JP4010680B2

JP4010680B2 - ブレースダンパー

Info

Publication number: JP4010680B2
Application number: JP34150398A
Authority: JP
Inventors: 正見大串
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: JP2000212334A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブレースダンパーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建築物では、地震等の振動エネルギーを減衰させるために制震機（ダンパー）が利用されており、例えば、鋼材の塑性変形能力を利用した制震機や、粘弾性体の変形により振動エネルギーを熱エネルギーに変換してエネルギーを消散して制震効果を得る制震機が利用されている。また、制震機として、建築物の上下階の柱と梁を結ぶブレースダンパーが、低、中、高層建築物に利用されている。このようなブレースダンパーとして、近年、粘弾性体からなる粘弾性シートと鋼板とを交互に積層した積層体であって、粘弾性体の特性を利用したブレースダンパー（粘弾性ダンパーとも言われる）が検討されている。
しかし、鋼製の制震機では、建築部材としての制震機にかかる建築物の荷重を支持できるものの剛性が高く制震性が低かった。また、大きな振動エネルギーが建築物に入ると制震機の建築物への取付け部の剛性が高いため、応力が集中し、大きな振動により取付け部が座屈し易い。粘弾性体を利用した制震機に用いられる制震機用材料としては、ゴムアスファルトや、シリコンオイル等の液状物質が利用されているが、ゴムアスファルトは、成形性が良好で減衰性が大きいものの、弾性率の温度依存性が大きいため、外気温度により制震性能が大幅に変化する。シリコンオイル等の液状物質では、減衰性が高く粘弾性率の温度依存性が小さいものの、液状であるため流動し、制震機の形状、制震機の取付け方法等に制約が大きいという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、減衰性に優れ、動的貯蔵弾性率の温度依存性が小さく、成形加工性に優れ、且つ、制震機の形状、取付け等についての制約の少ないブレースダンパーを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、ゴム組成物から得られる粘弾性シートと、鋼板とを交互に積層した積層体を有するブレースダンパーであって、
前記ゴム組成物が、天然ゴムおよび／またはブタジエンゴムと、液状ゴムとを含有するゴム１００重量部に対し、
ＣＴＡＢ比表面積が１２０〜２５０〔ｍ ² ／ｇ〕であり、ＣＴＡＢ比表面積〔ｍ^２／ｇ〕／よう素吸着量〔ｍｇ／ｇ〕が１．０以下であるカーボンブラックを４０〜１００重量部、
シリカを２０重量部以上含有し、
前記ゴムの１０〜３０重量％が液状ゴムである、ブレースダンパーを提供する。
【０００５】
前記液状ゴムは、液状イソプレンゴムおよび／または液状ブタジエンゴムであるのが好ましい。
【０００６】
前記ゴムは、更にポリノルボーネンを含有し、前記ゴムの３〜２０重量％がポリノルボーネンであるのが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、以下の態様を含む。
本発明のブレースダンパーは、ゴム組成物から得られる粘弾性シートと、鋼板とを交互に積層した積層体を有するブレースダンパーであって、前記ゴム組成物が、天然ゴムおよび／またはブタジエンゴムと、液状ゴムとを含有するゴム１００重量部に対し、ＣＴＡＢ比表面積が１２０〜２５０〔ｍ ² ／ｇ〕であり、ＣＴＡＢ比表面積〔ｍ^２／ｇ〕／よう素吸着量〔ｍｇ／ｇ〕が１．０以下であるカーボンブラックを４０〜１００重量部、シリカを２０重量部以上含有し、前記ゴムの１０〜３０重量％が液状ゴムである。
【０００８】
本発明に用いられるカーボンブラックは、ＣＴＡＢ比表面積（以下、ＣＴＡＢとも記す）が１２０〜２５０〔ｍ ² ／ｇ〕で、好ましくは１３０〜１８５〔ｍ² ／ｇ〕であり、かつ、ＣＴＡＢ比表面積〔ｍ² ／ｇ〕／よう素吸着量（以下、ＩＡと記す）〔ｍｇ／ｇ〕が１．０以下、好ましくは０．９５以下であるカーボンブラックである。
これらのパラメーターは、カーボンブラック粒子の特性を示し、ＣＴＡＢはカーボンブラックの比表面積の尺度を表し、ＣＴＡＢ／ＩＡはカーボンブラックの表面活性度を表す。このような微粒子カーボンブラックを用いるゴム組成物は、弾性率が低減され、減衰性能が高い（ヒステリシスロスが高い）。
なお、これらのカーボンブラック特性の測定方法は、以下のとおりである。
ＣＴＡＢ比表面積：ＡＳＴＭ−Ｄ３７６５−８０による。
よう素吸着量：ＪＩＳＫ−６２２１による。
【０００９】
このようなカーボンブラックの配合量は、ゴム１００重量部に対し、４０〜１００重量部、好ましくは５０〜８５重量部である。この範囲であれば、ゴム組成物製造時の加工性が良好で、得られるゴム組成物が減衰性に優れ、かつ、加硫後のゴム組成物の物性、特に伸びが大きく好ましい。
【００１０】
本発明に用いるシリカは、特に限定はなく、例えば沈降性シリカ、ヒュームドシリカ等が使用できる。シリカの配合量は、ゴム１００重量部に対し、２０重量部以上である。この範囲であれば、加工性を損なうことなく、得られる本発明のゴム組成物が高い減衰性を獲得することができ、また、上記ゴム組成物を利用したブレースダンパー（粘弾性ダンパー）の破壊時剪断伸びを大きくでき、振動吸収特性を大きくすることができる。
【００１１】
本発明に用いられる未加硫ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体（ＳＩＳ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（臭素化、塩素化等）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、エポキシ化天然ゴム、ｔｒａｎｓ−ポリイソプレン、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が挙げられる。これらの中でも、天然ゴム、イソプレンゴムは減衰性、加工性等のバランスがよく好ましく、また、ブタジエンゴムは、耐寒性に優れ好ましい。これらのゴムは１種単独でも２種を併用してもよい。
【００１２】
本発明に用いられる液状ゴムとしては、炭素数４または５で炭素−炭素二重結合を分子内に２つ持つジエンが２分子以上付加重合してなるジエン系液状ゴムが挙げられ、オリゴマーを含むポリマーである。具体的には、液状ポリイソプレン、液状ポリブタジエン、液状スチレン・ブタジエンゴム、液状アクリロニトリル−ブタジエンゴム、液状ポリクロロプレン、液状ポリ（オキシプロピレン）等が挙げられる。本発明に好適に用いることのできる液状ゴムの分子量としては、例えば、１００，０００以下のものが使用可能であり、さらには５０，０００以下のものが好ましい。
液状ゴムの配合量は、本発明に用いられるゴム（液状ゴムも含む）の合計重量の１０〜３０重量％である。この範囲であると、得られるゴム組成物のモジュラスを低減できる。さらに上記ゴム組成物を、粘弾性体の特性を利用して振動エネルギーを消散し制震効果を得るブレースダンパー（粘弾性ダンパー）の粘弾性シートとして用いると、破壊伸びを大きくでき、動的剪断弾性係数（Ｇ）を低くすることができる。
【００１３】
上記ゴム組成物には、ポリノルボーネン（ノルボーネンゴムともいう）を配合してもよい。ポリノルボーネンとは、一般にエチレンとシクロペンタジエンからディールスアルダー反応により得られるノルボーネンを開環重合して得られるゴムである。このゴムは、分子量が２００万以上と極めて高く、ガラス転移温度が３５℃であって、室温で樹脂状もしくは粉末状である。一般に、ポリノルボーネン単味の粉末状で用いることもでき、また、油や樹脂を加えた油展品、樹脂伸展品として用いることもできる。
ポリノルボーネン（ノルボーネンゴム）の配合量は、上記ゴム組成物に含有されるゴム（ポリノルボーネンも含む）の合計重量の３〜２０重量％が好ましく、５〜１５重量％がより好ましい。該範囲であれば、高い減衰性能（高いヒステリシスロス）が得られ、また、組成物製造時において、ポリノルボーネンを含有する組成物をロール等で混練する際、組成物がロールに密着して剥がれないということなく混練でき、練り効率すなわち加工性が良好となり好ましい。
【００１４】
本発明に用いられるゴム組成物には、樹脂を配合してもよい。樹脂としては、特に限定はなく、例えば、天然系樹脂、石油系炭化水素樹脂、ロジン系樹脂等、具体的には、クマロン樹脂、フェノールテルペン樹脂、脂肪族−芳香族共重合樹脂、芳香族不飽和炭化水素樹脂等を挙げることができる。芳香族不飽和炭化水素樹脂としては、Ｃ₅ 系の芳香族不飽和炭化水素樹脂の（共）重合体、Ｃ₅ 系とＣ₉ 系の芳香族不飽和炭化水素樹脂の共重合体が挙げられる。このような芳香族不飽和炭化水素樹脂としては、市販品を利用することができ、例えばハイレジン（東邦化学工業社製）、エスクロン（新日鉄化学社製）、ＦＴＲ（三井石油化学工業社製）等が挙げられる。
上記ゴム組成物は、上記樹脂を、前記ゴム１００重量部に対し、好ましくは１５〜６０重量部、より好ましくは２５〜５５重量部含有すると、さらに減衰性を高める上で好ましい。
【００１５】
本発明に用いられるゴム組成物には、上記成分に加え、本発明の目的を損なわない範囲で、充填剤、加硫剤、加硫助剤、加硫促進剤、可塑剤、軟化剤、加工助剤、老化防止剤、顔料等を含有することができる。
充填剤としては、上述のカーボンブラック、シリカに加え、炭酸カルシウム、タルク、クレー等を用いることもできる。
加硫剤としては、硫黄、塩化硫黄、亜鉛華や、ＴＭＴＤ等の有機含硫黄化合物、ジクミルペルオキシド等の有機過酸化物等が挙げられる。
【００１６】
可塑剤としては、ＤＢＰ、ＤＯＰ等のフタール酸誘導体、ＤＢＳ等のセバシン酸誘導体、といったモノエステル類、プロセスオイル、石油樹脂、植物油等が挙げられる。可塑剤の配合量は、１００重量部に対し、５〜３０重量部が好ましい。
軟化剤としては、アロマオイル等が挙げられる。
老化防止剤としては、Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン（６ＰＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−ｐ−フェニレンジアミン（ＤＮＰＤ）、Ｎ−イソプロピル−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン（ＩＰＰＤ）、スチレン化フェノール（ＳＰ）等が挙げられる。
【００１７】
本発明に用いられるゴム組成物の製造方法としては、特に限定はなく従来公知の方法、例えば、加硫剤、加硫促進剤以外の各成分を、先ずバンバリーミキサー等で混練し、ついで、混練ロール機等にて硫黄等の加硫剤、加硫促進剤を混練する方法を例示することができる。
【００１８】
本発明に用いられるゴム組成物は、上述の構成を採ることにより、減衰性が大きく（ヒステリシスロスが大きく）、動的貯蔵弾性率の温度依存性が低い。特に、従来、粘弾性体を利用した制震機に粘弾性体として代表的に用いられているゴムアスファルトと比較して、温度依存性は大きく改善されている。
また、液状ゴムを含む上記ゴム組成物は、モジュラスを低減できる。さらにブレースダンパー（粘弾性ダンパー）の粘弾性シートとして用いることで、動的剪断弾性係数を低くすることができ、高い破壊伸びを獲得することができる。
また、ポリノルボーネンを含む上記ゴム組成物は、減衰性能に優れ、しかも製造時、加工性が良好である。
【００１９】
上記ゴム組成物は、粘弾性体を利用した制震機、特に粘弾性シートと鋼板を積層した積層体から構成されるブレースダンパー（以下、粘弾性ダンパーという）に用いられる粘弾性シートとして用いることができる。
ここで、粘弾性ダンパーとは、建築物に耐震性と制震性を与えるために、建築物の架構の層間に設けられるゴムと鋼板との積層体であり、例えば、建築構造物の補強部材として斜方向に張設され、安定板として鋼板等を用い、これと粘弾性シートを強固に積層した建築部材である。その形状や構造は施工される建築物の大きさや形状、施工場所に応じて種々のものが考えられ、特に限定されない。粘弾性ダンパーは、既存の建築物に外付けすることができるし、耐震補強が必要となった時点で取り付けることも出来、取付けに関しての制約は少ない。
【００２０】
図１に本発明のブレースダンパー（以下、ダンパーと記す）の１好適例を示す。図１は、ダンパー１の１好適例の平面図である。
この好適例に例示されるダンパー１では、ブラケット１１と１２との間に、鋼板と粘弾性シートとを積層した積層部２５からなる長尺物が固定されている。ブラケット１１、１２と積層部２５との間には、それぞれ空間２３、２４が設けられている。
ブラケット１１は、積層部２５の中央に設けられる積層部２５より延在する鋼板２と一体として形成される平面１３と、それに直角に固着された平面１４とにより構成される。
積層部２５の最外層板（鋼板）９、１０の両表面は、積層部２５の積層枚数に応じたスペーサー１７、１８を介してブラケット１１の平面１３にボルト・ナット２１により固定される。最外層板９、１０と鋼板２に囲まれた、スペーサー１７、１８と積層部２５の間の空間が、前述の空間２３である。
積層部２５の中央の鋼板２は粘弾性シート５、６と、粘弾性シート５、６は鋼板３、４と、鋼板３、４は粘弾性シート７、８と加硫接着されている。さらに粘弾性シート７、８は、最外層板９、１０と加硫接着されている。
平面１３には、最外層板９、１０がスペーサー１７、１８を介してボルト・ナット２１で固定されている。
積層部２５のブラケット１１と反対の端部から鋼板３、４が延在し、鋼板３、４の端部はスペーサー１９、２０を介してブラケット１２にボルト・ナット２１により固定されている。このブラケット１２は、鋼板３、４を固定する平面１５と、それに直角に固着された平面１６とにより構成されている。積層部２５とブラケット１２の間には空間２４が設けられている。
この空間２４と、前述の空間２３は、共に、積層部２５の中央の鋼板２と他の鋼板３、４と粘弾性シート５、６、７、８との剪断変形を許容するために設けられている。
このように、積層部２５の鋼板２と３、４は、積層部２５から交互にそれぞれ異なる側に延在し、ブラケット１１、１２にそれぞれ固定され、ブラケット１１、１２それぞれの動きに応じて振動することで、有効に振動のエネルギーを粘弾性シート５〜８に伝えて、振動エネルギーを吸収、消散する。
ダンパーとしては、上記好適例に限定されることなく、交互に積層される鋼板、粘弾性シートの枚数、厚さ、大きさは、特に限定されず、適宜決定することができる。
鋼板は、ダンパー内に安定板として用いるもので、従来公知の各種鋼板等が使用でき、特に限定されるものではないが、例えば、一般構造用鋼板、冷間圧延鋼板等が挙げられる。
【００２１】
上記ゴム組成物を、ブレースダンパー（粘弾性ダンパー）の粘弾性シートとして用いると、減衰性が大きく、その減衰性および剛性は温度依存性が低く、広い適用温度範囲で優れた制震性能を発揮する。減衰性の指標となるｔａｎδも、従来の粘弾性体を利用した制震機より大きくすることができる。液状ゴムを含有する上記ゴム組成物は特に動的剪断弾性係数（Ｇ）を低減することができ、等価減衰定数で評価した振動吸収特性も大きくでき、このようなゴム組成物を用いたブレースダンパー（粘弾性ダンパー）では、振幅の大きな振動ばかりでなく、小さな振動にも十分な制震性能を示す。
上記ゴム組成物をブレースダンパー（粘弾性ダンパー）の粘弾性シートとして用いると、従来制震機用材料として用いられてきたシリコンオイル等の液状物質を用いた制震機と異なり、積層体という簡単な構造とすることができる。また、取付けについても制限の少ない制震機が供給できる。シリコンオイル等の液状物質やゴムアルファルトと異なり、ゴム組成物のシートなので、制震機からのフローやはみ出しが非常に少ない。液状物質ではもちろん、ゴムアスファルトでは、ダンパーにかかる建築物等からの荷重を支持するのが困難であるが、上記ゴム組成物は、荷重を支持することもできる。また、上記ゴム組成物はシート状に容易に成形され、鋼板と加硫接着されるので、このようにして得られる粘弾性ダンパーは長期耐久性に優れる。従来の鋼材の塑性変形能力を利用したダンパーでは、制震機と建築物との取付け部の剛性が大きく、地震等の振動による応力が取付け部に集中しやすく座屈しやすかったが、上記ゴム組成物を利用したブレースダンパーでは取付け部にかかる応力はゴム組成物の弾性により低減されており取付け部は座屈しにくい。
このようなゴム組成物を用いるブレースダンパーとしては、剪断破壊時の伸びが４００％以上が好ましく、４５０％以上がより好ましい。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
（実施例１〜４、比較例１〜５）
下記表１に示す組成でゴム組成物を調整した。ゴム組成物を１４８℃で４５分間加熱加硫し、加硫ゴムを得た。下記の方法で、未加硫時のゴム組成物について加工性を、得られた加硫ゴムについて、１５０％モジュラス（Ｍ₁₅₀ ）、ヒステリシスロスを測定した。結果を表１に示す。また、実施例１〜４については、動的貯蔵弾性率を求めその温度依存性を評価した。結果を表２に示す。
（比較例６）
ゴム組成物の代わりにゴムアルファルトを用い、動的貯蔵弾性率を求めその温度依存性を評価した。結果を表２に示す。
【００２３】
＜加工性（ロール密着性）＞
表１に示す組成で混合した後、このゴム混合物に硫黄、加硫促進剤（ＣＢＳ）、加硫助剤（ステアリン酸）を８インチの試験用練りロール機で混練した際の、組成物のロールへの密着性を目視にて評価した。表中、◎は組成物がロールにほとんど密着せず混練を極めて良好に行えたことを、○は組成物がロールに一時的に密着しても、その後はがれて混練を良好に行えたことを、×はロールへの組成物の密着が顕著で混練が困難であったことを示す。
＜１５０％モジュラス＞
実施例１〜４、比較例１〜５で得られた加硫ゴムを幅１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの短冊状とし試験用サンプルとした。引張試験機を用いて、測定温度２３℃、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎの条件で、試験用サンプルを５回１５０％繰り返し伸長させた際の５回目のモジュラスを測定した。
＜ヒステリシスロス＞
測定温度２３℃、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎの条件で、５回１５０％繰り返し伸長させた際の５回目の、ゴム組成物にかかる応力と、応力増加期の歪み、応力減少期の歪みとからヒステリシスカーブを得て、この結果からヒステリシスロス〔％〕を算出した。
＜温度依存性＞
ＪＩＳＫ７１９８に記載の方法に準拠して、１０℃、２０℃、３０℃において、実施例１〜４で調整したゴム組成物と、ゴムアスファルト（比較例６）に、振動数２０Ｈｚで１３％の初期伸長を加えた上で、±５％の変形（ひずみ）を加え、粘弾性スペクトロメータを用いて測定した応力と変位とから複素弾性率を求め、実数部の定数を動的貯蔵弾性率として求め、得られた値をそれぞれ１０℃Ｅ’、２０℃Ｅ’、３０℃Ｅ’と置き、１０℃、２０℃での動的貯蔵弾性率の比、１０℃Ｅ’／２０℃Ｅ’、３０℃、２０℃での動的貯蔵弾性率の比、３０℃Ｅ’／２０℃Ｅ’を算出して評価した。結果を表２に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
＜表中の各成分＞
天然ゴム：ＴＳＲ２０
ブタジエンゴム：ウベポール−ＶＣＲ、宇部興産社製
液状ＩＲゴム：ＬＩＲ−５０、クラレイソプレン社製
液状ＢＲゴム：ＮＩＳＳＯ−ＰＢＢ−1000、日本曹達（株）社製
ポリノルボーネン：ＮＳＸ１５ＡＲ、日本ゼオン社製、60重量％油展品
シリカ：トクシールＧＵ、（株）トクヤマ社製
樹脂：エクスソロンＶ１２０（クマロンインデン樹脂、新日鉄化学工業社製）
亜鉛華：亜鉛華３号、正同化学社製
ステアリン酸：ＬＵＮＡＣＹＡ、花王社製
加硫促進剤ＣＢＳ：ノクセラーＣＺ、大内新興化学社製
硫黄：粉末イオウ、軽井沢精練所製
【００２７】
実施例、比較例で使用したカーボンブラックのＣＴＡＢ、ＣＴＡＢ／ＩＡを示す。
【００２８】
【表３】

【００２９】
実施例１〜４、比較例１〜５の組成で未加硫ゴムシート（厚さ１０ｍｍ）を作製し、鋼板（１００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍ）２枚と重ね合わせ、１３０℃で９０分間加熱加硫接着し、粘弾性積層体サンプルを作製した。作製したサンプルを用いて、動的剪断弾性係数Ｇ、振動吸収特性を測定した。
＜動的剪断弾性係数Ｇ＞
上記サンプルを用いて、２軸剪断試験機による０．５Ｈｚ、１５０％歪時の動的剪断弾性係数を測定した。
＜振動吸収特性＞
上記サンプルを用いて、２軸剪断試験機による０．５Ｈｚ、１５０％歪時の等価減衰定数ｈ_eqを求め振動吸収特性として評価した。
結果を表１に併せて記す。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に用いられるゴム組成物は、減衰性が大きく、動的貯蔵弾性率の温度依存性が小さく、成形加工性に優れる。上記ゴム組成物を用いることにより、動的剪断弾性係数が小さく、振動吸収特性が大きく、破断時伸びが大きな制震性に優れ、制震性能が発揮される適応温度範囲の広いブレースダンパーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブレースダンパー（粘弾性ダンパー）の１好適例の平面図である。
【符号の説明】
１ダンパー
２〜４鋼板
５〜８粘弾性シート
９、１０最外層板
１１、１２ブラケット
１３〜１６平面
１７〜２０スペーサー
２１、２２ボルト・ナット（ボルトとナット）
２３、２４空間
２５積層部

Claims

ゴム組成物から得られる粘弾性シートと、鋼板とを交互に積層した積層体を有するブレースダンパーであって、
前記ゴム組成物が、天然ゴムおよび／またはブタジエンゴムと、液状ゴムとを含有するゴム１００重量部に対し、
ＣＴＡＢ比表面積が１２０〜２５０〔ｍ ² ／ｇ〕であり、ＣＴＡＢ比表面積〔ｍ^２／ｇ〕／よう素吸着量〔ｍｇ／ｇ〕が１．０以下であるカーボンブラックを４０〜１００重量部、
シリカを２０重量部以上含有し、
前記ゴムの１０〜３０重量％が液状ゴムである、ブレースダンパー。
前記液状ゴムが、液状イソプレンゴムおよび／または液状ブタジエンゴムである請求項１に記載のブレースダンパー。
前記ゴムが更にポリノルボーネンを含有し、前記ゴムの３〜２０重量％がポリノルボーネンである請求項１または２に記載のブレースダンパー。