CN107208732A - 隔震支撑装置 - Google Patents
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Abstract
隔震支撑装置(1)具有:层叠体(4),由弹性层(2)和刚性层(3)交替层叠而成;圆柱状体(7),配置于层叠体(4)的中空部(6)内;外周保护层(9),覆盖层叠体(4)的外周面(8);上安装板(11)和下安装板(12),通过螺栓(10)分别连接于刚性层(3)中最上部的刚性层(3)以及刚性层(3)中最下部的刚性层(3);剪切键(15),嵌接于最上部的刚性层(3)的凹部(13)和上安装板(11)的凹部(14);以及剪切键(18),嵌接于最下部的刚性层(3)的凹部(16)和下安装板(12)的凹部(17)。
Description
技术领域
本发明涉及一种配置于两个结构物之间,吸收两个结构物间的相对水平方向上的振动能,降低对结构物的振动加速度的装置,尤其涉及一种隔震支撑装置,该隔震支撑装置使地震能量衰减来降低地震输入加速度,防止建筑物、桥梁等结构物的损坏。
背景技术
如专利文献1、专利文献2以及专利文献3等公知的隔震支撑装置那样,该隔震支撑装置具有层叠体和铅芯,其中,该层叠体具有交替层叠的弹性层以及刚性层,上述铅芯填充于由上述层叠体的内周面所确定的圆柱状的中空部内,该隔震支撑装置设置于地基和结构物之间,除了支撑结构物的载荷外,还能利用层叠体尽可能地阻止由地震等引起的地基振动向结构物的传递,并且能利用铅芯使传递到结构物的振动尽量快速地衰减。
地震中层叠体发生剪切变形时,该隔震支撑装置通过铅芯塑性变形来吸收振动能,铅芯能良好地吸收振动能,并且即使在塑性变形后,也能通过伴随吸收振动能而产生的热而容易进行再结晶,不会导致机械疲劳,因此上述铅芯作为振动能吸收体是非常优秀的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特公昭61-17984号
专利文献2:日本专利特开平9-105440号公报
专利文献3:日本专利特开2000-346132号公报
专利文献4:日本专利特开昭63-268837号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而,需要指出的是:当隔震支撑装置受到大振幅且长时间反复的长周期的震动时,铅芯随着通过塑性变形吸收振动能,产生温度上升,该温度可能上升至接近铅的熔点。铅芯的温度上升时,不仅相对于铅芯变形的振动能的吸收能力下降,而且有可能引起与铅芯接触的层叠体的弹性层的材料物理性能值的劣化,尤其是有可能引起弹性系数的劣化。
为了防止铅的温度上升,例如,专利文献4中提出了一种技术,在铅构件中作为热吸收材料分散配置熔点比铅的熔点低的金属,即所谓的低熔点金属,将地震时铅构件产生的热作为低熔点金属的熔化热吸收,从而防止铅构件的温度过度地上升,或者在铅构件中分散配置液体(水),将地震时铅构件产生的热作为液体的蒸发热吸收,从而防止铅构件的温度过度地上升。
然而,专利文献4中所提出的技术中,尤其是铅构件中分散配置液体(水)的技术,需要考虑液体的蒸发或泄漏,对于无法预测何时会发生的地震而言,该技术很难说是实用的。
以上问题,不仅限于铅芯,即使在使用锡的锡芯时也会发生上述问题。
本发明是鉴于上述各个问题而形成的,其目的是提供一种隔震支撑装置,该隔震支撑装置即使在受到长周期的震动时,也能够尽量降低铅芯或锡芯的温度上升,即使在长周期的震动中也能够有效地发挥隔震作用。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的隔震支撑装置具有:层叠体,该层叠体具有交替层叠的多个刚性层和弹性层;以及柱状体,该柱状体配置于至少由所述层叠体的内周面所确定的柱状的中空部内,并且具有柱状的铅芯或锡芯,层叠体除了具有刚性层和弹性层外,还具有环状的热传导体,该热传导体存在于柱状体的外周面与弹性层的环状内表面之间,并与该柱状体的外周面、该弹性层的环状内表面以及夹持该弹性层的一对刚性层中至少一方的表面分别接触,并且该热传导体的热传导率比弹性层的热传导率高。
根据本发明的隔震支撑装置,即使在受到长周期的震动,随着振动能的吸收而在铅芯或锡芯产生温度上升的情况下,也能够通过存在于柱状体的外周面与弹性层的环状内表面之间的热传导体将热传递至刚性层并有效地释放,因此能够避免铅芯或者锡芯处热的积蓄,其结果是,不会因铅芯或锡芯的温度上升而引起振动能的吸收能力下降,并能够有效地耗散地震能量。
本发明中,热传导体可以存在于所有刚性层和弹性层之间,但在希望能够避免铅芯或锡芯处积蓄热的情况下,热传导体也可以存在于刚性层和弹性层之间中的至少一处,除此之外,在该热传导体存在于刚性层和弹性层之间的多处的情况下,不需要沿层叠方向连续地设置热传导体,例如,只要每隔一层或每隔两层地设置热传导体即可,此外,在该热传导体存在于所有刚性层和弹性层之间或存在于刚性层和弹性层之间的多处的情况下,不需要在相同位置与弹性层的环状内表面接触,也可以在各个不同的位置与弹性层的环状内表面接触。
本发明的隔震支撑装置中,优选的示例是,热传导体至少包括聚合物和热传导率比弹性层的热传导率高的填充剂,这种情况下,聚合物也可以包括热固性聚合物以及热塑性聚合物中的至少一种。
在优选的示例中,热固性聚合物包括交联橡胶、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、苯酚树脂、不饱和聚酯、热固化型聚苯醚以及热固化型改性聚苯醚中的至少一种。
交联橡胶中,作为优选示例能够举出的有:天然橡胶(NR)、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶(水添ニトリルゴム)、氯丁橡胶、乙丙橡胶、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸橡胶、聚异丁烯橡胶以及硅橡胶等。
热塑性聚合物可以包括热塑性合成树脂以及热塑性弹性体中的至少一种。
作为热塑性合成树脂并没有特别的限定,能够根据目的适当地选择,比如说能够举出的有:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和乙烯-丙烯共聚物等的乙烯-α-烯烃共聚物、聚甲基戊烯(PMP)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯醇(PVA)、聚缩醛(POM)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)等。
作为热塑性弹性体,例如能够举出的有:苯乙烯-丁二烯共聚物或其氢化聚合物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物或其氢化聚合物等苯乙烯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体、氯乙烯类热塑性弹性体、聚酯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体以及聚酰胺类热塑性弹性体等。
本发明中,优选的示例中,填充剂包括碳类填充剂、金属类填充剂以及陶瓷类填充剂中的至少一种。
作为碳类填充剂,能够举出的有:科琴黑(ケッチェンブラック)等炉法炭黑、乙炔黑、槽法炭黑和气黑等碳黑、聚丙烯腈类碳纤维和沥青类碳纤维等碳纤维、人造石墨、球状石墨、鳞片状石墨、块状石墨和土状石墨等石墨、金刚石、富勒烯、碳微线圈、碳纳米管(气相生长碳纤维)以及石墨烯等。
碳黑或石墨的颗粒大小可以通过考虑分散性以及热传导体的厚度等来决定。优选,碳黑的平均粒径是10nm~700nm,石墨的平均粒径是5~150μm,此外,从能够提高流动性、能够提高成形加工性的观点来看,优选,石墨的平均粒径是30~150μm。碳纤维能够采用纤维直径为5~20μm、纤维长度为2~8mm的短切纤维和纤维直径为5~20μm、纤维长度为20~400μm的研磨纤维等。碳纳米管的情况下,优选,单层纳米管单体的直径为1~2.5nm,长度为5~10nm,多层纳米管的直径为10~40nm,长度为10nm。
作为科琴黑(ケッチェンブラック)的具体示例,能够举出的是狮王公司(ライオン社)制造的“EC300J、EC600DJ(商品名)”等,作为乙炔黑的具体示例,能够举出的是电气化学工业公司(電気化学工業社)制造的“DENKA BLACK(デンカブラック)(商品名)”等,作为鳞片状石墨的具体示例,能够举出的是中越石墨工业所公司(中越黒鉛工業所社)制造的“BF-3AK、CPB-6S(商品名)”以及富士石墨工业公司(富士黒鉛工業社)制造的“UF-2(商品名)”等,作为土状石墨的具体示例,能够举出的是中越石墨工业所公司(中越黒鉛工業所社)制造的“APR(商品名)”以及富士石墨工业公司(富士黒鉛工業社)制造的“FAG-1(商品名)”等,作为人造石墨的具体示例,能够举出的是中越石墨工业所公司(中越黒鉛工業所社)制造的“G-6S(商品名)”以及富士石墨工业公司(富士黒鉛工業社)制造的“FGK-1(商品名)”,另外,作为球状石墨的具体示例,能够举出的是中越石墨工业所公司(中越黒鉛工業所社)制造的“WF-15C(商品名)”以及富士石墨工业公司(富士黒鉛工業社)制造的“WF-010、WF-015(商品名)”等。
作为碳纤维的具体示例,在聚丙烯腈类碳纤维中,能够举出的有东丽公司(東レ社)制造的“TORAYCA CHOP(商品名)”、三菱丽阳公司(三菱レーヨン社)制造的“PYROFIL(商品名)”以及东邦特耐克丝公司(東邦テナックス社)制造的“BESFIGHT(商品名)”等,在沥青类碳纤维中,能够举出的有三菱化学产资公司(三菱化学産資社)制造的“DIALEAD(商品名)”、大阪燃气化学公司(大阪ガスケミカル社)制造的“DONACARBO(商品名)”、吴羽化学公司(呉羽化学社)制造的“KURECA CHOP(商品名)”以及日本石墨纤维公司(日本グラファイトファイバー社)制造的“GRANOC研磨纤维(商品名)”等。
作为金属类填充剂,优选使用从由铝、铜、银、铁、镍、硅、锌、镁、钨以及锡构成的金属组中选出的一种以上的金属粉末或者这些金属的合金粉末(铝青铜、七三黄铜、海军黄铜等)。这些金属类填充剂可以是平均粒径为0.1~200μm的颗粒物,平均粒径为0.1~50μm是较为理想的。特别地,由于平均粒径小于0.1μm时,热传导性的提高效果变差,并且变得难以成形,因此是不理想的。
作为陶瓷类填充剂,能够举出的有氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化铍(BeO)以及氧化钛(TiO2)等金属氧化物、氮化硼(六方晶BN或立方晶BN)、氮化铝(AlN)和氮化硅(Si3N4)等金属氮化物以及碳化硼(B4C)、碳化铝(Al4C3)和碳化硅(SiC)等金属碳化物等。
从热传导率、耐热性以及耐湿性的性能提升的角度来看,较佳的是,陶瓷类填充剂由平均粒径为3~50μm的粉末构成,平均粒径为5~40μm是较为理想的。
根据目标的热传导率以及强度,能够从广泛的范围中选择填充剂相对于聚合物的掺合量,其中,该填充剂由上述碳类填充剂、金属类填充剂以及陶瓷类填充剂中的至少一种构成。在优选的示例中,相对于100质量份的聚合物,填充剂是20~500质量份。填充剂的掺合量过少时,热传导体的热传导率变低,上述填充剂的掺合量过多时,形成热传导体的加工性降低,因此是不理想的。
优选,与夹持弹性层的一对刚性层的各表面接触的热传导体的各表面的面积是夹持该弹性层的一对刚性层的各表面的面积的0.3%以上且6%以下。
与夹持弹性层的一对刚性层的各表面接触的热传导体的表面的面积大于等于夹持该弹性层的一对刚性层的各表面的面积的0.3%时,由铅芯或锡芯的温度上升而产生的热通过该热传导体向刚性层释放,能够避免由铅芯或锡芯的温度上升而引起的热的积蓄,并且当该表面的面积超过夹持该弹性层的一对刚性层的各表面的面积的6%时,有可能使弹性层的负载支撑作用下降。
为了迅速地进行铅芯或锡芯产生的热向刚性层的释放,优选,热传导体至少具有1W/m·K的热传导率,具有10W/m·K以上的热传导率是较为理想的,具有30W/m·K以上的热传导率是更为理想的。
为了使热传导体具有1W/m·K以上的热传导率,相对于100质量份的聚合物,最好使该热传导体含有20~500质量份的比例的填充剂。
本发明的隔震支撑装置中,优选各弹性层由乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、氯丁橡胶、天然橡胶、异戊二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、丁二烯橡胶等橡胶材料形成的橡胶板构成。
本发明的隔震支撑装置中,多个刚性层可以分别具有钢板以及保护膜,其中,该保护膜覆盖钢板的整个表面并且该保护膜的热传导率比钢板的热传导率大是较为理想的,该保护膜的厚度约为0.1~20μm,在这种情况下,热传导体配置成与保护膜的表面接触,该保护膜能够通过对钢板表面施加电镀或热浸镀等镀覆形成,例如,镀锌、镀铝、镀铜、镀锡、镀镍、镀铬、镀黄铜等,多个刚性层分别具有上述钢板和保护膜时,通过保护膜能够使铅芯或锡芯的热向钢板的释放更加迅速地进行,因此能够尽量避免铅芯或锡芯处热的积蓄,能够有效地防止由于铅芯或锡芯的温度上升而引起的振动能吸收能力的下降。
本发明的隔震支撑装置的优选示例中,柱状体以及铅芯或锡芯分别是具有圆筒状的外周面的圆柱状体以及圆柱状的铅芯或锡芯,在这种情况下,中空部由层叠体的圆筒状的内周面所确定而成为圆柱状,此外,柱状体除了具有柱状的铅芯或锡芯,还可以具有筒状的橡胶覆盖层,上述筒状的橡胶覆盖层覆盖铅芯或锡芯的外周面,并且具有作为柱状体的外周面的外周面,柱状体具有该橡胶覆盖层时,能够提高铅芯或锡芯相对中空部的安装性。
由与弹性层相同的橡胶材料构成的橡胶覆盖层的层厚优选0.3~0.5mm,该层厚小于0.3mm时,无法起到提高铅芯或锡芯的插入性的作用,而当该层厚超过0.5mm时,从铅芯或锡芯向热传导体的有效的传热有可能被橡胶覆盖层阻碍。
以提高层叠体的外周面的耐候性等为目的,本发明的隔震支撑装置还可以具有外周保护层,该外周保护层由天然橡胶构成,优选由耐候性优异的橡胶材料构成,并且该外周保护层覆盖层叠体的外周面。
天然橡胶可以作为外周保护层用的橡胶材料,但是,较佳的是耐候性优异的橡胶状聚合物,例如,从耐候性方面优选丁基橡胶、聚氨酯、乙丙橡胶、海帕伦、氯化聚乙烯、乙烯乙酸乙烯酯橡胶、氯丁橡胶,此外,在考虑与形成弹性层的橡胶的粘接性的情况下,优选丁基橡胶、乙丙橡胶和氯丁橡胶,该外周保护层可以具有5~10mm左右的层厚。
发明效果
根据本发明,能够提供一种隔震支撑装置,即使在受到长周期的震动时,也能够尽量降低铅芯或锡芯产生的温度上升,并能够有效地发挥作为隔震支撑装置的作用。
附图说明
图1是本发明的隔震支撑装置的优选具体示例的纵向剖视说明图。
图2是图1的II-II线向视剖视说明图。
图3是图1的主要部分的扩大剖视说明图。
图4是热传导体和弹性层的立体说明图。
具体实施方式
下面基于附图所示的优选具体示例以及实施例对本发明进行更详细说明。另外,本发明并不限定于这些具体示例以及实施例。
从图1至图3中,本例的隔震支撑装置1具有:圆筒状的层叠体4,该层叠体4是由多个圆环状的弹性层2以及多个圆环状的刚性层3交替层叠而形成的;圆柱状体7,该圆柱状体7在由层叠体4的圆筒状的内周面5所确定的圆柱状的中空部6内紧密地配置;外周保护层9,该外周保护层9由耐候性优异的橡胶材料构成并且覆盖层叠体4的圆筒状的外周面8;上安装板11和下安装板12,上述上安装板11和下安装板12通过螺栓10分别与刚性层3中最上部的刚性层3以及刚性层3中最下部的刚性层3连接;圆板状的剪切键15,该剪切键15嵌接于最上部的刚性层3的圆形的凹部13以及上安装板11的圆形的凹部14;以及圆板状的剪切键18,该剪切键18嵌接于最下部的刚性层3的圆形的凹部16以及下安装板12的圆形的凹部17。
层叠体4除了具有弹性层2和刚性层3,还具有圆环状的热传导体25,该热传导体25分别存在于与内周面5紧密接触的圆柱状体7的圆筒状的外周面21以及各弹性层2的圆筒状的内周面22之间,并与该外周面21、圆环状的下表面23以及上表面24紧密地接触,其中,该圆环状的下表面23和上表面24是夹持弹性层2的一对刚性层3的各表面,并且,该热传导体25的热传导率比弹性层2的热传导率高,例如是具有至少1W/m·K的热传导率的环状。
各弹性层2由具有弹性的圆环状的橡胶板构成,并且除了内周面22,还具有圆筒状的外周面31以及圆环状的上表面32和下表面33,最上部以及最下部的刚性层3由具有刚性的圆环状的厚壁钢板构成,该厚壁钢板比弹性层2以及上述最上部和最下部的刚性层3之间的各刚性层3厚,最上部的刚性层3除了下表面23,还具有与外周面21紧密接触的圆筒状的内周面35以及圆筒状的外周面36和上表面37,最下部的刚性层3除了上表面24,还具有与外周面21紧密接触的圆筒状的内周面38以及圆筒状的外周面39和下表面40,最上部以及最下部的刚性层3之间的各刚性层3由具有刚性的圆环状的薄壁钢板构成,该薄壁钢板比最上部以及最下部的刚性层3之间的各刚性层3薄,并且上述各刚性层3除了上表面24和下表面23,还具有圆筒状的内周面41和外周面42。
圆柱状体7具有铅芯46以及圆筒状的橡胶覆盖层48,该铅芯46具有圆筒状的外周面45,该橡胶覆盖层48在圆筒状的内周面47上与外周面45紧密接触并覆盖外周面45,并且具有外周面21。
各热传导体25至少包括聚合物以及热传导率比弹性层2的热传导率高的填充剂,其中,该聚合物包括热固性聚合物以及热塑性聚合物中的至少一种,上述各热传导体25还具有与下表面23以及上表面24紧密接触的圆环状的上表面51和下表面52、与内周面22紧密接触的圆筒状的外周面53以及与外周面21紧密接触的圆筒状的内周面54。
各上表面51以及下表面52是与夹持各弹性层2的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24接触的热传导体25的表面,上述各上表面51以及下表面52的面积是夹持该弹性层2的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的0.3%以上且6%以下。也就是说,热传导体25的上表面51的面积是刚性层3的下表面23的面积的0.3%以上且6%以下,热传导体25的下表面52的面积是刚性层3的上表面24的面积的0.3%以上且6%以下。
确定中空部6的内周面5由内周面35和38以及多个内周面41和54构成,紧密地配置有圆柱状体7的中空部6除了由内周面5确定,还由剪切键15的圆形的下表面55和剪切键18的圆形的上表面56所确定,下表面55与铅芯46的圆形的上端面57以及橡胶覆盖层48的圆环状的上端面58紧密地接触,上表面56与铅芯46的圆形的下端面59以及橡胶覆盖层48的圆环状的下端面60紧密地接触。
各弹性层2和各刚性层3在其下表面33和23以及上表面24和32分别通过例如硫化粘接或粘接剂相互牢固地贴合,橡胶覆盖层48和各刚性层3在其外周面21以及内周面35、38和41分别通过硫化粘接或粘接剂相互牢固地贴合,橡胶覆盖层48和各热传导体25在其外周面21和内周面54分别通过硫化粘接或粘接剂相互牢固地贴合。
层叠体4的外周面8由多个外周面31和42以及外周面36和39构成,具有圆筒状的内周面65的外周保护层9和各刚性层3在其内周面65和外周面42分别通过硫化粘接或粘接剂相互牢固地贴合,外周保护层9和各弹性层2在其内周面65和外周面31分别通过硫化粘接或粘接剂相互牢固地贴合。该外周保护层9也可以通过在对层叠体4进行加压硫化时使弹性层2露出来与弹性层2一体地形成。
隔震支撑装置1利用螺栓73并通过上安装板11与结构物71连接,利用螺栓73并通过下安装板12与基础72连接,该隔震支撑装置1以通过层叠体4和圆柱状体7支撑结构物71的层叠方向(铅垂方向)V上的载荷的方式使用。
对热传导体25的制造方法进行说明。
((1)使用作为聚合物的天然橡胶的热传导体25的制造方法)
向交联橡胶中掺合填充剂中的至少一种,并且根据需要掺合硫化促进剂(例如,N-环己基-2-苯并噻唑亚磺酰胺、2-巯基苯并和二硫化二苯并等的噻唑类以及二苯胍等的胍类)、硫化促进助剂(锌华(ZnO)和氧化镁等金属氧化物以及硬脂酸、月桂酸和棕榈酸等脂肪酸)、硫化剂(例如,硫以及含硫化合物等)、加工油(例如,石蜡类、环烷类以及芳香族类等)和防老化剂(N-异丙基-N’-苯基-P-对苯二胺以及N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-P-对苯二胺等)后,使用压延机将经过素炼和混炼工序制作而成的热传导体组成物压延加工成均匀厚度、规定宽度的长片材,并从该片材上切出未硫化的热传导体25。
((2)使用作为聚合物的热固化性合成树脂(酚醛清漆型苯酚树脂)的热传导体25的制造方法)
向酚醛清漆型树脂粉末添加混合填充剂中的至少一种,并根据需要添加混合硬化剂、脱模剂、硬化促进剂,将这些与适量的溶剂一起在亨舍尔混合机等的混合机内均匀地搅拌混合成混合物,将该混合物投入混炼机中,一边加热一边使混炼后的混炼物冷却固化后,将冷却固化后的混炼物粉碎成适当大小的成形材料后进行成形加工,从而使热传导体25成形。
((3)使用作为聚合物的热塑性合成树脂或热塑性弹性体的热传导体25的制造方法)
在亨舍尔混合机等的混合机内将热塑性合成树脂或热塑性弹性体和填充剂中的至少一种混合制作成混合物,该混合物通过螺杆式挤出机挤出为股线状,将挤出的股线状的混合物切断后形成热传导体组成物的颗粒并进行成形加工,从而使热传导体25成形。
接着,对包括热传导体25的隔震支撑装置1的制造方法进行说明。
(弹性层2的制作方法)
向交联橡胶掺合硫化促进剂、硫化促进助剂、硫化剂、加工油、防老化剂后,通过素炼以及混炼工序制作成橡胶组成物,接着,使用压延机将橡胶组成物压延加工成具有均匀厚度、规定宽度的未硫化的长橡胶片材,并从该橡胶片材上切出作为弹性层2的未硫化的橡胶板。
(刚性层3的制作方法)
通过冲压加工将薄壁的冷轧钢板(SPCC)制作成作为最上部和最下部的刚性层3之间的刚性层3的圆环状的薄壁钢板,同样地,通过冲压加工将厚壁的冷轧钢板(SPCC)制作成作为最上部和最下部的刚性层3的圆环状的厚壁钢板。
(层叠体4和隔震支撑装置1的制作方法)
通过贯穿孔在设置于模具内的圆柱体上嵌插最下部的刚性层3用的厚壁钢板,并且在该厚壁钢板的上表面24涂布粘接剂,其中,该贯穿孔使凹部14向下由内周面38确定。作为粘接剂,优选,在上表面24上涂布作为底漆的底涂粘接剂后,再涂布上涂粘接剂的粘接剂双组分涂布加工法。接着,通过由热传导体25的内周面54所确定的贯穿孔,在设置于模具内的圆柱体上嵌插弹性层2用的未硫化的橡胶板,该橡胶板在由内周面22所确定的中央部的贯穿孔中嵌合有热传导体25,并且在涂布有粘接剂的最下部的刚性层3用的厚壁钢板的上表面24上放置该橡胶板,之后,在设置于模具内的圆柱体上交替层叠地嵌插多个各刚性层3用的薄壁钢板和弹性层2用的未硫化的橡胶板,其中,上述各刚性层3用的薄壁钢板是下表面23和上表面24上涂布有粘接剂的、位于最上部以及最下部的刚性层3之间的各刚性层3用的薄壁钢板,上述弹性层2用的未硫化的橡胶板嵌合保持有热传导体25,最后,以在最上部和最下部的刚性层3之间的各刚性层3用的薄壁钢板和嵌合保持有热传导体25的弹性层2用的未硫化的橡胶板中最上部的未硫化的橡胶板上放置有最上部的刚性层3用的厚壁钢板的方式,在设置于模具内的圆柱体上嵌插下表面23上涂布有粘接剂的最上部的刚性层3用的厚壁钢板,以此制作出包括由内周面5所确定的中空部6的未硫化的层叠体4,其中,在设置于模具内的圆柱体上交替层叠地嵌插有多个上述各刚性层3用的薄壁钢板和弹性层2用的未硫化的橡胶板。
在未硫化的层叠体4的外周面8上卷绕外周保护层9用的、耐候性优异的未硫化的薄壁的橡胶片材,另外,在未硫化的层叠体4的内周面5上卷绕橡胶覆盖层48用的、厚度为0.3mm~0.5mm的未硫化的橡胶片材。
以130~180℃的温度和0.5~10MPa的压力对上述未硫化的层叠体4进行5~90分钟的加热加压,对未硫化的热传导体25、弹性层2用的未硫化的橡胶板以及外周保护层9用和橡胶覆盖层48用的橡胶片材进行硫化,并且彼此硫化粘接,以此制作出硫化后的层叠体4。
从设置于模具内的圆柱体上取出硫化后的层叠体4,并且将铅芯46压入圆柱状的中空部后,一边在最上部的刚性层3的圆形的凹所13和最下部的刚性层3的凹部16上分别嵌合剪切键15以及18,一边通过螺栓10在最上部的刚性层3以及最下部的刚性层3上分别连接上安装板11和下安装板12,以此制作出隔震支撑装置1,其中,上述圆柱状的中空部由橡胶覆盖层48的内周面47所确定,该橡胶覆盖层48被硫化并与铅芯46的外周面45硫化粘接。
(实施例)
(弹性层2用的未硫化的橡胶片材的制作)
将作为交联橡胶的100质量份的天然橡胶、5质量份的碳黑、3质量份的锌华、2质量份的硬脂酸、2质量份的防老化剂(N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-P-对苯二胺)以及4质量份的加工油投入通用的混炼机内,并在140℃的温度、50rpm的条件下混炼5分钟。接着,在此基础上投入2质量份的硫化促进剂(N-环己基-2-苯并噻唑亚磺酰胺)以及1.5质量份的硫化剂(硫),使用开炼机并以60℃的温度混炼5分钟,对混炼后的橡胶组成物进行压延加工,并制作出厚度为5mm的未硫化的橡胶片材。
(刚性层3用的薄壁钢板以及厚壁钢板的制作)
准备薄壁钢板作为最上部和最下部的刚性层3之间的刚性层3,其中,上述薄壁钢板由冷轧钢板(SPCC)构成,该冷轧钢板具有1000mm的外径、3.9mm的厚度,并在中央部处具有由直径为200mm的内周面41所确定的贯穿孔,并准备两块厚壁钢板作为最上部和最下部的刚性层3,其中,上述两块厚壁钢板分别由冷轧钢板(SPCC)构成,该冷轧钢板具有1000mm的外径、40mm的厚度,该冷轧钢板在中央部处分别具有直径为240mm的凹部13和16,并在各凹部13和16的中央部处分别具有由直径为200mm的各内周面35和38所确定的贯穿孔。
实施例1
将100质量份的天然橡胶(NR)、2质量份的硬脂酸、3质量份的锌华、4质量份的加工油、2质量份的防老化剂(N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-P-对苯二胺)、作为填充剂的5质量份的碳黑以及20质量份的沥青类碳纤维(日本石墨纤维公司(日本グラファイトファイバー社)制造的GRANOC研磨纤维“XN-100(商品名)”,平均长度为50μm,平均纤维直径为7μm)投入混炼机中,并在140℃的温度、5rpm的条件下混炼5分钟,接着,在此基础上将2质量份的硫化促进剂(N-环己基-2-苯并噻唑亚磺酰胺)以及1.5质量份的硫化剂(硫)投入,使用开炼机并以60℃的温度混炼5分钟,将混炼后的热传导体组成物压延加工成厚度为5mm的片材,一边通过该片材制作出外径为210mm、厚度为5mm并且具有由直径为200mm的内周面54所确定的贯穿孔的未硫化的热传导体25,一边从弹性层2用的橡胶片材切出直径为1000mm的圆形的橡胶板,并在该橡胶板的中央部切出由直径为210mm的内周面22确定的贯穿孔,以此制作出弹性层2用的未硫化的橡胶板。
通过上述未硫化的热传导体25、弹性层2用的未硫化的橡胶板以及刚性层3用的薄壁钢板和厚壁钢板,形成未硫化的层叠体4,该未硫化的层叠体4具有未硫化的热传导体25、厚壁钢板、弹性层2、刚性层3,其中,弹性层2由层叠于厚壁钢板之间的32层未硫化的橡胶板构成,刚性层3由层叠于厚壁钢板之间的31层薄壁钢板构成,并且,在未硫化的层叠体4的内周面5上粘贴作为橡胶覆盖层48的厚度为0.5mm的未硫化的橡胶板,并在未硫化的层叠体4的外周面8上卷绕粘贴作为外周保护层9的具有耐候性的厚度为5mm的未硫化的橡胶板,以150℃的温度、4MPa的压力的条件对上述未硫化的层叠体4、橡胶覆盖层48用的未硫化的橡胶板以及外周保护层9用的未硫化的橡胶板进行60分钟的加热加压并硫化粘接,从而制作出层叠体4、橡胶覆盖层48以及外周保护层9,随后,向由橡胶覆盖层48包围的空间压入铅芯46,在此之后,安装剪切键15和18、上安装板11和下安装板12,从而制作出隔震支撑装置1。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有1W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的0.4%。
实施例2
除了作为填充剂将实施例1中的沥青类碳纤维以50质量份的比例掺合于热传导体组成物内以外,与实施例1相同地制作出未硫化的热传导体25,之后,与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有3W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的0.4%。
实施例3
除了作为填充剂将30质量份的实施例1中的沥青类碳纤维以及30质量份的鳞片状石墨(1)(西村石墨公司(西村黒鉛社)制造的“PS-99(商品名)”,平均粒径为7μm)掺合于热传导体组成物内以外,以与实施例1相同的方法制作出未硫化的热传导体25,该热传导体25的外径为312mm、厚度为5mm,同时具有由直径为200mm的内周面54所确定的贯穿孔,并且,从弹性层2用的未硫化的厚度为5mm的橡胶片材上切出直径为1000mm的圆形的橡胶板,并在该橡胶板的中央部切出由直径为312mm的内周面22所确定的贯穿孔,从而制作出弹性层2用的未硫化的橡胶板,之后,与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有10W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
实施例4
通过由100质量份的天然橡胶(NR)、2质量份的硬脂酸、4质量份的锌华、5质量份的重芳香油、1质量份的防老化剂、0.5质量份的硫化促进剂、1.75质量份的硫化剂(硫)、作为填充剂的70质量份的气相生长碳纤维(昭和电工公司(昭和電工社)制造的“VGCF-X”(商品名))以及30质量份的碳黑所构成的热传导体组成物制作出与实施例3相同的热传导体25以及弹性层2用的未硫化的橡胶板,之后,与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有2W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
实施例5
通过100质量份的丁基橡胶(ポリサーブチル)(IIR)、作为填充剂的50质量份的实施例1中的碳黑、15质量份的沥青类碳纤维以及75质量份的鳞片状石墨(2)(TIMCAL公司(TIMCAL社)制造的“KS15(商品名)”,平均粒径为8μm)制作出与实施例3相同的未硫化的热传导体25以及弹性层2用的未硫化的橡胶板,之后,与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有14W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
实施例6
通过100质量份的乙丙橡胶(EPDM)、1质量份的硬脂酸、5质量份的锌华、1.5质量份的硫化剂(硫)、3质量份的硫化促进剂、作为填充剂的40质量份的碳黑以及96质量份的六方晶氮化硼(BN)(电气化学工业公司(電気化学工業社)制造,平均粒径为15μm)制作出与实施例3相同的热传导体25以及弹性层2用的未硫化的橡胶板,之后,与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有5W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
实施例7
下述混合物通过螺杆式挤出机挤出为股线状,切断该股线状的混合物从而制作出热传导体组成物的颗粒,对上述颗粒进行成形加工,从而得到与实施例3相同的热传导体25,通过该热传导体25以及与实施例3相同的弹性层2用的未硫化的橡胶板,从而与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1,其中上述混合物是在混合机内混合100质量份的聚缩醛树脂(POM)、作为填充剂的150质量份的沥青类碳纤维以及30质量份的氧化铝(Al O)(昭和电工公司(昭和電工社)制造)而形成的。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有2W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
实施例8
通过由100质量份的聚酰胺树脂(PA6)、作为填充剂的22质量份的鳞片状石墨(3)(日本石墨公司(日本黒鉛社)制造,平均粒径为130μm)构成的混合物,从而与实施例7相同地制作出热传导体25,通过该热传导体25和与实施例3相同的弹性层2用的未硫化的橡胶板,从而与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有5W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
实施例9
通过由100质量份的聚酰胺树脂(PA6)、作为填充剂的132质量份的鳞片状石墨(3)(日本石墨公司制造,平均粒径为130μm)构成的混合物,从而与实施例7相同地制作出热传导体25,通过该热传导体25和与实施例3相同的弹性层2用的未硫化的橡胶板,从而与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有20W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
实施例10
通过由100质量份的聚酰胺树脂(PA6)、作为填充剂的203质量份的鳞片状石墨(3)(日本石墨公司(日本黒鉛社)制造,平均粒径为130μm)构成的混合物,从而与实施例7相同地制作出热传导体25,通过该热传导体25和与实施例3相同的弹性层2用的未硫化的橡胶板,从而与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有30W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
实施例11
通过由100质量份的聚酰胺树脂(PA6)、作为填充剂的488质量份的氧化镁(MgO)(神岛化学工业公司(神島化学工業社)制造,平均粒径为2.4μm)构成的混合物,从而与实施例7相同地制作出热传导体25,通过该热传导体25以及与实施例3相同的弹性层2用的未硫化的橡胶板,从而与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1,该隔震支撑装置1在厚壁钢板之间具有由24层橡胶板构成的弹性层2以及由23层薄壁钢板构成的刚性层3。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有4.5W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
实施例12
通过由100质量份的聚酰胺树脂(PA6)、作为填充剂的203质量份的六方晶氮化硼(BN)构成的混合物,从而与实施例7相同地制作出热传导体25,通过该热传导体25以及与实施例3相同的弹性层2用的未硫化的橡胶板,从而与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1,该隔震支撑装置1在厚壁钢板之间具有由24层橡胶板构成的弹性层2以及由23层薄壁钢板构成的刚性层3。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有8.0W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
实施例13
通过由100质量份的聚酰胺树脂(PA12)、作为填充剂的181质量份的鳞片状石墨(4)(日本石墨公司(日本黒鉛社)制造的“CB150(商品名)”,平均粒径为40μm)以及42质量份的聚丙烯腈(PAN)类碳纤维(东邦特耐克丝公司(東邦テナックス社)制造的“BESFIGHT(注册商标)”中,通过尼龙类施胶剂进行了表面处理的“HTA-C6-NR(商品名)”)构成的混合物,从而与实施例7相同地制作出热传导体25,通过该热传导体25以及与实施例3相同的弹性层2用的未硫化的橡胶板,从而与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1,该隔震支撑装置1在厚壁钢板之间具有由24层橡胶板构成的弹性层2以及由23层薄壁钢板构成的刚性层3。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有25W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
实施例14
通过由100质量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(PBT)、作为填充剂的50质量份的实施例5中的鳞片状石墨(2)以及20质量份的实施例1中的沥青类碳纤维构成的混合物,从而与实施例7相同地制作出热传导体25,通过该热传导体25以及与实施例3相同的弹性层2用的未硫化的橡胶板,从而与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1,该隔震支撑装置1在厚壁钢板之间具有由24层橡胶板构成的弹性层2以及由23层薄壁钢板构成的刚性层3。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有12W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
实施例15
通过由100质量份的低硬度的苯乙烯类热塑性弹性体、作为填充剂的20质量份的实施例12中的六方晶氮化硼(BN)以及20质量份的实施例7中的氧化铝(Al2O3)构成的混合物,从而与实施例7相同地制作出热传导体25,通过该热传导体25以及与实施例3相同的弹性层2用的未硫化的橡胶板,从而与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1,该隔震支撑装置1在厚壁钢板之间具有由24层橡胶板构成的弹性层2以及由23层薄壁钢板构成的刚性层3。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有2W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
实施例16
通过与实施例1相同的热传导体25和弹性层2用的未硫化的橡胶板、刚性层3用的薄壁钢板以及厚壁钢板,从而与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1,其中,上述刚性层3用的薄壁钢板以及厚壁钢板的表面上通过镀覆熔融状的铝形成有厚度为60μm的铝保护膜,上述隔震支撑装置1在厚壁钢板之间具有由24层橡胶板构成的弹性层2以及由23层薄壁钢板构成的刚性层3。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有1W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的0.4%。
实施例17
通过实施例3中的未硫化的热传导体25和弹性层2用的未硫化的橡胶板、刚性层3用的薄壁钢板以及厚壁钢板,从而与实施例1相同地制作出隔震支撑装置1,其中,上述刚性层3用的薄壁钢板以及厚壁钢板的表面上通过无电解铜镀覆形成有厚度为30μm的铜保护膜,上述隔震支撑装置1在厚壁钢板之间具有由24层橡胶板构成的弹性层2以及由23层薄壁钢板构成的刚性层3。制作出的隔震支撑装置1中的各热传导体25具有10W/m·K的热传导率,上述热传导体25的上表面51和下表面52的面积分别占据夹持上述各热传导体25的一对刚性层3的各下表面23以及上表面24的面积的6%。
比较例
作为比较例,在各实施例的基础上,不使用热传导体25,而是使用具有由直径为200mm的内周面22所确定的贯穿孔的各实施例的弹性层2用的未硫化的橡胶板,制作出其他部分与各实施例相同的隔震支撑装置1。
接着,以下述的试验条件和试验方法对通过实施例1到17以及比较例所获得的隔震支撑装置1进行了铅芯46的温度上升的试验,其中,下述试验条件和试验方法与多次反复受到巨大地震时所能获得的水平位移的情况相当。表1到表3表示该试验结果。
(试验条件)
表面压力:15N/mm2(706.9kN);
剪切应变(γ):250%(120mm);
振动数:0.3Hz;
最大速度:22.6凯恩(kine);
激振波数:50个循环
(试验方法)
使用300吨的二轴试验机进行50次如上述试验条件所示的正弦波形的激振的循环,通过安装于铅芯46上的热电偶传感器测量50次循环激振后的铅芯46的温度。
表1至表3中的铅芯温度指数以与比较例中的隔震支撑装置1的铅芯46的温度值之比的方式表示实施例1到17中的铅芯46的温度上升,其中,将比较例中的隔震支撑装置1的铅芯46的温度的值设为100。
(表1)
(表2)
(表3)
从试验结果可知,本实施例的隔震支撑装置1中,铅芯46产生的温度能够通过热传导体25向刚性层3散热,因此能够防止地震等时隔震支撑装置1的铅芯46的温度过度地上升。
符号说明
1 隔震支撑装置;
2 弹性层;
3 刚性层;
4 层叠体;
5 内周面;
6 中空部;
7 圆柱状体。
Claims (10)
1.一种隔震支撑装置,其特征在于,具有:
层叠体,该层叠体具有交替层叠的多个刚性层和弹性层;以及
柱状体,该柱状体配置于至少由所述层叠体的内周面所确定的柱状的中空部内,并且具有柱状的铅芯或锡芯,
层叠体除了具有刚性层和弹性层外,还具有环状的热传导体,该热传导体存在于柱状体的外周面与弹性层的环状内表面之间,并与所述柱状体的外周面、所述弹性层的环状内表面以及夹持所述弹性层的一对刚性层中至少一方的表面分别接触,并且该热传导体的热传导率比弹性层的热传导率高。
2.如权利要求1所述的隔震支撑装置,其特征在于,热传导体至少包括聚合物和热传导率比弹性层的热传导率高的填充剂。
3.如权利要求2所述的隔震支撑装置,其特征在于,聚合物包括热固性聚合物以及热塑性聚合物中的至少一种。
4.如权利要求3所示的隔震支撑装置,其特征在于,热固性聚合物包括交联橡胶、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、苯酚树脂、不饱和聚酯、热固化型聚苯醚以及热固化型改性聚苯醚中的至少一种。
5.如权利要求3所示的隔震支撑装置,其特征在于,热塑性聚合物包括热塑性合成树脂以及热塑性弹性体中的至少一种。
6.如权利要求2至5中任一项所述的隔震支撑装置,其特征在于,填充剂包括碳类填充剂、金属类填充剂以及陶瓷类填充剂中的至少一种。
7.如权利要求1至6中任一项所述的隔震支撑装置,其特征在于,与夹持弹性层的一对刚性层的各表面接触的热传导体的各表面的面积是夹持所述弹性层的一对刚性层的各表面的面积的0.3%以上且6%以下。
8.如权利要求1至7中任一项所述的隔震支撑装置,其特征在于,热传导体至少具有1W/m·K的热传导率。
9.如权利要求1至8中任一项所述的隔震支撑装置,其特征在于,多个刚性层分别具有钢板以及保护膜,其中,该保护膜覆盖所述钢板并且该保护膜的热传导率比钢板的热传导率大,热传导体配置成与保护膜的表面接触。
10.如权利要求1至9中任一项所述的隔震支撑装置,其特征在于,柱状体除了具有铅芯或锡芯外,还具有筒状的橡胶覆盖层,该橡胶覆盖层覆盖铅芯或锡芯的外周面,并且具有作为所述柱状体的外周面的外周面。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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