JP6023477B2 - 免震プラグの製造方法および製造装置 - Google Patents
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なお、本発明において、「加圧方向」とは、金型内の粉体材料をプッシャーで加圧する際にプッシャーが進行する方向を指す。また、「中央部」とは、加圧方向最先端のプッシャー径方向内側に位置する部分を指す。更に、「プッシャー外径」とは、プッシャーの、加圧面が形成されている部分の最大外径を指す。そして、「加圧面のプッシャー軸線方向長さ」とは、加圧面の加圧方向最先端を通って加圧方向に直交する平面と、加圧面の加圧方向最後端を通って加圧方向に直交する平面との間の加圧方向に沿う長さを指す。
なお、本発明において、「中央部」とは、加圧方向最後端のプッシャー径方向内側に位置する部分を指す。
なお、本発明において、「加圧方向」とは、金型内の粉体材料をプッシャーで加圧する際にプッシャーを進行させる方向を指す。また、「中央部」とは、加圧方向最先端のプッシャー径方向内側に位置する部分を指す。更に、「プッシャー外径」とは、プッシャーの、加圧面が形成されている部分の最大外径を指す。そして、「加圧面のプッシャー軸線方向長さ」とは、加圧面の加圧方向最先端を通って加圧方向に直交する平面と、加圧面の加圧方向最後端を通って加圧方向に直交する平面との間の加圧方向に沿う長さを指す。
そして、本発明の免震プラグの製造方法を用いて製造された本発明の免震プラグは、免震装置の支承等として使用される免震構造体に用いられる。
そして、楔形プッシャー3の先端部では、頂辺31に直交する断面が、加圧方向に凸のV字形をしており、頂辺31の延在方向および加圧方向の双方に直交する方向(図3(a)では左右方向)の楔形プッシャー3の幅が、頂辺31に向かって漸減している。
なお、楔形プッシャー3では、二つの平面32a,32bは、交差角度βで交差している。また、楔形プッシャー3のプッシャー外径はdであり、加圧面のプッシャー軸線方向長さはlである。
そして、楔溝形プッシャー4の先端部では、底辺41に直交する断面が、加圧方向とは反対の方向に凸のV字形をしており、底辺41の延在方向および加圧方向の双方に直交する方向(図4(a)では左右方向)の平面42a,42b間の距離が、底辺41に向かって漸減している。
なお、楔溝形プッシャー4では、二つの平面42a,42bは、交差角度αで交差している。また、楔溝形プッシャー4のプッシャー外径はDであり、加圧面のプッシャー軸線方向長さはLである。そして、この楔溝形プッシャー4では、プッシャー外径Dに対する加圧面のプッシャー軸線方向長さLの比L/Dが0.5未満である。また、交差角度αは、90°超である。
因みに、楔形プッシャー3のプッシャー外径d、楔溝形プッシャー4のプッシャー外径D、平面プッシャー5のプッシャー外径および金型1の内径は略等しい。
具体的には、最初に、図1(a)に示すように、金型1内に充填した粉体材料2の一方側(図1では上側)から楔形プッシャー3を金型1内に挿入すると共に、粉体材料2の他方側(図1では下側)から楔溝形プッシャー4を金型1内に挿入し、粉体材料2を、加圧方向に対向させた楔形プッシャー3および楔溝形プッシャー4で両側から挟んで加圧する。次に、図1(b)に示すように、楔形プッシャー3および楔溝形プッシャー4を金型1から抜き取った後、図1(c)に示すように、楔形プッシャー3および楔溝形プッシャー4を例えば90°回転させ、90°回転させた楔形プッシャー3および楔溝形プッシャー4で粉体材料2を両側から挟んで再び加圧する。その後、図1(d)に示すように、楔形プッシャー3および楔溝形プッシャー4を金型1から抜き取る。そして、図1(e)〜(h)に示すように、楔形プッシャー3および楔溝形プッシャー4を例えば90°回転させ、90°回転させた楔形プッシャー3および楔溝形プッシャー4で粉体材料2を両側から挟んで再び加圧する操作を更に2回繰り返す。即ち、楔形プッシャー3の頂辺31の延在方向および楔溝形プッシャー4の底辺41の延在方向を一回前の加圧時とは異ならせつつ、粉体材料2を合計4回加圧する(予備加圧成形工程)。
そして、上記一例の免震プラグの製造方法を用いて製造した免震プラグは、空気含有率が2.8%以下となり、また、端面の平坦化度が例えば1.0%以下、好ましくは0.8%以下となる。この免震プラグは、免震構造体に用いた際に非常に良好な減衰性能や変位追従性を発揮する。
表1に示す組成を有する塑性流動材および硬質充填材を含む粉体材料を用いて、内径16cmの円筒状の金型内で免震プラグを製造した。
具体的には、表2に示すように、予備加圧成形工程として、表2に示す形状の楔形プッシャーおよび楔溝形プッシャーで粉体材料を両側から挟み込んで加圧した。その後、最終加圧成形工程として、粉体材料を2つの平面プッシャーで両側から挟み込んで合計1回加圧した。なお、予備加圧成形工程では、楔形プッシャーおよび楔溝形プッシャーを90°ずつ回転させながら粉体材料を合計4回加圧した。
そして、得られた免震プラグについて、空気含有率、端面の平坦化度、外観および減衰性能を以下の方法で評価した。結果を表2に示す。
*2 天然ゴムと合成ゴムのブレンド
免震プラグの製造に使用した粉体材料の理論比重(ρA)と免震プラグの実比重(ρB)とを求めた。そして、免震プラグの製造に使用した粉体材料の理論比重(ρA)と免震プラグの実比重(ρB)との差(ρA−ρB)を免震プラグの製造に使用した粉体材料の理論比重(ρA)で除した値を百分率で表して空気含有率ε(={(ρA−ρB)/ρA}×100%)とした。なお、免震プラグの実比重は、下記式(1)を用いて算出した。また、免震プラグの製造に使用した粉体材料の理論比重(ρA)を算出したところ、5.204g/cm3であった。
ρB=WB/VB=WB/(AB×hav) ・・・(1)
ここで、式(1)中、WBは免震プラグの質量、VBは免震プラグの体積、ABは免震プラグの断面積、havは免震プラグの平均高さである。なお、ABは、免震プラグ径の平均値davを用いて算出することができ(AB=(dav/2)2×π)、免震プラグの平均径davは、図6に示すように免震プラグ20の両端面(上面および下面)のそれぞれにおいて互いに直交する2方向にノギスで測定した免震プラグ径(d1,d2,d3,d4)の平均値(dav=(d1+d2+d3+d4)/4)である。また、havは、図6に示す免震プラグ20の端面の外周4箇所においてノギスで測定した免震プラグの高さ(h1,h2,h3,h4)の平均値(hav=(h1+h2+h3+h4)/4)である。
<端面の平坦化度>
製造した免震プラグについて、図6に示すように免震プラグ20の端面の外周4箇所および中央1箇所の合計5箇所において免震プラグの高さ(h1,h2,h3,h4,h5)をノギスで測定した。また、図6に示すように、免震プラグ20の両端面(上面および下面)のそれぞれにおいて互いに直交する2方向に免震プラグ径(d1,d2,d3,d4)をノギスで測定した。そして、測定した5箇所の免震プラグの高さの最大値hmaxと最小値hminとの差(hmax−hmin)を、測定した免震プラグ径の平均値dav(=(d1+d2+d3+d4)/4)で除した値を百分率で表して平坦化度f(={(hmax−hmin)/dav}×100%)とした。
<免震プラグの外観>
製造した免震プラグの外観を目視で観察し、目立った欠損(成形不良)が無い場合を「○(非常に良好)」、欠損はあるが著しいものではない場合を「△(良好)」、欠損が著しくて成形性が非常に悪い場合を「×(不良)」として評価した。
<減衰性能>
製造した免震プラグを圧入した免震構造体に対し、動的試験機を用いて鉛直方向に基準面圧をかけた状態で水平方向に加振して規定変位のせん断変形を生じさせた。なお、加振変位は、積層体のゴム(軟質板)総厚さを100%として、歪50〜250%とし、加振周波数は0.33Hzとし、垂直面圧は15MPaとした。図8に、水平方向の変形変位(δ)と免震構造体の水平方向荷重(Q)との関係の一例を示す。図8中のヒステリシス曲線で囲まれた領域の面積ΔWが広くなるほど、振動のエネルギーを多く吸収できることを意味する。ここでは、簡便のため、歪100%における切片荷重Qd(変位0における水平荷重値)を免震プラグ断面積ABで除した値τp(=Qd/AB)で免震プラグの減衰性能を評価した。なお、切片荷重Qdは、ヒステリシス曲線が縦軸と交差する点での荷重Qd1、Qd2を用いて、下記式(2)から計算した。
Qd=(Qd1+Qd2)/2 ・・・(2)
τpが大きくなる程、ヒステリシス曲線で囲まれた領域の面積が広くなり、減衰性能が優れていることを示す。
予備加圧成形工程において使用した楔形プッシャーおよび楔溝形プッシャーの形状を表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして免震プラグを製造した。
そして、得られた免震プラグについて、空気含有率、端面の平坦化度、外観および減衰性能を実施例1と同様の方法で評価した。結果を表2に示す。
予備加圧成形工程の操作を表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして免震プラグを製造した。
具体的には、表2に示すように、予備加圧成形工程として、2つの楔溝形プッシャーで粉体材料を両側から挟み込んで加圧した。その後、最終加圧成形工程として、粉体材料を2つの平面プッシャーで両側から挟み込んで合計1回加圧した。なお、予備加圧成形工程では、楔溝形プッシャーを90°ずつ回転させながら粉体材料を合計4回加圧した。
そして、得られた免震プラグについて、空気含有率、端面の平坦化度、外観および減衰性能を実施例1と同様の方法で評価した。結果を表2に示す。
表1に示す組成を有する塑性流動材および硬質充填材を含む粉体材料を用いて、内径16cmの円筒状の金型内で免震プラグを製造した。
具体的には、表2に示すように、2つの平面プッシャーで粉体材料を両側から挟み込んで加圧した。
そして、得られた免震プラグについて、空気含有率、端面の平坦化度、外観および減衰性能を実施例1と同様の方法で評価した。結果を表2に示す。
予備加圧成形工程において使用した楔形プッシャーおよび楔溝形プッシャーの形状を表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして免震プラグを製造した。
そして、得られた免震プラグについて、空気含有率、端面の平坦化度、外観および減衰性能を実施例1と同様の方法で評価した。結果を表2に示す。
2 粉体材料
3 楔形プッシャー
3A 円錐形プッシャー
3B プッシャー
4 楔溝形プッシャー
4A すり鉢形プッシャー
4B プッシャー
5 平面プッシャー
20 免震プラグ
31 頂辺
32a,32b 平面(加圧面)
33a,33b 加圧方向最後端
31A 頂点
31B 頂面
32A,32B 加圧面
33A,33B 加圧方向最後端縁
41 底辺
42a,42b 平面(加圧面)
43a,43b 加圧方向最先端
41A 底点
41B 底面
42A,42B 加圧面
43A,43B 加圧方向最先端縁
50 免震構造体
51 軟質板
52 硬質板
53 中空部
54 積層体
55 封止板
56 フランジ板
57 被覆材
61 金型
Claims (10)
- 塑性流動材および硬質充填材を含有する粉体材料を金型内で加圧成形して免震構造体用の免震プラグを製造する方法であって、
金型内に充填された粉体材料の少なくとも一方側を、加圧方向最先端に対し中央部が加圧方向とは反対の方向に陥没した加圧面を有する凹形プッシャーを用いて加圧する予備加圧成形工程と、
前記予備加圧成形工程で加圧された粉体材料の、少なくとも前記凹形プッシャーを用いて加圧された側を、加圧方向に直交する平面を加圧面として有する平面プッシャーを用いて加圧する最終加圧成形工程と、
を含み、
前記凹形プッシャーは、プッシャー外径に対する加圧面のプッシャー軸線方向長さの比が0.5未満であることを特徴とする、免震プラグの製造方法。 - 前記凹形プッシャーが、加圧方向最先端よりも加圧方向とは反対の方向に位置する底辺で交差する二つの平面を加圧面として有する楔溝形プッシャーであり、
前記二つの平面が、鋭角側から測定して90°超の角度で交差することを特徴とする、請求項1に記載の免震プラグの製造方法。 - 前記金型内の粉体材料はプッシャーで両側から挟んで加圧成形され、
前記予備加圧成形工程では、前記粉体材料を、前記凹形プッシャーで一方側から加圧すると共に、加圧方向最後端に対し中央部が加圧方向に突出した加圧面を有する凸形プッシャーで他方側から加圧することを特徴とする、請求項1または2に記載の免震プラグの製造方法。 - 前記凸形プッシャーの、プッシャー外径に対する加圧面のプッシャー軸線方向長さの比が、前記凹形プッシャーの、プッシャー外径に対する加圧面のプッシャー軸線方向長さの比よりも大きいことを特徴とする、請求項3に記載の免震プラグの製造方法。
- 前記凸形プッシャーが、加圧方向最後端よりも加圧方向側に位置する頂辺で交差する二つの平面を加圧面として有する楔形プッシャーであることを特徴とする、請求項3または4に記載の免震プラグの製造方法。
- 塑性流動材および硬質充填材を含有する粉体材料を金型内で加圧成形して免震構造体用の免震プラグを製造する装置であって、
前記粉体材料が充填される金型と、
前記金型内の粉体材料の加圧に用いられる複数のプッシャーと、
前記粉体材料の加圧に使用するプッシャーを交換するプッシャー交換機構と、
を備え、
前記複数のプッシャーには、加圧方向最先端に対し中央部が加圧方向とは反対の方向に陥没した加圧面を有する凹形プッシャーおよび加圧方向に直交する平面を加圧面として有する平面プッシャーが含まれ、
前記凹形プッシャーは、プッシャー外径に対する加圧面のプッシャー軸線方向長さの比が0.5未満であることを特徴とする、免震プラグの製造装置。 - 前記凹形プッシャーが、加圧方向最先端よりも加圧方向とは反対の方向に位置する底辺で交差する二つの平面を加圧面として有する楔溝形プッシャーであり、
前記二つの平面が、鋭角側から測定して90°超の角度で交差することを特徴とする、請求項6に記載の免震プラグの製造装置。 - 前記複数のプッシャーとして、加圧方向最後端に対し中央部が加圧方向に突出した加圧面を有する凸形プッシャーを更に含む、請求項6または7に記載の免震プラグの製造装置。
- 前記凸形プッシャーの、プッシャー外径に対する加圧面のプッシャー軸線方向長さの比が、前記凹形プッシャーの、プッシャー外径に対する加圧面のプッシャー軸線方向長さの比よりも大きいことを特徴とする、請求項8に記載の免震プラグの製造装置。
- 前記凸形プッシャーが、加圧方向最後端よりも加圧方向側に位置する頂辺で交差する二つの平面を加圧面として有する楔形プッシャーであることを特徴とする、請求項8または9に記載の免震プラグの製造装置。
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