特許 7374877 立軸回転電機用の摺動部材および立軸回転電機用の摺動部材の製造方法

(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】

(24)【登録日】2023-10-27

(45)【発行日】2023-11-07

(54)【発明の名称】立軸回転電機用の摺動部材および立軸回転電機用の摺動部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16C 17/08 20060101AFI20231030BHJP

   F16C 33/20 20060101ALI20231030BHJP

   H02K 7/08 20060101ALI20231030BHJP

   H02K 15/14 20060101ALI20231030BHJP

【ＦＩ】

F16C17/08

F16C33/20 Z

H02K7/08 B

H02K15/14 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020185317

(22)【出願日】2020-11-05

(65)【公開番号】P2022074899

(43)【公開日】2022-05-18

【審査請求日】2023-02-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(74)【代理人】

【識別番号】100198029

【弁理士】

【氏名又は名称】綿貫 力

(72)【発明者】

【氏名】末松 妃菜子

(72)【発明者】

【氏名】牧野 駿介

(72)【発明者】

【氏名】森 淳二

(72)【発明者】

【氏名】澤 史雄

(72)【発明者】

【氏名】幡野 浩

【審査官】松江川 宗

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－２９６２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０８４４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０６４５２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ １７／００－１７／２６，３３／００－３３／２８

Ｆ１６Ｃ ２１／００－２７／０８

Ｈ０２Ｋ ７／００－７／２０，１５／００－１５／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

立軸回転電機のロータシャフトに取り付けられたランナの下端部が摺動する立軸回転電機用の摺動部材であって、
第１層と、
前記第１層とは異なる材料で構成され、前記第１層に積層された第２層であって、前記ランナの下端部が摺動する摺動面を有する第２層と、
前記第１層と前記第２層との間に設けられた中間層と、を備え、
前記中間層は、前記第１層に接合された第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、前記第１面から前記第２面に貫通した複数の貫通孔と、を有し、
前記第１層は、前記中間層の側の面に設けられた複数の溝部であって、積層方向に直交する方向に延びる複数の溝部を有し、
前記貫通孔と前記溝部とが部分的に重なって、前記第１面に、前記溝部に対向した溝対向部分が設けられており、
前記貫通孔と前記溝部とに、前記第２層の一部が入り込んでいる、摺動部材。

【請求項2】

複数の前記溝部は、互いに平行に延びている、請求項１に記載の摺動部材。

【請求項3】

前記第２面は、主面と、前記主面と前記貫通孔との間に設けられた孔周囲面と、を含み、
前記孔周囲面は、前記主面から前記貫通孔に近づくにつれて、前記第１面に近づくように形成されている、請求項１または２に記載の摺動部材。

【請求項4】

前記孔周囲面は、凸状に湾曲している、請求項３に記載の摺動部材。

【請求項5】

前記第１層は、金属材料を含み、
前記第２層は、樹脂材料を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の摺動部材。

【請求項6】

前記第１層の前記第２層の側の面および前記中間層の前記第２面のうち少なくとも一方は、３０μｍ以上８０μｍ以下の算術平均粗さを有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の摺動部材。

【請求項7】

前記第１層の前記中間層の側の面および前記中間層の前記第２面のうち少なくとも一方に、前記第２層と結合する結合層が設けられている、請求項１から６のいずれか一項に記載の摺動部材。

【請求項8】

立軸回転電機のロータシャフトに取り付けられたランナの下端部が摺動する立軸回転電機用の摺動部材の製造方法であって、
第１層と中間層とを準備する準備工程であって、前記中間層は、前記第１層に接合された第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、前記第１面から前記第２面に貫通した複数の貫通孔と、を有し、前記第１層は、前記中間層の側の面に設けられた複数の溝部であって、積層方向に直交する方向に延びる複数の溝部を有する、準備工程と、
前記第１層とは異なる材料で構成された第２層を前記第１層に積層する積層工程であって、前記中間層が前記第１層と前記第２層との間に設けられる、積層工程と、を備え、
前記貫通孔と前記溝部とが部分的に重なって、前記第１面に、前記溝部に対向した溝対向部分が設けられており、
前記貫通孔と前記溝部とに、前記第２層の一部が入り込んでいる、摺動部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、立軸回転電機用の摺動部材および立軸回転電機用の摺動部材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

立形水車発電機や揚水発電設備の発電電動機等の立軸回転電機に用いられる摺動部材が知られている。この立軸回転電機用の摺動部材は、立軸回転電機の軸方向の荷重を支持するように構成されており、立軸回転電機のロータシャフトに取り付けられたランナの下端部が摺動するようになっている。

【0003】

一般に、立軸回転電機用の摺動部材は、第１層と、第１層とは異なる材料で構成された第２層とが積層された複合材料によって構成されている。しかしながら、例えば、第１層が金属材料で構成され、第２層が樹脂材料で構成されている場合、これらの材料を十分な接合強度で接合することは困難である。第１層と第２層との接合強度が十分でない場合、立軸回転電機１の運転時、摺動部材に積層方向あるいは積層方向に直交する方向に大きな荷重が加わることにより、第１層と第２層とが分離するおそれがある。このような問題に対処するため、第１層と第２層との間に、それぞれ複数の貫通穴を有する２枚の板材から成る中間層を配置して、第１層と第２層との接合強度を向上させる技術が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１０－２９２５６号公報

【文献】特開２０００－３５６２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、中間層が２枚の板材から成る場合、各板材はろう付け等によって接合されているが、ろう付けで２枚の板材が接合された部分には高さ方向（積層方向）にばらつきが生じ得る。このため、第２層は均一な厚みを得ることができず、第２層の摺動面に面内ばらつきが生じるおそれがある。この結果、摺動部材の摺動性能が低下するおそれがある。

【0006】

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、摺動性能の低下を抑制することができる立軸回転電機用の摺動部材および立軸回転電機用の摺動部材の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施の形態による摺動部材は、立軸回転電機のロータシャフトに取り付けられたランナの下端部が摺動する立軸回転電機用の摺動部材である。摺動部材は、第１層と、第１層とは異なる材料で構成され、第１層に積層された第２層であって、ランナの下端部が摺動する摺動面を有する第２層と、第１層と第２層との間に設けられた中間層と、を備える。中間層は、第１層に接合された第１面と、第１面とは反対側に位置する第２面と、第１面から第２面に貫通した複数の貫通孔と、を有する。第１層は、中間層の側の面に設けられた複数の溝部であって、積層方向に直交する方向に延びる複数の溝部を有する。貫通孔と溝部とが部分的に重なって、第１面に、溝部に対向した溝対向部分が設けられており、貫通孔と溝部とに、第２層の一部が入り込んでいる。

【0008】

また、実施の形態による摺動部材の製造方法は、立軸回転電機のロータシャフトに取り付けられたランナの下端部が摺動する立軸回転電機用の摺動部材の製造方法である。摺動部材の製造方法は、第１層と中間層とを準備する準備工程であって、中間層は、第１層に接合された第１面と、第１面とは反対側に位置する第２面と、第１面から第２面に貫通した複数の貫通孔と、を有し、第１層は、中間層の側の面に設けられた複数の溝部であって、積層方向に直交する方向に延びる複数の溝部を有する、準備工程を備える。また、摺動部材の製造方法は、第１層とは異なる材料で構成された第２層を第１層に積層する積層工程であって、中間層が第１層と第２層との間に設けられる、積層工程と、を備える。貫通孔と溝部とが部分的に重なって、第１面に、溝部に対向した溝対向部分が設けられており、貫通孔と溝部とに、第２層の一部が入り込んでいる。

【発明の効果】

【0009】

本実施の形態によれば、摺動性能の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本実施の形態による立軸回転電機の子午面断面図である。

【図2】図２は、図１のスラストパッドを示す斜視図である。

【図3】図３は、図２のＡ－Ａ線断面図である。

【図4】図４は、図３の第１層の上面図である。

【図5】図５は、図３の第１層と中間層とが重なった状態を示す上面図であって、貫通孔および溝部の配置例を示す図である。

【図6】図６は、図３の部分拡大図である。

【図7】図７は、比較例によるスラストパッドを示す断面図である。

【図8】図８は、図６の変形例（第２変形例）である。

【図9】図９は、図３の変形例（第３変形例）である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本実施の形態による立軸回転電機用の摺動部材および立軸回転電機用の摺動部材の製造方法について説明する。

【0012】

まず、図１を用いて、本実施の形態による立軸回転電機について説明する。

【0013】

図１に示すように、立軸回転電機１は、回転子２と、不図示の固定子と、軸受構造体３と、を有している。

【0014】

回転子２は、鉛直方向に延びる円柱状のロータシャフト４と、ロータシャフト４の周囲に取り付けられた回転子鉄心（不図示）と、を有している。図１にはロータシャフト４の上部が示されており、回転子鉄心は、図１のロータシャフト４の下方に配置されている。ロータシャフト４は、不図示のランナ羽根等を介して流水から動力を得ることで回転するように構成されている。

【0015】

固定子（不図示）は、回転子２の外周側に配置されている。固定子は、図１のロータシャフト４の下方に配置されている。固定子は、円筒状の固定子鉄心を有している。固定子鉄心は、固定子鉄心の内周面が回転子鉄心の外周面に対向するように配置されている。回転子鉄心の外周面と固定子鉄心の内周面との間には間隙が設けられている。

【0016】

軸受構造体３は、ランナ１０と、油槽２０と、ジャーナル軸受２５と、スラスト軸受３０と、を有している。

【0017】

ランナ１０は、ロータシャフト４に取り付けられており、ロータシャフト４の回転に伴って回転するようになっている。ランナ１０は、ロータシャフト４に取り付けられた円環状のランナ上部１２と、ランナ上部１２から下方に延びる円筒状のランナ円筒部１４と、ランナ円筒部１４から更に下方に延びるランナ下部１６と、を有している。ランナ上部１２、ランナ円筒部１４およびランナ下部１６は一体に形成されている。ランナ下部１６は、ランナ円筒部１４の外径よりも大きい外径を有している。ランナ下部１６の下端部１６ａ、すなわちランナ１０の下端部１６ａは、後述するスラスト軸受３０のスラストパッド４０の摺動面６４ａに対向している。ロータシャフト４が回転した際、ランナ１０の下端部１６ａが、スラストパッド４０の摺動面６４ａに摺動するようになっている。

【0018】

油槽２０は、潤滑油Ｌを貯留している。油槽２０は、ランナ１０、ジャーナル軸受２５およびスラスト軸受３０を覆うように設けられており、ランナ円筒部１４およびランナ下部１６並びにジャーナル軸受２５およびスラスト軸受３０が潤滑油Ｌに浸かっている。これにより、ランナ１０の回転により、油槽２０内の潤滑油Ｌを撹拌することができる。また、ランナ円筒部１４とジャーナル軸受２５との間、およびランナ下部１６とスラスト軸受３０との間に潤滑油Ｌを供給し、摺動を滑らかにすることができる。油槽２０には、油槽２０内に潤滑油Ｌを供給する油供給口（不図示）と、油槽２０内から潤滑油Ｌを排出する油排出口（不図示）とが設けられていてもよい。

【0019】

ジャーナル軸受２５は、円筒状に形成されており、ジャーナル軸受２５の内周面はランナ円筒部１４の外周面に対向している。ジャーナル軸受２５は、ランナ１０が回転可能なように、ランナ円筒部１４を径方向に支持している。ロータシャフト４が回転した際、ランナ円筒部１４の外周面が、ジャーナル軸受２５の内周面に摺動するようになっている。

【0020】

スラスト軸受３０は、立軸回転電機１の軸方向の荷重、より具体的には、回転子２の軸方向の荷重を支持している。スラスト軸受３０は、台座３２と、パッド支持部３４と、スラストパッド４０と、を有している。

【0021】

台座３２は、直方体形状を有しており、周方向に所定の間隔をあけて複数配置されている。台座３２は、立軸回転電機１の構造物に固定されている。これらの複数の台座３２上に円筒状のパッド支持部３４が取り付けられている。

【0022】

パッド支持部３４上には、スラストパッド４０が取り付けられている。パッド支持部３４とスラストパッド４０との間に弾性部材が介在していてもよい。スラストパッド４０は、図２に示すように、底面が扇形状の柱体であり、周方向に所定の間隔をあけて複数配置されている。スラストパッド４０は、上述したように、立軸回転電機１の軸方向の荷重を支持するように構成されており、ランナ１０の下端部１６ａが摺動するようになっている。

【0023】

次に、図２～図６を用いて、本実施の形態によるスラストパッド４０（立軸回転電機用の摺動部材）について詳細に説明する。

【0024】

図２および図３に示すように、スラストパッド４０は、第１層５０と、第２層６０と、第１層５０と第２層６０との間に設けられた中間層７０と、を備えている。スラストパッド４０は、第１層５０、中間層７０および第２層６０がこの順番で積層されている。図２に示すように、第１層５０、第２層６０および中間層７０は、平面視において、それぞれ扇形状を有していてもよい。

【0025】

図３に示すように、第１層５０は、第２層６０とは反対側に位置する第１面５２と、第１面５２とは反対側、すなわち第２層６０の側に位置する第２面５４と、を有している。第１層５０の第２面５４は、後述する中間層７０の第１面７２に接合されている。

【0026】

図３および図４に示すように、第１層５０の第２面５４には、複数の溝部８０が設けられている。溝部８０は、積層方向に直交する方向に延びている。図４に示すように、複数の溝部８０は、互いに平行に延びていてもよい。図４に示す例においては、各溝部８０は、積層方向に直交する一方向（図４における上下方向）に直線状に延びている。

【0027】

また、図３および図４に示すように、第１層５０の第２面５４には、互いに隣り合う溝部８０の間に設けられた凸部８２が設けられている。この凸部８２が、中間層７０の第１面７２に当接して接合されている。凸部８２は、溝部８０と同様、積層方向に直交する方向に延びている。図４に示すように、複数の凸部８２は、互いに平行に延びていてもよい。図４に示す例においては、各凸部８２は、積層方向に直交する一方向（図４における上下方向）に直線状に延びている。図４に示すように、積層方向に直交する方向であって、溝部８０が延びる方向に直交する方向（図４における左右方向）において、溝部８０と凸部８２とが交互に設けられていてもよい。

【0028】

溝部８０は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の幅（図４の左右方向における寸法）を有していてもよい。また、溝部８０は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の深さ（図３の上下方向における寸法）を有していてもよい。また、隣り合う溝部８０間の寸法、すなわち凸部８２の幅（図４の左右方向における寸法）は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。

【0029】

第１層５０は、３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の厚みを有していてもよい。すなわち、第１層５０の第１面５２と第２面５４（凸部８２の上面）との間の寸法が、３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であってもよい。

【0030】

第１層５０は、金属材料で構成されていてもよい。金属材料としては、例えば、鉄およびクロムを含むステンレス鋼、鉄、クロムおよびニッケルを含むステンレス鋼、並びに、鉄、クロム、ニッケル、モリブデン、マンガン、シリコン、ニオブおよびチタンを含むステンレス鋼等を挙げることができる。

【0031】

図３に示すように、第２層６０は、第１層５０の側に位置する第１面６２と、第１面６２とは反対側に位置する第２面６４と、を有している。第２層６０の第２面６４は、ランナ１０の下端部１６ａが摺動する摺動面６４ａを構成している。すなわち、第２層６０は、第１層５０の側とは反対側に、ランナ１０の下端部１６ａが摺動する摺動面６４ａを有している。

【0032】

また、図３に示すように、第２層６０は、第１面６２から第１層５０の側に突出して、後述する中間層７０の貫通孔７５と上述した第１層５０の溝部８０とに入り込んだ入込み部６６を有している。すなわち、第２層６０の一部が、中間層７０の貫通孔７５と第１層５０の溝部８０とに入り込んでいる。

【0033】

第２層６０は、１ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚みを有していてもよい。すなわち、第２層６０の第１面６２と第２面６４との間の寸法が、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。換言すると、摺動面６４ａと後述する中間層７０の主面７６との間の寸法が、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。

【0034】

第２層６０は、第１層５０とは異なる材料で構成されている。第２層６０は、高い摺動性を有する材料で構成されていてもよい。第１層５０が金属材料で構成されている場合、第２層６０は、樹脂材料で構成されていてもよい。樹脂材料としては、例えば、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や、熱硬化性樹脂にＰＴＦＥ等の有機固体潤滑剤または二硫化モリブデン、グラファイト等の無機固体潤滑剤を含有させた複合材料等を挙げることができる。また、第２層６０は、ゴム材料や、ガラス材料、セラミックス材料で構成されていてもよい。第２層６０を構成する材料は、第１層５０を構成する材料の融点および中間層７０を構成する材料の融点よりも低い硬化温度あるいは融点を有していてもよい。

【0035】

図３に示すように、中間層７０は、第１層５０の側に位置する第１面７２と、第１面７２とは反対側、すなわち第２層６０の側に位置する第２面７４と、を有している。上述したように、中間層７０の第１面７２は、第１層５０の第２面５４に接合されている。

【0036】

図３および図５に示すように、中間層７０は、第１面７２から第２面７４に貫通した複数の貫通孔７５を有している。ここで、図５のＢ－Ｂ線断面図が図３の断面図に対応している。貫通孔７５は、第１面７２から第２面７４に直線状に延びていてもよい。図５に示すように、平面視において、貫通孔７５は、円形状を有していてもよい。貫通孔７５は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の直径を有していてもよい。また、平面視において、貫通孔７５は、千鳥状に配置されていてもよい。貫通孔７５の配置間隔（配列ピッチ、孔同士の中心間距離）は、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。

【0037】

図３および図５に示すように、中間層７０の貫通孔７５と第１層５０の溝部８０とが部分的に重なっていてもよい。図５に示すように、貫通孔７５および溝部８０が、貫通孔７５の中心点と溝部８０の中心線とがずれるように配置されていてもよい。このように貫通孔７５と溝部８０とが部分的に重なることにより、図３に示すように、中間層７０の第１面７２の一部が溝部８０に対向することができる。すなわち、中間層７０の第１面７２に、溝部８０に対向した溝対向部分９０が設けられる。また、上述したように、中間層７０の貫通孔７５内および第１層５０の溝部８０内に、上述した第２層６０の入込み部６６が配置されている。すなわち、中間層７０の貫通孔７５と第１層５０の溝部８０とに、第２層６０の一部が入り込んでいる。

【0038】

このように、貫通孔７５と溝部８０とが部分的に重なって、中間層７０の第１面７２に溝対向部分９０が設けられ、その貫通孔７５と溝部８０とに第２層６０の一部が入り込むことで、第１層５０と第２層６０とが高い接合強度で接合される。これにより、スラストパッド４０に積層方向あるいは積層方向に直交する方向に大きな荷重が加わった場合であっても、第１層５０と第２層６０とが分離することが防止される。

【0039】

また、図３および図６に示すように、中間層７０の第２面７４は、主面７６と、主面７６と貫通孔７５との間に設けられた孔周囲面７８と、を含んでいる。孔周囲面７８は、各貫通孔７５の周囲に設けられている。平面視において、孔周囲面７８は、中空円形状を有しており、貫通孔７５の外輪郭から所定の距離離れた位置まで延在している。平面視における孔周囲面７８の幅は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。孔周囲面７８は、主面７６から貫通孔７５に近づくにつれて、第１面７２の側に近づくように形成されている。本実施の形態においては、孔周囲面７８は、凸状に湾曲している。孔周囲面７８の曲率半径は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。

【0040】

中間層７０は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚みを有していてもよい。すなわち、中間層７０の第１面７２と第２面７４（より具体的には、主面７６）との間の寸法が、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。

【0041】

中間層７０は、第１層５０の材料と同様の金属材料で構成されていてもよい。すなわち、中間層７０は、鉄およびクロムを含むステンレス鋼、鉄、クロムおよびニッケルを含むステンレス鋼、並びに、鉄、クロム、ニッケル、モリブデン、マンガン、シリコン、ニオブおよびチタンを含むステンレス鋼等の金属材料で構成されていてもよい。中間層７０の第１面７２と第１層５０の第２面５４とは、ろう付けによって接合されていてもよい。ろう材としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等を用いることができる。

【0042】

スラストパッド４０は、全体として、３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の厚みを有していてもよい。

【0043】

次に、このような構成からなるスラストパッド４０の製造方法について説明する。

【0044】

スラストパッド４０の製造方法は、第１層５０と中間層７０とを準備する準備工程と、第２層６０を第１層５０に積層する積層工程と、を備えている。

【0045】

準備工程においては、まず、金属材料で構成された第１層５０を準備する。上述したように、第１層５０の第２面５４には、複数の溝部８０が形成されている。溝部８０は、第１層５０を構成するようになる板材の表面に切削加工を行うことにより形成されてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、第１層５０は、積層造形により作製されてもよい。この場合、積層造形に係る３次元データに、上述した溝部８０が含まれる。

【0046】

続いて、第１層５０と同様の金属材料で構成された中間層７０を準備する。上述したように、中間層７０には、複数の貫通孔７５が形成されている。貫通孔７５は、中間層７０を構成するようになる板材に打ち抜き加工を行うことにより形成されてもよい。また、上述したように、中間層７０には、各貫通孔７５の周囲に孔周囲面７８が形成されている。孔周囲面７８は、各貫通孔７５の周囲に切削加工を行うことにより形成されてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、中間層７０は、積層造形により作製されてもよい。この場合、積層造形に係る３次元データに、上述した貫通孔７５や孔周囲面７８が含まれる。

【0047】

次に、中間層７０を第１層５０に接合する。より具体的には、中間層７０の第１面７２と第１層５０の第２面５４とを、ろう付けによって接合する。ここで、中間層７０の貫通孔７５と第１層５０の溝部８０とが部分的に重なって、中間層７０の第１面７２に、第１層５０の溝部８０に対向した溝対向部分９０が設けられる。

【0048】

このようにして、第１層５０と、第１層５０に接合された中間層７０と、を準備することができる。

【0049】

次に、積層工程においては、まず、第２層６０を構成するようになる粉末状の樹脂材料もしくは液体状の未硬化樹脂材料を準備する。

【0050】

続いて、粉末状の樹脂材料もしくは液体状の未硬化樹脂材料を第１層５０に積層する。ここで、粉末状の樹脂材料もしくは液体状の未硬化樹脂材料を、中間層７０の貫通孔７５と第１層５０の溝部８０とに入り込ませつつ、第１層５０および中間層７０に積層していく。

【0051】

次に、粉末状の樹脂材料もしくは液体状の未硬化樹脂材料を加熱して溶融（硬化）させる。ここで、加熱には、加熱装置やレーザ光を用いてもよい。

【0052】

そして、溶融した樹脂材料を冷却して凝固させる。これにより、樹脂材料が硬化して、第１層５０上に第２層６０が形成される。

【0053】

このようにして、第１層５０とは異なる材料で構成された第２層６０を第１層５０に積層することができる。

【0054】

以上により、第１層５０と、第１層５０に積層された第２層６０と、第１層５０と第２層６０との間に設けられた中間層７０と、を備える上述したスラストパッド４０を製造することができる。

【0055】

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。

【0056】

本実施の形態による立軸回転電機１の運転時、スラストパッド４０は、ランナ１０を介して立軸回転電機１の軸方向の荷重を支持し、スラストパッド４０に、ランナ１０の下端部１６ａが摺動する。これにより、スラストパッド４０には、積層方向および積層方向に直交する方向に大きな荷重が加わる。ここで、スラストパッド４０において、貫通孔７５と溝部８０とが部分的に重なって、中間層７０の第１面７２に溝対向部分９０が設けられ、その貫通孔７５と溝部８０とに第２層６０の一部が入り込んでいる。このため、第１層５０と第２層６０とは、積層方向および積層方向に直交する方向に高い接合強度で接合されており、上述した荷重によって第１層５０と第２層６０とが分離することが防止される。

【0057】

ここで、本実施の形態の作用効果について、図７に示すスラストパッド４０’と比較して説明する。図７に示すスラストパッド４０’においては、第１層５０’は、上述した本実施の形態のような溝部８０を有しておらず、中間層７０’が、２枚の板材７０ａ’、７０ｂ’により構成されている。２枚の板材７０ａ’、７０ｂ’は、それぞれ貫通孔７５ａ’、７５ｂ’を有している。板材７０ａ’の貫通孔７５ａ’と板材７０ｂ’の貫通孔７５ｂ’とは、互いに部分的に重なるように配置されている。そして、各貫通孔７５ａ’、７５ｂ’には、第２層６０’の一部が入り込んでいる。これにより、第１層５０’と第２層６０’とが高い接合強度で接合されている。

【0058】

図７に示すスラストパッド４０’においては、上述したように、中間層７０’が、２枚の板材７０ａ’、７０ｂ’により構成されているが、これらの板材７０ａ’、７０ｂ’は、ろう付けによって互いに接合されている。ここで、２枚の板材７０ａ’、７０ｂ’をろう付けによって接合した場合、ろう付けで接合された部分には高さ方向（積層方向）にばらつきが生じ得る。このため、第２層６０’は均一な厚みを得ることができず、第２層６０’の摺動面６４ａ’に面内ばらつきが生じるおそれがある。この結果、スラストパッド４０’の摺動性能が低下するおそれがある。

【0059】

これに対して本実施の形態によれば、第１層５０は、第２面５４に設けられた複数の溝部８０であって、積層方向に直交する方向に延びる複数の溝部８０を有している。そして、中間層７０の貫通孔７５と第１層５０の溝部８０とが部分的に重なって、中間層７０の第１面７２に、溝部８０に対向した溝対向部分９０が設けられ、貫通孔７５と溝部８０とに、第２層６０の一部が入り込んでいる。このような構成により、第１層５０と第２層６０とを高い接合強度で接合している。このように、第１層５０が複数の溝部８０を有していることにより、中間層７０として２枚の板材７０ａ’、７０ｂ’を用いることを不要にすることができる。すなわち、１枚の中間層７０によって、第１層５０と第２層６０とを高い接合強度で接合することができる。このため、中間層７０の厚みを均一化することができ、第２層６０の摺動面６４ａに面内ばらつきが生じることを抑制することができる。この結果、スラストパッド４０の摺動性能の低下を抑制することができる。

【0060】

また、図７に示すスラストパッド４０’においては、中間層７０’（板材７０ｂ’）の第２面７４’は、上述した本実施の形態のような孔周囲面７８を含んでいない。すなわち、中間層７０’の第２面７４’は、主面７６’により構成され、この主面７６’が貫通孔７５ｂ’まで延びるように形成されている。このため、貫通孔７５ｂ’の周囲には、直角に尖った角部７９’が形成されている。

【0061】

図７に示すスラストパッド４０’においては、積層方向に大きな荷重が加わった場合、貫通孔７５ｂ’の周囲の角部７９’に荷重が集中し得る。この場合、この角部７９’の近傍において第２層６０’に大きな圧縮応力が生じ、第２層６０’が変形あるいは破損するおそれがある。

【0062】

これに対して本実施の形態によれば、中間層７０の第２面７４は、主面７６と貫通孔７５との間に設けられた孔周囲面７８を含み、孔周囲面７８は、主面７６から貫通孔７５に近づくにつれて、第１面７２に近づくように形成されている。このことにより、積層方向に大きな荷重が加わった場合、貫通孔７５の周囲に加わる荷重を積層方向と積層方向に直交する方向とに分散させることができる。このため、貫通孔７５の周囲において、第２層６０に大きな圧縮応力が生じることを抑制することができる。この結果、スラストパッド４０の変形や破損を防止することができる。

【0063】

このように本実施の形態によれば、第１層５０は、第２面５４に設けられた複数の溝部８０であって、積層方向に直交する方向に延びる複数の溝部８０を有している。そして、中間層７０の貫通孔７５と第１層５０の溝部８０とが部分的に重なって、中間層７０の第１面７２に、溝部８０に対向した溝対向部分９０が設けられ、貫通孔７５と溝部８０とに、第２層６０の一部が入り込んでいる。このような構成により、第１層５０と第２層６０とを高い接合強度で接合している。このように、第１層５０が複数の溝部８０を有していることにより、中間層７０として２枚の板材７０ａ’、７０ｂ’を用いることを不要にすることができる。すなわち、１枚の中間層７０によって、第１層５０と第２層６０とを高い接合強度で接合することができる。このため、中間層７０の厚みを均一化することができ、第２層６０の摺動面６４ａに面内ばらつきが生じることを抑制することができる。この結果、スラストパッド４０の摺動性能の低下を抑制することができる。

【0064】

また、本実施の形態によれば、複数の溝部８０は、互いに平行に延びている。このような溝部８０は、第１層５０の第２面５４に対して切削加工を行うことにより容易に形成することができる。このため、第１層５０と第２層６０とが高い接合強度で接合されたスラストパッド４０の製造を容易化することができる。

【0065】

また、本実施の形態によれば、中間層７０の第２面７４は、主面７６と貫通孔７５との間に設けられた孔周囲面７８を含み、孔周囲面７８は、主面７６から貫通孔７５に近づくにつれて、第１面７２に近づくように形成されている。このことにより、積層方向に大きな荷重が加わった場合、貫通孔７５の周囲に加わる荷重を積層方向と積層方向に直交する方向とに分散させることができる。このため、貫通孔７５の周囲において、第２層６０に大きな圧縮応力が生じることを抑制することができる。この結果、スラストパッド４０の変形や破損を防止することができる。

【0066】

また、本実施の形態によれば、孔周囲面７８は、凸状に湾曲している。このことにより、貫通孔７５の周囲に加わる荷重をより効果的に積層方向に直交する方向に分散させることができる。このため、貫通孔７５の周囲において、第２層６０に大きな圧縮応力が生じることをより一層抑制することができる。この結果、スラストパッド４０の変形や破損をより効果的に防止することができる。

【0067】

また、本実施の形態によれば、第１層５０は、金属材料を含み、第２層６０は、樹脂材料を含んでいる。この場合、第１層５０と第２層６０とを十分な接合強度で接合することは困難である。本実施の形態によれば、このような場合であっても、スラストパッド４０の摺動性能の低下を抑制しつつ、第１層５０と第２層６０とを高い接合強度で接合することができる。

【0068】

とりわけ、第２層６０が樹脂材料を含む場合、スラストパッド４０とランナ１０の下端部１６ａとの摺動により、スラストパッド４０が高温になり、第２層６０が熱膨張して、積層方向により大きな荷重が加わり得る。本実施の形態によれば、このような場合であっても、中間層７０の第２面７４が孔周囲面７８を含んでいることにより、貫通孔７５の周囲に加わる荷重を積層方向と積層方向に直交する方向とに分散させることができる。このため、貫通孔７５の周囲において、第２層６０に大きな圧縮応力が生じることを抑制することができる。この結果、スラストパッド４０の変形や破損を防止することができる。

【0069】

（第１変形例）
上述した実施の形態においては、平面視において、貫通孔７５が千鳥状に配置されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、貫通孔７５は、溝部８０と部分的に重なる態様であれば、格子状等、その他任意の態様で配置されていてもよい。

【0070】

また、上述した実施の形態においては、各溝部８０が積層方向に直交する一方向に直線状に延びている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、各溝部８０は、積層方向に直交する方向であれば、任意の方向に延びていてもよい。例えば、各溝部８０は、互いに対して傾斜していてもよい。また、各溝部８０は、湾曲していてもよいし、折れ曲がっていてもよい。

【0071】

このような場合であっても、第１層５０が第２面５４に設けられた複数の溝部８０を有していることにより、１枚の中間層７０によって、第１層５０と第２層６０とを高い接合強度で接合することができる。このため、中間層７０の厚みを均一化することができ、第２層６０の摺動面６４ａに面内ばらつきが生じることを抑制することができる。この結果、スラストパッド４０の摺動性能の低下を抑制することができる。

【0072】

（第２変形例）
また、上述した実施の形態においては、孔周囲面７８が凸状に湾曲している例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、孔周囲面７８は、主面７６から貫通孔７５に近づくにつれて第１面７２に近づくような形状であれば、任意の形状を有していてもよい。

【0073】

図８に示す例においては、中間層７０の第２面７４に設けられた孔周囲面７８は、主面７６に対して傾斜している。換言すると、断面視において、孔周囲面７８は、主面７６から貫通孔７５に向かって直線状に延びている。

【0074】

このような場合であっても、中間層７０の第２面７４が孔周囲面７８を有していることにより、積層方向に大きな荷重が加わった場合、貫通孔７５の周囲に加わる荷重を積層方向と積層方向に直交する方向とに分散させることができる。このため、貫通孔７５の周囲において、第２層６０に大きな圧縮応力が生じることを抑制することができる。この結果、スラストパッド４０の変形や破損を防止することができる。

【0075】

（第３変形例）
また、上述した実施の形態において、第１層５０の第２面５４および中間層７０の第２面７４のうち少なくとも一方が、３０μｍ以上８０μｍ以下の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１）を有していてもよい。なお、算術平均粗さＲａの測定には、菱化システム社製の走査型白色干渉計ＶｅｒｔＳｃａｎを用いてもよい。

【0076】

上述したスラストパッド４０の製造方法の準備工程において、第１層５０の第２面５４および中間層７０の第２面７４に、例えばブラスト処理を行うことによって、このような数値範囲の算術平均粗さＲａを得ることができる。ブラスト処理は、第１層５０の第２面５４のうち第２層６０に対向する部分、および中間層７０の第２面７４のうちの主面７６に対して行われてもよい。ブラスト処理は、第１層５０の第２面５４に設けられた溝部８０の底面に対しても行われてもよい。このようなブラスト処理は、中間層７０を第１層５０に接合した後に行われてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、中間層７０を第１層５０に接合する前に行われてもよい。

【0077】

さらに、第１層５０の第２面５４および中間層７０の第２面７４のうち少なくとも一方に、第２層６０と結合する結合層１００が設けられていてもよい。

【0078】

図９に示す例においては、第１層５０の第２面５４のうち第２層６０に対向する部分と中間層７０の主面７６とに、それぞれ結合層１００が設けられている。また、第１層５０の溝部８０の底面にも、結合層１００が設けられている。結合層１００は、上述した算術平均粗さＲａを有する面、すなわち、上述したブラスト処理が行われた面に設けられてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、ブラスト処理が行われていない面に設けられてもよい。

【0079】

結合層１００は、第２層６０を構成する材料と結合（接着）する成分を含んでいる。例えば、第２層６０がＰＴＦＥ等の樹脂材料を含んでいる場合には、結合層１００は、フッ素系のシランカップリング剤を含んでいてもよい。あるいは、結合層１００は、フッ素樹脂と親和性の高い表面処理剤を含んでいてもよい。

【0080】

上述したスラストパッド４０の製造方法の準備工程において、第１層５０の第２面５４および中間層７０の第２面７４に、上述したシランカップリング剤あるいは表面処理剤を塗布することで、このような結合層１００を形成することができる。結合層１００は、上述したブラスト処理を行った直後に形成されてもよい。

【0081】

本変形例によれば、第１層５０の第２面５４および中間層７０の第２面７４のうち少なくとも一方が、３０μｍ以上８０μｍ以下の算術平均粗さＲａを有している。このことにより、積層方向および積層方向に直交する方向に大きな荷重が加わった場合に、第１層５０あるいは中間層７０と第２層６０との間に滑りが生じることを抑制することができる。このため、スラストパッド４０の圧縮弾性率の低下を抑制することができ、スラストパッド４０の剛性の低下を抑制することができる。この結果、スラストパッド４０の変形や破損を防止することができる。

【0082】

また、本変形例によれば、第１層５０の第２面５４および中間層７０の第２面７４のうち少なくとも一方に、第２層６０と結合する結合層１００が設けられている。このことにより、積層方向および積層方向に直交する方向に大きな荷重が加わった場合に、第１層５０あるいは中間層７０と第２層６０との間に滑りが生じることをより一層抑制することができる。このため、スラストパッド４０の圧縮弾性率の低下をより一層抑制することができ、スラストパッド４０の剛性の低下をより一層抑制することができる。この結果、スラストパッド４０の変形や破損をより効果的に防止することができる。

【0083】

以上述べた実施の形態によれば、摺動性能の低下を抑制することができる。

【0084】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0085】

１：立軸回転電機、４：ロータシャフト、１０：ランナ、１６ａ：下端部、４０：スラストパッド、５０：第１層、５４：第１層の第２面、６０：第２層、６４ａ：摺動面、７０：中間層、７２：中間層の第１面、７４：中間層の第２面、７５：貫通孔、７６：主面、７８：孔周囲面、８０：溝部、９０：溝対向部分、１００：結合層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】