(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性を有する硬質板と、軟質のゴム板とが上下方向で交互に積層され、上下の加熱盤により加熱加硫されて一体化された積層体を備え、前記積層体の上下方向中央部のゴム板のゴム組成として、加硫速度が最も早いものが使用され、上下部のゴム板のゴム組成として、前記上下の加熱盤に向かうほど、加硫速度が遅くなるものが使用されたことにより、製品時のゴム物性が均一になるようにされたゴム積層構造体。
【請求項２】
上下の加熱盤を用いた加熱加硫方式において、上下の加熱盤間に、剛性を有する硬質板と軟質のゴム板とが上下方向で交互に積層された積層体であって、ゴム板のゴム組成として、加熱盤に向かうほど、加硫速度が遅くなるものが使用された積層体を、加熱加硫して一体化することを特徴とする、ゴム積層構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、剛性を有する硬質板と粘弾性的性質を有する軟質板、特にゴム板とを交互に積層し、上下の加熱盤により加熱加硫されて一体化された積層体を備え、建物などの免震用として、あるいは橋梁支承用として使用されるゴム積層構造体に関し、そのゴム物性を均一にするためのゴム組成の改良に係るものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、この種のゴム積層構造体は、硬質板と軟質板（ゴム板）とを交互に積層し、金型内に挿入して、金型を熱盤プレスに挟み、加圧加熱させることで加硫一体化して積層体が製造されているのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記積層体の製造において、積層体の形状が大きく、かつ積層方向（上下方向）の高さが高いと、上下の加熱盤による加熱方式であるため、積層体の上下方向で中央部のゴムが充分に加硫するまでに、かなりの時間を要する。
【０００４】
図２は上下の加熱盤１０、１１（１５０℃）により積層体１２を加圧加熱したときの積層体各部Ａ〜Ｆの熱履歴を計測し、グラフ化したもので、縦軸に温度（℃）を、横軸に時間ｔを示す。図２のごとく、積層体１２の上下加熱盤１０、１１付近のゴム板１３ａの温度は、急激に立ち上がり、中央部Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのゴム板１３ｂの温度は、緩やかに立ち上がる。従って中央部Ｂ〜Ｅのゴム板１３ｂが充分加硫するまで、かなりの時間を要する。
【０００５】
一方、積層体の中央部のゴム板１３ｂを本来有する物性を発現すべく充分に加熱加硫すると、上下の加熱盤１０、１１付近のゴム板１３ａは、大過剰の熱履歴を受け、ゴム物性或いは硬質板との接着性の大幅な低下が懸念される。
【０００６】
上記のように、従来のゴム積層構造体では、積層体の軟質板の物性はその位置に拘わらず、同等であるべきはずだが、上下の加熱盤を用いた加熱加硫方式を採用しているため、加硫度により物性が異なってしまうといった難点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上下の加熱盤を用いた加熱加硫方式を採用することを前提として、積層体のゴム物性を均一にするために鋭意研究した結果、加熱盤付近の上下部のゴム板と、中央部のゴム板とのゴム組成を変化させて、加硫速度を調整することにより、積層体全体のゴム物性が均一になることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
具体的には、未加硫ゴム板を積層する際、中央部のゴム板のゴム組成として、加硫速度が最も早いものを使用し、上下部のゴム板のゴム組成として、上下の加熱盤に向かうほど相対的に加硫速度が遅くなるものを使用する。
【０００９】
ゴム組成が本来有する目標物性（弾性、引張強度、伸び等）は、最適な加硫の熱履歴（加硫温度×時間の積分値）で得られ、加硫不足（アンダー加硫）や過加硫（オーバー加硫）では、本来の物性が得られない。
【００１０】
部位毎の熱履歴が測定され、それぞれの熱履歴において、目標物性を発現できるように、主として加硫剤及び（又は）加硫促進剤の変量にて加硫速度を変化させれば、各部位とも最適な加硫状態となり、また、配合設計で加硫速度が異なっても最適加硫状態での物性を同様になるように設定することで、製品時のゴム物性が均一になるようにされたゴム積層構造体を得ることができる。
【００１１】
上記のように積層された積層体を金型に挿入し、上下加熱盤にて加圧加熱すると、上下方向から徐々に昇温され、ゴム板が加硫されていくが、最も昇温が遅く熱履歴も少ない中央部に、相対的に加硫速度が早いゴム板を配置することで、一定の加硫状態に達するまでの時間を短くすることができる。これにより、上下の最外層部の受ける熱履歴を少しでも少なくでき、かつ加硫速度の遅いゴム板を配置することで、過加硫による物性低下を少なくできる。従って、従来に比べ、積層体の上下方向で中央部と上下の最外層部のゴム加硫状態の差をより小さくでき、より均質なゴム物性を持った積層体を作成することができる。
【００１２】
加硫速度を規制する影響因子として、上記の加硫剤や加硫促進剤の種類や量の他に、アルカリ性材や酸性材も影響する。例えば、シリカなどのアルカリ性材の配合は、加硫速度を速くし、また、ウッドロジン等の酸性樹脂材や塩素化パラフィンなどのハロゲン化物の配合は、加硫速度を遅くする方向に働く。特に、塩素化パラフィンを用いると、加硫速度を遅くすることができるばかりか、ゴム板に難燃性を付与できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は加硫時のゴム積層構造体の断面図である。図示のごとく、ゴム積層構造体１は、剛性を有する硬質板２と、未加硫のゴム板３とが上下方向で交互に積層され、上下の加熱盤７、８により加熱加硫されて一体化されて積層体４が構成され、この積層体４を保護するため、積層体４の周囲に被覆ゴム層５が巻き付けられ、さらに、積層体４の上下面に硬質フランジ６が一体化されている。
【００１４】
積層体４、被覆ゴム層５及びフランジの一体化は、ゴム板３及び被覆ゴム層５との加硫接着により行われるのが通常であるが、積層体４及び被覆ゴム層５の加硫接着後、フランジをボルトなどで固定一体化する構成であってもよい。また、積層体４は、硬質板２とゴム板３とを交互に積層した形態であるが、その外形は円柱形、角形のいずれであってもよく、また、中央縦方向に貫通穴若しくは芯材が挿入された形態であってもよい。
【００１５】
硬質板２は、金属、セラミック、プラスチック、硬質ポリウレタン、木材、紙板などの剛性を有する材料を使用することができ、建物のゴム積層構造体としては、金属製のものが最適である。
【００１６】
ゴム板３は、各種加硫ゴムが使用されており、そのゴム配合としては、中央部のゴム板３ａのゴム組成が、加硫速度が最も早いものが使用され、上下部のゴム板３ｂ、３ｃのゴム組成が上下の加熱盤７、８に向かうほど、相対的に加硫速度が遅くなるものが使用されている。
【００１７】
例えば、３層のゴム板の積層体４の場合、中央の一層に加硫速度の早いゴム板３ａを使用し、上下の２層には、加硫速度の遅いゴム板３ｂ、３ｃを使用する。５層のゴム板３の積層体の場合、中央の一層を加硫速度の最も早いゴム板３ａを使用し、その外層側には、中央のゴム板３ａよりも加硫速度の遅いゴム板を順次配置し、最外層のゴム板３ｂ、３ｃを最も加硫速度の遅いものを使用するようにする。その他、中央部、中間層、上下部の外層側の３グループに区分し、各グループで中央グループ→中間グループ→外層グループの順に加硫速度が徐々に遅くなるようにしてもよい。
【００１８】
本実施の形態では、加硫速度の遅速を、加硫剤及び（又は）加硫促進剤の種類及び変量、並びに塩素化パラフィンの配合の有無で行っている。
【００１９】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。本実施例では、表１に示す３つの配合例のゴム板３を適宜使用し、均質な物性の積層体４を得ようとしている。
【００２０】
［試験配合及び物性］
表１は、３つのゴム組成の配合と物性を示している。各配合において、天然ゴム、亜鉛華、ステアリン酸、カーボンブラック（ＭＡＦ）を同じくし、加硫速度を規制する因子である加硫剤として硫黄、加硫促進剤ＣＺ又は加硫促進剤ＮＳを変量し、加硫速度を遅くする塩素化パラフィンの配合の有無で加硫速度を規制している。
【００２１】
加硫速度は、ＪＩＳ  Ｋ６３００の試験方法による加硫曲線の解析により算出した数値を示す。具体的には、モンサントＯＤＲ−１００を使用し、上下加熱盤温度を１５０℃として測定し、トルク−時間曲線を記録して加硫特性を解析したものである。表中、ｔｃ（１０）及びｔｃ（９０）は、トルクの最大値ＭＨの１０％及び９０％に到達するまでの時間（分）を示す。
【００２２】
引張試験は、ＪＩＳ  Ｋ６３０１の試験方法により、試験ゴムを１５０℃で、トルクが最大となる加硫時間として（ｔｃ（９０）＋５）分を想定し、その加硫条件で得られた加硫ゴムの物性として、３００％モジュラス（Ｍ３００）、引張強度（Ｔｂ）及び伸び特性（Ｅｂ）を測定し、得られた結果を示した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１のごとく、適正な物性が得られる加硫条件は、１５０℃加硫にて、配合Ａで１２分加硫、配合Ｂで１４分加硫、塩素化パラフィンを含む配合Ｃで１７分加硫であった。オーバー加硫やアンダー加硫では、大幅に物性が低下すると予想される。
【００２５】
このような配合例Ａ、Ｂ、Ｃのゴムを用い、製品の解体物性を測定した結果を表２〜表５に示す。
［実施例１］
ゴム積層構造体１は以下の形態である。
形状：角形形状であって、縦５２０ｍｍ×横５２０ｍｍ×高さ１３０ｍｍ
ゴム板：１８ｍｍ厚み×３層
硬質板：３．２ｍｍ厚
加硫条件：上下加熱盤温度１５０℃×２４０分加硫
ゴム板の配合：上下層ともに配合Ｂ、中央層として配合Ａを使用。
上層、下層を適正な加硫度とし、中央層は加硫熱履歴は少ないが、ゴムの加硫速度が早いため、表２に示すような良好な物性が得られた。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
［実施例２］
実施例２は、実施例１とゴム積層構造体１の形状、ゴム板及び硬質板の形状は同じで、加硫条件及びゴム板の配合を変更した。
加硫条件：上下加熱盤温度１５０℃×３００分加硫
ゴム板の配合：上層、下層は配合Ｃを使用し、中央層は配合Ｂを使用した。
上記の条件での物性を表３に示す。中央層を適正に加硫し、上層、下層は加硫速度の遅い配合を用いることで、過加硫に対応させ、全体として均質で良好な物性を保持することができた。また、上下層のゴム板３ｂ，３ｃに塩素化パラフィンを添加したことにより、加硫速度を遅くするとともに難燃性を付与することができた。
【００２８】
【表３】
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【００２９】
［比較例１］
比較例１は、実施例１とゴム積層構造体１の形状、ゴム板及び硬質板の形状は同じで、加硫条件及びゴム板の配合を変更した。
加硫条件：上下加熱盤温度１５０℃×３３０分加硫
ゴム板の配合：３層ともに配合Ｂを使用した。
上記の結果、得られた物性を表４に示す。この比較例１では、中央層を充分な加硫度とすると、上層、下層は過剰な熱履歴を受け、物性が低下した。
【００３０】
【表４】
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【００３１】
［比較例２］
比較例２は、実施例１とゴム積層構造体１の形状、ゴム板及び硬質板の形状は同じで、加硫条件及びゴム板の配合を変更した。
加硫条件：上下加熱盤温度１５０℃×２４０分加硫
ゴム板の配合：３層ともに配合Ｂを使用した。
上記の結果、得られた物性を表５に示す。上層、下層を適正な加硫度とすると、中央層が加硫不足となり、極端な低物性を示した。
【００３２】
【表５】
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【００３３】
［ゴム積層構造体としての物性の比較］
次に、上記実施例２と比較例１との物性、特に免震／支承構造体として必要な水平変形性能をみると、表６のようになる。表中、等価剛性Ｇｅｑは、面圧１００ｋｇｆ／ｃｍ2で、ゴム板の総厚に等しい水平変位量（γ＝１００％）を与えたときの、単位面積、単位ゴム厚当たりの水平ばね定数を示すものである。また、破壊水平変位は、垂直荷重２０００ｋＮにて、水平方向に加振させたときに、ゴム板の総厚に等しい水平変位量を１００％として、水平変位を２５％刻みで順次上げていき、免震／支承構造体が破壊した変位量で評価したものである。
【００３４】
【表６】
0003935265.tif 000007
【００３５】
上記の場合、比較例１では、上下層のゴム物性が低下しており、早期に破壊するのに対し、実施例２では、物性が高く、かつ均質であるため、高い耐久性を示した。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明によると、上下部のゴム板と中央部のゴム板とのゴム組成を変更し、中央部のゴム板の加硫速度を早く、上下部のゴム板の加硫速度を相対的に遅くすることで、上下の加熱盤により加熱加硫される形状が大きく上下方向の高さが高い積層体製品の各部位のゴム加硫状態の差を小さくし、より均質なゴム物性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す加硫時のゴム積層構造体の断面図
【図２】上下の加熱盤により積層体を加圧加熱したときの積層体各部の熱履歴を計測し、グラフ化した説明図
【符号の説明】
１    ゴム積層構造体
２    硬質板
３    ゴム板
３ａ    中央部のゴム板
３ｂ、３ｃ    上下部のゴム板
４    積層体
【図１】
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【図２】
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