JP4416309B2 - 免震用積層ゴム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は免震用積層ゴムに関し、詳しくは、複数枚の硬質板とゴム状弾性板とが交互に積層されている積層体の外周部の全域が筒状形の被覆ゴムで被覆され、積層体の積層方向の両端部には取付用のフランジが接着固定されてなり、建築物や橋梁等の上部構造体を基礎や橋脚等の下部構造体上に水平方向に揺動変位可能に支承し、上部構造体重量による鉛直荷重が作用している条件下で地震等によって入力される振動の加速度を低減することにより上部構造体の損壊を未然に防止するように用いられる免震用積層ゴムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の免震用積層ゴムは、上部構造体と下部構造体との間に介在されて通常時には上部構造体の重量を下部構造体に伝達し支承する働きをするものであるために、一旦、設置された後は取替えが技術的にも経済的にも非常に困難な状況にある。それゆえに、この免震用積層ゴムとしては、上部構造体と同程度の耐久寿命が要求される。
【０００３】
ところで、この種の免震用積層ゴムは、一般的に、図５に示すように、薄肉鋼板等の複数枚の硬質板１…とゴム状弾性板２…とを交互に積層してなる積層体３の外周部の全域が耐候性、耐食性に優れた筒状の被覆ゴム４で覆われているとともに、積層体３の積層方向の両端部、すなわち、上下両端部には上部構造体Ａ及び下部構造体Ｂに対する取付用のフランジ５Ａ，５Ｂがゴムの加硫接着により一体に固定されて構成されている。
【０００４】
上記のような一般的な免震用積層ゴムＣにおいては、地震等による振動の入力に伴って積層ゴムＣ全体が大きな剪断変形を起こし、硬質板１…の間に挟まれたゴム状弾性板２…には数百％にも及ぶ大きな水平歪みが作用する。特に、積層体３の両端部に位置し取付用フランジ５Ａ，５Ｂに接するゴム状弾性板２，２及びその外周部を包囲する被覆ゴム４の両端部分４ａ，４ｂには、剪断変形に伴い一方側では引張り、他方側では圧縮といった極めて大きな応力が集中作用し、積層体３と取付用フランジ５Ａ，５Ｂとの間の接着が剥がれるなどして積層ゴムＣの損傷や破断を招き、所望の耐久寿命が得られないという問題がある。
【０００５】
このような問題を解消するものとして、従来、例えば特公平７−８４８１４号公報に開示されたようなものが提案されている。それは、図６に示すように、積層体３の外周部全域を覆う被覆ゴム４のうち、取付用フランジ５Ａ，５Ｂと接する端部分４ａ，４ｂを、フランジ５Ａ，５Ｂに近付くほど漸次横断面積が大きくなるように、その外表面を内側に向けて縦断面円弧形状もしくは円弧類似形状に反った湾曲面Ｒに形成してなるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のごとく被覆ゴム４の端部分４ａ，４ｂを、その外表面が縦断面円弧形状もしくは円弧類似形状に反った湾曲面Ｒとなるように形成されているだけの従来の免震用積層ゴムでは、地震等による積層ゴム全体の剪断変形時に被覆ゴム４の端部分４ａ，４ｂがその湾曲面Ｒで弾性的に屈曲変形することで、この端部分４ａ，４ｂへの応力集中を軽減することが可能であるものの、被覆ゴム端部分４ａ，４ｂのフランジ５Ａ，５Ｂとの接着部の被覆厚さが非常に薄いために、引張りを受ける側の被覆ゴム４とフランジ５Ａ，５Ｂとの間で接着剥がれが起きることは避けられない。また、大変形時には、図７に示すような屈曲変形に伴って、ゴム端部分４ａ，４ｂに深い皺が発生して、繰り返し変形した場合、その皺の発生箇所から被覆ゴム４に割れや亀裂が入りやすく、一旦、割れや亀裂が入ると、その割れや亀裂がゴム状弾性板２に向けて急速に進行し積層ゴム全体の損傷や破断につながる。したがって、使用期間の非常に長い免震用積層ゴムとして要求される免震性能及び耐久寿命を長期に亘って保証することは極めて困難であった。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、大変形時における応力集中に伴う接着剥がれの発生を防止するだけでなく、被覆ゴム端部分への割れや亀裂の発生も防止して免震性能及び耐久寿命の著しい増進を達成することができる免震用積層ゴムを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る免震用積層ゴムは、複数枚の硬質板とゴム状弾性板とを交互に積層した積層体の外周部の全域が筒状の被覆ゴムで覆われているとともに、積層体の積層方向の両端部にフランジが接着固定されてなる免震用積層ゴムであって、上記両フランジにはその中央部分を積層体側に向けて突出させる段部が形成されているとともに、上記両フランジと接する被覆ゴムの上記積層方向の両端部には、上記段部の段差と略同一の段差を有して中央突出フランジ部分の外周部を包囲する段差付ゴム端部分と、これら段差付ゴム端部分に近付くほど漸次横断面積が大きくなるようにその外表面が内側に向けて縦断面円弧形状もしくは円弧類似形状に反った湾曲面に形成された湾曲面付ゴム部分とが一体に形成されており、上記両フランジの中央突出フランジ部分の外周寸法が、上記積層体を構成する硬質板の外周寸法よりもゴム状弾性板の単位厚さの５００％以上大きく設定されていることを特徴とするものである。
【０００９】
上記構成の請求項１に係る免震用積層ゴムによれば、積層体の外周部全域を覆う被覆ゴムの両端部分に、積層体両端のフランジに形成されている中央突出部分の段部の段差と略同一段差をつけることにより、この段差付被覆ゴム両端部分が積層ゴム全体の変形に対する緩衝（クッション）領域となって、大変形時にフランジと被覆ゴムとの接着箇所に応力が集中することを軽減して接着剥がれに起因する損傷の発生を防止することが可能である。そのうえ、緩衝（クッション）領域となる段差付ゴム端部分に続けて、外表面が内側に向けて縦断面円弧形状もしくは円弧類似形状に反った湾曲面付のゴム部分を一体形成して被覆ゴム端部分のフランジとの接着部の被覆厚さを大きく確保することで、大変形に伴う湾曲面での屈曲変形時に、その屈曲箇所に深い皺を発生することがなくなり、これによって、繰り返し変形を受けても、積層ゴムの損傷や破断につながる最も大きな原因となる被覆ゴム端部の割れや亀裂の発生を防止することが可能で、積層ゴム全体の免震性能及び耐久寿命を著しく増進させることができる。
【００１０】
また、上記構成の免震用積層ゴムにおいて、上記両フランジの中央突出フランジ部分の外周寸法を、上記積層体を構成する硬質板の外周寸法よりもゴム状弾性板の単位厚さの５００％以上大きく設定しているので、積層体の水平ばね定数の面圧依存性を低減することができる。すなわち、大きな鉛直荷重が作用している条件下で積層ゴム全体が水平方向に大きく変形した時、積層体を構成する複数枚のゴム状弾性板のうち、最も大きく変形する積層方向両端のゴム状弾性板に作用する変形力を純粋な剪断変形力に止めることが可能となり、これによって、積層体を構成する複数枚の硬質板、とりわけ、積層方向両端部分に近く位置する数枚の硬質板の外周端部分の折れ曲りを防ぐことができ、水平歪み４００％以上の大変形に対しても水平ばね定数の面圧依存性を低減し所定の免震性能を確保できるとともに、積層体内部に発生する最大局部歪みも低減し耐久寿命の一層の増進を図ることができる。
【００１１】
特に、上記構成の本発明の請求項１に係る免震用積層ゴムにおいて、被覆ゴムの積層方向両端部における湾曲面付ゴム部分の外表面に、内側に向けて縦断面円弧形状もしくは円弧類似形状に反った湾曲面を連続して二段に形成することにより、大変形時には、最も被覆厚さの大きい二段湾曲面の接続頂部が最深部に位置する形態で屈曲するために、深い皺の発生が全くなくなり、これによって、被覆ゴム端部の割れや亀裂の発生を確実に防止して積層ゴム全体の耐久寿命を一段と増進することができる。
【００１２】
また、上記構成の免震用積層ゴムにおいて、上記被覆ゴムの積層方向両端部における湾曲面付ゴム部分の中央突出フランジ部分に対する最小被覆厚さを、被覆ゴムの積層方向中央部分での硬質板に対する被覆厚さと同一または略同一に設定することにより、被覆ゴムによる耐候性などの保護性能を十分に確保するとともに、大変形時に湾曲面付ゴム部分に割れや亀裂が入ってそこから積層ゴムの損傷や破断につながることも防止して所定の耐久寿命を確保することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の請求項１〜３に係る免震用積層ゴム全体の断面構造を示し、この免震用積層ゴムＣは、基本的に、薄肉鋼板等の複数枚の硬質板１…とゴム状弾性板２…とを交互に積層してなる積層体３の外周部の全域が耐候性、耐食性に優れた筒状の被覆ゴム４で覆われているとともに、積層体３の積層方向の両端部、すなわち、上下両端部には上部構造体Ａ及び下部構造体Ｂに対する取付用のフランジ５Ａ，５Ｂがゴムの加硫時に一体に接着固定されて構成されている。
【００１６】
ここで、積層体３を構成するゴム状弾性板２としては、天然ゴム系ゴム材料や高減衰ゴム材料が使用され、被覆ゴム４としては、天然ゴム（ＮＲ）、ＳＢＲ、ＩＲ、ＣＲ、ＥＰＤなどの耐候性及び耐薬品性に優れたゴム材料が使用される。また、硬質板１…としては、鋼板、鉄板、アルミ板、銅板、ＳＵＳ板等の金属板以外に、硬質プラスチック板を使用してもよい。さらに、免震用積層ゴムＣは、水平方向のあらゆる向きの揺れに対応できるように、円柱形状とすることが好ましいが、四角形、五角形などの多角形状であってもよい。
【００１７】
上記のごとき基本構成からなる免震用積層ゴムＣにおいて、上記両取付用フランジ５Ａ，５Ｂには、図２に明示するように、その中央部分５ａ１，５ｂ１を積層体３側に向けて突出させる段部６Ａ，６Ｂが通常、３ｍｍ以上に形成されている。この中央突出フランジ部分５ａ１，５ｂ１の外周寸法（外径）Ｄは、積層体３を構成する複数枚の硬質板１…の外周寸法（外径）ｄよりも、ゴム状弾性板２…の単位厚さｔの５００％以上大きく設定されている。
【００１８】
上記筒状被覆ゴム４の積層方向両端部には、上記中央突出フランジ部分５ａ１，５ｂ１と外周フランジ部分５ａ２，５ｂ２の段差、つまり、上記段部６Ａ，６Ｂの高さｈと略同一の段差ｈ１を有して中央突出フランジ部分５ａ１，５ｂ１の外周部を包囲する段差付ゴム端部分４ａ１，４ｂ１と、これら段差付ゴム端部分４ａ１，４ｂ１に近付くほど漸次横断面積が大きくなるようにその外表面を内側に向けて縦断面円弧形状に反った二段の湾曲面Ｒ１，Ｒ２に連続形成してなる湾曲面付ゴム部分４ａ２，４ｂ２とが一体に形成されている。これら湾曲面付ゴム部分４ａ２，４ｂ２の中央突出フランジ部分５ａ１，５ｂ１に対する最小被覆厚さｗは、被覆ゴム４の積層方向中央部分での硬質板１…に対する被覆厚さｗ１と同一またはそれ以上に設定されている。
【００１９】
上記のように構成された免震用積層ゴムＣにおいては、積層体３の外周部全域を覆う被覆ゴム４の両端部に、積層体両端の取付用フランジ５Ａ，５Ｂにおける中央突出部分５ａ１，５ｂ１の段部６Ａ，６Ｂの段差ｈと略同一段差ｈ１を持つ段差付ゴム端部分４ａ１，４ｂ１が形成されており、この段差付端部分４ａ１，４ｂ１が積層ゴムＣ全体の水平変形に対する緩衝（クッション）領域となるために、図３に示すような大変形時に、フランジ５Ａ，５Ｂと被覆ゴム４との接着箇所への応力集中を軽減して接着剥がれに起因する損傷の発生を防止することが可能である。
【００２０】
また、緩衝（クッション）領域となる段差付ゴム端部分４ａ１，４ｂ１に続けて、その外表面が内側に向けて縦断面円弧形状に反った二段の湾曲面Ｒ，Ｒ１に連続形成された湾曲面付ゴム部分４ａ２，４ｂ２を一体形成して被覆ゴム４端部分の被覆厚さを大きく確保しているので、大変形に伴い湾曲面付ゴム部分４ａ２，４ｂ２は、図３に示されているように、二段湾曲面Ｒ，Ｒ１の接続頂部Ａを反曲点として屈曲変形し肉厚の大きい接続頂部Ａが最深部に位置する屈曲形態となるために、屈曲箇所に深い皺を発生することがなくなる。これによって、繰り返し変形を受けても、積層ゴムＣの損傷や破断につながる最も大きな原因となる被覆ゴム４端部に割れや亀裂が発生せず、積層ゴムＣ全体の免震性能及び耐久寿命を長期に亘って保証することができる。
【００２１】
特に、上記構成の免震用積層ゴムＣでは、両取付用フランジ５Ａ，５Ｂの中央突出フランジ部分５ａ１，５ｂ１の外径Ｄが積層体３を構成する硬質板１…の外径ｄよりもゴム状弾性板２の単位厚さｔの５００％以上大きく設定されているので、大きな鉛直荷重が作用している条件下で積層ゴムＣ全体が水平方向に大きく変形した時、積層体３を構成する複数枚のゴム状弾性板２…のうち、最も大きく変形する積層方向両端のゴム状弾性板２，２に作用する変形力を純粋な剪断変形力に止めることが可能となり、これによって、複数枚の硬質板１…のうち、積層方向両端部分に近く位置する数枚の硬質板１の外周端部分の折れ曲りを防ぐことが可能で、水平歪み４００％以上の大変形に対しても水平ばね定数の面圧依存性を低減し所定の免震性能を確保できるとともに、積層体３内部に発生する最大局部歪みも低減し耐久寿命の一層の増進を図ることができる。
【００２２】
図４は参考例に係る免震用積層ゴムの要部の拡大断面構造を示し、基本的な構成は、図１に示したものと同一であり、相違する点は、両端の取付用フランジ５Ａ，５Ｂがその全域に亘って偏平板状に形成されていることと、これらフランジ５Ａ，５Ｂに接する筒状被覆ゴム４の両端部分４ａ３，４ｂ３に、フランジ５Ａ，５Ｂに近付くほど漸次横断面積が大きくなるようにその外表面が内側に向けて縦断面円弧形状に反った二段の湾曲面Ｒ，Ｒ１を連続形成していることである。
【００２３】
上記図４に示すような構成の免震用積層ゴムＣにおいては、積層体３の外周部全域を覆う被覆ゴム４の両端部分４ａ３，４ｂ３に、その外表面が縦断面円弧形状に反った二段の湾曲面Ｒ，Ｒ１に連続形成されているために、被覆ゴム両端部分４ａ３，４ｂ３のフランジ５Ａ，５Ｂとの接着部及び積層体３の積層方向両端部に対する被覆厚さを大きく確保することが可能であるとともに、大変形には二段湾曲面Ｒ，Ｒ１の接続頂部Ａを反曲点として屈曲変形させて肉厚の大きい接続頂部Ａが最深部に位置する屈曲形態とすることが可能であり、フランジ５Ａ，５Ｂと被覆ゴム４との接着箇所への応力集中による接着剥がれを抑制できるとともに、屈曲箇所に深い皺が発生することを防止でき、これによって、図１〜図３に示す免震用積層ゴムＣと同様に、繰り返し変形を受けても、被覆ゴム端部分４ａ３，４ｂ３の接着剥がれや割れ、亀裂の発生を防いで積層ゴムＣ全体の免震性能及び耐久寿命を長期間に亘って保証することができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態では、湾曲面Ｒ，Ｒ１を縦断面円弧形状としたもので説明したが、これに類似した形状、例えば複数の直線を組み合わせたものや、直線と円弧を組み合わせたものなど、大変形時の屈曲変形により応力集中及び皺の発生防止を図れる形状であればよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明によれば、大変形時における応力集中に伴う被覆ゴムの接着剥がれを防止あるいは抑制することができるだけでなく、大変形に伴い屈曲する被覆ゴム端部分に深い皺を発生させないですむので、長期使用に亘る繰り返し変形によっても積層ゴムの損傷や破断につながる最も大きな原因となる被覆ゴム端部分の割れや亀裂の発生を防止することができる。したがって、積層ゴム全体の免震性能及び耐久寿命を著しく増進して、上部構造体と同程度の長期間に亘って要求される免震性能及び耐久寿命を保証することができるという効果を奏する。
【００２６】
また、両フランジの中央突出フランジ部分の外周寸法が、積層体を構成する硬質板の外周寸法よりもゴム状弾性板の単位厚さの５００％以上大きく設定されているので、積層方向両端部分に近く位置する数枚の硬質板の外周端部分の折れ曲りを防いで、水平歪み４００％以上の大変形に対しても水平ばね定数の面圧依存性を低減し所定の免震性能を確保できるとともに、積層体内部に発生する最大局部歪みも低減し耐久寿命の一層の増進を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の請求項１〜３に係る免震用積層ゴムの実施の形態を示す全体断面構造図である。
【図２】 同上免震用積層ゴムが通常状態（非変形状態）にある時の要部の拡大断面図である。
【図３】 同上免震用積層ゴムが水平方向に大きく変形した状態の要部の拡大断面図である。
【図４】 参考例に係る免震用積層ゴムの実施の形態を示す要部の拡大断面図である。
【図５】 従来一般的な免震用積層ゴムの全体断面構造図である。
【図６】 従来一般的な免震用積層ゴムが有する問題点を解消するために従来より提案されている免震用積層ゴムが通常状態（非変形状態）にある時の要部の拡大断面図である。
【図７】 同上免震用積層ゴムが水平方向に大きく変形した状態の要部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 硬質板
２ ゴム状弾性板
３ 積層体
４ 筒状被覆ゴム
４ａ１，４ｂ１ 段差付ゴム端部分
４ａ２，４ｂ２ 湾曲面付ゴム部分
４ａ３，４ｂ３ ゴム端部分
５Ａ，５Ｂ 取付用フランジ
５ａ１，５ｂ１ 中央突出フランジ部分
６Ａ，６Ｂ 段部
Ｃ 免震用積層ゴム
Ｒ，Ｒ１ 湾曲面

Claims (3)

1. 複数枚の硬質板とゴム状弾性板とを交互に積層した積層体の外周部の全域が筒状の被覆ゴムで覆われているとともに、積層体の積層方向の両端部にフランジが接着固定されてなる免震用積層ゴムであって、
   上記両フランジにはその中央部分を積層体側に向けて突出させる段部が形成されているとともに、
   上記両フランジと接する被覆ゴムの上記積層方向の両端部には、上記段部の段差と略同一の段差を有して中央突出フランジ部分の外周部を包囲する段差付ゴム端部分と、これら段差付ゴム端部分に近付くほど漸次横断面積が大きくなるようにその外表面が内側に向けて縦断面円弧形状もしくは円弧類似形状に反った湾曲面に形成された湾曲面付ゴム部分とが一体に形成されており、
   上記両フランジの中央突出フランジ部分の外周寸法が、上記積層体を構成する硬質板の外周寸法よりもゴム状弾性板の単位厚さの５００％以上大きく設定されていることを特徴とする免震用積層ゴム。
2. 上記被覆ゴムの積層方向両端部における湾曲面付ゴム部分の外表面には、内側に向けて縦断面円弧形状もしくは円弧類似形状に反った湾曲面が連続して二段に形成されている請求項１に記載の免震用積層ゴム。
3. 上記被覆ゴムの積層方向両端部における湾曲面付ゴム部分の中央突出フランジ部分に対する最小被覆厚さが、被覆ゴムの積層方向中央部分での硬質板に対する被覆厚さと同一または略同一に設定されている請求項１又は２に記載の免震用積層ゴム。

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