JPWO2020075685A1

JPWO2020075685A1 - 免震装置

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Publication number: JPWO2020075685A1
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Inventors: 隆浩森
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Abstract

要求される免震性能を損なうことなく、座屈性能及び耐久性に優れた免震装置を提供する。硬質材料(11)と軟質材料(12)とを配置してなる積層構造体(10)を備える。積層構造体(10)は、末端領域(R1)、中央領域(R2)及び中間領域(R3)で区画されている。末端領域(R1)、中央領域(R2)及び中間領域(R3)のそれぞれの硬質材料は、末端硬質材料(111)、中央硬質材料(112)及び中間硬質材料(113)である。末端硬質材料(111)の幅方向外縁(111e)、中間硬質材料(113)の幅方向外縁(113e)および中央硬質材料(112)の幅方向外縁(112e)の軸方向の位置関係は、幅方向外縁(111e)＞幅方向外縁(113e)＞幅方向外縁(112e)であり、更に末端硬質材料(111)の幅方向外縁間の幅Ｗ１に対する、中央硬質材料(112)の幅方向外縁間の幅Ｗ2 の比(W1/W2)は、0.6≦（W2／W1）≦0.97 以下である。

Description

本発明は、免震装置に関する。

従来の免震装置には、硬質材料と軟質材料とを上下方向に交互に配置してなる積層構造体を備え、当該積層構造体の、上側及び下側の少なくとも一方の末端領域に配置した末端硬質材料の幅方向外縁を、当該積層構造体の中央領域に配置した中央硬質材料よりも幅方向外側に延ばしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の免震装置によれば、前記積層構造体が水平方向に弾性変形したときでも、前記末端硬質材料が前記中央硬質材料を支えることによって、当該積層構造体の座屈の原因となる、圧縮側の部分（前記末端領域）に生じる局所的な応力集中を抑制することができる。

特開２０１４−４７９２６号公報

一方、免震装置は、固有振動周期を長くすることにより、免震性能を高めて当該構造物を保護している。

特許文献１に記載の免震装置によれば、前記末端硬質材料の幅が大きいほど、座屈改善の効果が大きい。しかしながら、前記末端硬質材料の幅が大きすぎると、前記積層構造体が大きく弾性変形した場合、前記末端硬質材料の幅方向外縁が応力集中により前記軟質材料に
対して剥離し易く、耐久性の面で改善の余地があった。更に、座屈改善効果は上下末端硬質材料の幅に大きく依存するが、特許文献１に記載の免震装置では、前記構造物の固有振動周期が短くなる虞もあった。

本発明の目的は、要求される免震性能を損なうことなく、耐座屈性能及び耐久性に優れた免震装置を提供することである。

本発明に係る免震装置は、硬質材料と軟質材料とを上下方向に交互に配置してなる積層構造体を備えた、免震装置であって、前記積層構造体は、それぞれ上側及び下側に位置する、２つの末端領域と、前記２つの末端領域の間に位置する、中央領域と、前記中央領域と前記末端領域との間で前記中央領域と前記末端領域に隣接して位置する、２つの中間領域と、に区画されており、前記末端領域に配置された硬質材料は、少なくとも１つの末端硬質材料であり、前記中央領域に配置された硬質材料は、少なくとも１つの中央硬質材料であり、前記中間領域に配置された硬質材料は、少なくとも１つの中間硬質材料であり、前記末端硬質材料の幅方向外縁は、前記中央硬質材料の幅方向外縁よりも幅方向外側に位置しており、かつ、前記中間硬質材料の幅方向外縁は、前記中央硬質材料の幅方向外縁よりも幅方向外側かつ前記末端硬質材料の幅方向外縁よりも幅方向内側に位置しており、更に、前記末端硬質材料の幅方向外縁間の幅Ｗ１に対する、前記中央硬質材料の幅方向外縁間の幅Ｗ２の比（Ｗ２／Ｗ１）は、０．６≦（Ｗ２／Ｗ１）≦０．９７である。本発明に係る免震装置によれば、要求される免震性能を損なうことなく、耐座屈性能及び耐久性に優れた免震装置となる。

本発明に係る免震装置は、前記中間領域には、複数の前記中間硬質材料が配置されており、当該複数の中間硬質材料の幅は、前記末端領域側から前記中央領域側に向かうに従い小さくなることが好ましい。この場合、末端領域に生じる局所的な応力集中をより抑制し、耐久性をより向上させることができる。

本発明に係る免震装置は、前記中央領域には、複数の前記中央硬質材料が配置されており、当該複数の中央硬質材料の幅は、同一であることが好ましい。この場合、中央硬質材料が複数であっても、要求される免震性能をより確実に発揮することができる。

本発明に係る免震装置は、前記末端領域には、複数の末端硬質材料が配置されており、当該複数の末端硬質材料の幅は、同一であることが好ましい。この場合、末端領域に生じる局所的な応力集中をより抑制し、耐座屈性能及び耐久性をより向上させることができる。

本発明に係る免震装置は、前記末端領域には、複数の末端硬質材料が配置されており、当該複数の末端硬質材料の幅は、前記中央領域側から前記末端領域側に向かうに従い大きくなるものとすることができる。

本発明に係る免震装置において、免震装置の上下方向断面視において、前記中間硬質材料に隣接する前記末端硬質材料、前記中間硬質材料、及び、前記中間硬質材料に隣接する前記中央硬質材料の、それぞれの幅方向外縁を連ねてなる仮想稜線が、上下方向に対してなす鋭角側の角度Ａは、４５°〜８０°であるものとすることができる。この場合、座屈を生じ難くすることができる。

本発明に係る免震装置では、免震装置の上下方向断面視において、前記仮想稜線は、直線状であるものとすることができる。この場合、更に座屈を生じ難くすることができる。

本発明に係る免震装置において、前記積層構造体の上下方向高さＨ０に対する、前記中間領域の上下方向高さＨ３の比（Ｈ３／Ｈ０）は、０．０１〜０．１であるものとすることができる。この場合、末端硬質材料の幅方向外縁が応力集中により軟質材料に対して剥離しにくく、耐久性が改善される。

本発明に係る免震装置において、前記積層構造体の外面形状は、免震装置の上下方向断面視において、直線形状を組み合わせたものとすることができる。この場合、外面が湾曲形状のものと比較して軟質材料が占める割合を減少させる事ができるので、免震性能を良くすることができる。

本発明によれば、要求される免震性能を損なうことなく、耐座屈性能及び耐久性に優れた免震装置を提供することができる。

本発明の、第１の実施形態に係る免震装置を、上下方向を含む断面で概略的に示す断面図である。本発明の、第２の実施形態に係る免震装置を、上下方向を含む断面で概略的に示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の様々な実施形態に係る免震装置について説明をする。以下の説明において、実質的に同一の事項は、同一の符号を使用することにより、その説明を省略する。

図１中、符号１Ａは、本発明の、第１の実施形態に係る免震装置である。免震装置１Ａは、積層構造体１０を備えている。積層構造体１０は、硬質材料１１と軟質材料１２とを上下方向(鉛直方向)に交互に配置してなる。免震装置１Ａは、上下方向に延びる中心軸Ｏを有し、当該中心軸Ｏを鉛直軸に沿って起立させることができる。

積層構造体１０の下端には、下部プレート２０が固定されている。下部プレート２０は、ビル、橋、家等の構造物（図示省略）を支える基礎（図示省略）に固定することができる。積層構造体１０の上端には、上部プレート３０が固定されている。上部プレート３０は、例えば、前記構造物に固定することができる。本実施形態では、下部プレート２０及び上部プレート３０は、円形の鋼板で形成されている。

硬質材料１１は、剛性を有する層である。本実施形態では、硬質材料１１は、円形の金属板、具体的には、円形の鋼板からなる。本実施形態では、軟質材料１２は、円形の弾性板、具体的には、円形のゴム板である。本実施形態では、硬質材料１１及び軟質材料１２は、同一の厚さを有している。しかしながら、硬質材料１１及び軟質材料１２の厚さは、適宜変更することができる。更に、本実施形態では、硬質材料１１の幅方向外縁１１ｅは、軟質材料１２と共に外層１３によって被覆されている。外層１３は、円筒形のゴム板である。しかしながら、外層１３は、省略することができる。

図１の破線領域に示すように、積層構造体１０は、それぞれ上側及び下側に位置する、２つの末端領域Ｒ１と、２つの末端領域Ｒ１の間に位置する、中央領域Ｒ２と、前記中央領域Ｒ２と前記末端領域Ｒ１との間で前記中央領域Ｒ２と前記末端領域Ｒ１に隣接して位置する、２つの中間領域Ｒ３と、に区画されている。ここで、末端領域Ｒ１は、積層構造体１０の上端から下方向に連続する仮想の領域、または、積層構造体１０の下端から上方向に連続する仮想の領域の、少なくともいずれか一方の仮想の領域をいう。また、中央領域Ｒ２は、積層構造体１０の上下方向中央に位置する仮想の領域をいう。さらに、中間領域Ｒ３は、上側の末端領域Ｒ１の下端から下方向に連続する仮想の領域、または、下側の末端領域Ｒ１の上端から上方向に連続する仮想の領域の、少なくともいずれか一方の仮想の領域であって、中央領域Ｒ２を含まない仮想の領域をいう。

例えば、末端領域Ｒ１、中央領域Ｒ２及び中間領域Ｒ３は、それぞれ、末端領域Ｒ１の一方の上下方向高さＨ１及び他方の上下方向高さＨ１´、中央領域Ｒ２の上下方向高さＨ２、中間領域Ｒ３の一方の上下方向高さＨ３及び他方の上下方向高さＨ３´で規定する。この場合、積層構造体１０の上下方向高さＨ０は、Ｈ０＝Ｈ１＋Ｈ１´＋Ｈ２＋Ｈ３＋Ｈ３´で規定される。具体例としては、Ｈ１／Ｈ０＝０．０１〜０．２４、Ｈ１´／Ｈ０＝０．０１〜０．２４、Ｈ２／Ｈ０＝０．５〜０．９６、Ｈ３／Ｈ０＝０．０１〜０．２４、Ｈ３´／Ｈ０＝０．０１〜０．２４が挙げられる。

更に、積層構造体１０では、末端領域Ｒ１に配置された硬質材料は、少なくとも１つの末端硬質材料１１１である。また、積層構造体１０では、中央領域Ｒ２に配置された硬質材料は、少なくとも１つの中央硬質材料１１２である。さらに、積層構造体１０では、中間領域Ｒ３に配置された硬質材料は、少なくとも１つの中間硬質材料１１３である。本実施形態に係る免震装置１Ａは、末端硬質材料１１１として、１つの末端硬質材料を有している。また、免震装置１Ａは、中央硬質材料１１２として、複数（本実施形態では、１０個）の中央硬質材料を有している。本実施形態では、中央硬質材料１１２は、同一の中央硬質材料である。更に、免震装置１Ａは、中間硬質材料１１３として、１つの中間硬質材料を有している。

また、積層構造体１０では、末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅと、中間硬質材料１１３の幅方向外縁１１３ｅと、中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅとの、幅方向位置の関係は、以下の関係（１）を満たす。

末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅ＞中間硬質材料１１３の幅方向外縁１１３ｅ＞中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅ・・・（１）

詳細には、末端硬質材料１１１は、いかなる場合も中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側に位置する幅方向外縁１１１ｅを有している。例えば、末端硬質材料１１１が複数である場合、幅方向外縁１１１ｅの最も幅方向内側に位置する末端硬質材料１１１の当該幅方向外縁１１１ｅが中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側に位置させる。さらに、中央硬質材料１１２が複数である場合、幅方向外縁１１１ｅの最も幅方向内側に位置する末端硬質材料１１１の当該幅方向外縁１１１ｅは、いずれの中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側に位置させる。また、中間硬質材料１１３は、いかなる場合も中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側かつ末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅよりも幅方向内側に位置する幅方向外縁１１３ｅを有している。例えば、中間硬質材料１１３が複数である場合、幅方向外縁１１３ｅが最も幅方向内側に位置する中間硬質材料１１３の当該幅方向外縁１１３ｅが中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側に位置させる。さらに、中央硬質材料１１２が複数である場合、幅方向外縁１１３ｅの最も幅方向内側に位置する中間硬質材料１１３の当該幅方向外縁１１３ｅは、いずれの中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側に位置させる。また、中間硬質材料１１３が複数である場合、幅方向外縁１１３ｅの最も幅方向外側に位置する中間硬質材料１１３の当該幅方向外縁１１３ｅが末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅよりも幅方向内側に位置させる。さらに、末端硬質材料１１１が複数である場合、幅方向外縁１１３ｅの最も幅方向外側に位置する中間硬質材料１１３の当該幅方向外縁１１３ｅは、いずれの末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅよりも幅方向内側に位置させる。

更に、末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅの間の幅をＷ１（以下、「末端硬質材料１１１の幅Ｗ１」ともいう。）とし、中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅの間の幅をＷ２（以下、「中央硬質材料１１２の幅Ｗ２」ともいう。）としたとき、末端硬質材料１１１の幅Ｗ１に対する、中央硬質材料１１２の幅Ｗ２の比α（＝Ｗ２／Ｗ１）は、以下の関係（２）を満たす。

０．６≦（Ｗ２／Ｗ１）≦０．９７・・・（２）

本実施形態では、硬質材料１１は、円形の板である。また、本実施形態では、末端硬質材料１１１、中間硬質材料１１３及び中央硬質材料１１２は、中心軸Ｏ上を同軸に配置されている。本実施形態では、末端硬質材料１１１の幅Ｗ１、中央硬質材料１１２の幅Ｗ２、中間硬質材料１１３の幅方向外縁１１３ｅ間の幅Ｗ３（以下、「中間硬質材料１１３の幅Ｗ３」ともいう。）は、硬質材料１１の直径である。即ち、本実施形態において、末端硬質材料１１１の幅Ｗ１に対する、中央硬質材料１１２の幅Ｗ２の比αは、末端硬質材料１１１の直径φ１に対する、中央硬質材料１１２の直径φ２の比（φ２／φ１）と置き換えることができる。

なお、硬質材料１１は、円形の板に限定されることなく、多角形等の異形の板を採用することができる。この場合、末端硬質材料１１１の幅Ｗ１、中央硬質材料１１２の幅Ｗ２、中間硬質材料１１３の幅Ｗ３は、硬質材料１１の外接円の直径とすることができる。また、比α（＝Ｗ２／Ｗ１）は、０．６以上であることが好ましい。より好ましくは、α＝０．７〜０．９２の値である。この場合、免震性能を十分確保することができる。硬質材料が複数である場合、Ｗ１は、末端硬質材料１１１のうちの最大幅、Ｗ２は、中央硬質材料１１２の最小幅とする。

また、末端硬質材料１１１の幅Ｗ１、中央硬質材料１１２の幅Ｗ２及び中間硬質材料１１３の幅Ｗ３の具体例としては、Ｗ２／Ｗ１＝０．６〜０．９７、Ｗ３／Ｗ１＝０．６１〜０．９６が挙げられる。

本実施形態に係る免震装置によれば、末端硬質材料１１１は、中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側に位置する幅方向外縁１１１ｅを有しているため、積層構造体１０が急激に弾性変形したときでも、末端硬質材料１１１が中央硬質材料１１２を支えることによって、当該積層構造体１０の座屈の原因となる、圧縮側の部分（末端領域Ｒ１）に生じる局所的な応力集中を抑制することができる。

一方、本願発明者は、末端硬質材料１１１の幅Ｗ１のみを単純に大きく確保した場合、座屈特性が向上することを確かめた。しかしながら、単純にＷ１を大きくしただけでは建築物等の構造物の固有振動周期が短くなるため、本来の免震性能を発揮できない課題がある。そこで、本願発明者は、鋭意、試験・研究の結果、末端硬質材料１１１の幅Ｗ１を大きく確保した場合、中央硬質材料１１２の幅Ｗ２を小さくすれば、前記構造物の固有振動周期が短くなる現象を抑制できることを認識するに至った。具体的には、末端硬質材料１１１の幅Ｗ１に対する、中央硬質材料１１２の幅Ｗ２の比αは、０．９７以下である場合、前記構造物の固有振動周期を長く保ちつつ、座屈特性を向上させることを確かめた。このため、本実施形態に係る免震装置１Ａによれば、末端硬質材料１１１の幅Ｗ１に対する、中央硬質材料１１２の幅Ｗ２の比αは、０．９７以下であるため、座屈性能を向上させつつ、要求される免震性能を損なうことがない。また、末端硬質材料１１１の幅Ｗ１に対する、中央硬質材料１１２の幅Ｗ２の比αを０．６未満とした場合、中央硬質材料１１２の幅が小さくなり座屈性能や荷重支持能力が低下する。これに対し、末端硬質材料１１１の幅Ｗ１に対する、中央硬質材料１１２の幅Ｗ２の比αを０．６以上とすれば、座屈性能改善効果が得られ、荷重支持能力も低下しない。

加えて、本実施形態に係る免震装置１Ａによれば、中央領域Ｒ２と末端領域Ｒ１との間で中央領域Ｒ２と末端領域Ｒ１に隣接して位置する、２つの中間領域Ｒ３に中間硬質材料１１３を配置し、当該中間硬質材料１１３が中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側かつ末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅよりも幅方向内側に位置する幅方向外縁１１３ｅを有しているため、積層構造体１０が大きく弾性変形したときも、中間硬質材料１１３に隣接する末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅの圧縮側に、局部的な剥離が生じない。

要するに、水平剛性が等しく、αが０．９７を超える免震装置と比較した場合、本実施形態に係る免震装置１Ａは、耐座屈性能が向上する。また、末端硬質材料１１１の幅Ｗ１が同一で、αが０．９７を超える免震装置と比較した場合、本実施形態に係る免震装置１Ａは、より固有振動周期を長くできる。更に、中央硬質材料１１２の幅Ｗ２が同一で、αが０．９７を超える免震装置と比較した場合、本実施形態に係る免震装置１Ａは、末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅの圧縮側に生じる、局部的な剥離を抑制できる。

従って、本実施形態に係る免震装置１Ａによれば、要求される免震性能を損なうことなく、荷重支持能力を維持しつつ、耐座屈性能及び耐久性に優れた免震装置となる。

ところで、上述のとおり、本実施形態では、末端領域Ｒ１には、１つの末端硬質材料１１１が含まれている。中央領域Ｒ２には、複数の中央硬質材料１１２が含まれている。本実施形態では、中央硬質材料１１２の幅Ｗ２は、それぞれ、同一である。中間領域Ｒ３には、１つの中間硬質材料１１３が含まれている。

但し、本発明によれば、免震装置１は、末端領域Ｒ１に、末端硬質材料１１１として、少なくとも１つの末端硬質材料を有することができる。この場合、各末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅは、中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側に位置させる。更に各末端硬質材料１１１は、それぞれ、当該末端硬質材料１１１の幅Ｗ１が中間領域Ｒ３側に向かうに従い小さくなることが好ましい。

また、免震装置１は、中央領域Ｒ２に、中央硬質材料１１２として、少なくとも１つの中央硬質材料を有するものとすることができる。この場合、各中央硬質材料１１２は、同一の中央硬質材料であることが好ましい。

更に、免震装置１は、中間領域Ｒ３に、中間硬質材料１１３として、少なくとも１つの中間硬質材料を有するものとすることができる。この場合、各中間硬質材料１１３は、中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側かつ末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅよりも幅方向内側に位置することが好ましい。更に、中間硬質材料１１３は、当該中間硬質材料１１３の幅Ｗ３が末端領域Ｒ１側から中央領域Ｒ２側に向かうに従い小さくなることが好ましい。

また、末端硬質材料１１１の枚数Ｎ１、中央硬質材料１１２の枚数Ｎ２及び中間硬質材料１１３の枚数Ｎ３の具体例としては、Ｎ１は1〜１０枚、Ｎ３は１〜３枚が挙げられる。

ここで、図１を参照して、末端領域Ｒ１、中央領域Ｒ２及び中間領域Ｒ３を、それぞれ、上下方向断面視（免震装置の中心軸を含む断面で視た状態）における、仮想の区画線Ｌ１Ａ〜Ｌ３Ａ及び仮想の区画線Ｌ１Ｂ〜Ｌ３Ｂを用いて説明する。

区画線Ｌ１Ａは、下部プレート２０と当該下部プレート２０と隣接する軟質材料１２との固定面を通る区画線である。区画線Ｌ３Ａは、下側の末端硬質材料１１１と当該末端硬質材料１１１と隣り合う中間硬質材料１１３との間の軟質材料１２を通り、当該軟質材料１２を上下２つに分割する区画線である。区画線Ｌ２Ａは、最も下側の中央硬質材料１１２の下端面を通る区画線である。

区画線Ｌ１Ｂは、上部プレート３０と当該上部プレート３０と隣接する軟質材料１２との固定面を通る区画線である。区画線Ｌ３Ｂは、上側の末端硬質材料１１１と当該末端硬質材料１１１と隣り合う中間硬質材料１１３との間の軟質材料１２を通り、当該軟質材料１２を上下２つに分割する区画線である。区画線Ｌ２Ｂは、最も上側の中央硬質材料１１２の上端面を通る区画線である。

２つの末端領域Ｒ１は、次のように区画されている。下側の末端領域Ｒ１は、区画線Ｌ１Ａ及び区画線Ｌ３Ａによって区画されている。上側の末端領域Ｒ１は、区画線Ｌ１Ｂ及び区画線Ｌ３Ｂによって区画されている。

中央領域Ｒ２は、区画線Ｌ２Ａ及び区画線Ｌ２Ｂによって区画されている。

２つの中間領域Ｒ３は、次のように区画されている。下側の中間領域Ｒ３は、区画線Ｌ３Ａ及び区画線Ｌ２Ａによって区画されている。上側の中間領域Ｒ３は、区画線Ｌ３Ｂ及び区画線Ｌ２Ｂによって区画されている。

本実施形態に係る免震装置１Ａは、中央領域Ｒ２には、複数の中央硬質材料１１２が配置されており、当該複数の中央硬質材料１１２の幅Ｗ２は、同一であることが好ましい。本実施形態では、上述のとおり、複数の中央硬質材料１１２の幅Ｗ２は、同一である。この場合、中央硬質材料１１２が複数であっても、要求される免震性能をより確実に発揮することができる。

また、本実施形態に係る免震装置１Ａでは、積層構造体１０の上下方向高さＨ０に対する、中間領域Ｒ３の上下方向高さＨ３の比β（＝Ｈ３／Ｈ０）は、０．０１〜０．１であるものとすることができる。βが０．０１に満たない場合、またβが０．１を超える場合、座屈を抑制する効果が小さい。本実施形態では、βは０．０１〜０．１の範囲の数値である。このため、本実施形態によれば、より座屈を生じ難くすることができる。

なお、中央領域Ｒ２の上下方向高さＨ２は、Ｈ２／Ｈ０＝０．５〜０．９６とすることが好ましい。この場合、十分な免震機能を果たすことができる。また、この場合、積層構造体１０は、Ｈ２が、（０．５〜０．９６）×Ｈ０の領域を中央領域Ｒ２、中間領域Ｒ３の上下方向高さＨ３（Ｈ３´）が、（０．０１〜０．１）×Ｈ０の領域を中間領域Ｒ３、これらの外側の領域を末端領域Ｒ１として、これら領域Ｒ１〜Ｒ３それぞれに、末端硬質材料１１１、中央硬質材料１１２及び中間硬質材料１１３を配置させることが好ましい。より好ましくは、Ｈ２が、０．５〜０．９６×Ｈ０の領域を中央領域Ｒ２、Ｈ３（Ｈ３´）が、０．０１〜０．１×Ｈ０の領域を中間領域Ｒ３、Ｈ１（Ｈ１´）が、０．０１〜０．２４×Ｈ０の領域を末端領域Ｒ１とする。

次に、図２中、符号１Ｂは、本発明の、第２の実施形態に係る免震装置である。本実施形態では、末端領域Ｒ１には、複数（本実施形態では、２個）の末端硬質材料１１１が含まれている。本実施形態では、末端硬質材料１１１は、同一の末端硬質材料であり、当該末端硬質材料１１１の幅Ｗ１は、それぞれ、同一である。中央領域Ｒ２には、複数（本実施形態では、１０個）の中央硬質材料１１２が含まれている。本実施形態では、中央硬質材料１１２は、同一の中央硬質材料であり、当該中央硬質材料１１２の幅Ｗ２は、それぞれ、同一である。中間領域Ｒ３には、複数（本実施形態では、２個）の中間硬質材料１１３が含まれている。本実施形態では、中間硬質材料１１３の幅Ｗ３は、末端領域Ｒ１側から中央領域Ｒ２側に向かうに従い小さくなる。本実施形態では、各中間硬質材料１１３の幅方向外縁１１３ｅは、中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側かつ末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅよりも幅方向内側に位置する。

本実施形態に係る免震装置１Ｂは、中間領域Ｒ３には、複数の中間硬質材料１１３が配置されており、当該複数の中間硬質材料１１３の幅Ｗ３は、末端領域Ｒ１側から中央領域Ｒ２側に向かうに従い小さくなることが好ましい。本実施形態では、複数の中間硬質材料１１３の幅Ｗ３は、末端領域Ｒ１側から中央領域Ｒ２側に向かうに従い小さくなる。この場合、末端領域Ｒ１に生じる局所的な応力集中をより抑制し、耐久性をより向上させることができる。

本実施形態に係る免震装置１Ｂは、末端領域Ｒ１には、複数の末端硬質材料１１１が配置されており、当該複数の末端硬質材料１１１の幅Ｗ１は、同一であることが好ましい。本実施形態では、複数の末端硬質材料１１１の幅Ｗ１は、同一である。この場合、末端硬質材料１１１を複数としたため、末端領域Ｒ１に生じる局所的な応力集中をより抑制し、耐座屈性能及び耐久性をより向上させることができる。

本実施形態に係る免震装置１Ｂにおいて、中間硬質材料１１３に隣接する末端硬質材料１１１、２つの中間硬質材料１１３、及び、中間硬質材料１１３に隣接する中央硬質材料１１２の、それぞれの幅方向外縁１１１ｅ，１１３ｅ，１１２ｅを連ねてなる、仮想稜線Ｌは、免震装置１Ｂの上下方向断面視において、上下方向に対してなす鋭角側の角度Ａが、４５°〜８０°であるものとすることができる。角度Ａが４５°に満たない場合、座屈を抑制する効果が小さい。角度Ａが８０°を超える場合、座屈を抑制する効果が小さく、末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅの圧縮側に局部的な剥離が生じやすい。本実施形態によれば、仮想稜線Ｌは、免震装置１Ｂの上下方向断面視において、上下方向に対してなす鋭角側の角度Ａが、４５°〜８０°である。本実施形態では、角度Ａは、４５°〜８０°の範囲の数値である。このため、本実施形態によれば、座屈改善効果が特に高い。

特に、本実施形態に係る免震装置１Ｂでは、当該免震装置１Ｂの上下方向断面視において、仮想稜線Ｌは、直線状である。この場合、更に座屈を生じ難くすることができる。

上述のとおり、本発明の各実施形態によれば、耐要求される免震性能を損なうことなく、座屈性能及び耐久性に優れた免震装置を提供することができる。

本実施形態において、積層構造体１０の外面形状（輪郭形状）は、免震装置の上下方向断面視において、直線形状を組み合わせたものである。この場合、上下方向断面視において、積層構造体１０の輪郭形状は、末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅと中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅとの差が大きな形状、即ち、図１に示すように、中心軸Ｏに向かってえぐられた形状となる。したがって、本実施形態によれば、外面が湾曲形状のものと比較して軟質材料が占める割合を減少させる事ができるので、免震性能を良くすることができる。ただし、本発明に係る、他の免震装置としては、免震装置の上下方向断面視において、中間硬質材料１１３に隣接する末端硬質材料１１１の幅方向外縁１１１ｅ、中間硬質材料１１３の幅方向外縁１１３ｅ、及び、中間硬質材料１１３に隣接する中央硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅを連ねてなる仮想稜線が中心軸Ｏに向かって凸の曲線状となるものがある。即ち、本発明によれば、当該免震装置の上下方向断面視において、積層構造体１０の外面形状が、断面円弧状、円弧類似形状等の中心軸Ｏに向かって凸の湾曲形状となるものも含まれる。

固有振動周期は、軟質材料１２が占める割合が多くなるほど、短くなる。このため、軟質材料１２が占める割合は、抑えることが好ましい。本発明に従う免震装置によれば、免震装置の上下方向断面視において、積層構造体１０の輪郭形状が、中心軸Ｏに向かって凸の湾曲形状となるだけの、免震装置よりも、軟質材料１２が占める割合が減少する。したがって、本発明に従う免震装置によれば、外面が湾曲形状となる免震装置よりも、より免震性能を発揮させることができる。

上述したところは、本発明のいくつかの実施形態を開示したにすぎず、特許請求の範囲に従えば、様々な変更が可能となる。例えば、本発明によれば、免震装置は、プラグ（芯材）を備えていてもよい。具体的には、各実施形態において、積層構造体１０の中心部に、中心軸Ｏに沿って延在するプラグを貫通させることができる。前記プラグは、鉛、錫等の金属によって形成されていることが好ましい。上述した各実施形態に採用された様々な構成は、相互に適宜、置き換えることができる。例えば、第２の実施形態に係る免震装置１Ｂにおいて、複数の末端硬質材料１１１の幅Ｗ１は、同一であるが、当該複数の末端硬質材料１１１の幅Ｗ１は、当該第２の実施形態に係る中間硬質材料１１３と同様、末端領域Ｒ１側から中央領域Ｒ２側に向かうに従い小さくなることができる。即ち、本発明によれば、末端領域Ｒ１に、複数の末端硬質材料１１１が配置されている場合、当該複数の末端硬質材料１１１の幅Ｗ１は、中央領域Ｒ２側から末端領域Ｒ１側に向かうに従い大きくなるようにすることもできる。

（解析）
本発明に係る免震装置の効果を確認するため、Ｗ２／Ｗ１に基くＦＥＭ（Finite Element Method）解析（以下、「幅比率に基くＦＥＭ解析」ともいう。）と、仮想稜線Ｌの角度Ａに基くＦＥＭ解析（以下、「角度に基くＦＥＭ解析」ともいう。）と、の２種類の解析を行った。前記ＦＥＭ解析では、座屈ひずみ、破断ひずみおよび固有振動周期について検証した。前記ＦＥＭ解析には、MSCソフトウェア製のMarc解析ソフトを使用した。

上記ＦＥＭ解析では、本発明の第１実施形態に係る積層構造体１０の輪郭形状を再現した解析モデルを使用した。前記幅比率に基くＦＥＭ解析では、６つの解析モデルを作成した。また、前記角度に基くＦＥＭ解析では、５つの解析モデルを作成した。これらのＦＥＭ解析で使用した入力荷重は、１３００ｋNである。

硬質材料のメッシュは、１層当り１辺５０〜１２０ｍｍ程度の四面体、メッシュ数を５４個とした。軟質材料のメッシュは、１層当り１辺５０〜１２０ｍｍの四面体、メッシュ数を５４個とした。また、以下の［表１］には、解析モデルのパラメータを示す。

以下の［表２］には、前記幅比率に基くＦＥＭ解析の結果を基に評価した、座屈性能、耐久性能（破断性能）および免震性能を示す。ここで、「座屈ひずみ」とは、解析モデルに座屈が生じたときのひずみ（％）であって、当該ひずみは、主として末端領域に生じる。また、「改善座屈ひずみ」とは、本発明に係る免震装置の数値範囲を含まない従来の積層構造体（この解析では、関連する性能がＲ＝１の積層構造体）の座屈ひずみを１００としたときの、解析対象となっている解析モデルの座屈ひずみ（％）の割合である。したがって、この評価では、改善座屈ひずみの値が大きいほど、座屈を生じ難く、座屈性能が良好であると判定している。また、「破断ひずみ」とは、軟質材料に破断が生じたときのひずみ（％）であって、当該ひずみは、主として末端領域に生じる。したがって、この評価では、破断ひずみの値が大きいほど、破断を生じ難く、破断性能が良好であると判定している。なお、「ＮＡ」は、利用不可値である。また、「１００％等価周期」Ｔは以下のように求める。積層構造体の変位（ｘ）−荷重（ｙ）グラフを描いた時、通常ループ状になる。ここでループ上の最も＋（プラス）の変位ｘの位置と、最も−（マイナス）の変位ｘの位置と、を直線で結んだ時の、この直線の傾きをｋとする。そしてＴ＝2π√(m/k)で求められる（ｍは積層構造体の質量）。したがって、この評価では、１００％等価周期の値が大きいほど、免震性能が良好であると判定している。［表２］においては、座屈ひずみが４００％以上の場合は◎で、良好との評価である。また、従来構造より１５％以上改善された場合は○で、おおむね良好との評価である。さらに、×はそれ以外で、改善の余地があるとの評価である。

表２を参照すれば、Ｗ２／Ｗ１＝０．５５の解析モデルでは、耐久性能および免震性能の評価として、改善の余地が認められる一方、０．６≦Ｗ２／Ｗ１の解析モデルでは、耐久性能および免震性能が良好な性能であることが認められた。また、Ｗ２／Ｗ１＝０．９８以上の解析モデルでは、座屈性能の評価として、改善の余地が認められる一方、Ｗ２／Ｗ１≦０．９７の解析モデルでは、座屈性能が良好な性能であることが認められた。したがって、これらの評価結果から、０．６≦Ｗ２／Ｗ１≦０．９７の範囲の解析モデルであれば、座屈性能、耐久性能（破断性能）および免震性能のいずれも、良好な性能であることが明らかである。

また、以下の［表３］には、前記角度に基くＦＥＭ解析の結果を基に評価した、座屈性能を示す。ここで、「座屈ひずみ」および「改善座屈ひずみ」は、［表２］と同様である。また、「端部引張ひずみ」とは、最外側（中心部と反対側）の末端硬質材料端部に接する軟質材料にかかるひずみの事を言う。この値が小さい程、良好である。さらに、［表３］においては、◎、○および×で示した評価も、［表２］と同様である。

表３を参照すれば、仮想稜線Ｌの角度Ａが４０°以下の解析モデルおよび角度Ａが８５°の解析モデルでは、座屈性能および捲れ上がり性能の評価として、改善の余地が認められる一方、仮想稜線Ｌの角度Ａが４５°〜８０°の解析モデルでは、座屈性能および捲れ上がり性能が良好な性能であることが認められた。したがって、これらの評価結果から、仮想稜線Ｌの角度Ａが４０°〜８５°の範囲の解析モデルであれば、座屈性能が、良好な性能であることが明らかである。

１Ａ：免震装置（第１の実施形態），１Ｂ：免震装置（第２の実施形態），１０：積層構造体，１１：硬質材料，１１１：末端硬質材料，１１２：中央硬質材料，１１３：中間硬質材料，１１１ｅ：末端硬質材料の幅方向外縁，１１２ｅ：中央硬質材料の幅方向外縁，１１３ｅ：中間硬質材料の幅方向外縁，１２：軟質材料，Ａ：角度，Ｈ０：積層構造体の上下方向高さ，Ｈ３：中間領域の上下方向高さ，Ｌ：仮想稜線， ΔＬ１：末端硬質材料の幅方向外縁と、中間硬質材料の幅方向外縁との間の差， ΔＬ２：中間硬質材料の幅方向外縁と、中央硬質材料の幅方向外縁との間の差，Ｒ１：末端領域，Ｒ２：中央領域，Ｒ３：中間領域，Ｗ１：末端硬質材料の幅方向外縁間の幅，Ｗ２：中央硬質材料の幅方向外縁間の幅

Claims

硬質材料と軟質材料とを上下方向に交互に配置してなる積層構造体を備えた、免震装置であって、
前記積層構造体は、それぞれ上側及び下側に位置する、２つの末端領域と、前記２つの末端領域の間に位置する、中央領域と、前記中央領域と前記末端領域との間で前記中央領域と前記末端領域に隣接して位置する、２つの中間領域と、に区画されており、
前記末端領域に配置された硬質材料は、少なくとも１つの末端硬質材料であり、
前記中央領域に配置された硬質材料は、少なくとも１つの中央硬質材料であり、
前記中間領域に配置された硬質材料は、少なくとも１つの中間硬質材料であり、
前記末端硬質材料の幅方向外縁は、前記中央硬質材料の幅方向外縁よりも幅方向外側に位置しており、かつ、前記中間硬質材料の幅方向外縁は、前記中央硬質材料の幅方向外縁よりも幅方向外側かつ前記末端硬質材料の幅方向外縁よりも幅方向内側に位置しており、更に、
前記末端硬質材料の幅方向外縁間の幅Ｗ１に対する、前記中央硬質材料の幅方向外縁間の幅Ｗ２の比（Ｗ２／Ｗ１）は、
０．６≦（Ｗ２／Ｗ１）≦０．９７である、免震装置。
前記中間領域には、複数の前記中間硬質材料が配置されており、当該複数の中間硬質材料の幅は、前記末端領域側から前記中央領域側に向かうに従い小さくなる、請求項１に記載の免震装置。
前記中央領域には、複数の前記中央硬質材料が配置されており、当該複数の中央硬質材料の幅は、同一である、請求項１又は２に記載の免震装置。
前記末端領域には、複数の末端硬質材料が配置されており、当該複数の末端硬質材料の幅は、同一である、請求項１から３のいずれか１項に記載の免震装置。
前記末端領域には、複数の末端硬質材料が配置されており、当該複数の末端硬質材料の幅は、前記中央領域側から前記末端領域側に向かうに従い大きくなる、請求項１から３のいずれか１項に記載の免震装置。
免震装置の上下方向断面視において、前記中間硬質材料に隣接する前記末端硬質材料、前記中間硬質材料、及び、前記中間硬質材料に隣接する前記中央硬質材料の、それぞれの幅方向外縁を連ねてなる仮想稜線が、上下方向に対してなす鋭角側の角度Ａは、４５°〜８０°である、請求項１から５のいずれか１項に記載の免震装置。
免震装置の上下方向断面視において、前記仮想稜線は、直線状である、請求項６に記載の免震装置。
前記積層構造体の上下方向高さＨ０に対する、前記中間領域の上下方向高さＨ３の比（Ｈ３／Ｈ０）は、０．０１〜０．１である、請求項１から７のいずれか１項に記載の免震装置。
前記積層構造体の外面形状は、免震装置の上下方向断面視において、直線形状を組み合わせたものである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の免震装置。