JP4931428B2

JP4931428B2 - 摺動用シートおよび滑り支持装置

Info

Publication number: JP4931428B2
Application number: JP2006029417A
Authority: JP
Inventors: 繁夫小林; 覚福澤; 俊一辻
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2026-02-07
Also published as: JP2007211405A

Description

この発明は、滑り工法の橋梁や、その他一般の摺動部に使用される摺動用シートおよび滑り支持装置に関する。

橋梁において、橋桁の一本当たりの長さが長いと、例えば３００ｍ以上あると、コンクリートの打設後の乾燥に伴う収縮が大きいため、水平力を吸収させる必要がある。そのため、滑り支沓にフッ素樹脂製の摺動用シートを接着し、滑り支沓上に橋桁を載せて支持する滑り工法が採られることがある。昼夜や季節による温度差に伴う橋桁の収縮に際しても、このような滑り工法が好ましい。

しかし、コンクリートが乾き始めたときに、橋桁と滑り支沓の間で滑るべきものが、初期抵抗が大きくて作動しないことがある。このため、潤滑剤で解決しているが、屋外での使用環境となるため、潤滑剤の流出が生じメンテナンスに手間がかかる。

橋梁に限らず、種々の構造物や工作物においても、摺動用シートを用いた滑り構造が採られているが、これらの滑り構造においても、長期間の使用においては潤滑剤の流出による摺動特性の低下が避けられない。

潤滑剤の流出を防止するため、摺動用シートにディンプルを形成して潤滑剤を保持する技術がある（特許文献１）。従来の潤滑剤保持溝付き摺動用シートにおいては、ディンプルを切削加工で形成していた。摺動用シートのディンプルを切削加工で形成するためには、摺動用シートをフライス盤等のテーブル上に両面テープまたは吸引によって張り付けてエンドミル等の切削工具を用いて切削する。

特開２００１−６５１９６号公報

しかし、切削加工でディンプルを形成した場合、ディンプルの口元にバリが形成されるため、カッター等を用いて手作業でバリ取り作業を行う必要がある。また、摺動用シートには、面圧向上材、クリープ防止材等の充填材が配合されているため、エンドミル等の切削工具の切削力が短時間で低下するという問題がある。切削力の低下したエンドミル等を使用した場合、ディンプルの口元が盛り上がる現象が生じ、手直しが必要となる。

摺動用シートに無数の貫通穴を形成することも考えられるが、貫通穴であると接着ベースとの接触部が直角になるため、摩耗粉の排出が困難であり、また、穴底から潤滑剤が接着ベースとの間に染み出す恐れがあり、摺動用シートの剥がれが懸念される。

また、摺動用シートにディンプルを切削加工で形成した場合や貫通穴を形成した場合では、ディンプルの強度が低くなるため、施工現場での取扱いに注意をしないと、破れ等の破損が生じる恐れがある。

この発明の目的は、潤滑剤を保持するディンプルを、バリや盛り上がり現象が発生せず、かつディンプルの強度を低下させることなく形成できて、むらのない潤滑による良好な滑り案内が行える摺動用シートおよび滑り支持装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、配合材を配合したフッ素樹脂組成物製の摺動用シートにおいて、次の構成とした。すなわち、本発明の摺動用シートは、ビレットからスカイブ加工によって厚みが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍに形成したシートの摺動面に塑性変形により形成された複数のディンプルを備えており、前記ディンプルの深さを前記厚みの０．１倍〜０．４倍とし、ディンプル一つ当たりの開口面積を４平方ミリメートル〜２５平方ミリメートルとし、ディンプルの側壁の摺動面に対する傾斜角度θを１０°〜４０°とし、また各ディンプルによる総開口面積が、該各ディンプルが形成された表面の総面積の２０％〜６０％を占めており、摺動面および反摺動面に前記配合材が露出していることを特徴とする。

本発明の摺動用シートの構成によれば、摺動面に複数のディンプルを備えているため、これらディンプルに潤滑剤を長期間保持することができ、摺動特性の低下が生じない。前記ディンプルは塑性変形により形成されたものであるため、ディンプルの口元にバリや盛り上がりが生じず、バリ取り作業や盛り上がり部分の手直し作業を行う必要がない。ディンプルの薄くなった部分でも、削り取って薄くなったのではなく、圧縮されて薄くしてあるため、強度低下が無い。このため、施工現場で取扱いに注意する必要がない。
また、摺動面および反摺動面に配合材が露出しているため、配合材と樹脂との界面にミクロの隙間が形成される部分が生まれる。摺動面に生まれるミクロの隙間は潤滑剤の保持に有効に作用し、反摺動面に生まれるミクロの隙間は潤滑剤のアンカー効果をもたらすことで接着力向上に作用する。

この発明の摺動用シートにおいては、厚みが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであり、前記ディンプルの深さが前記厚みの０．１倍〜０．４倍である。
摺動用シートの厚みおよびディンプルの深さを上記範囲内とすると、ディンプルに潤滑剤を十分に保持させることができる。

この発明の摺動用シートにおいては、前記各ディンプルによる総開口面積が、該各ディンプルが形成された表面の総面積の２０％〜６０％を占める。
各ディンプルが形成された表面すなわち摺動面の総面積に対する、各ディンプルによる総開口面積の占有比率を上記範囲内とすると、潤滑剤が摺動面に行き渡ることが可能であり、また、摺動用シートがクリープ変形することがない。

この発明の摺動用シートにおいては、前記ディンプル一つ当たりの開口面積が４平方ミリメートル〜２５平方ミリメートルである。
ディンプル一つ当たりの開口面積を上記範囲内とすると、容易に塑性変形が可能であり、摺動用シートの製造時間や製造コストが大きくならない。

この発明の摺動用シートにおいては、前記配合材は、鉄よりも硬度が低い非鉄金属、ガラス繊維、カーボン繊維、黒鉛、熱硬化性樹脂粉末のうちのいずれか１種または２種以上であるのが良い。
配合材として上記素材を用いると、摺動用シートの強度を効率的に改善することができる。

この発明の滑り支持装置は、支持構造体の支承部の上面に摺動用シートを設け、被支持構造体の被支承部を前記摺動用シート上に載置し、摺動用シートと被支承部との間に潤滑剤を介在させた滑り支持装置において、前記摺動用シートに、請求項１または請求項２に記載の摺動用シートを用い、この摺動用シートの反摺動面を前記支承部の上面に接着剤で接着したものである。
支持構造体の支承部の上面に設ける摺動用シートに、この発明の摺動用シートを用い、摺動用シートと被支承部との間に潤滑剤を介在させることにより、被支持構造体に対してむらのない潤滑による良好な滑り案内が行える。

この発明の摺動用シートは、配合材を配合したフッ素樹脂組成物製の摺動用シートであり、ビレットからスカイブ加工によって厚みが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍに形成したシートの摺動面に塑性変形により形成された複数のディンプルを備えており、前記ディンプルの深さを前記厚みの０．１倍〜０．４倍とし、ディンプル一つ当たりの開口面積を４平方ミリメートル〜２５平方ミリメートルとし、ディンプルの側壁の摺動面に対する傾斜角度θを１０°〜４０°とし、また各ディンプルによる総開口面積が、該各ディンプルが形成された表面の総面積の２０％〜６０％を占めており、摺動面および反摺動面に前記配合材が露出しているため、潤滑剤を保持するディンプルを、バリや盛り上がり現象が発生せず、かつディンプルの強度を低下させることなく形成することができて、むらのない潤滑による良好な滑り案内が行える。

この発明の滑り支持装置は、この発明の摺動用シートを用いたものであるため、むらのない潤滑による良好な滑り案内が行える。

この発明の一実施形態を図１と共に説明する。この摺動用シート１は、主成分であるフッ素樹脂に配合材を配合したフッ素樹脂組成物製のシートであって、摺動面となる側の面１ａに、平面視矩形状をした多数のディンプル２が形成されている。各ディンプル２は、その矩形の対角方向が滑り案内対象物の滑り案内方向Ｘと平行であり、かつ滑り案内方向Ｘに対して千鳥状に配置されている。

ディンプル２の深さｄはシートの厚みｔの０．１倍〜０．４倍（即ち、ｄ＝０．１×ｔ〜０．４×ｔ）とし、ディンプル２一つ当たりの開口面積は４平方ミリメートル〜２５平方ミリメートルとし、ディンプル２の側壁の摺動面１ａに対する傾斜角度θは１０°〜４０°とし、また各ディンプル２による総開口面積が摺動面１ａの総面積の２０％〜６０％を占めるようにする。

この実施形態の場合、フッ素樹脂をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とし、これに配合材として、鉄よりも硬度の低い非鉄金属、ガラス繊維、カーボン繊維、黒鉛、熱硬化性樹脂粉末のうちのいずれか１種または２種以上が配合されている。

フッ素樹脂をＰＴＦＥとしているのは、ＰＴＦＥが、各種合成樹脂の中で摩擦係数が低く、耐熱性やコスト面でも優れているからである。また、配合材として上記材料を用いるのは、各材料が下記の特徴を有するからである。
鉄よりも硬度の低い非鉄金属（銅、アルミニウム、すず等、またはそれらの合金）は、材料費が安く、加工し易い（上述のように、塑性変形や研削加工するので、加工を容易に行えることは重要である）。
ガラス繊維は、黒鉛あるいは熱硬化性樹脂粉末と併用することで、低摩擦係数特性と耐摩耗性、耐クリープ性を備えることが可能となる。
カーボン繊維は、それ自体が低摩擦係数特性と耐摩耗性、耐クリープ性を備えているが、黒鉛あるいは熱硬化性樹脂粉末をさらに配合することで、低摩擦係数特性と耐摩耗性、耐クリープ性がさらに向上する。

フッ素樹脂組成物全体に占める配合材の比率は、重量比で５〜６０％の範囲であることが好ましい。５％未満であると、強度（例えば、クリープ面での強度）や耐摩耗性を大きく向上させることができないからであり、６０％を超えると、ＰＴＦＥの有する低摩擦係数特性が損なわれるからである。

この摺動用シート１の製造方法について説明する。
まず、上記組成からなるフッ素樹脂組成物を圧縮成形することで得られる円柱状の成形体（ビレット）をスカイブ加工してシート状に形成する。シートの厚みｔは、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍとする。厚みｔが０．５ｍｍ未満であると、薄過ぎて厚みを均一に製造し難く、厚みｔが３．０ｍｍを超えると、摺動用シート１に使用する材料の量が多くなって製造コストが高くなったり、スカイブ加工後のシートに生じたうねりを除去し難くなって、当該シートを摺動面１ａが波打たないように滑り支持装置等の滑り案内部に接着させたり、反摺動面（摺動面１ａとは反対側の面）１ｂを接着ムラ無く前記滑り案内部に接着させることができなくなるからである。

次いで、上記シートをガラス転移点より高く、融点より低い温度に加熱した後、当該シートの一方の表面（摺動面１ａ）を金型により所定圧力で押圧して、塑性変形によりディンプル２を形成する。前述したように、ディンプル２は平面視矩形状で、千鳥状に配置される。

上記ディンプル形成加工において、加熱温度が高い場合には、金型の押圧圧力は低くても良く、加熱温度が低い場合には、金型の押圧圧力を高くしなければならない。具体的には、加熱温度は１３０℃（ガラス転移点）〜３２７℃（融点）の範囲であり、押圧圧力は９ＭＰａ〜６３ＭＰａの範囲である。加熱温度が１３０℃の場合、押圧圧力は６３ＭＰａ必要であり、加熱温度が３２７℃の場合、押圧圧力は９ＭＰａで良い。

このようにして得られた摺動用シート１は、反摺動面（摺動面１ａとは反対側の面）１ｂが適宜薬品処理され、適宜接着剤を用いて、滑り支持装置等の滑り案内部に接着等により取り付けられる。

ディンプル２の深さｄをシートの厚みｔの０．１倍〜０．４倍とする理由は、ディンプルの深さｄが厚みｔの０．１倍未満であると、塑性変形によりディンプル２を形成し難く、ディンプル２の深さｄがシートの厚みｔの０．４倍を超えると、塑性変形させるための加工時間が長くなって加工（生産）効率が低下するからである。
したがって、シートの厚みｔおよびディンプル２の深さｄはそれぞれ上記範囲とすることで、厚みｔが均一の摺動用シート１を容易に、かつコストを抑えつつ製造することができるとともに、ディンプル２による潤滑油の最低限の保持量を確保しつつ、ディンプル形成の容易化や効率化を図ることができる。また、摺動用シート１の滑り支持装置等の滑り案内部への取付（接着）の容易化や効率化を図ることもできる。

ディンプル２一つ当たりの開口面積を４平方ミリメートル〜２５平方ミリメートルとしているのは、開口面積が４平方ミリメートル未満であると、ディンプル２の数を多くしなければならなくなるため、塑性変形させるのに必要な金型の製造コストが上昇して当該摺動シートのコスト上昇を招き、開口面積が２５平方ミリメートルを超えると、開口面積が広くなり過ぎて、滑り案内部の表面と摺動用シート１の摺動面１ａとの間に潤滑油を供給し難くなるという問題が生じるからである。
したがって、開口面積を上記範囲内とすることで、塑性変形させるのに必要な金型の製造コストを安くして摺動用シート１のコスト上昇を抑えることができるとともに、滑り案内部の表面と摺動用シート１の摺動面１ａとの間に潤滑油を十分に供給して、滑り案内対象物を円滑に移動させることができる。

ディンプル２の側壁の摺動面１ａに対する傾斜角度θを１０°〜４０°とするのは、傾斜角度θが１０°未満であると、塑性変形によりディンプル２を形成し難く、傾斜角度θが４０°を超えると、滑り案内対象物の移動に伴うくさび作用が得られ難くなって当該くさび作用により生じる油膜圧力が十分に得られなかったり、ディンプル２内に保持された潤滑油の排出性が悪くなって、摺動面１ａと滑り案内部の表面との間に潤滑油を十分に供給することができず、滑り案内対象物を円滑に移動させることができなくなるからである。
したがって、傾斜角度θを上記範囲内とすることで、ディンプル形成の容易化を図ることができ、また、くさび作用による油膜圧力を十分に生じさせたり、ディンプル２内に保持された潤滑油の排出性を良好にして摺動面１ａと滑り案内部の表面との間に潤滑油を十分に供給することができ、滑り案内対象物を円滑に移動させることができる。なお、前記摺動面１ａとディンプル２の側壁（傾斜面）とは、潤滑油の排出性の低下を防止するために、角張っているのではなく、曲面で滑らかに接続されている方が好ましい。

各ディンプル２による総開口面積が摺動面１ａの総面積の２０〜６０％を占めるようにしているのは、ディンプル２の総開口面積が２０％未満であると、摺動面１ａと滑り案内部の表面との間に潤滑油を十分に供給することができず、滑り案内対象物を円滑に移動させることができないという問題を生じ、ディンプル２の総開口面積が６０％を超えると、強度が低下してクリープが生じ易くなり、また、クリープ変形によって案内精度が低下するからである。
したがって、ディンプル２の総開口面積を上記範囲とすることで、摺動面１ａと滑り案内部の表面との間に潤滑油を十分に供給して滑り案内対象物を円滑に移動させることができるとともに、クリープを生じ難くして案内精度の低下を防止することができる。

ディンプル２の形状を矩形状としているのは、塑性変形させるのに必要な金型の加工容易化を図って当該金型の製造コストを抑え、摺動用シート１のコストを抑えるためである。

上述のように、この実施形態の摺動用シート１は、塑性変形による複数のディンプル２を形成したものであることから、ディンプル２を効率的に形成することができるともに、ディンプル２の形状を同一にすることができ、これにより、摺動用シート１を、生産性に優れ、低コストなものにすることができるとともに、ディンプル２による潤滑油の保持量を均一にして摺動面１ａと滑り案内部の表面との間への潤滑油の供給をむら無く行わせ、良好な案内精度を得ることができるものである。

図２は、上記摺動用シート１を橋梁の滑り支持装置に適用した例を示す。この橋梁は、両端の橋台４，４間に架け渡した橋桁３の中間における複数箇所を橋脚５で支持したものであり、各橋脚５の上端と橋桁３との間に、滑り支持装置６が設けられている。滑り支持装置６は、支持構造体である橋脚５の天端面に滑り支沓となる複数の橋梁支承部７を設け、各橋梁支承部７の上に被支持構造体である橋桁３の下面に設けられた被支承部８を載置したものである。前記橋梁使用部７の上面に、摺動用シート１を接着剤で接着してある。この橋梁の場合、滑り案内対象物は被支承部８を含む橋桁３であり、滑り支持装置６の滑り案内部は橋梁支承部７である。摺動用シート１は、滑り案内方向Ｘが橋桁３の長手方向（矢印の方向）を向くように接着される。

図２の橋梁において、滑り支持装置６に摺動用シート１を設けない場合、橋桁３のコンクリートが打設後に乾くと、長手方向に大きく収縮する。このとき、収縮方向と同方向の滑り抵抗は、図３（Ａ）に示すように、起動時に大きなピーク抵抗Ｐが生じる。これに対し、摺動用シート１を設けた場合は、図３（Ｂ）のようにピーク抵抗が無くなり、摩擦抵抗の安定によって設計通りの橋桁３の収縮が円滑に行われる。また、摺動用シート１が設けられていると、昼夜や季節による温度差に伴う橋桁３の伸縮にも良好に対応することができる。
なお、この発明にかかる摺動用シート１は、橋梁の滑り支持装置６以外に、例えば免震装置等の滑り支持装置や、その他一般の摺動部にも適用され得る。

（Ａ）この発明の一実施形態にかかる摺動用シートの平面図、（Ｂ）はＩＢ部の詳細図、（Ｃ）はＩＣ―ＩＣ断面図である。（Ａ）は同摺動用シートを用いた橋梁の側面図、（Ｂ）はその橋脚の斜視図、（Ｃ）はその橋脚滑り支持装置の斜視図である。（Ａ）は同摺動用シートを橋梁の滑り支持装置に設けない場合の摩擦抵抗値を示すグラフ、（Ｂ）は同摺動用シートを橋梁の滑り支持装置に設けた場合の摩擦抵抗値を示すグラフである。

符号の説明

１…摺動用シート
１ａ…摺動面
１ｂ…反摺動面
２…ディンプル
３…橋桁（被支持構造体）
４…橋台
５…橋脚（支持構造体）
６…滑り支持装置
７…橋梁支承部
８…被支承部

Claims

配合材を配合したフッ素樹脂組成物製の摺動用シートにおいて、
ビレットからスカイブ加工によって厚みが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍに形成したシートの摺動面に塑性変形により形成された複数のディンプルを備えており、
前記ディンプルの深さを前記厚みの０．１倍〜０．４倍とし、ディンプル一つ当たりの開口面積を４平方ミリメートル〜２５平方ミリメートルとし、ディンプルの側壁の摺動面に対する傾斜角度θを１０°〜４０°とし、また各ディンプルによる総開口面積が、該各ディンプルが形成された表面の総面積の２０％〜６０％を占めており、
摺動面および反摺動面に前記配合材が露出していることを特徴とする摺動用シート。
前記配合材は、鉄よりも硬度が低い非鉄金属、ガラス繊維、カーボン繊維、黒鉛、熱硬化性樹脂粉末のうちのいずれか１種または２種以上である請求項１に記載の摺動用シート。
支持構造体の支承部の上面に摺動用シートを設け、被支持構造体の被支承部を前記摺動用シート上に載置し、摺動用シートと被支承部との間に潤滑剤を介在させた滑り支持装置において、前記摺動用シートに、請求項１または請求項２に記載の摺動用シートを用い、この摺動用シートの反摺動面を前記支承部の上面に接着剤で接着した滑り支持装置。