JP2015215010A - 積層ゴム支承装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛コア又は鉛プラグ等の円柱状金属体による振動エネルギ吸収能の低下を防ぐことができる上に、積層方向における高い剛性と荷重支持能力とを得ることができる積層ゴム支承装置を提供すること。
【解決手段】積層ゴム支承装置１は、円盤状の鋼板２と円盤状のゴム層３とを交互に積層してなる円筒状の積層体４と、鋼板２間においてゴム層３内に配された円盤状の中間鋼板５と、鋼板２、ゴム層３及び中間鋼板５の夫々の中央部を積層方向Ｖにおいて貫通した円柱状中空部６に配されている円柱状の鉛プラグ７とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビル等の建物、橋若しくは高速道路等の橋桁等々の構造物を支持すると共に、地震等の振動を構造物に伝達させない上に、構造物の振動を早期に減衰させるために、構造物と橋脚若しくは地面との間に配される、例えば免震装置などに用いることのできる積層ゴム支承装置に関する。

補強層と弾性層とを交互に積層してなる積層体と、この積層体の補強層及びゴム層を貫通した円柱状中空部に配された鉛プラグとを具備した鉛プラグ入り積層ゴム支承装置は知られている。

特開８−０８２０１２号公報 特開２００１−３５５６７６公報

ところで、鉛プラグを補強層、即ち剛性層と弾性層とを貫通させて配置した場合、各弾性層の厚みが厚くなると、振動に際して鉛プラグに設計した通りの安定した剪断塑性変形を生じさせ難くなる場合があり、鉛プラグの振動エネルギ吸収能が低下する虞がある。

そこで、例えば、特許文献１には、各挟みプレートとこの各挟みプレートの間に付加した挟みプレートよりも小径の小径プレートとで鉛コアを上下方向の載荷によって過大な膨らみをその円柱形状に生じさせないように押さえ付ける免震装置が、そして、特許文献２には、補強層間に配された中間プレートで鉛プラグを拘束する鉛プラグ入り積層ゴム支承装置が夫々提案されている。

しかしながら、斯かる免震装置及び鉛プラグ入り積層ゴム支承装置（以下、積層ゴム支承装置という）おいて、仮に、鉛コアを各挟みプレートと小径プレートとで押付け又は鉛プラグを中間プレートで拘束して、鉛コア又は鉛プラグの膨らみ、換言すると、弾性層への鉛コア又は鉛プラグの食い込み、即ち、孕み出しを防止することによって、鉛コア又は鉛プラグによる振動エネルギ吸収能の低下を防ぐことができても、積層体の径方向の外側での弾性層の補強層間、特に、積層方向における最上位及び最下位の補強層間からの径方向外側への膨らみ、即ち、孕み出しを防止し得ないと、積層ゴム支承装置の積層方向における高い剛性と荷重支持能力とを得られ難い。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、鉛コア又は鉛プラグ等の円柱状金属体による振動エネルギ吸収能の低下を防ぐことができる上に、積層方向における高い剛性と荷重支持能力とを得ることができる積層ゴム支承装置を提供することにある。

本発明による積層ゴム支承装置は、剛性層と弾性層とを交互に積層してなる積層体と、積層方向における少なくとも最上位及び最下位の剛性層間において弾性層内に配された中間板と、剛性層、ゴム層及び中間板を貫通した円柱状中空部に配されている少なくとも一つの塑性変形自在な円柱状金属体とを具備しており、各中間板は、剛性層の内側環状部間に配されていると共に円柱状金属体を取り囲む内側環状部と、剛性層の外側環状部間に配された外側環状部と、一方では、円柱状金属体を取り囲む内側環状部の外周縁に、他方では、剛性層の外側環状部間に配された外側環状部の内周縁に夫々連結された連結部とを有しており、この連結部には、複数の貫通孔又は凹所が設けられており、貫通孔又は凹所には、中間板を挟んで当該中間板に隣接する弾性層と一体にされた弾性体が埋設されている。

本積層ゴム支承装置によれば、積層方向における最上位及び最下位の剛性層間において弾性層内に中間板が配されており、各中間板において、剛性層の内側環状部間に配された内側環状部が円柱状金属体を取り囲んでいるために、弾性層への円柱状金属体の食い込み、即ち、弾性層への円柱状金属体の孕み出しを防止することができ、円柱状金属体の振動エネルギ吸収能の低下を防ぐことができ、しかも、外側環状部が連結部を介して内側環状部に連結されているために、剛性層の外側環状部間、特に積層方向における最上位及び最下位の剛性層の外側環状部間に配された外側環状部を拘束して、外側環状部を径方向に変位しないようにでき、加えて、連結部に設けられた貫通孔又は凹所には、中間板を挟んで当該中間板に隣接する弾性層と一体にされた弾性体が埋設されているために、最上位及び最下位の剛性層の外側環状部と外側環状部との間に配された弾性層を拘束できて、積層体の径方向外側での弾性層の最上位及び最下位の剛性層間からの径方向外側への膨らみを防止でき、而して、積層方向における高い剛性と荷重支持能力とを得ることができる。

好ましい例では、剛性層及び中間板は、鋼板からなり、弾性層及び弾性体は、ゴムからなるが、剛性層及び中間板は、鋼板に限定されず、例えば、炭素繊維、ガラス繊維若しくはアラミド繊維等の繊維補強合成樹脂板又は繊維補強硬質ゴム板等からなってもよく、更に剛性層の層数においても特に限定されず、一方、弾性層及び弾性体のゴムは、天然ゴム及び合成ゴムのうちの少なくとも一つ又は天然ゴム及び合成ゴムのうちの少なくとも一つにカーボンブラックや樹脂系材料を充填した高減衰ゴムからなっていてもよく、好ましくは、弾性体は、弾性層と同一材料のゴムからなっている。

円柱状中空部は、一個でも複数個であってもよく、積層体は、円柱状、楕円柱状、角柱状、特に四角柱状であってもよく、本発明の好ましい例では、円柱状金属体は、鉛を主成分とした鉛プラグ及び錫を主成分とした錫プラグのうちの少なくとも一方からなり、鉛プラグの場合には、純度９９．９％以上の鉛を、錫プラグの場合にも、純度９９．９％以上の錫を用いるとよいが、本発明は、これらに限定されず、塑性変形でき、しかも、塑性変形において高い変形エネルギー吸収性を呈する上に、塑性変形後の元の形状への復帰において、常温下で再結晶可能な金属又は合金からなっていてもよい。

本発明の好ましい他の例では、複数の貫通孔又は凹所の夫々は、内側環状部の環状の外周縁と、外側環状部の環状の内周縁と、一方では、内側環状部の環状の外周縁に、他方では、外側環状部の環状の内周縁に夫々連接された中間板の一対の側縁とによって規定されている。

本発明では、貫通孔又は凹所は、特に限定されないが、好ましい例では、平面視で扇形を有している。

中間板の内側環状部は、円柱状金属体の円筒状表面を拘束して円柱状金属体の円筒状表面の径方向外方への孕み出しを阻止するように、当該円柱状金属体の円筒状表面に接触した円環状内面を有していてもよい。

本発明では、積層方向の最上位及び最下位の剛性層は、当該積層方向の最上位及び最下位の剛性層を除く積層方向の最上位及び最下位の剛性層間の剛性層の積層方向の厚みよりも大きな厚みを有し、積層方向の最上位及び最下位の剛性層は、その一方の面で開口した一方の円柱状凹所と、その他方の面で開口していると共に一方の円柱状凹所に連通し、しかも、一方の円柱状凹所の径よりも小さな径をもった他方の円柱状凹所とを有し、円柱状中空部は、積層方向の最上位及び最下位の剛性層を除く積層方向の最上位及び最下位間の剛性層、ゴム層及び中間板の円環状内面で規定された貫通孔と、他方の円柱状凹所とからなっていてもよく、この場合、他方の円柱状凹所は、貫通孔の径と同一の径を有していてもよく、また、積層方向の最上位及び最下位の剛性層を除く積層方向の最上位及び最下位の剛性層間の剛性層の円環状内面、ゴム層及び中間板の円環状内面並びに他方の円柱状凹所を規定する最上位及び最下位の剛性層の円環状内面は、円柱状金属体の円筒状表面に接触しているとよい。

本発明は、剛性層及び中間板に対する腐食防止用、特に、防錆用として積層体の外周面を被覆する被覆層を更に有していてもよい。

本発明によれば、鉛コア又は鉛プラグ等の円柱状金属体による振動エネルギ吸収能の低下を防ぐことができる上に、積層方向における高い剛性と荷重支持能力とを得ることができる積層ゴム支承装置を提供し得る。

図１は、本発明の好ましい例の正面断面説明図である。 図２は、図１に示す例の一部拡大説明図である。 図３は、図１に示す例の中間板の平面説明図である。 図４は、図３に示す中間板のＩＶ−ＩＶ線矢視断面説明図である。 図５は、図１に示す例の鋼板の平面説明図である。 図６は、本発明の好ましい他の例の中間板の一部断面説明図である。

次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。

図１から図５において、本例の積層ゴム支承装置１は、剛性層としての円盤状の鋼板２と弾性層としてのゴムからなる円盤状のゴム層３とを交互に積層してなる円筒状の積層体４と、鋼板２間においてゴム層３内に配された中間板としての円盤状の中間鋼板５と、鋼板２、ゴム層３及び中間鋼板５の夫々の中央部を積層方向Ｖにおいて貫通した円柱状中空部６に配されている塑性変形自在な円柱状金属体としての、鉛を主成分とした円柱状の鉛プラグ７と、積層体４の円筒状の外周面８を被覆する円筒状の被覆層９と、複数の鋼板２のうちの積層方向Ｖにおいて最上位の鋼板１０にボルト等により固着されていると共にビル等の建物、橋若しくは高速道路等の橋桁等の上部構造物１１の下面１２に同じくボルト等により固着される円盤状の鋼板からなる上取付板１３と、複数の鋼板２のうちの積層方向Ｖにおいて最下位の鋼板１４にボルト等により固着されていると共に地盤上の基礎等の下部構造物１５の上面１６に同じくボルト等により固着される円盤状の鋼板からなる下取付板１７と、最上位の鋼板１０及び上取付板１３間に配された上剪断キー１８と、最下位の鋼板１４及び下取付板１７間に配された下剪断キー１９とを具備している。

鋼板１０及び１４は、鋼板２のうちの当該鋼板１０及び１４を除く鋼板１０及び１４間の鋼板２５の積層方向Ｖの厚みｔよりも大きな厚みＴを有しており、円環状の外周面２６を有した鋼板１０及び１４の夫々は、その一方の面２７で開口していると共に鋼板１０及び１４の夫々の円環状内面２８で規定された一方の円柱状凹所２９と、その他方の面３０で開口していると共に一方の円柱状凹所２９に連通し、しかも、一方の円柱状凹所２９の径Ｒよりも小さく、円柱状中空部６の径ｒと同じ径ｒをもった鋼板１０及び１４の夫々の円環状内面３１で規定された他方の円柱状凹所３２とをその中央に有しており、鋼板１０及び１４間の鋼板２５の夫々は、鋼板１０及び１４の外周面２６と同径であって外周面２６と面一に配された円環状の外周面３３と、径ｒと同じ径ｒをもった中央の貫通孔３４を規定すると共に円環状内面３１と面一に配された円環状内面３５とを有している。

鋼板１０及び１４間の鋼板２５の積層方向Ｖの厚みｔ１よりも大きい一方、鋼板１０及び１４の厚みＴよりも小さい積層方向Ｖの厚みｔ２を有しているゴム層３の夫々は、外周面２６及び３３と面一に配された円環状の外周面４１と、径ｒと同じ径ｒをもった中央の貫通孔４２を規定すると共に円環状内面３１及び３５と面一に配された円環状内面４３とを有している。

鋼板１０及び１４間の鋼板２の積層方向Ｖの厚みｔ１よりも小さい厚みｔ３を有していると共に外周面２６、３３及び４１と面一に配された円環状外面５１と中央の貫通孔５２を規定すると共に円環状内面３１、３５及び４３と面一に配された円環状内面５３とを有している中間鋼板５の夫々は、積層方向Ｖにおいて鋼板１０、１４及び２５からなる鋼板２の内側環状部５４間に配されていると共に鉛プラグ７の円筒状表面５５を取り囲む内側環状部５６と、積層方向Ｖにおいて鋼板１０、１４及び２５からなる鋼板２の外側環状部５７間に配された外側環状部５８と、一方では、内側環状部５６の外周縁５９に、他方では、外側環状部５８の内周縁６０に夫々連結された連結部６１とを有している。

内側環状部５６の円環状内面５３は、鉛プラグ７の円筒状表面５５を拘束して鉛プラグ７の円筒状表面５５の径方向外方Ｈへの孕み出しを阻止するように、当該鉛プラグ７の円筒状表面５５に接触している。

連結部６１には、円周方向Ｐに等間隔（中心角に関して４５°の等角度間隔）に配列されていると共に夫々平面視で扇形を有している複数、即ち八個の貫通孔６５が設けられており、貫通孔６５には、中間鋼板５を挟んで当該中間鋼板５に隣接するゴム層３に加硫接着されて当該ゴム層３と一体にされていると共にゴム層３と同一材料のゴムからなっている弾性体６６が埋設されている。

複数の貫通孔６５の夫々は、内側環状部５６の環状の外周縁５９と、外側環状部５８の環状の内周縁６０と、一方では、内側環状部５６の環状の外周縁５９に、他方では、外側環状部５８の環状の内周縁６０に夫々連接された中間鋼板５の一対の直線状の側縁７１及び７２とによって規定されている。

円柱状中空部６は、鋼板２５、ゴム層３及び中間鋼板５の円環状内面３５、４３及び５３で規定されていると共に夫々同一の径ｒをもった貫通孔３４、４２及び５２と、円環状内面３１で規定されていると共に貫通孔３４、４２及び５２の径ｒと同一の径ｒをもった他方の円柱状凹所３２とからなっており、円環状内面３１、３５、４３及び５３は、貫通孔３４、４２及び５２並びに円柱状凹所３２の径ｒと同一の径ｒをもった鉛プラグ７の円筒状表面５５に接触している。

鋼板１０及び１４の夫々の外周面２６、鋼板２５の夫々の外周面３３、ゴム層３の夫々の外周面４１及び中間鋼板５の夫々の円環状外面５１からなる積層体４の円筒状の外周面８を被覆すると共に円筒状の外周面７３を有した被覆層９は、これら外周面２６、３３、４１及び円環状外面５１に加硫接着されてゴム層３と一体にされていると共にゴム層３と同一材料のゴムからなっており、ゴム層３の夫々は、積層方向Ｖにおいて当該ゴム層３を挟んで当該ゴム層３に接触した鋼板２及び中間鋼板５に加硫接着されて一体にされている。

上取付板１３は、円柱状凹所２９の径Ｒと同一の径Ｒをもった円柱状凹所７５をその中央に有しており、下取付板１７も、円柱状凹所２９の径Ｒと同一の径Ｒをもった円柱状凹所７６をその中央に有しており、上剪断キー１８は、円柱状凹所２９及び７５において上取付板１３及び鋼板１０に接触すると共に積層方向Ｖにおけるその下面７７で鉛プラグ７の積層方向Ｖにおける上端面７８に接触して当該円柱状凹所２９及び７５に配されており、下剪断キー１９は、円柱状凹所２９及び７６において下取付板１７及び鋼板１４に接触すると共に積層方向Ｖにおけるその上面７９で鉛プラグ７の積層方向Ｖにおける下端面８０に接触して当該円柱状凹所２９及び７５に配されている。

以上の積層ゴム支承装置１は、上部構造物１１の積層方向Ｖの荷重を積層体４で支持する一方、地震等による上部構造物１１に対する下構造物１５の径方向外方Ｈへの振動をゴム層３の径方向外方Ｈの剪断変形により許容して下構造物１５の径方向外方Ｈへの振動の上部構造物１１への伝達を抑制して上部構造物１１の免震を達成し、下構造物１５の径方向外方Ｈへの振動に基づいて生じる上部構造物１１の径方向外方Ｈへの振動のエネルギーを、積層体４の径方向外方Ｈの剪断変形に伴って生じる鉛プラグ７の剪断変形により吸収して、上部構造物１１の径方向外方Ｈへの振動を早期に減衰させるようになっている。

そして、積層ゴム支承装置１では、鋼板２間においてゴム層３内に中間鋼板５が配されており、各中間鋼板５において、鋼板２の内側環状部５４間に配された内側環状部５６が鉛プラグ７を取り囲んでいるために、荷重支持時及び剪断変形時においてゴム層３への鉛プラグ７の鉛の食い込み、即ち、ゴム層３への鉛プラグ７の鉛の孕み出しを防止することができ、鉛プラグ７の振動エネルギ吸収能の低下を防ぐことができ、しかも、中間鋼板５の外側環状部５８が連結部６１を介して内側環状部５６に連結されているために、鋼板２の外側環状部５７間に配された外側環状部５８を拘束して、外側環状部５８を径方向、即ち、径方向外方Ｈの一方の方向に変位しないようにでき、加えて、連結部６１に設けられた貫通孔６５には、中間鋼板５を挟んで当該中間鋼板５に隣接するゴム層３と一体にされた弾性体６６が埋設されているために、鋼板２の外側環状部５７間に配されたゴム層３を拘束できて、荷重支持時及び剪断変形時において積層体４の径方向外側でのゴム層３の鋼板２間からの径方向外側Ｈへの膨らみを防止でき、而して、積層方向Ｖにおける高い剛性と荷重支持能力とを得ることができる。

ところで、積層ゴム支承装置１では、中間鋼板５は、連結部６１に貫通孔６５を備えているが、これに代えて、図６に示すように、連結部６１に、当該連結部６１の積層方向Ｖの一方及び他方の円形端面８１及び８２の夫々で開口していると共に平面視で扇形を有している凹所８３及び８４を備えていてもよく、凹所８３及び８４の夫々は、外周縁５９、内周縁６０並びに側縁７１及び７２と、一方では、外周縁５９に、他方では、内周縁６０に夫々連結された連結底板部８５の積層方向Ｖの一方及び他方の底面８６及び８７の夫々によって規定されており、凹所８３及び８４の夫々には、中間鋼板５を挟んで当該中間鋼板５に隣接するゴム層３に加硫接着されて当該ゴム層３と一体にされていると共にゴム層３と同一材料のゴムからなっている上記の弾性体６６と同等の弾性体が埋設されている。

図６に示す中間鋼板５によっても、凹所８３及び８４の夫々に弾性体６６が埋設されているために、凹所８３及び８４の夫々に埋設されている弾性体６６により鋼板２の外側環状部５７間に配されたゴム層３を拘束できて、荷重支持時及び剪断変形時において積層体４の径方向外側でのゴム層３の鋼板２間からの径方向外側Ｈへの膨らみを防止でき、而して、積層方向Ｖにおける高い剛性と荷重支持能力とを得ることができる。

以上の積層ゴム支承装置１では、積層方向Ｖにおいて貫通孔６５が完全に重ね合わされるようにして積層方向Ｖに中間鋼板５を積層したが、これに代えて、貫通孔６５が部分的に重ね合わされるように又は貫通孔６５が重ね合わされないようにして積層方向Ｖに中間鋼板５を積層してもよく、更に、積層体が四角柱状である場合には、中間鋼板５は、円盤状に代えて、矩形状であってもよく、また、中間鋼板５を全てのゴム層３内に配したが、積層方向Ｖにおいて最上位の鋼板１０と鋼板１０に隣接する鋼板２５との間である最上位の鋼板２間及び積層方向Ｖにおいて最下位の鋼板１４と鋼板１４に隣接する鋼板２５との間である最下位の鋼板２間の夫々におけるゴム層３内のみに中間鋼板５を配してもよく、加えて、最上位の鋼板２間及び最下位の鋼板２間以外の鋼板２間の全てに中間鋼板５を配する代わりに、一つ又は二つ置き等の鋼板２間の夫々に中間鋼板５を配してもよく、更には、積層方向Ｖの中央部に向って中間鋼板５が配されない鋼板２間が多く又は少なくなるように、中間鋼板５を配してもよい。

１ 積層ゴム支承装置
２、１０、１４ 鋼板
３ ゴム層
４ 積層体
５ 中間鋼板
６ 円柱状中空部
７ 鉛プラグ
８ 外周面
９ 被覆層
１１ 上部構造物
１２ 下面
１３ 上取付板
１５ 下部構造物
１６ 上面
１７ 下取付板
１８ 上剪断キー
１９ 下剪断キー

Claims (10)

1. 剛性層と弾性層とを交互に積層してなる積層体と、積層方向における少なくとも最上位及び最下位の剛性層間において弾性層内に配された中間板と、剛性層、ゴム層及び中間板を貫通した円柱状中空部に配されている少なくとも一つの塑性変形自在な円柱状金属体とを具備しており、各中間板は、剛性層の内側環状部間に配されていると共に円柱状金属体を取り囲む内側環状部と、剛性層の外側環状部間に配された外側環状部と、一方では、円柱状金属体を取り囲む内側環状部の外周縁に、他方では、剛性層の外側環状部間に配された外側環状部の内周縁に夫々連結された連結部とを有しており、この連結部には、複数の貫通孔又は凹所が設けられており、貫通孔又は凹所には、中間板を挟んで当該中間板に隣接する弾性層と一体にされた弾性体が埋設されている積層ゴム支承装置。
2. 剛性層及び中間板は、鋼板からなり、弾性層及び弾性体は、ゴムからなる請求項１に記載の積層ゴム支承装置。
3. 円柱状金属体は、鉛を主成分とした鉛プラグ及び錫を主成分とした錫プラグのうちの少なくとも一方からなっている請求項１又は２に記載の積層ゴム支承装置。
4. 複数の貫通孔又は凹所の夫々は、内側環状部の環状の外周縁と、外側環状部の環状の内周縁と、一方では、内側環状部の環状の外周縁に、他方では、外側環状部の環状の内周縁に夫々連接された中間板の一対の側縁とによって規定されている請求項１から３のいずれか一項に記載の積層ゴム支承装置。
5. 貫通孔又は凹所は、平面視で扇形を有している請求項１から４のいずれか一項に記載の積層ゴム支承装置。
6. 中間板の内側環状部は、円柱状金属体の円筒状表面を拘束して円柱状金属体の円筒状表面の径方向外方への孕み出しを阻止するように、当該円柱状金属体の円筒状表面に接触した円環状内面を有している請求項１から５のいずれか一項に記載の積層ゴム支承装置。
7. 積層方向の最上位及び最下位の剛性層は、当該積層方向の最上位及び最下位の剛性層を除く積層方向の最上位及び最下位の剛性層間の剛性層の積層方向の厚みよりも大きな厚みを有しており、積層方向の最上位及び最下位の剛性層は、その一方の面で開口した一方の円柱状凹所と、その他方の面で開口していると共に一方の円柱状凹所に連通し、しかも、一方の円柱状凹所の径よりも小さな径をもった他方の円柱状凹所とを有しており、円柱状中空部は、積層方向の最上位及び最下位の剛性層を除く積層方向の最上位及び最下位間の剛性層、ゴム層及び中間板の円環状内面で規定された貫通孔と、他方の円柱状凹所とからなる請求項１から６のいずれか一項に記載の積層ゴム支承装置。
8. 他方の円柱状凹所は、貫通孔の径と同一の径を有している請求項７に記載の積層ゴム支承装置。
9. 積層方向の最上位及び最下位の剛性層を除く積層方向の最上位及び最下位の剛性層間の剛性層の円環状内面、ゴム層及び中間板の円環状内面並びに他方の円柱状凹所を規定する最上位及び最下位の剛性層の円環状内面は、円柱状金属体の円筒状表面に接触している請求項７又は８に記載の積層ゴム支承装置。
10. 積層体の外周面を被覆する被覆層を更に有している請求項１から９のいずれか一項に記載の積層ゴム支承装置。

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