JP2007182914A - 積層ゴム支承装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＰＲ型の積層ゴム支承装置のせん断変形時の減衰作用を向上させ、一層改善された総合性能に優れる積層ゴム支承装置を実現し、提供する。
【解決手段】複数枚の弾性ゴム層と剛性板とを交互に積層して成る積層体と、積層体の中央部に形成される積層方向に貫通する孔に挿入される柱状の鉛芯材と、積層体のせん断変形に伴う鉛芯材のせん断変形を拘束すべく鉛芯材の外周面と貫通孔の内周面との間の環状空間部に介装される筒形拘束体１０と、を有するとともに、筒形拘束体１０は、筒状の拘束部材１３と、これの内外に配置される高減衰ゴム製で筒状の母材層１４，１５とから構成されている積層ゴム支承装置。
【選択図】図２

Description

本発明は積層ゴム支承装置に係り、詳しくは、複数枚の弾性ゴム層と剛性板とを交互に積層して成る積層体と、その中央部又はその周辺部に形成された貫通孔に挿入された柱状の鉛芯材とを有して成る積層ゴム支承装置に関するものである。

この種の積層ゴム支承装置の一例としては、特許文献１において開示されたものが知られている。これは、ＬＲＢ型の積層ゴム支承装置（Ｌｅａｄ Ｒｕｂｂｅｒ Ｂｅａｒｉｎｇ：鉛プラグ入り積層ゴム支承装置）と呼ばれ、柱状鉛芯材と積層体とが直接に嵌合される構造を有している。ＬＲＢ型の積層ゴム支承装置では、特許文献２の図５に示されるように、大なるせん断変形が生じた際に剛性板が鉛芯材に食い込んで鉛芯材が局部変形したり、鉛芯材が弾性ゴム層に食い込むように膨出変形して弾性ゴム層を損傷させたりする不都合があり、せん断変形特性あるいは減衰特性が損なわれて長期に亘って所期の振動エネルギー吸収・減衰性能を保持することができないという問題、即ち、履歴依存性が大きいという不利がある。しかしながら、せん断変形時に鉛芯材が弾性ゴム層に侵入することによって鉛芯材が大きくせん断変形することが可能となるので、大なる減衰作用を得ることはできる。

これに対して特許文献２において開示されたもののように、柱状鉛芯材の外周面と貫通孔の内周面との間の環状空間部に、積層体のせん断変形に伴う鉛芯材のせん断変形を拘束する筒形拘束体が介装された構造のものが知られており、これはＳＰＲ型の積層ゴム支承装置（Ｓｐｒｉｎｇ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｐｂ Ｒｂｂｅｒ Ｂｅａｒｉｎｎｇ：スプリング拘束型鉛プラグ入り積層ゴム支承装置）と呼ばれる。ＳＰＲ型の積層ゴム支承装置においては、筒形拘束体の存在により、積層体のせん断変形時に伴って塑性せん断変形する鉛芯材の全外周面が取り囲まれ、鉛芯材が弾性ゴム板に食い込んだり、剛性板が鉛芯材に食い込んだりすることが防止されるようになる。

つまり、特許文献２に示される積層ゴム支承装置は、鉛芯材が弾性ゴム板に食い込んだり、剛性板が鉛芯材に食い込んだりすることを防止すべく、柱状鉛芯材の外周面と貫通孔の内周面との間に筒形の拘束部材を配置するものであり、拘束が強くて鉛拘束部（弾性ゴム板や剛性板）への食い込みが生じないものとなっている。これにより、特許文献１の図５に示されような前述の不都合（履歴依存性が大きい等）を回避して、長期に亘って安定した減衰性能が発揮できるという重要な利点を有している。

従って、さらに改良された積層ゴム支承装置を目指して行くには、前述した重要な利点を有するＳＰＲ型の積層ゴム支承装置を基本にして開発するのが得策であると考えられる。即ち、ＳＰＲ型の積層ゴム支承装置の有する減衰作用を強化することである。
特開２００１−１５９４４７号公報 特開２００３−２１４４９３号公報

本発明の目的は、上記実情に鑑みることにより、ＳＰＲ型の積層ゴム支承装置のせん断変形時の減衰作用をより一層向上させ、総合性能に優れる積層ゴム支承装置を実現し、提供する点にある。

請求項１に係る発明は、積層ゴム支承装置において、複数枚の弾性ゴム層１と剛性板２とを交互に積層して成る積層体３と、前記積層体３の中央部又はその周辺部に形成される積層方向に貫通する孔７に挿入される柱状の鉛芯材８と、前記積層体３のせん断変形に伴う前記鉛芯材８のせん断変形を拘束すべく前記鉛芯材８の外周面と前記貫通孔７の内周面との間の環状空間部９に介装される筒形拘束体１０と、を有するとともに、
前記筒形拘束体１０は、筒状の拘束部材１３と、これの内外に配置される高減衰ゴム製で筒状の母材層１４，１５とから構成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に記載の積層ゴム支承装置において、前記拘束部材１３は、互いに密に隣接させて螺旋状に巻き付けられたコイル状体１２と、このコイル状体１２を覆ってその内外周面に及ぶように形成されて前記コイル状体１２に加硫接着により一体化される収容ゴム層１１とから構成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２に記載の積層ゴム支承装置において、前記収容ゴム層１１が高減衰ゴムから構成されてい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２又は３に記載の積層ゴム支承装置において、前記コイル状体１２は、コイルスプリング又は撚線で構成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、筒形拘束体の内外に配置される母材層を高減衰ゴムで構成してあるから、せん断変形時には、その高減衰ゴム自身の有する減衰作用が追加されるようになる。そして、母材層が高減衰ゴムであることから、鉛芯材が適度に筒形拘束体に食い込むことができ、それによるアンカー効果によってせん断変形時に鉛芯材と筒形拘束体との間の滑り等が生ぜず、鉛芯材の変形が「純せん断変形」に近くなり、有効な減衰作用を確保することが可能になる。また、高減衰ゴムが塑性変形し易いこと、及び優れたセット性（後述）を持つことにより、鉛芯材の充填率を向上し得、この点からも減衰作用の強化を図ることが可能になる。その結果、ＳＰＲ型の積層ゴム支承装置のせん断変形時の減衰作用を向上させ、一層改善された総合性能に優れる積層ゴム支承装置を実現し、提供することができる。

筒形拘束体としては、請求項２のように、コイル状体とこれを囲繞するように加硫接着される収容ゴム層とから成るものとすれば、せん断変形時における追従変形がし易く、本来の横揺れ減衰作用の妨げになり難いようにしながら、必要となる鉛芯材の変形抑制作用が得られるようになる。この場合、請求項３のように、収容ゴム層も高減衰ゴムとすれば、それによってさらに減衰作用が強化される利点がある。また、コイル状体は、請求項４のように、コイルスプリングや撚線を用いて構成することができる。

以下に、本発明による積層ゴム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〜図３は実施例１による積層ゴム支承装置に関する各図、図４及び図５は実施例２による積層ゴム支承装置の主要部の構造図と、鉛芯材と筒形拘束体との寸法関係を示す表、図６は実施例３による積層ゴム支承装置を示す図である。

〔実施例１〕
実施例１による積層ゴム支承装置２０は、図１に示すように、複数枚の弾性ゴム板（弾性ゴム層の一例）１と、薄鋼板からなる複数枚の剛性板２と、上下の厚肉フランジ４，４とを上下交互に配置して積層し、かつ、その積層物（ゴム板１、剛性板２、厚肉フランジ４，４）の外周に被覆ゴム１Ａを配置し、これらを加硫接着により一体化してなる積層体３の上下両端に、上部構造物Ａ及び下部構造物ＢにアンカーＣ，Ｃ等を介して固定支持可能な取付板５，５がせん断キー６，６により固定接合されて構成されている。

積層体３の中央部には、その積層方向（上下方向）に貫通する貫通孔７が形成されており、この貫通孔７内に柱状の鉛で成る鉛芯材８が挿入されているとともに、この鉛芯材８の外周面と貫通孔７の内周面との間の環状空間部９には、積層体３が地震等によって水平力を受けてせん断変形する時に鉛芯材８を拘束して、鉛芯材８がゴム板１に食い込んだり、剛性板２が鉛芯材８に食い込んだりすることを防止するための筒形拘束体１０が介装されている。

筒形拘束体１０は、図１〜図３に示すように、筒状の拘束部材１３と、これの内外に配置される高減衰ゴム製で筒状の内周ゴム層（母材層の一例）１４及び外周ゴム層（母材層の一例）１５とから構成されている。即ち、筒状の拘束部材１３は、収容ゴム層１１でトッピングされた二束の撚線（コイル状体の一例）１２，１２を単位構成幅２Ｗとして成るスチールコードで構成されている。このスチールコード１３を、積層ゴム本体３の内外方向で互いに密接させて二列に配置（二プライ）した上、内外二列のスチールコード１３ｉ，１３ｏそれぞれを、図２に示すように、互いに隙間なく密に隣接させて螺旋状に巻き付けてある。尚、収容ゴム層１１の材質としては、ＮＢＲ等のほか、高減衰ゴムでも良い。

内外スチールコード１３ｉ，１３ｏのうち内側列の螺旋状スチールコード１３ｉの内周面に、鉛芯材８の外径と等しい内径を有する内周ゴム層１４を、かつ、外側列の螺旋状スチールコード１３ｏの外周面に、貫通孔７の内径と等しい外径を有する外周ゴム層１５をそれぞれ配置してある。これら内周ゴム層１４及び外周ゴム層１５を、螺旋状スチールコード１３ｉ，１３ｏの収容ゴム層１１に加硫接着することにより、それら内，外ゴム層１４，１５と螺旋状スチールコード１３ｉ，１３ｏとを一体化して作製されている。また、このように作製された筒形拘束体１０は、環状空間９内に挿入しその外周ゴム層１５を積層ゴム本体３のゴム板１に加硫接着されている。

ここで、各螺旋状スチールコード１３（１３ｉ，１３ｏ）の単位構成となる撚線１２は、直径が約０．１５ｍｍ程度の数十本の金属細線１２ａを撚ったものである。また、内側列の螺旋状スチールコード１３ｉの螺旋巻き角度θ１及び外側列の螺旋状スチールコード１３ｏの螺旋巻き角度θ２を、内側列の螺旋状スチールコード１３ｉの巻き径をＤ１、外側列の螺旋状スチールコード１３ｏの巻き径をＤ２とするとき、次式により決定するようにしても良い。
ｔａｎθ１＝Ｗ／Ｄ１ｔａｎθ２＝Ｗ／Ｄ２

ところで、積層ゴム支承装置としてのせん断変形による減衰作用を強化するには、鉛芯材の径寸法を大きくすれば良さそうであるが、そうすると積層ゴムの横断方向の面積が不足して基本性能が低下するので、単純に大径化する訳にはいかない。従来の筒形拘束体は、筒状の拘束部材と、これの内外に配置されるゴム製で筒状の母材層とから構成される三重構造のものであり、その内側に比較的柔らかいものである鉛芯材を圧入的に詰め込むようになる。つまり、鉛芯材を筒形拘束体にセットする際には、筒形拘束体を外径側に圧縮させながらその内側空間部分に柔らかい鉛芯材を詰め込むような状態となる。

従って、筒形拘束体の前記圧縮率が大きいほど鉛芯材の充填率も高くなるので、高性能なＳＰＲ型の積層ゴム支承装置とするには、鉛芯材の充填率を高くることが求められる、ということになるのである。このように、筒形拘束体の内側への鉛芯材の詰め込み易さを「セット性」と定義すれば、母材層１４，１５が高減衰ゴムである場合には、鉛芯材のセット性が良いということができ、実質的に鉛芯材の充填率を上げることが可能になる。

〔実施例２〕
実施例２による積層ゴム支承装置２０は、図４に示すように、収容ゴム層１１でトッピングされた二束の撚線１２，１２を単位構成幅２Ｗとする一列のスチールコード１３のみを互いに隙間なく密に隣接させて螺旋状に巻き付け、この螺旋状スチールコード１３の内外周面に内，外周ゴム層１４，１５を加硫接着してなる一プライ構成のものであっても良い。この実施例２の積層ゴム支承装置における鉛芯材８と筒形拘束タイ１０との寸法関係は、図５に示す寸法対比表のように設定される。

即ち、図５に示すように、鉛芯材８の直径をＤｐ、高減衰ゴム製の内周ゴム層１４の厚み（径方向厚み）をｔｉｎ、拘束部材１３の厚み（径方向厚み）をｔｒ、高減衰ゴム製の外周ゴム層１５の厚み（径方向厚み）をｔｏｕｔとした場合、これら四者の寸法は、図５の寸法対比表に示される関係に設定される。図５の表から、内周ゴム層１４の厚みと外周ゴム層１５の厚みは等しく、拘束部材（図５では「拘束材」と記載）１３の厚みは、各ゴム層１４，１５の厚み以下となっていることが理解できる。

〔実施例３〕
実施例３による積層ゴム支承装置２０は、図６に示すように、積層体３の全体を四角柱形状とし、この積層体３の中央部の周辺に円周方向に等間隔で複数（実施例３では４つで示すが、３つでも、５つ以上でもよい）の貫通孔７を形成し、これら貫通孔７内にそれぞれ鉛芯材８を挿入するとともに、各鉛芯材８の外周面と貫通孔７の内周面との間の環状空間部９にそれぞれ実施例１で示した二プライ構成の筒形拘束体１０を介装させたものである。この実施例３において上記したもの以外の構成は、実施例１の積層ゴム支承装置２０と同様であるため、該当部分に同一の符号を付してその詳細説明は省略するものとする。

以上述べたように、本発明においては、積層ゴム支承装置２０において、複数枚の弾性ゴム層１と剛性板２とを交互に積層して成る積層体３と、積層体３の中央部又はその周辺部に形成される積層方向に貫通する孔７に挿入される柱状の鉛芯材８と、積層体３のせん断変形に伴う鉛芯材８のせん断変形を拘束すべく鉛芯材８の外周面と貫通孔７の内周面との間の環状空間部９に介装される筒形拘束体１０と、を有するとともに、筒形拘束体１０は、筒状の拘束部材１３と、これの内外に配置される高減衰ゴム製で筒状の母材層１４，１５とから構成されているものであり、次のような作用効果を奏することができる。

１．筒形拘束タイ１０の母材層である高減衰ゴムによる内外周ゴム層１４，１５自身の減衰作用によって向上するから、鉛芯材８の断面積を増やすことなく減衰性能を向上させることが可能である。
２．筒形拘束体１０の母材層１４，１５が高減衰ゴムであるから、鉛芯材８が適度に筒形拘束体１０に食い込むことができ、それによるアンカー効果によってせん断変形時に鉛芯材８と筒形拘束体１０との間の滑り等が生ぜず、鉛芯材８の変形が「純せん断変形」に近くなり、有効な減衰作用を確保することが可能になる。
３．高減衰ゴムが塑性変形し易いこと、及び優れたセット性を持つことにより、鉛芯材８の充填率を向上し得、この点からも減衰作用の強化を図ることが可能となる利点がある。

積層ゴム支承装置の全体縦断面図（実施例１） 図１における筒形拘束体の拡大縦断面図 図２の筒形拘束体を構成するスチールコードの拡大断面図 筒形拘束体の別構造を示す拡大断面図（実施例２） 鉛芯材と筒形拘束体との寸法関係を示す表 別構造による積層ゴム支承装置の全体縦断面図（実施例３）

符号の説明

１ 弾性ゴム層
２ 剛性板
３ 積層体
７ 貫通孔
８ 鉛芯材
９ 環状空間部
１０ 筒形拘束体
１１ 収容ゴム層
１２ コイル状体
１３ 拘束部材
１４ 内母材層
１５ 外母材層
２０ 積層ゴム支承装置

Claims (4)

1. 複数枚の弾性ゴム層と剛性板とを交互に積層して成る積層体と、前記積層体の中央部又はその周辺部に形成される積層方向に貫通する孔に挿入される柱状の鉛芯材と、前記積層体のせん断変形に伴う前記鉛芯材のせん断変形を拘束すべく前記鉛芯材の外周面と前記貫通孔の内周面との間の環状空間部に介装される筒形拘束体と、を有するとともに、
   前記筒形拘束体は、筒状の拘束部材と、これの内外に配置される高減衰ゴム製で筒状の母材層とから構成されている積層ゴム支承装置。
2. 前記拘束部材は、互いに密に隣接させて螺旋状に巻き付けられたコイル状体と、このコイル状体を覆ってその内外周面に及ぶように形成されて前記コイル状体に加硫接着により一体化される収容ゴム層とから構成されている請求項１に記載の積層ゴム支承装置。
3. 前記収容ゴム層が高減衰ゴムから構成されている請求項２に記載の積層ゴム支承装置。
4. 前記コイル状体は、コイルスプリング又は撚線で構成されている請求項２又は３に記載の積層ゴム支承装置。
   

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