JP2623585B2 - 免震構造体 - Google Patents

免震構造体

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は免震構造体に係り、特に免振装置、防振装
置、制振装置、除振装置等に用いるに好適な免震構造体
に関するものである。
[従来の技術] 複数個の鋼板等の剛性を有した硬質板と、粘弾性的物
質を有したゴム等の軟質板とを交互に貼り合せた免震構
造体は、免振装置等のゴム支承片として広く用いられて
いる。
このような免震構造体においては、圧縮や剪断変形を
受けた場合に、軟質板の外周部は大きな局部的な歪を受
け、内側部分よりも劣化が進行し易い。これに対処する
ために、特公昭58−30818には、鋼板の外周部に傾斜面
を形成すると共に、ゴム弾性体の側面に凹曲面を形成し
たゴム支承片が開示されている。
[発明が解決しようとする問題点] 従来、免震構造体が圧縮や剪断変形を受けると、軟質
板の外周部は大きな局部歪を受けることは分っていた
が、その影響が中心部のどの程度の深さまで及んでいる
か必ずしも明確ではなかったこと、更に、軟質材がゴム
材料の場合、異なった軟質材の加硫条件を合せることの
難しさ、及び形成加工時の面倒さのために、軟質板は、
一種類の軟質材で一層全体を形成するように製造されて
いた。そのため、特公昭58−30818のように、軟質板の
外周部に加えられる局部的な歪をある程度減少させるこ
とは可能ではあっても、それだけでは大きな効果は望め
なかった。
[問題点を解決するための手段及び作用] 上記問題点を解決するために、本発明は、複数個の剛
性を有した硬質板と、粘弾性的物質を有した軟質板を貼
り合せてなる概ね柱状の複合積層体よりなる免震構造体
において、鉛直荷重の負荷時及び非負荷時のいずれにお
いても、積層体の外周部分の剛性が内側部分の剛性より
も高く構成されており、これにより、最大局部歪を低減
するようにしたものである。
以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例に係る免震構造体の縦断面
図、第2図は第1図のII−II線に沿う断面図である。
本実施例の免震構造体は、複数個の剛性を有した硬質
板1と粘弾性的物質を有した軟質板2とをそれぞれ複数
個積層した柱状の積層体3より成る。この軟質板2は、
外周部分2aの剛性が内側部分2bの剛性よりも高く構成さ
れている。なお、図中、4、5はフランジである。
軟質板2の外周部分2aの剛性を内側部分2bの剛性より
も高くするには、例えば、軟質板2の外周部分2a,内側
部分2bに、それぞれ剛性の異なる材料を用い、これを貼
り合せて構成することができる。
この場合、各々の材料は、25℃、200mm/minの引張速
度にて50%引張伸長時の弾性率で表した場合、外周部分
2aの弾性率をE out、内側部分2bの弾性率をE inとする
と、 好ましくは より好ましくは となるように選定するのが好適である。
なお、本実施例においては、外周部分2aと内側部分2b
との境界部分に、一層又は二層以上の中間層を設けても
よい。この中間層としては、外周部分2aと内側部分2bと
の接合性を高めるための薄い層状のものであってもよ
く、外周部分2aと内側部分2bとは更に特性の異なる層厚
の大きい第3の部分としてもよい。
このような免震構造体は、例えば次のようにして製造
することができる。
(イ)内側部分2bと外周部分2aとを未加硫の状態で貼り
合せて軟質板を一体物ととして成形した後、これを硬質
板1と貼り合せて一体加硫(加工)する。
(ロ)軟質板2のうち内側部分2bのみを硬質材1と貼り
合せて一体加硫(加工)した後、軟質板の内側部分2bの
周囲に外周部分2aを加えて一体加硫(加工)する。
(ハ)軟質板2の内側部分2bと外周部分2aを別々に又は
予め一体にして加硫した後、接着剤によって硬質板1と
貼り合せる。
勿論、その他の製造方法によって製造することもでき
る。
第3図は本発明の免震構造体の他の実施例を示す縦断
面図である。第3図において、第1図と同一の機能を示
す部材には同一符号を付し、その説明を省略する。
第3図に示す実施例は、硬質板1の積層枚数を積層体
3の外周部分において多くしたものである。即ち、本実
施例においては、硬質板1として通常の円盤状硬質板1a
と共に、中心部をくり抜いて例えばドーナツ状にした硬
質板1bを用い、これを交互に軟質板2の間の積層してい
る。
このように積層体3の外周部分において、硬質板1の
枚数を増やすことによっても、積層体3の外周部分の剛
性を高めることができる。
このような免震構造体は、中心部をくり抜いた硬質板
1bをセットした型内に軟質板材料を充填して加硫するこ
とにより、予め硬質板1bを包含する軟質板層を作成し、
これを硬質板1aと交互に積層して接着するなどの方法に
より、あるいは、軟質板材料、硬質板1a、軟質板材料及
び硬質板1bを交互に積層して共加硫することにより、製
造することができる。
硬質板を改良することにより積層体の外周部分の剛性
を内側部分の剛性より高めるには、その他、硬質板の厚
さを外周部分において厚くする、あるいは、硬質板とし
て、外周部分は剛性の高い材料よりなり、内側部分は剛
性が低い材料よりなるものを用いるなどの方法を採用す
ることもできる。
本発明においては、硬質板1及び軟質板2の形状は、
第2図に示す円形のものに限られず、方形のものであっ
てもよい。また、五角形、六角形等の多角形としてもよ
いことは明らかである。
本発明において、積層体3の剛性を高くする外周部分
の幅、即ち第1図及び第3図におけるlと、積層体3の
直径又は一辺の長さ、即ち第1図及び第3図におけるl0
との関係は、 好ましくは とするのが望ましい。
本発明において、硬質板1を構成する材質としては、
金属、セラミックス、プラスチックス、FRP、ポリウレ
タン、木材、紙板、スレート板、化粧板など所要の剛性
を有する各種の材質のものを用いることができる。
本発明においては、軟質板としては、25℃における動
的剪断貯蔵弾性率G′が5×104〜1×109dyn/cm2のも
のを用いるが好ましい。より好ましくは1×105〜3×1
08dyn/cm2、特に好ましくは5×105〜2×108dyn/cm2
する。
また、軟質板としては、各種の加硫ゴム、未加硫ゴ
ム、プラスチックスなどの有機材料、これらの発泡体、
アスファルト、粘土等の無機材質、これらの混合材料な
ど各種のものを用いることができる。
このように、積層体の外周部分の剛性を内側部分の剛
性より高くすることにより、大きな局部歪が積層体の特
に軟質板の外周部に発生するのを防ぎ、その結果最大局
部歪を大幅に低減することが可能となる。
このような免震構造体において、次のような改良を加
えることにより、著しく優れた効果が得られる。
I 第4図に示す如く、積層構造体3の外表面を耐候性
等に優れた特殊ゴムで被覆することにより、免震構造体
の耐久性を大幅に向上させることができる。
耐候性改善のための被覆層6のゴム材料としては、例
えば、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタン、シリ
コンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、エチレンプロピレ
ンゴム(ERP及びEPDM)、ハイパロン、塩素化ポリエチ
レン、エチレン酢酸ビニルゴム、エピクロルヒドリンゴ
ム、クロロプレンゴム等が挙げられる。これらのうち、
特にブチルゴム、ポリウレタン、エチレンプロピレンゴ
ム、ハイパロン、塩素化ポリエチレン、エチレン酢酸ビ
ニルゴム、クロロプレンゴムが耐候性の面からは効果的
である。更に、軟質板を構成するゴムとの接着性を考慮
した場合には、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、
クロロブチレンゴムが望ましい。
これらのゴム材料は単独で用いても、2種以上をブレ
ンドして用いても良い。また、伸び、その他の物性を改
良するために市販ゴム、例えば、天然ゴム、イソプレン
ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニト
リルゴム等とブレンドしても良い。更に、これらのゴム
材料には、各種充填剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑
剤、軟化剤、オイル等、ゴム材料に一般的な配合剤を混
合しても良い。特に、シクロペンタジエン樹脂、シクロ
ペンタジエン樹脂の誘導体、ジシクロペンタジエン樹
脂、ジシクロペンタジエン樹脂の誘導体、及びシクロペ
ンタジエン又はジシクロペンタジエンの関連化合物の重
合体よりなる群から選ばれる少なくとも1種を、エチレ
ンプロピレンゴムを主成分とするゴム材料100重量部に
対し5〜50重量部、更にロジン誘導体を2〜30重量部添
加することにより、破壊特性、金属との接着性等が大幅
に改良され、極めて有利である。
このようなゴム材料で形成される被覆層6の厚さは、
一般に厚ければ厚い程、内部保護効果が高く好ましい
が、反面、コスト高となり、また加硫を遅らせるなどの
問題もおきる。このようなことから、被覆層の厚さは1
〜30mm、望ましくは2〜20mm、とりわけ3〜15mmとする
のが好ましい。ただし、免震構造体に耐火性等が要求さ
れる場合においては、被覆層を30mmを超える厚さとする
ことも可能である。
II Iの如く、被覆層6を設けた場合において、第4図
に示す如く、硬質板1のエッジ部を円孤形状ないし円孤
類似形状に膨出させることにより、硬質板1のエッジ部
に接触している軟質板2の部分に過大な応力及び歪が発
生し、この部分で損傷を起こすのを防止することができ
る。
この場合、硬質板1の側端面に形成される膨出部の断
面円孤形状の円孤の半径は、第4図のVII部の拡大図で
ある第7図に示すrの値で、 好ましくは 0.1R≦r より好ましくは 0.3R≦r とりわけ 0.5R≦r とするのが望ましい。(ただし、1Rは半径1mmの円孤で
ある。) なお、この膨出部の円孤形状又は円孤類似形状とは、
上記の円孤以外に、局部応力を低減させるべく円孤的な
働きをするものであれば、特に制限はない。
III 第4図に示す如く、積層構造体3のフランジ4、
5と接する部分を、フランジ4、5に向けて次第に横断
面積が大きくなるように、その外表面が内側に縦断面円
孤状ないし円孤類似形状に反った湾曲面とすることによ
り、フランジ付近に局部歪が集中するのを防止し、最大
局部歪を大幅に低下し、歪を平均的に分布させることに
より、局部歪による免震構造体の損傷、破損等の問題を
解消することができる。
この場合、湾曲面の円孤形状は、第7図に示すよう
に、軟質板2の厚さk、硬質板1の厚さhに対して、半
径Lが、 好ましくは より好ましくは とりわけ であるようなものとするのが望ましい。
なお、本実施例において、この湾曲面の円孤形状又は
円孤類似形状とは、第4図のような円孤形状の他に、こ
れに類似した形状で局部応力を低減させる効果を有する
ものであれば良く、その他の形状を採用することもでき
る。
IV 積層体の少なくともフランジと接する部分が、フラ
ンジに向けて次第に横断面積が大きくなるように、その
外表面が内側に縦断面円孤状ないし円孤類似形状に沿っ
た湾曲面とすることにより、フランジ付近に、最大局部
歪等の大きな局部歪が集中するのを防止し、歪を全体に
幅広く平均的に分布させ、最大局部歪を大幅に低減する
と共に、座屈を防止して、局部歪や座屈による免震構造
体の損傷、破損等の問題を解消することができる。
この場合、横断面積が次第に大きくなる部分において
は、フランジ側の硬質板ほど直径を大きくするのが好適
である。即ち、第5図に示す如く、硬質板1、1′、
1″のそれぞれの直径l1、l2、l3は l1>l2>l3 とし、積層構造体3の断面形状を、内側に反った湾曲面
(換言すると外側に凹形状を形成する湾曲面)とするの
が好適である。
このIVの場合においても、前記I、II、IIIの構成を
取り入れた構造とすることにより、それぞれの効果を得
ることができる。
なお、以上のI〜IVの構成は、第3図に示す構成の本
発明の免震構造体にも適用できることは言うまでもな
い。
[実施例] 以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体
的に説明する。
実施例1 第6図に示すような本発明の免震構造体について、鉛
直荷重(60Kg/cm2)を加えた状態で剪断変形させた時に
生じる最大局部歪の値を求めた。
結果を第1表に示す。
なお、第6図の免震構造体において、各部材の寸法等
は下記の通りである。
また、軟質板2としては天然ゴムを主体とするもの、
硬質板1としては鉄板を用い、被覆層のゴムとしてはEP
DMを主体とするゴム100重量部に対し、ジシクロペンタ
ジエン樹脂27重量部、ハイロジン10重量部、その他カー
ボンブラック等を配合した加硫ゴムを用いた。(第6図
中、4,5はフランジである。) 軟質板直径 l0=445mm 外周部分の幅 l=22.3 (l/l0=0.05) 軟質板外周部分弾性率 E out=16kg/cm2 軟質板内側部分弾性率 E in=5kg/cm2 (E out/E in=3.2) 軟質板の厚さ:4mm 硬質板の厚さ:3mm 硬質板枚数:24枚 軟質板数:25層 硬質板エッジ部:第6図に示す如くr=1Rの膨出部が形
成されている。
被覆層厚さ:2.5mm 比較例1 比較のため、軟質板がすべて弾性率E=5kg/cm2のゴ
ムで構成されている以外は実施例1の免震構造体と同様
に構成された免震構造体について、同様に最大局部歪の
値を求め、結果を第1表に示した。
第1表より、本発明の免震構造体は最大局部歪が、従
来のものに比し、大幅に低減されることが明らかであ
る。
[発明の効果] 以上詳述した通り、本発明の免震構造板は、剛性を有
した軟質板とをそれぞれ複数個、交互に貼り合せてなる
概ね柱状の複合積層体の外周部分の剛性が、鉛直荷重の
負荷時及び非負荷時のいずれにおいても、内側部分の剛
性よりも高く構成されているものであって、大きな局部
歪が積層体の特に軟質板の外周部に発生するのを防ぎ、
その結果最大局部歪を大幅に低減することが可能とされ
る。
このため、局部歪に起因する免震構造体の破損、破壊
が防止され、耐久性、安定性が高められ、信頼性の高い
免震構造体が提供される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る免震構造体の縦断面図、
第2図は第1図II−II線に沿う断面図、第3図は異なる
実施例に係る免震構造体縦断面図、第4図〜第6図は各
々本発明の異なるの実施例に係る免震構造体の縦断面図
である。第7図は第4図のVII部の拡大図である。 1……硬質板、2……軟質板、 2a……外周部分、2b……内側部分。 3……積層体、6……被覆層。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】剛性を有した硬質板と、粘弾性的性質を有
    した軟質板とを、それぞれ複数個、交互に貼り合せてな
    る概ね柱状の複合積層体よりなり、該積層体は、鉛直荷
    重の負荷時及び非負荷時のいずれにおいても、その外周
    部分の剛性が内側部分の剛性よりも高いことを特徴とす
    る免震構造体。
  2. 【請求項2】軟質板の外周部分の剛性を内側部分の剛性
    よりも高くすることにより積層体の外周部分の剛性を内
    側部分の剛性よりも高く構成したことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項に記載の免震構造体。
  3. 【請求項3】積層体の外周部分において硬質板の積層枚
    数を多くすることにより、積層体の外周部分の剛性を内
    側部分の剛性よりも高く構成したことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項又は第2項に記載の免震構造体。
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