JP5703035B2

JP5703035B2 - 免震装置

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Publication number: JP5703035B2
Application number: JP2011005704A
Authority: JP
Inventors: 秀章加藤
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2031-01-14
Also published as: JP2012145196A

Description

本発明は、積層体に減衰材が貫設された免震装置に関する。

この種の免震装置として、従来、例えば下記特許文献１に示すような、積層体の中央部分に鉛プラグ（減衰材）が貫設された免震装置が知られている。詳しく説明すると、上記した積層体は、ゴム等からなる弾性板と鋼板などからなる剛性板とを交互に積層した構成からなり、その積層方向の両側にそれぞれ配設された一対のフランジ板の間に介在されている。また、免震装置には、積層体の積層方向に貫通する孔部が形成されており、その孔部の内側に鉛プラグが収容されている。この鉛プラグは、振動を減衰させるダンパー部材であり、例えば前記した孔部の内側に圧入されている。また、孔部の軸方向の両端部にはキャップ（栓体）がそれぞれ嵌合されており、このキャップによって鉛プラグの両端面がそれぞれ押さられている。

上記した構成の免震装置は、これら一対のフランジ板のうちの下側のフランジ板を基礎等の下部構造に固定させると共に上側のフランジ板を建物等の上部構造に固定させることで、下部構造と上部構造との間に介装される。この免震装置によれば、積層体のせん断変形時に減衰材が塑性変形することにより振動エネルギーを吸収することができ、上部構造に伝達される振動を減衰させることができる。

また、従来、例えば下記特許文献２に記載されているように、減衰材を有しないタイプの免震装置において、上記した弾性板が、弾性率の異なる複数の弾性材料からなる構成が知られている。詳しく説明すると、この免震装置は、弾性板の外周部分、または外周部分及び内周部分に、弾性板の本体部（高弾性率ゴム部）の弾性材料よりもせん断弾性率が低い弾性材料からなる低弾性部（外周側低弾性部、内周側低弾性部）が設けられている。

特開２００９−１１５１７６号公報特開２０００−７４１４１号公報

ところで、上記した免震装置では、上部構造の重量等によって上側のフランジ板を介して積層体に鉛直荷重が作用するが、上記した従来の減衰材を有する免震装置では、弾性板が全体に亘って同一の弾性材料からなるため、弾性板の鉛直荷重負担率は全体に亘って等しくなる。このように積層体に鉛直荷重が作用すると、弾性材料からなる弾性板の非圧縮性によって弾性板から減衰材に圧力（静水圧）が作用して減衰材が拘束される。この減衰材に対する拘束力は、上記した圧力が高いほど大きくなり、また、減衰材に対する拘束力が高いほど減衰材による減衰性が向上する。

そこで、本発明は、減衰材に対する拘束力を高めて減衰材による減衰性を向上させることができる免震装置を提供することを目的とする。

本発明に係る免震装置は、一対のフランジ板の間に、剛性を有する剛性板と弾性を有する弾性板とを交互に積層してなる積層体が介在されており、該積層体を積層方向に貫通する孔部が形成され、該孔部の内側に振動を減衰させる減衰材が収容された免震装置において、前記弾性板の内周部分に、前記減衰材の径方向外側に環状に周設されていると共に前記弾性板の本体部の内周側に配設され、該本体部の弾性材料よりもせん断弾性率が高い弾性材料からなる高弾性部が設けられ、前記高弾性部のせん断弾性率が、前記本体部のせん断弾性率の１．５倍以上２．０倍以下となっていることを特徴としている。

このような特徴により、弾性板の内周部分に高い弾性材料からなる高弾性部が設けられるので、弾性板の内周部分に鉛直剛性が高い領域が形成される。鉛直剛性が高い領域は、それよりも低い領域と比較して鉛直荷重の負担率が高くなるため、上記した免震装置では、減衰材の周りの内周部分の鉛直荷重負担率が高くなる。その結果、フランジ板を介して積層体に鉛直荷重が加わったときに減衰材に作用する圧力が増大し、減衰材に対する拘束力が高められる。

また、本発明に係る免震装置は、前記高弾性部の径方向の幅寸法が、前記減衰材の半径寸法以上であり、且つ、前記弾性板の径方向の幅寸法の１／２以下であることが好ましい。
これにより、減衰材の周りの内周部分の鉛直荷重負担率が顕著に高くなり、その結果、減衰材に対する圧力がより増大し、減衰材に対する拘束力が高められる。

本発明に係る免震装置によれば、上述したように減衰材に対する圧力が増大し、減衰材に対する拘束力が高められるため、減衰材による減衰性を向上させることができる。

本発明の実施の形態を説明するための免震装置の縦断面図である。図１に示すＡ−Ａ間の横断面図である。

以下、本発明に係る免震装置の実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１に示す免震装置１は、基礎等の図示せぬ下部構造と建物本体等の図示せぬ上部構造との間に介装され、上部構造を下部構造に対して相対的に水平移動可能に支持する装置である。この免震装置１の概略構成としては、図１に示すように、上下に対向して配置された一対のフランジ板（下フランジ板２及び上フランジ板３）と、一対のフランジ板２，３の間に介在された積層体４と、積層体４に貫設されたプラグ５（本発明における減衰材）と、を備えている。
なお、図１に示す一点鎖線Ｏは、積層体４の積層方向に延在する積層体４の中心軸線であり、以下「軸線Ｏ」と記す。また、軸線Ｏに沿った方向を「軸方向」とし、軸線Ｏに直交する方向を「径方向」とし、軸線Ｏ周りの方向を「周方向」とする。

下フランジ板２は、下部構造に固定される固定部材であり、上フランジ板３は上部構造に固定される固定部材である。下フランジ板２及び上フランジ板３は、剛性を有する平面視円形の硬質板であり、例えば鋼板からなる。これら下フランジ板２及び上フランジ板３は、それぞれ積層体４の断面形状よりも大径に形成されており、これら下フランジ板２及び上フランジ板３の各外周部は、全周に亘って積層体４の径方向外側に向けて突出されている。また、下フランジ板２及び上フランジ板３の各外周部には、周方向に間隔をあけて複数の図示せぬボルト孔が形成されており、例えばアンカーボルト等を介して下部構造や上部構造にそれぞれ固定される。

積層体４は、弾性を有する弾性板４０と剛性を有する剛性板４１とが交互に積層された柱状体であり、水平方向にせん断変形可能なせん断変形部である。複数の弾性板４０と剛性板４１は、それぞれ平面視円形状に形成されており、積層体４は、軸方向に延在する略円柱形状に形成されている。また、積層体４の外周面部分には、弾性板４０及び剛性板４１の外周を全周に亘って被覆する被覆部４２が設けられている。

複数の剛性板４１は、例えば鋼板からなる硬質板であり、下フランジ板２や上フランジ板３と平行に配設されている。
なお、上記した剛性板４１、下フランジ板２及び上フランジ板３は、鋼板以外であってもよく、例えば硬質樹脂からなる板材であってもよい。

また、弾性板４０は、弾性変形可能な弾性材料からなる軟質板であり、剛性板４１，４１の間、及び剛性板４１とフランジ板２，３との間に介在されている。
また、被覆部４２は、弾性変形可能な弾性材料からなり、弾性板４０と一体に形成されている。具体的に説明すると、弾性板４０及び被覆部４２はそれぞれ加硫ゴムからなり、未加硫の弾性板４０及び被覆部４２を上記した複数の剛性板４１及びフランジ板２，３と共に加硫させることで、弾性板４０及び被覆部４２と複数の剛性板４１及びフランジ板２，３とが加硫接着されている。
なお、上記した弾性板４０及び被覆部４２はゴム以外であってもよく、例えば軟質樹脂で形成することも可能である。

また、上記した下フランジ板２、上フランジ板３及び積層体４には、軸方向に延在する孔部１０が形成されている。この孔部１０は、プラグ５を収容する平面視円形の孔であり、積層体４の中心位置に配設され、軸線Ｏを共通軸にして積層体４と同軸上に形成されている。また、孔部１０は、軸方向に貫通した貫通孔である。すなわち、上記した下フランジ板２、上フランジ板３、弾性板４０及び剛性板４１の各中心部分には、互いに連通する円形孔がそれぞれ形成されており、これらの円形孔によって孔部１０が形成されている。なお、孔部１０の軸方向両側の開口端部は、縦断面視において略Ｔ字状に拡径されている。

また、上記した弾性板４０は、図２に示すように、せん断弾性率の異なる２種類の弾性材料からなる。詳しく説明すると、弾性板４０の内周部分に、弾性板４０の本体部４０Ａの弾性材料よりもせん断弾性率が高い弾性材料からなる高弾性部４０Ｂが設けられている。すなわち、弾性板４０には、平面視円環状の本体部４０Ａと、本体部４０Ａの内周側（径方向内側）に配設された高弾性部４０Ｂと、が備えられている。

本体部４０Ａは、弾性板４０のうちの外周部及び径方向中間部を構成する部分である。この本体部４０Ａは、軸線Ｏを中心軸線とする平面視円環状に形成されており、本体部４０Ａの外縁及び内縁はそれぞれ平面視円形状に形成されている。この本体部４０Ａのせん断弾性率は例えば０．４〜０．６ＭＰａ程度である。なお、ここでいう「せん断弾性率」とは、せん断歪みが１００％のせん断変形を与えたとき、つまり積層体４を複数の弾性板４０の総厚さ寸法分だけせん断変形させた場合の弾性率である。

高弾性部４０Ｂは、弾性板４０の内周部を構成する部分である。この高弾性部４０Ｂは、軸線Ｏを中心軸線とする平面視円環状に形成されており、本体部４０Ａの内縁に沿って全周に亘って形成されていると共にプラグ５の外周側（径方向外側）に全周に亘って周設されている。また、高弾性部４０Ｂは、本体部４０Ａと共に加硫することで本体部４０Ａと一体化されており、高弾性部４０Ｂの外縁は、本体部４０Ａの内縁に対して全周に亘って一体的に接合されている。

上記した高弾性部４０Ｂのせん断弾性率は、本体部４０Ａのせん断弾性率の１．５以上２．０倍以下であることが好ましい。これは、高弾性部４０Ｂのせん断弾性率を本体部４０Ａのせん断弾性率の１．５以上にすることで、高弾性部４０Ｂの鉛直荷重負担率を効果的に高めることができ、また、高弾性部４０Ｂのせん断弾性率を本体部４０Ａのせん断弾性率の２．０倍以下にすることで、高弾性部４０Ｂと本体部４０Ａとの境界において応力が不連続にならず、応力集中を防止することができると共に、鉛直荷重負担率が過度に高くなることによるフランジ板２，３の撓み変形を防止することができるためである。

また、上記した高弾性部４０Ｂの径方向の幅寸法ｗ１が、プラグ５の半径寸法ｒ以上であり、且つ、弾性板４０全体の径方向の幅寸法Ｗの１／２以下である。すなわち、高弾性部４０Ｂの径方向の幅寸法ｗ１は、本体部４０Ａの径方向の幅寸法ｗ２よりも小さくなっており、高弾性部４０Ｂの外縁は、弾性板４０全体の径方向のセンターラインＬ（幅寸法Ｗの半分の位置）よりも径方向内側に位置している。

図１に示すように、上記した孔部１０の内側には、プラグ５が収容されている。このプラグ５の軸方向両側の端面は、孔部１０の軸方向両側の開口端部に嵌合されたキャップ体７，７によってそれぞれ押さえられており、これにより、プラグ５の軸方向位置が保持されている。

プラグ５は、積層体４のせん断変形時に塑性変形することで振動エネルギーを吸収するダンパー部材であり、例えば円柱形状の鉛プラグからなる。詳しく説明すると、プラグ５は、孔部１０と同径若しくは孔部１０よりも若干大径に形成されており、孔部１０の何れか一方の端部から圧入されて孔部１０の内側に隙間無く充填されている。このプラグ５の長さ寸法（軸方向寸法）は、積層体４の高さ寸法（軸方向寸法）よりも大きく、プラグ５の上端面は積層体４の上端面よりも上方に位置し、プラグ５の下端面は積層体４の下端面よりも下方に位置する。つまり、プラグ５は、積層体４の全長に亘って充填されていると共に両端部が下フランジ板２や上フランジ板３の孔部にそれぞれ挿入されている。
なお、上記したプラグ５は、鉛プラグ以外であってもよく、例えば、錫や合金等の他の金属からなる部材であってもよい。さらに、上記したプラグ５は、金属製以外の部材であってもよく、例えばゴムに鉄粉等を混合させたエラストマー部材であってもよい。

キャップ体７は、孔部１０の開口端部を封栓する栓体であり、下フランジ板２や上フランジ板３にボルト締結や溶接などで固定されている。

上記した構成の免震装置１によれば、図示せぬ下部構造と図示せぬ上部構造との間に上記した免震装置１を介装させると、免震装置１によって支持された上部構造の振動系の固有周期が長くなり、例えば地震時に上部構造が受ける応力が緩和される。具体的には、地震等によって下部構造が振動すると、積層体４が水平方向にせん断変形する。これにより、上部構造に伝達される振動が低減される。

また、上述した積層体４のせん断変形に伴いプラグ５が塑性変形する。これにより、振動エネルギーが吸収され、上部構造に伝達される振動が減衰される。この減衰性は、プラグ５の拘束力が高いほど増大し、プラグ５の拘束力は、プラグ５の周りの内周部分の鉛直荷重負担率が大きいほどプラグ５に対する圧力（静水圧）が増大して高くなる。ここで、上記した構成の免震装置１では、弾性板４０の内周部分に高弾性部４０Ｂが設けられており、弾性板４０の内周部分に鉛直剛性が高い領域（高弾性部４０Ｂ）が形成されているので、弾性板４０のうち、プラグ５の周りの内周部分の鉛直荷重負担率が高められる。その結果、プラグ５に対する圧力（静水圧）が増大し、プラグ５に対する拘束力が高められ、上記したプラグ５による減衰性を向上させることができる。

特に、上記した免震装置１では、高弾性部４０Ｂの径方向の幅寸法ｗ１が、プラグ５の半径寸法ｒ以上であり、且つ、弾性板４０全体の径方向の幅寸法Ｗの１／２以下であるため、プラグ５の周りの内周部分の鉛直荷重負担率が顕著に高くなる。その結果、プラグ５に対する圧力がより増大し、プラグ５に対する拘束力が高められ、プラグ５による減衰性を確実に向上させることができる。

以上、本発明に係る免震装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本発明は、積層体が斜めに傾けて設置され、積層体が水平面に対して傾斜した方向にせん断変形する構成であってもよい。

また、上記した実施の形態では、環状の高弾性部４０Ｂの内側にプラグ５が圧入されており、高弾性部４０Ｂの内周面とプラグ５の外周面とが密接しているが、本発明は、高弾性部４０Ｂの内周面とプラグ５の外周面とが直に接していなくてもよい。例えば、プラグ５の外周面が剛性板４１によって削られたり弾性板４０の部分に入り込んだりするのを防止するため、プラグ５の外周を筒体で覆った構成にすることも可能である。

また、本発明は、積層体４の軸方向端部に端板が設けられ、この端板がフランジ板２、３に当接する構成であってもよい。
その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１免震装置
２下フランジ板（フランジ板）
３上フランジ板（フランジ板）
４積層体
５プラグ（減衰材）
１０孔部
４０弾性板
４０Ａ本体部
４０Ｂ高弾性部
４１剛性板

Claims

一対のフランジ板の間に、剛性を有する剛性板と弾性を有する弾性板とを交互に積層してなる積層体が介在されており、
該積層体を積層方向に貫通する孔部が形成され、該孔部の内側に振動を減衰させる減衰材が収容された免震装置において、
前記弾性板の内周部分に、前記減衰材の径方向外側に環状に周設されていると共に前記弾性板の本体部の内周側に配設され、該本体部の弾性材料よりもせん断弾性率が高い弾性材料からなる高弾性部が設けられ、
前記高弾性部のせん断弾性率が、前記本体部のせん断弾性率の１．５倍以上２．０倍以下となっていることを特徴とする免震装置。
請求項１に記載の免震装置において、
前記高弾性部の径方向の幅寸法が、前記減衰材の半径寸法以上であり、且つ、前記弾性板の径方向の幅寸法の１／２以下であることを特徴とする免震装置。