JP3722773B2

JP3722773B2 - 免震装置用摺動装置

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Publication number: JP3722773B2
Application number: JP2002090066A
Authority: JP
Inventors: 拓也田中; 秀幸中島; 伸隆平松; 正仁藤田; 隆之柴山
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP2003286775A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物と基礎との間に介装されて該建築物を水平方向に移動可能に支持する免震装置用摺動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建築物を地震から保護するための装置として、建築物と基礎との間に介装されて、地震による揺れを建築物に伝えないことにより建築物を保護する免震装置が知られているが、免震装置の１つとして、建築物側に固定された上部支持体が基礎側に固定された下部支持体上を摺動して建築物の揺れを吸収する摺動装置によって構成されているものがある。従来、このような構造の免震装置用摺動装置の場合、上部支持体の表面にポリテトラフルオロエチレン系，ポリアミド系等の樹脂で形成された摺動部材が、下部支持体の表面に炭素鋼，ステンレス等の金属が取り付けられて、金属上を摺動部材が摺動する構造のものであったが、このような樹脂と金属との組み合わせの場合、樹脂と金属との間での摩擦係数が高く且つ安定しないという問題があった。そこで、摩擦係数を低減させた免震装置用摺動装置として、下部支持体の表面に熱硬化性樹脂の被覆層を形成し、この被覆層が上部支持体の表面に形成された樹脂製の摺動部材と摺動する構造の摺動装置が提案されている。また、更に摩擦係数を低減させるために、特開２０００−１１９４０８，特開２０００−１７０７７０に示されるような、熱硬化性樹脂の被覆層中にオイルなどの潤滑成分を添加し、摩擦係数を低減させた摺動装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような、被覆層中にオイルなどの潤滑成分を添加した摺動装置の場合、摺動初期における摩擦係数の低減には効果があるものの、オイルを添加することにより被覆層の硬度が低下して被覆層が摩耗し易くなるため、長期間に亘る摺動では、被覆層の摩耗によって発生した摩耗粉により却って摩擦係数が増大してしまうという問題があった。更に、免震装置は、長期耐候性を必要とするものであるが、被覆層中にオイルなどを添加することにより、被覆層の皮膜の密着性が低下してしまうため、長期耐候性が懸念されるという問題があった。本発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、高い摩擦特性及び摩耗特性を有すると共に長期耐候性に優れた免震装置用摺動装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明においては、建築物と基礎との間に介装されて該建築物を水平方向に移動可能に支持する免震装置用摺動装置において、該免震装置用摺動装置は、前記建築物に固定され且つその表面に樹脂製の摺動部材を有する上部支持体と、前記基礎に固定され且つ前記建築物と前記基礎とが相対的に変位したときにその上面を前記上部支持体が摺動する下部支持体と、から構成され、前記下部支持体の表面には、有機溶剤に溶解させた熱硬化性樹脂に、その硬度が鉛筆硬度でＨ以上６Ｈ以下となるように５〜６０容量％のポリテトラフルオロエチレン又は黒鉛又は二硫化モリブデンのうちいずれか１種又はこれらの混合物である固体潤滑剤を分散させた塗液を塗布させて２５０〜３５０℃でキュアリングすることにより固化されると共にその表面粗度の算術平均粗さが０．１３〜０．３５μｍ以下の被覆層が形成されていることを特徴とする。このように構成することにより、被覆層と摺動する相手材である樹脂製の摺動部材の摩耗を低減することができるため、摺動部材の寿命を長くすることができ、また、摺動部材の摩耗を低減することで摩耗粉の発生を抑制することができるため、摩耗粉による摩擦係数の上昇を防止することができる。また、被覆層中に５〜６０容量％の固体潤滑剤を添加することにより、摩耗特性及び摩擦特性を向上させることができる。更に、被覆層中には、オイル等のような皮膜の密着性を阻害する成分が添加されていないため、高い長期耐候性を得ることができる。このように、摩耗特性，摩擦特性及び長期耐候性に優れ、厳しい使用条件下においても長期間に亘って安定した性能を発揮できる免震装置用摺動装置を作製することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、実施形態に係る免震装置用摺動装置１について説明する。図１は、建築物２１と基礎２２との間に介装される免震装置用摺動装置１の概略図である。
【０００８】
図１において、免震装置用摺動装置１は、建築物２１と基礎２２との間に介装されるものであり、建築物２１に固定される上部支持体５と、基礎２２に固定され且つ建築物２１と基礎２２とが相対的に変位したときにその上面を上部支持体５が摺動する下部支持体２と、から構成されている。
【０００９】
まず、上部支持体５は、鋼材を重ね合わせることにより形成されて建築物２１に対して直接取り付けられる取付部材８と、弾性体を介して取付部材８の下部に取り付けられる上部基材６と、鋼板及び樹脂層の複層構造で形成されて上部基材６の下面に接着剤により接着される摺動部材７と、から構成されている。この摺動部材７は、鋼板上に銅合金の多孔質焼結層を設け、この多孔質焼結層の表面にポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと表示）系の樹脂組成物を含浸被覆させた後、樹脂組成物を加熱焼成して樹脂層とすることにより、鋼板と樹脂層とからなる複層構造に製造されるものである。なお、摺動部材７の樹脂層には、摩耗特性，摩擦特性を向上させるために二硫化モリブデン（以下、ＭｏＳ₂と表示）又は黒鉛（以下、Ｇｒと表示）等の固体潤滑剤あるいはシリコンオイル（以下、Ｓｉオイルと表示）を添加する場合がある。
【００１０】
また、上記のように製造された摺動部材７と上部基材６との接合は、まず、上部基材６及び摺動部材７の接合部の表面を、サンドブラスト，サンドペーパー又は機械加工によりＲｙ（表面粗度の最大高さ）を５〜２０μｍに粗面化した後、有機溶剤で脱脂を行う。次に、上部基材６及び摺動部材７の接合部に接着剤を塗布した後、上部基材６及び摺動部材７の接合部を貼り合わせ、治具により加圧接合する。このようにして摺動部材７と上部基材６とが接合される。なお、Ｒｙとは、基準長さ内での、粗さ曲線の山頂点と谷底線との距離の絶対値の和を示している。
【００１１】
次に、下部支持体２は、ステンレス製の下部基材３と、下部基材３の表面に形成される被覆層４と、から構成されている。この被覆層４は、ポリアミドイミド樹脂（以下ＰＡＩと表示），エポキシ樹脂（以下、ＥＰと表示），フラン樹脂，フェノール樹脂，ポリアミド樹脂のいずれかの熱硬化性樹脂と５〜６０容量％の固体潤滑剤とから構成されると共にそのＲａ（表面粗度の算術平均粗さ：ＪＩＳＢ０６０１）が０．５μｍ以下となっており、このＲａの値は小さいほどよい。また、固体潤滑剤は、ＰＴＦＥ又はＧｒ又はＭｏＳ₂のうちいずれか１種又はこれらの混合物であり、摩耗特性及び摩擦特性を向上させるために添加されるものであるが、添加量が５％未満では、摩耗特性及び摩擦特性の向上の効果を得ることができず、添加量が６０容量％を超えると、被覆層４の硬度が低下してしまう。
【００１２】
また、被覆層４の硬度は、鉛筆硬度でＨ以上であるが、６Ｈ以下であることが望ましく、これは、６Ｈを超えると相手材である摺動部材７の摩耗量を増大させる可能性があるためである。
【００１３】
この下部基材３と被覆層４とから構成される下部支持体２の製造は、まず、下部基材３の後述する塗液が塗布される塗布面を有機溶剤により脱脂を行い、清浄な面にした後、下部基材３を炉にて４０〜８０℃に予熱する。この状態で、ジメチルホルムアミド等の有機溶剤に上記した熱硬化性樹脂を溶解させると共に上記した固体潤滑剤を分散させた塗液を、前記塗布面にスプレーにより塗布する。塗液は、５〜５０μｍ厚さの範囲で塗布すればよいが、２０μｍの厚さで塗布されるのが好ましい。下部基材３に塗液を塗布した後、塗液を２５０〜３５０℃でキュアリングして固化することにより、下部基材３上に鉛筆硬度でＨ以上の硬度を有する被覆層４が形成される。下部基材３上に被覆層４が形成された後、下部支持体２を冷却し、被覆層４の表面をバフ又はサンドペーパー等により研磨し、被覆層４のＲａが０．５μｍ以下となるように調整する。このようにして、下部支持体２が製造される。
【００１４】
なお、塗液に固体潤滑剤としてＰＴＦＥを添加した場合、ＰＴＦＥの添加量が多いほど形成される被覆層４の硬度が低下する。また、塗液が、固体潤滑剤が添加されずに熱硬化性樹脂単独で構成されている場合には、キュアリング温度が２００℃程度でも形成される被覆層４の硬度は鉛筆硬度でＨ以上となり、キュアリング温度を３５０℃程度とすれば、硬度は鉛筆硬度で４〜５Ｈ程度まで向上させることができる。しかし、キュアリング温度が３５０℃を超えると、熱硬化性樹脂がもろくなって分解してしまい、２００℃未満では、硬度を鉛筆硬度でＨ以上とすることができない。このように、形成される被覆層４の硬度は、キュアリング温度，ＰＴＦＥの添加量によって変化するものであるため、製造の条件は、鉛筆硬度でＨ以上６Ｈ以下となる条件であればよい。
【００１５】
上記した、下部支持体２及び上部支持体５を用いて、免震装置用摺動装置１を組み立てるには、まず、下部支持体２は、図示しないアンカーボルトによって基礎２２の下面に取り付けられる。一方、建築物２１に埋設された取付ボルト９を上部支持体５の取付穴（図示しない）に挿通し、取付ボルト９に取付ナット１０を螺着することにより、上部支持体５を建築物２１に対して取り付ける。そして、上記した建築物２１に取り付けられた上部支持体５を、基礎２２に取り付けられた下部支持体２上に載置することにより、免震装置用摺動装置１が組み立てられ、建築物２１と基礎２２との間に介装されることとなる。
【００１６】
また、免震装置用摺動装置１の左右両側方には、建築物２１と基礎２２とに亘って復帰用ダンパ部材１１が設置されている。この復帰用ダンパ部材１１は、建築物２１及び基礎２２に取り付けられる上下２つのフランジ部１３と、ゴム等の弾性部材により形成されて２つのフランジ部１３を連結する弾性部１２と、から構成されている。この復帰用ダンパ部材１１は、取付ボルト（図示しない）をフランジ部１３に穿設された取付穴（図示しない）に挿通し、建築物２１及び基礎２２にそれぞれ螺着することにより取り付けられるものであり、地震後の建築物２１の揺れが停止する際に、建築物２１を元の位置に戻す働きをするものである。なお、復帰用ダンパ部材１１として、免震装置用摺動装置１の左右両側に取り付けられるものを示したが、免震装置用摺動装置１の左右両側に取り付けられるものに限らず、建築物２１と基礎２２との間で任意の位置に取り付けられるものであってもよい。
【００１７】
しかして、上記のように組み立てられた免震装置用摺動装置１を備えた建築物２１及び基礎２２が地震の影響を受けた場合、基礎２２に固定された下部支持体２が横揺れし、上部支持体５が下部支持体２上を摺動する。このように、上部支持体５が下部支持体２上を摺動することにより、横揺れが吸収されるため、地震による揺れが建築物２１に伝わり難く、建築物２１が地震から保護されることとなる。そして、地震が止まった後、建築物２１が上部支持体５を介して下部支持体２上を若干揺れることになるが、この揺れは、復帰用ダンパ部材１１の弾性部１２の復元力及び被覆層４と摺動部材７との間のすべり摩擦抵抗によって徐々に収束し、やがて建築物２１は、復帰用ダンパ部材１１の復元力によって基礎２２に対して元の位置で停止することとなる。
【００１８】
なお、上記した実施形態においては、建築物２１側に摺動部材７が、基礎２２側に被覆層４が形成されたものを示したが、建築物２１側に被覆層４が、基礎２２側に摺動部材７が形成されているものであってもよい。
【００１９】
次に、被覆層４及び摺動部材７の組成を変えた複数の試験試料を用い、摩耗量及び摩擦係数を測定するために行った往復摺動試験について、表１及び表２を参照して説明する。表１は、被覆層４及び摺動部材７の摩耗量と摩擦係数を測定するための往復摺動試験の条件と、被覆層４の硬度を測定するための硬度計の条件を示す表であり、表２は、被覆層４の組成，表面粗さ，硬度及び摺動部材７の組成を変えて試験を行った場合の試験結果を示す表である。
【００２０】
試験を行うための試験試料として、表２の実施例１〜１２に示す被覆層４及び摺動部材７の組成の異なる試験試料を用いた。また、比較する試験試料として、表２の比較例１〜６に示す被覆層４及び摺動部材７の組成の異なる試験試料を用いた。
【００２１】
表２に示す試験試料のうち、ベースとなる合成樹脂として、被覆層４では、実施例１〜５，８〜１２及び比較例１〜６についてＰＡＩを、実施例６についてＥＰを、実施例７についてフラン樹脂（図中、フランと記載）を用い、摺動部材７では、実施例１〜１２及び比較例１〜６のすべてについてＰＴＦＥを用いた。
【００２２】
また、被覆層４では、実施例１〜１２及び比較例２〜６については、固体潤滑剤としてＰＴＦＥが添加されているが、比較例１には、何も添加されておらず、実施例４及び比較例３では、ＰＴＦＥに加えてＭｏＳ₂が、実施例５では、ＰＴＦＥに加えてＧｒが添加されている。
【００２３】
また、摺動部材７では、実施例８，１０〜１２及び比較例４〜６については、固体潤滑剤としてＭｏＳ₂が、実施例９については、Ｇｒが添加されており、実施例１１，１２及び比較例５，６では、更にＳｉ（シリコン）オイルが添加されている。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
表２に示す、摩耗量及び摩擦係数に関する試験結果から次のことが判明した。まず、摺動部材７の摩耗量を比較した場合、実施例１〜１２では、１〜７μｍであるのに対し、比較例１〜６では、１２〜２１μｍであり、実施例１〜１２よりも大幅に高い値を示している。これは、被覆層４のＲａが実施例１〜１２では、０．１３〜０．３５μｍで、すべて０．５μｍ以下となっているのに対し、比較例２〜６では、実施例１〜１２よりも高い０．５１〜０．８３μｍとなっているためであり、被覆層４の表面が粗いため摺動部材７を摩耗させ易くしている。ただし、比較例１に関しては、被覆層４のＲａが０．１０μｍと低いにもかかわらず摺動部材７の摩耗量が１２μｍと高いのは、比較例１の被覆層４は、ＰＡＩ単体で構成され、ＰＡＩは、摺動特性が低いため、摺動部材７を摩耗させ易いことによるものである。
【００２７】
次に、被覆層４の摩耗量を比較した場合、実施例１〜１２では、０〜１μｍであるのに対し、比較例２〜６では、４〜２３μｍであり、実施例１〜１２よりも大幅に高い値を示している。これは、被覆層４の硬度が実施例１〜１２では、鉛筆硬度でＨ〜４Ｈとなっているのに対し、比較例２〜６では、実施例１〜１２よりも軟らかいＢ〜４Ｂとなっているためである。ただし、比較例１に関しては、被覆層４の硬度を４Ｈとしているため、摩耗し難く、摩耗量が０μｍとなっている。
【００２８】
また、実施例１〜１２の被覆層４中には、オイル等のような皮膜の密着性を阻害する成分が添加されていないため、高い長期耐候性を得ることができる。
【００２９】
次に、摩擦係数を比較した場合、実施例１〜１２では、０．００９〜０．０３５であるのに対し、比較例１〜６では、０．０４７〜０．０７０であり、実施例１〜１２よりも高い値を示している。これは、実施例１〜１２では、被覆層４及び摺動部材７の摩耗量が少ないため、摩耗粉の発生を抑制することができ、摩耗粉によって摩擦係数が上昇することを防止できるが、比較例１〜６では、被覆層４及び摺動部材７の摩耗量が多いため、摩耗粉が発生し、摩耗粉によって摩擦係数が上昇するものである。
【００３０】
上記した被覆層４及び摺動部材７を用いて免震装置用摺動装置１を設計する際に、摩擦係数が高いと被覆層４が摺動部材７上を摺動し難くなってしまい、免震装置用摺動装置１としての機能を果たさなくなってしまうが、上記したように、Ｒａの値が低く且つ硬度が鉛筆硬度でＨ以上の実施例１〜１２の被覆層４及び摺動部材７では、摩擦係数が低く、免震装置用摺動装置１への適用に際して適正な値であるため、免震装置用摺動装置１としての機能を十分に引き出すことができる。
【００３１】
なお、実施例１〜１２の被覆層４においてＲａの最大値は、０．３５μｍとなっているが、Ｒａを０．５０μｍとした場合にも同様に良好な結果が得られた。
【００３２】
【発明の効果】
以上、説明したところから明らかなように、請求項１に係る発明においては、被覆層の表面粗度の算術平均粗さを０．１３〜０．３５μｍ以下とすることで、被覆層と摺動する相手材である樹脂製の摺動部材の摩耗を低減することができるため、摺動部材の寿命を長くすることができ、また、摺動部材の摩耗を低減することで摩耗粉の発生を抑制することができるため、摩耗粉による摩擦係数の上昇を防止することができる。また、被覆層中に５〜６０容量％の固体潤滑剤を添加することにより、摩耗特性及び摩擦特性を向上させることができる。更に、被覆層中には、オイル等のような皮膜の密着性を阻害する成分が添加されていないため、高い長期耐候性を得ることができる。このように、摩耗特性，摩擦特性及び長期耐候性に優れ、厳しい使用条件下においても長期間に亘って安定したを性能を発揮できる免震装置用摺動装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基礎と建築物との間に介装される免震装置用摺動装置の概略図である。
【符号の説明】
１免震装置用摺動装置
２下部支持体
３下部基材
４被覆層
５上部支持体
６上部基材
７摺動部材
２１建築物
２２基礎

Claims

建築物と基礎との間に介装されて該建築物を水平方向に移動可能に支持する免震装置用摺動装置において、
該免震装置用摺動装置は、前記建築物に固定され且つその表面に樹脂製の摺動部材を有する上部支持体と、前記基礎に固定され且つ前記建築物と前記基礎とが相対的に変位したときにその上面を前記上部支持体が摺動する下部支持体と、から構成され、
前記下部支持体の表面には、有機溶剤に溶解させた熱硬化性樹脂に、その硬度が鉛筆硬度でＨ以上６Ｈ以下となるように５〜６０容量％のポリテトラフルオロエチレン又は黒鉛又は二硫化モリブデンのうちいずれか１種又はこれらの混合物である固体潤滑剤を分散させた塗液を塗布させて２５０〜３５０℃でキュアリングすることにより固化されると共にその表面粗度の算術平均粗さが０．１３〜０．３５μｍ以下の被覆層が形成されていることを特徴とする免震装置用摺動装置。