JP2007170472A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低減しかつ製造時間を短期化することができる免震装置を提供すること。
【解決手段】製造時において、円筒管（側面部材）５にゴム板（ゴム状弾性体）６と鋼板（金属製板材）７とを挿入して積層することで、円筒管５に囲まれてゴム板６と鋼板７との積層状態が維持される。さらに、建物等に設置した使用時において、ゴム板６と鋼板７とが円筒管５によって外周から拘束され、局部的な変形が防止されて安定した免震性能が得られる。これにより、ゴム板６と鋼板７とを加硫接着する必要がなくなり、金型装置等の大規模な製造設備を用いなくても免震装置１を製造することができ、製造コストを低減することができる。金型を用いた加硫接着を省略することで、金型へのセットや脱型に要する手間や時間をなくして製造時間の短縮化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、免震装置に関し、詳しくは、建物や橋梁等において地盤に固定された基礎構造（支持体）と上部構造（被支持体）との間に設置され、上部構造を支持するとともに上部構造への地震動入力を低減するための免震装置に関する。

従来、建築や土木の分野において、地盤から基礎構造を介して上部構造への地震動入力を低減させる免震装置として、積層ゴムアイソレータや転がり支承、すべり支承等の免震装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載された積層ゴムアイソレータは、上部構造および基礎構造にそれぞれ固定される上下のフランジと、これらのフランジ間に交互に積層されたゴムシートおよび鋼板（補強板）とを備えて構成され、ゴムシートおよび鋼板を介して上部構造の鉛直荷重を基礎構造に伝達するとともに、地震時にはゴムシートがせん断変形することにより地盤からの地震動を上部構造へ伝えない、つまり上部構造への地震動入力を低減することができるようになっている。

特開平６−１０５３４号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載された従来の積層ゴムアイソレータは、通常、積層したゴムシートと鋼板とを加硫接着して製造されているため、大規模な製造設備が必要になったり、製造に長時間を要したりして製造コストが多大になってしまうという問題がある。すなわち、加硫接着においては、ゴムシートと鋼板とを金型内で積層した状態で高圧力をかけて加熱する必要があり、このため、金型装置や加圧装置、加熱装置等に加え、これらの各装置を管理制御する制御装置や試験装置等も必要になる。さらに、ゴムシートと鋼板とを金型にセットしたり、加硫接着後に脱型したりする手間もかかることから、製造時間が長期化してしまう。

本発明の目的は、製造コストを低減しかつ製造時間を短期化することができる免震装置を提供することにある。

本発明の請求項１に記載の免震装置は、ゴム状弾性体と金属製板材とを交互に複数積層して形成されたアイソレータ部と、前記アイソレータ部の上下に密接して設けられた一対の金属製フランジと、前記上下の金属製フランジ間に渡り前記アイソレータ部の側面を囲んで設けられた側面部材とを備えた免震装置であって、前記側面部材は、少なくとも当該免震装置の製造時において、前記アイソレータ部のゴム状弾性体と金属製板材との積層状態を維持させるだけの所定の剛性を有して全体筒状に形成されていることを特徴とする。

ここで、ゴム状弾性体としては、ゴム（天然ゴムや合成ゴム、高減衰ゴム）から形成されたものでもよく、またゴムと同等の剛性や変形能力を有した材料（例えば、軟質樹脂や粘弾性体等）から形成されたものでもよい。さらに、金属製板材としては、鋼板であってもよく、また一般的な鋼以外の金属（例えば、アルミ合金やステンレス鋼等）で形成された板材であってもよく、さらにウレタンをアルミ板でサンドイッチしたものなどや、これらを組み合わせたものであってもよい。また、ゴム状弾性体および金属製板材は、薄板円盤状に形成されたものに限らず、平面四角形のような多角形板状に形成されたものでもよい。そして、アイソレータ部が全体円柱状に形成された場合には、側面部材が全体円筒状に形成されていればよく、またアイソレータ部が全体角柱状に形成された場合には、側面部材が全体角筒状に形成されていればよい。
また、側面部材が有する所定の剛性としては、全体筒状の側面部材の内部にゴム状弾性体と金属製板材とを互いに接着せずに積層する場合や、積層した状態で移動させる場合に、これらのゴム状弾性体および金属製板材がずれてしまわない程度に側方から拘束可能な剛性である。さらに、製造工場から建物等の建設現場まで免震装置を運搬する際にも、ゴム状弾性体と金属製板材との積層状態を維持させることが可能な剛性を有していることが好ましい。

以上の本発明によれば、免震装置の製造時において、側面部材で囲んだゴム状弾性体と金属製板材との積層状態が維持されるので、従来のような加硫接着が必ずしも必要ではなくなり、金型装置等の大規模な製造設備を用いなくても製造することができ、製造コストを低減することができる。さらに、金型を用いた加硫接着を省略すれば、金型へのセットや脱型に要する手間や時間をなくして製造時間の短縮化を図ることができる。なお、加硫接着によってゴム状弾性体と金属製板材とを接着する場合であっても、従来の金型を用いずに、側面部材内部にゴム状弾性体と金属製板材とを積層した状態にて加圧および加熱すればよく、金型を省略することが可能で上述と同様の効果を得ることができる。
また、免震装置の使用時、すなわち建物等の基礎部分に設置した状態で地震等の水平力が作用した場合においても、側面部材がアイソレータ部を側方から拘束していることで、所定の免震性能を確保することができる。

さらに、本発明の請求項２に記載の免震装置は、請求項１に記載の免震装置において、前記側面部材は、前記上下の金属製フランジ相互の水平変位に追従してせん断変形し、このせん断変形によって減衰力を発揮する減衰材料から構成されていることを特徴とする。
ここで、せん断変形によって減衰力を発揮する減衰材料としては、所定のせん断変形量およびせん断力でせん断降伏して履歴減衰を発揮するような弾塑性材料でもよく、またせん断変形に応じた変形速度に比例する粘性減衰を発揮する粘弾性材料などでもよい。
このような構成によれば、側面部材が上下の金属製フランジに追従してせん断変形し、このせん断変形によって減衰力を発揮することで、免震装置に減衰（ダンパー）機能を付加することができる。これにより、従来の積層ゴムアイソレータでは、別置きのダンパーを設置したり、アイソレータの中央部に穴を開けて鉛ダンパー等を内蔵したりして減衰機能を付加する必要があったのであるが、このような別置きダンパーや内蔵ダンパーを省略あるいは削減することができる。従って、別置きダンパーの設置スペースを他の用途に有効利用することができるとともに、設置手間を削減することができる。あるいは、内蔵ダンパー用の穴を設ける必要がなくなることから、アイソレータ部の大きさ（平面寸法、直径）が小型化でき、製造コストをさらに低減することができる。

また、本発明の請求項３に記載の免震装置は、請求項１または請求項２に記載の免震装置において、前記側面部材の上下端部は、各々前記上下の金属製フランジに溶接固定されているか、または当該側面部材を外側から締め付けるバンドを有した固着具で前記上下の金属製フランジに固定されていることを特徴とする。
このような構成によれば、側面部材の上下端部を上下の金属製フランジに固定することで、上下の金属製フランジ相互の水平変位に対する追従性を高めることができ、大変形時においても安定した免震性能を確保することができる。
一方、側面部材の上下端部を上下の金属製フランジに固定しなければ、側面部材に鉛直方向の力を伝達させずに、側面部材のせん断変形を卓越させて効果的に減衰力を発揮させることができる。

また、本発明の請求項４に記載の免震装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の免震装置において、前記側面部材は、金属製、樹脂製、またはゴム製であって、連続断面を有した管状体から構成されるか、複数の棒材を互いに交差させて緊結した籠状体から構成されるか、または左右に並設した複数の板材を外側から拘束した樽状体から構成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、免震装置に要求される性能に応じて、側面部材の構成材料（金属、樹脂、ゴム）や形態（管状体、籠状体、樽状体）が適宜選択可能となり、設計条件に応じた各種性能の免震装置を提供することができる。そして、側面部材を金属製とする場合には、アルミ合金や鋼（構造用鋼材や低降伏点鋼等）、銅、鉛等の金属あるいは合金が採用できる。側面部材を樹脂製とする場合には、各種の熱可塑性樹脂が採用でき、またゴム製とする場合には、天然ゴムや合成ゴム、あるいは高減衰ゴムなどが採用できる。

さらに、本発明の請求項５に記載の免震装置は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の免震装置において、前記アイソレータ部のゴム状弾性体と金属製板材とは、互いに接着されないことを特徴とする。
また、本発明の請求項６に記載の免震装置は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の免震装置において、前記アイソレータ部のゴム状弾性体と金属製板材とは、当該免震装置の製造時において、前記側面部材に囲まれた状態で加硫接着されることを特徴とする。
このような構成によれば、ゴム状弾性体と金属製板材とを接着しなくても側面部材で積層状態が維持できるとともに、ゴム状弾性体と金属製板材とを加硫接着する場合でも、側面部材で積層状態を維持した状態で接着作業が実施でき、いずれの場合であっても免震装置の製造工程を簡素化することができる。このようにゴム状弾性体と金属製板材とを接着するか否かが適宜選択することで、前述のように製造コストおよび製造手間を削減しつつ、使用条件に応じた免震装置を提供することができる。

以上のような本発明の免震装置によれば、製造コストを低減することができるとともに、製造時間を短期化することができる。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、第２実施形態以降において、次の第１実施形態で説明する構成部材と同じ構成部材、および同様な機能を有する構成部材には、第１実施形態の構成部材と同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る免震装置１を示す断面図である。図２は、免震装置１の製造方法を説明する斜視図である。図３は、免震装置１の一部の動作を説明する斜視図である。
図１〜図３において、免震装置１は、建物等の基礎と上部構造との間などに設けられるものである。この免震装置１は、上部構造および基礎に各々固定される上下一対のフランジ２，３と、これら一対のフランジ２，３間に挟まれて設けられるアイソレータ部４と、一対のフランジ２，３間に渡ってアイソレータ部４の側面を囲んで設けられる側面部材としての円筒管（管状体）５とを備えて構成されている。

上下のフランジ２，３は、それぞれ上部構造および基礎にボルトやアンカー材等を用いて一体的に固定される部材であり、上部構造と基礎との間において鉛直荷重や水平荷重（地震力等）を適切に伝達するために、強度および剛性が大きく変形しにくい金属製（例えば、鋼製）の円盤状厚板から形成されている。そして、上下のフランジ２，３の対向面（上側のフランジ２の下面と下側のフランジ３の上面）には、それぞれ円筒管５を保持する段付き状の保持部２Ａ，３Ａが形成されている。円筒管５は、保持部２Ａ，３Ａに嵌合されて上下のフランジ２，３に連結され、これらのフランジ２，３に追従して変形できるようになっている。

アイソレータ部４は、ゴム状弾性体としての円形のゴム板６と金属製板材としての円形の鋼板７とを交互に複数積層して形成され、最上部および最下部のゴム板６がそれぞれ上下のフランジ２，３に密接して配置されている。ゴム板６は、鋼板７と比較して剛性が非常に小さく水平方向に変形しやすくなっているとともに、鋼板７で上下から拘束されることで上下方向の剛性が大きくなり、上部構造の鉛直荷重を基礎に伝達できるようになっている。従って、地震等の水平力が作用した場合には、各々のゴム板６が水平方向にせん断変形することで、アイソレータ部４が全体として水平方向にせん断変形するようになっている。この際、アイソレータ部４は、円筒管５によって外周から拘束されているため、局部的に変形が集中したり座屈したりすることなく、高さ方向に均等なせん断変形角を有して変形できるようになっている。なお、本実施形態において、ゴム板６と鋼板７とは、互いに接着されておらず、互いの摩擦力によって水平荷重が伝達されるようになっている。

円筒管５は、アルミ合金製や鋼製の薄板から比較的剛性が小さく形成されており、図３に示すように、水平方向に変形しやすくなっている。従って、水平力が作用した場合には、アイソレータ部４のせん断変形に追従して円筒管５がせん断変形するとともに、所定の変形量において、変形方向左右の両側面部５Ａがせん断降伏するように円筒管５の強度が設定されている。そして、水平方向左右の水平力を繰り返し受けることで円筒管５は、荷重−変形関係における履歴ループを描いてせん断変形し、この履歴ループの面積に対応する減衰力を発揮することができるようになっている。さらに、円筒管５は、アイソレータ部４によって内側から拘束されているため、局部座屈することなく側面部５Ａ全体を均等にせん断降伏させることができ、安定した履歴ループを描くことができるようになっている。

以上の免震装置１は、図２に示すように、下側のフランジ３に円筒管５を取り付けた状態において、ゴム板６と鋼板７とを交互に円筒管５内部に挿入し、全てのゴム板６および鋼板７を挿入した後に、上側のフランジ２を取り付けて製造される。この際、ゴム板６および鋼板７をスムーズに円筒管５に挿入するために、ゴム板６および鋼板７の直径寸法は、円筒管５の内径寸法よりも若干小さく設定され、ゴム板６および鋼板７の外周と円筒管５の内周面との間には隙間が形成されるようになっている。ここで、円筒管５と鋼板７との隙間は、互いの遊びを考慮するとできるだけ小さくすることが望ましいが、製造のしやすさ（円筒管５への挿入のしやすさ）との関係で適宜な隙間寸法を設定すればよい。

なお、円筒管５は、上下のフランジ２，３の保持部２Ａ，３Ａに嵌合される連結形態に限らず、図４に示すような構造で上下のフランジ２，３に固定されていてもよい。
すなわち、図４は、本実施形態の変形例に係る免震装置１Ａを示す断面図であり、この免震装置１Ａでは、円筒管５の上下端部がそれぞれ上下のフランジ２，３に固着具としてのバンド８およびビス９によって固定されている。バンド８は、金属板材を環状に曲げて加工したものであって、このバンド８を円筒管５の外周面から締め付けた状態で、バンド８および円筒管５を貫通してビス９を上下のフランジ２，３の保持部２Ａ，３Ａに螺合することで、円筒管５が上下のフランジ２，３に固定される。
さらには、円筒管５の上下端部と上下のフランジ２，３とを溶接固定してもよい。

このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）すなわち、免震装置１，１Ａの製造時において、円筒管５にゴム板６と鋼板７とを挿入して積層することで、円筒管５に囲まれてゴム板６と鋼板７との積層状態が維持される。さらに、建物等に設置した使用時において、ゴム板６と鋼板７とが円筒管５によって外周から拘束され、局部的な変形が防止されて安定した免震性能が得られる。これにより、ゴム板６と鋼板７とを従来のように加硫接着する必要がなくなり、金型装置等の大規模な製造設備を用いなくても製造することができ、製造コストを低減することができる。金型を用いた加硫接着を省略することで、金型へのセットや脱型に要する手間や時間をなくして製造時間の短縮化を図ることができる。また、従来の積層ゴムのように、鋼板に加硫接着されたゴム板においては、地震時の大きなせん断変形（γ≧３５０％）を受けるとゴム端部が破断しやすくなっているのに対し、本実施形態のように加硫接着しないゴム板６においては、端部の破断が防止でき、大きなせん断変形に対しても安定した免震性能が確保できる。

（２）また、円筒管５のせん断降伏による履歴減衰が得られる、つまり免震装置１，１Ａに減衰機能を付加することができるので、従来必要であった別置きダンパーや内蔵ダンパーを省略あるいは削減することができ、建物内のスペースを有効利用したり、ダンパーの設置手間を削減したり、免震装置１，１Ａが小型化したりすることができる。従って、免震装置１，１Ａ自体の製造コストのみならず、建物等の施工コストも低減することができる。そして、円筒管５がアイソレータ部４によって内側から拘束されていることで、円筒管５の局部座屈が防止され、減衰性能を高めることができる。

（３）また、円筒管５の上下端部が上下のフランジ２，３の保持部２Ａ，３Ａに嵌合されるか、図４に示すように固定されているので、上下のフランジ２，３相互間の水平変位に対する円筒管５およびアイソレータ部４の追従性を高めることができ、大変形時においても安定した免震性能を確保することができる。さらに、円筒管５の上下端部が上下のフランジ２，３に固定した場合には、製造時のみならず、工場から建設現場への運搬時や建設現場での設置時において、上側のフランジ２に吊りフック等を引っ掛けて免震装置１Ａを吊り上げることができ、免震装置１Ａの一体性が確保できる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図５に基づいて説明する。
図５は、本発明の第２実施形態に係る免震装置１Ｂを示す断面図である。
免震装置１Ｂは、前記第１実施形態の免震装置１と略同一の構成を備えているが、アイソレータ部４のゴム板６と鋼板７とを加硫接着した点が第１実施形態と相違している。この免震装置１Ｂは、前述の免震装置１，１Ａと同様に、円筒管５内部にゴム板６と鋼板７とを交互に円筒管５内部に挿入した後に、加硫接着によりゴム板６と鋼板７とを接着して製造される。この加硫接着の際、加熱により溶けたゴム板６の一部が前述のゴム板６および鋼板７と円筒管５との隙間に流れ込み、隙間がゴムで埋められるようになっている。

このような本実施形態によれば、前記（２）、（３）と同様の効果に加えて以下のような効果がある。
（４）すなわち、円筒管５内部にゴム板６と鋼板７とを積層した状態にて加硫接着することで、従来のような金型装置等の大規模な製造設備を用いなくても製造することができ、製造コストを低減することができる。さらに、金型を用いないことで、金型へのセットや脱型に要する手間や時間をなくして製造時間の短縮化を図ることができる。

なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態においては、建物の基礎部分に設置される免震装置１，１Ａ，１Ｂについて説明したが、本発明の免震装置は、建築分野における建物に限らず、土木分野における橋梁や高架道路等に設置してもよい。この際、橋梁や高架道路等における橋脚と橋桁（路盤）との間に免震装置を設置して橋桁（路盤）への地震動入力を低減させるようにできる。さらに、建築や土木の構造物に限らず、美術館や博物館等の建物において、収蔵棚や展示ケース等を本発明の免震装置で支持することも可能であり、このようにすれば地震時に収蔵品や展示品の落下や破損を防止することができる。

また、前記実施形態では、側面部材を連続断面を有した管状体である円筒管５から構成したが、これに限らず、次の図６および図７に示すような構成が採用できる。
ずなわち、図６に示す側面部材は、各々金属製の複数の縦棒材５１とリング状棒材５２とを互いに交差させて緊結した籠状体５０Ａから構成されている。このような籠状体５０Ａは、水平力が作用した場合に、アイソレータ部４のせん断変形に追従して全体としてせん断変形し、所定の変形量において、縦棒材５１およびリング状棒材５２が曲げ降伏するように設定され、これにより履歴減衰を発揮することができるように構成されている。
一方、図７に示す側面部材は、左右に並設された複数の金属製板材５３と、これらの板材５３を外側から拘束するリング材５４とを有した樽状体５０Ｂから構成されている。このような樽状体５０Ｂは、水平力が作用した場合に、アイソレータ部４のせん断変形に追従して全体としてせん断変形し、所定の変形量において、板材５３が曲げ降伏またはせん断降伏するように設定され、これにより履歴減衰を発揮することができるように構成されている。さらには、樽状体５０Ｂにおいて、板材５３同士が摺動することで、その摩擦力によって生じる減衰力も期待できる。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明の第１実施形態に係る免震装置を示す断面図である。 前記免震装置の製造方法を説明する斜視図である。 前記免震装置の一部の動作を説明する斜視図である。 前記免震装置の変形例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る免震装置を示す断面図である。 本発明の変形例に係る免震装置の側面部材を示す斜視図である。 本発明の変形例に係る免震装置の側面部材を示す斜視図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…免震装置、２，３…フランジ、４…アイソレータ部、５…側面部材としての円筒管、８…固着具としてのバンド、９…固着具としてのビス、５０Ａ…側面部材としての籠状体、５０Ｂ…側面部材としての樽状体、５１…縦棒材、５２…リング状棒材、５３…板材。

Claims (6)

1. ゴム状弾性体と金属製板材とを交互に複数積層して形成されたアイソレータ部と、
   前記アイソレータ部の上下に密接して設けられた一対の金属製フランジと、
   前記上下の金属製フランジ間に渡り前記アイソレータ部の側面を囲んで設けられた側面部材とを備えた免震装置であって、
   前記側面部材は、少なくとも当該免震装置の製造時において、前記アイソレータ部のゴム状弾性体と金属製板材との積層状態を維持させるだけの所定の剛性を有して全体筒状に形成されていることを特徴とする免震装置。
2. 請求項１に記載の免震装置において、
   前記側面部材は、前記上下の金属製フランジ相互の水平変位に追従してせん断変形し、このせん断変形によって減衰力を発揮する減衰材料から構成されていることを特徴とする免震装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の免震装置において、
   前記側面部材の上下端部は、各々前記上下の金属製フランジに溶接固定されているか、または当該側面部材を外側から締め付けるバンドを有した固着具で前記上下の金属製フランジに固定されていることを特徴とする免震装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の免震装置において、
   前記側面部材は、金属製、樹脂製、またはゴム製であって、連続断面を有した管状体から構成されるか、複数の棒材を互いに交差させて緊結した籠状体から構成されるか、または左右に並設した複数の板材を外側から拘束した樽状体から構成されていることを特徴とする免震装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の免震装置において、
   前記アイソレータ部のゴム状弾性体と金属製板材とは、互いに接着されないことを特徴とする免震装置。
6. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の免震装置において、
   前記アイソレータ部のゴム状弾性体と金属製板材とは、当該免震装置の製造時において、前記側面部材に囲まれた状態で加硫接着されることを特徴とする免震装置。

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