JP2000283226A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上板１及び下板２間に、ゴム状弾性層６と剛
性板層７とが上下方向に交互に積層された積層部５が設
けられ、この上板１、下板２及び積層部５を上下方向に
貫通する貫通孔９が形成された積層ゴムタイプの免震装
置Ａに対して、高面圧下において、地震発生時にゴム状
弾性層６に大きなせん断変形が生じたとしても、安定し
た復元力特性が得られるようにする。 【解決手段】 貫通孔９内にウレタンゴム等のエラスト
マー１１を充填する。そして、そのラストマー１１の貫
通孔９に対する充填率を９０〜１００％にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築物等の上部構
造物と基礎との間に設けられ、地震に対する該上部構造
物の揺れを抑えるようにした免震装置に関する技術分野
に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の免震装置としては積
層ゴムタイプのものがよく知られており、このものは、
例えば図４に示すように、上部構造物に連結される上板
ａと、該上板ａの下側に対向して設けられかつ基礎に連
結される下板ｂとを備えている。この上板ａ及び下板ｂ
間には、共に略同じ径を有する円形のゴム状弾性層ｄと
鋼板等からなる剛性板層ｅとが上下方向において略同心
状に交互に積層された積層部ｃが設けられ、この積層部
ｃの外周側には、該積層部ｃの剛性板層ｅの鋼板等が錆
びないようにするための被覆ゴム部ｆが設けられてい
る。この積層部ｃのゴム状弾性層ｄと被覆ゴム部ｆと
は、通常、積層部ｃの加硫成形時に一体に形成されるも
のである。上記上下板ａ，ｂ及び積層部ｃの略中心部に
は、通常、該上下板ａ，ｂ並びに積層部ｃのゴム状弾性
層ｄ及び剛性板層ｅを上下方向に貫通する貫通孔ｇが形
成されている。この貫通孔ｇは、積層部ｃの加硫成形時
に加熱用熱源と接続した棒状部材を挿入して積層部ｃ内
部にも加熱用熱を良好に伝達させること等を目的として
設けられるものである。そして、上記積層部ｃのゴム状
弾性層ｄ及び剛性板層ｅの鉛直剛性で上部構造物の荷重
を支持し、地震時の横揺れに対しては、そのゴム状弾性
層ｄのせん断変形により水平方向の変位と力とを吸収す
るように構成されている。

【０００３】このような積層ゴムタイプの免震装置は構
造が単純であり、しかも、施工前の設計において地震力
の減衰性能を容易に予測することができ、施工作業や施
工後の維持管理も容易であるので、大型集合住宅や病院
等の大型建築物にかなり普及されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の免
震装置のように上下板ａ，ｂ及び積層部ｃを上下方向に
貫通する貫通孔ｇが存在すると、建築物から加えられる
相当大きな圧縮荷重（例えば１００kgf/cm² ）によりゴ
ム状弾性層ｄが貫通孔ｇ内に膨出し、その膨出した表面
にはかなり大きな引張応力が生じることになる。この引
張応力は長期間発生したままとなるため、地震が発生し
なくても、やがてゴム状弾性層ｄに亀裂が入る可能性が
ある。

【０００５】また、地震発生時には、ゴム状弾性層ｄに
通常時（非地震時）の２倍近くの圧縮加重（例えば２０
０kgf/cm² ）が加えられかつ２００％程度のせん断変形
が生じるため、上記ゴム状弾性層ｄはより一層亀裂が入
り易くなり、破断に至り易くなるという問題がある。

【０００６】さらに、１つの建築物における免震装置の
使用個数を減らすことで免震化のコストダウンを図るこ
とが考えられるが、この場合は、免震装置１個当たりの
受圧荷重が大きくなってゴム状弾性層ｄにさらに大きな
圧縮加重（例えば、通常時１５０kgf/cm² 、地震発生時
３００kgf/cm² ）が加えられるため、従来の免震装置
をそのまま適用すると、ゴム状弾性層ｄの水平方向のせ
ん断変形量が大きい場合にはゴム状弾性層ｄが局部的に
破断されて、免震装置の復元力特性が著しく低下してし
まう。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、上記のように上板、下
板及び積層部に上下方向に貫通する貫通孔を備えた積層
ゴムタイプの免震装置に対して、高面圧下において地震
発生時にゴム状弾性層に大きなせん断変形が生じたとし
ても、ゴム状弾性層の貫通孔内への膨出を防止すること
により、ゴム状弾性層の局部的破断を防止して、安定し
た復元力特性が得られるようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、上板、下板及び積層部を上下方向
に貫通する貫通孔内にエラストマーを充填するようにし
た。

【０００９】具体的には、請求項１の発明では、上部構
造物に連結される上板と、該上板の下側に対向して設け
られかつ基礎に連結される下板と、上記上板及び下板間
に設けられ、ゴム状弾性層と剛性板層とが上下方向に交
互に積層された積層部と、上記上板、下板及び積層部を
上下方向に貫通する貫通孔とを備え、地震に対する上記
上部構造物の揺れを抑えるようにした免震装置を対象と
し、上記貫通孔内に、エラストマーが充填されているも
のとする。

【００１０】上記の構成により、高圧縮荷重により積層
部のゴム状弾性層が貫通孔内に膨出しようとしてエラス
トマーを水平方向（貫通孔の径方向）に圧縮しようとし
ても、貫通孔内に充填されたエラストマーは、圧縮応力
が大きいために圧縮され難く、ゴム状弾性層の貫通孔内
への膨出は阻止される。したがって、高面圧下でかつ地
震発生時に大きなせん断変形が生じたとしてもゴム状弾
性層が貫通孔内に膨出して破断することはなく、簡単な
構成でゴム状弾性層の破断による免震装置の復元力特性
の低下を抑制することができる。

【００１１】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、エラストマーの貫通孔に対する充填率を、９０〜
１００％にしている。

【００１２】このことにより、貫通孔内に生じる隙間を
最小限にして、エラストマーが水平方向に圧縮変形する
のをより確実に抑えることができ、ゴム状弾性層の貫通
孔内への膨出を効果的に抑制することができる。

【００１３】請求項３の発明では、請求項１又は２の発
明において、貫通孔を、該貫通孔内に充填されたエラス
トマーが密封保持されるように上下で封止する。

【００１４】このことで、エラストマーはゴム状弾性層
により水平方向に圧縮変形力を受けて上下方向に延びよ
うとするが、貫通孔の上下を塞ぐ蓋部材等によりそれを
阻止することができ、エラストマーの水平方向への圧縮
変形を有効に抑制することができる。

【００１５】請求項４の発明では、請求項１、２又は３
の発明において、貫通孔内に充填されるエラストマー
を、ウレタンゴムとする。こうすることで、注型成形等
により貫通穴内に容易に隙間なく充填することができる
と共に、硬化したウレタンゴムがせん断変形への追従性
に優れかつ圧縮応力が大きいので、免震装置の復元力特
性を安定させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る免
震装置Ａを示し、１は、上部構造物に連結される上板で
あり、２は、該上板１の下側に対向して設けられかつ基
礎に連結される下板であり、５は、この上板１及び下板
２間に設けられた積層部であり、６及び７は、同心状に
交互に積層されて上記積層部５を構成するそれぞれゴム
状弾性層及び剛性板層であり、１０は、この剛性板層７
の錆や劣化を防止する被覆ゴム部である。

【００１７】上記免震装置Ａは、上板１、下板２及び積
層部５の略中心部を上下方向に貫通する貫通孔９を備え
ている。また、上記上板１の上面中心部及び下板２の下
面中心部には、上記貫通孔９と略同心状に凹部１ａ，２
ａがそれぞれ設けられている。

【００１８】上記貫通孔９内には、エラストマー１１が
充填されている。このエラストマー１１としては、例え
ば、加硫ゴム、未加硫ゴム、ポリウレタン、ポリオレフ
ィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポ
リアミド系エラストマー等が挙げられるが、容易にかつ
隙間なく充填できる点で、液状原料を注入・硬化させる
タイプのものや、積層部５の加硫成形時の加熱及び加圧
により流動し易いゴムが好ましい。この注入・硬化タイ
プの中でも、弾性率の調整が容易でかつせん断変形に追
従し易い点で、ポリウレタンゴムが特に好ましい。この
エラストマー１１の貫通孔９に対する充填率は、９０〜
１００％にすることが好ましい。これは、充填率が９０
％よりも小さいと、生じる隙間にゴム状弾性層６が膨出
し易くなるからである。そして、上下板１，２の各凹部
１ａ，２ａ内には、蓋部材１２，１３がそれぞれ取付固
定され、このことで、貫通孔９は、該貫通孔９内に充填
されたエラストマー１１が密封保持されて上下方向に変
形できないように上下で封止されていることになる。

【００１９】以上の構成からなる本発明の免震装置Ａを
製造するには、先ず、図２に示すように、下板２の上側
に、積層部５のゴム状弾性層６を形成する未加硫ゴム１
５と剛性板層７を形成する鋼板１６とを上下方向に交互
にかつ上下板１，２との接触部がゴム状弾性層６となる
ように積層した後、その上に上板１を載せる。尚、上下
板１，２の中心部には、予め凹部１ａ，２ａと貫通孔９
を形成するための開口１ｂ，２ｂとをそれぞれ形成して
おくと共に、未加硫ゴム１５及び鋼板１６の中心部に
は、予め貫通孔９を形成するための開口１５ａ，１６ａ
をそれぞれ設けておく。また、未加硫ゴム１５の外径
は、被覆ゴム部１０を形成する分だけ大きくして鋼板１
６よりも外周側に突出しておくか、未加硫ゴム１５を厚
めに形成して加硫前に予備圧縮を行って外周側に膨出さ
せる。

【００２０】次いで、上記積層成形体を金型２１に入れ
て加硫成形を行う。このとき、上下板１，２の開口１
ｂ，２ｂ並びに未加硫ゴム１５及び鋼板１６の開口１５
ａ，１６ａ内に熱伝達率の良好な棒状部材（図示せず）
を挿入し、その棒状部材は加硫用熱源と接続しておく。
このことで、加硫成形時に積層部５の内部にも加硫用熱
を良好に伝達させることができ、積層部５全体の加硫及
び接着の均一性を向上させることができると共に、加硫
時間を短縮して生産性を向上させることができる。この
加硫成形により、積層部５のゴム状弾性層６及び剛性板
層７並びに貫通孔９が形成される。また、未加硫ゴム１
５の外周部が鋼板１６の外周側を覆い、ゴム状弾性層６
と被覆ゴム部１０とが一体で形成される。

【００２１】上記加硫成形の後、図３に示すように、下
板２の凹部２ａ内に蓋部材１３をボルト１８（又は接着
剤）により固定した後、貫通孔９内にウレタンゴム等の
粘性液状のエラストマー１１を容器２２から注入して充
填し、硬化させる。このとき、エラストマー１１は貫通
孔９に対して隙間なく充填することが好ましく、充填率
が９０〜１００％となるようにする。そして、エラスト
マー１１の硬化後に、上板１の凹部１ａ内に蓋部材１２
をボルト１７（又は接着剤）により固定することで、免
震装置Ａが完成する。

【００２２】尚、エラストマー１１が未加硫ゴム（積層
部５の未加硫ゴム１５と同じものであっても異なるもの
であってもよい）の場合には、上記積層部５の加硫成形
前にそのエラストマー１１を貫通孔９（上下板１，２の
開口１ｂ，２ｂ並びに未加硫ゴム１５及び鋼板１６の開
口１５ａ，１６ａ）内にある程度充填しておき、積層部
５の加硫成形時に貫通孔９内に流出してくる未加硫ゴム
１５と上記エラストマー１１とを一体化させることで、
貫通孔９内に隙間なく充填するようにしてもよい。或い
は、積層部５の加硫成形後に、貫通孔９内に未加硫ゴム
であるエラストマー１１を入れて上下方向に加圧するこ
とで、エラストマー１１を貫通孔９内に隙間なく充填す
るようにしてもよい。

【００２３】上記免震装置Ａを建築物の上部構造物と基
礎との間に設置して地震に対する該上部構造物の揺れを
抑えるようにした場合、積層部５のゴム状弾性層６は、
その上部構造物の重量により圧縮されて貫通孔９内に膨
出しようとする。しかし、この実施形態では、貫通孔９
内にウレタンゴム等のエラストマー１１が充填され、そ
の充填率が９０〜１００％にされているので、ゴム状弾
性層６に高圧縮荷重が加えられたとしても、エラストマ
ー１１は貫通孔９の径方向に殆ど圧縮変形しないため
に、ゴム状弾性層６が貫通孔９内に膨出することはな
い。また、蓋部材１２，１３により、エラストマー１１
の上下方向への伸張変形が抑制されるので、エラストマ
ー１１が貫通孔９の径方向により一層圧縮変形し難くな
る。したがって、高面圧下でかつ地震発生時にゴム状弾
性層６に大きなせん断変形が生じたとしてもゴム状弾性
層６が破断することはなく、免震装置Ａの復元力特性を
面圧やせん断ひずみ量に関係なく良好に安定させること
ができる。

【００２４】尚、上記実施形態では、エラストマー１１
を、貫通孔９の上下板１，２に相当する部分（上下板
１，２の開口１ｂ，２ｂ）にも充填するようにしたが、
積層部５に相当する部分のみに充填するようにしてもよ
い。この場合、蓋部材１２，１３に、貫通孔９の上下板
１，２に相当する部分に嵌合する突出部を設けるように
することが望ましい。

【００２５】また、上記実施形態では、蓋部材１２，１
３により貫通孔９内に充填されたエラストマー１１を気
密保持するようにしたが、これら蓋部材１２，１３は必
ずしも必要ではなく、開放状態のままにしておいてもよ
い。この場合でも、エラストマー１１は貫通孔９の径方
向に圧縮され難く、ゴム状弾性層６の貫通孔９内への膨
出を抑制することができる。

【００２６】

【実施例】次に、具体的に実施した実施例について説明
する。先ず、上記実施形態と同様の免震装置を作成した
（実施例）。このとき、加硫成形後に、貫通孔内に、ウ
レタンのプレポリマー（商品名「ハイプレンＰ−８２
０」三井化学（株）社製）１００重量部と硬化剤（商品
名「ＭＣ−５０６」三井化学（株）社製）３３重量部と
の配合物（粘性液）を注入し、貫通孔に対する配合物の
充填率が略１００％となるようにした。そして、その配
合物を室温にて７日間放置して硬化させた。尚、上記配
合物の硬化後の物性を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】上記実施例の免震装置における上下板は、
外径１２００ｍｍ、厚さ３６ｍｍの鋼板で、その中心部
には内径１４０ｍｍ、深さ１０ｍｍの凹部を設けた。ま
た、積層部は、下板上に、厚み５．７ｍｍのゴム状弾性
層と厚み４．３ｍｍの剛性板層（鋼板）とを交互にそれ
ぞれ２８層及び２７層積層したものであり、この積層部
の上に上板を載置した。また、積層部の鋼板の外径は８
００ｍｍ、被覆ゴム部を含めた積層部の外径は８２０ｍ
ｍであった。さらに、貫通孔の内径は４０ｍｍであっ
た。

【００２９】一方、比較のために、貫通孔内には何も充
填しないで空洞のままとしたものを作製した（比較
例）。つまり、実施例と比較例とは、貫通孔内にウレタ
ンゴムを充填したか充填していないかだけの違いしかな
い。

【００３０】そして、上記実施例及び比較例の各免震装
置に対して、水平バネ定数の面圧依存性を調べた。すな
わち、上記各免震装置の上板を下板に対して左右水平方
向に数サイクル相対移動させて、最大せん断ひずみが±
１００％であるときにせん断ひずみ±１００％間の３サ
イクル目におけるバネ定数Ｋｈ（割線剛性）と、最大せ
ん断ひずみが±２００％であるときにせん断ひずみ±１
００％間の３サイクル目におけるバネ定数ＫＨ１（接線
剛性（正負の平均値））と、最大せん断ひずみが±３０
０％であるときにせん断ひずみ±１５０％間の３サイク
ル目におけるバネ定数ＫＨ２（接線剛性（正負の平均
値））とを調べた。このとき、積層部のゴム状弾性層の
面圧は５０kgf/cm² 、１５０kgf/cm² 及び２５０kgf/cm
² として上記各バネ定数をそれぞれ測定した。尚、この
面圧の数値をＫｈ、ＫＨ１又はＫＨ２の後に括弧を付け
て表示するものとし、例えばＫｈ（５０）は面圧が５０
kgf/cm² のときのバネ定数を示す。

【００３１】上記測定により得られたバネ定数から、各
最大せん断ひずみにおける面圧１５０kgf/cm² に対する
低面圧側５０kgf/cm² 及び高面圧側２５０kgf/cm² の比
Ｋｈ（５０）／Ｋｈ（１５０）、Ｋｈ（２５０）／Ｋｈ
（１５０）、ＫＨ１（５０）／ＫＨ１（１５０）、ＫＨ
１（２５０）／ＫＨ１（１５０）、ＫＨ２（５０）／Ｋ
Ｈ２（１５０）及びＫＨ２（２５０）／ＫＨ２（１５
０）を計算した。

【００３２】上記試験の結果を表２に示す。尚、この表
２では、バネ定数の面圧依存性を同表に併記した判定基
準により評価し、この基準を満足する場合には判定欄に
○を、満足しない場合には×を付している。

【００３３】

【表２】

【００３４】このことより、最大せん断ひずみが±１０
０％であるときには、実施例及び比較例共に面圧による
バネ定数の変化はあまり見られないものの、最大せん断
ひずみが大きくなると、比較例のものはバネ定数が面圧
により大きく変化してしまう。これに対し、実施例のも
のは、最大せん断ひずみが大きくなっても面圧によるバ
ネ定数の変化は殆どなく安定していることが判る。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よると、上板、下板及び積層部を上下方向に貫通する貫
通孔を備えた積層ゴムタイプの免震装置に対して、その
貫通孔内にエラストマーを充填したことにより、高面圧
下で大きなせん断変形が生じたとしてもゴム状弾性層の
破断を防止して免震装置の復元力特性の安定化を図るこ
とができる。

【００３６】請求項２の発明によると、エラストマーの
貫通孔に対する充填率を９０〜１００％にしたことによ
り、ゴム状弾性層の貫通孔内への膨出を効果的に抑える
ことができる。

【００３７】請求項３の発明によると、貫通孔を、該貫
通孔内に充填されたエラストマーが密封保持されるよう
に上下で封止したことにより、ゴム状弾性層が貫通孔内
に膨出するのをより確実に抑制することができる。

【００３８】請求項４の発明によると、エラストマーを
ウレタンゴムとしたことにより、貫通孔内への充填が容
易であり、しかも、免震装置の復元力特性を良好に安定
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る免震装置を示す断面図
である。

【図２】免震装置の製造過程において積層部を形成して
いる状態を示す説明図である。

【図３】免震装置の製造過程においてエラストマーを充
填している状態を示す説明図である。

【図４】免震装置の従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

Ａ 免震装置 １ 上板 ２ 下板 ５ 積層部 ６ ゴム状弾性層 ７ 剛性板層 ９ 貫通孔 １１ エラストマー

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J048 AA02 BA08 BA23 BB03 CB05 DA01 EA38 3J059 AA04 AC05 BA43 BC05 BD01 BD05 GA42

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部構造物に連結される上板と、該上板
   の下側に対向して設けられかつ基礎に連結される下板
   と、上記上板及び下板間に設けられ、ゴム状弾性層と剛
   性板層とが上下方向に交互に積層された積層部と、上記
   上板、下板及び積層部を上下方向に貫通する貫通孔とを
   備え、地震に対する上記上部構造物の揺れを抑えるよう
   にした免震装置であって、 上記貫通孔内に、エラストマーが充填されていることを
   特徴とする免震装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の免震装置において、 エラストマーの貫通孔に対する充填率が、９０〜１００
   ％であることを特徴とする免震装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の免震装置におい
   て、 貫通孔は、該貫通孔内に充填されたエラストマーが密封
   保持されるように上下で封止されていることを特徴とす
   る免震装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の免震装置にお
   いて、 エラストマーは、ウレタンゴムであることを特徴とする
   免震装置。