JPH04248036A - 振動減衰材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動減衰材料に関し、特
に免震装置に用いられる振動減衰材料に係る。

【０００２】

【従来技術】従来から、地震やその他の振動から建築物
、構造物、床、設備等を保護する免震対策がなされてい
る。建築物とその基礎間あるいは機器等と機器等が設置
される床間等に配置される免震システムとして、一般に
ゴム及び金属板を交互に積層したバネ機能を備えた積層
ゴムと、振動エネルギーを吸収する鋼材から成るダンパ
ーとを併用している。しかし、鋼材ダンパーは施工作業
やメンテナンスの手間を必要とし費用もかかる上、建築
物等の地下空間を狭めその有効利用を妨げるものである
ため、鋼材ダンパーを使用せず積層ゴムに振動エネルギ
ーを吸収する機能を付加して積層ゴムのみで免震を行う
ことが強く要求されている。

【０００３】

【発明が解決すべき課題】しかしながら、従来の積層ゴ
ムに用いられるゴムは、機械物性、クリープ特性の優れ
た天然ゴムが使用されているが、天然ゴム自体は弾性が
非常に強く、減衰機能はほとんど持たないため、減衰の
大きなゴムとして防振ゴムとして汎用されているスチレ
ンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）
、イソプレンゴム等を適宜ブレンドしたものに、充填材
としてカーボンブラックやグラファイトを添加し、可塑
剤等を配合して加硫して振動減衰性を向上させている。 しかし、これらのゴムは免震に必要なバネ機能と振動減
衰機能とを備えたゴム材としてのクリープ特性を保持し
水平方向の大変位に追従できるように６００％以上の伸
びを有し、さらに等価減衰定数が使用温度（約−１０〜
４０℃）範囲で大きくかつ使用温度範囲で温度による弾
性率の変化が少ない減衰特性を備えたのもではない。低
コスト化、省スペース化、設計の単純化を図るため、ゴ
ム自体に振動を断絶するバネ機能と振動減衰機能とを有
する高減衰ゴムを用いた鋼材ダンパー不要の積層ゴムは
未だ得られていなかった。

【０００４】上記の欠点を解消するため、本発明の振動
減衰材料はクリープが小さく、大変形に追従し、弾性率
の温度変化が小さい優れたバネ機能を有し、しかも減衰
機能を備え、免震装置の支承体としてそれ自体で用いる
ことができる振動減衰材料を提供することを目的とする
。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の振動減衰材利用は、天然ゴムまたは天然ゴ
ム及び合成ゴム１００重量部に、粒径２０μｍ以下の酸
化鉄粉末５〜１００重量部を配合したものである。本発
明の振動減衰材料は、バネ機能と減衰機能を兼備したも
のである。本来、バネ機能は弾性に由来し、減衰機能は
粘性に由来する。弾性と粘性とは拮抗状態にあり、この
両者の比率を示す指標として動的損失係数ｔａｎδが用
いられ、ｔａｎδが大きい程粘性が大きく、即ち減衰の
大きなものとなる。粘性は分子構造に大きく依存し、分
子の回転運動にあたって立体障害となる置換基が存在す
る場合や、分子間力の作用しやすい構造が存在する場合
等が粘性の大きなものとなる。また、ゴム分子の構造に
加え、分子運動の障害となるような充填材を混入するこ
とで分子−充填材間の吸着あるいは摩擦により粘性を大
きくし得る。

【０００６】このような観点から、クリープが小さく、
大変形に追従し、弾性率も温度変化が小さいバネ機能に
優れたシス−１、４−ポリイソプレン構造である天然ゴ
ムとブレンドされる合成ゴムは、繊維強化ゴム、液状イ
ソブチルゴム、液状イソプレンゴム、液状ニトリルゴム
、高ニトリルゴム等が好適に用いられる。液状ゴムは粘
性効果を付与し、ニトリルゴムは分子構造の立体障害、
分子間力による減衰効果が大きいものである。また繊維
強化ゴムは充填材的なものとして減衰作用する。これら
の合成ゴムと天然ゴムとのブレンドは本来極性の弱い天
然ゴムと相溶性が悪いが、液状とすれば相溶性は向上す
る。

【０００７】このような天然ゴムまたは天然ゴムと合成
ゴムに混入される酸化鉄はＦｅ０、Ｆｅ２０３、Ｆｅ３
０４等の粉末が好ましい。これらの粉末は粒径が５〜１
０μｍの範囲のものが好適である。粒径５μｍ以下であ
ると減衰効果が得られず、２０μｍ以上であると物性が
低下する。このような酸化鉄粒末と、天然ゴムまたは天
然ゴムと合成ゴムのブレンドポリマーとの配合量は、ゴ
ム重量部１００に対し５〜１００重量部の酸化鉄を配合
するのが好ましい。酸化鉄の配合量が１００重量部以上
では伸び等の物性が低下し、５重量部以下であると減衰
効果が低くなってしまう。酸化鉄の粒径の異なるものを
天然ゴムに混入した時の減衰特性を表１に示す。

【０００８】尚、これらの混合物にカーボンブラックを
硬さ、引張りの向上のため加えてもよい。カーボンブラ
ックの配合量は粘性により適宜調整する。例えばカーボ
ンブラックの粒径が４０〜５０μｍの時はゴム１００重
量部に対して５０〜６０部以下が好ましい。さらに、減
衰効果を損わない範囲で他の充填材、可塑材、プロセス
オイル、その他の添加材を添加してもよい。

【０００９】このような天然ゴムまたは天然ゴム及び合
成ゴムに酸化鉄を配合した振動減衰材料の特性を表１に
示す。

【００１０】

【表１】

【００１１】表１に示す振動減衰材料の減衰特性は任意
の測定モード（曲げ、せん断、引張）で周波数、変形量
を設定して動的機械試験を行い、減衰特性の大きさを表
す動的損失係数（ｔａｎδ）、弾性率（Ｇ’）を測定し
た。表１においては周波数０．３Ｈｚ、変形量はサンプ
ル厚みに対して約１０％で設定した。また、弾性率の温
度依存性については、免震ゴムが使用される環境は−１
０℃〜４０℃程度と考えられるので、−１０℃と４０℃
における弾性率比を求めた。

【００１２】

【実施例】表１に示す実施例２及び比較例４の材量で積
層ゴムの構造体を作成した。積層ゴム構造体は厚さ５．
０ｍｍゴム層と厚さ２．３ｍｍの金具層を交互に積層し
た直径３００ｍｍの構成体で、３０ｔｏｎの鉛直荷重を
加え、周波数０．５Ｈｚのサイン波を加え、せん断歪が
ゴム厚に対して１００％の動的加振により得られたヒス
テリシス曲線から式（１）より等価減衰定数を求めた。

【００１３】

【数１】

【００１４】ここでｈｅｑは等価減衰定数、ｗは荷重と
変形量に対する面積を示す。結果を表２に示す。

【００１５】

【表２】

【００１６】表２からもわかるように、天然ゴム１００
重量部と、粒径１０μｍの酸化鉄５０重量部を加えたも
のは減衰材料として適していることがわかり、建物、構
造体の免震装置の支承体として採用できることが判明し
た。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の振動減衰材料によれば、天然ゴムに天然ゴム分子の
運動の障害あるいは摩擦等により減衰させる酸化鉄を混
入させたため、弾性と粘性を備えた減衰材料が得られた
。そのため、本発明の振動減衰材料を用いて積層ゴムを
作成すれば、バネ機能とダンパ機能を兼備した構成の簡
単な低コストで省スペース化の免震装置を得ることがで
きる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】天然ゴムまたは天然ゴム及び合成ゴム１０
   ０重量部に、粒径２０μｍ以下の酸化鉄粉末５〜１００
   重量部を配合したことを特徴とする振動減衰材料。