(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-15
(45)【発行日】2022-11-24
(54)【発明の名称】滑り材、支承装置及び滑り材製造方法
(51)【国際特許分類】
F16F 15/02 20060101AFI20221116BHJP
F16C 17/02 20060101ALI20221116BHJP
E01D 19/04 20060101ALI20221116BHJP
E04H 9/02 20060101ALI20221116BHJP
F16C 33/20 20060101ALI20221116BHJP
【FI】
F16F15/02 L
F16C17/02 Z
E01D19/04 Z
E04H9/02 331E
F16C33/20 Z
(21)【出願番号】P 2019065337
(22)【出願日】2019-03-29
【審査請求日】2021-11-02
(73)【特許権者】
【識別番号】000229737
【氏名又は名称】日本ピラー工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100121603
【氏名又は名称】永田 元昭
(74)【代理人】
【識別番号】100141656
【氏名又は名称】大田 英司
(74)【代理人】
【識別番号】100067747
【氏名又は名称】永田 良昭
(72)【発明者】
【氏名】林 哲也
(72)【発明者】
【氏名】津田 知英
(72)【発明者】
【氏名】松井 伸仁
(72)【発明者】
【氏名】間鍋 崇之
(72)【発明者】
【氏名】中塚 将也
【審査官】杉山 豊博
(56)【参考文献】
【文献】特開平08-128448(JP,A)
【文献】特開2007-016905(JP,A)
【文献】特開2004-144135(JP,A)
【文献】特開2001-027243(JP,A)
【文献】特開平07-242769(JP,A)
【文献】特開平09-272745(JP,A)
【文献】特開2016-023672(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16F 15/02
F16C 17/02
E01D 19/04
E04H 9/02
F16C 33/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
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。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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。
【0009】
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。
【発明の効果】
【0010】
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。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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)。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【符号の説明】
【0064】
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