JP2002061706A

JP2002061706A - 制振装置

Info

Publication number: JP2002061706A
Application number: JP2000249275A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Ishikawa; 和久石川; Masakazu Irie; 正和入江
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 2000-08-21
Filing date: 2000-08-21
Publication date: 2002-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】十分な減衰性能を発揮すると共に、温度変化
に対しても減衰性能の変化が少ない制振装置を提供す
る。【解決手段】基材２と、粘弾性体４を介して前記基材
と平行に配置される拘束部材３とからなる制振装置にお
いて、粘弾性体として、シリコーン生ゴム、シリカ微粉
末及び有機過酸化物を含む高減衰ゴム組成物を硬化させ
たシリコーンゴム系材料を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制振装置、特に建
築物に生じる地震や風、交通振動など、様々な振動を制
御するために使用されるダンパーや制振壁として利用す
ることができる制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両や建築物の床、機械等の振動を防止
する目的や、音響設備の防音等に対して、従来、種々の
種類の制振装置が開発され使用されている。特に、建築
物においては風に対する揺れの低減や耐震補強を目的と
して、高減衰ゴム組成物を使用した粘弾性ダンパーや制
振壁が制振装置として最近使用され始めている。

【０００３】このような粘弾性ダンパーや制振壁は、建
物の各階の柱と梁の間に設置され使用されるが、高減衰
ゴム組成物の減衰性能が低いと、数多くの粘弾性ダンパ
ーや制振壁を設置するか、または非常に大きな粘弾性ダ
ンパーや制振壁を設置する必要があり、設置スペースの
確保が困難な場合が生じてくるため、できるだけ使用す
る高減衰ゴム組成物の減衰性能は大きいことが望まれて
いる。

【０００４】また、粘弾性ダンパーや制振壁が使用され
る環境温度は一定の場合が少なく、安定して減衰性能を
発揮するためには、環境温度の変化に対し、減衰性能の
変化が少ない制振装置が望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現状に
おいて減衰性能の大きい材料はガラス転移領域における
相転移を伴う時に生じる高減衰性能を利用しているた
め、温度変化による剛性の変化が大きく、想定される使
用温度範囲において、減衰性能の変化が大きいのが実状
であった。

【０００６】そこで本発明は、十分な減衰性能を発揮す
ると共に、温度変化に対しても減衰性能の変化が少ない
制振装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者は、粘弾
性体を介して重なり合う一組の構造材からなる制振装置
において、粘弾性体としてシリコーン生ゴムを主材と
し、シリカ微粉末及び有機過酸化物を含有する組成物を
硬化してなるシリコーンゴム系材料を使用することによ
り、従来の制振装置において問題となっていた温度変化
による減衰性能の変化を低減できることを見出し、さら
に諸条件を精査した結果、温度変化による減衰性能の変
化が小さく、しかも充分に高い減衰性能を発揮し得る制
振装置を得ることを可能にし、本発明を完成させた。

【０００８】即ち、本発明の制振装置は、基材と、粘弾
性体を介して前記基材と平行に配置される拘束部材とか
らなる制振装置において、前記粘弾性体が、シリコーン
生ゴム、シリカ微粉末及び有機過酸化物を含む高減衰ゴ
ム組成物を硬化させたシリコーンゴム系材料よりなるこ
とを特徴とする。

【０００９】本発明の好適な態様において、シリカ微粉
末は、BET比表面積５０ｍ²/g以上のシリカである。また
本発明の別な好適な態様において、高減衰ゴム組成物
は、シリコーン生ゴム１００重量部に対し、シリカ微粉
末５〜１００重量部及び有機過酸化物０．０１〜５重量
部を含む。

【００１０】更に本発明の制振装置は、基材と、粘弾性
体を介して前記基材と平行に配置される拘束部材とから
なる制振装置において、前記粘弾性体が、温度０〜４０
℃、振動数０．１Ｈｚ〜５．０Ｈｚ、歪み１００％〜２
００％の範囲において、等価減衰定数が０．２５〜０．
４の範囲内にあるシリコーンゴム系材料であることを特
徴とする。

【００１１】本発明の好適な態様において、前記粘弾性
体は、０℃における貯蔵剪断弾性率Ｇ'₍₀₎と４０℃にお
ける貯蔵剪断弾性率Ｇ'₍₄₀₎の比Ｇ'₍₀₎/Ｇ'₍₄₀₎が１．
０〜２．０である。

【００１２】本発明の制振装置において、基材及び拘束
部材は、互いに平行な板状体であっても、同心円状に配
置された円筒状部材であってもよい。平行な板状体で構
成する場合には、一端が連結された平行な２枚の板材を
基材とし、これら２枚の板材の間に、拘束部材として別
の１枚の板材の少なくとも一部を挿入し、２枚の板材の
それぞれと１枚の板材との間を、上記シリコーンゴム系
材料よりなる粘弾性体により固定した構造とする。また
円筒状部材の場合には、径の異なる２つの円筒状部材、
外筒及び内筒をそれぞれ基材、拘束部材とし、外筒内に
内筒の少なくとも一部を挿入し、外筒の内周と内筒の外
周との間を、上記シリコーンゴム系材料よりなる粘弾性
体により固定した構造とする。

【００１３】これら基材及び拘束部材からなる制振装置
は、例えば制振壁として、或いは粘弾性ダンパーとして
建築物の梁間または梁と柱の間に架設され、粘弾性体の
剪断変形により制振性能を発揮する。この際、粘弾性体
として上記組成物を硬化してなるシリコーンゴム系材料
を使用することにより、高い減衰性能を発揮でき、且つ
温度変化に対しても減衰性能の変化が少なく環境の変化
に対応できる。

【００１４】以下、本発明の制振装置に用いる粘弾性体
について詳細に説明する。本発明の粘弾性体は、シリコ
ーン生ゴム、シリカ微粉末及び有機過酸化物を含むゴム
組成物を硬化させたものであり、シリコーン生ゴムとし
ては、メチル基、エチル基、プロピル基などのアルキル
基、ビニル基、アリル基、ヘキセニル基などのアルケニ
ル基、フェニル基などのアリール基、３，３，３−トリ
フルオロプロピル基、２−フェニルエチル基、２−シア
ノ基等の有機基を有するものを使用することができ、重
量分子量10,000〜500,000程度のものを用いる。

【００１５】特に、平均単位式：Ｒ¹ _ｘＳiＯ
_(4-ｘ)2（式中、Ｒ¹は１価炭化水素基またはハロゲン原
子置換１価炭化水素基であり、ｘは1.95〜2.05である）
で示され、脂肪族不飽和結合を含まないオルガノポリシ
ロキサン生ゴム（95〜99.99重量部）と、平均単位式：
Ｒ² _ｙＳiＯ_(4-ｙ)2（式中、Ｒ²は１価炭化水素基または
ハロゲン原子置換１価炭化水素基であり、ｙは1.95〜2.
05である）で示され、Ｒ²の0.01〜5モル％がアルケニル
基であるオルガノポリシロキサン生ゴム（0.01〜5重量
部）の２種のオルガノポリシロキサン生ゴムを組み合わ
せて用いることが好適である。

【００１６】さらにこれら２種のオルガノポリシロキサ
ン生ゴムに、平均式：ＨＯ[(ＣＨ₃)(Ｃ₆Ｈ₅)ＳiＯ]
_m[(ＣＨ₃)₂ＳiＯ]_nＨ（式中、mは1〜20の数、nは0〜20
の数、m+n≧2である）で示されるオルガノシロキサンオ
リゴマーを含むことが好ましい。このようなオルガノシ
ロキサンオリゴマーをシリコーン生ゴムに含有せしめる
ことにより、ゴム組成物の経時的変化を防ぎ、作業性を
向上させることができる。上記オルガノシロキサンオリ
ゴマーの添加量は、シリコーン生ゴム成分１００重量部
に対し５〜２０重量部が好適である。

【００１７】シリカ微粉末は、粘弾性体の減衰性能を向
上させるために添加されるもので、乾式法シリカ、湿式
法シリカ、およびこれらの表面がオルガノアルコキシシ
ラン、オルガノシロキサンオリゴマー、ヘキサメチルジ
シラザン等で処理された疎水化処理シリカ微粉末が例示
される。好適にはそのBET比表面積が、５０ｍ²/g以上、
より好適には１００〜３００ｍ²/gのものを用いる。BET
比表面積が５０ｍ²/g以上のものを用いることにより十
分な減衰性能を得ることができる。但し、３００ｍ²/g
を超えると混練り時にシリカ微粉末の分散性が不十分と
なり、逆に減衰性能が低下する傾向を示すようになるの
で３００ｍ²/g以下とすることが望ましい。

【００１８】シリカ微粉末の添加量は、好適には５〜１
００重量部、より好適には１０〜５０重量部とする。５
重量部未満では十分な減衰性能を得ることができず、ま
た１００重量部を超えると混練り時にシリカの分散性が
不十分となり、逆に減衰性能が低下する傾向を示すよう
になるからである。

【００１９】有機過酸化物は、シリコーン生ゴムのメチ
ル基間をメチレン架橋させることによってゴムを硬化さ
せるもので、具体的には、ジクミルパーオキサイド、ベ
ンゾイルパーオキサイド、メチルベンゾイルパーオキサ
イド、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネ
ート、２，５−ジメチル２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオ
キシ）ヘキサン、ｔ−ブチルパーベンゾエート、２，５
−ジメチル２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサ
ン等を挙げることができる。

【００２０】有機過酸化物の添加量は０．０１〜５重量
部とし、好適には０．１〜２重量部とする。０．０１〜
５重量部の範囲で、十分な硬化反応が得られ、また十分
な減衰性能が得られる。

【００２１】本発明のゴム組成物は、後述する減衰性能
を阻害しない範囲で、上記成分の他、公知の各種添加
剤、例えば、増量充填剤、顔料、耐熱剤、難燃剤、内部
離型剤、可塑剤などを添加することができる。

【００２２】上記ゴム組成物は、シリコーン生ゴム及び
各添加剤を混合し、成形型に注ぎ、硬化させ、シリコー
ンゴム粘弾性体とした後、これを構造材間に挟着しても
よいし、或いは上記組成物を混合し、粘弾性体を設ける
べき構造材間の間隙に注入し硬化させてもよい。

【００２３】硬化後の粘弾性体は、温度０〜４０℃、振
動数０．１Ｈｚ〜５．０Ｈｚ、歪み１００％〜２００％
の範囲において、等価減衰定数ｈｅｑが０．２５〜０．
４の値を有するものとなる。従って一般的な建築物が設
置される環境において、建築物で問題となる振動に十分
対応できる減衰性能が得られる。一般にシリコーンゴム
の等価減衰定数は、０．２以下であり粘弾性体を利用し
た制振装置の粘弾性体としては減衰性能が不十分であっ
たが、本発明のシリコーンゴム粘弾性体は、上記ゴム組
成物とすることにより等価減衰定数ｈｅｑを０．２５〜
０．４とすることができる。

【００２４】またこの粘弾性体は、振動数０．３Ｈｚ、
歪み１００％変形時の貯蔵剪断弾性率Ｇ’は、０〜４０
℃において０．１〜０．４ＭＰａの範囲であり、また０
℃における貯蔵剪断弾性率Ｇ'₍₀₎と４０℃における貯蔵
剪断弾性率Ｇ'₍₄₀₎の比Ｇ'₍₀ ₎/Ｇ'₍₄₀₎が１．０〜２．
０であり、極めて温度依存性が少ない。貯蔵剪断弾性率
は材料の剛性を表す指標であり、低いと自重で変形しや
すく、高いと振動周期が短くなるため、通常０．１〜
０．４ＭＰａの範囲が好適である。通常の減衰定数が大
きいゴム材料では、減衰性能が最大である転移温度の前
後で貯蔵剪断弾性率が大幅に変化するが、本発明の粘弾
性体は上記シリコーンゴム材を用いたことによって、０
〜４０℃において、このような貯蔵剪断弾性率の温度依
存性が極めて少ない粘弾性体を得ることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、上述の粘弾性体を用いた本
発明の制振装置の実施形態を説明する。図１は、本発明
の制振装置を建物用の粘弾性ダンパーに適用した一実施
形態を示す断面図である。この粘弾性ダンパー１は、二
枚の外部鋼板２と、この間に一定の間隙をもって挿入さ
れた一枚の中間鋼板３と、外部鋼板２と中間鋼板３の先
端部に挟着された高減衰性シリコーンゴム層４からな
る。二枚の外部鋼板２は基端部でライナー５を介して締
結されている。高減衰性シリコーンゴム層４は、上述し
た粘弾性体であり、予めシリコーンゴムを所定の成形型
に注ぎ、硬化させて板状体としたものである。

【００２６】この粘弾性ダンパー１は、外部鋼板２の基
端部と中間鋼板３の基端部を各々梁または柱に固定する
ことにより、梁・柱間に設置される。本発明の粘弾性ダ
ンパー１を設置した建築物が、風、地震等により振動す
ると、外部鋼板２と中間鋼板３が相対変形し、これによ
り高減衰性シリコーンゴム層４が剪断変形し、履歴を伴
う抵抗力を発揮することにより、制振効果が得られる。
この際、気候の変動等により温度が変化する場合でも、
通常の温度変化の範囲では、高減衰性シリコーンゴム層
の減衰特性の温度依存性が低いので、安定した制振効果
を得ることができる。

【００２７】尚、以上の説明では、粘弾性ダンパー或い
は制振装置を建築物の梁と柱との間に設置する場合を説
明したが、本発明の制振装置は、建築物に限らず、車両
等のダンパとしても適用することができる。また制振装
置を構成する構造材として板状体の組み合わせを例示し
たが、一組の部材間に粘弾性体を挟んで組み合わせた構
造のものであれば、構造材の形状は任意に変更すること
ができる。例えばシリンダとシリンダ内挿入されるロッ
ドとを組み合わせ、これらシリンダとロッドとの間に粘
弾性体を挟着した構造であってもよい。また構造材の材
料についても、鋼鉄に限らず、合金めっき鋼、ステンレ
ス鋼、アルミニウム等を用いることができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。実施例１図１に示すように外部鋼板２と中間鋼板３の間に高減衰
性シリコーンゴム層４を挟着してなる制振装置を製造し
た。高減衰性シリコーンゴム層４は、シリコーン生ゴム
及びシリカ微粉末を主成分としてシラノール基含有オル
ガノシロキサンオリゴマーを含む高減衰ゴム（東レ・ダ
ウコーニング・シリコーン株式会社製：DX32-2028U）１
００重量部に有機過酸化物（2,5-ジメチル2,5-ジ(t-ブ
チルパーオキシ)ヘキサン）０．１５重量部を混合し、
成形型に入れて硬化させて、長尺板状に成形した。

【００２９】比較例１高減衰性ゴム層４として下記に示す組成を有するノルボ
ルネンゴム組成物を用いて製造した以外は、実施例１と
同じ方法により制振装置を製造した。 [ゴム組成物] ポリノルボルネンコンパウンド７５７重量部（ＣＭＮＸ553：日本ゼオン社）硫黄１．５重量部加硫促進剤（ＴＥＴ）１．３重量部（ノクセラーＴＥＴ：大内新興化学工業社）加硫促進剤（ＴＢＴ）１．５重量部（ノクセラーＴＢＴ：大内新興化学工業社）加硫促進剤（ＴＥ−Ｇ）０．５重量部（アクセルＴＬ：川口化学工業社）加硫促進剤（Ｍ）１．０重量部（ノクセラーＭ：大内新興化学工業社）

【００３０】試験例１上記実施例１及び比較例１の制振装置について、温度０
℃、２０℃、４０℃、周波数０．３Ｈｚ、歪み１００％
の条件で３回正弦波加振し、各温度における貯蔵剪断弾
性率Ｇ'、等価減衰定数ｈｅｑ、減衰性能の指標となる
等価減衰係数Ｃｅｑ／（Ｓ／ｄ）を測定した。尚、測定
値として、３回加振して得られた結果のうち３回目の値
を採用した。また貯蔵剪断弾性率の温度依存性を調べる
ために、０℃における値Ｇ'₍₀₎と４０℃における値Ｇ'
₍₄₀₎の比を求めた。結果を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１に示すように、実施例１で製造した制
振装置は使用する温度範囲全域にわたって、すべての特
性の変動が少なく安定した減衰性能を発揮することがわ
かる。特に比較例１の制振装置と比較すると、減衰定数
はほぼ同じ範囲であるのに対し、貯蔵剪断弾性率につい
ては、比較例１では、温度変化によって大幅に値が変化
するのに対し、極めて安定した値を示すことがわかる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、粘弾性を利用した制振
装置の粘弾性体として、特定のシリコーンゴム系材料を
用いたことにより、減衰性能が十分高く、温度変化によ
る減衰性能の変化が少ない制振装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制振装置の一実施形態を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１…制振装置２…外部鋼板３…中間鋼板４…シリコーンゴム層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J048 AA01 AC03 BA08 BD04 EA38 3J059 AB01 BA43 BB03 BC07 BC19 BD01 BD05 BD09 CB09 GA42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材と、粘弾性体を介して前記基材と平
行に配置される拘束部材とからなる制振装置において、前記粘弾性体が、シリコーン生ゴム、シリカ微粉末及び
有機過酸化物を含む高減衰ゴム組成物を硬化させたシリ
コーンゴム系材料よりなることを特徴とする制振装置。
【請求項２】前記シリカ微粉末がBET比表面積５０ｍ²
/g以上である請求項１記載の制振装置。
【請求項３】前記高減衰ゴム組成物が、シリコーン生
ゴム１００重量部に対し、シリカ微粉末５〜１００重量
部及び有機過酸化物０．０１〜５重量部を含むことを特
徴とする請求項１又は２に記載の制振装置。
【請求項４】前記粘弾性体が、温度０〜４０℃、振動
数０．１Ｈｚ〜５．０Ｈｚ、歪み１００％〜２００％の
範囲において、等価減衰定数が０．２５〜０．４の範囲
内にあるシリコーンゴム系材料であることを特徴とする
請求項１乃至３いずれか１項に記載の制振装置。
【請求項５】前記粘弾性体は、振動数０．３Ｈｚ、歪
み１００％変形時の０℃における貯蔵剪断弾性率Ｇ'₍₀₎
と４０℃における貯蔵剪断弾性率Ｇ'₍₄₀₎の比Ｇ'₍₀₎/
Ｇ'₍₄₀₎が１．０〜２．０である請求項１乃至４いずれ
か１項に記載の制振装置。