(57)【要約】【課題】  環境に負荷を与えずに従来と同等以上の制振特性を有する免震装置を得る。【解決手段】  弾性変形し得るゴムリング１８と、剛性を維持する為の金属リング２０とが、交互に複数枚ずつ配置された形の外側積層体１６の中心に円筒形の中空部２８が存在する。断面形状をそれぞれ長方形とした線材２２Ａ、２４Ａを弾性変形可能な螺旋状に形成するものの相互に外径が異なったコイルバネ２２、２４が、この中空部２４内に嵌まり込むように配置される。さらに、各コイルバネ２２、２４の動きを外側積層体１６の変形に沿う形に拘束し得る注入材２６が、中空部２８内に配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性を有してリング状に形成される外側弾性板と剛性を有してリング状に形成される外側硬質板とが交互に積層された形の外側積層体と、
外側積層体内に配置され且つ、線材の断面形状をそれぞれ四角形とすると共に相互に外径が異なった複数の金属製とされるコイルバネと、
外側積層体内に注入されて各コイルバネの動きを拘束し得る注入材と、
を有したことを特徴とする免震装置。
【請求項２】
注入材として硬質ウレタンが用いられることを特徴とする請求項１記載の免震装置。
【請求項３】
外側積層体の内周面が、複数のコイルバネの外周面側形状に合わせて凹凸状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の免震装置。
【請求項４】
複数のコイルバネが同軸状に組み合わされて外側積層体内に配置されたことを特徴とする請求項１記載の免震装置。
【請求項５】
各コイルバネを構成する線材の断面形状が、コイルバネの径方向を長辺とする長方形とされたことを特徴とする請求項１記載の免震装置。
【請求項６】
各コイルバネを構成する線材が双晶の金属材料で形成されたことを特徴とする請求項１記載の免震装置。
【請求項７】
Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ合金、Ｍｇ−Ｚｒ合金、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｍｇ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ａｌ合金、ＳＵＳ３０４の内の何れかを双晶の金属材料として使用したことを特徴とする請求項６記載の免震装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境に負荷を与えずに従来と同等以上の制振特性を有する免震装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地震の揺れを低減する為に、建築物とこの建築物を支持する地盤との間に配置される免震装置が知られている。そして、この免震装置は、ゴム板と積層板とを積層した積層ゴムだけでなく、揺れに伴う振動を抑える為の制振合金をも構成部材としていて、これらの部材の複合的な作用で地震の揺れを低減し、建築物側に地震の揺れを伝達し難くしていた。
【０００３】
しかし、従来の免震装置の制振合金として、制振特性の面から一般に鉛材が使用されていたが、環境面への配慮が近年重要視されるのに伴い、他の材料に置き換えることが検討されるようになった。
【０００４】
この為、鉛材による制振合金の替わりに、十分な制振効果を得られるように例えば線材の断面形状が円形とされる通常のコイルバネを積層ゴム内に入れて、減衰力を生じさせる構造とした下記の特許文献１の免震装置が考えられるようになった。
【特許文献１】特開平１１−２７０６２１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上より、免震装置に採用される制振合金として、環境に負荷を与えずに従来の制振合金と同等以上の制振特性を有するものを開発する必要が生じていた。しかし、線材の断面形状が円形とされる通常のコイルバネを採用した特許文献１の免震装置では、必要な大きさの減衰量が十分には得られなかった。
【０００６】
従って、減衰量を大きくする為にコイルバネの線材の径である線径を大きくすることが考えられるが、単純に線径を大きくした場合には剛性が高くなり過ぎて、積層ゴムの構成部品としてコイルバネの外周側に配置される積層板を破壊する虞を有していた。
【０００７】
この一方、通常のコイルバネを採用した場合には、水平方向の変位が免震装置に加わるのに伴いコイルバネが変形するが、例えば初回の大きな変位において、積層ゴム内で回転力が発生してコイルバネが潰れてしまう虞があった。つまり、大きな変位により免震装置内でコイルバネが潰れて倒れた場合には、免震装置により生じる減衰力が低下し、この結果として、安定した制振性能を維持できず、十分な制振効果が得られない欠点を有していた。
本発明は上記事実を考慮し、環境に負荷を与えずに従来と同等以上の制振特性を有する免震装置を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る免震装置は、弾性を有してリング状に形成される外側弾性板と剛性を有してリング状に形成される外側硬質板とが交互に積層された形の外側積層体と、
外側積層体内に配置され且つ、線材の断面形状をそれぞれ四角形とすると共に相互に外径が異なった複数の金属製とされるコイルバネと、
外側積層体内に注入されて各コイルバネの動きを拘束し得る注入材と、
を有したことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項の免震装置によれば、弾性を有してリング状に形成される外側弾性板と剛性を有してリング状に形成される外側硬質板とが交互に積層された形に形成された外側積層体を有している。また、線材の断面形状をそれぞれ四角形とした金属製であって相互に外径が異なったコイルバネが、外側積層体内に複数配置されると共に、これら各コイルバネの動きを拘束し得る注入材が、外側積層体内に注入された構造となっている。
【００１０】
つまり、本請求項では、免震装置に水平方向の変位が入力されるのに伴い、線材の断面形状を四角形とした金属製であって相互に外径が異なった複数のコイルバネそれぞれが変位の入力に合わせて変形するものの、この際に、断面形状を四角形とした線材の隣り合った面同士が接触するので、互いの線材が拘束仕合うようになる。さらに、外側積層体内に注入された注入材が外側積層体の内周面及び複数のコイルバネにそれぞれ接着して、この注入材が各コイルバネの動きを外側積層体の変形に沿う形に拘束するようにもなる。この為、コイルバネの互いの線材が拘束仕合うだけでなく、注入材が各コイルバネの動きを拘束することで、コイルバネの倒れを自己防止できるようになる。
【００１１】
この結果、免震装置に大きな水平方向の変位が加わっても、コイルバネが潰れることが確実になくなるので、繰り返し変位後においても安定した制振性能を発揮して、制振性を安定的に保つことができる。従って、本請求項に係る免震装置によれば、地震が生じた場合でも、相互に並列的に配置されてそれぞれ弾性変形する外側積層体と複数のコイルバネとの間の複合的な作用だけでなく、更にこれらと注入材との間の複合的な作用で確実に地震の揺れを低減し、建築物側に地震の揺れが伝達され難くなる。
【００１２】
以上より、本請求項に係る免震装置は、線材の断面形状を四角形とした金属製であって相互に外径が異なったコイルバネを外側積層体内に複数配置すると共に、各コイルバネの動きを拘束し得る注入材を外側積層体内に注入したことで、鉛材を用いずとも上記のような制振特性を得られるようになる為、環境に負荷を与えずに従来の免震装置と同等以上の制振特性を有するようになった。
【００１３】
請求項２に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項１と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、注入材として硬質ウレタンが用いられるという構成を有している。つまり、本請求項では、注入材を合成樹脂材料の中でも比較的に弾性係数が高いものの硬くて伸び量が大きい硬質ウレタンにより形成したことで、変位量が大きい場合でもコイルバネに対する拘束力が高まって、より確実にコイルバネが潰れることを防止できるようになる。
【００１４】
請求項３に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項１と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、外側積層体の内周面が、複数のコイルバネの外周面側形状に合わせて凹凸状に形成されるという構成を有している。つまり、本請求項では、コイルバネの外周面側形状に合わせて凹凸状に外側積層体の内周面が形成されたことで、コイルバネの外周側と外側積層体の内周面とが噛み合うのに伴って、外側積層体の内周面によっても、コイルバネの動きを拘束してコイルバネが潰れることを防止できるようになる。
【００１５】
請求項４に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項１と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、複数のコイルバネが同軸状に組み合わされて外側積層体内に配置されたという構成を有している。つまり、複数のコイルバネが相互に同軸状に組み合わされて外側積層体内に配置されることから、外側積層体内の小さな空間であっても、ばね定数が比較的大きなコイルバネを空間を最大限利用して複数配置できるようになり、これに伴って同一体積の空間内により多くのコイルバネを配置できるようになる。
【００１６】
そして、複数のコイルバネが同軸状に組み合わされて配置されることから、１本当たりのコイルバネの長さが短くなるのに伴って、各コイルバネのばね定数が上昇するようになる。さらに、コイルバネの重ね合わされる本数の変更により、必要な減衰力に合わせて、各コイルバネのばね定数を加え合わせた形の見かけのばね定数を容易に調節できるようにもなる。
【００１７】
請求項５に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項１と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、コイルバネを構成する線材の断面形状が、コイルバネの径方向を長辺とする長方形とされたという構成を有している。
【００１８】
つまり、線材の断面形状を四角形の内の特にコイルバネの径方向を長辺とする長方形としたことで、断面形状を長方形とした線材の隣り合った面同士がより確実に接触するので、複数のコイルバネの互いの線材が拘束仕合って、コイルバネの倒れを一層確実に自己防止できるようになる。
【００１９】
請求項６に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項１と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、コイルバネを構成する線材が双晶の金属材料で形成されたという構成を有している。つまり、本請求項では、弾性変形可能な螺旋状のコイルバネを構成する線材が双晶の金属材料により形成されるのに伴い、このコイルバネを構成する双晶の金属材料に予歪みが与えられることになるので、引張力や剪断力が加わった際に、単純な双晶の合金と比較してもばね定数が低くなると共に減衰係数が高くなり、従来の制振合金と同等以上の大きな制振特性を有するようになる。
【００２０】
請求項７に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項６と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ合金、Ｍｇ−Ｚｒ合金、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｍｇ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ａｌ合金、ＳＵＳ３０４の内の何れかを双晶の金属材料として使用するという構成を有している。
【００２１】
つまり、これらの金属の内の何れかが、コイルバネを構成する線材を形成する為の双晶の金属材料として使用されることで、環境に負荷を与えずに従来と同等以上の制振特性を有するコイルバネがより確実に得られるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明の上記構成によれば、環境に負荷を与えずに従来と同等以上の制振特性を有する免震装置を提供できるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係る免震装置の実施の形態を図１から図５に基づき説明する。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る免震装置１０の上下部分をそれぞれ円板状に形成された連結板１２、１４が構成している。この内の下側の連結板１２が地盤と当接し、また上側の連結板１４が建築物の下部に当接するような構造になっている。
【００２４】
また、これら一対の連結板１２、１４の間には、中心部分に円筒形の中空部２８を有するような円筒状の内周面１６Ａを備えつつ円筒状に形成された外側積層体１６が配置されている。この外側積層体１６は、リング状に形成されて弾性変形し得る外側弾性板であるゴム製のゴムリング１８と、リング状に形成されて剛性を維持する為の外側硬質板である金属製の金属リング２０とが、交互に複数枚ずつ配置された形の構造になっている。
【００２５】
一方、これら一対の連結板１２、１４は、外側積層体１６の上下端にそれぞれ加硫接着されて取り付けられており、また、これら一対の連結板１２、１４の中心には、それぞれ途中に段部を有した円形の貫通穴１２Ａ、１４Ａが形成されている。但し、これら貫通穴１２Ａ、１４Ａに対応した大きさであって外周側にフランジを有した蓋材３２が、ボルト３４によるねじ止めによって、一対の連結板１２、１４にそれぞれ固定されることで、貫通穴１２Ａ、１４Ａがそれぞれ閉鎖されている。
【００２６】
この外側積層体１６の中心に存在する円筒形の中空部２８内には、双晶の金属材料により断面形状を長方形とした線材２２Ａを弾性変形可能な螺旋状のコイルスプリングの形に形成したコイルバネ２２が嵌まり込むように、配置されている。同じく外側積層体１６の中空部２８内には、双晶の金属材料により断面形状を長方形とした線材２４Ａを弾性変形可能な螺旋状のコイルスプリングの形に形成したコイルバネ２４が、コイルバネ２２と同軸状に組み合わされて、嵌まり込むように配置されている。但し、これらコイルバネ２２とコイルバネ２４とは相互に外径が異なっていて、コイルバネ２２の外径が、コイルバネ２４の外径より大きくされている。
【００２７】
つまり、本実施の形態では、これら２つのコイルバネ２２、２４をそれぞれ構成する線材２２Ａ、２４Ａの断面形状が、四角形の内のコイルバネ２２、２４の径方向Ｒを長辺とする長方形とされている。尚、この線材２２Ａ、２４Ａのヤング率は、例えば４７ＧＰａ程度とされていて、これら２つのコイルバネ２２、２４のピッチは、相互にほぼ同一とすることが考えられるが、相互に異ならせても良い。
【００２８】
また、この外側積層体１６の中空部２８内には、２つのコイルバネ２２、２４だけでなく、各コイルバネ２２、２４の動きを外側積層体１６の変形に沿う形に拘束し得る硬質ウレタン製の注入材２６が注入されて、配置されている。
【００２９】
以上より、本実施の形態に係る免震装置１０では、弾性変形し得る外側積層体１６が、双晶の金属材料により弾性変形可能となるように螺旋状に形成されたコイルバネ２２、２４と、並列的に配置された構造になっている。そして、コイルバネ２２、２４の自由な状態での高さは、外側積層体１６の高さより高くされており、これに伴って、図１に示す外側積層体１６内にコイルバネ２２、２４が組み付けられた状態では、蓋材３２によりコイルバネ２２、２４が圧縮されて予歪みがこのコイルバネ２２、２４に与えられた形になる。
【００３０】
尚、図２に示すように、免震装置１０に組み込まれた状態のコイルバネ２２、２４の高さＨは例えば６５ｍｍとされ、コイルバネ２２の外径Ｄ１が例えば６２ｍｍとされ、コイルバネ２４の外径Ｄ１が例えば４５ｍｍとされているが、これら二つのコイルバネ２２、２４の外径比は、５：４〜５：２．５程度の範囲が適当と考えられる。また、コイルバネ２２、２４を構成する線材２２Ａ、２４ＡのピッチＰはそれぞれ例えば１２ｍｍとされ、線材２２Ａ、２４Ａの板幅寸法Ｄもそれぞれ例えば１２ｍｍとされ、線材２２Ａ、２４Ａの板厚寸法Ｔはそれぞれ例えば４ｍｍとされている。
【００３１】
これに伴って、コイルバネ２２、２４に水平方向Ａの予想される最大変位量が生じた場合でも、コイルバネ２２の線材２２Ａの面とこの線材２２Ａに隣り合ったコイルバネ２４の線材２４Ａの面とが接触して、線材２２Ａ、２４Ａが互いに拘束仕合うようになる。
【００３２】
次に、本実施の形態に係る免震装置１０の製造を以下に説明する。
この免震装置１０を作製する際には、まず断面形状をそれぞれ長方形とした線材２２Ａ、２４Ａでそれぞれ螺旋状で相互に外径の異なる２つのコイルバネ２２、２４をそれぞれ作製し、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金の場合は、８５０℃程度の温度で１時間程度保持した後、空冷により徐冷し、また、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｏ合金の場合は、９００℃程度の温度で５分間程度保持した後、急冷後再加熱し２００℃で１５分間程度保持した後、空冷することで、双晶のコイルバネ２２、２４とすることができる。
【００３３】
これとは別に、ゴムリング１８と金属リング２０とが積層されて形成される外側積層体１６を作製するが、この際に、外側積層体１６の上下に一対の連結板１２、１４を加硫接着してそれぞれ取り付けておくことにする。但しこの際、外側積層体１６の高さをコイルバネ２２、２４の高さより低くするように、この外側積層体１６を作製する。
【００３４】
この後、これらコイルバネ２２、２４の線材２２Ａ、２４Ａ間に他方のコイルバネの線材を互いに入り込ませるように、コイルバネ２２の線材２２Ａ間にこのコイルバネ２２より外径の小さいコイルバネ２４の線材２４Ａをねじ込むように組み合わせ、これら組み合わされた状態のコイルバネ２２、２４を連結板１２の貫通穴１２Ａを通過させて、外側積層体１６の中心に存在する中空部２８内に挿入する。
【００３５】
そして、連結板１２に蓋材３２をねじ止めして取り付けた状態で、図４に示すように流体状の注入材２６を中空部２８内に注入して、コイルバネ２２、２４の間の隙間を埋めた状態でこの注入材２６を固化させてから、連結板１４に蓋材３２をねじ止めして取り付けることで、免震装置１０が完成される。
【００３６】
このとき、外側積層体１６の高さより高く形成されているコイルバネ２２、２４が、蓋材３２の連結板１２、１４へのねじ止に伴って、外側積層体１６と同じ高さとなるように圧縮されることで、圧縮されて予歪みがこのコイルバネ２２、２４に与えられた状態となる。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る免震装置１０の作用を以下に説明する。
本実施の形態の免震装置１０によれば、剛性を有してリング状に形成される金属リング２０と弾性を有してリング状に形成されるゴムリング１８とが交互に積層された形に形成された外側積層体１６を有している。
【００３８】
また、双晶の金属材料で弾性変形可能な螺旋状にそれぞれ形成されて相互に外径が異なった二つのコイルバネ２２、２４がこの外側積層体１６の中心部分の中空部２８内に相互に同軸状に配置されていると共に、これら各コイルバネ２２、２４の動きを拘束し得る注入材２６が、外側積層体１６内に注入されて隙間を埋めた状態で固化している構造となっている。そして、図１及び図２に示すように、これらコイルバネ２２、２４をそれぞれ構成する線材２２Ａ、２４Ａの断面形状は、四角形の内のコイルバネ２２の径方向Ｒを長辺とする長方形とされている。
【００３９】
つまり、本実施の形態では、免震装置１０に水平方向Ａの変位が入力されるのに伴い、線材２２Ａ、２４Ａの断面形状を長方形とした金属製のコイルバネ２２、２４が変位の入力に合わせてそれぞれ変形するものの、この際に図３に示すように断面形状を長方形とした線材２２Ａと線材２４Ａの隣り合った面同士が接触するので、互いの線材２２Ａ、２４Ａが拘束仕合うようになる。さらに、外側積層体１６内に注入された注入材２６が外側積層体１６の内周面１６Ａ及び二つのコイルバネ２２、２４にそれぞれ接着して、この注入材２６が各コイルバネ２２、２４の動きを外側積層体１６の変形に沿う形に拘束するようにもなる。
【００４０】
この為、本実施の形態によれば、コイルバネ２２、２４の互いの線材２２Ａ、２４Ａが拘束仕合うだけでなく、注入材２６が各コイルバネ２２、２４の動きを拘束することで、コイルバネ２２、２４の倒れを自己防止できるようになる。
【００４１】
この結果、免震装置１０に大きな水平方向Ａの変位が加わってもコイルバネ２２、２４が潰れることがなくなるので、繰り返し変位後であっても安定した制振性能を発揮して、制振性を安定的に保つことができる。従って、本実施の形態に係る免震装置１０によれば、地震が生じた場合でも、相互に並列的に配置されてそれぞれ弾性変形する外側積層体１６とコイルバネ２２、２４との間の複合的な作用だけでなく、更にこれらと注入材２６との間の複合的な作用で確実に地震の揺れを低減し、建築物側に地震の揺れが伝達され難くなる。
【００４２】
以上より、線材２２Ａ、２４Ａの断面形状を四角形の内でもコイルバネ２２、２４の径方向を長辺とする長方形とそれぞれすると共に相互に外径が異なった、金属製のコイルバネ２２、２４を外側積層体１６内に配置するだけでなく、各コイルバネ２２、２４の動きを拘束し得る注入材２６を外側積層体１６内に注入した構造の本実施の形態に係る免震装置１０は、鉛材を用いずとも上記のような制振特性を得られるようになる為、環境に負荷を与えずに従来の免震装置１０と同等以上の制振特性を有するようになった。
【００４３】
さらに、本実施の形態では、二つのコイルバネ２２、２４が相互に同軸状に組み合わされて外側積層体１６内に配置されていることから、外側積層体１６の中心部分の中空部２８内の小さな空間であっても、ばね定数が比較的大きなコイルバネ２２、２４を空間を最大限利用して配置できるようになる。そして、これら二つのコイルバネ２２、２４が同軸状に組み合わされて配置されることから、コイルバネ２２、２４の螺旋状に形成されている１本当たりの線材長さが短くなるのに伴い、各コイルバネ２２、２４のばね定数が上昇するようにもなる。
【００４４】
一方、本実施の形態では、弾性変形可能な螺旋状のコイルバネ２２、２４を構成する線材２２Ａ、２４Ａが双晶の金属材料により形成されるのに伴い、これら線材２２Ａ、２４Ａを構成する双晶の金属材料に予歪みが与えられることになるので、単純な双晶の合金と比較して、引張力や剪断力が加わった際に、ばね定数が低くなると共に減衰係数が高くなり、従来の制振合金と同等以上の大きな制振特性を有するようになる。
【００４５】
つまり、外部から応力がこのコイルバネ２２、２４に付与された場合、予歪みが与えられていて図５の応力歪み曲線中における双晶の変形が生じる領域Ｆ１内の点Ｐまで既に変形されているこのコイルバネ２２、２４が、さらに双晶の変形を大きくする形或いは、双晶の変形を小さくする形で、双晶の変形が生じる領域Ｆ１内において、矢印Ｅのように変形することになる。
【００４６】
このことから、双晶のコイルバネ２２、２４に予歪みを与えたことにより、ばね定数の低減が図られ、図５の応力歪み曲線中の領域Ｆ１を含んでいるヒステリシス線Ｆで囲まれた範囲をより大きくできるようになる。そして、これに伴う効果的で良好な制振特性が得られるようになった。
【００４７】
他方、本実施の形態では、注入材２６を合成樹脂材料の中でも比較的に弾性係数が高いものの硬くて伸び量が大きい硬質ウレタンにより形成したことで、コイルバネ２２、２４に対する拘束力が高まって、変位量が大きい場合でもコイルバネ２２、２４が潰れることをより確実に防止できるようになる。
【００４８】
次に、本発明に係る免震装置の第２の実施の形態を図６に基づき説明する。尚、第１の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
本実施の形態の免震装置１０によれば、第１の実施の形態と同様に双晶の金属材料で断面形状を長方形とした線材２２Ａ、２４Ａによりそれぞれ形成されて相互に外径が異なっている二つのコイルバネ２２、２４が、外側積層体１６の中心部分の中空部２８内に相互に同軸状に配置されていると共に、注入材２６が外側積層体１６内に注入されているだけでなく、図６に示すように、外側積層体１６の内周面１６Ａが、これら複数である二つのコイルバネ２２、２４の外周面側形状に合わせて凹凸状に形成された構造ともされている。
【００４９】
つまり、第１の実施の形態では、二つのコイルバネ２２、２４や注入材２６が、外側積層体１６の中空部２８内に配置された構造とされているが、本実施の形態では更に、コイルバネ２２、２４の外周面側形状に合わせるように、外径の大きなコイルバネ２２に対応する内周面１６Ａの部分に対して、外径の小さなコイルバネ２４に対応した部分が螺旋状に例えば７ｍｍの高さで内周側に突出した形の凸部１６Ｂとされている。
【００５０】
このように、外側積層体１６の内周面１６Ａが凹凸状に形成されていることで、本実施の形態では、コイルバネ２２の外周側寄りの部分と外側積層体１６の内周面１６Ａから突出した凸部１６Ｂとが噛み合うようにもなる。この結果として、外側積層体１６の内周面１６Ａによっても、コイルバネ２２、２４の動きを拘束してコイルバネ２２、２４が潰れることを防止できるようになる。
【００５１】
従って、免震装置１０に水平方向Ａの変位が入力された際のコイルバネ２２、２４の変形を外側積層体１６の内周面１６Ａの凹凸でも抑制することになるので、水平方向Ａの大きな変位が加わってもコイルバネ２２、２４が潰れることがより確実になくなり、繰り返し変位後でも安定した制振性能を発揮して、制振性を一層安定的に保つことができる。
【００５２】
以上より、本実施の形態に係る免震装置１０によれば、外側積層体１６、コイルバネ２２、２４及び注入材２６の間の複合的な作用で確実に地震の揺れを低減するだけでなく、二つのコイルバネ２２、２４の外周面側形状に合わせて外側積層体１６の内周面１６Ａを凹凸状に形成したことで、コイルバネ２２、２４の外周面と外側積層体１６の内周面１６Ａとが噛み合って、建築物側に地震の揺れが一層伝達され難くなる。この為、第１の実施の形態と同様に、鉛材を用いずとも上記のような制振特性を得られるようになる為、環境に負荷を与えずに従来の免震装置１０と同等以上の制振特性を有するようになった。
【００５３】
次に、本発明に係る免震装置の第３の実施の形態を図７に基づき説明する。尚、第１の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
本実施の形態に係る免震装置１０も第１の実施の形態と同様の構造となっているが、本実施の形態では、双晶の金属材料で断面形状を長方形とした線材２２Ａ、２４Ａ、３０Ａによりそれぞれ形成されて相互に外径が異なっているコイルバネ２２、２４、３０が三つ同軸状に組み合わされて、外側積層体１６の中央に存在する中空部２８内に三重に重なった状態で配置されるようになっている。
【００５４】
つまり、内外径の大きなコイルバネ２２の内周面側に、このコイルバネ２２の内径より外径が小さく且つ、コイルバネ２２とほぼ同一ピッチに形成されたコイルバネ３０が配置されるのに伴い、三つのコイルバネ２２、２４、３０が同軸状に組み合わされた状態で中空部２８内に配置された構造とされている。そして、複数である三つのコイルバネ２２、２４、３０が相互に同軸状に組み合わされて外側積層体１６内に配置されていることから、外側積層体１６内の小さな空間を最大限利用して、見かけのばね定数を上昇することができる。
【００５５】
一方、上記各実施の形態では、例えば、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ合金、Ｍｇ−Ｚｒ合金、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｍｇ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ａｌ合金、ＳＵＳ３０４の内の何れかを双晶の金属材料として使用することが考えられる。
【００５６】
つまり、これらの金属の内の何れかが、コイルバネ２２、２４、３０を構成する線材２２Ａ、２４Ａ、３０Ａを形成する為の双晶の金属材料として使用されることで、環境に負荷を与えずに従来と同等以上の制振特性を有するコイルバネがより確実に得られるようになる。
【００５７】
例えば、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金等のマンガン系の合金を使用した場合、８００℃〜９３０℃の温度で０．５時間から２時間程度の時間保持して、１０時間から２０時間程度の時間をかけて徐冷することで、双晶の金属材料が得られる。
【００５８】
また、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｓｉ合金等の銅系の合金を使用した場合、約９００℃の温度で５分から１時間程度の時間保持し、急冷した後、約２００℃の温度に再加熱して１５分から３０分程度の時間保持することで、双晶の金属材料が得られる。
【００５９】
次に、双晶とすることによるコイルバネ２２、２４、３０を構成する線材２２Ａ、２４Ａ、３０Ａの変形のメカニズムを以下に説明する。
図８（Ａ）に示す金属の原子が均一に整列したマルテンサイト相に横方向から応力を加えることで、図８（Ｂ）に示すように変形が始まる。さらに、応力が加わり続けると図８（Ｃ）に示すような形に変形する。そして、この図８（Ｃ）に示す状態では寸法Ｓの変形量が生じたことになる。
【００６０】
これに対して、図９（Ａ）に示す一般的な金属では原子が均一に整列しているものの、横方向から応力を加えた場合、図９（Ｂ）に示すように原子の配列にずれが生じて、欠陥が発生する。つまり、一般的な金属において原子の配列にずれが生じると、塑性変形することになるので、図９（Ｂ）に示す状態に一旦成ると、図９（Ａ）に示す状態に戻ることはない。
【００６１】
以上より、一般的な金属と異なり、双晶の金属材料では、比較的小さな応力で変形が開始するものの、図８（Ｃ）に示す状態まで変形しても塑性変形することが無いので、応力を逆にかければ図８（Ａ）に示す状態に戻るようになる。更に、双晶の金属材料の断面積を小さくして全体へかかる応力が低い段階から変形が発生するようにすることで、全体へかかる応力歪み曲線におけるヒステリシスのばね定数が上昇しないようになる。
【００６２】
次に、実施例の免震装置と比較例の免震装置とをそれぞれ水平方向に変位させる試験を行った結果を、両者を比較しつつ以下に説明する。
まず実施例の免震装置としては、相互に外径が異なる二つのコイルバネ２２、２４及び注入材２６が外側積層体１６内に配置されるだけでなく、外側積層体１６の内周面１６Ａが凹凸状に形成されている第２の実施の形態に係る免震装置１０をサンプルとした。
【００６３】
他方、比較例のサンプルとして、二つのコイルバネが外側積層体内に配置されているものの、コイルバネの外径が相互に同一とされると共に、注入材２６が注入されてない免震装置を第１比較例とし、注入材２６が注入されていないだけでなく、コイルバネが一つのみ外側積層体内に配置されている免震装置を第２比較例とした。
【００６４】
また、これらサンプルとされる免震装置を１００〜２００％程度の範囲で水平変位させてｔａｎδの変化を測定した試験結果を図１０のグラフに示す。尚この際、このグラフにおいて、実施例は特性曲線Ａで表し、第１比較例は特性曲線Ｂで表し、第２比較例は特性曲線Ｃで表し、更にコイルバネの高さ寸法と同一量の水平変位を１００％の変位量として特性を表した。
【００６５】
そして、この図１０の試験結果から、第１比較例及び第２比較例と比較して、実施例ではｔａｎδの値が高く且つｔａｎδの値の変化が少ないことが確認できる。つまり、このようにｔａｎδの値が高く且つ変化が少ないことから、実施例は第１比較例及び第２比較例と比較して、耐久性の高い免震装置といえることになる。
【００６６】
尚、上記各実施の形態ではコイルバネの数を二つ或いは三つとしたが、コイルバネを四つ以上としても良い。さらに、上記実施の形態では、コイルバネを構成する線材の材質として双晶の金属材料を採用したが、バネ材として一般的な他の金属材料を採用しても良い。
【００６７】
また、上記各実施の形態では、複数のコイルバネが相互に同軸状に組み合わされて外側積層体内に配置されていることから、ばね定数が比較的大きなコイルバネを空間を最大限利用して複数配置できるようになる結果、同一体積の空間内により多くのコイルバネを配置できるようになる。さらに、コイルバネの重ね合わされる本数の変更により、必要な減衰力に合わせて、各コイルバネのばね定数を加え合わせた形の見かけのばね定数を容易に調節できるようにもなる。
【００６８】
一方、上記各実施の形態では、コイルバネを構成する線材の断面形状を四角形の内のコイルバネの径方向を長辺とする長方形としたが、本発明の作用効果を満足すれば、コイルバネの径方向を短辺とする長方形としても良く、また、線材の断面形状を正方形としても良い。さらに、コイルバネを構成する線材の断面形状を四角形としたことで、コイルバネの歪み量が最も大きくなると考えられる最内径部分の断面積が、円形断面より増えてコイルバネの強度が向上することにもなる。
【００６９】
他方、上記各実施の形態では注入材２６として硬質ウレタンを用いたが、この硬質ウレタンとしては、ＪＩＳ−Ａ硬度が９５程度で、伸張度が３７０（％）程度の特性を有していて、ＮＣＯ含有率が６．０〜６．４（％）で、粘度が３００〜６００（mPa.sec/75℃）で、比重が１．０５〜１．０９（25/4℃）とされている製品名Ｈ−２９５（ダイアケミカル株式会社製）が考えられる。
【００７０】
さらに、ＪＩＳ−Ａ硬度が９９程度で、伸張度が３１０（％）程度の特性を有していて、ＮＣＯ含有率が７．４〜７．９（％）で、粘度が３２０〜４２０（mPa.sec/75℃）とされている製品名コロネート６９１２（日本ポリウレタン工業株式会社製）も、この硬質ウレタンの候補として考えられる。
【００７１】
また、上記各実施の形態に係る免震装置では、コイルバネを上下から蓋材により押さえつける構造とされていたが、この替わりにネジ等の固定具を用いて蓋材にコイルバネの上下端を固定するような構造として、免震装置の変位にコイルバネをより確実に追従させるような構造を採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る免震装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る免震装置のコイルバネの要部を拡大して示す要部拡大図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る免震装置に変位が加わった状態におけるコイルバネの要部を拡大して示す要部拡大図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る免震装置を組み立てる際における注入材を注入する状態を示す免震装置の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るコイルバネの応力歪み曲線を表すグラフの図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る免震装置の断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る免震装置の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るコイルバネの原子配列を表す説明図であって、（Ａ）はマルテンサイト相を表す図であり、（Ｂ）はマルテンサイト相に変形が始まった状態を表す図であり、（Ｃ）はマルテンサイト相の変形が終わった状態を表す図である。
【図９】一般的な金属の原子配列を表す説明図であって、（Ａ）は原子が均一に整列した状態を表す図であり、（Ｂ）は原子の配列の一部にずれが生じた状態を表す図である。
【図１０】各サンプルにおける水平変位に対するｔａｎδの変化を表すグラフを示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０      免震装置
１６      外側積層体
１６Ａ    内周面
１６Ｂ    凸部
１８      ゴムリング（外側弾性板）
２０      金属リング（外側硬質板）
２２      コイルバネ
２２Ａ    線材
２４      コイルバネ
２４Ａ    線材
２６      注入材
３０      コイルバネ
３０Ａ    線材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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