JP2006183406A - ゴム体を使用した免震構造体及び該免震構造体による免震方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ゴム体の剛体性と変形特性を活かしたゴム免震構造体を得ること。
【解決手段】
相互に相対移動する２つのスライド体２，３を含む構造系において、スライド体２，３の各々の対向面６に臨んで開放凹部１ａ，１ｂが形成され、開放凹部１ａ，１ｂが合体して形成される閉塞凹部１内に、対向面相互に間隔を保持して所定の圧縮率でゴム弾性素材よりなる中実のゴム体４を封入する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、地震その他の振動に対し防震機能を発揮する機能免震構造体（アイソレータともいう）に関し、更に詳しくは、ゴム体の弾性特性を利用してなる免震構造体に関する。

ゴム素材の持つ弾性により振動の絶縁をなす免震構造体（アイソレータ）として、ゴムパッド、積層ゴムパッド等かつ公知である。
そして、ゴム素材自体は高減衰ゴムの開発により減衰特性の向上が図られている。また、積層ゴムパッドは、ゴム板と補強板とを交互に積層し、板面に沿うせん断変形をもって免震性を発揮するものであり、大きな耐荷重性を発揮する。
このゴムパッド、積層ゴムパッドは所定のせん断変形を得るため一定以上の高さを要するものであるが、高さに伴う座屈現象を避けるためその変形は制限されたものとなっている。
従って、その許容水平変位量も大きくは採れないという問題点がある。

本発明者は、上記問題点に鑑み、ゴム素材を使用する免震構造体の特性を解明する過程で、これら従来のゴム免震構造体が何らかの形で自由面を有するものであり、ゴム体を実質的に拘束することにより水に準じた挙動をなす性質を利用し、上記の問題点を解決し得るとの知見を得たものである。

本発明は上記実情に鑑み、更なるゴム素材の特性を活用し、すぐれた効果を発揮できる新規な構成のゴム体による免震構造体を得ることを目的とする。
本発明は更に、その適用のための具体的構成を得ることも他の目的とする。
本発明はこのため、互いに滑動する２つのスライド体間にゴム体を封じ込めるという技術的思想をもって、この目的を達成しようとするものである。

第１番目の発明（以下、第１発明という）はゴム体を使用した免震構造体に係り、請求項１に記載のとおり、
相互に相対移動する２つのスライド体を含む構造系において、
前記スライド体の各々には互いに対向する面に臨んで開放凹部が形成され、
該開放凹部が合体して形成される閉塞凹部内に、前記対向相互に間隔を保持して所定の圧縮率でゴム弾性素材よりなる中実のゴム体が封入されてなる、
ことを特徴とする。
本第１発明は、以下に示す実施形態を包含するものであって、基本的構成を示す。
本第１発明において、スライド体の面は相対移動する案内作用をなし、支持機能は問わない。また、２つの開放凹部は特に形状は問わず、互いに合して閉塞空間を形成しえればよい。かつ、該閉塞空間にゴム体が圧縮・非圧縮を問わず、所期のとおり封入され得ればよい。
本第１発明はまた、水平動、鉛直動、従って傾斜動を問うものではない。

上記構成において、
1)開放凹部は同一半径よりなる半球状凹部であること、従って、閉塞凹部は球状凹部であり、ゴム体は球状のゴム体であること、
2)閉塞凹部は長円形状、円筒形状、錐体形状の適宜形状を採ること、
は適宜採択される選択的事項である。

（作用）
ゴム体は閉塞凹部内に収容され、スライド体の面に直交する方向に加えられる圧力により所定の圧縮率で封入される。ゴム体はスライド体に加えられる圧力のすべてを受ける。
閉塞凹部内で所要の圧縮率で封入されたゴム体は閉塞凹部内で剛性を示すとともに、すべり面に沿っての変位は自在となる。
構造系に強制力が作用すると、両スライド体は相対変位をなす。ゴム体は開放凹部内に封入されたままその体積を変えることなく強制力に抗して漸次変形をなす。
このゴム体の変位において、ゴム素材の特性によりはせん断力は一切生じない。すなわち、拘束されたゴム体は応力を蓄えたまま容易に破断することなく横方向に変位する。更にまた、この変位中においてもゴム体は圧力を伝達する状態を保持する。
変位の増大に伴い、ゴム体は弾性エネルギーを蓄え、その蓄積エネルギーにより復帰力を発現する。
逆方向の変位についても、上記に準じて、ゴム体は変形をなし、復帰力を蓄える。
強制力が周期的であるとき、ゴム体の減衰特性により、速やかに元位置に停止する。
この動作において、両スライド体はゴム体の差渡し断面積で支持されており、偏心荷重を生じず、また、坐屈要因も生じない。

第２番目の発明（以下、第２発明という）のゴム体を使用した免震構造体は、請求項２に記載のとおり、
相互に相対移動する２つのスライド体を含む構造系において、
前記スライド体の各々には互いに対向する面に臨んで開放凹部が形成され、
該開放凹部が合体して形成される閉塞凹部内に、前記対向面相互に間隔を保持してゴム弾性素材よりなる中実のゴム体が封入され、
前記スライド体のいずれかを前記対向面に直交する方向に載荷重を加えてなる、ことを特徴とする。
本第２発明の具体的形態は、以下の第１実施形態の免震基礎構造に示され、２つのスライド体２，３は下部基礎盤及び上部基礎盤が対応し、開放凹部１ａ，１ｂは、下部半球状凹部及び上部半球状凹部が対応し、閉塞凹部１は球状凹部が対応し、ゴム体４はゴム球体がそれぞれ対応する。

上記構成において、
1)開放凹部１ａ，１ｂは同一半径よりなる半球状凹部であること、従って、閉塞凹部１は球状凹部であり、ゴム体４は球状のゴム体であること、
2)閉塞凹部１は長円形状、円筒形状、錐体形状の適宜形状を採ること、
は適宜採択される選択的事項である。

（作用）
ゴム体４は閉塞凹部１内に収容され、スライド体２，３の対向面６に直交する方向に加えられる載荷重Ｗの圧力により所定の圧縮率で封入される。ゴム体４はスライド体２，３に加えられる荷重Ｗのすべてを受ける。
閉塞凹部１内で所要の圧縮率で封入されたゴム体４は閉塞凹部１内で剛性を示すとともに、面６に沿っての変位は自在となる。
構造系に強制振動力が作用すると、両スライド体２，３は相対変位をなす。ゴム体４は開放凹部１ａ，１ｂ内に封入されたままその体積を変えることなく強制力に抗して漸次変形をなす。
この変形において、ゴム素材の特性によりはせん断力は一切生じない。すなわち、拘束されたゴム体４は応力を蓄えたまま容易に破断することなく横方向に変位する。更にまた、この変位中においてもゴム体４は圧力を伝達する状態を保持する。
変位の増大に伴い、ゴム体４は弾性エネルギーを蓄え、その蓄積エネルギーにより復帰力を発現する。
逆方向の変位についても、上記に準じて、ゴム体４は変形をなし、復帰力を蓄える。
強制力が周期的であるとき、ゴム体４の減衰特性により、速やかに元位置に停止する。
この動作において、両スライド体２，３はゴム体４の差渡し断面積で支持されており、偏心荷重を生じず、また、坐屈要因も生じない。

第３番目の発明（以下、第３発明という）のゴム体を使用した免震構造体は、請求項３に記載のとおり、相互に相対移動する２つのスライド体を含む構造系において、
前記スライド体の各々には互いに対向する面に臨んで開放凹部が形成され、
該開放凹部が合体して形成される閉塞凹部内に、前記対向面相互に間隔を保持してゴム弾性素材よりなる中実のゴム体が封入され、
前記スライド体の相互は前記ゴム体との固定によって離隔が阻止されてなる、ことを特徴とする。
本第２発明の具体的形態は、以下の第２実施形態のパレットに示され、２つのスライド体２５，２６は上部箱体、下部箱体が対応し、開放凹部２４ａ，２４ｂは、凹部が対応し、閉塞凹部２４は凹部が対応し、ゴム体２７はゴム球体がそれぞれ対応する。

上記構成において、
1)開放凹部２４ａ，２４ｂは同一半径よりなる半球状凹部であること、従って、閉塞凹部２４は球状凹部であり、ゴム体２７は球状のゴム体であること、
2)閉塞凹部２４は長円形状、円筒形状、錐体形状の適宜形状を採ること、
は適宜採択される選択的事項である。

（作用）
ゴム体２７は閉塞凹部２４内に収容され、所定の圧縮率で封入される。
閉塞凹部２４内に封入されたゴム体２７は閉塞凹部２４内で剛性を示すとともに、対向面２８に沿っての変位は自在となる。
構造系に強制振動力が作用すると、対向面２８を介して両スライド体２５，２６は相対変位をなす。ゴム体２７は開放凹部２４ａ，２４ｂ内に封入されたままその体積を変えることなく強制力に抗して漸次変形をなす。
この変形において、ゴム素材の特性により当該対向面２８に沿ってはせん断力は一切生じない。すなわち、拘束されたゴム体２７は応力を蓄えたまま容易に破断することなく横方向に変位する。更にまた、この変位中においてもゴム体は圧力を伝達する状態を保持する。
変位の増大に伴い、ゴム体２７は弾性エネルギーを蓄え、その蓄積エネルギーにより復帰力を発現する。
逆方向の変位についても、上記に準じて、ゴム体２７は対向面に沿っての変形をなし、復帰力を蓄える。
強制力が周期的であるとき、ゴム体２７の減衰特性により、速やかに元位置に停止する。
この動作において、両スライド体２５，２６はゴム体の差渡し断面積で支持されており、偏心荷重を生じず、また、坐屈要因も生じない。

第４番目の発明（以下、第４発明という）は、請求項４のとおり、相互に相対移動する２つのスライド体を含む構造系の免震方法であって、
前記スライド体の各々には互いに対向する面に臨んで開放凹部が形成され、
該開放凹部が合体して形成される閉塞凹部内に、前記対向面相互に間隔を保持して所定の圧縮率でゴム弾性素材よりなる中実のゴム体が封入され、
前記ゴム体により前記スライド体に加わる振動荷重を支持してなる、
ことを特徴とする。

本発明の免震構造体によれば、両スライド体は剛性特性を発揮するゴム体により振動中も含めて常時支持され、大きな支持力を発揮する。また、複数のゴム体により構造系は安定して支持される。
更に、本免震構造体のゴム体は、その変位過程で弾性エネルギーを蓄え、復帰力を発揮するので、構造系を速やかに元位置に復帰させる。

本発明のゴム体を使用した免震構造体の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１及び図２は本ゴム体を使用した免震構造体の一実施形態（第１実施形態）を示し、構造系における基礎構造（以下「免震基礎構造」という）への適用を示す。

図１・図２に示すように、本免震基礎構造Ｈは、上面部に下部半球状凹部１ａを有する一方のスライド体としての下部基礎盤２、下面部に上部半球状凹部１ｂを有する他方のスライド体としての上部基礎盤３、下部半球状凹部１ａと上部半球状凹部１ｂとが合して形成する球状凹部１の空間内に拘束的に配されるゴム球体４、を主体として構成される。また、下部基礎盤２の上面６ａと上部基礎盤３の下面６ｂとは案内面としてのすべり面６を構成する。

以下、更に細部構成を説明する。
下部半球状凹部１ａ・下部基礎盤２
下部基礎盤２は、所定の厚さと広がりを有する剛性体よりなり、上面６ａは平滑面とされるとともに、その中央部にすべり可動域を存して上に開く下部半球状凹部１ａが凹設される。
該下部半球状凹部１ａは、Ｏを中心として、半径ｒ１の真半球状の凹部をなし、その表面は平滑状とされる。
該下部基礎盤２は本実施形態では四角形状体をなし、コンクリート造をもって形成されるが、その形状及び素材に限定されるものではなく、要は上面に下部半球状凹部１ａが形成されることを必須とする。
また、該下部基礎盤２は後記するように基礎Ｂに定着されるが、その態様にも限定されない。

上部半球状凹部１ｂ・上部基礎盤３
上部基礎盤３は、所定の厚さと広がりを有する剛性体よりなり、下面６ｂは平滑面とされるとともに、その中央部にすべり可動域を存して、上記下部基礎盤２の下部半球状凹部１ａに対応して、下に開く上部半球状凹部１ｂが凹設される。 該上部基礎盤３の広がりは、本実施形態では図示されるように下部基礎盤２よりも小さいが、同一であってもよい。
該上部半球状凹部１ｂは、Ｏを中心として半径ｒ１の真半球状の凹部をなし、その表面は平滑状とされる。
該上部基礎盤３においても、本実施形態では四角形状体をなし、コンクリート造をもって形成されるが、その形状・素材に限定されるものではなく、要は下面に上部半球状凹部１ｂが形成されることを必須とする。
該上部基礎盤３にはアンカーボルト１０が植設され、該アンカーボルト１０を介して上部構造としての建物ｋとの連結をなす。Ｗは建物Ｋの荷重を示す。

球状凹部１
球状凹部１は、上記した下部半球状凹部１ａと上部半球状凹部１ｂとが合して形成される。定常状態において、Ｏを中心として半径ｒ１の真円球体の空間をなす。また、その全体容積をＶ１とする。

ゴム球体４
ゴム球体４は、所定の加硫等の変性処理のなされた弾性ゴム素材をもって中実の球状に形成されてなり、その自然状態すなわち非圧縮状態でその半径ｒ２はｒ１よりも僅かに大きく、その体積をＶ２とする。すなわち、該ゴム球体４は所定の弾性ゴム素材の性質を示す。また、その径ｒ２、体積Ｖ２については、径の大きさによって変るものであるが、圧縮されたとき下部基礎盤２と上部基礎盤３との間に所定のすき間を形成することを要件とする。
しかして、該ゴム球体４は球状凹部１に封入されたときその半径はｒ１よりわずかに長く、体積はＶ１よりわずかに大きく保持される。
この状態で該ゴム球体４は圧縮に対する剛性を示すとともに、すべり面６に沿っての変位は自在となる。

免震基礎構造Ｈの設置態様
図３は建物構造における本免震基礎構造Ｈの配置の一例示態様を示す。図３(a) はその側断面構造を示し、図３(b) はその平面配置を示す。
本免震基礎構造Ｈは、基礎Ｂに下部基礎盤２が定着されて設置される。基礎Ｂは地盤Ｅに打ち込まれた杭Ｐに定着される。
本免震基礎構造Ｈは基礎Ｂ上において可及的対称を保って配される。
建物Ｋは柱材１００と梁材１１０との骨組構造を有し、柱材１００を本免震基礎構造Ｈの上部基礎盤３に定着設置される。本免震基礎構造Ｈは建物Ｋからの重量Ｗを受ける。

免震基礎構造Ｈの作用
このように配された本免震基礎構造Ｈは地震動に対して次のように作動する。 定常状態すなわち地震動の作用しない場合において、建物Ｋの荷重Ｗが本免震基礎構造Ｈに作用し、本免震基礎構造Ｈのゴム球体４をもって支持される。
地震動が生じると、上下構造物Ｋ，Ｂ間に地震力の強制振動力が入力され、本免震基礎構造Ｈでは下部基礎盤２と上部基礎盤３とはゴム球体４で支持されているので両基礎盤２，３は相対変位をなす。
図４はこのすべり変位の許容最大変位の状態を示す。Ｆは強制振動力、βは変位量である。該変位量βはゴム球体４の破断に至るまでの最大変位量α以内とされる。本免震基礎構造Ｈにおいては、下部半球状凹部１ａの容積と上部半球状凹部１ｂの容積とは不変であり、ゴム球体４はこの凹部１ａ，１ｂ内に封入されたままその体積を変えることなく強制力に抗して漸次変形をなす。
注目すべきは、このゴム球体４の変位は、すべり面６に沿ってのみなされる一面変形であり、ゴム素材の特性により当該面にはせん断力は一切生じない。すなわち、拘束されたゴム球体４は応力を蓄えたまま容易に破断することなく横方向に変位する。更にまた、この変位中においてもゴム球体４は荷重を伝達する。
変位の増大に伴い、ゴム球体４は弾性エネルギーを蓄え、その蓄積エネルギーにより復帰力を発現する。
構造系の固有振動により、最大変位の振れたあと、逆方向へ変位する。逆方向の変位についても、上記に準じて、ゴム球体４はすべり面６に沿っての変形をなし、復帰力を蓄える。
構造物の揺れは周期的であり、ゴム球体４の減衰特性により、建物Ｋは、速やかに元位置に復帰し、静止する。
この動作において、地震動は基礎Ｂ及び下部基礎盤２よりゴム球体４をのみ通過するが、その振動は上部構造へは伝播されない。

（効果）
本免震基礎構造Ｈによれば、上下部構造物は地震変位においても、剛性特性を発揮するゴム球体４により常時支持されるので、安定的かつ大きなな支持性を発揮する。
更に、本免震基礎構造Ｈのゴム球体４は、その変位過程で弾性エネルギーを蓄え、復帰力を発揮するので、速やかに元位置に復帰させる。

（他の態様）
凹部１ａ、１ｂは半球状に限定されず、他の形状を除外するものではなく、ゴム球体４もそれに対応する形状を採る。
半球状凹部の一態様として放物線状であってもよい。
図５にその例示態様を示す。（ａ）図は長円形状のゴム体４Ａを示す。楕円形状はその一変形態様である。（ｂ）図は円柱形状のゴム体４Ｂを示す。（ｃ）図は切頭角錐体又は切頭円錐体形状のゴム体４Ｃを示す。

（制動機構の付加）
本実施形態の免震基礎構造Ｈに制動機構を付加することは好しい一態様である。
すなわち、強風等により建物Ｋを介して上部基礎盤３は移動することがあるが、該上部基礎盤３より下部基礎盤２に対して押付け材（図示せず）を押付けて上部基礎盤３の移動を阻止するものである。地震時には、別途配された地震検知器の作動により、この制動は解除される。

（第２実施形態）
図６〜図８に本発明の他の実施形態（第２実施形態）として、荷役用に供されるパレットへの適用例を示す。
図６に示すように、本パレットＩは、上板２０、下板２１及び該上板２０と下板２１との間に配されるゴム球体を含む免震支持部２２からなる。
上板２０は所定厚さをもって一定面積を有する矩形板状体よりなり、該上板２０の上面に荷物が載置される。
下板２１は上板２０と同一形をなし、上板２０に所定の隙間を存して相平行して配される。
免震支持部２２は、上板２０と下板２１との間に介装されて、両板２０，２１とを所定間隔に保持するとともに、以下に詳述する振動吸収作用をなす。

上板２０と下板２１との隙間空間にはフォークリフトの爪が差し込まれる。
免震支持部２２は、下に開く半球状凹部２４ａを有する上部箱体２５、上に開く半球状凹部２４ｂを有する下部箱体２６、そして、凹部２４ａ，２４ｂによって形成される球状凹部２４に封入されるゴム球体２７を含み、上部箱体２５の下面２８ａと下部箱体２６の下面２８ｂとは案内面としてのすべり面２８を構成する。

以下、更に詳しく説明する。
（上部箱体２５）
上部箱体２５は、円筒体をなすとともに、下に開く半球状凹部２４ａを有し、更に該半球状凹部２４ａの頂部にダボ孔２５ａが上面に貫通して形成される。
該上部箱体２５は上板２０に、取付けボルト３０をもってもしくは接着等により強固に固定される。
（下部箱体２６）
下部箱体２６は上部箱体２５と同形の円筒体をなすとともに、上に開く半球状凹部２４ｂを有し、更に該半球状凹部２４ｂの底部にダボ孔２６ａが下面に貫通して形成される。該下部箱体２６は下板２１に、取付けボルト３０をもってもしくは接着等により強固に固定される。
半球状凹部２４ａ，２４ｂが合して球状凹部２４を形成する。
上部箱体２５と下部箱体２６とは、すべり面２８を介して、移動域を存して当接される。

（ゴム球体２７）
ゴム球体２７は、球体部２７ａを主体とし、上下に円柱状のダボ２７ｂを有する。
該ゴム球体２７は、ダボ２７ｂを上下の箱体２５，２６のダボ孔２５ａ，２６ａに嵌入させ、かつ接着により固定される。
なお、ゴム球体２７の固定は、上記の箱体２５，２６を介しての固定に限らず、上板２０、下板２１への直接的固定を採ってもよい。
ゴム球体２７はパレットＩへの載荷により圧縮を受け、半球状凹部２４ａ、２４ｂに押し込められるが、箱体２５，２６の対向面２８ａ、２８ｂ間にはわずかなすき間を形成する。

（作用）
本パレットＩの構成によれば、上板２０と下板２１とは免震支持部２２を介して一体とされ、上下に離れることはない。すなわち、上板２０を吊下げたとき、免震支持部２２のゴム球体２７を介して下板２１も一体的に吊下げられる。
そして、本パレットＩに荷物が載置された状態で強制振動力が作用したとき、上板２１と下板２２とは相対的水平変位を起こし、免震支持部２２のゴム球体２７の変形により振動を速やかに吸収する。
図８はその作動状態を示し、水平力Ｆにより上部箱体２５はゴム球体２７の上半分を抱持したまま許容移動量βを限度として移動する。
ゴム球体２７は所期の機能を発揮し、復元力をもって速やかに元位置に戻る。（効果）
本パレットＩによれば、優れた振動の減衰性を発揮し、運搬車での運搬中における振動の影響を極力低減することができる。

（用途）
本実施形態のものはパレットに限らず、陳列ケースの受台として適用できる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能である。

本発明のゴム体を使用した免震構造体の一実施形態の免震基礎構造の全体構成を示す断面図。 図１の２−２線断面図（一部平面一部断面図）。 本免震基礎構造の建物内配置図であって、(a) 図はその側面配置、(b) 図はその平面配置を示す。 本免震基礎構造の作動状態を示す図。 閉塞凹部とゴム球体の他の態様を示す図。 本発明の他の実施形態のパレットの全体構成を示す断面図であって、(a) 図はその平面図、(b) 図はその側面図。 本実施形態のパレットの要部の免震支持部の詳細構成図。 本実施形態のパレットの作動状態を示す図。

符号の説明

Ｈ…免震基礎構造、Ｉ…パレット、１…閉塞凹部、１ａ，１ｂ…開放凹部、２，２５…スライド体（下部基礎盤、上部箱体）、３，２６…スライド体（上部基礎盤、下部箱体）、４，２７…ゴム球体

Claims (4)

1. 相互に相対移動する２つのスライド体を含む構造系において、
   前記スライド体の各々には互いに対向する面に臨んで開放凹部が形成され、
   該開放凹部が合体して形成される閉塞凹部内に、前記対向面相互に間隔を保持して所定の圧縮率でゴム弾性素材よりなる中実のゴム体が封入されてなる、
   ことを特徴とするゴム体を使用した免震構造体。
2. 相互に相対移動する２つのスライド体を含む構造系において、
   前記スライド体の各々には互いに対向する面に臨んで開放凹部が形成され、
   該開放凹部が合体して形成される閉塞凹部内に、前記対向面相互に間隔を保持してゴム弾性素材よりなる中実のゴム体が封入され、
   前記スライド体のいずれかを前記対向面に直交する方向に載荷重を加えてなる、ことを特徴とするゴム体を使用した免震構造体。
3. 相互に相対移動する２つのスライド体を含む構造系において、
   前記スライド体の各々には互いに対向する面に臨んで開放凹部が形成され、
   該開放凹部が合体して形成される閉塞凹部内に、前記対向面相互に間隔を保持してゴム弾性素材よりなる中実のゴム体が封入され、
   前記スライド体の相互は前記ゴム体との固定によって離隔が阻止されてなる、ことを特徴とするゴム体を使用した免震構造体。
4. 相互に相対移動する２つのスライド体を含む構造系の免震方法であって、
   前記スライド体の各々には互いに対向する面に臨んで開放凹部が形成され、
   該開放凹部が合体して形成される閉塞凹部内に、前記対向面相互に間隔を保持して所定の圧縮率でゴム弾性素材よりなる中実のゴム体が封入され、
   前記ゴム体により前記スライド体に加わる振動荷重を支持してなる、
   ことを特徴とするゴム体を使用した免震方法。

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