JP2018096148A - すべり支承用構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】より小型のダンパーの適用又はダンパーの省略をより簡便に実現すること。【解決手段】本発明に係るすべり支承用構造体は、すべり板と、前記すべり板のすべり板表面に摺接する摺接面を有するすべり材と、を備え、前記すべり板表面及び／又は前記摺接面の少なくとも一部は、鋼板と、当該鋼板を被覆する皮膜と、を有しており、前記皮膜は、結晶性層状物と樹脂とを含む皮膜であり、前記皮膜の平均膜厚は、１０ｎｍ〜１００００ｎｍであり、前記結晶性層状物は、化学式［Ｍ２＋（１−ｘ）Ｍ３＋ｘ（ＯＨ）２］［Ａｎ−］ｘ／ｎ・ｚＨ２Ｏで表される層状複水酸化物を含み、前記すべり板表面に対する前記摺接面の摩擦係数は、０．０５〜０．１５である。【選択図】図１

Description

本発明は、すべり支承用構造体に関する。

建物等の免震装置に用いられるすべり支承のすべり板は、低い摩擦係数、耐食性及び耐久性等が要求される。これらの要求を満足するため、例えばポリテトラフルオロエチレン系樹脂板とステンレス板がすべり面として用いられてきた。

ここで、すべり支承が、摩擦係数μ＝０．０１程度の極めて小さな摩擦係数を有している場合、地震動によりすべり面がすべり始めると、すべりの状態を制動することが困難となるため、ダンバーを設置してすべり距離を抑制することにより、すべりの状態を制動する必要がある。しかしながら、住宅等の小型の建築物の場合、通常のダンパーを設置するスペースの確保が困難であり、より小型のダンパーを適用するか、又は、ダンパーそのもののを省略することが希求される。

そのため、より小型のダンパーの適用、又は、ダンパーそのものの省略を目指して、従来、すべり支承のすべり板の摩擦係数を所望の範囲に制御するために、様々な試みがなされている。

例えば、以下の特許文献１では、所望の摩擦係数を実現しつつ、かつ、すべり面が固着しないように、二硫化モリブデンを固着防止剤として用いる旨が開示されており、以下の特許文献２及び特許文献３では、すべり支承の支承面における潤滑性を改善するために、所定の塗料（特許文献２）や、グリース（特許文献３）を塗布する旨が開示されている。

一方、フッ素樹脂の潤滑性を活かす方法について、従来研究が行われている。例えば、以下の特許文献４には、フッ素樹脂をプラズマ処理する技術が提案されており、かかるフッ素樹脂の用途の一つとして、すべり支承が挙げられている。

また、すべり支承に関する言及はなされていないが、プレス成形時の摺動抵抗を小さくする（換言すれば、潤滑性を向上させる）ことを目的として、めっき鋼板の表層に結晶性層状物を含有する皮膜を形成する技術が提案されている（以下の特許文献５を参照。）。

特開平９−２４２３８２号公報 特開２０００−２３０１８５号公報 特開２０００−３２０６１１号公報 特開２０１２−１５３７９１号公報 特開２０１０−２４２１８８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている二硫化モリブデンを用いた固着防止剤は、施工時にべとつきが生じるほか、長期間放置した後は所望の性能が得られないという問題がある。また、上記特許文献２及び特許文献３に開示されているような塗料やグリースの塗布を行う場合には、工程が増えてしまうという問題がある。また、上記特許文献４に開示されているフッ素樹脂へのプラズマ処理を用いたとしても、十分な潤滑性の向上を図ることは困難である。

また、すべり支承のすべり板の潤滑性を皮膜形成により図る場合、形成する皮膜は厚膜とすることが望まれるが、上記特許文献５に開示されている方法で結晶性層状物を含有する皮膜を形成する場合、厚膜化することが困難である。加えて、上記特許文献５に開示されている方法では、十分な密着性を有する皮膜を形成することはできない。

このように、すべり支承としての性能を長期にわたって維持しつつ、すべり板の摩擦係数を適切に制御する技術は未だ改善の余地があり、より小型のダンパーの適用又はダンパーの省略を、より簡便に実現する技術が希求されている現状にある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より小型のダンパーの適用又はダンパーの省略をより簡便に実現することが可能な、すべり支承用構造体を提供することにある。

本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、すべり板表面及び／又は摺接面の少なくとも一部に、所定の層状複水酸化物を含む結晶性層状物と、樹脂とを含有する皮膜の形成された鋼板を用いることで、皮膜の密着性を維持しつつ、摺接面の摩擦係数を所望の範囲に制御することが可能であるとの知見を得て、より小型のダンパーの適用又はダンパーの省略をより簡便に実現することが可能なすべり支承用構造体を完成するに至った。
上記知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。

［１］すべり板と、前記すべり板のすべり板表面に摺接する摺接面を有するすべり材と、を備え、前記すべり板表面及び／又は前記摺接面の少なくとも一部は、鋼板と、当該鋼板を被覆する皮膜と、を有しており、前記皮膜は、結晶性層状物と樹脂組成物とを含む皮膜であり、前記皮膜の平均膜厚は、１０ｎｍ〜１００００ｎｍであり、前記結晶性層状物は、化学式［Ｍ^２＋ _{（１−ｘ）}Ｍ^３＋ _ｘ（ＯＨ）_２］［Ａ^ｎ−］_ｘ／ｎ・ｚＨ_２Ｏで表される層状複水酸化物を含み、前記すべり板表面に対する前記摺接面の摩擦係数は、０．０５〜０．１５である、すべり支承用構造体。
ここで、前記化学式において、
Ｍ^２＋：Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｐｂ^２＋、及び、Ｓｎ^２＋からなる群より選択される１種以上
Ｍ^３＋：Ａｌ^３＋、Ｆｅ^３＋、Ｃｒ^３＋、３／４Ｚｒ^４＋、及び、Ｍｏ^３＋からなる群より選択される１種以上
Ａ^ｎ−：ＯＨ⁻、Ｆ⁻、ＣＯ_３ ^２−、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、（Ｃ_２Ｏ_４）^２−、Ｉ⁻、（ＮＯ_３）⁻、（ＳＯ_４）^２−、（ＢｒＯ_３）⁻、（ＩＯ_３）⁻、（Ｖ_１０Ｏ_２８）^６−、（Ｓｉ_２Ｏ_５）^２−、（ＣｌＯ_４）⁻、（ＣＨ_３ＣＯＯ）⁻、［Ｃ_６Ｈ_４（ＣＯ_２）_２］^２−、（Ｃ_６Ｈ_５ＣＯＯ）⁻、［Ｃ_８Ｈ_１６（ＣＯ_２）_２］^２−、ｎ（Ｃ_８Ｈ_１７ＳＯ_４）⁻、ＴＰＰＣ、ｎ（Ｃ_１２Ｈ_２５ＳＯ_４）⁻、ｎ（Ｃ_１８Ｈ_３７ＳＯ_４）⁻、及び、ＳｉＯ_４ ^４−からなる群より選択される１種以上
である。
［２］前記Ｍ^２＋は、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｎｉ^２＋、及び、Ｚｎ^２＋からなる群より選択される１種以上であり、前記Ｍ^３＋は、Ａｌ^３＋、Ｆｅ^３＋、及び、Ｃｒ^３＋からなる群より選択される１種以上であり、前記Ａ^ｎ−は、ＯＨ⁻、ＣＯ_３ ^２−、Ｃｌ⁻、及び、（ＳＯ_４）^２−からなる群より選択される１種以上である、［１］に記載のすべり支承用構造体。
［３］前記樹脂組成物は、水溶性ウレタン系樹脂組成物、及び、水溶性ポリオレフィン系樹脂組成物の少なくとも何れかである、［１］又は［２］に記載のすべり支承用構造体。
［４］前記平均膜厚は、２０００ｎｍ超過５０００ｎｍ以下である、［１］〜［３］の何れか１つに記載のすべり支承用構造体。
［５］前記すべり板表面及び前記摺接面のそれぞれは、前記鋼板と前記皮膜とを有する、［１］〜［４］の何れか１つに記載のすべり支承用構造体。
［６］前記皮膜は、更にワックスを含む、［１］〜［５］の何れか１つに記載のすべり支承用構造体。
［７］前記ワックスは、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び、ポリテトラフルオロエチレンからなる群より選択された少なくとも何れかである、［６］に記載のすべり支承用構造体。
［８］前記ワックスの含有量は、前記皮膜における全固形分の質量に対して、０．５質量％〜２０質量％である、［６］又は［７］に記載のすべり支承用構造体。
［９］前記鋼板は、表面に所定のめっき層を有するめっき鋼板である、［１］〜［８］の何れか１つに記載のすべり支承用構造体。
［１０］前記めっき層は、Ｚｎ、Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｓｉ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金、Ｚｎ−Ｆｅ合金、Ｚｎ−Ｎｉ合金、及び、Ａｌ−Ｓｉ合金からなる群より選択された少なくとも何れかを含む、［９］に記載のすべり支承用構造体。
［１１］前記めっき層の厚みは、１μｍ〜１００μｍである、［９］又は［１０］に記載のすべり支承用構造体。

以上説明したように本発明によれば、より小型のダンパーの適用又はダンパーの省略をより簡便に実現することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るすべり支承用構造体を示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態に係るすべり支承用構造体を示す模式断面図である。 すべり支承用構造体による免震の仕組みを説明する模式側面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜すべり支承用構造体による免震の仕組み＞
本発明の実施形態に係るすべり支承用構造体について説明するに先立ち、図３を参照しながら、すべり支承用構造体による免震の仕組みの一例について、簡単に説明する。
図３（ａ）は、平常時におけるすべり支承用構造体１００の模式側面図である。すべり支承用構造体１００は、建物２００と基礎３００との間に設置されている。そして、すべり支承用構造体１００は、基礎３００に載置されたすべり板１１０と、すべり板１１０に摺接するすべり材１２０と、すべり材１２０の上に積層されたゴム状の弾性体であるエラストマー１３０と、エラストマー１３０を建物２００に固定するベースポット１４０を備える。なお、図３において、すべり材１２０のすべり距離を抑制するダンパーは図示していない。

図３（ｂ）は、水平力が加えられた場合におけるすべり支承用構造体１００の模式側面図である。例えば地震が発生して、基礎３００が図３（ｂ）の右方向に変位した結果、水平力が加えられたすべり支承用構造体１００は、まず、エラストマー１３０が基礎３００の変位に追随してせん断変形することにより、建物２００の水平方向の変位を抑制して免震機能を発揮する。例えば弱震時の場合には、すべり支承用構造体１００は、エラストマー１３０のせん断変形のみによって水平力を吸収することが可能であり、すべり材１２０は摺動せずにすべり板１１０と摺接したままの状態を維持する。弱震のまま地震が収まれば水平力は減衰していき、エラストマー１３０のせん断変形量が小さくなって、すべり支承用構造体１００はやがて図３（ａ）に示す平常時の状態に戻る。

図３（ｃ）は、水平力がすべり水平荷重を超えた場合におけるすべり支承用構造体１００の模式側面図である。例えば地震が弱震から中震又は強震へ変わった場合には、すべり支承用構造体１００に加えられる水平力が大きくなり、水平力がすべり水平荷重、すなわちすべり板１１０とすべり材１２０との間の摩擦抵抗力を超えることとなる。この場合には、すべり支承用構造体１００は、エラストマー１３０のせん断変形のみによって水平力を吸収することができず、エラストマー１３０がせん断変形すると共に、すべり材１２０の摺接面１２０ａがすべり板１１０の表面１１０ａを摺動することによって、免震機能を発揮する。地震が収まれば、水平力は減衰していき、エラストマー１３０のせん断変形量が小さくなると共にすべり材１２０の摺動が収まっていき、すべり支承用構造体１００はやがて図３（ａ）に示す平常時の状態に戻る。

＜第１実施形態＞
続いて、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係るすべり支承用構造体について、詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るすべり支承用構造体１０１を示す模式断面図である。

本実施形態に係るすべり支承用構造体１０１は、すべり板１１１と、すべり板１１１の表面１１１ａに摺接する摺接面１２１ａを有するすべり材１２１と、を備える。ここで、本実施形態に係るすべり板１１１の表面１１１ａ及び／又はすべり材１２１の摺接面１２１ａの少なくとも一部には、鋼板と、かかる鋼板を被覆する皮膜と、を有しており、すべり板１１１の表面１１１ａ及びすべり材１２１の摺接面１２１ａのそれぞれが、上記の皮膜が形成された鋼板を有していることが好ましい。図１では、すべり板１１１の表面１１１ａ及びすべり材１２１の摺接面１２１ａのそれぞれが、鋼板及び皮膜を有する場合について、図示を行っている。

図１に示したように、すべり板１１１は、母材鋼板１１２の表面がめっき層１１３で被覆されためっき鋼板１１４であることが好ましく、かかるめっき鋼板１１４の表面は、皮膜１１５によって被覆されている。かかる場合に、皮膜１１５の表面が、すべり板１１１の表面１１１ａとして機能する。

また、すべり材１２１は、母材鋼板１２２の表面がめっき層１２３で被覆されためっき鋼板１２４であることが好ましく、かかるめっき鋼板１２４の表面は、皮膜１２５によって被覆されている。かかる場合に、皮膜１２５の表面が、すべり材１２１の摺接面１２１ａとして機能する。

すべり板１１１及びすべり材１２１をめっき鋼板を用いて形成することで、すべり板１１１の表面１１１ａに対するすべり材１２１の摺接面１２１ａの摩擦係数を、容易に所望の範囲に制御することが可能となる。

すべり材１２１の摺接面１２１ａがすべり板１１１の表面１１１ａを摺動することによって、摺接面１２１ａ及び表面１１１ａは摩耗していく。摺動による摩耗で皮膜１１５又は１２５が無くなると、めっき層１１３又はめっき層１２３が露出し、めっき層により摺動することとなる。そして、更にこれらのめっき層が無くなると、鋼材１１２又は鋼材１２２が露出し、鋼材により摺動することとなる。めっき層１１３又はめっき層１２３が露出した状態で摺動すると、皮膜の場合と比べて摩擦係数がやや増加する可能性が考えられる。更に、母材鋼板１１２，１２２が露出した状態で摺動すると、摩擦係数が更に増加して、すべり支承用構造体としての免震性能を十分に発揮することが困難となる場合がある。しかしながら、摺接面１２１ａ及び表面１１１ａが皮膜１１５及び皮膜１２５をそれぞれ有することにより、摺動によるめっき層１１３，１２３や母材鋼板１１２，１２２の露出を抑制することができる。これにより、摺動による摩擦係数の増加を抑えて、すべり支承用構造体としての免震性能をより長く発揮させることができる。

また、摺動による摩耗で皮膜１１５又は皮膜１２５が無くなると、めっき層１１３又はめっき層１２３が露出し、めっき層により摺動することとなるが、摺動によりめっき層が破壊されると、破壊されためっき層の一部がすべり板１１１の表面１１１ａと摺接面１２１ａとの間で潤滑剤として機能し、摩擦係数の上昇を緩和してすべり支承用構造体１０１の免震機能を維持することができる。

ここで、めっき層１１３及びめっき層１２３の形成方法については、特に限定されるものではなく、各種の溶融めっき法や電解めっき法等のような、公知の各種の方法を利用することが可能である。

例えば、めっき鋼板１１４，１２４のめっき層１１３，１２３は、Ｚｎ、Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｓｉ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金、Ｚｎ−Ｆｅ合金、Ｚｎ−Ｎｉ合金及びＡｌ−Ｓｉ合金の群から選択された少なくともいずれかを含むことができる。これらを含むめっき層であれば、摩擦係数の上昇を緩和する潤滑剤として機能するのみならず、鋼材の腐食を防止し、長期にわたって耐食性を満足することから、結果としてすべり支承用構造体１０１の免震機能を長期間維持することができる。

めっき層１１３及び／又はめっき層１２３の厚み（平均厚み）は、１μｍ〜１００μｍとすることが好ましい。めっき層の厚みが１μｍ未満の場合、潤滑剤としての機能を十分に発揮できない場合や、耐食性を十分に満足することができない場合がある。また、めっき層の厚みが１００μｍを超える場合、めっき層表面の平滑性に問題が生じて免震性能が低下する可能性がある。更に、１回のめっき処理で１００μｍを超えるめっき層を形成することが困難である場合があり、複数回の処理が必要となってめっき層の形成工程が増える等、工業的に好ましくない場合がある。めっき層の厚みが１μｍ〜１００μｍであれば、工業的に防食性及び潤滑剤としての機能を十分に発揮することができるため、すべり支承用構造体１０１としての免震機能を満足することができる。めっき層１１３及び／又はめっき層１２３の厚みが５μｍ〜５０μｍであれば、めっき処理が容易となるため、より好ましい。めっき層１１３及び／又はめっき層１２３の厚みは、更に好ましくは、１０μｍ〜３０μｍである。

また、本実施形態では、上記のような鋼板として、めっき鋼板１１４，１２４を例に挙げたが、本発明はかかる例に限定されるものではなく、上記のような鋼板として、公知の各種の鋼板を用いることができる。例えば、本実施形態に係る鋼板として、各種の普通鋼や、普通鋼に対して公知の各種のめっき処理を施した各種のめっき鋼板を用いることが可能であり、また、例えばステンレス鋼板等のような各種の鉄合金等を用いることも可能である。なお、普通鋼は、所望の強度等を有するものであれば、特に限定されるものではない。

本実施形態に係る皮膜１１５，１２５は、結晶性層状物と樹脂組成物とを含有し、結晶性層状物は、化学式［Ｍ^２＋ _{（１−ｘ）}Ｍ^３＋ _ｘ（ＯＨ）_２］［Ａ^ｎ−］_ｘ／ｎ・ｚＨ_２Ｏで表される層状複水酸化物を含む。皮膜１１５，１２５が上記のような結晶性層状物と樹脂組成物とを含有することで、皮膜１１５，１２５の密着性を十分に維持しつつ、すべり板１１１の表面１１１ａとすべり材１２１の摺接面１２１ａとの摩擦係数を好適な範囲に設定することが可能となる。その結果、本実施形態に係るすべり支承用構造体１０１では、ダンパーを用いることなく、又は、小型のダンパーを適用することで、すべり材１２１の摺動を制動することが容易となる。

結晶性層状物は、摺動時にせん断変形応力が加わるとすべり変形して、皮膜１１５，１２５に生じたせん断変形応力を吸収する。これにより、本実施形態に係るすべり支承用構造体１０１では、皮膜１１５，１２５が結晶性層状物を含有することで、所望の摩擦係数が実現される。また、皮膜１１５，１２５が樹脂組成物を含有することで、皮膜１１５，１２５の鋼板への好適な密着性が実現される。

これらの皮膜１１５，１２５は、上記のような結晶性層状物及び樹脂組成物を含有する電解液を調整し、かかる電解液を用いてめっき鋼板等の鋼板をカソードとするカソード電解を実施した後、リンガーロール等の公知の方法を用いて液膜厚を制御し、更に、適切に乾燥を行うことで、形成することができる。また、本実施形態に係るすべり支承用構造体１０１では、かかる方法により皮膜１１５，１２５を形成することで、密着性を好適に維持しつつ、皮膜の厚膜化を実現することが可能となる。

本実施形態において、結晶性層状物とは、単位結晶格子のうち、板状の共有結合結晶が分子間力、水素結合、静電エネルギー等の比較的弱い結合で積層された結晶を意味する。なかでも、その構造が化学式［Ｍ^２＋ _{（１−ｘ）}Ｍ^３＋ _ｘ（ＯＨ）_２］［Ａ^ｎ−］_ｘ／ｎ・ｚＨ_２Ｏで表される層状複水酸化物は、正に帯電した板状の２価及び３価の金属水酸化物に対し、負に帯電したアニオンが電気的なバランスを保つために静電エネルギーにより結合して層状に積層するため、層状の結晶構造を有している。従って、本実施形態において、層状複水酸化物は、結晶性層状物として用いるのに適している化合物である。

なお、結晶性層状物として用いた化合物が結晶性を有しているか否かは、着目している化合物の結晶構造を同定することで判断可能であり、結晶構造は、薄膜Ｘ線回折法等の公知の方法により特定することが可能である。また、化学式［Ｍ^２＋ _{（１−ｘ）}Ｍ^３＋ _ｘ（ＯＨ）_２］［Ａ^ｎ−］_ｘ／ｎ・ｚＨ_２Ｏで表される層状複水酸化物であるかは、公知のＸ線回折法により同定することが可能である。

ここで、上記化学式において、Ｍ^２＋で表される金属イオンは、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｐｂ^２＋、及び、Ｓｎ^２＋からなる群より選択される１種以上である。上記の金属イオンのうち、特に、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｎｉ^２＋、及び、Ｚｎ^２＋は、天然又は人工的に生成した層状複水酸化物種として確認されており、また、かかる金属イオンを有する層状複水酸化物は安定的に存在することが可能であるため、Ｍ^２＋で表される金属イオンとして、より好ましい。

上記化学式において、Ｍ^３＋で表される金属イオンは、Ａｌ^３＋、Ｆｅ^３＋、Ｃｒ^３＋、３／４Ｚｒ^４＋、及び、Ｍｏ^３＋からなる群より選択される１種以上である。上記の金属イオンのうち、特に、Ａｌ^３＋、Ｆｅ^３＋、及び、Ｃｒ^３＋は、天然又は人工的に生成した層状複水酸化物種として確認されており、また、かかる金属イオンを有する層状複水酸化物は安定的に存在することが可能であるため、Ｍ^３＋で表される金属イオンとして、より好ましい。

上記化学式において、Ａ^ｎ−で表されるアニオンは、ＯＨ⁻、Ｆ⁻、ＣＯ_３ ^２−、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、（Ｃ_２Ｏ_４）^２−、Ｉ⁻、（ＮＯ_３）⁻、（ＳＯ_４）^２−、（ＢｒＯ_３）⁻、（ＩＯ_３）⁻、（Ｖ_１０Ｏ_２８）^６−、（Ｓｉ_２Ｏ_５）^２−、（ＣｌＯ_４）⁻、（ＣＨ_３ＣＯＯ）⁻、［Ｃ_６Ｈ_４（ＣＯ_２）_２］^２−、（Ｃ_６Ｈ_５ＣＯＯ）⁻、［Ｃ_８Ｈ_１６（ＣＯ_２）_２］^２−、ｎ（Ｃ_８Ｈ_１７ＳＯ_４）⁻、テトラキス（４−カルボキシフェニル）ポルフィリン（ＴＰＰＣ）、ｎ（Ｃ_１２Ｈ_２５ＳＯ_４）⁻、ｎ（Ｃ_１８Ｈ_３７ＳＯ_４）⁻、及び、ＳｉＯ_４ ^４−からなる群より選択される１種以上である。これらのアニオン種は、層状複水酸化物の層間アニオンとしての取り込みが確認されており、層状複水酸化物として存在することが可能である。上記のアニオンのうち、特に、ＯＨ⁻、ＣＯ_３ ^２−、Ｃｌ⁻、及び、（ＳＯ_４）^２−は、層状複水酸化物の他のアニオンと比較して層間アニオンとして取り込まれやすく、より短時間での成膜が可能となるため、Ａ^ｎ−で表されるアニオンとして、より好ましい。また、上記のアニオン種のうちＣＯ_３ ^２−は、イオン源として、大気中の二酸化炭素を利用することが可能である。

本実施形態に係る皮膜１１５，１２５には、上記の結晶性層状物に加えて、樹脂組成物を含有する。先だって言及したように、皮膜１１５，１２５が樹脂組成物を含有することで、皮膜１１５，１２５の密着性を向上させることが可能となる。本実施形態に係るすべり支承用構造体１０１において、かかる樹脂組成物は、水溶性ウレタン系樹脂組成物、及び、水溶性ポリオレフィン系樹脂組成物の少なくとも何れかであることが好ましい。

ウレタン系樹脂組成物は、イソシアネート基と水酸基を有する化合物の縮合により生成されるポリウレタン樹脂の組成物である。また、オレフィン系樹脂組成物は、二重結合を１つ有する炭化水素であるポリオレフィン樹脂の組成物である。このようなポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂が挙げられる。本実施形態では、上記ウレタン系樹脂組成物やポリオレフィン系樹脂組成物として、水溶性のものを用いることが好ましい。

なお、これらのオレフィン系樹脂組成物及びウレタン系樹脂組成物は、公知の添加剤を含むことができる。かかる添加剤としては、例えば皮膜の平滑な形成を促すレベリング剤や、皮膜形成時における皮膜中及び皮膜表面の泡を消す消泡剤等が挙げられる。

本実施形態に係るすべり支承用構造体１０１において、皮膜１１５，１２５の平均膜厚は、１０ｎｍ〜１００００ｎｍ（１０μｍ）の範囲内である。平均膜厚が１０ｎｍよりも薄い場合には、摺動によって皮膜がすぐに摩耗して無くなってしまい、鋼板の露出が早まって摩擦係数が増加し、すべり支承用構造体の免震性能を発揮する時間が短くなってしまう。また、平均膜厚が１００００ｎｍを超える場合には、免震性能に問題は無いものの、複数回の処理が必要となって皮膜の形成工程が増える等、工業的に好ましくない場合がある。また、平均膜厚が１００００ｎｍを超える場合には、食い込みが発生して、摺動時に塗膜が剥離するなどの不具合が発生する可能性もある。平均膜厚が１０ｎｍ〜１００００ｎｍの範囲内であれば、工業的にすべり支承用構造体としての免震機能を満足することができる。皮膜１１５，１２５の平均膜厚は、好ましくは、２０００ｎｍ超過１００００ｎｍ以下の範囲内であり、より好ましくは、２０００ｎｍ超過５０００ｎｍ以下の範囲内である。

なお、皮膜１１５，１２５の平均膜厚は、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）で加工した断面を極低加速電圧走査型電子顕微鏡（極低加速ＳＥＭ）を用いて観察することで測定可能である。すなわち、ＦＩＢで加工した断面を適切な倍率のもとで複数の視野で観察する。この際に、各視野においては、複数の位置で皮膜の厚みを算出して、視野毎に平均膜厚を算出する。その後、複数の視野間で各視野での平均膜厚の平均値を更に算出して、得られた平均値を、皮膜１１５，１２５の平均膜厚とすることができる。また、めっき層１１３，１２３の厚み（平均厚み）も、同様にして測定することが可能である。

本実施形態において、すべり板１１１の表面１１１ａに対するすべり材１２１の摺接面１２１ａの摩擦係数は、０．０５〜０．１５の範囲内である。摩擦係数が０．０５よりも小さいと、より大きなダンパーが必要となり、摩擦係数が０．１５を超えると、免震効果が損なわれる。摩擦係数がこの範囲内であることにより、水平力を減衰する効果が得られるため、ダンパーを用いることなく、又は、小型のダンパーを適用することで、免震機能を発揮しつつ、すべり材１２１の摺動を制動することが容易となる。かかる摩擦係数は、好ましくは、０．０８〜０．１２の範囲内である。

ここで、摩擦係数（μ）は、すべり板１１１の表面１１１ａとすべり材１２１の摺接面１２１ａに働く摩擦力（Ｆ）と、すべり板１１１の表面１１１ａとすべり材１２１の摺接面１２１ａに垂直に作用する圧力、すなわち建物２００の荷重に相当する垂直効力（Ｎ）との比である。μ、Ｆ及びＮの関係は、下記式（１）に示すとおりである。

Ｆ＝μＮ ・・・（１）

摩擦係数は、摩擦力Ｆが、すべり材１２１が摺動する直前の摩擦力である最大静止摩擦力である場合、摩擦係数μは静摩擦係数となる。また、摩擦力Ｆが、すべり材１２１が摺動中の摩擦力である動摩擦力である場合、摩擦係数μは動摩擦係数となる。本発明では、摩擦係数は静摩擦係数及び動摩擦係数の両方であり、静摩擦係数及び動摩擦係数が０．０５〜０．１５の範囲内となる。

本実施形態に係る皮膜１１５，１２５は、上記の成分に加えて、更に、ワックスを含有していてもよい。ワックスは、皮膜の表層に集まる特徴があることから、ワックスを含有させることで、摩擦係数の制御がより容易となる。

皮膜１１５，１２５は、かかるワックスとして、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選択された少なくとも何れかを含有することができる。上記のようなワックスであれば、長期安定性に優れるため、摩擦係数がより安定し、すべり支承用構造体の免震機能をより長期間確保することができる。

皮膜１１５，１２５におけるワックスの含有量は、皮膜における全固形分の質量に対して、例えば０．５質量％〜２０質量％とすることが好ましい。ワックスの含有量が０．５質量％〜２０質量％であれば、皮膜の性能を損なうことなく、すべり支承用構造体の免震機能をより長期間確保することができる。ワックスの含有量が０．５質量％より少ない場合、ワックスの性能を十分に発揮できない可能性がある。また、ワックスの含有量が２０質量％より多い場合、ワックスの効果が飽和してしまうと共に、摩擦係数が小さくなり過ぎる可能性がある。ワックスの含有量が１質量％〜２０質量％であれば、摩擦係数をより厳密に制御できるため、より好ましい。皮膜１１５，１２５におけるワックスの含有量は、更に好ましくは、１質量％〜５質量％である。

以上、図１を参照しながら、本実施形態に係るすべり支承用構造体１０１について、詳細に説明した。

なお、第１実施形態では、すべり板１１１の表面１１１ａの全面に皮膜１１５が形成され、摺接面１２１ａの全面に皮膜１２５が形成される場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されるものではない。すなわち、すべり板１１１の表面１１１ａに対する摺接面１２１ａの摩擦係数が０．０５〜０．１５の範囲内であればよく、かかる範囲を満たせば、すべり板１１１の表面１１１ａ及び／又は摺接面１２１ａの少なくとも一部に皮膜が形成されていればよい。例えば、すべり板１１１の表面のみに皮膜１１５が形成されていてもよいし、すべり材１２１の摺接面の一部のみに皮膜１２５が形成されていてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、図２を参照しながら、本発明の第２の実施形態に係るすべり支承用構造体について説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係るすべり支承用構造体１０２を示す模式断面図である。

本実施形態に係るすべり支承用構造体１０２において、すべり板１１１及びすべり材１２１の構成は、第１実施形態に係るすべり支承用構造体１０１のすべり板１１１及びすべり材１２１の構成と同様である。従って、以下では、これらすべり板１１１及びすべり材１２１についての詳細な説明は省略する。

本実施形態に係るすべり支承用構造体１０２では、すべり板１１１は、ソールプレート１５０に載置されており、かかるソールプレート１５０により、すべり板１１１を補強することが可能となる。例えばボルト等の締結具によってソールプレート１５０を基礎に締結することで、すべり板１１１を基礎に固定することができる。

また、本実施形態に係るすべり支承用構造体１０２では、すべり材１２１の上に、エラストマー１３０が積層され、更に、エラストマー１３０の上に、ベースポット１４０が設けられる。エラストマー１３０は、すべり支承用構造体１０２に水平力が加えられた場合にせん断変形することにより、免震機能を発揮する。また、ベースポット１４０は、すべり材１２１及びエラストマー１３０を補強する。例えばボルト等の締結具によってベースポット１４０を建物に締結することにより、すべり材１２１を建物に固定することができる。

本実施形態では、第１実施形態に係るすべり支承用構造体１０１に対してエラストマー１３０、ベースポット１４０及びソールプレート１５０を追加したすべり支承用構造体１０２について説明したが、これらの追加した構成を他の構成に置換することも可能である。例えば、本実施形態に係るすべり支承用構造体１０２に対して、すべり材１２１をエラストマー１３０に固定する固定板を追加することができる。また、エラストマー１３０は、例えば天然ゴムのみから構成されていてもよく、また、天然ゴムと鋼板とが積層された構成であってもよい。

以上、図２を参照しながら、本実施形態に係るすべり支承用構造体１０２について、簡単に説明した。

＜製造方法＞
次に、本発明の各実施形態に係るすべり支承用構造体の製造方法について、その一例を説明する。

すべり板は、例えば、めっき層及び／又は皮膜が形成された普通鋼（例えば、縦６０ｃｍ×横６０ｃｍ×厚み２ｍｍのもの）とすることができる。また、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４：縦６０ｃｍ×横６０ｃｍ×厚み２ｍｍのもの）をそのままの状態で、又は、皮膜を形成して、すべり板とすることができる。

また、すべり材は、例えば、めっき層及び／又は皮膜が形成された普通鋼（例えば、直径５０ｍｍの円形状×厚み２ｍｍのもの）とすることができる。また、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４：直径５０ｍｍの円形×厚み２ｍｍのもの）をそのままの状態で、又は、皮膜を形成して、すべり材とすることができる。

この際、すべり板及びすべり材の少なくとも一方には、上記のような皮膜が形成されるようにする。

また、めっき層を形成するためのめっき処理は、公知の方法に則して実施することが可能であり、例えば、ＪＩＳ Ｈ８６４１の溶融亜鉛めっきの作業工程に従い行うことができる。また、ＪＩＳ Ｇ３３００番台に規定された連続めっき鋼帯及び鋼板、又は、その他のめっき鋼板及び鋼帯を使用することも可能である。具体的なめっき種としては、例えば、Ｚｎ、Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｓｉ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金、Ｚｎ−Ｆｅ合金、Ｚｎ−Ｎｉ合金及びＡｌ−Ｓｉ合金を用いることができる。

皮膜は、上記のような結晶性層状物及び樹脂組成物を含有する電解液を調整し、かかる電解液を用いてめっき鋼板等の鋼板をカソードとするカソード電解を実施した後、リンガーロール等の公知の方法を用いて液膜厚を制御し、更に、適切に乾燥を行うことで、形成することができる。ここで、カソード電解の際の電流密度や通電時間は、形成する皮膜の膜厚に応じて、適宜設定すればよい。また、皮膜にワックスを含有させる場合には、用いるワックスを予め電解液に混合しておけばよい。

以上のようにして製造したすべり板及びすべり材を用い、すべり板の中心軸とすべり材の中心軸とが一致するように、すべり板のすべり板表面にすべり材を摺接することで、すべり支承用構造体とすることができる。

以下、実施例に基づき、本発明を詳細に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明に係るすべり支承用構造体のあくまでも一例にすぎず、本発明に係るすべり支承用構造体が下記の例に限定されるものではない。

［すべり板及びすべり材の素材］
板厚１．６ｍｍの熱延鋼板、並びに、板厚１．６ｍｍの熱延鋼板に対して、膜厚２０μｍの溶融Ｚｎめっき、膜厚１８μｍのＺｎ−５％Ａｌめっき、膜厚１８μｍのＺｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇめっき、膜厚１８μｍのＺｎ−１１％Ａｌ−３％Ｍｇ−０．２％Ｓｉめっき、膜厚２０μｍのＺｎ−５５％Ａｌ−１．６％Ｓｉめっき、膜厚２０μｍのＺｎ−５５％Ａｌ−２％Ｍｇ−１．６％Ｓｉめっき、膜厚７μｍのＺｎ−９％Ｆｅめっき、膜厚３μｍのＺｎ−１３％Ｎｉめっき、又は、膜厚３０μｍのＡｌ−９％Ｓｉめっきの何れかを形成したものを、それぞれ準備した。準備したこれら鋼板を、すべり板及びすべり材の素材として利用した。

なお、以下の表１における「すべり板／すべり材」の欄において、「鋼」と記載されているものは、板厚１．６ｍｍの熱延鋼板を用いて、すべり板及びすべり材を形成したことを意味している。また、同欄において、めっき層の成分が記載されているものは、記載されためっき層の形成された鋼板を用いて、すべり板及びすべり材を形成したことを意味している。この場合に、同欄における括弧内の数字は、めっき層の膜厚（単位：μｍ）を意味している。

［結晶性層状物］
結晶性層状物として、層状複水酸化物を用いることとし、以下の表１に示すような組成の水溶液を、電解液としてそれぞれ準備した。

被塗物材（上記の板厚１．６ｍｍの鋼板）をＮａＯＨ水溶液で電解脱脂した後、電解液に浸漬し、通電させることで、層状複水酸化物を析出させた。なお、膜厚調整は、電流密度で行い、電流密度を１〜１０Ａ／ｄｍ^２の範囲で変化させた。電解後、電解液から取り出し、リンガーロールにて膜厚を制御し、引き続き乾燥炉に入れて、皮膜を形成させ、所定の平均膜厚の皮膜を得た。

なお、得られた皮膜について、薄膜Ｘ線回折法を用いて解析を行った結果、層状複水酸化物は結晶性を有していることが明らかとなった。また、各電解液から形成した層状複水酸化物の組成は、上記表１にあわせて示したようにそれぞれ同定された。

［樹脂組成物］
また、樹脂組成物としては、水溶性ウレタン樹脂組成物を使用した。この樹脂組成物を、必要に応じて上記電解質水溶液中に混合した。用いた水溶性ウレタン樹脂組成物は、以下のようにして合成した。すなわち、末端にヒドロキシル基を有するアジピン酸と１，４−ブチレングリコールとから合成された平均分子量９００のポリエステルポリオール２３０ｇと、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）プロピオン酸１５ｇと、をＮ−メチル２−ピロリドン１００ｇに加え、８０℃に加温して溶解させた。その後、ヘキサメチレンジイソシアネート１００ｇを加え、１１０℃に加温して２時間反応させ、トリエチルアミン（沸点８９℃）を１１ｇ加えて中和した。得られた溶液をエチレンジアミン５ｇと脱イオン水５７０ｇとを混合した水溶液に強攪拌下において滴下して、水溶性ポリウレタン樹脂を得た。

［ワックス］
ワックスとして、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）をそれぞれ準備し、必要に応じて電解質水溶液に１０質量％添加した。

得られた各すべり支承用構造体について、以下の項目について、評価を行った。

［成膜性及び密着性］
成膜性及び密着性は、セロハンテープ（商品名：セロテープ（登録商標））を皮膜に対して張り付けた上で、セロハンテープを剥離した際の皮膜の剥離状況を検査することで評価した。評価基準は、以下の通りである。

◎：剥離しない
○：一部剥離した
×：皮膜形成時に剥離した

［摩擦係数］
すべり板を幅３０ｍｍ×長さ３００ｍｍに切り出し、すべり材を２０ｍｍφで打ち抜いて、すべり板の両面に、２枚のすべり材の摺接面を接触させた。その上で、すべり材に面圧Ｎ＝１０ＭＰａ（加圧力３１．４ＫＮ）を付与し、すべり板を一定速度（１６．７ｍｍ／ｓ）で引き抜くときの荷重Ｆを測定した。１５０ｍｍ引き抜くときの中央の１３０ｍｍの摩擦係数μ＝Ｎ／Ｆの平均値を、評価値とした。評価基準は、以下の通りである。

◎：０．０８≦μ≦０．１２
○：０．０５≦μ＜０．０８、又は、０．１２＜μ≦０．１５
×：μ＜０．０５、又は、μ＞０．１５

［摩擦耐久性］
摩擦耐久性は、ピンオンディスク摩擦試験機を用いて評価した。具体的には、５０ｍｍに切り出した試験片上で、以下に示した鋼球を摺動させ、摩擦係数が０．０５〜０．１５であるときの周回数で判定した。評価基準は、以下の通りである。

鋼球：寸法 ３／１６、材質 クロム鋼ＳＵＪ２、等級 Ｇ−２８
無塗油：鋼球及びすべり材はいずれも無塗油
荷重：１４．７Ｎ
回転速度：１００ｒｐｍ（摺動径＝半径１０ｍｍ）
温度：常温

◎：１００回以上
○：５０回以上１００回未満
×：５０回未満

［総合評価］
上記の各評価結果に基づき、各すべり支承用構造体について、以下の基準で総合評価を行った。評価基準は、以下の通りである。

◎：各評価項目の評価結果が◎
○：各評価項目の評価結果が○以上であるが、全ての評価結果は◎ではない
×：各評価項目の評価結果の何れかに×が存在する

各すべり支承用構造体についての評価結果を、以下の表２にまとめて示した。

上記表２から明らかなように、本発明例に該当するすべり支承用構造体は、すべり面の摩擦係数が適切な値となり、かつ、成膜性、密着性、及び、摩擦耐久性についても良好な結果を示す一方で、比較例に該当するすべり支承用構造体は、すべり面の摩擦係数が適切な値とはならないことがわかる。

＜まとめ＞
以上のように、本発明の実施形態に係るすべり支承用構造体であれば、すべり支承用構造体の設置時に後処理工程を増やすことなく、ダンパーを用いることなく、又は、小型のダンパーを適用することで、免震機能を発揮しつつ、すべり材の摺動を制動することが容易となる。特に、すべり板及びすべり材として用いる素材にめっき層を設けることで、すべり支承用構造体の免震機能を延命化することができる。

また、例えば通常のダンパーを設置するスペースの確保が困難である住宅等の小型の建築物の場合においても、本発明の実施形態のすべり支承用構造体を用いた免震方法を提供することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００、１０１、１０２ すべり支承用構造体
１１０、１１１ すべり板
１１０ａ、１１１ａ すべり板の表面
１１２，１２２ 母材鋼板
１１３、１２３ めっき層
１１４、１２４ めっき鋼板
１１５、１２５ 皮膜
１２０、１２１ すべり材
１２０ａ、１２１ａ すべり材の摺接面
１３０ エラストマー
１４０ ベースポット
１５０ ソールプレート
２００ 建物
３００ 基礎

Claims (11)

1. すべり板と、
   前記すべり板のすべり板表面に摺接する摺接面を有するすべり材と、
   を備え、
   前記すべり板表面及び／又は前記摺接面の少なくとも一部は、鋼板と、当該鋼板を被覆する皮膜と、を有しており、
   前記皮膜は、結晶性層状物と樹脂組成物とを含む皮膜であり、
   前記皮膜の平均膜厚は、１０ｎｍ〜１００００ｎｍであり、
   前記結晶性層状物は、化学式［Ｍ^２＋ _{（１−ｘ）}Ｍ^３＋ _ｘ（ＯＨ）_２］［Ａ^ｎ−］_ｘ／ｎ・ｚＨ_２Ｏで表される層状複水酸化物を含み、
   前記すべり板表面に対する前記摺接面の摩擦係数は、０．０５〜０．１５である、すべり支承用構造体。
   
   ここで、前記化学式において、
   Ｍ^２＋：Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｐｂ^２＋、及び、Ｓｎ^２＋からなる群より選択される１種以上
   Ｍ^３＋：Ａｌ^３＋、Ｆｅ^３＋、Ｃｒ^３＋、３／４Ｚｒ^４＋、及び、Ｍｏ^３＋からなる群より選択される１種以上
   Ａ^ｎ−：ＯＨ⁻、Ｆ⁻、ＣＯ_３ ^２−、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、（Ｃ_２Ｏ_４）^２−、Ｉ⁻、（ＮＯ_３）⁻、（ＳＯ_４）^２−、（ＢｒＯ_３）⁻、（ＩＯ_３）⁻、（Ｖ_１０Ｏ_２８）^６−、（Ｓｉ_２Ｏ_５）^２−、（ＣｌＯ_４）⁻、（ＣＨ_３ＣＯＯ）⁻、［Ｃ_６Ｈ_４（ＣＯ_２）_２］^２−、（Ｃ_６Ｈ_５ＣＯＯ）⁻、［Ｃ_８Ｈ_１６（ＣＯ_２）_２］^２−、ｎ（Ｃ_８Ｈ_１７ＳＯ_４）⁻、ＴＰＰＣ、ｎ（Ｃ_１２Ｈ_２５ＳＯ_４）⁻、ｎ（Ｃ_１８Ｈ_３７ＳＯ_４）⁻、及び、ＳｉＯ_４ ^４−からなる群より選択される１種以上
   である。
2. 前記Ｍ^２＋は、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｎｉ^２＋、及び、Ｚｎ^２＋からなる群より選択される１種以上であり、
   前記Ｍ^３＋は、Ａｌ^３＋、Ｆｅ^３＋、及び、Ｃｒ^３＋からなる群より選択される１種以上であり、
   前記Ａ^ｎ−は、ＯＨ⁻、ＣＯ_３ ^２−、Ｃｌ⁻、及び、（ＳＯ_４）^２−からなる群より選択される１種以上である、請求項１に記載のすべり支承用構造体。
3. 前記樹脂組成物は、水溶性ウレタン系樹脂組成物、及び、水溶性ポリオレフィン系樹脂組成物の少なくとも何れかである、請求項１又は２に記載のすべり支承用構造体。
4. 前記平均膜厚は、２０００ｎｍ超過５０００ｎｍ以下である、請求項１〜３の何れか１項に記載のすべり支承用構造体。
5. 前記すべり板表面及び前記摺接面のそれぞれは、前記鋼板と前記皮膜とを有する、請求項１〜４の何れか１項に記載のすべり支承用構造体。
6. 前記皮膜は、更にワックスを含む、請求項１〜５の何れか１項に記載のすべり支承用構造体。
7. 前記ワックスは、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び、ポリテトラフルオロエチレンからなる群より選択された少なくとも何れかである、請求項６に記載のすべり支承用構造体。
8. 前記ワックスの含有量は、前記皮膜における全固形分の質量に対して、０．５質量％〜２０質量％である、請求項６又は７に記載のすべり支承用構造体。
9. 前記鋼板は、表面に所定のめっき層を有するめっき鋼板である、請求項１〜８の何れか１項に記載のすべり支承用構造体。
10. 前記めっき層は、Ｚｎ、Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｓｉ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金、Ｚｎ−Ｆｅ合金、Ｚｎ−Ｎｉ合金、及び、Ａｌ−Ｓｉ合金からなる群より選択された少なくとも何れかを含む、請求項９に記載のすべり支承用構造体。
11. 前記めっき層の厚みは、１μｍ〜１００μｍである、請求項９又は１０に記載のすべり支承用構造体。
    

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