JP2020163644A - すべり材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的強度を維持しつつ、長期間、摺動特性を維持することが可能なすべり材を提供する。【解決手段】ふっ素樹脂に第１の充填材を含有させた第１の混合物１０Ａと、ふっ素樹脂に第２の充填材を含有させた第２の混合物２０Ａとを積層した状態で圧縮成形して、第１の混合物からなる第１の成形体１０と、第２の混合物からなる第２の成形体２０とが一体的に積層された成形体３０を形成する工程と、成形体３０を形成する工程の後、第２の成形体の表面に潤滑剤を塗布する工程とを有し、潤滑剤を塗布する工程において、第２の成形体全体に潤滑剤が浸透し、第１の成形体には潤滑剤が浸透しない。【選択図】図１

Description

本発明は、すべり支承に使用されるすべり材に関する。

ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂は、摩擦係数が小さいため、地震、風、温度変化などによって発生した建物の変位を吸収するすべり支承に使用するすべり材（摺動材）の材料として広く使用されている。

しかしながら、ＰＴＦＥ樹脂を圧縮成形することにより得られるすべり材は、機械的特性（機械的強度）が十分でない。そのため、機械的強度、耐摩耗性を向上させるために、ＰＴＦＥ樹脂に、グラスファイバー等の充填材を含有させることが行われている。

また、ＰＴＦＥ樹脂からなるすべり材のすべり面に、潤滑剤を含浸させることによって、摺動特性を向上させることが行われている（例えば、特許文献１）。

特開平９−２７２７４５号公報

しかしながら、すべり材に高い荷重が加わった状態で摺動を重ねると、すべり面が摩耗することによって、潤滑剤が枯渇する。そのため、長期間、すべり材が摺動特性を維持することが難しくなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、機械的特性を維持しつつ、長期間、摺動特性を維持することが可能なすべり材を提供することにある。

本発明に係るすべり材の製造方法は、ふっ素樹脂に第１の充填材を含有させた第１の混合物、及びふっ素樹脂に第２の充填材を含有させた第２の混合物をそれぞれ用意する工程と、第１の混合物と第２の混合物とを積層した状態で圧縮成形して、第１の混合物からなる第１の成形体と、第２の混合物からなる第２の成形体とが一体的に積層された成形体を形成する工程と、成形体を形成する工程の後、第２の成形体の表面に潤滑剤を塗布する工程とを有し、潤滑剤を塗布する工程において、第２の成形体全体に潤滑剤が浸透し、第１の成形体には潤滑剤が浸透しないことを特徴とする。

本発明によれば、機械的を維持しつつ、長期間、摺動特性を維持することが可能なすべり材を提供することができる。

（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態におけるすべり材の製造方法を模式的に示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態におけるすべり材の製造方法を模式的に示した図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、浸透性を評価した第１の成形体及び第２の成形体の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１（ａ）〜（ｃ）、及び図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態におけるすべり材の製造方法を模式的に示した断面図である。なお、本実施形態におけるすべり材は、ふっ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ）樹脂等)を主成分とする。また、本実施形態では、ＰＴＦＥ樹脂を主成分とするすべり材を例に説明する。

まず、ＰＴＦＥ樹脂に、第１の充填材を含有させた第１の混合物、及びＰＴＦＥ樹脂に、第２の充填材を含有させた第２の混合物を用意する。

ここで、第１の充填材は、すべり材の機械的特性、耐摩耗性を高める材料が用いられ、例えば、グラスファイバー、カーボンファイバー、ブロンズ、二流化モリブデン等を用いることができる。また、第２の充填材は、すべり材の摩擦係数を低減する材料が用いられ、例えば、グラファイト、カーボン、タルク、ポリイミド、芳香族ポリエステル、窒化ホウ素、フマル酸等が用いることができる。

図１(ａ）に示すように、金型１００のキャビティに、第１の混合物１０Ａ、及び第２の混合物２０Ａを積層して入れる。

次に、図１（ｂ）に示すように、第１の混合物１０Ａと第２の混合物２０Ａとを、積層した状態で、上金型１１０を用いて圧縮成形する。これにより、図１（ｃ）に示すように、第１の混合物からなる第１の成形体１０と、第２の混合物からなる第２の成形体２０とが一体的に積層された成形体３０が形成される。

次に、圧縮成形した成形体３０を、焼成炉（不図示）に入れて、加熱処理を行う。このときの加熱温度は、ＰＴＦＥ樹脂の融点以上とし、例えば、３５０℃〜３９０℃の範囲で行う。

次に、図２（ａ）に示すように、得られた成形体３０を、第１の成形体１０の表面を接着面として、金属板（台金）４０に接着剤で接着する。ここで、金属板４０は、成形体３０の機械的特性を補強するもので、例えば、炭素鋼（ＳＳ材）、ステンレス鋼（ＳＵＳ材）等を用いることができる。

次に、図２（ｂ）に示すように、第２の成形体２０の表面に、ノズル６０から潤滑剤５０を塗布する。このとき、潤滑剤５０は、第２の成形体２０の表面から内部に浸透する。これにより、図２（ｃ）に示すように、第２の成形体２０の内部に潤滑剤５０が浸透したすべり材（金属板４０付き）１が得られる。ここで、内部に潤滑剤５０が浸透した状態の第２の成形体２０を、符号２１で示す。なお、潤滑剤５０としては、例えば、ふっ素オイル、エステル油、シリコーン油、流動パラフィン、グリース等を用いることができる。

本実施形態において、第２の成形体２０には、摩擦係数を低減するために、ＰＴＦＥ樹脂に、グラファイト、カーボン、タルク、ポリイミド、芳香族ポリエステル、窒化ホウ素、フマル酸等の第２の充填材が含有されている。そのため、潤滑剤５０も、第２の成形体２０の中に浸透しやすくなっている。

しかしながら、すべり材を構成する第２の成形体２０は、建物による荷重がかかるため、一定の圧縮強度を有する必要がある。通常、成形体の圧縮強度は、圧縮成形する際の圧縮面圧が大きいほど大きくなる。一方、成形体における潤滑剤の浸透性は、圧縮成形する際の圧縮面圧が小さいほど高くなる。すなわち、圧縮成形する際の圧縮面圧に対して、圧縮強度と浸透性とは、トレードオフの関係にある。従って、潤滑剤の浸透性を高めるために、成形体３０を圧縮成形する際の圧縮面圧を小さくすると、第２の成形体２０の圧縮強度は小さくなってしまう。そのため、すべり材として、一定の圧縮強度を得るために、成形体３０を圧縮成形する際の圧縮面圧を所定の値に設定した場合、第２の成形体２０の内部全体に潤滑剤が浸透しにくくなる。

ところで、第２の成形体２０において、ＰＴＦＥ樹脂と充填材との混合物からなる成形体の浸透性は、ＰＴＦＥ樹脂の配合比が小さいほど高くなる。一方、ＰＴＦＥ樹脂と充填材との混合物からなる成形体の圧縮強度は、ＰＴＦＥ樹脂の配合比が小さいほど低くなる。すなわち、ＰＴＦＥ樹脂の配合比に対して、浸透性と圧縮強度とは、トレードオフの関係にある。従って、潤滑剤の浸透性を高めるために、第２の混合物におけるＰＴＦＥ樹脂の配合比を小さくすると、第２の成形体２０の圧縮強度は小さくなってしまう。そのため、すべり材として、一定の圧縮強度を得るために、第２の混合物におけるＰＴＦＥ樹脂の配合比を所定の値に設定した場合、第２の成形体２０の内部全体に潤滑剤が浸透しにくくなる。

一方、本実施形態において、第１の成形体１０には、機械的特性（機械的強度）を高めるために、ＰＴＦＥ樹脂に、グラスファイバー、カーボンファイバー、ブロンズ、二硫化モリブデン等の充填材が含有されている。従って、第１の成形体１０及び第２の成形体２０は、同じ圧縮面圧で一体的に形成されるため、第１の成形体１０の方が、第２の成形体２０よりも機械的特性が高い。

そのため、第２の成形体２０における浸透性を高めるために、圧縮面圧を小さくしても、第２の成形体２０の機械的強度の低下を、第１の成形体１０の機械的特性によって補うことができる。さらに、第２の成形体２０における浸透性を高めるために、第２の混合物におけるＰＴＦＥ樹脂の配合比を小さくしても、第１の混合物におけるＰＴＦＥ樹脂の配合比を大きくすることによって、第２の成形体２０の機械的特性の低下を、第１の成形体１０の機械的特性によって補うことができる。

すなわち、成形体３０を圧縮成形する際の圧縮面圧、及び、第１の混合物及び第２の混合物におけるＰＴＦＥ樹脂の配合比をそれぞれ調整することによって、成形体３０全体の機械的特性は、第１の成形体１０によって維持しつつ、第２の成形体２０の内部全体に潤滑剤が浸透するようにすることができる。

なお、潤滑剤が、第１の成形体１０と金属板４０との界面まで浸透すると、潤滑剤が離型剤として作用するため、図２（ｃ）に示した構造のすべり材１において、成形体３０と金属板４０との接合強度が弱くなるおそれがある。そのため、すべり材１に過度の応力が加わると、成形体３０が金属板４０から離脱するおそれがある。

本実施形態において、成形体３０を圧縮成形する際の圧縮面圧、及び、第１の混合物及び第２の混合物におけるＰＴＦＥ樹脂の配合比をそれぞれ調整することによって、第２の成形体２０全体に浸透した潤滑剤が、第１の成形体１０と金属板４０との界面まで浸透するのを、第１の成形体１０によって抑制することができる。すなわち、第２の成形体２０全体には潤滑剤が浸透し、第１の成形体１０には潤滑剤が浸透しないようにすることができる。

なお、本実施形態において、第１の成形体１０は、すべり材を構成する成形体３０の機械的特性（機械的強度、耐摩耗性）を維持することを主な役目とするため、第１の成形体１０に、ある程度の潤滑剤が浸透しても構わない。

本実施形態によれば、第２の成形体２０の全体に潤滑剤が浸透しているため、すべり材１に高い荷重が加わった状態で摺動を重ねて、すべり面が摩耗しても、潤滑剤が枯渇することはない。加えて、潤滑剤が第１の成形体１０と金属板４０との界面まで浸透していないため、成形体３０と金属板４０との接合強度が弱くなることはない。そのため、本実施形態により製造されたすべり材１は、機械的特性を維持しつつ、長期間、摺動特性を維持することができる。

（浸透性の評価）
（１）混合物の調整
ＰＴＦＥ樹脂を８０質量％、グラスファイバーを２０質量％の割合で混合し、ミキサーで均一に混合して、第１の混合物１０Ａを調整した。同様に、ＰＴＦＥ樹脂を５０質量％、グラファイトを５０質量％の割合で混合し、ミキサーで均一に混合して、第２の混合物２０Ａを調整した。

（２）成形体の作製
金型のキャビティに、調整した第１の混合物１０Ａを入れ、１０ＭＰａの圧縮面圧で、所定の時間、圧縮成形した。これにより、第１の混合物１０Ａからなる第１の成形体１０を得た。同様に、金型のキャビティに、調整した第２の混合物２０Ａを入れ、同じ圧縮面圧（１０ＭＰａ）で、同じ時間、圧縮成形した。これにより、第２の混合物２０Ａからなる第２の成形体２０を得た。なお、第１の成形体１０、及び第２の成形体２０の厚みは、共に８ｍｍであった。

得られた第１の成形体１０及び第２の成形体２０を、焼成炉に入れて、３６０℃の温度で、所定の時間加熱処理を行った。

（３）浸透性の評価
得られた第１の成形体１０及び第２の成形体２０の表面に、それぞれ、炭化水素油からなる蛍光浸透液を塗布したのち、真空チャンバーに入れて、０．００５ＭＰａの圧力で、１０分間、真空に引いた。なお、蛍光浸透液は、潤滑剤（例えば、シリコーン油）に相当するもので、蛍光を発するため、成形体の内部に浸透した蛍光浸透液を目視で確認することができる。

図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、真空処理を行った後の第１の成形体１０、及び蛍光浸透液Ａが浸透した第２の成形体２１の断面図を示す。図３（ａ）に示すように、第１の成形体１０には、蛍光浸透液は浸透していないのが分かる。一方、図３（ｂ）に示すように、第２の成形体２１の全体に亘り、蛍光浸透液Ａが浸透しているのが分かる。

以上の結果から、第１の成形体１０と第２の成形体２０とを、所定の条件で、一体的に圧縮成形して成形体３０を形成した場合、第２の成形体２０全体には、潤滑剤が浸透し、第１の成形体１０には、潤滑剤が浸透しないすべり材１が得られることが分かる。

なお、第１の成形体１０における圧縮強度が、すべり材１として要求される機械的強度を満たすことが確認できている。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態において、第１の混合物１０Ａ及び第２の混合物２０ＡにおけるＰＴＦＥ樹脂の配合比、並びに圧縮面圧を調整して、第２の成形体２０全体に潤滑剤が浸透し、第１の成形体１０には潤滑剤が浸透しないようにしたが、ＰＴＦＥ樹脂の配合比、または圧縮面圧のいずれか一方を調整してもよい。

また、上記実施形態において、ＰＴＦＥ樹脂の配合比は、すべり材に要求される仕様（圧縮強度、摩擦係数、厚み等）や充填材の種類に応じて適宜決めればよいが、第１の混合物１０ＡにおけるＰＴＦＥ樹脂の配合比は７０％以上、第２の混合物２０ＡにおけるＰＴＦＥ樹脂の配合比は７０％以下であることが好ましい。

また、上記実施形態において、金属板４０付きのすべり材１を例に説明したが、金属板４０が付いていないすべり材、すなわち、第１の成形体１０と第２の成形体２０とが一体的に積層された成形体３０のみからなるすべり材１であってもよい。

また、上記実施形態では、ＰＴＦＥ樹脂を主成分とするすべり材１を例に説明したが、これに限定されず、他のふっ素樹脂（例えば、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）樹脂等）を主成分とするすべり材１であってもよい。

１ すべり材
１０ 第１の成形体
１０Ａ 第１の混合物
２０ 第２の成形体
２０Ａ 第２の混合物
２１ 潤滑剤が浸透した第２の成形体
３０ 成形体
４０ 金属板
５０ 潤滑剤

Claims (5)

1. ふっ素樹脂に第１の充填材を含有させた第１の混合物、及びふっ素樹脂に第２の充填材を含有させた第２の混合物をそれぞれ用意する工程と、
   前記第１の混合物と、前記第２の混合物とを積層した状態で圧縮成形して、前記第１の混合物からなる第１の成形体と、前記第２の混合物からなる第２の成形体とが一体的に積層された成形体を形成する工程と、
   前記成形体を形成する工程の後、前記第２の成形体の表面に潤滑剤を塗布する工程と
   を有し、
   前記潤滑剤を塗布する工程において、前記第２の成形体全体に前記潤滑剤が浸透し、前記第１の成形体は、前記潤滑剤の浸透を抑制する、すべり材の製造方法。
2. 前記成形体を形成する工程の後、前記潤滑剤を塗布する工程の前に、前記成形体を、前記第１の成形体の表面を接着面として、金属板に接着剤で接着する工程をさらに有する、請求項１に記載のすべり材の製造方法。
3. 前記成形体を形成する工程は、前記潤滑剤を塗布する工程において、前記第２の成形体全体に前記潤滑剤が浸透し、前記第１の成形体には前記潤滑剤が浸透しないよう、前記第１の混合物及び前記第２の混合物におけるふっ素樹脂の配合比、並びに圧縮面圧の少なくとも一方を調整して行われる、請求項１または２に記載のすべり材の製造方法。
4. 前記第１の混合物におけるふっ素樹脂の配合比は、前記第２の混合物におけるふっ素樹脂の配合比と同一、または、それよりも小さく、
   前記ふっ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂またはポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）樹脂からなり、
   前記第１の充填材は、グラスファイバー、カーボンファイバー、ブロンズ、二流化モリブデンのうち少なくとも一つからなり、
   前記第２の充填材は、グラファイト、カーボン、タルク、ポリイミド、芳香族ポリエステル、窒化ホウ素、フマル酸のうち少なくとも一つからなる、請求項１〜３の何れかに記載のすべり材の製造方法。
5. 前記第１の混合物におけるふっ素樹脂の配合比は７０％以上であり、前記第２の混合物におけるふっ素樹脂の配合比は７０％以下である、請求項４に記載のすべり材の製造方法。