JP2003239947A

JP2003239947A - 制振装置用軸受

Info

Publication number: JP2003239947A
Application number: JP2002043689A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Yamamoto; 雅史山本; Kazumi Yamane; 一三山根; Yoshihiko Kubo; 嘉彦久保; Eiichiro Iwashita; 栄一郎岩下; Kenji Yamaoka; 賢二山岡; Norio Ito; 紀男伊藤; Naoyuki Higuchi; 直之樋口; Satoru Fukuzawa; 覚福澤
Original assignee: NTN Corp; Takenaka Komuten Co Ltd; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp; Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】経時的に安定した摩擦係数が得られ、メンテ
ナンスフリーであって、容易に施工できる制振装置用軸
受を提供する。【解決手段】制振装置用軸受は、振子の揺動により構
造物の振動を抑える振子式制振装置の軸受であって、上
記振子を支える軸受が補強された樹脂を摺動面に有する
すべり軸受である。また、上記補強された樹脂は補強材
が配合された樹脂組成物であり、上記補強された樹脂の
摺動面が焼結金属層を介して形成されてなり、上記補強
された樹脂が網層を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は振子式制振装置に
用いられ、重錘を揺動可能に支持する制振装置用軸受に
関する。

【０００２】

【従来の技術】建物などの構造物頂部に設置し、地震ま
たは風による建物の揺れを抑える振子式制振装置が知ら
れている。従来の振子式制振装置の一例を、図１を用い
て説明する。振子式制振装置１は、構造物頂部２に設置
されたフレーム３上部から重錘４を吊り材５で吊り下
げ、構造物自体が風等により揺れると、重錘４が揺動す
ることで構造物の揺れを減衰する。重錘４が円滑に揺動
可能にできるため、フレーム３上部と吊り材５との間に
回動部材６が設けられている。回動部材としては、ユニ
バーサルジョイントや球継手等の自在継手であったり
(特許2634635)、滑車であったり(特公平8-6487)、ある
いは自動調芯可能な転がり軸受を使用している。ユニバ
ーサルジョイントの回動部は特開平2-204580にあるとお
り、少なくとも２本のピンと連結具とからなり、ピンの
相手部材である連結具には転がり軸受が仕込まれてい
る。滑車においても固定具と回転体との間に転がり軸受
が仕込まれている。回動部分において転がり軸受を用い
る理由は、重錘揺動時の摩擦係数を可能な限り小さくす
るためである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】制振装置に用いられる
転がり軸受は、本来の使用状態である回転運動を伴わ
ず、絶えず下方向に重錘の荷重が印加され、高面圧下で
揺動運動をしながら重錘を支持している。揺動運動は地
震や強風でない限り微小振幅であり、日常的には微小振
幅がほとんどである。転がり軸受は、回転運動がなけれ
ばボールやコロ等の転動体と転走面との境界にグリース
等の潤滑剤による潤滑膜が形成されない。そのような状
態で微小振幅が印加され続けると軸受の転走面に、フレ
ッティング摩耗が発生するおそれがある。特に振子式制
振装置に用いられる転がり軸受は高面圧のため、フレッ
ティング摩耗が発生する危険性が高い。

【０００４】また、高面圧下で微小振幅運動が印加され
続けられるため、転走面に転動体の圧痕が生じることも
ある。転走面に圧痕のある転がり軸受は、円滑な動作は
期待できず動作変動不良が生じるおそれがある。上記フ
レッティング摩耗や転走面の圧痕により、経時的に重錘
揺動時の摩擦係数が増大し初期の制振性を確保できなく
なるという問題がある。また、フレッティング摩耗や転
走面の圧痕による制振装置の機能低下を防止するため、
軸受部のメンテナンスが重要となる。

【０００５】近年、制振装置の設置スペースも狭くなり
つつあり、制振装置自体の小型化が要求されているが、
転がり軸受の場合、内輪および外輪間に転動体を配置す
るため、部品点数が多く小型化には限界がある。また、
建物高層屋上部での施工時においての安全性に劣り、保
守点検が困難になるという問題がある。本発明は、この
ような問題に対処するためになされたもので、経時的に
安定した摩擦係数が得られ、メンテナンスフリーであっ
て、容易に施工できる制振装置用軸受の提供を目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の制振装置用軸受
は、振子の揺動により構造物の振動を抑える振子式制振
装置の軸受であって、上記振子を支える軸受が補強され
た樹脂を摺動面に有するすべり軸受であることを特徴と
する。また、上記補強された樹脂は補強材が配合された
樹脂組成物であることを特徴とする。また、上記補強さ
れた樹脂の摺動面が焼結金属層を介して形成されてなる
ことを特徴とする。また、上記補強された樹脂は、内部
に網層を有することを特徴とする。

【０００７】振子式制振装置の軸受に、補強された樹脂
を摺動面に有するすべり軸受を用いることにより、高面
圧下においてもクリープを小さく抑えることができ経時
的に摩擦係数が安定する。また、部品点数が少ないこと
から、施工が容易であり、潤滑剤を用いていないので保
守点検が容易となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に係る制振装置用軸受を図
２および図３により説明する。図２は振子式制振装置に
おける重錘を円滑に揺動可能に支持する回動部材の一例
であり、図２（ａ）は正面図を図２（ｂ）は側面図を表
す。図３は図２（ｂ）のＡ部の拡大断面図であり、回動
部材に含まれるすべり軸受を表す。回動部材は、吊り材
５の端部にあり内部にすべり軸受７を配置した軸受ハウ
ジング５ａと、フレーム上部３ａに固定された軸支体８
と、軸支体８に支持される軸９とから構成される。軸９
は軸支体８に固定され軸受ハウジング５ａおよび吊り材
５を回動可能に支持している。回動部材において、軸９
と軸受ハウジング５ａとの間には円筒状のラジアル軸受
７ａが、軸支体８と軸受ハウジング５ａとの間にはリン
グ板状のスラスト軸受７ｂがそれぞれ配置され、吊り材
５および重錘の円滑な揺動を達成可能にしている。すべ
り軸受７は摺動面を表にして軸受ハウジング５ａに接着
してもよく、あるいはラジアル軸受７ａを軸９にスラス
ト軸受７ｂを軸支体８に接着してもよい。なお、回動部
材６は、軸を球体に、軸受ハウジングを球受体にそれぞ
れ換えた構成としてもよい。

【０００９】すべり軸受を構成するラジアル軸受および
スラスト軸受は、補強された樹脂を摺動面に有する。補
強された樹脂としては、図４に示すように、自己潤滑性
に優れた樹脂１０に補強材１１が配合された樹脂組成物
が使用できる。自己潤滑性に優れた樹脂を例示すれば、
四フッ化エチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略称する）、
四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテ
ル共重合樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹
脂、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂
等のフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹
脂、プロピレン−エチレンブロック共重合体、プロピレ
ン−エチレンランダム共重合体、変性ポリオレフィン樹
脂、架橋ポリオレフィン樹脂等のポリオレフィン樹脂、
ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ナ
イロン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は単独でも２
種以上を組み合わせても使用できる。これらの樹脂類の
中で、特に自己潤滑性に優れるフッ素樹脂を使用するの
が好ましく、フッ素樹脂の中でもＰＴＦＥが最も好まし
い。

【００１０】ＰＴＦＥは、静摩擦係数と動摩擦係数との
差が小さく、長期間高負荷で放置しても固着することが
ないので高い信頼性を有する。また、耐摩耗性や自己潤
滑性、耐候性に優れるためメンテナンスフリーとするこ
とができる。

【００１１】上記樹脂に配合する補強材としては、炭素
繊維、ガラス繊維、ウィスカ等の繊維状補強材、ポリイ
ミド樹脂粉末、球状の黒鉛化処理された粉末などの有機
化合物系粉末補強材、二硫化モリブデン、黒鉛等の無機
化合物系粉末補強材が挙げられる。それらの中で、炭素
繊維、ガラス繊維、ウィスカ等の繊維状補強材が、耐候
性に優れるとともに、すべり軸受の耐摩耗性および耐ク
リープ性を向上させるため好ましい。

【００１２】また、補強された樹脂として、図５に示す
ように、バックメタル１２に形成された多孔質の焼結金
属層１３に樹脂１０を含浸したすべり軸受が採用でき
る。図５はバックメタル１２と焼結金属層１３で補強し
た樹脂すべり軸受の断面図を示す。バックメタル１２と
しては、鋼（ＳＰＣＣ等の構造用圧延鋼等）あるいは鋼
以外の金属、例えばステンレス鋼または青銅などの銅系
合金等が使用できる。また、バックメタル１２と焼結金
属層１３との界面には、焼結金属層１３との密着性強化
のため、焼結金属層１３と同等のメッキをするのが好ま
しい。焼結金属層１３としては、銅あるいは青銅等の銅
合金が摩擦摩耗特性に優れ好ましい。また、含浸する樹
脂１０は上述した自己潤滑性に優れた樹脂が使用でき、
さらに補強材が配合された樹脂組成物であればすべり軸
受の耐摩耗性および耐クリープ性が各段に向上できるた
め好ましい。特にＰＴＦＥに各種補強材を配合したＰＴ
ＦＥ組成物がより好ましい。

【００１３】また、補強された樹脂として、図６に示す
ように、内部を網１４で補強した樹脂が採用できる。図
６は内部を網１４で補強した樹脂製のすべり軸受の断面
図を示す。すべり軸受はサンドイッチ状に内部に網１４
の層を保持して形成する。網層としては、網目状であっ
ても、揺動方向に配列したストライプ状であってもよ
い。網層を設けることにより、すべり軸受の耐クリープ
性が向上して高面圧下での摺動性に優れる。なお、網１
４の材質としては、すべり軸受の素材の成形時に形状が
保持できる材料であるとともに、圧縮強度および引張強
度の高い材料が採用できる。例えば銅または銅合金など
の金属網、アラミド繊維、カーボン繊維、セラミック繊
維等を用いた非金属網が例示できる。これらの中で、機
械的強度と低摩擦特性が優れる銅または銅合金が好まし
い。特に青銅製の網が好ましい。

【００１４】また、網をサンドイッチする樹脂１０は上
述した自己潤滑性に優れた樹脂が使用でき、さらに補強
材が配合された樹脂組成物であればすべり軸受の耐摩耗
性および耐クリープ性が各段に向上できるため好まし
い。特にＰＴＦＥに各種補強材を配合したＰＴＦＥ組成
物がより好ましい。内部を網で補強した樹脂は、網目に
樹脂材料を付着させた状態で加圧および加熱することで
製造できる。

【００１５】本発明のすべり軸受において、補強された
樹脂層の厚みは特に限定しないが、厚みが薄いほうがク
リープ変形率、絶対変形量ともに小さくなるため好まし
い。そのため、樹脂の厚みとして 1 mm以下、さらには
樹脂の厚みとして 0.5 mm以下に設定するのが好まし
い。なお、この場合、焼結金属層で補強した樹脂ではバ
ックメタルの厚みは含まない厚みである。

【００１６】本発明のすべり軸受において、好ましい補
強態様としては、内部に網層を有する樹脂すべり軸受で
あり、さらに好ましい補強態様としては、補強材の配合
によって補強された樹脂組成物の内部に網層を有する樹
脂すべり軸受である。内部に網層を持った構造とするこ
とで網目内に存在する樹脂の網目外への流出が防げ、耐
クリープ性が著しく向上する。

【００１７】すべり軸受の制振装置用途としての適性を
次の方法で評価した。１．基礎試験（往復動試験）実施例の供試すべり軸受材として、ガラス繊維が配合
されたＰＴＦＥ、炭素繊維が配合されたＰＴＦＥをバ
ックメタル付き青銅焼結層に含浸させたもの（ＮＴＮ精
密樹脂社製：ＭＬＥベアリング）、内部に青銅網を有
するＰＴＦＥ（ＮＴＮ精密樹脂社製：ベアリーＦＬ９０
００）を用い、比較例の供試すべり軸受材として、非
強化のＰＴＦＥを用いて、往復動試験を行なった。試験
条件は、面圧 10MPa、速度 0.2m／min、１サイクルの走
行距離 3.5cm、の条件で、サイズφ20mm×t1mm のテス
トピースをＳＵＳ３０４、２Ｂ仕上げの相手材に対し 1
00サイクル運転した。試験結果を表１に示した。

【００１８】

【表１】表１に示すとおり、補強材で強化された各実施例の樹脂
すべり軸受は、比較例である非強化の軸受と比較して摩
耗量が小さかった。

【００１９】２．耐久試験（揺動試験）内径φ 31mm ×外径φ 54mm ×長さ 15mm の金属製ハウ
ジングの内径に、内部に青銅網を有するＰＴＦＥのすべ
り軸受（ＮＴＮ精密樹脂社製：ベアリーＦＬ９０００，
厚さ 0.5mm ）を接着してテストピースを得た。このテ
ストピースを用いて、以下に示す条件で耐久試験を行な
った。結果を図７および図８に示す。図７はすべり軸受
の摩耗量の経時変化を表し、図８は動摩擦係数の経時変
化を表す。相手軸：表面に硬質クロームメッキしたＳ４５Ｃ材（軸
径φ 30mm ）運動方式：揺動角 0 〜 20 度にて揺動運動させる。速度：0.16m／min 面圧：39.7 MPa 評価項目：すべり軸受の摩耗量の経時変化、動摩擦係数
の経時変化

【００２０】図７に示すように、すべり軸受は、耐久試
験開始初期に摩耗量の増加が見られたが走行距離ととも
に安定し、摩耗の進行は殆んど見られなくなった。な
お、摩耗量はすべり軸受内面の真円度を測定して摩耗深
さ（μm ）で表した。図７より摩耗の進行を予測する推
定式（下記摩耗量の算出式の）を求めて、約 100 年
後の摩耗量を算出した。摩耗量の算出式：本耐久試験の１サイクルの走行距離：10.48mm 耐久試験結果から求めた推定式：Ｙ＝4.411ln(X)＋4.5918 X：走行距離(m) 100年間に相当する走行距離は46,923mであるため、10
0年間稼動したときに生じる摩耗量は 52 μmと算出され
る。52 μm の摩耗量はすべり軸受の厚さの約 10 ％で
あり、十分な耐久性を示した。

【００２１】図８に示すように、耐久試験におけるすべ
り軸受の動摩擦係数値は、0.026 〜0.032 と高面圧下に
おいて経時的に安定した値を示した。

【００２２】本発明の制振装置用軸受は振子の揺動によ
り構造物の振動を抑える振子式制振装置の軸受として用
いることができる。例えば、チューンド・マス・ダンパ
ー、アクティブ・マス・ダンパーなどの制振装置に用い
ることができる。

【００２３】本発明の制振装置用軸受は従来の転がり軸
受に比べて摩擦係数が大きくなるため、チューンド・マ
ス・ダンパーに用いる場合、微小振幅の揺れに対する制
振効果が悪くなる。微小振幅の揺れに対しても本発明の
制振装置用軸受を有効に用いるには、図９および図１０
に示される振子式制振装置が好適である。この振子式制
振装置１は、回動部材６ですべり軸受が回動しないよう
な小さな振幅の構造物の振動時には、吊り材５が弾性変
形することによって重錘４が揺動する（図９）。また、
回動部材６ですべり軸受が回動するような大きい振幅の
構造物の振動時には、吊り材５が弾性変形するとともに
回動部材６のすべり軸受が回動することによって重錘４
が揺動する構造となっている（図１０）。大地震などの
大振幅の揺れに対して設計されるチューンド・マス・ダ
ンパーに用いる場合やアクティブ・マス・ダンパーに用
いる場合は、従来と同様の構成で本発明の制振装置用軸
受を使用することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の制振装置用軸受は、振子の揺動
により構造物の振動を抑える振子式制振装置の軸受であ
って、上記振子を支える軸受が補強された樹脂を摺動面
に有するすべり軸受であるので、転がり軸受で見られ
る、高面圧下での揺動運動におけるフレッティング摩耗
が発生しない。そのため、経時的に安定した制振装置用
軸受が得られる。また、グリースなどの潤滑剤を必要と
せず、保守点検が容易となる。さらに部品点数が少なく
組み立てが容易となるので、建物高層屋上部での施工時
における安全性に優れる。

【００２５】また、補強された樹脂は補強材が配合され
た樹脂組成物であるので、また、補強された樹脂の摺動
面が焼結金属層を介して形成されてなるので、また、網
層を有するので、高面圧下においても耐久性に優れた制
振装置用軸受が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】振子式制振装置の概略図である。

【図２】回動部材の一例である。

【図３】図２（ｂ）のＡ部の拡大断面図である。

【図４】補強材の配合によって補強された樹脂すべり軸
受の断面図である。

【図５】焼結金属層で補強された樹脂すべり軸受の断面
図である。

【図６】内部に網層を有することで補強された樹脂すべ
り軸受の断面図である。

【図７】耐久試験での摩耗量の経時変化を示す図であ
る。

【図８】耐久試験での動摩擦係数の経時変化を示す図で
ある。

【図９】小さい振幅で振動している振子式制振装置の状
態を示す概略図である。

【図１０】大きい振幅で振動している振子式制振装置の
状態を示す概略図である。

【符号の説明】１制振装置２構造物頂部３フレーム４重錘５吊り材６回動部材７すべり軸受８軸支体９軸１０樹脂１１補強材１２バックメタル１３焼結金属層１４網

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山根一三大阪府大阪市中央区本町四丁目１番地13号株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者久保嘉彦大阪府大阪市中央区本町四丁目１番地13号株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者岩下栄一郎大阪府大阪市中央区本町四丁目１番地13号株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者山岡賢二大阪府大阪市西区京町堀１丁目３番17号ＮＴＮ株式会社内 (72)発明者伊藤紀男三重県員弁郡東員町大字穴太970 ＮＴＮ精密樹脂株式会社内 (72)発明者樋口直之三重県員弁郡東員町大字穴太970 ＮＴＮ精密樹脂株式会社内 (72)発明者福澤覚三重県員弁郡東員町大字穴太970 ＮＴＮ精密樹脂株式会社内Ｆターム(参考） 3J011 BA02 BA09 DA01 KA08 LA01 SA05 SA06 SB19 SC14 3J048 AA07 AD06 BF10 DA07 EA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振子の揺動により構造物の振動を抑える
振子式制振装置の軸受であって、前記振子を支える軸受が補強された樹脂を摺動面に有す
るすべり軸受であることを特徴とする制振装置用軸受。
【請求項２】前記補強された樹脂は補強材が配合され
た樹脂組成物であることを特徴とする請求項１記載の制
振装置用軸受。
【請求項３】前記補強された樹脂の摺動面が焼結金属
層を介して形成されてなることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載の制振装置用軸受。
【請求項４】前記補強された樹脂は、内部に網層を有
することを特徴とする請求項１または請求項２記載の制
振装置用軸受。