(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ゴム、又は天然ゴムとイソプレンゴムのブレンドをゴム主成分として含むゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラックを４０〜１２０重量部、及び粘着付与剤を２０〜８０重量部含有する高減衰ゴムであって、
前記ゴム主成分を構成する天然ゴムの内の７０重量％以上が素練り促進剤及び粘度調整剤を含まない天然ゴムからなり、
かつ、前記粘着付与剤の軟化点が１３５℃以上である
ことを特徴とする高減衰ゴム。
【請求項２】
前記ゴム主成分が、前記ゴム成分１００重量部中の７０重量部以上１００重量部以下であり、
その他のゴム成分が前記天然ゴム及びイソプレンゴム以外のジエン系ゴムからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の高減衰ゴム。
【請求項３】
前記天然ゴムとイソプレンゴムとのブレンド比率が、天然ゴム≧イソプレンゴムである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高減衰ゴム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の高減衰ゴムを用いた
ことを特徴とする免震構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震動の震動エネルギーを吸収し、構造物への震動伝達を絶縁又は軽減する免震構造体に適する高減衰ゴム及びそれを用いた免震構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築物の基礎免震、橋梁や道路などの構造物の支承には、ゴム組成物と鋼板などの硬質板とを交互に積層した免震構造体を用いた免震工法が広く普及している。
【０００３】
この免震構造体は、上下方向には高い剛性、せん弾方向には低い剛性を有する弾性構造体であり、地震の振動数に対して建築物の固有振動数を低減することにより、振動の入力加速度を減少し、建築物あるいはその中の設備などに対する被害を最小限にするものである。
【０００４】
このような用途に用いられるゴム組成物は、破壊強度、クリープ特性、ロス特性や適度な弾性率などを具備した長期に渡り安定な高減衰性を必要とすることから、天然ゴムやイソプレンゴムの天然ゴム系を主とするジエン系ゴムをゴム主成分とし、カーボンブラックと粘着付与剤として石油系樹脂などを多量に配合するゴム組成物が主として用いられている。
【０００５】
従来軟化点の低い樹脂を多量配合する高減衰ゴム組成物は、温度依存性が大きく周辺温度によりゴム特性が変化しやすくなり、このため一般に外気に曝される状態で使用される免震構造体では、冬期には積層体のゴム組成物が硬くなり夏期には軟らかくなるという現象を伴い、ゴム弾性率やロス特性などの減衰性が季節変動し、免震性能に影響を与えるという問題があり、特に冬期ではゴム硬度が上がり免震性能が低下することがある。
【０００６】
また、高減衰性のゴム組成物を得るために天然ゴム系ゴム成分に樹脂類を多量配合すると、天然ゴムの素練り時に添加される素練り促進剤や粘度調整剤などと共にゴムの可塑化、軟化成分が過多となってゴム組成物の粘着性が上昇し、混合工程やシーティングなどの加工工程においてロール等に過粘着となって作業性が低下したり、また加工性の低下に伴い高減衰ゴムのゴム成分の均一性低下も問題となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、優れた減衰性を有するゴム組成物であり、ゴム組成物の温度依存性を改善して高減衰ゴム特性の温度による変動を抑制し、またゴム粘着性の上昇を抑えてゴム加工性を改善し工程安定性を向上すると共に均一なゴム組成物を得ることでゴム特性の安定化を実現する高減衰ゴム、及びそれを用いた免震構造体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１の発明は、天然ゴム、又は天然ゴムとイソプレンゴムのブレンドをゴム主成分として含むゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラックを４０〜１２０重量部、及び粘着付与剤を２０〜８０重量部含有する高減衰ゴムであって、前記ゴム主成分を構成する天然ゴムの内の７０重量％以上が素練り促進剤及び粘度調整剤を含まない天然ゴムからなり、かつ、前記粘着付与剤の軟化点が１３５℃以上であることを特徴とする高減衰ゴムである。
【０００９】
本発明の高減衰ゴムは、前記ゴム主成分が、前記ゴム成分１００重量部中の７０重量部以上１００重量部以下であり、その他のゴム成分が前記天然ゴム及びイソプレンゴム以外のジエン系ゴムからなることができる。
【００１０】
また、本発明の高減衰ゴムは、前記天然ゴムとイソプレンゴムとのブレンド比率が、天然ゴム≧イソプレンゴムであることが好ましい。
【００１１】
本発明の高減衰ゴムによれば、天然ゴム系ゴム成分にカーボンブラックと粘着付与剤を配合することで震動エネルギーを減衰させる優れた減衰性を得ることができ、素練り促進剤及び粘度調整剤を含まない天然ゴムの使用を所定重量部に制限することで混合時や加工時のゴム粘着性の上昇を抑えて加工性を向上し、積層体の製造精度の向上を図り、かつ、前記粘着付与剤の軟化点が１３５℃以上とすることでゴム組成物の温度依存性を改善し、ゴム特性の温度による影響を最小限に抑えることができる。
【００１２】
そして、本発明は前記高減衰ゴムを用いたことを特徴とする免震構造体である。
【００１３】
本発明の免震構造体では、積層体のゴム組成物の温度依存性が改善されるので、その使用環境や季節による免震特性の変化を抑え、温度変化に対して安定した免震性能を長期間維持することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づき詳細に説明する。
【００１５】
本発明の高減衰ゴムは、ゴム成分として少なくとも天然ゴム（ＮＲ）を用い、又は天然ゴム（ＮＲ）とイソプレンゴム（ＩＲ）のブレンドを主成分として用いられる。ＮＲ、又はＮＲとＩＲのブレンドの合計量は、ゴム成分１００重量部に対して７０重量部以上であり、天然ゴム系ゴムが７０重量部未満では、高減衰ゴムの強度、加工性などが得難くなり好ましくない。もちろん、ＮＲを単独でゴム成分として用いることもできる。
【００１６】
上記ＮＲ又はＩＲ以外のゴム成分としては、ジエン系ゴムを用いることができ、各種のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、各種のブタジエンゴム（ＢＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｂｒ−ＩＩＲ、Ｃｌ−ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）などを挙げることができ、その単独又は任意の２種以上を併用し使用することができる。
【００１７】
前記天然ゴムとしては、その天然ゴム成分の内の７０重量％以上が素練り促進剤（シャッ解剤）や粘度調整剤などの可塑剤を未添加とする必要がある。この素練り促進剤や粘度調整剤などの可塑剤を添加した天然ゴムの配合量が増加すると、高減衰ゴムの未加硫時粘着性が上昇し混合時や押し出し時、シート成形時に混合機や押し出し機、ロール、カレンダーなどの加工設備に過粘着となり加工性が著しく低下し好ましくない。
【００１８】
また、前記ＮＲとＩＲとをブレンド使用する場合は、そのブレンド比率が天然ゴム≧イソプレンゴムであることが好ましい。ＩＲの比率がＮＲよりも多くなると、未加硫時のゴム粘着性が上昇しやすく過粘着となって加工性が低下する。
【００１９】
本発明の高減衰ゴムは、ゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラックを４０〜１２０重量部含有している。このカーボンブラックとしては、一般のゴム配合に用いられるカーボンブラックであればよいが、その中でも窒素比表面積（Ｎ２  ＳＡ）が６０ｍ２  ／ｇ以上、特に６０〜１３０ｍ２  ／ｇの範囲にあるものが好ましく、ＡＳＴＭで示されるＨＡＦ、ＩＳＡＦ級などのカーボンブラックを使用することができる。
【００２０】
カーボンブラックは高減衰ゴムの減衰性を発現する上で重要な因子であり、その配合量が４０重量部未満であると十分な減衰性が得られず、１２０重量部を超えると分散性や混合性が低下し、またゴム強度も低下するので好ましくない。
【００２１】
また、カーボンブラックのＮ２  ＳＡが６０ｍ２  ／ｇ未満であると、良好な減衰性が得られず、１３０ｍ２  ／ｇを超えるとゴム粘着性が次第に上昇しゴムの混合性、成形加工性が低下する。
【００２２】
また、本発明の高減衰ゴムは、必須成分として粘着付与剤を２０〜８０重量部含有するもので、その粘着付与剤の軟化点は１３５℃以上であることを必要とする。粘着付与剤の含有量が２０重量部未満では十分な減衰性を得られず、８０重量部を超えるとゴム組成物のタックが過大となり加工性が悪化し、またクリープ性が大きくなり好ましくない。また、その軟化点が１３５℃未満では、ゴム組成物の温度依存性が大きくなり、ゴム特性に温度の影響や季節変動を生じ免震ゴムとして使用し難くなる。
【００２３】
上記の粘着付与剤としては、アルキルフェノールホルムアルデヒド系樹脂、アルキルフェノールアセチレン系樹脂、クマロンインデン系樹脂、キシレンホルムアルデヒド系樹脂、ペンテンフェノール系樹脂、脂肪族・芳香族系石油樹脂、ポリブテン系樹脂、ロジン誘導体樹脂などの多数の樹脂が挙げられ、その中の軟化点が１３５℃以上にある樹脂が選択され、その単独又は任意の２種以上を併用し使用することができる。
【００２４】
本発明の高減衰ゴム組成物には、前記ゴム成分、カーボンブラック及び粘着付与剤の必須成分に加え必要に応じて、通常にゴム工業で使用されている硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、シリカ、シランカップリング剤、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、オイル等の軟化剤、ワックス、各種充填剤、可塑剤、各種樹脂類などの配合剤を通常の配合量の範囲で適宜配合することができる。
【００２５】
本発明の高減衰ゴムは、上記成分をバンバリーミキサーやニーダーなどのゴム工業で通常使用されるゴム用混合機を用いて混合することにより得られる。
【００２６】
本発明の免震構造体は、前記高減衰ゴムからなるゴム部材と鋼板などの硬質板とからなる免震構造体である。
【００２７】
この免震構造体としては、図１に示すような高減衰ゴム層２と硬質板３とを交互に積層して接着し、上下面にフランジ４、４’を備えた積層ゴム構造体１が例示され、その内部構造、形状、大きさなどは限定されず、形状は円柱状の他に四角柱状、多角柱状、楕円柱状など用途により選択でき、また前記硬質板やフランジは冷間圧延鋼板や各種金属板、セラミック材、ＦＲＰなどの強化プラスチック材などの各種材質のものが用いられる。
【００２８】
前記免震構造体の製造方法は、高減衰ゴムを成形、加硫して得たシート状のゴム部材と硬質板やフランジとを積層し接着剤により接着する方法、またはシート状に成形した未加硫の高減衰ゴムと硬質板やフランジと積層し加硫接着し製造することができる。
【００２９】
この免震構造体はビルや戸建て建築物などの基礎免震、橋梁や道路の支承などの免震、除振、防振などの振動エネルギーの吸収に安定した効果を有し、好適に使用することができる。
【００３０】
（実施例）
以下、実施例によって本発明をさらに詳しく説明する。
【００３１】
実施例、比較例に用いたゴム成分、カーボンブラック（Ｃ、Ｂ）、粘着付与剤は下記の通りである。
【００３２】
・天然ゴム（ＮＲ）：標準マレーシアゴム（ＳＭＲ）及びＲＳＳ＃３を用いた。
【００３３】
１．ＳＭＲ１０
２．ＳＭＲ２０
３．ＳＭＲ２０ＣＶ
４．ＲＳＳ＃３：素練り促進剤（ジベンズアミドジフェニルジスルフィド）０．３重量部を添加して素練りを行い、ムーニー粘度ＭＬ１＋４ （１００  ℃）を６０に調整したものである。
【００３４】
・イソプレンゴム（ＩＲ）：ＪＳＲ（株）ＩＲ２２００
・ブタジエンゴム（ＢＲ）：ＪＳＲ（株）ＢＲ０１
カーボンブラック（Ｃ、Ｂ）は下記の通りである。
【００３５】
１．Ｃ、Ｂ（ＨＡＦ）：昭和キャボット（株）ショウブラックＮ３３０
Ｎ２  ＳＡ＝７５ｍ２  ／ｇ
２．Ｃ、Ｂ（ＩＳＡＦ）：昭和キャボット（株）ショウブラックＮ２２０
Ｎ２  ＳＡ＝１１１ｍ２  ／ｇ
３．Ｃ、Ｂ（ＦＥＦ）：昭和キャボット（株）ショウブラックＮ５５０
Ｎ２  ＳＡ＝４２ｍ２  ／ｇ
なお、Ｎ２  ＳＡはＡＳＴＭ  Ｄ３０３７−８９に示される方法で測定したものである。
【００３６】
また、粘着付与剤は下記の樹脂を用いた。
【００３７】
ロジン系樹脂：荒川化学（株）ロジンエステル
１．ペンセルＫＫ（商品名）：軟化点１６５℃以上
２．ペンセルＣ（商品名）：軟化点１１７〜１２７℃
石油系樹脂：日本ゼオン（株）ジシクロペンタジエン
３．クイントン１３２５（商品名）：軟化点１２５℃
４．クイントン１３４５（商品名）：軟化点１４０℃
表１〜３に記載の各ゴム成分に、カーボンブラック及び粘着付与剤を表記載の配合量に従い配合し、さらに下記の共通配合成分を配合（重量部）し、各実施例、比較例の高減衰ゴムを通常の密閉式バンバリーミキサーを用いて混練して得た。
【００３８】
共通配合成分及び配合量（重量部）
・アロマ系プロセスオイル：５重量部
・亜鉛華：３重量部
・ステアリン酸：２重量部
・ワックス：１重量部
・老化防止剤  サントフレックス１３（フレキシス（株））：２重量部
・硫黄：１．５重量部
・加硫促進剤  ノクセラーＣＺ（大内新興化学工業（株））：０．８重量部
得られた各高減衰ゴムを用いて図２に示す「１ブロック・ラップ・シェア型」試験体を用いて減衰性と剛性温度依存性を測定し、また加工性の評価及びムーニー粘度を測定した。さらに、ゴム成分にＢＲを配合した実施例５と比較例５については接着試験による接着性の評価を行い、その結果を表１〜３に記載した。各評価項目の測定方法は下記の通りである。
【００３９】
［減衰性］
図２に示す「１ブロック・ラップ・シェア型」試験体（ゴム部：幅２５ｍｍ、長さ２５ｍｍ、厚み５ｍｍ）を各高減衰ゴムを用いて作成し、油圧式振動試験機を用いて周波数０．５Ｈｚで、下記３シリーズの歪み条件でせん断加振を与え、図３に示すような応力−歪み曲線を求めた。測定温度は２０℃とした。
【００４０】
歪み加振条件
第１シリーズ：歪み１００％で１０回加振する。
【００４１】
第２シリーズ：歪み２００％で１０回加振する。
【００４２】
第３シリーズ：歪み１００％で２回加振する。
【００４３】
第１シリーズの１０回目及び第３シリーズの２回目について、図３に示す応力−歪み曲線から、ロスを下記式（１）から算出し、両者平均値をロスとして減衰性を評価し、表１〜３に記載した。値が大きいほど良好である。
ロス＝（ΔＷ／（Ｗ１＋Ｗ２））×１／２π×１００……（１）
ここで、ΔＷは図３における応力−歪み曲線のループ内の面積であり、Ｗ１、Ｗ２はそれぞれ図３における三角形領域の面積である。
【００４４】
［剛性温度依存性］
上記減衰性試験と同様に、上記３シリーズの歪み加振条件でせん断加振を与え、図３に示すような応力−歪み曲線を求めた。測定温度は３０℃、２０℃、−１０℃とした。
【００４５】
第１シリーズの１０回目及び第３シリーズの２回目の応力−歪み曲線から、それぞれのゴム応力を下記式（２）から算出し求めた。
応力＝Ｆ／２……（２）
第１シリーズと第３シリーズの前記応力の平均値をゴムの最終応力とし、各測定温度における応力を求め、その応力の比を剛性温度依存性として評価した。測定温度−１０℃と２０℃との比（−１０℃／２０℃）を「温度依存性１」、測定温度３０℃と２０℃との比（３０℃／２０℃）を「温度依存性２」として表３に記載した。「温度依存性１」は値が小さいほど、「温度依存性２」は値が大きいほど良く、数値は１に近いほど温度依存性が少なく良好である。
【００４６】
［加工性］
４インチローラーヘッド押出機を用いて各高減衰ゴムを、厚み３５ｍｍ、幅６００ｍｍの帯状に押出し加工を行い、ロールへの粘着性及び厚みのバラツキを目視にて確認した。ロール端部にゴムの過粘着があり、厚み精度に影響し、加工性が劣り「×」と評価し、ロールへの過粘着がなく厚み精度への影響がないものを加工性が良好であり「○」と評価し、表１〜３に記載した。
【００４７】
［ムーニー粘度］
ＪＩＳ  Ｋ  ６３００に従い、ＭＬ１＋４（１００℃）を測定した。
【００４８】
［接着性］
図２に示す「１ブロック・ラップ・シェア型」試験体を用いて、引張試験機（引張速度５０ｍｍ／分、測定温度２３℃）により金属プレート部をつかみ引張試験を行い、接着破壊面を目視にて観察した。ゴム材料間での破壊発生の場合、高減衰ゴムと金属材との接着性が良好であり、合格と評価した。
【００４９】
【表１】
0004057335.tif 000002
【００５０】
表１に記載の各実施例、比較例は高減衰性ゴムのゴム成分を比較したものである。減衰性については全ての実施例、比較例で満足できる性能を有し、各実施例では加工性にも問題がない。しかし、素練り促進剤或いは粘度調整剤を含むＲＳＳ＃３、ＳＭＲ２０ＣＶをゴム成分の全量に用いた比較例１及び比較例２、またＳＭＲ２０ＣＶの配合量の多い比較例４では、ゴム組成物の可塑化、軟化が過度となってゴム粘着性が上昇し、ロールへの過粘着が発生し加工性が悪化する。また、ＩＲ配合量の多い実施例１２でも、ゴム粘着性が上がり加工性が劣る。また、他のジエン系ゴムとしてＢＲを多く用いた実施例１３は、ゴム材料と接着剤層との層間破壊を示し、免震構造体に使用すると耐久性が問題となることが分かる。一方、ＢＲが請求範囲内の実施例５では、接着試験においてのゴム材料内での破壊（材料破壊と表示）を示し、天然ゴム系をゴム成分に用いた場合と同等の耐久性を有している。
【００５１】
【表２】
0004057335.tif 000003
【００５２】
表２に記載の各実施例、比較例は高減衰性ゴムに配合するＣ、Ｂについて比較したものである。Ｎ２  ＳＡの小さいＣ、Ｂを用いた実施例１４、及びＣ、Ｂ配合量の少ない比較例７では、満足できる減衰性能が得られない。また、Ｃ、Ｂ配合量が多すぎる比較例８では、ゴム組成物のムーニー粘度上昇により加工性が劣り「×」と評価した。
【００５３】
【表３】
0004057335.tif 000004
【００５４】
表３に記載の各実施例、比較例は高減衰性ゴムに配合する粘着付与剤について比較したものである。１３５℃以上の軟化点を有する粘着付与剤の所定量を配合した各実施例では、減衰性と温度依存性が両立するが、軟化点が１３５℃未満の粘着付与剤を用いた比較例９、１０では、「温度依存性１」が大きく十分な耐寒性が得られず、また「温度依存性２」も小さくなり温度の影響を受けやすいことが分かる。また、粘着付与剤の少ない比較例１１は減衰性が得られず、多すぎる比較例１２ではゴム粘着性が上昇してしまい加工性が悪化している。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による高減衰ゴムでは、天然ゴム系を主とするゴム成分に所定量のカーボンブラックと粘着付与剤を配合することで良好な減衰性を有し、その粘着付与剤の軟化点を１３５℃以上とすることで温度依存性を改善し、高減衰ゴム特性の温度による変動を抑制することができ、また天然ゴムに含まれる素練り促進剤や粘度調整剤の添加量を規制することで未加硫時のゴム粘着性の上昇を抑えてゴム加工性を改善し工程安定性を向上することができる。
【００５６】
本発明の高減衰ゴムを用いた免震構造体は、ゴム特性の温度影響を最小に抑えることができるので、その環境温度や季節の影響を受けず優れた免震性能を安定して長期間維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高減衰ゴム組成物を適用した積層ゴム構造体である。
【図２】「１ブロック・ラップ・シェア型」試験体の説明図である。
【図３】応力−歪み曲線の説明図である。
【符号の説明】
１……免震構造体
２，１０……高減衰ゴム
３……硬質板
４，４’……フランジ
９……「１ブロック・ラップ・シェア型」試験体
１１……金属プレート
１２……応力−歪み曲線
【図１】
0004057335.tif 000005
【図２】
0004057335.tif 000006
【図３】
0004057335.tif 000007