JP2007024287A - 積層支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】 減衰材の破損や性能低下を抑制できる積層支持体を得る。
【解決手段】 積層弾性体１６の中心の中空部２８に充填される減衰材３２は、積層弾性体１６の積層方向（矢印Ｘ方向）で複数に分割されている。減衰材３２のせん断変形時にはそれぞれの分割減衰材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃへの応力集中が抑えられ、破損や繰り返しによる性能低下が防止される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、積層支持体に関する。

従来から、ゴムなどの軟質板と金属などの硬質板とを交互に積層した積層支持体が、免震装置の支承等として使用されている。このような積層支持体には、例えば、中心に中空部を形成し、その内部に金属減衰材が圧入されたものがある。

この金属減衰材として、特許文献１には、錫基合金を使用した免震構造体が記載されている。

しかし、錫等の降伏点の低い材料で減衰材を構成すると、応力集中により減衰材が破損したり、繰り返しにより性能が低下したりすることがある。
特開２００４−１６９８９４号公報

本発明は上記事実を考慮し、減衰材の破損や性能低下を抑制できる積層支持体を得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、剛性を有する剛性板と弾性を有する弾性板とが所定の積層方向に交互に積層されて構成され、この積層方向に中空部が形成された積層弾性体と、前記中空部内に配置された減衰材と、を有し、前記減衰材が、前記積層方向と同方向に分割された複数の分割減衰材で構成されていることを特徴とする。

したがって、被支持部材上に積層支持体が設置されると、支持部材の荷重が積層弾性体によって支持される。特に、積層弾性体を、剛性板と弾性板とを交互に積層して構成したので、支持部材を支持するための高い剛性が得られる。

積層弾性体の中空部内に配置された減衰材は、積層弾性体のせん断変形によって減衰効果を発揮する。特に本発明では、減衰材を積層弾性体の積層方向と同方向に分割して、複数の分割減衰材で構成しているので、分割減衰材に対して極端に大きな力が作用することを防止でき、破損や性能低下を抑制できる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記分割減衰材どうしの対向面が、一方の分割減衰材が他方の分割減衰材に対して嵌合する凹凸形状とされていることを特徴とする。

このように、分割減衰材どうしの対向面を凹凸形状として互いに嵌合させることで、分割減衰材どうしで横方向へ力が伝達されるので、より効果的に減衰材全体を変形させることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記分割減衰材どうしの対向面が、面接触していることを特徴とする。

これにより、分割減衰材どうしの接触部分での力の集中を防止でき、局所的な変形や破損を抑制できる。

請求項４に記載の発明では、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記分割減衰材どうしの対向面が、曲率一定の部分球状に形成されていることを特徴とする。

このように、分割減衰材どうしの対向面を曲率一定の部分球状とすれば、容易に、これらを凹凸形状として嵌合させたり、面接触させたりすることが可能となる。対向面に複雑な形状を必要としないので、成形も容易となる。

請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記減衰材が低降伏材料で構成されていることを特徴とする。

ここでいう「低降伏材料」とは、降伏点が２２０ＭＰａ以下で伸び量が４０％以上という変形特性の優れた材料であることを言う。本発明では、このように低降伏材料で減衰材（分割減衰材）を構成しても、破損や性能低下を抑制できる。

本発明は上記構成としたので、減衰材の破損や性能低下を抑制できる。

図１には、本発明の第１実施形態の積層支持体１２が示されている。積層支持体１２は、複数枚の円盤状の金属板１８と、同じく複数枚の円盤状のゴム板２０とを厚み方向に交互に積層した（以下この積層方向を「Ｘ方向」という）積層弾性体１６を備えている。

積層弾性体１６のＸ方向両端面には、フランジ板１４が固定されている。フランジ板１４は、積層弾性体１６よりも側方に張り出すフランジ部１４Ｆを備えており、このフランジ部１４Ｆに形成された図示しないボルト孔にボルトを挿通して、積層支持体１２が、支持部材（たとえば、建物基礎、土台、地盤等）及び被支持部材（たとえば、オフィスビル、病院、集合住宅、美術館、公会堂、学校、庁舎、神社仏閣等）に取り付けられる。取付け状態では、被支持部材が積層支持体１２を介して支持部材に支持される。

フランジ板１４の中央には孔部１４Ｈが形成されており、後述するように減衰材３２が中空部２８に充填された状態で、蓋部材２６で閉塞される。

積層弾性体１６を構成する金属板１８とゴム板２０とは加硫接着により（あるいは接着剤により）強固に張り合わされており、これらが不用意に分離したり位置ズレしたりしないようになっている。そして、積層支持体１２が水平方向のせん断力を受けると、積層弾性体１６も弾性的にせん断変形する。

したがって、支持部材と被支持部材とが水平方向に相対移動（振動）すると、積層弾性体１６が全体として弾性的にせん断変形し、この振動のエネルギーを吸収する。ここで、上記のように、金属板１８とゴム板２０とを交互に積層したことで、積層方向に荷重が作用しても、積層弾性体１６の圧縮（すなわちゴム板２０の圧縮）が抑制されている。したがって、ゴム板２０十分にせん断変形させてエネルギーを吸収すると共に、復元力を発揮することが可能になっている。

積層弾性体１６はさらに、金属板１８とゴム板２０の外側端面を周囲から被覆する被覆材２２を有している。被覆材２２によって金属板１８及びゴム板２０に外部から雨や光が作用しなくなり、酸素やオゾン、紫外線などによる劣化が防止される。また、被覆材２２は、厚さが一定とされており、その強度にばらつきがでないようにされている。なお、被覆材２２はゴム板２０と同一の材料によって形成することができる。この場合、ゴム板２０と被覆材２２とを別体で形成しておき、後工程で加硫接着等によって一体化させることが可能である。あるいは、被覆材２２とゴム板２０を接着剤等で接着してもよい。

積層弾性体１６の中心には、積層弾性体１６を積層方向に貫通する中空部２８が形成されており、中空部２８内には、低降伏の金属材料で構成された減衰材３２が充填されている。減衰材３２は、積層弾性体１６の積層方向（矢印Ｘ方向）に複数（本実施形態では３つ）に分割されており、それそれ、分割減衰材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃとされている。

図２にも示すように、分割減衰材３２Ａと分割減衰材３２Ｂの対向面は、分割減衰材３２Ａ側が凸、分割減衰材３２Ｂ側が凹で、いずれも同一の曲率半径を有する部分球状の曲面３４として形成されている。したがって、分割減衰材３２Ａは分割減衰材３２Ｂに対し、この対向面において嵌合すると共に互いに面接触している。同様に、分割減衰材３２Ｃと分割減衰材３２Ｂの対向面も、分割減衰材３２Ｃ側が凸、分割減衰材３２Ｂ側が凹で、いずれも同一の曲率半径を有する部分球状の曲面３４として形成されている。したがって、分割減衰材３２Ｃは分割減衰材３２Ｂに対し、この対向面において感動すると共に互いに面接触している。このように、分割減衰材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの対向面を面接触させることで、接触部分での力の集中を防止できるので、局所的な変形や破損を抑制できる。

このような構成とされた第１実施形態の積層支持体１２では、支持部材と被支持部材との水平方向への相対移動（振動）により、図１（Ｂ）に示すように積層弾性体１６が弾性的にせん断変形し、この振動のエネルギーを吸収する。このとき、減衰材３２は全体としてせん断変形し、上記の振動のエネルギーを吸収する。

ここで、本実施形態では、減衰材３２が複数の分割減衰材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに分割されている。積層弾性体１６がせん断変形しても、中空部２８の容積は変化しない。また、積層弾性体１６と減衰材３２との間には、矢印Ｂ、Ｃで示す方向のせん断力が作用する。これにより、それぞれの分割減衰材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、このせん断力によって矢印Ｒ方向（回転方向）に変形するため、それぞれの分割減衰材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃへの応力集中が抑えられ、破損や繰り返しによる性能低下が防止される。

しかも、分割減衰材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃどうしは、その対向面において嵌合している。このため、分割減衰材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃどうしにすべりが発生せず、水平方向の力が確実に伝達される。これにより、特定の分割減衰材の過大な変形が抑制され、分割減衰材のそれぞれが、振動エネルギーの吸収効果（減衰力）をより確実に発揮する。

図３には、減衰材として１００％の錫を使用し、これを上記実施形態のように３分割したもの、及び一体的に構成したもの、切片荷重（Ｑｄ）の一例が、鉛製の一体型の減衰材との比較において示されている。

このグラフから、まず、鉛製の減衰材との比較では、錫製の減衰材のほうが、一体的なもの、３分割のもの双方とも、切片荷重が優れているか、若しくはほぼ同等の性能となっていることが分かる。

また、３分割した錫製の減衰材は、一体的な錫製の減衰材と略同等の切片荷重が得られており、同等の減衰力を発揮可能となっている。これは、図２にも示したように、分割減衰材３２Ａ、３２Ｂの互いの対向面、及び、分割減衰材３２Ｃ、３２Ｂの互いの対向面を凹凸状で嵌合するようにしたことで、すべりが生じにくくなっている効果であると考えられる。

次に、図５には、上記の３種類の減衰材について、ひずみ量１００％にて５０サイクルまで繰り返し変形を加えたときの切片荷重の変化の一例が示されている。なお、この図５は、それぞれの減衰材での３サイクル目の切片荷重を基準としている。

図５から、錫製一体型の減衰材では、５０サイクル目の切片荷重（Ｑｄ）が３サイクル目に対し５０％程度にまで低下しているが、錫製３分割の減衰材では、低下率が６０％強に留まっている。この値は鉛製一体型の減衰材での結果とほぼ同等である。すなわち、本実施形態のように低降伏の材料で構成された減衰材であっても、分割することにより、鉛製一体型の減衰材とほぼ同等の切片荷重（Ｑｄ）が得られる。

なお、上記では、低降伏材料で構成された減衰材を３分割したものを例に挙げたが、分割数はこれに限定されない。たとえば、図４（Ａ）に示すように５分割したもの、図４（Ｂ）に示すように７分割したもの、であってもよい。ただし、減衰材全体で考えたとき、せん断変形時には長手方向の端部に応力が集中しやすい。したがって、その部分で分割するようにして破損を確実に防止する観点から、少なくとも３分割とすることが好ましい。また、分割数の上限としては、実用上の見地から７分割程度とすることが好ましい。

減衰材を構成する材料としては、上記の説明から分かるように、低降伏材料であれば本発明の効果がより発揮されるので好ましい。低降伏材料の具体例としては、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐｂと、これらの合金、さらに、Ａｌ−Ｚｎや低降伏点鋼、低降伏点樹脂等を挙げることができる。

また、上記では、分割減衰材どうしの対向面が曲率一定の部分球状に形成されたものを例に挙げたが、一方が他方に対して嵌合する凹凸形状となっていれば、分割減衰材どうしのすべりを発生させることなく、水平方向の力を伝達させることができるので、せん断変形による減衰作用を効果的に発揮できる。特に、上記のように曲率一定の部分球状に形成することで、容易に対向面どうしを面接触させることができる。しかも対向面に複雑な形状を必要としないので、成形も容易となり、好ましい。

本発明の一実施形態の積層支持体を示す断面図であり、（Ａ）は変形前、（Ｂ）は変形後である。 本発明の一実施形態の積層支持体を構成する減衰材を分割減衰材ごとに分解して示す斜視図である。 錫製の減衰材の切片荷重（Ｑｄ）を鉛製の減衰材との比較において示すグラフである。 本発明に適用可能な減衰材の例を示し、（Ａ）は５分割の構成、（Ｂ）は７分割の構成をそれぞれ示す。 ３種類の減衰材についてひずみ量１００％にて５０サイクルまで繰り返し変形を加えたときの切片荷重の変化の一例を示すグラフである。

符号の説明

１２ 積層支持体
１４ フランジ板
１４Ｆ フランジ部
１４Ｈ 孔部
１６ 積層弾性体
１８ 金属板
２０ ゴム板
２２ 被覆材
２６ 蓋部材
２８ 中空部
３２ 減衰材
３２Ａ 分割減衰材
３２Ｂ 分割減衰材
３２Ｃ 分割減衰材
３４ 曲面

Claims (5)

1. 剛性を有する剛性板と弾性を有する弾性板とが所定の積層方向に交互に積層されて構成され、この積層方向に中空部が形成された積層弾性体と、
   前記中空部内に配置された減衰材と、
   を有し、
   前記減衰材が、前記積層方向と同方向に分割された複数の分割減衰材で構成されていることを特徴とする積層支持体。
2. 前記分割減衰材どうしの対向面が、一方の分割減衰材が他方の分割減衰材に対して嵌合する凹凸形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の積層支持体。
3. 前記分割減衰材どうしの対向面が、面接触していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の積層支持体。
4. 前記分割減衰材どうしの対向面が、曲率一定の部分球状に形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の積層支持体。
5. 前記減衰材が低降伏材料で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層支持体。

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