(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部プレートと下部プレートとの間に鋼板とゴム層とを交互に積層したゴム積層体において、トランスポリイソプレンからなる減衰材を前記上部プレート、下部プレート、鋼板、ゴム層と接着して一体化して両プレート間に介設し、前記減衰材にジエン系ゴムおよびカーボンブラックを配合し、この減衰材をトランスポリイソプレンとジエン系ゴムとからなるポリマー１００質量部に対してカーボンブラックを４０質量部以上１００質量部以下配合した組成物とし、前記ポリマーにおけるトランスポリイソプレンの質量配合割合が５０％以上であることを特徴とするゴム積層体。
【請求項２】
前記減衰材の引張り降伏応力が５ＭＰａ以上、破断伸びが１５０％以上である請求項１に記載のゴム積層体。
【請求項３】
前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積が２５ｍ２／ｇ以上２６０ｍ２／ｇ以下およびＤＢＰ吸油量が６５ｍｌ／１００ｇ以上１５０ｍｌ／１００ｇ以下である請求項１または２に記載のゴム積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム積層体に関し、さらに詳しくは、良好な振動エネルギー吸収性能を有するとともに、耐久性および引張り性能を向上させることが可能なゴム積層体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造体の基礎等に設置されて支承となるゴム積層体は、種々提案されており、減衰性能を向上させために鉛を減衰材として用いたゴム積層体が知られている。その構造は図５に例示するように、金属製の上部プレート２と下部プレート３の間に薄い鋼板５とゴム層４とを交互に積層したゴム積層体１に、上部プレート２から下部プレート３まで貫通する挿入孔８を設けて、鉛プラグ７を挿入孔８に挿入して減衰材としている。上部プレート２には、構造体等の設置に用いるボス穴Ｂが設けられている。
【０００３】
この鉛プラグ７の優れた減衰性能によって、良好な振動エネルギー吸収性能を得ることができるが、鉛は伸びが小さく、更にゴムと一体化しないため、上部プレート２と下部プレート３とが相対的に横にずれて大きくせん断変形すると、図６に示すように、くびれが生じて破損し、使用不可能になるため耐久性が十分ではないという問題があった。
【０００４】
また、ゴム積層体１は、通常、圧縮応力状態で使用されるが、上部プレート２と下部プレート３とが相対的に上下方向に離間するような引張り応力を受けることも想定して設計されるため、ある程度の受圧面積を確保して引張り応力を小さくする必要がある。
【０００５】
ところが、鉛は接着が困難な素材であり、鉛プラグ７と両プレート２、３とを接着固定して一体化することができない。そのため、ゴム層４と両プレート２、３との接着面積を大きくしなければならず、ゴム積層体１の小型化が困難であるという問題があった。  
【０００６】
一方で、鉛プラグ７に替えてプラスチック材料を充填して減衰材として用いるものが提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、この提案においても減衰材と上部および下部プレートとは一体化されていないため、引張り性能の向上化およびゴム積層体の小型化に問題があった。
【特許文献１】特開平１１−２１００９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、良好な振動エネルギー吸収性能を有するとともに、耐久性および引張り性能の向上と小型化が可能なゴム積層体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明のゴム積層体は、上部プレートと下部プレートとの間に鋼板とゴム層とを交互に積層したゴム積層体において、トランスポリイソプレンからなる減衰材を前記上部プレート、下部プレート、鋼板、ゴム層と接着して一体化して両プレート間に介設し、前記減衰材にジエン系ゴムおよびカーボンブラックを配合し、この減衰材をトランスポリイソプレンとジエン系ゴムとからなるポリマー１００質量部に対してカーボンブラックを４０質量部以上１００質量部以下配合した組成物とし、前記ポリマーにおけるトランスポリイソプレンの質量配合割合が５０％以上であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のゴム積層体によれば、上部プレートと下部プレートとの間にトランスポリイソプレンからなる減衰材を介設したことによって、良好な振動エネルギー吸収性能を得ることができるとともに、せん断変形時には、鉛の減衰材で生じていたくびれが発生することがなく、耐久性が向上する。
【００１０】
そして、トランスポリイソプレンは金属等に接着可能な材質であり、減衰材を上部プレート、下部プレート、鋼板、ゴム層と接着して一体化することで、引張り応力を受けた際に、ゴム層および鋼板とともに引張り応力を負担することができ、ゴム積層体の引張り性能を向上させることが可能となるとともに、引張り応力に対応するために両プレートとゴム層との接着面積を大きくする必要がなく、ゴム積層体の小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のゴム積層体を図に示した実施形態に基づいて説明する。尚、従来例と同一構成要素には、同一の符号を付して説明する。図１に縦断面で示すように、この実施形態のゴム積層体１は、上部プレート２と下部プレート３との間に鋼板５とゴム層４とを交互に積層し、両プレート２、３と上下端を接着固定した減衰材６を両プレート２、３間に介設した構造となっている。
【００１２】
この減衰材６は、トランスポリイソプレンからなり、柱状でそれぞれの鋼板５およびゴム層４を上下に貫いて中央部に設置され、鋼板５およびゴム層４とも接着し、両プレート２、３とともに一体化している。
【００１３】
ここで、図４に鉛、一般的な天然ゴム（ＮＲ）、トランスポリイソプレン（ＴＰＩ）の引張り特性を例示する。図４に示すように、鉛は引張り降伏応力が１３ＭＰａ程度と高いが、破断伸びは小さく３０％程度であり、天然ゴム（ＮＲ）は図４に明確に表れていないが、比較的引張り降伏応力は低く、破断伸びは５００％程度である。一方、トランスポリイソプレン（ＴＰＩ）は引張り降伏応力が１０ＭＰａ以上と高く、破断伸びが４００％程度という物性を有している。
【００１４】
上記したように、鉛に近い引張り降伏応力を有するトランスイソプレンを鉛の代替として減衰材６に用いることによって、ゴム積層体１は良好な振動エネルギー吸収性能を得ることができる。
【００１５】
また、図２に示すように両プレート２、３に固定された上部構造物９ａと下部構造物９ｂとが相対的に横ずれするとせん断変形するが、トランスポリイソプレンからなる減衰材６は、破断伸びがゴムのように大きく、ゴム層４、鋼板５および両プレート２、３とも接着することから、鉛プラグ７のようにくびれて破損することがなく、せん断変形に追従し、十分な耐久性を有することになる。
【００１６】
図３に示すように、上部プレート２に固定された上部構造物９ａが大きく傾いた場合には、ゴム積層体１が引張り応力を受けることがある。この場合、減衰材６と両プレート２、３とは接着固定されて一体化しているので、ゴム層４および鋼板５とともに減衰材６が引張り応力を負担することができ、ゴム積層体１の引張り性能が向上する。      
【００１７】
これに伴い、引張り応力に対応するために、鉛プラグ７を用いた従来のゴム積層体１のように、両プレート２、３とゴム層４との接着面積を余分に大きくする必要がなく、ゴム積層体１の小型化が可能となる。
【００１８】
このゴム積層体１を製造するには、例えば、予め中央部をくり抜いた形状のゴム層４および鋼板５を交互に積層し、その後、中央部に減衰材６を挿入して、両プレート２、３で挟んだ状態で加硫して減衰材６と両プレート２、３、ゴム層４、鋼板５とを接着固定する。この製造方法に限定されることなく、減衰材６と両プレート２、３、ゴム層４、鋼板５とを接着固定できる製造方法を用いることができる。
【００１９】
減衰材６の引張り降伏応力を５ＭＰａ以上および破断伸びを１５０％以上にすると、特に良好な振動エネルギー吸収性能を得つつ、せん断変形時にくびれて破損することなく、耐久性の向上を図ることができる。尚、引張り降伏応力および破断伸びの上限値はトランスポリイソプレンの物性限界値として、それぞれ１５ＭＰａ程度、５５０％程度となる。
【００２０】
実施形態では、減衰材６がゴム層４および鋼板５の中央部に配置されているが、これに限定されず、減衰材６の配置および配置数は要求性能によって適宜、決定する。例えば、図５に示した従来のゴム積層体１における鉛プラグ７のように、ゴム積層体１の平面方向中心のまわりに均等に複数の減衰材６を配置する。
【００２１】
減衰材６の形状は、円柱体や角柱体等の各種柱状体、筒状体を採用することができる。例えば、円柱体や円筒体の減衰材６をゴム積層体１に一つのみ用いるとともに、ゴム層４および鋼板５の形状をこの減衰材６と同心円状にすると振動エネルギー吸収性能に方向性がなくなり、平面方向全方向に対してばらつきのない振動エネルギー吸収性能を得ることができる。
【００２２】
両プレート２、３の間に介在する構成部材の横断面での減衰材６の占有面積割合は、要求性能に応じて適宜、決定することができるが、例えば、２０％〜４０％程度にする。
また、減衰材６として、トランスポリイソプレンにカーボンブラックを所定割合で配合した組成物を用いると、カーボンブラックによる補強効果によって、容易に高い引張り降伏応力を得ることができ、振動エネルギー吸収性能の向上を図ることが可能となる。具体的には参考形態として、トランスポリイソプレン１００質量部に対してカーボンブラックを４０質量部以上１００質量部以下配合することが好ましい。
【００２３】
このカーボンブラックは、窒素吸着比表面積を２５ｍ２／ｇ以上２６０ｍ２／ｇ以下、好ましくは７０ｍ２／ｇ以上２５０ｍ２／ｇ以下、さらに好ましくは１９０ｍ２／ｇ以上２１５ｍ２／ｇ以下とし、ＤＢＰ吸油量を６５ｍｌ／１００ｇ以上１５０ｍｌ／１００ｇ以下、好ましくは７０ｍｌ／１００ｇ以上１３５ｍｌ／１００ｇ以下、さらに好ましくは９５ｍｌ／１００ｇ以上１３０ｍｌ／１００ｇ以下とする。
【００２４】
窒素吸着比表面積およびＤＢＰ吸油量を上記した範囲にすることで、カーボンブラックによる補強効果を一層、高めることができる。尚、窒素吸着比表面積はＡＳＴＭ  Ｄ３０３７−８９、ＤＢＰ吸油量はＪＩＳ  Ｋ−６２２１による測定値である。
【００２５】
トランスポリイソプレンは、６０℃程度で軟化し、これにカーボンブラックを配合した組成物は、通常のゴム組成物と同様に混合、圧延、押出しが可能で、所定の形状、例えば、円筒状に容易に加工することができ、混合加工性に優れ、金属やゴムとの接着も可能である。
【００２６】
本発明のように、トランスポリイソプレンにカーボンブラックを配合した減衰材６に所定割合のジエン系ゴムを配合すると、この組成物のせん断弾性率（モジュラス）に対する温度依存性を小さくすることができ、ゴム積層体１が設置される温度環境に大きく影響を受けることなく、安定した性能を発揮することが可能となる。
【００２７】
具体的には、トランスポリイソプレンとジエン系ゴムとからなるポリマー１００質量部に対して、カーボンブラックを４０質量部以上１００質量部以下配合した組成物を減衰材６とし、このポリマーにおけるトランスポリイソプレンの質量配合割合を５０％以上にすることで、上述したカーボンブラックによる優れた補強効果を得つつ、温度の影響を受けにくい安定した性能が確保できる。
【００２８】
ジエン系ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、１，２−ポリブタジエンゴム（１，２−ＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ、ＮＩＲ、ＮＢＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｂｒ−ＩＩＲ、Ｃ１−ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）等を例示することができ、２種類以上を併用してもよい。尚、ガラス転移点の低いＢＲを用いるとモジュラスの温度依存性をより小さくすることができる。
【実施例】
【００２９】
表１に示す割合でトランスポリイソプレン、ブタジエンゴム、カーボンブラック（窒素吸着比表面積２０２ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量１２６ｍｌ／１００ｇ）を配合し、神戸製鋼（株）製Ｂ型バンバリーミキサ（１．８Ｌ）にて５分間混練した後、この混練物に、本発明の特徴に影響を与えない少量割合の硫黄、加硫促進剤（Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド（ＣＢＳ））を加えて、８インチの混練りロールで４分間混練し、１４８℃で４５分間プレス加硫して７種類（実施例１〜２、参考例１〜４、比較例１）の組成物を得た。それぞれの組成物に対して以下の性能を評価し、その結果を表１に示す。
【００３０】
[混合加工性]
それぞれの配合割合の材料を混練りして、混練終了後の未加硫組成物のまとまり具合を示し、問題なくまとめることができた場合を○、十分に混練できず、まとまらない場合を×で示した。
【００３１】
[引張り降伏応力][破断伸び]
ＪＩＳ Ｋ−６２５１に基づき、引張り試験を実施した。実施例１〜２、参考例１〜４の降伏応力と引張り試験から得られる５０％モジュラスは近い値をとるため、５０％モジュラスを引張り降伏応力とした。また、引張り試験で破断した時の伸びをそれぞれの実施例１〜２、参考例１〜４の破断伸びとした。
【００３２】
[せん断降伏応力] [履歴ループ面積]
図７に示すように、混練後の組成物１０ａを幅２５ｍｍ×長さ２５ｍｍ×厚さ４．８ｍｍのサイズに圧延したものと、表面をサンドブラストして金属接着剤を塗布した鋼板１０ｂ（幅２５ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ２０ｍｍ）とを積層後、１３０℃で１２０分間プレス加硫して一体化し、試験サンプル１０を作製した。
【００３３】
この試験サンプル１０を加振機、入力信号発振機および出力信号処理機を用いて、以下の条件でラップシェアせん断試験を実施した。各試験サンプル１０に、２軸せん断試験機によって変形周波数０．５Ｈｚ、測定温度２３℃の下、１７５％歪みの加振を与え、図８に示すせん断降伏応力Ｐｓｒおよび履歴ループ面積ΔＷを測定した。両測定値Ｐｓｒ、ΔＷともに数値が大きい程、減衰性能（振動エネルギー吸収性能）が良いことを示す。尚、比較例１は混練り不十分により、試験サンプル１０を作製することができず、測定不可能であった。
【００３４】
【表１】
0004618014.tif 000002
【００３５】
この結果から、実施例１〜２、参考例１〜４が良好な混合加工性を有し、せん断降伏応力Ｐｓｒおよび履歴ループ面積ΔＷが十分大きく、良好な振動エネルギー吸収性能を有することが確認できた。特に、カーボンブラックの配合割合を特定の範囲にすることで、一層優れた振動吸収性能が得られることが明確になった。
【００３６】
次に、表２に示すゴム層および減衰材を用いて、５種類のミニチュアのゴム積層体（実施例３〜４、比較例２〜４）を作製した。このゴム積層体は、表２に示す未加硫のそれぞれのゴム層と金属接着剤を塗布した金属板（１３０ｍｍ×１３０ｍｍ×３．０ｍｍ）とを交互に積層し、ゴム層が４層、金属板が３層となるように成型した。サンドブラスト後に金属接着剤を塗布した端部鋼板（１３０ｍｍ×１３０ｍｍ×３０ｍｍ）を、最上部および最下部のゴム層の表面に積層し、１３０℃で２７５分間プレス加硫して、１層の厚みが３．０ｍｍのゴム積層体とした。
【００３７】
実施例３〜４および比較例４のゴム積層体には、表２に示す減衰材を図１のように端部鋼板の間に介設した。実施例３〜４の減衰材は、先の実施例１の配合割合からなる組成物である。実施例３では、ゴム積層体の横断面において、減衰材の占有面積割合を３０％、実施例４では４０％、比較例４では７％とした。比較例２〜３は、それぞれ高減衰ゴム、超高減衰ゴムのみから成っており、減衰材は介設していない。尚、実施例３〜４および比較例２〜３では、ゴム層あるいは減衰材が各部材と接着して一体化したゴム積層体となっており、比較例４では、減衰材（鉛）が非接着状態で一体化されていないゴム積層体となっている。
【００３８】
それぞれのゴム積層体について、２軸せん断試験機によって、変形周波数が０．５Ｈｚ、歪みが１７５％の条件下で等価減衰定数を求めた。等価減衰定数は大きい程、減衰性能（振動エネルギー吸収性能）が良いことを示す。
【００３９】
【表２】
0004618014.tif 000003
【００４０】
この結果から、実施例３および４は、高減衰ゴム積層体である比較例２、超高減衰ゴム積層体である比較例３および鉛を減衰材とした比較例４と同等もしくはそれ以上の振動吸収性能を有し、特に、実施例４は超高減衰ゴム積層体の比較例３以上の優れた振動吸収性能を有することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のゴム積層体の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明のゴム積層体がせん断変形している状態を例示する縦断面図である。
【図３】本発明のゴム積層体が引張り応力を受けている状態を例示する縦断面図である。
【図４】天然ゴム、トランスポリイソプレン、鉛の引張り特性を例示するグラフ図である。
【図５】従来のゴム積層体を例示する斜視図である。
【図６】従来のゴム積層体がせん断変形している状態を例示する縦断面図である。
【図７】ラップシェアせん断試験の試験サンプルを示す側面図である。
【図８】ラップシェアせん断試験による履歴ループ面積およびせん断降伏応力を例示するグラフ図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  ゴム積層体
２  上部プレート
３  下部プレート
４  ゴム層
５  鋼板
６  減衰材
７  鉛プラグ
８  挿入孔
９ａ  上部構造物    ９ｂ  下部構造物
１０  試験サンプル（ラップシェアせん断試験用）
１０ａ  組成物  １０ｂ  鋼板
【図１】
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【図２】
0004618014.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004618014.tif 000008
【図６】
0004618014.tif 000009
【図７】
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【図８】
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