JP2002295583A - 免震ゴム構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少なくとも大部分の軟質板の鉛直方向の弾性
率を、水平方向の弾性率よりも高くして、軽量で積層部
材点数が少なくても、所要の免震性能と荷重支持を発揮
できる免震ゴム構造体を提供する。 【解決手段】 複数枚の剛性を有する硬質板と粘弾性的
性質を有する軟質板とを交互に貼り合わせた積層構造体
であって、該粘弾性的性質を有する軟質板の少なくとも
大部分が、補強材が配合されたゴム組成物であり、その
鉛直方向の弾性率が水平方向の弾性率よりも高いことを
特徴とする免震ゴム構造体。補強材としては、任意の断
面形状を有する長柱体が好ましく、特に略円形の断面形
状を有する短繊維が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、硬質板と軟質板と
を交互に貼り合わせた免震ゴム構造体に関し、特に、積
層部材の厚みや点数を増やさずに鉛直荷重の支持能力を
向上させた免震ゴム構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地震による被害から建造物を守る
ために、鋼板等の剛性を有する硬質板と、ゴム組成物等
の粘弾性的性質を有する軟質板とを、複数枚、交互に貼
り合わせた積層ゴムを主要な構成要素とする免震ゴム構
造体が、地盤の基礎土台部と建造物下部との間に設置さ
れ、地震の際に必要な防振性、吸振性、免震性を満たす
支承部材として注目されている。

【０００３】このような免震ゴム構造体は、鉄筋或いは
鉄骨コンクリートの様な剛体建造物と基礎土台との間に
あって、水平方向（横方向）には柔らかく、即ち剪断弾
性率の低い免震ゴムを挿入することにより、コンクリー
ト建造物の固有周期を地震の周期から遅らせる作用を有
し、この作用により、地震により建造物が受ける加速度
は大幅に減免される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一方で
は、免震ゴム構造体は、支承部材として建造物の荷重を
支えなければならず、鉛直方向（縦方向）には構造体と
して高い剛性を必要とする。そのために、従来の免震ゴ
ム構造体では、上記軟質板としてのゴム組成物シートの
厚みを薄くして、積層シート数を増やしたり、硬質板の
板厚を厚くせざるを得なかった。その結果、従来の免震
ゴム構造体は、全体として重量が重く、積層部材数が多
く、製造するための作業工数が過大であるという問題が
あった。

【０００５】一例を挙げると、厚み２．２ｍｍの鋼鈑１
９枚と厚み８．０ｍｍのゴムシート２０枚が積層されて
なる従来の免震ゴム構造体において、更にその鉛直荷重
の支持能力を高めるためには、例えば、厚み３．１ｍｍ
の鋼鈑２７枚と厚み５．６ｍｍのゴムシート２８枚の積
層からなる免震ゴム構造体にする必要があり、積層部材
数が１６枚増加し重量も重くなってしまうという問題が
発生していた。

【０００６】本発明は、上記の問題点を解決することを
課題とし、軟質板としてのゴム組成物シートの弾性率に
異方性を付与して、鉛直方向（厚み方向）には高い弾性
率を有し、水平方向（長手方向）には低い弾性率を有す
るゴム組成物シートを少なくとも大部分の軟質板として
用いることにより、本発明を完成することが出来た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の手段は、次の通りである。 ＜１＞ 複数枚の剛性を有する硬質板と粘弾性的性質を
有する軟質板とを交互に貼り合わせた積層構造体であっ
て、該粘弾性的性質を有する軟質板の少なくとも大部分
が、補強材が配合されたゴム組成物であり、その鉛直方
向の弾性率が水平方向の弾性率よりも高いことを特徴と
する免震ゴム構造体。 ＜２＞ 前記補強材が、任意の断面形状を有する長柱体
であり、その鉛直方向への配向割合が水平方向への配向
割合よりも大きい上記<１>に記載の免震ゴム構造体。 ＜３＞ 前記補強材が、略円形の断面形状を有する短繊
維であり、その鉛直方向への配向割合が水平方向への配
向割合よりも大きい上記<１>に記載の免震ゴム構造体。 ＜４＞ 前記短繊維の平均径が０．０１〜１．０ｍｍで
あり、平均長さが０．５〜２０ｍｍであり、平均アスペ
クト比が３〜３００である上記<３>に記載の免震ゴム構
造体。 ＜５＞ 前記短繊維の材質が、ポリエステル、ポリアミ
ド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチ
ールよりなる群から選ばれた少なくとも１種である上記
<３>又は<４>に記載の免震ゴム構造体。 ＜６＞ 前記ゴム組成物中のゴム成分が、ＮＲ、ＩＲ、
ＢＲ、ＳＢＲ、ハロゲン化ブチルゴム、ＥＰＲ、ＥＰＤ
Ｍ、ＣＲよりなる群から選ばれた少なくとも１種である
上記<１>から<５>のいずれかに記載の免震ゴム構造体。 ＜７＞ 押出し或いは圧延工程により、前記補強材を長
尺方向に配向させたゴム組成物シートを裁断して、その
配向が厚み方向を向くように並列に並べることにより、
該補強材を軟質板の鉛直方向へ配向させた上記＜１＞か
ら＜６＞のいずれかに記載の免震ゴム構造体。 ＜８＞ 植毛或いは吹付け工程により、ゴム組成物シー
トの表面に前記補強材を厚み方向に配向付着させ、それ
を厚み方向に押し込むことにより、該補強材を軟質板の
鉛直方向へ配向させた上記＜１＞から＜６＞のいずれか
に記載の免震ゴム構造体。 ＜９＞ 前記積層構造体の外表面が、保護層ゴム組成物
で覆われている上記<１>から<８>のいずれかに記載の免
震ゴム構造体。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。本発明の免震ゴム
構造体は、その主要な構成要素として、複数枚の剛性を
有する硬質板と粘弾性的性質を有する軟質板とを交互に
貼り合わせた積層構造体であって、該粘弾性的性質を有
する軟質板の少なくとも大部分が、補強材が配合された
ゴム組成物であり、その鉛直方向の弾性率が水平方向の
弾性率よりも高いことを特徴としている。

【０００９】図１は、本発明の一実施形態に係る免震ゴ
ム構造体１０を、地上の建造物２２と地盤の土台２４と
の間に設置した状態を示す鉛直断面図である。図１に示
すごとく、本発明の免震ゴム構造体１０は、複数の剛性
を有する硬質板１２と複数の粘弾性的性質を有する軟質
板１４とを、交互に貼り合わせた積層構造体であって、
該積層構造体の上面と下面には、それぞれ上フランジ１
８と下フランジ２０が接着されて配設され、通常はボル
ト２６によって、夫々建造物２２と土台２４とに固定さ
れている。

【００１０】尚、一般に免震ゴム構造体は、上述のよう
に、同材質の剛性を有する硬質板と同材質の粘弾性的性
質を有する軟質板とを、交互に貼り合わせた積層構造体
で構成されるのが常態であるが、本発明の免震ゴム構造
体の軟質板の全てが、前記の補強材が配合され弾性率の
異方性を有するゴム組成物である必要はなく、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲で、通常のほぼ等方性のゴム組成
物からなる軟質板を含んだ積層構造体であってもよい。
但し、この場合も、上記の補強材が配合され弾性率の異
方性を有するゴム組成物からなる軟質板が、過半数、好
ましくは７０％以上を占めることが望ましい。

【００１１】又、一般に免震ゴム構造体においては、１
枚の軟質板内は同じ材質乃至組成物で構成されるのが常
態であるが、補強材が配合され弾性率の異方性を有する
本発明の軟質板の全てが、同一のゴム組成物で構成され
る必要はなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、通常
のほぼ等方性のゴム組成物を部分的に含んでいてもよ
い。但し、この場合も、ほぼ等方性のゴム組成物は該軟
質板の中心部分に配し、補強材が配合され弾性率の異方
性を有するゴム組成物を該軟質板の周辺部分に配置する
のが、免震効果を発揮する上で好ましい。

【００１２】本発明の免震ゴム構造体の硬質板１２の材
質としては、金属、セラミック、硬質或いは補強プラス
チック、木材、紙板、スレート板等の所要の高剛性を有
する各種の材料を使用できる。ここで、所要の高剛性と
は、設計条件により大きく変わるが、剪断変形した時、
座屈破壊が生じない水準以上の剛性を意味する。このよ
うな硬質板の材質の中でも、一般には強度や耐久性の観
点から、鋼板、鉄板、アルミニウム板などの金属材料か
らなる平板が広く使用される。又、該硬質板の適切な厚
みは、選択された材料剛性と設計条件に応じて決められ
るが、一般的な用途には、０．５〜１５ｍｍ程度の厚み
のものが使用される。

【００１３】硬質板１２及び後述の軟質板１４の水平形
状としては、特に制限はなく、円形、楕円形、方形、５
角形や６角形などの多角形等のいずれでもよい。尚、ゴ
ム組成物からなる前記軟質板の加硫工程で、特に中心部
分への熱伝導を良くするために、硬質板と軟質板及び後
述の上下フランジの略中心部に、全体を貫通する空洞を
設けてもよく、加硫効率を向上するためには好ましい。

【００１４】（ゴム成分）本発明の免震ゴム構造体の粘
弾性的性質を有する軟質板１４の少なくとも大部分は、
補強材が配合されたゴム組成物であり、その鉛直方向
（ゴム板の厚み方向）の弾性率が水平方向（ゴム板の長
手方向）の弾性率よりも高いことが必要な要件である。

【００１５】上記補強材が配合されたゴム組成物を構成
するゴム成分としては、とくに制限はなく、タイヤ及び
産業用途に通常用いられているゴムは全て使用できる
が、中でもＮＲ、ＩＲ、ＢＲ、ＳＢＲ、ハロゲン化ブチ
ルゴム、ＥＰＲ、ＥＰＤＭ、ＣＲよりなる群から選ばれ
た少なくとも１種を使用することにより、大変形が可能
で破壊強度と引き裂き強度が高く、ヒステリシス損失が
大きく、長期耐候性や硬質板との接着性等に優れたゴム
組成物を提供できるので、好ましい。

【００１６】前記ゴム組成物には、上記ゴム成分と前記
補強材に加えて、カーボンブラック等の充填材、オイル
等の軟化乃至可塑剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、
老化防止剤、接着性付与乃至改良剤、その他各種の添加
剤が必要に応じて配合される。

【００１７】（補強材）本発明の前記軟質板１４の少な
くとも大部分は、補強材が配合されたゴム組成物であ
り、その鉛直方向の弾性率が水平方向の弾性率よりも高
いことが特徴であるが、この目的に用いられる補強材と
しては、上記弾性率の異方性を具現することができるも
のなら、何でも使用できる。

【００１８】上記補強材の例として、任意の断面形状を
有する長柱体を挙げることができ、ゴム組成物シート中
にこの長柱体を配合して、その鉛直方向（シート厚み方
向）への配向割合を、水平方向（シート長手方向）への
配向割合よりも大きくすることにより、所望の弾性率の
異方性を達成することができる。

【００１９】本発明の上記任意の断面形状を有する長柱
体としては、板状、棒状、燐片状、その他任意形状の長
柱体が使用でき、材質も有機材料、無機或いはセラミッ
ク材、金属材等の全てが利用できる。

【００２０】（短繊維）上記任意の断面形状を有する長
柱体の中でも、本発明の補強材として、特に、略円形の
断面形状を有する短繊維を好適に使用できる。短繊維
は、材質としても有機繊維、無機或いはガラス繊維、金
属或いはスチール繊維等多様なものが利用でき、又線径
や繊維長及びアスペクト比等の多様な形状のものが比較
的容易に製造されているので、本発明の弾性率の異方性
をもたらす補強材として好ましい。

【００２１】本発明で用いられる前記短繊維の平均径
（Ｄ）が０．０１〜１．０ｍｍであり、平均長さ（Ｌ）
が０．５〜２０ｍｍであり、平均アスペクト比（Ｌ／
Ｄ）が３〜３００であることが好ましい。

【００２２】前記平均径（Ｄ）が、０．０１ｍｍ未満で
あると、短繊維の製造時に糸切れが多く発生する恐れが
あり、又、短繊維を配合した効果が十分に得られない傾
向がある。平均径（Ｄ）が１．０ｍｍを超えると、ゴム
混練り時の分散不良や破壊特性が低下する恐れがある。

【００２３】前記平均長さ（Ｌ）が２０ｍｍを超える
と、ゴム混練り時の分散不良や破壊特性が低下する恐れ
があり、一方、０．５ｍｍ未満であると、長繊維からの
機械的な切断が困難になり、短繊維の生産性が非常に悪
化し、又、短繊維を配合した効果が十分に得られない傾
向がある。

【００２４】前記平均アスペクト比（Ｌ／Ｄ）が、３未
満であると、鉛直方向へ配向させても、所望の弾性率の
異方性を達成することが難しく、又、（Ｌ／Ｄ）が３０
０を超えると、ゴム混練り時の分散不良や破壊特性の低
下の恐れがある。尚、前記短繊維の平均径（Ｄ）と平均
長さ（Ｌ）は、例えば、光学顕微鏡等により測定でき
る。

【００２５】本発明で使用される前記短繊維の材質とし
ては、とくに制限はなく、タイヤ及び一般産業用途で、
ゴム製品の補強乃至改質用途に通常用いられている短繊
維は全て使用できるが、中でもポリエステル、ポリアミ
ド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、金属
よりなる群から選ばれた少なくとも１種であることが好
ましい。上記材質の短繊維は、ゴムマトリックスとの接
着性が良く、破壊強度と引き裂き強度に優れ、配向させ
た時の弾性率の異方性が高く、比較的安価に製造されて
いるので、本発明の補強材として好適に使用できる。

【００２６】上記金属からなる短繊維としては、例え
ば、タイヤ及びベルト部材の補強用に通常用いられる金
属短繊維を挙げることができ、特に高い抗張力を得るた
めに、少なくとも０．７質量％の炭素、好ましくは少な
くとも０．８質量％の炭素を含有する金属（鋼材）繊維
コードが望ましい。

【００２７】上記有機繊維からなる短繊維としては、例
えば、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、レイヨン繊
維等のタイヤ部材補強用に通常用いられる有機短繊維を
挙げることができ、これらの中でも特に、芳香族ポリア
ミド繊維（商品名「ケブラー」）とポリエチレン−２，
６−ナフタレート及び高弾性率ポリエステル繊維からな
るコードが、その引張り弾性率の高さ故に好ましい。

【００２８】本発明の免震ゴム構造体の軟質板用ゴム組
成物としては、前記ゴム成分１００質量部に対して、短
繊維を０．３〜３０質量部配合するのが好ましい。配合
量が０．３質量部より少ないと、短繊維補強による弾性
率の異方性向上の効果が少なくなり、又３０質量部より
多いと、配合時の分散不良と押出し肌の不良により、品
質と生産性の低下をきたす懸念がある。

【００２９】本発明に使われる短繊維は、ゴムマトリッ
クスとの間に強固な接着が得られる必要があり、予め短
繊維にディップ（接着）処理を施した後、ゴムに配合し
て加硫することが望ましい。このようなディップ処理と
しては、通常タイヤ及び工業ベルト等のプライコードに
用いられる接着処理、例えば、ＲＦＬ（レゾルシンーフ
ォルムアルデヒドーラテックス）接着液等に浸漬した
後、熱処理を加えるディップ処理等が好適に使用され
る。此の際、長繊維にディップ処理を施した後、所定の
長さに切断して、所望の短繊維を得る方法が望ましい。

【００３０】（補強材の配向）本発明の免震ゴム構造体
の軟質板の少なくとも大部分は、補強材が配合されたゴ
ム組成物であり、その鉛直方向の弾性率が水平方向の弾
性率よりも高いことを特徴としているが、上記弾性率の
異方性を付与する方法については、特に制限はなく、弾
性率異方性をもたらす方法であれば全て利用できる。

【００３１】例えば、短繊維等の本発明の補強材を配合
したゴム組成物を、押し出し機で押し出して或いは圧延
ロール機で圧延して、短繊維等の補強材の長手方向を押
し出し或いはカレンダー方向に配向させたゴム組成物シ
ートを裁断し、その配向が厚み方向を向くように並列に
並べて加硫することで、シートの厚み方向に短繊維等の
補強材が配向したゴム組成物シートを得ることが出来
る。この時、図２に示すように、押し出し或いは圧延し
たゴム組成物シート３０を、ジグザグ折りに積み重ねて
から、厚み方向にカッター３２で裁断する方法を採用す
ると、上述の厚み方向に短繊維等の補強材を配向させた
ゴム組成物シートを効率良く得ることができるので好ま
しい。

【００３２】又、連続的に短繊維等の本発明の補強材
を、ゴム組成物シートの厚み方向に配向させる方法とし
て、次のような手法がある。まず、短繊維等の補強材を
含まないゴム組成物を作製し、圧延ロール等でシート状
に圧延した後、短繊維等の補強材の長手方向が該ゴムシ
ートに対して垂直になるように植毛し或いは吹き付けて
押し込み、シート厚み方向に短繊維等の補強材を配向さ
せたゴム組成物シートを連続的に得ることが出来る。

【００３３】（外皮の形成）免震ゴム構造体は、常に外
気に曝されているため、酸素、水分、オゾン、紫外線、
原子力用においては放射線、海辺における場合では潮風
等により、その表面部より長期劣化を受ける。特に、建
造物を支えているため、常に圧縮乃至せん断荷重を受け
ており、平常時でもゴム層の表面部にはかなりの応力が
負荷されているので、上記の劣化の進行が促進される。

【００３４】以上のことから、本発明の免震ゴム構造体
の外表面は、図１の１６に示すように、保護層としてゴ
ム組成物で覆われているのが、長期耐久性を確保するた
めに、好ましい。

【００３５】外表面部の上記保護ゴムとして用いられる
ゴム成分としては、例えば、ＮＲ、ＩＲ、ＢＲ、ＳＢＲ
等の汎用ジエン系ゴム、及び、ハロゲン化ブチルゴム、
ＥＰＲ、ＥＰＤＭ、ＣＲ、ブチルゴム、アクリルゴム、
ポリウレタン、シリコンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴ
ム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ及びＥＰＤＭ）、
ハイパロン、塩素化ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル
ゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム等が
挙げられる。これらの内、特にブチルゴム、ポリウレタ
ン、エチレンプロピレンゴム、ハイパロン、塩素化ポリ
エチレン、エチレン酢酸ビニルゴム、クロロプレンゴム
が耐候性の面からは効果的である。更に軟質板を構成す
るゴム等との接着性を考慮した場合には、ブチルゴム、
エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴムが好まし
く、とりわけエチレンプロピレンゴムを用いるのが最も
好ましい。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、上記のように軟質板の少なく
とも大部分に弾性率の異方性を付与し、その鉛直方向の
弾性率を水平方向の弾性率よりも高くする構成としたの
で、従来よりも少ない部材点数で、所要の鉛直荷重を長
期支承し、地震時には充分な免震効果を発揮でき、しか
も従来対比で軽量な免震ゴム構造体を提供できることに
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】免震ゴム構造体の断面構成図である。

【図２】厚み方向に補強材を配向させたゴムシートを作
製する方法の説明図である。

【符号の説明】

１０ 免震ゴム構造体 １２ 硬質板 １４ 軟質板 １６ 外皮 １８ 上フランジ ２０ 下フランジ ２２ 建造物 ２４ 土台 ２６ ボルト ３０ ゴムシート ３２ カッター

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚の剛性を有する硬質板と粘弾性的
   性質を有する軟質板とを交互に貼り合わせた積層構造体
   であって、該粘弾性的性質を有する軟質板の少なくとも
   大部分が、補強材が配合されたゴム組成物であり、その
   鉛直方向の弾性率が水平方向の弾性率よりも高いことを
   特徴とする免震ゴム構造体。
2. 【請求項２】 前記補強材が、任意の断面形状を有する
   長柱体であり、その鉛直方向への配向割合が水平方向へ
   の配向割合よりも大きい請求項１に記載の免震ゴム構造
   体。
3. 【請求項３】 前記補強材が、略円形の断面形状を有す
   る短繊維であり、その鉛直方向への配向割合が水平方向
   への配向割合よりも大きい請求項１に記載の免震ゴム構
   造体。
4. 【請求項４】 前記短繊維の平均径が０．０１〜１．０
   ｍｍであり、平均長さが０．５〜２０ｍｍであり、平均
   アスペクト比が３〜３００である請求項３に記載の免震
   ゴム構造体。
5. 【請求項５】 前記短繊維の材質が、ポリエステル、ポ
   リアミド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレ
   ン、金属よりなる群から選ばれた少なくとも１種である
   請求項３又は４に記載の免震ゴム構造体。
6. 【請求項６】 前記ゴム組成物中のゴム成分が、ＮＲ、
   ＩＲ、ＢＲ、ＳＢＲ、ハロゲン化ブチルゴム、ＥＰＲ、
   ＥＰＤＭ、ＣＲよりなる群から選ばれた少なくとも１種
   である請求項１から５のいずれかに記載の免震ゴム構造
   体。
7. 【請求項７】 押出し或いは圧延工程により、前記補強
   材を長尺方向に配向させたゴム組成物シートを裁断し
   て、その配向が厚み方向を向くように並列に並べること
   により、該補強材を軟質板の鉛直方向へ配向させた請求
   項１から６のいずれかに記載の免震ゴム構造体。
8. 【請求項８】 植毛或いは吹付け工程により、ゴム組成
   物シートの表面に前記補強材を厚み方向に配向付着さ
   せ、それを厚み方向に押し込むことにより、該補強材を
   軟質板の鉛直方向へ配向させた請求項１から６のいずれ
   かに記載の免震ゴム構造体。
9. 【請求項９】 前記積層構造体の外表面が、保護層ゴム
   組成物で覆われている請求項１から８のいずれかに記載
   の免震ゴム構造体。