JP5366639B2 - 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に加圧成形を行って免震装置用の免震プラグを成形するに当たり、金型内に隙間を設けて粉体材料を充填し、隙間の存在下に、前記金型を鉛直方向を横切る向きに倒し、その後、当該鉛直方向を横切る向きからの加圧成形を開始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、前記金型を水平方向に倒し、粉体材料を水平方向に加圧成形することが好ましい。

更に、第一発明において、粉体材料を二方向から挟んで加圧成形することが好ましい。

更にまた、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、粉体材料が充填される金型、及び金型内の粉体材料を加圧成形するスタンパを具える、免震装置用の免震プラグの製造装置において、前記金型および前記スタンパは、スタンパにより金型に蓋をした状態で鉛直方向を横切る向きに倒すことが可能であり、かかるスタンパが、前記鉛直方向を横切る向きに前記粉体材料を加圧可能であることを特徴とする免震プラグの製造装置である。

また、第二発明において、前記金型および前記スタンパは、スタンパにより金型に蓋をした状態で水平方向に倒すことが可能であり、スタンパが、前記粉体材料を水平方向に加圧可能であることが好ましい。

更に、第二発明において、スタンパは、対向する一対のスタンパであることが好ましい。

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、該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）〜（ｅ）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）〜（ｅ）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種々の形状の加圧面を有するスタンパを示した図である。

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）〜（ｅ）は、この発明の実施形態に係る免震プラグの製造工程を示した図である。図２（ａ）は、本実施形態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）〜（ｅ）は、本実施形態に係るその他の免震プラグの製造工程にて使用される種々の形状の加圧面を有するスタンパを示した図である。

この発明の実施形態に係る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を加圧する加圧面４を有するスタンパ５を具える。図１（ａ）〜（ｄ）に示すスタンパ５は、加圧方向に直交する平面状の加圧面４を有する。かかる製造装置を用いて、図１（ａ）〜（ｅ）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、スタンパ５により加圧することにより免震装置用の免震プラグ６を成形する。以下にその詳細を説明する。

はじめに、図１（ａ）に示すように、金型３内に免震プラグ６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、スタンパ５を矢印の方向に移動させて、スタンパ５と粉体材料２が充填された金型３との間に隙間を設けた状態でスタンパ５により蓋をして、図１（ｃ）に示すように、金型を９０°回転させて水平に倒す。そして、図１（ｄ）に示すように、スタンパ５を金型３内に押し込むように水平方向（矢印の方向）に移動させて、粉体材料２の流動を促しつつ加圧成形する。上記工程により、粉体材料２の流動が強く促される結果、空気含有率を小さくした免震プラグ６が得られる（図１（ｅ））。このように加圧成形された免震プラグ６は、免震装置８への圧入に供される。免震装置８としては、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ゴム板９と鋼板１０とを交互に積層した積層体１１と、その積層体１１の中央に配置した免震プラグ６とを具えるものがある。
なお、上記した免震プラグの製造工程では、スタンパ５を水平方向に移動させて粉体材料２を加圧成形しているが、スタンパの移動方向は水平方向のみに限定されるものではなく、図示は省略するが、鉛直方向に対し横切るその他の移動方向とすることも可能である。しかし、粉体材料２の流動をより大きく促して加圧成形する観点から、図示例のように、スタンパ５の移動方向を水平方向とすることが好ましい。

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するので、従来の製造方法により粉体材料を加圧成形しても粉体材料内の空気が抜けにくく、その空気含有率を低減させることが難しい。従来の免震プラグの製造方法では、スタンパにより粉体材料を鉛直方向に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。また、粉体材料と金型の壁面との摩擦により、金型側にある粉体材料ほど動きが拘束され、流動が抑制される。そのことから、スタンパにより加圧しても金型側の粉体材料が充分に圧縮されずに、金型の壁面に近いほどに、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ことから、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いた。その対策として、発明者は、粉体材料の流動を促し、粉体材料間の隙間を小さくして、粉体材料を図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得ることを見出した。
粉体材料の流動を促し、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。上述したような製造工程により粉体材料２を加圧成形すると、粉体材料２の流動が大きく促され、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６の空気含有率が小さくなり、かかる免震プラグ６を圧入した免震装置は、減衰性能及び変位追従性がともに向上する。

なお、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６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、粉体材料２は、塑性流動材Ａ及び硬質充填材Ｂからなる構成に限定されるものではなく、その他の種々の粉体材料２を適用することも可能である。

また、図４の製造工程に示すように、対向する一対のスタンパ５Ａ及び５Ｂを用いて、粉体材料２を挟み込むように二方向から加圧成形することが好ましい。図４（ａ）〜（ｅ）に示すように、加圧面４Ａ、４Ｂを夫々有する一対の階段スタンパ５Ａ、５Ｂを用いて、二方向から粉体材料２を加圧成形すると、図１に示すような単一のスタンパ５により一方向から粉体材料２を加圧成形する場合に比べ、粉体材料２の流動が更に促されることから、粉体材料２の空気含有率が小さくなり、空気含有率を更に小さくした免震プラグ６（図４（ｅ））を製造することが可能となる。かかる免震プラグ６を具える免震装置８は、減衰性能及び変位追従性が更に向上する。また、図１（ａ）〜（ｅ）に示すように一方向から加圧成形するよりも、複数方向から加圧成形する方が、粉体材料を所望の空気含有率とすることに要する時間が短縮されるため、免震プラグ６の生産性を向上することとなる。

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。

次に、特許文献１に記載の製造方法を用いて製造した免震プラグ（比較例免震プラグ）、及び図１に示したところに従うこの発明の製造方法を用いて製造した免震プラグ（実施例免震プラグ）を夫々試作し、それらの性能評価を行ったので、以下に説明する。

比較例免震プラグは以下に説明する方法により製造した。はじめに、計算比重が５．５３６ｇ／ｃｍ^３であり、表１に示す組成を有する塑性流動材及び硬質充填材からなる粉体材料を、内径が４３．６ｍｍの円筒状の金型内に充填し、次いで、かかる粉体材料を、スタンパの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、５８．８ＭＰａの面圧にて粉体材料を加圧変形させることで製造した。なお、かようにして製造された免震プラグの直径は４３．６ｍｍであり、高さは６５.２ｍｍである。また、製造された免震プラグの空気含有率は、金型内に充填される粉体材料の計算比重に対する、製造された免震プラグの実比重から算出した。

また、実施例免震プラグは、以下に説明する方法により製造した。はじめに、図１（ａ）に示すように、計算比重が５．５３６ｇ／ｃｍ^３であり、表１に示す組成を有する塑性流動材及び硬質充填材からなる粉体材料を、内径が４３．６ｍｍの円筒状の金型内に充填する。それから、図１（ｂ）に示すように、スタンパを矢印の方向に移動させて、スタンパと粉体材料が充填された金型３との間に隙間を設けた状態で蓋をして、図１（ｃ）に示すように、金型を９０°回転させて、水平方向に倒す。次いで、図１（ｄ）に示すように、スタンパを金型内に押し込むように水平方向に移動させて、粉体材料の流動を促しつつ、５８．８ＭＰａの面圧にて加圧成形することで免震プラグ（図１（ｅ））を製造した。なお、かようにして製造された免震プラグの直径は４３．４ｍｍであり、高さは２９．６ｍｍである。製造された免震プラグの空気含有率は、金型内に充填される粉体材料の計算比重に対する、製造された免震プラグの実比重から算出した。

＊１ （天然ゴム）
未加硫、ＲＳＳ＃４
＊２ （ポリブタジエンゴム（低シス））
未加硫、旭化成製「ジエンＮＦ３５Ｒ」
＊３ カーボンブラック
ＩＳＡＦ、東海カーボン製「シースト６Ｐ」
＊４ 樹脂
日本ゼオン製「ゼオファイン」、新日本石油化学製「日石ネオポリマー１４０」、丸善石油化学製「マルカレッツＭ−８９０Ａ」、「ゼオファイン」：「日石ネオポリマー１４０」：「マルカレッツＭ−８９０Ａ」＝４０：４０：２０（質量比）
＊５ 可塑剤
ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）
＊６ その他の配合剤
亜鉛華、ステアリン酸、老化防止剤［住友化学製「アンステージ６Ｃ」、ワックス［新日本石油製「プロトワックス１」］、亜鉛華：ステアリン酸：老化防止剤：ワックス＝４：５：３：１（質量比）

その結果、従来例の免震プラグの実比重が４．３０２ｇ／ｃｍ^３となり、その空気含有率が２２．３％であったのに対し、実施例の免震プラグの実比重が４．３８７ｇ／ｃｍ^３となり、その空気含有率が２０．８％まで小さくなっていた。

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、４Ａ、４Ｂ 加圧面
５、５Ａ、５Ｂ スタンパ
６ 免震プラグ
７ 受圧面
８ 免震装置
９ ゴム板
１０ 鋼板
１１ 積層体
Ａ 塑性流動材
Ｂ 硬質充填材

Claims (7)

1. 金型内に充填された粉体材料に加圧成形を行って免震装置用の免震プラグを成形するに当たり、
   該金型内に隙間を設けて粉体材料を充填し、
   該隙間の存在下に、前記金型を鉛直方向を横切る向きに倒し、その後、当該鉛直方向を横切る向きからの加圧成形を開始することを特徴とする免震プラグの製造方法。
2. 前記金型を水平方向に倒し、前記粉体材料を水平方向に加圧成形する、請求項１に記載の免震プラグの製造方法。
3. 前記粉体材料を二方向から挟んで加圧成形する、請求項１又は２に記載の免震プラグの製造方法。
4. 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１〜３のいずれか一項に記載の免震プラグの製造方法。
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するスタンパを具える、免震装置用の免震プラグの製造装置において、
   前記金型および前記スタンパは、スタンパにより金型に蓋をした状態で鉛直方向を横切る向きに倒すことが可能であり、
   前記スタンパは、前記鉛直方向を横切る向きに前記粉体材料を加圧可能であることを特徴とする免震プラグの製造装置。
6. 前記金型および前記スタンパは、スタンパにより金型に蓋をした状態で水平方向に倒すことが可能であり、
   前記スタンパは、前記粉体材料を水平方向に加圧可能である、請求項５に記載の免震プラグの製造装置。
7. 前記スタンパは、対向する一対のスタンパである、請求項５又は６に記載の免震プラグの製造装置。

Images