JP4936664B2 - 滑り支承材料としての超高分子量ポリエチレンの利用方法、滑り支承、及び、滑り支承材料 - Google Patents

Description

本発明は、高速区間またはリニアモーターカーの橋梁および車両支持体において使用する、より大きな荷重強度や耐久性を得るための土木用滑り支承、特に橋梁用滑り支承、滑り支承材料、及びそのような滑り支承の材料利用技術に関する。

土木および特に橋梁工事において使用するための滑り支承材料は欧州規格ＥＮ１３３７−２“滑り機械要素”において特性および構造上の条件に関して規格化されている。従来の滑り機械要素では、滑り支承材料として熱可塑性プラスチックおよび特にテフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ）が頻繁に使用されている。これらは前記規格に相応する条件を満たしている。

土木および特に橋梁構造体の工事における技術上の改良により、周囲温度、許容される滑り速度ならびに許容される加算滑り量および耐摩耗性に依存して許容圧、滑り抵抗に関して滑り支承材料に対する仕様は非常に高くなっている。これらのパラメータを変更、つまりこれらのパラメータに関する特定の限界値を越えることは、構造的に別の簡単でよりすぐれた解決策を見つけ出すことで可能となる。

例えば高速鉄道ならびにリニアモーターカー等といった高速区間の橋梁構造体では、滑り支承材料に関して特に高い仕様が設定される。前記高速区間用の橋梁構造体の場合、橋梁上を高速で走行する列車によって支承には急激にかつ頻繁に発生する大きな荷重が加えられる。こうした仕様条件を満たすために、改良された滑り支承材料を準備しなければならない。

従って本発明の課題は、これまでに使用された滑り支承材料から改良された性質を有する滑り支承あるいは滑り支承材料を提供することである。高速区間の橋梁支承用に適合すべく要求される性質の組み合わせを滑り支承材料によって保証しなければならない。

本課題は、請求項１に記載の滑り支承材料の利用方法、すなわち、橋梁滑り支承などの土木用の滑り支承を構成する板状滑り支承材料としての超高分子量ポリエチレンの利用方法において、欧州規格ＥＮ１３３７−２（２０００年版）に基づいて規定される基準値を用いて行なわれる検査において、面圧、滑り量、滑り速度の少なくともいずれか一つに関しては前記基準値よりも大きな値を採用して検査される際に、つまり、面圧であれば３０ＭＰａよりも大きな値、滑り量であれば１０２４２ｍよりも大きな値、滑り速度であれば２ｍｍ/ｓよりも大きな値、を採用して検査される際に、ＥＮ１３３７−２（２０００年版）に規定される摩擦係数を満たす超高分子量ポリエチレンを選択し、当該選択された超高分子量ポリエチレンを前記滑り支承材料として利用することを特徴とする超高分子量ポリエチレンの利用方法によって解決される。あるいは請求項８に記載の滑り支承ならびに請求項１４に記載の滑り支承材料によって解決される。好適な実施態様は従属形式の請求項に記載されている。

本発明により、土木用の支承、特に橋梁滑り支承、好ましくは高速区間の橋梁のために使われるものには、支承における滑り支承材料としての超高分子量ポリエチレンを利用することが提案される。さまざまな支承材料による広範囲な試験に基づいて明らかとなったのは、土木用の支承特に橋梁滑り支承で利用するために必要となる上述の仕様に対応する性質を満たしていることである。好ましくは３百万ｇ／ｍｏｌないし６百万ｇ／ｍｏｌの超高分子量によって超高分子量ポリエチレンは極度に高い、実際には無限に高い融解粘度を有し、さらに極めてすぐれた粘度ならびに卓越した切削抵抗および耐摩耗性を有する。例えば周囲温度、許容される滑り速度ならびに許容される滑り量によって異なる面圧、滑り抵抗といった他の要求されるパラメータは、産業用に利用されている公知の滑り支承材料のそれを超えていることは明らかである。ここでは、欧州規格ＥＮ１３３７−２は現在の水準としての有効な仕様を示しており、広範囲な内容を含んでいる。欧州規格ＥＮ１３３７−２で要求されるとともに検査されるパラメータに関しては、個々のパラメータ単独でもその組み合わせでもしかも低い温度下でもはるかに上回るものである。

従属形式の請求項に基づく超高分子量ポリエチレンの利用は特に適用範囲を限定しており、面圧、滑り量、滑り速度および使用温度に関して適切な値が示されている。これらは、支承の摩耗、使用形態（温度）等といった滑り支承の形状および利用に関してさらに利点をもたらす。速度および圧力からこの製品の摩耗が増大すると、滑り支承材料および滑り支承の耐久性にも影響を及ぼす。

形状安定性を改善するために滑り支承材料には充填材が備えられている。この場合特にグラスファイバ、ガラス微粒子およびセラミック微粒子が使用される。同様の方法によって別の性質に改善するために別の添加物を添加することができるが、特に滑り特性を改善することは有用である。この場合には煤、ＭｏＳ_２または好ましくは油を使用する。滑り支承材料としての超高分子量ポリエチレンの滑り特性をさらに改善することができる。いかなる形態、特に平らで屈曲した滑り円板または滑り板の形態での滑り支承材料には余分な潤滑剤を受け入れるためのグリースポケットが設けられている。滑り支承材料はガイド帯の形態とすることも可能である。

特定の定義された性質に合わせるためにさらに好適となるのは、適切な割合でさまざまな超高分子量ポリエチレンをさまざまな分子量と混ぜ合わせることである。

好適な実施例では発明に基づいて超高分子量ポリエチレンを滑り支承材料として橋梁滑り支承に使用した。この時滑り支承材料は支持板によって平らな滑り円板の形態で受け入れられ、この場合滑り円板は滑り円板の厚さの半分まで支持板に嵌め込まれている。欧州規格ＥＮ１３３７−２に基づく適性試験によって明らかとなったのは、ＰＴＦＥとは対照的に超高分子量ポリエチレンでは５倍の滑り速度の場合に少なくとも５０％の大きな面圧ならびに少なくとも３倍の滑り量が得られることである。さらに、上述した大きな荷重であるにもかかわらず、作動時間が終了するまでの期間中−３５℃までの周囲温度である場合にもその摩擦係数の維持を欧州規格ＥＮ１３３７−２に基づいて測定した確認すること
ができた。

本発明の別の観点により独立した保護を好適な実施例に対して要求する場合に特に好適であることが明らかなのは、超高分子量ポリエチレンと基本的にはシリコングリースである潤滑剤とを組み合わせることである。この組み合わせによって耐久性および滑り量全体に関して特に好適であり、さらに耐摩耗性についても特に有利であることが明らかとなった。この場合に明らかとなったのは、特に滑り支承の動作時に摩耗が生じるような、押し付けや擦り付けによるシリコングリースの入り込みによっておそらく石鹸や油の成分の分離が生じることとなり、この場合に表面層が改質する。滑り支承における荷重負荷によって潤滑剤がすでに滑り面から除去されている場合には、好適な滑り特性あるいは耐磨耗性についてさらに確認しておく必要がある。

特にリチウム鹸化されたシリコングリースはメチルフェニルシリコングリースに基づくシリコングリースとして評価される。必要となる性質のうちの一つまたは複数を有する限りにおいて別のシリコングリースを使用することも考慮されてよい。使用されているシリコングリースは、ＤＩＮ ＩＳＯ−２１７６に基づいて＞２００℃の滴点，特に２１０℃であり、ＤＩＮ ＩＳＯ−２１３７に基づいて２０ｍｍ−３５ｍｍの混和ちょう度，特に２５ｍｍ−３０ｍｍ，好ましくは２６.５ｍｍないし２９.５ｍｍであり、ＤＩＮ ５１８０５に基づいて２０℃の場合には＜２００ｈＰａの押し出し圧力あるいは−４０℃の場合には＜１０００ｈＰａの押し出し圧力であり、ＤＩＮ ５１８１７に基づいて４０℃で１８時間の場合において＜１．５％の油分離，特に＜１％の油分離の特性をもつものである。

Claims (21)

1. 橋梁滑り支承などの土木用の滑り支承を構成する板状滑り支承材料としての超高分子量ポリエチレンの利用方法において、
   欧州規格ＥＮ１３３７−２（２０００年版）に基づいて規定される基準値を用いて行なわれる検査において、面圧、滑り量、滑り速度の少なくともいずれか一つに関しては前記基準値よりも大きな値を採用して検査される際に、つまり、面圧であれば３０ＭＰａよりも大きな値、滑り量であれば１０２４２ｍよりも大きな値、滑り速度であれば２ｍｍ/ｓよりも大きな値、を採用して検査される際に、ＥＮ１３３７−２（２０００年版）に規定される摩擦係数を満たす超高分子量ポリエチレンを選択し、当該選択された超高分子量ポリエチレンを前記滑り支承材料として利用することを特徴とする超高分子量ポリエチレンの利用方法。
2. 前記滑り支承がリニアモーターカーのための構造体の中で使用され、欧州規格ＥＮ１３３７−２（２０００年版）の条件を超える荷重負荷を受けることを特徴とする請求項１に記載の超高分子量ポリエチレンの利用方法。
3. 前記滑り支承材料が欧州規格ＥＮ１３３７−２（２０００年版）に基づく最大基準値の１.５倍までの面圧を許容することを特徴とする請求項１又は２に記載の超高分子量ポリエチレンの利用方法。
4. 前記滑り支承材料が欧州規格ＥＮ１３３７−２（２０００年版）に基づく最大基準値の３倍までの滑り量を許容することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超高分子量ポリエチレンの利用方法。
5. 前記滑り支承材料が欧州規格ＥＮ１３３７−２（２０００年版）に基づく最大基準値の５倍までの滑り速度を許容することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の超高分子量ポリエチレンの利用方法。
6. 前記滑り支承材料が−３５℃温度下で欧州規格ＥＮ１３３７−２（２０００年版）に基づく要件を満たしていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の超高分子量ポリエチレンの利用方法。
7. 超高分子量ポリエチレンとともに初期潤滑の目的でシリコングリースが使用されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の超高分子量ポリエチレンの利用方法。
8. 請求項３から６のいずれか１項に記載の超高分子量ポリエチレンの利用方法を用いた産業用滑り支承であって、欧州規格ＥＮ１３３７−２の条件より大きな荷重負荷を受ける橋梁用であるものにおいて、
   前記滑り支承が滑り支承材料として超高分子量ポリエチレンを備えていることを特徴とする滑り支承。
9. 前記滑り支承材料には形状安定性を改善するために充填材として、グラスファイバ、ガラス微粒子、および、セラミック微粒子が含まれていることを特徴とする請求項８に記載の滑り支承。
10. 前記滑り支承材料には滑り特性を改善するために添加物として、煤、ＭｏＳ_２、油のいずれかが含まれていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の滑り支承。
11. 前記滑り支承は平らな又は湾曲した滑り円板あるいは滑り板の形態またはガイド帯の形態での滑り支承材料を備えていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の滑り支承。
12. 前記滑り支承材料が潤滑剤を受け入れるためのグリースポケットを有することを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の滑り支承。
13. グリースポケットに、初期潤滑用のシリコングリースが備えられることを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の滑り支承。
14. 前記滑り円板又は滑り板が支持板に設けられ、その際板厚の半分まで入り込むことを特徴とする請求項１１に記載の滑り支承。
15. 圧力負荷や擦り付け塗布によって，シリコングリースが表面に入り込むことを特徴とする請求項８から１４のいずれか１項に記載の滑り支承材料。
16. 滑り支承の支承作用によって、シリコングリースが表面に入り込むことを特徴とする請求項１５に記載の滑り支承材料。
17. シリコングリースがメチルフェニルシリコングリースに基づくシリコングリースであることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の滑り支承材料。
18. シリコングリースが以下の性質、
    滴点：ＤＩＮ ＩＳＯ−２１７６（１９９７年版）に基づいて＞２００℃；
    混和ちょう度：ＤＩＮ ＩＳＯ−２１３７（１９８５年版）に基づいて２０ｍｍ−３５ｍｍ；
    押し出し圧力：ＤＩＮ ５１８０５（１９７４年版）に基づいて２０℃で＜２００ｈＰａ；
    押し出し圧力：ＤＩＮ ５１８０５（１９７４年版）に基づいて−４０℃で＜１０００ｈＰａ；
    油分離：ＤＩＮ ５１８１７に基づいて４０℃で１８時間において＜１.５％；
    を有することを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の滑り支承材料。
19. 前記混和ちょう度が、ＤＩＮ ＩＳＯ−２１３７（１９８５年版）に基づいて、２５ｍｍ−３０ｍｍであることを特徴とする請求項１８に記載の滑り支承材料。
20. 前記混和ちょう度が、ＤＩＮ ＩＳＯ−２１３７（１９８５年版）に基づいて、２６.５ｍｍ−２９.５ｍｍであることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の滑り支承材料。
21. 前記油分離が、ＤＩＮ ５１８１７（１９９８年版）に基づいて４０℃で１８時間において＜１％であることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の滑り支承材料。