JPH09506400A

JPH09506400A - 防震ベアリング

Info

Publication number: JPH09506400A
Application number: JP7515249A
Authority: JP
Inventors: エイ．ケメニー，ゾルタン
Original assignee: テクトン
Priority date: 1993-11-24
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1997-06-24
Also published as: US5490356A; US5682712A; WO1995014830A1; US5797228A

Abstract

(57)【要約】防震ベアリングであって、ベアリングを支持される構造物に固定する上部荷重プレート(11A)と、ベアリングアセンブリを土台に固定する下部荷重プレート(11B)と、これらの間に挟まれた鋼鉄補強ゴムベアリング本体(13)とを備えている。ゴムベアリング本体(13)が防震ベアリングの耐性および回復機能を行う。鋼鉄製の中間プレート(14)がベアリング本体の積層体の中間部から半径方向に延び、中間プレートの外周近くに複数の穴(35)を有する。第１のたわみピン群(12T)が上部荷重プレートに固定され、下部荷重プレートに向かって下方向に延び、第２のたわみピン群(12B)が下部荷重プレートに固定され、上部荷重プレートに向かって上方向に延びる。たわみピン(12T、12B)は、中間プレートの縁近辺に配置された特大の穴(35)内に受容される。ベアリングアセンブリが横方向に移動すると、中間プレート(14)が反りピンを塑性変形させる。横方向の力が加えられなくなると、弾性のベアリング本体により、たわみピンが塑性により元の位置に戻され、アセンブリが元の位置に押し戻される。従って、たわみピンのたわみ関数はベアリング本体(13)の耐性および回復関数とは分離している。

Description

【発明の詳細な説明】防震ベアリング関連出願への相互参照本願は、1993年11月24日付けで出願された同じ発明者による米国特許出願第08 /156,550号、発明の名称「Steel-Rubber Seismic Isolation Bearing」の一部継続出願(CIP)である。技術分野本発明は一般に防震ベアリングに関する。詳しくは、ゴム製のベアリング本体を鋼鉄製のたわみピンと共に用いるベアリングに関する。発明の背景防振ベアリングとも呼ばれる地震ベアリングは、一般には、その耐性、保存および散逸能力を特徴とする。詳しくは、橋、建物、機械および他の潜在的に地震現象の影響を受けやすい構造物に典型的に用いられるタイプの防震ベアリングは、典型的には、ベアリング荷重、すなわち支持される構造物の重みを支持するように構成されている。このため、特定の防震ベアリングは横方向のすべての変位位置における所定の最大垂直重力荷重を支持するように構成されるのが望ましい。防震ベアリングの保存特性は、地震活動または他の外部から加えられる力によって生じる変位を元に戻す耐性能力という意味で示され得る。この点において、外部から加えられる力によって横方向に変位したベアリングを元の名目位置に押し戻すために、ゴム製のベアリング本体、重ね板バネ、コイルバネなどが用いられ得る。ここでは、ベアリングは、加えられるエネルギーの実質的な部分をバネ、ゴム容積などに保存することによって横方向のベクトル力を「保存」し、外部から加えられる力がなくなると直ちに、この加えられたエネルギーを放出し、ベアリングをその名目設計位置に引き戻すかまたは付勢する。防震ベアリングの散逸特性は、加えられた力、例えば地震活動により加えられた力の実質的な部分を散逸させるベアリングの能力を包含する。典型的な散逸の形態としては、対をなす摩擦表面を使用すること、および外部から力を加えると塑性により変形する（たわむ）ように設計された鉛または鋼鉄部材を使用することが含まれる。理想的には、たわみ部材は加えられたエネルギーの一部を散逸させ、その後でベアリングの回復（すなわち保存）メカニズムの作用を介して元の位置に引き戻される。現在知られている防震ベアリングは、積層ゴム製ベアリング本体を鋼鉄プレートで補強したものを用いることが多い。詳しくは、複数の薄い鋼鉄プレートを複数の比較的厚いゴムプレート間に配置して、鋼鉄とゴムとが交互に積層されたベアリング本体を形成する。積層体でゴムプレート間に薄い鋼鉄プレートを用いることにより、加えられた垂直方向のベアリング応力に反応してゴムが縁部で外側に膨らむのが防止される。この配置により、ベアリング本体は、鋼鉄プレートを用いずに同じ容積のゴムによって支持される場合に比べて、はるかに大きい垂直方向の力を支持することが可能となる。上記の鋼鉄／ゴム積層ベアリング本体は、橋、建物および他の大きな構造物において特に有用である。鋼鉄コイルバネを緩衝器（すなわち衝撃吸収器）と組み合わせたものが、機械の重さを垂直方向に支持する機械において用いられることが多い。コイルバネは、一般には、支持される構造物（例えば機械）が上向きの垂直力を受けるような適用では鋼鉄／ゴム積層体より好ましい。鋼鉄／ゴム積層体はこのような上向きの垂直力によって分離する恐れがある。ゴム製ベアリングは典型的には減衰度の高いゴムにより構成されるか、または加えられたエネルギーを散逸させるのに有用な鉛または鋼鉄のたわみ体によって補充される。しかし、現在知られている金属たわみ体は、特に金属たわみ体が、ゴム製ベアリング本体を挟んでいる上部ベアリングプレートおよびこれに対向する下部ベアリングプレートの両方に接続されているアセンブリでは、効果的な垂直方向の防振が抑制されるかまたは阻害されるという欠点を有する。現在知られている防震ベアリングの別の欠点は、減衰度の高いゴム製ベアリングの粘性減衰特性とヒステリシス減衰特性とを分離することが困難であることである。従って、ベアリングの粘性機能とヒステリシス機能とを効果的に分離する防震ベアリングが必要とされる。機械と共に典型的に使用されるタイプの鋼鉄バネ取付け台はエネルギーを散逸させることができないため、このような鋼鉄バネ取付け台では、一般には、ベアリングが大幅に移動する結果となる。このようなベアリングの大幅な移動は緩衝器すなわち衝撃吸収器を用いることによって補償され得る。しかし、実用においては、緩衝器は、地震により機械に加えられる加速度にほぼ等しいまたはこれより大きな加速度を機械に与え得る。垂直方向の荷重が非常に大きい場合は、スライドタイプの防震装置が用いられることが多い。しかし、このような防震装置に伴う摩擦係数を制御または維持するのは困難である。さらに、このような防震装置は典型的には垂直方向の防振は提供せず、持ち上げ能力が望まれる適用での使用には不向きである。米国特許第4,644,714号は、剛直な緩衝器を用いる摩擦タイプの防振ベアリングを開示している。 Fyfeらの米国特許第4,605,106号および第4,718,206号は、減衰度の高いゴム製ベアリングを開示している。こられのゴム製ベアリングでは、速度および変位に関連した減衰構成要素を分離するのは実質的に不可能であり、従って防震装置として用いるには不向きである。米国特許第4,117,637号は、鉛製コアたわみ体と共に用いられるゴム製ベアリングを開示している。鉛コアは、垂直方向の荷重の大部分を担う防震装置を横断して延びる剛直な本体を有するため、垂直方向の防振が困難である。このタイプの防震装置の別の欠点は、このようなベアリングをのこぎり状に切断して断面を調べると観察される。鉛は柔軟性があるため繰り返し圧縮および剪断負荷に晒されるとコアから押し出されることが多い。鋼鉄は一般には鉛よりしなやかであり、従って鉛より信頼のおけるたわみ体であると見なされ得る。ゴム製ベアリングに鋼鉄たわみ体を用いる試みがいくつかなされている。例えば、本願と同じ発明者による米国特許第4,727,695号（1988 年）、第5,215,382号（1993年）および第5,242,147号（1993年）は、ゴム製ベアリングに鋼鉄プレートまたはドエルたわみ体を用いることを開示している。しかし、これらのたわみ体は均一な量のたわみを提供しない。すなわち、たわみ要素内に応力の実質的に均一な分布を提供しない。この結果、このようなたわみ体は局所的にすなわちたわみ体の不連続の領域でたわむ傾向があり、これは、たわみ部材全体にたわみ応力を分配することに反する。すなわち、これらのたわみ部材は、加えられた応力をたわみ体の不連続の領域、例えばたわみ体の基台近くまたは応力の加えられた点の近くに集中させ得る。この結果、低サイクル疲労により、これらのベアリングが地震活動に均衡し得る回数が制限され得る。 Wayの米国特許第4,910,930号（1990年）は、局所的にたわむが、地震活動（例えば地震）の間はその局所性が移動する外部コイルたわみ体を開示している。 Whiteの米国特許第4,823,522号（1989年）は、均一であるが一方向のみにしかたわむことができないたわみ体を開示している。この結果、適用は実質的に階層間での補完的な減衰器としての使用に限定され、基本的な防震装置としての使用には適切でない。本明細書ではFIPとして引用するイタリアを本拠地とした会社は、明らかにたわみ体内のたわみ応力を部分的に分配するように構成されるたわみ体と共に用いるスライドベアリングを開示している。これらのたわみ体は、下部ベアリングプレートから上部ベアリングプレートまでベアリング全体にわたって垂直方向に延びるように構成されている。各たわみ体はさらに上部遠位端に球状のボールヘッドを有し、これは横方向の応力がたわみピンに加えられる点を実質的に固定する。ボールヘッドは対向するベアリングプレートの円筒状の開口部内に受容されるため、この構成はたわみ体を配置し得る範囲を制限する。さらにこの構成によれば、変位中にたわみ体に望ましくない引っ張りが加えられ、たわみ体の強度が低下する。現在知られている防震ベアリングにおけるさらに別の問題は、たわみ体をゴム製ベアリングの内部に用いることである。この構成は一般にはたわみ体の腐食を防止するが、一度据え付けられたベアリングを取り外しおよび／または破壊せずに内部のたわみ体の構造的な完全性を検査または確認することは困難でありまた不可能であることが多い。現在知られている多くのたわみ体はまた鉛を多量に使用する。鉛は環境に有害であるためこれは不利となる。さらに、多くのベアリングは交換可能であるように設計されているため、鉛の廃棄に伴う環境汚染の観点から、使用済みの鉛の廃棄という問題が生じる。この結果、多くの建物基準ではベアリングの使用において鉛を使用しないベアリングを優先する方向に進む傾向がある。現在知られているベアリングに伴う別の環境問題としてゴムの使用がある。周知のように、ゴムの製造は、一般には、製造工程で生成されるガスの性質により人口の密集した都市部から離れた場所で行われる。さらに、ゴムの製造には有害な溶剤が用いられる。従って、新しいゴムプレートの製造の必要性を最小限に抑えるベアリングの設計が必要である。さらに、ゴムは廃棄しても自然には溶解しない。従って、再加硫されたゴムまたはリサイクルゴム、例えば細片化されたタイヤフレークにより製造されるベアリングが必要とされる。従って、従来技術の欠点を克服する防震ベアリングが必要である。発明の要旨本発明は、先行技術の欠点を克服する防震ベアリングを提供する。本発明の好適な実施態様によれば、平坦な上部荷重プレートとこれに対向して配置された平坦な下部荷重プレートとを有する防震ベアリングが提供される。使用においては、上部ベアリングプレートは機械、建物、橋または他の支持される構造物に固定され、下部ベアリングプレートはフレーム、梁、土台または他の構造物が設置される基準面に固定される。本発明の好適な実施態様の１つの局面によれば、ゴムベアリング本体が上部および下部ベアリングプレート間に配置され、ベアリング本体は上部および下部ベアリングプレートの一方または両方に、例えば、加硫によりまたは適切な接着剤を用いて固定され得る。もしくは、ゴムベアリング本体を上部および下部ベアリングプレートの一方または両方に接着せず、製造コストの削減をはかってもよい。このような非接着の構成は、持ち上げ力が加えられる可能性の少ない適用において特に有用である。本発明の好適な実施態様によれば、ゴムベアリング本体は、適切には、ゴムプレートと鋼鉄プレートとを交互に積層した連続体を有し、鋼鉄プレートは、鋼鉄／ゴム表面での静止摩擦の結果、ゴムプレートが半径方向に外側に膨張するのを制限するように構成されている。本発明の別の局面によれば、ゴムベアリング本体は実質的に円筒形であり得、これにより全方向性のアセンブリが得られる。もしくは、ベアリング本体はいかなる所望の形状、例えば、橋、建物などに適した方形であってもよい。このような方形のベアリング本体は典型的には使用において方向性があるが、大きなシートから製造する場合、正方形または方形のプレートの方が円形プレートより容易であるため、一般には製造コストが低い。本発明のさらに別の局面によれば、積層ゴムベアリング本体は適切には本体を垂直方向に貫通する軸貫通穴を有し、穴の直径は、装置の所望の耐性強さにより変更され得る。例えば、大きな耐性力を必要とする適用では（建物など）、比較的小さい直径の孔が用いられ得る。もしくは、極めて大きな耐性力の場合は、孔は全く形成されず、これにより垂直方向の最大耐性能力が得られる。耐性荷重が小さい場合または機械などに使用される場合は、比較的大きな直径の穴が用いられ得、これにより剛直性の小さい（すなわち弾性のある）ベアリング支持が得られる。本発明のさらに別の局面によれば、複数の先細のピンが上部および下部ベアリングプレートのそれぞれに適切に固定され、対向するベアリングプレートの方向に軸方向に延びる。好適な実施態様では、中間プレートがゴムベアリング本体に組み込まれ本体から半径方向に外側に延びる。中間プレートは適切には複数の特大サイズの貫通穴を有し、上記の各たわみピンがこれを貫通する。本発明のさらに別の局面によれば、たわみピンの長さは、上部および下部ベアリングプレート間の名目距離より実質的に短く、このため、たわみピンの遠位自由端は対向するベアリングプレートに接触しない。このように、防震ベアリングは支持する構造物を垂直方向の力から効果的に隔離し得るが、たわみピンは垂直方向の防振メカニズムからは機械的に分離されている。本発明のさらに別の局面によれば、横方向の応力および／またはねじり応力に応じて、各たわみピンは、適切には、貫通している中間プレートの穴の縁に接触し、加えられる応力に応じて塑性変形し得る。外部からの力が加えられなくなると、ゴムベアリング本体はアセンブリをその名目位置に押し戻す（すなわち、ゴムベアリング本体はアセンブリを回復させる）。このとき、たわみピンは塑性変形して最初の形状に戻る。図面の簡単な説明上記の構造および機能について、下記に述べる特徴および実施態様と共に、添付の図面を参照して下記に記述する。以下の図面において類似の参照番号は類似の構成要素を示す。図１は、本発明の例示的な防震ベアリングアセンブリの斜視図である。図２は、図１に示したピンの１つの例示的な実施態様の詳細図である。図３Ａは、図１に示したゴム製本体アセンブリの冷却接着による製造において有用なスリーブアセンブリの例示的な実施態様の断面図である。図３Ｂは、図１のピンの１つの部分断面詳細図であって、図１に示した中央ベアリングプレートの特大サイズの穴を貫通している状態を示す。図４Ａおよび図４Ｂは、図１に示したタイプのゴムプレートの変形実施態様の斜視図である。図５Ａおよび図５Ｂは、図４に示したゴムプレートの方形の変形実施態様である。図６Ａ〜図６Ｃは、図１に示したシム／ゴム積層体の様々な変形実施態様を示す。図７Ａは、図１に示した中間プレートの変形実施態様の断面図であって、二重プレート複合中間プレートを示す。図７Ｂは、図７Ａのプレートをボルト締めした状態を示す側面図である。図７Ｃは、図７Ａの複合中間プレートの部分平面図である。図８は、図９に示す非露出ピンを有する実施態様において使用されるピンである。図９は、本発明の例示的な防震ベアリングの変形実施態様の斜視図である。好適な例示的実施態様の詳細な説明図１に示すように、１つの好適な実施態様の防震ベアリング10は、適切には、上部荷重プレート11A、下部荷重プレート11B、およびこれらの間に配備されたベアリング本体13を備えている。１つ以上のたわみピン12Tが上部荷重プレート11A から下方向に延び、同様に、１つ以上のたわみピン12Bが下部荷重プレート11Bから上方向に延びている。ベアリング本体13は、適切には、ゴムプレート43と鋼鉄ディスク19とが交互に積層された積層体を備えている。本発明では、「ゴム」という用語は、特にゴムプレート43に関しては、ゴムの顕著な機能特性を示すゴムを含むがこれに限定されないすべての材料を包含する。例えば、様々な樹脂、プラスチック、ポリマー、およびこれらの組み合わせを本体13に用いてもよい。特に適切な材料としては、ベアリングの望ましい変位領域にわたって実質的な弾性変形を示す材料、およびアセンブリ10によって支持される荷重に対して十分な垂直方向（すなわちベアリング）の支持を与える材料が含まれる。さらに、本体13を構成する「ゴム」材料は、望ましくは、外部から加えられた（例えば地震による）横方向の応力がなくなるとベアリングアセンブリを（図１に示す）名目設計位置に実質的に戻し得る十分な弾性を有する。同様に、本明細書で用いられる「鋼鉄」という用語は、加硫により、接着剤を使用して、または摩擦係合により隣接するゴムプレートに接着する能力を含む鋼鉄の所望の機能特性を示すすべての材料を意味する。「鋼鉄」プレート19は、ゴムプレート43に接着または係合することにより、ゴムプレート43が急激に崩壊することなく実質的なベアリング荷重に耐え得るようにし得る。さらに、「鋼鉄」プレート19が存在することにより、ベアリング本体13の垂直方向の剛直性および全体的なベアリング強度が向上する。さらに図１に示すように、本体13はさらに中間プレート14を備え、これは、図１に示す好適な実施態様では、本体13から半径方向に延びる。図１に示す好適な実施態様では、中間プレート14の各側に３つのゴムプレート43と２つのシムプレート19とからなる積層体が示されているが、都合に応じて使用されるゴムプレートおよび鋼鉄プレートの数はいかなる数でもよい。さらに、中間プレート14は、荷重プレート11Aと荷重プレート11Bとの間の中程の積層体13内に配置されているように示されているが、中間プレート14は積層体内のいかなる所望の位置に配置されてもよい。中間プレート14は、適切には、各ピン12Tおよび12Bが貫通する複数の穴35を備えている。本発明の１つの局面によれば、中間プレート14は適切には完全な単一構造の鋼鉄プレートである。もしくは、中間プレート14は、図７に関連して後に詳述するように複合体として構成され得る。次に図１、図２および図４に示すように、各ピン12Tおよび12Bは、好都合な手段によって荷重プレート11の対応する穴102内に適切に固定される。この好適な実施態様では、各ピン12は、接着剤22または溶接ボンド21もしくはこれらの両方を用いて荷重プレートに適切に固定される。もしくは、ピン12はネジ切り係合、圧接嵌合、干渉嵌合などによって穴102内に固定され得る。図１に最も良く示されるように、荷重プレート11Aは、適切には、荷重プレート11Aを建物、橋、機械またはベアリングによって支持される他の構造物に、例えば、留めボルトを用いて固定するための複数の留め穴17を備えている。同様に、荷重プレート11Bは、アセンブリを土台、梁、コンクリート舗装、床などに固定するための複数の穴17を備えている。この点において、荷重プレート11Aおよび11Bはそれぞれ上部および下部プレートと呼んでいるが、本体13の軸を垂直方向、水平方向、またはベアリングが用いられる特定の適用によって要求されるいかなる所望の方向に配置することによって、ベアリングアセンブリ10はいかなる適切な方向においても用いられ得る。いくつかの適用では、適切であれば（例えば、機械と共に使用する場合）荷重プレート11Bに対してまたはこれに接着させてゴム層15を配置し得る。ベアリングアセンブリ10は、適切には、貫通する軸孔16を有する。ベアリング応力が比較的小さい適用では、例えば、ベアリングアセンブリ10が機械と共に用いられる場合は、孔16の直径は比較的大きくされ、反対に、ベアリング応力がもっと大きい場合は、孔16の直径は比較的小さくされ得る。ベアリング応力が非常に大きいかまたは高い剛直性が望まれる場合は、孔16は全く形成されなくてもよい。上述のように、防震ベアリングは、従来、その耐性、散逸および保存特性について重点がおかれている。図１に示す好適な実施態様では、主要な荷重ベアリングメカニズムは本体13を含み、アセンブリの剛直性および耐性能力は、とりわけ、ゴムプレート43および鋼鉄プレート19それぞれの数および厚さ、中間プレート 14 の厚さ、孔16の大きさ、本体13の形状（例えば円筒形か方形か）、およびベアリング本体13の様々な構成要素の材料に依存する。本発明の１つの局面によれば、各ピン12Bおよび12Tは機械的にはアセンブリ10の垂直方向のベアリング機能からは分離されており、従ってこれに貢献しない。実際において、実質的に垂直であるかまたは本体13に剪断および／またはねじり応力を引き起こす実質的な横ベクトル成分を有する力が加えられた結果として、荷重プレート11Aおよび11Bの間の距離が縮小するとき、遠位端104は、対向する荷重プレートの内側の表面に接触しないように適切に構成される。言い換えれば、ピン12の長さは、すべての変位位置に対して、荷重プレート11Aおよび11Bの内側の表面間の距離より短いかまたはこれに等しくなるように設計される。本発明のさらに別の局面によれば、各ピン12の露出部は、適切には、荷重プレート11Aおよび11B間の名目距離の約30〜50%であり、好ましくは約41%である。従って、アセンブリ10の最大設計横方向変位は、例えば、本体13の垂直軸が垂直方向から約45°反れている場合は、ピン12の長さＬ（図２）は、適切には、荷重プレート11Aおよび11Bの内側の表面間の圧縮された距離d'より短いかまたはこれに等しい。ベアリングアセンブリ10の保存特性は、とりわけ、ベアリング本体13の弾性に依存する。詳しくは、アセンブリ10に横方向の力が加えられると、ベアリング本体13は弾性により変形する。力が加えられなくなると、本体13の弾性特性により、アセンブリ10は望ましくは図１に示す名目位置に戻る。ベアリングアセンブリ10の散逸特性はピン12の曲がり（たわみ）を含む。詳しくは、ピン12は非常に小さい曲げ応力が加えられてもある程度の弾性を示す。すなわち、アセンブリ10に比較的小さな横方向の力が加えられると、本体13の垂直軸は図１に示す名目位置から反れる。加えられる横方向の力の大きさが増大すると、ピン12は対応する穴35内のある点に接触し僅かに反れる。ピン12の比較的小さな反れに対しては、ピン12は弾性により変形し、応力が加えられなくなると直ちに名目位置に戻る。もっと大きな応力が加えられる場合は、ピン12は穴35の縁に接触し、加えられる応力の大きさが大きくなると、ピン12と穴35との間の接触点で中間プレート14 がピン12に力を加えるためピン12は塑性変形する。この接触点は典型的には加えられる応力の大きさが大きくなったり小さくなったりするに従ってピン12の長さに沿って移動する。各ピン12の塑性変形（たわみ）の結果、加えられるエネルギーが散逸する。外部から力が加えられなくなると、本体13はベアリングアセンブリ10を名目位置に押し戻すように設計されている。従って、ベアリング本体13は、ピン12の塑性変形を元に戻し、またピンを図１に示す元の名目位置にまたはその近くに塑性により戻し得る十分な強度を有するのが適切である。しかし、ヒステリシスおよび他の効果により、回復した後もピン12には少しの残余塑性変形が残り得るのは当業者には理解され得る。ピン12が塑性変形するとき、加えられたエネルギーは、とりわけ、ピン12のたわみ強さに依存して散逸する。しかし、従来のベアリングとは異なり、各ピン12 Tが荷重プレート11Aに取り付けられ、中間プレート14により反れる。同様に、各ピン12Bが荷重プレート11Bに取り付けられ、中間プレート14により反れる。上述のように、ピン12Bは荷重プレート11Aと接触しないかまたは直接の相互作用はなない。また、ピン12Tは荷重プレート11Bと接触しないかまたは直接の相互作用はなない。このため、ベアリングアセンブリ10の散逸たわみ関数は、ベアリング本体13によって与えられる耐性関数とは効果的に隔離されている。図１に示す好適な実施態様によれば、プレート11Aから延びるピン12Tの数はプレート11Bから延びるピン12Bの数に等しい。もしくは、ベアリングアセンブリ10 は、所望の性能特性を得るために所望の数のピンがプレート11Aおよび11Bの一方または両方から延びるように構成し得る。図１〜図３に示すように、１つ以上のピン12は、遠位端にナットまたは他の都合のよい留め具を有するように構成されると適切である。図１〜図３に示す好適な実施態様では、ピン12はナット33を取り付け得るようにネジ切りされている。特に図3Aに示すように、１つ以上のピン12Tおよび12Bは、例えば冷却接着されたベアリング本体の粘着を促進させるために一時的な押さえとして用いられ得る。さらに、一時的な押さえは、所望に応じて、ベアリングアセンブリ10の輸送、取り扱いおよび据え付けを容易にするためにも用いられ得る。詳しくは、ベアリング本体13は、適切には、再加硫されたまたはリサイクルのゴム粒子、例えは、中古車のタイヤから得られるゴムフレークを含み得る。このような場合には、ゴムプレート43を各鋼鉄プレート19に冷却接着させるのは好都合であることが多い。さらに、両端のゴムプレートの一方または両方を荷重プレート11Aおよび11Bの一方または両方に冷却接着させるのも望ましい。上述のように、このような冷却接着は、望ましくは、適切な接着剤（例えば、Locktite^TM、エポキシ、アクリル酸シアン化物、ポリマー樹脂など）を用いて行われる。もしくは、１つ以上のゴムプレートを隣接する鋼鉄プレート19に接着させず、さらに両端のゴムプレート43の一方または両方を荷重プレート11Aおよび11Bの一方または両方に接着させずにおいてもよい。さらに図3Aを参照して、プレス103は、適切には、円錐形の面取り部34を有する仮スリーブ31、ワッシャ32およびナット33を備えている。詳しくは、管スリーブ31の長さ、ワッシャ32の厚さ、およびナット33に加えられるねじれの大きさにより、中間プレート14が荷重プレート11Aまたは荷重プレート11Bの方向に圧縮されるように構成され得る。所望であれば、１つ以上のピン12Tおよび１つ以上のピン12Bにはプレスアセンブリ103が装備され、これによりアセンブリ10の冷却接着、輸送、取り扱いおよび据え付けが容易となる。リサイクルのまたは再加硫されたゴムの使用が可能であるため、特に、現在知られている防震アセンブリの場合のように、新しいゴムプレートを再加硫する必要がないため、環境にとってさらに安全なベアリングアセンブリ10が製造され得る。さらに図１〜図３を参照して、ピン12の遠位端に配置されたナットまたは類似の留め具はまた、変位を制限するものとしても機能し得る。詳しくは、外部から横方向の力がベアリングアセンブリ10に加えられるとき、荷重プレート11Aは荷重プレート11Bに対して横方向に変位し、この結果、ゴム本体13が加えられた力の方向に剪断する。ピンの遠位端にナットまたは他の留め具を配置することによって、アセンブリ10が最大限まで変位しようとすると、留め具が穴35の領域内で中間プレート14に接触する。このように、ナット33はアセンブリの変位を制限するものとして機能し得る。特に図3Bに示すように、第１のナット36とピン12のネジ切り端に位置する第２のロックナット37とを有するロックナット構成を用いて、これによりナット36の位置での振動、荷重などの効果を最小限にすることもまた望ましい。加えられる横方向の応力が、アセンブリの最大設計剪断に近づくと、ナット36は穴35に「ロック」し、これによりアセンブリ10がさらに横方向に変位するのが防止され、またアセンブリの最大変位が制限される。図１および図3Bにさらに示すように、穴35の直径は適切にはピン12の直径より大きく、これによりピン12とプレート14との間に隙間が与えられる。この隙間により、比較的低レベルの横方向の力がベアリングアセンブリ10に加えられるとき、ピン12が穴35の縁に接触しないですむ。このような低レベルの横方向の応力は、風、ブレーキ、遠心力、熱膨張および収縮による寸法変化、クリープ、弛緩および他の非地震活動、ならびに比較的低レベルの地震活動により生じ得る。このような低レベルの活動は、振幅の小さい振動を受ける機械において特にみられる。図3Bにさらに示すように、穴35は、適切には、ピン12が穴35の縁に接触するときのピンへの局所的な応力集中を低減させる円周面取り部38を有する。特に好適な実施態様では、面取り部38は、中間プレート14の面に対して約20〜60°、最も好ましくは約45°の領域の角度で配置される。アセンブリ10の横方向の最大変位においてナット33（または図3Bに示すようなナット36）が穴35に隣接する中間プレート14の下表面に係合する。このとき、遠位端においてピン12の長軸は中間プレート14の面に対して約45°の方位にある。面取り部38はさらにこの最大ロック位置でのピン12における応力集中を低減させる。図１および図3Bにさらに示すように、横方向の力がアセンブリ10に加えられると、各ピン12は対応する穴35の縁のある点に係合し、加えられた応力が大きくなったり小さくなったりするに従ってピン12は穴35の縁をスライドする。いかなる所定の瞬間においても、ピン12と中間プレート14（穴35の外縁）との間の接触点または接触領域は、実質的に、ピン12の長さに沿った力の加えられた点である。ピン12内の応力集中をさらに低減するために、ピン12の基部から中間プレート14 との接触点までの距離に対するピンの断面は、ゴム本体13の変位領域全体にわたってピンの容積全体にわたるたわみが与えられるように適切に構成される。特に好適な実施態様では、剪断変位の全領域にわたってピン12の実質的に均一な全容積にわたるたわみが生じる。本発明では、ピン12の断面および形状を、中間プレート14によりピン12に力が加えられることで、ピン12と中間プレート14との間の接触点またはピン12内の他の局所的な応力集中領域に、応力集中、例えば本来ならばピン12の基部に現れるはずの応力集中が起こることがないように構成するのが望ましい。むしろ、ピン 12の容積の実質的な部分全体にわたって、好ましくはピン12の実質的に全容積にわたって均一に応力が分配されるのが望ましい。ピン12内にこのような容積的なたわみを実現するために、ピン12の形状、すなわちピンの基部からピンのネジ切り部まで延びる単一面内の曲線の形状は、適切には、立方根関数を有する。このような曲線は、Ｒをピン12の長さに沿った特定の点におけるピン12の半径、Ａを比例定数、ｌをピンの基部から（半径「Ｒ」が定義される点に対応する）接触点までのピン12の瞬間長さ、ｎを約１／３の立方根値とすれば、以下の式によって近似され得る。Ｒ＝Ａ（ｌ）ⁿ 立方根関数は特に好適な実施態様で用いられるが、ピン12内でのたわみの分配を容易にする本発明においては、他の適切な形状も適宜使用され得る。例えば、立方根が望ましいが、上記の式の「ｎ」の値は１／４から１／２の範囲であり得る。実際には、ピン12内のたわみ応力を効果的に分配するのであればピン12は実質的にいかなる形状でもよく、これに関連して穴35の縁はいかなる形状でもよい。図3Bに示す好適な実施態様では、ピン12の形状は、適切には、立方根関数と直線先細部との間に推移曲線を有する。ピン12の容積内でたわみを分配するピン構成を用いることによって、ピン内の高いエネルギー散逸が促進され、さらに頻発地震によって生じるタイプの曲げサイクルの繰り返しに耐えるピンの能力が促進される。次に図4Bに示すように、ゴム層43は適切には面内で円形で、図１の孔16に対応する直径がかなり大きな穴44を有する。このような環状構成のゴムプレートは、コイルバネのピッチと同様に、垂直方向のベアリング強さに関しては比較的柔軟である。ベアリングアセンブリ10が振動する機械と共に用いられ、アセンブリ10 がこのような機械の防振装置（または基本的な防震装置）として機能する場合は、垂直方向の柔軟性は望ましい。図4Aに示すように、別のゴム層41は直径が比較的小さい穴42を有している。上述のように、ベアリング本体13を構成するゴム（または鋼鉄）プレート内の中央穴は、ゼロの直径（すなわち穴なし）を含むいかなる適切な直径であり得る。このようなゴムプレートは比較的剛直であり、従って橋、建物および他の構造物と共に用いると望ましい。本発明のさらに別の局面によれば、最大の剛直性が望まれる適応においても、ベアリング本体13を構成するゴム（および鋼鉄）プレートには少なくとも非常に小さな穴42を形成して、ネジ切りアセンブリロッド、平滑な型センタリングピンなどを収容するようにする方が都合がよく、これによりベアリングアセンブリ10の組み立て、輸送および／または据え付けが容易となる。次に図５に示すように、ベアリング本体13で使用するためのゴムプレートの変形実施態様は、適切には、それぞれ対応する直径が小さい穴52および大きい穴54 を有する方形のゴムプレート51および53を備えている。比較的剛直なゴムプレート51は橋および建物と共に用いられ、比較的柔軟なプレート53は特に軽量構造物、機械などと共に用いられる。プレート51および53が正多角形の平面形状（例えば方形、正方形）であれば、方形および他の正多角形は大きな平坦なゴムシートから適宜切断され得るため、ベアリングアセンブリ10の製造が容易になる。さらに、図５に示す方形構造は、所定の変位に対して、図１に示す円筒形ベアリング本体より剪断においてより安定し得る。次に図６を参照して、図6Aは、ゴム層62 （図１のゴム層43に類似）間に挟まれた鋼鉄シム61（図１の鋼鉄プレート19に類似）を有するベアリング本体13を示している。各シム61およびゴム層62は本体13 の垂直壁と端部が揃えられている。端部が揃うとベアリング本体の組み立てが容易であるため、このような構造は特に多角形プレートの場合には経済的である。図6Bは、各シム63がゴム本体64内に埋め込まれたベアリング本体13を示す。この実施態様は、各シム63が、建物および橋のための今日の多くの建築基準によって要求され得る耐腐食性を有するという利点がある。図6Cは、本体13から突出しゴム層62間に挟まれた鋼鉄シム61を有するベアリング本体13を示している。このようなシムプレートの延長部は、機械ベースの防震装置の外面に用いられると有利であり、これにより広い範囲のベアリング剪断位置での安定化のためにさらに支持が与えられる。次に図7A〜図7Cに示すように、中間プレート14の変形実施態様は、適切には、それぞれが穴35に対応する穴を有する第１サブプレート71Aおよび第２サブプレート71Bを含む。図7Aに示す複合アセンブリでは、ベアリングを２つの部分から組み立てることが可能となり、これにより、後に詳述するように、大きな容積のゴムの再加硫に伴う制約を克服することによって、比較的大きなベアリングの製造が容易になる。図7Aに示すように、単一の円周面取り部38は、適切には、プレート71Aおよび71Bのそれぞれに形成され、この結果、図3Bに示す構成に類似した複合面取り構成が得られる。図7Bは、図7Aの二重プレート構成が、適切にはヘッド73を有するボルト72と各ワッシャ74および75とナット76を備えた留め具アセンブリ108とを備えた締め具アセンブリによりボルト締めされた状態を示す。好適な実施態様では、各ワッシャ74および75は適切にロックするワッシャである。各プレート71Aおよび71Bはまた、ボルトアセンブリ108に加えてまたはこれの代わりに、共通の円周界面の一部または全体に沿って溶接され得る。溶接によりさらに強度が与えられるが、検査、交換などの際に必要となり得る解体が不可能となり得る。図7Cは、図7Aおよび図7Bに示す二重中間プレート構成の平面配置を示す。好適な実施態様によれば、各ボルト72を受容する各穴72Aは、各穴35間に配置される。特に好適な実施態様によれば、各穴72Aは、好ましくは、各穴35間のほぼ中間にベアリング本体13の軸周りに半径方向に配置される。図7A〜図7Cに示す二重プレート構成はいくつかの面で特に有利である。詳しくは、ベアリング本体13を構成するゴムプレートを、本体13を構成する様々な鋼鉄プレートならびに荷重プレート11および中間プレート14の一方または両方に加硫させる場合に望ましい。周知のように、加硫は、一般には、ゴム／鋼鉄アセンブリを圧縮し、次にアセンブリを加圧下で加熱する工程を包含する。しかし、このような加硫化ベアリングの大きさは、加硫されないゴム化合物の最大容積および熱吸収能力により制限される。従って、特に非常に大きなベアリングにおいては、ゴムの容積ならびに、とりわけ炉の物理的な大きさを含む他の工程パラメータにより、効果的に加硫され得るベアリングの大きさが制限され得る。図７に示す二重中間プレートアセンブリを用いることにより、防震ベアリングを２つの構成要素、すなわち中間プレート71Aを有する第１半部および中間プレート71Bを有する第２半部に分けて製造することが可能である。図１を参照すれば、複合中間プレート14の使用は、それぞれが単一の中間プレート71Aまたは71B、複数のゴムプレート43および鋼鉄プレート19、ならびに端部荷重プレート11を備えた２つのベアリング半部の接合としてみなされ得る。各半部を個別に組み立て加硫することにより、１つの工程で加硫され得るゴムの容積の現在の制約が克服される。各ベアリング部が加硫されると、これらは図７に示すように接合され、図１に示すような単一のベアリングアセンブリが得られる。次に図８および図９に示すように、本発明の変形実施態様は、ベアリング本体の内側にたわみピンを含み、これによりピンが環境から隔離される。このような構成は、橋および建物ならびに他の腐食性の環境において特に有用であり、たわみピンを腐食から保護する。変形例の防震ベアリング110は、適切には、第１荷重プレート111A、第２荷重プレート111B、およびこれらの間に挟まれたベアリング本体113を備えている。各荷重プレート111Aおよび111Bは、適切には、ベアリングアセンブリを土台および支持される構造物に固定するための各留め穴117を有する。さらに、各荷重プレート111Aおよび111Bは複数の穴116を有し、ピン112の基部がその中で固定され得る。図９に示す実施態様では、各荷重プレート111Aおよび111Bの各穴116は軸方向に整合され、円筒状の孔115が上部プレート111Aからベアリング本体113を通って下部プレート111Bまで延びる。もしくは、上部および下部プレート111Aおよび111Bの様々な穴116は互いに整合させる必要はなく、ベアリング本体113内の円筒状の孔115は、ピン112全体を収容するのに十分な長さ、ならびにピン112の長さがアセンブリ110の最大剪断変位のときのプレート111Aおよび111B間の圧縮された距離に等しいかまたはこれより短くなるような十分なクリアランス分だけ延びればよい。図９にさらに示すように、複数のピン112Tが上部プレート111Aから下方向に適切に延び、また複数のピン112Bが下部プレート111Bから上方向に適切に延びている。ベアリング本体113内の各ピン112では、ベアリング本体113内の円筒状の孔1 15の直径は、ピン112がピンが受容されるベアリング本体113内の円筒状の壁115 に接触しないように、アセンブリ110の様々な非地震性のおよび他の比較的小さな横方向の反れを収容し得るほどに十分大きくすべきである。一方、各ピン112 においてベアリング本体113内の円筒状の孔115の直径は、さらに大きな横方向の反れが生じている間のピン112の長さに沿った少なくとも１つの点とベアリング本体113を構成する円筒状の孔との間の接触が確実となるように十分に小さくすべきである。ベアリング本体113は、適切には、ゴム本体131内に埋め込まれた複数の鋼鉄プレート132を有する。図示しない変形実施態様によれば、１つ以上の鋼鉄プレート132は、好ましくは、直径が円筒状の孔115の直径より小さく、円筒状の孔115 と一致する軸を有する穴を有する。このように、図１に関連して上述したように、鋼鉄プレート132を構成する直径が小さい穴は中間プレート14の穴35と同様に機能し得る。各ピン112は、好都合なメカニズム、例えば、はんだ付け、接着剤、圧接嵌合またはネジ係合を介してプレート111Aおよび／または111B内に固定され得る。図８および図９に示した好適な実施態様では、１つ以上のピン112は、ネジ切り基部121とネジ切りされていない先細部122とを有する。上記の実施態様のさらに別の局面によれば、ピン112を固定するために用いられるのではない各穴116にはネジ切りプラグ114が差し込まれ得る。さらに、ピン 112が内部に配置される円筒状の孔は適切な充填剤、例えばシリコンゴムまたは他のエラストマーのコーキング材料（図示せず）により充填され得る。図９ではたわみピンはベアリング本体の内部に配置されているが、ベアリングアセンブリ110の防震メカニズムは、一般に、図１に関連して上述したメカニズムに類似する。例えば、ベアリングピン112は通常はベアリングアセンブリ110の通常のベアリング機能には貢献しない。ベアリング本体113は、ピン112の存在とは関係なく、アセンブリのベアリング機能を実行する。詳しくは、ピン112Bは下部プレート111Bに固定されるが、プレート111Aに接触しない。同様に、プレート 111Aに固定されるピン112Tは、例えば、横方向（剪断）の最大変位が生じている間、ピンの遠位端が対向する荷重プレート（またはプラグ）に接触するように設計されている変形実施態様を除いては、プレート111Bに接触しないかまたはこれとの相互作用は行われない。剪断変位の間、シリンダ115の内表面、すなわちシリンダ115に接する本体113 の内側部分は、穴35の縁がピン12（図１参照）を反らせるのと同じように、ピン 112と接触しこれを反らせる。各ピン112の形状はまた、一般には、図１および図３に関連して述べたピン12 の形状に類似し得、これにより、ピンのたわみはピンの容積全体にわたって実質的に均一に分配される。図１および図９に示した実施態様を含む上述の様々な実施態様において、ベアリングアセンブリを構造物または機械とその土台との間にボルト締めするとき、下部荷重プレートを支持する地面が地震により土台と共に振動することがあることが予想される。上方の防震ベアリングによって支持される物体（建物、橋など）はその慣性により比較的静止したままである。この結果、比較的広範囲の震動性の剪断移動（構造的な反れに対する）がベアリングアセンブリを横断して生じ、地震がおさまった後、この移動は緩やかに停止する。たわみピンにより散逸されるエネルギーが大きいほど、動きは早く停止し、防震装置の移動はより小さい。防震（地震力の低減）は、とりわけ、ゴム製ベアリング本体の横方向の柔軟性または剛直性によって実現される。すなわち、ゴムベアリング本体によって、動きの分断および変位の回復が与えられる。ベアリング本体の回復特性により、地震がおさまった後、ベアリングアセンブリは元の変形前の状態にまたはこれに近い状態に戻る。たわみピンがベアリング本体の外部にある実施態様では、ピンはその場で検査され得る。たわみピンがベアリング本体の内部にある実施態様では、例えば、たわみピンをピンが固定されている荷重プレートから外すたけで検査され得る。図１に示す実施態様では、たわみピンが下部プレートから上方向に延びるか上部プレートから下方向に延びるかに係わりなく、様々なピン12が中間プレート14 によって形成される共通面に交差する。中間プレート14に対して実質的に対称であるベアリングアセンブリにおいて、様々なたわみピンは、横方向の剪断および回復の間、ほぼ同じ塑性変形および復元を受ける。図９に示すピンを内部に有する実施態様もまたベアリング本体113を２分する面に対して対称であるため、この同じ現象が予想され得る。以上、本発明を添付の図面を参照して述べたが、本発明の範囲はこれらに限定されない。添付の請求の範囲に示された本発明の精神から離れることなく、上述の様々な構成要素および工程の設計、選択および配置の様々な改変が行われ得る。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 (13)の耐性および回復関数とは分離している。

Claims

【特許請求の範囲】１．下方向に面する第１の表面を有する上部荷重プレートと、上方向に面する第２の表面を有する対向して配置された下部荷重プレートと、該第１および第２の表面の間を延び、これらに接触する補強ゴムベアリング本体と、該第１および第２の表面との間のほぼ中間にこれらに実質的に平行に配置され、該本体を超えて半径方向に延びる遠位部を有する中間プレートであって、該遠位部が内部に形成された複数の穴を有する中間プレートと、該第１の表面から該複数の穴のうちの第１の穴を通って実質的に直交して延び、該第１の穴と該第２の表面との間で終結する第１の遠位端を有する少なくとも１つの第１のたわみピンと、該第２の表面から該複数の穴のうちの第２の穴を通って実質的に直交して延び、該第２の穴と該第１の表面との間で終結する第２の遠位端を有する少なくとも１つの第２のたわみピンとを備え、外部から加えられる横方向の力に反応して、該本体が、該第１および第２のピンが該中間プレートの該遠位部によって係合されこれにより該ピンが塑性により変形するように、弾性により反れるように構成される、防振ベアリングアセンブリ。２．それぞれが前記第１および第２の表面から延びる前記第１および第２のたわみピンを複数個備え、該第１および第２のたわみピンのそれぞれが前記第１および第２の穴を通って延びる、請求項１に記載のアセンブリ。３．前記第１の表面から延びる前記第１のたわみピンの数が、前記第２の表面から延びる前記第２のたわみピンの数に等しい、請求項２に記載のベアリングアセンブリ。４．前記ベアリング本体が実質的に円筒状であり、前記中間プレートが実質的に平坦な円形ディスクであり、さらに、前記中間プレートの前記遠位部が該中間プレートの外縁を有する、請求項１に記載のベアリングアセンブリ。５．前記ベアリング本体が鋼鉄プレートおよびゴムプレートの積層体を有する、請求項１に記載のベアリングアセンブリ。６．前記ベアリング本体が、前記第１および第２の表面の間を延びる環を有し、該本体が複数の積層されたゴム環ディスクおよび鋼鉄環ディスクを有する、請求項１に記載のアセンブリ。７．前記たわみピンのそれぞれが、前記荷重プレートへの接着点から前記遠位端まで先細にされている、請求項１に記載のアセンブリ。８．前記たわみピンのそれぞれが、立方根関数に従ってその長さに沿って先細にされている、請求項１に記載のアセンブリ。９．前記たわみピンのそれぞれが、該たわみピンの容積の実質的な部分全体にわたってたわみ応力を分配するように構成される、請求項１に記載のアセンブリ。 10．前記たわみピンのそれぞれが、前記中間プレートにより該たわみピンに加えられる力により該たわみピンの容積全体にわたって実質的に均一なたわみ応力が与えられるように、立方根形状に従って先細にされる、請求項１に記載のアセンブリ。 11．前記第１および第２のたわみピンの前記第１および第２の遠位端が、前記ベアリングアセンブリの最大設計横方向変位において前記中間プレートと係合するように構成された締め具を備えている、請求項１に記載のアセンブリ。 12．前記ベアリング本体が実質的に方形である、請求項１に記載のアセンブリ。 13．前記中間プレートが、２つの実質的に類似した対となるサブプレートを有し、該サブプレートが互いに堅固に固定されて一体構造を形成する、請求項１に記載のベアリングアセンブリ。 14．前記ベアリング本体が、鋼鉄プレートおよびゴムプレートとの積層体を有し、また、該ゴムプレートの１つが前記サブプレートの一方に隣接しこれに加硫され、該ゴムプレートの別の１つが該サブプレートの他方に隣接しこれに加硫されている、請求項13に記載のアセンブリ。 15．橋、建物および機械のための防震ベアリングであって、第１および第２のベアリング荷重プレートの間に挟まれた鋼鉄補強ゴムベアリング本体と、該第１および第２のベアリング荷重プレートのそれぞれに固定された複数の均一の露出され先細にされた鋼鉄ピンたわみ体と、該ベアリング本体内に埋め込まれた複数の穴を有する中間プレートであって、該たわみ体が該第１および第２のベアリング荷重プレートから該穴を通って延びる、中間プレートとを備えた防震ベアリング。 16．前記たわみ体がネジ切りピン端部を有する、請求項15に記載のベアリング。 17．前記ネジ切りピン端部に係合するように構成されたロックナットをさらに備えた、請求項16に記載のベアリング。 18．前記本体が垂直な中央貫通穴を有する、請求項15に記載のベアリング。 19．前記中間プレートが互いにボルト締めされた２つのサブプレートを有する、請求項15に記載のベアリング。 20．前記荷重プレートの一方の外側に面した表面に取り付けられたゴムプレートをさらに備えた、請求項15に記載のベアリング。