JP4360133B2

JP4360133B2 - 免震装置用ダンパー材料

Info

Publication number: JP4360133B2
Application number: JP2003173697A
Authority: JP
Inventors: 成彦真下; 萩原　　勲; 治岡田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2023-06-18
Also published as: JP2005009558A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物と基礎との間に設置して地震の衝撃と振動を吸収する免震装置に用いられるダンパー材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物と基礎との間に設置して地震の衝撃や振動を吸収することにより建物を保護する免震装置は、一般に、積層ゴム（鋼板等の硬質板とゴム等の粘弾性的性質を有する軟質板とを積層した免震ゴム：アイソレータ）とダンパーとで主に構成される。免震装置の免震ゴムは、ゴムの剪断剛性の柔らかさと大きな変形能力を利用して、水平方向に対して基礎と建物との滑りを作り、地震力を低減する作用を奏し、ダンパーは、振動時のエネルギーを吸収し、免震構造に減衰性能を付与して、地震時に生じる建物と地盤との過大な相対変位を抑制する作用を奏する。
【０００３】
このような免震装置のダンパーを構成する材料としては、従来、主に鉛が使用されている。また、アスファルト系熱可塑材料（特許第２９８７８８８号公報）も提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２９８７８８８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在、免震装置用ダンパー材料として主として用いられている鉛は、環境問題の観点から製造及び設計上大きな制約を受ける。また、将来的に免震装置を廃棄する際の処分の問題も予測されることから、鉛に代わる免震装置用ダンパー材料が求められている。
【０００６】
一方、アスファルト系熱可塑材料は、その性能の温度依存性が著しく大きく、温度調整がなされている屋内での使用には有効であるが、建築物の下部などの外気に曝された環境では安定した性能を発揮し得ない。
【０００７】
本発明は上記従来の免震装置用ダンパー材料の問題点を解決し、鉛代替のダンパー材料として、取り扱い性に優れたダンパー材料であって、制振効果に優れると共に制振性能が外部環境に左右されず、制振性能の安定性に優れる免震装置用ダンパー材料を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の免震装置用ダンパー材料は、硬質プラスチックスＡよりなる海相と、この海相内に分散する、該硬質プラスチックスＡよりも低硬度のプラスチックスＢよりなる島相とを有する海島構造を持つ免震装置用ダンパー材料であって、免震装置用ダンパー材料を構成するプラスチックスＡとプラスチックスＢとの組み合せが、次のようなものであることを特徴とする。
(1) プラスチックスＡがポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で、プラスチックスＢがポリエチレン。相容化剤としてスチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体を含んでいても良い。
(2) プラスチックスＡがポリアミドで、プラスチックスＢがポリエチレン。相容化剤として無水マレイン酸変性のスチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体を含んでいても良い。
(3) プラスチックスＡがポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）で、プラスチックスＢがポリブテン。
(4) プラスチックスＡがポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）で、プラスチックスＢがポリエチレン。
【０００９】
このような本発明の免震装置用ダンパー材料は、プラスチックス特有の脆性的な破壊挙動をせず、延性的な応力歪挙動を取り、繰り返し変形に耐え、力学的な高減衰性を発現する。しかも、減衰性能の耐環境安定性も良好であり、また、生産性が高く、製造作業性も優れる。
【００１０】
本発明の免震装置用ダンパー材料は、更に、プラスチックスＡとプラスチックスＢとの相容化剤を含んでいても良い。
【００１１】
この免震装置用ダンパー材料において、プラスチックスＡの含有量は１０〜９０体積％で、プラスチックスＢの含有量は９０〜１０体積％であることが好ましく、島相の最大径の平均値は０．１〜１００μｍであることが好ましい。
【００１２】
また、プラスチックスＡの引張弾性率硬度が１２０ｋｇｆ・ｍｍ^−２以上であり、プラスチックスＢの引張弾性率硬度が１０〜１２０ｋｇｆ・ｍｍ^−２であることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の免震装置用ダンパー材料の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
本発明の免震装置用ダンパー材料は、硬質プラスチックス（以下「高硬度プラスチックス」と称す場合がある。）Ａよりなる海相と、この海相内に分散する硬質プラスチックスＡよりも低硬度のプラスチックス（以下「低硬度プラスチックス」と称す場合がある。）Ｂよりなる島相とを有する海島構造を持つものである。
【００１７】
高硬度プラスチックスＡとしては、ＪＩＳＫ７１１３の引張弾性率硬度が１２０ｋｇｆ・ｍｍ^−２以上、好ましくは２８０〜４２０ｋｇｆ・ｍｍ^−２程度のものが好ましい。プラスチックスＡの引張弾性率硬度が１２０ｋｇｆ・ｍｍ^−２未満では、低硬度プラスチックスＢとの複合化で海島構造をとることによる良好な減衰性能を得ることができない場合がある。
【００１８】
このような高硬度プラスチックスＡとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ナイロン）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等が挙げられるが、何らこれらに限定されるものではない。
【００１９】
一方、低硬度プラスチックスＢとしては、ＪＩＳＫ７１１３の引張弾性率硬度が１０〜１２０ｋｇｆ・ｍｍ^−２（１２０ｋｇｆ・ｍｍ^−２未満）、好ましくは１７〜１１１ｋｇｆ・ｍｍ^−２程度のものが好ましい。プラスチックスＢの引張弾性率硬度が１２０ｋｇｆ・ｍｍ^−２を超えると、高硬度プラスチックスＡとの複合化で海島構造をとることによる良好な減衰性能を得ることができない場合があり、１０ｋｇｆ・ｍｍ^−２未満のプラスチックスは材料調製上実現が困難である。
【００２０】
このような低硬度プラスチックスＢとしては、ポリエチレン、ポリブテン、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられるが、何らこれらに限定されるものではない。
【００２１】
高硬度プラスチックスＡ、低硬度プラスチックスＢは、上述のものをそれぞれ１種ずつ用いても良く、いずれか一方又は双方を２種以上混合して用いても良い。
【００２２】
本発明の免震装置用ダンパー材料においては、高硬度プラスチックスＡと低硬度プラスチックスＢとの相溶性を高めるための相容化剤を含有していても良く、この場合、相容化剤は、高硬度プラスチックスＡと低硬度プラスチックスＢとの組み合せにより、双方のプラスチックスになじみの良いものが適宜選択使用されるが、例えば、スチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体、或いはその無水マレイン酸変性物等を用いることができる。
【００２３】
本発明の免震装置用ダンパー材料は、海相を構成する高硬度プラスチックスＡの含有量が９０〜１０体積％で、島相を構成する低硬度プラスチックスＢの含有量が１０〜９０体積％であることが好ましい。高硬度プラスチックスＡの割合が１０体積％未満で低硬度プラスチックスＢが９０体積％を超えると材料の減衰力が不十分であり、高硬度プラスチックスＡの割合が９０体積％を超え低硬度プラスチックスＢが１０体積％未満であると大変形に耐えられず、脆性的に破壊してしまう。
【００２４】
また、相容化剤を用いる場合、相容化剤の含有量は、ダンパー材料の全量に対して１．０〜２０．０重量％であることが好ましい。この割合が１．０重量％未満では、相容化剤を添加したことによる十分な相溶化効果を得ることができず、２０．０重量％を超えると系が低硬度化して十分な減衰性が得られない。
【００２５】
本発明の免震装置用ダンパー材料は、次のような高硬度プラスチックスＡと低硬度プラスチックスＢの組み合せの海島構造とする。
【００２６】
(1) プラスチックスＡがポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で、プラスチックスＢがポリエチレン。相容化剤としてスチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体を含んでいても良い。
(2) プラスチックスＡがポリアミド、即ち、６−ナイロン、６，６−ナイロン等のナイロンで、プラスチックスＢがポリエチレン。相容化剤として無水マレイン酸変性のスチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体や無水マレイン酸変性のポリエチレンを含んでいても良い。
(3) プラスチックスＡがポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）で、プラスチックスＢがポリブテン。
(4) プラスチックスＡがポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）で、プラスチックスＢがポリエチレン。
【００２７】
高硬度プラスチックスＡの海相中に形成される低硬度プラスチックスＢの島相の大きさは、大き過ぎても小さ過ぎても、これらの海島構造とすることによる良好な減衰効果を得ることができないことから、低硬度プラスチックスＢによる島相の平均大径、即ち、島相を平行に配置した２枚の平板で挟んだ場合、その距離が最も離隔する場合の長さの平均値が０．１〜１００μｍ程度であることが好ましい。また、低硬度プラスチックスＢによる島相の１個当たりの体積の平均値は（０．１）^３〜（１００）^３μｍ^３であることが好ましい。なお、この低硬度プラスチックスＢによる島相の形状は、ダンパー材料の製造条件等によっても異なるが、通常は球状、ラグビーボール形状、アメーバ状、層状等である。
【００２８】
このような本発明の免震装置用ダンパー材料は、高硬度プラスチックスＡと低硬度プラスチックスＢ、更に必要に応じて添加される相容化剤、その他、充填材、滑剤、老化防止剤等の所定量を汎用の二軸混練り機やゴム用のニーダーなども使用して混合して調製することができ、得られたダンパー材料を射出成形、押出成形など種々の成形手法で成形し、必要に応じて硬質材と貼り合わせたり、ゴムを加硫接着するなどして、免震装置用ダンパーとすることができる。
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の免震装置用ダンパー材料を用いたダンパーについて説明する。
【００３０】
本発明のダンパー材料は、例えば、硬質材の間に挟み込んで用いることができる。例えば、拘束タイプ制振材や制振鋼板としての使用方法であるが、より効果的かつ有効な使用方法は、本発明のダンパー材料を硬質材の間に挟み、その剪断変形時のエネルギー吸収能力を利用する方法である。
【００３１】
図１はこのような使用例の基本的なユニットを示す断面図、図２は同斜視図であり、図３は図１に示すユニットを複数個重ね合わせたダンパーを示す断面図である。図中、１はダンパー材料、２は板状の硬質材である。図３に示すダンパー１０は、図１に示すダンパー材料１を板状の硬質材２の間に挟み込んだ制振ユニット３を、複数個重ね合せ、支持部材４，５で固定したものである（なお、図１〜３において、矢印は振動の方向を示す。）。
【００３２】
図１〜３に示す例は、板状の硬質材２を用いたものであるが、硬質材は板状に限らず、円管体等の他の形状、或いは、それらと板状体との組み合せであっても良い。
【００３３】
また、本発明のダンパー材料１は、図４に示す如く、板状の硬質材２と交互に積層した積層構造体５とし、上下にフランジ７，８を取り付けたダンパー１０Ａとして用いることもできる。このダンパー１０Ａは、一般ゴムと硬質板とを交互に積層してなる免震ゴムと併用し、免震装置として建物と基礎との間に配置することができる。
【００３４】
更に、図５に示す如く、硬質材２と一般ゴム９との積層構造体６Ａの中心部をくり抜き、この部分に本発明のダンパー材料１を充填し、上下にフランジ７，８を取り付けた免震装置２０としても有効に使用することができる。この免震装置２０を一般ゴムと硬質材とを交互に積層してなる免震ゴムと併用して建物と基礎との間に配置することもできる。
【００３５】
なお、硬質材２としては、特に制限されないが、例えば、金属、セラミックス、ガラス、ＦＲＰ、プラスチックス、ポリウレタン、高硬度ゴム、木材、岩石、紙、革等を用いることができる。
【００３６】
図１〜５は、本発明のダンパー材料の適用例にすぎず、本発明のダンパー材料は、その剪断変形時のエネルギー吸収能力を原理的に利用するものであれば、どのような形態の免震装置にも有効に適用することができる。
【００３７】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３８】
なお、以下の実施例及び比較例で用いた材料は次の通りである。
［高硬度プラスチックスＡ］
ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート
（引張弾性率硬度２８１〜４２２ｋｇｆ・ｍｍ^−２）
ナイロン：ポリアミド（ナイロン６）
（引張弾性率硬度２６７ｋｇｆ・ｍｍ^−２）
ＰＢＴ：ポリブチレンテレフタレート
（引張弾性率硬度１９７ｋｇｆ・ｍｍ^−２）
ＰＥＮ：ポリエチレンナフタレート
（引張弾性率硬度２８１〜４２２ｋｇｆ・ｍｍ^−２）
【００３９】
［低硬度プラスチックスＢ］
ポリエチレン（引張弾性率硬度１７．６〜２８．８ｋｇｆ・ｍｍ^−２）
ポリブテン（引張弾性率硬度２１〜２８ｋｇｆ・ｍｍ^−２）
【００４０】
［相容化剤］
相容化剤Ｉ：スチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体
相容化剤II：無水マレイン酸変性のスチレン−エチレン−プロピレン
ブロック共重合体
【００４１】
実施例１〜４
高硬度プラスチックスＡ、低硬度プラスチックスＢ及び相容化剤として表１に示すものを表１に示す割合で用い（ただし、実施例３，４では相容化剤使用せず。）、これらを２軸混練機により混練した後、射出成形により直径１０ｍｍ×長さ５０ｍｍの丸棒形状の試験片をそれぞれ作製し、この試験片について下記剪断変形試験を行い、結果を表１に示した。
【００４２】
なお、表１には、低硬度プラスチックスＢによる島相の形状と、最大径及び体積の平均値を示した。
【００４３】
［剪断変形試験］
図６に示す如く、試験片に対して±１０ｍｍの繰り返し変形を１０回行ったときの破損の有無を調べた。
【００４４】
比較例１〜６
高硬度プラスチックスＡと低硬度プラスチックスＢとを併用せず、表１に示す高硬度プラスチックスＡ或いは低硬度プラスチックスＢのみを用いて実施例１〜４と同様にしてそれぞれ試験片を作製し、同様に剪断変形試験を行って結果を表１に示した。
【００４５】
【表１】

【００４６】
表１より本発明のダンパー材料は剪断変形試験による破損はなく、免震装置用ダンパー材料として十分な高減衰性能を有することが明らかである。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、鉛代替のダンパー材料として、取り扱い性に優れたダンパー材料であって、制振効果に優れると共に制振性能が外部環境に左右されず、制振性能の安定性に優れる免震装置用ダンパー材料が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のダンパー材料を用いた制振ユニットの一例を示す断面図である。
【図２】図１の制振ユニットの斜視図である。
【図３】図１の制振ユニットを用いたダンパーの断面図である。
【図４】本発明のダンパー材料を用いたダンパーの一例を示す断面図である。
【図５】本発明のダンパー材料を用いた免震装置の一例を示す断面図である。
【図６】実施例及び比較例における剪断変形試験方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ダンパー材料
２硬質材
３制振ユニット
９一般ゴム
１０ダンパー
２０免震装置

Claims

硬質プラスチックスＡよりなる海相と、この海相内に分散する、該硬質プラスチックスＡよりも低硬度のプラスチックスＢよりなる島相とを有する海島構造を持つ免震装置用ダンパー材料であって、プラスチックスＡがポリエチレンテレフタレートであり、プラスチックスＢがポリエチレンであることを特徴とする免震装置用ダンパー材料。
硬質プラスチックスＡよりなる海相と、この海相内に分散する、該硬質プラスチックスＡよりも低硬度のプラスチックスＢよりなる島相とを有する海島構造を持つ免震装置用ダンパー材料であって、プラスチックスＡがポリアミドであり、プラスチックスＢがポリエチレンであることを特徴とする免震装置用ダンパー材料。
硬質プラスチックスＡよりなる海相と、この海相内に分散する、該硬質プラスチックスＡよりも低硬度のプラスチックスＢよりなる島相とを有する海島構造を持つ免震装置用ダンパー材料であって、プラスチックスＡがポリブチレンテレフタレートであり、プラスチックスＢがポリブテンであることを特徴とする免震装置用ダンパー材料。
硬質プラスチックスＡよりなる海相と、この海相内に分散する、該硬質プラスチックスＡよりも低硬度のプラスチックスＢよりなる島相とを有する海島構造を持つ免震装置用ダンパー材料であって、プラスチックスＡがポリエチレンナフタレートであり、プラスチックスＢがポリエチレンであることを特徴とする免震装置用ダンパー材料。
請求項１ないし４のいずれか１項において、更に、プラスチックスＡとプラスチックスＢとの相容化剤を含むことを特徴とする免震装置用ダンパー材料。
請求項１ないし５のいずれか１項において、プラスチックスＡの含有量が１０〜９０体積％で、プラスチックスＢの含有量が９０〜１０体積％であることを特徴とする免震装置用ダンパー材料。
請求項１ないし６のいずれか１項において、該島相の最大径の平均値が０．１〜１００μｍであることを特徴とする免震装置用ダンパー材料。
請求項１ないし７のいずれか１項において、プラスチックスＡの引張弾性率硬度が１２０ｋｇｆ・ｍｍ^−２であり、プラスチックスＢの引張弾性率硬度が１０〜１２０ｋｇｆ・ｍｍ^−２であることを特徴とする免震装置用ダンパー材料。
請求項１において、相容化剤としてスチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体を含むことを特徴とする免震装置用ダンパー材料。
請求項２において、相容化剤として無水マレイン酸変性のスチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体を含むことを特徴とする免震装置用ダンパー材料。