(57)【要約】【課題】主に補強繊維の配合に工夫を施し、縦方向には高剛性であり、かつ、横方向には角度制限を有さない状態で低剛性となるよう、さらに改善された弾性ワッシャを提供する。【解決手段】平面視において孔１の中心Ｐに関して放射状となるように配列される補強繊維２を有するゴムで成る弾性ワッシャ。帯状のゴムシートにその幅方向に向きが揃えられる状態で補強繊維２を有する未加硫の繊維補強ゴムシートを用意し、繊維補強ゴムシートを加熱しながらその幅方向が径方向となるループ状に曲げ加工し、それから加硫することで弾性ワッシャＷが作成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性材から成るとともに、平面視において孔の中心に関して放射状となるように配列される補強繊維を有している弾性ワッシャ。
【請求項２】
径内側に行くほど厚みが厚くなるように形成されている請求項１に記載の弾性ワッシャ。
【請求項３】
前記補強繊維がナイロン６６である請求項１又は２に記載の弾性ワッシャ。
【請求項４】
前記弾性材がゴムである請求項１〜３の何れか一項に記載の弾性ワッシャ。
【請求項５】
帯状のゴムシートにその幅方向に向きが揃えられる状態で補強繊維を有する未加硫の繊維補強ゴムシートを用意し、前記繊維補強ゴムシートを加熱しながらその幅方向が径方向となるループ状に曲げ加工し、それから加硫することによって請求項１に記載の弾性ワッシャを作成する弾性ワッシャ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばシールド工法によって構築されるシールドトンネルの構成単位であるセグメント等の被締結部材をボルト・ナット等の螺着手段によって締結するにあたり、被締結部材と螺着手段との間に介装して用いられる弾性ワッシャ、並びにその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セグメント等の締結用として用いられる弾性ワッシャとしては、締結部の締付後（組付後）における座屈によるへたりや応力緩和が減少されることを目的として、軸力（圧縮力）に対する撓み量が小さくなるように大なる縦剛性が要求される。加えて、地震や地盤沈下等の外部応力によってセグメント等の被締結部材どうしの間に過大な変位力が作用した場合でも、締結部が破壊したり破損したりが生じないようにするための横剛性も要求される。
【０００３】
このような性能要求のある弾性ワッシャとして、従来では、特許文献１〜３において開示されるものが知られている。特許文献１において開示される弾性ワッシャは、合成樹脂を主成分とし、これに樹脂の可撓性を調整するための可撓性付与樹脂を配合してなる合成樹脂ワッシャである。成形性やコスト的には良いが、セグメント等の大荷重の作用する箇所にはあまり適さない。
【０００４】
特許文献２において開示される締結用ワッシャは、補強用コードをすだれ織りやメッシュ織りし、これにゴムをトッピングしてなるシート状の複数枚の補強用トッピングコードを９０度間隔や４５度間隔の異方向に等分配置して積層した構造のものである。これは補強コードを含むものの単なる積層であって、横剛性は９０度又は４５度では高剛性となり、十分に高い縦剛性と十分低い横剛性の両立が困難である。
【０００５】
特許文献３において開示されるゴムワッシャは、短繊維を分散させた混練りゴムを圧延方向に短繊維が配向された圧延シートを用いたものである。これによれば、短繊維は周方向にあって、ゴムの周方向膨出は制限されるが、セグメントの締結等において必要となる強度までは出せない。このように、いずれの手段による弾性ワッシャでも十分なものとは言い難く、さらなる改善の余地が残されているものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６４−０１０８９６号公報
【特許文献２】実公平０７−００８８９８号公報
【特許文献３】特公平０６−０５９６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、主に補強繊維の配合に工夫を施すことにより、縦方向には高剛性であり、かつ、横方向には角度制限を有さない状態で低剛性となるよう、さらに改善された弾性ワッシャを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、弾性ワッシャにおいて、弾性材から成るとともに、平面視において孔１の中心Ｐに関して放射状となるように配列される補強繊維２を有していることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の弾性ワッシャにおいて、径内側に行くほど厚みが厚くなるように形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の弾性ワッシャにおいて、前記補強繊維２の材質がナイロン６６であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の弾性ワッシャにおいて、前記弾性材がゴムであることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に係る発明は、弾性ワッシャ製造方法において、帯状のゴムシートにその幅方向に向きが揃えられる状態で補強繊維２を有する未加硫の繊維補強ゴムシート７を用意し、前記繊維補強ゴムシート７を加熱しながらその幅方向が径方向となるループ状に曲げ加工し、それから加硫することによって請求項１に記載の弾性ワッシャＷを作成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１〜４の発明によれば、補強繊維が放射状に配列されていて、隣り合う補強繊維どうしの間隔が、周方向では径外側に行くほど広くなるように配列されている。これにより、荷重と変位の方向性が生じないとともに、必要とされるバネ定数を補強繊維の材質や密度によって適宜に選択できるという利点がある。その結果、主に補強繊維の配合に工夫を施すことにより、縦方向には高剛性であり、かつ、横方向には角度制限を有さない状態で低剛性となるよう、さらに改善された弾性ワッシャを提供することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、径内側に行くほど厚みが厚くなっているので、孔付近の部分（内径側端部分）をボルト・ナット締めで圧縮させての仮止めが行い易く、作業性に優れるという利点が得られる。補強繊維は、請求項３のようにナイロン６６が好ましく、弾性材は、請求項４のようにゴムが好都合である。
【００１５】
請求項５の発明によれば、予め用意されている繊維補強ゴムシート、即ち、幅方向に向く整列状態の補強繊維を弾性材に包含させて成る未加硫の繊維補強ゴムシートを、加熱しながら幅方向が径方向となるループ状に曲げて加硫することで弾性ワッシャを作成するものであるから、例えば、四角に切断された補強繊維入り弾性材の四角を後工程で削るなどして円形のワッシャとする作り方に比べて、材料の無駄なく効率的に、かつ、廉価に弾性ワッシャを製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１による弾性ワッシャを示し、（ａ）は平座金付の断面図、（ｂ）は単体での平面図
【図２】弾性ワッシャの使用例及び要部の詳細斜視図
【図３】弾性ワッシャの製造方法を示し、（ａ）は曲げ工程、（ｂ）は曲げ工程後の断面図、（ｃ）は加硫工程後の断面図、（ｄ）はカバーゴム付の断面図
【図４】（ａ)水平方向荷重と変位との関係グラフを示す図、（ｂ）鉛直方向荷重と変位との関係グラフを示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明による弾性ワッシャ（弾性ワッシャーであって「座金」とも言う）の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
〔実施例１〕
実施例１による弾性ワッシャＷは、図１（ａ），（ｂ）に示すように、中心にボルト挿通用の中心孔１を備えた扁平筒状（五円玉状のもの）を呈しており、平面視において中心孔１の軸心（中心）Ｐに関して放射状となるように配列される補強繊維２を有するゴム（弾性材の一例）製のものである。図１（ａ）は、図１（ｂ）に示す弾性ワッシャＷと平座金６とを各々の中心孔１、６ａとが互いに同じ軸心Ｐを持つように芯合せされた状態で一体化されて成る座金付弾性ワッシャＡである。
【００１９】
例えば、図２に示すように、弾性ワッシャＷは、トンネルの壁を為すべくボルト連結される多数のセグメント３どうしの連結部４に用いられるものであって、セグメント３の連結用凹部３Ａの強化壁３ａを貫通するボルト・ナット５に平座金６を伴って嵌装されている。セグメント３はコンクリート製で円弧状のブロックであり、これを縦横に繋ぎ合せることにより、トンネル壁Ｋを構築することができる公知の手段である。
【００２０】
さて、弾性ワッシャＷの作り方について説明する。図１に示す弾性ワッシャＷは、図３（ａ）に示すように、まず、帯状のゴムシートにその幅方向に向きが揃えられる状態で補強繊維２を有する未加硫の繊維補強ゴムシート７を用意する。長尺状の繊維補強ゴムシート７が巻き取られて成るロール体８を用いると都合が良い。補強繊維２は縦横に等間隔の整列状態でゴム中に配列されている。ロール体８から巻き解された繊維補強ゴムシート７は、後の曲げ工程に適した姿勢に捻ってから（捻らなくても良い）、曲げ工程ｋ１を行う。
【００２１】
補強繊維２は、ナイロン６６が使用されるが、ポリエステル、ポリプロピレン、レーヨン、アラミド繊維等から成るフィラメント、又はその撚り糸を編織したすだれ織物、若しくはメッシュ織物でも良い。弾性材としては、天然ゴムやエチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム等の合成ゴムから選択して用いられる。
【００２２】
曲げ工程ｋ１は、図示しない加熱手段によって繊維補強ゴムシート７を図示しない加熱手段によって加熱しながらその幅方向（矢印ロ方向）が径方向となるループ状に曲げ加工する工程である。即ち、曲げ易い厚み方向（ロール体８を参照）ではなく、曲げ難い幅方向に曲げるので、常温ではなく曲げ易い温度に加熱することが望ましい。加熱温度は、加硫されるような高い温度ではなく、いわば加温程度である。
【００２３】
曲げ工程ｋ１によって平面視で円形に丸められた繊維補強ゴムシート７の断面図を図３（ｂ）に示す。曲げ工程ｋ１により、補強繊維ゴムシート７は径外側に行くほど材料が伸ばされることになるので、中心孔１側ほど、つまり径内側に行くほど厚みが厚くなるように形成されている状態になっている。つまり外周端の厚みｄｕと中央側端の厚みｄｔとは、ｄｔ＞ｄｕである。従って、隣り合う補強繊維２の周方向間隔は径外側に行くほど広くなっており、厚み方向間隔は径外側に行くほど狭くなっているとともに、繊維密度は中央部に行くほど高くなっている。
【００２４】
それから、図３（ｃ）に示すように、例えば加硫金型（図示省略）を用いる等により、厚み方向（矢印イ方向）に加圧しながら加熱して加硫させる加硫工程ｋ２を行う。この加硫工程ｋ２における加熱状態での厚み方向の圧縮により、中央部のゴムが外周部に流動して肉厚の平均化が図られながら全体的に圧縮された状態で加硫され、扁平筒状の弾性ワッシャＷが作成される。尚、未加硫状態における繊維補強ゴムシート７の周端切り口は、加硫工程ｋ２によって一体化されて扁平筒状となる。この加硫工程ｋ２を経て成る弾性ワッシャＷと平座金６とが瞬間接着剤等を用いて接着一体化されたものが図１（ａ）に示す座金付弾性ワッシャＡである。
【００２５】
本発明による弾性ワッシャＷにおいては、図１（ｂ）及び図３（ｃ）等において示されるように、補強繊維２が放射状に配列されていて、隣り合う補強繊維２どうしの間隔が、周方向では径外側に行くほど広くなり、軸心Ｐ方向（鉛直方向）では径外側に行くほど若干狭くなるように配列されている。これにより、荷重と変位の方向性が生じないとともに、必要とされるバネ定数を補強繊維の材質や密度によって適宜に選択できるという利点がある。
【００２６】
〔第１別製造方法〕
ドーナツ状に丸められた繊維補強ゴムシート７、即ち、図３（ｂ）に示す状態の繊維補強ゴムシート７をそのまま加硫処理することにより、径内側に行くほど厚みが厚くなるように形成された弾性ワッシャＷでも良い。このような形状の弾性ワッシャを用いれば、ナット止めする際に、中心孔１付近の部分のみ（内径側端部分のみ）圧縮させての仮止めが行い易く、作業性に優れるという利点がある。
【００２７】
〔第２別製造方法〕
弾性ワッシャとしては、耐久性を向上すべくカバーゴムで覆われるようにされた構造のものでも良い。即ち、前述の加硫工程ｋ２での加熱温度を、加硫されない程度に加熱する状態（加温状態）に設定して、ゴムの流動による厚みの平均化処理だけが行われる形状安定工程ｋ３とするのである。そして、その形状安定工程ｋ３に加えて、総合加硫工程ｋ４を行うという製造方法である。つまり、この場合は図３（ｃ）に示す形状安定工程ｋ３ではまだ加硫されておらず、厚み均一化処理のみが行われるようになる。
【００２８】
総合加硫工程ｋ４は、図３（ｄ）に示すように、繊維補強ゴムシート７に用いられるゴムとは成分が異なって耐候性にすぐれるゴム（耐候性ゴム）材で成る上下のカバーゴム９，１０、及び外周に巻回装備される外周カバーゴム１１を貼り付け、それから加硫処理を行う、という工程である。つまり、実施例２による弾性ワッシャＷは、図３（ｄ）に示されるように、表面がカバーゴム９〜１１で覆われた耐候性弾性ワッシャＷである。尚、加硫工程ｋ２後や形状安定工程ｋ３後の厚み（圧縮後厚み）ｄｃは、それらの工程前の状態〔図３（ｂ）に示す状態〕における外周端の厚みｄｕよりは大きく、かつ、中央側端の厚みｄｔよりは小である（ｄｔ＞ｄｃ＞ｄｕ）。
【００２９】
この別製造方法は、繊維補強ゴムシート７を用いての曲げ工程ｋ１→形状安定工程ｋ３→総合加硫工程ｋ４となるのに対し、実施例１の座金付弾性ワッシャＡの弾性ワッシャＷの製造方法は、繊維補強ゴムシート７を用いての曲げ工程ｋ１→加硫工程ｋ２→座金接着工程、という具合になる。
【００３０】
図４（ａ）、（ｂ）に、従来品と本発明品による弾性ワッシャの変位特性グラフを示す。図４において、本発明による弾性ワッシャＷのデータが実線ａ、補強繊維が縦横に直交されて（すだれ状に）配備される従来の弾性ワッシャが破線ｂ、そして補強繊維を持たないゴムワッシャが細線ｃとして表されている。図４（ａ）においては、従来の弾性ワッシャでは、荷重がすだれ直交方向に作用するときをｂ９０とし、荷重がすだれ直交方向と４５度傾いて作用するときをｂ４５として記載した。
【００３１】
図４（ａ）は水平方向の荷重と変位との関係グラフであり、従来の弾性ワッシャ（ラインｂ）は、変位の方向によって荷重が大きく変動することが分かる。即ち、水平方向にはできるだけ柔らかいバネ定数が、そして鉛直方向（軸心Ｐ方向）には比較的大なるバネ定数が要求されるが、水平方向のバネ定数が補強繊維の方向によって過大（ラインｂ９０）、過小（ラインｂ４５）といった具合に方向によって異なるという大きな問題がある。そして、ゴムワッシャではバネ定数が柔らか過ぎる（ラインｃ）。これらに対して本発明による弾性ワッシャ（ラインａ）は、方向性がない状態で程よいバネ定数が得られており、必要となるバネ定数は補強繊維の材質や密度等によって適宜に選択設定が可能である。
【００３２】
図４（ｂ）は鉛直方向の荷重と変位との関係グラフである。鉛直方向では、ボルト締付トルクの変動があっても直接補強繊維に張力が及ばない効果と、トルク変動によるボルトの緩み防止効果との各点からは、荷重初期には低いバネ定数であることが望ましい。ボルト締付けは製品（弾性ワッシャＷ）の中央部から始まるので片締めが起こり難い。また、鉛直方向では全ての補強繊維に均等に荷重（伸張）が負荷されるので安定したバネ定数が得られる。
【００３３】
これらが本発明の弾性ワッシャＷによる効果（ラインａ）であるのに対して、従来の弾性ワッシャ（ラインｂ）では、補強繊維の平行方向には変形が少なく、４５度方向では変形が大きくなって、製品そのものが異常変形し易い。故に、繰り返し荷重を受けたり大荷重を受けたりすると、永久変形を起こしたり早期に破損するおそれがある。ゴムワッシャ（ラインｃ）は、やはりバネ定数が足らず問題外である。
【００３４】
〔別実施例〕
図示は省略するが、図１（ｂ）に示す構造（平面視において孔１の中心Ｐに関して放射状となるように補強繊維２が配列される構造）を持ち、かつ、厚み方向で隣合う補強繊維２どうしの間隔は一定である弾性ワッシャでも良い。
【符号の説明】
【００３５】
１          孔
２          補強繊維
７          繊維補強ゴムシート
Ｐ          中心
Ｗ          弾性ワッシャ
【図１】
2012017812.tif 000003
【図２】
2012017812.tif 000004
【図３】
2012017812.tif 000005
【図４】
2012017812.tif 000006