JP5891078B2

JP5891078B2 - 免震装置の製造方法

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Publication number: JP5891078B2
Application number: JP2012057299A
Authority: JP
Inventors: 裕二小林
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: JP2013188959A

Description

本発明は、免震装置の製造方法に関する。

従来から、例えば下記特許文献１に示されるような、弾性板と剛性板とが交互に積層された積層体を有する本体部材と、該本体部材に、積層体の積層方向に貫設された孔部内に収容されたプラグ部材と、該プラグ部材を前記積層方向の両側から挟み込むとともに、本体部材に各別に固定された一対の蓋部材と、を備える免震装置が知られている。

特開２０１０−２２１６７９号公報

ところで前記免震装置では、プラグ部材が、粉体材料が加圧されて成形されていることから、プラグ部材内に空隙が形成され易くなっている。そこで、前記免震装置を形成する免震装置の製造方法において、孔部内に位置するプラグ部材を前記積層方向に加圧して圧縮する圧縮工程を実施し、プラグ部材内の空隙を減少、消滅させることで、孔部内にプラグ部材を高密度に収容させることが考えられる。

しかしながら、前記免震装置の製造方法では、圧縮工程の際、プラグ部材に加える加圧力が大きくなり易く、例えばプラグ部材や積層体が損傷する等のおそれがあった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、圧縮工程の際の加圧力を低く抑えることができる免震装置の製造方法を提供することである。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る免震装置の製造方法は、弾性板と剛性板とが交互に積層された積層体を有する本体部材と、粉体材料が加圧されて成形されてなり、該本体部材に、前記積層体の積層方向に貫設された孔部内に収容されたプラグ部材と、該プラグ部材を前記積層方向の両側から挟み込むとともに、前記本体部材に各別に固定された一対の蓋部材と、を備える免震装置を形成する免震装置の製造方法であって、前記プラグ部材の重量が、前記プラグ空間の容積に前記粉体材料の密度を乗じて算出される必要重量に基づいて算出された重量になるように、前記プラグ部材を形成する工程と、前記孔部内に位置する前記プラグ部材を前記積層方向に加圧して圧縮し、前記プラグ部材内の空隙を減少、消滅させる圧縮工程と、前記積層体の温度を前記プラグ部材の温度に対し相対的に高める温度差付与工程と、これらの圧縮工程および温度差付与工程の後、前記蓋部材を前記本体部材に固定し、前記一対の蓋部材に前記プラグ部材を前記積層方向の両側から挟み込ませる挟み込み工程と、を有し、該挟み込み工程は、前記積層体の温度が前記プラグ部材の温度よりも高い状態で実施することを特徴とする。
なお、前記プラグ部材が、複数のプラグ分割体により構成されていてもよい。

この発明では、挟み込み工程を、積層体の温度がプラグ部材の温度よりも高い状態で実施することで、一対の蓋部材にプラグ部材を前記積層方向の両側から挟み込ませた状態で、積層体からプラグ部材および周辺環境に熱が移動する。すると、積層体の弾性板が前記積層方向に収縮することで、当該本体部材が前記積層方向に縮み、一対の蓋部材が、プラグ部材を前記積層方向に挟み込んだ状態で接近移動して該プラグ部材を圧縮することとなる。
以上のように、圧縮工程の後、弾性板の収縮を利用して、一対の蓋部材にプラグ部材を前記積層方向に圧縮させることができるので、圧縮工程の際、プラグ部材に加える加圧力を低く抑えることが可能になり、例えばプラグ部材や積層体が損傷すること等を抑制することができる。

また、前記圧縮工程は、前記温度差付与工程の際に実施してもよい。

この場合、圧縮工程を温度差付与工程の際に実施するので、例えばこれらの両工程を異なるタイミングで実施する場合などに比べて、作業効率を向上させることができる。
さらに、圧縮工程を温度差付与工程の際に実施するので、例えば圧縮工程を温度差付与工程の後に実施する場合などに比べて、積層体とプラグ部材との温度差を大きく維持した状態で挟み込み工程を実施することができる。これにより、弾性板の収縮を利用してプラグ部材に大きな圧縮力を加え易くすることが可能になり、圧縮工程の際、プラグ部材に加える加圧力をより低く抑えることができる。

また、前記温度差付与工程は、前記積層体を加温することで、前記積層体の温度を前記プラグ部材の温度に対し相対的に高めてもよい。

この場合、温度差付与工程が、積層体を加温することで、積層体の温度をプラグ部材の温度に対し相対的に高めるので、例えば積層体を、孔部側からではなく外周側から加温すること等により温度差付与工程を実施することが可能になり、当該温度差付与工程の作業性を向上させることができる。

本発明に係る免震装置の製造方法によれば、圧縮工程の際の加圧力を低く抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る免震装置の製造方法を使用して生産される免震装置の縦断面図である。本発明の一実施形態に係る免震装置の製造方法を説明する縦断面図である。本発明の一実施形態に係る免震装置の製造方法を説明する縦断面図である。検証試験の結果を表すグラフである。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る免震装置の製造方法を使用して生産される免震装置を説明する。
図１に示すように、免震装置１０は、弾性板１１と剛性板１２とが交互に積層された積層体１３を有する本体部材１４と、該本体部材１４に、積層体１３の積層方向Ｄに貫設された孔部１５内に収容されたプラグ部材１６と、該プラグ部材１６を前記積層方向Ｄの両側から挟み込むとともに、本体部材１４に各別に固定された一対の蓋部材１７と、を備えている。
なお前記積層方向Ｄは、鉛直方向と同等とされており、当該免震装置１０は、基礎等の図示しない下部構造と建物本体等の図示しない上部構造との間に介装され、前記上部構造を前記下部構造に対して相対的に水平移動可能に支持する。

弾性板１１は、例えばゴム材料などの弾性材料により形成された弾性変形可能な軟質板である。剛性板１２は、例えば鋼板などからなる硬質板であり、弾性板１１よりも前記積層方向Ｄおよび水平方向の各剛性が高くなっている。弾性板１１および剛性板１２は、円盤状に形成されるとともに同軸上に配置されており、積層体１３は、前記積層方向Ｄに延在する円柱状とされている。

積層体１３は、水平方向にせん断変形可能となっている。積層体１３の上面および下面は、弾性板１１により構成されている。積層体１３の外周面は、弾性板１１および剛性板１２の外周を全周にわたって被覆する被覆部１８により構成されている。被覆部１８は、弾性板１１と同一材料で一体に形成されている。

ここで本体部材１４には、積層体１３を前記積層方向Ｄに挟み込む一対のフランジ板１９が備えられている。これらのフランジ板１９は、剛性板１２よりも前記積層方向Ｄおよび水平方向の各剛性が高い円盤状の硬質板とされ、例えば鋼板などからなる。フランジ板１９は、積層体１３と同軸に配置されるとともに積層体１３よりも大径となっている。フランジ板１９は、例えばアンカーボルト等により前記下部構造または前記上部構造に固定される。

孔部１５は、当該本体部材１４と同軸に配置された円柱状に形成されている。孔部１５は、一対のフランジ板１９それぞれに形成され前記積層方向Ｄの外側に向けて開口する一対の大径部１５ａと、これらの大径部１５ａ同士を連通する小径部１５ｂと、からなる多段の円柱状とされている。大径部１５ａは、当該孔部１５の前記積層方向Ｄの開口端部を構成している。大径部１５ａは、フランジ板１９に限定的に配置されており、積層体１３には配置されていない。

以上のような本体部材１４は、弾性板１１が熱膨張することで、前記積層方向Ｄに沿った大きさが大きくなる。
ここで本体部材１４は、例えば、未加硫の弾性板１１および被覆部１８を、複数の剛性板１２およびフランジ板１９とともに加硫させることで、これらが互いに加硫接着されて形成される。なお、弾性板１１および被覆部１８はゴム材料以外であってもよく、例えば軟質樹脂材料で形成してもよい。また、フランジ板１９および剛性板１２は、鋼板以外であってもよく、例えば硬質樹脂材料からなる板材であってもよい。

蓋部材１７は、孔部１５の大径部１５ａ内に配置されフランジ板１９に固定されており、大径部１５ａを閉塞している。蓋部材１７は、前記積層方向Ｄの内側部分１７ａが外側部分１７ｂよりも縮径するとともに本体部材１４と同軸に配置された２段の円盤状に形成されている。蓋部材１７の前記外側部分１７ｂは大径部１５ａ内に嵌合され、前記内側部分１７ａは小径部１５ｂ内に嵌合されている。なお前記内側部分１７ａは、小径部１５ｂのうち、フランジ板１９の内側に位置する部分に限定的に配置されており、積層体１３の内側に位置する部分には配置されていない。
蓋部材１７は、前記外側部分１７ｂに前記積層方向Ｄの外側から差し込まれたボルトによりフランジ板１９に締結されている。蓋部材１７において前記積層方向Ｄの外側を向く外面は、フランジ板１９の外面と面一となっている。なお蓋部材１７は、例えば溶接など他の方法によりフランジ板１９に固定されていてもよい。

プラグ部材１６は、積層体１３のせん断変形時に塑性変形することで振動エネルギーを吸収する減衰プラグである。プラグ部材１６は、孔部１５内において前記一対の蓋部材１７の間に位置するプラグ空間２０に収容されている。プラグ部材１６は、プラグ空間２０内に圧入されて隙間無く充填されている。プラグ部材１６は、表面がプラグ空間２０の内面に圧接するとともに本体部材１４と同軸に配置された円柱状に形成されている。プラグ部材１６の前記積層方向Ｄの両端面は、積層体１３よりも前記積層方向Ｄの外側に位置している。なお図示の例では、プラグ部材１６は、前記積層方向Ｄに分割された２つのプラグ分割体２１からなるが、分割されていなくてもよく、３つ以上のプラグ分割体２１により構成されていてもよい。

ここでプラグ部材１６は、粉体材料が加圧されて成形されてなる。プラグ部材１６は、例えば前記粉体材料を、図示しない金型内に充填して加圧することで成形される。前記粉体材料は、例えば硬質充填材と、該硬質充填材間の隙間を充填する塑性流動材と、が混合されてなる。前記硬質充填材としては、例えば、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。前記塑性流動材としては、例えばエストラマー成分、樹脂、カーボンブラック、可塑剤、軟化材などが挙げられる。前記エラストマー成分には、例えば天然ゴム、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がある。前記樹脂には、ロジン樹脂、フェノール樹脂などがある。前記可塑剤には、フタル酸、マレイン酸、クエン酸などがある。前記軟化材には、ヒマシ油、アマニ油、ナタネ油などがある。
なお、硬質充填材および塑性流動材の組成、含有率、組み合わせ等は、プラグ部材１６に所望される性能に応じて適宜変更することができる。

以上のように構成された免震装置１０を形成する免震装置の製造方法では、まず、本体部材１４、プラグ部材１６および蓋部材１７を各別に形成する部材形成工程を実施する。
このときプラグ部材１６の外径が、孔部１５の小径部１５ｂの内径と同等となるように、プラグ部材１６を形成する。またプラグ部材１６の重量が、プラグ空間２０の容積に前記粉体材料の密度を乗じて算出される必要重量に基づいて算出された重量になるように、プラグ部材１６を形成する。プラグ部材１６は、例えば互いに大きさが異なる複数のプラグ分割体２１を組み合わせて重量を調整することで形成してもよい。複数のプラグ分割体２１には、重量調整用のプラグ分割体２１（スペーサ）が含まれていてもよい。

なお本実施形態では、例えば、前記必要重量に対するプラグ部材１６の重量の比である充填率が０．９８〜１．００となるように、プラグ部材１６を形成する。前記プラグ空間２０の容積は、例えば、本体部材１４の温度が、当該免震装置１０が実使用されるときの設計温度（例えば２０℃）とされた場合におけるプラグ空間２０の容積とする。
ここでプラグ部材１６は、粉体材料が加圧されて成形されてなることから、プラグ部材１６内には空隙が形成され易くなっており、このようにプラグ部材１６の重量を調整すると、プラグ部材１６の体積がプラグ空間２０の容積よりも大きくなる。

次に図２に示すように、一対の蓋部材１７のうちの下側（積層方向の一方側）の蓋部材１７を本体部材１４に固定する固定工程を実施する。このとき、下側の蓋部材１７を下側のフランジ板１９に固定し、下側の蓋部材１７および本体部材１４により、上方（積層方向の他方側）に向けて開口するプラグ空間の形成予定部２０Ａを前記孔部１５内に画成する。その後、前記形成予定部２０Ａの内面を、例えば乾燥したウエス等により清掃してもよい。
なお、前記固定工程および以下各工程では、本体部材１４、プラグ部材１６および蓋部材１７それぞれについて、意図しない膨らみや傷などの損傷の有無を、例えば目視などにより確認してもよい。

その後、プラグ部材１６を孔部１５内に位置させる配置工程を実施する。このときプラグ部材１６を、孔部１５における上側の大径部１５ａを通して孔部１５内に圧入し、前記形成予定部２０Ａ内に上方から押し込む。すると、プラグ部材１６の下側の端面が、下側の蓋部材１７に突き当たり、プラグ部材１６の上側の端面が、前記形成予定部２０Ａの上側の開口面２２よりも上側に位置する。

また、積層体１３の温度をプラグ部材１６の温度に対し相対的に高める温度差付与工程を実施する。このとき積層体１３を、図示しない加温手段により前記被覆部１８から加温することで、積層体１３の温度をプラグ部材１６の温度に対し相対的に高める。すると、弾性板１１が熱膨張することで、本体部材１４の前記積層方向Ｄに沿った大きさが大きくなる。

また温度差付与工程の際、図３に示すように、孔部１５内に位置するプラグ部材１６を、加圧手段２３により前記積層方向Ｄに加圧して圧縮する圧縮工程を実施する。圧縮工程では、前記加圧手段２３によるプラグ部材１６への加圧を解除したときに、プラグ部材１６の端面が前記形成予定部２０Ａの上側の開口面２２上に位置するように、プラグ部材１６を前記積層方向Ｄに加圧する。
なお本実施形態では、前記加圧手段２３による加圧が解除されると、積層体１３の弾性板１１の復元力により、プラグ部材１６が外周側から押し込まれ、上方に向けて僅かに押し戻されてプッシュバックさせられる。そのため圧縮工程の際、前記プッシュバックを考慮して、プラグ部材１６の端面が前記開口面２２よりも下方に至るようにプラグ部材１６を加圧する。

これらの圧縮工程および温度差付与工程の後、上側の蓋部材１７を本体部材１４に固定し、一対の蓋部材１７にプラグ部材１６を前記積層方向Ｄの両側から挟み込ませる挟み込み工程を行う。
そして本実施形態では、この挟み込み工程を、積層体１３の温度がプラグ部材１６の温度よりも高い状態で実施する。

このように挟み込み工程を、積層体１３の温度がプラグ部材１６の温度よりも高い状態で実施することで、一対の蓋部材１７にプラグ部材１６を前記積層方向Ｄの両側から挟み込ませた状態で、積層体１３からプラグ部材１６および周辺環境に熱が移動する。すると、積層体１３の弾性板１１が前記積層方向Ｄに収縮することで、当該本体部材１４が前記積層方向Ｄに縮み、一対の蓋部材１７が、プラグ部材１６を前記積層方向Ｄに挟み込んだ状態で接近移動して該プラグ部材１６を圧縮することとなる。
以上により、図１に示すような免震装置１０が形成される。

以上説明したように、本実施形態に係る免震装置の製造方法によれば、圧縮工程の後、弾性板１１の収縮を利用して、一対の蓋部材１７にプラグ部材１６を前記積層方向Ｄに圧縮させることができるので、圧縮工程の際、プラグ部材１６に加える加圧力を低く抑えることが可能になり、例えばプラグ部材１６や積層体１３が損傷すること等を抑制することができる。

また、圧縮工程を温度差付与工程の際に実施するので、例えばこれらの両工程を異なるタイミングで実施する場合などに比べて、作業効率を向上させることができる。
さらに、圧縮工程を温度差付与工程の際に実施するので、例えば圧縮工程を温度差付与工程の後に実施する場合などに比べて、積層体１３とプラグ部材１６との温度差を大きく維持した状態で挟み込み工程を実施することができる。これにより、弾性板１１の収縮を利用してプラグ部材１６に大きな圧縮力を加え易くすることが可能になり、圧縮工程の際、プラグ部材１６に加える加圧力をより低く抑えることができる。

また温度差付与工程の際、積層体１３を加温することで、積層体１３の温度をプラグ部材１６の温度に対し相対的に高めるので、例えば本実施形態のように、積層体１３を、孔部１５側からではなく被覆部１８側（外周側）から加温すること等により温度差付与工程を実施することが可能になり、当該温度差付与工程の作業性を向上させることができる。

また部材形成工程の際、プラグ部材１６の重量が前記必要重量に基づいて算出された重量になるように、プラグ部材１６を形成するので、プラグ部材１６内の空隙量によらず、プラグ部材１６をプラグ空間２０内に確実に高密度に収容させることが可能になり、当該免震装置１０の例えば二次剛性や降伏後負荷などの水平性能を確保し易くすることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記粉体材料は、硬質充填材および塑性流動材を混合したものに限られず、本発明を、構成が異なる他のプラグ部材を有する免震装置の製造方法に適用してもよい。

また前記実施形態では、部材形成工程の際、プラグ部材１６の重量が前記必要重量に基づいて算出された重量になるように、プラグ部材１６を形成するものとしたが、これに限られるものではない。例えば、プラグ部材の体積が、プラグ空間の容積に基づいて算出された体積になるように、プラグ部材を形成してもよい。

また前記実施形態では、配置工程の後、圧縮工程を実施するものとしたが、これに限られるものではなく、配置工程と圧縮工程とを並行に実施してもよい。つまり、プラグ部材を、孔部内に挿入しながら前記積層方向に加圧して圧縮してもよい。
さらに前記実施形態では、固定工程を実施するものとしたが、これに限られない。例えば、固定工程を実施せず、圧縮工程の際、プラグ部材を、前記加圧手段により前記積層方向の両側から加圧し、挟み込み工程の際、一対の蓋部材の両方を本体部材に各別に固定してもよい。さらにまた、下側の蓋部材が本体部材と一体に成形され、下側の蓋部材が予め本体部材に固定されていてもよい。

また前記実施形態では、温度差付与工程の際、積層体１３を加温することで、積層体１３の温度をプラグ部材１６の温度に対し相対的に高めるものとしたが、これに限られない。例えば、プラグ部材の温度を冷却してもよい。
さらに前記実施形態では、温度差付与工程の際、圧縮工程を実施するものとしたが、これに限られない。

また前記実施形態では、蓋部材１７は、大径部１５ａ内に配置され、蓋部材１７の外面がフランジ板１９の外面と面一になっているものとしたが、これに限られない。例えば、蓋部材が、フランジ板よりも前記積層方向の外側に位置していてもよい。
さらに、フランジ板１９はなくてもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

次に、以上説明した作用効果についての検証試験を実施した。

本検証試験では、前記実施形態で示した免震装置の製造方法において、温度差付与工程における条件を異ならせ、各条件下において圧縮工程の際に必要な加圧力を測定した。
なお温度差付与工程では、プラグ部材の温度をいずれも１５℃で共通とし、積層体の温度を異ならせた。また、圧縮工程の際に必要な加圧力とは、前記加圧装置によるプラグ部材への加圧を解除したときに、プラグ部材の端面を前記形成予定部の上側の開口面上に位置させるために、プラグ部材を前記積層方向に加圧する必要がある加圧力をいう。

結果を図４に示す。図４に示すグラフでは、横軸が、温度差付与工程における積層体の温度（℃）を示す。また縦軸は、プラグ部材の成形時に当該プラグ部材に加えられた加圧力に対する圧縮工程の際に必要な加圧力の比（％）（以下、加圧力の比という）を示す。加圧力の比は、一般的に低いほど弾性板を損傷させ難く、例えば約６０％程度であると好ましい。

図４より、積層体の温度が高いほど前記加圧力の比が小さくなり、圧縮工程の際に必要な加圧力が小さくなる傾向があることが確認された。また、積層体の温度が２５℃以上であり、積層体の温度がプラグ部材の温度よりも１０℃以上高いと、前記加圧力の比が約６０％程度となることが確認された。

Ｄ積層方向
１０免震装置
１１弾性板
１２剛性板
１３積層体
１４本体部材
１５孔部
１６プラグ部材
１７蓋部材

Claims

弾性板と剛性板とが交互に積層された積層体を有する本体部材と、
粉体材料が加圧されて成形されてなり、該本体部材に、前記積層体の積層方向に貫設された孔部内に収容されたプラグ部材と、
該プラグ部材を前記積層方向の両側から挟み込むとともに、前記本体部材に各別に固定された一対の蓋部材と、を備える免震装置を形成する免震装置の製造方法であって、
前記プラグ部材の重量が、前記孔部内において前記一対の蓋部材の間に位置するプラグ空間の容積に前記粉体材料の密度を乗じて算出される必要重量に基づいて算出された重量になるように、前記プラグ部材を形成する工程と、
前記孔部内に位置する前記プラグ部材を前記積層方向に加圧して圧縮し、前記プラグ部材内の空隙を減少、消滅させる圧縮工程と、
前記積層体の温度を前記プラグ部材の温度に対し相対的に高める温度差付与工程と、
これらの圧縮工程および温度差付与工程の後、前記蓋部材を前記本体部材に固定し、前記一対の蓋部材に前記プラグ部材を前記積層方向の両側から挟み込ませる挟み込み工程と、を有し、
該挟み込み工程は、前記積層体の温度が前記プラグ部材の温度よりも高い状態で実施することを特徴とする免震装置の製造方法。
請求項１記載の免震装置の製造方法であって、
前記圧縮工程は、前記温度差付与工程の際に実施することを特徴とする免震装置の製造方法。
請求項２記載の免震装置の製造方法であって、
前記温度差付与工程は、前記積層体を加温することで、前記積層体の温度を前記プラグ部材の温度に対し相対的に高めることを特徴とする免震装置の製造方法。
請求項１から３のいずれか１項に記載の免震装置の製造方法であって、
前記プラグ部材が、複数のプラグ分割体により構成されていることを特徴とする免震装置の製造方法。