(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の方向の剪断力が働く位置に配置され、複数の硬質板とゴムシートとを交互に積層してなる複合積層体の製造方法であって、
シート状に圧延された未加硫ゴムシートを所定の型で打ち抜く工程と、
打ち抜いたゴムシートを、未加硫ゴムシート成型時の圧延加工により形成されるＵ字型の配向のＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインが、複合積層体の前記剪断方向と異なるように配置し、硬質板と交互に積層する工程と、
該ゴムシートと硬質板との積層体を加硫してゴムシートを硬化し、複合積層体を成形する工程と、
を有することを特徴とする複合積層体の成形方法。
【請求項２】
複数の硬質板とゴムシートとを交互に積層してなる複合積層体の製造方法であって、
シート状に圧延された未加硫ゴムシートを所定の型で打ち抜く工程と、
打ち抜いたゴムシートを複数に分割し、それぞれの分割片を未加硫ゴムシート成型時の圧延加工により形成されるＵ字型の配向のＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインが、互いに異なる方向となるように組み合わせて配置し、硬質板と交互に積層する工程と、
該ゴムシートと硬質板との積層体をを加硫してゴムシートを硬化し、複合積層体を成形する工程と、
を有することを特徴とする複合積層体の成形方法。
【請求項３】
一定の方向の剪断力が働く位置に配置され、複数の硬質板とゴムシートとを交互に積層してなる複合積層体であって、シート状に圧延された未加硫ゴムシートを所定の型で打ち抜き、打ち抜いたゴムシートを、未加硫ゴムシート成型時の圧延加工により形成されるＵ字型の配向のＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインが、複合積層体の前記剪断方向と異なるように配置し、硬質板と交互に積層し、加硫して得られることを特徴とする複合積層体。
【請求項４】
複数の硬質板とゴムシートとを交互に積層してなる複合積層体であって、シート状に圧延された未加硫ゴムシートを所定の型で打ち抜いた後、複数に分割し、それぞれの分割片を未加硫ゴムシート成型時の圧延加工により形成されるＵ字型の配向のＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインが、互いに異なる方向となるように組み合わせて配置し、硬質板と交互に積層し、加硫して得られることを特徴とする複合積層体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は免震装置等に用いられる硬質板とゴムシートとを交互に積層した複合積層体の製造方法及びその製造方法により得られる複合積層体に関し、詳しくは、剪断力に対する剥離強度に優れた複合積層体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
硬質板と軟質板とを交互に積層してなる複合積層体は、地震等により建造物にかかる剪断応力の緩和や機械装置の免震用積層ゴム等に広く用いられている。硬質板としては金属板が、軟質板としてはゴムシートが一般的である。
【０００３】
従来、このゴムシートは、シート状に圧延、成型された未加硫ゴムシートを円盤状もしくは四角形状等の複合積層体の所望の形状に打ち抜き、単純に金属板と交互に積層し、加硫して製品を製造していた。
【０００４】
未加硫のゴムを圧延即ち、公知の方法により厚みを制御して薄い板状に成形する際に圧延方向に配向が生じ、加硫後物性に方向性が生じることはよく知られており、そのため、ゴム製品の成型の際、この圧延方向による物性の影響を考慮に入れて成型されている。
【０００５】
複合積層体に用いられるゴムシートも未加硫ゴムをシート状に圧延して成形されるが、この場合にも同様に、シート内部の厚み方向に配向列理が形成される。このような薄いシート状の成型体の場合、従来はこの配向方向について考慮されることは殆どなかった。
【０００６】
本発明者らは、建築用免震構造体に用いられる複合積層体のように剪断応力がかかる方向、即ち、変形方向が一定しない製品については、圧延したゴムシートを打ち抜き積層すると、必ず、接着力の弱い方向が生じてしまうことを見いだした。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、いずれの方向から剪断力を受けた場合においても、硬質板とゴムシートとの界面剥離が生じ難い、剥離強度に優れた複合積層体の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み、本発明者らは、ゴムの圧延による配向方向と剥離強度との関係を詳細に検討した。その結果、圧延ゴムシート内部には、圧延方法にもよるが、厚み方向に特定方向のＵ字型配向が形成され、積層接着した製品の接着剤剥離試験を実施すると、この厚み方向の配向に対し、Ｕ字型の配向のＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインに平行で且つこのラインと異なる方向に剥離すると良好なゴム破壊となり強い接着力を示すのにたいし、この厚み方向の配向に対し、平行で且つこのラインと同じ方向から剥離すると界面に近い部分で剥離が生じ、剥離強度も大きく低下することが明らかとなり、この配向方向の向きを制御することにより、剥離強度に優れた複合積層体を得られることを見いだし、本発明を完成した。
【０００９】
即ち、本発明の複合積層体の成形方法は、一定の方向の剪断力が働く位置に配置され、複数の硬質板とゴムシートとを交互に積層してなる複合積層体の製造方法であって、シート状に圧延された未加硫ゴムシートを所定の型で打ち抜く工程と、打ち抜いたゴムシートを、未加硫ゴムシート成型時の圧延加工により形成されるＵ字型の配向のＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインが、複合積層体の前記剪断方向と異なるように配置し、硬質板と交互に積層する工程と、該ゴムシートと硬質板との積層体を加硫してゴムシートを硬化し、複合積層体を成形する工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の本発明の複合積層体の成形方法は、硬質板とゴムシートとを交互に積層してなる複合積層体の製造方法であって、シート状に圧延された未加硫ゴムシートを所定の型で打ち抜く工程と、打ち抜いたゴムシートを複数に分割し、それぞれの分割片を未加硫ゴムシート成型時の圧延加工により形成されるＵ字型の配向のＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインが、互いに異なる方向となるように組み合わせて配置し、硬質板と交互に積層する工程と、該ゴムシートと硬質板との積層体をを加硫してゴムシートを硬化し、複合積層体を成形する工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の作用機構は明らかではないが、圧延ゴムシートの配向方向による、剥離強度の変化については、Ｕ字閉口方向から開口方向へ向かうラインでは、破壊が界面に近い部分にそって進行し、剥離しやすくなるのに対し、前記方向と一致せず、何らかの角度を有している場合、あるいは逆にＵ字型の配向のＵ字開口方向から閉口方向へ向かうラインでは、界面から離れる方向へ破壊が振興しようとする挙動を示し、配向にそった剥離が生じ難くなるため、これらの方向を剪断力の方向に応じて制御することにより、強い剥離強度が発現するものと考えられる。
【００１２】
なお、本発明で「圧延」とは、未加硫ゴムシートの厚みを圧延ローラーや押し出しダイ等を用いて薄く加工する工程を指すものとする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の製造方法により製造された複合積層体の構造を示す概略断面図である。
【００１４】
複合積層体１０は硬質板であるゴムシート１２と軟質板１４とが交互に積層され、接着されて構成される。
【００１５】
ここで、軟質板として用いられるゴムシート１２は、未加硫ゴムの状態で圧延してシート状に成形され、所定の型で打ち抜かれた後、金属板等の硬質板と交互に積層され、ゴムシートを加硫、硬化させて硬質板と密着されて複合積層体が製造される。
【００１６】
未加硫ゴムを圧延し、シート状に加工する場合、圧延ゴムシート内部には、圧延方法にもよるが、図２に模式図で示すように厚み方向に、本発明においてＵ字型の配向として定義されるような配向が生じる。図２（Ａ）は一組の対向するロールにより圧延された場合を示し、この場合には、Ｕ字型の配向がＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインが圧延方向と一致するように形成される。一方、図２（Ｂ）は押し出しダイにより圧延された場合を示し、Ｕ字型の配向がＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインが圧延方向に対して逆方向に形成される。これらの例から、それぞれ圧延方法に起因する逆方向のＵ字型配向が生じていることがわかる。先に述べたように、シート状にこの厚み方向のＵ字型の配向に対し、Ｕ字閉口方向から開口方向へ向かうラインに沿って剥離すると、界面に近い部分で剥離が生じ、剥離強度が大きく低下するのに対して、その方向と異なる方向、例えば、Ｕ字開口方向から閉口方向へ向かうラインに沿って剥離すると、良好なゴム破壊となり強い接着力を示すものである。
【００１７】
従って、複合積層体が一定の決まった方向からの剪断応力を受ける位置に配置される場合には、その剪断方向とＵ字型の配向がＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインの方向が一致しないように硬質板上にゴムシートを配置すればよく、例えば、前記ラインが、剪断方向に対して、好ましくは１０度以上異なる角度をもつように配置されればよく、なかでも、配向方向の前記ラインが、垂直になるように硬質板上にゴムシートを配置することが好ましい。こうして硬質板とゴムシートを交互に積層し、形成された積層体を硬化させればよい。図３は、複合積層体にかかる剪断応力の方向に対して、圧延によるＵ字型の配向方向が垂直になるようにゴムシート１２を図示されない硬質板上に配置した状態を示す概略図である。ゴムシート１２中に記載された配向方向のＵ字型は、Ｕ字閉口方向から開口方向へ向かうラインの方向が剪断方向に対して垂直であれば、図中に破線で表示したように、逆方向に配置されていてもよい。
【００１８】
また、一般に、免震構造体等を構成する複合積層体は、剪断応力がかかる方向は一定ではなく、いずれの方向から剪断力を受けた場合でも強い剥離強度を発現することが要求される。
【００１９】
このような複合積層体を製造する場合を、円柱型積層ゴムを例に挙げて説明する。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、ゴムシート１２を複数に分割し、それぞれの分割片を未加硫ゴムシート成型時の圧延により形成されたＵ字型の配向方向が互いに異なる方向になるように組み合わせて、図示されない硬質板上に配置した状態を示す概略図である。分割片の数は任意であるが、分割及び積層時の操作性の観点から、２分割乃至４分割程度が好ましい。
【００２０】
また、前記定まった方向からの剪断応力を受ける複合積層体についても、同様に分割したゴムシートを用いて、配向方向を互いに異なる方向に組み合わせて配置することにより、さらに効果的な剥離強度の発現を実現することができる。一定の決まった方向からの剪断応力を受ける複合積層体に分割したゴムシートを配置した状態を図５（Ａ）、（Ｂ）に概略図で示す。このように、一定方向からの剪断力に対してもゴムシートを２分割乃至４分割に打ち抜き、ゴムシート成型時の圧延により形成されたＵ字型の配向方向により耐剥離性を制御することは有効である。
【００２１】
このように、ゴムシートの圧延により形成された配向方向を制御することにより、製品破断性能を大幅に向上させるとともに、成型方向を常に一定にすることによりばね精度も向上するという利点を示す。
【００２２】
また、未加硫ゴムシートを分割して配置しても、積層体を構成した後、加硫硬化工程を経ることにより切断片は互いに接着して硬化されるため、ゴムシートを切断することによる加硫後のゴムシートの強度低下は見られない。
【００２３】
以下に、本発明の複合積層体の製造方法に用いうる部材について簡単に説明する。
【００２４】
本発明に係る複合積層体の軟質板に用いられる材料としては、熱可塑ゴム、ウレタンゴム、天然ゴム、微架橋ゴム等が挙げられ、これらの未加硫ゴム材料をシート状に圧延、成形したものを原料として用いればよい。材料としては、単独で用いても良いが、２種類以上を組み合わせて使用しても良い。
【００２５】
ゴムシートの形状は特に制限はなく、複合積層体の要求される特性に従って適宜、選択されるが、断面形状が円形、楕円形、正方形、長方形のものが一般的である。
【００２６】
また、本発明に係る硬質板としては、金属、セラミックス、プラスチックス、ＦＲＰ、ポリウレタン、木材、紙板、スレート板、化粧板等所要の剛性を有する各種の材料を使用することが出来る。ここで所望の剛性とは設計条件により大きく変わるが、せん断変形した時、座屈現象が生じにくい剛性を意味する。
【００２７】
硬質板の厚み、形状には特に制限はなく、使用される材料及び所望の性能によって選択できるが、一般には０．５〜５ｍｍ程度の厚みのものが使用される。また形状は、積層される軟質板と同様に任意であるが、通常は、併用する軟質板と同じ形状のものを用いる。
【００２８】
前記硬質板とゴムシートとを交互に複数段積層するが、この時、ゴムシートを先に述べたように、圧延時に形成されるＵ字型配向を考慮して配置することが重要である。このように積層された硬質板とゴムシートは所定の型枠内で、加硫処理され、複合積層体が製造されるものである。
【００２９】
複合積層体を免震構造体に用いる場合、その内部に該複合積層体の免震性能を改善するための塑性体や摩擦板積層体の配置、或いは、硬質粒子の充填等の各手段を適用することもでき、その場合には、複合積層体は中空部を設けたものであってもよい。
【００３０】
【実施例】
以下に、具体例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものでない。
【００３１】
（実施例１：橋梁用積層ゴム）
以下に示す配合の橋梁用天然ゴムＧ１０を圧延して厚さ８ｍｍとし、それを、２４０ｍｍ×２４０ｍｍに打ち抜いて未加硫ゴムシートを作成した。
【００３２】
［橋梁用天然ゴムＧ１０の配合］
天然ゴム                              １００    重量部
カーボンブラック（ＨＡＦ）              ４０    重量部
アロマオイル                              ５    重量部
架橋剤（硫黄）                            １．５重量部
亜鉛華                                    ５    重量部
老化防止剤                                ３    重量部
（ノラック６Ｃ：商品名、大内新興化学工業（株）製）
加硫促進剤                                ２    重量部
（ノクセラーＮＳ：商品名、大内新興化学工業（株）製）
この未加硫ゴムシートを５層準備し、硬質板である内部鋼板（厚さ２．３ｍｍ）４層と交互に積層した。このとき、図３に示すように、複合積層体のせん断方向に対し、ゴムシートの圧延により形成されたＵ字型の配向方向が垂直になるように配置した。
【００３３】
この積層体を１３５℃、２．５時間の条件で加硫し、複合積層体を得た。
【００３４】
試験条件：面圧５０ｋｇｆ／ｃｍ2 載荷し、ゴム厚に対し、７０％および、１５０％せん断を０．２Ｈｚにて３サイクル実施した後、１００ｍｍ／ｍｉｎにて単純せん断破断試験を実施、破断時のせん断伸び、破断応力を測定比較した。
【００３５】
結果を下記表１に示した。
【００３６】
（実施例２）
未加硫ゴムシートを２分割成型し、圧延により形成されたＵ字型の配向方向が互いに逆向きであって、かつ、Ｕ字型の配向のＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインが互いに中心より外側に向かうように、即ち、図５（Ａ）に示されるように配置した他は、実施例１と同様にして複合積層体を得て、実施例１と同様の評価を行った。結果を下記表１に示した。
（比較例１）
未加硫ゴムシートを図６（Ａ）に示すように、圧延により形成されたＵ字型の配向方向がせん断方向に一致するように配置した他は、実施例１と同様にして複合積層体を得て、実施例１と同様の評価を行った。結果を下記表１に示した。
（比較例２）
未加硫ゴムシートを２分割成型し、図６（Ｂ）に示すように、圧延により形成されたＵ字型の配向方向が互いに逆向きであって、かつ、Ｕ字型の配向のＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインが互いに内側に向き合うように配置した他は、実施例１と同様にして複合積層体を得て、実施例１と同様の評価を行った。結果を下記表１に示した。
【００３７】
【表１】
0004145991.tif 000002
表１に示すように、本発明の方法により得られた複合積層体は、比較例に対し、大幅に破壊性能が向上していることがわかる。
【００３８】
（実施例３：建築用積層ゴム）
以下に示す配合の橋梁用天然ゴムＧ１０を圧延して厚さ１．９ｍｍとし、それを、２２５ｍｍφの円形を二分割した状態に打ち抜いて未加硫ゴムシートを作成した。
【００３９】
［建築用天然ゴムＧ１０の配合］
天然ゴム                              １００    重量部
カーボンブラック（ＩＳＡＦ）            ３５    重量部
架橋剤（硫黄）                            １．５重量部
亜鉛華                                    ５    重量部
老化防止剤                                ５    重量部
（ノラック６Ｃ：商品名、大内新興化学工業（株）製）
加硫促進剤                                １．５重量部
（ノクセラーＮＳ：商品名、大内新興化学工業（株）製）
この未加硫ゴムシートを２０層分準備し、それぞれを２分割して、硬質板である内部鋼板（厚さ１．６ｍｍ）１９層と交互に積層した。このとき、図４（Ａ）に示したように、圧延により形成されたＵ字型の配向のＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインが複合積層体の中心より外側に向かうように配置した。
【００４０】
この積層体を１３５℃、２．５時間の条件で加硫し、複合積層体を得た。
【００４１】
試験条件：ゴムシート厚みに対し、２００％せん断変形を与えた後、単純引っ張り、破断時の伸び、応力を測定した。結果を下記表２に示した。
（実施例４）
未加硫ゴムシートを図に示すように、１２０°扇型に打ち抜き（３分割成型）、図４（Ｂ）に示したように、それぞれの切断片において、圧延により形成されたＵ字型の配向のＵ字閉口方向から開口方向へ向かうラインが複合積層体の中心より外側に向かうように配置した他は、実施例２と同様にして複合積層体を得て、実施例２と同様の評価を行った。結果を下記表２に示した。
（比較例３）
未加硫ゴムシートを円形に打ち抜き、図７に示すように無作為に配置した他は、実施例２と同様にして複合積層体を得て、実施例２と同様の評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００４２】
【表２】
0004145991.tif 000003
表２に示すように、本発明の方法により得られた複合積層体は、未加硫ゴムの配向方向を制御しなかった比較例３に対して、引き抜き性能が大幅に向上していることがわかる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の複合積層体の製造方法によれば、いずれの方向から剪断力を受けた場合においても、硬質板とゴムシートとの界面剥離が生じ難い、剥離強度に優れた複合積層体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の製造方法により製造された複合積層体の一態様を示す概略断面図である。
【図２】  （Ａ）は一組の対向するロールにより圧延された場合の圧延ゴムシート内部に生じた配向方向を示す模式図であり、（Ｂ）は押し出しダイにより圧延された場合の圧延ゴムシート内部に生じた配向方向を示す模式図である。
【図３】  複合積層体にかかる剪断応力の方向に対して、圧延による配向方向が垂直になるようにゴムシートを配置した状態を示す概略図である。
【図４】  （Ａ）はゴムシートを２分割した場合、（Ｂ）は３分割した場合（Ｃ）は４分割した場合の、それぞれの分割片を未加硫ゴムシート成型時の圧延による配向方向が互いに異なる方向になるように組み合わせて配置した状態を示す概略図である。
【図５】  （Ａ）はゴムシートを２分割し、剪断応力の方向に対して垂直で、かつ、配向方向が互いに異なる方向に配置した状態、（Ｂ）は４分割して、互いに異なる方向に配置した状態を示す概略図である。
【図６】  （Ａ）は比較例１のゴムシートの配向方向の状態、（Ｂ）は比較例２のゴムシートの配向方向の状態を示す概略図である。
【図７】  比較例３のゴムシートの配向方向の状態を示す概略図である。
【符号の説明】
１０  複合積層体
１２  ゴムシート
１４  硬質板
【図１】
0004145991.tif 000004
【図２】
0004145991.tif 000005
【図３】
0004145991.tif 000006
【図４】
0004145991.tif 000007
【図５】
0004145991.tif 000008
【図６】
0004145991.tif 000009
【図７】
0004145991.tif 000010