２ａの外周部から筒状に延びている。第１プレート１５は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの開口側の端部に連結され、周壁１２ｂの開口を閉塞している。

【0042】

モータハウジング１２の端壁１２ａの内面１２１ａ、周壁１２ｂの内周面１２１ｂ、及び第１プレート１５におけるモータハウジング１２側の端面１５ａによってモータ室Ｓ１が区画されている。モータ室Ｓ１内には、電動モータ１８が収容されている。

【0043】

第１プレート１５は第１軸受保持部２０を有している。第１軸受保持部２０は、第１プレート１５の端面１５ａの中央部から電動モータ１８に向けて突出している。第１軸受保持部２０は円筒状である。

【0044】

第１プレート１５におけるモータハウジング１２とは反対側の端面１５ｂには、底面１５ｄを有する凹部１５ｃが形成されている。凹部１５ｃは円孔状である。第１軸受保持部２０の筒内は、第１プレート１５を貫通して凹部１５ｃの底面１５ｄに開口している。凹部１５ｃの軸心と第１軸受保持部２０の軸心とは一致している。

【0045】

モータハウジング１２は第２軸受保持部２２を有している。第２軸受保持部２２は、モータハウジング１２の端壁１２ａの内面１２１ａの中央部から電動モータ１８に向けて突出している。第２軸受保持部２２は円筒状である。第２軸受保持部２２の筒内は、モータハウジング１２の端壁１２ａを貫通して端壁１２ａの外面１２２ａに開口している。第１軸受保持部２０の軸心と第２軸受保持部２２の軸心とは一致している。

【0046】

図２に示すように、第２プレート１６は、第１プレート１５の端面１５ｂに連結されている。第２プレート１６の中央部にはシャフト挿通孔１６ａが形成されている。シャフト挿通孔１６ａは凹部１５ｃ内に連通している。シャフト挿通孔１６ａの軸心は、凹部１５ｃの軸心及び第１軸受保持部２０の軸心と一致している。第２プレート１６における第１プレート１５側の端面１６ｂと第１プレート１５の凹部１５ｃとによって、スラスト軸受収容室Ｓ２が区画されている。

【0047】

コンプレッサハウジング１３は、空気が吸入される円孔状の吸入口１３ａを有する筒状である。コンプレッサハウジング１３は、第２プレート１６における第１プレート１５とは反対側の端面１６ｃに連結されている。コンプレッサハウジング１３の吸入口１３ａの軸心と、第２プレート１６のシャフト挿通孔１６ａの軸心と、第１軸受保持部２０の軸心とは一致している。吸入口１３ａは、コンプレッサハウジング１３における第２プレート１６とは反対側の端面に開口している。

【0048】

コンプレッサハウジング１３と第２プレート１６の端面１６ｃとの間には、第１羽根車室１３ｂと、吐出室１３ｃと、ディフューザ流路１３ｄとが形成されている。第１羽根車室１３ｂは吸入口１３ａに連通している。吐出室１３ｃは、第１羽根車室１３ｂの周囲で吸入口１３ａの軸心周りに延びている。ディフューザ流路１３ｄは、第１羽根車室１３ｂと吐出室１３ｃとを連通している。第１羽根車室１３ｂは、第２プレート１６のシャフト挿通孔１６ａに連通している。

【0049】

図３に示すように、第３プレート１７は、モータハウジング１２の端壁１２ａの外面１２２ａに連結されている。第３プレート１７の中央部にはシャフト挿通孔１７ａが形成されている。シャフト挿通孔１７ａは、第２軸受保持部２２の筒内に連通している。シャフト挿通孔１７ａの軸心は第２軸受保持部２２の軸心と一致している。

【0050】

タービンハウジング１４は、空気を吐出する円孔状の吐出口１４ａを有する筒状である。タービンハウジング１４は、第３プレート１７におけるモータハウジング１２とは反対側の端面１７ｂに連結されている。タービンハウジング１４の吐出口１４ａの軸心と、第３プレート１７のシャフト挿通孔１７ａの軸心と、第２軸受保持部２２の軸心とは一致している。吐出口１４ａは、タービンハウジング１４における第３プレート１７とは反対側の端面に開口している。

【0051】

タービンハウジング１４と第３プレート１７の端面１７ｂとの間には、第２羽根車室１４ｂと、吸入室１４ｃと、連通流路１４ｄとが形成されている。第２羽根車室１４ｂは吐出口１４ａに連通している。吸入室１４ｃは、第２羽根車室１４ｂの周囲で吐出口１４ａの軸心周りに延びている。連通流路１４ｄは、第２羽根車室１４ｂと吸入室１４ｃとを連通している。第２羽根車室１４ｂは、第３プレート１７のシャフト挿通孔１７ａに連通している。

【0052】

図１に示すように、ハウジング１１内には回転体２４が収容されている。回転体２４は、軸部としての回転軸２４ａと、第１支持部２４ｂと、第２支持部２４ｃと、スラストカラーとしての第３支持部２４ｄとを有している。回転軸２４ａは、コンプレッサハウジング１３側の端部である第１端部２４ｅと、タービンハウジング１４側の端部である第２端部２４ｆとを有している。第１支持部２４ｂは、回転軸２４ａの外周面２４０ａにおける第１端部２４ｅ寄りの部位に設けられるとともに第１軸受保持部２０の筒内に配置されている。第１支持部２４ｂは、回転軸２４ａに一体的に形成されるとともに回転軸２４ａの外周面２４０ａから環状に突出している。

【0053】

回転体２４を構成する回転軸２４ａと、第１支持部２４ｂと、第２支持部２４ｃと、第３支持部２４ｄとは、いずれもチタン合金よりなる。なお、回転体２４を構成する回転軸２４ａと、第１支持部２４ｂと、第２支持部２４ｃと、第３支持部２４ｄとは、いずれもチタン合金とは異なる金属であってもよい。

【0054】

第２支持部２４ｃは、回転軸２４ａの外周面２４０ａにおける第２端部２４ｆ寄りの部位に設けられるとともに第２軸受保持部２２の筒内に配置されている。第２支持部２４ｃは、円筒状をなし、回転軸２４ａの外周面２４０ａから環状に突出した状態で、回転軸２４ａの外周面２４０ａに固定されている。第２支持部２４ｃは、回転軸２４ａと一体的に回転可能である。

【0055】

第３支持部２４ｄはスラスト軸受収容室Ｓ２に配置されている。第３支持部２４ｄは、円板状をなし、回転軸２４ａの外周面２４０ａから環状に突出した状態で、回転軸２４ａの外周面２４０ａに固定されている。第３支持部２４ｄは、回転軸２４ａと一体的に回転可能である。第３支持部２４ｄは、電動モータ１８に対して回転体２４の軸心方向で離隔した位置に配置されている。以下の説明において、軸心方向とは、回転体２４の軸心方向を意味する。

【0056】

回転軸２４ａの第１端部２４ｅには、作動体としての第１羽根車２５が連結されている。第１羽根車２５は、回転軸２４ａにおける第３支持部２４ｄよりも第１端部２４ｅ寄りに配置されている。第１羽根車２５は第１羽根車室１３ｂに収容されている。回転軸２４ａの第２端部２４ｆには、第２羽根車２６が連結されている。第２羽根車２６は、回転軸２４ａにおける第２支持部２４ｃよりも第２端部２４ｆ寄りに配置されている。第２羽根車２６は第２羽根車室１４ｂに収容されている。ハウジング１１は、第１羽根車２５、第２羽根車２６及び回転体２４を収容している。

【0057】

第２プレート１６のシャフト挿通孔１６ａと回転体２４との間には、第１シール部材２７が設けられている。第１シール部材２７は、第１羽根車室１３ｂからモータ室Ｓ１に向かう空気の洩れを抑制する。第３プレート１７のシャフト挿通孔１７ａと回転体２４との間には、第２シール部材２８が設けられている。第２シール部材２８は、第２羽根車室１４ｂからモータ室Ｓ１に向かう空気の洩れを抑制する。第１シール部材２７及び第２シール部材２８は、例えばシールリングである。

【0058】

電動モータ１８は、筒状のロータ３１及び筒状のステータ３２を備えている。ロータ３１は回転軸２４ａに固定されている。ステータ３２はハウジング１１に固定されている。ロータ３１は、ステータ３２の径方向内側に配置されるとともに回転体２４と一体的に回転する。ロータ３１は、回転軸２４ａに止着された円筒状のロータコア３１ａと、ロータコア３１ａに設けられた図示しない複数の永久磁石と、を有している。ステータ３２は、ロータ３１を取り囲んでいる。ステータ３２は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの内周面１２１ｂに固定された円筒状のステータコア３３と、ステータコア３３に巻回されたコイル３４と、を有している。回転体２４は、図示しないバッテリからコイル３４に電流が流れることによって、ロータ３１と一体的に回転する。電動モータ１８は、およそ１０万ｒｐｍから１２万ｒｐｍの範囲で回転する。

【0059】

この実施例における燃料電池システムは、車載燃料電池としての燃料電池スタック１００と、ターボ式圧縮機１０と、供給流路Ｌ１と、吐出流路Ｌ２と、分岐流路Ｌ３とを備えている。燃料電池スタック１００は、複数の燃料電池から構成されている。供給流路Ｌ１は、吐出室１３ｃと、燃料電池スタック１００とを接続する。吐出流路Ｌ２は、燃料電池スタック１００と、吸入室１４ｃとを接続する。供給流路Ｌ１から分岐する分岐流路Ｌ３の途中には、インタークーラ１１０が設けられている。インタークーラ１１０は、分岐流路Ｌ３を流れる空気を冷却する。

【0060】

回転体２４がロータ３１と一体的に回転すると、第１羽根車２５及び第２羽根車２６が回転体２４と一体的に回転する。すると、吸入口１３ａから吸入された空気が第１羽根車室１３ｂ内で第１羽根車２５によって圧縮されるとともにディフューザ流路１３ｄを通過して吐出室１３ｃから吐出される。吐出室１３ｃから吐出された空気は、供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１００に供給される。燃料電池スタック１００に供給された空気は、燃料電池スタック１００を発電するために使用された後、燃料電池スタック１００の排気として吐出流路Ｌ２へ吐出される。燃料電池スタック１００の排気は、吐出流路Ｌ２を介して吸入室１４ｃに吸入される。吸入室１４ｃに吸入された燃料電池スタック１００の排気は、連通流路１４ｄを通じて第２羽根車室１４ｂに吐出される。第２羽根車室１４ｂに吐出される燃料電池スタック１００の排気により第２羽根車２６が回転する。回転体２４は、電動モータ１８の駆動による回転に加え、燃料電池スタック１００の排気により回転する第２羽根車２６の回転によっても回転する。よって、作動体としての第１羽根車２５は回転体２４と一体的に回転するとともに、外部流体としての空気を圧送する。第２羽根車室１４ｂに吐出された燃料電池スタック１００の排気は、吐出口１４ａから外部へ吐出される。

【0061】

ターボ式圧縮機１０は、回転体２４をハウジング１１に対して回転可能に支持する複数のフォイル軸受６０を有している。各フォイル軸受６０は、後述する軸受面６０ａ及び後述する被軸受面２４ｇの間隙に気体の潤滑剤としての空気が導入され、間隙に発生する動圧によって荷重を支える動圧型の空気軸受である。フォイル軸受６０は、本発明における「すべり軸受」の一例である。回転体２４及びフォイル軸受６０は、本発明における「すべり軸受構造」の一例である。複数のフォイル軸受６０は、一対のスラストフォイル軸受３０、３０と、一対のラジアルフォイル軸受４０、４０とを含む。一対のスラストフォイル軸受３０、３０は、回転体２４の第３支持部２４ｄをハウジング１１に対して回転可能に回転体２４の軸心方向に支持する。一対のラジアルフォイル軸受４０、４０は、回転体２４の第１支持部２４ｂ、第２支持部２４ｃをハウジング１１に対して回転可能に回転体２４の軸心方向に直交する方向に支持する。

【0062】

一対のスラストフォイル軸受３０、３０は、スラスト軸受収容室Ｓ２に配置されている。一対のスラストフォイル軸受３０、３０は、スラストカラーとしての第３支持部２４ｄを挟み込むように配置されている。一対のスラストフォイル軸受３０、３０は、第３支持部２４ｄに対して、回転体２４の軸心方向で対向している。一方のスラストフォイル軸受３０は、第３支持部２４ｄに対して、回転軸２４ａの第１端部２４ｅ側に配置されている。他方のスラストフォイル軸受３０は、第３支持部２４ｄに対して、回転軸２４ａの第２端部２４ｆ側に配置されている。

【0063】

図２に示すように、第３支持部２４ｄにおける回転軸２４ａの第１端部２４ｅ側の端面が、一方のスラストフォイル軸受３０に軸心方向に支持される被軸受面２４ｇとされる。一方のスラストフォイル軸受３０は、この被軸受面２４ｇに対面する軸受面６０ａを有する。同様に、第３支持部２４ｄにおける回転軸２４ａの第２端部２４ｆ側の端面が、他方のスラストフォイル軸受３０に軸心方向に支持される被軸受面２４ｇとされる。他方のスラストフォイル軸受３０は、この被軸受面２４ｇに対面する軸受面６０ａを有する。

【0064】

図２及び図３に示すように、一方のラジアルフォイル軸受４０は第１軸受保持部２０内に配置されており、他方のラジアルフォイル軸受４０は第２軸受保持部２２内に配置されている。第１軸受保持部２０内において、回転体２４の第１支持部２４ｂが一方のラジアルフォイル軸受４０に回転可能に支持される。第１支持部２４ｂの外周面が、一方のラジアルフォイル軸受４０に軸心方向と直交する方向に支持される被軸受面２４ｇとされる。一方のラジアルフォイル軸受４０は、この被軸受面２４ｇに対面する軸受面６０ａを有する。同様に、第２軸受保持部２２内において、回転体２４の第２支持部２４ｃが他方のラジアルフォイル軸受４０に回転可能に支持される。第２支持部２４ｃの外周面が、他方のラジアルフォイル軸受４０に軸心方向と直交する方向に支持される被軸受面２４ｇとされる。他方のラジアルフォイル軸受４０は、この被軸受面２４ｇに対面する軸受面６０ａを有する。

【0065】

図４に示すように、各フォイル軸受６０の軸受面６０ａ、すなわち各スラストフォイル軸受３０、３０の軸受面６０ａ及び各ラジアルフォイル軸受４０、４０の軸受面６０ａには、それぞれコーティング層６１が形成されている。各コーティング層６１は、基本的には同一の構成を有している。コーティング層６１は、樹脂バインダ６１ａとしてのポリアミドイミド（ＰＡＩ）と、固体潤滑剤６１ｂとしての二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂ ）と、同じく固体潤滑剤としてのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とを含有している。コーティング層６１においては、樹脂バインダ６１ａとしてのポリアミドイミドに対して、固体潤滑剤６１ｂとしての二硫化モリブデンとポリテトラフルオロエチレンとがそれぞれ所定の配合比で含有されている。各コーティング層６１は、スプレー、刷毛、ナイフ、またはアプリケータなどによる塗布や、スクリーン印刷など様々な工法にて形成される。各コーティング層６１の形成は、フォイル軸受６０の成形加工の前後どちらでなされてもよい。また、各コーティング層６１は、形成後に研磨されてもされなくてもよい。

【0066】

一対のスラストフォイル軸受３０、３０が回転可能に支持する第３支持部２４ｄにおける両被軸受面２４ｇと、一方のラジアルフォイル軸受４０が回転可能に支持する第１支持部２４ｂにおける被軸受面２４ｇと、他方のラジアルフォイル軸受４０が回転可能に支持する第２支持部２４ｃにおける被軸受面２４ｇとには、硬質クロムめっき膜６２がそれぞれ形成されている。

【0067】

各硬質クロムめっき膜６２は、いずれも同じ構成を有しており、高速浴を用いた電気めっきにより形成することができる。硬質クロムめっき膜６２の膜厚は、１～１５μｍ程度とすることができ、硬質クロムめっき膜６２のビッカース硬さは、ＨＶ５００～１２００程度とすることができる。この実施例では、硬質クロムめっき膜６２の膜厚は３μｍであり、硬質クロムめっき膜６２のビッカース硬さはＨＶ９００である。

【0068】

スラストフォイル軸受３０及びラジアルフォイル軸受４０の基本的な構成は特に限定されず、所謂流体軸受の基本構成を採用することができる。すなわち、スラストフォイル軸受３０及びラジアルフォイル軸受４０は、軸受面６０ａを有するトップフォイルと、波板形状をなしてトップフォイルを弾性支持するバンプフォイルとを有している。フォイル軸受６０としてのスラストフォイル軸受３０及びラジアルフォイル軸受４０は、回転体２４の回転数が浮上回転数に達するまでの低速回転時には、軸受面６０ａと被軸受面２４ｇとが接触した状態で相対回転する回転体２４を支持し、回転体２４が高速回転して浮上回転数に達すれば、軸受面６０ａと被軸受面２４ｇとが非接触な状態で、軸受面６０ａと被軸受面２４ｇとの間の軸受隙間６０ｂに生じる流体膜で回転体２４を支持する。ここに、軸受面６０ａと被軸受面２４ｇとが接触した状態とは、軸受面６０ａに形成されたコーティング層６１と、被軸受面２４ｇに形成された硬質クロムめっき膜６２とが接触した状態を意味する。このことは、以下の説明においても同様である。

【0069】

図１～図３に示すように、ハウジング１１には冷却通路５０が形成されている。冷却通路５０には流体としての空気が流れる。冷却通路５０は、第２プレート１６、第１プレート１５、モータハウジング１２、及び第３プレート１７に亘って形成されている。冷却通路５０は、第１通路５１及び第２通路５２を有している。

【0070】

第１通路５１は第２プレート１６に設けられている。第１通路５１は、第２プレート１６の側壁面に設けられた流入口５１ａを有している。分岐流路Ｌ３は、供給流路Ｌ１と、第１通路５１の流入口５１ａとを接続する。第１通路５１は、スラスト軸受収容室Ｓ２及び一方のラジアルフォイル軸受４０を介してモータ室Ｓ１に連通している。

【0071】

第２通路５２は、第３プレート１７に設けられている。第２通路５２は、第３プレート１７の側端面に設けられた排出口５２ａを有している。第２通路５２は、他方のラジアルフォイル軸受４０を介してモータ室Ｓ１に連通している。

【0072】

第１通路５１には、燃料電池スタック１００に向かって供給流路Ｌ１を流れる空気の一部が分岐流路Ｌ３を介して流入される。なお、第１通路５１に流入される空気は、分岐流路Ｌ３を流れる途中でインタークーラ１１０によって冷却空気とされている。第１通路５１に流入した冷却空気は、スラスト軸受収容室Ｓ２に流入する。

【0073】

スラスト軸受収容室Ｓ２に流入した冷却空気は、主に一方のスラストフォイル軸受３０を介して内周側から外周側に向かって流れる。その後、第３支持部２４ｄの径方向外側を通過した冷却空気は、主に他方のスラストフォイル軸受３０を介して外周側から内周側に向かって流れる。

【0074】

スラスト軸受収容室Ｓ２を通過した冷却空気は一方のラジアルフォイル軸受４０を介してモータ室Ｓ１に流入する。モータ室Ｓ１内に流れ込んだ空気は、例えば、ロータ３１とステータ３２との間を通過し、他方のラジアルフォイル軸受４０を介して第２通路５２に流れ込み、排出口５２ａから排出される。

【0075】

このように、冷却空気が冷却通路５０を流れることにより、電動モータ１８、一対のスラストフォイル軸受３０、３０、及び一対のラジアルフォイル軸受４０、４０が冷却空気によって直接冷却される。

【0076】

このターボ式圧縮機１０では、フォイル軸受６０の軸受面６０ａにコーティング層６１が形成されている。このコーティング層６１では、樹脂バインダ６１ａとしてのポリアミドイミドに対して、固体潤滑剤６１ｂとしての二硫化モリブデンが所定量配合されている。このため、コーティング層６１の表面においては、ポリアミドイミド中に所定量の二硫化モリブデンが分散している。

【0077】

樹脂バインダ６１ａとしてのポリアミドイミドは、高硬度であり耐摩耗性が高い。その一方で、ポリアミドイミドは、靭性が高くて粘り強い。このため、コーティング層６１の表面に所定の固体潤滑剤が存在しないと、相手材との摺動による初期摩耗の際、コーティング層６１の表面からポリアミドイミドの移着粒子(摩耗粉）が大きくもぎ取られてしまう。その結果、コーティング層６１の表面が大きく荒らされて、初期摩耗後にコーティング層６１の表面粗さが大きくなってしまう。そうすると、フォイル軸受６０において、流体潤滑の限界膜厚が大きくなり、フォイル軸受６０の浮上能力が低下する。フォイル軸受６０の浮上能力が低下すれば、コーティング層６１が相手材との摺動により摩耗する機会が増えてしまうので、コーティング層６１の耐久性の低下につながる。

【0078】

この点、このターボ式圧縮機１０におけるコーティング層６１には、ポリアミドイミド中に所定量の二硫化モリブデンが分散している。二硫化モリブデンは、Ｍｏ層をＳ層が挟んだ形のサンドイッチ構造の結晶構造を有する層状固体潤滑剤である。この二硫化モリブデンが相手材と摺動すると、結合力の弱いＳ層同士の間で滑りが容易に起こり、低摩擦を発現する。また、初期摩耗において、相手材表面の微小突起を潰したり、削ったり、溝を埋めたりして早期になじみ面を形成させる。このため、コーティング層６１の表面に二硫化モリブデンが分散していると、摺動抵抗を低下させることができる。

【0079】

さらに、二硫化モリブデンは、ポリアミドイミドと比べて、靭性が低くて硬い。このため、図５に示すように、初期摩耗によってコーティング層６１の表面からもぎ取られるポリアミドイミドの移着粒子６１ｃが、ポリアミドイミドよりも硬い二硫化モリブデンによって分断される。すなわち、二硫化モリブデンが、ポリアミドイミドの移着粒子６１ｃを細分化する。その結果、初期摩耗の際のポリアミドイミドの移着粒子６１ｃが小さくなる。ポリアミドイミドの移着粒子６１ｃが小さくなれば、コーティング層６１の表面が大きく荒らされることが抑えられるので、コーティング層６１の表面粗さが大きくなることを抑えることができる。

【0080】

このように初期摩耗後におけるコーティング層６１の平滑性が向上すれば、フォイル軸受６０における流体潤滑の限界膜厚を小さくすることができ、浮上能力を向上させることができる。フォイル軸受６０の浮上能力が向上すれば、相手材との摺動によりコーティング層６１が摩耗する機会が減るので、コーティング層６１の耐久性を向上させることができる。

【0081】

さらに、このターボ式圧縮機１０では、回転体２４の被軸受面２４ｇに硬質クロムめっき膜６２が形成されている。これにより、硬質クロムめっき膜６２と摺動するコーティング層６１の摩耗量を大幅に減らすことができる。このメカニズムとして、他の金属と異なり硬質クロムめっき膜の表面に形成される自然酸化皮膜が潤滑の作用を持つと考えられる。その他には、ポリアミドイミドに二硫化モリブデンが分散したコーティング層６１と、硬質クロムめっき膜６２との相性の良さによるものと考えられる。

【0082】

また、回転体２４の回転駆動時において、バンプフォイルの波板形状にならってトップフォイルが変形すると、トップフォイルの軸受面６０ａに形成されたコーティング層６１も同様に変形して、その表面が波板形状になる。これにより、摺動相手の硬質クロムめっき膜６２よりもかなり軟らかいコーティング層６１において、硬質クロムめっき膜６２と当接する波板形状の凸部分が摩耗することによって、コーティング層６１の摺動表面が均されると考えられる。その結果、軸受面６０ａがコーティング層６１を介して被軸受面２４ｇをより広い面で受けることができ、軸受面６０ａによる被軸受面２４ｇの保持能力が高まると考えられる。

【0083】

したがって、このターボ式圧縮機１０によれば、フォイル軸受６０の軸受面６０ａに形成されたコーティング層６１の耐久性を向上させて、フォイル軸受６０の製品寿命を向上させることができる。

【0084】

また、このターボ式圧縮機１０におけるコーティング層６１は、固体潤滑剤としてのポリテトラフルオロエチレンをさらに含有している。コーティング層６１の表面にポリテトラフルオロエチレンが存在すると、相手材との摺動による初期摩耗の際、ポリテトラフルオロエチレンの移着粒子が相手材に付着して被膜を形成する。ポリテトラフルオロエチレンの被膜は滑りやすく低摩擦であるため、この被膜の形成によりコーティング層６１に対する相手材の攻撃性が低下する。そのため、コーティング層６１からポリアミドイミドや二硫化モリブデンの移着粒子がもぎ取られることが抑えられる。その結果、コーティング層６１の表面における摩耗量を低減させることができる。

【0085】

このターボ式圧縮機１０のように車載燃料電池としての燃料電池スタック１００へ空気を圧送するターボ式流体機械には、小型な体格と大流量のガス移送能力が求められる。このため、回転体２４を駆動する電動モータ１８には、１０万ｒｐｍ以上の高回転で駆動することが求められる。１０万ｒｐｍ以上の高回転から電動モータ１８の駆動を停止すると、吸入ガスの慣性が回転体２４に作用し、その結果、フォイル軸受６０の軸受面６０ａとその相手方の被軸受面２４ｇとが大きな荷重を伴いつつ接触することがある。何ら対策を施さなければ、接触荷重が大きいときに、コーティング層６１の表面からポリアミドイミドの移着粒子(摩耗粉）が大きくもぎ取られてしまい、コーティング層６１の表面が大きく荒らされ、摩耗後にコーティング層６１の表面粗さが大きくなってしまう恐れがある。

【0086】

この点、このターボ式圧縮機１０におけるコーティング層６１は表面粗さが大きくなることを抑えることができる。このため、このターボ式圧縮機１０は、燃料電池スタック１００へ空気を圧送するのに適している。

【0087】

（摩擦摩耗試験１）
表１に示す試験Ｎｏ．１～５の評価材を準備した。すなわち、固体潤滑剤としての二硫化モリブデンが表１に示す配合比で樹脂バインダとしてのポリアミドイミドに含有されたコーティング層をＳＵＳ基材の摺動面に形成して、試験Ｎｏ．１～５の評価材とした。表１において、試験Ｎｏ．２はポリアミドイミドの質量に対する二硫化モリブデンの質量の比が０．４２であることを示しており、試験Ｎｏ．５はポリアミドイミドの質量に対する二硫化モリブデンの質量の比が１．２７であることを示している。他の評価材についても同様である。

【0088】

【表1】

【0089】

試験Ｎｏ．１～５の評価材については、樹脂バインダ６１ａとしてのポリアミドイミドがポリアミドイミドの中でも硬く高強度のものである。試験Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５の評価材におけるコーティング層６１のビッカース硬さはいずれも２０ＭＨＶ以上である。試験Ｎｏ．１～５の評価材における二硫化モリブデンの平均粒子径は１．６μｍである。

【0090】

試験Ｎｏ．１～５の評価材について、以下に示す条件で、ブロックオンリングの摩擦摩耗試験１を実施した。この試験は、図６に示すように、相手材としてのリング７１を回転させ、そのリング７１の外周面に所定の荷重で評価材としてのブロック７２のコーティング層を摺動させることにより行った。

【0091】

図７に示すように、リングの回転数を５秒かけて５０００ｒｐｍまで上昇させた後、５秒かけて０ｒｐｍまで下降させるＧｏ－Ｓｔｏｐを２０分間繰り返した。

【0092】

＜試験機＞
ＵＭＴ－３（Ｂｒｕｋｅｒ製）
＜試験モード＞
ブロックオンリング（Ｇｏ－Ｓｔｏｐ繰り返し）
＜評価材＞
ブロック形状：１６．５×６．２×１０．２ｍｍ（横×縦×高さ）
材質：ＳＵＳ３０４基材上に各コーティング層を形成（スプレー塗装／焼成／研磨）
＜相手材＞
リング形状：Φ３５×８．７７ｍｍ
材質：６４チタン
＜荷重＞
約０．５Ｎ（５０ｇｆ）
＜面圧＞
０．０４ＭＰａ＠摩耗幅２ｍｍ時
＜回転速度＞
５０００ｒｐｍ
＜最大摺動速度＞
９．１６ｍ／ｓｅｃ（フォイル軸受の浮上時に相当する摺動速度）
＜昇速／降速時間＞
５ｓｅｃ／５ｓｅｃ
＜潤滑環境＞
無潤滑
＜試験開始温度＞
常温なりゆき
＜試験時間＞
２０ｍｉｎ
＜備考＞
エア強制吹付（目的：摺動による昇温を抑制）

【0093】

（二硫化モリブデン含有量と表面粗さとの関係）
試験Ｎｏ．１～５の評価材について、摩擦摩耗試験１後のコーティング層の表面粗さを測定した。すなわち、ＪＩＳ Ｂ ０６３３：２００１に準拠する測定条件で、触針式の粗さ計を用いてリング７１の回転方向に沿うようにコーティング層の表面粗さを測定した。結果を図８に示す。

【0094】

図８に示すように、二硫化モリブデンが含有されていない試験Ｎｏ．１の評価材では、初期摩耗後のコーティング層の表面が大きく荒らされていたのに対し、ポリアミドイミドの含有量に対して二硫化モリブデンを４２質量％以上１２７質量％以下含有する試験Ｎｏ．２～５の評価材では、初期摩耗後のコーティング層の表面が大きく荒らされることが抑えられた。これにより、ポリアミドイミドに対して４２質量％以上１２７質量％以下の二硫化モリブデンを含有させることによる顕著な効果が実証された。

【0095】

（摩擦摩耗試験２）
摩擦摩耗試験２をする評価材として、図９に示すように、１５．８×６．２×１０．２ｍｍ（横×縦×高さ）のブロック７４を準備した。ブロック７４はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）よりなり、ブロック７４の上面（１５．８×６．２の一面）にはΦ３５の凹面７４ａが設けられている。そして、凹面７４ａの表面にコーティング層が形成されている。このコーティング層は、厚さ４０μｍを狙って、スプレー塗装、焼成及び研磨の各処理を施すことにより形成した。このコーティング層におけるポリアミドイミドの質量に対する二硫化モリブデンの質量の比は１．１７とした。

【0096】

摩擦摩耗試験２をする相手材として、図９に示すように、Φ３５×８．７７ｍｍのリング７３を準備した。発明例におけるリング７３はステンレス鋼（ＳＵＳ６３０）よりなり、リング７３の外周面７３ａに硬質クロムめっき膜が形成されている。この硬質クロムめっき膜は、研削による仕上げ加工で仕上げ面粗さがＲａ０．１μｍとされた外周面７３ａに対して、高速浴を用いた電気めっきにより形成し、再度研削による仕上げ加工で仕上げ面粗さをＲａ０．１μｍとした。この硬質クロムめっき膜の膜厚は３μｍであり、この硬質クロムめっき膜のビッカース硬さはＨＶ９００である。

【0097】

また、比較例におけるリング７３は６４チタン合金よりなる。比較例におけるリング７３の外周面７３ａは、研削による仕上げ加工により、仕上げ面粗さがＲａ０．１μｍとされており、この外周面７３ａには皮膜処理が施されていない。比較例におけるリング７３のビッカース硬さはＨＶ３５０である。

【0098】

これらの評価材及び相手材を用いて、以下に示す条件で、摩擦摩耗試験２を実施した。この試験は、図９に示すように、相手材としてのリング７３を回転させ、そのリング７３の外周面７３ａに所定の荷重で評価材としてのブロック７４の凹面７４ａを摺動させることにより行った。

【0099】

この試験は、リング７３の回転数を５秒かけて２９３０ｒｐｍまで上昇させた後、５秒かけて０ｒｐｍまで下降させるＧｏ－Ｓｔｏｐを繰り返した。

【0100】

＜試験機＞
ＵＭＴ－ＴｒｉｂｏＬａｂ（Ｂｒｕｋｅｒ製）
＜荷重＞
１４Ｎ
＜回転速度＞
２９３０ｒｐｍの起動及び停止の繰り返し
＜昇速／降速時間＞
５ｓｅｃ／５ｓｅｃ
＜潤滑環境＞
無潤滑
＜試験開始温度＞
常温なりゆき
＜試験時間＞
発明例：２０ｍｉｎ、比較例：５ｍｉｎ

【0101】

そして、評価材について、ブロック７４の凹面７４ａに形成されたコーティング層の摩耗量を測定した。これは、摩擦摩耗試験２の前後において、触針式の形状測定器で凹面７４ａの形状を測定することで凹面７４ａの断面積を算出し、断面積の増加量をコーティング層の摩耗量とした。その結果を図１０に示す。

【0102】

図１０から明らかなように、比較例においては、試験時間が５分と短いにもかかわらずコーティング層の摩耗量が極めて多かった。これに対し、発明材においては、２０分の試験時間では、測定下限未満の摩耗量だった。これにより、硬質クロムめっき膜を形成することによって、コーティング層の摩耗量が極端に低減することが明らかとなった。

【0103】

発明例におけるリング７３を用いた摩擦摩耗試験２を実施した後に、コーティング層の表面をＳＥＭで観察した結果を図１１に示すとともに、図１１の四角で囲った領域についてＳＥＭ－ＥＤＸ分析を行った結果を図１２に示す。

【0104】

また、比較例におけるリング７３を用いた摩擦摩耗試験２を実施した後に、コーティング層の表面をＳＥＭで観察した結果を図１３に示すとともに、図１３の四角で囲った領域についてＳＥＭ－ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）分析を行った結果を図１４に示す。

【0105】

図１２及び図１４において、左上の写真はＳＥＭ像（反射電子像）であり、この写真において金属系は白っぽく見え、有機物系は黒っぽく見える。図１２及び図１４において、右上の写真はＣ（炭素）のマッピング像であり、この写真において薄い色の部位がＣであり、このＣは主にポリアミドイミド由来のものと考えられる。図１２及び図１４において、左下の写真はＭｏ（モリブデン）のマッピング像であり、この写真において薄い色の部位がＭｏであり、このＭｏは主に二硫化モリブデン由来のものと考えられる。図１４において、右下の写真はＴｉ（チタン）のマッピング像であり、この写真において薄い色の部位がＴｉであり、このＴｉは主にチタン合金由来のものと考えられる。発明材を用いた摩擦摩耗試験２後のコーティング層においては、ＳＥＭ－ＥＤＸ分析によるＳＵＳの検出は認められなかった。

【0106】

図１２と図１４との比較から、比較例における摩擦摩耗試験２後のコーティング層の表面には、チタンが多く存在しているのに対して、発明例における摩擦摩耗試験２後のコーティング層の表面には、ＳＵＳ及びクロムの存在が認められなかった。このことから、比較例においては、硬質クロムめっき膜が形成されていないため、チタン合金よりなるリング７３の外周面７３ａにおいてチタンが摩耗し、そのチタン摩耗粉がコーティング層を攻撃したことによってコーティング層の摩耗量が大きくなったと考えられる。これに対し、発明例においては、硬質クロムめっき膜によりリング７３の外周面７３ａにおいてＳＵＳ及びクロムの摩耗が抑えられ、ＳＵＳ摩耗粉あるいはクロム摩耗粉によるコーティング層の攻撃が無かったため、樹脂コーティング層の摩耗量が極端に小さかったと考えられる。

【0107】

さらに、発明例におけるリング７３を用いた摩擦摩耗試験２の実施の前後に、リング７３の摺動面である外周面７３ａを光学顕微鏡で観察した。摩擦摩耗試験２の実施前の光学顕微鏡像を図１５に示し、摩擦摩耗試験２の実施後の光学顕微鏡像を図１６に示す。

【0108】

図１６において、ＬＩＢＳ（レーザ励起発光分光分析法）分析の結果、黒っぽく見える部位はＣとＭｏであることが判明した。これにより、リング７３の外周面７３ａにコーティング層が移着していることが確認できた。また、図１５と図１６との比較により、リング７３の外周面７３ａには大きな縦キズが認められなかった。これによっても、硬質クロムめっき膜が形成された外周面７３ａは摩耗しなかったことが明らかとなった。

【0109】

以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

【0110】

例えば、上記実施例では、フォイル軸受６０の軸受面６０ａにコーティング層６１を形成するとともに、回転体２４の被軸受面２４ｇに硬質クロムめっき膜６２を形成するが、本発明はこれに限定されず、フォイル軸受６０の軸受面６０ａに硬質クロムめっき膜を形成するとともに、回転体２４の被軸受面２４ｇにコーティング層６１を形成してもよい。

【0111】

上記実施例では、コーティング層６１に固体潤滑剤としての二硫化モリブデンとポリテトラフルオロエチレンを含有させるが、本発明はこれに限定されず、固体潤滑剤としてポリテトラフルオロエチレンを含有させることなく二硫化モリブデンのみを含有させたり、あるいは必要に応じて、他の固体潤滑剤、各種の添加剤や充填剤を加えたりしてもよい。

【0112】

（付記１）
回転体と、前記回転体を支持するすべり軸受と、を備えるすべり軸受構造であって、
前記すべり軸受の軸受面及び前記回転体の被軸受面の一方にコーティング層が形成され、
前記コーティング層は、樹脂バインダとしてのポリアミドイミドと、固体潤滑剤としての二硫化モリブデンと、を含有し、
前記軸受面及び前記被軸受面の他方に硬質クロムめっき膜が形成され、
前記コーティング層と前記硬質クロムめっき膜とは対向していることを特徴とするすべり軸受構造。

【0113】

（付記２）
前記ポリアミドイミドの含有量に対する前記二硫化モリブデンの含有量の質量百分率が４２質量％以上１２７質量％以下である付記１記載のすべり軸受構造。

【0114】

（付記３）
前記コーティング層は、固体潤滑剤としてのポリテトラフルオロエチレンをさらに含有する付記１又は２記載のすべり軸受構造。

【0115】

（付記４）
前記軸受面に前記コーティング層が形成され、前記被軸受面に前記硬質クロムめっき膜が形成されている付記１～３のいずれか１項記載のすべり軸受構造。

【0116】

（付記５）
前記軸受面及び前記被軸受面の間隙には気体の潤滑剤が導入され、前記間隙に発生する動圧によって荷重を支える付記１～４のいずれか１項記載のすべり軸受構造。

【0117】

（付記６）
回転体と、
前記回転体と一体的に回転して外部流体を圧送する作動体と、
前記回転体及び前記作動体を収容するハウジングと、
前記回転体を前記ハウジングに対して回転可能に支持するフォイル軸受と、を備えるターボ式流体機械であって、
前記フォイル軸受の軸受面及び前記回転体の被軸受面の一方にコーティング層が形成され、
前記コーティング層は、樹脂バインダとしてのポリアミドイミドと、固体潤滑剤としての二硫化モリブデンと、を含有し、
前記軸受面及び前記被軸受面の他方に硬質クロムめっき膜が形成され、
前記コーティング層と前記硬質クロムめっき膜とは対向していることを特徴とするターボ式流体機械。

【0118】

（付記７）
前記ポリアミドイミドの含有量に対する前記二硫化モリブデンの含有量の質量百分率が４２質量％以上１２７質量％以下である付記６記載のターボ式流体機械。

【0119】

(付記８)
車載燃料電池へ空気を圧送するためのターボ式流体機械であって、
１０万ｒｐｍ以上で回転しつつ前記回転体を駆動する電動モータを備える付記６又は７記載のターボ式流体機械。

【産業上の利用可能性】

【0120】

本発明は、燃料電池システムに用いられる空気圧縮機等に利用可能である。

【符号の説明】

【0121】

２４…回転体（すべり軸受構造）
２４ｇ…被軸受面
６０…フォイル軸受（すべり軸受構造）
６０ａ…軸受面
６１…コーティング層
６１ａ…樹脂バインダ
６１ｂ…固体潤滑剤
６２…硬質クロムめっき膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】