JP2006226417A - ハードニング特性を有する積層ゴム支承 - Google Patents

Abstract

【課題】 設計的要素として、つまり定量的な値としてハードニング特性を設計者が利用でき、ゴム弾性層並びに接着界面へ過大な応力負担をさせず、且つ当該応力集中による積層ゴム体の破断、破壊を惹き起こす虞がないハードニング特性を有する上に減衰機能をも有した積層ゴム支承を提供すること。
【解決手段】 積層ゴム支承１は、剛性層２とゴム弾性層３とを交互に積層してなると共に孔４を有した積層ゴム体５と、孔４に配されたゴム弾性筒体６と、ゴム弾性筒体６の内周面７に接触している外周面８を有すると共に一端部９がゴム弾性筒体６の一端部１０側に他端部１１がゴム弾性筒体６の他端部１２側に夫々位置してゴム弾性筒体６の内部１３に配された剛性部材１４と、積層ゴム体５のせん断変形による剛性部材１４の傾動で当該剛性部材１４と協同して摩擦抵抗を発生する摩擦抵抗発生手段２１とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物、橋梁等の構造物を免震支承する積層ゴム支承、特に、ハードニング特性を有する積層ゴム支承に関する。

特開平０６−２２９１４２号公報 実公平０４−２１９８２号公報 特開平１１−１７２６２２号公報

複数の剛性層とゴム弾性層とを交互に積層してなる積層ゴム体を有した積層ゴム支承は、建物等の構造物を支持すると共に地震から構造物を保護するために用いられる。

大型の積層ゴム支承になると積層ゴム体の安定性の指針である２次形状係数（積層ゴム体の平面面積／積層ゴム体の積層方向の高さ）が大きくなる傾向にある。２次形状係数が大きいと、積層ゴム体が水平変形した際に曲げの影響はほとんど生じなく純せん断変形をする。そのため積層ゴム体のハードニング現象も比較的顕著に現れる。

ハードニング現象は構造物の地震時応答変位を効果的に抑制するストッパ的役割をする反面、構造物への入力を大きくし構造物の安全性を損なう虞があるため、ハードニング現象を防止する技術が各種報告されている（例えば特許文献１参照）。

ハードニング現象は、積層ゴム体が水平方向に大変形した際、積層ゴム体内のゴム弾性層に生じるせん断応力及び引張り応力により、ゴム弾性層の機械的性質における線形範囲を超えた範囲での使用となる結果、変形量に比較し急激に抵抗力が上昇するために生じ、特にせん断方向における積層ゴム体の外周端部付近で斯かる現象が顕著に生じる。

ハードニング現象は、定性的には先の２次形状係数の大きなもので生じ易く、２次形状係数の小さなものは水平変形の際、曲げの要素が加わるためハードニング現象は生じ難いとされるが、未だ定量的に設計要素に取り組めるほど明確には把握されていない。

ハードニング現象により過大な抵抗力を生じる積層ゴム体の外周端部ではゴム弾性層ばかりでなく、ゴム弾性層と剛性層との接着界面にも同様な応力が作用しているため、その応力に対抗する強力な接着力が要求される。接着界面ではせん断方向の応力だけでなく、引張り方向の力も作用し過酷な条件となる。

積層ゴムを構造物の支承として用いる設計思想として二つの考え方がある。一つは免震設計いわゆる固有周期の長周期化を図り地震力を低減する方法、もう一つは地震力に対し抵抗し変位を抑え、橋で言えば落橋を防止する方法がある。免震設計は近年着目され大型構造物に一般的に採用されているが中小規模で耐力に余裕のある構造物（橋）では地震力分散といった耐力設計で安全性が図られている。この場合積層ゴムの変形を抑えることがコスト的に有利であるとされる。その一つの方法として計画的にハードニングを生じる積層ゴム支承が望まれる。

更に、積層ゴム支承では、ゴム弾性層の弾性せん断変形を用いるために高減衰ゴム等の減衰機能を有した材料からなるゴム弾性層でないと効果的な振動減衰を得ることが困難であるが、斯かる高減衰ゴム等からなるゴム弾性層を用いた場合には、ゴム弾性層のクリープの発生及び履歴特性の劣化が比較的顕著に生じる。

本発明は、前記諸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、定量的に未だ把握できていない従来のハードニング特性に換え、設計的要素として、つまり定量的な値としてハードニング特性を設計者が計画的に利用できるハードニング特性を有する上に減衰機能をも有した積層ゴム支承を提供することにある。

本発明による積層ゴム支承は、複数の剛性層とゴム弾性層とを交互に積層してなると共に積層方向に伸びた孔を有した積層ゴム体と、この積層ゴム体の孔に配されたゴム弾性筒体と、このゴム弾性筒体の円筒状の内周面に接触している円筒状の外周面を有すると共に一端部がゴム弾性筒体の積層方向の一端部側に他端部がゴム弾性筒体の積層方向の他端部側に夫々位置してゴム弾性筒体に囲繞された剛性部材と、積層方向に直交する方向の積層ゴム体のせん断変形による剛性部材の積層方向に対する傾動で当該剛性部材と協同して摩擦抵抗を発生する摩擦抵抗発生手段とを具備している。

本発明に係る積層ゴム支承によれば、地震等により積層ゴム体が水平方向に変形すると、積層ゴム体の孔の水平方向の径が水平方向に変形していない場合の径に実質的に維持されたままゴム弾性筒体の水平方向の変形に追従して剛性部材が傾いて剛性部材の水平方向の径が増大する結果、積層ゴム体の孔に配されたゴム弾性筒体の肉厚が水平方向において圧縮されるために、積層ゴム体の一定以上の水平方向の変形でゴム弾性筒体にハードニング現象が生じ、而して、ゴム弾性筒体及び剛性部材の材質、径、長さ等を予め決定することにより、定量的な値としてハードニング特性を設計者が計画的に利用でき、積層ゴム体の外周端部のゴム弾性層並びに接着界面へ過大な応力負担をさせず、且つ当該応力集中による積層ゴム体の破断、破壊を惹き起こす虞がない上に、剛性部材の積層方向に対する傾動で摩擦抵抗発生手段が剛性部材と協同して摩擦抵抗を発生するようになっているために、地震等による振動を早期に減衰でき、ハードニング特性を有すると共に減衰機能をも有した積層ゴム支承を提供することができる。

本発明の積層ゴム支承では、好ましくは、剛性部材の一端部は凹面又は凸面を有しており、摩擦抵抗発生手段は、剛性部材の一端部の凹面又は凸面と摩擦接触する凸面又は凹面を有していると共に積層ゴム体の孔に配された摩擦接触部材と、この摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の一端部の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させる弾性手段とを具備している。斯かる積層ゴム支承によれば、剛性部材の積層方向に対する傾動における剛性部材の一端部の凹面又は凸面と摩擦接触部材の凸面又は凹面との摩擦で地震等による振動を減衰させることになる。

ゴム弾性層は、天然ゴム系材料からなっていても高減衰系ゴム材料からなっていてもよい。

好ましい例では、複数の剛性層は、積層方向の最外側に位置した一対の厚肉剛性層と、この一対の厚肉剛性層間に配された薄肉剛性層とを具備しており、孔は、一対の厚肉剛性層及び薄肉剛性層を通って伸びており、この場合、ゴム弾性筒体の積層方向の一端部は、孔の積層方向の一端部を規定する厚肉剛性層の内周面で囲繞されていると共に当該厚肉剛性層の内周面に外周面で接触し、摩擦接触部材は、ゴム弾性筒体の積層方向の一端部の内周面に囲繞され、弾性手段は、摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の一端部の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させるように、摩擦接触部材に弾性力を直接、例えば摩擦接触部材に接触して付与すると共に積層ゴム体の孔の積層方向の一端部に配された弾性部材を具備し、弾性部材は、ゴム弾性筒体の積層方向の一端部の内周面に囲繞されていてもよく、これに代えて、摩擦接触部材は、孔の積層方向の一端部を規定する厚肉剛性層の内周面で囲繞されていると共に当該厚肉剛性層の内周面に外周面で接触し、弾性手段は、摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の一端部の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させるように、摩擦接触部材に弾性力を直接付与すると共に積層ゴム体の孔の積層方向の一端部に配された弾性部材を具備し、弾性部材は、孔の積層方向の一端部を規定する厚肉剛性層の内周面で囲繞されていてもよい。弾性部材としては、ゴム材料単体からなるもの又はゴム材料単体からなるもの以外の例えば皿バネからなるもの、コイルバネからなるもの若しくは皿バネ若しくはコイルバネ入りゴム材料からなるものであってもよく、弾性手段としては、これらを組み合わせたものからなっていてもよい。

本発明では、剛性部材の一端部のみが凹面又は凸面を有していてもよいが、これに代えて、剛性部材の他端部もまた凹面又は凸面を有していてもよく、この場合、摩擦抵抗発生手段は、剛性部材の他端部の凹面又は凸面と摩擦接触する凸面又は凹面を有していると共に積層ゴム体の孔に配された他の摩擦接触部材を更に具備し、弾性手段は、他の摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の他端部の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させるようになっているとよい。剛性部材の他端部が凹面又は凸面を有していると共に複数の剛性層が積層方向の最外側に位置した一対の厚肉剛性層とこの一対の厚肉剛性層間に配された薄肉剛性層とを具備し、孔が一対の厚肉剛性層及び薄肉剛性層を通って伸びている場合において、ゴム弾性筒体の積層方向の他端部は、孔の積層方向の他端部を規定する厚肉剛性層の内周面で囲繞されていると共に当該厚肉剛性層の内周面に外周面で接触し、他の摩擦接触部材は、ゴム弾性筒体の積層方向の他端部の内周面に囲繞され、弾性手段は、他の摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の他端部の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させるように、他の摩擦接触部材に弾性力を直接付与すると共に積層ゴム体の孔の積層方向の他端部に配された他の弾性部材を具備し、他の弾性部材は、ゴム弾性筒体の積層方向の他端部の内周面に囲繞されていてもよいが、これに代えて、他の摩擦接触部材は、孔の積層方向の他端部を規定する厚肉剛性層の内周面で囲繞されていると共に当該厚肉剛性層の内周面に外周面で接触し、弾性手段は、摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の他端部の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させるように、摩擦接触部材に弾性力を直接付与すると共に積層ゴム体の孔の積層方向の他端部に配された他の弾性部材を具備し、他の弾性部材は、孔の積層方向の他端部を規定する厚肉剛性層の内周面で囲繞されていてもよい。

弾性部材は、剛性部材の一端部のみが凹面又は凸面を有している場合及び剛性部材の一端部及び他端部の両方が凹面又は凸面を有している場合のいずれでも、剛性部材の一端部側及び他端部側のうちのいずれか一方のみに配されていてもよい。

本発明に係る積層ゴム支承では、積層ゴム体の積層方向の一方の端面を直接に例えば基礎に固着し、積層ゴム体の積層方向の他方の端面を直接に例えば支持する建物に固着してもよいが、これに代えて、積層ゴム体の積層方向の一方の端面に一方の板面で接触した一方の取り付け板と、積層ゴム体の積層方向の他方の端面に一方の板面で接触した他方の取り付け板とを更に具備して積層ゴム支承を構成し、斯かる取り付け板を介して基礎及び建物に積層ゴム支承を固着してもよく、この場合、孔の一端を一方の取り付け板の一方の板面により閉塞し、孔の他端を一方の取り付け板の一方の板面に対面する他方の取り付け板の一方の板面により閉塞するようにするとよい。

取り付け板を用いる場合、好ましい例では、積層ゴム体の孔の積層方向の一端部に配された弾性部材は、一方の取り付け板の一方の板面と摩擦接触部材の凸面又は凹面とは反対の面（裏面）とに接触してこれら一方の取り付け板の一方の板面と摩擦接触部材との間に圧縮されて配されており、積層ゴム体の孔の積層方向の他端部に配された他の弾性部材は、他方の取り付け板の一方の板面と他の摩擦接触部材の凸面又は凹面とは反対の面（裏面）とに接触してこれら他方の取り付け板の一方の板面と他の摩擦接触部材との間に圧縮されて配されており、この場合、積層ゴム体の孔の積層方向の一端部に配された弾性部材を一方の取り付け板の一方の板面に押圧接触させて、この押圧接触の反力で摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させるようにしてもよく、同様に、積層ゴム体の孔の積層方向の他端部に配された他の弾性部材を他方の取り付け板の一方の板面に押圧接触させて、この押圧接触の反力で摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させるようにしてもよい。また、取り付け板を用いる場合、ゴム弾性筒体の積層方向の一方の端面を一方の取り付け板の一方の板面に接触させ、ゴム弾性筒体の積層方向の他方の端面を他方の取り付け板の一方の板面に接触させてもよいが、これに代えて、剛性部材の一方の端部の凹面又は凸面と摩擦接触する凸面又は凹面を有した摩擦接触部材にゴム弾性筒体の積層方向の一方の端面を接触させ、剛性部材の他方の端部の凹面又は凸面と摩擦接触する凸面又は凹面を有している他の摩擦接触部材にゴム弾性筒体の積層方向の他方の端面を接触させてもよい。

本発明では、一方の取り付け板は、その一方の板面で積層ゴム体にねじ部材を介して固着され、他方の取り付け板は、その一方の板面で積層ゴム体に他のねじ部材を介して固着されていても、これに代えて又はこれと共に、一方の取り付け板は、その一方の板面で積層ゴム体に、一方の取り付け板及び積層ゴム体の夫々に嵌め込まれたダウエルピンを介してその板面方向に関して固着され、他方の取り付け板は、その一方の板面で積層ゴム体に、他方の取り付け板及び積層ゴム体の夫々に嵌め込まれた他のダウエルピンを介してその板面方向に関して固着されていてもよい。

好ましい例では、剛性部材は、一方の取り付け板の一方の板面と他方の取り付け板の一方の板面との間の距離よりも短い長さを有しており、また剛性部材は、一方の取り付け板の一方の板面と他方の取り付け板の一方の板面との間の距離から、支承する荷重を積層ゴム支承に加えた時に積層ゴム支承に生じると想定できる初期沈み込み量と支承する荷重を積層ゴム支承に加えた後にゴム弾性層のクリープに基づいて将来生じると想定できる積層ゴム支承の経時後沈み込み量とを差し引いた値よりも短い長さを有している。

本発明における凸面は、好ましくは略半球凸面であって、凹面は、斯かる略半球凸面に相補的な形状の略半球凹面であるが、積層方向に直交する方向において一方向に対してのみのせん断変形を対象とする場合には、凸面は略半円筒凸面であって、凹面は略半円筒凹面であってもよい。本発明では、剛性部材が凸面を有している場合には、摩擦接触部材は、斯かる剛性部材の凸面に相補的な形状の凹面を有している一方、剛性部材が凹面を有している場合には、摩擦接触部材は斯かる剛性部材の凹面に相補的な形状の凸面を有する。

剛性部材は、不撓性であって剛性の中実体、例えば鋼棒からなっていてもこれに代えて不撓性であって剛性の中空体、例えば、鋼管からなっていてもよい。

ゴム弾性筒体は、ゴム弾性層と同様に天然ゴム系材料からなっていても高減衰系ゴム材料からなっていてもよく、また積層ゴム体のゴム弾性層と一体に加硫成型されていてもよく、更には、積層ゴム体の孔に単に嵌め込まれていてもよく、また斯かる嵌め込み後に積層ゴム体のゴム弾性層に加硫接着により一体化されてもよい。

ゴム弾性筒体は、その肉部に積層方向に伸びた複数個の空所を有していてもよく、この複数個の空所は、ゴム弾性筒体の円筒状の内周面とゴム弾性筒体の積層方向の両端面とで開口するスリット並びにゴム弾性筒体の積層方向の両端面で開口する貫通孔のうちの少なくとも一方を含んでいてもよい。

弾性部材及び摩擦接触部材を具備した本発明による積層ゴム支承を製造する場合、剛性部材及び摩擦接触部材を内包した状態で積層ゴム体とゴム弾性筒体と弾性部材とを一体に加硫成型して一体化された積層ゴム支承を得るようにしても、積層ゴム体とゴム弾性筒体とを一体に加硫成型した後に孔又は積層ゴム体と一体化したゴム弾性筒体の内部に剛性部材、摩擦接触部材及び弾性部材とを挿入して一体化された積層ゴム支承を得るようにしても、積層ゴム体を加硫成型する一方、剛性部材及び摩擦接触部材を内包した状態でゴム弾性筒体と弾性部材とを一体に加硫成型し、加硫成型された積層ゴム体の孔へ加硫成型されて一体化されていると共に剛性部材及び摩擦接触部材を内包したゴム弾性筒体及び弾性部材を挿入して一体化された積層ゴム支承を得るようにしても、そして、積層ゴム体、剛性部材、摩擦接触部材、ゴム弾性筒体及び弾性部材を夫々別に作成した後に積層ゴム体の孔へゴム弾性筒体を挿入し、孔又はゴム弾性筒体の内部に剛性部材、摩擦接触部材及び弾性部材とを夫々挿入して一体化された積層ゴム支承を得るようにしてもよく、更には、これ以外の方法で一体化された積層ゴム支承を得るようにしてもよい。

本発明においては、積層ゴム体の孔は、一個に限らないのであって、複数個であってもよく、ゴム弾性筒体、剛性部材、摩擦接触部材及び弾性部材を具備した組合せ体（ハードニング特性兼摩擦抵抗発生手段）を複数個の孔の夫々に設ける場合、各孔に設けたハードニング特性兼摩擦抵抗発生手段は、ゴム弾性筒体及び剛性部材等の形状、寸法、材質が相互に全て同じであってその特性が同一であっても、異なっていてもよく、全体として最適なハードニング特性及び摩擦抵抗が得られるようにするとよい。

本発明によれば、積層ゴム体のゴム弾性層のせん断応力や引張応力を使用するハードニング特性発生手段でなく、積層ゴム体の孔に配設した剛性部材によるゴム弾性筒体の圧縮を使用したハードニング特性発生手段であるため、大変形時に積層ゴム体の外周部分に過大な応力を生じさせない状態で、履歴性能としてのハードニング特性を得ることが可能となり、大変形時における積層ゴム体の外周部分の過大な応力による接着部損傷に起因する積層ゴム体の破断、更にはゴム弾性層の亀裂発生などによる破断を防止でき、安全性と再現性の高いハードニング特性発生手段による変位抑制手段を具備し、しかも、剛性部材の積層方向に対する傾動で摩擦抵抗発生手段が剛性部材と協同して摩擦抵抗を発生するようになっているために、地震等による振動を早期に減衰できる積層ゴム支承を提供できる。

次に本発明及びその実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。

図１及び図２において、本例の積層ゴム支承１は、複数の剛性層２と複数のゴム弾性層３とを交互に積層してなると共に積層方向であるＶ方向に伸びた孔４を有した積層ゴム体５と、積層ゴム体５の孔４に配されたゴム弾性筒体６と、ゴム弾性筒体６の円筒状の内周面７に接触している円筒状の外周面８を有すると共に一端部９がゴム弾性筒体６のＶ方向の一端部１０側に他端部１１がゴム弾性筒体６のＶ方向の他端部１２側に夫々位置してゴム弾性筒体６の内部１３に配された剛性部材１４と、積層ゴム体５のＶ方向の一方の端面１５に一方の板面１６で接触した取り付け板１７と、積層ゴム体５のＶ方向の他方の端面１８に一方の板面１９で接触した取り付け板２０と、Ｖ方向に直交する方向であるＨ方向の積層ゴム体５のせん断変形による剛性部材１４のＶ方向に対する傾動で当該剛性部材１４と協同して摩擦抵抗を発生する摩擦抵抗発生手段２１とを具備している。

複数の剛性層２は、鉛直方向でもあるＶ方向の最外側に位置していると共に厚肉の鋼板等からなる一対の厚肉剛性層３１及び３２と、一対の厚肉剛性層３１及び３２間に配されていると共に厚肉剛性層３１及び３２よりも薄肉の鋼板等からなる複数の薄肉剛性層３３とを具備している。

一対の厚肉剛性層３１及び３２間において複数の剛性層２と交互に配されていると共に天然ゴム系材料からなる複数のゴム弾性層３は、加硫接着により一対の厚肉剛性層３１及び３２並びに複数の薄肉剛性層３３に固着されている。

円柱状の孔４は、円環状の複数の剛性層２と円環状のゴム弾性層３との内周面、即ち積層ゴム体５の内周面３４で規定されていると共に一対の厚肉剛性層３１及び３２並びに複数の薄肉剛性層３３を通って伸びており、孔４のＶ方向の一端は、取り付け板１７の板面１６により閉塞されており、孔４のＶ方向の他端は、取り付け板１７の板面１６に対面する取り付け板２０の板面１９により閉塞されている。孔４を規定する円環状のゴム弾性層３の内周面は、ゴム弾性層３とゴム弾性筒体６とが加硫成形により一体的に形成される場合には仮想内周面となる。

積層ゴム体５は、剛性層２、ゴム弾性層３及び孔４に加えて、円環状の複数の剛性層２の外周面を覆うと共にゴム弾性層３の外周面に加硫成形により一体形成された円筒状の被覆部３５を有している。

天然ゴム系材料からなっている円筒状のゴム弾性筒体６は、Ｖ方向のその一方の円環状の端面３６で取り付け板１７の板面１６に接触していると共にＶ方向のその他方の環状の端面３７で取り付け板２０の板面１９に接触している。ゴム弾性筒体６は、その円筒状の外周面３８で、孔４を規定する積層ゴム体５の円筒状の内周面３４に加硫接着されて積層ゴム体５に一体化されている。ゴム弾性筒体６のＶ方向の一端部１０は、孔４のＶ方向の一端部を規定する厚肉剛性層３１の内周面４１で囲繞されていると共に当該厚肉剛性層３１の内周面４１に外周面で接触しており、ゴム弾性筒体６のＶ方向の他端部１２は、孔４のＶ方向の他端部を規定する厚肉剛性層３２の内周面４２で囲繞されていると共に当該厚肉剛性層３２の内周面４２に外周面で接触している。

ゴム弾性筒体６に囲繞されていると共に金属製の中実体からなる剛性部材１４は、凸面としての略半球凸面３９（図３参照）を有するその一端部９が孔４の一端部を規定する厚肉剛性層３１の内周面４１で囲繞されるゴム弾性筒体６の一端部１０側に位置しており、凸面としての略半球凸面４０（図３参照）を有するその他端部１１が孔４の他端部を規定する厚肉剛性層３２の内周面４２で囲繞されるゴム弾性筒体６の他端部１２側に位置して、ゴム弾性筒体６の内部１３に配されている。

剛性部材１４は、取り付け板１７の板面１６と取り付け板２０の板面１９との間の距離Ｄよりも短い長さＬ（図３参照）、より具体的には、取り付け板１７の板面１６と取り付け板２０の板面１９との間の距離Ｄから、支承するＶ方向の荷重を積層ゴム支承１に加えた時に積層ゴム支承１に生じると想定できるＶ方向の初期沈み込み量と支承するＶ方向の荷重を積層ゴム支承１に加えた後にゴム弾性層３のクリープに基づいて将来生じると想定できる積層ゴム支承１のＶ方向の経時後沈み込み量とを差し引いた値よりも短い長さＬを有している。

鋼板等からなる取り付け板１７は、その板面１６で積層ゴム体５の端面１５に接触すると共に積層ゴム体５の厚肉剛性層３１にねじ部材４５を介して固着されており、取り付け板１７と同様に鋼板等からなる取り付け板２０は、その板面１９で積層ゴム体５の端面１８に接触すると共に積層ゴム体５の厚肉剛性層３２にねじ部材４６を介して固着されている。

摩擦抵抗発生手段２１は、剛性部材１４の一端部９の略半球凸面３９と摩擦接触する凹面としての略半球凹面４７（図３参照）を有していると共に積層ゴム体５の孔４に配された摩擦接触部材４８と、摩擦接触部材４８の略半球凹面４７を剛性部材１４の一端部９の略半球凸面３９に向かって弾性的に押圧させる弾性手段としての円板状の弾性部材４９と、剛性部材１４の他端部１１の略半球凸面４０と摩擦接触する凹面としての略半球凹面５０（図３参照）を有していると共に積層ゴム体５の孔４に配された摩擦接触部材５１と、摩擦接触部材５１の略半球凹面５０を剛性部材１４の他端部１１の略半球凸面４０に向かって弾性的に押圧させる弾性手段としての円板状の弾性部材５２とを具備している。

摩擦接触部材４８は、ゴム弾性筒体６のＶ方向の一端部１０の内周面に囲繞されていると共にその外周面５３でゴム弾性筒体６のＶ方向の一端部１０の内周面に接触しており、弾性部材４９は、摩擦接触部材４８の略半球凹面４７を剛性部材１４の一端部９の略半球凸面３９に向かって弾性的に押圧させるように、摩擦接触部材４８に弾性力を直接付与すると共に積層ゴム体５の孔４のＶ方向の一端部においてゴム弾性筒体６のＶ方向の一端部１０の内周面に囲繞されてゴム弾性筒体６の内部１３に配されており、しかも、取り付け板１７の板面１６と摩擦接触部材４８の略半球凹面４７と反対の面（裏面）とに接触してこれら取り付け板１７の板面１６と摩擦接触部材４８の略半球凹面４７と反対の面（裏面）との間に弾性的にその厚みを小さくして圧縮されて配されている。

摩擦接触部材５１は、ゴム弾性筒体６のＶ方向の他端部１２の内周面に囲繞されていると共にその外周面５４でゴム弾性筒体６のＶ方向の他端部１２の内周面に接触しており、弾性部材５２は、摩擦接触部材５１の略半球凹面５０を剛性部材１４の他端部１１の略半球凸面４０に向かって弾性的に押圧させるように、摩擦接触部材５１に弾性力を直接付与すると共に積層ゴム体５の孔４のＶ方向の一端部においてゴム弾性筒体６のＶ方向の他端部１２の内周面に囲繞されてゴム弾性筒体６の内部１３に配されており、しかも、取り付け板２０の板面１９と摩擦接触部材５１の略半球凹面５０と反対の面（裏面）とに接触してこれら取り付け板２０の板面１９と摩擦接触部材５１の略半球凹面５０と反対の面（裏面）との間に弾性的にその厚みを小さくして圧縮されて配されている。

以上の積層ゴム支承１は、取り付け板２０がアンカーボルト５５等を介して基礎５６に、取り付け板１７がボルト５７等を介して建物５８に固着されて建物５８と基礎５６との間に配され、建物５８のＶ方向の荷重を支持すると共に図３に示すように地震による基礎５６の水平方向、即ちＨ方向の振動を積層ゴム体５のＨ方向のせん断変形により建物５８に伝達させないように用いられる。

積層ゴム支承１において、ゴム弾性筒体６の外周面３８の直径をｄ１とし、剛性部材１４の直径をｄ０とすると、Ｈ方向にせん断変形しない際のゴム弾性筒体６のＨ方向の肉厚Δ０は（ｄ１−ｄ０）／２となる一方、地震により積層ゴム体５がＨ方向にせん断変形されて図４に示すようにゴム弾性筒体６が同じくＨ方向にせん断変形されて剛性部材１４がＶ方向に対して（９０°−θ°）傾くと、ゴム弾性筒体６がＨ方向のせん断変形であるためにゴム弾性筒体６のＨ方向の径が元の直径ｄ１を維持したものとなると共に剛性部材１４がＶ方向の傾きのために剛性部材１４のＨ方向の径ｄＨが（ｄ０／ｓｉｎθ）となる結果、ゴム弾性筒体６のＨ方向の肉厚Δ１は〔ｄ１−（ｄ０／ｓｉｎθ）〕／２となる。Δ１＜Δ０であるから、積層ゴム体５がＨ方向にせん断変形されることによりゴム弾性筒体６の肉部は圧縮されることになって、ゴム弾性筒体６の肉部の圧縮が一定以上になると、ゴム弾性筒体６の肉部の圧縮硬化（ハードニング）により積層ゴム支承１のＨ方向のせん断変形が制限されることになる。

したがって、積層ゴム支承１は、図５の（ａ）に示す積層ゴム体５自体の水平ばね力特性６１と図５の（ｂ）に示すゴム弾性筒体６自体の圧縮硬化をもった水平ばね力特性６２とを合わせた図５の（ｃ）に示す水平ばね力特性６３をもった変位Ｈ−水平力Ｆ特性を示すことになる。

更に積層ゴム支承１では、地震により積層ゴム体５がＨ方向にせん断変形されて図３に示すように剛性部材１４のＶ方向に傾動における剛性部材１４の略半球凸面３９と摩擦接触部材４８の略半球凹面４７との摩擦及び剛性部材１４の略半球凸面４０と摩擦接触部材５１の略半球凹面５０との摩擦抵抗で地震等による振動が減衰されることになる。

以上の積層ゴム支承１によれば、地震等により積層ゴム体５がＨ方向に変形すると、積層ゴム体５の孔４のＨ方向の径ｄ１がＨ方向に変形していない場合の径ｄ１に実質的に維持されたままゴム弾性筒体６のＨ方向の変形に追従して剛性部材１４が傾いて剛性部材１４のＨ方向の径ｄ０が径ｄＨとなって増大する結果、積層ゴム体５の孔４に配されたゴム弾性筒体６のＨ方向の肉厚が（Δ０−Δ１）だけ圧縮されるために、積層ゴム体５の一定以上のＨ方向の変形でゴム弾性筒体６に硬化現象（ハードニング現象）が生じ、而して、ゴム弾性筒体６及び剛性部材１４の材質、径、長さ等を予め決定することにより、定量的な値としてハードニング特性を設計者が計画的に利用でき、積層ゴム体の外周端部のゴム弾性層３並びにゴム弾性層３と剛性層２との接着界面へ過大な応力負担をさせず、且つ当該応力集中による積層ゴム体５の破断、破壊を惹き起こす虞がないハードニング特性を有する上に減衰機能をも有したものとできる。

ゴム弾性筒体６としては、その肉部が上述のように中実であってもよいが、図６から図８に示すように貫通孔及び／又はスリットからなるＶ方向に伸びた複数個の空所７０をその肉部に設けてＨ方向の圧縮時の剛性を所望のハードニング特性に調整することができるようにした上で、耐久的をも向上するようにしてもよい。即ち、図６に示すゴム弾性筒体６は、Ｖ方向の両端面３６及び３７並びに内周面７で開口すると共にＶ方向に伸びた複数個の矩形のスリット７１からなる空所７０を有しており、図７に示すゴム弾性筒体６は、Ｖ方向の両端面３６及び３７で開口すると共にＶ方向に伸びた複数個の円柱状の貫通孔７２からなる空所７０を有しており、図８に示すゴム弾性筒体６は、Ｖ方向の両端面３６及び３７並びに内周面７で開口すると共にＶ方向に伸びた複数個の矩形のスリット７３と、Ｖ方向の両端面３６及び３７で開口すると共にＶ方向に伸びた複数個の矩形の貫通孔７４とからなる空所７０を有しており、スリット７１、貫通孔７２、スリット７３及び貫通孔７４の夫々は、円周方向において等角度間隔で設けられており、スリット７３及び貫通孔７４の夫々は、円周方向において交互に配されている。

上記の積層ゴム支承１では、ゴム弾性筒体６の一端部１０を厚肉剛性層３１の内周面４１で規定される孔４のＶ方向の一端部に配置し、ゴム弾性筒体６の一端部１０の内部に摩擦接触部材４８及び弾性部材４９を配置すると共に、ゴム弾性筒体６の他端部１２を厚肉剛性層３２の内周面４２で規定される孔４のＶ方向の他端部に配置し、ゴム弾性筒体６の他端部１２の内部に摩擦接触部材５１及び弾性部材５２を配置したが、これに代えて、図９に示すように、孔４のＶ方向の一端部を規定する厚肉剛性層３１の内周面４１で囲繞されると共に当該厚肉剛性層３１の内周面４１に外周面５３で接触する摩擦接触部材４８と孔４のＶ方向の一端部を規定する厚肉剛性層３１の内周面４１で囲繞されると共に当該厚肉剛性層３１の内周面４１に外周面で接触する弾性部材４９とを孔４のＶ方向の一端部に夫々配置すると共に、孔４のＶ方向の他端部を規定する厚肉剛性層３２の内周面４２で囲繞されると共に当該厚肉剛性層３２の内周面４２に外周面５４で接触する摩擦接触部材５１と孔４のＶ方向の他端部を規定する厚肉剛性層３２の内周面４２で囲繞されると共に当該厚肉剛性層３２の内周面４２に外周面で接触する弾性部材５２とを孔４のＶ方向の他端部に夫々配置するようにしてもよい。この場合、ゴム弾性筒体６は、その一方の端面３６で摩擦接触部材４８の略半球凹面４７側の平坦面に接触する一方、その他方の端面３７で摩擦接触部材５１の略半球凹面５０側の平坦面に接触するようにするとよい。

複数の剛性層２とゴム弾性層３とを交互に積層してなると共にＶ方向に伸びた孔４を有した積層ゴム体５と、積層ゴム体５の孔４に配されたゴム弾性筒体６と、ゴム弾性筒体６の円筒状の内周面７に接触している円筒状の外周面８を有すると共に一端部９がゴム弾性筒体６のＶ方向の一端部１０側に他端部１１がゴム弾性筒体６のＶ方向の他端部１２側に夫々位置してゴム弾性筒体６に囲繞された剛性部材１４と、Ｖ方向に直交するＨ方向の積層ゴム体５のせん断変形による剛性部材１４のＶ方向に対する傾動で当該剛性部材１４と協同して摩擦抵抗を発生する摩擦抵抗発生手段２１とを具備している図９に示す積層ゴム支承１でも、地震により積層ゴム体５がＨ方向にせん断変形されて図１０に示すように剛性部材１４のＶ方向に対する傾動における剛性部材１４の略半球凸面３９と摩擦接触部材４８の略半球凹面４７との摩擦及び剛性部材１４の略半球凸面４０と摩擦接触部材５１の略半球凹面５０との摩擦抵抗で地震等による振動が減衰されることになる上に、ゴム弾性筒体６の肉部の圧縮が一定以上になると、ゴム弾性筒体６の肉部の圧縮硬化（ハードニング）により積層ゴム支承１のＨ方向のせん断変形が制限されることになる。

また上記の積層ゴム支承１では、取り付け板１７を積層ゴム体５の端面１５にねじ部材４５を介して固着し、取り付け板２０を積層ゴム体５の端面１８にねじ部材４６を介して固着したが、これに代えて又はこれと共に、板面１６で積層ゴム体５の端面１５に接触する取り付け板１７を、厚肉剛性層３１及び取り付け板１７の夫々に嵌め込まれたダウエルピン（図示せず）を介して積層ゴム体５の端面１５に板面方向であるＨ方向に関して固着し、同じく板面１９で積層ゴム体５のＶ方向の端面１８に接触する取り付け板２０を、厚肉剛性層３２及び取り付け板２０に嵌め込まれた他のダウエルピン（図示せず）を介して積層ゴム体５の端面１８に板面方向であるＨ方向に関して固着してもよい。

斯かるダウエルピンを介して取り付け板１７及び２０を積層ゴム体５の端面１５及び１８にＨ方向に関して固着しても、積層ゴム支承１では、ゴム弾性筒体６のハードニング現象により積層ゴム体５のＨ方向の一定以上のせん断変形を阻止できる結果、ダウエルピンによる取り付け板１７及び２０の積層ゴム体５へのＨ方向に関する固着が解除されて積層ゴム体５が転倒するような事態を避けることができる。

本発明の実施の形態の好ましい例の断面説明図である。 図１に示す例のＩＩ−ＩＩ線矢視面断面説明図である。 図１に示す例の動作説明図である。 図１に示す例の動作説明図である。 図１に示す例の動作説明図である。 ゴム弾性筒体の他の例の斜視図である。 ゴム弾性筒体の更に他の例の斜視図である。 ゴム弾性筒体の更に他の例の斜視図である。 本発明の実施の形態の好ましい他の例の断面説明図である。 図９に示す例のハードニング状態での動作説明図である。

符号の説明

１ 積層ゴム支承
２ 剛性層
３ ゴム弾性層
４ 孔
５ 積層ゴム体
６ ゴム弾性筒体
７ 内周面
８ 外周面
９、１０ 一端部
１１、１２ 他端部
１３ 内部
１４ 剛性部材
２１ 摩擦抵抗発生手段

Claims (14)

1. 複数の剛性層とゴム弾性層とを交互に積層してなると共に積層方向に伸びた孔を有した積層ゴム体と、この積層ゴム体の孔に配されたゴム弾性筒体と、このゴム弾性筒体の円筒状の内周面に接触している円筒状の外周面を有すると共に一端部がゴム弾性筒体の積層方向の一端部側に他端部がゴム弾性筒体の積層方向の他端部側に夫々位置してゴム弾性筒体に囲繞された剛性部材と、積層方向に直交する方向の積層ゴム体のせん断変形による剛性部材の積層方向に対する傾動で当該剛性部材と協同して摩擦抵抗を発生する摩擦抵抗発生手段とを具備している積層ゴム支承。
2. 剛性部材の一端部は凹面又は凸面を有しており、摩擦抵抗発生手段は、剛性部材の一端部の凹面又は凸面と摩擦接触する凸面又は凹面を有していると共に積層ゴム体の孔に配された摩擦接触部材と、この摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の一端部の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させる弾性手段とを具備している請求項１に記載の積層ゴム支承。
3. 複数の剛性層は、積層方向の最外側に位置した一対の厚肉剛性層と、この一対の厚肉剛性層間に配された薄肉剛性層とを具備しており、孔は、一対の厚肉剛性層及び薄肉剛性層を通って伸びており、ゴム弾性筒体の積層方向の一端部は、孔の積層方向の一端部を規定する厚肉剛性層の内周面で囲繞されていると共に当該厚肉剛性層の内周面に外周面で接触しており、摩擦接触部材は、ゴム弾性筒体の積層方向の一端部の内周面に囲繞されている請求項２に記載の積層ゴム支承。
4. 弾性手段は、摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の一端部の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させるように、摩擦接触部材に弾性力を直接付与すると共に積層ゴム体の孔の積層方向の一端部に配された弾性部材を具備しており、弾性部材は、ゴム弾性筒体の積層方向の一端部の内周面に囲繞されている請求項３に記載の積層ゴム支承。
5. 複数の剛性層は、積層方向の最外側に位置した一対の厚肉剛性層と、この一対の厚肉剛性層間に配された薄肉剛性層とを具備しており、孔は、一対の厚肉剛性層及び薄肉剛性層を通って伸びており、摩擦接触部材は、孔の積層方向の一端部を規定する厚肉剛性層の内周面で囲繞されていると共に当該厚肉剛性層の内周面に外周面で接触している請求項２に記載の積層ゴム支承。
6. 弾性手段は、摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の一端部の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させるように、摩擦接触部材に弾性力を直接付与すると共に積層ゴム体の孔の積層方向の一端部に配された弾性部材を具備しており、弾性部材は、孔の積層方向の一端部を規定する厚肉剛性層の内周面で囲繞されている請求項５に記載の積層ゴム支承。
7. 剛性部材の他端部は凹面又は凸面を有しており、摩擦抵抗発生手段は、剛性部材の他端部の凹面又は凸面と摩擦接触する凸面又は凹面を有していると共に積層ゴム体の孔に配された他の摩擦接触部材を更に具備しており、弾性手段は、他の摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の他端部の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させるようになっている請求項２から６のいずれか一項に記載の積層ゴム支承。
8. 複数の剛性層は、積層方向の最外側に位置した一対の厚肉剛性層と、この一対の厚肉剛性層間に配された薄肉剛性層とを具備しており、孔は、一対の厚肉剛性層及び薄肉剛性層を通って伸びており、ゴム弾性筒体の積層方向の他端部は、孔の積層方向の他端部を規定する厚肉剛性層の内周面で囲繞されていると共に当該厚肉剛性層の内周面に外周面で接触しており、他の摩擦接触部材は、ゴム弾性筒体の積層方向の他端部の内周面に囲繞されている請求項７に記載の積層ゴム支承。
9. 弾性手段は、他の摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の他端部の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させるように、他の摩擦接触部材に弾性力を直接付与すると共に積層ゴム体の孔の積層方向の他端部に配された他の弾性部材を具備しており、他の弾性部材は、ゴム弾性筒体の積層方向の他端部の内周面に囲繞されている請求項８に記載の積層ゴム支承。
10. 複数の剛性層は、積層方向の最外側に位置した一対の厚肉剛性層と、この一対の厚肉剛性層間に配された薄肉剛性層とを具備しており、孔は、一対の厚肉剛性層及び薄肉剛性層を通って伸びており、他の摩擦接触部材は、孔の積層方向の他端部を規定する厚肉剛性層の内周面で囲繞されていると共に当該厚肉剛性層の内周面に外周面で接触している請求項７に記載の積層ゴム支承。
11. 弾性手段は、摩擦接触部材の凸面又は凹面を剛性部材の他端部の凹面又は凸面に向かって弾性的に押圧させるように、摩擦接触部材に弾性力を直接付与すると共に積層ゴム体の孔の積層方向の他端部に配された他の弾性部材を具備しており、他の弾性部材は、孔の積層方向の他端部を規定する厚肉剛性層の内周面で囲繞されている請求項１０に記載の積層ゴム支承。
12. 積層ゴム体の積層方向の一方の端面に一方の板面で接触した一方の取り付け板と、積層ゴム体の積層方向の他方の端面に一方の板面で接触した他方の取り付け板とを更に具備しており、孔の積層方向の一端は、一方の取り付け板の一方の板面により閉塞されており、孔の積層方向の他端は、一方の取り付け板の一方の板面に対面する他方の取り付け板の一方の板面により閉塞されている請求項１から１１のいずれか一項に記載の積層ゴム支承。
13. 剛性部材は、中実体又は中空体からなる請求項１から１２のいずれか一項に記載の積層ゴム支承。
14. ゴム弾性筒体は、積層方向に伸びた複数個の空所を有しており、この複数個の空所は、ゴム弾性筒体の円筒状の内周面とゴム弾性筒体の積層方向の両端面とで開口するスリット並びにゴム弾性筒体の積層方向の両端面で開口する貫通孔のうちの少なくとも一方を含んでいる請求項１から１３のいずれか一項に記載の積層ゴム支承。

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