JP2012062968A - 積層支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した減衰性能を得る。
【解決手段】積層弾性体１６は、剛性を有する金属板１８と弾性を有するゴム板１９とが所定の積層方向に交互に積層されて構成されている。積層弾性体１６の内部には、積層方向に金属板１８及びゴム板１９を貫通して形成された中空に充填され、積層方向に互いに間隔をあけて配置された、複数の減衰部材３０が備えられ、積層弾性体１６の、減衰部材３０が設けられている部分を減衰材積層弾性部２０とし、減衰部材３０が設けられていない部分を単積層弾性部２４とすると、減衰材積層弾性部２０は、少なくとも積層弾性体１６の積層方向の両端部に配置されている。
【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、中心に中空部を貫通形成し、その内部に減衰部材を充填するものがある。このような、減衰部材を充填することにより、振動入力時に減衰部材もせん断変形し、効果的に振動を減衰させることができる（特許文献１参照）。

ところで、上記の積層支持体は、様々な構造物を支持するために用いられており、用途によって、積層支持体の高さに対して比較的径を小さく設計する場合もある。この場合には、前述の減衰部材についても高さに対して径が小さくなるため、振動入力時において、減衰部材への曲げ変形力成分の影響が大きくなり、せん断変形による安定した減衰性能を得にくくなるという問題が生じる。よって、従来、比較的径を小さくするような場合には、前述のような減衰部材が充填された積層支持体を用いることができなかった。

特開２００８−１１６０４１号公報

本発明は上記事実を考慮して成されたものであり、安定した減衰性能を得ることの可能な積層支持体を得ることを課題とする。

請求項１に係る積層支持体は、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た積層弾性体と、前記積層弾性体の内部に前記積層方向に前記剛性板及び前記弾性板を貫通して形成された中空に充填され、前記積層方向に互いに間隔をあけて配置された、複数の減衰部材と、を備え、前記積層弾性体の、前記減衰部材が設けられている部分の前記剛性板および前記弾性板で構成される部分を減衰材積層弾性部とし、前記減衰部材が設けられていない前記剛性板および前記弾性板で構成される部分を単積層弾性部とすると、前記減衰材積層弾性部は、少なくとも前記積層弾性体の前記積層方向の両端部に配置されている。

請求項１の積層支持体では、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を得ることができる。

積層弾性体の中空には、減衰部材が充填されている。減衰部材は、複数が積層方向に互いに間隔を開けて配置されている。そして、減衰部材が設けられている部分の剛性板および弾性板で構成される部分を減衰材積層弾性部とし、減衰部材が設けられていない剛性板および弾性板で構成される部分を単積層弾性部とすると、減衰材積層弾性部は、少なくとも積層弾性体の積層方向の両端部に配置されている。

積層弾性体の両端部は、中央部と比較して、振動入力時における曲げ変形の影響を受けにくい。したがって、この部分に減衰部材を分割して配置することにより、積層方向に連続した減衰部材を充填する場合と比較して１個の積層方向の高さを低くして、曲げ変形の影響を抑え、せん断変形させて安定した減衰性能を得ることができる。

請求項２に係る積層支持体は、前記積層弾性体が、前記減衰材積層弾性部、前記単積層弾性部、及び、前記減衰材積層弾性部の３部分が、この順に積層されて構成されていること、を特徴とする。

このように、３部構成とすることにより、簡易に積層支持体を構成することができる。

請求項３に係る積層支持体は、前記単積層弾性部が、前記減衰材積層弾性部よりも高硬度であること、を特徴とする。

前記単積層弾性部は、減衰材積層弾性部よりも積層方向の中央側に配置されているため、曲げ変形の影響を受けやすい。そこで、単積層弾性部を減衰材積層弾性部よりも高硬度とすることにより曲げ変形を抑えると共に、減衰材積層弾性部をせん断変形しやすくして、積層弾性体の全体が均一にせん断変形するようにする。これにより、積層支持体で安定した減衰性能を得ることができる。

請求項４に係る積層支持体は、前記減衰材積層弾性部と前記単積層弾性部が、前記剛性板よりも厚みの厚い拘束鋼板を介して接着されていること、を特徴とする。

拘束鋼板を減衰材積層弾性部と単積層弾性部の間に配置することにより、積層弾性部への曲げ変形成分の影響を抑制して、減衰材積層弾性部及び単積層弾性部を安定してせん断変形させることができる。

請求項５に係る積層支持体は、前記減衰部材が、弾塑性体で構成される塑性流動材に硬質充填材を充填して構成されていること、を特徴とする。

減衰部材を上記構成とすることにより、積層弾性体のせん断変形時に硬質充填材の間を塑性流動材が移動（流動）し、大きな減衰力を得ることができる。

本発明は上記構成としたので、安定した減衰性能を得ることができる。

本実施形態の積層支持体を変形前において示す断面図である。 本実施形態の積層支持体を変形後において示す断面図である。 本実施形態の積層支持体を構成する各部のせん断荷重に対するせん断変位の関係を示すグラフである。

図１には、本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、複数枚の金属板１８と、同じく複数枚の円盤状のゴム板１９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。剛性板としての金属板１８は、円盤状とされ鋼板などの金属製とされている。弾性板としてのゴム板１９は、円盤状とされ、弾性を有するゴム材で構成されている。

積層弾性体１６は、減衰材積層弾性部２０と単積層弾性部２４とが拘束鋼板２２を介して積層されて構成されている。減衰材積層弾性部２０には、交互に積層された金属板１８とゴム板１９の中央に金属板１８及びゴム板１９をＸ方向に貫通する円柱状の空間である中空Ｒが構成されている。なお、中空Ｒの形状は円柱状でなくてもよい。中空Ｒには、減衰部材３０が充填されている。減衰部材３０の詳細については後述する。

単積層弾性部２４は、交互に積層された金属板１８とゴム板１９に、前述の中空Ｒが構成されていない。拘束鋼板２２は、金属板１８よりも厚みの厚い鋼板で構成されている。たとえば、金属板１８の厚みを３ｍｍ〜５ｍｍの範囲、拘束鋼板２２の厚みを９ｍｍ〜１５ｍｍの範囲に設定することができる。

積層弾性体１６は、減衰材積層弾性部２０、拘束鋼板２２、単積層弾性部２４、拘束鋼板２２、減衰材積層弾性部２０の順に積層されて構成されている。したがって、減衰部材３０は、積層弾性体１６のＸ方向両端に互いに離間して配置されている。

積層弾性体１６は、金属板１８とゴム板１９の外側端面を周囲から被覆する被覆材１７を有している。被覆材１７によって金属板１８及びゴム板１９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１７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１７はゴム板１９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１９と被覆材１７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１７とゴム板１９を接着剤等で接着してもよい。

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、橋梁等）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。

積層弾性体１６を構成する金属板１８とゴム板１９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。また、拘束鋼板２２についても、ゴム板１９と加硫接着により（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。

減衰材積層弾性部２０のゴム板１９のゴム硬度は、単積層弾性部２４のゴム板１９のゴム硬度よりも低硬度とされている。減衰材積層弾性部２０（減衰部材３０入り）を２層積層した場合のせん断荷重とせん断変位の関係を２０Ｓ、単積層弾性部２４のせん断荷重とせん断変位の関係を２４Ｓ、積層弾性体１６全体のせん断荷重とせん断変位の関係を１６Ｓとすると、図３に示すように、減衰部材３０の降伏点Ｐまでは２０Ｓは２４Ｓよりもせん断変形しにくいが、降伏点Ｐを超えると２４Ｓよりもせん断変形しやすくなるように、設定することができる。

なお、減衰材積層弾性部２０を２層積層した場合の１００％せん断時のせん断弾性率は０．３ＭＰ〜０．６ＭＰ、単積層弾性部２４の１００％せん断時のせん断弾性率は０．６ＭＰ〜１．２ＭＰの範囲で設定することが好ましい。このように、せん断弾性率を設定することにより、せん断変形しにくい積層弾性体１６の両端部を大きくせん断変形させて、積層弾性体１６の全体をバランスよくせん断変形させることができる。

積層支持体１２が水平方向のせん断力を受けると、図２に示されるように、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する。ここで、上記のように、金属板１８とゴム板１９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の圧縮変形（すなわちゴム板１９の圧縮）が抑制されている。

減衰材積層弾性部２０に構成された中空Ｒには、減衰部材３０が充填されている。減衰部材３０は、弾塑性体で構成された塑性流動材３２に硬質充填材３４が充填されて構成されている。ここで、弾塑性体とは、ある降伏点まではせん断応力とせん断ひずみとが比例する弾性的な挙動を示し、この降伏点を超えると、せん断応力が一定になるような塑性挙動を示す材料をいう。換言すると、降伏点を超えると弾塑性体は硬化していない（非硬化）状態になっている。このような挙動を示す材料は、特に弾完全塑性体と呼ばれている。弾塑性体としては、たとえば、未加硫ゴム、熱可塑性エラストマー等を挙げることができるが、これらに限定されない。未加硫ゴムの主成分（ポリマー）としては、天然ゴム（ＮＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）等が挙げられる。さらに、未加硫ゴムや熱可塑性エラストマー等にカーボンブラック、炭酸カルシウム、オイル・樹脂等の配合剤を配合したものでもよい。特に未加硫ゴムは入手が容易であり、且つ低コストで構成できるので、好ましい。

塑性流動材３２内には、塑性流動材３２に対して剛体とみなせる硬質の材料で構成された硬質充填材３４が、所定の体積充填率となるように複数充填されている。この「体積充填率」とは、塑性流動材３２の体積と硬質充填材３４の体積の和に対する硬質充填材３４の体積の比を百分率で示したものである。

硬質充填材３４の材質は、塑性流動材３２に対して剛体とみなせる程度の硬さを有する材料であればよい。たとえば、金属、セラミックやエンジニアリングプラスチック等を適用することができるが、これらに限定されない。金属の具体例としては、純鉄、あるいは炭素鋼やステンレス鋼などの鉄を主成分とした粉体を挙げることができる。特に鉄は、他の金属と比較して比較的高いため温度上昇が抑制され、初期の特性を維持できるので、好ましい。

中空Ｒの端部には閉塞板３６が配置されている。閉塞板３６は、中空ＲのＸ方向の端部を閉塞できるように、中空Ｒよりも大径の円盤状に形成されて中空Ｒに圧入されている。閉塞板３６をフランジ板１４及び拘束鋼板２２に固定することで、中空Ｒを密閉することができる。

なお、減衰部材３０の円断面の直径ＡとＸ方向の高さＨの比Ａ／Ｈは、１／２〜２の範囲であることが好ましい。この範囲に設定することにより、減衰部材３０への曲げ変形成分を抑制して効果的にせん断変形させることができる。

上記構成とされた本実施形態の積層支持体１２では、振動入力により支持部材と被支持部材との水平方向への相対移動があると、図２に示すように積層弾性体１６が弾性的にせん断変形する。このとき、中空Ｒ内の減衰部材３０もせん断変形する。減衰部材３０は、Ｘ方向に離間して２個が配置されているので、積層弾性体１６のＸ方向に連続して１個のものとした場合と比較して、直径Ａ／高さＨの比は、大きくなる。したがって、振動入力時における、減衰部材３０に対しての曲げ変形成分の影響が抑制され、減衰部材３０を確実にせん断変形させて、安定した減衰性能を得ることができる。

また、本実施形態の減衰部材３０は、積層弾性体１６のＸ方向両端に配置されているので、Ｘ方向中央に配置されている場合と比較して、振動入力時における曲げ力の作用が小さい。したがって、減衰部材３０をより確実にせん断変形させて、安定した減衰性能を得ることができる。

また、本実施形態では、減衰材積層弾性部２０のせん断弾性率を、単積層弾性部２４のせん断弾性率よりも小さくし、せん断変形しやすくしている。したがって、積層弾性体１６の全体をバランスよくせん断変形させることができる。

また、本実施形態では、拘束鋼板２２が減衰材積層弾性部２０の端部面に接着されている。したがって、積層弾性体１６の湾曲が抑制され、積層支持体１２をより確実にせん断変形させて、安定した減衰性能を得ることができる。

また、本実施形態では、減衰部材３０が、塑性流動材３２と硬質充填材３４で構成されている。したがって、積層弾性体１６のせん断変形時に硬質充填材３４の間を塑性流動材３２が移動（流動）し、大きな減衰力を得ることができる。

なお、本実施形態では、減衰部材３０を、塑性流動材３２と硬質充填材３４で構成したが、鉛プラグを中空に充填して減衰部材としてもよいし、樹脂プラグを中空に充填して減衰部材としてもよい。

また、本実施形態では、積層弾性体１６は、減衰材積層弾性部２０、拘束鋼板２２、単積層弾性部２４、拘束鋼板２２、減衰材積層弾性部２０の順に積層されて構成される３部分構成の例について説明したが、単積層弾性部２４のＸ方向中央部にさらに減衰部材３０を設けるなどして、４部分以上の構成としてもよい。

１２ 積層支持体
１６ 積層弾性体
１８ 金属板
１９ ゴム板
２０ 減衰材積層弾性部
２２ 拘束鋼板
２４ 単積層弾性部
３０ 減衰部材
３２ 塑性流動材
３４ 硬質充填材
Ｒ 中空

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た積層弾性体と、
   前記積層弾性体の内部に前記積層方向に前記剛性板及び前記弾性板を貫通して形成された中空に充填され、前記積層方向に互いに間隔をあけて配置された、複数の減衰部材と、
   を備え、
   前記積層弾性体の、前記減衰部材が設けられている部分の前記剛性板および前記弾性板で構成される部分を減衰材積層弾性部とし、前記減衰部材が設けられていない前記剛性板および前記弾性板で構成される部分を単積層弾性部とすると、前記減衰材積層弾性部は、少なくとも前記積層弾性体の前記積層方向の両端部に配置されている、積層支持体。
2. 前記積層弾性体は、前記減衰材積層弾性部、前記単積層弾性部、及び、前記減衰材積層弾性部の３部分が、この順に積層されて構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の積層支持体。
3. 前記単積層弾性部は、前記減衰材積層弾性部よりも高硬度であること、を特徴とする項１または請求項２に記載の積層支持体。
4. 前記減衰材積層弾性部と前記単積層弾性部は、前記剛性板よりも厚みの厚い拘束鋼板を介して接着されていること、を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の積層支持体。
5. 前記減衰部材は、弾塑性体で構成される塑性流動材に硬質充填材を充填して構成されていること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層支持体。

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