(57)【要約】【課題】金属プラグ入りの積層支持体と同等以上の減衰性能を有し、廃却時等に要するコストのかからない積層支持体を提供する。【解決手段】積層支持体１０は、柱状のプラグ４の周囲に、ゴム層１および剛性板２を交互に積層してなる断面環状の積層体３を配設して構成され、ゴム層１は、0.3Hzで100%％歪を入力した時の等価減衰定数が0.2以上であるゴム組成物よりなり、プラグ４は、弾完全塑性体よりなる塑性流動材と、この塑性流動材内に充填された硬質充填材とよりなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状のプラグの周囲に、ゴム層および剛性板を交互に積層してなる断面環状の積層体を配設した積層支持体において、
前記ゴム層は、0.3Hzで100%歪を入力した時の等価減衰定数が0.2以上であるゴム組成物よりなり、前記プラグは、弾完全塑性体よりなる塑性流動材と、この塑性流動材内に充填された硬質充填材とよりなることを特徴とする積層支持体。
【請求項２】
前記ゴム組成物は、ゴム100重量部に、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が100m2/gを超え160m2/g未満、ＣＴＡＢ吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が100 m2/gを超え150 m2/g未満、ＤＢＰ吸収量（ＤＢＰ）が90ml/100gを超え140ml/100g未満、ΔＤＢＰ（２４Ｍ４ＤＢＰ−ＤＢＰ）が5ml/100gを超え30ml/100g未満であるカーボンブラックを30〜100重量部配合したものであることを特徴とする請求項１に記載の積層支持体。
【請求項３】
前記硬質充填材が金属であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の積層支持体。
【請求項４】
前記金属が鉄粉であることを特徴とする請求項３に記載の積層支持体。
【請求項５】
前記塑性流動材のせん断降伏応力σyが、0.1〜10Mpaであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の積層支持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物等の構造物を支持するための積層支持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震等によって建物等の構造物に作用する加振力を低減するため、この構造物を、図１に断面図で示すような、ゴム層９１と剛性板９２とを積層してなる積層支持体９０で支持することが行われており、このような積層支持体９０は、垂直荷重を支持するとともに、水平方向の加振力に対してゴム層９１の有する弾性力で加振力が構造物へ伝達するのを抑えるよう機能するが、このような機能に加えて、ゴム層９１の有する減衰特性によって加振エネルギーを熱に変換して減衰させることが求められていて、そのため、昨今、ゴム層９１に用いられるゴム材料として、極めて高い減衰特性を有するものが種々開発されている（例えば特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００１−１６４０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
積層支持体９０に高い減衰特性を付与するため、積層支持体の中心に中空部を形成しその内部に金属プラグを圧入したものが知られているが、このような金属プラグ入りの積層支持体に対比して、プラグのない、ゴム層９１と剛性板９２とを積層しただけの積層支持体９０は、ゴム層９１が高減衰性のものであっても、減衰特性が低く改良が求められていた。
【０００４】
一方、金属プラグ入りの積層支持体は、金属プラグとして減衰性能が安定している鉛製のものが使用されることが多いが、鉛は、廃却時等に要するコストが大きく、これも問題であった。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、金属プラグ入りの積層支持体と同等以上の減衰性能を有し、廃却時等に要するコストのかからない積層支持体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】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、柱状のプラグの周囲に、ゴム層および剛性板を交互に積層してなる断面環状の積層体を配設した積層支持体において、
前記ゴム層は、0.3Hzで100%歪を入力した時の等価減衰定数が0.2以上であるゴム組成物よりなり、前記プラグは、弾完全塑性体よりなる塑性流動材と、この塑性流動材内に充填された硬質充填材とよりなることを特徴とする積層支持体である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載したところにおいて、前記ゴム組成物は、ゴム100重量部に、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が100m2/gを超え160m2/g未満、ＣＴＡＢ吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が100 m2/gを超え150 m2/g未満、ＤＢＰ吸収量（ＤＢＰ）が90ml/100gを超え140ml/100g未満、ΔＤＢＰ（２４Ｍ４ＤＢＰ−ＤＢＰ）が5ml/100gを超え30ml/100g未満であるカーボンブラックを30〜100重量部配合したものであることを特徴とする積層支持体である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１もしくは２に記載したところにおいて、前記硬質充填材が金属であることを特徴とする積層支持体である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載したところにおいて、前記金属が鉄粉であることを特徴とする請求項３に記載の積層支持体。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載したところにおいて、前記塑性流動材のせん断降伏応力σyが、0.1〜10Mpaであることを特徴とする積層支持体である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、前記ゴム層は、0.3Hzで100%歪を入力した時の等価減衰定数が0.2以上であるゴム組成物よりなり、前記プラグは、弾完全塑性体よりなる塑性流動材と、この塑性流動材内に充填された硬質充填材とよりなるものとしたので、詳細を後述するように、廃却時等に要するコストの問題を解消し、しかも、大きな減衰性能を確保することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、前記ゴム組成物は、ゴム100重量部に、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が100m2/gを超え160m2/g未満、ＣＴＡＢ吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が100 m2/gを超え150 m2/g未満、ＤＢＰ吸収量（ＤＢＰ）が90ml/100gを超え140ml/100g未満、ΔＤＢＰ（２４Ｍ４ＤＢＰ−ＤＢＰ）が5ml/100gを超え30ml/100g未満であるカーボンブラックを30〜100重量部配合したものなので、ゴム層に0.20以上の等価減衰定数を付与することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記硬質充填材を金属よりなるものとしたので、プラグに大きな減衰性能を担持させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、前記硬質充填材を鉄粉よりなるものとしたので、プラグにさらに大きな減衰性能を担持させることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、塑性流動材のせん断降伏応力σyを、0.1〜10Mpaとしたので、プラグに一層大きな減衰性能を担持させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る実施形態の積層支持体を、図を参照して説明する。図２、３はこの実施形態の積層支持体を示す断面図であり、図２は、剪断変形していない状態を、また、図３は、剪断変形している状態をそれぞれ示し、積層支持体１０は、柱状のプラグ４の周囲に、ゴム層１および剛性板２を交互に積層してなる断面環状の積層体３を配設して構成されていて、構造物８および支持基盤９の間に取り付けられ、地震等によって支持基盤９に作用する水平面内方向の加振力が構造物８に伝達するのを低減するとともにそのエネルギーを減衰させるよう機能する。なお、剛性板２は、例えば、金属やプラスチック等の剛性の高い板材よりなる。
【００１７】
図２、３において、積層体３の周囲にこれを保護するカバーゴム５を配設することもできる。また、図中６は、積層支持体１０を、構造物８および支持基盤９に取り付けるためのフランジであり、符号７は、プラグ４を密封するための閉塞板であり、閉塞板７はフランジ６に固定される。
【００１８】
積層支持体１０は、その特徴として、ゴム層１が、0.2Hzで100%％歪を入力した時の等価減衰定数が0.2以上であるゴム組成物よりなり、かつ、プラグ４が、弾完全塑性体よりなる塑性流動材と、この塑性流動材内に充填された硬質充填材とよりなっており、この組み合わせによって、極めて高い減衰特性を得ることができ、しかも、プラグとして従来のように鉛を用いていないので、廃却時等に要するコストは殆どかからない。以下、ゴム層１と、プラグ４とについて、詳細を説明する。
【００１９】
ゴム層１を構成するゴム組成物は、0.3Hzで100%歪を入力した時の等価減衰定数が0.2以上であるという特性を有するが、等価減衰定数は式（１）によって表されるHeqとして定義される。
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ただし、
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ここで、ΔWは、図４に模式図として示した剪断歪み−剪断応力曲線図におけるヒステリシスループ２０で囲まれる面積である。また、Xmax、Xmin、Ymax、Yminはそれぞれ、ヒステリシスループ２０における歪みの最大値を、歪みの最小値、応力の最大値、応力の最小値を表し、したがって、Wは、図４における三角形ABCの面積である。
【００２０】
ゴム組成物は、ゴムをマトリックスとし、その中に特定の性状のカーボンブラックと、必要に応じ石油樹脂等の成分を分散させて構成され、未加硫ゴムにカーボンブラックと、石油樹脂、加硫剤及びその他の副資材を配合し、加硫することにより製造され、このゴム組成物に、0.2Hzで100%％歪を入力した時の等価減衰定数とそて0.2以上を付与するためには、ゴム100重量部に、カーボンブラックの特性として、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が100m2/gを超え160m2/g未満、ＣＴＡＢ吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が100 m2/gを超え150 m2/g未満、ＤＢＰ吸収量（ＤＢＰ）が90ml/100gを超え140ml/100g未満、ΔＤＢＰ（２４Ｍ４ＤＢＰ−ＤＢＰ）が5ml/100gを超え30ml/100g未満であるカーボンブラックを30〜100重量部配合するのが好ましい。
【００２１】
ゴムとしては天然ゴム（ＮＲ）のほか、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン・ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル・ブタジエン共重合ゴム（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）等の種々のジエン系合成ゴムが挙げられる。なかでも、減衰性、加工性等のバランスが良いため、ＮＲ、ＩＲが好適に用いられる。また、２種以上のジエン系ゴムを併用してもよい。
【００２２】
本発明において配合されるカーボンブラックのコロイダル物性は最も重要なものであり、好ましいものとして特定される要件及び限定範囲の意義は次の通りである。
【００２３】
（１）カーボンブラックの基本特性の１つである窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）は100m2/gを超え160m2/g未満の範囲にある。高減衰ゴム組成物の比表面積は一般に高い方が望ましいが、上限である160m2/g以上のＮ２ＳＡ値はゴムマトリックスへのカーボンブラックの分散性が低下し、加工性も著しく低下する。また、100m2/g以下では望ましい減衰性を得ることができない可能性がある。より好ましいＮ２ＳＡ範囲は120〜150m2/gである。
【００２４】
（２）もう一つのカーボンブラック表面積を評価する方法であるＣＴＡＢ吸着比表面積では本発明範囲は100m2/gを超え160m2/g未満である。この範囲をはずれた場合の欠点はＮ２ＳＡの場合と同様である。より好ましいＣＴＡＢ範囲は110〜140m2/gである。
【００２５】
（３）もう一つの基本特性であるＤＢＰ吸収量（カーボンブラック構成単位粒子のつながり度合い（ストラクチャー）の指標）は高ストラクチャー化とすることによりゴムマトリックス中への分散性は改良することができるが、上げ過ぎると免震ゴムとして重要な特性の一つである伸び特性が低下してしまい、また混練り時での加工性が低下する。また、下げ過ぎると弾性率が低下して、バネ特性が十分でなくなるのでＤＢＰ吸収量特性は90ml/100gを超え140ml/100g未満の範囲とする。より好ましい範囲は95〜135ml/100gである。
【００２６】
（４）また、ゴム中に混練りされた後のカーボンブラックのストラクチャーを評価するために測定される２４Ｍ４ＤＢＰ吸収量（２４Ｍ４）と前述のＤＢＰ吸収量との差（ＤＢＰ吸収量−２４Ｍ４＝ΔＤＢＰ）が5ml/100gを超え30ml/100g以下の範囲とすることが本発明において必要である。
【００２７】
上記特性のΔＤＢＰ値は24000psiで4回圧縮したサンプルについて測定されたＤＢＰ吸収量（２４Ｍ４）とＤＢＰ吸収量との差（ＤＢＰ−２４Ｍ４＝ΔＤＢＰ）で30ml/100gを超える場合、すなわちストラクチャー特性でのこわれやすい構造の割合が大きいことを示しており、ゴムとの混練り時にストラクチャーが破壊され、十分な強度が得ることができなくなる。また、5ml/100g以下の場合はゴム練り時の初期トルクが上昇せず、分散性の低下を招くのでこの値を上記の特定範囲とする。
【００２８】
上記に説明したカーボンブラックの各特性は、下記の方法により測定される。
【００２９】
(i) 窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）
ＪＩＳ Ｋ６２１７：１９９７の第７項Ｄ法に記載の方法により測定され、単位重量当たりの比表面積m2/gで表示される。
【００３０】
(ii) ＣＴＡＢ吸着比表面積（ＣＴＡＢ）
ＪＩＳ Ｋ６２１７：１９９７の第８項に記載の方法により測定され、単位重量当たりのＣＴＡＢ吸着比表面積m2/gで表示される。
【００３１】
(iii) ＤＢＰ吸収量
ＪＩＳ Ｋ６２１７：１９９７の第９項Ａ法に記載の方法で測定され、カーボンブラック100g当たりに吸収されるジブチルフタレート（ＤＢＰ）のmlで表示される。
【００３２】
(iv) ２４Ｍ４ＤＢＰ吸収量
ＪＩＳ Ｋ６２１７：１９９７の第１０項に記載の方法で測定され、カーボンブラック100g当たりに吸収されるジブチルフタレート（ＤＢＰ）のmlで表示される。
【００３３】
また、本発明のゴム組成物は、石油樹脂が配合されることが好ましい。この石油樹脂としては、ソルベントナフサ中に含まれているクマロン、インデン、スチレンなどを共重合させたクマロンプラスチック、石油類のスチームクラッキングにより、エチレン、プロピレンなどを製造するエチレンプラントから副生する分解油留分に含まれるジオレフィン及びモノオレフィン類を単離せずに重合した樹脂等が挙げられる。
【００３４】
石油樹脂の量としては、ゴム100重量部に対して15〜60重量部、好ましくは25〜55重量部配合されるのがよい。15重量部未満では、減衰性が不足し、80重量部以上では、クリープ性が大きくなり、好ましくない。
【００３５】
そのほか、ゴム組成物を製造するに際して、未加硫ゴムに上記成分の他にアロマオイル、ロジン等を配合して加硫してもよい。また、硫黄などの加硫剤及び亜鉛華、ステアリン酸などの加硫助剤、老化防止剤などを適宜配合することができる。
【００３６】
次に、プラグ４について説明する。プラグ４は、弾完全塑性体（非硬化弾塑性体）よりなる塑性流動材と、この塑性流動材内に充填された硬質充填材とよりなるが、この弾完全塑性体とは、５に示すように、ある降伏点まではせん断応力とせん断ひずみとが比例するが、この降伏点を超えると、せん断応力が一定の値σyになるような挙動を示す材料をいう。なお、図中、εbは剪断破断歪みを表す。
【００３７】
図６は、プラグ４の一部を拡大して示す断面図であり、プラグ４は、塑性流動材１１内に、硬質充填剤として球状体１２が分散された状態に配置されて構成される。
【００３８】
このように構成された積層支持体１０では、支持基盤９とこれによって支持される構造物８との水平方向への相対移動（振動）により、３に示すように積層体４がせん断変形し、その弾性によってこの加振力の構造物８への伝達を低減させるとともにゴム層１の減衰効果により振動のエネルギーを吸収する。このとき、プラグ３内の塑性流動材１１も流動しつつ全体としてせん断変形し、上記の振動のエネルギーをさらに吸収する。そして、塑性流動材１１内に硬質充填材としての球状体１２が充填されているため、プラグ４のせん断変形時に、塑性流動材１１が積層体３の内周面に接触移動するだけではなく、塑性流動材１１と球状体１２とが摩擦しながら相対移動するため、その減衰特性が向上し、より大きな減衰力を発揮してエネルギー吸収することができる。
【００３９】
特に、本発明においては、塑性流動材１１を弾完全塑性体（非硬化弾塑性体）で構成しているため、充填された球状体１２（硬質充填材）の分散状態が安定する。すなわち、球状体１２は、不用意に沈殿したり偏在したりすることがなく、塑性流動材１１内で均一に分布する。このため、塑性流動材１１の減衰特性が部分的に変化することもなく、安定した減衰性能を発揮できる。
【００４０】
なお、本実施形態では、本発明の硬質充填材の例として、球形に形成された球状体１２を挙げたが、硬質充填材としては、塑性流動材１１内に充填されることで、塑性流動材１１と接触して接触面積を増大させることができれば、特に限定されなく、たとえば、７（Ａ）に示す回転楕円体形状硬質充填材１３、７（Ｂ）に示す円柱形状硬質充填材１４、７（Ｃ）に示すＬ字状硬質充填材１５、７（Ｄ）に示すＵ字状の硬質充填材１６等を挙げることができる。また、７（Ｅ）に示すように、長円状の複数の環状部材１７を鎖状に連結した構造の鎖状硬質充填材１８でもよい。なお、鎖状硬質充填材１８を構成する環状部材１７は、完全に閉じた環状になっている必要はなく、たとえば、一部が開放されたＵ字状のものや、馬蹄形状のもの、渦巻状のもの、螺旋状のもの等であっても、連結状態が不用意に解消されない程度に「略環状」の形状になっていればよい。
【００４１】
なお、硬質充填材を本実施形態のように球形とすると、その方向性が無くなるので、任意の方向で安定した減衰特性を発揮させることができ、好ましい。この場合の「球形」には、完全な球形が含まれるのはもちろんであるが、実質的に方向依存性がない程度であれば、完全な球形でなくてもよい。たとえば、正多面体形状や、（Ｆ）に示すような形状（表面が五角形と六角形とで構成されているサッカーボール形状）の硬質充填材１９等であってもよい。正多面体形状の場合には、面数が多くなるほど球形に近づき、方向性が解消されるので好ましい。
【００４２】
また、硬質充填材を粒状体とすれば、塑性流動材１１中での分散状態が良好になり、減衰性能が安定するので好ましい。たとえば、上記した回転楕円体形状、円柱形状、Ｌ字状、Ｕ字状の硬質充填材はいずれも、塑性流動材１１内で硬質充填材の挙動の各々が独立しているので、粒状体とみなすことができる。
【００４３】
硬質充填材を粒状体とした場合、その最大粒径dを、0.002mm以上2.0mm以下とすれば、高い減衰性能を得ることができて好ましい。さらに、この最大粒径dを、0.01mm以上0.06mm以下とすれば、より高い減衰性能を得ることができてさらに好ましい。
【００４４】
また、硬質充填材の材質としては、塑性流動材１１に対して剛性とみなせる程度の硬さを有するものであればよいが、大きな減衰特性が得られる点で、これを金属とするのが好ましく、これを鉄粉とするとさらに好ましい。
【００４５】
塑性流動材１１に対する硬質充填材の体積率としては、25%以上で74%以下とすることが好ましい。硬質充填材の体積充填率を25%以上とすることで、塑性流動材１１と硬質充填材との接触面積を広く確保して、大きな減衰力を得ることができる。
【００４６】
また、この体積充填率を74%以下とすることで、硬質充填材どうしの接触を防止し、減衰性能を高く維持できる。
【００４７】
塑性流動材１１としては、要するに弾完全塑性体（非硬化弾塑性体）で構成されていれば、硬質充填材の分散状態を安定させることができる。特に、塑性流動材の剪断降伏応力σyは、0.1Mpa以上で10Mpa以下とすることが好ましい。すなわち、0.1Mpa以上とすることで、十分な減衰性能を得ることが可能になる。10Mpa以下とすることで、塑性流動材を大きく塑性変形させることが可能になる。
【実施例】
【００４８】
図２、３に示す形状を有する、互いにゴム層の材料だけが異なる2種の積層支持体を試作した。これらを、それぞれ実施例、比較例１として、これらについてその減衰効果を評価するため、加振入力に対する歪み応答を測定する試験を行った。また、プラグが鉛でできている点だけが比較例１と異なる積層支持体を比較例２とし、実施例と同じ外形寸法を有する、図１に示した積層支持体を従来例として、比較例２および従来例についても試作し同様の評価を行った。従来例は、プラグがなくこの部分を積層体で埋められている点だけが実施例と異なっており、ゴム層、剛性板の枚数、外径、厚さ、材料についてはすべて同じである。
【００４９】
上記４種の例の共通仕様は以下の通りである。
１）積層支持体の外径：225 mm
２）積層支持体の高さ（フランジの部分は除く）：64.2mm
３）剛性板の枚数：24枚
４）剛性板の厚さ：0.8mm
５）剛性板の材料：鋼板
６）プラグの外径：45mm（実施例、比較例のみ）
【００５０】
実施例、従来例に用いたゴム層（ゴム層Ａ）および、比較例１、２に用いたゴム層（ゴム層Ｂ）に関する配合、物性等の仕様は以下の表１の通りである。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
実施例、比較例1に用いたプラグの材料、物性は以下の通りである。
１）塑性流動材の配合
樹脂：60重量部
ポリブタジエンゴム：70重量部
天然ゴム：30重量部
可塑剤：5部
その他：20部
２）塑性流動材の剪断降伏応力σy：7.3Mpa
３）硬質充填材の材料：鉄粉
４）硬質充填材の形状：不定形
５）硬質充填材のサイズ：0.4mm
６）塑性流動材に対する硬質充填材の体積百分率：65%
【００５３】
実施例、比較例１、２、従来例について行った試験結果を図８の剪断歪み−剪断応力曲線図に示す。また、この曲線図から得られた等価減衰定数を表２に示す。図８においては、剪断応力の単位としてkgf/cm2を用いたが、Ｓｉ単位との換算は下記の通りである。
1 kgf/cm2＝9.8x104Pa
【００５４】
なお、試験の条件は、以下の通りであり、図７の剪断歪み−剪断応力曲線図におけるヒステリシスループは、3回目のループである。
加振変位振幅： 積層弾性体の総厚さを100%として、100%
加振周波数： 0.3Hz
垂直面圧： 10Mpa
【００５５】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来の積層支持体を示す断面図である。
【図２】本発明に係る実施形態の積層支持体を、剪断変形のない状態において示す断面図である。
【図３】本発明に係る実施形態の積層支持体を、剪断変形した状態において示す断面図である。
【図４】等価減衰定数を説明するための、剪断歪み-剪断応力曲線図である。
【図５】弾完全塑性体を説明するための、剪断歪み-剪断応力曲線図である。
【図６】プラグの一部を拡大して示す断面図である。
【図７】硬質充填材の形状を例示する斜視図である。
【図８】試験結果を示す剪断歪み−剪断応力曲線図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    ゴム層
２    剛性板
３    積層体
４    プラグ
５    カバーゴム
６    フランジ
７    閉塞板
８    構造物
９    支持基盤
１０    積層支持体
１１    塑性流動材
１２    球状体
１３    回転楕円体形状硬質充填材
１４    円柱形状硬質充填材
１５    Ｌ字状硬質充填材
１６    Ｕ字状硬質充填材
１７    環状部材
１８    鎖状硬質充填材
１９    硬質充填材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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