JP7473380B2 - 免震装置 - Google Patents

Description

この発明は、免震装置に関するものである。

従来の免震装置は、一般的に、硬質材料層及び軟質材料層が鉛直方向に交互に積層されてなるものである（例えば、特許文献１）。

特開２００６－１７０２３３号公報

しかし、従来の免震装置においては、免震性能に関し、向上の余地があった。

この発明は、免震性能を向上できる免震装置を提供することを、目的とするものである。

本発明の免震装置は、
鉛直方向に交互に積層された硬質材料層及び軟質材料層を有する、積層構造体を備えた、免震装置であって、
各前記軟質材料層から構成される軟質材料部には、空洞部が形成されており、
前記空洞部内には、前記硬質材料層が位置している。
本発明の免震装置によれば、免震性能を向上できる。

本発明の免震装置において、
前記空洞部は、前記積層構造体の中心軸線上に位置していると、好適である。
これにより、免震装置の免震性能に関し、等方性を実現できる。

本発明の免震装置において、
前記空洞部の軸直方向中心は、前記積層構造体の中心軸線上に位置していると、好適である。
これにより、免震装置の免震性能に関し、等方性を実現できる。

本発明の免震装置において、
前記空洞部は、前記積層構造体における軸線方向の全長にわたって存在していると、好適である
これにより、免震装置の免震性能を向上できる。

本発明の免震装置において、
各前記硬質材料層は、前記積層構造体における軸直方向のほぼ全体にわたって延在していると、好適である。
これにより、免震装置の耐座屈性能を向上できる。

本発明の免震装置において、
前記積層構造体の軸線方向断面において、前記積層構造体のうち前記空洞部が存在する軸直方向領域の軸直方向長さの合計は、前記積層構造体の外径の０．１０～０．６０倍であると、好適である。
これにより、免震装置の免震性能をより向上できる。

この発明によれば、免震性能を向上できる免震装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る免震装置を、水平方向変形が生じていない状態で示す、軸線方向断面図である。 本発明の第２実施形態に係る免震装置を、水平方向変形が生じていない状態で示す、軸線方向断面図である。 本発明の第３実施形態に係る免震装置を、水平方向変形が生じていない状態で示す、軸線方向断面図である。

本発明の免震装置は、地震の揺れが構造物（例えば、ビル、マンション、戸建て住宅、倉庫等の建物、並びに、橋梁等）に伝わるのを抑制するために、構造物の上部構造と下部構造との間に配置されると、好適なものである。
以下に、図面を参照しつつ、この発明に係る免震装置の実施形態を例示説明する。各図において共通する構成要素には同一の符号を付している。

図１は、本発明の第１実施形態に係る免震装置１を説明するための図面である。図２は、本発明の第２実施形態に係る免震装置１を説明するための図面である。図３は、本発明の第３実施形態に係る免震装置１を説明するための図面である。図１～図３は、それぞれ、免震装置１を、水平方向変形が生じていない状態で示している。
以下では、説明の便宜のため、図１～図３の各実施形態の免震装置１について併せて説明する。
図１に示すように、免震装置１は、上下一対のフランジプレート２１、２２（以下、それぞれ「上側フランジプレート２１」、「下側フランジプレート２２」ともいう。）と、積層構造体３と、を備えている。

本明細書において、免震装置１の「中心軸線Ｏ」（以下、単に「中心軸線Ｏ」ともいう。）は、積層構造体３の中心軸線である。免震装置１の中心軸線Ｏは、鉛直方向に延在するように指向される。本明細書において、免震装置１の「軸線方向」とは、免震装置１の中心軸線Ｏに平行な方向である。免震装置１の「軸線方向内側」とは、積層構造体３の軸線方向中心に近い側を指しており、免震装置１の「軸線方向外側」とは、積層構造体３の軸線方向中心から遠い側（フランジプレート２１、２２に近い側）を指している。また、免震装置１の「軸直方向」とは、免震装置１の軸線方向に垂直な方向である。また、免震装置１の「内周側」、「外周側」、「径方向」、「周方向」とは、免震装置１の中心軸線Ｏを中心としたときの「内周側」、「外周側」、「径方向」、「周方向」をそれぞれ指す。また、「上」、「下」とは、鉛直方向における「上」、「下」をそれぞれ指す。

上側フランジプレート２１は、上側フランジプレート２１の上に構造物（例えば、ビル、マンション、戸建て住宅、倉庫等の建物、並びに、橋梁等）の上部構造（建物本体等）が載せられた状態で、当該上部構造に連結されるように、構成されている。下側フランジプレート２２は、上側フランジプレート２１よりも下側に配置され、構造物の下部構造（基礎等）に連結されるように構成されている。上側フランジプレート２１及び下側フランジプレート２２は、金属から構成されると好適であり、鋼から構成されるとより好適である。上側フランジプレート２１及び下側フランジプレート２２は、軸直方向断面において、円形又は多角形状（四角形等）等、任意の外縁形状を有してよい。

積層構造体３は、上側フランジプレート２１及び下側フランジプレート２２どうしの間に配置されている。積層構造体３は、複数の硬質材料層４と、複数の軟質材料層５と、被覆層６と、を有している。硬質材料層４と軟質材料層５とは、鉛直方向に交互に積層されている。各硬質材料層４と各軟質材料層５とは、同軸上に配置されており、すなわち、各硬質材料層４と各軟質材料層５とのそれぞれの中心軸線は、免震装置１の中心軸線Ｏ上に位置している。積層構造体３の上下両端には、軟質材料層５が配置されている。積層構造体３の上下両端に配置された一対の軟質材料層５は、上側フランジプレート２１及び下側フランジプレート２２にそれぞれ固定されている。

硬質材料層４は、硬質材料から構成されている。硬質材料層４を構成する硬質材料としては、金属が好適であり、鋼がより好適である。図１～図３の各例のように、硬質材料層４どうしの軸線方向の間隔は、均一（一定）であると、好適であるが、硬質材料層４どうしの軸線方向の間隔は、不均一（非一定）であってもよい。ここで、「硬質材料層４どうしの軸線方向の間隔」とは、互いに隣り合う一対の硬質材料層４の軸線方向中心どうしの間の軸線方向距離を指す。また、図１～図３の各例のように、各硬質材料層４の厚さは、互いに同じであると、好適であるが、各硬質材料層４の厚さは、互いに異なっていてもよい。
軟質材料層５は、硬質材料層４よりも硬さの低い（柔らかい）、軟質材料から構成されている。軟質材料層５を構成する軟質材料としては、弾性体が好適であり、ゴムがより好適である。軟質材料層５を構成し得るゴムとしては、天然ゴム又は合成ゴム（高減衰ゴム等）が好適である。図１～図３の各例のように、各軟質材料層５の厚さは、互いに同じであると、好適であるが、各軟質材料層５の厚さは、互いに異なっていてもよい。

被覆層６は、硬質材料層４及び軟質材料層５の外周側の表面を覆っている。被覆層６を構成する材料は、弾性体が好適であり、ゴムがより好適である。被覆層６を構成する材料は、軟質材料層５を構成する軟質材料と同じでもよいし、軟質材料層５を構成する軟質材料とは異なっていてもよい。
被覆層６は、軟質材料層５と一体に構成されている。
図１～図３の各例において、被覆層６は、硬質材料層４及び軟質材料層５の外周側の表面の全体を覆っていており、ひいては、積層構造体３の外周側の表面の全体を構成している。ただし、被覆層６は、硬質材料層４及び軟質材料層５の外周側の表面の一部のみを覆っていてもよく、ひいては、積層構造体３の外周側の表面の一部のみを構成していてもよい。また、被覆層６は、設けられていなくてもよく、その場合、積層構造体３の外周側の表面は、硬質材料層４及び軟質材料層５の外周側の表面のみから構成される。

本実施形態において、積層構造体３、硬質材料層４、軟質材料層５、及び被覆層６は、それぞれ、軸直方向断面において、円形又は多角形状（四角形等）等の任意の外縁形状を有してよい。
なお、本明細書において、積層構造体３、硬質材料層４、軟質材料層５、及び被覆層６のそれぞれの「外径」とは、これらが軸直方向断面において非円形の外縁形状を有している場合、軸直方向断面におけるこれらの外接円の外径を指す。
積層構造体３の外表面は、積層構造体３の中心軸線Ｏの周りに回転対称に構成されていると、好適である。

図１～図３に示すように、本発明の各実施形態においては、各軟質材料層５から構成される軟質材料部７には、１つ又は複数の空洞部８が形成されている。積層構造体３が備える複数の軟質材料層５が、１つの軟質材料部７を構成している。空洞部８は、空気で充填されている。
空洞部８内には、硬質材料層４が位置している（具体的には、空洞部８内で硬質材料層４が軸直方向に延在している）。言い換えれば、硬質材料層４は、軸線方向に互いに隣接する軟質材料層５どうしの間に位置するだけでなく、空洞部８内にも位置している。

以下、本発明の各実施形態の免震装置１の作用効果について説明する。
まず、本発明の各実施形態の免震装置１は、上述のとおり、軟質材料部７には、空洞部８が形成されている。軟質材料部７に空洞部８が形成されていることにより、仮に、軟質材料部７に空洞部８が形成されていない場合に比べて、積層構造体３を柔らかくすることができるので、構造物の長周期化が可能となり（言い換えれば、構造物がよりゆっくりと揺れるようになり）、ひいては、免震装置１の免震性能を向上できる。
さらに、本発明の各実施形態の免震装置１は、上述のとおり、空洞部８内には、硬質材料層４が位置している。空洞部８内に硬質材料層４が位置していることにより、仮に、空洞部８内に硬質材料層４が位置していない場合に比べて、免震装置１の水平変形時において、積層構造体３がよりしっかりと軸線方向に支えられるので、免震装置１が座屈しにくくなる（言い換えれば、免震装置１の耐座屈性能を向上できる）。

本明細書で説明する各例において、空洞部８は、軟質材料部７における任意の位置に形成されてよい。
例えば、本明細書で説明する各例においては、図１～図２の各例のように、空洞部８は、積層構造体３の中心軸線Ｏ上に位置していてもよい。これにより、免震装置１の免震性能に関し、等方性を実現できる。
この場合、図１～図２の各例のように、空洞部８の軸直方向中心Ｃ８は、積層構造体３の中心軸線Ｏ上に位置していると、より好適である。これにより、免震装置１の免震性能に関し、さらなる等方性を実現できる。
ただし、空洞部８が、積層構造体３の中心軸線Ｏ上に位置し、かつ、空洞部８の軸直方向中心Ｃ８が、積層構造体３の中心軸線Ｏから径方向外側に離れた位置に位置していてもよい。この場合も、免震装置１の免震性能に関し、ある程度の等方性を実現できる。
また、免震性能に関し等方性を実現する観点から、空洞部８は、図１～図２の各例のように、積層構造体３の中心軸線Ｏの周りに回転対称に構成されていると、好適である。ただし、空洞部８は、積層構造体３の中心軸線Ｏの周りに回転対称に構成されていなくてもよい。

あるいは、本明細書で説明する各例においては、図３の例のように、空洞部８は、積層構造体３の中心軸線Ｏとは重複しない位置に位置していてもよい。
この場合、例えば、複数の空洞部８が、それぞれ積層構造体３の中心軸線Ｏとは重複しない位置に配置され、かつ、積層構造体３の中心軸線Ｏの周りの周方向に沿って互いから間隔を空けて配置されてもよい。あるいは、１つの空洞部８が、積層構造体３の中心軸線Ｏとは重複しない位置に配置され、かつ、積層構造体３の中心軸線の周りに環状に配置されてもよい。これらの場合も、免震装置１の免震性能に関し、等方性を実現できる。

本明細書で説明する各例においては、図１の例のように、空洞部８は、積層構造体３における軸線方向の全長にわたって存在していると、好適である。これにより、積層構造体３をより柔らかくすることができるので、免震装置１の免震性能を向上できる。
ただし、空洞部８は、図２及び図３の各例のように、積層構造体３における軸線方向の一部のみにわたって存在していてもよい。例えば、空洞部８は、図２の例のように積層構造体３の軸線方向における上側の一部のみにわたって存在していてもよいし、積層構造体３の軸線方向における下側の一部のみにわたって存在していてもよいし、あるいは、図３の例のように積層構造体３の軸線方向における中央部のみにわたって存在していてもよい。空洞部８が積層構造体３における軸線方向の一部のみにわたって存在している場合は、仮に空洞部８が積層構造体３における軸線方向の全長にわたって存在している場合に比べて、免震装置１の水平変形時において、積層構造体３がよりしっかりと軸線方向に支えられるので、免震装置１の耐座屈性能を向上できる。この場合、空洞部８の軸線方向の長さは、積層構造体３における軸線方向の全長の０．３０倍以上であると好適であり、０．５０倍以上であるとより好適である。

本明細書で説明する各例においては、図１～図３の例のように、空洞部８に対応する軸線方向位置に位置する各硬質材料層４のうちの全部の硬質材料層４が、それぞれ、軸線方向に互いに隣接する軟質材料層５どうしの間に位置するだけでなく、空洞部８内にも位置している（すなわち、空洞部８内を軸直方向に延在している）と、好適である。これにより、免震装置１の耐座屈性能を向上できる。
ただし、空洞部８に対応する軸線方向位置に位置する各硬質材料層４のうちの一部の硬質材料層４のみが、それぞれ、空洞部８内に位置し（すなわち、空洞部８内を軸直方向に延在し）、空洞部８に対応する軸線方向位置に位置する各硬質材料層４のうちの残りの硬質材料層４が、それぞれ、空洞部８内に位置していない構成であってもよい。このような構成によっても、仮に、空洞部８に対応する軸線方向位置に位置する各硬質材料層４のうちの全ての硬質材料層４が、それぞれ空洞部８内に位置していない場合に比べて、免震装置１の耐座屈性能を向上できる。

本明細書で説明する各例においては、図１～図３の例のように、空洞部８に対応する軸線方向位置に位置する各硬質材料層４のうちの一部又は全部（各図の例では、全部）の硬質材料層４が、それぞれ、空洞部８の軸直方向の全体にわたって、空洞部８内を軸直方向に延在しているとともに、空洞部８よりも軸直方向の外側の位置まで、軸直方向に延在していると、好適である。これにより、免震装置１の耐座屈性能をさらに向上できる。
なお、空洞部８に対応する軸線方向位置に位置する各硬質材料層４のうちの一部の硬質材料層４のみが、それぞれ、空洞部８の軸直方向の全体にわたって、空洞部８内を軸直方向に延在している場合、空洞部８に対応する軸線方向位置に位置する各硬質材料層４のうちの残りの硬質材料層４は、それぞれ、空洞部８内に位置していなくてもよいし、あるいは、空洞部８の軸直方向の一部のみにわたって、空洞部８内を軸直方向に延在していてもよい。このような構成によっても、仮に、空洞部８に対応する軸線方向位置に位置する各硬質材料層４のうちの全ての硬質材料層４が、それぞれ空洞部８内に位置していない場合に比べて、免震装置１の耐座屈性能を向上できる。

本明細書で説明する各例においては、図１～図３の例のように、各硬質材料層４は、積層構造体３における軸直方向のほぼ全体にわたって延在していると、好適である。これにより、免震装置１の耐座屈性能を向上できる。
同様の観点から、各硬質材料層４は、図１～図３の例のように、積層構造体３のうち被覆層６を除く部分の軸直方向の全体にわたって延在していると、好適である。
ただし、各硬質材料層４は、積層構造体３における軸直方向の一部のみにわたって延在していてもよい。また、各硬質材料層４は、積層構造体３のうち被覆層６を除く部分の軸直方向の一部のみにわたって延在していてもよい。

本明細書で説明する各例においては、積層構造体３の軸線方向断面において、積層構造体３のうち空洞部８が存在する軸直方向領域Ａ、Ａ１、Ａ２の軸直方向長さＬＡ、ＬＡ１、ＬＡ２の合計は、積層構造体３の外径の０．１０～０．６０倍であると好適であり、０．２０～０．３０倍であるとより好適である。これにより、免震性能をより向上できる。
なお、積層構造体３の軸線方向断面において、積層構造体３のうち空洞部８が存在する軸直方向領域Ａ、Ａ１、Ａ２の軸直方向長さＬＡ、ＬＡ１、ＬＡ２の合計とは、例えば図３の例のように、積層構造体３の軸線方向断面において、互いから軸直方向に離れた複数の空洞部８が見える場合、各空洞部８の軸直方向長さの合計である。すなわち、図３の例の場合、積層構造体３の軸線方向断面において、積層構造体３のうち空洞部８が存在する軸直方向領域Ａ１、Ａ２の軸直方向長さＬＡ１、ＬＡ２の合計とは、長さＬＡ１と長さＬＡ２との合計（ＬＡ１+ＬＡ２）である。

本明細書で説明する各例においては、積層構造体３の軸線方向断面において、積層構造体３のうち空洞部８が存在する軸直方向領域Ａ、Ａ１、Ａ２の軸直方向長さＬＡ、ＬＡ１、ＬＡ３は、それぞれ、積層構造体３の外径の０．１０～０．４０倍であると好適であり、０．２０～０．３０倍であるとより好適である。これにより、免震性能をより向上できる。

図１～図３に示す各例において、空洞部８は、中心軸線が軸線方向に平行である円柱形状をなしている。ただし、空洞部８は、任意の形状をなしてよく、例えば、四角柱形状、球形状等でもよい。

本発明の免震装置は、地震の揺れが構造物（例えば、ビル、マンション、戸建て住宅、倉庫等の建物、並びに、橋梁等）に伝わるのを抑制するために、構造物の上部構造と下部構造との間に配置されると、好適なものである。

１：免震装置、
２１：上側フランジプレート（フランジプレート）、 ２２：下側フランジプレート（フランジプレート）、
３：積層構造体、
４：硬質材料層、
５：軟質材料層、
６：被覆層、
７：軟質材料部、
８：空洞部、 Ｃ８：空洞部の軸直方向中心、
Ｏ：中心軸線

Claims (5)

1. 鉛直方向に交互に積層された硬質材料層及び軟質材料層を有する、積層構造体を備えた、免震装置であって、
   各前記軟質材料層から構成される軟質材料部には、空洞部が形成されており、
   前記空洞部内には、前記硬質材料層が位置しており、
   前記空洞部は、前記積層構造体における軸線方向の中央部のみにわたって存在している、免震装置。
2. 前記空洞部は、前記積層構造体の中心軸線上に位置している、請求項１に記載の免震装置。
3. 前記空洞部の軸直方向中心は、前記積層構造体の中心軸線上に位置している、請求項１又は２に記載の免震装置。
4. 各前記硬質材料層は、前記積層構造体における軸直方向のほぼ全体にわたって延在している、請求項１～３のいずれか一項に記載の免震装置。
5. 前記積層構造体の軸線方向断面において、前記積層構造体のうち前記空洞部が存在する軸直方向領域の軸直方向長さの合計は、前記積層構造体の外径の０．１０～０．６０倍である、請求項１～４のいずれか一項に記載の免震装置。

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