JP2016028208A

JP2016028208A - 積層ゴム支承体

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Publication number: JP2016028208A
Application number: JP2015138818A
Authority: JP
Inventors: 柳　勝幸; Katsuyuki Yanagi; 勝幸柳; 美雪清水; Miyuki Shimizu; 芳光地; Yoshi Kochi; 昌啓箕輪; Masahiro Minowa; 修二今; Shuji Kon; 滋夫福田; Shigeo Fukuda
Original assignee: SWCC Showa Device Technology Co Ltd
Current assignee: SWCC Showa Device Technology Co Ltd
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2016-02-25
Anticipated expiration: 2035-07-10
Also published as: JP6482974B2

Abstract

【課題】せん断弾性率Ｇが０．２０〜０．２８Ｎ／ｍｍ２のように小さくても、固有周期の長周期化を図り、基準面圧を下げることなく、面圧依存性や座屈特性も良好な低弾性積層ゴム支承体を提供すること。【解決手段】複数のゴム状の弾性板１１と硬質板１２とが交互に積層一体化され、積層された弾性板１１及び硬質板１２の中央に中心孔１８が貫通して設けられた積層ゴム支承体１０である。弾性板１１のせん断弾性率Ｇが０．２０≦Ｇ≦０．２８Ｎ／ｍｍ２を満たし、中心孔１８の直径ｄと弾性板の直径Ｄとの比ｄ／Ｄが２〜３％であり、中心孔１８にゴム材が充填され充填部１９が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、建築物や機械装置等の免震構造に用いられる積層ゴム支承体に関する。

構造物への地震力を低減する免震装置として、積層ゴム支承体が知られている（例えば、特許文献１参照）。

積層ゴム支承体は、ゴム状弾性板と硬質板を交互に積層した構造を有しており、鉛直方向に高い（硬い）剛性、水平方向に低い（軟らかい）剛性を有し、構造物の基礎部分や中間階層等の免震層に介装される。

この積層ゴム支承体は、鉛直方向の硬い剛性で上部の構造物を支え、水平方向の柔らかい剛性でせん断変形し、上部の構造物の荷重を支えながら地震による揺れをゆっくりした周期（以下、固有周期という）で伝達するようにして、構造物への地震力を低減する。

特開平９−２１０１２４号公報特開２００１−１９８０２号公報

ところで、積層ゴム支承体における固有周期については、地震波入力に対する応答の収束傾向から、４秒以上とすることが有効であるとされている。

このため、高い免震性能を実現する上で、積層ゴム支承体の固有周期を４秒よりいかに長くできるかが課題となっている。

固有周期Ｔは下記式（１）により与えられる。

Ｔ＝２π√{Ｗ／（Ｋ_Ｈ・ｇ）}≒２π√{（Ｄ・σ）／（Ｓ_２・Ｇ・ｇ）} −（１）
但し、
Ｗ：建物総重量
Ｋ_Ｈ：積層ゴム支承体の水平剛性
ｇ：重力加速度
Ｄ：ゴム状弾性板の直径
σ：面圧
Ｓ_２：積層ゴム支承体の二次形状係数
Ｇ：ゴム状弾性板のせん断弾性率

ここで、二次形状係数Ｓ_２は、下記式（２）により与えられる。

Ｓ_２＝Ｄ_１／ｎｔ_Ｒ −（２）
但し、Ｄ₁：ゴム状弾性板の直径または一辺の長さ
ｔ_Ｒ：ゴム状弾性板の1層あたりの厚さ
ｎ：ゴム状弾性板の総数

この固有周期を長周期化させるためには、例えば、１）面圧を大きくすること、２）二次形状係数Ｓ_２を小さくすること、３）ゴム状弾性板（ゴム状弾性体）のせん断弾性率Ｇを小さくすること、が挙げられる。

１）面圧を大きくする方法について、まず、面圧は、積層ゴム支承体に作用する鉛直荷重を受圧面積にて除した鉛直方向の応力度をいう。この面圧を大きくする方法では、同一の鉛直荷重において、面圧を大きくすると積層ゴム支承体の外径（直径Ｄ）は小さくなり、上記式（１）によると固有周期Ｔを短くする要素が加わる。また、想定するせん断変形量が同じ場合、積層ゴム支承体の外径（直径Ｄ）が小さいほど、限界変形性能は劣ってしまう。よって、固有周期Ｔの長周期化を向上させるために面圧を大きくすることは困難である。

また、２）二次形状係数Ｓ_２を小さくする方法について、二次形状係数Ｓ_２は、載荷能力や水平剛性に関するパラメータであり、二次形状係数Ｓ_２を小さくすると、座屈や曲げ変形を起こしやすくなる。また、二次形状係数Ｓ_２は、支承する構造物の重量や想定するせん断変形量等の設計条件により設定されるため、固有周期Ｔの長周期化向上を目的にＳ_２を小さくした場合、他の免震特性に影響を及ぼす虞がある。

ここで、本発明者は、３）ゴム状弾性板（ゴム状弾性体）のせん断弾性率Ｇを小さくする方法によって、積層ゴム支承体の寸法を変更することなく、固有周期Ｔの長周期化（周期４秒以上）を検討した。

積層ゴム支承体のせん断弾性率Ｇを小さくする場合、クリープ特性や面圧依存性が低下する問題がある。例えば、積層ゴム支承体としてのせん断弾性率Ｇの下限は、一般的には、例えば、特許文献２（段落［００２１］参照）に示すように、３．０ｋｇｆ／ｃｍ^２（０．２９Ｎ／ｍｍ^２）程度とされていた。また、せん断弾性率Ｇが３．０ｋｇｆ／ｃｍ^２未満の場合では、積層ゴム支承体の水平剛性が小さくなり、わずかな振動入力によって変形量が大きくなることで限界変形量を超えてしまう虞もある。

一方、積層ゴム支承体の設計において基準面圧を設定している。基準面圧とは、水平方向の変形が零の時の圧縮限界強度σ_Ｂの１０％以上３０％以下に相当する面圧であり、積層ゴム支承体１０が長期にわたって支持しうる面圧である。この圧縮限界強度σ_Ｂは、下記式（３）で表される。

しかし、固有周期Ｔの長周期化（固有周期４秒以上）を目的として、ゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを小さくした場合、圧縮限界強度σ_Ｂが低下して所望の基準面圧が得られなくなるという問題がある。また、面圧が小さくなると、上記式（１）の関係から、固有周期Ｔの長周期化を妨げる要因となる。

また、基準面圧を１０Ｎ／ｍｍ^２として、積層ゴム支承体の外径をφ６００ｍｍまで小さくした場合、ゴム状弾性板のせん断弾性率Ｇを０．２９Ｎ／ｍｍ^２としても、固有周期Ｔは略４．０秒となる。よって、せん断弾性率Ｇを０．２９Ｎ／ｍｍ^２より大きくした場合は、固有周期Ｔ４．０秒以上の確保は、困難となる。

σ_Ｂ＝ζ・Ｇ・Ｓ_１・Ｓ_２ −（３）
但し、
ζ＝π√{ｋ／８（１＋２ｋＳ_１ ^２Ｇ／Ｅ_ｂ）}
Ｇ：ゴム状弾性板を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率
Ｓ_１：積層ゴム支承体の一次形状係数
Ｓ_２：積層ゴム支承体の二次形状係数
ｋ：ゴムの硬度に応じた補正係数
Ｅ_ｂ：体積弾性係数

積層ゴム支承体の一次形状係数Ｓ_１は下記式（４）で示される。
Ｓ_１＝（π（Ｄ_１ ^２−Ｄ_２ ^２）／４）／（π（Ｄ_１＋Ｄ_２）ｔ_Ｒ）
Ｓ_１＝（Ｄ_１−Ｄ_２）／４ｔ_Ｒ −（４）
但し、
Ｄ₁：ゴム状弾性板の直径または一辺の長さ
Ｄ₂：中心孔の直径
ｔ_Ｒ：ゴム状弾性板の１層あたりの厚さ
本発明者は、上述した要因を踏まえて、積層ゴム支承体の低弾性化、具体的には、せん断弾性率Ｇを０．２０〜０．２８Ｎ／ｍｍ^２にして、固有周期Ｔの長周期化（周期４秒以上）が図れた積層ゴム支承体の実現を考えた。

本発明の目的は、せん断弾性率Ｇが小さくても（０．２０〜０．２８Ｎ／ｍｍ^２）、固有周期の長周期化を図り、基準面圧を下げることなく、面圧依存性や座屈特性も良好な低弾性積層ゴム支承体を提供することである。

本発明の積層ゴム支承体の一つの態様は、複数のゴム状弾性板と硬質板とが交互に積層一体化され、積層された前記ゴム状弾性板及び前記硬質板の中央に中心孔が貫通して設けられた積層ゴム支承体において、前記ゴム状弾性板のせん断弾性率Ｇが０．２０≦Ｇ≦０．２８Ｎ／ｍｍ^２を満たし、前記中心孔の直径ｄと前記ゴム板弾性板の直径Ｄとの比ｄ／Ｄが２〜３％であり、前記中心孔に弾性体が充填されている構成を採る。

本発明によれば、せん断弾性率Ｇが０．２０〜０．２８Ｎ／ｍｍ^２のように小さくても、固有周期の長周期化を図りつつ、基準面圧を確保して、面圧依存性や座屈特性も良好な低弾性積層ゴム支承体を実現できる。

本発明の一実施の形態の積層ゴム支承体の要部構成を示す断面図実施例１及び比較例１のそれぞれにおける水平剛性の面圧依存性の説明に供する図実施例１における座屈確認結果と圧縮限界曲線との説明に供する図比較例１における座屈確認結果と圧縮限界曲線との説明に供する図実施例２における座屈確認結果と圧縮限界曲線との説明に供する図比較例２における座屈確認結果と圧縮限界曲線との説明に供する図比較例３における積層ゴム支承体の座屈確認結果と圧縮限界曲線を示す図比較例３における圧縮限界曲線と実施例１の座屈確認プロットとの比較結果を示す図比較例４における圧縮限界曲線と実施例２の座屈確認プロットとの比較結果を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜積層ゴム支承体の構成＞
図１は、本発明の一実施の形態の積層ゴム支承体の要部構成を示す断面図である。

図１に示す積層ゴム支承体１０は、建築物を常時支持しており、複数のゴム状弾性板１１及び硬質板（中間鋼板）１２を交互に積層して一体化した積層体と、この積層体の上下両端に連結鋼板１３、１４と、フランジ１６、１７を配置した構造を有する。なお、硬質板１２は、鋼板の他、セラミック、プラスチック、繊維強化プラスチック等、金属製板であっても非金属製板であっても構わない。

ゴム状弾性板１１は、優れた耐クリープ特性を有している天然ゴムをベースとしたゴム材より構成され、天然ゴムに、補強剤としての添加剤を配合し、せん断弾性率Ｇが０．２０〜０．２８Ｎ／ｍｍ^２となるように形成されている。添加剤は、カーボンブラック、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、軟化剤、老化防止剤、加工助剤、粘着付与剤等が挙げられる。また、天然ゴムの優れた耐クリープ特性を維持する観点から、他の合成ゴムを併用する場合には、少なくとも天然ゴムがゴム成分全体の５０質量％以上配合されるようにすることが好ましく、７５質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることがより一層好ましい。

ゴム状弾性板１１では、天然ゴムに上述した添加剤を配合して、せん断弾性率Ｇが０．２０〜０．２８Ｎ／ｍｍ^２（０．２０≦Ｇ≦０．２８Ｎ／ｍｍ^２）となるように形成する。せん断弾性率Ｇは、クリープ特性の問題から０．２０Ｎ／ｍｍ^２を下限としている。より安定したクリープ特性を維持するには０．２５Ｎ／ｍｍ^２程度を下限とするのが好ましい。

また、ゴム状弾性板１１のゴム材の配合は、ゴム特性が以下の条件ａ）、ｂ）を満たすよう調整されている。

条件ａ）ゴム状弾性板１１に適用するゴム材の圧縮永久歪みが２０％以下
条件ｂ）ゴム状弾性板１１に適用するゴム材の伸びが６５０％以上、かつ、引張強さ１３ＭＰａ以上

ゴム状弾性板１１において、圧縮永久歪みを２０％以下とすることで良好なクリープ特性を得ることができる。また、伸びを６５０％以上、かつ、引張強さを１３ＭＰａ以上とすることで、地震等の発生による変形に対してゴム状弾性板１１が破断やひび割れを生じることなく、復元力を示すことができる。なお、ゴム材の伸びは７００％以上、引張強さ１６ＭＰａ以上とすることがより好ましい。

このように条件ａ）、ｂ）を満たす配合でゴム状弾性板１１が形成されることにより、ゴム状弾性板１１のせん断弾性率Ｇを０．２０〜０．２８Ｎ／ｍｍ^２としても、クリープ特性や面圧依存性を良好にして、積層ゴム支承体１０の免震機能を発揮させることができる。

せん断弾性率Ｇを変量して作製したゴム組成物をシート状にして評価した特性例を表１に示す。ここでは、Ｇを０．１８≦Ｇ≦０．２８の範囲で変量して、変量したせん断弾性率Ｇ毎に対応する特性を、圧縮永久歪み、伸び、引張強さで示した。

なお、表１で示す評価の項目を以下に示す。
［伸び（％）（ゴム材の伸び）］
ＪＩＳＫ６２５１に準拠した方法により測定した。
［引張強さ（ＭＰａ）（ゴム材の引張強さ）］
ＪＩＳＫ６２５１に準拠した方法により測定した。
［圧縮永久歪み（％）（ゴム材の圧縮永久歪み）］
ＪＩＳＫ６２６２に準拠した方法によって、７０℃×２４ｈｒの条件にて測定した。

このように構成されるゴム状弾性板１１が、硬質板１２に加硫接着されることで一体化されて積層体を構成している。この積層体は、その上下端部に配した連結鋼板１３、１４に加硫接着することにより一体化されている。

また、連結鋼板１３、１４とフランジ１６、１７は、ボルト１６ａ、１７ａにより固定されている。

積層体の外周面（ゴム状弾性板１１及び硬質板１２の外周面）には、耐候性に優れたゴム材料等からなる保護層２１が被覆され、積層体は、保護層２１により外部環境から保護されている。なお、保護層２１と積層体との関係は、積層体の外周面に接着剤を塗布して貼り合わせても、自己融着型のテープを巻いても、ゴム状弾性板１１と保護層２１のゴム材を同時に加硫接着することで一体化してもよい。

このように構成される積層ゴム支承体１０は、下部構造物である基礎上で、且つ、建築物等の上部構造物の柱の真下に位置される。積層ゴム支承体１０は、建築物及び基礎のそれぞれに、フランジ１６、１７の周縁部のボルト穴１６ｂ、１７ｂに挿通されたボルト（図示略）により固定される。

積層ゴム支承体１０では、積層体とフランジ１６、１７とで、鉛直方向の硬い剛性で建築物を支え、水平方向の柔らかい剛性でせん断変形することによって、建築物の荷重を支えながら地震による揺れをゆっくりした周期で伝達する。

積層ゴム支承体１０におけるゴム状弾性板１１と硬質板１２の関係は、硬質板（中間鋼板）１２の厚さｔ_１をゴム状の弾性板の厚さｔ_２に対して０．５超（０．５＜ｔ_１／ｔ_２）の条件を満たすように構成する。

０．５＜ｔ_１／ｔ_２の条件とすることで、硬質板（中間鋼板）１２に剛性及び強度を持たせ、曲げ変形の抑制と局所的な応力集中の緩和を図り、面圧依存性を小さくすることができる。なお、ｔ_１／ｔ_２が０．５未満の場合、高面圧下での挙動が不安定となり、面圧依存性が大きくなってしまう。

この積層体（ゴム状弾性板１１及び硬質板１２）及び連結鋼板１３、１４の中央部には、上下に貫通して中心孔１８が形成されている。この中心孔１８内には、ゴム材（弾性体）を充填することで充填部１９が形成されている。中心孔１８は、加硫時のエア抜き、ゴム状弾性板１１及び硬質板１２を積層する積層工程から加硫工程に至る各製造段階における硬質板（中間鋼板）１２の位置決め等に用いられる。
そして、ゴム状弾性板１１、硬質板（中間鋼板）１２及び連結鋼板１３、１４の位置決め後、中心孔１８から金型のスライドピン（不図示）を抜いて、中心孔１８内にゴム材（弾性体）を充填することによって充填部１９を形成できる。

充填部１９を形成する際の中心孔１８へのゴム材の充填は、例えば、以下の方法で行われる。まず、加硫成型前（未加硫状態）の円筒状のゴム状弾性板１１の厚さを、予め中心孔１８の容積に相当するゴム量を余剰に加えることによって、所定の厚さよりも厚く形成する。そして、図１のように、ゴム状弾性板１１、硬質板（中間鋼板）１２、連結鋼板１３、１４を金型内で重ねた後、プレス機等で加圧して加硫成型する。この加硫成型の際に、各ゴム状弾性板１１は所望の厚さに形成されるが、加熱によって柔らかくなった余剰のゴム材はゴム状弾性板１１の内周面側から中心孔１８に押し出され、中心孔１８全体に充填されていく。この際、ゴム材に混入しているエアは中心孔１８の上端から抜けるため、加硫後のゴム状弾性板１１及び充填部１９にエアは残留しない。加硫成型後、積層体を金型から取り出し、フランジ１６、１７を取り付ける。

充填部１９は加硫成型時にゴム状弾性板１１から中心孔１８に押し出され、加硫したゴ
ム材で形成されるため、ゴム状弾性板１１と充填部１９の密着は良好となる。また、中心孔１８の容積に相当するゴム量を余剰に加えているので、中心孔１８に隙間なく充填することができる。さらに、加硫成型後に中心孔１８にゴム材（弾性体）を充填する工程が不要となる。

このように、中心孔１８にゴム材（弾性体であり充填部１９に相当）を密に充填することにより、積層ゴム支承体１０では、中心孔１８が無い状態を模擬して外径を大きくすることなく、一次形状係数Ｓ_１を大きくできる。この結果、上述した式（３）で示す圧縮限界強度σ_Ｂの低下を抑えることができる。

また、地震等による積層ゴム支承体１０の変形時において、ゴム状弾性板１１が中心孔１８内にはみ出すことを抑制し、水平剛性の面圧依存性の改善を図ることができる。

充填部１９は、ゴム材（弾性体）により形成されるので、地震等の発生による変形に対し、充填部１９も破壊されることなく追従して変形し、中心孔１８内の充填状態は保たれる。また、充填は、上記充填以外にも、例えば中心孔から金型のスライドピン（不図示）を抜いた後に、中心孔に液体状のゴムを流し込み硬化させてもよいし、或いは、中心孔１８に充填されるゴム材の体積をＶ_１、中心孔１８の容積をＶ_２としたときに、１．２≧（Ｖ_１／Ｖ_２）＞１．０となるよう、中心孔１８と同形状に加工された弾性体を、中心孔１８に圧入して充填部を構成してもよい。この場合、充填部１９を構成する弾性体は、ゴム状弾性板１１と異なる材質としてもよい。

積層ゴム支承体１０において、中心孔１８の直径ｄとゴム板弾性板の直径Ｄとの比ｄ／Ｄは、２〜３％が好適である。

この理由としては、中心孔１８の直径ｄとゴム板弾性板の直径Ｄとの比ｄ／Ｄが２％未満の場合では、上述した中心孔１８としての機能が十分得られない。また、中心孔１８の直径ｄとゴム板弾性板の直径Ｄとの比ｄ／Ｄが３％超の場合では、座屈特性に影響し、面圧依存性の改善効果も不十分となる。

本実施の形態によれば、ゴム特性が、圧縮永久歪み２０％以下、更には、伸び６５０％以上（好ましくは７００％以上）かつ引張強さ１３ＭＰａ以上（好ましくは１６ＭＰａ以上）、としたゴム状の弾性板１１にて積層ゴム支承体１０が形成されている。ゴム状弾性板１１は、せん断弾性率Ｇが０．２０〜０．２８Ｎ／ｍｍ^２であり、従来構成においてせん断弾性率Ｇの下限値とされている０．２９Ｎ／ｍｍ^２（３．０ｋｇｆ／ｃｍ^２）程度の値よりも低く、低弾性化されている。加えて、積層ゴム支承体１０の中心孔１８の直径ｄとゴム状弾性板１１の直径Ｄとの比ｄ／Ｄを２〜３％として、中心孔１８にはゴム材（弾性体）が充填されることで充填部１９が設けられている。

これにより、せん断弾性率Ｇを０．２０〜０．２８Ｎ／ｍｍ^２のように小さくして、ゴム状弾性板１１を柔らかくして低弾性化しても、基準面圧を下げる必要がない。また、固有周期Ｔをより長周期にシフトさせることができる。例えば、せん断弾性率Ｇの下限値とされていた値０．２９Ｎ／ｍｍ^２である従来の積層ゴム支承体の基準面圧と同等の基準面圧に設定できる。また、面圧依存性や座屈特性も良好に維持して、積層ゴム支承体１０の免震機能を発揮させることができる。
つまり、せん断弾性率Ｇを０．２０〜０．２８Ｎ／ｍｍ^２まで小さくした（柔らくした）ゴム状弾性板１１を有し、固有周期の長周期化を図るとともに、基準面圧（例えば、６〜１２．５Ｎ／ｍｍ^２）を確保しつつ、面圧依存性や座屈特性も良好な低弾性積層ゴム支承体を実現している。

積層ゴム支承体１０における中心孔１８へのゴム材充填の効果として、例えば、表１に示すゴム材を用い、実施例１として、中心孔の直径ｄとゴム板弾性板の直径Ｄとの比ｄ／Ｄを２．５％として、中心孔にゴム材を充填し、図１に示す積層ゴム支承体と同様の構成の試験体を作製した。また、比較例１として、図１に示す積層ゴム支承体の構成において、中心孔の直径ｄとゴム状弾性板の直径Ｄとの比ｄ／Ｄを５％とし、中心孔へのゴム充填なしの試験体を作製した。なお、充填部とゴム板弾性板のゴム材は同一とした。これら実施例１及び比較例１の積層ゴム支承体の試験体概要を表２に示す。

これら実施例１及び比較例１においてせん断ひずみの違いによる面圧依存性を測定した。

図２は、実施例１及び比較例１のそれぞれにおける水平剛性の面圧依存性の説明に供する図であり、実施例１及び比較例１のそれぞれにおいて、せん断ひずみγ１００％、２００％、３００％における水平剛性の面圧依存性を示す。図２Ａは、実施例１の面圧依存性を示し、図２Ｂは、比較例１の面圧依存性を示す。

なお、図２Ａ、図２Ｂに示す水平剛性は、せん断ひずみγ１００％以下では最大点と最小点を結ぶ直線の傾き（割線剛性）とし、せん断ひずみγ２００％以上では、γ１００％区間の傾き（接線剛性）として算出して、面圧１０Ｎ／ｍｍ^２、γ１００％の値を基準とした変化率を示している。

実施例１及び比較例１を比較すると、図２Ａ、図２Ｂに示すように、通常、面圧やせん断ひずみが増加すると水平剛性の変化率は低下するが、図２Ａに示すように、中心孔の直径ｄとゴム板弾性板の直径Ｄとの比ｄ／Ｄを２．５％とし、中心孔にゴムを充填する（実施例１）ことで、水平剛性の低下率を抑えることができ、面圧依存性が改善された。

また、実施例２、比較例２として、表１に示すゴム材を用いて、表３に示す条件を満たす積層ゴム支承体の試験体を作製した。

そして、これら実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２のそれぞれにおける面圧とせん断ひずみの各条件下における座屈の有無を確認した。

図３〜図６は、各試験体における座屈有無確認と圧縮限界曲線との説明に供する図であり、具体的には、圧縮せん断試験機にて、各試験体（実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２の積層ゴム支承体の試験体）に面圧を負荷したうえでせん断ひずみを加え、各試験体の座屈有無を確認した結果と、各試験体構成における圧縮限界曲線とを比較した図である。図３は、実施例１における座屈有無を確認した結果と圧縮限界曲線との比較を示す図であり、図４は、比較例１における座屈有無を確認した結果と圧縮限界曲線との比較を示す図である。また、図５は、実施例２における座屈有無を確認した結果と圧縮限界曲線との比較を示す図であり、図６は、比較例２における座屈有無を確認した結果と圧縮限界曲線との比較を示す図である。なお、図３及び図４のそれぞれに示す圧縮限界曲線は、せん断ひずみγ０％時の圧縮限界強度σ_Ｂより算出した面圧と、せん断ひずみγ４００％の面圧２σを結んだ線とした。また、図５及び図６それぞれに示す圧縮限界曲線は、せん断ひずみγ０％時の圧縮限界強度σ_Ｂより算出した面圧と、せん断ひずみγ３５０％の面圧を結んだ線とした。また、図３〜図６の各図に示すプロットは、積層ゴム支承体に負荷した面圧Ｎ／ｍｍ^２とせん断ひずみ％を示しており、いずれのプロットにおいても座屈は、確認されなかった。

図３及び図５に示すように、実施例１においては、せん断ひずみに対する面圧を圧縮限界曲線より７Ｎ／ｍｍ^２程度、実施例２においても５Ｎ／ｍｍ^２程度大きくしても座屈はなかった。

ここで、従来の積層ゴム支承体の一例として、表４に示す条件で、つまり、実施例１と同様の構成においてせん断弾性率Ｇを従来の下限値（０．２９Ｎ／ｍｍ^２）とした比較例３を作製した。

この比較例３と実施例１とを参照して、実施例１と基準面圧との関係を説明する。

図７は、せん断弾性率Ｇを従来の下限値とした比較例３に示す構成の積層ゴム支承体における座屈確認の結果を示す図であり、図８は、実施例１の座屈確認の結果と、図７における圧縮限界曲線との比較を示す図である。具体的には、図７は、せん断弾性率Ｇが０．２９Ｎ／ｍｍ^２である比較例３において、座屈有無を確認した結果と、比較例３の構成における圧縮限界曲線との比較を示す図であり、図８は、比較例３の構成における圧縮限界曲線と、図３に示す実施例１の座屈確認のプロットとの比較の結果を示す図である。

本発明で規定したゴム特性（例えば表１に示すゴム特性）にて、積層ゴム支承体１０を形成し、積層ゴム支承体１０の中心孔１８の直径ｄとゴム状弾性板１１の直径Ｄとの比ｄ／Ｄを２．５％として、中心孔１８にゴム材を充填して充填部１９が形成されている。これにより、図８に示すように、ゴム状弾性板１１のせん断弾性率Ｇが０．２５Ｎ／ｍｍ^２と柔らかいゴムであっても、せん断弾性率Ｇが０．２９Ｎ／ｍｍ^２のときの圧縮限界曲線より高く、比較例３と同程度の面圧−せん断ひずみの条件としても座屈は起こさないことが判った。

したがって、基準面圧をせん断ひずみγ０％（水平方向の変形が零）における圧縮限界曲線の２０％値とした場合、比較例１では、図４に示す、せん断弾性率Ｇ０．２５Ｎ／ｍｍ^２における圧縮限界曲線に基づき８Ｎ／ｍｍ^２程度となる。これに対し、実施例１では、図８に示すせん断弾性率Ｇ０．２９Ｎ／ｍｍ^２（比較例３の構成）における圧縮限界曲線に基づき１０Ｎ／ｍｍ^２と設定することが可能となる。

図９は、実施例２と同様の構成において、せん断弾性率Ｇを従来の下限値（０．２９Ｎ／ｍｍ^２）とした比較例４の構成における圧縮限界曲線と、図５に示す実施例２の座屈確認のプロットとの比較結果を示す図である。実施例２においても、せん断弾性率Ｇが０．２５Ｎ／ｍｍ^２と柔らかいゴムであっても、せん断弾性率Ｇが０．２９Ｎ／ｍｍ^２（比較例４の構成）における圧縮限界曲線より高い面圧−せん断ひずみの条件としても座屈は起こさないことが判った。

更に、表２及び表４に示す実施例１、比較例３並びに表３及び表５に示す実施例２、比較例４から明らかなように、積層ゴム支承体の直径、高さ（１層あたりの厚さ、層数）を同じに設計することができる。これにより、既に上部構造物（建築物）と下部構造物（基礎）との間に設置されている従来の積層ゴム支承体を、本発明の積層ゴム支承体１０に付け替えることも容易となる。さらに、本発明のために金型設備等の製造設備を更新する必要はない。

このように、本実施の形態によれば、積層ゴム支承体において、外形を大きくせずに、弾性板１１のゴムを柔らかくしても基準面圧を維持できる。

また、積層ゴム支承体の直径をφ６００ｍｍとし、１層あたりのゴム厚、層数を同じに設計した実施例１と比較例３の構成において、基準面圧を１０Ｎ／ｍｍ^２として固有周期を比較する。この結果、比較例３の固有周期が４．０秒であるのに対し、実施例１の固有周期は４．６秒となり、４秒以上の固有周期Ｔを確実に維持することが判った。また、同様に積層ゴム支承体の直径をφ６００ｍｍとし、１層あたりのゴム厚、層数を同じに設計した表３に示す実施例２と表５に示す比較例４の構成において、基準面圧を６Ｎ／ｍｍ^２として固有周期を比較する。この結果、比較例４の固有周期が３．８秒であるのに対し、実施例２の固有周期は４．１秒となり、４秒以上の固有周期Ｔを確実に維持することが判った。

これにより、せん断弾性率Ｇ０．２９Ｎ／ｍｍ^２が下限値とされていた、従来の積層ゴム支承体の基準面圧と同等の基準面圧に設定できる。また、面圧依存性や座屈特性も良好に維持して、積層ゴム支承体１０の免震機能を発揮させることができる。

すなわち、せん断弾性率Ｇを０．２０〜０．２８Ｎ／ｍｍ^２と低弾性化しても、基準面圧を下げる必要がない。また、固有周期をより長周期にシフトさせることができる。
このように、本実施の形態によれば、一次形状係数Ｓ_１、二次形状係数Ｓ_２を全く変更することなく、せん断弾性率Ｇを柔らかくすることによって、固有周期Ｔを上げるとともに、面圧も下げることなく使用することができることが判った。なお、各実施例１、２は、本実施の形態の試作にすぎない。また、せん断弾性率Ｇを０．２０〜０．２８Ｎ／ｍｍ^２と低弾性化しても、基準面圧を下げないためには、一次形状係数は３２≦Ｓ_１を満たすことが望ましい。さらに、二次形状係数は３≦Ｓ_２としたが、Ｓ_２を５≦Ｓ_２に設定した場合には、基準面圧を１０〜１２．５Ｎ／ｍｍ^２の高面圧とすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記積層ゴム支承体の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

本発明に係る積層ゴム支承体は、せん断弾性率Ｇを柔らくしたゴム状弾性板を用いても。基準面圧を下げることなく、面圧依存性や座屈特性も良好であり、建築物や機械装置等の免震構造に用いられる免震装置として有用である。

１０積層ゴム支承体
１１ゴム状弾性板
１２硬質板
１３、１４連結鋼板
１６、１７フランジ
１６ａ、１７ａボルト
１６ｂ、１７ｂボルト穴
１８中心孔
１９充填部
２１保護層

Claims

複数のゴム状弾性板と硬質板とが交互に積層一体化され、積層された前記ゴム状弾性板及び前記硬質板の中央に中心孔が貫通して設けられた積層ゴム支承体において、
前記ゴム状弾性板のせん断弾性率Ｇが０．２０≦Ｇ≦０．２８Ｎ／ｍｍ^２を満たし、
前記中心孔の直径ｄと前記ゴム板弾性板の直径Ｄとの比ｄ／Ｄが２〜３％であり、
前記中心孔に弾性体が充填されている、
積層ゴム支承体。
前記ゴム状弾性板において、ＪＩＳＫ６２６２で規定される圧縮永久歪みが２０％以下である、
請求項１記載の積層ゴム支承体。
前記ゴム状弾性板に適用するゴム材の伸びが６５０％以上、且つ、引張強さが１３ＭＰａ以上である、
請求項１または請求項２に記載の積層ゴム支承体。
前記中心孔の前記弾性体は、加硫成型時に前記ゴム状弾性板から押し出されたゴムから形成される、
請求項１から３のいずれか一項に記載の積層ゴム支承体。