JP7443133B2

JP7443133B2 - 制震ダンパー用ゴム組成物およびその製造方法、並びに制震ダンパー

Info

Publication number: JP7443133B2
Application number: JP2020064913A
Authority: JP
Inventors: 薫安井; 圭市村谷; 玲奈飯沼
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2024-03-05
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: JP2021161276A; TWI781542B; TW202138461A

Description

本発明は、制震ダンパー用ゴム組成物およびその製造方法、並びに制震ダンパーに関するものであり、詳しくは、土木・建築分野における制震や免震等の用途に好適な制震ダンパー用ゴム組成物およびその製造方法、並びに制震ダンパーに関するものである。

土木・建築分野における制震装置や免震装置、とりわけ、橋梁やビルといった大型建造物に使用される制震ダンパーにおいては、地震や風等による振動、大型車の走行等による交通振動等を抑制するために、上記制震ダンパーの機械構造的要素により制震性能を発現する他、上記制震ダンパーに使用される粘弾性体（ゴム材）により高減衰化を達成することが求められている。

従来の制震ダンパーに使用される粘弾性体には、主に、スチレン－イソプレン－スチレン共重合体を主成分とする粘弾性体が用いられている（例えば特許文献１および２参照）。
また、スチレン－イソプレン－スチレン共重合体に対し、摩擦減衰を発現させるために、ジエン量が多く摩擦減衰が起こりやすい低粘度エチレン－プロピレン－ジエンモノマー三元共重合体をブレンドしたり、シリカや炭酸カルシウム等の小粒径フィラーを高充填するといったことも検討されている。

特開２０１４－２２７５２１号公報特開２０１５－１８３１１０号公報

大地震のエネルギーを吸収するために、上記粘弾性体への高歪みの高減衰化は必須である。また、近年、東日本大震災後、中小地震が多く発生しており、高層ビルで観測される長周期地震のように、何回も連続した繰り返し変形に対して特性安定化のニーズが高くなってきている。

さらに、台風を想定した低歪み、中小地震および長周期地震を想定した中歪みにより、何回も連続加振された場合の、上記粘弾性体の繰り返し変形に対する安定性を向上させることも重要である。そして、上記粘弾性体において、弾性率・減衰性の低下を引き起こさず、しかも、フィラーの添加量を変化させずに繰り返し変形時の特性を安定化することが求められている。

すなわち、上記粘弾性体における従来の減衰性の向上手法には、フィラーの高充填化による摩擦減衰の付与があるが、上記のような繰り返し変形や加振時に、ポリマーとフィラーとの間の破壊(剥離)や、フィラー凝集塊の破壊によって、亀裂が発生してしまい、特性低下を引き起こす問題があるからである。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、高減衰性を示すとともに、繰り返し変形や加振に対する安定性に優れる制震ダンパー用ゴム組成物およびその製造方法、並びに制震ダンパーの提供を、その目的とする。

本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、老化防止剤を添加することにより耐久性を向上させるといった従来の制震ダンパー用ゴム組成物の配合組成を見直し、本発明では、スチレン－イソプレン－スチレンブロックポリマーを主成分とするポリマー成分に対し、老化防止剤、架橋剤、架橋促進剤といったラジカル捕捉剤や、加工助剤の添加を極力抑えることにより、繰り返し変形に対する安定性を向上させるようにすることを想起した。すなわち、上記のようなラジカル捕捉剤がある場合、ゴム組成物の混練り時にポリマー鎖が切れることによりラジカルが発生すると、ラジカル捕捉剤とラジカルが結合するため、シリカ表面のＯＨ基と結合しにくくなり、シリカの分散度が低下する。また、上記のような加工助剤がある場合、混練時に滑りやすくなり、シリカ等の分散度が低下する。これに対し、ラジカル捕捉剤や加工助剤が少ない場合、シリカの活性基がポリマーのラジカルと結合することから、シリカの分散性が図れるとともに、加振してもポリマーとシリカ間の亀裂が起こりにくくなり、繰り返し変形や加振に対する安定性が向上するようになる。また、本発明では、フィラーとして、炭酸カルシウムとともにＢＥＴ比表面積が３５０ｍ²／ｇ以下のシリカを用いており、減衰性、剛性の調整等がなされるとともに、上記のような、シリカとポリマーとの結合がより向上することから、所期の目的が達成できることを見いだし、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、以下の［１］～［８］を、その要旨とする。
［１］下記の（Ａ）からなるポリマー成分と、下記の（Ｂ）および（Ｃ）成分とを含有するとともに、（Ａ）成分１００重量部に対する下記の（Ｄ）成分の含有量の合計が５重量部以下である制震ダンパー用ゴム組成物であって、上記ゴム組成物が下記（Ｘ）の条件を満たすことを特徴とする制震ダンパー用ゴム組成物。
（Ａ）スチレン－イソプレン－スチレンブロックポリマーを主成分とするポリマー。
（Ｂ）ＢＥＴ比表面積が３５０ｍ²／ｇ以下であるシリカ。
（Ｃ）炭酸カルシウム。
（Ｄ）有機ラジカル捕捉剤および加工助剤からなる群から選ばれた少なくとも一つ。
（Ｘ）下記の式（Ｉ）で示されるΔＧ'が８以下。
ΔＧ'＝Ｇ'２／Ｇ'１ ……（Ｉ）
［式（Ｉ）中、Ｇ'１は、周波数１１Ｈｚ、振れ角０．２８％、４０℃での、未加硫ゴム組成物の貯蔵弾性率であり、Ｇ'２は、周波数１１Ｈｚ、振れ角５０％、４０℃での、未加硫ゴム組成物の貯蔵弾性率を示す。］
［２］上記（Ａ）成分のスチレン－イソプレン－スチレンブロックポリマーにおける、スチレン－イソプレンのジブロック量が５０～９５重量％であり、スチレン量が１０～３０重量％である、［１］に記載の制震ダンパー用ゴム組成物。
［３］上記（Ａ）成分の１００℃におけるムーニー粘度が、１０～５０である、［１］または［２］に記載の制震ダンパー用ゴム組成物。
［４］上記（Ｂ）成分のＤＢＡ吸着量が、１０～３５０ｍｍｏｌ／ｋｇである、［１］～［３］のいずれかに記載の制震ダンパー用ゴム組成物。
［５］上記（Ｂ）成分が、ジメチルシリル処理シリカおよびトリメチルシリル処理シリカから選ばれた少なくとも一つである、［１］～［４］のいずれかに記載の制震ダンパー用ゴム組成物。
［６］［１］～［５］のいずれかに記載の制震ダンパー用ゴム組成物の製造方法であって、上記（Ａ）成分の４０～８０重量％と、上記（Ｂ）成分の５０～１００重量％のみからなるマスターバッチを調製する第１混練工程と、上記マスターバッチに残りの材料を全て加えて混練りする第２混練工程とを備えていることを特徴とする制震ダンパー用ゴム組成物の製造方法。
［７］［１］～［５］のいずれかに記載の制震ダンパー用ゴム組成物からなる粘弾性体を、その構成部材とすることを特徴とする制震ダンパー。
［８］高層ビル用制震ダンパーである、［７］に記載の制震ダンパー。

なお、上記の式（Ｉ）で示されるΔＧ’は、特開２００６－４７０７０号公報の記載から準拠されるように、フィラーの凝集性を評価するための指標となるものであり、ΔＧ’が小さいほど、フィラーの分散度が高いことを示す。

以上のことから、本発明の制震ダンパー用ゴム組成物は、高減衰性を示すとともに、繰り返し変形や加振に対する安定性に優れた性能を発揮することができる。
また、本発明の制震ダンパー用ゴム組成物の製造方法は、上記のような性能を示す特殊なゴム組成物を効率よく製造することができる。
そして、上記ゴム組成物からなる粘弾性体をその構成部材とする本発明の制震ダンパーは、上記のように、高減衰性を示すとともに、繰り返し変形や加振に対する安定性に優れるようになる。このことから、高層ビルや橋梁といった大型建造物に使用される制震ダンパーとして、優れた性能を発揮することができる。

制震ダンパーの一例を示す正面図である。上記制震ダンパーの一例を示す断面図である。上記制震ダンパーの他の例を示す断面図である。上記制震ダンパーの設置状態を示す模式図である。動的剪断特性の評価方法を行うために用いる装置の模式図である。荷重－歪みループ曲線を示すグラフ図である。

つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。

本発明の制震ダンパー用ゴム組成物は、下記の（Ａ）からなるポリマー成分と、下記の（Ｂ）および（Ｃ）成分とを含有するとともに、（Ａ）成分１００重量部に対する下記の（Ｄ）成分の含有量の合計が５重量部以下である制震ダンパー用ゴム組成物であって、上記ゴム組成物が下記（Ｘ）の条件を満たすものである。
（Ａ）スチレン－イソプレン－スチレンブロックポリマー（ＳＩＳ）を主成分とするポリマー。
（Ｂ）ＢＥＴ比表面積が３５０ｍ²／ｇ以下であるシリカ。
（Ｃ）炭酸カルシウム。
（Ｄ）有機ラジカル捕捉剤および加工助剤からなる群から選ばれた少なくとも一つ。
（Ｘ）下記の式（Ｉ）で示されるΔＧ’が８以下。
ΔＧ’＝Ｇ’２／Ｇ’１ ……（Ｉ）
［式（Ｉ）中、Ｇ’１は、周波数１１Ｈｚ、振れ角０．２８％、４０℃での、未加硫ゴム組成物の貯蔵弾性率であり、Ｇ’２は、周波数１１Ｈｚ、振れ角５０％、４０℃での、未加硫ゴム組成物の貯蔵弾性率を示す。］

なお、上記の式（Ｉ）で示されるΔＧ’は、特開２００６－４７０７０号公報の記載から準拠されるように、フィラーの凝集性を評価するための指標となるものであり、ΔＧ’が小さいほど、フィラーの分散度が高いことを示す。そして、本発明においては、上記（Ｘ）の条件に示されるように、ΔＧ’は、８以下であり、好ましくはΔＧ’は０～８、より好ましくはΔＧ’は０～７．５の範囲である。
また、Ｇ’１およびＧ’２は、例えば、ゴム加工試験機、キュラストメーター、動的粘弾性測定等により測定することができる。より具体的には、アルファテクノロジー社製のＲＰＡ２０００により測定される。

また、本発明の制震ダンパー用ゴム組成物において、そのポリマー成分としては、スチレン－イソプレン－スチレンブロックポリマー（ＳＩＳ）を主成分とするポリマー（Ａ）のみが用いられる。
ここで、上記「主成分」とは、上記ポリマー成分の５０重量％を上回る割合を占めるもののことを示し、好ましくは上記ポリマー成分の８０重量％以上、より好ましくは上記ポリマー成分の９０重量％以上のことを示す。そして、上記ポリマー成分がスチレン－イソプレン－スチレンブロックポリマー（ＳＩＳ）のみからなる場合も含む趣旨である。
さらに、本発明の制震ダンパー用ゴム組成物においては、上記（Ｄ）成分である有機ラジカル捕捉剤および加工助剤の含有量の合計が、上記ポリマー（Ａ）１００重量部に対し、５重量部以下とする必要がある。上記ポリマー（Ａ）１００重量部に対する（Ｄ）成分の含有量は、好ましくは０～４．５重量部、より好ましくは０～４重量部の範囲であり、最も好ましくは（Ｄ）成分を不含とすることである。このようにすることにより、繰り返し変形に対する安定性をより向上させることができるようになる。

ここで、上記（Ｄ）成分である有機ラジカル捕捉剤とは、制震ダンパー用ゴム組成物においてラジカル捕捉剤として機能するものを意味し、例えば、架橋剤、架橋促進剤、老化防止剤に該当するものがあげられる。本発明の制震ダンパー用ゴム組成物においては、架橋剤、架橋促進剤に該当するものは不含とすることが好ましく、また、上記の範囲内で老化防止剤を配合する場合においては、例えば、芳香族第二級アミン系老化防止剤、特殊ワックス系老化防止剤、アミン－ケトン系老化防止剤、フェノール系老化防止剤、イミダゾール系老化防止剤等を、単独でもしくは二種以上併せて用いることが可能である。
また、上記（Ｄ）成分である加工助剤とは、制震ダンパー用ゴム組成物において加工助剤として機能するものを意味し、上記の範囲内で加工助剤を配合する場合においては、例えば、ステアリン酸、パラフィンワックス、ポリエチレン、ペプタイザー等を、単独でもしくは二種以上併せて用いることが可能である。

《ポリマー（Ａ）》
上記のように、ポリマー（Ａ）は、その５０重量％を上回る割合をＳＩＳが占めるものであり、好ましくはポリマー（Ａ）の８０重量％以上、より好ましくはポリマー（Ａ）の９０重量％以上が、ＳＩＳからなる。そして、上記ポリマー（Ａ）がＳＩＳのみからなるものであってもよい。
また、必要に応じ、ＳＩＳと併用し、エチレン－プロピレン－ジエンモノマー三元共重合体（ＥＰＤＭ）、アクリルゴム、ウレタンゴム、スチレン－ブタジエン－スチレンブロックポリマー（ＳＢＳ）、スチレン－イソブチレン－スチレンブロックポリマー（ＳＩＢＳ）、スチレン－ブタジエン（ＳＢ）共重合体、スチレン－イソプレン（ＳＩ）共重合体、スチレン－イソプレン－スチレン（ＳＩＳ）共重合体、スチレン－エチレン－ブチレン（ＳＥＢ）共重合体、スチレン－エチレン－ブチレン－スチレン（ＳＥＢＳ）共重合体、スチレン－エチレン－プロピレン（ＳＥＰ）共重合体、スチレン－エチレン－プロピレン－スチレン（ＳＥＰＳ）共重合体、水素添加された上記各共重合体、エチレン－プロピレン共重合体（ＥＰＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、液状イソプレンゴム（液状ＩＲ）、液状ブタジエンゴム（液状ＢＲ）、液状スチレン－ブタジエンゴム（液状ＳＢＲ）、液状スチレン－イソプレンゴム（液状ＳＩ）、液状スチレン－エチレン－プロピレンゴム（液状ＳＥＰ）、液状イソプレン－ブタジエンゴム（液状ＩＲ－ＢＲ）等を、単独でもしくは二種以上併せて用いてもよい。なお、これらのポリマーの含有量は、ＳＩＳを下回る必要があるため、ポリマー（Ａ）の５０重量％未満、好ましくはポリマー（Ａ）の２０重量％以下、より好ましくはポリマー（Ａ）の１０重量％以下である。
また、上記のように、ＳＩＳと併用して、ＥＰＤＭ、アクリルゴム、ウレタンゴム等を用いると、減衰特性により優れるようになる。

上記ＳＩＳにおける、スチレン－イソプレンのジブロック量は、５０～９５重量％であることが好ましく、より好ましくは６０～９０重量％の範囲である。このようなジブロック量とすると、所望の剪断弾性率が得やすくなり、高減衰特性等を得るうえで、より優れるようになる。
なお、上記ジブロック量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定された値である。

また、上記ＳＩＳにおけるスチレン量は、１０～３０重量％であることが好ましく、より好ましくは１３～２５重量％の範囲である。このようなスチレン量であると、剪断弾性率の点でより優れるようになる。
なお、上記スチレン量は、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）によって測定された値である。

さらに、上記ＳＩＳの数平均分子量（Ｍｎ）は、１０万～２０万の範囲が好ましく、より好ましくは１０万～１５万の範囲である。すなわち、このように分子量が小さいことが、減衰性の観点から好ましい。
なお、上記数平均分子量（Ｍｎ）は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）に準じて、測定した値である。

上記ポリマー（Ａ）の１００℃におけるムーニー粘度は、フィラーの分散性を向上させて本発明の課題を効果的に解決する観点から、１０～５０であることが好ましく、より好ましくは１３～４０の範囲である。
上記ポリマー（Ａ）のムーニー粘度は、ＪＩＳＫ６３００－１（２００１）に準じ、試験温度１００℃にて測定した値である。

《シリカ（Ｂ）》
上記シリカ（Ｂ）としては、本発明の課題を解決する観点から、ＢＥＴ比表面積が３５０ｍ²／ｇ以下であるシリカが用いられる。上記シリカのＢＥＴ比表面積は、８０～３２０ｍ²／ｇであることが好ましく、１００～３００ｍ²／ｇであることがより好ましい。
なお、上記シリカのＢＥＴ比表面積は、例えば、試料を２００℃で１５分間脱気した後、吸着気体として混合ガス（Ｎ₂：７０％、Ｈｅ：３０％）を用いて、ＢＥＴ比表面積測定装置（マイクロデータ社製、４２３２－II）により測定することができる。
また、上記シリカ（Ｂ）のＤＢＡ吸着量は、本発明の課題を解決する観点から、１０～３５０ｍｍｏｌ／ｋｇであることが好ましく、より好ましくは、２０～３００ｍｍｏｌ／ｋｇの範囲である。
上記ＤＢＡ吸着量は、シリカ表面の未反応シラノール基にジブチルアミン（ＤＢＡ）が吸着した量から測定することができる。

上記シリカ（Ｂ）としては、上記のようにＢＥＴ比表面積が３５０ｍ²／ｇ以下のものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、湿式シリカ、乾式シリカ、コロイダルシリカ等が、単独でもしくは二種以上併せて用いられる。

また、上記シリカ（Ｂ）表面に対しては、必要に応じ、シリコーンオイル、ヘキサメチルジシラザン、オクチルシラン、ジメチルジクロロシラン等のジメチルシラン、トリメチルシラン、モノメチルトリクロロシラン、脂肪酸（ステアリン酸）等による疎水化処理が施される。これらの疎水化処理が施されたシリカや、このような表面処理が施されていないシリカは、単独でもしくは二種以上併せて用いられる。

特に、上記疎水化処理されたシリカのなかでも、ジメチルシランやトリメチルシランにより表面処理された、ジメチルシリル処理シリカ、トリメチルシリル処理シリカが、減衰性の観点から好ましい。

そして、本発明の制震ダンパー用ゴム組成物における上記シリカ（Ｂ）の含有割合は、本発明の課題を解決する観点から、前記ポリマー（Ａ）１００重量部に対して、１０～２００重量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは２０～１５０重量部の範囲、さらに好ましくは３０～１００重量部の範囲である。

《炭酸カルシウム（Ｃ）》
上記炭酸カルシウム（Ｃ）としては、例えば、表面処理がなされていない炭酸カルシウムの他、表面処理が施された炭酸カルシウムを用いることができる。なかでも、ステアリン酸処理炭酸カルシウム、ロジン酸処理炭酸カルシウム、リグニン処理炭酸カルシウム、脂肪酸第四級アンモニウム塩処理炭酸カルシウム等を用いることが、減衰特性がさらに向上する観点から、好ましい。より好ましくは、脂肪酸第四級アンモニウム塩処理炭酸カルシウム、ロジン酸処理炭酸カルシウム、リグニン処理炭酸カルシウムである。
なお、上記の各種炭酸カルシウムは、単独でもしくは二種以上併せて用いられる。

そして、本発明の制震ダンパー用ゴム組成物における上記炭酸カルシウム（Ｃ）の含有割合は、本発明の課題を解決する観点から、前記ポリマー（Ａ）１００重量部に対して、１０～２００重量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは２０～１５０重量部の範囲、さらに好ましくは３０～１００重量部の範囲である。

なお、本発明の制震ダンパー用ゴム組成物には、必要に応じて、上記以外のフィラー（他のフィラー）、粘着付与剤、可塑剤等を適宜配合しても差し支えない。

上記他のフィラーとしては、タルク、カーボンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブ等があげられ、これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。

本発明の制震ダンパー用ゴム組成物に適宜に配合される上記他のフィラーの含有割合は、前記ポリマー（Ａ）１００重量部に対して、１～５０重量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは５～４０重量部の範囲である。このような含有割合であると、減衰特性がさらに向上するようになる。

本発明の制震ダンパー用ゴム組成物に適宜に配合される上記粘着付与剤は、減衰特性や接着性の向上を目的として用いられるものであり、例えば、水添脂環族系炭化水素樹脂、クマロン樹脂、ロジン、ロジンエステル、ケトン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、マレイン酸樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等が好適に用いられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。

本発明の制震ダンパー用ゴム組成物は、例えば、前記（Ａ）～（Ｃ）成分、さらに必要に応じてその他の成分等を、ニーダー，プラネタリーミキサー，混合ロール，２軸スクリュー式撹拌機等を用いて混練することにより得ることができる。
また、前記（Ａ）成分の４０～８０重量％と、前記（Ｂ）成分の５０～１００重量％のみからなるマスターバッチを調製する第１混練工程と、上記マスターバッチに残りの材料を全て加えて混練りする第２混練工程に分けてゴム組成物を調製することが、（Ｂ）成分の分散性をより高めることができ、本発明の制震ダンパー用ゴム組成物を効率よく製造することができるため、好ましい。

そして、上記のようにして調製された本発明の制震ダンパー用ゴム組成物を、溶融温度以上に加熱して溶融させ、これを型枠内に流し込み、放冷して所定形状に成形することにより、本発明の制震ダンパーの構成部材である粘弾性体を製造することができる。

上記粘弾性体は、未加硫のものであり、その剪断弾性率は、剪断歪み率２００％，周波数０．３３Ｈｚ，温度２０℃の条件下において、０．１Ｎ／ｍｍ²以上であることが好ましく、より好ましくは０．２０～０．３５Ｎ／ｍｍ²の範囲であり、さらに好ましくは、０．２０～０．３０Ｎ／ｍｍ²の範囲である。

なお、上記粘弾性体の剪断弾性率は、例えば図５に示すような装置を用いて、つぎのようにして測定される。すなわち、ブラスト処理を施した二枚の金具２２の所定箇所（試料２１の接着箇所）に、ゴム用２液接着剤を塗布した後、上記金具２２間に、上記粘弾性体形成用のゴム組成物を挟み、乾燥を行う。これを所定時間（例えば、１００℃で１０分間）熱プレス成形して、試料２１を作製する。そして、上記装置を、矢印方向に加振させて、図６に示す荷重－歪みループ曲線に基づいて、動的剪断特性の評価を行う。すなわち、上記装置に対し、加振機と、入力信号発振機と、出力信号処理機を用いて、先に述べた条件（剪断歪み率：２００％（試料厚みに対して２００％）、周波数（ｆ）：０．３３Ｈｚ、測定温度：２０℃）で加振を付与し、その加振の時間に対する剪断歪み値（δ）と荷重値（Ｑｄ）の解析から、下記の式（α）に従い等価剛性（Ｋｅ）を求めるとともに、下記の式（β）に従い剪断弾性率（Ｇｅ）を求める。なお、下記の式において、Ｓは試料の面積、Ｄは試料の厚みを示す。
等価剛性：Ｋｅ（Ｎ／ｍｍ）＝Ｑｄ／δ …（α）
剪断弾性率：Ｇｅ（Ｎ／ｍｍ²）＝Ｋｅ÷Ｓ／Ｄ …（β）

ここで、図１に、本発明の制震ダンパーの一例を示す。図において、１は制震ダンパー、２は粘弾性体、４と５は金属板を示す。そして、二枚の金属板４，５の間に挟まれた状態で、図示のように粘弾性体２が接着されている。
図２は、上記制震ダンパーの一例を示す断面図（図１のＡ－Ａ'断面図）である。図２では、上記制震ダンパーにおける粘弾性体２が単層構造のものが示されている。
図３は、上記制震ダンパーの他の例を示す断面図（図１のＡ－Ａ'断面図）である。図３では、上記制震ダンパーにおける粘弾性体２が二層構造のものが示されている。

つぎに、図４に、上記制震ダンパー１の設置例（一例）を示す。図において、１は制震ダンパー、２は粘弾性体、４と５は金属板、６はボルト、７と８はパネル、１０は梁、１１は土台を示す。図示のように、制震ダンパー１の金属板４，５は、それぞれ、ボルト６によって、パネル７，８に取り付けられている。そして、梁１０と土台１１との間の制震のために、上記金属板４，５の間に挟まれた粘弾性体２が機能している。

本発明の制震ダンパーは、特に上記のような形状のものに限定されるものではなく、土木用，建築用の制震ダンパー、家電用や電子機器用の制震ダンパー等として、優れた機能を発揮することができる。
なかでも、橋梁やビルといった大型建造物に使用される制震ダンパーとして、とりわけ高層ビル用制震ダンパーとして、より優れた機能を発揮することができる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、その要旨を超えない限り、これら実施例に限定されるものではない。

まず、実施例および比較例に先立ち、下記に示す材料を準備した。なお、下記に示す材料に示された各数値は、前記測定方法に基づき測定された値である。

〔ＳＩＳ（ｉ）〕
日本ゼオン社製、クインタック３５２０（１００℃におけるムーニー粘度：２３、スチレン－イソプレンのジブロック量：７８重量％、スチレン量：１５重量％）

〔ＳＩＳ（ii）〕
日本ゼオン社製、クインタック３６２０（１００℃におけるムーニー粘度：２３、スチレン－イソプレンのジブロック量：１２重量％、スチレン量：１５重量％）

〔ＥＰＤＭ〕
三井化学社製、ＥＰＤＭ４０２１（１００℃におけるムーニー粘度：２４）

〔加工助剤〕
ステアリン酸（日油社製、サクラビーズ）

〔老化防止剤〕
ＢＡＳＦ社製、イルガノックス１０１０

〔炭酸カルシウム〕
ステアリン酸で表面処理された炭酸カルシウム（白石カルシウム社製、白艶華ＣＣ）

〔未処理シリカ（ｉ）〕
表面処理を行っていないシリカ（東ソーシリカ社製、ニプシールＶＮ３、ＢＥＴ比表面積：２１８ｍ²／ｇ、ＤＢＡ吸着量：２８０ｍｍｏｌ／ｋｇ）

〔未処理シリカ（ii）〕
表面処理を行っていないシリカ（日本アエロジル社製、アエロジル３８０、ＢＥＴ比表面積：３８０ｍ²／ｇ、ＤＢＡ吸着量：１０ｍｍｏｌ／ｋｇ）

〔表面処理シリカ（ｉ）〕
トリメチルシリル化剤で表面処理されたシリカ（日本アエロジル社製、アエロジルＲＸ２００、ＢＥＴ比表面積：１１０ｍ²／ｇ、ＤＢＡ吸着量：１０ｍｍｏｌ／ｋｇ）

〔実施例１～５、比較例１～５〕
後記の表１，２に示す各成分を同表に示す割合で配合し、目的とするゴム組成物を調製した。
なお、比較例４を除き、マスターバッチを調製（第１混練工程）した後、残りの材料を混練り（第２混練工程）することにより、目的とするゴム組成物を調製した。
上記第１混練工程は、ポリマー（ＳＩＳ、ＥＰＤＭ）全量の５０重量％に対し、シリカの全量を加え、ニーダーで１３０℃×１０分間混練りすることにより行った。上記第２混練工程は、上記第１混練工程により調製されたマスターバッチに、残りの材料を全て加え、ニーダーで１３０℃×１０分間混練りすることにより行った。
比較例４では、上記のようなマスターバッチを調製せず、全ての材料をニーダーで１３０℃×２０分間混練りすることにより、ゴム組成物を調製した。

［ΔＧ’］
上記のようにして得られた実施例および比較例のゴム組成物に対し、ＲＰＡ２０００（アルファテクノロジー社製）により、周波数１１Ｈｚ、４０℃での、未加硫ゴム組成物の貯蔵弾性率（振れ角０．２８％での貯蔵弾性率Ｇ’１、および、振れ角５０％での貯蔵弾性率Ｇ’２）を測定した。そして、上記測定結果をもとに、下記の式（Ｉ）で示されるΔＧ’を算出した。この結果を後記の表１，２に併せて示した。
ΔＧ’＝Ｇ’２／Ｇ’１ ……（Ｉ）

そして、実施例および比較例のゴム組成物を用いて、下記の試験（１）～（３）を行った。これらの結果を後記の表１，２に併せて示した。

≪試験（１）≫
図５に示すような装置を用いて、ゴム組成物の動的剪断特性の評価を行った。すなわち、ブラスト処理を施した二枚の金具２２（大きさ１４０ｍｍ×８０ｍｍ、厚み９ｍｍ）の所定箇所（試料２１の接着箇所）に、ゴム用２液接着剤を塗布した後、上記二枚の金具２２の間に、実施例または比較例のゴム組成物を挟み、乾燥を行った。これを１００℃で１０分間熱プレス成形して、試料（大きさ７０ｍｍ×８０ｍｍ、厚み５ｍｍ）２１を作製した。そして、上記装置を、矢印方向に加振させて、図６に示す荷重－歪みループ曲線に基づいて、動的剪断特性の評価を行った。すなわち、上記装置に対し、加振機（鷲宮製作所社製、ＤＹＮＡＭＩＣＳＥＲＶＯ）と、入力信号発振機（横河電気社製、シンセサイズドファンクションゼネレータＦＣ３２０）と、出力信号処理機（小野測器社製、ポータブルＦＦＴアナライザーＣＦ－３２００）を用いて、大地震時を想定した加振（剪断歪み率：２００％（試料厚みに対して２００％）、周波数（ｆ）：０．３３Ｈｚ、測定温度：２０℃）を付与し、その加振の時間に対する剪断歪み値（δ）と荷重値（Ｑｄ）の解析から、下記の式（１）～（４）に従い、等価剛性（Ｋｅ）、等価減衰係数（Ｃｅ）を求めるとともに、その値から、剪断弾性率（Ｇｅ）、減衰定数（ｈｅ）を求めた。なお、下記の式において、ω＝２πｆ、Ｗ＝Ｋｅδ²／２、ΔＷは荷重－歪みループ面積（吸収エネルギー）、Ｓは試料の面積、Ｄは試料の厚みを示す。
等価剛性：Ｋｅ（Ｎ／ｍｍ）＝Ｑｄ／δ …（１）
等価減衰係数：Ｃｅ（ｋＮ・ｓ／ｍ）＝ΔＷ／πωδ² …（２）
減衰定数：ｈｅ＝ΔＷ／４πＷ …（３）
剪断弾性率：Ｇｅ（Ｎ／ｍｍ²）＝Ｋｅ÷Ｓ／Ｄ …（４）

≪試験（２）≫
上記試験（１）の方法に準じ、加振機（鷲宮製作所社製、ＤＹＮＡＭＩＣＳＥＲＶＯ）と、入力信号発振機（横河電気社製、シンセサイズドファンクションゼネレータＦＣ３２０）と、出力信号処理機（小野測器社製、ポータブルＦＦＴアナライザーＣＦ－３２００）を用いて、剪断歪み率：２００％、周波数（ｆ）：０．３３Ｈｚ、測定温度：２０℃で、５０回加振する試験を別途行った。そして、このときの、２回目加振時の剪断弾性率（Ｇｅ₂）と、上記の５０回加振時の剪断弾性率（Ｇｅ₅₀）を測定し、下記の式（II）に示す値（％）を算出した。この値を、「２波目～５０波目のＧｅ変化率」とした。
｛（Ｇｅ₂－Ｇｅ₅₀）／Ｇｅ₂｝×１００ ………（II）

上記の５０回加振する試験を行い、２４時間経過した後、再度、上記と同様の条件で加振し、２回目加振時の剪断弾性率（Ｇｅ_2'）を測定した。そして、下記の式（III）に示す値（％）を算出した。この値を、「５０波加振後２４ｈ後のＧｅ変化率」とした。
｛（Ｇｅ₂－Ｇｅ_2'）／Ｇｅ₂｝×１００ ………（III）

≪試験（３）≫
上記試験（１）の方法に準じ、加振機（鷲宮製作所社製、ＤＹＮＡＭＩＣＳＥＲＶＯ）と、入力信号発振機（横河電気社製、シンセサイズドファンクションゼネレータＦＣ３２０）と、出力信号処理機（小野測器社製、ポータブルＦＦＴアナライザーＣＦ－３２００）を用いて、台風を想定した加振（剪断歪み率：５０％（試料厚みに対して５０％）、周波数（ｆ）：５Ｈｚ、測定温度：２０℃）を付与する試験を別途行った。そして、このときの、２回目加振時の剪断弾性率（Ｇｅ’₂）と、２５００回加振時の剪断弾性率（Ｇｅ’₂₅₀₀）を測定し、下記の式（IV）に示す値（％）を算出した。この値を、「２波目～２５００波目のＧｅ変化率」とした。
｛（Ｇｅ’₂－Ｇｅ’₂₅₀₀）／Ｇｅ’₂｝×１００ ………（IV）

上記の２５００回加振する試験を行い、２４時間経過した後、再度、上記と同様の条件で加振し、２回目加振時の剪断弾性率（Ｇｅ’_2'）を測定した。そして、下記の式（V）に示す値（％）を算出した。この値を、「２５００波加振後２４ｈ後のＧｅ変化率」とした。
｛（Ｇｅ’₂－Ｇｅ’_2'）／Ｇｅ’₂｝×１００ ………（V）

［総合評価］
上記試験（１）～（３）の測定結果より、剪断弾性率（Ｇｅ）が０．１Ｎ／ｍｍ²以上、減衰定数（ｈｅ）が０．３５以上であり、かつ、上記式（II）および（IV）に示すＧｅ変化率がいずれも４０以下であり、上記式（III）および（V）に示すＧｅ変化率がいずれも２０以下であるものを、「◎」と評価した。
また、上記「◎」に該当しないが、上記試験（１）～（３）の測定結果より、剪断弾性率（Ｇｅ）が０．１Ｎ／ｍｍ²以上、減衰定数（ｈｅ）が０．３５以上であり、かつ、上記式（II）～（V）に示すＧｅ変化率がいずれも４０以下であるものを、「○」と評価した。
また、上記「◎」および「○」に該当しないが、上記試験（１）～（３）の測定結果より、剪断弾性率（Ｇｅ）が０．１Ｎ／ｍｍ²以上、減衰定数（ｈｅ）が０．３０よりも大きく、かつ、上記式（II）～（V）に示すＧｅ変化率がいずれも４０以下であるものを、「△」と評価した。
そして、上記「◎」、「○」および「△」のいずれの評価にも該当しなかったものを「×」と評価した。

上記表１の結果から、実施例の試料は、本発明に規定の各成分を含有し、さらに有機ラジカル捕捉剤（老化防止剤）および加工助剤の含有量の合計が本発明に規定の範囲に抑えられており、シリカ分散性の指標であるΔＧ’も８以下である。そのため、剪断弾性率（Ｇｅ）および減衰定数（ｈｅ）は、先の評価基準を満たす結果となり、さらに加振を長期に渡り継続して与えた際のＧｅ変化率も抑えられていることがわかる。また、上記のように加振を長期に渡り継続して与えた後２４時間経過した際において、Ｇｅ変化率がさらに小さくなっていることから、剪断弾性率の回復性にも優れていることがわかる。
以上のことから、実施例の試料は、高減衰性を示すとともに、繰り返し変形や加振に対する安定性に優れるものであることがわかった。

これに対し、上記表２の結果から、比較例１～３の試料は、有機ラジカル捕捉剤（老化防止剤）および加工助剤の含有量の合計が本発明に規定の範囲を超えており、ΔＧ’も８を超える値となった。そして、特に、前記式（IV）に示すＧｅ変化率が大きすぎたことから、本発明に要求される性能が得られない結果となった。比較例４の試料は、マスターバッチによる調製が行われておらず、ΔＧ’も８を超える値となった。そして、特に、前記式（IV）に示すＧｅ変化率が大きすぎたことから、本発明に要求される性能が得られない結果となった。比較例５の試料は、ΔＧ’は８以下であったが、ＢＥＴ比表面積が高い（ＢＥＴ比表面積が３５０ｍ²／ｇを超える）シリカを使用しており、その結果、特に減衰定数（ｈｅ）が小さく、本発明に要求される性能が得られない結果となった。

本発明の制震ダンパーは、土木用，建築用の制震ダンパー、家電用や電子機器用の制震ダンパー等として、優れた機能を発揮することができる。なかでも、橋梁やビルといった大型建造物に使用される制震ダンパーとして、とりわけ高層ビル用制震ダンパーとして、より優れた機能を発揮することができる。
また、本発明の制震ダンパーの構成部材である粘弾性体を備えた、建築用の制震壁等の制震装置や免震装置、家電用や電子機器用の制振材や衝撃吸収材、自動車用の制振材や衝撃吸収材等も、本発明の制震ダンパーとして利用することが可能である。

１制震ダンパー
２粘弾性体
４，５金属板
６ボルト
７，８パネル
１０梁
１１土台

Claims

下記の（Ａ）からなるポリマー成分と、下記の（Ｂ）および（Ｃ）成分とを含有するとともに、（Ａ）成分１００重量部に対する下記の（Ｄ）成分の含有量の合計が５重量部以下である制震ダンパー用ゴム組成物であって、上記ゴム組成物が下記（Ｘ）の条件を満たすことを特徴とする制震ダンパー用ゴム組成物。
（Ａ）スチレン－イソプレン－スチレンブロックポリマーを主成分とするポリマー。
（Ｂ）ＢＥＴ比表面積が３５０ｍ²／ｇ以下であるシリカ。
（Ｃ）炭酸カルシウム。
（Ｄ）有機ラジカル捕捉剤および加工助剤からなる群から選ばれた少なくとも一つ。
（Ｘ）下記の式（Ｉ）で示されるΔＧ'が８以下。
ΔＧ'＝Ｇ'２／Ｇ'１ ……（Ｉ）
［式（Ｉ）中、Ｇ'１は、周波数１１Ｈｚ、振れ角０．２８％、４０℃での、未加硫ゴム組成物の貯蔵弾性率であり、Ｇ'２は、周波数１１Ｈｚ、振れ角５０％、４０℃での、未加硫ゴム組成物の貯蔵弾性率を示す。］
上記（Ａ）成分のスチレン－イソプレン－スチレンブロックポリマーにおける、スチレン－イソプレンのジブロック量が５０～９５重量％であり、スチレン量が１０～３０重量％である、請求項１記載の制震ダンパー用ゴム組成物。
上記（Ａ）成分の１００℃におけるムーニー粘度が、１０～５０である、請求項１または２記載の制震ダンパー用ゴム組成物。
上記（Ｂ）成分のＤＢＡ吸着量が、１０～３５０ｍｍｏｌ／ｋｇである、請求項１～３のいずれか一項に記載の制震ダンパー用ゴム組成物。
上記（Ｂ）成分が、ジメチルシリル処理シリカおよびトリメチルシリル処理シリカから選ばれた少なくとも一つである、請求項１～４のいずれか一項に記載の制震ダンパー用ゴム組成物。
請求項１～５のいずれか一項に記載の制震ダンパー用ゴム組成物の製造方法であって、上記（Ａ）成分の４０～８０重量％と、上記（Ｂ）成分の５０～１００重量％のみからなるマスターバッチを調製する第１混練工程と、上記マスターバッチに残りの材料を全て加えて混練りする第２混練工程とを備えていることを特徴とする制震ダンパー用ゴム組成物の製造方法。
請求項１～５のいずれか一項に記載の制震ダンパー用ゴム組成物からなる粘弾性体を、その構成部材とすることを特徴とする制震ダンパー。
高層ビル用制震ダンパーである、請求項７記載の制震ダンパー。