JP6724610B2 - 緩衝材 - Google Patents

Description

本発明は、重量物を弾性的に支持する緩衝材に関するものである。

従来から、ゴム素材を用いた緩衝材は各種提供されている（特許文献１、２）。これらゴム製緩衝材は、優れた衝撃吸収性を備えているが、長期間にわたって大きな荷重を支持するのは困難である。また、表面の摩擦抵抗が比較的大きいので、重機と接触する接触面に、振動によって負荷が蓄積し、破損したり裂けたりするため、長期使用に耐えられないといった欠点を有する。また、変形し易いので、固定部に取付けるのに、弾性的な係合構造を採用したり、あるいは内部に金属部材を埋設して複合化したりしているが、大きな荷重を支持することができない。

また、多孔質の柔らかい芯体の表面にポリウレア樹脂層を積層した構造の衝撃吸収材も提供されている（特許文献３、４）。これらは、ウレタン系のスポンジ状芯体を用いているので、非常に柔らかく小さな荷重に対する衝撃吸収性には非常に優れているが、重量のある重機の可動部の衝撃を吸収することは不可能である、また耐久性に乏しい。

従来から、船上で使われるデッキクレーンは、不使用時、デッキクレーンを隣のクレーン頂部に設けた支持台に収納していた。現在、デッキクレーンの格納用支持台に用いる緩衝構造は、緩衝材として板木を載置面に敷いた程度の簡単な状態であり、一部には硬質ゴム製の緩衝材も用いられている。しかし、板木の場合、緩衝性能に問題があるばかりでなく、擦れてデッキクレーンに傷を付けることもあり、また硬質ゴム製の緩衝材は、ゴムが過度に変形すると、外表面に破損や裂けが生じる点で耐久性に問題があった。特に、海がしけた場合は勿論、バナナなどの高速輸送船はよく揺れる為、クレーンジブ先端が格納用支持台に接触し、支持台やクレーンポストが損傷する問題がある。

特開２００２−１８８６７２号公報 特開２００６−１５３０８３号公報 実用新案登録第３１３１５５４号公報 特開２０１４−１５８５５０号公報

従来からポリウレア樹脂の耐候性、防水性、加工容易性に着目し、発泡素材をポリウレアで保護した緩衝材、衝撃吸収材は従来から用いられているが、硬度、耐久力に着目して緩衝材に応用した物はなかった。

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、大きな荷重を支持することが可能であり、衝撃吸収性、耐衝撃性、耐久性に優れた緩衝材を提供する点にある。

本発明は、前述の課題解決のために、以下の重機用緩衝材を構成した。

（１）
重機に用いられ、非発泡ゴム芯体の表面にポリウレア樹脂層を形成したことを特徴とする緩衝材。

（２）
ボルト固定用の貫通孔を備え、該貫通孔の孔内の表面にもポリウレア樹脂層を形成した（１）記載の緩衝材。

（３）
荷重を支持する本体部の天面外周を断面円弧状とした（１）又は（２）記載の緩衝材。

以上にしてなる本発明の緩衝材は、非発泡ゴム芯体の表面にポリウレア樹脂層を形成したので、以下の効果を奏する。ゴム素材単体を用いた緩衝材は、重機による大きな荷重がかかり、振動等で接触面に負荷が蓄積し、長期使用で変形してしまい、一方でポリウレア単体では衝撃吸収性が低いが、本発明ではゴムとポリウレアを積層することで、両者の欠点を補い、衝撃吸収性と耐久性を備え、長期使用に耐えられる緩衝材とした。また、緩衝材と重機が擦れても、ポリウレアは摩擦係数が低いので、振動によって接触面に負荷が蓄積し難く、ゴム芯体が破損したり裂けたりすることを防止でき、長期使用に耐えられる。仮にポリウレア層の一部が破損したり裂けたりした場合であっても、ゴム芯体への影響がないため、緩衝材としての機能は損なわれない。

また、ゴム芯体の表面にポリウレア樹脂を塗装する事で簡単に緩衝材を形成できる。そして、ゴムはポリウレアをコーティングすることにより、ゴムが酸化劣化するのを防止することができる。また、低ひずみ領域に対して弾性率の低いゴムをポリウレアがカバー、高ひずみ領域に対して弾性率の低いポリウレアをゴムがカバーするといった相乗効果が期待できる。更に、緩衝材表面での滑りも得ることができる。

また、ボルト固定用の貫通孔を備え、該貫通孔の孔内の表面にもポリウレア樹脂層を形成したので、繰り返し振動が付与されても、貫通孔の周囲のゴム材料に亀裂が生じない。

また、荷重を支持する本体部の天面外周を断面円弧状としたので、大きな圧縮荷重が本体部の天面に加わっても、本体部が破損したり裂けたりすることを防止できる。

本発明に係る重機用緩衝材の全体斜視図である。 本発明に係る重機用緩衝材の部分断面図である。 本発明を適用するデッキクレーンを備えた船舶の簡略側面図である。 デッキクレーンのアームを支持台に保持した状態の部分説明図である。 本実施例の緩衝材がデッキクレーンを受け止めた時の運動エネルギー最小時のミーゼス応力分布を示す１／４カットモデル図である。 比較例２の緩衝材がデッキクレーンを受け止めた時の運動エネルギー最小時のミーゼス応力分布を示す１／４カットモデル図である。

次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の重機用緩衝材の一例を示し、図３及び図４はデッキクレーン適用した実施形態を示し、図中符号１は緩衝材、２は非発泡ゴム芯体、３はポリウレア樹脂層、４は船舶、５はデッキクレーン、６は支持台をそれぞれ示している。

本発明の緩衝材１は、所定形状に成形した非発泡ゴム芯体２の表面に、それぞれ独立した原料供給ホースから供給されたイソシアネートと、アミノ基を有する硬化剤とを衝突混合スプレーガンで塗布し、該非発泡ゴム芯体２の表面に沿ってポリウレア樹脂層３を形成して製造する。

本発明の緩衝材１は、重機の重量のある可動部を当止して弾性的に支持するために使用する。そのため、前記緩衝材１には、高い耐圧縮性が要求される。従来のゴム製緩衝材では過度に変形すると、外表面に破損や裂けが生じる点で耐久性において不十分であり、そのため本発明では、非発泡ゴム芯体２とポリウレア樹脂層３の積層構造としたのである。

本発明の緩衝材１の一例として図１及び図２に示したものは、円錐台形状の本体部７の底部にフランジ部８が周囲に張り出した形状のものであり、フランジ部８にはボルト固定用の貫通孔９が形成されている。ボルトは図示しないが、一般的なネジ形状等を採用することができ、一般的なワッシャーやスリーブを装着する事も可能である。前記非発泡ゴム芯体２の形状は、前記緩衝材１の全体形状と略同じであり、その表面の全体に厚さ１〜６ｍｍ程度のポリウレア樹脂層３を形成する。ここで、前記貫通孔９の孔内の表面にもポリウレア樹脂層３を形成している。

ここで、前記緩衝材１の本体部７の形状は、半円柱形状、円錐形状、円推台形状、角推形状、角柱形状、板状等何でも良いが、頂部の面積を確保しやすく、衝撃が中央から均等に分散する円錐台形状が最も良い。非発泡ゴム芯体２は中空、非中空であってもよいが、デッキクレーン５のような重機による大きな荷重を受けたとしても、非発泡ゴム芯体２が過度に変形せず、耐久性を維持できる非中空である事が望ましい。また、荷重を支持する本体部７の天面外周を断面円弧状とし、応力の集中を防いで、該本体部７が破損したり裂けたりすることを防止している。

図３は、船舶４のデッキ上に、複数基の荷役用のデッキクレーン５を設置した状態を示し、該デッキクレーン５は不使用時には支持台６に載支して格納状態にする。前記デッキクレーン５は、デッキ上に立設したポスト１０にアーム１１を設けた構造であり、アーム１１を格納する場合、通常は隣接するデッキクレーン５のポスト１０の上部に設けた支持台６に載置する。図４は、デッキクレーン５のアーム１１を支持台６に載支する状態を示している。前記支持台６の上端部の受面に設置した前記緩衝材１，１に、前記アーム１１の下面に突設した当止部１２，１２が載置される。

前記デッキクレーン５のアーム１１を下げて前記支持台６に載支する場合、前記当止部１２が前記緩衝材１に強く衝突する場合があり、当該緩衝材１には耐衝撃性も備わっていなければならない。緩衝材がゴム単体である場合には、ゴムが破壊されることもあるが、本発明の緩衝材１には、表面にポリウレア樹脂層３が存在ずるので、非発泡ゴム芯体２の破壊は抑制されるのである。

ポリウレア樹脂は、イソシアネートと、アミノ基を有する硬化剤とがウレア結合して生成されるが、その反応は非常に早く、数秒で接触硬化することが特徴であり、非発泡ゴム芯体２の表面にイソシアネートと、アミノ基を有する硬化剤とを衝突混合スプレーガンで塗布すれば、直ちに所定厚さのポリウレア樹脂層３が形成され、所望の厚さにするには重ね塗りする。更に、ポリウレア樹脂は、ポリオールも反応させるハイブレッドウレアであっても良く、ＦＲＰウレアであっても良い。また、各種添加剤、改質剤を含んでいても良い。これら添加剤等をポリウレア樹脂層３に混合するには、衝突混合スプレーガンで塗布する際に同時に添加剤等を吹き付けるか、あるいはイソシアネートと硬化剤の一方又は双方に予め添加剤等を混合しておけば良い。また、ポリウレア樹脂は、難燃剤を混合すれば難燃性にすることも可能であり、また紫外線防止トップコートを塗れば更に耐候性を高めることもできる。更に、ポリウレア樹脂層３の表面の摩擦力を低減するために、摺動性を改善する充填材を添加することも好ましい。

本実施形態で使用するポリウレア樹脂は、硬化剤がポリアミンであり、ひずみ（伸び）が２％のとき引張り応力が１０ＭＰａ以上、破断応力が２０ＭＰａ以上であることがより好ましい。本実施形態で使用するポリウレア樹脂は、引張り特性として、初期弾性率ならびに弾性限界の応力が高く、且つ伸びが大きくて降伏強度が高い樹脂が好適であり、具体的には、スターライト工業株式会社が提供するＲＥＳＴＡＲ♯００３５０（ＬＩＮＥ−Ｘ社製、商品名：ＰＡＸＣＯＮ（登録商標） ＸＳ−３５０）を用いた。

本実施形態で使用するゴム素材は、クロロプレンゴム（ＣＲ）である。その他、天然ゴム（ＮＲ）、シリコーンゴム（Ｑ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等の任意のゴム又はこれらの混合物が採用できる。コストと物性バランスの点でクロロプレンゴムが最も適している。また、ゴム素材にカーボンブラックを添加し、エネルギー吸収性を高めている。

以下に示す寸法の緩衝材１を作製した。本体部７の底部の半径は１５９ｍｍ、頂部の半径は９５ｍｍ、高さは９８ｍｍである。貫通孔９の半径は１２ｍｍである。ポリウレア樹脂層３の厚さは、貫通孔９内側が４ｍｍ、それ以外は２ｍｍである。本体部７の天面外周部とフランジ部８との接続部は、Ｒ１８ｍｍの円弧状とし、重量は１４．０ｋｇであった。

この緩衝材１の本体部７に初速７７０ｍｍ／ｓｅｃ、重量２４ｔｏｎのデッキクレーンが衝突した場合をシミュレーションするため、株式会社ＪＳＯＬ製のＬＳ−ＤＹＮＡによるＣＡＥ解析で衝撃吸収率、ミーゼス応力、変位量を計算した。この結果から得られた、本実施例の衝撃吸収率を表１に示す。衝撃吸収率０％（基準値）とした鉄緩衝材からなる比較例１と比較し、本実施例の緩衝材１は衝撃吸収率が８８．０８％であり、デッキクレーンを問題なく受け止めることができることを確認した。また、デッキクレーンを３０ｍｍずらした場合も検証したが、衝撃吸収率が８７．７３％であり、デッキクレーンを問題なく受け止めることができることを確認した。尚、表１の−Ｚ方向最大化速度とは、支持台６が高さ方向下方へ向かう最大加速度である。

また図５に、本実施例の緩衝材が、デッキクレーンを受け止めた時の運動エネルギー最小時の、ミーゼス応力分布を１／４カットモデル図で示す。また図６に、比較例２（ポリウレア樹脂層を形成していない緩衝材）の緩衝材が、デッキクレーンを受け止めた時の運動エネルギー最小時の、ミーゼス応力分布を１／４カットモデル図で示す。比較例２は非発泡ゴム芯体の内部だけでなく、貫通孔付近にも応力が集中し、貫通孔付近の最大ミーゼス応力が１０．７ＭＰａであったのに対し、本実施例の緩衝材１は非発泡ゴム芯体の内部のみに応力が集中し、貫通孔９付近の最大ミーゼス応力は８．０ＭＰａであり、貫通孔９付近に応力が集中しないことを確認した。

更に、本体部７の外表面のうち、最も応力を受けるのは、天面外周内側である所、比較例２の天面外周内側の最大ミーゼス応力が８．０ＭＰａであったのに対し、本実施例の緩衝材１は最大ミーゼス応力が５．０ＭＰａであり、比較例２と比較して外表面に破損や裂けが生じない事が確認できた。

また表２に、緩衝材１と比較例２の緩衝材がデッキクレーンを受け止めた時の最大変位量の比較を示す。比較例２は高さ方向に３５．４５ｍｍ（変形割合７２．３０％）変形したのに対し、本実施例の緩衝材１は高さ方向に３２．１２ｍｍ（変形割合７４．９０％）の変形に留まった。また、デッキクレーンを３０ｍｍずらした場合も検証したが、高さ方向に３２．２６ｍｍ（変形割合７４．７９％）の変形に留まり、デッキクレーンを問題なく受け止めることができることを確認した。更に、デッキクレーンの重量を８ｔｏｎ、１６ｔｏｎとした場合の計算も行ったが、何れの場合も比較例２と比較して高さ方向への変形が少なく、デッキクレーンを問題なく受け止めることができることを確認した。

１ 緩衝材
２ 非発泡ゴム芯体
３ ポリウレア樹脂層
４ 船舶
５ デッキクレーン
６ 支持台
７ 本体部
８ フランジ部
９ 貫通孔
１０ ポスト
１１ アーム
１２ 当止部

Claims (3)

1. 重機に用いられ、非発泡ゴム芯体の表面にポリウレア樹脂層を形成したことを特徴とする緩衝材。
2. ボルト固定用の貫通孔を備え、該貫通孔の孔内の表面にもポリウレア樹脂層を形成した請求項１記載の緩衝材。
3. 荷重を支持する本体部の天面外周を断面円弧状とした請求項１又は２記載の緩衝材。