免震構造体のプラグ用組成物、免震構造体用プラグ及び免震構造体
【課題】十分な減衰性能、変位追従性等を有する免震構造体用プラグを提供することが可能な免震構造体のプラグ用組成物を提供する。
【解決手段】エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを含有することを特徴とする免震構造体のプラグ用組成物である。前記エラストマー成分は、少なくとも一部が未架橋であることが好ましく、前記補強性充填剤としては、カーボンブラック及びシリカが好ましく、前記粉体としては、金属粉及び金属化合物粉が好ましく、鉄粉が特に好ましい。
【解決手段】エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを含有することを特徴とする免震構造体のプラグ用組成物である。前記エラストマー成分は、少なくとも一部が未架橋であることが好ましく、前記補強性充填剤としては、カーボンブラック及びシリカが好ましく、前記粉体としては、金属粉及び金属化合物粉が好ましく、鉄粉が特に好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震構造体のプラグ用組成物、該組成物を用いた免震構造体用プラグ及び該プラグを用いた免震構造体に関し、特には、十分な減衰性能、変位追従性等を有するプラグを提供することが可能な免震構造体のプラグ用組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゴム等の粘弾性的性質を有する軟質板と鋼板等の硬質板とを交互に積層した免震構造体が、免震装置の支承等として使用されている。このような免震構造体の中には、例えば、軟質板と硬質板とからなる積層体の中心に中空部を形成し、該中空部の内部にプラグが圧入されたものがある。
【０００３】
上記プラグとしては、全体が鉛からなるプラグが使用されることが多く、積層体がせん断変形する際に、該プラグが塑性変形することで振動のエネルギーを吸収する。しかしながら、鉛は、環境負荷が大きく、また、廃却時等に要するコストが大きい。このため、鉛の代替材料を用いて、十分な減衰性能、変位追従性等を有するプラグを開発することが試みられている。例えば、特公平７−８４８１５号には、鉛プラグに代えて、積層体の中空部に粘性体と固体物質とを封入し、固体物質の隙間を粘性体で充填するようにした免震装置が提案されている。
【０００４】
しかしながら、特公平７−８４８１５号は、粘性体として、鉱物油、植物油等の液状物質を例示しているが、長期の使用では液状物質中で固体物質が沈殿してしまい、分散性が悪化してしまう。この結果、局所的に減衰性能が変化して、安定した減衰性能を発揮できないという問題があった。
【０００５】
この問題に対して、特開２００６−３１６９９０号公報には、積層体の中空部に塑性流動材と硬質充填材を充填した免震装置が開示されている。また、該公報は、塑性流動材としては、せん断降伏応力が特定の範囲にある材料が好ましいこと、更に、硬質充填材として、金属、硬質樹脂、硬質繊維を例示している。
【０００６】
【特許文献１】特公平７−８４８１５号公報
【特許文献２】特開２００６−３１６９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記したような従来の鉛プラグの代替技術では、プラグとして十分な減衰特性、変位追従性等を有する免震構造体用プラグを得ることができないため、性能面で改善の余地がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、十分な減衰性能、変位追従性等を有する免震構造体用プラグを提供することが可能な免震構造体のプラグ用組成物を提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる組成物を用いた免震構造体用プラグ及び該プラグを用いた免震構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と補強性充填剤以外の粉体とを含有する組成物を免震構造体のプラグに使用することで、十分な減衰性能、変位追従性等を有する免震構造体が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
即ち、本発明に従う免震構造体のプラグ用組成物は、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを含有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のプラグ用組成物の好適例においては、前記エラストマー成分の少なくとも一部が未架橋である。この場合、プラグが大変形の履歴を受けた後、プラグの位置が再び原点に戻った際に、プラグが元の形状に戻ることができ、その結果、初期と同等の性能を長期に渡って維持することが可能となる。
【００１２】
本発明のプラグ用組成物において、前記補強性充填剤としては、カーボンブラック及びシリカが好ましい。カーボンブラック及びシリカは、エラストマー成分との相互作用によってエラストマー組成物の粘度を向上させる効果が大きいため、プラグの流動抵抗が大きくなり、結果として、プラグの減衰効果が大きくなる。
【００１３】
本発明のプラグ用組成物において、前記粉体としては、金属粉及び金属化合物粉が好ましく、鉄粉が特に好ましい。鉄粉は、安価である上、破壊強度が高く、また、鉄粉を使用することで、プラグが優れた減衰性能を長期に渡って発揮することが可能となる。
【００１４】
本発明のプラグ用組成物の他の好適例においては、前記粉体の含有量が50〜74体積％であり、60〜74体積％であることが更に好ましい。この場合、変形時の粉体同士の摩擦及び粉体と他の成分の間の流動抵抗が十分大きいため、十分な減衰効果が得られる上、繰り返し耐久性も十分確保されており、更には、成形加工性も良好である。
【００１５】
本発明のプラグ用組成物の他の好適例においては、前記エラストマー組成物における前記補強性充填剤の配合量が、前記エラストマー成分100質量部に対して60〜150質量部である。この場合、エラストマー組成物の粘度及び流動抵抗が十分高く、プラグが十分な減衰効果を発揮できる上、混練が容易で、均一な組成物を容易に得ることができ、また、プラグの繰り返し安定性も良好である。
【００１６】
本発明のプラグ用組成物においては、前記粉体の粒径が0.1μm〜2 mmであることが好ましく、1μm〜150μmであることが更に好ましい。この場合、粉体の取り扱いが容易である上、プラグの減衰性能も十分に高い。ここで、粉体の粒径は、レーザー回折による粒子径測定（ＪＩＳ Ｚ８８２５−１）で求められ、該レーザー回折による方法において、粉体の粒子の長軸−短軸の平均（球形と捉えられる）を測定して得られる値である。
【００１７】
本発明のプラグ用組成物の他の好適例においては、前記粉体の形状が不定形である。この場合、プラグの減衰性能が良好である。
【００１８】
また、本発明の免震構造体用プラグは、上記のプラグ用組成物から製造されたことを特徴とし、更に、本発明の免震構造体は、剛性を有する剛性板と弾性を有する弾性板とが交互に積層されてなり、該積層方向に延びる中空部を有する積層体と、該積層体の中空部に圧入されたプラグとを具え、該プラグが上記免震構造体用プラグであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と補強性充填剤以外の粉体とを含有し、分散性が良好な上、十分な減衰性能、変位追従性等を有する免震構造体用プラグを作製することが可能な免震構造体のプラグ用組成物を提供することができる。また、かかる組成物を用いた、十分な減衰性能、変位追従性等を有する免震構造体用プラグ及び該プラグを用いた免震構造体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜プラグ用組成物＞
以下に、本発明のプラグ用組成物を詳細に説明する。本発明に従う免震構造体のプラグ用組成物は、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを含有することを特徴とする。
【００２１】
本発明者らは、十分な減衰性能、変位追従性等を有する免震構造体用プラグを提供するために、種々の粉体のみからプラグを作製し、該プラグを免震構造体に使用してみたが、粉体同士が擦れて割れてしまい、十分な耐久性を有するプラグが得られなかった。この問題点を解決すべく、本発明者らは、再に検討を進めた結果、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを含有する組成物からプラグを作製し、該プラグを免震構造体に使用することで、十分な耐久性、減衰特性、変位追従性等を有する免震構造体用プラグが得られることを見出した。なお、補強性充填剤を含まないエラストマー組成物を使用すると、プラグによる減衰効果が小さいため、本発明のプラグ用組成物は、補強性充填剤を含むことを要する。
【００２２】
本発明のプラグ用組成物に用いるエラストマー成分としては、室温でゴム弾性を呈するもの、例えば、天然ゴムや合成ゴム等のゴム、熱可塑性エラストマーを使用することができ、これらの中でも、天然ゴムや合成ゴム等のゴムを使用することが好ましい。天然ゴムや合成ゴム系のポリマーは、粘弾性体で若干の弾性は示すものの塑性が大きく、大変形にも追従でき、振動後、原点に戻ったときには再び同じ状態に再凝集できる。また、エラストマー成分がゴムの場合（即ち、エラストマー組成物がゴム組成物の場合）、プラグの減衰性能が向上する上、耐久性も向上する。上記エラストマー成分として、より具体的には、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン−プロピレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタン、シリコーンゴム、フッ化ゴム、多硫化ゴム、ハイパロン、エチレン酢酸ビニルゴム、エピクロルヒドリンゴム、エチレン−メチルアクリレート共重合体、スチレン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー等が挙げられる。これらエラストマー成分は、１種単独で用いてもよいし、２種以上をブレンドして用いてもよい。
【００２３】
上記エラストマー成分は、少なくとも一部、好ましくは全てが未架橋であることが好ましく、より具体的には未加硫であることが好ましい。エラストマー成分が完全に架橋されている場合、大変形を受けた際には変形するものの、変形時に粉体の位置が変わることができず、ある限界点をもって変形への追従が不可能となり、架橋エラストマー部分が破断、或いは、架橋エラストマー部分の反発力で元の形状に戻ろうとする。架橋エラストマー部分が破断してしまうと、プラグの位置が原点に戻ってもプラグが元の形状に戻らないため、減衰性能が徐々に低下してしまい、また、架橋エラストマー部分の反発力が働くと、本来の減衰性能が発揮できなくなる。一方、エラストマー成分が未架橋であれば、変形への追従が可能であり、また、プラグが大変形の履歴を受けた後、再び原点に戻った際に、プラグ全体には静水圧がかかっているため、プラグが元の形状に戻ることができ、その結果、初期と同等の性能を長期に渡って維持することが可能となる。なお、架橋点が非常に少ない場合、または、プラグの表面のみが架橋されている場合は、プラグが変形した後に、元の形状に戻れるため、本発明において未架橋とは、架橋反応を未だ完全には経ていない状態をさし、部分的に架橋された状態も包含する。
【００２４】
本発明のプラグ用組成物に用いる補強性充填剤とは、エラストマー成分に対する補強を行っており、自身の凝集力とエラストマー成分との結合力を強く有する物質であり、エラストマー成分に配合されることによって、該結合力によりエラストマー組成物全体の粘度を上昇させ、その結果としてプラグの減衰性能を向上させる作用を有する。一般に、免震構造体のプラグは、地震で発生したエネルギーを吸収する（例えば、熱等に変換する）ことで、減衰効果を発揮するため、プラグの流動抵抗が大きくなるに従って、減衰効果が大きくなる。これに対し、エラストマー成分に補強性充填剤を配合した場合、エラストマー組成物の流動抵抗が大きくなり、十分な減衰性能、変位追従性等を有するプラグを得ることが可能となる。
【００２５】
上記補強性充填剤としては、エラストマー成分との相互作用によってエラストマー組成物の粘度を向上させる効果が大きい点で、カーボンブラック及びシリカが好ましく、カーボンブラックが特に好ましい。ここで、カーボンブラッックとしては、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦグレードのもの等が挙げられ、これらの中でも、ＳＡＦ、ＩＳＡＦグレードのもの等の微粒子で表面積が大きいものが好ましい。また、シリカとしては、湿式シリカ、乾式シリカ、及びコロイダルシリカ等が挙げられる。これら補強性充填剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２６】
上記エラストマー組成物における補強性充填剤の配合量は、上記エラストマー成分100質量部に対して60〜150質量部の範囲が好ましい。補強性充填剤の配合量が60質量部未満では、エラストマー組成物の粘度及び流動抵抗が低く、プラグの減衰性能が不十分となり易い。一方、補強性充填剤の配合量が150質量部を超えると、混練が難しく、均一な組成物を得難くなる上、プラグの繰り返し安定性が低下する。
【００２７】
上記エラストマー組成物には、更に樹脂を配合することが好ましい。上記エラストマー組成物は、補強性充填剤を含むものの、それだけではプラグの大変形の際、減衰性能が低下する傾向がある。これに対して、エラストマー組成物が補強性充填剤に加えて樹脂を含む場合、大変形の際にも、プラグの減衰性能を向上させることができる。また、樹脂は、加工助剤としても作用し、プラグ組成物の混練を容易にすることができる。
【００２８】
上記樹脂としては、粘着付与剤としての作用を有するものが好ましく、より具体的には、フェノール樹脂、ロジン樹脂、ジシクロペンダジエン（ＤＣＰＤ）樹脂、ジシクロペンダジエン−イソプレン共重合体、Ｃ５系石油樹脂、Ｃ９系石油樹脂、脂環式系石油樹脂、Ｃ５留分とＣ９留分を共重合して得られる石油樹脂、キシレン樹脂、テルペン樹脂、ケトン樹脂、及びこれらの樹脂の変性樹脂等が挙げられる。これら樹脂は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、エラストマー組成物における樹脂の配合量は、上記エラストマー成分100質量部に対して20〜100質量部の範囲が好ましい。樹脂の配合量が20質量部未満では、プラグの減衰性能を向上させる効果が小さく、一方、100質量部を超えると、エラストマー組成物の加工性が低下する。
【００２９】
上記エラストマー組成物には、上記エラストマー成分、補強性充填剤、樹脂の他に、老化防止剤、ワックス、可塑剤、軟化剤等のエラストマー組成物に一般に添加される添加剤も配合できる。エラストマー組成物に老化防止剤を配合することにより、長期間経過した後でもプラグの物性変化を小さく抑えることが可能となる。なおそのような目的のために、老化防止剤と共に、酸化防止剤、オゾン劣化防止剤、安定剤、難燃剤等を配合することはとりわけ有効である。
【００３０】
上記可塑剤としては、フタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、テトラヒドロフタル酸、セバシン酸、アゼライン酸、マレイン酸、フマル酸、トリメリット酸、クエン酸、イタコン酸、オレイン酸、リシノール酸、ステアリン酸、リン酸、スルホン酸等の誘導体（例えば、エステル）；グリコール、グリセリン、エポキシの誘導体、重合系可塑剤が挙げられる。これら可塑剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上をブレンドして用いてもよい。
【００３１】
上記軟化剤（オイル）としては、アロマ系オイル、ナフテン系オイル、パラフィン系オイル等の鉱物油系軟化剤；ヒマシ油、綿実油、アマニ油、ナタネ油、大豆油、パーム油、落花生油、ロジン、パインオイル等の植物油系軟化剤；シリコーン油等の低分子量オイルを挙げることができる。これら軟化剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上をブレンドして用いてもよい。
【００３２】
本発明のプラグ用組成物に用いる粉体は、プラグの減衰性能を主として担う材料であり、具体的には、粉体同士の摩擦及び粉体とエラストマー成分との摩擦により振動を減衰させる。ここで、本発明において粉体とは、補強性充填剤以外のものを指し、例えば、金属粉、炭化ケイ素粉等を包含する。なお、プラグ用組成物が粉体を含まない場合、プラグの減衰性能が大幅に低下して、十分な減衰性能、変位追従性等を得ることができない。
【００３３】
上記粉体としては、金属粉が好ましく、また、該金属粉としては、環境への負荷が小さいものが好ましく、例えば、鉄粉、ステンレス粉、ジルコニウム粉、タングステン粉、青銅（ＣｕＳｎ）粉、アルミニウム粉、金粉、銀粉、錫粉、炭化タングステン粉、タンタル粉、チタン粉、銅粉、ニッケル粉、ニオブ粉、鉄−ニッケル合金粉、亜鉛粉、モリブデン粉等が挙げられ、これら金属粉は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、これら金属粉は、金属酸化物粉でもよいため、上記粉体としては、金属酸化物粉等の金属化合物粉も好適に使用できる。これら粉体の中でも、鉄粉が特に好ましい。鉄粉は、安価である上、他の金属粉と対比して破壊強度が高く、また、鉄粉を主成分とする免震構造体用プラグは、固すぎることも脆すぎることもないため、優れた減衰性能を長期に渡って発揮することができる。なお、鉄粉としては、還元鉄粉、電解鉄粉、噴霧鉄粉、純鉄粉、鋳鉄粉等が挙げられるが、これらの中でも、還元鉄粉が好ましい。
【００３４】
本発明のプラグ用組成物において上記粉体の含有量は、50〜74体積％の範囲が好ましく、60〜74体積％の範囲が更に好ましい（即ち、エラストマー組成物／粉体の体積比は50／50〜26／74の範囲が好ましく、40／60〜26／74の範囲が更に好ましい）。プラグ用組成物中の粉体の含有量が50体積％未満では、粉体間の距離が広すぎ、変形時の粉体同士の摩擦、及び粉体と他の成分の間の流動抵抗が小さくなるため、減衰性能が不十分である。一方、プラグ用組成物中の粉体の含有量が74体積％を超えると、粉体同士の接触が増え、繰り返し耐久性が低下する上、プラグ用組成物からプラグを成形する際に、プラグ用組成物から空気を十分に除くことが難しく、プラグの体積が理想体積（空気の混入が無い場合の体積）より大幅に大きくなり、プラグの減衰性能が低下する。なお、プラグ用組成物中の粉体の含有量が60〜74体積％であれば、減衰性能を良好に維持できる上、追従性、繰り返し安定性、加工性も良好となる。
【００３５】
上記粉体の粒径は、0.1μm〜2 mmの範囲が好ましく、1μm〜150μmの範囲が更に好ましい。粉体の粒径が0.1μm未満では、取り扱いが困難であり、一方、粉体の粒径が2 mmを超えると、粉体同士の摩擦が減少して減衰効果が低下する傾向がある。なお、粉体の粒径が1μm以上であれば、取り扱いが容易であり、粉体の粒径が150μm以下であれば、プラグの減衰性能が十分に高い。
【００３６】
また、上記粉体の形状は、不定形であることが好ましい。ここで、不定形とは、球状などの１種類の形状のみではなく、凹凸を有するものや突起を有するものなど、種々の形態を有する形状が混在していることを意味する。バルクを粉砕することなどによって得られる粉体の形状は当然に不定形であるが、球状の粉体を用いた場合と比較したところ、不定形の粉体を用いた方が良好な減衰効果が得られた。これは、不定形の粉体を使用すると、粉体同士、粉体−エラストマー成分間の摩擦の際に引っ掛かり効果のようなものが生じ、球状のもの等を使用した場合と比較して摩擦が大きくなって、減衰性能が良好になるためであると考えられる。
【００３７】
本発明のプラグ用組成物は、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを用いる以外特に制限はなく、例えば、以下のようにして製造することができる。
【００３８】
まず、第一工程において、エラストマー成分に、補強性充填剤と、必要に応じて適宜選択した各種配合剤を加えて混練して、エラストマー組成物を調製する。
【００３９】
次に、第二工程において、上記エラストマー組成物に粉体を加えて更に混練する。第二工程においては、粉体を複数回に分けて配合することが好ましく、粉体を複数回に分けて配合することで、均一なプラグ用組成物を製造することが可能となる。
【００４０】
上記プラグ用組成物の製造の第一及び第二工程には、ニーダー、バンバリーミキサー等の通常の混練装置を用いることができる。また、混練の条件も、特に限定されるものではなく、当該技術分野において通常に用いられている条件を適宜改変して本発明の組成物が十分に混練されるような条件を設定することができる。例えば、第二工程の混練条件としては、回転数が20〜40 rpmの範囲で、温度は100℃程度が好ましい。エラストマー成分の粘度低下を抑えるためには、回転数は低い方が好ましい。また、温度については、エラストマー組成物への粉体の分散を良くするために、エラストマー組成物を軟化させるのに十分な温度が好ましいが、温度が高過ぎると、エラストマー成分が劣化したり、冷却に時間がかかり過ぎて生産性が低下する。なお、混練された組成物を排出する前に、圧力を開放して無加圧で混練することが好ましく、無加圧で混練することによって、組成物が固まりにならず、組成物の取り出しが容易となる。
【００４１】
＜免震構造体用プラグ＞
本発明の免震構造体用プラグは、上述したプラグ用組成物から製造されたことを特徴とし、十分な減衰性能、変位追従性等を有する。本発明の免震構造体用プラグは、上記プラグ用組成物を用いて、例えば、以下のようにして製造することができる。
【００４２】
上記のようにして調製したプラグ用組成物を混練装置から取り出して、成型装置に移し、温度と圧力をかけることによって、プラグへとプレス加工する。この工程で使用するプレス機としては、当該技術分野において通常使用されているものを採用することができる。また、プレス加工の条件も、特に限定されるものではなく、当該技術分野において通常に用いられている条件を適宜改変してプラグの成型に適した条件を設定することができる。例えば、プレス加工の条件としては、プレス温度は常温〜150℃の範囲が好ましく、成形圧力は0.7 t/cm2以上が好ましい。
【００４３】
＜免震構造体＞
本発明の免震構造体は、剛性を有する剛性板と弾性を有する弾性板とが交互に積層されてなり、該積層方向に延びる中空部を有する積層体と、該積層体の中空部に圧入されたプラグとを具え、該プラグが上述の免震構造体用プラグであることを特徴とし、減衰性能、変位追従性等が高い。以下に、図を参照しながら本発明の免震構造体を詳細に説明する。
【００４４】
図１に示す免震構造体１は、剛性を有する剛性板２と弾性を有する弾性板３とが交互に積層されてなり、該積層方向（鉛直方向）に延びる円筒状の中空部を中心部に有する積層体４と、該積層体４の中空部に圧入されたプラグ５と、積層体４及びプラグ５の両端（上端及び下端）に固定されたフランジ板６とを具え、積層体４の外周面が被覆材７で覆われている。
【００４５】
積層体４を構成する剛性板２と弾性板３とは、例えば、加硫接着により、あるいは接着剤により強固に貼り合わされている。なお、加硫接着においては、剛性板２と未加硫ゴム組成物とを積層してから加硫を行い、未加硫ゴム組成物の加硫物が弾性板３となる。ここで、剛性板２としては、鋼板等の金属板、セラミックス板、ＦＲＰ等の強化プラスチックス板等を使用することができる。一方、弾性板３としては、加硫ゴム製の板等を使用することができる。また、本発明の免震構造体を構成する積層体は、被覆材７で覆われていなくてもよいが、積層体４の外周面が被覆材７で覆われている場合、積層体４に外部から雨や光が届かなくなり、酸素やオゾン、紫外線による積層体４の劣化を防止できる。なお、被覆材７としては、弾性板３と同一の材料、例えば、加硫ゴム等を使用できる。
【００４６】
積層体４は、振動により水平方向のせん断力を受けた際には、せん断変形して、振動のエネルギーを吸収する。また、積層体４は、剛性板２と弾性板３とが交互に積層されてなるため、積層方向（鉛直方向）に荷重が作用しても、圧縮が抑制されている。
【００４７】
上記免震構造体１は、積層体４の中空部にプラグ５が圧入されており、振動により水平方向のせん断力を受けた際には、積層体４と共にプラグ５がせん断変形して、振動のエネルギーを効果的に吸収して、振動を速やかに減衰することができる。ここで、本発明の免震構造体は、プラグ５として、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを含有する組成物から製造したプラグが用いられているため、十分な減衰性能、変位追従性等を有する。
【実施例】
【００４８】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１〜１５）
ニーダーを用いて、表１〜２に示す配合処方のエラストマー組成物を調製し、次に、該エラストマー組成物と鉄粉を表１〜２に示す体積比で混練してプラグ用組成物を調製した。次に、該プラグ用組成物を温度100℃、圧力1.3 ton/cm2でプレス加工して直径45 mmで円柱状の免震構造体用プラグを作製した。
【００５０】
（比較例１）
ニーダーを用いて、表３に示す配合処方のエラストマー組成物を調製し、該エラストマー組成物を実施例１〜１５と同様にプレス加工して免震構造体用プラグを作製した。
【００５１】
（比較例２）
鉄粉を実施例１〜１５と同様にプレス加工して免震構造体用プラグを作製した。
【００５２】
（比較例３）
ニーダーを用いて、エラストマー成分と鉄粉を表３に示す体積比で混練してプラグ用組成物を調製した。次に、該プラグ用組成物を実施例１〜１５と同様にプレス加工して免震構造体用プラグを作製した。
【００５３】
（比較例４）
ニーダーを用いて、可塑剤と鉄粉を表３に示す体積比で混練してプラグ用組成物を調製した。次に、該プラグ用組成物を実施例１〜１５と同様にプレス加工して免震構造体用プラグを作製した。
【００５４】
（実施例１６〜１７）
ニーダーを用いて、表３に示す配合処方のエラストマー組成物を調製し、次に、該エラストマー組成物とアルミナ粉又は炭化ケイ素粉を表３に示す体積比で混練してプラグ用組成物を調製した。次に、該プラグ用組成物を実施例１〜１５と同様にプレス加工して免震構造体用プラグを作製した。
【００５５】
（比較例５）
免震構造体用プラグとして、鉄製の円柱を準備した。
【００５６】
＜評価＞
中央に円筒状の中空部を有し、外径が225 mmで、剛性を有する剛性板［鉄板］と弾性を有する弾性板［加硫ゴム（Ｇ'＝0.4 MPa）］とが交互に積層されてなる積層体の中空部に、上記免震構造体用プラグを圧入して、図１に示す構造の免震構造体を作製した。なお、プラグの体積は、積層体の中空部の体積の1.01倍とした。上記免震構造体用プラグに対して、下記の方法で減衰性能、追従性、繰り返し安定性及び成形加工性を評価した。結果を表１〜３に示す。
【００５７】
（減衰性能）
上記免震構造体に対し、動的試験機を用いて鉛直方向に基準面圧をかけた状態で水平方向に加振して規定変位のせん断変形を生じさせた。なお、加振変位は、積層体の総厚さを100％として、歪50〜250％とし、加振周波数は0.33 Hzとし、垂直面圧は10 MPaとした。図２に、水平方向の変形変位（δ）と免震構造体の水平方向荷重（Ｑ）との関係を示す。図２中のヒステリシス曲線で囲まれた領域の面積ΔＷが広くなるほど、振動のエネルギーを多く吸収できることを意味する。ここでは、簡便のため、歪200％における切片荷重Ｑd（変位０における水平荷重値）でプラグの減衰性能を評価した。なお、切片荷重Ｑdは、ヒステリシス曲線が縦軸と交差する点での荷重Ｑd1、Ｑd2を用いて、下記式：
Ｑd＝（Ｑd1＋Ｑd2）／２
から計算した。Ｑdが大きくなる程、ヒステリシス曲線で囲まれた領域の面積が広くなり、減衰性能が優れることを示す。
【００５８】
（追従性）
積層体がせん断変形した際に、プラグがその変形に追従できるか否かを評価し、プラグが変形に追従できる場合を○（良好）、追従できない場合を×（不良）とした。
【００５９】
（繰り返し安定性）
予備試験として、50％、100％、150％、200％、250％歪の各３サイクルずつ、せん断変形を実施した。次に、せん断変形を100％歪（１）、200％歪、100％歪（２）の順に各３サイクルずつかけたとき、Ｑd（100％歪（２）の３サイクル目）／Ｑd（100％歪（１）の３サイクル目）が0.5以上の場合を○（良好）、0.5未満の場合を×（不良）とした。
【００６０】
（成形加工性）
プラグ用組成物をプレス加工して免震構造体用プラグを作製する際の加工性を評価し、加工性が良好な場合を○、加工性が悪い場合を×とした。
【００６１】
【表１】
【００６２】
【表２】
【００６３】
【表３】
【００６４】
*1 天然ゴム, 未加硫, ＲＳＳ＃４
*2 ポリブタジエンゴム（低シス）, 未加硫, 旭化成製「ジエンＮＦ３５Ｒ」
*3 カーボンブラック, ＩＳＡＦ, 東海カーボン製「シースト６Ｐ」
*4 樹脂, 日本ゼオン製「ゼオファイン」、新日本石油化学製「日石ネオポリマー１４０」、丸善石油化学製「マルカレッツＭ−８９０Ａ」, 「ゼオファイン」：「日石ネオポリマー１４０」：「マルカレッツＭ−８９０Ａ」＝40：40：20（質量比）
*5 可塑剤, ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）
*6 その他の配合剤, 亜鉛華、ステアリン酸、老化防止剤［住友化学製「アンステージ６Ｃ］、ワックス［新日本石油製「プロトワックス１」］, 亜鉛華：ステアリン酸：老化防止剤：ワックス＝4：5：3：1（質量比）
*7 鉄粉１, 粒径＝40μm, 不定形還元鉄粉
*8 鉄粉２, 粒径＝45μm, 球状鋳鉄粉
*9 鉄粉３, 粒径＝8μm, 不定形還元鉄粉
*10 鉄粉４, 粒径＝8μm, 球状カルボニル鉄粉
*11 アルミナ粉, 粒径＝50μm
*12 炭化ケイ素粉, 粒径＝1μm
*13 エラストマー成分／粉体の体積比
*14 可塑剤／粉体の体積比
【００６５】
表１〜２の実施例１〜１５から、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、鉄粉とを含有するプラグ用組成物から作製したプラグを用いることで、免震構造体の減衰性能を十分に確保できることが分かる。
【００６６】
一方、表３の比較例１から、エラストマー組成物から作製したプラグを用いた場合、免震構造体の減衰性能が実施例に比べて大幅に低下することが分かる。この結果から、粉体が減衰効果に大きく寄与していることが分かる。
【００６７】
また、比較例２から、鉄粉から作製したプラグを用いた場合、繰り返し安定性が悪いことが分かる。これは、鉄粉同士が擦れあって壊れてしまうためであると考えられる。従って、粉体の間に、エラストマーが介在している必要があることが分かる。
【００６８】
また、比較例３から、補強性充填剤を使用せず、エラストマー成分と鉄粉から作製したプラグを用いた場合、プラグ用組成物中の鉄粉１の体積％が同一の実施例１、６、７、１１及び１２に比べて、減衰性能が低下することが分かる。この結果から、補強性充填剤が減衰効果に寄与していることが分かる。
【００６９】
また、比較例４から、エラストマー成分及び補強性充填剤を使用せず、可塑剤と鉄粉から作製したプラグを用いた場合、プラグ用組成物中の鉄粉１の体積％が同一の実施例１、６、７、１１及び１２に比べて、減衰性能が低下することが分かる。
【００７０】
また、鉄粉の代わりにアルミナ粉やＳｉＣ粉を用いてプラグを作製した実施例１６及び１７と、プラグ用組成物中の粉体の体積％が同一の実施例１、６、７、１１、１２及び１５との比較から、粉体として金属粉、特には鉄粉を使用することで、減衰性能が向上することが分かる。
【００７１】
また、比較例５から、プラグとして鉄製の円柱を用いた場合、追従性が悪いことが分かる。
【００７２】
更に、実施例１〜５及び８から、プラグ用組成物中の粉体の含有量が50体積％以上であれば、より優れた減衰性能が得られ、また、プラグ用組成物中の粉体の含有量が60体積％以上であれば、より一層優れた減衰性能が得られることが分かる。
【００７３】
また、実施例２及び９から、プラグ用組成物中の粉体の含有量が74体積％以下であれば、成形加工性がより向上する（具体的には、成形時にプラグ用組成物から空気を十分に除くことが可能となる）ことが分かる。
【００７４】
更に、実施例６及び１０から、補強性充填剤の配合量がエラストマー成分100質量部に対して60質量部以上であれば、より優れた減衰性能が得られることが分かる。
【００７５】
また、実施例７及び１１から、補強性充填剤の配合量がエラストマー成分100質量部に対して150質量部以下であれば、繰り返し安定性が良好で、成形加工性が向上する（具体的には、組成物の混練が容易となる）ことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の免震構造体の一例の断面図である。
【図２】プラグを使用した免震構造体における、水平方向の変形変位（δ）と水平方向荷重（Ｑ）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１ 免震構造体
２ 剛性板
３ 弾性板
４ 積層体
５ プラグ
６ フランジ板
７ 被覆材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震構造体のプラグ用組成物、該組成物を用いた免震構造体用プラグ及び該プラグを用いた免震構造体に関し、特には、十分な減衰性能、変位追従性等を有するプラグを提供することが可能な免震構造体のプラグ用組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゴム等の粘弾性的性質を有する軟質板と鋼板等の硬質板とを交互に積層した免震構造体が、免震装置の支承等として使用されている。このような免震構造体の中には、例えば、軟質板と硬質板とからなる積層体の中心に中空部を形成し、該中空部の内部にプラグが圧入されたものがある。
【０００３】
上記プラグとしては、全体が鉛からなるプラグが使用されることが多く、積層体がせん断変形する際に、該プラグが塑性変形することで振動のエネルギーを吸収する。しかしながら、鉛は、環境負荷が大きく、また、廃却時等に要するコストが大きい。このため、鉛の代替材料を用いて、十分な減衰性能、変位追従性等を有するプラグを開発することが試みられている。例えば、特公平７−８４８１５号には、鉛プラグに代えて、積層体の中空部に粘性体と固体物質とを封入し、固体物質の隙間を粘性体で充填するようにした免震装置が提案されている。
【０００４】
しかしながら、特公平７−８４８１５号は、粘性体として、鉱物油、植物油等の液状物質を例示しているが、長期の使用では液状物質中で固体物質が沈殿してしまい、分散性が悪化してしまう。この結果、局所的に減衰性能が変化して、安定した減衰性能を発揮できないという問題があった。
【０００５】
この問題に対して、特開２００６−３１６９９０号公報には、積層体の中空部に塑性流動材と硬質充填材を充填した免震装置が開示されている。また、該公報は、塑性流動材としては、せん断降伏応力が特定の範囲にある材料が好ましいこと、更に、硬質充填材として、金属、硬質樹脂、硬質繊維を例示している。
【０００６】
【特許文献１】特公平７−８４８１５号公報
【特許文献２】特開２００６−３１６９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記したような従来の鉛プラグの代替技術では、プラグとして十分な減衰特性、変位追従性等を有する免震構造体用プラグを得ることができないため、性能面で改善の余地がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、十分な減衰性能、変位追従性等を有する免震構造体用プラグを提供することが可能な免震構造体のプラグ用組成物を提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる組成物を用いた免震構造体用プラグ及び該プラグを用いた免震構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と補強性充填剤以外の粉体とを含有する組成物を免震構造体のプラグに使用することで、十分な減衰性能、変位追従性等を有する免震構造体が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
即ち、本発明に従う免震構造体のプラグ用組成物は、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを含有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のプラグ用組成物の好適例においては、前記エラストマー成分の少なくとも一部が未架橋である。この場合、プラグが大変形の履歴を受けた後、プラグの位置が再び原点に戻った際に、プラグが元の形状に戻ることができ、その結果、初期と同等の性能を長期に渡って維持することが可能となる。
【００１２】
本発明のプラグ用組成物において、前記補強性充填剤としては、カーボンブラック及びシリカが好ましい。カーボンブラック及びシリカは、エラストマー成分との相互作用によってエラストマー組成物の粘度を向上させる効果が大きいため、プラグの流動抵抗が大きくなり、結果として、プラグの減衰効果が大きくなる。
【００１３】
本発明のプラグ用組成物において、前記粉体としては、金属粉及び金属化合物粉が好ましく、鉄粉が特に好ましい。鉄粉は、安価である上、破壊強度が高く、また、鉄粉を使用することで、プラグが優れた減衰性能を長期に渡って発揮することが可能となる。
【００１４】
本発明のプラグ用組成物の他の好適例においては、前記粉体の含有量が50〜74体積％であり、60〜74体積％であることが更に好ましい。この場合、変形時の粉体同士の摩擦及び粉体と他の成分の間の流動抵抗が十分大きいため、十分な減衰効果が得られる上、繰り返し耐久性も十分確保されており、更には、成形加工性も良好である。
【００１５】
本発明のプラグ用組成物の他の好適例においては、前記エラストマー組成物における前記補強性充填剤の配合量が、前記エラストマー成分100質量部に対して60〜150質量部である。この場合、エラストマー組成物の粘度及び流動抵抗が十分高く、プラグが十分な減衰効果を発揮できる上、混練が容易で、均一な組成物を容易に得ることができ、また、プラグの繰り返し安定性も良好である。
【００１６】
本発明のプラグ用組成物においては、前記粉体の粒径が0.1μm〜2 mmであることが好ましく、1μm〜150μmであることが更に好ましい。この場合、粉体の取り扱いが容易である上、プラグの減衰性能も十分に高い。ここで、粉体の粒径は、レーザー回折による粒子径測定（ＪＩＳ Ｚ８８２５−１）で求められ、該レーザー回折による方法において、粉体の粒子の長軸−短軸の平均（球形と捉えられる）を測定して得られる値である。
【００１７】
本発明のプラグ用組成物の他の好適例においては、前記粉体の形状が不定形である。この場合、プラグの減衰性能が良好である。
【００１８】
また、本発明の免震構造体用プラグは、上記のプラグ用組成物から製造されたことを特徴とし、更に、本発明の免震構造体は、剛性を有する剛性板と弾性を有する弾性板とが交互に積層されてなり、該積層方向に延びる中空部を有する積層体と、該積層体の中空部に圧入されたプラグとを具え、該プラグが上記免震構造体用プラグであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と補強性充填剤以外の粉体とを含有し、分散性が良好な上、十分な減衰性能、変位追従性等を有する免震構造体用プラグを作製することが可能な免震構造体のプラグ用組成物を提供することができる。また、かかる組成物を用いた、十分な減衰性能、変位追従性等を有する免震構造体用プラグ及び該プラグを用いた免震構造体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜プラグ用組成物＞
以下に、本発明のプラグ用組成物を詳細に説明する。本発明に従う免震構造体のプラグ用組成物は、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを含有することを特徴とする。
【００２１】
本発明者らは、十分な減衰性能、変位追従性等を有する免震構造体用プラグを提供するために、種々の粉体のみからプラグを作製し、該プラグを免震構造体に使用してみたが、粉体同士が擦れて割れてしまい、十分な耐久性を有するプラグが得られなかった。この問題点を解決すべく、本発明者らは、再に検討を進めた結果、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを含有する組成物からプラグを作製し、該プラグを免震構造体に使用することで、十分な耐久性、減衰特性、変位追従性等を有する免震構造体用プラグが得られることを見出した。なお、補強性充填剤を含まないエラストマー組成物を使用すると、プラグによる減衰効果が小さいため、本発明のプラグ用組成物は、補強性充填剤を含むことを要する。
【００２２】
本発明のプラグ用組成物に用いるエラストマー成分としては、室温でゴム弾性を呈するもの、例えば、天然ゴムや合成ゴム等のゴム、熱可塑性エラストマーを使用することができ、これらの中でも、天然ゴムや合成ゴム等のゴムを使用することが好ましい。天然ゴムや合成ゴム系のポリマーは、粘弾性体で若干の弾性は示すものの塑性が大きく、大変形にも追従でき、振動後、原点に戻ったときには再び同じ状態に再凝集できる。また、エラストマー成分がゴムの場合（即ち、エラストマー組成物がゴム組成物の場合）、プラグの減衰性能が向上する上、耐久性も向上する。上記エラストマー成分として、より具体的には、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン−プロピレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタン、シリコーンゴム、フッ化ゴム、多硫化ゴム、ハイパロン、エチレン酢酸ビニルゴム、エピクロルヒドリンゴム、エチレン−メチルアクリレート共重合体、スチレン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー等が挙げられる。これらエラストマー成分は、１種単独で用いてもよいし、２種以上をブレンドして用いてもよい。
【００２３】
上記エラストマー成分は、少なくとも一部、好ましくは全てが未架橋であることが好ましく、より具体的には未加硫であることが好ましい。エラストマー成分が完全に架橋されている場合、大変形を受けた際には変形するものの、変形時に粉体の位置が変わることができず、ある限界点をもって変形への追従が不可能となり、架橋エラストマー部分が破断、或いは、架橋エラストマー部分の反発力で元の形状に戻ろうとする。架橋エラストマー部分が破断してしまうと、プラグの位置が原点に戻ってもプラグが元の形状に戻らないため、減衰性能が徐々に低下してしまい、また、架橋エラストマー部分の反発力が働くと、本来の減衰性能が発揮できなくなる。一方、エラストマー成分が未架橋であれば、変形への追従が可能であり、また、プラグが大変形の履歴を受けた後、再び原点に戻った際に、プラグ全体には静水圧がかかっているため、プラグが元の形状に戻ることができ、その結果、初期と同等の性能を長期に渡って維持することが可能となる。なお、架橋点が非常に少ない場合、または、プラグの表面のみが架橋されている場合は、プラグが変形した後に、元の形状に戻れるため、本発明において未架橋とは、架橋反応を未だ完全には経ていない状態をさし、部分的に架橋された状態も包含する。
【００２４】
本発明のプラグ用組成物に用いる補強性充填剤とは、エラストマー成分に対する補強を行っており、自身の凝集力とエラストマー成分との結合力を強く有する物質であり、エラストマー成分に配合されることによって、該結合力によりエラストマー組成物全体の粘度を上昇させ、その結果としてプラグの減衰性能を向上させる作用を有する。一般に、免震構造体のプラグは、地震で発生したエネルギーを吸収する（例えば、熱等に変換する）ことで、減衰効果を発揮するため、プラグの流動抵抗が大きくなるに従って、減衰効果が大きくなる。これに対し、エラストマー成分に補強性充填剤を配合した場合、エラストマー組成物の流動抵抗が大きくなり、十分な減衰性能、変位追従性等を有するプラグを得ることが可能となる。
【００２５】
上記補強性充填剤としては、エラストマー成分との相互作用によってエラストマー組成物の粘度を向上させる効果が大きい点で、カーボンブラック及びシリカが好ましく、カーボンブラックが特に好ましい。ここで、カーボンブラッックとしては、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦグレードのもの等が挙げられ、これらの中でも、ＳＡＦ、ＩＳＡＦグレードのもの等の微粒子で表面積が大きいものが好ましい。また、シリカとしては、湿式シリカ、乾式シリカ、及びコロイダルシリカ等が挙げられる。これら補強性充填剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２６】
上記エラストマー組成物における補強性充填剤の配合量は、上記エラストマー成分100質量部に対して60〜150質量部の範囲が好ましい。補強性充填剤の配合量が60質量部未満では、エラストマー組成物の粘度及び流動抵抗が低く、プラグの減衰性能が不十分となり易い。一方、補強性充填剤の配合量が150質量部を超えると、混練が難しく、均一な組成物を得難くなる上、プラグの繰り返し安定性が低下する。
【００２７】
上記エラストマー組成物には、更に樹脂を配合することが好ましい。上記エラストマー組成物は、補強性充填剤を含むものの、それだけではプラグの大変形の際、減衰性能が低下する傾向がある。これに対して、エラストマー組成物が補強性充填剤に加えて樹脂を含む場合、大変形の際にも、プラグの減衰性能を向上させることができる。また、樹脂は、加工助剤としても作用し、プラグ組成物の混練を容易にすることができる。
【００２８】
上記樹脂としては、粘着付与剤としての作用を有するものが好ましく、より具体的には、フェノール樹脂、ロジン樹脂、ジシクロペンダジエン（ＤＣＰＤ）樹脂、ジシクロペンダジエン−イソプレン共重合体、Ｃ５系石油樹脂、Ｃ９系石油樹脂、脂環式系石油樹脂、Ｃ５留分とＣ９留分を共重合して得られる石油樹脂、キシレン樹脂、テルペン樹脂、ケトン樹脂、及びこれらの樹脂の変性樹脂等が挙げられる。これら樹脂は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、エラストマー組成物における樹脂の配合量は、上記エラストマー成分100質量部に対して20〜100質量部の範囲が好ましい。樹脂の配合量が20質量部未満では、プラグの減衰性能を向上させる効果が小さく、一方、100質量部を超えると、エラストマー組成物の加工性が低下する。
【００２９】
上記エラストマー組成物には、上記エラストマー成分、補強性充填剤、樹脂の他に、老化防止剤、ワックス、可塑剤、軟化剤等のエラストマー組成物に一般に添加される添加剤も配合できる。エラストマー組成物に老化防止剤を配合することにより、長期間経過した後でもプラグの物性変化を小さく抑えることが可能となる。なおそのような目的のために、老化防止剤と共に、酸化防止剤、オゾン劣化防止剤、安定剤、難燃剤等を配合することはとりわけ有効である。
【００３０】
上記可塑剤としては、フタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、テトラヒドロフタル酸、セバシン酸、アゼライン酸、マレイン酸、フマル酸、トリメリット酸、クエン酸、イタコン酸、オレイン酸、リシノール酸、ステアリン酸、リン酸、スルホン酸等の誘導体（例えば、エステル）；グリコール、グリセリン、エポキシの誘導体、重合系可塑剤が挙げられる。これら可塑剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上をブレンドして用いてもよい。
【００３１】
上記軟化剤（オイル）としては、アロマ系オイル、ナフテン系オイル、パラフィン系オイル等の鉱物油系軟化剤；ヒマシ油、綿実油、アマニ油、ナタネ油、大豆油、パーム油、落花生油、ロジン、パインオイル等の植物油系軟化剤；シリコーン油等の低分子量オイルを挙げることができる。これら軟化剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上をブレンドして用いてもよい。
【００３２】
本発明のプラグ用組成物に用いる粉体は、プラグの減衰性能を主として担う材料であり、具体的には、粉体同士の摩擦及び粉体とエラストマー成分との摩擦により振動を減衰させる。ここで、本発明において粉体とは、補強性充填剤以外のものを指し、例えば、金属粉、炭化ケイ素粉等を包含する。なお、プラグ用組成物が粉体を含まない場合、プラグの減衰性能が大幅に低下して、十分な減衰性能、変位追従性等を得ることができない。
【００３３】
上記粉体としては、金属粉が好ましく、また、該金属粉としては、環境への負荷が小さいものが好ましく、例えば、鉄粉、ステンレス粉、ジルコニウム粉、タングステン粉、青銅（ＣｕＳｎ）粉、アルミニウム粉、金粉、銀粉、錫粉、炭化タングステン粉、タンタル粉、チタン粉、銅粉、ニッケル粉、ニオブ粉、鉄−ニッケル合金粉、亜鉛粉、モリブデン粉等が挙げられ、これら金属粉は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、これら金属粉は、金属酸化物粉でもよいため、上記粉体としては、金属酸化物粉等の金属化合物粉も好適に使用できる。これら粉体の中でも、鉄粉が特に好ましい。鉄粉は、安価である上、他の金属粉と対比して破壊強度が高く、また、鉄粉を主成分とする免震構造体用プラグは、固すぎることも脆すぎることもないため、優れた減衰性能を長期に渡って発揮することができる。なお、鉄粉としては、還元鉄粉、電解鉄粉、噴霧鉄粉、純鉄粉、鋳鉄粉等が挙げられるが、これらの中でも、還元鉄粉が好ましい。
【００３４】
本発明のプラグ用組成物において上記粉体の含有量は、50〜74体積％の範囲が好ましく、60〜74体積％の範囲が更に好ましい（即ち、エラストマー組成物／粉体の体積比は50／50〜26／74の範囲が好ましく、40／60〜26／74の範囲が更に好ましい）。プラグ用組成物中の粉体の含有量が50体積％未満では、粉体間の距離が広すぎ、変形時の粉体同士の摩擦、及び粉体と他の成分の間の流動抵抗が小さくなるため、減衰性能が不十分である。一方、プラグ用組成物中の粉体の含有量が74体積％を超えると、粉体同士の接触が増え、繰り返し耐久性が低下する上、プラグ用組成物からプラグを成形する際に、プラグ用組成物から空気を十分に除くことが難しく、プラグの体積が理想体積（空気の混入が無い場合の体積）より大幅に大きくなり、プラグの減衰性能が低下する。なお、プラグ用組成物中の粉体の含有量が60〜74体積％であれば、減衰性能を良好に維持できる上、追従性、繰り返し安定性、加工性も良好となる。
【００３５】
上記粉体の粒径は、0.1μm〜2 mmの範囲が好ましく、1μm〜150μmの範囲が更に好ましい。粉体の粒径が0.1μm未満では、取り扱いが困難であり、一方、粉体の粒径が2 mmを超えると、粉体同士の摩擦が減少して減衰効果が低下する傾向がある。なお、粉体の粒径が1μm以上であれば、取り扱いが容易であり、粉体の粒径が150μm以下であれば、プラグの減衰性能が十分に高い。
【００３６】
また、上記粉体の形状は、不定形であることが好ましい。ここで、不定形とは、球状などの１種類の形状のみではなく、凹凸を有するものや突起を有するものなど、種々の形態を有する形状が混在していることを意味する。バルクを粉砕することなどによって得られる粉体の形状は当然に不定形であるが、球状の粉体を用いた場合と比較したところ、不定形の粉体を用いた方が良好な減衰効果が得られた。これは、不定形の粉体を使用すると、粉体同士、粉体−エラストマー成分間の摩擦の際に引っ掛かり効果のようなものが生じ、球状のもの等を使用した場合と比較して摩擦が大きくなって、減衰性能が良好になるためであると考えられる。
【００３７】
本発明のプラグ用組成物は、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを用いる以外特に制限はなく、例えば、以下のようにして製造することができる。
【００３８】
まず、第一工程において、エラストマー成分に、補強性充填剤と、必要に応じて適宜選択した各種配合剤を加えて混練して、エラストマー組成物を調製する。
【００３９】
次に、第二工程において、上記エラストマー組成物に粉体を加えて更に混練する。第二工程においては、粉体を複数回に分けて配合することが好ましく、粉体を複数回に分けて配合することで、均一なプラグ用組成物を製造することが可能となる。
【００４０】
上記プラグ用組成物の製造の第一及び第二工程には、ニーダー、バンバリーミキサー等の通常の混練装置を用いることができる。また、混練の条件も、特に限定されるものではなく、当該技術分野において通常に用いられている条件を適宜改変して本発明の組成物が十分に混練されるような条件を設定することができる。例えば、第二工程の混練条件としては、回転数が20〜40 rpmの範囲で、温度は100℃程度が好ましい。エラストマー成分の粘度低下を抑えるためには、回転数は低い方が好ましい。また、温度については、エラストマー組成物への粉体の分散を良くするために、エラストマー組成物を軟化させるのに十分な温度が好ましいが、温度が高過ぎると、エラストマー成分が劣化したり、冷却に時間がかかり過ぎて生産性が低下する。なお、混練された組成物を排出する前に、圧力を開放して無加圧で混練することが好ましく、無加圧で混練することによって、組成物が固まりにならず、組成物の取り出しが容易となる。
【００４１】
＜免震構造体用プラグ＞
本発明の免震構造体用プラグは、上述したプラグ用組成物から製造されたことを特徴とし、十分な減衰性能、変位追従性等を有する。本発明の免震構造体用プラグは、上記プラグ用組成物を用いて、例えば、以下のようにして製造することができる。
【００４２】
上記のようにして調製したプラグ用組成物を混練装置から取り出して、成型装置に移し、温度と圧力をかけることによって、プラグへとプレス加工する。この工程で使用するプレス機としては、当該技術分野において通常使用されているものを採用することができる。また、プレス加工の条件も、特に限定されるものではなく、当該技術分野において通常に用いられている条件を適宜改変してプラグの成型に適した条件を設定することができる。例えば、プレス加工の条件としては、プレス温度は常温〜150℃の範囲が好ましく、成形圧力は0.7 t/cm2以上が好ましい。
【００４３】
＜免震構造体＞
本発明の免震構造体は、剛性を有する剛性板と弾性を有する弾性板とが交互に積層されてなり、該積層方向に延びる中空部を有する積層体と、該積層体の中空部に圧入されたプラグとを具え、該プラグが上述の免震構造体用プラグであることを特徴とし、減衰性能、変位追従性等が高い。以下に、図を参照しながら本発明の免震構造体を詳細に説明する。
【００４４】
図１に示す免震構造体１は、剛性を有する剛性板２と弾性を有する弾性板３とが交互に積層されてなり、該積層方向（鉛直方向）に延びる円筒状の中空部を中心部に有する積層体４と、該積層体４の中空部に圧入されたプラグ５と、積層体４及びプラグ５の両端（上端及び下端）に固定されたフランジ板６とを具え、積層体４の外周面が被覆材７で覆われている。
【００４５】
積層体４を構成する剛性板２と弾性板３とは、例えば、加硫接着により、あるいは接着剤により強固に貼り合わされている。なお、加硫接着においては、剛性板２と未加硫ゴム組成物とを積層してから加硫を行い、未加硫ゴム組成物の加硫物が弾性板３となる。ここで、剛性板２としては、鋼板等の金属板、セラミックス板、ＦＲＰ等の強化プラスチックス板等を使用することができる。一方、弾性板３としては、加硫ゴム製の板等を使用することができる。また、本発明の免震構造体を構成する積層体は、被覆材７で覆われていなくてもよいが、積層体４の外周面が被覆材７で覆われている場合、積層体４に外部から雨や光が届かなくなり、酸素やオゾン、紫外線による積層体４の劣化を防止できる。なお、被覆材７としては、弾性板３と同一の材料、例えば、加硫ゴム等を使用できる。
【００４６】
積層体４は、振動により水平方向のせん断力を受けた際には、せん断変形して、振動のエネルギーを吸収する。また、積層体４は、剛性板２と弾性板３とが交互に積層されてなるため、積層方向（鉛直方向）に荷重が作用しても、圧縮が抑制されている。
【００４７】
上記免震構造体１は、積層体４の中空部にプラグ５が圧入されており、振動により水平方向のせん断力を受けた際には、積層体４と共にプラグ５がせん断変形して、振動のエネルギーを効果的に吸収して、振動を速やかに減衰することができる。ここで、本発明の免震構造体は、プラグ５として、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを含有する組成物から製造したプラグが用いられているため、十分な減衰性能、変位追従性等を有する。
【実施例】
【００４８】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１〜１５）
ニーダーを用いて、表１〜２に示す配合処方のエラストマー組成物を調製し、次に、該エラストマー組成物と鉄粉を表１〜２に示す体積比で混練してプラグ用組成物を調製した。次に、該プラグ用組成物を温度100℃、圧力1.3 ton/cm2でプレス加工して直径45 mmで円柱状の免震構造体用プラグを作製した。
【００５０】
（比較例１）
ニーダーを用いて、表３に示す配合処方のエラストマー組成物を調製し、該エラストマー組成物を実施例１〜１５と同様にプレス加工して免震構造体用プラグを作製した。
【００５１】
（比較例２）
鉄粉を実施例１〜１５と同様にプレス加工して免震構造体用プラグを作製した。
【００５２】
（比較例３）
ニーダーを用いて、エラストマー成分と鉄粉を表３に示す体積比で混練してプラグ用組成物を調製した。次に、該プラグ用組成物を実施例１〜１５と同様にプレス加工して免震構造体用プラグを作製した。
【００５３】
（比較例４）
ニーダーを用いて、可塑剤と鉄粉を表３に示す体積比で混練してプラグ用組成物を調製した。次に、該プラグ用組成物を実施例１〜１５と同様にプレス加工して免震構造体用プラグを作製した。
【００５４】
（実施例１６〜１７）
ニーダーを用いて、表３に示す配合処方のエラストマー組成物を調製し、次に、該エラストマー組成物とアルミナ粉又は炭化ケイ素粉を表３に示す体積比で混練してプラグ用組成物を調製した。次に、該プラグ用組成物を実施例１〜１５と同様にプレス加工して免震構造体用プラグを作製した。
【００５５】
（比較例５）
免震構造体用プラグとして、鉄製の円柱を準備した。
【００５６】
＜評価＞
中央に円筒状の中空部を有し、外径が225 mmで、剛性を有する剛性板［鉄板］と弾性を有する弾性板［加硫ゴム（Ｇ'＝0.4 MPa）］とが交互に積層されてなる積層体の中空部に、上記免震構造体用プラグを圧入して、図１に示す構造の免震構造体を作製した。なお、プラグの体積は、積層体の中空部の体積の1.01倍とした。上記免震構造体用プラグに対して、下記の方法で減衰性能、追従性、繰り返し安定性及び成形加工性を評価した。結果を表１〜３に示す。
【００５７】
（減衰性能）
上記免震構造体に対し、動的試験機を用いて鉛直方向に基準面圧をかけた状態で水平方向に加振して規定変位のせん断変形を生じさせた。なお、加振変位は、積層体の総厚さを100％として、歪50〜250％とし、加振周波数は0.33 Hzとし、垂直面圧は10 MPaとした。図２に、水平方向の変形変位（δ）と免震構造体の水平方向荷重（Ｑ）との関係を示す。図２中のヒステリシス曲線で囲まれた領域の面積ΔＷが広くなるほど、振動のエネルギーを多く吸収できることを意味する。ここでは、簡便のため、歪200％における切片荷重Ｑd（変位０における水平荷重値）でプラグの減衰性能を評価した。なお、切片荷重Ｑdは、ヒステリシス曲線が縦軸と交差する点での荷重Ｑd1、Ｑd2を用いて、下記式：
Ｑd＝（Ｑd1＋Ｑd2）／２
から計算した。Ｑdが大きくなる程、ヒステリシス曲線で囲まれた領域の面積が広くなり、減衰性能が優れることを示す。
【００５８】
（追従性）
積層体がせん断変形した際に、プラグがその変形に追従できるか否かを評価し、プラグが変形に追従できる場合を○（良好）、追従できない場合を×（不良）とした。
【００５９】
（繰り返し安定性）
予備試験として、50％、100％、150％、200％、250％歪の各３サイクルずつ、せん断変形を実施した。次に、せん断変形を100％歪（１）、200％歪、100％歪（２）の順に各３サイクルずつかけたとき、Ｑd（100％歪（２）の３サイクル目）／Ｑd（100％歪（１）の３サイクル目）が0.5以上の場合を○（良好）、0.5未満の場合を×（不良）とした。
【００６０】
（成形加工性）
プラグ用組成物をプレス加工して免震構造体用プラグを作製する際の加工性を評価し、加工性が良好な場合を○、加工性が悪い場合を×とした。
【００６１】
【表１】
【００６２】
【表２】
【００６３】
【表３】
【００６４】
*1 天然ゴム, 未加硫, ＲＳＳ＃４
*2 ポリブタジエンゴム（低シス）, 未加硫, 旭化成製「ジエンＮＦ３５Ｒ」
*3 カーボンブラック, ＩＳＡＦ, 東海カーボン製「シースト６Ｐ」
*4 樹脂, 日本ゼオン製「ゼオファイン」、新日本石油化学製「日石ネオポリマー１４０」、丸善石油化学製「マルカレッツＭ−８９０Ａ」, 「ゼオファイン」：「日石ネオポリマー１４０」：「マルカレッツＭ−８９０Ａ」＝40：40：20（質量比）
*5 可塑剤, ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）
*6 その他の配合剤, 亜鉛華、ステアリン酸、老化防止剤［住友化学製「アンステージ６Ｃ］、ワックス［新日本石油製「プロトワックス１」］, 亜鉛華：ステアリン酸：老化防止剤：ワックス＝4：5：3：1（質量比）
*7 鉄粉１, 粒径＝40μm, 不定形還元鉄粉
*8 鉄粉２, 粒径＝45μm, 球状鋳鉄粉
*9 鉄粉３, 粒径＝8μm, 不定形還元鉄粉
*10 鉄粉４, 粒径＝8μm, 球状カルボニル鉄粉
*11 アルミナ粉, 粒径＝50μm
*12 炭化ケイ素粉, 粒径＝1μm
*13 エラストマー成分／粉体の体積比
*14 可塑剤／粉体の体積比
【００６５】
表１〜２の実施例１〜１５から、エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、鉄粉とを含有するプラグ用組成物から作製したプラグを用いることで、免震構造体の減衰性能を十分に確保できることが分かる。
【００６６】
一方、表３の比較例１から、エラストマー組成物から作製したプラグを用いた場合、免震構造体の減衰性能が実施例に比べて大幅に低下することが分かる。この結果から、粉体が減衰効果に大きく寄与していることが分かる。
【００６７】
また、比較例２から、鉄粉から作製したプラグを用いた場合、繰り返し安定性が悪いことが分かる。これは、鉄粉同士が擦れあって壊れてしまうためであると考えられる。従って、粉体の間に、エラストマーが介在している必要があることが分かる。
【００６８】
また、比較例３から、補強性充填剤を使用せず、エラストマー成分と鉄粉から作製したプラグを用いた場合、プラグ用組成物中の鉄粉１の体積％が同一の実施例１、６、７、１１及び１２に比べて、減衰性能が低下することが分かる。この結果から、補強性充填剤が減衰効果に寄与していることが分かる。
【００６９】
また、比較例４から、エラストマー成分及び補強性充填剤を使用せず、可塑剤と鉄粉から作製したプラグを用いた場合、プラグ用組成物中の鉄粉１の体積％が同一の実施例１、６、７、１１及び１２に比べて、減衰性能が低下することが分かる。
【００７０】
また、鉄粉の代わりにアルミナ粉やＳｉＣ粉を用いてプラグを作製した実施例１６及び１７と、プラグ用組成物中の粉体の体積％が同一の実施例１、６、７、１１、１２及び１５との比較から、粉体として金属粉、特には鉄粉を使用することで、減衰性能が向上することが分かる。
【００７１】
また、比較例５から、プラグとして鉄製の円柱を用いた場合、追従性が悪いことが分かる。
【００７２】
更に、実施例１〜５及び８から、プラグ用組成物中の粉体の含有量が50体積％以上であれば、より優れた減衰性能が得られ、また、プラグ用組成物中の粉体の含有量が60体積％以上であれば、より一層優れた減衰性能が得られることが分かる。
【００７３】
また、実施例２及び９から、プラグ用組成物中の粉体の含有量が74体積％以下であれば、成形加工性がより向上する（具体的には、成形時にプラグ用組成物から空気を十分に除くことが可能となる）ことが分かる。
【００７４】
更に、実施例６及び１０から、補強性充填剤の配合量がエラストマー成分100質量部に対して60質量部以上であれば、より優れた減衰性能が得られることが分かる。
【００７５】
また、実施例７及び１１から、補強性充填剤の配合量がエラストマー成分100質量部に対して150質量部以下であれば、繰り返し安定性が良好で、成形加工性が向上する（具体的には、組成物の混練が容易となる）ことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の免震構造体の一例の断面図である。
【図２】プラグを使用した免震構造体における、水平方向の変形変位（δ）と水平方向荷重（Ｑ）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１ 免震構造体
２ 剛性板
３ 弾性板
４ 積層体
５ プラグ
６ フランジ板
７ 被覆材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを含有することを特徴とする免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項２】
前記エラストマー成分の少なくとも一部が未架橋であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項３】
前記補強性充填剤がカーボンブラック及び／又はシリカであることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項４】
前記粉体が金属粉及び／又は金属化合物粉であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項５】
前記粉体が鉄粉であることを特徴とする請求項４に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項６】
前記粉体の含有量が50〜74体積％であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項７】
前記エラストマー組成物における前記補強性充填剤の配合量が、前記エラストマー成分100質量部に対して60〜150質量部であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項８】
前記粉体の粒径が0.1μm〜2 mmであることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項９】
前記粉体の粒径が1μm〜150μmであることを特徴とする請求項８に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項１０】
前記粉体の形状が不定形であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の免震構造体のプラグ用組成物から製造された免震構造体用プラグ。
【請求項１２】
剛性を有する剛性板と弾性を有する弾性板とが交互に積層されてなり、該積層方向に延びる中空部を有する積層体と、該積層体の中空部に圧入されたプラグとを具える免震構造体において、
前記プラグが請求項１１に記載の免震構造体用プラグであることを特徴とする免震構造体。
【請求項１】
エラストマー成分に補強性充填剤を配合してなるエラストマー組成物と、粉体とを含有することを特徴とする免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項２】
前記エラストマー成分の少なくとも一部が未架橋であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項３】
前記補強性充填剤がカーボンブラック及び／又はシリカであることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項４】
前記粉体が金属粉及び／又は金属化合物粉であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項５】
前記粉体が鉄粉であることを特徴とする請求項４に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項６】
前記粉体の含有量が50〜74体積％であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項７】
前記エラストマー組成物における前記補強性充填剤の配合量が、前記エラストマー成分100質量部に対して60〜150質量部であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項８】
前記粉体の粒径が0.1μm〜2 mmであることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項９】
前記粉体の粒径が1μm〜150μmであることを特徴とする請求項８に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項１０】
前記粉体の形状が不定形であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の免震構造体のプラグ用組成物から製造された免震構造体用プラグ。
【請求項１２】
剛性を有する剛性板と弾性を有する弾性板とが交互に積層されてなり、該積層方向に延びる中空部を有する積層体と、該積層体の中空部に圧入されたプラグとを具える免震構造体において、
前記プラグが請求項１１に記載の免震構造体用プラグであることを特徴とする免震構造体。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−１３３４８１（Ｐ２００９−１３３４８１Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７３０１５（Ｐ２００８−２７３０１５）
【出願日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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