JP2004144135A

JP2004144135A - 滑り部材及びその製作方法

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Publication number: JP2004144135A
Application number: JP2002307264A
Authority: JP
Inventors: Shiro Ichikawa; 市川　士郎; Toshinao Kawai; 河合　俊直
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】滑り面の摩擦係数を無段階的に且つ正確に制御することができ、耐久性及び信頼性に極めて優れた滑り部材を提供すると共に、この滑り部材を容易且つ高精度に製作することができる方法を提供する。
【解決手段】滑り部材１は、多孔質構造をなす基体２の表面たる滑り面３を、これに部分的に潤滑剤４を含浸させることにより、潤滑剤４が含浸された潤滑剤含浸部分３ａと潤滑剤４が含浸されていない非潤滑剤含浸部分３ｂとで構成して、滑り面３全体における潤滑剤含浸部分３ａの占める面積比率を調整することにより、滑り面３の摩擦係数を制御するようにしたものである。この滑り部材１は、滑り面３に、その一部を除いてマスキング６を施した上で、潤滑剤４を含浸させることにより、製作される。
【選択図】　　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、免震装置の滑り支承や軸受け等に使用される滑り部材に関するものであり、特に、用途や使用条件に応じて摩擦係数を無段階的に制御することができる滑り部材とその製作方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、建築物の免震装置には、上部構造（建築物本体）の下面に取り付けた平板状の滑り部材と下部構造（建築物基礎）の上面に取り付けた平板状の滑り部材とを水平方向に相対滑動自在に面接触させてなる滑り支承が使用されているが、かかる滑り支承に必要とされる摩擦係数は一定ではなく、その使用条件によって区々であり、使用条件に応じた適正な摩擦係数を確保しておく必要がある。例えば、上部構造が小型の軽量物であったり、建築物が大きな風荷重を受けるような場所に設置されるものである場合には、摩擦係数が過小であると、地震が発生しないときにも上部構造が横揺れする虞れがある。逆に、摩擦係数が過大であると、地震時水平力を吸収しうるに充分な滑り機能が発揮されない。
【０００３】
このように、滑り支承等に使用される滑り部材の摩擦係数つまり相手部材と面接触する滑り面（滑り部材表面）の摩擦係数は、用途や使用条件に応じて制御しておく必要がある。
【０００４】
そこで、従来からも、図８（Ａ）に示す如く、滑り面１３に複数の凹部１１ａを形成すると共に各凹部１１ａに潤滑油等の潤滑剤１４を充填，保持させてなる滑り部材１１が提案されている。
【０００５】
かかる滑り部材（以下「従来滑り部材」という）１１にあっては、滑り面１３に潤滑剤４を充填した凹部１１ａが開口されていることから、相手部材１５の接触面１５ａは、凹部１１ａの開口部に対向する個所において潤滑剤１４と接触することになる。すなわち、相手部材１５との接触形態において、滑り面１３は、実質的に、潤滑剤４で構成される潤滑部分（凹部１１ａが開口されている部分であって、潤滑剤４が相手部材１５に接触している部分）１３ａと滑り部材１１の構成材（例えば、低摩擦性樹脂）で構成された非潤滑部分（凹部１１ａが開口されていない部分）１３ｂとで構成されることになる。そして、相手部材１５と潤滑部分１３ａとの間の摩擦係数は相手部材１５と非潤滑部分１３ｂとの間の摩擦係数よりも小さいことから、滑り面１３全体の摩擦係数は、凹部１１ａが形成されておらず滑り面１３全体が非潤滑部分１３ｂで構成されている場合に比して低減されることになり、その低減程度は、滑り面１３における全潤滑部分１３ａが占める割合（面積比率）が大きくなるに従い増大する。したがって、潤滑部分１３ａの面積比率を調整することにより、つまり凹部１１ａの数及び開口面積を調整することにより、滑り面１３の摩擦係数を無段階的に制御することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来滑り部材１１にあっては、複数の凹部（有底孔）１１ａを形成することによる強度低下は回避することができず、凹部１１ａの形成された部分とそうでない部分とで強度差が大きいこと（滑り部材全体としての強度分布が不均一となること）とも相俟って、外力による変形が生じ易く、耐久性に問題がある。
【０００７】
また、理論的には、上述する如く潤滑部分１３ａの面積比率を調整することにより摩擦係数を無段階的に制御することが可能であるが、現実的には、上記強度上の問題から、隣接する潤滑部分１３ａ，１３ａの間隔（隣接凹部１１ａ，１１ａの間隔）や各凹部１１ａの開口面積が制限されることから、摩擦係数制御を狭い範囲で有段階的に行いうるにすぎない。
【０００８】
また、従来滑り部材１１にあっては、相手部材１５との滑り動作が繰り返されることにより、凹部１１ａの開口周縁部１１ｂが図８（Ｂ）に示す如く変形して、当該凹部１１ａの開口面積つまり潤滑部分１３ａの面積が変化することになる。すなわち、滑り面１３全体における潤滑部分１３ａの面積比率によって決定される摩擦係数が変化することになる。したがって、予め設定された摩擦係数を長期に亘って維持することができず、安定した滑り機能を発揮できない。
【０００９】
さらに、建築物の免震装置における滑り支承の如く、両部材１１，１５間に大きな鉛直荷重が作用するような場合には、初期の段階（滑り支承の構築時）において、当該荷重による滑り部材１１の圧縮変形に伴い潤滑剤１４が一部が凹部１１ａの開口部からその周辺に滲出して、図８（Ｃ）に示す如く、滲出潤滑剤１４ａが非潤滑部分１３ｂをも潤滑することになる。すなわち、滑り面１３に凹部１１ａが形成されていることから、凹部１１ａ，１１ａ間の部分（非潤滑部分３ｂ）が圧縮変形されて、凹部１１ａ内の潤滑剤１４が部材１１，１５間に押出されることになり、部材１１，１５間に滲出潤滑剤１４ａによる潤滑膜が形成されることになる。したがって、滑り面１３の摩擦係数が、潤滑部分１３ａの面積比率によって設定された値より低くなり、結果的に、潤滑部分１３ａの面積比率による摩擦係数制御を有効に行い得ない。すなわち、摩擦係数制御を適正且つ正確に行うことは、現実的に不可能である。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、従来滑り部材１１における上記した問題を解決して、滑り面の摩擦係数を適正且つ正確に制御することができ、長期に亘って安定した滑り機能を発揮しうる信頼性の高い滑り部材を提供すると共に、かかる滑り部材を好適に製作することができる方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成すべく、第１に、多孔質構造をなす基体の表面たる滑り面を、これに部分的に潤滑剤を含浸させることにより、潤滑剤が含浸された潤滑剤含浸部分と潤滑剤が含浸されていない非潤滑剤含浸部分とで構成して、滑り面全体における潤滑剤含浸部分の占める面積比率を調整することにより、滑り面の摩擦係数を制御するようにしたことを特徴とする滑り部材を提案する。
【００１２】
また、本発明は、第２に、多孔質構造をなす基体の表面たる滑り面に、当該滑り面の一部を除いてマスキングを施した上で、潤滑剤を含浸させることにより、滑り面が潤滑剤を含浸させた潤滑剤含浸部分と潤滑剤を含浸させない非潤滑剤含浸部分とで構成された滑り部材を得るようにしたことを特徴とする滑り部材の製作方法を提案する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図７に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜図４は、本発明を建築物の免震装置に使用される滑り支承Ｃを構成する滑り部材１に適用した例を示すものである。
【００１５】
免震装置は、図１に示す如く、建築物本体である上部構造Ａと建築物の基礎に設けられた下部構造Ｂとの間に複数の滑り支承Ｃ及び減衰手段たるダンパＤを配設してなる。なお、ダンパＤは、両構造Ａ，Ｂの地震時水平力による水平方向の相対移動範囲を減衰規制する共に地震後に両構造Ａ，Ｂを原位置に復帰させるためのものである。
【００１６】
各滑り支承Ｃは、図１及び図２に示す如く、下部構造Ｂの上面部に水平に固定された円形平板状の滑り部材１と上部構造Ａの下面部に水平に固定された円形平板状の相手滑り部材５とを水平方向に相対滑動自在に面接触させてなるが、滑り部材１は、本発明に従って、次のように構成されている。
【００１７】
滑り部材１は、図２に示す如く、多孔質構造をなす基体２の表面である滑り面３を、これに部分的に潤滑剤４を含浸させることにより、潤滑剤４が含浸された潤滑剤含浸部分３ａと潤滑剤４が含浸されていない非潤滑剤含浸部分３ｂとで構成してなる。なお、滑り部材１の下部構造Ｂへの固定は、滑り部材１の下面部を下部構造Ｂに設けた凹部Ｅに嵌合させることにより行われている。また、相手滑り部材５は、滑り部材１と同様構造をなすものであってもよいが、この例ではステンレス鋼鈑で構成されており、滑り部材１との接触面（相手滑り面）５ａは、両滑り部材１，５がダンパＤによって許容される範囲において最大量相対滑動したときにも、滑り部材１の滑り面３が全面的に接触するように、滑り面３より所定量大面積とされている。
【００１８】
基体２は、滑り支承Ｃに作用する鉛直荷重（積載荷重）に耐え得る機械的強度（一般には、９００ＭＰａ以上の圧縮弾性率を有することが好ましい）を有する低摩擦性材で多孔質構造に構成されたものであり、例えば、芳香族ポリエステルを含有する四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなる多孔質板で構成される。この例では、基体２は、ＰＴＦＥ及び芳香族ポリエステル並びに必要に応じて適宜の充填材（例えば、グラファイト、グラスファイバー、二硫化モリブデン、チタン酸カリウム及びブロンズから選択される１種又は複数種）を混合し、その混合物（ＰＴＦＥ組成物）を所定形状に成形，焼成することによって多孔質板を得た上、その多孔質板の表面を機械加工による切削又は研磨により滑り面１３となすことによって得られたものである。なお、ＰＴＦＥ組成物に含有される芳香族ポリエステルとしては、芳香族基を有するポリエステルであればよく、ｐ−ヒドロキシ安息香酸ホモポリマー等が好適する。また、芳香族ポリエステルはＰＴＦＥ組成物の焼成体を多孔質構造となすために含有されるものであるが、芳香族ポリエステルの含有量が１０ｍａｓｓ％未満であると、潤滑剤４を良好に含浸させるに必要な多孔質構造を得ることが困難であると共に、９００ＭＰａ以上の圧縮弾性率を得ることができないし、芳香族ポリエステルが３５ｍａｓｓ％を超えると、多孔性の度合（空隙率）が必要以上に高くなり、免震滑り支承Ｃにおける高荷重（例えば、２００Ｋｇｆ／ｃｍ^２以上）に耐え得るに充分な機械的強度を得ることが困難である。したがって、免震滑り支承Ｃの滑り部材１として好適に使用できる機械的強度及び多孔質構造の基体２を得るためには、芳香族ポリエステルの含有量を１０〜３５ｍａｓｓ％（より好ましくは１５〜２０ｍａｓｓ％）としておくことが好ましい。
【００１９】
また、潤滑剤４としては、多孔質構造の滑り面３に含浸させうるものであればよく、流動性を有する液状剤，半固形状剤，固形状剤（液状剤を滑り面３に含浸させた後に乾燥固化させたものを含む）が使用される。例えば、シリコンオイルや一般に離型剤として使用されているもの等が使用され、一般的には、流動可能なポリシロキサンを使用することが好ましい。すなわち、比較的低分子量の液状ポリシロキサンであるジメチルポリシロキサン，メチルハイドロジェンポリシロキサン，メチルメトキシポリシロキサン等やこれよりもやや高分子量のワックス状のポリシロキサンであるジメチルポリシロキサン，メチルフェニルポリシロキサン，長鎖アルキル変性シリコン，トリフルオロプロピルメチルポリシロキサン等を単独又は組み合わせて使用することが好ましい。
【００２０】
而して、滑り部材１にあっては、滑り面３が潤滑剤４が含浸された潤滑剤含浸部分３ａと潤滑剤４が含浸されていない非潤滑剤含浸部分３ｂとで構成されていて、相手部材５と潤滑剤含浸部分３ａとの間の摩擦係数は相手部材１５と非潤滑剤含浸部分３ｂとの間の摩擦係数よりも小さくなっていることから、滑り面３全体の摩擦係数は、潤滑剤４が全く含浸されていない場合（滑り面３全体が非潤滑剤含浸部分３ｂで構成されている場合）に比して低減されることになり、その低減程度は、滑り面３において全潤滑剤含浸部分３ａが占める割合（面積比率）ξが大きくなるに従い増大し、逆に面積比率が小さくなるに従い減少する。したがって、全潤滑剤含浸部分３ａの面積比率つまり滑り面１３における潤滑剤４の含浸総面積を調整することにより、滑り面３の摩擦係数を無段階的に制御することができ、所望する摩擦係数を的確に得ることができる。
【００２１】
ところで、潤滑剤含浸部分３ｂは、一般には、滑り面３全体に均等又は略均等に分布するように形成しておくことが好ましいが、その形成パターンは任意であり、例えば、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す如く、同一形状（方形，三角形，円形等）をなす複数の潤滑剤含浸部分３ｂを散点状に形成されるパターン、同図（Ｄ）（Ｅ）に示す如く、異なる形状の複数の潤滑剤含浸部分３ｂが適当間隔を隔てて形成されるパターン、又は同図（Ｆ）に示す如く、一つの潤滑剤含浸部分３ｂが幾何学的模様等の一連形状をなして形成されるパターンが考えられる。
【００２２】
而して、滑り部材１は、本発明の方法に従って、次のように製造することができる。
【００２３】
すなわち、表面を滑り面３として機能しうる平滑面に加工した多孔質構造の基体２を製作した上、この基体２の表面（滑り面）３に、潤滑剤４を含浸させる領域を除いて、マスキングを施す。すなわち、滑り面３に、図４（Ａ）に示す如く、潤滑剤含浸部分３の形成パターン合致する形状（例えば、図３（Ａ）〜（Ｆ）に示す潤滑剤含浸部分３ａに合致する形状）の含浸孔６ａを形成したマスキングテープ６を貼着する。次に、真空吸引等の手法により、滑り面３に潤滑剤４を含浸させると、図４（Ｂ）に示す如く、マスキングを施された滑り面部分３ｂには潤滑剤４が含浸されず、マスキングを施していない滑り面部分つまり含浸孔６ａから露出している滑り面部分３ｂのみに潤滑剤４が含浸される。しかる後、マスキングテープ６を除去すると、図４（Ｃ）に示す如く、滑り面３の所望部分３ｂのみに潤滑剤４が含浸された滑り部材１が得られる。すなわち、滑り部材１の滑り面３には、マスキングテープ６に形成された含浸孔６ａの形状，形成パターンに合致する形態の潤滑剤含浸部分３ａが形成されることになる。
【００２４】
以上のように構成された滑り部材１にあっては、潤滑剤含浸部分３ａが滑り面３に潤滑剤４を含浸させることにより形成されるものであり、基体２自体には何らの加工を施す必要がない（冒頭で述べた如き凹部１１ａを形成する必要がない）ことから、潤滑剤含浸部分３ａの存在は基体２の形状，強度に何らの影響を及ぼすことがない。したがって、滑り部材１の強度は基体２によって一義的に決定され、潤滑剤含浸部分３ａの面積比率に影響されないことから、従来滑り部材１１と異なって、摩擦係数制御を滑り部材１の強度に制限されることなく自由に行うことができる。
【００２５】
また、従来滑り部材１１にあっては、強度上の問題から凹部１１ａ，１１ａ間の間隔や凹部１１ａの開口面積に制限があり、滑り面１３における全潤滑部分１３ａの面積比率を自由に設定することができないが、本発明に係る滑り部材１にあっては、潤滑剤含浸部分３ａの形成パターンが制限されないことから、滑り面３における全潤滑剤含浸部分３ａの面積比率は自由に設定することができ、滑り面３の摩擦係数を自由に設定することができる。
【００２６】
また、長期使用において図７（Ｂ）に示す如き開口縁部１１ｂの変形により潤滑部分１３ａの面積変化が生じるようなことがなく、相手滑り部材５との滑り動作が繰り返されることにより滑り面１３が摩耗するにすぎず、滑り面３における潤滑剤含浸部分３ａの面積比率は変化しない。さらに、滑り支承Ｃが構築された初期段階において滑り部材１に大きな鉛直荷重（積載荷重）が作用したときにも、基体２の表面３には、従来滑り部材１１の如き凹凸（凹部１１ａの形成による凹凸）が何ら生じておらず、滑り面３全体における強度分布が均一であるから、潤滑剤４が滑り面３の微小孔に含浸されていることとも相俟って、潤滑剤含浸部分３ａから潤滑剤４が大量に滲出することがなく、滑り面３における摩擦係数（静摩擦係数）は潤滑剤含浸部分３ａの面積比率によって決定された値から変化しない。
【００２７】
これらの点から理解されるように、本発明に係る滑り部材１にあっては、滑り面３の摩擦係数を用途，使用条件に応じて適正に制御することができ、このようにして制御された摩擦係数（上記面積比率の調整により設定された摩擦係数）が両部材１，５の滑り動作の有無や滑り動作の回数に拘わらず一定に保持されることになる。したがって、長期に亘って安定した滑り特性を確保することができ、滑り支承Ｃの信頼性及び耐久性を大幅に向上させることができ、当該滑り部材１を組み込んだ滑り支承Ｃを使用することにより、良好且つ安定した免震機能を発揮させることができる。
【００２８】
これらの点は、次に示す滑り特性試験により確認することができた。すなわち、この試験は、図６に示す如く、油圧源２１に接続されたアクチュエータ（サーボパルサ）２２により水平方向に進退動作される可動板２３と、可動板２３の上下に配置した加圧板２４，２５と、上位の加圧板２４を下方へと押圧する油圧プレス２６とを具備してなる往復動滑り試験機２０を使用して行ったものであり、可動板２３の上下面に相手滑り部材（ステンレス鋼鈑）５，５を取り付けると共に、加圧板２４，２５の上下対向面に夫々滑り部材１，１を取り付けた上、油圧プレス２６により鉛直方向に加圧して、対向する各滑り部材１と相手滑り部材５とを押圧接触させた後、この状態で可動板２３を往復動（正弦波１００加振，速度１０ｃｍ／ｓ）させた。そして、油圧プレス２６による加圧力を第１ロードセル２８で計測すると共に、可動板２３に作用する摩擦反力を第２ロードセル２９で計測して、計測された加圧力と摩擦反力とから滑り部材１，５間の摩擦係数を求めた。
【００２９】
そして、かかる試験を、滑り面３における全潤滑剤含浸部分３ａの面積比率を異にした第１及び第２滑り部材１について繰り返し行った。各滑り部材１は、ＰＴＦＥ組成物（ＰＴＦＥ：８０ｍａｓｓ％，芳香族ポリエステル（ポリｐ−ヒドロキシ安息香酸）：１５ｍａｓｓ％，グラファイト（平均粒径４４μｍ）：５ｍａｓｓ％）を焼成して得られた多孔質構造（空隙率：１７％）をなす基体２の表面（滑り面）３に、部分的に潤滑剤としてシリコンオイル４を含浸させることにより、図３（Ｃ）に示すパターンの潤滑剤含浸部分３ａを形成したものであり、潤滑剤含浸部分３ａの面積比率は、第１滑り部材１にあっては９９％とし、第２滑り部材１にあっては８７％とした。
【００３０】
その結果は、第１滑り部材１にあっては図７（Ａ）に示す通りであり、第２滑り部材１にあっては同図（Ｂ）に示す通りであった。かかる試験結果から、潤滑剤含浸部分３ａの面積比率によって摩擦係数を制御できること、及び摩擦係数が滑り動作の回数に拘わらず初期段階から変化せず、安定した滑り機能が発揮されることが確認された。ところで、従来滑り部材１１についても同様の滑り試験を行ったが、摩擦係数が滑り動作の回数によって大きく変動した。
【００３１】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変更することができる。例えば、本発明は、あらゆる形式，構成の滑り支承や軸受け等における滑り部材に適用することができる。また、滑り部材１の形状は、用途，使用条件等におうじて任意に設定できるものであり、例えば、図５に示す如く、相手滑り部材５が軸等の断面円形のものである場合、基体２ないし滑り面３を相手滑り部材５の外周面５ａに応じた円形状ないし円弧形状としておく。また、滑り部材１が薄肉のものであり、金属基板の表面に貼着させる形態で使用されるものである場合、潤滑剤４を基体２の厚み方向全体に含浸させるようにすることも可能である。また、基体２は、用途，使用条件に応じて必要とされる機械的強度が得られ且つ潤滑剤４を含浸しうる多孔質構造をなすものであればよく、かかる多孔質構造が得られ且つ潤滑剤含浸部分３ａの面積比率の調整によって所望の摩擦係数が得られる限りにおいて、その構成材は任意である。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明によれば、従来滑り部材における問題をすべて解決することができ、滑り面の摩擦係数を無段階的に且つ正確に制御することができ、耐久性及び信頼性に極めて優れた滑り部材を提供することができる。したがって、本発明の滑り部材を使用することにより、用途，使用条件に応じた最適の滑り機能（免震機能等）を発揮させることができ、その実用的価値極めて大なるものである。また、本発明の方法によれば、かかる滑り部材を容易且つ高精度に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る滑り部材を使用した免震装置の一例を示す縦断正面図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す詳細図である。
【図３】本発明に係る滑り部材の滑り面を示す平面図である。
【図４】本発明に係る滑り部材の製造工程を示す縦断正面図である。
【図５】本発明に係る滑り部材の変形例を示す要部の縦断正面図である。
【図６】往復動滑り試験機を示す正面図である。
【図７】当該試験機により測定された摩擦係数の変化を示す履歴曲線図である。
【図８】従来滑り部材を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１…滑り部材、２…基体、３…滑り面（基体の表面）、３ａ…潤滑剤含浸部分、３ｂ…非潤滑剤含浸部分、４…潤滑剤、５…相手滑り部材、Ｃ…滑り支承。

Claims

多孔質構造をなす基体の表面たる滑り面を、これに部分的に潤滑剤を含浸させることにより、潤滑剤が含浸された潤滑剤含浸部分と潤滑剤が含浸されていない非潤滑剤含浸部分とで構成して、滑り面全体における潤滑剤含浸部分の占める面積比率を調整することにより、滑り面の摩擦係数を制御するようにしたことを特徴とする滑り部材。
多孔質構造をなす基体の表面たる滑り面に、当該滑り面の一部を除いてマスキングを施した上で、潤滑剤を含浸させることにより、滑り面が潤滑剤を含浸させた潤滑剤含浸部分と潤滑剤を含浸させない非潤滑剤含浸部分とで構成された滑り部材を得るようにしたことを特徴とする滑り部材の製作方法。