特許 7453894 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】2024-03-12

(45)【発行日】2024-03-21

(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 20060101AFI20240313BHJP

   F16C 33/06 20060101ALI20240313BHJP

   F16C 33/20 20060101ALI20240313BHJP

   F16C 23/04 20060101ALI20240313BHJP

   H02K 7/08 20060101ALI20240313BHJP

   H02K 15/14 20060101ALI20240313BHJP

【ＦＩ】

F16C17/08

F16C33/06

F16C33/20

F16C23/04 B

H02K7/08 B

H02K15/14 A

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020185311

(22)【出願日】2020-11-05

(65)【公開番号】P2022074895

(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】佐藤 忠利

(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２０１３－１２２２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０８４４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２８９０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０２９２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１４０８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８６５７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ １７／００－１７／２６，２１／００－２７／０８，

３３／００－３３／２８

Ｈ０２Ｋ ７／００－７／２０，１５／００－１５／０２，

１５／０４－１５／１６

(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、複数の第１貫通孔を有する第１板状部と、前記第１板状部に接合された、複数の第２貫通孔を有する第２板状部と、を含み、
前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とが少なくとも部分的に重なっているとともに、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とに前記第２層の一部が入り込んでおり、
前記第２板状部は、前記第１板状部の側に位置する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を含み、
前記第２面は、主面と、前記主面と前記第２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、前記主面から前記第２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おり、
平面視において、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔は、円形状を有しているとともに、前記第１貫通孔の中心点と前記第２貫通孔の中心点とが重なるように配置され、
前記第１貫通孔は、前記第２貫通孔の直径よりも大きい直径を有する、摺動部材。

【請求項2】

前記孔周囲面は、凸状に湾曲している、請求項１に記載の摺動部材。

【請求項3】

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、複数の第１貫通孔を有する第１板状部と、前記第１板状部に接合された、複数の第２貫通孔を有する第２板状部と、を含み、
前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とが少なくとも部分的に重なっているとともに、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とに前記第２層の一部が入り込んでおり、
前記第２板状部は、前記第１板状部の側に位置する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を含み、
前記第２面は、主面と、前記主面と前記第２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、前記主面から前記第２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おり、
前記第１層の前記第２層の側の面および前記第２板状部の前記主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、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】

平面視において、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔は、円形状を有しているとともに、前記第１貫通孔の中心点と前記第２貫通孔の中心点とがずれるように配置されている、請求項３または４に記載の摺動部材。

【請求項6】

平面視において、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔は、円形状を有しているとともに、前記第１貫通孔の中心点と前記第２貫通孔の中心点とが重なるように配置され、
前記第１貫通孔は、前記第２貫通孔の直径よりも大きい直径を有する、請求項３または４に記載の摺動部材。

【請求項7】

平面視において、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔は、円形状を有しており、
前記第１貫通孔および前記第２貫通孔は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の直径を有する、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】

前記中間層は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚みを有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の摺動部材。

【請求項9】

前記摺動面と前記主面との間の寸法は、１ｍｍ以上３ｍｍ以下である、請求項１から８のいずれか一項に記載の摺動部材。

【請求項10】

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９のいずれか一項に記載の摺動部材。

【請求項11】

前記第１層の前記第２層の側の面および前記第２板状部の前記主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１０のいずれか一項に記載の摺動部材。

【請求項12】

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、複数の第１貫通孔を有する第１板状部と、前記第１板状部に接合された、複数の第２貫通孔を有する第２板状部と、を含む、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、
前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とが少なくとも部分的に重なっているとともに、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とに前記第２層の一部が入り込んでおり、
前記第２板状部は、前記第１板状部の側に位置する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を含み、
前記第２面は、主面と、前記主面と前記第２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、前記主面から前記第２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おり、
平面視において、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔は、円形状を有しているとともに、前記第１貫通孔の中心点と前記第２貫通孔の中心点とが重なるように配置され、
前記第１貫通孔は、前記第２貫通孔の直径よりも大きい直径を有する、摺動部材の製造方法。

【請求項13】

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、複数の第１貫通孔を有する第１板状部と、前記第１板状部に接合された、複数の第２貫通孔を有する第２板状部と、を含む、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、
前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とが少なくとも部分的に重なっているとともに、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とに前記第２層の一部が入り込んでおり、
前記第２板状部は、前記第１板状部の側に位置する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を含み、
前記第２面は、主面と、前記主面と前記第２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、前記主面から前記第２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おり、
前記第１層の前記第２層の側の面および前記第２板状部の前記主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、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、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】

ところで、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ため、積層方向に大きな荷重が加わり得る。このとき、上述した中間層の貫通穴の周囲に設けられた角部に荷重が集中し、この角部の近傍において第２層に大きな圧縮応力が生じ、第２層が変形あるいは破損するおそれがある。

【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、摺動部材の変形や破損を防止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、複数の第１貫通孔を有する第１板状部と、第１板状部に接合された、複数の第２貫通孔を有する第２板状部と、を含む。第１貫通孔と第２貫通孔とが少なくとも部分的に重なっているとともに、第１貫通孔と第２貫通孔とに第２層の一部が入り込んでいる。第２板状部は、第１板状部の側に位置する第１面と、第１面とは反対側に位置する第２面と、を含む。第２面は、主面と、主面と第２貫通孔との間に設けられた孔周囲面と、を含み、孔周囲面は、主面から第２貫通孔に近づくにつれて、第１面に近づくように形成されている。

【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、複数の第１貫通孔を有する第１板状部と、第１板状部に接合された、複数の第２貫通孔を有する第２板状部と、を含む、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、積層工程を備える。第１貫通孔と第２貫通孔とが少なくとも部分的に重なっているとともに、第１貫通孔と第２貫通孔とに第２層の一部が入り込んでいる。第２板状部は、第１板状部の側に位置する第１面と、第１面とは反対側に位置する第２面と、を含む。第２面は、主面と、主面と第２貫通孔との間に設けられた孔周囲面と、を含み、孔周囲面は、主面から第２貫通孔に近づくにつれて、第１面に近づくように形成されている。

【発明の効果】

【0009】

本実施の形態によれば、摺動部材の変形や破損を防止することができる。

【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貫通孔および第２貫通孔の配置例を示す上面断面図である。

【図5】図５は、図３の部分拡大図である。

【図6】図６は、比較例によるスラストパッドを示す断面図である。

【図7】図７は、図３の変形例（第１変形例）である。

【図8】図８は、図７の第１貫通孔および第２貫通孔の配置例を示す上面図である。

【図9】図９は、図５の変形例（第２変形例）である。

【図10】図１０は、図３の変形例（第３変形例）である。

【図11】図１１は、図４の変形例（第４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５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。

【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は、全体的に平坦状に形成されていてもよく、全体的に一定の厚みを有していてもよい。図２に示すように、平面視において、第１層５０は、扇形状を有していてもよい。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。第１層５０は、３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の厚みを有していてもよい。

【0026】

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。図２に示すように、平面視において、第２層６０は、扇形状を有していてもよい。第２層６０の平面面積は、第１層５０の平面面積と等しくてもよい。

【0027】

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の第１板状部８０の第１貫通孔８５および第２板状部９０の第２貫通孔９５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、第１板状部８０の第１貫通孔８５および第２板状部９０の第２貫通孔９５に入りこんでいる。

【0028】

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。

【0029】

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、あるいは摺動面６４ａと後述する第２板状部９０の主面９６との間の寸法が、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。

【0030】

図３に示すように、中間層７０は、第１層５０に接合された第１板状部８０と、第１板状部８０に接合された第２板状部９０と、を有している。

【0031】

図３に示すように、第１板状部８０は、第１層５０の側に位置する第１面８２と、第１面８２とは反対側、すなわち第２板状部９０の側に位置する第２面８４と、を有している。第１板状部８０の第１面８２は、第１層５０の第２面５４に接合されている。第１板状部８０の第２面８４（より具体的には、後述する主面８６）は、後述する第２板状部９０の第１面９２に接合されている。第１板状部８０は、全体的に平坦状に形成されていてもよく、全体的に一定の厚みを有していてもよい。平面視において、第１板状部８０は、扇形状を有していてもよく、第１板状部８０の平面面積は、第１層５０の平面面積および第２層６０の平面面積と等しくてもよい。

【0032】

図３および図４に示すように、第１板状部８０は、複数の第１貫通孔８５を有している。ここで、図４のＢ－Ｂ線断面図が図３の断面図に対応している。第１貫通孔８５は、第１板状部８０の第１面８２から第２面８４に延びて、第１板状部８０を貫通している。平面視において、第１貫通孔８５は、円形状を有していてもよい。第１貫通孔８５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、第１貫通孔８５は、千鳥状に配置されていてもよい。第１貫通孔８５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。第１貫通孔８５内には、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、第１貫通孔８５に第２層６０の一部が入り込んでいる。

【0033】

図３～図５に示すように、第１板状部８０の第２面８４は、主面８６と、主面８６と第１貫通孔８５との間に設けられた孔周囲面８８と、を含んでいる。孔周囲面８８は、各第１貫通孔８５の周囲に設けられている。平面視において、孔周囲面８８は、中空円形状を有しており、第１貫通孔８５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８８の幅は、０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。孔周囲面８８は、主面８６から第１貫通孔８５に近づくにつれて、第１面８２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８８は、凸状に湾曲している。孔周囲面８８の曲率半径は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。

【0034】

第１板状部８０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、第１板状部８０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。第１板状部８０の第１面８２と第１層５０の第２面５４、および第１板状部８０の第２面８４と後述する第２板状部９０の第１面９２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。第１板状部８０は、０．２５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の厚みを有していてもよい。

【0035】

図３に示すように、第２板状部９０は、第１板状部８０の側に位置する第１面９２と、第１面９２とは反対側、すなわち第２層６０の側に位置する第２面９４と、を有している。上述したように、第２板状部９０の第１面９２は、第１板状部８０の第２面８４（主面８６）に接合されている。第２板状部９０は、全体的に平坦状に形成されていてもよく、全体的に一定の厚みを有していてもよい。平面視において、第２板状部９０は、扇形状を有していてもよく、第２板状部９０の平面面積は、第１板状部８０の平面面積と等しくてもよい。

【0036】

図３および図４に示すように、第２板状部９０は、複数の第２貫通孔９５を有している。第２貫通孔９５は、第２板状部９０の第１面９２から第２面９４に延びて、第２板状部９０を貫通している。平面視において、第２貫通孔９５は、円形状を有していてもよい。第２貫通孔９５は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の直径を有していてもよい。第２貫通孔９５の直径は、第１貫通孔８５の直径と等しくてもよい。また、平面視において、第２貫通孔９５は、千鳥状に配置されていてもよい。第２貫通孔９５の配置間隔は、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよく、第１貫通孔８５の配置間隔と等しくてもよい。第１板状部８０の第１貫通孔８５と第２板状部９０の第２貫通孔９５とは、部分的に重なっている。図４に示すように、第１貫通孔８５および第２貫通孔９５は、第１貫通孔８５の中心点Ｏ１と第２貫通孔９５の中心点Ｏ２とがずれるように配置されていてもよい。本実施の形態においては、第１貫通孔８５と第２貫通孔９５とは、平面視における一方向（図４における左右方向）に半ピッチ分ずれて配置されている。第２貫通孔９５内には、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、第２貫通孔９５に第２層６０の一部が入り込んでいる。

【0037】

図３～図５に示すように、第２板状部９０の第２面９４は、主面９６と、主面９６と第２貫通孔９５との間に設けられた孔周囲面９８と、を含んでいる。孔周囲面９８は、各第２貫通孔９５の周囲に設けられている。平面視において、孔周囲面９８は、中空円形状を有しており、第２貫通孔９５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９８の幅は、０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。孔周囲面９８は、主面９６から第２貫通孔９５に近づくにつれて、第１面９２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９８は、凸状に湾曲している。孔周囲面９８の曲率半径は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。

【0038】

第２板状部９０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、第２板状部９０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。また、第２板状部９０は、０．２５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の厚みを有していてもよい。第２板状部９０の厚みは、第１板状部８０の厚みと等しくてもよい。

【0039】

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、第１板状部８０の厚みと第２板状部９０の厚みとの和が、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。また、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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

準備工程においては、まず、金属材料で構成された平板状の第１層５０を準備する。

【0043】

続いて、中間層７０を構成するようになる第１板状部８０および第２板状部９０をそれぞれ準備する。上述したように、第１板状部８０には、第１貫通孔８５が形成されている。第１貫通孔８５は、第１板状部８０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、第１板状部８０には、第１貫通孔８５の周囲に孔周囲面８８が形成されている。孔周囲面８８は、第１貫通孔８５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、第１板状部８０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、上述した第１貫通孔８５や孔周囲面８８が含まれる。同様に、第２板状部９０には、第２貫通孔９５が形成されている。第２貫通孔９５は、第２板状部９０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、第２板状部９０には、第２貫通孔９５の周囲に孔周囲面９８が形成されている。孔周囲面９８は、第２貫通孔９５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、第２板状部９０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、上述した第２貫通孔９５や孔周囲面９８が含まれる。

【0044】

次に、第１板状部８０および第２板状部９０を接合して中間層７０を形成する。より具体的には、第１板状部８０の第２面８４と第２板状部９０の第１面９２とを、ろう付け等により接合する。このとき、第１貫通孔８５と第２貫通孔９５とが部分的に重なる。より具体的には、第１貫通孔８５の中心点Ｏ１と第２貫通孔９５の中心点Ｏ２とがずれるように、第１貫通孔８５および第２貫通孔９５が配置される。

【0045】

続いて、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板状部８０の第１面８２と第１層５０の第２面５４とを、ろう付け等により接合する。

【0046】

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。

【0047】

なお、ここでは、第１板状部８０および第２板状部９０を接合して中間層７０を形成した後に、中間層７０を第１層５０に接合する例を示した。しかしながら、このことに限られることなく、第１板状部８０を第１層５０に接合した後に、第１板状部８０に第２板状部９０を接合して中間層７０を形成してもよい。

【0048】

次に、第２層６０を第１層５０に積層する工程においては、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。

【0049】

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、第１貫通孔８５および第２貫通孔９５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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。

【0055】

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、第１層５０と第２層６０との間に中間層７０が設けられており、中間層７０の第１板状部８０の第１貫通孔８５と第２板状部９０の第２貫通孔９５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。

【0056】

ここで、本実施の形態の作用効果について、図６に示すスラストパッド４０’と比較して説明する。図６に示すスラストパッド４０’においては、中間層７０’を構成する第２板状部９０’の第２面９４’は、上述した本実施の形態のような孔周囲面９８を含んでいない。すなわち、第２板状部９０’の第２面９４’は、主面９６’により構成され、この主面９６’が第２貫通孔９５’まで延びるように形成されている。このため、第２貫通孔９５’の周囲には、直角に尖った角部９９’が形成されている。

【0057】

図６に示すスラストパッド４０’において、積層方向に大きな荷重が加わった場合、この角部９９’に荷重が集中し得る。この場合、この角部９９’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。

【0058】

これに対して本実施の形態によれば、第２板状部９０の第２面９４は、主面９６と第２貫通孔９５との間に設けられた孔周囲面９８を含み、孔周囲面９８は、主面９６から第２貫通孔９５に近づくにつれて、第１面９２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、第２貫通孔９５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、第２貫通孔９５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。

【0059】

また、本実施の形態によれば、孔周囲面９８は、凸状に湾曲している。このことにより、第２貫通孔９５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、第２貫通孔９５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。

【0060】

また、本実施の形態によれば、平面視において、第１貫通孔８５および第２貫通孔９５は、第１貫通孔８５の中心点Ｏ１と第２貫通孔９５の中心点Ｏ２とがずれるように配置されている。このような構成において、第１板状部８０の第１貫通孔８５と第２板状部９０の第２貫通孔９５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とがより一層高い接合強度で接合されることができる。このため、第１層５０と第２層６０とが分離することをより効果的に防止することができる。

【0061】

また、本実施の形態によれば、第１貫通孔８５および第２貫通孔９５は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の直径を有している。直径が２ｍｍ以上であることにより、第１貫通孔８５および第２貫通孔９５に、第２層６０の一部を十分に入り込ませることができる。このため、第１層５０と第２層６０とがより一層高い接合強度で接合されることができる。また、直径が１０ｍｍ以下であることにより、第１板状部８０と第１層５０との接合強度および第１板状部８０と第２板状部９０との接合強度の低下を抑制することができる。

【0062】

また、本実施の形態によれば、中間層７０は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚みを有している。厚みが０．５ｍｍ以上であることにより、第１貫通孔８５および第２貫通孔９５に第２層６０の一部を十分に入り込ませることができ、第１層５０と第２層６０とがより一層高い接合強度で接合されることができる。また、厚みが３ｍｍ以下であることにより、スラストパッド４０の厚みの増大を抑制しつつ、第１層５０に十分な厚みを持たせることができ、スラストパッド４０の剛性を向上させることができる。

【0063】

また、本実施の形態によれば、摺動面６４ａと第２板状部９０の主面９６との間の寸法が、１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。この寸法が１ｍｍ以上であることにより、第２層６０の剛性を確保することができ、積層方向に大きな荷重が加わった場合に、第２層６０の変形や破損を防止することができる。また、この寸法が３ｍｍ以下であることにより、スラストパッド４０の厚みの増大を抑制しつつ、第１層５０に十分な厚みを持たせることができ、スラストパッド４０の剛性を向上させることができる。

【0064】

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。このような場合、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が困難であるとともに、貫通孔を有する中間層を配置しても、貫通孔の周囲で第２層６０に大きな圧縮応力が生じ、第２層６０に変形あるいは破損が生じるおそれがある。本実施の形態によれば、このような場合であっても、第１層５０と第２層６０とを高い接合強度で接合しつつ、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。

【0065】

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、第２貫通孔９５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、第２貫通孔９５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】

なお、上述した実施の形態においては、第１板状部８０の第２面８４および第２板状部９０の第２面９４の両方に、それぞれ孔周囲面８８、９８が設けられている例について説明した。しかしながら、第１板状部８０の第２面８４には孔周囲面８８が設けられていなくてもよい。すなわち、第２板状部９０の第２面９４に孔周囲面９８が設けられていれば、上述した本実施の形態の作用効果を奏することができる。

【0067】

（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、第１貫通孔８５および第２貫通孔９５が、第１貫通孔８５の中心点Ｏ１と第２貫通孔９５の中心点Ｏ２とがずれるように配置されている例について説明した（図４参照）。しかしながら、このことに限られることはなく、平面視において、第１貫通孔８５および第２貫通孔９５が、第１貫通孔８５の中心点Ｏ１と第２貫通孔９５の中心点Ｏ２とが重なるように配置されていてもよい。また、この場合において、第１貫通孔８５は、第２貫通孔９５よりも大きい直径を有していてもよい。

【0068】

図７および図８に示す例においては、平面視において、第１貫通孔８５および第２貫通孔９５は、第１貫通孔８５の中心点Ｏ１と第２貫通孔９５の中心点Ｏ２とが重なるように配置されている。また、第１貫通孔８５の直径は、第２貫通孔９５の直径よりも大きくなっている。このような構成により、第１貫通孔８５と第２貫通孔９５とに入り込んだ第２層６０の入込み部６６は、図７に示すような凸形状を有するように形成される。

【0069】

図７および図８に示す例においても、第２板状部９０の第２面９４に、主面９６と第２貫通孔９５との間に設けられた孔周囲面９８が形成されている。孔周囲面９８は、主面９６から第２貫通孔９５に近づくにつれて、第１面９２に近づくように形成されている。孔周囲面９８は、凸状に湾曲している。なお、図７および図８に示す例においては、第１板状部８０の第２面８４には、孔周囲面は形成されていない。

【0070】

このような場合であっても、上述した孔周囲面９８により、積層方向に大きな荷重が加わった場合、第２貫通孔９５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、第２貫通孔９５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。

【0071】

また、本変形例によれば、平面視において、第１貫通孔８５および第２貫通孔９５は、第１貫通孔８５の中心点Ｏ１と第２貫通孔９５の中心点Ｏ２とが重なるように配置され、第１貫通孔８５は、第２貫通孔９５よりも大きい直径を有している。このような構成において、第１板状部８０の第１貫通孔８５と第２板状部９０の第２貫通孔９５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とがより一層高い接合強度で接合されることができる。このため、第１層５０と第２層６０とが分離することをより効果的に防止することができる。

【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９８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９８は、主面９６から第２貫通孔９５に近づくにつれて第１面９２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９に示す例においては、第２板状部９０の第２面９４に設けられた孔周囲面９８は、主面９６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９８は、主面９６から第２貫通孔９５に向かって直線状に延びている。同様に、第１板状部８０の第２面８４に設けられた孔周囲面８８も、主面８６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８８は、主面８６から第１貫通孔８５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、上述した孔周囲面９８により、積層方向に大きな荷重が加わった場合、第２貫通孔９５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、第２貫通孔９５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および第２板状部９０の主面９６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。

【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および第２板状部９０の主面９６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。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。

【0077】

さらに、第１層５０の第２面５４および第２板状部９０の主面９６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１０に示す例においては、第１層５０の第２面５４および第２板状部９０の主面９６のそれぞれに、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第１層５０の第２面５４および第２板状部９０の主面９６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第１層５０の第２面５４および第２板状部９０の主面９６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および第２板状部９０の主面９６に、上述したブラスト処理を行った後、上述したシランカップリング剤あるいは上述した表面処理剤を塗布することで、このような結合層１００を設けることができる。

【0081】

本変形例によれば、第１層５０の第２面５４および第２板状部９０の主面９６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および第２板状部９０の主面９６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】

（第４変形例）
また、上述した実施の形態においては、第１貫通孔８５と第２貫通孔９５とが、平面視における一方向にずれて配置されている例について説明した（図４参照）。しかしながら、このことに限られることはなく、第１貫通孔８５と第２貫通孔９５とが少なくとも部分的に重なっていれば、第１貫通孔８５および第２貫通孔９５の配置は任意である。

【0084】

図１１に示す例においては、第１貫通孔８５と第２貫通孔９５とが、平面視における一方向（図１１における左右方向）に半ピッチ分ずれているとともに、一方向と直交する他方向（図１１における上下方向）にも半ピッチ分ずれて配置されている。これにより、１つの第１貫通孔８５に対して３つの第２貫通孔９５が部分的に重なるようになっている。また、１つの第２貫通孔９５に対して３つの第１貫通孔８５が部分的に重なるようになっている。

【0085】

このような場合であっても、第１板状部８０の第１貫通孔８５と第２板状部９０の第２貫通孔９５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とができる。このため、第１層５０と第２層６０とが離間することを防止することができる。

【0086】

以上述べた実施の形態によれば、摺動部材の変形や破損を防止することができる。

【0087】

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】

【0088】

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、６０：第２層、６４ａ：摺動面、７０：中間層、８０：第１板状部、８５：第１貫通孔、９０：第２板状部、９２：第２板状部の第１面、９４：第２板状部の第２面、９５：第２貫通孔、９６：主面、９８：孔周囲面、１００：結合層、Ｏ１：第１貫通孔の中心点、Ｏ２：第２貫通孔の中心点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】