(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下端部の厚肉補強板間にゴム弾性層と薄肉補強板とが交互に鉛直方向に積層され、かつ前記上下端部の厚肉補強板において上下の取付け板に結合されてなる積層ゴム体と、該積層ゴム体内に封入された鉛体を主体とする円柱状の塑性変形部とからなる鉛封入積層ゴム支承において、
前記円柱状の塑性変形部は、純鉛体からなるせん断変形部と、該せん断変形部の上下端部に所定の厚さを有するとともに合金化による接合面を介して一体結合された該せん断変形部よりも高強度の、かつ展延性のある金属からなる保形部とで形成され、
前記塑性変形部の保形部は前記積層ゴム体の厚肉補強板に実質的に拘束されてなる、
ことを特徴とする鉛封入積層ゴム支承。
【請求項２】
塑性変形部の保形部の直径はせん断変形部の直径と同径である請求項１に記載の鉛封入積層ゴム支承。
【請求項３】
塑性変形部の保形部の直径はせん断変形部の直径より大径である請求項１に記載の鉛封入積層ゴム支承。
【請求項４】
保形部を形成する金属は、銅、銅合金、錫、錫鉛合金あるいは銅系焼結体である請求項１ないし３のいずれかに記載の鉛封入積層ゴム支承。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
Ａ. 発明の目的
(1) 産業上の利用分野
この発明は、積層ゴム体内に鉛体を封入し、荷重を支持するとともに地震動等の振動エネルギーを鉛体のせん断変形を利用して吸収する免震支持装置いわゆる鉛封入積層ゴム支承に関する。
【０００２】
(2) 従来の技術
この種の鉛封入積層ゴム支承は一般に、ゴム弾性層と補強板とが交互に鉛直方向に積層されてなる積層ゴム体内に柱状の鉛体いわゆる鉛プラグが封入された構成を採る。
しかして、該鉛プラグは上下の取付け鋼板及び周囲の積層ゴム体によって拘束され、支承全体の水平変位に伴う純せん断変形を受けることにより、所期のエネルギー吸収性能を発揮するものである。
しかしながら、鉛プラグの直径に比べて高さの低い鉛封入積層ゴム支承においては、支承の水平変位の繰返しにより、同時に変形を受ける鉛プラグの上下端部で水平変形に付随して生じるモーメントにより回転運動を起こし、これが恒常化して端面部に変形（球頭化）が生じることが認められる。
【０００３】
図９はこの球頭変形の発生を模式的に示すものである。図において、１００は鉛封入ゴム支承であって、ゴム弾性層１０２と補強板１０４とが交互に積層された積層ゴム体１０６と、該積層ゴム体１０６内に封入された鉛プラグ１０８とからなる。１１０は上部取付け鋼板、１１２は下部取付け鋼板である。ここに、Ｈは積層ゴム体１０６の高さ、ｄは鉛プラグ１０８の直径を示す。
ゴム支承１００の水平変位の繰返しにおいて、今、(a) 図に示すように、鉛封入ゴム支承１００が左方向すなわちイ方向に変位したとき、同時に変形を受ける鉛プラグ１０８の上面の右部では上部取付け鋼板１１０の拘束を受け、左部では取付け鋼板１１０の拘束から外れ、積層ゴム体１０６と間に空隙が生じる。鉛プラグ１０８の下面ではこの逆の態様となる。次いで、イ方向の逆変位に移ると、鉛プラグ１０８の上面の右部で空隙が生じ、下面では左部で空隙が生じる。これをバウイング(bowing)作用と称する。
このようにして結局、(b) 図に示すように鉛プラグ１０８の上下面１０８ａ，１０８ｂが球頭状となる。
しかして、この球頭化現象により、鉛プラグ１０８の被拘束性が失われ、当初の純せん断変形を仮定して設計された履歴特性曲線からずれることになる。
すなわち、図５において当初の履歴特性曲線を示す実線より破線で示される曲線となり、性能が低下する。換言すれば、純せん断変形特性の喪失を現わすものである。
本発明者らの考察結果によれば、この現象は、ｄ／Ｈ≧１／３において発現し易いことが確かめられた。
【０００４】
(3) 発明が解決しようとする問題点
本発明は上記知見に基づき、従来の鉛封入積層ゴム支承における鉛プラグのバウイング作用を生じさせず、その球頭化現象を防止する一提案をなすものであり、長期の使用によっても鉛プラグの拘束性が保持され、所期の純せん断変形特性を維持することのできる鉛封入積層ゴム支承を得ることを目的とする。
【０００５】
Ｂ．発明の構成
(1) 問題点を解決するための手段
本発明の鉛封入積層ゴム支承は上記目的を達成するため、次の構成を採る。
すなわち、上下端部の厚肉補強板間にゴム弾性層と薄肉補強板とが交互に鉛直方向に積層され、かつ前記上下端部の厚肉補強板において上下の取付け板に結合されてなる積層ゴム体と、該積層ゴム体内に封入された鉛体を主体とする円柱状の塑性変形部とからなる鉛封入積層ゴム支承において、前記円柱状の塑性変形部は、純鉛体からなるせん断変形部と、該せん断変形部の上下端部に所定の厚さを有するとともに合金化による接合面を介して一体結合された該せん断変形部よりも高強度の、かつ展延性のある金属からなる保形部とで形成され、前記塑性変形部の保形部は前記積層ゴム体の厚肉補強板に実質的に拘束されてなることを特徴とする。
上記構成において、厚肉補強板が保形部を実質的に拘束する態様として、変形部と保形部との接合面が厚肉補強板の板面に一致する態様を含め、以下の実施例で示される。
【０００６】
(2) 作用
常時においては、積層ゴム体は上部構造の荷重を下部構造に伝達支持する。塑性変形部は荷重支持には実質的には関与しない。そして、温度差に基づく上部構造の緩慢な伸縮変位に対しては、塑性変形部はその水平変位に追従し、積層ゴム体の水平弾性特性を損なうことがない。また、風荷重あるいは微弱地震力に対しては、塑性変形部の鉛体は初期弾性により抵抗し、水平方向の変位を阻止する。  地震時においては、強制振動力に対して上下部構造が互いに水平方向に急激に相対変位するが、積層ゴム体はこの振動変位に追従するとともに、その水平ばね特性によりこの振動周期の上部構造への伝達を長周期化し、上部構造の免震作用をなす。
また、積層ゴム体内の塑性変形部の鉛体の塑性変形で地震エネルギーを吸収し、上部構造の変位加速度を減衰させるとともに相対変位を抑制し、減衰作用をなす。
この塑性変形部のせん断変形部の鉛体の変形において、当該せん断変形部に連設する上下端部の保形部は、その支圧強度が鉛体よりも大きく、それ自体の剛性と若干の弾性とにより一定厚を保持し、また、当該保形部とせん断変形部との接合面は合金化により強固に結合したものであるので、せん断変形部の上下端面を一定面に保形する。これにより、せん断変形部のバウイング作用が惹起されず、せん断変形部の鉛体は純せん断変形を持続することになる。
【０００７】
(3) 実施例
本発明の鉛封入積層ゴム支承の実施例を図面に基づいて説明する。
（実施例の構成）
図１〜図３はその一実施例の鉛封入積層ゴム支承Ｓを示す。すなわち、図１及び図２はその全体の構成を示し、図３はその部分構成を示す。
図において、Ｇは建築構造物としての上部構造、Ｂは該上部構造Ｇを支持する基礎としての下部構造である。
【０００８】
本実施例の鉛封入積層ゴム支承Ｓは、積層ゴム体１と該積層ゴム体１内に封入された鉛体を主体とする円柱状の塑性変形部２とを上下の取付け板３，４によって一体的に挟着したものであり、上部構造Ｇと下部構造Ｂとの間に介装される。
【０００９】
以下、各部の細部の構成を説明する。
積層ゴム体１
積層ゴム体１は外形形状において円柱状をなし、また、その内部には、その中心部に鉛直方向に貫通する円孔１０が形成される。図中、Ｈはこの積層ゴム体１の高さ、ｄは円孔１０の径を示す。積層ゴム体１の環状部は、ゴム弾性層１２と補強板１３とが交互に配された構成を採り、これらは加硫接着により強固に一体化される。
しかして、積層ゴム体１はこのゴム弾性層１２と補強板１３とにより、上載荷重Ｐに対しては大きな剛性を示し、横荷重Ｑに対してゴム弾性層１２による可撓性を示す。
該積層ゴム体１の断面積は、上載荷重Ｐを支持しえるように決定される。
ゴム弾性層１２のゴム量は同一の水平せん断剛性を得るべく好ましくは等量とされる。
【００１０】
補強板１３は鋼板の環状体をなし、上下に厚肉補強板１３ａが、中間部には薄肉補強板１３ｂが配される。鋼板以外には帆布、合成樹脂板等が使用されうる。その外径は所要のかぶりを存して積層ゴム体１の外径よりも小さく、また、肉厚補強板１３ａの内径孔１０ａ、薄肉補強板１３ｂの内径孔１０ｂはともに同径（ｄ）とされる。厚肉鋼板１３ａは本実施例ではゴム弾性層１２を介して取付け板３，４に臨むものであるが、直接的に取付け板３，４に当接もしくは固設されてもよい。
【００１１】
塑性変形部２
塑性変形部２は円柱状をなし、積層ゴム体１の円孔１０内に装入され、その外側を積層ゴム体１に拘束されるとともに、その上下面はそれぞれ上下部取付け板３，４に当接されて拘束される。
しかして、この塑性変形部２は、中間のせん断変形部１５と、該せん断変形部１５の上下端に連設する保形部１６（上部保形部１６Ａ、下部保形部１６Ｂ）とからなることを特徴とする。１７はせん断変形部１５と保形部１６との接合面である。せん断変形部１５は変形によるエネルギー吸収機能を有し、保形部１６は円柱体の全体の保形をなす。
なお、積層ゴム体１の円孔１０は、この保形部１６とせん断変形部１５とに対応して、保形部の円孔１０ａとせん断変形部の円孔１０ｂとに区別される。そして、円孔１０ａは肉厚補強板１３ａによって規定され、円孔１０ｂは薄肉補強板１３ｂによって規定される。
【００１２】
もっと詳しくは、せん断変形部１５は、円柱部の大半を占め、純鉛（Ｐｂ）よりなる。純鉛は、密度（g/cm3)が１１．３６、融点が３２７．４℃を示し、機械的性質としては、弾性率１３，６３１ＭPa、弾性限１．６６ＭPa、引張強さ１４ＭPa、伸び４０〜５０％、圧縮強さ４９ＭPa、硬さ３〜７ＨＢＳを示す。このように、純鉛は展延性に富み、容易に塑性変形をうける。
保形部１６は、一定の厚さをもってせん断変形部１５の上下に連設され、円柱体の上下端部を構成する。該保形部１６は、Ｓｎ−Ｐｂ合金、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）あるいは銅系焼結体の金属素材から選択される。Ｓｎ−Ｐｂ合金はいわゆるはんだ（半田）を代表とし、その特性が明確なものであり、好ましいものとして使用される。銅は、密度（g/cm3)が８．９６、融点が１０８３°Ｃを示し、その機械的性質は純度や加工条件によって、また、鋳物の場合には、溶解方法や鋳造技術によって著しく違うが、一般に展延性に富む。錫は、密度が７．２９８、融点が２３１．９°Ｃを示す。錫は鉛に次いで軟らかい金属で、展延性が良く、また、常温で再結晶するため、加工してもほとんど硬化しない。その機械的性質として、弾性率（ＭＰａ）３９２２６〜４９０３３、引張強さ（ＭＰａ）２９〜３９、伸び（％）４０、絞り（％）７５、硬さ（ＨＢＳ）５〜１０を示す。
これらの保形部１６に使用される金属によれば、純鉛よりも支圧強度が大きく、かつ、鉛との馴染みが良好で、その境界面では合金化による強固な接合力を発現し、接合面１７を形成する。
保形部１６の厚さは、その機能との関係において決定されるものであり、それ自体で所定の剛性を保持する。
この保形部１６は、取付け板３，４に当接するとともに、補強板１３の最上下部に位置する厚肉補強板１３ａ内に位置し、この厚肉補強板１３ａの拘束作用を受ける。本実施例では接合面１７は厚肉補強板１３ａの板面に一致するものであるが、その拘束作用を保持する限りにおいて、若干の位置の変更は許容される。
【００１３】
上下部取付け板３，４
上下部取付け板３，４は、ともに所定厚の円板状の鋼板よりなる。
上部取付け板３においては、その縁部にアンカー取付け用のねじ孔１８が円周方向に複数箇所（本実施例では８）にわたって開設され、該ねじ孔１８にアンカー鋼棒１９が螺合される。
下部取付け板４においては、その縁部にアンカー取付け用のねじ孔２０が開設され、該ねじ孔２０にアンカー鋼棒２１が螺合される。
アンカー鋼棒１９，２１を溶着する場合においては、ねじ孔１８，２０は省略される。
【００１４】
本実施例の鉛封入積層ゴム支承Ｓは上部構造Ｇと下部構造Ｂとの間に介装設置される。
すなわち、下部構造Ｂは例えば地盤に設置されるコンクリート基礎であり、上部構造Ｇは全体として剛性を持つ中高層建物であり、本鉛封入積層ゴム支承Ｓはこの上部構造Ｇの荷重を支持する。また、本鉛封入積層ゴム支承Ｓは断面が円形であるので、無方向性を示し、設置方向は自在である。
【００１５】
（実施例の作用・効果）
この実施例の鉛封入積層ゴム支承Ｓの作用を図４に基づいて説明する。
常時においては、積層ゴム体１は上部構造Ｇの荷重Ｐを下部構造Ｂに伝達支持する。塑性変形部２は荷重支持には実質的には関与しない。そして、温度差に基づく上部構造の緩慢な伸縮変位に対しては、塑性変形部２はその水平変位に追従し、積層ゴム体１の水平弾性特性を損なうことがない。また、風荷重あるいは微弱地震力ｑに対しては、塑性せん断変形部２の変形部１５の鉛体は初期弾性により抵抗し、水平方向の変位を阻止する。
【００１６】
地震時においては、強制振動力Ｑに対して上下部構造Ｇ，Ｂが互いに水平方向に急激に相対変位するが、積層ゴム体１はこの振動変位に追従するとともに、その水平ばね特性によりこの振動周期の上部構造Ｇへの伝達を長周期化し、上部構造Ｇの免震作用をなす。
また、積層ゴム体１内の塑性変形部２のせん断変形部１５の鉛体の塑性変形で地震エネルギーを吸収し、上部構造Ｇの変位加速度を減衰させるとともに相対変位を抑制し、減衰作用をなす。
すなわち、図４において、上部構造Ｇはイ方向へ変位し、これに伴い本鉛封入積層ゴム支承Ｓも全体的にせん断変形を受け、塑性変形部２においては、せん断変形部１５の鉛体はせん断力による塑性変形を受け、イ方向への変位を制動する。次いで、上部構造Ｇはイ方向と逆方向に変位するが、同様に塑性変形部２の鉛体の塑性変形により地震エネルギーを吸収し、この変位を制動する。
この変位は周期的であり、塑性変形部２のエネルギー吸収作用により速やかに該振動を減衰させる。
【００１７】
この塑性変形部２のせん断変形部１５の鉛体の変形において、当該せん断変形部１５に接合面１７を介して連設する上下端部の保形部１６は、その支圧強度は鉛体よりも大きく、それ自体の剛性と若干の弾性とにより一定厚を保持し、また、当該保形部１６とせん断変形部１５との接合面は合金化により強固に結合したものであるので、せん断変形部１５の上下端面を保形する。これにより、せん断変形体１５のバウイング作用が惹起されず、せん断変形部１５の鉛体は純せん断変形を持続することになる。
【００１８】
図５における実線はこの鉛封入積層ゴム支承Ｓの履歴特性を示す。
この特性曲線によれば、純せん断変形を現わすとともに、変形の繰り返しによっても当初の特性曲線を持続する。すなわち、従来のもののように劣化を示す破線の特性曲線が現れない。
【００１９】
本実施例の鉛封入積層ゴム支承Ｓによれば、塑性変形部２のせん断変形部１５は保形部１６の働きにより支承Ｓ全体の水平変位とともに純せん断変形を受け、かつ、バウイング作用が阻止されることにより、球頭化現象が防止されることになる。従って、設計仕様に伴う所期のエネルギー吸収特性を発揮し、設計の標準化が達成される。
【００２０】
本実施例では、塑性変形部２のせん断変形部１５と保形部１６とは同一直径にされているが、保形部１６の径（１０ａ）をせん断変形部１５の径（１０ｂ）よりも大径とすることができる。図６はこの態様の一例を示すものであって、厚肉補強板１３ａの円孔１０ａを大径としたものである。この態様によれば、保形部１６の保形効果がより増大する。
また、本実施例では塑性変形部２の保形部１６は厚肉補強板１３ａの全厚にわたって形成され、接合面１７が厚肉補強板１３ａの板面に一致するが、当該接合面１７が厚肉補強板１３ａ内にあり、例えば、厚肉補強板１３ａの厚さの中間部に位置してもよい。更に、この態様の一例として、厚肉補強板１３ａの円孔１０ａが一部で大径にされ、他はせん断変形部１５に連なる小径とされるものも含む。
要は、保形部１６はせん断変形部１５を保持する厚さとされる。
【００２１】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能である。すなわち、以下の態様は本発明の技術的範囲内に包含されるものである。
1)  叙上の実施例では、円柱状の鉛封入積層ゴム支承Ｓを示したが、その他の形状のものを除外するものではない。
図７及び図８はその一例としての四角柱状の鉛封入積層ゴム支承Ｓ１を示す。図において、先の実施例と同等の部材については同一の符号が付されている。
すなわち、この鉛封入積層ゴム支承Ｓ１においては、四角形状の断面の積層ゴム体１に５つの塑性変形部２が配されてなる。
【００２２】
Ｃ. 発明の効果
本発明によれば、塑性変形部の純鉛よりなるせん断変形部は該せん断変形部と合金化した接合面を介して連設しかつ一定厚を保持する保形部の働きにより、支承全体の水平変位とともに純せん断変形を受け、かつ、バウイング作用が阻止されることにより、球頭化現象が防止されることになる。従って、設計仕様に伴う所期のエネルギー吸収特性を発揮し、設計の標準化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉛封入積層ゴム支承の一実施例の縦断面図（図２のＩ−Ｉ線断面図）。
【図２】図１のII−II線断面平面図。
【図３】塑性変形部の拡大図。
【図４】この鉛封入積層ゴム支承の作用説明図。
【図５】履歴特性曲線図。
【図６】塑性変形部の他の態様を示す図。
【図７】本発明の他の実施例の鉛封入積層ゴム支承の縦断面図（図７のVI−VI線断面図）。
【図８】図６の VIII − VIII 線断面図。
【図９】(a) 従来の鉛封入積層ゴム支承の縦断面図。
(b) 塑性変形部の拡大図。
【符号の説明】
Ｓ，Ｓ１…鉛封入積層ゴム支承、１…積層ゴム体、２…塑性変形部、１２…ゴム弾性層、１３…補強板、１３ａ…肉厚補強板、１３ｂ…薄肉補強板、１５…せん断変形部、１６…保形部
【図１】
0003568586.tif 000002
【図２】
0003568586.tif 000003
【図３】
0003568586.tif 000004
【図４】
0003568586.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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