JP2001349378A

JP2001349378A - 振動減衰装置

Info

Publication number: JP2001349378A
Application number: JP2000173222A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Miyazaki; 光生宮崎; Naoki Kato; 直樹加藤; Masahide Seki; 雅英関
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co; Dynamic Design Inc Japan
Current assignee: Dynamic Design Inc Japan; SWCC Corp
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】入力された振動源によって水平方向に柱状弾塑
性体を効率よく剪断変形させて所定の減衰力を得ること
ができ、而も長期使用しても鉛直荷重の載荷に対して応
力集中が発生しないようにする。【解決手段】第１の上部鋼板１１と第１の下部鋼板１２
との間にゴム層１３が積層成型され、中央部に中空部１
０ａが形成された積層ゴム本体１０と、積層ゴム本体１
０の中空部１０ａ内に配設される柱状の鉛プラグ２０と
を備え、鉛プラグ２０は第２の上部鋼板３１と第２の下
部鋼板３２との間にゴム層３３と中間鋼板３４とが交互
に積層成型された積層ゴム補助体３０に囲繞された状態
で積層ゴム本体１０の中空部１０ａ内に装填され、積層
ゴム補助体３０のゴム層３３は鉛プラグ２０が繰り返し
塑性変形しても食込みにくい厚さに形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建築物や精密機
器等の免震、制振、除振あるいは防振のために使用され
る振動減衰装置に係り、特に積層ゴム体内に鉛体等の弾
塑性金属を封入して水平方向の振動エネルギを吸収する
振動減衰装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近
年、公共施設や共同住宅等を地震や強風等の自然災害や
交通振動から守るために、免震構造や制震（制振）構造
が採用されている。

【０００３】免震構造は図３（ａ）に示すように、建物
５１とコンクリート基礎５２との間に鉛入り積層ゴム等
の免震装置５３を設けることにより、地震力を低減して
建物５１に伝えるものである。しかしながら、この免震
構造は、揺れない構造ではなくゆっくりと揺れる構造な
ので、高層な建物５１の場合は水平方向のゆっくりとし
た揺れに対して建物５１に許容値以内の層間変形や階層
間の変形が生じる。また、この免震構造は、想定外の巨
大地震でも建物５１の主要構造部分は損傷しないが、比
較的強度の低い梁や壁に亀裂等は生じる場合がある。

【０００４】一般的に、建物５１の変形や、梁、壁の損
傷を抑えるために、制震（制振）構造を採用することが
多い。この制震（制振）構造は、既存建物の耐震補強や
新築建物として数１０棟の実績を持つ比較的新しい振動
制御技術で、ダンパー等の振動減衰装置によって強風や
地震時の建物の揺れを抑え、高層化、多様化するインテ
リジェントビル、共同住宅等に快適な生活環境を提供し
ている。

【０００５】この振動減衰装置は図３（ｂ）に示すよう
に、例えば共同住宅の間仕切り壁５４の下に設置し、地
震時の間仕切り壁５４の変形を、減衰効果で抑えること
を目的として用いられている。構造は図４（ａ）に示す
ように、上部鋼板６１と下部鋼板６２との間にゴム状弾
性体６３が積層成型され、中央に中空部６０ａが形成さ
れた積層ゴム本体６０と、この積層ゴム本体６０の中空
部６０ａに装填される柱状弾塑性体７０とから構成さ
れ、各鋼板６１、６２としては一般構造用圧延鋼材等
が、ゴム状弾性体６３としては天然ゴムや合成ゴムを主
成分とした高減衰ゴム、あるいは高減衰ゴム以外のゴム
が、柱状弾塑性体７０としては鉛等がそれぞれ用いられ
ている。また、各鋼板６１、６２にはそれぞれ複数のス
タッドボルト６４が溶接や捩じ込み等で接合され、この
スタッドボルト６４が間仕切り壁５４と床５５とに埋設
されている（図３（ｂ）参照）。

【０００６】このようにして用いられる振動減衰装置の
振動減衰特性は図５に示すような履歴曲線を示す。即
ち、積層ゴム本体６０のゴム状弾性体６３が高減衰ゴム
の場合には水平方向の変形に対して粘弾性型の右上がり
の楕円形の履歴曲線Ｏ、柱状弾塑性体７０が鉛の場合に
は弾塑性型の長方形の履歴曲線Ｓをそれぞれ示し、振動
減衰装置はこれら両特性を併せ持つ大きな履歴面積を有
する履歴曲線Ｃになる。

【０００７】一般的に、高減衰ゴムは、減衰を増加させ
る配合を用いると等価剛性や等価減衰定数等の特性の環
境温度や加振速度に対する変化が大きくなる、即ち、温
度依存性および速度依存性が大きくなるので、地震応答
解析時に依存性による特性に大きな変動があり好ましく
なく、減衰の増加にも限度がある。また、高減衰ゴム
は、初期の剛性が低く建物が頻繁に受け得る強風や中小
地震に対するトリガー機能を有さない、即ち、比較的小
さな振動で建物が揺れてしまうことになる。一方、柱状
鉛は、初期の剛性は高いが降伏後の剛性が０（ゼロ）に
なる、即ち、水平変形を受けると元に戻らなくなるの
で、ばね要素にはなり得ない。また、柱状鉛は、図５の
履歴曲線が示すように、Ｙ軸切片の水平荷重となる降伏
荷重は、柱状鉛の剪断断面積で決定されるため、所定の
降伏荷重を得るためには柱状鉛の径を大きくしなければ
ならない。

【０００８】このような両材料の欠点を補うために、積
層ゴム本体６０の中空部６０ａに柱状弾塑性体７０を装
填して、ばね特性を持ちながら大きな減衰特性をも併せ
持ち、而も機械的な要素が少ないコンパクトな振動減衰
装置を開発している。

【０００９】しかしながら、この振動減衰装置は鉛直方
向の荷重を支持しながら強風や地震等の振動により発生
する建物の変形に伴い水平方向へ変形する構造なので、
図４（ｂ）に示すように、繰り返し変形により柱状弾塑
性体７０はゴム状弾性体６３に食い込み、徐々に積層ゴ
ム本体６０の中空部６０ａに残る体積が減少していくこ
とになる。そして、やがては上部鋼板６１および下部鋼
板６２に接触する柱状弾塑性体７０の部位は丸みを帯び
るバウイングが生じてくるので、上部鋼板６１および下
部鋼板６２による柱状弾塑性体７０の剪断変形を阻害
し、終には柱状弾塑性体７０の特性が消失してしまい、
振動減衰装置の特性がゴム状弾性体６３のみの特性にな
ってしまう虞があった。

【００１０】このような柱状弾塑性体の体積減少を防ぐ
ために、鉛入り積層ゴムのゴム層の中間に鋼板の中間リ
ングを、柱状鉛を取り囲むように配して、柱状鉛のゴム
層への食い込みを防ぐ周期的剪断エネルギ吸収装置（特
開昭６１−３６４６６号公報）や、鉛入り積層ゴムの中
央に配された柱状鉛の周囲に螺旋状に巻かれた鋼板から
成る拘束部材を配設して、柱状鉛を拘束しゴム層への食
い込みを防ぐエネルギ吸収装置（特開昭５９−６２７４
２号公報）が提案されている。

【００１１】この特開昭６１−３６４６６号公報に開示
されている周期的剪断エネルギ吸収装置の体積減少を防
ぐ原理を応用した振動減衰装置が開発されている。この
振動減衰装置は図６（ａ）、（ｂ）に示すように、上述
した振動減衰装置（図４）と同様に、上部鋼板８１と下
部鋼板８２との間にゴム状弾性体８３が積層成型され、
中央に中空部８０ａが形成された積層ゴム本体８０と、
この積層ゴム本体８０の中空部８０ａに装填される柱状
鉛９０とから構成され、さらに、柱状鉛９０を取り囲み
ゴム状弾性体８３に埋設されている薄板鋼板の中間リン
グ８４を備えている。

【００１２】このような振動減衰装置によれば、繰り返
し変形による柱状鉛９０の体積減少を抑える効果があ
り、中間リング８４の厚さが厚いほどその効果が向上す
る。

【００１３】しかしながら、この振動減衰装置は、上述
した鉛入り積層ゴム等の免震装置に比べて低い鉛直応力
（面圧）で使用されているが、積層ゴム本体８０のゴム
状弾性体８３は長期鉛直応力下でゴム状弾性体８３が応
力緩和して鉛直方向に沈み込むクリープ現象が生じる。
一般的に減衰量の大きいゴム材料ほどクリープ歪みが大
きくなるので、この振動減衰装置を長期に亘って使用す
ると、ゴム状弾性体８３の中間リング８４が埋設されて
いる部分と、埋設されていない部分とではクリープ量に
差がでてくる。例えば、ゴム状弾性体８３の厚さが１０
mm、中間リング８４の厚さが２mmとすると、中間リング
８４が埋設されている部分のゴム状弾性体８３の厚さは
８mmになる。そして、ゴム状弾性体８３の長期に亘るク
リープ量が１０％とすると、中間リング８４が埋設され
ている部分のゴム状弾性体８３は０．８mm、中間リング
８４が埋設されていない部分のゴム状弾性体８３は１．
０mmだけそれぞれ沈み込むことになる。なお、この差
は、中間リング８４の厚さが厚くなるほど大きくなるこ
とは言うまでもない。この結果、鉛直方向の支持荷重
は、中間リング８４が埋設されている部分のゴム状弾性
体８３に集中し、この部分に過大な面圧が加わることに
なるので、振動減衰装置の面圧が加わる面の面積が大き
くなると、ゴム状弾性体８３の中間リング８４が埋設さ
れている部分で荷重をピン支承したようになり、その部
分を中心にして水平変形時に回転Ｒが生じ、安定した振
動減衰特性が得られなくなる虞があった。

【００１４】また、特開昭６１−３６４６６号公報に開
示されている周期的剪断エネルギ吸収装置および特開昭
５９−６２７４２号公報に開示されているエネルギ吸収
装置の体積減少を防ぐ原理を応用した振動減衰装置が開
発されている。この振動減衰装置は図７（ａ）、（ｂ）
に示すように、上述した振動減衰装置（図４）と同様
に、上部鋼板１０１と下部鋼板１０２との間にゴム状弾
性体１０３が積層成型され、中央に中空部１００ａが形
成された積層ゴム本体１００と、この積層ゴム本体１０
０の中空部１００ａに配設される柱状鉛１１０とから構
成され、さらに、柱状鉛１１０が複数の薄板鋼板の拘束
リング１２１、１２１、・・・（以下、「拘束リング体
１２０」という。）によって囲繞された状態で中空部１
００ａに装填されている。なお、拘束リング体１２０
は、鉛直荷重が載荷された状態で水平変形すると各拘束
リング間で摺動が生じるので、この摺動面にはフッ素樹
脂等により代表される低摩擦材料が貼付またはコーティ
ングされている。

【００１５】このような振動減衰装置によれば、低い鉛
直荷重下では拘束リング体１２０の拘束作用により、繰
り返し変形による柱状鉛１１０の体積減少を抑える効果
がある。

【００１６】しかしながら、この振動減衰装置は、積層
ゴム本体１００の厚さと拘束リング体１２０の厚さとが
同じなので、積層ゴム本体１００のゴム状弾性体１０３
に生じるクリープ現象により、拘束リング体１２０への
応力集中が発生する。この応力集中により、各拘束リン
グ１２１、１２１、・・・の摺動面に貼付またはコーテ
ィングされている低摩擦材料が磨耗し、水平方向の変形
を阻害することになる。また、図６に示す振動減衰装置
と同様のピン支承の現象が発生する。なお、拘束リング
体１２０への応力集中を防ぐために、拘束リング１２１
を数枚抜き取り、クリープ量分の隙間を鉛直方向に設け
ることも考えられるが、この隙間は空け過ぎれば柱状鉛
１１０が拘束リング間に食い込み、鉛の特性が消失する
ことになり、また、隙間が不足すれば応力集中が発生す
ることになる等、設置施工精度やクリープ量の正確な把
握が困難になるので、現実的ではない。

【００１７】本発明は、このような従来の難点を解決す
るためになされたもので、入力された振動源によって水
平方向に柱状弾塑性体を効率よく剪断変形させて所定の
減衰力を得ることができ、而も長期使用しても鉛直荷重
の載荷に対して応力集中が発生しない振動減衰装置を提
供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の振動減衰装置は、第１の上部剛性板と第１の
下部剛性板との間にゴム状弾性体が積層成型され、少な
くとも１つ以上の中空部が形成された積層ゴム本体と、
積層ゴム本体の中空部内に配設される柱状弾塑性体とを
備え、柱状弾塑性体は第２の上部剛性板と第２の下部剛
性板との間にゴム状弾性体と剛性材料とが交互に積層成
型された積層ゴム補助体に囲繞された状態で積層ゴム本
体の中空部内に装填されている振動減衰装置であって、
積層ゴム補助体のゴム状弾性体は柱状弾塑性体が繰り返
し塑性変形しても食込み量が少なくなるような厚さに形
成されているものである。

【００１９】また、本発明の振動減衰装置は、第１の上
部剛性板と第１の下部剛性板との間にゴム状弾性体と剛
性材料とが交互に積層成型され、少なくとも１つ以上の
中空部が形成された積層ゴム本体と、積層ゴム本体の中
空部内に配設される柱状弾塑性体とを備え、柱状弾塑性
体は第２の上部剛性板と第２の下部剛性板との間にゴム
状弾性体と剛性材料とが交互に積層成型された積層ゴム
補助体に囲繞された状態で積層ゴム本体の中空部内に装
填されている振動減衰装置であって、積層ゴム補助体の
ゴム状弾性体は柱状弾塑性体が繰り返し塑性変形しても
食込みにくい厚さに形成されているものである。

【００２０】これら振動減衰装置によれば、柱状弾塑性
体に囲繞されている積層ゴム補助体のゴム状弾性体が、
柱状弾塑性体が繰り返し塑性変形しても食込みにくい厚
さに形成されているので、積層ゴム本体の中空部に残る
柱状弾塑性体の体積が減少していくことを極力防ぐこと
ができ、バウィング現象を回避することが可能になり、
また、積層ゴム補助体が第２の上部剛性板と第２の下部
剛性板との間にゴム状弾性体と剛性材料とが交互に積層
成型されているので、積層ゴム本体のゴム状弾性体と積
層ゴム補助体のゴム状弾性体の長期鉛直応力に対するク
リープ量を等しくすることが容易になる。これにより、
優れた鉛直荷重の支持機能、水平方向の減衰力および変
形能力を兼ね備えることができる。

【００２１】また、本発明の振動減衰装置においては、
柱状弾塑性体が円柱の場合における当該柱状弾塑性体の
直径ｄ1と、積層ゴム補助体のゴム状弾性体の厚さｔＲ2
との比ｄ1／ｔＲ2は１０〜１００であることが好まし
い。これにより、柱状弾塑性体のゴム状弾性体への食い
込みを少なくすることができることから、積層ゴム補助
体の水平変形にも柱状弾塑性体は良好に剪断変形するの
で、安定した振動減衰特性を得ることができる。

【００２２】また、本発明の振動減衰装置は積層ゴム補
助体が剪断弾性率０．０４〜１．４７MPa、等価減衰定
数１〜３０％のゴム状弾性体を使用している場合におい
ては、積層ゴム補助体の剛性材料の周方向における幅
が、積層ゴム本体のゴム状弾性体の総厚さの１〜５倍で
あることが好ましい。これにより、積層ゴム補助体が水
平方向に変形しても当該積層ゴム補助体の各ゴム層の弾
性機能により各剛性材料の投影面積が程よく重なるの
で、安定した鉛直支承が可能となる。

【００２３】また、本発明の振動減衰装置においては、
積層ゴム補助体のゴム状弾性体の総厚さΣｔＲ2と、積
層ゴム本体のゴム状弾性体の総厚さΣｔＲ1との比Σｔ
Ｒ2／ΣｔＲ1が０．９〜２であることが好ましい。この
範囲において、積層ゴム補助体のゴム状弾性体の剪断弾
性率と、積層ゴム本体のゴム状弾性体の剪断弾性率とを
調整することで、長期鉛直応力に対する積層ゴム補助体
および積層ゴム本体のクリープ量をほぼ等しくすること
ができる。なお、比ΣｔＲ2／ΣｔＲ1を０．９〜２に限
定したのは、積層ゴム本体と積層ゴム補助体とは同一材
料を用いた方が経済的に好ましく、このとき、積層ゴム
本体の方が積層ゴム補助体よりクリープしやすい形状を
もつためである。

【００２４】また、本発明の振動減衰装置においては、
積層ゴム本体のゴム状弾性体の総厚さΣｔＲ1と、当該
積層ゴム本体の当該ゴム状弾性体の第１の上部剛性板お
よび第１の下部剛性板の間隔ｔＲ4の箇所に位置する積
層ゴム補助体のゴム状弾性体の総厚さΣｔＲ3との比ｔ
Ｒ1／ΣｔＲ3が１〜５であることが好ましい。これによ
り、積層ゴム補助体のゴム層の破壊を防止できるので、
安定した振動減衰特性を得ることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の振動減衰装置にお
ける好ましい実施の形態例について、図面を参照して説
明する。

【００２６】本発明の一形態である振動減衰装置は図１
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１の上部剛性
板である上部鋼板１１と第１の下部剛性板である下部鋼
板１２との間にゴム状弾性体であるゴム層１３が積層成
型され中空部１０ａが形成された積層ゴム本体１０と、
積層ゴム本体１０の中空部１０ａ内に配設される柱状弾
塑性体２０とを備え、この柱状弾塑性体２０は、第２の
上部剛性板である上部鋼板３１と第２の下部剛性板であ
る下部鋼板３２との間にゴム状弾性体であるゴム層３３
と剛性材料である中間鋼板３４とが交互に積層成型され
た積層ゴム補助体３０に囲繞された状態で積層ゴム本体
１０の中空部１０ａ内に装填されている。

【００２７】積層ゴム本体１０は、上面から見た形状が
円形、または四角形等の多角形でもよいが、間仕切り壁
等の壁の下に使用するときには、壁の形状に沿うように
角形が好ましい。また、中空部１０ａは積層ゴム本体１
０の中央部に、第１の上部鋼板１１から第１の下部鋼板
１２に向かって刳り貫かれている。この積層ゴム本体１
０のゴム層１３には、剪断弾性率Ｇが０．０４〜１．４
７MPa、等価減衰定数ｈeqが１〜３０％の弾性機能に優
れた天然ゴムまたはクロロプレンゴム等の合成ゴムや、
それらを主成分とした高減衰ゴム、また、ポリブタジエ
ン、シリコーン等を主成分とした粘弾性体（剪断弾性率
Ｇ＝０．０４〜０．２MPa）が用いられる。また、第１
の上部鋼板１１および第１の下部鋼板１２は、ゴム層１
３との付着性から、通常は、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ
材）、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）、熱間圧延軟鋼板（Ｓ
ＰＨＣ）、溶接構造用圧延鋼材（ＳＭ材）、建築構造用
圧延鋼材（ＳＮ材）等の鋼製材料を用いるが、ニッケル
板、銅板、黄銅板またはニッケルメッキ、銅メッキ、黄
銅メッキを施した鋼板を使用することもできる。

【００２８】柱状弾塑性体２０は、展延性に富み、且つ
容易に塑性変形できる純鉛が好ましいが、純鉛のような
特性を備えていれば鉛合金や、高分子材料等の粘弾性材
料でもよい（以下、「プラグ２０」という。）。このプ
ラグ２０は、横断面形状が円形、または四角形等の多角
形でもよいが、水平振動エネルギにより剪断変形する方
向に関係なくほぼ一定した剪断荷重を持たせるには円形
が好ましい。

【００２９】積層ゴム補助体３０は、プラグ２０に囲繞
して積層ゴム本体１０の中空部１０ａに装填するものな
ので、プラグ２０と同じ形状に形成させることがよく、
これにより、水平振動エネルギにより弾性変形する方向
に関係なくほぼ一定した減衰量を確保することができ
る。この積層ゴム補助体３０のゴム層３３は、積層ゴム
本体１０のゴム層１３と同様の弾性機能を備えた天然ゴ
ムまたはクロロプレンゴム等の合成ゴム、それらを主成
分とした高減衰ゴムが用いられ、プラグ２０が繰り返し
塑性変形しても食込みにくい厚さに形成されている。ま
た、第２の上部鋼板３１、第２の下部鋼板３２および中
間鋼板３４は、積層ゴム本体１０の各鋼板１１、１２と
同様の鋼製材料等が用いられる。

【００３０】このように構成された振動減衰装置１は、
プラグ２０が円柱の場合における当該プラグ２０の直径
ｄ1と、積層ゴム補助体３０のゴム層３３の１層の厚さ
ｔＲ2との比ｄ1／ｔＲ2を１０〜１００、好ましくは２
０〜１００にするとよい。この比ｄ1／ｔＲ2が１０以下
になるとプラグ２０が積層ゴム補助体３０のゴム層３３
に過度に食い込み減衰力が低下するからである。また、
この比ｄ1／ｔＲ2を２０〜１００にすることにより、プ
ラグ２０のゴム層３３への食い込みを少なくすることが
できることから、積層ゴム補助体３０の水平変形にもプ
ラグ２０は良好に剪断変形するので、安定した振動減衰
特性を得ることができる。なお、比ｄ1／ｔＲ2の上限を
１００にしたのは、積層ゴム補助体３０のゴム厚が最小
でも０．５mm位ならば量産可能という判断からである。

【００３１】また、積層ゴム補助体３０の中間鋼板３４
の周方向における幅Ｌを、積層ゴム本体１０のゴム層１
３の総厚さΣｔＲ1の１〜５倍にするとよい。この幅Ｌ
をゴム層１３の総厚さΣｔＲ1の１〜５倍にすると、積
層ゴム補助体３０が水平方向に変形しても当該積層ゴム
補助体３０の各ゴム層３３の弾性機能により各中間鋼板
３４の投影面積が程よく重なるので、安定した鉛直支承
が可能になる。なお、この値はゴム層３３の剪断変形率
に応じて定められる。また、経済性を考慮した場合に
は、幅Ｌはゴム層３３の総厚さΣｔＲ1の１．５〜３倍
が好ましい。

【００３２】また、積層ゴム補助体３０のゴム層３３の
総厚さΣｔＲ2と、積層ゴム本体１０のゴム層１３の総
厚さΣｔＲ1との比ΣｔＲ2／ΣｔＲ1を０．９〜２にす
るとよい。この範囲において、積層ゴム補助体３０のゴ
ム層３３の剪断弾性率と、積層ゴム本体１０のゴム層１
３の剪断弾性率とを調整することで、長期鉛直応力に対
する積層ゴム補助体３０および積層ゴム本体１０のクリ
ープ量をほぼ等しくすることができる。なお、比ΣｔＲ
2／ΣｔＲ1を０．９〜２に限定したのは、積層ゴム本体
と積層ゴム補助体とは同一材料を用いた方が経済的に好
ましく、このとき、積層ゴム本体の方が積層ゴム補助体
よりクリープしやすい形状をもつためである。また、積
層ゴム補助体３０のゴム層３３と、積層ゴム本体１０の
ゴム層１３とを同等ゴム材料にした場合には、比ΣｔＲ
2／ΣｔＲ1を０．９〜１．２にすることにより、長期鉛
直応力に対する積層ゴム補助体３０および積層ゴム本体
１０のクリープ量をほぼ等しくすることができる。

【００３３】さらに、積層ゴム本体１０のゴム層１３の
総厚さΣｔＲ1と、当該積層ゴム本体１０の当該ゴム層
１３の第１の上部鋼板１１および第１の下部鋼板１２の
間隔ｔＲ4の箇所に位置する積層ゴム補助体３０のゴム
層３３の総厚さΣｔＲ3との比ｔＲ1／ΣｔＲ3を１〜
５、好ましくは１〜３にするとよい。一般的に、積層ゴ
ム体の水平変形量は、ゴム層の剪断変形率γ１００％〜
２００％で使用されている。ここで、剪断変形率γと
は、積層ゴム体の水平変形量をゴム層の総厚さで除した
値を百分率で表した値をいう。なお、このゴム層は、剪
断変形率γ６００％前後で破壊する。

【００３４】例えば、積層ゴム本体１０のゴム層１３を
剪断変形率γ１００％で使用すると、比ΣｔＲ1／Σｔ
Ｒ3が１〜５の場合には、積層ゴム補助体３０のゴム層
３３の総厚さΣｔＲ3の剪断変形率γは１００〜５００
％となることがわかる。また、積層ゴム本体１０のゴム
層１３を剪断変形率γ２００％で使用すると、比ΣｔＲ
1／ΣｔＲ3が１〜３の場合には、積層ゴム補助体３０の
ゴム層３３の総厚さΣｔＲ3の剪断変形率γは２００〜
６００％となることがわかる。これにより、一般的に使
用されるゴム層の剪断変形率γ１００％〜２００％にお
いて、このような剪断変形率γの範囲で使用すれば、積
層ゴム補助体３０のゴム層３３の破壊を防止できるの
で、安定した振動減衰特性を得ることができる。

【００３５】次に、本発明の振動減衰装置１による制震
（制振）作用について説明する。

【００３６】振動減衰装置１は図３に示すように、建物
５１の間仕切り壁５４の下に設置されるもので、当該振
動減衰装置１の第１の上部鋼板１１および第１の下部鋼
板１２それぞれに溶接や捩じ込み等で接合されている複
数のスタッドボルト１４が、間仕切り壁５４と床５５と
に埋設されている。なお、間仕切り壁５４と床５５とに
ベースプレートが埋設されていたり、この床が鉄骨部材
の場合には、振動減衰装置１の第１の上部鋼板１１と第
１の下部鋼板１２をボルト等によって締結してもよい。

【００３７】このように設置された振動減衰装置１は、
通常時は間仕切り壁５４等の鉛直荷重を支持している。
一方、地震時には、積層ゴム本体１０のゴム層１３およ
び積層ゴム補助体３０のゴム層３３が水平方向に変形し
て、履歴曲線による履歴面積が大きくなる弾性特性と、
同時に積層ゴム補助体３０の第２の上部鋼板３１、第２
の下部鋼板３２および各中間鋼板３４が水平変形するこ
とによりプラグ２０が剪断変形して履歴曲線による履歴
面積が大きくなる弾塑性特性とを併せ持つことができる
ので、間仕切り壁５４の水平変形を効果的に吸収するこ
とができる。水平変形後は、各ゴム層１３、３３の剛性
により復元し、間仕切り壁５４等を元の位置に戻すこと
ができる。積層ゴム本体１０、積層ゴム補助体３０およ
びプラグ２０が復元してから一定時間経過後、各ゴム層
１３、３３は振動減衰装置１の設置時の特性に戻ること
ができ、プラグ２０は積層ゴム補助体３０の各ゴム層３
３への食い込みを抑えて損傷を免れることができるの
で、以降の地震に対しても、繰り返し同様の効果を得る
ことができる。

【００３８】なお、必要とされる減衰力は、積層ゴム本
体１０および積層ゴム補助体３０の形状、また、各ゴム
層１３、３３の特性およびプラグ２０の大きさにより設
定することができる。

【００３９】また、本発明の振動減衰装置による好まし
い実施の形態例においては、第１の上部鋼板１１と第１
の下部鋼板１２との間に１層のゴム層１３が積層成型さ
れた積層ゴム本体１０が用いられていたが、これに限ら
ず、図２に示すように、第１の上部鋼板１１と第１の下
部鋼板１２との間にゴム状弾性体であるゴム層１５と剛
性材料である中間鋼板１６とが交互に積層され中空部１
０ａ′が形成された積層ゴム本体１０′でも、上述した
振動減衰装置１と同様の効果を得ることができる。

【００４０】さらに、本発明の振動減衰装置による好ま
しい実施の形態例においては、中央部に中空部が刳り貫
かれた積層ゴム本体に、プラグを有する積層ゴム補助体
を装填していたが、これに限らず、複数の中空部が形成
された積層ゴム本体に、この積層ゴム補助体を装填して
もよい。

【００４１】

【実施例】次に、本発明の振動減衰装置について、以下
のような条件で、入力された振動源によって水平方向に
鉛体を効率よく剪断変形させて所定の減衰力を得ること
ができ、而も長期使用しても鉛直荷重の載荷に対して応
力集中が発生しない等の効果を得られることを証明す
る。なお、図１に示す振動減衰装置に基づき説明する。（１）積層ゴム本体１０は、長さが１２００mm、幅が１
８０mm、厚さが１６mmの角形の一般構造用圧延鋼材（Ｓ
Ｓ４００）を用いた第１の上部鋼板１１および第１の下
部鋼板１２の間に、長さが１２００mm、幅が１８０mm、
厚さが１０mmの角形で、剪断弾性率Ｇが０．４MPa、等
価減衰定数ｈeqが１５％の天然ゴムをベースにして適当
な減衰付与剤を配合した天然ゴム系高減衰ゴム（以下、
「天然ゴム系高減衰ゴム」という。）を用いたゴム層１
３が積層され、中央部に直径が１３８mmの中空部１０ａ
が形成されている。（２）積層ゴム補助体３０は、外径が積層ゴム本体１０
の中空部１０ａの直径１３８mmより僅かに小さい寸法、
内径が８０mm、厚さが１２mmの一般構造用圧延鋼材（Ｓ
Ｓ４００）を用いた非分割リングとなる第２の上部鋼板
３１および第２の下部鋼板３２の間に、外径が１３８m
m、内径が８０mm、厚さが２mmの天然ゴム系高減衰ゴム
を用いたゴム層３３（５枚）と、外径が１３８mm、内径
が８０mm、厚さが２mmの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）を用
いた中間鋼板３４（４枚）とが交互に積層されている。（３）プラグ２０は、積層ゴム補助体３０の内径が８０
mmの中空部３０ａに抵抗なく挿入できるような直径が７
９．５mmの純度９９．９９％以上のＪＩＳ特種の純鉛が
用いられ、常温且つ無負荷時の体積Ｖ1と、積層ゴム補
助体３０の常温且つ無負荷時の中空部３０ａの容積Ｖ2
との比Ｖ1／Ｖ2が、１．０１になるように設定されてい
る。このような直径が７９．５mmの鉛プラグ２０を、積
層ゴム補助体３０の内径が８０mmの中空部３０ａに抵抗
なく挿入後、油圧装置等により当該鉛プラグ２０を当該
中空部３０ａの高さまで圧縮すれば、鉛プラグ２０を積
層ゴム補助体３０の各ゴム層３３に若干食い込ますこと
ができることから、水平変形時の鉛プラグ２０の降伏応
力を向上させることができるので、安定した振動減衰特
性を得ることができる。なお、この比Ｖ1／Ｖ2は、加硫
成型時における加硫温度や鉛プラグ２０の直径、高さに
よって変わるが、本発明者によれば、０．９８〜１．０
４が好ましいことが確認されている。また、鉛プラグ２
０は、積層ゴム補助体３０と一体加硫成型されることが
好ましいが、積層ゴム補助体３０を加硫成型後に油圧装
置等で容易に後挿入することもできる。

【００４２】これら積層ゴム本体１０、積層ゴム補助体
３０および鉛プラグ２０は、すべて組み込んでから一体
成型することが性能的および経済的にも好ましいが、積
層ゴム本体１０および積層ゴム補助体３０を個別に加硫
成型してから組立ててもよい。

【００４３】このように製造された振動減衰装置１は、
鉛プラグ２０の直径ｄ1が８０mm、積層ゴム補助体３０
のゴム層３３の１層厚さｔＲ2が２mmなので、これらの
比ｄ1／ｔＲ2が４０になる。これにより、鉛プラグ２０
のゴム層３３への過度の食い込みがなく、振動減衰装置
１の水平変形時に鉛プラグ２０が良好に剪断変形し、鉛
プラグ径に見合った効果的な減衰力を得られることがわ
かる。

【００４４】また、積層ゴム補助体３０の中間鋼板３４
の周方向における幅Ｌが２９mm＝（外径１３８mm−内径
８０mm）／２、積層ゴム本体１０のゴム層１３の厚さΣ
ｔＲ１が１０mmなので、この中間鋼板３４の幅Ｌが積層
ゴム本体１０のゴム層１３の厚さΣｔＲ１の２．９倍を
確保していることがわかる。これにより、振動減衰装置
１の水平変形量が２００％を超えても、この中間鋼板３
４の投影面積が程よく重なるので、安定した鉛直支承が
可能となる。

【００４５】また、積層ゴム補助体３０のゴム層３３の
総厚さΣｔＲ2が１０mm（＝２mm×５層）、積層ゴム本
体１０のゴム層１３の厚さΣｔＲ1が１０mm、即ち同等
なので、例えば、建物の寿命とされる５０〜６０年後の
各ゴム層３３、１３のクリープ量が８％とすると、鉛直
荷重載荷後は積層ゴム補助体３０および積層ゴム本体１
０の沈み込みは、鉛直剛性の違いから僅かな差が生じる
ことはあるが６０年後に均一に０．８mm程度沈下するこ
とがわかる。

【００４６】また、積層ゴム本体１０のゴム層１３の１
層厚さｔＲ１となる第１の上部鋼板１１および第１の下
部鋼板１２の間隔ｔＲ4が１０mm、この第１の上部鋼板
１１および第１の下部鋼板１２の間隔ｔＲ4の箇所に位
置する積層ゴム補助体３０のゴム層３３の総厚さΣｔＲ
3が６mm（２mm×３層）なので、これらの比ΣｔＲ1／Σ
ｔＲ3が１．６７になる。そして、地震時における積層
ゴム本体１０のゴム層１３は、応答解析結果によりゴム
層１３の剪断変形率γが１００％、即ち、１０mm程度水
平変形することが確認されているので、積層ゴム補助体
３０のゴム層３３の剪断変形率γは１６７％となること
がわかる。これにより、積層ゴム補助体３０のゴム層３
３の破壊を防止できることが確認できた。なお、この積
層ゴム本体１０のゴム層１３の剪断変形率γが２００
％、即ち、２０mm程度の水平変形、また、剪断変形率γ
が３００％、即ち、３０mm程度の水平変形したとして
も、積層ゴム補助体３０のゴム層３３の剪断変形率γ
は、それぞれ３３３％、５００％であり損傷には至ら
ず、安全余裕度が十分にあることがわかる。

【００４７】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の振動減
衰装置によれば、積層ゴム本体のゴム状弾性体と積層ゴ
ム補助体のゴム状弾性体の長期鉛直応力に対するクリー
プ量を等しくすることが容易になるので、優れた鉛直荷
重の支持機能、水平方向の減衰力および変形機能を兼ね
備えることができる。

【００４８】また、積層ゴム補助体のゴム状弾性体の総
厚さと、積層ゴム本体のゴム状弾性体の総厚さとの比を
適切に規定することにより、長期鉛直応力に対する積層
ゴム補助体および積層ゴム本体のクリープ量をほぼ等し
くすることができるので、長期使用しても鉛直荷重の載
荷に対して応力集中を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動減衰装置における好ましい実施の
形態例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面
図、（ｃ）は（ｂ）のＡ部詳細図。

【図２】本発明の振動減衰装置における好ましい他の実
施の形態例を示す断面図。

【図３】（ａ）は建物の免震構造を示す説明図、（ｂ）
は建物内に設けられる制震（制振）構造を示す説明図。

【図４】従来の振動減衰装置を示す断面図。

【図５】図４の振動減衰装置の履歴特性曲線を示すグラ
フ。

【図６】従来の振動減衰装置を示す説明図で、（ａ）は
断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部詳細図。

【図７】従来の振動減衰装置を示す説明図で、（ａ）は
断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ部詳細図。

【符号の説明】

１・・・・・振動減衰装置１０・・・・・積層ゴム本体１０ａ・・・・・中空部１１・・・・・第１の上部鋼板（第１の上部剛性板）１２・・・・・第１の下部鋼板（第１の下部剛性板）１３・・・・・ゴム層（ゴム状弾性体）１５・・・・・ゴム層（ゴム状弾性体）１６・・・・・中間鋼板（剛性材料）２０・・・・・プラグ（柱状弾塑性体）３０・・・・・積層ゴム補助体３１・・・・・第２の上部鋼板（第２の上部剛性板）３２・・・・・第２の下部鋼板（第２の下部剛性板）３３・・・・・ゴム層（ゴム状弾性体）３４・・・・・中間鋼板（剛性材料）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｆ 7/12 Ｆ１６Ｆ 7/12 (71)出願人 000002255 昭和電線電纜株式会社神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号 (72)発明者宮崎光生東京都江戸川区清新町１丁目１番23−1403 号 (72)発明者加藤直樹神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者関雅英神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内Ｆターム(参考） 3J048 AA02 BA08 BB03 BC09 BD08 DA03 EA38 3J059 AB13 AC03 BA43 BA54 BB06 BB09 BC01 BC07 BC12 BC19 BD01 BD05 BD09 CB05 CB09 EA17 GA42 3J066 AA26 BA04 BB01 BD05 BD07 BF01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の上部剛性板と第１の下部剛性板との
間にゴム状弾性体が積層成型され、少なくとも１つ以上
の中空部が形成された積層ゴム本体と、前記積層ゴム本
体の前記中空部内に配設される柱状弾塑性体とを備え、
前記柱状弾塑性体は第２の上部剛性板と第２の下部剛性
板との間にゴム状弾性体と剛性材料とが交互に積層成型
された積層ゴム補助体に囲繞された状態で前記積層ゴム
本体の前記中空部内に装填されている振動減衰装置であ
って、前記積層ゴム補助体の前記ゴム状弾性体は前記柱状弾塑
性体が繰り返し塑性変形しても食込みにくい厚さに形成
されていることを特徴とする振動減衰装置。
【請求項２】第１の上部剛性板と第１の下部剛性板との
間にゴム状弾性体と剛性材料とが交互に積層成型され、
少なくとも１つ以上の中空部が形成された積層ゴム本体
と、前記積層ゴム本体の前記中空部内に配設される柱状
弾塑性体とを備え、前記柱状弾塑性体は第２の上部剛性
板と第２の下部剛性板との間にゴム状弾性体と剛性材料
とが交互に積層成型された積層ゴム補助体に囲繞された
状態で前記積層ゴム本体の前記中空部内に装填されてい
る振動減衰装置であって、前記積層ゴム補助体の前記ゴム状弾性体は前記柱状弾塑
性体が繰り返し塑性変形しても食込みにくい厚さに形成
されていることを特徴とする振動減衰装置。
【請求項３】前記柱状弾塑性体が円柱の場合における当
該柱状弾塑性体の直径ｄ1と、前記積層ゴム補助体の前
記ゴム状弾性体１層の厚さｔＲ2との比ｄ1／ｔＲ2は１
０〜１００であることを特徴とする請求項１または２記
載の振動減衰装置。
【請求項４】前記積層ゴム補助体が剪断弾性率０．０４
〜１．４７MPa、等価減衰定数１〜３０％の前記ゴム状
弾性体を使用している場合においては、前記積層ゴム補
助体の前記剛性材料の周方向における幅が、前記積層ゴ
ム本体の前記ゴム状弾性体の総厚さの１〜５倍であるこ
とを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の振
動減衰装置。
【請求項５】前記積層ゴム補助体の前記ゴム状弾性体の
総厚さΣｔＲ2と、前記積層ゴム本体の前記ゴム状弾性
体の総厚さΣｔＲ1との比ΣｔＲ2／ΣｔＲ1が０．９〜
２であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項
に記載の振動減衰装置。
【請求項６】前記積層ゴム本体の前記ゴム状弾性体の総
厚さΣｔＲ1と、当該積層ゴム本体の当該ゴム状弾性体
の前記第１の上部剛性板および前記第１の下部剛性板の
間隔ｔＲ4の箇所に位置する前記積層ゴム補助体の前記
ゴム状弾性体の総厚さΣｔＲ3との比ｔＲ1／ΣｔＲ3が
１〜５であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか
１項に記載の振動減衰装置。