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】低歪み領域における減衰性能を向上させた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】少なくともエラストマー成分を含むエラストマー組成物と、粉体と、前記エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂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。該樹脂のＤ硬度は６０以上であることが好ましく、また、該樹脂としては、炭化水素系プラスチックもしくは線状構造プラスチック（エンジニアリングプラスチック）が好ましい。
【解決手段】少なくともエラストマー成分を含むエラストマー組成物と、粉体と、前記エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂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。該樹脂のＤ硬度は６０以上であることが好ましく、また、該樹脂としては、炭化水素系プラスチックもしくは線状構造プラスチック（エンジニアリングプラスチック）が好ましい。
【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、低歪み領域における減衰性能を向上させた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おり、例えば、特開２００９−１３３４８１号には、鉛プラグに代えて、高粘性体としてのエラストマー組成物に鉄粉等の粉体を配合した組成物から製造したプラグを使用することで、十分な減衰性能、変位追従性等を有する免震構造体を提供できることが教示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３３４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らが更に検討を進めたところ、特開２００９−１３３４８１号に開示の免震構造体は、大変形、即ち、大きな歪みに対しては優れた減衰性能を示すものの、鉛プラグを使用した免震構造体に比べて、低歪み（例えば、歪み５０％〜１００％）領域における減衰性能が劣り、低歪み領域における減衰性能に依然として改善の余地が有ることが分かった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、低歪み領域における減衰性能を向上させた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】
【０００７】
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、エラストマー成分を含むエラストマー組成物及び粉体に加えて、エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂を含む組成物を免震構造体のプラグに使用することで、低歪み領域における減衰性能に優れた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。
【０００８】
即ち、本発明の免震構造体のプラグ用組成物は、
・少なくともエラストマー成分を含むエラストマー組成物と、
・粉体と、
・前記エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂と
を含有することを特徴とする。
【０００９】
ここで、Ｄ硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３に準拠して測定される。
【００１０】
本発明の免震構造体のプラグ用組成物の好適例においては、前記樹脂のＤ硬度が６０以上９０以下である。
【００１１】
本発明の免震構造体のプラグ用組成物の他の好適例においては、前記樹脂が炭化水素系プラスチックのポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）；線状構造プラスチック（エンジニアリングプラスチック）のポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン（ＰＰＥ／ＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＦ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、等である。
【００１２】
本発明の免震構造体のプラグ用組成物の他の好適例においては、前記樹脂の含有量が、前記エラストマー組成物と前記粉体と前記樹脂との合計量の５〜１０体積％である。
【００１３】
また、本発明に従う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、該プラグが上記の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】
【００１４】
本発明によれば、エラストマー組成物及び粉体に加えて、エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂を含有し、低歪み領域における減衰性能に優れた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、低歪み領域における減衰性能に優れた免震構造体用プラグ、並びにかかるプラグを用いた、低歪み領域における減衰性能が鉛プラグを使用した免震構造体と同等以上で、環境負荷を低減することが可能な免震構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜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、少なくともエラストマー成分を含むエラストマー組成物と、粉体と、前記エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂とを含有することを特徴とする。エラストマー組成物と粉体を含む従来のプラグ用組成物においては、エラストマー組成物が海島構造の海部分に相当し、粉体が海島構造の島部分に相当していたが、本発明においては、エラストマー組成物の一部をエラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂で置き換えることで、エラストマー組成物と樹脂との硬度差に相当する分だけ応力が高くなり、特に、低歪み領域でのプラグの減衰性能（特には、荷重−歪ヒステリシス曲線における切片荷重Ｑdや切片応力τｄ）を向上させることができるものと考えられる。なお、鉛の代替として使用する粉体（例えば、鉄粉）の量を増やすことでも減衰性能を向上させることができるが、粉体の量を増やすと、作業性が悪化したり、プラグの周りに位置する弾性板（積層ゴム）を傷める等の恐れがあるため、本発明においては、上記のとおり、エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂を配合することで、減衰性能、特には、低歪み領域での減衰性能を向上させる。
【００１７】
＜＜エラストマー組成物＞＞
上記エラストマー組成物は、少なくともエラストマー成分を含み、更に、補強性充填剤等の配合剤を含むことができる。
【００１８】
上記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。
【００１９】
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。
【００２０】
上記エラストマー組成物は、更に、補強性充填剤を含むことが好ましい。なお、本発明において、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。
【００２１】
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。
【００２２】
上記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。エラストマー組成物における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、均一なエラストマー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。
【００２３】
上記エラストマー組成物は、該エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂以外の樹脂、例えば、該エラストマー組成物よりもＤ硬度が低い樹脂（以下、「低硬度樹脂」と称することがある）を含有することが好ましい。エラストマー組成物が低硬度樹脂を含む場合、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、かかる樹脂は、加工助剤として作用し、プラグ用組成物の混練を容易にすることができる。
【００２４】
上記低硬度樹脂としては、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。これら低硬度樹脂は、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低硬度樹脂の配合量は、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。低硬度樹脂の配合量が２０質量部未満では、大変形の際の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ことがある。
【００２５】
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、低硬度樹脂の他に、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
＜＜粉体＞＞
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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く、また、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。
【００３１】
上記粉体の粒径は、０．１μｍ〜２ｍｍ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２ｍｍ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。
【００３２】
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。
【００３３】
＜＜エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂＞＞
本発明に従う免震構造体のプラグ用組成物は、上述のエラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂（以下、高硬度樹脂と称することがある）を含有する。エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂を配合することで、プラグ用組成物が硬くなり、プラグの低歪み領域での減衰性能（特には、荷重−歪ヒステリシス曲線における切片荷重Ｑdや切片応力τｄ）を向上させることができる。ここで、プラグの低歪み領域での減衰性能を更に向上させる観点から、樹脂のＤ硬度は６０〜９０の範囲が好ましい。樹脂のＤ硬度が６０〜９０の範囲内であれば、プラグ用組成物が十分に硬くなり、プラグの低歪み領域での減衰性能を大幅に向上させることができる。
【００３４】
上記高硬度樹脂としては、炭化水素系プラスチックのポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレ（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）；線上構造プラスチック（エンジニアリングプラスチック）のポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン（ＰＰＥ／ＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＦ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等が好ましい。
【００３５】
上記高硬度樹脂の含有量は、上記エラストマー組成物と上記粉体と上記高硬度樹脂との合計量の５〜１０体積％の範囲が好ましい。高硬度樹脂の含有量が、エラストマー組成物と粉体と高硬度樹脂との合計量の５体積％以上であれば、プラグ用組成物が十分に硬くなり、プラグの低歪み領域での減衰性能（特には、切片応力τｄ）を大幅に向上させることができる。また、高硬度樹脂の含有量が、エラストマー成分と粉体と樹脂との合計量の１０体積％以下であれば、プラグの高歪み領域の減衰性能の低下を十分に抑制できる。なお、高硬度樹脂の含有量が多くなりすぎると高歪み領域での減衰性能が低下するが、これは減衰性能がエラストマー組成物に配合している多くの樹脂成分が発現に大きく寄与しているためであり、一方、低歪み領域下では高硬度樹脂の含有量を５〜１０体積％程度として硬くすることにより、応力（τｄ）を向上させることができる。
【００３６】
＜プラグ用組成物の製法＞
本発明のプラグ用組成物は、エラストマー組成物と、粉体と、エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂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。
【００３７】
まず、第一工程において、エラストマー成分に、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。
【００３８】
次に、第二工程において、上記エラストマー組成物に、上記粉体と、上記高硬度樹脂紛体とを加えて更に混練する。第二工程においては、粉体及び高硬度樹脂を複数回に分けて配合することが好ましく、粉体及び高硬度樹脂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。
【００３９】
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プラグ用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２０〜４０ｒｐｍ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及び高硬度樹脂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。
【００４０】
＜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、低歪み領域における減衰性能に優れる。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。
【００４１】
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０．７ｔ／ｃｍ2以上が好ましい。
【００４２】
＜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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、エラストマー成分と、粉体と、エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂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、低歪み領域での減衰性能に優れる。
【実施例】
【００４７】
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。
【００４８】
＜プラグ用組成物及び免震構造体用プラグの作製＞
ニーダーを用いて、表１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（粒径＝４０μｍ，不定形な還元鉄粉）と、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）又はポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）とを表１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１．３ｔｏｎ／ｃｍ2でプレス加工して直径４５ｍｍで円柱状の免震構造体用プラグを作製した。
【００４９】
＜免震構造体の作製＞
中央に円筒状の中空部を有し、外径が２２５ｍｍ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'＝０．４ＭＰａ）］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を評価した。結果を表１に示す。
【００５０】
＜減衰性能の評価＞
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０．３３Ｈｚとし、垂直面圧は１０ＭＰａ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。本試験においては、まず、歪５０％、１００％、２００％及び２５０％における切片荷重Ｑd（変位０における水平荷重値）を求めた。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。更に、切片荷重Ｑdとプラグの断面積Ｓを用いて、下記式：
τｄ＝Ｑd／Ｓ
から、切片応力τｄ（変位０における水平応力値）を計算した。τｄが大きくなる程、減衰性能が優れることを示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
＊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 粘着付与樹脂（低硬度樹脂）：日本ゼオン製「ゼオファイン」（柔らかすぎてＤ硬度の測定不可），新日本石油化学製「日石ネオポリマー１４０」（柔らかすぎてＤ硬度の測定不可），丸善石油化学製「マルカレッツＭ−８９０Ａ」（柔らかすぎてＤ硬度の測定不可），「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 ポリプロピレン（ＰＰ）：出光石油化学社製「出光ポリプロ」，Ｄ硬度＝７０
＊８ ポリエチレン（ＰＥ）：三井石油化学社製「ＭＩＰＥＬＯＮ」，Ｄ硬度＝６５
＊９ ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）：旭化成ケミカルズ社製「ＳＸ−１０１」，Ｄ硬度＝７５
＊１０ 鉄粉：粒径＝４０μｍ，不定形還元鉄粉
【００５３】
表１から明らかなように、エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂を配合したプラグ用組成物を使用することで、プラグの低歪領域での減衰性能が向上し、免震構造体の低歪領域でのτｄが向上することが分かる。
【符号の説明】
【００５４】
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、低歪み領域における減衰性能を向上させた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おり、例えば、特開２００９−１３３４８１号には、鉛プラグに代えて、高粘性体としてのエラストマー組成物に鉄粉等の粉体を配合した組成物から製造したプラグを使用することで、十分な減衰性能、変位追従性等を有する免震構造体を提供できることが教示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３３４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らが更に検討を進めたところ、特開２００９−１３３４８１号に開示の免震構造体は、大変形、即ち、大きな歪みに対しては優れた減衰性能を示すものの、鉛プラグを使用した免震構造体に比べて、低歪み（例えば、歪み５０％〜１００％）領域における減衰性能が劣り、低歪み領域における減衰性能に依然として改善の余地が有ることが分かった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、低歪み領域における減衰性能を向上させた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】
【０００７】
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、エラストマー成分を含むエラストマー組成物及び粉体に加えて、エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂を含む組成物を免震構造体のプラグに使用することで、低歪み領域における減衰性能に優れた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。
【０００８】
即ち、本発明の免震構造体のプラグ用組成物は、
・少なくともエラストマー成分を含むエラストマー組成物と、
・粉体と、
・前記エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂と
を含有することを特徴とする。
【０００９】
ここで、Ｄ硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３に準拠して測定される。
【００１０】
本発明の免震構造体のプラグ用組成物の好適例においては、前記樹脂のＤ硬度が６０以上９０以下である。
【００１１】
本発明の免震構造体のプラグ用組成物の他の好適例においては、前記樹脂が炭化水素系プラスチックのポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）；線状構造プラスチック（エンジニアリングプラスチック）のポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン（ＰＰＥ／ＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＦ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、等である。
【００１２】
本発明の免震構造体のプラグ用組成物の他の好適例においては、前記樹脂の含有量が、前記エラストマー組成物と前記粉体と前記樹脂との合計量の５〜１０体積％である。
【００１３】
また、本発明に従う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、該プラグが上記の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】
【００１４】
本発明によれば、エラストマー組成物及び粉体に加えて、エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂を含有し、低歪み領域における減衰性能に優れた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、低歪み領域における減衰性能に優れた免震構造体用プラグ、並びにかかるプラグを用いた、低歪み領域における減衰性能が鉛プラグを使用した免震構造体と同等以上で、環境負荷を低減することが可能な免震構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜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、少なくともエラストマー成分を含むエラストマー組成物と、粉体と、前記エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂とを含有することを特徴とする。エラストマー組成物と粉体を含む従来のプラグ用組成物においては、エラストマー組成物が海島構造の海部分に相当し、粉体が海島構造の島部分に相当していたが、本発明においては、エラストマー組成物の一部をエラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂で置き換えることで、エラストマー組成物と樹脂との硬度差に相当する分だけ応力が高くなり、特に、低歪み領域でのプラグの減衰性能（特には、荷重−歪ヒステリシス曲線における切片荷重Ｑdや切片応力τｄ）を向上させることができるものと考えられる。なお、鉛の代替として使用する粉体（例えば、鉄粉）の量を増やすことでも減衰性能を向上させることができるが、粉体の量を増やすと、作業性が悪化したり、プラグの周りに位置する弾性板（積層ゴム）を傷める等の恐れがあるため、本発明においては、上記のとおり、エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂を配合することで、減衰性能、特には、低歪み領域での減衰性能を向上させる。
【００１７】
＜＜エラストマー組成物＞＞
上記エラストマー組成物は、少なくともエラストマー成分を含み、更に、補強性充填剤等の配合剤を含むことができる。
【００１８】
上記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。
【００１９】
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。
【００２０】
上記エラストマー組成物は、更に、補強性充填剤を含むことが好ましい。なお、本発明において、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。
【００２１】
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。
【００２２】
上記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。エラストマー組成物における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、均一なエラストマー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。
【００２３】
上記エラストマー組成物は、該エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂以外の樹脂、例えば、該エラストマー組成物よりもＤ硬度が低い樹脂（以下、「低硬度樹脂」と称することがある）を含有することが好ましい。エラストマー組成物が低硬度樹脂を含む場合、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、かかる樹脂は、加工助剤として作用し、プラグ用組成物の混練を容易にすることができる。
【００２４】
上記低硬度樹脂としては、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。これら低硬度樹脂は、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低硬度樹脂の配合量は、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。低硬度樹脂の配合量が２０質量部未満では、大変形の際の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ことがある。
【００２５】
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、低硬度樹脂の他に、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
＜＜粉体＞＞
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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く、また、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。
【００３１】
上記粉体の粒径は、０．１μｍ〜２ｍｍ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２ｍｍ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。
【００３２】
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。
【００３３】
＜＜エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂＞＞
本発明に従う免震構造体のプラグ用組成物は、上述のエラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂（以下、高硬度樹脂と称することがある）を含有する。エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂を配合することで、プラグ用組成物が硬くなり、プラグの低歪み領域での減衰性能（特には、荷重−歪ヒステリシス曲線における切片荷重Ｑdや切片応力τｄ）を向上させることができる。ここで、プラグの低歪み領域での減衰性能を更に向上させる観点から、樹脂のＤ硬度は６０〜９０の範囲が好ましい。樹脂のＤ硬度が６０〜９０の範囲内であれば、プラグ用組成物が十分に硬くなり、プラグの低歪み領域での減衰性能を大幅に向上させることができる。
【００３４】
上記高硬度樹脂としては、炭化水素系プラスチックのポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレ（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）；線上構造プラスチック（エンジニアリングプラスチック）のポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン（ＰＰＥ／ＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＦ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等が好ましい。
【００３５】
上記高硬度樹脂の含有量は、上記エラストマー組成物と上記粉体と上記高硬度樹脂との合計量の５〜１０体積％の範囲が好ましい。高硬度樹脂の含有量が、エラストマー組成物と粉体と高硬度樹脂との合計量の５体積％以上であれば、プラグ用組成物が十分に硬くなり、プラグの低歪み領域での減衰性能（特には、切片応力τｄ）を大幅に向上させることができる。また、高硬度樹脂の含有量が、エラストマー成分と粉体と樹脂との合計量の１０体積％以下であれば、プラグの高歪み領域の減衰性能の低下を十分に抑制できる。なお、高硬度樹脂の含有量が多くなりすぎると高歪み領域での減衰性能が低下するが、これは減衰性能がエラストマー組成物に配合している多くの樹脂成分が発現に大きく寄与しているためであり、一方、低歪み領域下では高硬度樹脂の含有量を５〜１０体積％程度として硬くすることにより、応力（τｄ）を向上させることができる。
【００３６】
＜プラグ用組成物の製法＞
本発明のプラグ用組成物は、エラストマー組成物と、粉体と、エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂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。
【００３７】
まず、第一工程において、エラストマー成分に、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。
【００３８】
次に、第二工程において、上記エラストマー組成物に、上記粉体と、上記高硬度樹脂紛体とを加えて更に混練する。第二工程においては、粉体及び高硬度樹脂を複数回に分けて配合することが好ましく、粉体及び高硬度樹脂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。
【００３９】
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プラグ用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２０〜４０ｒｐｍ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及び高硬度樹脂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。
【００４０】
＜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、低歪み領域における減衰性能に優れる。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。
【００４１】
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０．７ｔ／ｃｍ2以上が好ましい。
【００４２】
＜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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、エラストマー成分と、粉体と、エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂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、低歪み領域での減衰性能に優れる。
【実施例】
【００４７】
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。
【００４８】
＜プラグ用組成物及び免震構造体用プラグの作製＞
ニーダーを用いて、表１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（粒径＝４０μｍ，不定形な還元鉄粉）と、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）又はポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）とを表１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１．３ｔｏｎ／ｃｍ2でプレス加工して直径４５ｍｍで円柱状の免震構造体用プラグを作製した。
【００４９】
＜免震構造体の作製＞
中央に円筒状の中空部を有し、外径が２２５ｍｍ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'＝０．４ＭＰａ）］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を評価した。結果を表１に示す。
【００５０】
＜減衰性能の評価＞
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０．３３Ｈｚとし、垂直面圧は１０ＭＰａ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。本試験においては、まず、歪５０％、１００％、２００％及び２５０％における切片荷重Ｑd（変位０における水平荷重値）を求めた。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。更に、切片荷重Ｑdとプラグの断面積Ｓを用いて、下記式：
τｄ＝Ｑd／Ｓ
から、切片応力τｄ（変位０における水平応力値）を計算した。τｄが大きくなる程、減衰性能が優れることを示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
＊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 粘着付与樹脂（低硬度樹脂）：日本ゼオン製「ゼオファイン」（柔らかすぎてＤ硬度の測定不可），新日本石油化学製「日石ネオポリマー１４０」（柔らかすぎてＤ硬度の測定不可），丸善石油化学製「マルカレッツＭ−８９０Ａ」（柔らかすぎてＤ硬度の測定不可），「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 ポリプロピレン（ＰＰ）：出光石油化学社製「出光ポリプロ」，Ｄ硬度＝７０
＊８ ポリエチレン（ＰＥ）：三井石油化学社製「ＭＩＰＥＬＯＮ」，Ｄ硬度＝６５
＊９ ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）：旭化成ケミカルズ社製「ＳＸ−１０１」，Ｄ硬度＝７５
＊１０ 鉄粉：粒径＝４０μｍ，不定形還元鉄粉
【００５３】
表１から明らかなように、エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂を配合したプラグ用組成物を使用することで、プラグの低歪領域での減衰性能が向上し、免震構造体の低歪領域でのτｄが向上することが分かる。
【符号の説明】
【００５４】
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】
少なくともエラストマー成分を含むエラストマー組成物と、
粉体と、
前記エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂と
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】
前記樹脂のＤ硬度が６０〜９０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】
前記樹脂の含有量が、前記エラストマー組成物と前記粉体と前記樹脂との合計量の５〜１０体積％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項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５】
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４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】
少なくともエラストマー成分を含むエラストマー組成物と、
粉体と、
前記エラストマー組成物よりもＤ硬度が３０以上高い樹脂と
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】
前記樹脂のＤ硬度が６０〜９０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】
前記樹脂の含有量が、前記エラストマー組成物と前記粉体と前記樹脂との合計量の５〜１０体積％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の免震構造体のプラグ用組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項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５】
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４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２０１３−２９１６６（Ｐ２０１３−２９１６６Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６５８８０（Ｐ２０１１−１６５８８０）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【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２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【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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