JP5250467B2 - 免震装置用の免震プラグの製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Description

この発明は、免震装置の減衰性能及び変位追従性を向上させ得る免震プラグを製造する方法、並びにかかる製造方法を実施するための製造装置に関する。

従来、ゴム等の粘弾性的性質を有する軟質板と鋼板等の硬質板とを交互に積層した免震構造体が、免震装置の支承等として使用されている。このような免震構造体の中には、例えば、軟質板と硬質板とからなる積層体の中心に中空部を形成し、該中空部の内部に免震プラグが圧入されたものがある。

上記免震プラグとしては、全体が鉛からなるものが使用されることが多く、地震の発生に伴って積層体が剪断変形する際に、かかる免震プラグが塑性変形することで振動のエネルギーを吸収する。しかしながら、鉛は、環境負荷が大きく、また、廃却時等に要するコストが大きい。そのため、鉛の代替材料を用いても、充分な減衰性能、変位追従性等を有する免震プラグの開発が試みられている。

例えば、特許文献１には、鉛免震プラグに代えて、積層体の中空部に塑性流動材及び硬質充填材からなり、硬質充填材の隙間を塑性流動材で充填するようにした粉体材料を封入した免震装置が提案されている。かかる免震プラグは、鉛免震プラグと同様、長期の使用に際しても、その減衰性能及び変位追従性が安定して確保される。なお、塑性流動材としては、天然ゴムやアクリルゴムなどがあり、硬質充填材としては、ステンレス鋼粉、鉄粉などの金属粉体などがある。かかる免震プラグは、金型内に充填された粉体材料を加圧方向に直交する平面状の加圧面を有するスタンパにより所定の面圧にて加圧成形することで製造される。

特開２００６−３１６９９０号公報

特許文献１に記載の免震プラグを具える免震装置は、鉛からなる免震プラグを使用することなく、減衰特性及び変位追従性が長期にわたり安定して確保されているものの、近年の建設物の大型化、高層化を背景に、免震装置の更なる性能向上が求められており、そのことから、免震装置の減衰特性及び変位追従性の更なる向上が希求されている。また、特許文献１には、この免震プラグの製造方法についても言及されているが、一般的な粉体材料の加圧成形法の域を出るものではない。

そこで、この発明の目的は、これまで充分に着目、検討されてこなかった免震プラグの製造方法について改良を図ることにより、材料に鉛を使用することなく、免震装置の減衰性能及び変位追従性を更に向上させ得る免震プラグを有利に製造する方法を提供することにある。また、この発明の更なる目的は、かかる製造方法を実施し得る免震プラグの製造装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、第一発明は、金型内に充填された粉体材料を挟み込んで、２面の受圧面を加圧成形し、免震装置用の免震プラグを成形するに当たり、粉体材料の２つの受圧面のうち、一方の面を周辺部に比し中央部が陥没した形状に、他方の面を周辺部に比し中央部が突出した形状に夫々加圧成形し、次いで、該一方の面を周辺部に比し中央部が突出した形状に、該他方の面を周辺部に比し中央部が陥没した形状に夫々加圧成形することを特徴とする免震プラグの製造方法である。

また、第一発明において、加圧成形された粉体材料の受圧面を更に平面状に加圧成形することが好ましい。

更に、第一発明において、粉体材料は、塑性流動材及び硬質充填材からなることが好ましい。

第二発明は、上述した第一発明の免震プラグの製造方法を用いて製造される免震プラグである。

第三発明は、粉体材料が充填される金型、及び該金型内の粉体材料を加圧成形させる対向する一対のスタンパを具える免震装置用の免震プラグの製造装置において、かかる対向する一対のスタンパは、スタンパの中心部が外周部よりも突出した形状の加圧面を有する突出スタンパ及びスタンパの中心部が外周部よりも陥没した形状の加圧面を有する陥没スタンパからなることを特徴とする免震プラグの製造装置である。

また、第三発明において、加圧方向に直交する平面状の加圧面を有する一対の平面スタンパを更に具えることが好ましい。

この発明によれば、鉛の代替材料である粉体材料を用いて、これを加圧成形する際に、粉体材料の流動が強制されるために、空気含有率の小さい成形品を得ることができる。従って、免震装置の減衰性能及び変位追従性の向上に大きく寄与する免震プラグを提供することが可能となる。また、空気含有率の小さな免震プラグを製造するために適した製造装置を提供することが可能となる。

（ａ）〜（ｉ）は、この発明に従う免震プラグの製造工程を示した図である。 （ａ）は、この発明に従って製造された免震プラグを圧入した免震装置の上面図であり、（ｂ）は、かかる免震装置の断面図である。 （ａ）は、充分に圧縮されていない粉体材料の硬質充填材の相互配置を示した図であり、（ｂ）は、充分に圧縮された粉体材料の硬質充填材の相互配置を示した図である。 （ａ）及び（ｂ）は、この発明に従うその他の免震プラグの製造工程にて使用される一対のスタンパを示した図である。 （ａ）及び（ｂ）は、この発明に従うその他の免震プラグの製造工程にて使用される一対のスタンパを示した図である。 （ａ）〜（ｈ）は、この発明に従うその他の免震プラグの製造工程を示した図である。

次に、図面を参照しつつ、この発明の実施形態を説明する。図１（ａ）〜（ｉ）は、この発明に従う免震プラグの製造工程を示した図である。図２（ａ）は、この発明に従って製造された免震プラグを圧入した免震装置の上面図であり、図２（ｂ）は、かかる免震装置の断面図である。図３（ａ）は、充分に圧縮されていない粉体材料の硬質充填材の相互配置を示した図であり、図３（ｂ）は、充分に圧縮された粉体材料の硬質充填材の相互配置を示した図である。図４（ａ）及び（ｂ）は、この発明に従うその他の免震プラグの製造工程にて使用される一対のスタンパを示した図である。図５（ａ）及び（ｂ）は、この発明に従うその他の免震プラグの製造工程にて使用される一対のスタンパを示した図である。図６（ａ）〜（ｈ）は、この発明に従うその他の免震プラグの製造工程を示した図である。

この発明に従う免震プラグの製造装置１は、図１に示すように、塑性流動材Ａ及び硬質充填材Ｂからなる粉体材料２が充填される円筒形状の金型３、並びにかかる金型３内の粉体材料２を加圧する対向する一対のスタンパ５を２対具える。図１（ａ）〜（ｆ）に示す対向する一対のスタンパ５は、その中心部が外周部よりも加圧方向へ突出した錐体形状の加圧面４を有する突出スタンパ６と、その中心部が外周部よりも加圧方向に対し陥没した錐体形状の加圧面４を有する陥没スタンパ７である。また、図１（ｇ）及び（ｈ）に示す別の対向する一対のスタンパ５は、加圧方向に直交する平面状の加圧面４を有する平面スタンパ８である。かかる製造装置を用いて、図１（ａ）〜（ｉ）の製造工程に示すように、金型３内に充填された粉体材料２を、上記した２対のスタンパ５により順次加圧することで免震装置用の免震プラグ９を成形する。以下にその詳細を説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、金型３内に免震プラグ９の材料となる塑性流動材Ａ及び硬質充填材Ｂからなる粉体材料２を充填する。次いで、図１（ｂ）に示すように、突出スタンパ６を白抜きの矢印の方向に移動させて、錐体形状の加圧面４により粉体材料２を加圧成形し、粉体材料２の一方の受圧面１０の形状を、金型側の周辺部１１に比し中央部１２にて陥没した錐体形状に変形させる。このとき、粉体材料２の他方の受圧面１０の形状は、金型側の周辺部１１に比し中央部１２にて突出した錐体形状となっており、陥没スタンパ７により下方から粉体材料２が加圧成形されることとなる。そうすることにより、粉体材料２の両受圧面１０の形状が、中央部１１が周辺部１２よりも加圧方向に対し陥没した錐体形状のものと、中央部１１が周辺部１２よりも加圧方向に対し突出した錐体形状のものと夫々なる。次いで、図１（ｃ）に示すように、突出スタンパ６及び陥没スタンパ７を加圧方向とは反対の方向に引き上げてから、図１（ｄ）に示すように、突出スタンパ６と陥没スタンパ７との位置を置き換える。それから、図１（ｅ）に示すように、突出スタンパ６及び陥没スタンパ７を白抜きの矢印の方向に移動させて、突出スタンパ６及び陥没スタンパ７の加圧面４により粉体材料２の両受圧面１０を夫々加圧成形する。このとき、粉体材料２は、上記の突出した錐体形状の受圧面１０が陥没した錐体形状の受圧面１０へと変形し、一方、上記の陥没した錐体形状の受圧面１０が突出した錐体形状の受圧面１０へと変形することから、粉体材料２の流動が全体に強く促される。そして、図１（ｆ）に示すように、突出スタンパ６及び陥没スタンパ７を加圧方向とは反対の方向に引き上げてから、図１（ｇ）に示すように、それら突出スタンパ６及び陥没スタンパ７を、加圧方向に直交する平面状の加圧面４を有する平面スタンパ８に置き換える。次いで、図１（ｈ）に示すように、対向する一対の平面スタンパ８を白抜きの矢印の方向に移動させて、それらの加圧面４により粉体材料２の受圧面１０を加圧成形することにより、粉体材料２の流動を促しつつも、その受圧面１０の形状を平面状とし、その形状が整えられる。この加圧工程では、前記受圧面１０における周辺部１１及び中央部１２の変形量がともに大きくなることから、粉体材料２の流動が全体に強く促されることとなり、その結果、空気含有率を小さくした免震プラグ９が得られる。そして、このように加圧成形された免震プラグ９は、図１（ｆ）に示すように、金型３から抜き出され、免震装置１３への圧入に供される。かかる免震装置１３としては、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すような、ゴム板１４と鋼板１５とを交互に積層した積層体を具え、装置中央に免震プラグ９を配置した構造を有する免震装置１３がある。

一般に、免震プラグの減衰性能及び変位追従性を向上させるには、プラグ内の空気含有率を小さくすることが有効である。しかし、粉体材料が、ゴムなどの粘性を有する塑性流動材を含む場合、粉体材料の流動性が低下し、粉体材料内の空気が抜けにくい。従来の免震プラグの製造方法では、加圧方向に直交する平面状の加圧面を有するスタンパにより粉体材料を所定の面圧にて加圧して免震プラグを成形していたことから、受圧面から離間するほどに、粉体材料に負荷される圧縮力が小さくなる。そのことに伴い、受圧面から離間するほどに、粉体材料の空気含有率が大きくなっていた。すなわち、粉体材料の相互配置は、粉体材料が充分に流動しない領域においては、図３（ａ）に示すように、粉体材料相互間の隙間が大きく、空気の残留し易い配列となっており、その空気含有率が大きく、一方、粉体材料が充分に流動する領域においては、図３（ｂ）に示すように、粉体材料相互間の隙間が小さく、空気が残留し難い配列となっており、その空気含有率が小さい。かかる空気含有率の差により、免震プラグ内における硬度がばらつくこととなり、免震プラグ内における硬度の均一性が低下する。このように、免震プラグ内における硬度の均一性が低下すると、積層ゴム変形時の変形量が領域によって異なってしまい、変位追従性が低下することから、そのことに起因して、局所的な領域における製品の破壊が発生し、充分な減衰性能が得られないばかりか、積層ゴムそのものが損傷してしまう可能性がある。
このことから、発明者は、粉体材料の流動を全体に強く促し、粉体材料間の隙間を小さくして、粉体材料を全体に図３（ｂ）に示すような空気が残留し難い最密配置とすることにより、免震プラグの空気含有率を小さくし、硬度の均一性を向上させ、減衰性能及び変位追従性を向上し得ることを見出した。

粉体材料の流動を全体に強く促し、免震プラグの空気含有率を小さくすることを達成する手段として、上述の製造方法を採用した。上述したような工程により粉体材料２を加圧成形すると、粉体材料２が図１（ｂ）、（ｅ）及び（ｈ）の黒い矢印にて示すような方向に積極的に流動することとなり、粉体材料２の流動が全体に強く促され、粉体材料２間の隙間が小さくなるため、粉体材料２全体が図３（ｂ）に示すような配置となる。その結果、免震プラグ９の空気含有率が全体に均一に小さくなり、かかる免震プラグ９を圧入した免震装置１３は、減衰性能及び変位追従性がともに向上する。なお、突出スタンパ６と陥没スタンパ７とを組み合わせた対向する一対のスタンパ５の加圧面４の形状は、図１に示す形状に限定されるものではなく、例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、突出スタンパ６の加圧面４を半球状に突出した形状とし、陥没スタンパ７の加圧面４を半球状に陥没した形状としたり、あるいは、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、突出スタンパ６の加圧面４をその先端に向かって段階的に縮径するような階段形状としたりすることが可能である。

この発明に従うその他の免震プラグの製造方法としては、図６（ａ）〜（ｈ）に示すような製造方法が挙げられる。図６（ａ）〜（ｆ）までの工程は、図１（ａ）〜（ｆ）までの行程と同一である。図６（ｆ）の行程により得られた免震プラグ９は、免震装置１３への圧入にそのまま供することも可能であるが、更に、図６（ｇ）〜（ｈ）に示す工程によって成形することが好ましい。すなわち、図６（ｇ）に示すように、粉体材料２を、金型３から抜き出し、図中の点線に沿って、受圧面１０の突出した部分を切断することで、粉体材料２の形状を整え（加圧方向に直交する平面状とし）、図６（ｈ）に示すような免震プラグ６の成形が完了する。

上記してきた粉体材料２を構成する塑性流動材Ａに含まれる物質としては、（天然ゴム、ポリブタジエンゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、ポリウレタン、ウレタン系エラストマーなどの）エストラマー成分、（ロジン樹脂、フェノール樹脂などの）樹脂、カーボンブラック、（フタル酸、マレイン酸、クエン酸などの）可塑剤、（ヒマシ油、アマニ油、ナタネ油などの）軟化材などが挙げられる。また、硬質充填材Ｂに含まれる物質としては、銅粉、ステンレス鋼粉、ジルコニウム粉、タングステン粉、青銅粉、アルミニウム粉、ニッケル粉、モリブデン粉、チタン粉、鉄粉などの金属粉体や金属化合物が挙げられる。なお、塑性流動材Ａと硬質充填材Ｂの夫々について選定される材料の組成、含有率、組み合わせ等は、免震プラグ９に所望される性能に応じて適宜変更することができる。

また、異なる形状の加圧面４を有する複数のスタンパ５を並列配置し、この列に沿って金型３を移動させ、上記した複数対の対向するスタンパ５を用いて順次粉体材料２を加圧成形することにより、免震プラグ９を製造するような装置構成とすることが可能である。あるいは、逆に、金型３の位置を固定し、前記並列させたスタンパ５を順次移動させて、それらスタンパ５を用いて粉体材料２を連続的に加圧成形することにより、免震プラグ９を製造するような装置構成とすることも可能である。後者の装置構成は省スペース化の観点から好ましい。

なお、上述したところは、この発明の実施形態の一部を示したにすぎず、この発明の趣旨を逸脱しない限り、これらの構成を相互に組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることができる。例えば、図示例では、粉体材料２の受圧面１０を異なる形状に２回又は３回圧縮変形させて免震プラグ９を製造しているが、所望の空気含有率に応じて、かかる圧縮工程を更に繰り返し実施することも可能である。また、図示は省略するが、対向する一対のスタンパ５により粉体材料２を加圧成形する場合に、両方のスタンパ５に移動させて加圧成形するだけでなく、一方のスタンパ５のみを移動させて粉体材料２を加圧成形することも可能である。

以上の説明から明らかなように、この発明によって、材料に鉛を使用することなく、免震装置の減衰性能及び変位追従性を向上させ得る免震プラグの製造方法、並びにかかる製造方法を実施し得る免震プラグの製造装置を提供することが可能となった。

１ 免震プラグの製造装置
２ 粉体材料
３ 金型
４ 加圧面
５ スタンパ
６ 突出スタンパ
７ 陥没スタンパ
８ 平面スタンパ
９ 免震プラグ
１０ 受圧面
１１ 受圧面の周辺部
１２ 受圧面の中央部
１３ 免震装置
１４ ゴム板
１５ 鋼板
Ａ 塑性流動材
Ｂ 硬質充填材

Claims (6)

1. 金型内に充填された粉体材料を挟み込んで、２面の受圧面を加圧成形し、免震装置用の免震プラグを成形するに当たり、
   粉体材料の２面の受圧面のうち、一方の面を周辺部に比し中央部が陥没した形状に、他方の面を周辺部に比し中央部が突出した形状に夫々加圧成形し、
   次いで、該一方の面を周辺部に比し中央部が突出した形状に、該他方の面を周辺部に比し中央部が陥没した形状に夫々加圧成形することを特徴とする免震プラグの製造方法。
2. 前記加圧成形された粉体材料の受圧面を更に平面状に加圧成形する、請求項１に記載の免震プラグの製造方法。
3. 前記粉体材料は、塑性流動材及び硬質充填材からなる、請求項１又は２に記載の免震プラグの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の免震プラグの製造方法を用いて製造される免震プラグ。
5. 粉体材料が充填される金型、及び該金型内の粉体材料を加圧成形させる対向する一対のスタンパを具える免震装置用の免震プラグの製造装置において、
   前記対向する一対のスタンパは、スタンパの中心部が外周部よりも突出した形状の加圧面を有する突出スタンパ及びスタンパの中心部が外周部よりも陥没した形状の加圧面を有する陥没スタンパからなることを特徴とする免震プラグの製造装置。
6. 加圧方向に直交する平面状の加圧面を有する一対の平面スタンパを更に具える、請求項５に記載の免震プラグの製造装置。

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