(57)【要約】【課題】経済性と設計の自由度の高さに優れる振動減衰材、及びそれを用いてなる金属プラグ入り積層ゴム型免震支承を提供すること。【解決手段】厚さが０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の不定形の発泡金属片からなる金属端材が密圧されてなる発泡金属体の気泡内に樹脂又はゴムが含浸されている振動減衰材とする。又、当該振動減衰材で形成された円柱形状の金属プラグが、弾性材料層と剛性材料層とが交互に積層されてなる中空円筒状の弾性体内に配置されてなる金属プラグ入り積層ゴム型免震支承とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の不定形の発泡金属片からなる金属端材が密圧されてなる発泡金属体の気泡内に樹脂又はゴムが含浸されている振動減衰材。
【請求項２】
前記金属端材がニッケル又はニッケル基合金端材である請求項１に記載の振動減衰材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の振動減衰材で形成された円柱形状の金属プラグが、
弾性材料層と剛性材料層とが交互に積層されてなる中空円筒状の弾性体内に配置されてなる金属プラグ入り積層ゴム型免震支承。
【請求項４】
厚さ０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の不定形の発泡金属片からなる金属端材を、適切な圧力で密圧させることにより、所望の気孔率を有する発泡金属体を形成する工程と、
前記発泡金属体に樹脂又はゴムを含浸させる工程と、を含んでなる振動減衰材の製造方法。
【請求項５】
前記金属端材が、ニッケルを含有する二次電池由来のニッケル端材又はニッケル基合金端材である請求項４に記載の振動減衰材の製造方法。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の振動減衰材からなる金属プラグを備える金属プラグ入り積層ゴム型免震支承の製造方法であって、
前記金属プラグを配置する弾性体に予め形成されている金属プラグ挿入用空間の容積よりも、前記金属プラグの体積の方が大きくなるように前記金属プラグを形成した後に、
該金属プラグを、前記金属プラグ挿入用空間内に圧入することを特徴とする金属プラグ入り積層ゴム型免震支承の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動減衰材、及び、それを用いた金属プラグ入り積層ゴム型免震支承に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物や橋梁等の建造物を地震等の振動による損傷から守るための構造体として、各種の免震装置が提案されている。
【０００３】
免震装置とは、例えば、建築物の基礎側の下部構造体と上部構造体との間に、振動エネルギーを吸収可能な振動減衰材を含んで形成される装置を介入することにより、建築物自体の揺れを軽減し壊れにくくする構造体のことを言う。このような免震装置の具体例として、積層ゴム体の内部の中空部分に柱状の鉛プラグが配置されている鉛プラグ入り積層ゴム型免震支承が知られている（特許文献１参照）。この鉛プラグ入り積層ゴム型免震支承は、建築物等を構成する上下二つの構造体の間に配置され、その内部に配置される鉛プラグが塑性変形を受けることにより振動エネルギーを吸収し、尚且つ、上記の積層ゴム体が水平方向に大きく変形して地震入力加速度を低減させて、地震エネルギーの吸収性能を発揮する。
【０００４】
免震装置等に用いる振動減衰材の材料については、経済性や環境に対する配慮の面から、上記のような鉛製に限らず、例えば、鉄やステンレスも含め、その他各種の金属材料の振動減衰材としての使用が検討されてきた。又、近年においては、振動エネルギーの吸収性に加えて、経済性や設計の自由度においても優れる振動減衰材の材料として、発泡金属に、エラストマーを含浸させた金属／エラストマー複合材料も提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１０５４４０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１４０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載の発泡金属は、従来の鉛プラグ等と比較して、環境に対する配慮の面においても経済性においても優れたものである。しかし、この発泡金属の製造方法は、例えば、発泡樹脂にメッキを施した後に金属を残して樹脂を焼失、溶出、或いは分解等させて除去する方法の他、様々な製造方法が特許文献２に開示されているが、いずれも、手間とコストが嵩む方法である点は否めず、又、設計の自由度についても、未だ充分とはいえないものであった。
【０００７】
本発明は、経済性と設計の自由度の高さにおいて、いずれの従来品よりも優れる振動減衰材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、発泡金属を、主として二次電池等の製造及び使用プロセスから大量に発生し安価で入手可能である発泡金属片からなる金属端材を、適切な圧力で密圧し、これに樹脂を含浸させる製造方法によって、経済性と設計の自由度の高さにおいて、従来品よりも格段に優れる振動減衰材を製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。
【０００９】
（１）  厚さが０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の不定形の発泡金属片からなる金属端材が密圧されてなる発泡金属体の気泡内に樹脂又はゴムが含浸されている振動減衰材。
【００１０】
（１）の発明によれば、免震装置等の製造に用いる振動減衰材の材料として不定形の発泡金属片からなる金属端材を採用した。このような端材は、例えば、各種金属製品の製造及び使用プロセスから発生する廃材として、極めて安価で入手可能である場合が多い。これを適切な圧力で密圧して発泡体とし、更に、樹脂等を当該発泡体の気泡内に含浸させることにより、免震装置用の振動減衰材とした。この振動減衰材は、鉛製、或いは、その他の従来公知の発泡金属からなる免震装置用の振動減衰材と同等の振動エネルギーの吸収性能を発揮しうるものであり、尚且つ、設計自由度と経済性においては、それらの従来品と比して格段に優れるものとされている。
【００１１】
（２）  前記金属端材がニッケル又はニッケル基合金端材である（１）に記載の振動減衰材。
【００１２】
（２）の発明によれば、（１）に記載の振動減衰材に用いる材料を、ニッケル水素電池等のニッケル系二次電池向け発泡金属の製造プロセスから大量に発生し、安価で大量に入手可能なニッケル又はニッケル基合金端材とした。これにより、振動減衰材の材料費を大幅に節減して、振動減衰材の品質を維持したまま、更に、その経済性を高めることができる。
【００１３】
（３）  （１）又は（２）に記載の振動減衰材で形成された円柱形状の金属プラグが、弾性材料層と剛性材料層とが交互に積層されてなる中空円筒状の弾性体内に配置されてなる金属プラグ入り積層ゴム型免震支承。
【００１４】
（３）の発明によれば、金属プラグ入り積層ゴム型免震支承において、又は（２）に記載の振動減衰材の奏する上記各効果を享受することができる。具体的には、従来の鉛製のプラグに比べて人体や環境に無害で、尚且つ、従来型の発泡金属を用いた振動減衰材と比較しても、格段に低コストで、従来品と同等の免震性能を発揮する金属プラグ入り積層ゴム型免震支承を得ることができる。又、従来品と同等の振動エネルギーの吸収性能を担保しながら、装置の軽量化を実現することができるため、建築物等への設置時の作業の安全性や作業効率の向上にも寄与することができる。
【００１５】
（４）  厚さ０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の不定形の発泡金属片からなる金属端材を、適切な圧力で密圧させることにより、所望の気孔率を有する発泡金属を形成する工程と、前記発泡金属に樹脂又はゴムを含浸させる工程と、を含んでなる振動減衰材の製造方法。
【００１６】
（４）の発明によれば、免震装置等の製造に用いる振動減衰材の材料として不定形の発泡金属片からなる金属端材を採用した。このような端材は、例えば、各種金属製品の製造、使用のプロセスで発生する廃材として、極めて安価で入手可能である場合が多い。これを適切な圧力で密圧して発泡体を形成し、更に、樹脂等を、その気泡内に含浸させることによって、免震装置用の振動原図偉材とした。これによれば、鉛製、或いは、従来仕様の発泡金属からなる免震装置用の動減衰材と、同等の振動エネルギーの吸収性能を発揮しうるものであって、設計自由度と経済性においては格段にこれらを上回る優れた免震装置用の動減衰材を得ることができる。この発明の設計自由度について詳しくは、以下の通りである。即ち、（５）の発明によれば、同一の材料（金属端材）から、任意の異なる気孔率を有する発泡金属を適宜作り分けることができる。又、特許文献２にも開示されている通り、気孔率と等価粘性減衰定数には相関があることが分かっていることから、（５）の発明によれば、密圧させる金属端材を密圧させる圧力の調整のみで、単一種類の材料金属（金属端材）から様々な等価減衰定数の振動減衰材を得ることができる。
【００１７】
（５）  前記金属端材が、ニッケルを含有する二次電池由来のニッケル端材又はニッケル基合金端材である（４）に記載の振動減衰材の製造方法。
【００１８】
（５）の発明によれば、（４）に記載の免震用減衰材の製造方法に材料として用いる金属端材を、ニッケル水素電池等のニッケル系二次電池等の製造及び使用プロセスから大量に発生し、安価で入手可能なニッケル端材又はニッケル基合金端材とした。これにより、振動減衰材の材料費を大幅に節減して、振動減衰材の品質を維持したまま、更に、その経済性を高めることができる。
【００１９】
（６）  （１）又は（２）に記載の振動減衰材からなる金属プラグを備える金属プラグ入り積層ゴム型免震支承の製造方法であって、前記金属プラグを配置する弾性体に予め形成されている金属プラグ挿入用空間の容積よりも、前記金属プラグの体積の方が大きくなるように前記金属プラグを形成した後に、該金属プラグを、前記金属プラグ挿入用空間内に圧入することを特徴とする金属プラグ入り積層ゴム型免震支承の製造方法。
【００２０】
（６）の発明によれば、弾性体に挿入前の段階で、樹脂等を含浸した後の発泡金属体内に残存する微細な空隙が、上記態様での金属プラグ圧入時に押しつぶされることによって、上記空隙の不要な残存を消滅せしめて、振動減衰材の減衰性能、特には、繰返し耐久性能の低下を未然に回避することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、経済性と設計の自由度の高さにおいて、従来品よりも格段に優れる振動減衰材を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の振動減衰材を用いてなる金属プラグ入り積層ゴム型免震支承の斜視図である。
【図２】図１の金属プラグ入り積層ゴム型免震支承の内部構造の説明に供する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。又、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略若しくは簡略化する。
【００２４】
＜免震装置＞
免震装置とは、建造物の上部構造体と地盤側の基礎構造等の下部構造体との間に、振動エネルギーを吸収可能な振動減衰材を介入させることにより、建造物の揺れを軽減する構造体である。
【００２５】
本発明は、この免震装置において、振動エネルギーの吸収作用を発揮する振動減衰材を、発泡金属と樹脂等との複合材で形成したものである。そのような本発明に係る免震装置の代表的な実施形態として、金属プラグ入り積層ゴム型免震支承を挙げることができる。
【００２６】
＜振動減衰材＞
本発明の振動減衰材は、発泡金属体の気泡内に樹脂等が含浸されてなる、発泡金属と樹脂等との複合材である。例えば、図１及び図２に示す金属プラグ入り積層ゴム型免震支承１０に配置される金属プラグ１として特に好ましく用いることができる材料である。
【００２７】
本発明の振動減衰材を構成する発泡金属体は、上述した一般的な発泡金属の製造方法（特許文献２参照）とは異なり、ニッケル系二次電池向け発泡金属の製造プロセスから大量に発生し、安価で大量に入手可能なニッケル端材に代表される、不定形の発泡金属片からなる金属端材を材料とし、これが所望の気泡率を有する程度にまで密圧されてなるものである。
【００２８】
発泡金属体を構成する金属端材は、上記ニッケル又はニッケル基合金からなるものに限らず、様々な発泡金属の端材を用いることができる。金属端材の金属の種類は特に限定はなく、鉄、ステンレス、ニッケル、ニッケル基合金、銅、アルミ、銀、錫、チタン等から選ばれる金属端材を適宜選択することができる。エネルギー吸収性能を高める観点からは、強度の高い鉄やステンレス等鉄を含む鉄系材料、ニッケルを含むニッケル系材料を好ましく用いることができる。尚、本明細書において「金属端材」とは、金属製品を製造する際に発生する切れ端の事を言う。金属端材の形状は不定形であるが、以下に説明する製造方法により、所望の形状とすることが可能である。本発明に用いる金属端材は、厚さが０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の不定形の発泡金属片からなるものである。又、廃材由来を原則とするという性質上、その長さや幅は特定されないが、目安としては、長さ又は幅が、数ｍｍ〜１０００ｍｍ程度の不定形の端材を好ましく用いることができる。
【００２９】
金属端材を密圧して発泡金属体とする方法は特定の手段に限られない。具体的な一例としては、金属端材を円筒状の金型の凹部に挿入した後、圧縮用の棒材で加圧し、所定の寸法とする製法を例示することができる。又、この加圧を、複数回の小さい圧力による加圧の繰り返しによって行って発泡金属体を所定の寸法とする加圧方法により、一度に加圧する場合よりも金型の高さを低くできるため経済的であり、且つ、密圧された発泡金属の気泡率をより詳細に調整して、気泡率を厳密に最適化することもできる。
【００３０】
一般に廃材由来の金属端材の形状や大きさは不定形である。このような様々な形状、大きさの金属片が混在する金属端材を、細かく裁断して、形状の均一性を高めることによって、不要な空隙の発生を低減させることもできる。このような金属端材の裁断を行う場合、金属端材の裁断後の寸法は、金属プラグの直径以下程度とすると、不要な空隙の発生が少なくなり、又、上記の圧縮用の金型に詰め込む作業も容易になる。この裁断の方法は、裁断機、シュレッダー、ハサミ、カッター等を適宜使用出来る。特に発泡金属端材の厚さが薄い場合は、シュレッダーを用いると作業効率が良く、尚且つ、裁断後の寸法をより均一にすることができる。
【００３１】
上記の通り、金属端材を密圧して得た発泡金属体に樹脂又はゴムを含浸させて、発泡金属と樹脂等との複合材とすることにより、本発明の振動減衰材を得ることができる。発泡金属体に含浸させる樹脂等としては、使用条件等に応じた所望の弾性を有するものであれば、特に限定はなく、各種の樹脂又はゴムを用いることができる。例えば、天然ゴム、合成ゴム、エポキシ樹脂、アスファルト等を適宜用いることができる。中でも、変形追従性を高めたい場合には天然ゴムや合成ゴム等を使用することができ、発泡金属体の形状保持性を高めたい場合には天然ゴム、合成ゴム、エポキシ樹脂等を用いることができ、金属プラグのエネルギー吸収性を更に高めたい場合は合成ゴム、アスファルト等を使用することができる。中でも変形追従性・発泡金属の形状保持性・エネルギー吸収性能全ての性能を高めることができる合成ゴムを本発明の振動減衰材に含浸させる材料としては特に好ましく用いることができる。
【００３２】
発泡金属に上記の樹脂又はゴムを含浸させる方法は、特に限定されず、例えば、特許文献２に記載の公知の一般的方法によることもできる。その他の好ましい具体的製造方法として、発泡金属を樹脂等に浸漬後、減圧、遠心、又は、射出成形により脱泡して樹脂を発泡金属の気泡内に含浸させる製造方法を挙げることができる。
【００３３】
発泡金属は、少なくとも表層部の気泡内に樹脂等が含浸されていることが好ましく、発泡金属の全体に樹脂等が含浸されていることが更に好ましい。本発明に係る発泡金属は、不定形の発泡金属片からなる金属端材を密圧してなる構造上、その気泡部は、通常、連続気泡となっているため、樹脂等を容易に発泡金属全体に含浸させることができる。
【００３４】
又、振動減衰材を形成する発泡金属体の気泡率は、５０体積％以上９９体積％以下であることが好ましく、８０体積％以上９８体積％以下であることがより好ましい。気泡率が５０体積％以上であれば、微小変形時にエネルギー吸収性能が高くなる点において好ましい。一方、気泡率が９９体積％を超えると、大変形時のエネルギー吸収性能が低くなる点から好ましくない。尚、上記の気泡の孔径や気泡率は、例えば、水銀圧入法細孔分布測定（ＪＩＳ  Ｒ  １６５５）により算出することができる。
【００３５】
＜金属プラグ入り積層ゴム型免震支承＞
次に、本発明の金属プラグ入り積層ゴム型免震支承１０について説明する。図１及び図２は、金属プラグ入り積層ゴム型免震支承１０の斜視図である。金属プラグ入り積層ゴム型免震支承１０は、建造物の下部にある構造体とそれよりも上部にある構造体との間に設置され、振動エネルギーを吸収する。図１及び２に示す通り、金属プラグ入り積層ゴム型免震支承１０は、複数の弾性材料層と剛性材料層とが交互に積層されてなる弾性体１１と、柱状の金属プラグ１と、を備え、金属プラグ１は、弾性体１１の内部に鉛直方向に形成された筒状の中空部内に、中空部の内面に隙間なく拘束される態様で配置されている。又、金属プラグ入り積層ゴム型免震支承１０は、金属プラグ１の下面及び上面にそれぞれ当接して弾性体１１の下面及び上面のそれぞれにボルト等により取り付けられた下部フランジ１２及び上部フランジ１３を備える。例えば、下部フランジ１２の側が基礎等の一方の建造物に固定されて、上部フランジ１３の側に建築物等の他方の建造物が載置されて、上部フランジ１３を介して建築物等から鉛直荷重を受けるように設置されて用いられる。
【００３６】
このような全体構成を備える金属プラグ入り積層ゴム型免震支承１０においては、弾性体１１の中空部に配された金属プラグ１が弾性体１１に隙間なく拘束されている態様とすることが必要である。
【００３７】
金属プラグ入り積層ゴム型免震支承１０においては、図１及び図２に示す通り、金属プラグ１は、本発明の振動減衰材によって形成されている。又、金属プラグ１の形状は、円環状体及び円柱状体が好ましいが、他の形状のもの、例えば楕円若しくは方形体及び楕円若しくは方形体のものであってもよい。又、金属プラグ１は、弾性体１１に対して一つでもよいが、これに代えて、一つの弾性体１１に複数の中空部を形成し、この複数の中空部にそれぞれ金属プラグ１を配置して金属プラグ入り積層ゴム型免震支承１０を構成してもよい。又、金属プラグ１の高さは、３００ｍｍ以上６００ｍｍ以下程度であることが一般的であるが、要求される免震性能や建造物の設置スペースに応じて、任意の高さとすることができる。又、金属プラグ１は、断面の直径も、弾性体１１のサイズとの兼ね合いも含め、要求される免震性能や建造物の設置スペースに応じて、任意の寸法とすることができる。発泡金属は厚さ２０ｍｍまでのものが多く、金属プラグの高さが２０ｍｍを超える場合には一体成形が困難であったが、本発明の振動減衰材は、発泡体でありながら設計自由度が高く、上記サイズの金属プラグも一体成型品として容易に製造することができる。
【００３８】
弾性体１１は、弾性材料からなる複数の弾性材料層と、剛性材料からなる剛性材料層とが交互に積層されてなる円柱又は角柱形状の弾性体である。弾性材料層の素材としては、天然ゴム、シリコンゴム、高減衰ゴム、ウレタンゴム又はクロロプレンゴム等を挙げることができるが、好ましくは天然ゴムである。弾性材料層の各層の厚みとしては、無負荷状態において１ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度のものが好ましいが、これに限定されない。
【００３９】
剛性材料層の素材としては、鋼板、炭素繊維、ガラス繊維若しくはアラミド繊維等の繊維補強合成樹脂板又は繊維補強硬質ゴム板等を挙げることができ、その厚みは、各厚肉剛性板には１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度、それ以外の各層には１ｍｍ以上６ｍｍ以下程度のものが好ましいが、これに限定されず、更にその枚数においても特に限定されない。又、下部フランジ１２及び上部フランジ１３についても、上記の鋼版等、剛性材料からなる板状の部材を適宜選択して用いることができる。
【００４０】
金属プラグ入り積層ゴム型免震支承１０を製造する際、弾性体１１の中空部に挿入する金属プラグ１は、弾性体に予め形成されている金属プラグ挿入用空間の容積よりも、金属プラグ１の体積の方が若干大きくなるように形成しておき、これを同空間に圧入することが好ましい。例えば、上記空間の容積をＶｒ、挿入前の段階での金属プラグ１（振動減衰材）の体積をＶｐ、樹脂等を含浸した後の金属プラグ中の空隙率をｄ％としたとき、挿入前の段階での金属プラグ１（振動減衰材）の体積Ｖｐは、少なくとも、［Ｖｐ＝Ｖｒ／（１−ｄ／１００）］以上であることが好ましい。
【符号の説明】
【００４１】
１        金属プラグ
１１      弾性体
１２      下部フランジ
１３      上部フランジ
１０      金属プラグ入り積層ゴム型免震支承
【図１】
2017141878.tif 000003
【図２】
2017141878.tif 000004