(57)【要約】【課題】大きなせん断力が作用した場合であっても、安定した減衰性能を維持することができ、また、周辺環境へ悪影響を及ぼすことがない鉛プラグ入り積層ゴム支承を提案する。【解決手段】複数のゴム板２１と複数の金属板２２とが交互に積層されてなる積層ゴム２と、積層ゴム２に埋め込まれた鉛プラグ３と、積層ゴム２の上面を覆う上鋼板４１と、積層ゴム２の下面を覆う下鋼板４２とを備える積層ゴム支承１である。複数のゴム板２１のうち、積層ゴム２の上部および下部に配設されたゴム板２１の厚さが、積層ゴム２の積層方向中央部に配設されたゴム板２１の厚さよりも小さい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のゴム板と複数の金属板とが交互に積層されてなる積層ゴムと、
前記積層ゴムに埋め込まれた鉛プラグと、
前記積層ゴムの上面を覆う上鋼板と、
前記積層ゴムの下面を覆う下鋼板と、を備える鉛プラグ入り積層ゴム支承であって、
複数の前記ゴム板のうち、前記積層ゴムの上部および下部に配設されたゴム板の厚さが、前記積層ゴムの積層方向中央部に配設されたゴム板の厚さよりも小さいことを特徴とする鉛プラグ入り積層ゴム支承。
【請求項２】
前記積層ゴムの最上層および最下層に配設されたゴム板の厚さが、他の層のゴム板の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の鉛プラグ入り積層ゴム支承。
【請求項３】
前記積層ゴムに積層された前記複数のゴム板の厚さが、前記積層ゴムの最上層および最下層から中間層に向かうに従って大きくなることを特徴とする請求項２に記載の鉛プラグ入り積層ゴム支承。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛プラグ入り積層ゴム支承に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層ゴム支承には、例えば、特許文献１に示すように、柱状の鉛プラグが埋め込まれたものがある。鉛プラグ入り積層ゴム支承は、地震時に積層ゴムが変形するのに伴い、鉛プラグが塑性変形することで地震エネルギーを吸収して、振動を減衰させる。
【０００３】
鉛プラグ入り積層ゴム支承は、積層ゴムを上下方向に貫通する貫通孔に柱状の鉛プラグを挿入することにより形成されるのが一般的である。積層ゴムの上面および下面は、鋼板により覆われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１３２３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来の鉛プラグ入り積層ゴム支承は、大きなせん断変形が生じた場合に、積層ゴムの上部または下部のゴム層の変形が高さ方向（積層方向）中央部のゴム層の変形に比べて大きくなるため、鉛プラグが上部又は下部のゴム層に食い込むおそれがある。このような変形が生じると、免震支承として安定した減衰性能を発揮することができなくなるとともに、鉛が外気に曝されることによる環境への悪影響が懸念される。
【０００６】
このような観点から、本発明は、大きなせん断力が作用した場合であっても、安定した減衰性能を維持することができ、また、周辺環境へ悪影響を及ぼすことがない鉛プラグ入り積層ゴム支承を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための本発明は、複数のゴム板と複数の金属板とが交互に積層されてなる積層ゴムと、前記積層ゴムに埋め込まれた鉛プラグと、前記積層ゴムの上面を覆う上鋼板と、前記積層ゴムの下面を覆う下鋼板とを備える鉛プラグ入り積層ゴム支承である。複数の前記ゴム板のうち、前記積層ゴムの上部および下部に配設されたゴム板の厚さが、前記積層ゴムの積層方向中央部に配設されたゴム板の厚さよりも小さい。
【０００８】
かかる鉛プラグ入り積層ゴム支承によれば、地震時に他の部分に比べて大きなせん断力が作用する積層ゴムの上部と下部において、ゴム板の厚さを小さくしているため、積層ゴムの上部と下部における変位量を小さく抑えることができる。その結果、上部と下部のゴム板よりも大きい厚さのゴム板が配設された積層ゴムの中央部に比べて、積層ゴムの上部および下部における変形が極端に大きくなることを抑制することができる。そのため、鉛プラグがゴム層に食い込むことを防止し、鉛プラグを均等な圧力で拘束することができる。その結果、安定した減衰性能が確保できるとともに、鉛が大気に露出することも防止できる。
【０００９】
なお、このような鉛プラグ入り積層ゴム支承は、前記積層ゴムの最上層および最下層に配設されたゴム板の厚さを、他の層のゴム板の厚さよりも小さくするのが望ましい。この場合には、前記積層ゴムに積層された前記複数のゴム板の厚さが、前記積層ゴムの最上層および最下層から中間層に向かうに従って大きくなるようにするのがさらに望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の鉛プラグ入り積層ゴム支承によれば、大きなせん断力が作用した場合であっても、安定した減衰性能を発揮することができ、また、周辺環境へ悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る積層ゴム支承の使用状況の例を示す正面図である。
【図２】本実施形態に係る積層ゴム支承を示す断面図である。
【図３】本実施形態の積層ゴム支承の製造方法の各段階を示す断面図であって、（ａ）は鉛プラグの設置状況、（ｂ）はゴム板の積層状況、（ｃ）は上鋼板の設置状況である。
【図４】（ａ）は本実施形態に係る鉛プラグの分解斜視図、（ｂ）および（ｃ）は他の形態に係る鉛プラグを示す斜視図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ他の形態に係る積層ゴム支承を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態では、図１に示すように、橋梁の上部構造Ｂ１と下部構造Ｂ２との間に介設される積層ゴム支承１について説明する。本実施形態の積層ゴム支承１は、図２に示すように、積層ゴム２、鉛プラグ３、鋼板４を備える鉛プラグ入り積層ゴム支承である。
【００１３】
積層ゴム２は、複数（本実施形態では６枚）のゴム板２１と複数（本実施形態では５枚）の金属板２２とが交互に積層されてなる。本実施形態の積層ゴム２は、円柱状を呈しているが、積層ゴム２の形状は円柱に限定されるものではなく、例えば、角柱状であってもよい。また、ゴム板２１および金属板２２の枚数は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。
【００１４】
ゴム板２１は、板状に形成された天然ゴムにより構成されている。ゴム板２１の中央部には、鉛プラグ３を挿通するための貫通孔２３が形成されている。ゴム板２１の弾性率は限定されるものではないが、本実施形態では、１．０〜６．５ＭＰａの範囲内のものを使用する。なお、ゴム板２１の貫通孔２３の位置、数、形状および配置は限定されるものではなく、鉛プラグ３の配置や形状に応じて適宜決定すればよい。また、ゴム板２１を構成する材料は、天然ゴムに限定されるものではなく、例えば、高減衰ゴムであってもよい。
【００１５】
積層ゴム２に積層された複数のゴム板２１の厚さは、積層ゴム２の最上層および最下層から中間層に向かうに従って大きい。すなわち、下から順に積層されたゴム板２１ａ〜２１ｆのうち、下側のゴム板２１ａ〜２１ｃは下から上に向かうに従って板厚が大きくなり、上側のゴム板２１ｄ〜２１ｆは上から下に向かうに従って板厚が大きくなっている。各層のゴム板２１の厚さを設定する際には、まず、地震時に想定される最大変位量が、許容変位量内に収まるように、積層ゴム２に配設される全てのゴム板２１の厚さの合計値を設定する。次に、せん断変形時における各層のゴム板２１の変位量が略均等になるように、各層のゴム板２１の厚さを設定すればよい。なお、ゴム板２１の厚さの設定方法は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。また、ゴム板２１の面積は、積層ゴム支承１に上載される部材（上部構造）の重量や許容変位量等に応じて適宜決定すればよい。
【００１６】
金属板２２は、ゴム板２１と同等の平面形状を有した平面視円形の鋼板からなる。金属板２２には、鉛プラグ３を挿通するための貫通孔２４が、ゴム板２１の貫通孔２３に対応する位置に形成されている。なお、金属板２２の厚さは限定されるものではなく、積層ゴム支承１に上載される部材（上部構造Ｂ１）の重量やゴム板２１の硬度等に応じて適宜決定すればよい。
【００１７】
鉛プラグ３は、積層ゴム２の中央部に埋め込まれている。鉛プラグ３は、積層ゴム２を構成するゴム板２１および金属板２２の貫通孔２３，２４を貫通していて、鉛プラグ３の上端部および下端部は、積層ゴム２の上面および下面から突出している。なお、本実施形態では、積層ゴム２の中央部に１本の鉛プラグ３を配置するが、鉛プラグ３の数および配置は限定されるものではない。例えば、積層ゴム２の中央部に４本の鉛プラグ３が間隔をあけて配置されていてもよい。
【００１８】
鉛プラグ３は、円柱状を呈している。なお、鉛プラグ３の形状は円柱状に限定されるものではなく、例えば、角柱状であってもよい。本実施形態の鉛プラグ３は、弾性率が５０００〜６０００ＭＰａの範囲内の鉛からなる。なお、鉛プラグ３を構成する材料は限定されるものではない。
【００１９】
本実施形態の鉛プラグ３は、外面が弾性被覆材３１により覆われていて、地震時等において大きな変形が生じた場合であっても鉛が大気に露出することがないように構成されている。弾性被覆材３１は、天然ゴムからなり、弾性被覆材３１のせん断弾性率および曲げ弾性率は、それぞれ２．０〜１４．０ＭＰａの範囲内および１０００〜８２０００ＭＰａの範囲内である。なお、弾性被覆材３１を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、高減衰ゴムや、その他の樹脂系の材料であってもよい。また、弾性被覆材３１のせん断弾性率および曲げ弾性率は、前記範囲に限定されるものではない。さらに、弾性被覆材３１の厚さは、適宜決定すればよい。なお、弾性被覆材３１は必要に応じて設置すればよく、鉛プラグ３は必ずしも弾性被覆材３１により被覆されている必要はない。
【００２０】
積層ゴム２の上面および下面は、鋼板４（上鋼板４１および下鋼板４２）により覆われている。鋼板４には、鉛プラグ３の位置に対応して貫通孔４３が形成されている。鉛プラグ３の上端部（積層ゴム２の上面から突出している部分）は、上鋼板４１の貫通孔４３に挿入しており、鉛プラグ３の下端部（積層ゴム２の下面から突出している部分）は、下鋼板４２の貫通孔４３に挿入している。鉛プラグ３の上面および下面は、それぞれ上鋼板４１の上面および下鋼板４２の下面と一致している（面一となっている）。なお、貫通孔４３は、蓋材等により遮蔽してもよい。また、鋼板４には、貫通孔４３に代えて、鉛プラグ３の端部を挿入するための溝が形成されていてもよい。また、鉛プラグ３の高さが積層ゴム２の高さ以下の場合には、鋼板４は貫通孔４３や溝が形成されていない平板であってもよい。
【００２１】
以下、積層ゴム支承１の製造方法について説明する。積層ゴム支承１の製造方法は、積層工程と、成形工程とを備えている。
積層工程は、ゴム板２１と金属板２２を積層して、積層ゴム２を形成する工程である。積層工程では、まず、図３（ａ）に示すように、金型５上に下鋼板４２を載置するとともに、鉛プラグ３を載置する。このとき、鉛プラグ３の外面に弾性被覆材３１を被覆しておく。なお、弾性被覆材３１は、金型５上において、鉛プラグ３の外面に設置してもよい。また、鉛プラグ３の下部は、下鋼板４２の貫通孔４３に挿入する。
【００２２】
本実施形態では、金型５に固定プラグ５１が植設されている。固定プラグ５１は、鉛プラグ３の下端に形成された凹部３２に挿入されていて、加硫成形時に鉛プラグ３が移動することがないように、鉛プラグ３を金型５に固定している。なお、固定プラグ５１は必要に応じて設ければよい。
【００２３】
本実施形態では、図４（ａ）に示すように、鉛プラグ３の側面に周設した矩形状のゴム材３３と、鉛プラグ３の上下面に配設された円形状のゴム材３４により弾性被覆材３１を形成する。なお、弾性被覆材３１の形成方法は限定されるものではなく、例えば、図４（ｂ）に示すように、リング状のゴム材３３ａを鉛プラグ３の外面に沿って積層することにより、鉛プラグ３の側面を覆ってもよいし、また、図４（ｃ）に示すように、帯状のゴム材３３ｂを鉛プラグ３の外周面に螺旋状に巻き付けてもよい。または、加硫したゴム材に鉛プラグ３を挿入することで、鉛プラグ３の外面に弾性被覆材３１を被覆してもよい。
【００２４】
次に、図３（ｂ）に示すように、下鋼板４２上において、ゴム板２１および金属板２２を交互に積層する。このとき、外面が弾性被覆材３１で覆われた鉛プラグ３をゴム板２１および金属板２２の貫通孔２３，２４に挿通させる。ゴム板２１は、まず、最下層に最も板厚が小さいゴム板２１ａを載置し、その後板厚が徐々に大きくなるように順番にゴム板２１（２１ａ〜２１ｃ）を積層する。そして、最も板厚が大きい中間部のゴム板２１ｃを積層したら、上に向かうに従って板厚が小さくなるように板厚の大きいゴム板２１ｄから順にゴム板２１（２１ｄ〜２１ｆ）を積層する（図３（ｃ）参照）。
【００２５】
所定の枚数のゴム板２１および金属板２２を積層したら、図３（ｃ）に示すように、積層ゴム２の上面に上鋼板４１を載置する。このとき、上鋼板４１の貫通孔４３に鉛プラグ３の上部を挿入する。続いて、上鋼板４１の上面に金型５を載置する。
【００２６】
本実施形態では、金型５に固定プラグ５１が植設されている。固定プラグ５１は、鉛プラグ３の上端に形成された凹部３２に挿入されていて、加硫成形時に鉛プラグ３が移動することがないように、鉛プラグ３を金型５に固定している。なお、固定プラグ５１は必要に応じて設ければよい。
【００２７】
成形工程では、ゴム板２１、金属板２２、鉛プラグ３および鋼板４を加硫成形する。加硫成形は、プレス機（図示せず）内に設置された金型５を上下から圧縮するとともに、加熱することにより行う。加硫成形することにより、積層ゴム２および鉛プラグ３が一体に成形される。加硫成形後、脱型する。脱型時には、金型５とともに固定ピン５１を積層ゴム支承１から抜きとる。固定ピン５１を抜きとったら、鉛プラグ３の凹部３２を弾性被覆材３１と同じ材料等により充填する。なお、凹部３２に充填する材料は限定されるものではなく、適宜選定すればよい。
【００２８】
本実施形態の積層ゴム支承１によれば、積層ゴム２の上部と下部に配設されたゴム板２１の板厚が中央部のゴム板２１の板厚よりも小さいため、各層のゴム板２１の変形量の均等化を図ることが可能となる。すなわち、積層ゴム２の上部および下部では、ゴム板２１の厚さが小さいため、ゴム板２１の変形量が小さい。その結果、せん断力が作用した際の積層ゴム２の上部および下部における変形が他の部分に比べて極端に大きくなることを抑制することができる。そのため、鉛プラグ３がゴム層（ゴム板２１）に食い込むことを防止し、鉛プラグ３を均等な圧力で拘束することができる。その結果、安定した減衰性能が確保できるとともに、大きなせん断変形が生じた場合であっても鉛が大気に露出することを防止できる。
【００２９】
以上、本発明に係る実施形態について説明した。しかし、本発明は前述の実施形態に限られず、各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、鉛プラグ入り積層ゴム支承１を橋梁に使用する場合について説明したが、鉛プラグ入り積層ゴム支承１の設置箇所は橋梁に限定されるものではなく、あらゆる構造物に適用可能である。
【００３０】
また、前記実施形態では、鉛プラグ３の端部が積層ゴム２の上面および下面から突出している場合について説明したが、鉛プラグ３の端部は積層ゴム２から突出している必要はない。この場合には、鋼板４に貫通孔４３を形成する必要はない。
【００３１】
前記実施形態では、積層ゴム２の最上層および最下層から中間層に向かうに従ってゴム板２１の板厚が大きくなるようにしたが、複数のゴム板２１のうち、積層ゴム２の上部および下部に配設されたゴム板２１の厚さが、中央部に配設されたゴム板２１の厚さよりも小さければよく、ゴム板２１の配置は限定されるものではない。例えば、図５（ａ）に示すように、積層ゴム２の最上層および最下層に配設されたゴム板２１ａ，２１ｆのみの厚さが、他の層のゴム板２１（２１ｂ〜２１ｅ）の厚さよりも小さく、かつ、最上層および最下層以外の層に配設されたゴム板２１ｈの厚さは一定であってもよい。また、図４（ｂ）に示すように、積層ゴム２の上から数層（図面では２層）のゴム板２１（２１ｇ，２１ｆ）および下から数層（図面では２層）のゴム板２１（２１ａ，２１ｂ）の厚さが同一で、なおかつ、他の層（中間部）のゴム板２１（２１ｃ〜２１ｅ）の厚さよりも小さくてもよい。また、積層ゴム２の最上層（上部）に配設されたゴム板２１と最下層（下部）に配設されたゴム板２１の厚さは異なっていてもよいし、同一であってもよい。
【００３２】
また、前記実施形態では、鉛プラグ３を挿通させつつゴム板２１および金属板２２を積層して積層ゴム２を形成する場合について説明したが、鉛プラグ３はゴム板２１と金属板２２とが積層された積層ゴム２の貫通孔２３，２４に後から挿入してもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１    積層ゴム支承（鉛プラグ入り積層ゴム支承）
２    積層ゴム
２１  ゴム板
２２  金属板
３    鉛プラグ
４    鋼板
４１  上鋼板
４２  下鋼板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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