JP7177741B2 - 滑り材、支承装置及び滑り材製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えばビルや橋梁などにおいて下部構造物と上部構造物の間に介装されたり、サーバのラックなどのような重量物の設置に際して重量物の下に介装されたりして、部材同士の間を相対摺動可能にする支承装置や滑り材に関する。

構造物に用いられる支承装置は、上部構造物に固定された上沓と、下部構造物に固定された下沓を有している。上沓と下沓は互いに面接触して、上沓と下沓の境界面において、下部構造物から上部構造物に伝わる振動や、上部構造物から下部構造物に伝わる振動を、相対摺動により低減させて免震効果を発揮する。このために支承装置は、境界面を構成する摺動面を片面に有した板状の滑り材を有している。

支承装置は構造物や重量物などを支持し大きな荷重がかかるので、圧縮強度を有するとともに長期間にわたって安定した摺動性能を発揮することが望まれている。このような支承装置として、下記特許文献１に開示の支承装置がある。

特許文献１の支承装置は、滑り材の摺動面に潤滑剤を保持するディンプルを備えた構成である。ディンプルは高硬度化した緻密部で形成されている。滑り材は、ディンプル、つまり凹部に潤滑剤を保持しているので、摺動に伴って潤滑剤が摺動面を潤し、圧縮強度を有しながら長期間にわたって円滑な摺動を可能にする。

しかしながら、ディンプルに保持された潤滑剤は摺動面にまとまって接するので、潤滑剤が不測に目減りしてしまうおそれが考えられる。

特開２０１６－２３６７２号公報

この発明は、より長い期間にわたって良好な摺動性能と耐久性を発揮できるようにすることを主な目的とする。

この滑り材は、摺動材との間で相対摺動する摺動面を有した滑り材であって、少なくとも一部に、周りの部分よりも空隙率が高い高空隙部が設けられ、前記高空隙部が前記摺動面に露出している滑り材であることを特徴とする。

上述の滑り材は、高空隙部に潤滑剤を含浸させて保持させることで、摺動面に対して潤滑剤を徐々に漏出させる。滑り材における高空隙部以外の部分は、所定の圧縮強度でもって荷重を支える。このため、低摩擦係数の維持と耐久性の両立を図ることができる。

この発明によれば、例えば構造物や重量物の寿命や耐用年数に相当するような、これまでにない長い期間にわたって良好な摺動性能と耐久性を発揮することができる。

滑り材の斜視図。 免震構造の斜視図。 支承装置の断面図。 予備成形のための金型の断面図。 予備成形工程の説明図。 切削加工工程の説明図。 他の例に係る予備成形工程の説明図。 他の例に係る予備成形工程の説明図。 他の例に係る予備成形工程の説明図。 作用を示す断面図。 他の例に係る支承装置の断面図。 他の例に係る滑り材の断面図。

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。

図１は、ビルや橋梁などの免震構造を構成するために用いられる滑り材１１を備えた下沓１２ａの斜視図であり、図２はその滑り材１１を備えた支承装置１２が用いられる免震構造の一例を示している。

まず、支承装置１２と滑り材１１の概要を説明する。
支承装置１２は、図２に示したように下部構造物１３と上部構造物１４の間に介装されるものであり、下部構造物１３の上面に固定された第１沓としての下沓１２ａと、上部構造物１４の下面に固定された第２沓としての上沓１２ｂで構成されている。これら下沓１２ａと上沓１２ｂの少なくとも一方に滑り材１１が備えられる。この例では、滑り材１１を下沓１２ａのみに備えた構造を説明する。

下沓１２ａは、滑り材１１と、滑り材１１を支持する台金１５を有する。滑り材１１は、例えばフッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））で構成されており、適宜の厚さの板状である。滑り材１１の形状は、適宜設定され、平面視角形または平面視円形に形成される。図示例では、平面視角形の滑り材１１を示している。

滑り材１１を支持する台金１５は、例えば鋼材で構成されており、滑り材１１と同様に適宜の厚さの板状である。台金１５の大きさは、滑り材１１と同等かまたはそれよりも大きい。台金１５の片面の中央部に滑り材１１が接合して一体化される。

支承装置１２の断面を示す図３に示したように、台金１５における滑り材１１を接合した面と反対側面が下部構造物１３の上面に固定される。このため、滑り材１１における台金１５に接合される面と反対側の面が、対向する部材（摺動材）、つまり上沓１２ｂとの間で相対摺動するための摺動面１１ａとなる。

上沓１２ｂは、ステンレス合金等からなる研磨板、フッ素樹脂コーティング板、または硬質クロムめっき板などで構成されている。上沓１２ｂの片面、つまり下沓１２ａの滑り材１１の摺動面１１ａに接する面が、研磨、フッ素樹脂コーティング、または硬質クロムめっきなどがなされた対向面１２ｃである。

つぎに、滑り材１１の詳細な構成について次に説明する。
滑り材１１は、フッ素樹脂で形成され、高空隙部１６と、高空隙部１６以外の部分である圧密部１７を有し、高空隙部１６には潤滑剤１８が含浸されている。

高空隙部１６は、少なくとも滑り材１１の一部に設けられ、周りの部分よりも空隙率が高い部分である。高空隙部１６は摺動面１１ａに露出している。また高空隙部１６は、摺動面１１ａの中心部または周辺部に偏在している。図示例の滑り材１１は、高空隙部１６を摺動面１１ａの中心部に偏在したものであり、高空隙部１６は、摺動面１１ａの中心部に１個形成されている。高空隙部１６は例えば平面視円形であり、摺動面１１ａから、台金１５に接合される他方側の面まで厚み方向全体にわたって存在している。

高空隙部１６は、接合し合う粒子の密度が圧密部１７よりも低い。このため高空隙部１６は、圧密部１７よりも圧縮強度は低いものの、物質を保持できる空隙を多く有することになる。

このような高空隙部１６に存在する空隙には、前述した潤滑剤１８が含浸される。断面図である図３において、潤滑剤１８は点（ドット）を施して表現した。なお、潤滑剤１８は高空隙部１６以外の圧密部１７に含浸されてもよい。

つづいて、上述のような構成の滑り材１１の製造方法について説明する。

滑り材１１は、圧縮成形法で製造されるものであり、原料粉を圧縮して予備成形品を得る予備成形工程と、予備成形品を焼成する焼成工程と、焼成後の予備成形品を切削加工して滑り材１１を得る切削加工工程を経て製造される。

特にそのうちの予備成形工程において、周りの部分よりも空隙率が高い高空隙部１６を滑り材１１の少なくとも一部に形成する。切削工程においては、高空隙部１６を摺動面１１ａに露出させる。また切削加工工程の後には、滑り材１１の高空隙部１６に潤滑剤１８を浸み込ませる含浸工程を行う。

予備成形工程では、図４に示したような金型２１を用いて圧縮成形を行う。金型２１は次の各部材を有している。それは、円筒状のダイ２２と、ダイ２２の下端部に下から入り込む下部パンチ２３と、ダイ２２の上端部に上から入り込む上部パンチ２４と、ダイ２２の下端に着脱自在に備えられ下部パンチ２３のダイ２２に対する進入量を制限する規制部材２５である。

下部パンチ２３と上部パンチ２４には、圧縮方向における圧縮率を周りの部分よりも低くする低圧縮率部２６（図５参照）が設けられており、低圧縮率部２６によって高空隙部１６を形成する。具体的には、図５に示したように、下部パンチ２３と上部パンチ２４は、圧縮面２３ａ，２４ａの中心部に、低圧縮率部２６としての平面視円形の凹部を有している。凹部の大きさや形状は適宜設定される。そのほかの構成は一般的な圧縮成形と同じである。

予備成形に際しては、ダイ２２と下部パンチ２３と規制部材２５を組み合わせたのち、所定量の原料粉３１をダイ２２の中に投入する（図５（ａ）参照）。原料粉３１は、パウダー状のフッ素樹脂と、例えばタルク、グラファイト、カーボン、グラスファイバー、カーボンファイバー、二硫化モリブデン、芳香族ポリエステル、窒化ホウ素などの適宜の充填材を混合して得られる。

つづいて、上部パンチ２４を用いて原料粉３１を上からプレス（片押し）する（図５（ｂ）参照）。つぎに規制部材２５を外して上部パンチ２４によるプレスをして（両押し）、所定の成形密度となるように圧縮を行う（図５（ｃ）参照）。圧縮成形後は予備成形品３２をダイ２２から取り出す（図５（ｄ）参照）。予備成形品３２のうち、下部パンチ２３と上部パンチ２４の低圧縮率部２６に対応する軸心部分３２ａが、それよりも外周側の部分３２ｂよりも圧縮率が低い部分である。

なお、下部パンチ２３と上部パンチ２４の形状を凹形状から凸形状に変更することで、軸心部分３２ａを外周側の部分３２ｂよりも圧縮率を高く成形することもできる。つまり、金型２１の形状を適宜変更することにより低圧縮率部２６と圧縮率が低い部分を変更することができる。

これで予備成形工程を終了し、つづく焼成工程に移行する。焼成工程では、所定の条件で焼成がなされる。焼成工程の後は、図６に示したように切削工程に移行して、予備成形品３２から歪のない高精度の滑り材１１が得られる。

切削加工工程では、予備成形品３２における圧縮方向の両端部分を除去する。これにより圧縮率の相違による長さの違う部分がなくなり、精度の高い平坦な摺動面を得やすくなる。

切削加工により、予備成形品３２の圧縮率の低い軸心部分３２ａが滑り材１１の高空隙部１６に対応し、軸心部分３２ａよりも外周側の圧縮率の高い部分３２ｂが滑り材１１の圧密部１７に対応する。

このあと含浸工程に移行して、滑り材１１、または台金１５に一体化した滑り材１１の高空隙部１６に所望の潤滑剤１８を浸み込ませる。含浸工程は、滑り材１１を潤滑剤１８に浸漬するほか、滑り材１１を潤滑剤１８に浸漬した状態で減圧したり、滑り材１１の摺動面１１ａに潤滑剤を塗布したりして行う。

前述した予備成形工程は、下部パンチ２３と上部パンチ２４の圧縮面２３ａ，２４ａにあらかじめ低圧縮率部２６が形成されて凹凸になったもので行う例を示したが、このほか、例えば図７～図９に示したように行うこともできる。

図７に示した例では、下部パンチ２３と上部パンチ２４を多段に構成している。つまり下部パンチ２３と上部パンチ２４は、圧縮面２３ａ，２４ａの中心部を形成する中心部パンチ２３ｂ，中心部パンチ２４ｂと、圧縮面２３ａ，２４ａの周辺部を形成する周辺部パンチ２３ｃ，周辺部パンチ２４ｃを有している。これら中心部パンチ２３ｂ，２４ｂと周辺部パンチ２３ｃ，２４ｃは別々に往復動するように構成されている。予備成形する際に中心部パンチ２３ｂ，２４ｂを、周辺部パンチ２３ｃ，２４ｃよりも圧縮力を弱めることで、低圧縮率部が得られる。また、周辺部パンチ２３ｃ，２４ｃを、中心部パンチ２３ｂ，２４ｂよりも圧縮率を弱めることで、低圧縮率部が得られる。つまり中心部パンチ２３ｂ，２４ｂまたは周辺部パンチ２３ｃ，２４ｃに対応するいずれかの個所が低圧縮率部２６となる。

図８は、多段成形で行う例を示している。つまり、得る予定の予備成形品３２よりも小径の一次成形品３５をあらかじめ圧縮成形しておき、この一次成形品３５を用いて二段階目の圧縮成形（二次成形）を行う。二次成形は、前述のようなダイ２２と下部パンチ２３と上部パンチ２４と規制部材２５を組み合わせた状態のダイ２２の中に、一次成形品３５を原料粉３１と共に投入して（図８（ａ）参照）圧縮成形する（図８（ｂ）参照）。一次成形品３５と二次成形品３６は、圧縮率や原料粉３１の種類（粒径、形状、材質）、原料粉３１の配合を違えて製造する。

原料粉３１の種類や配合を違えるとは、次のことをいう。原料粉３１の粒径に大小の違いを持たせたり、原料粉３１、特に充填材の形状（球状か、無定形の粒状か板状か、球状以外の形状かなど）に違いを持たせたりすることである。また原料粉３１、特に充填材に空隙や凹凸を有するものを用いるか、有しないものを用いるかに違いを持たせたりすることもできる。原料粉３１を構成する物質は同じでもフッ素樹脂と充填剤の配合や、複数種類の充填剤を用いる場合にはその配合に差異を設けたりすることもできる。例えば原料粉３１のうちのフッ素樹脂のパウダーや充填材の粒径が大きいほど大きな空隙ができ、充填材の形状が球状以外の形状であるほうが多くの空隙ができる。また充填剤自体が空隙を有するものや凹凸を有するものである場合にも、多くの空隙ができる。

つまり、一次成形品３５と二次成形品３６のうち、圧縮成形後に空隙がより多くできるように構成したほうが、製造後に高空隙部１６となる部分である。

多段成形では、各パンチに低圧縮率部２６が不要であるため、下部パンチ２３と上部パンチ２４の圧縮面２３ａ，２４ａに凹凸を設ける必要はない。図８における下部パンチ２３の圧縮面２３ａの中心部の凹部２３ｄは、一次成形品３５を真っすぐに立てるための部位である。

図８（ｃ）に示したように、ダイ２２から取り出した予備成形品３２のうち、軸心部分を構成する一次成形品３５、または一次成形品３５を取り巻く二次成形品３６のいずれか一方が、切削加工後に高空隙部１６となる。

図９は、原料粉３１の種類（粒径、形状、材質）や原料粉３１の配合を違えて、高空隙部１６を形成する例である。すなわち、種類や配合の異なる原料粉３１ａ，３１ｂをダイ２２に対して分けて投入する。具体的にはダイ２２よりも小径の筒部材２９を下部パンチ２３の圧縮面２３ａの中心部に立てて、筒部材２９の内側と外側に互いに異なる種類や配合の原料粉３１ａ，３１ｂを投入する（図９（ａ）参照）。原料粉３１の投入後に筒部材２９を抜き取り（図９（ｂ）参照）、圧縮成形をすると（図９（ｃ）参照）、中心部と周辺部で異なる態様の予備成形品３２が得られる（図９（ｄ）参照）。

予備成形品３２のうち、内側に位置する軸心部分、またはそれを取り巻く外側に位置する部分のいずれか一方が、切削加工後に高空隙部１６となる。

この場合も、各パンチに低圧縮率部２６を設ける必要はなく、下部パンチ２３と上部パンチ２４の圧縮面２３ａ，２４ａに凹凸を設ける必要はない。

以上のように構成された滑り材１１は、前述したように台金１５に接合して一体化されて下沓１２ａを構成し、下沓１２ａは上沓１２ｂと組み合わされて支承装置１２を構成する。

図１０に支承装置１２に用いられる滑り材１１の作用を示す。この支承装置１２は、前述したように下沓１２ａに滑り材１１を備え、摺動材としての上沓１２ｂは研磨板、フッ素樹脂コーティング板、または硬質クロムめっき板などで構成されている。下沓１２ａの滑り材１１の摺動面１１ａは、研磨板の研磨、フッ素樹脂コーティング、または硬質クロムめっきなどがされた対向面１２ｃに密着している。摺動面１１ａには高空隙部１６が露出しており、高空隙部１６には潤滑剤１８が保持されているので、上沓１２ｂの対向面１２ｃには潤滑剤１８が接している。

下沓１２ａと上沓１２ｂとが相対摺動すると、摺動に伴って高空隙部１６の潤滑剤１８は摺動面１１ａから漏出し、摺動面１１ａと対向面１２ｃとの間に介在し、摺動面１１ａと対向面１２ｃの間の摩擦係数を低減することができる。

潤滑剤１８は高空隙部１６内の微細な空隙に保持されており、潤滑剤１８と対向面１２ｃとの接触はディンプルに溜めた場合と異なって潤滑剤１８の量のわりに少ないので、一度に大量の潤滑剤１８が漏出することはなく、潤滑剤１８は摺動に従って徐々に漏出する。このため、長い期間にわたって円滑な摺動性能を維持できる。

しかも、高空隙部１６の空隙は、結合し合った粒子の間に形成されるものであるため、潤滑剤１８の漏出は、従来にない長い期間、たとえば建物の寿命に匹敵するような長期間にわたって維持できる。

また、高空隙部１６は摺動面１１ａの中心部に偏在しているので、高空隙部１６をある程度まとまった態様で存在させることができる。このため、必要な圧縮強度を得ることができ、十分な圧縮強度と長期にわたる潤滑剤１８の漏出を実現できる。

特に、高空隙部１６を中心部に存在させた場合には、周辺に圧密部１７が設けられるので、保持した潤滑剤１８の余分な漏出を抑制できるので、この点からも長い期間にわたっての使用に貢献する。

さらに潤滑剤１８は高空隙部１６の施工に先立ってあらかじめ含浸されているので、施工は簡易迅速に行える。

滑り材１１の製造は、予備成形工程の段階で高空隙部１６を形成するので、滑り材１１の高空隙部１６と圧密部１７の一体性は極めて高く、長期間の使用に耐えうる滑り材１１となる。

また予備成形を金型成形で行い、圧縮率の相違によって高空隙部１６を形成する場合には、例えば下部パンチ２３や上部パンチ２４の圧縮面２３ａ，２４ａの形状を変更する程度の簡単な構成変更で、高空隙部１６を有する予備成形品３２が得られる。このため、作業負担はなく、製造コストを抑えることもできる。

以下、その他の例について説明する。
図１１は、他の例に係る支承装置１２の断面図である。この支承装置１２は、下沓１２ａと上沓１２ｂの双方に滑り材１１を備えている点で、図２、図３を用いて説明した支承装置１２とは異なる。

つまり、支承装置１２の下沓１２ａは前述と同じ構成であるが、上沓１２ｂは、研磨板、フッ素樹脂コーティング板、または硬質クロムめっき板などではなく、滑り材１１と台金１５で構成される。滑り材１１と台金１５の構成は前述と同じであり、高空隙部１６が中心部または外周部に偏在している。その他の詳しい説明は省略する。

このような構成の支承装置１２の滑り材１１は、前述した下沓１２ａのみに滑り材１１を備えた支承装置１２の滑り材１１と同様に作用をし、同様の効果を奏する。

この例のように下沓１２ａと上沓１２ｂの双方に滑り材１１を備える場合には、初期位置において高空隙部１６の位置が完全に重なり合わないように高空隙部１６の形成位置や形成範囲に違いをつけるとよい。高空隙部１６と圧密部１７が初期位置において重なり合うようにすることで、潤滑剤１８をより広い範囲に漏出させられるからである。また、一方の滑り材１１に高空隙部１６と圧密部１７を備えたものを使用し、他方の滑り材は高空隙部１６のない圧密部１７のみの滑り材としてもよい。

図１２は他の例に係る滑り材１１の断面図を示している。この図に示すように滑り材１１の高空隙部１６における台金１５に接合される面には、凹部１９が形成されている。この滑り材１１は、高空隙部１６に凹部１９を有する点で、前述した滑り材１１とは異なる。

凹部１９は凹椀状であり、凹部１９に潤滑剤１８が貯留される。高空隙部１６に潤滑剤１８が含浸されたうえに、凹部１９に潤滑剤１８が貯留されるので、凹部１９を有する滑り材１１の耐用年数の更なる長期化を図ることができる。

以上の構成は、この発明を実施するための一形態の構成であって、この発明は前述の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することができる。

例えば、高空隙部１６は一つの滑り材１１に一か所ではなく、複数個所に設けてもよい。

高空隙部１６に対する潤滑剤１８の含浸は、滑り材１１の製造後、例えば施工に際して行うようにしてもよい。

１１…滑り材
１１ａ…摺動面
１２…支承装置
１２ａ…下沓
１２ｂ…上沓
１６…高空隙部
１８…潤滑剤
２１…金型
２２…ダイ
２３…下部パンチ
２４…上部パンチ
２６…低圧縮率部
３２…予備成形品

Claims (4)

1. 原料粉を圧縮して予備成形品を得る予備成形工程と、前記予備成形品を焼成する焼成工程と、焼成後の前記予備成形品を切削加工して滑り材を得る切削加工工程を有する滑り材製造方法であって、
   前記予備成形工程で、周りの部分よりも空隙率が高い高空隙部を少なくとも一部に形成し、
   前記切削加工工程で、前記高空隙部を、摺動材との間で相対摺動する摺動面に露出させる
   滑り材製造方法。
2. 前記予備成形工程をダイとパンチによる金型成形で行うとともに、
   前記パンチには、圧縮方向における圧縮率を周りの部分よりも低くする低圧縮率部が設けられ、
   前記低圧縮率部によって前記高空隙部を形成する
   請求項１に記載の滑り材製造方法。
3. 前記切削加工工程で、前記予備成形品における圧縮方向の両端部分を除去する
   請求項２に記載の滑り材製造方法。
4. 前記切削加工工程の後で、前記滑り材の前記高空隙部に潤滑剤を浸み込ませる含浸工程を有する
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の滑り材製造方法。

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