JP4323928B2

JP4323928B2 - 免震装置

Info

Publication number: JP4323928B2
Application number: JP2003383575A
Authority: JP
Inventors: 重信鈴木; 隆志菊地
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2023-11-13
Also published as: JP2005147220A

Description

積層ゴム本体に金属製のプラグが挿入された免震装置に関する。

免震装置においては、振動を減衰させるために、ゴム板と鋼板とを厚み方向に交互に積層した積層ゴム本体内に、鉛の柱を挿入しているものがある（例えば、特許文献１参照）。このような免震装置では、積層ゴム本体がせん断変形するときに、鉛の柱が塑性変形することで振動のエネルギーを吸収している。

ところで、この従来の免震装置では、使用後に鉛の柱と積層ゴム本体とを分離して廃棄等の処分を行う必要がある。しかし、使用後には、鉛の柱が積層ゴム本体内に食い込んでいることがあり、積層ゴム本体を切断して鉛の柱を分離する等の大掛かりな分離処理が必要になっていた。
特開昭５２−４９６０９号公報

本発明は、上記事実を考慮して、使用後に積層ゴム本体から容易にプラグを抜き取ることができる免震装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載する本発明の免震装置は、ゴムと金属板とが交互に積層された積層ゴム本体と、前記積層ゴム本体に形成された貫通孔の内部に挿入された金属製のプラグと、前記プラグと前記積層ゴム本体との間に配設され、ポリテトラフルオロエチレンからなる可撓性の被覆材と、を有することを特徴とする。

ここで、貫通孔は、積層ゴム本体を貫通して形成されたものであるが、この貫通孔の一方又は両方を塞ぐ部材（例えば、キャップ等）が免震装置に設けられていてもよい。

請求項１に記載する本発明の免震装置によれば、地震時等に積層ゴム本体がせん断変形する場合には、可撓性の被覆材を介してプラグが塑性変形し、振動のエネルギーは吸収される。この被覆材は、可撓性を有してプラグと積層ゴム本体との間に配設されているので、使用時にプラグが積層ゴム本体に圧着されることがなく、無用の変形（例えば、積層ゴム本体への食い込み）も抑えることができる。また、被覆材は、ポリテトラフルオロエチレンからなっているので、積層ゴム本体との間の摩擦係数が小さく、積層ゴム本体に対して剥離性を備えている。このため、使用後には、積層ゴム本体から容易にプラグを抜き取ることができる。

以上説明したように、本発明の免震装置によれば、使用後に積層ゴム本体から容易にプラグを抜き取ることができるという優れた効果を有する。

本発明における免震装置の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１には、本発明の第１の実施形態に係る免震装置１０が示されている。この免震装置１０は、ビル等の比較的大きい建物に適用され、ばね機能と減衰機能とを併せ持つ。免震装置１０は、積層ゴム本体１２を備えている。積層ゴム本体１２は、円柱状とされ、円形の中心部には、厚み方向（矢印Ｂ方向）に円柱状に貫通した通孔１２Ｈが形成されている。積層ゴム本体１２の環状部分は、複数枚の円盤状の金属板（薄鋼板）１４と、同じく複数枚の円盤状のゴム１６とを厚み方向（矢印Ｂ方向）に交互に積層した積層体とされている。金属板１４とゴム１６とは、加硫接着により強固に一体化されている。このように、ゴム１６だけでなく、金属板１４を使用してこれらを交互に積層したことで、鉛直方向（矢印Ｃ方向）の荷重に対しては所定の剛性を有し、水平方向（矢印Ｅ方向）の荷重に対してはばね機能を発揮すると共に十分な変形量を確保することが可能になっている。

金属板１４の外径は、積層ゴム本体１２の外径よりも小さくされており、金属板１４の外縁には、円筒状に被覆ゴム１８が配置されている。この被覆ゴム１８によって金属板１４が覆われており、金属板１４の劣化が防止されている。

積層ゴム本体１２の厚み方向（矢印Ｂ方向）の両端側には、取付プレート２０、２２が固着されている。取付プレート２０、２２は、肉厚の円環状の鋼板からなり、積層ゴム本体１２の通孔１２Ｈに連続する中央孔２１、２３が貫通して形成されている。中央孔２１、２３には、通孔１２Ｈの延長部を構成する小円孔部２１Ｈ、２３Ｈが形成され、この小円孔部２１Ｈ、２３Ｈは、通孔１２Ｈと同径とされている。下側中央孔２１の下部及び上側中央孔２３の上部には、小円孔部２１Ｈ、２３Ｈよりも大径の大円孔部２１Ｇ、２３Ｇが形成されている。小円孔部２１Ｈ、２３Ｈと大円孔部２１Ｇ、２３Ｇとの間は、リング状の段差部２１Ｆ、２３Ｆとされている。取付プレート２０、２２はそれぞれ、地盤に設置される建物基礎（図示省略）及び免震装置１０上に設置される建物本体（図示省略）に固定される。この状態で、地盤（及び建物基礎）と建物本体とが水平方向に相対移動すると、この相対移動の振動エネルギーが、積層ゴム本体１２のせん断変形によって一部が吸収されるようになっている。

積層ゴム本体１２の通孔１２Ｈの内部には、外周部を厚み１ｍｍの被覆材２４で被覆された円柱状の鉛プラグ２６（コア）が圧入されている。減衰材としての鉛プラグ２６には、純鉛又は鉛合金が適用される。ここで、本実施例の鉛プラグ２６は、引張降伏応力が１５ＭＰａ前後、破断伸びが５０％前後の機械的性質をもつ。このように、鉛プラグ２６は、延性が高く、容易に塑性変形する。このため、鉛プラグ２６は、積層ゴム本体１２がせん断変形するときに塑性変形し、ダンパとして機能するものである。なお、鉛は、繰返し変形が可能という特性を有するため、免震用のダンパとして非常に優れた材料である。

被覆材２４は、円筒状とされている。被覆材２４の材料としては、ある程度の剛性は必要であるが降伏応力が低く、かつ、延性があって塑性変形後も破壊しにくい可撓性の樹脂材料が適用され、特に、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（デュポン社の登録商標）の一般名称）のように、積層ゴム本体１２に対して剥離性のある材質のものが好ましい。本実施例では、ペレット状の樹脂材料（ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（デュポン社の登録商標）の一般名称））を押出し機で溶融押し出し成形して円筒状とした。ここで、被覆材２４は、引張降伏応力Ｆが１０ＭＰａ≦Ｆ≦２０ＭＰａであるものが好ましい。被覆材２４の引張降伏応力ＦがＦ≦２０ＭＰａであると、鉛プラグ２６の引張降伏応力の値に近いために、鉛プラグ２６の減衰機能がほとんど損なわれない。これに対して、仮に鉄等のように引張降伏応力Ｆが高いと、鉛プラグ２６が振動に対応して変形することができず、振動に対する鉛プラグ２６の減衰機能を十分に発揮できない。また、被覆材２４の引張降伏応力Ｆが１０ＭＰａ≦Ｆであると、地震等があった場合にも被覆材２４の鉛プラグ２６に対する被覆状態が良好に維持される。これに対して、仮に弾性ゴムや流体のように引張降伏応力Ｆが非常に低いと、地震時等に被覆材２４が容易に移動して被覆の機能を十分に果たせない。このような被覆材２４は、鉛プラグ２６に対する被覆状態を維持しながら、地震時等において積層ゴム本体１２にせん断力を作用させた場合に鉛プラグ２６にせん断力を伝えると共に、鉛プラグ２６の塑性変形に追従する可撓性を備える。また、被覆材２４が地震時等に破断されないようにするため、被覆材２４は、破断伸びが５０％以上のものが良い。

また、被覆材２４の材質は、鉛プラグ２６の材質に比べて積層ゴム本体１２との間における圧着状態からの摺動抵抗（圧着された積層ゴム本体１２との間の摩擦係数）が小さいことが好ましい。ここで、被覆材２４の圧着状態とは、免震装置１０の使用によって、鉛プラグ２６の変形等により被覆材２４が積層ゴム本体１２に密着された状態をいう。一方、比較対象となる鉛プラグ２６の圧着状態とは、従来の免震装置（被覆材２４が無い状態）の使用後に、鉛プラグ２６が種々の押圧力によって積層ゴム本体１２に密着された状態をいう。

ここで、本実施例の被覆材２４の材質（積層ゴム本体１２に対して剥離性のある材質）では、積層ゴム本体１２からの鉛プラグ２６の抜き取り時に、鉛プラグ２６に対する鉛直方向（矢印Ｃ方向）への押圧力によって被覆材２４が鉛プラグ２６と共に積層ゴム本体１２から容易に離脱可能な摩擦力とされている。

鉛プラグ２６の外周部を被覆材２４で被覆するには、所定寸法の円筒状の被覆材２４を金型内周にインサートし、被覆材２４の内周に被覆材２４の内周より若干小径の鉛プラグ２６を圧入し、金型で加熱しながら被覆材２４に圧力を加えて塑性変形させ、被覆させる。なお、ペレット状の樹脂材料（ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（デュポン社の登録商標）の一般名称））を熱と圧力とで鉛プラグ２６の外周部に被覆させてもよい。図２に示される被覆材２４の厚みＡは、鉛プラグ２６が積層ゴム本体１２へ食い込むのを抑えるためにＡ≧１ｍｍとするのが好ましく、また、鉛プラグ２６の直径Ｄとの関係では、Ａ≦Ｄ／２０とされるのが、好ましい。Ａ≦Ｄ／２０とすることで、鉛プラグ２６の特性が大きく損なわれることがなく、また、使用時に被覆材２４が鉛プラグ２６の変形に追従し易くなるからである。

図１に示すように、鉛プラグ２６と被覆材２４との下端面及び上端面は、それぞれ円盤状のキャップ２８、３０で覆われており、このキャップ２８、３０は、図２に示すように、取付プレート２０、２２の中央孔２１、２３に溶融接着されている。キャップ２８、３０は、中央孔２１、２３に嵌合する形状とされ、図１に示すように、小径円柱部２８Ａ、３０Ａと大径円柱部２８Ｂ、３０Ｂとを備えている。

なお、上記の第１実施形態では、外周部を被覆材２４で被覆された鉛プラグ２６が積層ゴム本体１２の通孔１２Ｈの内部に圧入されているが、通孔１２Ｈの内部に被覆材２４を装着した後に鉛プラグ２６を通孔１２Ｈ及び被覆材２４の内部に圧入してもよい。

次に、上記の実施形態の作用を説明する。

免震装置１０は、地盤に設置される建物基礎（図示省略）と、建物本体（図示省略）との間に設置されて固定され、建物本体の荷重を支持する。

地震等による振動が作用していない通常時においては、積層ゴム本体１２は、建物本体（図示省略）から上側取付プレート２２に対して鉛直方向（矢印Ｃ方向）に作用する荷重を下側取付プレート２０及び建物基礎（図示省略）に伝達支持する。

地震時においては、取付プレート２０、２２が互いに水平方向（矢印Ｅ方向）に相対移動する。このとき、積層ゴム本体１２は、ばね機能を発揮して相対移動に追従しながら、せん断変形によって相対移動の振動エネルギーを一部吸収する。また、積層ゴム本体１２がせん断変形すると、被覆材２４が鉛プラグ２６にせん断力を伝えるため、鉛プラグ２６は、塑性変形する。この鉛プラグ２６の塑性変形により、振動エネルギーは吸収され、振動は減衰される。ここで、被覆材２４は、鉛プラグ２６の塑性変形に追従するので、鉛プラグ２６の塑性変形による振動エネルギー吸収の特性は、被覆材２４がない場合とほぼ同様に発揮される。

また、鉛プラグ２６の外周部に被覆材２４が被覆されることで、免震装置１０内において、鉛プラグ２６がゴム１６と金属板１４との隙間（接着部分）に入り込むこと等（積層ゴム本体１２への食い込み）を阻止することができるので、積層ゴム本体１２からの鉛プラグ２６の抜き取り時においては、鉛プラグ２６を容易に抜き取ることができる。

次に、積層ゴム本体１２から鉛プラグ２６を抜き取る手順について説明する。なお、鉛プラグ２６を抜き取るのは、免震装置１０を廃棄する際である。環境問題に対応するため、鉛プラグ２６と積層ゴム本体１２との分離が必要となる。

積層ゴム本体１２から鉛プラグ２６を抜き取るには、まず、キャップ２８、３０と、取付プレート２０、２２との溶接を切ってキャップ２８、３０を外す。図１には、上キャップ３０が外された状態が示されており、下キャップ２８は、二点鎖線で外された状態が示されている。次に、図３に示すように、載置台３２上に免震装置１０を載置する。

載置台３２は、図４に詳細に示すように、全体として略Ｃ字状とされている。載置台３２の中央には、軸方向（図中の上下方向）に延びる収容部３４が形成され、この収容部３４には、抜き取られた鉛プラグ２６（図１参照）を収容できるようになっている。収容部３４は、一方に向かって開放されており、開放側は、収容部３４内から外部へと鉛プラグ２６（図１参照）を取り出し可能な取出部３６とされている。

載置台３２上では、図３に示すように、免震装置１０の通孔１２Ｈを載置台３２の収容部３４の上方に配置し、鉛プラグ２６に対して上方から鉛直方向（矢印Ｃ方向）に押圧力を作用させる。このとき、被覆材２４は、積層ゴム本体１２から離脱可能な材質とされているので、被覆材２４で被覆された鉛プラグ２６は、鉛直方向（矢印Ｃ方向）に移動して積層ゴム本体１２から抜き出される。ここで、下側の中央孔２１に大径の大円孔部２１Ｇを設けることで、下側の中央孔２１を通孔１２Ｈと同径の円柱状とした場合に比べて抜き出し時の摩擦抵抗を小さくすることができる。抜き出された鉛プラグ２６は、載置台３２の収容部３４に収容されるので、取出部３６から外部方向（矢印ＯＵＴ方向）に取り出すことができる。

このように、鉛プラグ２６の外周部に被覆材２４を被覆させることで、鉛プラグ２６を容易に抜き出すことができ、従来のように、大きくて重い積層ゴム本体１２を切断加工するための大掛かりな設備が不要となる。

なお、本実施形態では、免震装置１０が載置台３２に載置された状態で鉛プラグ２６が抜き取られたが、載置台３２上に載置されなくてもよく、例えば、免震装置１０が床上や地面に置かれた状態で鉛プラグ２６を上方に抜き出してもよい。

また、本実施形態では、鉛プラグ２６が被覆材２４で被覆された状態で抜き取られているが、被覆材２４に亀裂や破損が生じたり、鉛プラグ２６の抜き取り時に被覆材２４が積層ゴム本体１２に食い込んだ状態となっている場合には、被覆材２４に亀裂や破損が生じた状態で鉛プラグ２６が抜き取られたり、被覆材２４の一部が抜き取られずに残留した状態で鉛プラグ２６が抜き取られたり、被覆材２４が抜き取られることなく、その中の鉛プラグ２６のみが抜き取られることになるが、これらのように抜き取られてもよい。

次に、免震装置の第２の実施形態を図５に基づき説明する。第１の実施形態では、鉛プラグ２６の外周部に被覆材２４が被覆される場合について説明したが、第２の実施形態は、軸方向両端面２６Ａ、２６Ｂも含めて鉛プラグ２６の全面を被覆材２４が包囲する形態である。なお、第２の実施形態に係る免震装置の構成は、鉛プラグ２６の全面を被覆材２４で包囲する点が特徴であり、他の構成については、第１の実施形態とほぼ同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、免震装置４０では、鉛プラグ２６の下端面２６Ａ、上端面２６Ｂを含む全面が被覆材２４で包囲されている。これにより、鉛プラグ２６の下端面２６Ａ、上端面２６Ｂが、キャップ２８、３０に圧着するのを避けることができるので、免震装置４０からの鉛プラグ２６の抜き取りが容易になる。

なお、上記の第１、第２の実施形態では、通孔１２Ｈ及び中央孔２１、２３の数は、それぞれ１個とされているが、複数個であってもよく、また、各通孔１２Ｈ内にそれぞれ被覆材２４及び鉛プラグ２６を挿入し、各中央孔２１、２３にそれぞれキャップ２８、３０を溶接してもよい。

また、通孔１２Ｈ及び中央孔２１、２３の形状についても上記実施形態の例に限定されず、例えば、角柱状の孔や楕円柱状の孔であってもよい。同様に、鉛プラグ２６の形状についても円柱状以外の形状であってもよく、例えば、角柱状、楕円柱状等であってもよい。

さらに、上記の第１、第２の実施形態では、キャップ２８、３０が、取付プレート２０、２２の中央孔２１、２３に溶接されているが、例えば、ボルト等の締結具でキャップ２８、３０を取付プレート２０、２２に固定してもよく、キャップ２８、３０の取り付けに溶接以外の固定手段を用いてもよい。

本発明の第１実施形態に係る免震装置を一部破断して示す斜視図である。（上キャップは、分離して示す。）本発明の第１実施形態に係る免震装置を示す、図１の２−２線端面に相当する端面図である。本発明の第１実施形態に係る免震装置において、積層ゴム本体から鉛プラグを抜き取る状態を示す、図２と同一方向から見た端面図である。（載置台は、図４の３−３線端面に相当する端面図である。）積層ゴム本体から鉛プラグを抜き取る際に用いる載置台を示す斜視図である。本発明の第２実施形態に係る免震装置を示す端面図である。

符号の説明

１０免震装置
１２積層ゴム本体
１２Ｈ通孔（貫通孔）
１４金属板
１６ゴム
２４被覆材
２６鉛プラグ（金属製のプラグ）
４０免震装置

Claims

ゴムと金属板とが交互に積層された積層ゴム本体と、
前記積層ゴム本体に形成された貫通孔の内部に挿入された金属製のプラグと、
前記プラグと前記積層ゴム本体との間に配設され、ポリテトラフルオロエチレンからなる可撓性の被覆材と、
を有することを特徴とする免震装置。