JP3666382B2 - Seismic isolation rubber laminate - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、免震ゴム積層体に係り、特に土木や建築用等の構造物を支承する免震ゴム積層体、中でも、橋梁の橋脚への支承のために好適に用いられる橋梁用免震ゴム積層体（支承体）に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来から、土木や建築等の分野における構造物の支持に使用されている、免震ゴム積層体たるゴム支承体は、上部構造体と下部構造体との間に介在せしめられて、配置されるものであるが、通常、それらの構造体の重量が極めて大きいために、金属板等の剛性を有する硬質板とゴム層とが交互に積層せしめられてなる積層体構造とされており、それによって、建物の防振支持乃至は免震支持や橋梁の荷重支持、更には免震支持等の、ゴム支承体としての機能が効果的に果たされ得るようになっている。
【０００３】
具体的には、例えば、図１に示される如く、免震ゴム積層体１０は、ゴムブロック１２内に硬質板としての金属板１４の複数枚が所定間隔を隔てて埋設されることによって、そのような金属板１４と、それら金属板１４，１４間に位置するゴムブロック１２部分であるゴム層１６とが、交互に、一体的に積層されてなる構造を有していると共に、ゴムブロック１２の上部及び下部には、それぞれ、金属製の上部取付板１８及び下部取付板２０が固着せしめられた構造となっているのである。そして、そのような免震ゴム積層体１０は、その上部取付板１８及び下部取付板２０において、橋梁等の上部構造体と橋脚等の下部構造体との間に挟持、配置されて、固定せしめられ、コンクリート橋脚等の大なる重量の上部構造体を支持するようになっているのであり、以て免震ゴム積層体としての本来の機能が奏せしめられ得るようになっている。即ち、地震、強風或いは橋上を通過する車両等による重量や加速度の影響によって生じる撓み及び変位が、ゴム積層体の剪断方向の緩衝作用によって吸収され、また上下方向の振動も、ゴム積層体の緩衝作用によって吸収され得るようになっているのである。
【０００４】
ところで、上記の如き構造の免震ゴム積層体は、本来的に、高い減衰特性を有するものであることが望ましいことは勿論、その設置場所からして、低温度から高温度に至る広い温度領域に晒され易く、特に、橋梁の橋脚への支承のために使用される橋梁用支承体にあっては、氷点下の温度から３０℃を遙かに超える温度に至る厳しい自然環境下におかれることとなるところから、弾性係数の温度依存性が少ないものであることが、望ましい。
【０００５】
しかしながら、従来の免震ゴム積層体にあっては、そのゴム層（ゴムブロック）を与えるゴム組成物として、単に、天然ゴム（ＮＲ）の如きゴム材料に適当な加硫剤を配合してなる、通常のゴム組成物が用いられているところから、減衰特性が今一つ充分でないことに加えて、そのような減衰特性を向上せしめるとされる従来から公知の成分を配合したりすると、弾性係数の温度依存性が比較的大きくなって、免震ゴム積層体としての特性、特に弾性特性が周囲温度に左右されるという問題を内在するものであった。
【０００６】
このため、本願出願人にあっては、先に、特願平１１−１１７９５７号において、所定のゴム材料に対して、アスファルト類、タール類及びピッチ類のうちの少なくとも１種を所定割合において配合してなるゴム組成物を用いて、免震ゴム積層体のゴム層を形成することにより、弾性特性における温度依存性を小さく保ちつつ、減衰特性を有利に向上せしめ得ることを明らかにしたのであるが、そのような先の出願に係る免震ゴム積層体について、本発明者等が更なる検討を加えた結果、前記アスファルト類等のゴム組成物への配合によって、免震ゴム積層体のゴム層（ゴムブロック）の形成時におけるゴム組成物の加工性、例えば練り加工性や成形加工性等が低下して、生産性に望ましくない影響をもたらす等といった新たな問題が惹起されることを、知見したのである。
【０００７】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、金属板等の剛性を有する硬質板とゴム層とが交互に積層せしめられてなる積層体構造の免震ゴム積層体にして、免震支承用としての高減衰特性を有すると共に、弾性特性の温度依存性が少なく、なお且つゴム層を与えるゴム組成物の加工性に優れる免震ゴム積層体を提供することにある。
【０００８】
【解決手段】
そして、本発明にあっては、そのような課題を解決するために、剛性を有する硬質板とゴム層とが交互に積層せしめられて構成されてなる免震ゴム積層体にして、前記ゴム層が、ゴム材料の１００重量部に対して、アスファルト類、タール類及びピッチ類のうちの少なくとも１種を１〜７０重量部の割合で配合すると共に、炭素数が２１以上の飽和若しくは不飽和脂肪酸のうちの少なくとも１種を１〜１５重量部の割合で更に配合してなるゴム組成物を用いて形成されていることを特徴とする免震ゴム積層体を、その要旨とするものである。
【０００９】
すなわち、このような本発明に従う免震ゴム積層体にあっては、金属板の如き硬質板の間に位置せしめられるゴム層を与えるゴム組成物に、アスファルト類、タール類及びピッチ類のうちの少なくとも１種と、炭素数が２１以上の飽和若しくは不飽和脂肪酸のうちの少なくとも１種とを組み合わせて、それぞれ所定割合において配合せしめたところに、大きな特徴を有しているのである。要するに、本発明にあっては、そのようなアスファルト類、タール類及びピッチ類のうちの少なくとも１種のものの特定量の配合によって、高い減衰特性と、弾性係数の如き弾性特性における小さな温度依存性とを両立的に達成し得たばかりでなく、炭素数が２１以上の飽和若しくは不飽和脂肪酸のうちの少なくとも１種のものの特定量における配合によって、前記アスファルト類等により奏される高減衰特性と小さな温度依存性に大きな影響を何等与えることなく、ゴム組成物の練り加工性や成形加工性等を有利に向上せしめ得たのである。
【００１０】
なお、かくの如き本発明に従う免震ゴム積層体における好ましい態様の一つによれば、前記ゴム組成物は、前記ゴム材料の１００重量部に対して、５０〜１５０重量部の割合のカーボンブラックを更に含んでいることが望ましく、これによって、かかるゴム組成物の加工性を充分に確保しつつ、アスファルト類等の成分の含有に起因する温度依存性への影響を効果的に緩衝乃至は回避して、目的とする弾性特性を有利に実現することが出来る。
【００１１】
また、本発明に従う免震ゴム積層体の他の好ましい態様の一つにおいては、前記ゴム組成物に対して、凝固点が−３０℃以下である可塑剤が、前記ゴム材料の１００重量部に対して１〜５０重量部の割合において、更に配合せしめられることとなる。即ち、かかる特定の可塑剤を所定量においてゴム組成物中に配合せしめることによって、前述せる如きアスファルト類等の成分の配合によって発揮される有効な減衰特性を高度に維持しつつ、温度依存性を更に有利に小ならしめることが出来るのである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ところで、かかる本発明に従う免震ゴム積層体は、代表的には、図１に示される如き構造を呈するものであって、ゴムブロック１２内に、剛性を有する硬質板として、所定間隔を隔てて配置された複数の金属板１４によって、それら金属板１４，１４間に、ゴム層１６が形成され、以て、それら金属板１４とゴム層１６とが交互に積層せしめられてなる積層構造とされているものであり、そこにおいて、このような免震ゴム積層体１０を構成するゴムブロック１２（具体的には、ゴム層１６）が、本発明に従って、特定のゴム組成物を用いて形成されているのである。
【００１３】
すなわち、そのようなゴム組成物は、所定のゴム材料の１００重量部に対して、アスファルト類、タール類及びピッチ類のうちの少なくとも１種と共に、炭素数が２１以上の飽和脂肪酸若しくは不飽和脂肪酸、換言すれば分子中の総炭素原子数が２１以上である飽和若しくは不飽和の高級脂肪酸のうちの少なくとも１種を、それぞれ所定割合において配合せしめてなるものであって、そこに、本発明の格別顕著な特徴が存しているのである。
【００１４】
ここにおいて、かかるアスファルト類、タール類及びピッチ類は、何れも、弾性特性における温度依存性の悪化を阻止乃至は抑制しつつ、減衰特性の向上を図る成分として配合されるものであって、本発明では、それらの１種乃至は複数が組み合わされて、用いられることとなる。なお、かくの如き減衰特性向上成分のうち、アスファルト類としては、例えば、各種の天然アスファルトの他、ストレートアスファルト、ブローンアスファルト、カットバックアスファルト等の石油アスファルト等が用いられ、また、タール類としては、コールタール、ケツ岩タール、木タール、オイルガスタール、石油タール、精製タール等が用いられ、更にピッチ類としては、コールタールピッチ、木タールピッチ、ロジンピッチ等が用いられる。そして、それらの中でも、軟化点が１１０℃以上であるアスファルト類及びピッチ類を使用することが好ましく、更に有利には、かかる軟化点を有する天然アスファルトの使用が、特に推奨されるのであって、それによって、より高い減衰特性と、弾性特性におけるより小さな温度依存性とを、両立して達成することが出来るのである。
【００１５】
そして、この種の減衰特性向上成分の配合量としては、目的とする減衰特性に応じて適宜に決定されることとなるが、その配合によって充分な減衰特性の向上を発揮せしめるためには、ゴム材料の１００重量部に対して、少なくとも１重量部以上、好ましくは５重量部以上、より好ましくは２０重量部以上、配合せしめることが必要である。また、その余りにも多量の配合は、形成されるゴムブロック１２の弾性特性の温度依存性を悪化せしめるようになるところから、ゴム材料の１００重量部に対して７０重量部以下、好ましくは６０重量部以下の配合割合とされるのである。
【００１６】
一方、本発明においては、このような減衰特性向上成分と共に、特定の高級脂肪酸として、炭素数が２１以上の飽和脂肪酸若しくは不飽和脂肪酸が、ゴム組成物に配合せしめられることとなるのであるが、ここにおいて、炭素数が２１以上の飽和脂肪酸若しくは不飽和脂肪酸とされているのは、炭素数が２０以下の飽和脂肪酸等をゴム組成物に配合せしめた場合にあっては、そのようなゴム組成物から形成されるゴムブロック１２における弾性特性の温度依存性が悪化するようになるからである。従って、炭素数が２１以上の飽和脂肪酸若しくは不飽和脂肪酸をゴム組成物に配合せしめることにより、前記した減衰特性向上成分により奏される高減衰特性と、弾性特性における小さな温度依存性とを大きく阻害することなく、該減衰特性向上成分により低下するゴム組成物の加工性、例えば、練り加工性や成形加工性等を、実用上、有利な程度にまで向上せしめることが出来るのである。
【００１７】
すなわち、かかる本発明に従う特定の高級脂肪酸の配合によって、後に詳述する如き免震ゴム積層体１０の製造におけるゴム組成物の混練り工程において、混練り性が良好なものとなって、その練り時間の短縮化が有利に図られ得ると共に、混練りゴムの温度上昇に起因してゴムが焼けるようなことが効果的に防止され得るのであり、更には、各種ゴム用配合剤をゴム組成物に配合するような場合に、ゴム組成物中において配合剤が均一に分散するようになり、以て所望の特性が充分に奏され得るようになる。また、ゴム組成物の成形工程において、射出成形性や押出成形性、カレンダー分出し性等が優れたものとなる他、金型を用いた成形を行なう場合において、得られる製品（免震ゴム積層体１０）の型離れ性が良くなると共に、高温雰囲気下でのゴム層１６の引裂き強度も向上することとなるところから、金型から製品を取り出す際にゴム層１６において裂けが発生するようなことが、効果的に阻止され得ることとなる。この他、加硫前のゴム組成物におけるスコーチの発生が有利に防止され得るという利点もある。
【００１８】
そして、本発明では、かくの如き特定の高級脂肪酸のうちの少なくとも１種が、ゴム材料の１００重量部に対して、１〜１５重量部の割合となるように、好適には５〜１２重量部となる割合において、配合せしめられることとなる。けだし、そのような高級脂肪酸の配合量が余りにも少ない場合には、充分な加工性を実現することが出来なくなるからであり、また、多すぎる配合量にあっては、ゴムブロック１２における金属板１４とゴム層１６との積層界面における接着性が低下して、その接着状態が不安定なものとなるからである。
【００１９】
なお、かかる本発明に従う特定の高級脂肪酸としては、一分子中に炭素原子を２１以上有する各種の飽和脂肪酸乃至は不飽和脂肪酸の中から適宜に選定して、使用することが出来、例えば、飽和脂肪酸としては、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸等が挙げられ、また不飽和脂肪酸の代表的なものとしては、セトレイン酸、エルカ酸、ブラシジン酸等を挙げることが出来、それらのうちの１種又は２種以上が組み合わされて、用いられることとなる。
【００２０】
また、本発明に係るゴム組成物には、上記特定の高級脂肪酸の他にも、前記した減衰特性向上成分に組み合わせて、カーボンブラックを配合せしめることが望ましく、それによって、温度依存性が悪化するのを、より一層効果的に阻止乃至は回避することが出来る。そして、かかるカーボンブラックは、一般に、ゴム材料の１００重量部に対して、５０〜１５０重量部の割合、好ましくは７０〜１００重量部の割合において、配合せしめられることとなる。何故ならば、その配合量が少なくなり過ぎると、目的とする弾性特性を充分に得ることが出来なくなるからであり、逆に配合量が過多となる場合には、ゴム組成物の練り加工性や成形加工性等が大きく低下するようになるからである。
【００２１】
なお、そのようなカーボンブラックとしては、一次粒子径の小さなもの、一般には、かかる一次粒子径の大小を間接的に表わすことの出来る、ＪＩＳ−Ｋ−６２１７−１９９７で規定される窒素吸着比表面積が７０ｍ2 ／ｇ以上であるものが望ましく、有利にはＨＡＦカーボン、ＩＳＡＦカーボン、ＳＡＦカーボン等が好適に用いられるが、その中でも、前記窒素吸着比表面積が１３０ｍ2 ／ｇ以上のＳＡＦカーボンが、特に有利に用いられることとなる。このような粒径のカーボンブラックを配合することによって、減衰特性の向上にも大いに寄与し得るばかりでなく、前記特定の高級脂肪酸によってもたらされる加工性の向上効果を最大限に享受することが出来るのである。
【００２２】
さらに、本発明においては、ゴム組成物に対して、凝固点が−３０℃以下である可塑剤を配合せしめることによって、前記減衰特性向上成分によって奏される有効な機能を維持しつつ、かかる成分による温度依存性に対する影響を効果的に緩衝して、温度依存性を可及的に小さく為すことも、可能である。そして、このような可塑剤としては、例えば、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）、ジイソデシルアジペート（ＤＩＤＡ）、ジブチルグリコールアジペート、ジブチルカルビトールアジペート等のアジペート系可塑剤；ジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）等のフタレート系可塑剤；ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）、ジブチルセバケート（ＤＢＳ）等のセバケート系可塑剤；トリクレジルフォスフェート（ＴＣＰ）、クレジルフェニルフォスフェート（ＣＤＰ）、トリブチルフォスフェート（ＴＢＰ）、トリオクチルフォスフェート（ＴＯＰ）、トリブトキシエチルフォスフェート（ＴＢＸＰ）等のフォスフェート系可塑剤の他、ジ２−エチルヘキシルアゼレート（ＤＯＺ）、ジ２−エチルヘキシルドデカンジオエート（ＤＯＤＮ）等を挙げることが出来、それらの１種、或いは２種以上が組み合わされて用いられることとなる。
【００２３】
また、そのような性質を有する可塑剤は、ゴム材料の１００重量部に対して、１〜５０重量部の割合において、より好適には２〜２５重量部の割合において、配合せしめられることとなる。これは、その配合量が余りにも少ないと、温度依存性の改善効果を充分に発現し得なくなるからであり、また一方、配合量が多すぎる場合には、相溶性が悪化するため、本発明に係る免震ゴム積層体１０において、可塑剤がゴムブロック１２（ゴム層１６）の外表面から滲み出る、所謂、ブリードを惹起することとなるからである。
【００２４】
なお、上述せる如き減衰特性向上成分及び特定の高級脂肪酸と共に、本発明に従う免震ゴム積層体１０を構成するゴム層１６を与えるゴム組成物の構成成分の一つであるゴム材料は、従来から免震ゴム積層体の製造に用いられている各種のゴム材料の中から適宜に選定されることとなるが、有利には、天然ゴム及びジエン系合成ゴムのうちの少なくとも１種を主成分として構成される。また、そのジエン系合成ゴムとしては、合成ポリイソプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム等が用いられるのである。
【００２５】
而して、このように、所定のゴム材料に対して、特定の減衰特性向上成分及び特定の高級脂肪酸がそれぞれ所定割合にて配合せしめられ、また、カーボンブラックや可塑剤が所定量において配合されてなるゴム組成物には、従来と同様に、硫黄の如き加硫剤が添加され、更に必要に応じて、適当な加硫促進剤、ステアリン酸や亜鉛華等の加硫促進助剤、オイル等の軟化剤、ワックス、老化防止剤等の公知の各種のゴム用配合剤が、通常の範囲内において配合せしめられ、目的とするゴム層１６を与えるゴムブロック１２の形成に用いられることとなる。
【００２６】
また、かくの如きゴム組成物を用いて、本発明に従う免震ゴム積層体を製造するに際しては、従来から公知の各種の手法が適宜に採用され、例えば、図１に示される如き免震ゴム積層体１０を得るには、密閉式混練り機等により、所定のゴム組成物の混練りを行なった後において、加硫成形金型を用いて、所定の金属板１４或いはそれと共に、上部及び下部取付板１８，２０の存在下、混練りされたゴム組成物を射出等により成形キャビティ内に注入せしめて、ゴムブロック１２を加硫成形せしめることにより、金属板１４，１４の間にゴム層１６が介在せしめられて、一体的に加硫接着されてなる構造とする方法や、ゴム組成物を混練りせしめ、次いでそれを押出成形したり、或いはカレンダーにて所定厚みに分出しせしめて成形すること等により、ゴム層１６を形成した後、適当な接着剤を用いて、その得られたゴム層１６と所定の金属板１４とを交互に積層、接着せしめて、ゴムブロック１２を作製し、更に必要に応じて、その上下面に取付板１８，２０を接着せしめて一体化することにより、積層体と為す方法等が、採用されることとなる。
【００２７】
なお、本発明に従う免震ゴム積層体において、剛性を有する硬質板として用いられる金属板としては、耐圧縮性に優れた鉄板や鋼板が好適に用いられ得るものであるが、他の金属材質のものであっても、何等差し支えなく、更には硬質プラスチック板材等であっても、耐圧縮性に優れたものであれば、同様に使用可能である。
【００２８】
また、かかる免震ゴム積層体の全体形状としては、その設置形態に応じた適宜の形状が採用され、例えば、平面形態において、四角形形状や円盤形状の他に、楕円形状や五角形、六角形等の多角形形状とすることも可能であり、更に金属板やゴム層の積層数にあっても、免震ゴム積層体の用途に応じて適宜に決定されることとなるのである。
【００２９】
【実施例】
以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。
【００３０】
先ず、下記表１〜表３に示される各種配合組成のゴム組成物（本発明例１〜１６及び比較例１，２）を、それぞれ調製した。なお、かかるゴム組成物の調製に際して、ゴム材料としては、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、又は合成イソプレンゴム（ＩＲ）を用いると共に、ピッチとしてはコールタールピッチ、タールとしては精製コールタール、更にアスファルトとしては、ストレートアスファルト８０−１００、若しくは軟化点が１２０℃の天然アスファルトを、それぞれ用いた。また、炭素数が２１以上の飽和脂肪酸として、ベヘン酸、セロチン酸、又はモンタン酸を用い、また、炭素数が２１以上の不飽和脂肪酸としては、セトレイン酸、エルカ酸、又はブラシジン酸を用いた。更に、軟化剤としては、ナフテン系プロセスオイル乃至はアロマオイルを用いると共に、加硫剤としては硫黄を用いる一方、加硫促進助剤として、亜鉛華（ＺｎＯ）及びステアリン酸を用いた。更にまた、表中におけるＤＯＡ及びＤＯＰは、可塑剤としてのジオクチルアジペート（凝固点：−６０℃）及びジオクチルフタレート（凝固点：−５０℃）を、それぞれ示している一方、ＭＳＡ及びＴＢＴは、それぞれ、加硫促進剤としてのＮ−オキシジエチレン−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド及びテトラブチルチウラムジスルフィドを示すものである。なお、カーボンブラックとして用いたＳＡＦカーボン及びＨＡＦカーボンについて、ＪＩＳ−Ｋ−６２１７−１９９７に準拠して、窒素吸着比表面積の測定を行なったところ、それぞれ、１４２．１ｍ2 ／ｇ、及び７９．６ｍ2 ／ｇであることを確認した。
【００３１】
次いで、上記で得られた各種ゴム組成物を用いて、ＪＩＳ−Ｋ−６３００−１９９４の「未加硫ゴム物理試験方法」における「６．ムーニー粘度試験」に準拠して、Ｌ型ロータを用いて、予熱時間：１分、ロータの回転時間：３分、及び試験温度１２１℃の試験条件下で、それぞれのムーニー粘度を求めると共に、以下のゴム特性評価試験、及び９０度はく離接着試験をそれぞれ行ない、それらの結果を、下記表１〜３に併せ示した。
【００３２】
−ゴム特性評価試験−
各種ゴム組成物から、１５０℃×３０分の加硫条件を採用して、ＪＩＳ−Ｋ−６３９４−１９７６「加硫ゴムの動的性質試験方法」に規定された加硫ゴム試験片（Ｓ1 形）を作製した。なお、そのような加硫ゴム試験片の作製に際しては、各ゴム組成物の加工性について、○、×の２段階において、客観的に評価した。次に、その得られた各試験片を用いて、ＪＩＳ−Ｋ−６３９４−１９７６に規定される非共振方法に従って、試験温度：−１０℃、２０℃及び４０℃、試験振動数：０．５Ｈｚ、平均歪み（剪断）：０％、歪み振幅（剪断）：１７５％の条件下において、それぞれ荷重−撓み曲線を求め、それより、各測定温度での絶対バネ定数：｜Ｋ* ｜（−１０℃）、｜Ｋ* ｜（４０℃）、及び２０℃での損失角の正弦：sin δを求めて、以下の式から、減衰定数及びＧ（温度依存性）をそれぞれ算出した。
減衰定数＝（sin δ）／２
Ｇ（温度依存性）＝｜Ｋ* ｜（−１０℃）／｜Ｋ* ｜（４０℃）
【００３３】
−９０度はく離接着試験−
各ゴム組成物を用いて、１５０℃×３０分の加硫条件を採用して、ＪＩＳ−Ｋ−６２５６−１９９３の「加硫ゴムの接着試験方法」における「５．金属片とゴムの９０度はく離試験」に定められる如き試験片を、金属片として鉄板を用いて作製した。そして、このようにして得られた各試験片を用いて、ＪＩＳ−Ｋ−６２５６−１９９３の前記「５．金属片とゴムの９０度はく離試験」に規定される試験方法に従って、鉄板とそれに接着したゴムを９０度の方向にはく離せしめて、その時に要したはく離力の最大値を最大はく離力（ＦS 〔Ｎ〕）として求め、それより、はく離強さ（ＴS 〔Ｎ／ｍｍ〕）を、以下の式に従って算出した。
ＴS ＝ＦS ／ｂ （但し、ｂ〔ｍｍ〕は鉄板の幅である）
そして、この得られたはく離強さ（ＴS ）から、各試験片における接着性について、ＴS の値が７Ｎ／ｍｍ以上：○、７Ｎ／ｍｍ未満：×の基準において、それぞれ評価した。
【００３４】
【表１】
【表２】
【表３】
かかる表１〜３の結果から明らかなように、本発明例１〜１６に係るゴム組成物にあっては、何れも、弾性特性において温度依存性の影響を余り受けることがなく、しかも減衰特性の向上に効果があることが認められ、また、ムーニー粘度が適度な値（一般に、３０〜１００程度が好ましい）となっていると共に、その加工性において良好なものとなっていることが、分かる。また、本発明例１〜１６のゴム組成物の何れにあっても、各種特定の高級脂肪酸の配合量が適度なものとなっているところから、それらにて与えられるゴムと鉄板との接着性において、優れたものとなっていることが認められる。
【００３８】
これに対して、本発明に従う特定の高級脂肪酸を何等含まない比較例１に係るゴム組成物にあっては、ムーニー粘度が高く、加工性が悪くなっていることが認められる。また、比較例２のゴム組成物にあっては、炭素数が２１以上の飽和脂肪酸たるモンタン酸の配合量が多すぎるものであるために、かかるゴム組成物よりなるゴムと鉄板との接着性が、不十分なものとなっていることが分かる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明に従う免震ゴム積層体にあっては、高減衰特性と弾性特性における小さな温度依存性とが、共に、有利に実現され得ることに加えて、それを構成するゴム層を与えるゴム組成物の加工性においても、極めて優れたものと為され得たのである。従って、そのような特徴を有する免震ゴム積層体が容易且つ有利に製造され得ることとなったのであり、またそれは免震支承用の高減衰支承体として有利に用いられ得、地震、強風、或いは橋上を通過する車両等による重量や加速度の影響によって生じる撓み及び変位が、ゴム積層体の剪断方向における緩衝作用によって有効に吸収され、更に上下方向の振動も、ゴム積層体の緩衝作用によって、有利に吸収され得るのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される免震ゴム積層体の代表的な一例を示す、一部切欠説明図である。
【符号の説明】
１０ 免震ゴム積層体
１２ ゴムブロック
１４ 金属板
１６ ゴム層
１８ 上部取付板
２０ 下部取付板[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a seismic isolation rubber laminate, and in particular, a seismic isolation rubber laminate that supports structures such as civil engineering and construction, and more particularly, a seismic isolation rubber for a bridge that is suitably used for supporting a bridge pier. The present invention relates to a laminate (support).
[0002]
[Background]
Conventionally, a rubber bearing body, which is a seismic isolation rubber laminate used for supporting structures in the fields of civil engineering and construction, is disposed between an upper structure and a lower structure. However, since the weight of these structures is usually extremely large, it has a laminated structure in which rigid plates such as metal plates and rubber layers are alternately laminated, thereby The function as a rubber bearing body such as a vibration isolating support for a building, a base isolation support, a load support for a bridge, and a base isolation support can be effectively performed.
[0003]
Specifically, for example, as shown in FIG. 1, the seismic
[0004]
By the way, it is desirable that the seismic isolation rubber laminate having the structure as described above should originally have a high damping characteristic, and a wide temperature range from a low temperature to a high temperature from the installation location. In particular, bridge supports used for supporting piers of bridges should be placed in harsh natural environments ranging from temperatures below freezing to temperatures exceeding 30 ° C. Therefore, it is desirable that the temperature dependence of the elastic modulus is small.
[0005]
However, in the conventional seismic isolation rubber laminate, as a rubber composition for providing the rubber layer (rubber block), an appropriate vulcanizing agent is simply blended with a rubber material such as natural rubber (NR). In addition to the fact that ordinary rubber compositions are used, in addition to the fact that the damping characteristics are not sufficient yet, adding a conventionally known component that is supposed to improve such damping characteristics, the elastic modulus of Due to the relatively large temperature dependence, there was an inherent problem that the properties of the seismic isolation rubber laminate, particularly the elastic properties, depend on the ambient temperature.
[0006]
For this reason, in the applicant of the present application, in Japanese Patent Application No. 11-117957, at least one of asphalts, tars and pitches is blended at a predetermined ratio with respect to a predetermined rubber material. It was clarified that by forming a rubber layer of the seismic isolation rubber laminate using the rubber composition formed as described above, the damping characteristic can be advantageously improved while keeping the temperature dependence of the elastic characteristic small. However, as a result of further studies by the present inventors on the seismic isolation rubber laminate according to such an earlier application, the rubber of the seismic isolation rubber laminate was obtained by blending into the rubber composition such as asphalts. The processability of the rubber composition during the formation of the layer (rubber block), such as kneading processability and molding processability, is reduced, and new problems are caused such as undesirable effects on productivity. The Rukoto, is to that knowledge.
[0007]
[Solution]
Here, the present invention has been made in the background of such circumstances, and the problem to be solved is that a rigid plate having a rigidity such as a metal plate and a rubber layer are alternately laminated. A seismic isolation rubber laminate with a laminated structure that has high damping characteristics for seismic isolation bearings, has low temperature dependence of elastic characteristics, and is excellent in processability of rubber compositions that provide rubber layers The object is to provide a rubber laminate.
[0008]
[Solution]
In the present invention, in order to solve such a problem, the rubber layer is formed as a seismic isolation rubber laminate formed by alternately laminating rigid hard plates and rubber layers. However, with respect to 100 parts by weight of the rubber material, at least one of asphalts, tars and pitches is blended at a ratio of 1 to 70 parts by weight, and a saturated or unsaturated fatty acid having 21 or more carbon atoms The gist of the present invention is a seismic isolation rubber laminate characterized in that it is formed using a rubber composition obtained by further blending at least one of the above at a ratio of 1 to 15 parts by weight.
[0009]
That is, in such a base-isolated rubber laminate according to the present invention, at least one of asphalts, tars, and pitches is added to a rubber composition that provides a rubber layer positioned between hard plates such as metal plates. The combination of seeds and at least one of saturated or unsaturated fatty acids having 21 or more carbon atoms, which are blended in a predetermined ratio, has a great feature. In short, in the present invention, a specific amount of at least one of such asphalts, tars, and pitches is added, so that high damping characteristics and small temperature dependence in elastic characteristics such as elastic modulus are obtained. In addition, the high attenuation characteristics and small performance exhibited by the asphalts and the like can be reduced by blending in a specific amount of at least one saturated or unsaturated fatty acid having 21 or more carbon atoms. The kneading processability and molding processability of the rubber composition could be advantageously improved without any significant influence on the temperature dependence.
[0010]
According to one of the preferred embodiments of the seismic isolation rubber laminate according to the present invention as described above, the rubber composition is a carbon black in a ratio of 50 to 150 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber material. In this way, it is possible to effectively buffer or avoid the influence on the temperature dependence due to the inclusion of components such as asphalts, while sufficiently ensuring the processability of such a rubber composition. Thus, the desired elastic characteristics can be realized advantageously.
[0011]
In another preferred embodiment of the seismic isolation rubber laminate according to the present invention, a plasticizer having a freezing point of −30 ° C. or less is based on 100 parts by weight of the rubber material with respect to the rubber composition. In the ratio of 1 to 50 parts by weight, it is further blended. That is, by blending such a specific plasticizer into a rubber composition in a predetermined amount, the temperature dependence is maintained while maintaining the high effective attenuation characteristics exhibited by the blending of components such as asphalt as described above. Furthermore, it can be advantageously reduced.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
By the way, the seismic isolation rubber laminate according to the present invention typically has a structure as shown in FIG. 1 and is a hard plate having rigidity in the
[0013]
That is, such a rubber composition is a saturated fatty acid or unsaturated fatty acid having 21 or more carbon atoms together with at least one of asphalts, tars and pitches with respect to 100 parts by weight of a predetermined rubber material. In other words, at least one kind of saturated or unsaturated higher fatty acid having 21 or more total carbon atoms in the molecule is blended in a predetermined ratio, and There are exceptional features.
[0014]
Here, the asphalts, tars and pitches are all blended as components for improving the damping characteristics while preventing or suppressing the deterioration of the temperature dependence of the elastic characteristics. In the invention, one or more of them are used in combination. Among the components for improving damping characteristics, asphalts, for example, various natural asphalts, petroleum asphalts such as straight asphalt, blown asphalt, cutback asphalt, etc. are used. Coal tar, ketite tar, wood tar, oil gas tar, petroleum tar, refined tar and the like are used, and as the pitches, coal tar pitch, wood tar pitch, rosin pitch and the like are used. Among them, it is preferable to use asphalts and pitches having a softening point of 110 ° C. or higher, and more advantageously, the use of natural asphalt having such softening points is particularly recommended, Thereby, a higher damping characteristic and a smaller temperature dependency of the elastic characteristic can be achieved at the same time.
[0015]
The amount of this kind of damping characteristic improving component is appropriately determined according to the target damping characteristic. In order to exhibit sufficient improvement of the damping characteristic by the blending, rubber is used. It is necessary to add at least 1 part by weight, preferably 5 parts by weight or more, more preferably 20 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the material. Further, if the amount is too large, the temperature dependence of the elastic properties of the
[0016]
On the other hand, in the present invention, a saturated fatty acid having 21 or more carbon atoms or an unsaturated fatty acid, as a specific higher fatty acid, together with such a component for improving attenuation characteristics, is blended in the rubber composition. Here, the saturated fatty acid or unsaturated fatty acid having 21 or more carbon atoms is used when the saturated fatty acid or the like having 20 or less carbon atoms is blended in the rubber composition. This is because the temperature dependence of the elastic characteristics of the
[0017]
That is, by blending the specific higher fatty acid according to the present invention, the kneading property is improved in the kneading step of the rubber composition in the production of the seismic
[0018]
And in this invention, it is 5-12 weight suitably, so that at least 1 sort (s) of such specific higher fatty acid may be a ratio of 1-15 weight part with respect to 100 weight part of rubber materials. In the ratio which becomes a part, it will mix | blend. However, if the blending amount of such higher fatty acids is too small, sufficient processability cannot be realized, and if the blending amount is too large, the metal plate in the
[0019]
The specific higher fatty acid according to the present invention can be used by appropriately selecting from various saturated fatty acids or unsaturated fatty acids having 21 or more carbon atoms in one molecule, for example, saturated Examples of fatty acids include behenic acid, lignoceric acid, serotic acid, heptacosanoic acid, montanic acid, melissic acid, and laccellic acid. Representative unsaturated fatty acids include cetreic acid, erucic acid, and brassic acid. One or more of them can be used in combination.
[0020]
In addition to the above-mentioned specific higher fatty acid, it is desirable to add carbon black to the rubber composition according to the present invention in combination with the above-described damping characteristic improving component, thereby deteriorating temperature dependency. Can be prevented or avoided even more effectively. Such carbon black is generally compounded in a proportion of 50 to 150 parts by weight, preferably 70 to 100 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of the rubber material. This is because if the blending amount is too small, the desired elastic properties cannot be obtained sufficiently. Conversely, if the blending amount is excessive, the kneadability of the rubber composition and This is because molding processability and the like are greatly reduced.
[0021]
Such carbon black has a small primary particle diameter, generally a nitrogen adsorption specific surface area defined by JIS-K-6217-1997, which can indirectly represent the size of the primary particle diameter. Is 70m 2 / AF is desirable, and HAF carbon, ISAF carbon, SAF carbon, etc. are preferably used. Among them, the nitrogen adsorption specific surface area is 130 m. 2 / G or more of SAF carbon is particularly advantageously used. By blending carbon black with such a particle size, not only can it greatly contribute to the improvement of the damping characteristics, but also the maximum effect of improving the workability brought about by the specific higher fatty acid can be enjoyed. It is.
[0022]
Furthermore, in the present invention, by adding a plasticizer having a freezing point of −30 ° C. or lower to the rubber composition, while maintaining the effective function exhibited by the damping characteristic improving component, It is also possible to effectively buffer the influence on the temperature dependence and make the temperature dependence as small as possible. Examples of such plasticizers include adipate plasticizers such as dioctyl adipate (DOA), diisodecyl adipate (DIDA), dibutyl glycol adipate, dibutyl carbitol adipate; dibutyl phthalate (DBP), dioctyl phthalate (DOP) Phthalate plasticizers such as dioctyl sebacate (DOS), dibutyl sebacate (DBS), and the like; tricresyl phosphate (TCP), cresyl phenyl phosphate (CDP), tributyl phosphate (TBP) ), Tri-octyl phosphate (TOP), tributoxyethyl phosphate (TBXP) and other plastic plasticizers, di-2-ethylhexyl azelate (DOZ), di-2-ethylhexyl decandio Can be mentioned chromatography bets (dODN), etc., thereof one or so that the two or more may be used in combination.
[0023]
Further, the plasticizer having such a property is compounded in a proportion of 1 to 50 parts by weight, more preferably in a proportion of 2 to 25 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of the rubber material. . This is because if the blending amount is too small, the effect of improving the temperature dependency cannot be fully expressed, and on the other hand, if the blending amount is too large, the compatibility deteriorates, and therefore the present invention. This is because, in the seismic
[0024]
In addition, the rubber material which is one of the components of the rubber composition which gives the
[0025]
Thus, a specific damping property improving component and a specific higher fatty acid are mixed in a predetermined ratio to a predetermined rubber material, and carbon black and a plasticizer are mixed in a predetermined amount. In the same manner as before, a vulcanizing agent such as sulfur is added to the rubber composition, and if necessary, a suitable vulcanization accelerator, a vulcanization accelerating aid such as stearic acid or zinc white, oil Various known rubber compounding agents such as softeners, waxes, anti-aging agents and the like are blended within the normal range and used to form the
[0026]
Further, when producing the seismic isolation rubber laminate according to the present invention using such a rubber composition, various conventionally known methods are appropriately employed. For example, the seismic isolation rubber as shown in FIG. In order to obtain the laminate 10, after kneading a predetermined rubber composition with a closed kneader or the like, using a vulcanization mold, the upper and In the presence of the
[0027]
In the seismic isolation rubber laminate according to the present invention, as the metal plate used as the rigid hard plate, an iron plate or a steel plate excellent in compression resistance can be suitably used. Even if it is a thing, even if it is a hard plastic board | plate material etc., if it is excellent in compression resistance, it can be used similarly.
[0028]
Further, as the overall shape of the seismic isolation rubber laminate, an appropriate shape according to its installation form is adopted.For example, in a planar form, in addition to a rectangular shape or a disk shape, an elliptical shape, a pentagonal shape, a hexagonal shape, etc. The polygonal shape can be used, and even if the number of metal plates or rubber layers is laminated, it is appropriately determined according to the use of the seismic isolation rubber laminate.
[0029]
【Example】
Hereinafter, some examples of the present invention will be shown and the present invention will be more specifically clarified, but the present invention is not limited by the description of such examples. It goes without saying. In addition to the following examples, the present invention includes various changes, modifications, and modifications based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention, in addition to the above specific description. It should be understood that improvements and the like can be added.
[0030]
First, rubber compositions (Invention Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 and 2) having various compounding compositions shown in Tables 1 to 3 below were prepared. In preparing the rubber composition, natural rubber (NR), butadiene rubber (BR), or synthetic isoprene rubber (IR) is used as the rubber material, and coal tar pitch is used as the pitch and refined coal is used as the tar. As tar and further asphalt, straight asphalt 80-100 or natural asphalt having a softening point of 120 ° C. was used. In addition, behenic acid, serotic acid, or montanic acid is used as a saturated fatty acid having 21 or more carbon atoms, and cetoleic acid, erucic acid, or brassic acid is used as an unsaturated fatty acid having 21 or more carbon atoms. . Further, naphthenic process oil or aroma oil was used as the softening agent, sulfur was used as the vulcanizing agent, and zinc white (ZnO) and stearic acid were used as the vulcanization accelerating aid. Furthermore, DOA and DOP in the table indicate dioctyl adipate (freezing point: −60 ° C.) and dioctyl phthalate (freezing point: −50 ° C.) as plasticizers, respectively, while MSA and TBT are respectively added. N-oxydiethylene-2-benzothiazole sulfenamide and tetrabutylthiuram disulfide as sulfur accelerators are shown. The SAF carbon and HAF carbon used as carbon black were measured for nitrogen adsorption specific surface area in accordance with JIS-K-6217-1997. 2 / G, and 79.6 m 2 / G.
[0031]
Next, using the various rubber compositions obtained above, an L-shaped rotor was used in accordance with “6. Mooney viscosity test” in “Unvulcanized rubber physical test method” of JIS-K-6300-1994. Under the test conditions of preheating time: 1 minute, rotor rotation time: 3 minutes, and test temperature of 121 ° C., the respective Mooney viscosities are obtained, and the following rubber property evaluation test and 90 ° peel adhesion test are performed. The results are shown in Tables 1 to 3 below.
[0032]
-Rubber property evaluation test-
From various rubber compositions, vulcanized rubber test pieces (S) specified in JIS-K-6394-1976 “Method for testing dynamic properties of vulcanized rubber” using vulcanization conditions of 150 ° C. × 30 minutes. 1 Shape). In preparing such a vulcanized rubber test piece, the processability of each rubber composition was objectively evaluated in two stages, ◯ and X. Next, according to the non-resonant method prescribed | regulated to JIS-K-6394-1976, using each obtained test piece, test temperature: -10 degreeC, 20 degreeC, and 40 degreeC, test frequency: 0.5Hz , Average strain (shear): 0%, strain amplitude (shear): 175%, load-deflection curves were obtained, respectively, and absolute spring constant at each measurement temperature: | K * | (-10 ° C), | K * The sine of the loss angle at | (40 ° C.) and 20 ° C .: sin δ was determined, and the attenuation constant and G (temperature dependence) were calculated from the following equations.
Attenuation constant = (sin δ) / 2
G (temperature dependence) = | K * ｜ (−10 ℃) / | K * ｜ (40 ℃)
[0033]
-90 degree peel adhesion test-
Using each rubber composition, vulcanization conditions of 150 ° C. × 30 minutes are adopted, and “5. Metal piece and rubber 90 degrees” in “Adhesion test method of vulcanized rubber” of JIS-K-6256-1993. A test piece as defined in “Peeling Test” was produced using an iron plate as a metal piece. And using each test piece obtained in this way, according to the test method prescribed | regulated to the said "5. 90 degree peeling test of a metal piece and rubber | gum" of JIS-K-6256-1993, it adheres to an iron plate and it. The peeled rubber is peeled off in the direction of 90 degrees, and the maximum peel force required at that time is determined as the maximum peel force (F S [N]), then peel strength (T S [N / mm]) was calculated according to the following formula.
T S = F S / B (where b [mm] is the width of the iron plate)
Then, the obtained peel strength (T S ) For adhesiveness in each test piece S Was evaluated based on the criteria of 7 N / mm or more: ◯, less than 7 N / mm: x.
[0034]
[Table 1]
[Table 2]
[Table 3]
As is apparent from the results of Tables 1 to 3, none of the rubber compositions according to Inventive Examples 1 to 16 are affected by the temperature dependence of the elastic characteristics so much, and the damping characteristics. It is recognized that there is an effect in improving the viscosity, and the Mooney viscosity is an appropriate value (generally about 30 to 100 is preferable), and the workability is good. . Moreover, in any of the rubber compositions of Invention Examples 1 to 16, since the compounding amount of various specific higher fatty acids is appropriate, the adhesion between the rubber and the iron plate provided by them It is recognized that it is excellent.
[0038]
On the other hand, in the rubber composition according to Comparative Example 1 that does not contain any specific higher fatty acid according to the present invention, it is recognized that the Mooney viscosity is high and the processability is poor. Moreover, in the rubber composition of Comparative Example 2, since the blending amount of montanic acid, which is a saturated fatty acid having 21 or more carbon atoms, is too large, the adhesion between the rubber made of such a rubber composition and the iron plate is increased. However, it turns out that it is inadequate.
[0039]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in the seismic isolation rubber laminate according to the present invention, both high damping characteristics and small temperature dependence in elastic characteristics can be advantageously realized, The processability of the rubber composition that gives the rubber layer to be formed could also be made extremely excellent. Therefore, the seismic isolation rubber laminate having such characteristics can be easily and advantageously manufactured, and it can be advantageously used as a high damping bearing for seismic isolation bearings. Alternatively, the deflection and displacement caused by the weight and acceleration of the vehicle passing over the bridge are effectively absorbed by the buffering action in the shear direction of the rubber laminate, and the vertical vibration is also caused by the buffering action of the rubber laminate. It can be absorbed advantageously.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway explanatory view showing a typical example of a seismic isolation rubber laminate to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
10 Seismic isolation rubber laminate
12 Rubber block
14 Metal plate
16 Rubber layer
18 Upper mounting plate
20 Lower mounting plate
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