JP2007177515A

JP2007177515A - 免震支承装置

Info

Publication number: JP2007177515A
Application number: JP2005377358A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Miyauchi; 康宏宮内
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】積層ゴム部の構造工夫により、弾性ゴム層の厚さを薄くすることなく一次形状係数を大きくして面圧依存性の小さいものとしながら、前述した１．〜３．の不利益を回避できる優れた免震支承装置を実現し、提供する。
【解決手段】複数の弾性ゴム層１と複数の剛性板２とを交互に積層して成る積層ゴム部３を、一対のフランジ板４，５間に配置して成る免震支承装置において、弾性ゴム層１は、ゴムｇに繊維材６を水平又はほぼ水平となる一方向に揃えて配向される状態に混入して成る繊維補強ゴムシートに形成されるとともに、積層ゴム部３としては繊維材６の方向性が無い又はほぼ無い状態となるように、複数の弾性ゴム層１がそれらの繊維材６の向きを分散させて積層されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震等によって建物や橋梁等に伝わる横揺れや振動を減衰させる免震支承装置に係り、詳しくは、複数の弾性ゴム層と複数の剛性板とを交互に積層して成る積層ゴム部を、一対のフランジ板間に配置して成る免震支承装置に関するものである。

上記の免震支承装置は、例えば、特許文献１において開示されたものが知られている。特許文献１のものは、ゴムシート体と、繊維強化プラスチックシート体とを交互に複数積層配置して成る積層ゴム本体と、その積層ゴム本体の軸方向両端部に挟持されるように固着された一対のフランジ部とを有した構造のものに構成されている。

この種の免震支承装置においては、従来より面圧依存性の小さいことが要求されている。即ち、面圧依存性とは、弾性ゴム層における面圧（鉛直荷重を弾性ゴム層の面積で除した値）の変化に対する水平特性のことであり、これが小さい方が、面圧変化に対する水平特性の変化が少なく安定した水平特性を得ることができるという利点がある。

特に建物用の免震支承装置には小さい面圧依存性が要求される。面圧依存性を小さくするには、弾性ゴム層の厚みを小さくして一次形状係数Ｓ１を大きくすることが必要である。ここで、一次形状係数Ｓ１を、図１を参照して説明すると、弾性ゴム層１の面積（平面視の面積）をＡｒ、弾性ゴム層１の１層あたりの側面（周面）の面積をＡｆとした場合、
Ｓ１＝Ａｒ／Ａｆ……（１）
と定義されるものである。

従来、一次形状係数Ｓ１を大きくする手段としては、弾性ゴム層１個当りの厚さを薄くするようにしていた。この手段では、弾性ゴム層の全体として必要となるゴム厚を確保するために、弾性ゴム層の総数を増やすことが必要となるから、それによって隣合う弾性ゴム層どうしの間に介装される剛性板の総数も増ええることとなる。そのため、弾性ゴム層１個当りの厚さを薄くする前のものに比べた場合、積層ゴム部における剛性板の占める比率が高くなり、１．製品重量が重くなる、２．製品高さが高くなる、３．製品コストが上がる、という不利益が生じていた。
特開平１１−２７０６１１号公報

本発明の目的は、積層ゴム部の構造工夫により、弾性ゴム層の厚さを薄くすることなく一次形状係数が小さくても面圧依存性の小さいものとしながら、前述した１．〜３．の不利益を回避できる優れた免震支承装置を実現し、提供する点にある。

請求項１に係る発明は、複数の弾性ゴム層１と複数の剛性板２とを交互に積層して成る積層ゴム部３を、一対のフランジ板４，５間に配置して成る免震支承装置において、
前記弾性ゴム層１は、ゴムｇに繊維材６を水平又はほぼ水平となる一方向に揃えて配向される状態に混入して成る繊維補強ゴムシートに形成されるとともに、前記積層ゴム部３としては前記繊維材６の方向性が無い又はほぼ無い状態となるように、前記複数の弾性ゴム層１がそれらの前記繊維材６の向きが分散する状態に積層されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の免震支承装置において、前記剛性板２を介して積層方向で隣合う任意の前記弾性ゴム層１，１どうしは、各々の前記繊維材６，６の向きが異なり、かつ、前記各々の繊維材６，６どうしの角度差θが全て互いに同等となる状態に設定されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の免震支承装置おいて、前記繊維材６は短繊維であることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の免震支承装置において、前記弾性ゴム層１の積層方向での表面積Ａｒを前記弾性ゴム層１の外周面積Ａｆで除した値である一次形状係数Ｓ１が、免震対象物が橋梁である場合には４〜１５に、好ましくは４〜７に、そして免震対象物が建物である場合には２５〜５０に、好ましくは２５〜３５に夫々設定されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の免震支承装置において、前記剛性板２の長さａ（又はＤ）を、前記弾性ゴム層１の積層方向厚みｔと前記弾性ゴム層の総数ｎとを乗じた値で除した値である二次形状係数Ｓ２が、免震対象物が橋梁である場合には３〜２０に、好ましくは３〜５に、そして免震対象物が建物である場合には３〜１５に、好ましくは３〜５に夫々設定されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、弾性ゴム層を、繊維材をゴムに混入させて成る繊維補強ゴムシートとしてあるので、ゴムのみで作成されている従来のものに比べて、弾性ゴム層の厚みを変えることなく縦弾性係数（ヤング率）を大きくすることができる。故に、弾性ゴム層の厚みを薄くすることなく鉛直剛性（上下方向の剛性）を上げて、実質的に一次形状係数を大きくして面圧依存性を小さくすることができるので、一次形状係数を大きくすべく弾性ゴム層を薄くするという手段は不要になる。従って、剛性板の比率が上がることが無くなり、それによって前述した不利益１．〜３．を解消することができる。

そして、製作が容易で効率良く行え、かつ、品質が安定するように繊維材を揃えてゴムに混入させてあることから、その揃っている一方向には弾性ゴム層としてのばね定数が、それに直交する横方向のばね定数に比べてやや高くなる傾向がある（図３参照）。そこで、本発明では、隣合う弾性ゴム層の繊維材の方向が９０度ずつずらすといった具合に、複数の弾性ゴム層をそれらの繊維材の向きが分散するように積層して、積層ゴム部としては繊維材の方向性が無い又はほぼ無い状態としてあるから、方向によって横方向のばね定数、即ち水平剛性が変化するということが無く、また水平剛性の値自体も従来のものと殆ど変わらないようにすることができる。

その結果、積層ゴム部の構造工夫により、弾性ゴム層の厚さを薄くすることなく、一次形状係数が小さくても（一次形状係数を大きくして）面圧依存性の小さいものとしながら、前述した１．〜３．の不利益、即ち製品重量が重くなる、製品高さが高くなる、製品コストが上がる、を回避できる優れた免震支承装置を実現して提供することができる。繊維材としては、請求項３のように、製造が容易な短繊維を用いることができる。

請求項２の発明によれば、剛性板を介して積層方向で隣合う弾性ゴム層どうしの繊維材に角度差が付き、しかもその角度差はどの弾性ゴム層どうしのものでも互いに同じであるから、例えば、隣の繊維材との角度差が全て９０度になる等、繊維材の方向性を少ない弾性ゴム層で相殺することが可能であり、より品質の安定する免震支承装置が提供できる。

請求項３の発明によれば、弾性ゴム層を形成すべくゴムに混入される繊維材を短繊維としてあるので、免震支承装置に高い圧縮荷重（高面圧）が作用したときの側方への孕み出し（ゴムが、制限の無い横側方に膨張変形する現象）が抑制される（後述の「一次形状係数」を高くした場合と同様の効果が得られる）ことにより、クリープが小さくなる利点を得ることが可能になる。

請求項４の発明や５の発明によれば、次のような作用効果を得ることができる。即ち、建築用の免震支承装置と橋梁用の免震支承装置とを比較した場合、桁の回転荷重による変形に追従できるようにするため、橋梁用の一次形状係数を小さくするのが望ましい。建築用の免震支承装置に使用されるゴムは、せん断弾性率Ｇ（例えば、Ｇ＝３．５〜４．５Ｎ／ｍｍ^２）の柔らかいゴムであるのに対して、橋梁用の免震支承装置に使用されるゴムは、せん断弾性率Ｇ（例えば、Ｇ＝８〜１４Ｎ／ｍｍ^２）の硬いゴムが使用される。一方、免震支承装置に作用する鉛直荷重（面圧）は、建築用のものが高面圧で使用されるに対して、橋梁用のものはそれよりも低い面圧で使用されるので、一次形状係数は建築用のものの方を高くして鉛直剛性を高くする必要がある。

建築用の免震支承装置の場合は、その水平剛性を柔らかくすることにより、固有周期を長周期化し、地震時の短周期の激しい揺れに対して、上部構造物はゆっくりとした長周期の揺れになり、応答加速度を低減して建物に与えるダメージが抑制されるように機能する。揺れの周期は、荷重が高いほど、そして水平剛性が低い（柔らかい）ほど長くなり、ゴムのせん断弾性率（Ｇ）が低いほど、水平剛性は低くなり、長周期化（３〜４秒）することができる。一方、橋梁用の免震支承装置の場合は、それほど長周期化は必要ではなく、ゴム支承構造によって橋脚への反力を分散できる効果を得ることが重要となる。

従って、一次形状係数、及び二次形状係数を請求項４や５のように規定することにより、上述した性質を有する建築用、橋梁用として好適な免震支承装置を得ることができる。特に、一次形状係数として建築用を２５〜３５に、橋梁用を４〜７にするとか、二次形状係数として建築用を３〜５に、橋梁用を３〜５にすれば、従来構造のものと比較して、ゴムのはらみ出し、局部歪を抑制することによる水平変形時においても、荷重支持能力を高く保持することができる利点がある。

以下に、本発明による免震支承装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は免震支承装置の断面図、図２は弾性ゴム層の配置方向を示す部分断面の斜視図、図３は繊維材の方向性を示す弾性ゴム層の平面図、図４，５は各種免震支承装置の主要緒元を示す図表である。尚、便宜上、図１は積層ゴム部の平面視形状が矩形の橋梁用の免震支承装置として、図２，３は積層ゴム部の平面視形状が円形の建築用の免震支承装置として描いてある。また、図１に示す実施例１の免震支承装置Ｍは、図４における層数が６となる実施例３，６，９，１２のいずれかに対応する構造として描いてある。

〔実施例１〕
実施例１による免震支承装置Ｍを図１に示す。この免震支承装置Ｍは、平面視の形状が円形で複数の弾性ゴム層１と平面視の形状が円形で複数の鋼板（剛性板の一例）２とを交互に積層し成る円筒形の積層ゴム部３を、上下一対で円板状のフランジ板４，５間に配置して構成されている。積層ゴム部３は、その上下端には弾性ゴム層１が配置されるように、弾性ゴム層１と鋼板２との積層段数が設定されているとともに、各フランジ板４，５に密着する外周ゴム層７によって外側が覆われる構成となっている。

弾性ゴム層１は、ゴムｇに繊維材６を一方向に揃えて配向される状態に混入して成る繊維補強ゴムシートに形成されている。そして、積層ゴム部３としては（積層ゴム部３全体として見た場合）繊維材６の方向性が無い状態（又はほぼ無い状態）となるように、複数の弾性ゴム層１がそれらの繊維材６の向きが分散する状態に積層されている。つまり、鋼板２を介して上下に隣合う任意の弾性ゴム層１どうしは、各々の繊維材６の向きが異なり、かつ、各々の繊維材６どうしの角度差が全て互いに９０度（同等の一例）となる状態に設定されている。なお、繊維材６は短繊維から成っている。

弾性ゴム層１単品の特性としては、例として図３に示す最上段の弾性ゴム層１のように、ばね定数は、繊維材６の配向方向ｈ１には高い値を示し、繊維材６に交差する方向（直交する方向）には低い値を示す。従って、全ての弾性ゴム層１を、それらの繊維材６の向きが揃うように積層すると、ｈ１方向にはばね定数が高くて横変位し難く、ｈ２方向にはばね定数が低くて容易に横変位するという、極めてアンバランスな横揺れ吸収機能となってしまい、都合が悪い。

そこで、具体的には、図２に示すように、最上段の弾性ゴム層１の繊維材６の方向を第１方向ｈ１とすると、その下方の弾性ゴム層１の繊維材６の向きは、免震支承装置Ｍとしての軸心Ｐを中心として第１方向ｈ１と９０度異なる第２方向ｈ２を向く姿勢に設定されている。つまり、上から奇数番目の弾性ゴム層１は第１方向ｈ１に、そして上から偶数番目の弾性ゴム層２は第２方向ｈ２を向く状態に設定されている。従って、弾性ゴム層１の総数が偶数である場合には繊維材６の方向性（異方性）は理論上は無くなり、奇数の場合であっても総数が十分に多い場合には繊維材６の方向性は殆ど無いものとなる。尚、図１においては、簡単のため、弾性ゴム層１及び鋼板２の総数が少ない橋梁用の免震支承装置Ｍを描いてある。

その結果、積層ゴム部３としては、全弾性ゴム層１それぞれの繊維材６の方向ｈ１，ｈ２の軸心Ｐに関する方向性が実質的に無い状態となり、軸心Ｐに関する３６０度のどの方向にも互いに等しいばね定数が発揮される免震支承装置Ｍが実現できている。これにより、弾性ゴム層１の単品当りの厚みを薄くしなくても見かけのヤング率を上げることができ、一次形状係数Ｓ１を上げるのと同じ効果を得ること、即ち、面圧依存性を小さくすることができている。

参考に、図４，５に橋梁用及び建築用の各免震支承装置の実施例の主要緒元を示す。図４の橋梁用の免震支承装置は、積層ゴム部３が平面視の形状が正方形（矩形）を呈するものを対象としており、「辺長」とはその一辺の長さを示している。そして、図５に示す建築用の免震支承装置は、中心に孔を有する平面視の形状が円形を呈するものを対象としており、「内径」とは中心孔の径を示している。これらの図から、橋梁用の免震支承装置は、弾性ゴム層１の厚みが厚くて積層数が少なく、比較的一次形状係数Ｓ１が小さいという特徴を有している。また、建築用の免震支承装置は、弾性ゴム層１の厚みが薄くて積層数が多く、比較的一次形状係数Ｓ１が大きいという特徴を有している。

図４に示す橋梁用の免震支承装置Ｍの一次形状係数Ｓ１及び二次形状係数Ｓ２は、弾性ゴム層１の辺長をａ、厚みをｔ、積層数をｎとすると、前記式（１）より、
Ｓ１＝Ａｒ／Ａｆ＝ａ^２／４ａｔ（ａ×ａ／４ａｔ）……（２）
Ｓ２＝ａ／ｎ・ｔ……（３）
であり、例えば実施例１の場合には、
Ｓ１＝７００×７００／７００×４×２５＝７
Ｓ２＝７００／２５×４＝７
となる。また、実施例９の場合には、
Ｓ１＝１２００×１２００／１２００×４×３０＝１０
Ｓ２＝１２００／３０×６＝６．６７
となる。

図５に示す建築用の免震支承装置Ｍの一次形状係数Ｓ１及び二次形状係数Ｓ２は、弾性ゴム層１の外径をＤ、内径をｄ、厚みをｔとすると、前記式（１）より、
Ｓ１＝Ａｒ／Ａｆ＝（Ｄ^２−ｄ^２）×０．２５π／（Ｄ＋ｄ）πｔ……（４）＝２５．１９
Ｓ２＝Ｄ／ｎ・ｔ……（５）
であり、例えば実施例１の場合には、
Ｓ１＝（７００^２−２５^２）０．２５π／（７００＋２５）π×６．７＝２５．１９
Ｓ２＝７００／２１×６．７＝４．９８
となる。また、実施例７の場合には、
Ｓ１＝（１２００^２−３５^２）０．２５π／（１２００＋３５）π×１１．５＝２５．３３
Ｓ２＝１２００／２１×１１．５＝４．９７
となる。

〔別実施例〕
隣合う弾性ゴム層１どうしの繊維材６の軸心Ｐに関する角度差は、前述の９０度のほか、４５度や１３５度、或いは６０度等でも良い。角度差が４５度と１３５度の場合は四段の弾性ゴム層１が一組となり、繊維材６の方向性を無くす点からは、総積層数が４の倍数となる積層ゴム部３とするのが望ましい。また、角度差が６０度の場合は三段の弾性ゴム層１が一組となり、繊維材６の方向性を無くす点からは、総積層数が３の倍数となる積層ゴム部３とするのが望ましい。

尚、図５に示す総積層数（層数）が２０以上といった多段である場合には、丁度倍数でなくても繊維材６の向きによる方向性を殆ど無くすことが可能である。また、繊維材の角度差を、例えば５０度といった具合の３６０度では割り切れないような値でも、繊維材６の方向性を大幅に減少させることができる点では有効である。要するに「分散する状態」とは、各弾性ゴム層１の繊維材６を互いに均等角度ずつずらすことや、不均等角度ずらすこと、二つ一組で９０度ずらすこと等の種々の手段が可能である。

免震支承装置の構造を示す断面図（実施例１）弾性ゴム層の配向状況を示す平面図繊維材の配向とバネ定数との関係を示す模式図橋梁用免震支承装置の主要緒元を数例示す図表建築用免震支承装置の主要緒元を数例示す図表

符号の説明

１弾性ゴム層
２剛性板
３積層ゴム部
４フランジ板
５フランジ板
６繊維材
ｇゴム
Ａｆ弾性ゴム層の外周面積
Ａｒ弾性ゴム層の表面積
Ｓ１一次形状係数
Ｓ２二次形状係数Ｓ

Claims

複数の弾性ゴム層と複数の剛性板とを交互に積層して成る積層ゴム部を、一対のフランジ板間に配置して成る免震支承装置であって、
前記弾性ゴム層は、ゴムに繊維材を水平又はほぼ水平となる一方向に揃えて配向される状態に混入して成る繊維補強ゴムシートに形成されるとともに、前記積層ゴム部としては前記繊維材の方向性が無い又はほぼ無い状態となるように、前記複数の弾性ゴム層がそれらの前記繊維材の向きが分散する状態に積層されている免震支承装置。
前記剛性板を介して積層方向で隣合う任意の前記弾性ゴム層どうしは、各々の前記繊維材の向きが異なり、かつ、前記各々の繊維材どうしの角度差が全て互いに同等となる状態に設定されている請求項１に記載の免震支承装置。
前記繊維材は短繊維である請求項１又は２に記載の免震支承装置。
前記弾性ゴム層の積層方向での表面積を前記弾性ゴム層の外周面積で除した値である一次形状係数が、免震対象物が橋梁である場合には４〜１５に、好ましくは４〜７に、そして免震対象物が建物である場合には２５〜５０に、好ましくは２５〜３５に夫々設定されている請求項１〜３の何れか一項に記載の免震支承装置。
前記剛性板の長さを、前記弾性ゴム層の積層方向厚みと前記弾性ゴム層の総数とを乗じた値で除した値である二次形状係数が、免震対象物が橋梁である場合には３〜２０に、好ましくは３〜５に、そして免震対象物が建物である場合には３〜１５に、好ましくは３〜５に夫々設定されている請求項１〜４の何れか一項に記載の免震支承装置。