TWI693325B - 防震支撐裝置 - Google Patents

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TWI693325B TW105108132A TW105108132A TWI693325B TW I693325 B TWI693325 B TW I693325B TW 105108132 A TW105108132 A TW 105108132A TW 105108132 A TW105108132 A TW 105108132A TW I693325 B TWI693325 B TW I693325B
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日商翁令司工業股份有限公司
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Abstract

本發明之防震支撐裝置1具備：積層體4，其具有交替地積層之彈性層2及剛性層3；鉛插塞7，其配設於積層體4之中空部6；及熱導體9，其配設於鉛插塞7之外周面8及內周面5間。

Description

防震支撐裝置
本發明係關於一種配設於兩個構造物間，用以吸收兩構造物間之相對之水平方向之振動能，降低向構造物之振動加速度之裝置，尤其是一種使地震能衰減，降低地震輸入加速度，防止建築物、橋樑等構造物損壞之防震支撐裝置。
防震支撐裝置具有：積層體，其具有交替地積層之彈性層及剛性層；及減震體，其包含填充於由該積層體之內周面所界定之圓柱狀之中空部之鉛插塞，該防震支撐裝置如由專利文獻1、專利文獻2及專利文獻3所獲知般，設置於地基與構造物之間，以於支撐構造物之負載之基礎上，藉由積層體而儘可能地阻止地震等所造成之地基振動向構造物之傳遞，並且藉由鉛插塞而儘可能迅速地使已傳遞至構造物之振動衰減。
於該防震支撐裝置中，當於地震中積層體發生剪切變形時，鉛插塞亦發生塑性變形，藉此吸收振動能，鉛插塞較佳地吸收振動能，且於塑性變形後亦可藉由伴隨振動能吸收而產生之熱容易地再結晶，不會導致機械疲勞，因此作為振動能吸收體極其優異。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特公昭61-17984號
[專利文獻2]日本專利特開平9-105440號公報
[專利文獻3]日本專利特開2000-346132號公報
[專利文獻4]日本專利特開昭63-268837號公報
然而，指出有當防震支撐裝置遭受到以較大振幅長時間反覆發生之長週期地震運動時，鉛插塞會伴隨因塑性變形產生之振動能吸收，而發生溫度上升，該溫度上升有可能上升至鉛之熔點附近。若鉛插塞溫度上升，則存在如下之虞，即，不僅相對於鉛插塞之變形之振動能之吸收能力下降，而且會導致與鉛插塞接觸之積層體之彈性層之材料物性值尤其是彈性模數變差。
為防止鉛之溫度上升，例如，於專利文獻4中提出如下技術，即，於鉛構件中分散配置熔點低於鉛之金屬即所謂之低熔點金屬作為熱之吸收材料，藉此吸收於地震時自鉛構件產生之熱作為低熔點金屬之熔解熱，從而防止鉛構件之過度之溫度上升；或於鉛構件中分散配置液體(水)，藉此吸收於地震時自鉛構件產生之熱作為液體之蒸發熱，從而防止鉛構件之過度之溫度上升。
然而，於專利文獻4中所提出之技術尤其是於鉛構件中分散配置液體(水)之技術中，必須考慮液體之蒸發及洩漏，對於無法預測到何時發生之地震難以稱得上實用。
以上問題並不限於使用鉛之鉛插塞及使用錫之錫插塞，總而言之可於因溫度上升而導致振動能之吸收能力下降之減震體中發生。
本發明係鑒於上述各點而完成者，其目的在於，提供一種即便於遭受到長週期地震運動時，亦可極力降低會使振動能之吸收能力下降之減震體之溫度上升，從而於長週期地震運動中亦可有效地發揮防震功能之防震支撐裝置。
本發明之防震支撐裝置具備：積層體，其具有複數個彈性層及剛性層；減震體，其配設於由該積層體之內周面所界定之柱狀之中空部；及熱導體，其配設於減震體之外周面及積層體之內周面間，並且具有較彈性層之熱導率高之熱導率；該熱導體具有與減震體之筒狀之外周面接觸之內周面、及與積層體之內周面接觸之外周面，各剛性層具備具有較彈性層之熱導率高之熱導率之環狀之鋼板。
根據本發明之防震支撐裝置，熱導體具有與減震體之筒狀之外周面接觸之內周面、及與積層體之內周面接觸之外周面，各剛性層具備具有較彈性層之熱導率高之熱導率之環狀之鋼板，因此伴隨基於長週期地震運動所致之減震體之剪切變形之振動能吸收而自該減震體產生之熱經由配設於減震體之外周面及積層體之內周面間之熱導體高效率地傳遞至剛性層，並經由該剛性層而釋放，結果可避免因熱之累積而導致之減震體之溫度上升，從而不會因溫度上升而引起減震體之振動能之吸收能力下降，可有效地吸收地震能。
於本發明之防震支撐裝置中，於較佳之例中，熱導體、熱導體之內周面及熱導體之外周面分別為筒狀，熱導體至少包含聚合物、及具有較彈性層之熱導率高之熱導率之填充劑，於該情形時，聚合物亦可包含熱固性聚合物及熱塑性聚合物中之至少一者。
於較佳之例中，熱固性聚合物包含交聯橡膠、環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂、酚系樹脂、不飽和聚酯樹脂、熱硬化型聚苯醚樹脂及熱硬化型改性聚苯醚樹脂中之至少一者。
作為交聯橡膠，可列舉如下橡膠作為較佳之例：天然橡膠(NR)、丁二烯橡膠(BR)、異戊二烯橡膠(IR)、腈橡膠(NBR)、氫化腈橡膠(HNBR)、氯丁二烯橡膠(CR)、乙烯丙烯橡膠(EPR、EPDM)、氯化聚乙烯(CM)、氯磺化聚乙烯(CSM)、丁基橡膠(IIR)、鹵化丁基橡 膠、氟橡膠、胺基甲酸酯橡膠、丙烯酸系橡膠(ACM)、苯乙烯丁二烯橡膠(SBR)及矽酮橡膠(VMQ、FVMQ)等。
熱塑性聚合物可包含熱塑性合成樹脂或熱塑性彈性體中之至少一者。
作為熱塑性合成樹脂，並不特別限制，可視目的而適當選擇，例如可列舉聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及乙烯-丙烯共聚物等乙烯-α-烯烴共聚物、聚甲基戊烯(PMP)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯醇(PVA)、聚縮醛(POM)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚醯胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚碸(PSU)及聚醚碸(PES)等。
作為熱塑性彈性體，例如可列舉苯乙烯-丁二烯共聚物或其氫化聚合物、苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物或其氫化聚合物等苯乙烯系熱塑性彈性體、烯烴系熱塑性彈性體、氯乙烯系熱塑性彈性體、聚酯系熱塑性彈性體、聚胺基甲酸酯系熱塑性彈性體及聚醯胺系熱塑性彈性體等。
於本發明中，於較佳之例中，填充劑包含碳系填充劑、金屬系填充劑及陶瓷系填充劑中之至少一者。
作為碳系填充劑，可列舉科琴黑等爐黑、乙炔黑、煙囪黑及氣黑等碳黑、聚丙烯腈系碳纖維及瀝青系碳纖維等碳纖維、人造石墨、球狀石墨、鱗片狀石墨、塊狀石墨、土狀石墨等石墨、金剛石、富勒烯、螺旋碳纖維、奈米碳管(氣相沈積碳纖維)以及石墨烯等。
碳黑或石墨之粒子之大小可考慮分散性及熱導體之厚度等而決定。較佳為，碳黑之平均粒徑為10nm~700nm，石墨之平均粒徑為5~150μm，進而自可提高流動性、可提高成形加工性之觀點而言，石 墨之平均粒徑較佳為30~150μm。碳纖維可使用纖維直徑5~20μm且纖維長2~8mm之短纖、纖維直徑5~20μm且纖維長20~400μm之磨碎纖維等。於奈米碳管之情形時，較佳為，單層奈米管之單體為直徑1~2.5nm，且於長度方向上為5~10nm，而多層奈米管為直徑10~40nm，且於長度方向上為10nm。
作為科琴黑之具體例，可列舉LION公司製造之「EC300J、EC600JD(商品名)」等，作為乙炔黑之具體例，可列舉電氣化學工業公司製造之「DENKA BLACK(商品名)」等，作為鱗片狀石墨之具體例，可列舉中越石墨工業所公司製造之「BF-3AK、CPB-6S(商品名)」、富士石墨工業公司製造之「UF-2(商品名)」、西村石墨公司製造之「PS-99(平均粒徑7μm)」、TIMCAL公司製造之「KS15(商品名)，平均粒徑8μm」、日本石墨工業公司製造之「CB150(商品名)，平均粒徑40μm或平均粒徑130μm」等，作為土狀石墨之具體例，可列舉中越石墨工業所公司製造之「APR(商品名)」及富士石墨工業公司製造之「FAG-1(商品名)」等，作為人造石墨之具體例，可列舉中越石墨工業所公司製造之「G-6S(商品名)」及富士石墨工業公司製造之「FGK-1(商品名)」，另外，作為球狀石墨之具體例，可列舉中越石墨工業所公司製造之「WF-15C(商品名)」及富士石墨工業公司製造之「WF-010，WF-015(商品名)」等。
作為碳纖維之具體例，於聚丙烯腈系碳纖維中，可列舉東麗公司製造之「TORAYCA CHOP(商品名)」、三菱麗陽公司製造之「PYROFIL(商品名)」及東邦TENAX公司製造之「BESFIGHT(商品名)」等，於瀝青系碳纖維中，可列舉三菱化學產資公司製造之「DIALEAD(商品名)」、大阪Gas Chemicals公司製造之「DONACARBO(商品名)」、KUREHA公司製造之「KURECA CHOP(商品名)」及日本Graphite Fibers公司製造之「GRANOC磨碎纖 維(商品名)〕等。
作為金屬系填充劑，較佳為使用選自由鋁、銅、銀、鐵、鎳、矽、鋅、鎂、鎢及錫所組成之群之1種以上之金屬粉末或該等金屬之合金粉末(鋁青銅、七三黃銅、海軍黃銅等)。該等金屬系填充劑可為平均粒徑0.1~200μm，較佳為平均粒徑0.1~50μm之粒子狀物。尤其是若平均粒徑低於0.1μm，則熱導性之提高效果差，難以成形，因此欠佳。
作為陶瓷系填充劑，可列舉氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鈹(BeO)及氧化鈦(TiO2)等金屬氧化物、氮化硼(六方晶BN或立方晶BN)、氮化鋁(AlN)及氮化矽(Si3N4)等金屬氮化物、以及碳化硼(B4C)、碳化鋁(Al4C3)、碳化矽(SiC)等金屬碳化物等。
陶瓷系填充劑若包含具有平均粒徑3~50μm、較佳為5~40μm之粉末，則自熱導率、耐熱性及耐濕性之性能提高之觀點而言較為理想。
作為包含該等碳系填充劑、金屬系填充劑及陶瓷系填充劑中之至少一者之填充劑於聚合物中之調配量，可根據視為目標之熱導率及強度而自廣泛之範圍中選擇。於較佳之例中，相對於聚合物100質量份，填充劑為20~500質量份。若填充劑之調配量過少，則熱導體之熱導率變低，若過多，則形成熱導體時之加工性下降，因此欠佳。
熱導體若具有0.3mm以上之壁厚，則可將減震體所產生之熱有效地傳遞至剛性層，從而可避免減震體上之熱之累積，另一方面，若具有超過1.0mm之壁厚，則存在使減震體之剪切變形能下降之虞，因此較佳為具有0.3~1.0mm之壁厚。
為迅速地進行將減震體所產生之熱釋放至剛性層，熱導體較佳為至少具有1W/m‧K以上，較佳為10W/m‧K以上，進而較佳為30W/m‧K以上之熱導率。
由於熱導體具有1W/m‧K以上之熱導率，所以可使填充劑相對於聚合物100質量份以20~500質量份之比例而含有。
於本發明之防震支撐裝置中，各鋼板於較佳之例中包含冷軋鋼板(SPCC)等，各彈性層於較佳之例中包含橡膠板，該橡膠板係由乙烯丙烯橡膠、腈橡膠、丁基橡膠、鹵化丁基橡膠、氯丁二烯橡膠、天然橡膠、異戊二烯橡膠、苯乙烯丁二烯橡膠、丁二烯橡膠等橡膠材料形成。
於本發明中，複數個剛性層各者除鋼板以外，較佳為亦可具備大致0.1~100μm之厚度之被覆層，該被覆層較佳為覆蓋鋼板之整個表面，並且具有較鋼板之熱導率高之熱導率，於該情形時，於較佳之例中，熱導體於其外周面與成為積層體之內周面之被覆層之面接觸，該被覆層可藉由對鋼板實施電鍍或熱浸鍍等鍍敷，例如鍍鋅、鍍鋁、鍍銅、鍍錫、鍍鎳、鍍鉻、鍍黃銅(brass)等，或者藉由對鋼板實施鋅、鋁、鋅鋁、鋁鎂之金屬熔射而形成，若複數個剛性層分別具備該鋼板及被覆層，則可經由被覆層而迅速地進行減震體之熱向鋼板之傳遞，因此可極力避免減震體上之熱之累積，從而有效地防止因減震體之溫度上升而引起振動能之吸收能力下降。
於複數個剛性層各者不具備該被覆層之情形時，熱導體亦可於其外周面與成為積層體之內周面之鋼板之面接觸。
於本發明之防震支撐裝置中，由積層體之內周面所界定之柱狀之中空部既可為一個，亦可為複數個，於複數個中空部各者係由積層體之複數個內周面各者所界定之情形，且於複數個中空部分別配設有減震體之情形時，若於所有減震體之外周面及積層體之內周面間均配設有熱導體，則可有效地進行柱狀體之散熱，但亦可於至少一個減震體之外周面及積層體之內周面間配設有熱導體，於較佳之例中，減震體包含具有圓筒狀之外周面之圓柱狀之形態，於該情形時，中空部亦 由圓筒狀之內周面所界定而成為圓柱狀，進而，積層體亦可具備橡膠被覆層，該橡膠被覆層與剛性層及彈性層之內周面接觸，並且包含與彈性層相同之橡膠材料，於積層體具備該橡膠被覆層之情形時，該橡膠被覆層之內周面成為積層體之內周面，但於積層體不具備橡膠被覆層之情形時，剛性層及彈性層之內周面成為積層體之內周面。又，於較佳之例中，減震體為鉛插塞或錫插塞，但並不限定於此，亦可為其他因溫度上升而導致振動能之吸收能力下降之插塞，例如，日本專利特開2015-7468號公報中所記載之包含熱導性填料、石墨及熱固性樹脂等之插塞。
包含較佳為與彈性層相同之橡膠材料並且將剛性層及彈性層之各自之內周面與熱導體之外周面結合之橡膠被覆層之層厚較佳為0.3~0.5mm，於層厚未達0.3mm時，作為結合層之橡膠被覆層之作用未被充分發揮，另一方面，於層厚超過0.5mm時，存在自減震體向剛性層之有效之導熱受橡膠被覆層阻礙之虞。
於本發明之較佳之例中，剛性層、彈性層、熱導體及橡膠被覆層於其等之相互之接觸面，例如藉由硫化接著或接著劑而牢固地貼合。
本發明之防震支撐裝置亦可為，於積層體之外周面為提高耐候性等進而具備外周保護層，該外周保護層包含天然橡膠、較佳為耐候性優異之橡膠材料，並且覆蓋積層體之外周面。
作為外周保護層用之橡膠材料，雖然亦可為天然橡膠，但較理想為耐候性優異之橡膠狀聚合物，例如，自耐候性之方面而言較佳為丁基橡膠、聚胺基甲酸酯、乙烯丙烯橡膠、海波綸、氯化聚乙烯、乙烯乙酸乙烯酯橡膠、氯丁二烯橡膠，進而，於考慮到與形成彈性層之橡膠之接著性之情形時，較佳為丁基橡膠、乙烯丙烯橡膠、氯丁二烯橡膠，該外周保護層可具有5~10mm左右之層厚。
根據本發明，可提供一種即便於遭受到長週期地震運動時，亦可極力降低減震體所產生之溫度上升，從而可有效地發揮防震功能之防震支撐裝置。
1‧‧‧防震支撐裝置
2‧‧‧彈性層
3‧‧‧剛性層
4‧‧‧積層體
5‧‧‧內周面
6‧‧‧中空部
7‧‧‧鉛插塞
8‧‧‧外周面
9‧‧‧熱導體
10‧‧‧外周面
11‧‧‧外周保護層
12‧‧‧螺栓
13‧‧‧上安裝板
14‧‧‧下安裝板
15‧‧‧凹處
16‧‧‧凹處
17‧‧‧剪力榫
18‧‧‧凹處
19‧‧‧凹處
20‧‧‧剪力榫
31‧‧‧內周面
32‧‧‧外周面
33‧‧‧上表面
34‧‧‧下表面
41‧‧‧上表面
42‧‧‧下表面
43‧‧‧內周面
44‧‧‧外周面
45‧‧‧內周面
46‧‧‧上表面
51‧‧‧上表面
52‧‧‧下表面
53‧‧‧內周面
54‧‧‧外周面
55‧‧‧內周面
56‧‧‧下表面
57‧‧‧上表面
58‧‧‧下表面
59‧‧‧內周面
60‧‧‧外周面
65‧‧‧橡膠被覆層
66‧‧‧外周面
71‧‧‧下表面
72‧‧‧上表面
73‧‧‧上端面
74‧‧‧上端面
75‧‧‧上端面
76‧‧‧下端面
77‧‧‧下端面
78‧‧‧下端面
81‧‧‧內周面
82‧‧‧外周面
85‧‧‧外周面
86‧‧‧內周面
91‧‧‧構造物
92‧‧‧基腳
93‧‧‧螺栓
H‧‧‧水平位移
V‧‧‧積層方向(鉛垂方向)
圖1係本發明之防震支撐裝置之較佳之具體例之縱剖視說明圖。
圖2係沿圖1之箭頭方向觀察之II-II線剖視說明圖。
圖3係圖1之主要部分放大剖視說明圖。
圖4係圖1之主要部分放大剖視說明圖。
圖5係圖1所示之熱導體之立體說明圖。
其次，基於圖示之較佳之具體例及實施例，進而詳細地對本發明進行說明。再者，本發明完全不限定於該等具體例及實施例。
於圖1至圖5中，本具體例之防震支撐裝置1具備：圓筒狀之積層體4，其具有於積層方向V上交替地積層之複數個圓環狀之彈性層2及複數個圓環狀之剛性層3；圓柱狀之鉛插塞7，其配設於由積層體4之圓筒狀之內周面5所界定之圓柱狀之中空部6而作為減震體；圓筒狀之熱導體9，其於中空部6配設於鉛插塞7之圓筒狀之外周面8及內周面5間，並且具有較彈性層2之熱導率高之熱導率，例如至少為1W/m‧k；外周保護層11，其包含耐候性優異之橡膠材料，並且覆蓋積層體4之圓筒狀之外周面10；上安裝板13及下安裝板14，其等經由螺栓12而分別連結於剛性層3中最上部之剛性層3及剛性層3中最下部之剛性層3；圓板狀之剪力榫17，其嵌著於最上部之剛性層3之圓形狀之凹處15及上安裝板13之圓形狀之凹處16；以及圓板狀之剪力榫20，其嵌著於最下部之剛性層3之圓形狀之凹處18及下安裝板14之圓形狀之凹處19。
各彈性層2包含具有彈性之圓環狀之橡膠板，並且具有圓筒狀之內周面31、圓筒狀之外周面32、圓環狀之上表面33及圓環狀之下表面34。
最上部及最下部之剛性層3包含圓環狀之厚壁之鋼板，該鋼板較彈性層2以及該最上部及最下部之剛性層3間之各剛性層3厚，且具有剛性，最上部之剛性層3具有圓環狀之上表面41、圓環狀之下表面42、圓筒狀之內周面43、圓筒狀之外周面44、界定凹處15並且直徑較內周面43大之內周面45、及與內周面45協動而界定凹處15之圓環狀之上表面46，最下部之剛性層3具有圓環狀之上表面51、圓環狀之下表面52、圓筒狀之內周面53、圓筒狀之外周面54、界定凹處18並且直徑較內周面53大之內周面55、及與內周面55協動而界定凹處18之圓環狀之下表面56，最上部及最下部之剛性層3間之各剛性層3包含圓環狀之薄壁之鋼板，並且除圓環狀之上表面57及下表面58以外亦具有圓筒狀之內周面59及圓筒狀之外周面60，該圓環狀之薄壁之鋼板較最上部及最下部之剛性層3間之各剛性層3薄，且具有剛性，最上部及最下部之剛性層3以及最上部及最下部之剛性層3間之各剛性層3之各鋼板具有較彈性層2之熱導率(W/m‧K)高之熱導率。
最上部之剛性層3於其下表面42與於積層方向V上鄰接之彈性層2之上表面33緊密接觸，最下部之剛性層3於其上表面51與於積層方向V上鄰接之彈性層2之下表面34緊密接觸，最上部及最下部之剛性層3間之剛性層3分別於各自之上表面57與於積層方向V上鄰接之彈性層2之下表面34緊密接觸，於各自之下表面58與於積層方向V上鄰接之彈性層2之上表面33緊密接觸。
積層體4除彈性層2及剛性層3以外，進而具有包含與彈性層2相同之橡膠材料之橡膠被覆層65，橡膠被覆層65具備：圓筒狀之外周面66，其與內周面43、複數個內周面31、59以及內周面53緊密接觸；及 內周面5，其界定中空部6。
中空部6除由內周面5所界定以外，亦由剪力榫17之圓形之下表面71及剪力榫20之圓形之上表面72所界定，下表面71與鉛插塞7之圓形之上端面73、橡膠被覆層65之圓環狀之上端面74及熱導體9之圓環狀之上端面75分別緊密接觸，上表面72與鉛插塞7之圓形之下端面76、橡膠被覆層65之圓環狀之下端面77及熱導體9之圓環狀之下端面78緊密接觸。
具有0.3~1.0mm之壁厚並且具有至少1W/m‧K之熱導率之熱導體9除上端面75及下端面78以外，亦具備與外周面8緊密接觸之內周面81、及與內周面5緊密接觸之外周面82。
各彈性層2與各剛性層3於各自之上表面33、51、57以及下表面34、42、58分別相互接觸之接觸面，例如藉由硫化接著或接著劑而相互牢固地貼合，橡膠被覆層65與彈性層2及剛性層3各者於該橡膠被覆層65之外周面66以及內周面31、43、53、59分別相互接觸之接觸面，藉由硫化接著或接著劑而相互牢固地貼合，橡膠被覆層65與熱導體9各者於該橡膠被覆層65之內周面5及外周面82分別相互接觸之接觸面，藉由硫化接著或接著劑而相互牢固地貼合。
外周面10包含複數個外周面32、60、以及外周面44、54，除圓筒狀之外周面85以外亦具有圓筒狀之內周面86之外周保護層11與彈性層2及剛性層3各者於該內周面86及外周面32、44、54、60各者相互接觸之面，藉由硫化接著或接著劑而相互牢固地貼合。
橡膠被覆層65及外周保護層11中之至少一者亦可藉由積層體4之加壓硫化成形時之彈性層2之伸出而與彈性層2形成為一體。
防震支撐裝置1分別經由螺栓93，藉由上安裝板13而連結於構造物91，藉由下安裝板14而連結於基腳92，以藉由積層體4及鉛插塞7而支撐構造物91之積層方向(鉛垂方向)V之負載之方式加以利用。
熱導體9亦能以如下之(1)、(2)或(3)之方式製造。
<(1)使用天然橡膠作為聚合物之情形>
於向交聯橡膠中調配填充劑中之至少一者，及視需要調配硫化加速劑(例如，N-環己基-2-苯并噻唑次磺醯胺、2-巰基苯并噻唑及二硫化二苯并噻唑等噻唑系以及二苯胍等胍系)、硫化加速助劑(鋅白(ZnO)及氧化鎂等金屬氧化物以及硬脂酸、月桂酸及棕櫚酸等脂肪酸)、硫化劑(例如，硫黃及含有硫黃之化合物等)、加工處理油(例如，石蠟系、環烷系及芳香族系等)及防老化劑[N-異丙基-N'-苯基-對苯二胺及N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基-對苯二胺等]之後，經由素煉及混煉步驟而製作出熱導體組合物，繼而，使用砑光輥機軋壓加工成均勻厚度、特定寬度之較長之片材。將該片材切斷成環繞鉛插塞之外周面8一周之長度，使之成為熱導體9用之未硫化之片材。
<(2)使用酚醛型酚系樹脂作為聚合物之情形>
向酚醛型酚系樹脂粉末中加入填充劑中之至少一者，及視需要加入硬化劑、脫模劑、及硬化促進劑並進行混合，使用亨舍爾混合機等混合機將該等與適量之溶劑一併均勻地攪拌混合而製作出混合物，將該混合物投入至混練機中，一面加熱一面混練而製成混練物，於使混練物冷卻固化之後，將已冷卻固化之混練物粉碎成適當之大小，然後將所得之成形材料均勻地放入至模具中，施加壓力與熱進行壓縮成形，而加工成具有均勻厚度及特定寬度之較長之片材。將該片材切斷成環繞鉛插塞7之外周面一周之長度，使之成為熱導體9用之片材。
<(3)使用熱塑性合成樹脂或熱塑性彈性體作為聚合物之情形>
藉由亨舍爾混合機等混合機將熱塑性合成樹脂或熱塑性彈性體與填充劑中之至少一者混合而製作出混合物，藉由螺旋式擠壓機將該混合物呈股線狀擠出，然後切斷擠出之股線狀之混合物而製作出熱導體組合物之顆粒物，將該顆粒物供給至具備T型模頭之擠壓成形機， 進行擠壓成形而加工成具有均勻厚度及特定寬度之較長之片材。將該片材切斷成環繞鉛插塞7之外周面一周之長度，使之成為熱導體9用之片材。
包含該熱導體9之防震支撐裝置1亦能以如下方式製造。
<彈性層2用之橡膠板之製作>
向交聯橡膠中調配硫化加速劑、硫化加速助劑、硫化劑、加工處理油、及防老化劑，經由素煉及混煉步驟而製作出橡膠組合物，繼而，使用砑光輥機對橡膠組合物進行軋壓加工，自均勻厚度、特定寬度之較長之未硫化之橡膠片材裁切出彈性層2用之未硫化之橡膠板。
<剛性層3用之鋼板之製作>
由薄壁之冷軋鋼板(SPCC)藉由衝壓加工而製作最上部及最下部之剛性層3間之剛性層3用之圓環狀之薄壁之鋼板，由厚壁之冷軋鋼板(SPCC)同樣地藉由衝壓加工而製作最上部及最下部之剛性層3用之圓環狀之厚壁之鋼板。
<積層體4及防震支撐裝置1之製作>
於設置於模具內之圓柱體之外周面呈圓筒狀捲繞一圈藉由上述(1)、(2)或(3)而獲得之熱導體9用之片材並固定該片材，且於該熱導體9用之圓筒狀之片材之外周面視需要呈圓筒狀捲繞一圈橡膠被覆層65用之厚度為0.3~0.5mm之未硫化之橡膠片材並固定該圓筒狀之橡膠片材，且於該橡膠被覆層65用之圓筒狀之橡膠片材之外周面，使凹處18向下經由內周面53所界定之貫通孔而嵌插最下部之剛性層3用之厚壁之鋼板，並於該厚壁之鋼板之上表面51塗佈接著劑。作為接著劑，較佳為於在上表面51塗佈底塗接著劑作為底塗層之後進而塗佈面塗接著劑之接著劑二液塗佈式。繼而，於視需要將彈性層2用之未硫化之橡膠板經由內周面31所界定之貫通孔而設置於熱導體9用之圓筒狀之片材之外周面之情形時，將其載置於嵌插至橡膠被覆層65用之圓 筒狀之橡膠片材之外周面且塗佈有接著劑之最下部之剛性層3用之厚板之鋼板之上表面51，以下，於視需要將上表面57及下表面58塗佈有接著劑之最上部及最下部剛性層3間之各剛性層3用之薄板之鋼板與彈性層2用之未硫化之橡膠板交替地設置於固定於設在模具內之圓柱體之外周面之熱導體9用之圓筒狀之片材周圍之情形時，將其等複數個堆積於橡膠被覆層65用之圓筒狀之橡膠片材之周圍，最後，於視需要設置於固定於設在模具內之圓柱體之外周面之熱導體9用之圓筒狀之片材周圍之情形時，以在橡膠被覆層65用之圓筒狀之橡膠片材周圍交替地堆積之最下部之剛性層3、最上部及最下部之剛性層3間之各剛性層3用之薄壁之鋼板及彈性層2用之未硫化之橡膠板上進而載置最上部之剛性層3用之厚壁之鋼板之方式設置，於視需要設於模具內之熱導體9用之圓筒狀之片材之情形時，將下表面42塗敷有接著劑之最上部之剛性層3用之厚壁之鋼板嵌插於橡膠被覆層65用之圓筒狀之橡膠片材，而製作具備熱導體9用之圓筒狀之片材、及視需要而設之橡膠被覆層65用之圓筒狀之橡膠片材之未硫化之積層體4，於該未硫化之積層體4之外周面10，呈圓筒狀捲繞外周保護層11用之耐候性優異之薄壁之未硫化之橡膠片材，並對該未硫化之積層體4實施加熱加壓，進行熱導體9用之圓筒狀之橡膠片材、彈性層2用之未硫化之橡膠板及外周保護層11用之未硫化之圓筒狀之橡膠片材以及視需要而設之橡膠被覆層65用之圓筒狀之橡膠片材之硫化，並且將彼此硫化接著，而製作具備熱導體9、外周保護層11及橡膠被覆層65之積層體4。
於將該積層體4自設置於模具內之圓柱體取出並且將鉛插塞7壓入至由內周面81所界定之圓柱狀之中空部之後，將剪力榫17及20分別嵌合於凹處15及18，另一方面，經由螺栓12將上安裝板13及下安裝板14分別連結於最上部之剛性層3及最下部之剛性層3各者而製作防震支撐裝置1。
於該防震支撐裝置1之製作中，亦可省略橡膠被覆層65用及外周保護層11用之橡膠片材之捲繞，而藉由積層體4之加熱加壓所致之彈性層2用之未硫化之橡膠板之內周側及外周側之鼓出來形成橡膠被覆層65及外周保護層11。
[實施例]
<彈性層2用之未硫化之橡膠片材之製作>
將作為交聯橡膠之天然橡膠、碳黑、鋅白(ZnO)、硬脂酸、防老化劑、及加工處理油投入至通用之混練機中，進行混煉。繼而，向其中投入硫化加速劑及硫化劑，使用開口滾筒進行混煉，然後對混煉所得之橡膠組合物進行軋壓加工而製作未硫化之厚度5mm之橡膠片材。
<剛性層3用之薄壁之鋼板與厚壁之鋼板之製作>
準備包含冷軋鋼板(SPCC)之圓板狀之薄壁之鋼板作為最上部及最下部之剛性層3間之剛性層3，該冷軋鋼板具有外徑1000mm、厚度3.9mm，並且於中央部具有直徑202mm之由內周面59所界定之貫通孔；準備包含冷軋鋼板(SPCC)之兩片厚壁之鋼板作為最上部及最下部之剛性層3，該冷軋鋼板具有外徑1000mm、厚度40mm，並且於中央部分別具有直徑240mm之凹處15及18，於凹處15及18之各自之中央部分別具有直徑202mm之由內周面43及53各者所界定之貫通孔。
實施例1
由作為聚合物之天然橡膠(NR)100質量份、以及作為填充劑之碳黑5質量份及瀝青系碳纖維(日本Graphite fibers公司製造之GRANOC磨碎纖維「XN-100(商品名)」，平均長度50μm，平均纖維直徑7μm)20質量份，以上述(1)之方法製作厚度0.5mm之熱導體9用之未硫化之片材，另一方面，由彈性層2用之未硫化之橡膠片材，裁切出直徑1000mm之圓形之橡膠板，並且於該橡膠板之中央部裁切出直徑 202mm之由內周面31所界定之貫通孔，而製作彈性層2用之未硫化之橡膠板。
由該熱導體9用之未硫化之片材及彈性層2用之未硫化之32片橡膠板、包含與彈性層2用之未硫化之橡膠片材相同之橡膠組合物之橡膠被覆層65用之厚度0.5mm之未硫化之橡膠片材、及外周保護層11用之厚度5mm之未硫化之橡膠片材，製作防震支撐裝置1。製作出之防震支撐裝置1中之熱導體9顯示1W/m‧K之熱導率。
實施例2
除使用實施例1之瀝青系碳纖維30質量份、及鱗片狀石墨(1)(西村石墨公司製造之「PS-99(商品名)」，平均粒徑7μm)30質量份作為填充劑以外，以與實施例1相同之方法製作防震支撐裝置1。製作出之防震支撐裝置1中之熱導體9顯示10W/m‧K之熱導率。
實施例3
除使用作為聚合物之丁基橡膠(寶蘭山丁基橡膠，Polysar Butyl)(IIR)100質量份、以及作為填充劑之實施例1之碳黑50質量份、瀝青系碳纖維15質量份及鱗片狀石墨(2)(TIMCAL公司製造之「KS15(商品名)，平均粒徑8μm)75質量份以外，以與實施例1相同之方法製作防震支撐裝置1。製作出之防震支撐裝置1中之熱導體9顯示14W/m‧K之熱導率。
實施例4
除使用作為聚合物之乙烯丙烯橡膠(EPDM)100質量份、以及作為填充劑之碳黑40質量份及六方晶氮化硼(BN)(電氣化學工業公司製造，平均粒徑15μm)96質量份以外，以與實施例1相同之方法製作防震支撐裝置1。製作出之防震支撐裝置1中之熱導體9顯示5W/m‧K之熱導率。
實施例5
除由作為聚合物之聚縮醛樹脂(POM)100質量份、以及作為填充劑之瀝青系碳纖維150質量份及氧化鋁(Al2O3)(昭和電工公司製造)30質量份以上述(3)之方法製作未硫化之厚度0.5mm之熱導體9用之片材以外，以與實施例1相同之方法製作防震支撐裝置1。製作出之防震支撐裝置1中之熱導體9顯示2W/m‧K之熱導率。
實施例6
除由作為聚合物之聚醯胺樹脂(PA6)100質量份、及作為填充劑之鱗片狀石墨(3)(日本石墨公司製造，平均粒徑130μm)132質量份以與實施例5相同之方式製作厚度0.5mm之未硫化之熱導體9用之片材以外，以與實施例1相同之方式製作防震支撐裝置1。製作出之防震支撐裝置1中之熱導體9顯示20W/m‧K之熱導率。
實施例7
除由作為聚合物之聚醯胺樹脂(PA6)100質量份、及作為填充劑之鱗片狀石墨(3)203質量份以與實施例5相同之方式製作厚度0.5mm之未硫化之熱導體9用之片材以外，以與實施例1相同之方式製作防震支撐裝置1。製作出之防震支撐裝置1中之熱導體9顯示30W/m‧K之熱導率。
實施例8
除由作為聚合物之聚對苯二甲酸丁二酯樹脂(PBT)100質量份、以及作為填充劑之實施例3之鱗片狀石墨(2)50質量份及實施例1之瀝青系碳纖維20質量份以與實施例5相同之方式製作厚度0.5mm之未硫化之熱導體9用之片材以外，以與實施例1相同之方式製作防震支撐裝置1。製作出之防震支撐裝置1中之熱導體9顯示12W/m‧K之熱導率。
實施例9
除由作為聚合物之低硬度之苯乙烯系熱塑性彈性體100質量份、 以及作為填充劑之實施例1之瀝青系碳纖維100質量份、實施例4之六方晶氮化硼20質量份及實施例5之氧化鋁20質量份以與實施例5相同之方式製作厚度0.5mm之未硫化之熱導體9用之片材以外，以與實施例1相同之方式製作防震支撐裝置1。製作出之防震支撐裝置1中之熱導體9顯示2W/m‧K之熱導率。
實施例10
由與實施例1相同之熱導體9用之未硫化之片材及彈性層2用之未硫化之橡膠板、以及藉由熱浸鍍鋁而於整個表面形成有厚度60μm之鋁被覆層之剛性層3用之薄壁及厚壁之鋼板，以與實施例1相同之方式製作防震支撐裝置1。製作出之防震支撐裝置1中之熱導體9顯示1W/m‧K之熱導率。
實施例11
由與實施例2相同之熱導體9用之未硫化之片材及彈性層2用之未硫化之橡膠板、以及藉由無電解鍍銅而於整個表面形成有厚度30μm之銅被覆層之剛性層3用之薄壁及厚壁之鋼板，以與實施例1相同之方式製作防震支撐裝置1。製作出之防震支撐裝置1中之熱導體9顯示10W/m‧K之熱導率。
比較例
作為比較例，不使用熱導體9用之片材而以與各實施例相同之方式製作防震支撐裝置1。
其次，對實施例1至實施例11及比較例中所獲得之防震支撐裝置1因於巨大地震時反覆多次遭受之水平位移H而出現之鉛插塞7之溫度上升進行試驗。將該試驗結果表示於表1及表2中。
<試驗條件>
表面壓力 15N/mm2(706.9kN)
剪切應變(γ) 250%(120mm)
振動頻率 0.3Hz
最大速度 22.6kine
激振波數 50週期
<試驗方法>
使用300噸之雙軸試驗機，進行50週期之上述試驗條件所示之正弦波形之激振，藉由安裝於鉛插塞7上之熱電偶感測器，而測定50週期激振後之鉛插塞7之溫度。
表1至表3中之鉛插塞溫度指數係將比較例之鉛插塞7之50週期激振後之溫度之值設為100而以與該值之比表示實施例1至實施例11之鉛插塞7之50週期激振後之溫度者。
Figure 105108132-A0202-12-0019-1
Figure 105108132-A0202-12-0020-2
由試驗結果可知，於本實施例之防震支撐裝置1中，可經由熱導體9使鉛插塞7所產生之溫度上升釋放至剛性層3，因此可防止地震等時之鉛插塞7之過度之溫度上升。
1‧‧‧防震支撐裝置
2‧‧‧彈性層
3‧‧‧剛性層
4‧‧‧積層體
5‧‧‧內周面
6‧‧‧中空部
7‧‧‧鉛插塞
8‧‧‧外周面
9‧‧‧熱導體
10‧‧‧外周面
11‧‧‧外周保護層
12‧‧‧螺栓
13‧‧‧上安裝板
14‧‧‧下安裝板
15‧‧‧凹處
16‧‧‧凹處
17‧‧‧剪力榫
18‧‧‧凹處
19‧‧‧凹處
20‧‧‧剪力榫
32‧‧‧外周面
41‧‧‧上表面
42‧‧‧下表面
43‧‧‧內周面
44‧‧‧外周面
45‧‧‧內周面
46‧‧‧上表面
51‧‧‧上表面
52‧‧‧下表面
53‧‧‧內周面
54‧‧‧外周面
55‧‧‧內周面
56‧‧‧下表面
60‧‧‧外周面
65‧‧‧橡膠被覆層
85‧‧‧外周面
86‧‧‧內周面
91‧‧‧構造物
92‧‧‧基腳
93‧‧‧螺栓
H‧‧‧水平位移
V‧‧‧積層方向(鉛垂方向)

Claims (15)

  1. 一種防震支撐裝置，其具備：積層體，其具有複數個彈性層及剛性層；柱狀之減震體，其配設於由該積層體之內周面所界定之柱狀之中空部；及熱導體，其配設於減震體之外周面及積層體之內周面間，並且具有較彈性層之熱導率高之熱導率；該熱導體具有與減震體之筒狀之外周面接觸之內周面、及與積層體之內周面接觸之外周面，各剛性層具備具有較彈性層之熱導率(W/m‧K)高之熱導率之環狀之鋼板，熱導體至少包含聚合物、及具有較彈性層之熱導率高之熱導率之填充劑，且填充劑包含碳系填充劑及陶瓷系填充劑中之至少一者。
  2. 如請求項1之防震支撐裝置，其中熱導體、熱導體之內周面及熱導體之外周面分別為筒狀。
  3. 如請求項1之防震支撐裝置，其中聚合物包含熱固性聚合物及熱塑性聚合物中之至少一者。
  4. 如請求項2之防震支撐裝置，其中聚合物包含熱固性聚合物及熱塑性聚合物中之至少一者。
  5. 如請求項3之防震支撐裝置，其中熱固性聚合物包含交聯橡膠、環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂、酚系樹脂、不飽和聚酯樹脂、熱硬化型聚苯醚樹脂及熱硬化型改性聚苯醚樹脂中之至少一者。
  6. 如請求項4之防震支撐裝置，其中熱固性聚合物包含交聯橡膠、環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂、酚系樹脂、不飽和聚酯樹脂、熱硬化型聚苯醚樹脂及熱硬化型改性聚苯醚樹脂中之至少一者。
  7. 如請求項3之防震支撐裝置，其中熱塑性聚合物包含熱塑性合成 樹脂及熱塑性彈性體中之至少一者。
  8. 如請求項4之防震支撐裝置，其中熱塑性聚合物包含熱塑性合成樹脂及熱塑性彈性體中之至少一者。
  9. 如請求項5之防震支撐裝置，其中熱塑性聚合物包含熱塑性合成樹脂及熱塑性彈性體中之至少一者。
  10. 如請求項6之防震支撐裝置，其中熱塑性聚合物包含熱塑性合成樹脂及熱塑性彈性體中之至少一者。
  11. 如請求項1至10中任一項之防震支撐裝置，其中熱導體具有至少1W/m‧K之熱導率。
  12. 如請求項1至10中任一項之防震支撐裝置，其中熱導體於其外周面與成為積層體之內周面之鋼板之面接觸。
  13. 如請求項11之防震支撐裝置，其中熱導體於其外周面與成為積層體之內周面之鋼板之面接觸。
  14. 如請求項1至10中任一項之防震支撐裝置，其中複數個剛性層分別具備被覆層，該被覆層覆蓋鋼板，並且具有較鋼板之熱導率高之熱導率，且熱導體於其外周面與成為積層體之內周面之被覆層之面接觸。
  15. 如請求項11之防震支撐裝置，其中複數個剛性層分別具備被覆層，該被覆層覆蓋鋼板，並且具有較鋼板之熱導率高之熱導率，且熱導體於其外周面與成為積層體之內周面之被覆層之面接觸。
TW105108132A 2015-03-20 2016-03-16 防震支撐裝置 TWI693325B (zh)

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