(57)【要約】  【課題】  ゴム層の平面寸法の縮小化、ゴム支承の小型化、コスト低減を図ることのできる積層ゴム構造体の製造方法を提供する。  【解決手段】  ゴム層１と鋼板２を交互に積層してなる積層ゴム構造体の製造方法において、ゴム３と短繊維４を混練し、この混練された材料を短繊維４が所定方向に配向するよう所定厚さのシート状に加工する短繊維複合ゴムシート加工工程と、この短繊維複合ゴムシート７を所定長さに切断して短繊維複合ゴム短冊９を形成する工程と、この短繊維複合ゴム短冊を複数枚積層状態に接合一体化してゴム短冊積層体１０を加工するゴム短冊積層体加工工程と、このゴム短冊積層体を複数個、各ゴム短冊積層体の短繊維配向が同一方向になるよう並べてゴム層１を形成する工程と、ゴム層１と２鋼板を、短繊維複合ゴム短冊９，９同士の接合面１１がゴム層１と鋼板２との接合面１２に対し直交するように交互に積層して加硫成形する工程と、を含む。【選択図】      図１
2005257023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム層と鋼板を交互に積層してなる積層ゴム構造体の製造方法において、
ゴムと短繊維を混練し、この混練された材料を短繊維が所定方向に配向するよう所定厚さのシート状に加工する短繊維複合ゴムシート加工工程と、
この短繊維複合ゴムシートを所定長さに切断して短繊維複合ゴム短冊を形成する短繊維複合ゴム短冊形成工程と、
この短繊維複合ゴム短冊を複数枚、各短繊維複合ゴム短冊の短繊維の配向が同一方向になるよう積層状態に接合一体化してゴム短冊積層体を加工するゴム短冊積層体加工工程と、
このゴム短冊積層体を複数個、短繊維複合ゴム短冊同士の接合面がゴム層厚み方向となるように、かつ各ゴム短冊積層体の短繊維の配向が同一方向になるよう並べてゴム層を形成する工程と、
前記ゴム層と前記鋼板を、前記短繊維複合ゴム短冊同士の接合面及びゴム短冊積層体同士の接合面が前記ゴム層と前記鋼板との接合面に対し直交するように、交互に積層して加硫成形する工程と、
を含むことを特徴とする、積層ゴム構造体の製造方法。
【請求項２】
前記短繊維複合ゴムシート加工工程、短繊維複合ゴム短冊形成工程及びゴム短冊積層体加工工程において、ゴムと短繊維を混練し、この混練された材料を短繊維が所定方向に配向するよう所定厚さのシート状に押出し加工するとともに、この押出される短繊維複合ゴムシートを余熱保有状態下で渦巻き状に所定巻層だけ巻取り、この巻取った渦巻き状の短繊維複合ゴムシートを直径方向に切断してゴム短冊積層体を得ることを特徴とする、請求項１記載の積層ゴム構造体の製造方法。
【請求項３】
繊維長さ１ｍｍ以下、繊維径１０μｍ以下の短繊維を使用し、押出される短繊維複合ゴムシートの厚さを１〜５ｍｍ、幅を厚さの５〜４０倍とすることを特徴とする、請求項２記載の積層ゴム構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば建物や橋梁用の免震積層ゴムなどに使用される積層ゴム構造体の製造方法に係り、特に小型化、コスト低減を図れる積層ゴム構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、積層ゴム構造体として、例えば免震積層ゴムがあり、この免震積層ゴムは平面視において矩形であり、稀に円形のものもある。この免震積層ゴムのゴム層それ自体のせん断弾性率は方向性が無く、免震積層ゴムの或る一定方向（以下、「所定方向」という。）の性能値（許容変形量・剛性）と、これに略直交する方向（以下、「所定直角方向」という。）の性能値（許容変形量・剛性）とは同一である（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１５３４４号公報
【特許文献２】特開平１０−２８１１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、建物や橋梁の建造物構造の構造種別等により、免震建造物の要求値によっては、所定方向の必要性能（許容変形量・剛性）と所定直角方向の必要性能（許容変形量・剛性）とが異なる場合がある。この場合、免震積層ゴムの形状（構造）を決定するにあたり、その形状（構造）を必要性能の低い方に対応させて設定すると変形性能が不足することになるため、必要性能の高い方に対応させて形状（構造）を設定することになるが、これではゴム層の平面寸法が大きくなり、免震積層ゴムが大型になり、コスト高を招くことにもなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ゴム層の所定方向とこれに略直交する所定直角方向のせん断弾性率を異ならせることによりゴム層の平面寸法の縮小化、積層ゴム構造体の小型化、コスト低減を図ることのできる積層ゴム構造体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係る発明は、ゴム層と鋼板を交互に積層してなる積層ゴム構造体の製造方法において、ゴムと短繊維を混練し、この混練された材料を短繊維が所定方向に配向するよう所定厚さのシート状に加工する短繊維複合ゴムシート加工工程と、この短繊維複合ゴムシートを所定長さに切断して短繊維複合ゴム短冊を形成する短繊維複合ゴム短冊形成工程と、この短繊維複合ゴム短冊を複数枚、各短繊維複合ゴム短冊の短繊維の配向が同一方向になるよう積層状態に接合一体化してゴム短冊積層体を加工するゴム短冊積層体加工工程と、このゴム短冊積層体を複数個、短繊維複合ゴム短冊同士の接合面がゴム層厚み方向となるように、かつ各ゴム短冊積層体の短繊維の配向が同一方向になるよう並べてゴム層を形成する工程と、前記ゴム層と前記鋼板を、前記短繊維複合ゴム短冊同士の接合面及びゴム短冊積層体同士の接合面が前記ゴム層と前記鋼板との接合面に対し直交するように、交互に積層して加硫成形する工程と、を含むことに特徴を有するものである。
【０００７】
この場合において、前記短繊維複合ゴムシート加工工程、短繊維複合ゴム短冊形成工程及びゴム短冊積層体加工工程において、請求項２記載の発明のように、ゴムと短繊維を混練し、この混練された材料を短繊維が所定方向に配向するよう所定厚さのシート状に押出し加工するとともに、この押出される短繊維複合ゴムシートを余熱保有状態下で渦巻き状に所定巻層だけ巻取り、この巻取った渦巻き状の短繊維複合ゴムシートを直径方向に切断してゴム短冊積層体を得ることができる。
また、請求項３記載の発明のように、繊維長さ１ｍｍ以下、繊維径１０μｍ以下の短繊維を使用し、押出される短繊維複合ゴムシートの厚さを１〜５ｍｍ、幅を厚さの５〜４０倍とすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、ゴム層それ自体は短繊維を所定方向に配向することにより所定方向とこれに略直交する所定直角方向のせん断弾性率を異ならせてあるので、免震建造物の要求値において、所定方向の必要性能（水平ばね定数）と所定直角方向の必要性能（水平ばね定数）とが異なる場合は、必要性能が高い方の所定方向又は所定直角方向と短繊維の配向とを一致させ、必要性能の低い方の所定直角方向又は所定方向と短繊維の配向直角方向とを一致させることで建造物の所定方向と所定直角方向の要求性能に応えることができるため、ゴム層の平面寸法の縮小化（下記の式（１）参照）、積層ゴム構造体の小型化、コスト低減を図ることができる。つまり、所定方向の必要性能と所定直角方向の必要性能とが異なる免震建造物の要求値を満足させるためにはゴム層の有効面積のサイズを大きく採る必要があってコスト高を招いていた従来の免震積層ゴムに比較して、ゴム層の平面寸法のサイズは小さくて足り、積層ゴム構造体の小型化、コストの低減を図ることができる。
【０００９】
積層ゴム構造体（免震積層ゴム）の水平ばね定数は下記の式（１）に示すとおりである。
水平ばね定数  ＫＨ＝（Ａ・Ｇ）／（ｎ・ｔＲ）                            （１）
ここで、ＫＨ：水平ばね定数（水平剛性）  Ａ：有効面積  Ｇ：ゴム層のせん断弾性係数  ｎ：ゴム層の積層数  ｔＲ：ゴム層１層の厚さ
【００１０】
ゴム層と鋼板を交互に積層するに際し、短繊維複合ゴム短冊同士の接合面がゴム層と鋼板との接合面に対し平行になるように積層すると、水平変位時にゴム層の短繊維複合ゴム短冊同士の接合面やゴム短冊積層体同士の接合面がせん断力で剥離しやすいが、請求項１記載の発明では、短繊維複合ゴム短冊同士の接合面がゴム層と鋼板との接合面に対し直交するように積層してあるので、水平変位時にゴム層の短繊維複合ゴム短冊同士の接合面及びゴム短冊積層体同士の接合面がせん断力で剥離するのを抑止できる。
【００１１】
ゴム層の平面寸法の縮小化に伴う積層ゴム構造体の小型化により、狭隘な設置場所における設計の自由度が得られる。
ゴム層の所定方向とこれに略直交する所定直角方向の水平剛性を異ならせることにより、建物や橋梁の建造物の用途で要求される所定方向と所定直角方向の要求を満足させる自由度が拡大し、コスト低減も図れる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、短繊維複合ゴム短冊を複数枚積層状態に接合一体化したゴム短冊積層体を連続的に能率よく製造することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、短繊維の配向精度を上げることができ、また、所定方向とこれに略直交する所定直角方向のせん断弾性率を１．１倍以上の差とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好適な実施形態を図面に基づき説明する。図１は本発明の方法により得られた積層ゴム構造体を一部破断した状態で示す斜視図、図２は積層ゴム構造体のゴム短冊積層体の斜視図、図３は積層ゴム構造体のゴム層の斜視図、図４は押出成形機の押出用ダイから短繊維複合ゴムシートを押出成形している状態を示す側面図、図５は図４の押出用ダイのダイ口の正面図、図６は短繊維複合ゴムシートを直径方向に切断した状態を示す正面図である。
【００１５】
図１において、本発明の方法により得られる積層ゴム構造体はゴム層１と鋼板２を交互に積層して加硫成形してなる。ゴム層１は、ゴム３に短繊維４が所定方向（図示例ではＹ方向）に配向されて内包された短繊維複合ゴムからなって、所定方向（Ｙ方向）とこれに略直交する所定直角方向（Ｘ方向）のせん断弾性率を異ならせたものとする。この場合、Ｘ方向とＹ方向のせん断弾性率の差は１．１倍以上、好ましくは２倍以上にする。
【００１６】
ゴム３としては天然ゴム、合成ゴムが用いられる。短繊維４にはナイロン繊維やアラミド短繊維などが用いられる。短繊維のサイズとしては径が１０μｍ以下、好ましくは２〜５μｍ、長さが１ｍｍ以下、好ましくは０．２〜０．４ｍｍである。ゴム３と短繊維４の配合量はゴム１００重量部に対して短繊維１〜５重量部とする。
【００１７】
次に、上記積層ゴム構造体の製造方法の一実施例を工程順に説明する。
まず、未加硫ゴム１００重量部に対して１．５〜２．５重量部の短繊維を混練し、この混練された材料を図４のように押出成形機の押出用ダイ５に備えた長方形状のダイ口６（図５参照）から断面長方形状の短繊維複合ゴムシート７を押出成形する（短繊維複合ゴムシート加工工程）。これにより短繊維複合ゴムシート７が短繊維を所定方向に配向するよう押出成形される。この場合、短繊維の配向方向は短繊維複合ゴムシート７の押出方向と一致する。短繊維の配向精度を上げるには、短繊維は長さ１ｍｍ以下、径１０μｍ以下のものを使用し、短繊維複合ゴムシート７は厚みｔが１〜７．５ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍ、幅ｗは厚さｔの５〜４０倍とすることが好ましく、これにより短繊維の大部分を所定方向（押出方向）に揃えて配向することができる。
【００１８】
この短繊維複合ゴムシート７は余熱保有状態下で押し出されながらマンドレル８に渦巻き状に所定巻層だけ巻き取られる（図４参照）。このように余熱保有状態下でマンドレル８に巻き取られる短繊維複合ゴムシート７の層間は密着一体化される。
【００１９】
次いで、短繊維複合ゴムシート７はマンドレル８から取り出され、図６のように直径方向に切断Ｃされることにより、図２に示すごとく複数枚の短繊維複合ゴム短冊９が各短繊維複合ゴム短冊９の短繊維の配向が同一方向になるよう積層状態に接合一体化された２個のゴム短冊積層体１０が形成される（短繊維複合ゴム短冊形成工程・ゴム短冊積層体加工工程）。
【００２０】
次いで、このゴム短冊積層体１０は複数個、短繊維複合ゴム短冊９，９同士の接合面１１がゴム層厚み方向となるように、かつ各ゴム短冊積層体１０の短繊維の配向が同一方向になるよう並べられて図３に示すごときゴム層１が形成される（ゴム層形成工程）。このように形成されたゴム層１の厚さＴは短繊維複合ゴムシート７の幅ｗと一致することになる。
【００２１】
最後に、このように形成されたゴム層１と鋼板２は交互に積層され加硫成形されることにより、ゴム層１とゴム層１の間に鋼板２が加硫接着されて図１に示すごとく積層ゴム構造体とされる。その際、短繊維複合ゴム短冊９，９同士の接合面１１及びゴム短冊積層体１０，１０同士の接合面１２がゴム層１と鋼板２との接合面１３に対し直交するように積層されることが肝要である。なお、図示例では短繊維配向方向とＹ方向とを一致させ、短繊維配向直角方向とＸ方向とを一致させている。
【００２２】
短繊維複合ゴムシート７を用いて、ゴム層１のＸ方向とＹ方向のせん断弾性率を１．１倍以上の差とするには、短繊維複合ゴムシート７が以下の厚さｔ及び幅ｗの条件を満たすことが望まれる。
短繊維複合ゴムシート７は厚さ１〜５ｍｍ、幅は厚さの５〜４０倍とする。より好ましくは、短繊維複合ゴムシート７は厚さ１〜３ｍｍとし、厚さ１〜２ｍｍに対し幅１５ｍｍ、厚さ１〜２．５ｍｍに対し幅２５ｍｍ、厚さ２〜３．５ｍｍに対し幅４０ｍｍとすることが望まれる。短繊維複合ゴムシート７は厚さ１ｍｍ未満では押出時間が長くかかり、厚みが不均一になり、短繊維がダイス口６を通り難くなるため押出成形が困難になる。短繊維複合ゴムシート７は厚さ５ｍｍを超えると、短繊維複合ゴムシート７の短繊維配向方向と短繊維配向直角方向の引張応力にあまり差を持たすことができないため、ゴム層１としてそのＸ方向とＹ方向のせん断弾性率の差を１．１倍以上にすることができない。
【００２３】
積層ゴム構造体として、上記のように短繊維複合ゴム短冊９，９同士の接合面１１及びゴム短冊積層体１０，１０同士の接合面１２がゴム層１と鋼板２との接合面１３に対し直交するように積層されていると、水平変位時にゴム層１の短繊維複合ゴム短冊９，９同士の接合面１１及びゴム短冊積層体１０，１０同士の接合面１２がせん断力で剥離するのを防止でき、耐久性を向上できる。
【００２４】
上記のように、短繊維複合ゴムシート加工工程、短繊維複合ゴム短冊形成工程及びゴム短冊積層体加工工程において、ゴムと短繊維を混練し、この混練された材料を短繊維が所定方向に配向するよう所定厚さのシート状に押出し加工するとともに、この押出される短繊維複合ゴムシート７を余熱保有状態下で渦巻き状に所定巻層だけ巻取り、この巻取った渦巻き状の短繊維複合ゴムシート７を直径方向に切断し二分割してゴム短冊積層体１０を得るという方法を採用した場合は、短繊維複合ゴム短冊９を複数枚積層状態に接合一体化したゴム短冊積層体１０を連続的に能率よく製造することができる。
しかし、そのほかに、押出し、又はカレンダ加工された短繊維複合ゴムシート７を所定寸法に切断して短繊維複合短冊９を形成し、これを複数枚積層し一体化してゴム短冊積層体１０を得ることもできる。
【００２５】
上記短繊維複合ゴムシート７の実施例１〜２、比較例１〜３を挙げる。
【実施例１】
【００２６】
長さ０．３ｍｍ、径３μｍのナイロン短繊維を天然ゴム１００重量部に対し２．０重量部配合して、厚さ２ｍｍ、幅３０ｍｍの短繊維複合ゴムシートを得た。
【実施例２】
【００２７】
短繊維複合ゴムシートを厚さ１ｍｍとした以外は実施例１と同様である。
【比較例１】
【００２８】
短繊維複合ゴムシートを厚さ７ｍｍとした以外は実施例１と同様である。
【比較例２】
【００２９】
短繊維複合ゴムシートを厚さ１０ｍｍとした以外は実施例１と同様である。
【比較例３】
【００３０】
短繊維を配合しない厚さ２ｍｍ、幅３０ｍｍのゴムシートを得た。
【００３１】
上記実施例１〜２、比較例１〜３の引張応力及び伸びの試験結果を図７に示す。図中、比較例４は実施例１の短繊維配向に対し直角の方向（短繊維配向直角方向）の引張応力及び伸びの試験結果を示す。
この図７から明らかなように、短繊維複合ゴムシート７が厚さ７ｍｍ、幅３０ｍｍより大きいと、実施例１の短繊維配向直角方向の引張応力と差が少なく、実施例１〜２の短繊維複合ゴムシート７が比較例１〜４に比較して引張応力を２倍以上にできることがわかる。
【００３２】
次に、積層ゴム構造体の実施例３〜８、比較例５〜７を挙げる。
【実施例３】
【００３３】
積層ゴム構造体はゴム層１を５層、幅・長さ共５００ｍｍ、厚さ９ｍｍの鋼板２を６枚とする。ゴム層１は以下のように形成した。まず、厚さ２ｍｍ、幅３０ｍｍの短繊維複合ゴムシート７を押し出してΦ３２０のマンドレルに１５周巻き付け、これを直径方向に切断して１５枚の短繊維複合ゴム短冊９が各短繊維複合ゴム短冊９のナイロン短繊維の配向が同一方向になるよう積層状態に接合一体化されたゴム短冊積層体１０を形成した。この場合、ゴム短冊積層体１０の厚みは２（ｍｍ）×１５≒２９ｍｍとなる。次いで、このゴム短冊積層体１０を１７個、各ゴム短冊積層体１０のナイロン短繊維の配向が同一方向になるよう並べて厚み３０ｍｍ、幅約５００ｍｍ、長さ約５００ｍｍのゴム層１を得る。
【実施例４】
【００３４】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ１ｍｍ、幅３０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【実施例５】
【００３５】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ３ｍｍ、幅３０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【実施例６】
【００３６】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ４ｍｍ、幅３０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【実施例７】
【００３７】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ５ｍｍ、幅３０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【実施例８】
【００３８】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ１．５ｍｍ、幅６０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【比較例５】
【００３９】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ１０ｍｍ、幅３０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【比較例６】
【００４０】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ９ｍｍ、幅５０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【比較例７】
【００４１】
短繊維を配合しないゴムシートを厚さ２ｍｍ、幅３０ｍｍに押し出した以外は、実施例３と同様に実施した。
【００４２】
上記実施例３〜８、比較例５〜７の短繊維配向方向と短繊維配向直角方向の水平ばね定数を測定した結果を図８に示す。
【００４３】
図８の図表から明らかなように、短繊維複合ゴムシート７が厚さ１〜５ｍｍ、幅３０ｍｍであると、短繊維配向方向と短繊維配向直角方向の水平ばね定数を２〜３倍の差を持たすことができるが、短繊維複合ゴムシート７が厚さ７ｍｍ、幅３０ｍｍより大きいと、短繊維配向方向と短繊維配向直角方向の水平ばね定数に差をあまり持たすことができないことがわかる。また、実施例３〜８の短繊維複合ゴムシート７の短繊維の配向直角方向の水平ばね定数（水平剛性）においても、比較例７の短繊維を配合しない短繊維複合ゴムシート７の水平ばね定数（水平剛性）よりは大きくなることができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の方法により得られた積層ゴム構造体を一部破断した状態で示す斜視図である。
【図２】図１の積層ゴム構造体のゴム短冊積層体の斜視図である。
【図３】図１の積層ゴム構造体のゴム層の斜視図である。
【図４】押出成形機の押出用ダイから短繊維複合ゴムシートを押出成形している状態を示す側面図である。
【図５】図４の押出用ダイのダイ口の正面図である。
【図６】短繊維複合ゴムシートを直径方向に切断した状態を示す正面図である。
【図７】短繊維複合ゴムシートの実施例１〜２と比較例１〜４の引張応力及び伸びの試験結果を示す図表である。
【図８】積層ゴム構造体の実施例３〜８と比較例５〜７の短繊維配向方向と短繊維配向直角方向の水平ばね定数の試験結果を示す図表である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ゴム層
２  鋼板
３  ゴム
４  短繊維
７  短繊維複合ゴムシート
９  短繊維複合ゴム短冊
１０  ゴム短冊積層体
【図１】
2005257023.tif 000003
【図２】
2005257023.tif 000004
【図３】
2005257023.tif 000005
【図４】
2005257023.tif 000006
【図５】
2005257023.tif 000007
【図６】
2005257023.tif 000008
【図７】
2005257023.tif 000009
【図８】
2005257023.tif 000010