JP2009126003A - 気体除去方法、気体除去装置、コアの製造方法、コアの製造装置及び積層支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】塑性流動材料と硬質充填材の混合物を加圧して混合物中の気体を除去することで、気体含有率が低い成型品を得ることを課題とする。
【解決手段】シリンダ４２の加圧室４２Ｒに塑性流動材料と硬質充填材の混合物片５６Ａを投入し、加圧室４２Ｒの混合物片５６Ａを加圧する。これにより、混合物片５６Ａに含有された気体及び、加圧室４２Ｒに投入された塑性流動材料と硬質充填材の混合物片５６Ａの間の空気が、加圧室４２Ｒから連通孔５０を通って外部へ押し出され、結果として気体が除去された、すなわち気体含有率が低減された複数の混合物片５６Ａからなる成型品５６が得られる。
【選択図】図４

Description

本発明は、塑性流動材料と硬質充填材の混合物を加圧して混合物中の気体を除去する気体除去方法及び気体除去装置と、積層弾性体の積層方向に形成された中空部に挿入されるコアの製造方法及びコアの製造装置と、この製造方法で製造されたコアを用いて構成された積層支持体に関する。

従来から、ゴムなどの弾性板と金属などの剛性板とを交互に積層した積層支持体が、免震装置の支承等として使用されている。このような積層支持体には、例えば、中心に中空部を形成し、この中空部内に金属製のコアを圧入して構成されたものがある。このような構成により、積層支持体がせん断変形するときに、コアが塑性変形することで、ダンパとして機能するようになっている。

ところで、コアとしては、塑性変形の挙動が安定している鉛製のもの（鉛プラグ）が使用されることが多い。しかし、鉛プラグは、廃却時等に要するコストが大きいため、鉛プラグに替えて、塑性流動材料と硬質充填材の混合物が用いられたコアもある（特許文献１参照）。

一般的に、塑性流動材料と硬質充填材の混練はニーダーを用いて行われる。ニーダーによって混練された塑性流動材料と硬質充填材の混合物片１００Ａは、図８（Ａ）に示すような複数の塊状に形成され、これを成型機１０２に投入して必要に応じて加熱しながら加圧して（図８（Ｂ）及び図８（Ｃ））、コアの形状に成型する。

ここで、ニーダーによる塑性流動材料と硬質充填材との混練時に気体が混入して混合物片１００Ａ内に気体が含有されることがある。このような混合物片１００Ａを用いてコアを成型すると、コア内に気体が混入してしまう。また、複数の塊状の混合物片１００Ａを成型機１０２に投入するときに、混合物片１００Ａ同士の間に隙間ができることから、この状態で混合物片１００Ａを加圧して成型しても、コア内に空気（気体）が混入してしまう。コア内の空気含有率が多くなると、コアの塑性変形時の力学特性が不安定になり、安定した減衰性能が得られなくなる。
特開２００６−３１６９９０号公報

本発明は上記事実を考慮し、塑性流動材料と硬質充填材の混合物を加圧して混合物中の気体を除去することで、気体含有率が低い成型品を得ることを課題とする。また、この成型品を用いた積層支持体を提供することを課題とする。

請求項１に記載の気体除去方法は、塑性流動材料と硬質充填材の混合物を加圧して前記混合物中の気体を除去する気体除去方法であって、加圧室に前記混合物を投入する工程と、前記加圧室に投入された前記混合物を加圧して、前記混合物中の気体を前記加圧室と外部とを連通する連通孔から前記外部へと押し出す工程と、を備えることを特徴としている。

請求項１に記載の気体除去方法では、加圧室に塑性流動材料と硬質充填材の混合物が１乃至複数投入されて加圧される。この加圧によって混合物に含有された気体及び複数の混合物間の気体（複数の混合物が投入された場合のみ）が加圧室から外部へと連通孔を通って押し出される。これにより、気体が除去された、すなわち気体含有率が低減された混合物からなる成型品が得られる。

請求項２に記載の気体除去装置は、塑性流動材料と硬質充填材の混合物を加圧して前記混合物中の気体を除去する気体除去装置であって、内部に前記混合物が投入される加圧室を有する型部材と、前記加圧室に投入された前記混合物を加圧する加圧部材と、前記型部材に設けられ、前記加圧室と外部とを連通し、前記混合物中の気体を前記加圧室から前記外部へと押し出すための連通孔と、を備えることを特徴としている。

請求項２に記載の気体除去装置では、型部材内の加圧室に塑性流動材料と硬質充填材の混合物が１乃至複数投入され、加圧部材によって加圧される。この加圧によって混合物に含有された気体及び複数の混合物間の気体（複数の混合物が投入された場合のみ）が加圧室から外部へと連通孔を通って押し出される。これにより、気体が除去された、すなわち気体含有率が低減された混合物からなる成型品が得られる。

請求項３に記載の気体除去装置は、前記連通孔の前記加圧室側の開口が、前記加圧方向と直交する方向に配置されることを特徴としている。

請求項３に記載の気体除去装置では、連通孔の加圧室側の開口を加圧方向と直交する方向に配置することで、加圧されて気体が除去された混合物からなる成型品を加圧室から取り出す（引っ張り出す）際に、加圧時に連通孔に侵入した部分（バリ）が本体から除去される。このため、成型品を型部材から取り出した後に、バリなどを除去する必要がない。

請求項４に記載のコアの製造方法は、剛性板と、前記剛性板よりも弾性率が低い弾性部材とが交互に積層されて構成された積層弾性体の積層方向に形成された中空部に挿入される塑性流動材料と硬質充填材の混合物であるコアの製造方法であって、加圧室に前記混合物を投入する工程と、前記加圧室に投入された前記混合物を加圧して、前記混合物中の気体を前記加圧室と外部とを連通する連通孔から前記外部へと押し出す工程と、前記加圧室から前記混合物が加圧して成型されたコアを取り出す工程と、を備えることを特徴としている。

請求項４に記載のコアの製造方法では、加圧室に塑性流動材料と硬質充填材の混合物が１乃至複数投入されて加圧される。この加圧によって混合物に含有された気体及び複数の混合物間の気体（複数の混合物が投入された場合のみ）が加圧室から外部へと連通孔を通って押し出される。そして、気体が除去された、すなわち気体含有率が低減された混合物からなる成型品であるコアを加圧室から取り出すことでコアが製造される。

請求項５に記載のコアの製造装置は、剛性板と、前記剛性板よりも弾性率が低い弾性部材とが交互に積層されて構成された積層弾性体の積層方向に形成された中空部に挿入される塑性流動材料と硬質充填材の混合物であるコアの製造装置であって、内部に前記混合物が投入される前記加圧室を有し、前記加圧室が前記コアを成型するための形状とされた型部材と、前記加圧室に投入された前記混合物を加圧する加圧部材と、前記型部材に設けられ、前記加圧室と外部とを連通し、前記混合物中の気体を前記加圧室から前記外部へと押し出すための連通孔と、を備えることを特徴としている。

請求項５に記載のコアの製造装置では、型部材内の加圧室に塑性流動材料と硬質充填材の混合物が１乃至複数投入され、加圧部材によって加圧される。この加圧によって混合物に含有された気体及び複数の混合物間の気体（複数の混合物が投入された場合のみ）が加圧室から外部へと連通孔を通って押し出されるとともに、１乃至複数の混合物が加圧室の形状（コアの形状）に成型される。これにより、気体が除去された、すなわち気体含有率が低減された混合物からなるコア（成型品）が得られる。

請求項６に記載のコアの製造装置は、前記連通孔の前記加圧室側の開口が、前記加圧方向と直交する方向に配置されることを特徴としている。

請求項６に記載のコアの製造装置では、連通孔の加圧室側の開口を加圧方向と直交する方向に配置することで、加圧されて気体が除去された混合物からなるコアを加圧室から取り出す（引っ張り出す）際に、加圧時に連通孔に侵入した部分（バリ）が本体から除去される。このため、コアを型部材から取り出した後に、バリなどを除去する必要がない。

請求項７に記載の積層支持体では、剛性板と、前記剛性板よりも弾性率が低い弾性部材とが交互に積層されて構成された積層弾性体と、前記積層弾性体の積層方向に形成された中空部に挿入される請求項４に記載のコアの製造方法で製造されたコアと、を備えることを特徴としている。

請求項７に記載の積層支持体は、請求項４に記載のコアの製造方法で製造されたコアが、剛性板と弾性部材とが所定の積層方向に交互に積層されて構成された積層弾性体の積層方向に形成された中空部に挿入されて形成される。これにより、積層支持体の中空部には、気体含有率が低く、十分な強度を有するコアが挿入されるので、積層支持体は安定した減衰性能を発揮できる。

本発明は上記構成としたので、塑性流動材料と硬質充填材の混合物を加圧して混合物中の気体を除去することで、気体含有率が低い成型品を得ることができる。

図１には、本発明の第１実施形態に係る製造装置４０を用いて成型されたコア３０が搭載された積層支持体１２が示されている。積層支持体１２は、複数枚の円盤状の金属板１８と、同じく複数枚の円盤状のゴム板２０とを厚み方向に交互に積層した（以下この積層方向を「Ｘ方向」という）積層弾性体１６を備えている。

積層弾性体１６のＸ方向両端面には、フランジ板１４が固定されている。フランジ板１４は、積層弾性体１６よりも側方に張り出すフランジ部１４Ｆを備えており、このフランジ部１４Ｆに形成された図示しないボルト孔にボルトを挿通して、積層支持体１２が、支持部材（たとえば、建物基礎、土台、地盤等）及び被支持部材（たとえば、オフィスビル、病院、集合住宅、美術館、公会堂、学校、庁舎、神社仏閣、橋梁等）に取り付けられる。取付け状態では、被支持部材が積層支持体１２を介して支持部材に支持される。

積層弾性体１６を構成する金属板１８とゴム板２０とは加硫接着により（あるいは接着剤により）強固に張り合わされており、これらが不用意に分離したり位置ズレしたりしないようになっている。そして、積層支持体１２が水平方向のせん断力を受けると、積層弾性体１６も弾性的にせん断変形する。

したがって、支持部材と被支持部材とが水平方向に相対移動（振動）すると、積層弾性体１６が全体として弾性的にせん断変形する。ここで、上記のように、金属板１８とゴム板２０とを交互に積層したことで、積層方向に荷重が作用しても、積層弾性体１６の圧縮変形（すなわちゴム板２０の圧縮）を抑制することができる。

積層弾性体１６はさらに、金属板１８とゴム板２０の外側端面を周囲から被覆する被覆材２２を有している。被覆材２２によって金属板１８及びゴム板２０に外部から雨や光が作用しなくなり、酸素やオゾン、紫外線などによる劣化が防止される。また、被覆材２２は、厚さが一定とされており、その強度にばらつきがでないようにされている。

なお、被覆材２２はゴム板２０と同一の材料によって形成することができる。この場合、ゴム板２０と被覆材２２とを別体で形成しておき、後工程で加硫接着等によって一体化させることが可能である。あるいは、被覆材２２とゴム板２０を接着剤等で接着してもよい。

積層弾性体１６の中央部には、積層弾性体１６をＸ方向に貫通する弾性体中空部２８が形成されている。弾性体中空部２８は、本実施形態では円柱状の空間とされているが、形状は円柱状に限定されない。

弾性体中空部２８には、塑性流動材料と硬質充填材の混合物片５６Ａを加圧成型した後述する成型品５６（図４参照）である円筒状のコア３０が嵌め込まれている。また、弾性体中空部２８の端部には閉塞板２４が配置されている。閉塞板２４は、弾性体中空部２８のＸ方向の端部を閉塞できるように、弾性体中空部２８よりも大径の円盤状に形成されている。閉塞板２４をフランジ板１４に固定することで、弾性体中空部２８を密閉することができる。このような構成とされた第１実施形態の積層支持体１２では、支持部材と被支持部材との水平方向への相対移動（振動）により、図２に示されるように積層弾性体１６が弾性的にせん断変形し、エネルギーを吸収する。

ここで、弾性体中空部２８に嵌め込まれるコア３０を成型する製造装置４０について説明する。図３に示されるように、製造装置４０は、型部材としての有底円筒状のシリンダ４２と、シリンダ４２内を摺動可能な加圧部材４４とを備えている。この加圧部材４４は、油圧アクチュエータ４５を駆動力にしてシリンダ４２内へと押し込まれるとともに、引き戻される。シリンダ４２は、内側の中空部である加圧室４２Ｒがコア３０の形状に成型され、側壁４２Ａが加圧室４２Ｒと外部とを連通する連通孔５０を備えている。この連通孔５０は、加圧室４２Ｒから外部へ気体を通すための通路であり、側壁４２Ａの加圧室４２Ｒ側の開口がシリンダの軸方向と直交する方向に配置されるとともに、シリンダ４２の軸方向に沿って複数配置されている。なお、本実施形態では、型部材として有底円筒状のシリンダ４２を用いる構成としたが、本願発明はこの構成に限定されず、四角柱状体に一端が開口する断面円形の中空部を備えた型部材とする構成としてもよい。また、連通孔５０の径は、加圧時に後述する混合物片５６Ａが連通孔５０を通って外部へ流出することなく、また、加圧時に塑性流動材料が目詰まりしない大きさに設定されている。

次に、上記構成の製造装置４０を用いて、コア３０を製造する工程について説明する。
図４（Ａ）に示されるように、加圧部材４４が挿入されていない状態の加圧室４２Ｒ内に、塑性流動材料と硬質充填材を混錬した不定形且つブロック状の混合物片５６Ａを投入する。なお、この混合物片５６Ａは、予めニーダーを用いて塑性流動材料と硬質充填材を混練することで形成されている。

次に、図４（Ｂ）に示すように、油圧アクチュエータ４５を駆動して、加圧部材４４を押し出してシリンダ４２に挿入する。そしてさらに加圧部材４４を加圧室４２Ｒに押し込んでシリンダ４２内に投入された混合物片５６Ａを加圧する。なお、混合物片５６Ａに作用させる圧力は、単位面積当たり１０ＭＰａ〜２００ＭＰａとすることが好ましい。加圧部材４４の加圧により、混合物片５６Ａに含有している気体及び、加圧室４２Ｒに投入された複数の混合物片５６Ａの間の空気（気体）が加圧室４２Ｒから外部へと連通孔５０を通って押し出されるとともに、複数の混合物片５６Ａが加圧室４２Ｒの形状（コア３０の形状）に成型される（図４（Ｃ）参照）。これにより、気体が除去された、すなわち気体含有率が低減された混合物片５６Ａからなる成型品５６（コア３０）が得られる。

また、混合物片５６Ａに混合される塑性流動材料としては、たとえば、せん断降伏応力が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである未加硫ゴム、熱可塑性エラストマー等を挙げることができるが、これらに限定される必要はない。未加硫ゴムの主成分（ポリマー）としては、天然ゴム（ＮＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）等が挙げられる。さらに、未加硫ゴムや熱可塑性エラストマー等にカーボンブラック、炭酸カルシウム、オイル・樹脂等の配合剤を配合したものでもよい。

また、混合物片５６Ａに混合される硬質充填材は、塑性流動材料に対して剛体とみなせる程度の硬さを有する材料であればよい。たとえば、金属、セラミックやエンジニアリングプラスチック等を適用することができるが、これらに限定されない。金属の具体例としては、純鉄、あるいは炭素鋼やステンレス鋼などの鉄を主成分とした粉体を挙げることができる。

なお、塑性流動材料のせん断降伏応力が０．１ＭＰａよりも小さいと、塑性流動材料の流動抵抗力が小さいため、大きな減衰力が得られず、塑性流動材料のせん断降伏応力が１０ＭＰａよりも大きいと、塑性流動材料を大きく塑性変形させることができない。そこで、せん断降伏応力が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである塑性流動材料に硬質充填材を混合（混錬）させることで、塑性変形の挙動が安定した成型品５６が得られる。

なお、混合物片５６Ａを単位面積当たり１０ＭＰａより小さい力で加圧すると、混合物片５６Ａに対する加圧力が不十分であることから成型品５６（コア３０）に含有された気体の除去が不十分となってしまう。また、混合物片５６Ａを単位面積当たり２００ＭＰａより大きい力で加圧すると、混合物片５６Ａに対する加圧力が過剰となって、成型品５６の物性が変化してしまう。したがって、単位面積当たり１０ＭＰａ〜２００ＭＰａの力で混合物片５６Ａを加圧することで、成型品５６の物性を変化させることなく、気体を除去した成型品５６を得ることができる。また、加圧室内の混合物片５６Ａを加圧する際の温度は、４０°Ｃ〜１２０°Ｃとする。なお、この温度を４０°Ｃよりも低くすると、成型品５６の流動性が十分に得られず、１２０°Ｃよりも高くすると、成型品５６の物性が変化してしまう。

そして、図４（Ｄ）に示されるように、加圧部材４４をシリンダ４２から引き戻し、シリンダ４２内からコア３０を取り出す。これにより、気体含有率が低減されたコア３０が得られる。また、シリンダ４２内からコア３０を取り出すときに、加圧時に連通孔５０に侵入したコア３０の一部（バリ）が本体部分から除去される。このため、コア３０をシリンダ４２から取り出した後に、バリなどを除去する必要がない。

なお、本実施形態では、複数の混合物片５６Ａを加圧してコア３０（成型品）を成型しているが、本発明はこの構成に限定される必要はなく、１個の混合物片５６Ａを加圧部材４４によって加圧してコア３０を成型してもよいものとする。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもない。

本発明の実施形態の積層支持体を変形前において示す断面図である。 本発明の実施形態の積層支持体を変形後において示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る製造装置を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る製造装置を示す断面図であり、（Ａ）〜（Ｄ）は製造工程を示す図である。 従来の製造装置を示す断面図である。

符号の説明

１２ 積層支持体
１６ 積層弾性体
１８ 金属板（剛性板）
２０ ゴム板（弾性部材）
２８ 弾性体中空部（中空部）
３０ コア
４０ 製造装置（コアの製造装置）
４２ シリンダ（型部材）
４２Ｒ 加圧室
４４ 加圧部材
５０ 連通孔
５６ 成型品
５６Ａ 混合物片

Claims (7)

1. 塑性流動材料と硬質充填材の混合物を加圧して前記混合物中の気体を除去する気体除去方法であって、
   加圧室に前記混合物を投入する工程と、
   前記加圧室に投入された前記混合物を加圧して、前記混合物中の気体を前記加圧室と外部とを連通する連通孔から前記外部へと押し出す工程と、
   を備えることを特徴とする気体除去方法。
2. 塑性流動材料と硬質充填材の混合物を加圧して前記混合物中の気体を除去する気体除去装置であって、
   内部に前記混合物が投入される加圧室を有する型部材と、
   前記加圧室に投入された前記混合物を加圧する加圧部材と、
   前記型部材に設けられ、前記加圧室と外部とを連通し、前記混合物中の気体を前記加圧室から前記外部へと押し出すための連通孔と、
   を備えることを特徴とする気体除去装置。
3. 前記連通孔の前記加圧室側の開口が、前記加圧方向と直交する方向に配置されることを特徴とする請求項２に記載の気体除去装置。
4. 剛性板と、前記剛性板よりも弾性率が低い弾性部材とが交互に積層されて構成された積層弾性体の積層方向に形成された中空部に挿入される塑性流動材料と硬質充填材の混合物であるコアの製造方法であって、
   加圧室に前記混合物を投入する工程と、
   前記加圧室に投入された前記混合物を加圧して、前記混合物中の気体を前記加圧室と外部とを連通する連通孔から前記外部へと押し出す工程と、
   前記加圧室から前記混合物が加圧して成型されたコアを取り出す工程と、
   を備えることを特徴とするコアの製造方法。
5. 剛性板と、前記剛性板よりも弾性率が低い弾性部材とが交互に積層されて構成された積層弾性体の積層方向に形成された中空部に挿入される塑性流動材料と硬質充填材の混合物であるコアの製造装置であって、
   内部に前記混合物が投入される前記加圧室を有し、前記加圧室が前記コアを成型するための形状とされた型部材と、
   前記加圧室に投入された前記混合物を加圧する加圧部材と、
   前記型部材に設けられ、前記加圧室と外部とを連通し、前記混合物中の気体を前記加圧室から前記外部へと押し出すための連通孔と、
   を備えることを特徴とするコアの製造装置。
6. 前記連通孔の前記加圧室側の開口が、前記加圧方向と直交する方向に配置されることを特徴とする請求項５に記載のコアの製造装置。
7. 剛性板と、前記剛性板よりも弾性率が低い弾性部材とが交互に積層されて構成された積層弾性体と、
   前記積層弾性体の積層方向に形成された中空部に挿入される請求項４に記載のコアの製造方法で製造されたコアと、
   を備えることを特徴とする積層支持体。

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