(57)【要約】【課題】金属プラグ材料としてＰｂを使用せずに環境への悪影響を低減するとともに、金属プラグ材料をリサイクルするために行う金属材料の分離が容易で、金属材料の回収率を高めることができる免震構造体を提供することである。【解決手段】剛性を有する内部硬質板１２ａ、上部硬質板１２ｂおよび下部硬質板１２ｃからなる硬質板１２とゴム層１３とが交互に積層された積層体と、該積層体の積層方向に穿設した中空部１４内に配置された金属プラグ１５とを備え、前記金属がＩｎを４０〜８０重量％含有するＩｎ合金であり、該Ｉｎ合金の融点が前記ゴムの軟化点よりも低い免震構造体である。【選択図】図１
2005315366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性を有する硬質板とゴム層とが交互に積層された積層体と、該積層体の積層方向に穿設した中空部内に配置された金属プラグとを備えた免震構造体であって、
前記金属がＩｎを４０〜８０重量％含有するＩｎ合金であり、該Ｉｎ合金の融点が前記ゴムの軟化点よりも低いことを特徴とする免震構造体。
【請求項２】
前記Ｉｎ合金がＩｎ−Ｂｉ合金である請求項１記載の免震構造体。
【請求項３】
前記Ｉｎ合金の融点が１００℃以下である請求項１または２記載の免震構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路橋、高架橋、ビル、家屋等の構造物と、その土台との間に介装する免震構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地震等の振動を道路橋、高架橋、ビル、家屋等の構造物に直接伝播させないために、構造物と土台との間に免震構造体を介装して振動を減衰させる免震構造が採用されている。この免震構造に用いられる免震構造体としては、例えば剛性を有する硬質板とゴム層とが交互に積層された積層体と、該積層体の積層方向に穿設した中空部内に配置され、免震構造体の減衰効果を向上させるための金属プラグとを備えたものが挙げられる。
【０００３】
通常、この金属プラグの材料としては、Ｐｂが用いられている。Ｐｂは、柔らかく、延性に富み、再結晶が常温で起こるため材料劣化が少なく、しかも安価であるという点で、メンテナンスを実施し難い土木構造物の免震構造体用の金属プラグ材料として優れている。
【０００４】
しかし、近年、人体に対するＰｂの毒性が指摘されており、環境や健康に対する配慮から、Ｐｂプラグに代わる他の金属プラグの開発が進められている。例えば、特許文献１には、純度９５％以上のＳｎを用いた金属プラグが開示されている。この特許文献１に記載のＳｎプラグは、Ｐｂプラグと同等以上の減衰性能を発揮するので、Ｐｂプラグと代替え可能であるとされている。
【０００５】
また、特許文献２には、金属プラグの材料として、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｆｅ、これらの合金等が提案されている。しかしながら、一般に、合金はその組成によって物性が大きく異なるにもかかわらず、特許文献２には上記合金の具体的な組成等が開示されていないので、これらの合金がＰｂと代替可能であるか否かは明らかではない。
【０００６】
ところで、現場において使用された後の免震構造体を廃棄する際には、資源およびエネルギーの有効利用、環境への配慮などの観点から、金属プラグ材料をリサイクルするのが望ましい。金属プラグ材料をリサイクルするには、金属プラグとしてＰｂプラグや特許文献１に記載のＳｎプラグなどを用いている場合、免震構造体から金属プラグを機械的に押し抜いて他の材料と分離したり、ゴムを燃やして金属プラグを分離する必要がある。
【０００７】
しかしながら、前者の方法では、作業が煩雑であり、しかも免震構造体から金属を完全に分離するのは困難であるため、金属の回収率が必ずしも高くないという問題がある。また、後者の方法では、ゴムの燃焼により硫化水素などの有毒ガスが発生し、環境や人体に悪影響を及ぼすおそれがある。
【特許文献１】特開２００１−０８２５３８号公報
【特許文献２】特表２００１−５０９５７８号公報、請求項１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、金属プラグ材料としてＰｂを使用せずに環境への悪影響を低減するとともに、金属プラグ材料をリサイクルするために行う金属材料の分離が容易で、金属材料の回収率を高めることができる免震構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するために、まず、免震構造体の金属プラグ材料と他の材料とを分離する方法について検討した結果、金属プラグ材料として、融点がゴムの軟化点よりも低い材料を用いると、金属プラグ材料の融点以上で、かつ、ゴムの軟化点以下の温度に免震構造体を加熱することにより金属プラグ材料のみを溶融させることができるので、ゴムの燃焼による有毒ガスの発生を防止しつつ、金属プラグ材料と他の材料とを容易に分離することができるという新たな手法を見出した。
【００１０】
次に、本発明者らは、上記手法を適用可能な低い融点を有し、かつ、免震構造体の金属プラグ材料として要求される減衰特性および剛性を有した材料を得るために、種々の金属および合金について、その特性の評価検討を進めた。この検討の過程において、柔らかく延性に優れるというＰｂに似た特性を有し、融点が低いＩｎに着目した。そして、さらに検討を重ねた結果、所定の含有比率でＩｎを含むＩｎ合金であれば、Ｐｂと同等の減衰特性および剛性を有し、しかも融点をゴムの軟化点よりも低くすることが可能であるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の免震構造体は、剛性を有する硬質板とゴム層とが交互に積層された積層体と、該積層体の積層方向に穿設した中空部内に配置された金属プラグとを備えたものであって、前記金属がＩｎを４０〜８０重量％含有するＩｎ合金であり、該Ｉｎ合金の融点が前記ゴムの軟化点よりも低いことを特徴とする。具体的には、例えばＩｎ合金がＩｎ−Ｂｉ合金である場合が例示できる。特に、Ｉｎ合金の融点は１００℃以下であるのが好ましい。なお、本発明におけるＩｎ合金は、不可避的不純物としてＰｂを含む場合を除き、実質的にＰｂを含有しないものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の免震構造体によれば、Ｐｂプラグに代えて、所定の含有比率でＩｎを含み、融点がゴムの軟化点よりも低いＩｎ合金からなる金属プラグを用いているので、環境や人体へ悪影響が及ぶのを防ぐとともに、金属プラグ材料を容易にかつ高収率で分離回収することができる。これにより、資源およびエネルギーを有効利用することができる。また、回収率が向上することで、ゴム材料とともに廃棄される金属プラグ材料の量を低減することができるので、環境や人体への配慮を一段と高めることができる。さらに、免震構造体の材料を分離する際の加熱処理をゴムの軟化点以下という低い温度で行うので、有毒ガスの発生を防止して環境や人体へ悪影響が及ぶのを防ぐとともに、エネルギーの消費量を削減してコストダウンを図ることができる。
【００１３】
また、本発明のおけるＩｎ合金の融点が１００℃以下であるときには、免震構造体の材料を分離する際の加熱処理を、Ｉｎ合金の融点以上の沸騰水中または温水中でより簡単に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態にかかる免震構造体について、図面を参照して詳細に説明する。図１(a)は、本実施形態にかかる免震構造体１１を示す平面図であり、図１(b)はそのＡ−Ａ線断面図である。図１(a)，(b)に示すように、免震構造体１１は、剛性を有する硬質板１２とゴム層１３とが交互に積層された積層体と、該積層体の積層方向に穿設した中空部１４内に配置された金属プラグ１５とを備えている。
【００１５】
硬質板１２は、免震構造体１１の内部に配置された内部硬質板１２ａ、上部に配置された上部硬質板１２ｂおよび下部に配置された下部硬質板１２ｃとからなる。これらの硬質板１２としては、例えば鋼板等の金属板、セラミックス、硬質プラスチック板等の材料を用いることができる。内部硬質板１２ａは、その厚さが１〜６ｍｍ程度であるのがよく、枚数が２〜５０枚程度であるのがよい。また、上部硬質板１２ｂおよび下部硬質板１２ｃの厚さは１０〜６０ｍｍ程度であるのがよい。
【００１６】
ゴム層１３は、主成分であるゴム成分に、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤、補強剤、遅延剤、可塑剤、必要に応じて着色剤などの配合剤を配合したものである。ゴム層１３は、各層の厚さが１〜５０ｍｍ程度であるのがよい。
【００１７】
ゴム成分としては、例えばジエン系ゴムを使用することができる。ジエン系ゴムとしては、天然ゴムの他、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム等の合成ゴムが挙げられる。加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤、補強剤、遅延剤、可塑剤、着色剤などの配合剤は、公知のものを使用することができる。
【００１８】
金属プラグ１５を構成する金属は、Ｉｎを４０〜８０重量％含有するＩｎ合金であり、このＩｎ合金の融点は、ゴム層１３を構成するゴムの軟化点よりも低いことが重要である。Ｉｎ合金の組成は、その融点がゴム層１３のゴムの軟化点よりも低ければ、特に限定されるものではない。具体的には、Ｉｎ合金としては、例えばＩｎ−Ｂｉ合金、Ｉｎ−Ｓｎ合金等が挙げられ、特に、融点が低く、減衰特性が高い点で、Ｉｎ−Ｂｉ合金が好ましい。また、本発明の効果を奏する範囲内で、他の金属を含有させた３元以上のＩｎ合金であってもよい。この場合、他の金属としては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｕなどが挙げられる。Ｉｎ合金の融点は、好ましくは１５０℃以下、より好ましくは１００℃以下であるのがよい。
【００１９】
Ｉｎ合金がＩｎ−Ｂｉ合金である場合、Ｉｎ合金中のＩｎの含有比率は、好ましくは５０〜７５重量％、より好ましくは６０〜７０重量％であるのがよく、さらに好ましくは共晶組成（Ｉｎ６６重量％−Ｂｉ３４重量）の近傍であるのがよい。これにより、Ｉｎ合金の融点をより低下させるとともに、免震構造体１１の減衰特性をより向上させることができる。共晶組成のＩｎ合金の融点は約７２℃である。
【００２０】
ゴムの軟化点は熱機械分析装置（ＴＭＡ）の針入モードにより測定する。ＴＭＡは、加熱炉と、この加熱炉内に配置され、下端に針状の細い突起を設けたプローブ（直径約３ｍｍの円柱状）と、試料台とを備えている。試料台上には、所定形状の試料（本発明の場合、ゴム）が載置され、この試料の上面にプローブの突起により局部的に荷重を与えながら加熱炉にて試料温度を上昇させ、この温度上昇に伴って試料が軟化すると、突起により試料が変形し、この変形に伴うプローブの変位量が計測される。本発明では、突起の先端径は１ｍｍのものを用い、計測されるプローブ変位量の変曲点の温度を軟化点とした。この方法により測定した天然ゴムの軟化点は約１５０℃であり、クロロプレンゴムの軟化点は約１８０℃である。
【００２１】
上記のような免震構造体１１は、例えば金型内に内部硬質板１２ａ、上部硬質板１２ｂおよび下部硬質板１２ｃを所定の間隔で配置し、この金型内に、ゴム成分に対して各種配合剤を配合したゴム組成物を射出等により注入して加硫成形と同時に一体に接着することにより積層体を作製し、この積層体の積層方向に中空部１４を公知の方法により穿設し、さらにこの中空部１４に金属プラグ１５を圧入することにより製造できる。
【００２２】
免震構造体１１を製造する他の方法としては、ゴム成分に対して各種配合剤を配合したゴム組成物を押出成形等により成形して所定厚みのゴム層１３を複数枚作製し、ついで、これらのゴム層１３と、内部硬質板１２ａ、上部硬質板１２ｂおよび下部硬質板１２ｃとを積層して接着剤等により接着して積層体を作製し、その後、上記と同様にして中空部１４を穿設し、金属プラグ１５を圧入する方法等が挙げられる。接着剤としては、例えば酢酸ビニル系、アクリル系、エチレン共重合体系、ドープセメント、モノマセメント、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン等の熱可塑性接着剤；クロロプレンゴム系、ニトリルゴム系、再生ゴム系、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）系、天然ゴム系等のゴム系接着剤等が挙げられる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、免震構造体の平面形状が円形である場合を例に挙げて説明したが、本発明の免震構造体では、その平面形状が楕円形や四角形、六角形などの多角形であってもよい。また、硬質板の積層数、ゴム層の積層数、金属プラグの本数などは、使用状況に応じて適宜設定すればよく、上記実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２５】
［実施例、比較例および参考例１，２］
ゴム成分（天然ゴム（ＮＲ））１００質量部に対して、各配合剤を下記に示す配合比率で配合したゴム組成物を調製した。ついで、成形機の金型内に内部硬質板（２枚）、上部硬質板（１枚）および下部硬質板（１枚）を所定の間隔で配置し、この金型内に上記ゴム組成物を注入し、加硫成形すると同時に一体化して積層体を得た。ついで、この積層体の積層方向に中空部を穿設し、この中空部に表１に示す金属材料からなる金属プラグを圧入して、図１に示すような形状の免震構造体をそれぞれ得た。なお、参考例２は、中空部に金属プラグを配置せず、合金プラグなしで試験を行った。
【００２６】
＜ゴム組成物＞
ゴム成分          １００重量部
ステアリン酸          １重量部
亜鉛華                ５重量部
老化防止剤            ８重量部
カーボンブラック    ４０重量部
可塑剤              １０重量部
シリカ              １５重量部
遅延剤                ０．７５重量部
加硫促進剤            ２．５重量部
硫黄                  １重量部
【００２７】
＜免震構造体の詳細＞
免震構造体のサイズ：径φ１００ｍｍ、高さ４８．４ｍｍ
内部硬質板のサイズ：径φ９０ｍｍ、厚さ２ｍｍ
上部・下部硬質板のサイズ：径φ９０ｍｍ、厚さ１２ｍｍ
中空部の穴径：φ２０ｍｍ
金属プラグの径：φ２０ｍｍ
ゴム層：厚み６．８ｍｍ×３層
内部硬質板の材質：ＳＳ４００（ＪＩＳ  Ｇ３１０１）
上部・下部硬質板の材質：ＳＭ４９０（ＪＩＳ  Ｇ３１０６）
【００２８】
＜水平剛性，減衰率の測定＞
上記で得られた各免震構造体の水平剛性および減衰率を以下のようにして測定した。すなわち、鷺ノ宮製作所社製サーボパルサーを用いて、試験温度を２３℃とし、並列に並べた２つの免震構造体に、表１に示す歪み率Sで周波数０．１Ｈｚのｓｉｎ波を１１回繰り返し作用させた場合の水平剛性値Kおよび減衰率heqを下式(I)，(II)によりそれぞれ求めた。結果を表１に示す。
【数１】
2005315366.tif 000003
【数２】
2005315366.tif 000004
【表１】
2005315366.tif 000005
【００２９】
一般に、比較例で用いたＩｎは、延性（伸び）はあるものの降伏剛性が低く減衰特性がＰｂよりも劣っている。表１に示すように、比較例の水平剛性値Kは、合金プラグなしの参考例２と同程度であり、減衰率heqについても参考例１（Ｐｂプラグ）の約６割程度しかない。一方、実施例で用いたＩｎ合金は、Ｐｂを用いた場合と同等以上の水平剛性Kおよび減衰率heqが得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】(a)は本発明の一実施形態にかかる免震構造体を示す平面図であり、(b)はそのＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  免震構造体
１２  硬質板
１２ａ  内部硬質板
１２ｂ  上部硬質板
１２ｃ  下部硬質板
１３  ゴム層
１４  中空部
１５  金属プラグ
【図１】
2005315366.tif 000006