JP6880443B2

JP6880443B2 - ゴム組成物および粘弾性ダンパ

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Publication number: JP6880443B2
Application number: JP2016103632A
Authority: JP
Inventors: 俊茂井上; 岳宏冨田
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2036-05-24
Also published as: JP2017210532A

Description

本発明は、振動エネルギーの伝達を緩和したり吸収したりする粘弾性体のもとになるゴム組成物と、当該ゴム組成物からなる粘弾性体を備えた粘弾性ダンパに関するものである。

例えばビルや橋梁等の建築物、産業機械、航空機、自動車、鉄道車両、コンピュータやその周辺機器類、家庭用電気機器類、さらには自動車用タイヤ等の幅広い分野において粘弾性体が用いられる。粘弾性体を用いることで振動エネルギーの伝達を緩和したり吸収したりして、免震、制震、制振、防振等をすることができる。
粘弾性体は、主に天然ゴム等のゴムを含むゴム組成物によって形成される。

粘弾性体のもとになるゴム組成物には、振動が加えられた際のヒステリシスロスを大きくして、当該振動のエネルギーを効率よく速やかに減衰する性能、すなわち減衰性能を高めるためにカーボンブラック、シリカ等の無機充填剤、あるいはロジン、石油樹脂等の粘着性付与剤等を配合するのが一般的である（例えば特許文献１〜３等参照）。
これら従来の構成で、粘弾性体の減衰性能を現状よりもさらに高めるためには、無機充填剤や粘着性付与剤等の配合割合を増加させることが考えられる。

しかし多量の無機充填剤を配合したゴム組成物はムーニー粘度が上昇して混練が難しくなり、また多量の粘着性付与剤を配合したゴム組成物は混練時の粘着性が高くなりすぎるため、いずれも加工性が低下して、所望の立体形状を有する粘弾性体を製造するために混練したり成形加工したりするのが容易でないという問題がある。
特に工場レベルで粘弾性体を量産する場合、加工性の低さはその生産性を大きく低下させ、生産に要するエネルギーを増大させ、さらには生産コストを高騰させる原因となるため望ましくない。

特許文献４では天然ゴム等の、主鎖中に二重結合を有しかつ極性側鎖を有しないゴムに、シリカと、２以上の極性基を有する粘着性付与剤等とを配合して、粘弾性体の減衰性能を向上することが検討されている。
ところが、現状よりも減衰性能をさらに向上するために上記特定の粘着性付与剤の配合割合を増加させた場合には、当該粘着性付与剤が粘弾性体の表面にブルームしやすくなる。

そして粘着性付与剤が粘弾性体の表面にブルームすると、当該粘弾性体を例えば金属部品等と接着して粘弾性ダンパを形成する際に、両者間で接着不良などを生じることなどが懸念される。
特許文献５では、粘着性付与剤として特定の軟化点を有するロジン誘導体を用いて、粘弾性体の減衰性能を向上することが検討されている。

しかし、現状よりもさらに減衰性能を向上するためにロジン誘導体の配合割合を増加させた場合には、やはり混練時の粘着性が高くなりすぎて加工性が低下するという問題がある。
特許文献６では、減衰性付与剤としてイミダゾールとヒンダードフェノール系化合物を配合して、粘弾性体の減衰性能を向上することが検討されている。

また特許文献７では、主鎖中に二重結合を有するゴムに、シリカおよびシリル化剤と、特定の反応性成分とを配合して、粘弾性体の高い剛性と良好な減衰性能、そしてゴム組成物の良好な加工性を両立させることが検討されている。
しかしこれらの構成でも、近年の、より一層の高減衰化の要求に対しては十分に対応しきれなくなりつつあるのが現状である。

その上、特許文献１〜７に記載のもの等の、従来のゴム組成物を用いて形成した粘弾性体は、特に地震等によって大変形が加えられた際に減衰性能が大きく低下しやすく、かかる減衰性能の低下を織り込んだ上で所期の性能を確保しようとすると、粘弾性ダンパの、製品としての設計が複雑化するという問題もある。

特許第３５２３６１３号公報特開２００７−６３４２５号公報特許第２７９６０４４号公報特開２００９−１３８０５３号公報特開２０１０−１８９６０４号公報特許第５０８６３８６号公報特開２０１３−５３２５１号公報

本発明の目的は、良好な加工性を有する上、現状よりも減衰性能に優れるとともに地震等によって大変形が加えられた際の減衰性能の低下が小さい粘弾性体を形成しうる、新規なゴム組成物を提供することにある。
また本発明の目的は、上記ゴム組成物からなる粘弾性体を備えるため、製品としての設計が複雑化するおそれのない建築物等の粘弾性ダンパを提供することにある。

本発明は、粘弾性ダンパの粘弾性体を形成するためのゴム組成物であって、主鎖中に二重結合を有するゴム、前記ゴムの総量１００質量部あたり、１００質量部以上、１５０質量部以下のシリカ、１０質量部以上、４０質量部以下のシラン化合物、および１質量部以上、１０質量部以下の四ホウ酸アルカリ金属塩を含むゴム組成物である。
また本発明は、上記本発明のゴム組成物からなる粘弾性体を備える粘弾性ダンパである。

本発明によれば、良好な加工性を有する上、現状よりも減衰性能に優れるとともに地震等によって大変形が加えられた際の減衰性能の低下が小さい粘弾性体を形成しうる、新規なゴム組成物を提供できる。
また本発明によれば、上記ゴム組成物からなる粘弾性体を備えるため、製品としての設計が複雑化するおそれのない建築物等の粘弾性ダンパを提供できる。

本発明の実施例、比較例のゴム組成物からなる粘弾性体の減衰性能を評価するために作製する、上記粘弾性体のモデルとしての試験体を分解して示す分解斜視図である。同図(a)(b)は、上記試験体を変位させて変位量と荷重との関係を求めるための試験機の概略を説明する図である。上記試験機を用いて試験体を変位させて求められる、変位量と荷重との関係を示すヒステリシスループの一例を示すグラフである。

《ゴム組成物》
シラン化合物はシリカと反応して、当該シリカの、主鎖中に二重結合を有するゴムに対する親和性や分散性を向上するために機能するが、発明者の検討によると四ホウ酸アルカリ金属塩は、かかるシラン化合物とシリカとの反応性を向上して、上記ゴムに対するシリカの親和性、分散性をさらに向上する効果を有している。

そのためシラン化合物とともに四ホウ酸アルカリ金属塩を併用することで、ゴム組成物の加工性を低下させるおそれのあるシリカの配合割合を増加させることなしに、粘弾性体の減衰性能をさらに向上できるとともに、地震等によって上記粘弾性体に大変形が加えられた際に上記減衰性能が低下するのを抑制できる。
したがって本発明によれば、良好な加工性を有する上、現状よりも減衰性能に優れるとともに地震等によって大変形が加えられた際の減衰性能の低下が小さい粘弾性体を形成しうるゴム組成物を提供できる。

〈ゴム〉
主鎖中に二重結合を有するゴムとしては、例えば天然ゴム、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、およびクロロプレンゴム（ＣＲ）からなる群より選ばれた少なくとも１種が挙げられる。
これらのゴムは、シラン化合物と反応させたシリカの親和性、分散性に優れる上、ガラス転移温度が室温（２〜３５℃）付近に存在しないため、最も一般的な使用温度域である上記室温付近での剛性等の特性の温度依存性を小さくして、広い温度範囲で安定した減衰性能を示す粘弾性体を形成できるという利点がある。

中でも、架橋させた状態でのゴム分子同士の架橋構造が緩やかで、減衰性能に優れた粘弾性体を形成できる上、入手しやすくゴム組成物をコスト安価に製造できる点で、天然ゴムが好適に使用される。
天然ゴムとしては、例えばＳＭＲ（ＳｔａｎｄａｒｄＭａｌａｙｓｉａｎＲｕｂｂｅｒ）−ＣＶ６０等の各種グレードの天然ゴムや、あるいは各種の脱蛋白天然ゴム等の１種または２種以上が挙げられる。

また天然ゴムとともにＳＢＲを併用すると、天然ゴムの加硫戻りとそれに伴う減衰性能の低下等とを抑制できる。
ＳＢＲとしては、スチレンと１，３−ブタジエンとを乳化重合法、溶液重合法等の種々の重合法によって共重合させて合成される種々のＳＢＲがいずれも使用可能である。
またＳＢＲとしては、スチレン含量によって分類される高スチレンタイプ、中スチレンタイプ、および低スチレンタイプのＳＢＲがいずれも使用可能である。

さらにＳＢＲとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展タイプのものと、加えない非油展タイプのものとがあるが、本発明ではいずれのタイプのＳＢＲも使用可能である。
これらＳＢＲの１種または２種以上を使用できる。
天然ゴムとＳＢＲの２種のゴムを併用する場合、ＳＢＲの配合割合は、両ゴムの総量１００質量部中の５質量部以上であるのが好ましく、４０質量部以下であるのが好ましい。

ＳＢＲの配合割合がこの範囲未満では、当該ＳＢＲを併用することによる、上述した天然ゴムの加硫戻りとそれに伴う減衰性能の低下等とを抑制する効果が十分に得られないおそれがある。
一方、ＳＢＲの配合割合が上記の範囲を超える場合には相対的に天然ゴムの割合が少なくなるため、当該天然ゴムによる、粘弾性体の減衰性能を向上したり、当該粘弾性体をコスト安価に製造したりする効果が十分に得られないおそれがある。

これに対し、ＳＢＲの配合割合を上記の範囲とすることにより、主に天然ゴムを使用することによる上述した効果を良好に維持しながら、天然ゴムの加硫戻りとそれに伴う減衰性能の低下等とを良好に抑制できる。
なお、かかる効果をより一層向上することを考慮すると、ＳＢＲの配合割合は、上記の範囲でも、両ゴムの総量１００質量部中の１０質量部以上であるのが好ましく、３０質量部以下であるのが好ましい。

また、ＳＢＲとして油展タイプのものを使用する場合は、当該油展タイプのＳＢＲ中に含まれる伸展油を除外した、固形分としてのＳＢＲ自体の質量部を基準としてゴムの総量や、上記ゴムの総量中でのＳＢＲの質量部等を設定することとする。
〈シリカ〉
シリカは、シラン化合物の機能によってゴム中に分散されることで、粘弾性体の剛性および減衰性能を向上するために機能する。

かかるシリカとしては、その製法によって分類される湿式法シリカ、乾式法シリカのいずれを用いてもよい。
また粘弾性体の減衰性能を向上する効果をさらに向上することを考慮すると、シリカとしてはＢＥＴ比表面積が１００〜４００ｍ^２／ｇ、特に２００〜２８０ｍ^２／ｇであるものを用いるのが好ましい。ＢＥＴ比表面積は、例えば柴田化学器械工業(株)製の迅速表面積測定装置ＳＡ−１０００等を使用して、吸着気体として窒素ガスを用いる気相吸着法で測定した値でもって表すこととする。

シリカの具体例としては、例えば東ソー・シリカ(株)製のＮｉｐＳｉｌ（登録商標）ＫＱ〔湿式法シリカ、ＢＥＴ比表面積：２４０ｍ２／ｇ〕等が挙げられる。
シリカの配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり１００質量部以上、１５０質量部以下に限定される。
シリカの配合割合がこの範囲未満では、粘弾性体に良好な減衰性能を付与できないおそれがある。

またシリカの配合割合が上記の範囲を超える場合には、ゴム組成物の加工性が低下したり、粘弾性体に大変形が加えられた際の耐久性が低下して、当該粘弾性体が破損したりするといった問題を生じるおそれがある。
これに対し、シリカの配合割合を上記の範囲とすることにより、ゴム組成物の加工性を向上したり、粘弾性体に大変形が加えられた際の耐久性を向上したりしながら、当該粘弾性体にできるだけ高い剛性と良好な減衰性能とを付与できる。

なお、かかる効果をより一層向上することを考慮すると、シリカの配合割合は、上記の範囲でも、ゴムの総量１００質量部あたり１３０質量部以下であるのが好ましい。
〈シラン化合物〉
シラン化合物としては、シリカと反応してその表面を改質することでゴムに対する親和性、分散性を向上して、当該シリカをゴム中に良好に分散できる、いわゆるシリル化剤やシランカップリング剤等として機能しうる種々のシラン化合物が使用可能である。

中でもシラン化合物としては、式(1)

〔式中、Ｒ^１はフェニル基、または炭素数１〜１０のアルキル基を示し、Ｒ^２は炭素数１〜３のアルキル基を示す。ｎは１〜３の数を示す。〕
で表されるアルコキシシラン化合物が好ましい。
またアルコキシシラン化合物としては、例えばメチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン等の１種または２種以上が挙げられる。

特に粘弾性体に高い剛性と良好な減衰性能とを付与することを考慮すると、シラン化合物としては、上記の中でも式(1)中のＲ^１がフェニル基、Ｒ２がメチル基で、かつｎが１であるフェニルトリメトキシシランや、式(1)中のＲ^１がフェニル基、Ｒ^２がエチル基で、かつｎが１であるフェニルトリエトキシシランが好ましい。
シラン化合物の配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり１０質量部以上、４０質量部以下に限定される。

シラン化合物の配合割合がこの範囲未満では、上述した、シリカの表面を改質してゴムに対する親和性、分散性を向上する効果が十分に得られないためゴム組成物の加工性が低下するおそれがある。また粘弾性体に高い剛性と良好な減衰性能を付与できないおそれもある。
一方、シラン化合物の配合割合が上記の範囲を超える場合には却ってゴム組成物の加工性が低下したり、粘弾性体の剛性や減衰性能が低下したりするおそれがある。

これに対し、シラン化合物の配合割合を上記の範囲とすることにより、ゴム組成物の加工性を向上しながら、当該粘弾性体にできるだけ高い剛性と良好な減衰性能とを付与できる。
なお、かかる効果をより一層向上することを考慮すると、シラン化合物の配合割合は、上記の範囲でも、ゴムの総量１００質量部あたり１５質量部以上であるのが好ましい。

〈四ホウ酸アルカリ金属塩〉
四ホウ酸アルカリ金属塩としては、例えば四ホウ酸リチウム（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）、四ホウ酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７）、四ホウ酸カリウム（Ｋ_２Ｂ_４Ｏ_７）等の１種または２種以上が挙げられる。
特に、前述したシラン化合物とシリカとの反応性を向上させて、ゴムに対するシリカの親和性、分散性を向上させる効果の点で四ホウ酸カリウムが好ましい。

四ホウ酸アルカリ金属塩の配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり１質量部以上、１０質量部以下に限定される。
四ホウ酸アルカリ金属塩の配合割合がこの範囲未満では上述した効果が十分に得られないため、特に粘弾性体に大変形が加えられた際の減衰性能の低下を十分に抑制できないおそれがある。

一方、四ホウ酸アルカリ金属塩の配合割合が上記の範囲を超える場合には、ゴム組成物の架橋速度が速くなりすぎて、いわゆるゴムの焼けを生じやすくなるおそれがある。
これに対し、四ホウ酸アルカリ金属塩の配合割合を上記の範囲とすることにより、ゴムの焼けが生じるのをできるだけ抑制しながら、シラン化合物とシリカとの反応性、そしてゴムに対するシリカの親和性、分散性を向上させて、粘弾性体に大変形が加えられた際の減衰性能の低下をより一層良好に抑制できる。

なお、かかる効果をより一層向上することを考慮すると、四ホウ酸アルカリ金属塩の配合割合は、上記の範囲でも、ゴムの総量１００質量部あたり１．５質量部以上、特に３．５質量部以上であるのが好ましい。
また、四ホウ酸アルカリ金属塩の中でも特に四ホウ酸ナトリウムなどは、製法によっては結晶水を含む含水塩の状態で供給されるものもあるが、かかる含水塩を使用する場合は、その中に含まれる結晶水を除外した、有効成分としての四ホウ酸アルカリ金属塩自体の質量部を上記の範囲に設定すればよい。

〈架橋成分〉
本発明のゴム組成物には、従来同様に、ゴムを架橋させるための架橋成分を配合できる。架橋成分としては架橋剤、促進剤が挙げられる。
このうち架橋剤としては、特に硫黄系架橋剤が好ましい。
また硫黄系架橋剤としては、例えば粉末硫黄、オイル処理粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、分散性硫黄等の硫黄や、あるいはテトラメチルチウラムジスルフィド、Ｎ，Ｎ−ジチオビスモルホリン等の有機含硫黄化合物などが挙げられ、特に硫黄が好ましい。

硫黄の配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり０．５質量部以上であるのが好ましく、３質量部以下であるのが好ましい。
なお、例えば硫黄としてオイル処理粉末硫黄、分散性硫黄等を使用する場合、上記配合割合は、それぞれの中に含まれる有効成分としての硫黄自体の割合とする。
促進剤としては、例えばスルフェンアミド系促進剤、チウラム系促進剤等が挙げられる。促進剤は、種類によって架橋促進のメカニズムが異なるため、２種以上を併用するのが好ましい。

このうちスルフェンアミド系促進剤としては、例えばＮ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、Ｎ，Ｎ−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフ
ェンアミド、Ｎ−オキシジエチレン−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド等の１種または２種以上が挙げられる。

スルフェンアミド系促進剤の配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり０．５質量部以上であるのが好ましく、３質量部以下であるのが好ましい。
またチウラム系促進剤としては、例えばテトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラキス（２-エチルヘキシル）チウラムジスルフィド、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド等の１種または２種以上が挙げられる。

チウラム系促進剤の配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり０．５質量部以上であるのが好ましく、３質量部以下であるのが好ましい。
〈その他の成分〉
本発明のゴム組成物には、上記の各成分に加えて、さらにシリカ以外の他の無機充填剤、架橋助剤、軟化剤、粘着性付与剤、老化防止剤等を適宜の割合で配合してもよい。

（無機充填剤）
シリカ以外の他の無機充填剤としては、例えばカーボンブラック等が挙げられる。
またカーボンブラックとしては、その製造方法等によって分類される種々のカーボンブラックのうち、充填剤として機能しうるカーボンブラックの１種または２種以上が使用可能である。

カーボンブラックの配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり１質量部以上であるのが好ましく、５質量部以下であるのが好ましい。
（架橋助剤）
架橋助剤としては、例えば酸化亜鉛等の金属化合物；ステアリン酸、オレイン酸、綿実脂肪酸等の脂肪酸その他、従来公知の架橋助剤の１種または２種以上が挙げられる。特に酸化亜鉛とステアリン酸とを併用するのが好ましい。

このうち酸化亜鉛の配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり１質量部以上であるのが好ましく、５質量部以下であるのが好ましい。
またステアリン酸の配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり１質量部以上であるのが好ましく、３質量部以下であるのが好ましい。
（軟化剤）
軟化剤は、ゴム組成物の加工性をさらに向上するための成分であって、当該軟化剤としては、例えば室温で液状を呈する液状ゴムが挙げられる。また液状ゴムとしては、例えば液状ポリイソプレンゴム、液状ニトリルゴム（液状ＮＢＲ）、液状スチレンブタジエンゴム（液状ＳＢＲ）等の１種または２種以上が挙げられる。

このうち液状ポリイソプレンゴムが好ましい。液状ポリイソプレンゴムとしては、例えば(株)クラレ製のクラプレン（登録商標）ＬＩＲ−３０（数平均分子量：２８０００）、ＬＩＲ−５０（数平均分子量：５４０００）等が挙げられる。
なお液状ゴムは、ゴム組成物の主体を構成し、架橋前に室温で固形状を呈する前述した天然ゴムやＳＢＲ等のゴムの架橋時に、当該ゴムとともに架橋反応する成分ではあるが、特性上はあくまでも軟化剤であるため、ゴムの総量には加えないこととする。

液状ゴムの配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり５質量部以上であるのが好ましく、５０質量部以下であるのが好ましい。
また他の軟化剤としては、例えばクマロン・インデン樹脂等が挙げられる。
クマロン・インデン樹脂としては、主にクマロンとインデンの重合物からなり、平均分子量１０００以下程度の比較的低分子量であって、軟化剤として機能しうる種々のクマロン・インデン樹脂が挙げられる。

クマロン・インデン樹脂としては、例えば日塗化学(株)製のニットレジン（登録商標）クマロンＧ−９０〔平均分子量：７７０、軟化点：９０℃、酸価：１．０ＫＯＨｍｇ／ｇ以下、水酸基価：２５ＫＯＨｍｇ／ｇ、臭素価９ｇ／１００ｇ〕、Ｇ−１００Ｎ〔平均分子量：７３０、軟化点：１００℃、酸価：１．０ＫＯＨｍｇ／ｇ以下、水酸基価：２５ＫＯＨｍｇ／ｇ、臭素価１１ｇ／１００ｇ〕、Ｖ−１２０〔平均分子量：９６０、軟化点：１２０℃、酸価：１．０ＫＯＨｍｇ／ｇ以下、水酸基価：３０ＫＯＨｍｇ／ｇ、臭素価６ｇ／１００ｇ〕、Ｖ−１２０Ｓ〔平均分子量：９５０、軟化点：１２０℃、酸価：１．０ＫＯＨｍｇ／ｇ以下、水酸基価：３０ＫＯＨｍｇ／ｇ、臭素価７ｇ／１００ｇ〕等の１種または２種以上が挙げられる。

クマロン・インデン樹脂の配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり３質量部以上であるのが好ましく、２０質量部以下であるのが好ましい。
（粘着性付与剤）
粘着性付与剤としては、例えば石油樹脂等が挙げられる。また石油樹脂としては、例えば丸善石油化学(株)製のマルカレッツ（登録商標）Ｍ８９０Ａ〔ジシクロペンタジエン系石油樹脂、軟化点：１０５℃〕等が好ましい。

石油樹脂の配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり３質量部以上であるのが好ましく、３０質量部以下であるのが好ましい。
（老化防止剤）
老化防止剤としては、例えばベンズイミダゾール系、キノン系、ポリフェノール系、アミン系等の各種老化防止剤の１種または２種以上が挙げられる。特にベンズイミダゾール系老化防止剤とキノン系老化防止剤を併用するのが好ましい。

このうちベンズイミダゾール系老化防止剤としては、例えば２−メルカプトベンズイミダゾール等が挙げられる。
ベンズイミダゾール系老化防止剤の配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり０．５質量部以上であるのが好ましく、５質量部以下であるのが好ましい。
またキノン系老化防止剤としては、例えば丸石化学品(株)製のアンチゲンＦＲ〔芳香族ケトン−アミン縮合物〕等が挙げられる。

キノン系老化防止剤の配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり０．５質量部以上であるのが好ましく、５質量部以下であるのが好ましい。
〈ゴム組成物〉
上記各成分を含む本発明のゴム組成物によれば、建築物の構造中に組み込まれる制震（制振）用の粘弾性ダンパを構成する粘弾性体を形成できる。

そして本発明によれば、主鎖中に二重結合を有するゴム、シリカ、シラン化合物、四ホウ酸アルカリ金属塩、架橋成分その他、各種成分の種類とその組み合わせおよび配合割合を調整することにより、粘弾性体を、粘弾性ダンパ用として適した優れた減衰性能を有するものとすることができる。

《粘弾性ダンパ》
上記のように、本発明のゴム組成物を形成材料として用いて、建築物の構造中に組み込まれる粘弾性ダンパの粘弾性体を形成すると、当該粘弾性体が高い減衰性能を有することから、かかる粘弾性体を含む個々の粘弾性ダンパの減衰性能を向上して、その全体を小型化したり、１つの建築物に組み込む数を減らしたりしても従来と同等の制震性能を確保できる。

また、地震等の発生によって大変形が加えられた際の減衰性能の低下を抑制でき、当該減衰性能の低下を織り込んだ上で所期の性能を確保する必要がなくなるため、上記粘弾性ダンパの、製品としての設計が複雑化するのを抑制できる。
その上、主鎖中に二重結合を有するゴムは、先に説明したように粘弾性体の減衰性能や物性等の温度依存性を小さくできることから、例えば温度差の大きい建築物の外壁付近に粘弾性ダンパを設置でき、建築物等における、粘弾性ダンパによる制震性能の設計の自由度を拡げることもできる。

〈実施例１〉
ジエン系ゴムとしての天然ゴム〔ＳＭＲ−ＣＶ６０〕８０質量部、およびＳＢＲ〔住友化学(株)製のＳＢＲ１５０２、非油展〕２０質量部、計１００質量部に、シリカ〔東ソー・シリカ(株)製のＮｉｐＳｉｌＫＱ〕１２５質量部、シラン化合物としてのフェニルトリエトキシシラン〔信越化学工業(株)製のＫＢＥ−１０３〕２０質量部、および四ホウ酸カリウム〔米山化学工業(株)製〕４．５質量部と、下記表１に示す各成分のうち架橋成分以外の各成分とを配合し、密閉式混練機を用いて混練したのち、さらに架橋成分を加えて混練してゴム組成物を調製した。

表中の各成分は下記のとおり。また表中の質量部は、それぞれ天然ゴムとＳＢＲの総量１００質量部あたりの質量部である。
液状ポリイソプレンゴム：(株)クラレ製のクラプレンＬＩＲ−５０、数平均分子量：５４０００
カーボンブラック：ＦＥＦ、東海カーボン(株)製のシースト３
ベンズイミダゾール系老化防止剤：２−メルカプトベンズイミダゾール、大内新興化学工業(株)製のノクラック（登録商標）ＭＢ
キノン系老化防止剤：丸石化学品(株)製のアンチゲンＦＲ
酸化亜鉛２種：三井金属鉱業(株)製
ステアリン酸：日油(株)製の「つばき」
クマロン・インデン樹脂：軟化点９０℃、日塗化学(株)製のニットレジンクマロンＧ−９０
ジシクロペンタジエン系石油樹脂：軟化点１０５℃、丸善石油化学(株)製のマルカレッツＭ８９０Ａ
５％オイル処理粉末硫黄：加硫剤、鶴見化学工業(株)製、硫黄自体の配合割合は１．５質量部
スルフェンアミド系促進剤：Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、大内新興化学工業(株)製のノクセラー（登録商標）ＮＳ
チウラム系促進剤：テトラブチルチウラムジスルフィド、大内新興化学工業(株)製のノクセラーＴＢＴ−ｎ
〈実施例２、３〉
四ホウ酸カリウムの配合割合を、ゴムの総量１００質量部あたり１．５質量部（実施例２）、７．５質量部（実施例３）としたこと以外は実施例１と同様にしてゴム組成物を調製した。

〈実施例４、５〉
シリカの配合割合を、ゴムの総量１００質量部あたり１００質量部（実施例４）、１５０質量部（実施例５）としたこと以外は実施例１と同様にしてゴム組成物を調製した。
〈実施例６、７〉
シラン化合物の配合割合を、ゴム分の総量１００質量部あたり１０質量部（実施例６）、４０質量部（実施例７）としたこと以外は実施例１と同様にしてゴム組成物を調製した。

〈比較例１〉
四ホウ酸カリウムを配合しなかったこと以外は実施例１と同様にしてゴム組成物を調製した。
〈減衰特性試験〉
（試験体の作製）
実施例、比較例で調製したゴム組成物をシート状に押出成形したのち打ち抜いて、図１に示すように平面形状が矩形の平板１（厚み５ｍｍ×縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ）を形成し、この平板１の表裏両面にそれぞれ加硫接着剤を介して厚み６ｍｍ×縦４４ｍｍ×横４４ｍｍの矩形平板状の鋼板２を重ねて積層方向に加圧しながら１５０℃に加熱して、上記平板１を形成するゴム組成物を架橋させるとともに平板１を２枚の鋼板２と加硫接着させて、粘弾性体のモデルとしての減衰特性評価用の試験体３を作製した。

（変位試験）
図２(a)に示すように上記試験体３を２個用意し、この２個の試験体３を、それぞれ一方の鋼板２を介して１枚の中央固定治具４に固定するとともに、両試験体３の他方の鋼板２に、それぞれ１枚ずつの左右固定治具５を固定した。そして中央固定治具４を、図示しない試験機の上側の固定アーム６にジョイント７を介して固定し、かつ２枚の左右固定治具５を、上記試験機の下側の可動盤８にジョイント９を介して固定した。

なお両試験体３は、それぞれ平板１の互いに平行な２辺を下記変位方向と平行に揃えた状態で、上記のようにして固定した。
次にこの状態で可動盤８を、図２(a)中に白抜きの矢印で示すように固定アーム６の方向に押し上げるように変位させて、平板１を図２(b)に示すように厚み方向と直交方向に歪み変形させた状態とし、次いでこの状態から可動盤８を、今度は図２(b)中に白抜きの矢印で示すように固定アーム６の方向と反対方向に引き下げるように変位させて図２(a)に示す状態に戻す操作を１サイクルとして、平板１を繰り返し歪み変形、すなわち振動させた際の、当該平板１の厚み方向と直交方向の変位量（ｍｍ）と荷重（Ｎ）との関係を示すヒステリシスループＨ（図３参照）を求めた。

測定は、温度２０℃の環境下、上記の操作を３サイクル実施して３サイクル目の値を求めた。各サイクルにおける最大変位量は、いずれも平板１を挟む２枚の鋼板２の、当該平板１の厚み方向と直交方向のずれ量が平板１の厚みの１００％となるように設定した。
次いで、上記の測定により求めた図３に示すヒステリシスループＨのうち最大変位点と最小変位点とを結ぶ、図中に太線の実線で示す直線Ｌ１の傾きＫｅｑ（Ｎ／ｍｍ）を求め、この傾きＫｅｑ（Ｎ／ｍｍ）と、平板１の厚みＴ（ｍｍ）と、平板１の断面積Ａ（ｍｍ^２）とから、式(ａ)：

によって等価せん断弾性率Ｇｅｑ（Ｎ／ｍｍ^２）を求めた。
そして比較例１における等価せん断弾性率Ｇｅｑ（Ｎ／ｍｍ^２）を１００としたときの、各実施例の等価せん断弾性率Ｇｅｑ（Ｎ／ｍｍ^２）の相対値を求めた。
また図３中に斜線を付して示した、ヒステリシスループＨの全表面積で表される吸収エネルギー量ΔＷと、同図中に網線を付して示した、直線Ｌ１と、グラフの横軸と、直線Ｌ１とヒステリシスループＨとの交点から上記横軸におろした垂線Ｌ２とで囲まれた領域の表面積で表される弾性歪みエネルギーＷとから、式(ｂ)：

によって等価減衰定数Ｈｅｑを求めた。
そして比較例１における等価減衰定数Ｈｅｑを１００としたときの、各実施例の等価減衰定数Ｈｅｑの相対値を求め、かかる相対値が９７以上のものを良好（○）、９７未満のものを不良（×）と評価した。
（大変形が加えられた際の減衰性能評価）
２サイクル目の最大変位量を３００％として平板１を大変形させたこと以外は上記変位試験と同条件で、上記平板１を繰り返し変形させた際の、当該平板１の厚み方向と直交方向の変位量（ｍｍ）と荷重（Ｎ）との関係を示すヒステリシスループＨ（図３参照）を求めた。

測定は温度２０℃の環境下、上記大変形前の１サイクル目、および大変形後の３サイクル目の値を求めた。
すなわち、それぞれのヒステリシスループＨから上記式(ａ)によって、上記１サイクル目の透過せん断弾性率Ｇｅｑ_（１）（Ｎ／ｍｍ^２）と、３サイクル目の透過せん断弾性率
Ｇｅｑ_（３）（Ｎ／ｍｍ^２）とを求めた。

そして式(ｃ)：

によって大変形前後のせん断弾性率の保持率（％）を算出し、比較例１における上記保持率（％）を１００としたときの、各実施例の保持率（％）の相対値を求めて、かかる相対値が１０２以上であるものを良好（○）、１０２未満であるものを不良（×）と評価した。
以上の結果を表２、表３に示す。

表２、表３の実施例１〜７、比較例１の結果より、主鎖中に二重結合を有するゴム、シリカ、およびシラン化合物を含むゴム組成物に、さらに四ホウ酸カリウム等の四ホウ酸アルカリ金属塩を配合することにより、当該ゴム組成物の良好な加工性を維持しながら、減衰性能に優れるとともに地震等によって大変形が加えられた際の減衰性能の低下が小さい粘弾性体を形成できることが判った。

また実施例１〜３の結果より、上記の効果をより一層向上することを考慮すると、四ホウ酸カリウムの配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり１質量部以上、中でも１．５質量部以上、特に３．５質量部以上であるのが好ましく、１０質量部以下であるのが好ましいことが判った。
また実施例１、４、５の結果より、上記の効果をより一層向上することを考慮すると、シリカの配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり１００質量部以上であるのが好ましく、１５０質量部以下、特に１３０質量部以下であるのが好ましいことが判った。

さらに実施例１、６、７の結果より、シラン化合物の配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり１０質量部以上、特に１５質量部以上であるのが好ましく、４０質量部以下であるのが好ましいことが判った。

１平板
２鋼板
３試験体
４中央固定治具
５左右固定治具
６固定アーム
７ジョイント
８可動盤
９ジョイント
Ｈヒステリシスループ
Ｌ１直線
Ｌ２垂線
Ｗエネルギー
ΔＷ吸収エネルギー量

Claims

粘弾性ダンパの粘弾性体を形成するためのゴム組成物であって、主鎖中に二重結合を有するゴム、前記ゴムの総量１００質量部あたり、１００質量部以上、１５０質量部以下のシリカ、１０質量部以上、４０質量部以下のシラン化合物、および１質量部以上、１０質量部以下の四ホウ酸アルカリ金属塩を含むゴム組成物。
前記ゴムは、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、およびクロロプレンゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種である請求項１に記載のゴム組成物。
前記請求項１または２に記載のゴム組成物からなる粘弾性体を備える粘弾性ダンパ。