(57)【要約】【課題】鉛を使用せずに環境への悪影響を低減するとともに、高い衝撃または振動エネルギー吸収能を有する複合体ダンパー、およびこのダンパーを備え充分な免震性能と減衰性能とを有する免震構造体を提供することである。【解決手段】金属線、有機繊維および無機繊維から選ばれた線材１６と、この線材１６を含有した軟質で伸縮性を有するプラスチック１７との複合体から構成され、前記線材は、せん断変形する方向に対して直交する方向に揃えられている複合体ダンパー１５である。本発明の免震構造体は、剛性を有する硬質板１２とゴム層１３とが交互に積層された積層体と、この積層体の積層方向に穿設した中空部１４内に設けられた前記ダンパ１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属線、有機繊維および無機繊維から選ばれた線材と、この線材を含有した軟質で伸縮性を有するプラスチックとの複合体から構成され、前記線材は、せん断変形する方向に対して直交する方向に揃えられていることを特徴とする、衝撃または振動エネルギー吸収能を有する複合体ダンパー。
【請求項２】
前記線材が、複数の線材を撚り合わせた撚線の形態で使用される請求項１記載の複合体ダンパー。
【請求項３】
前記線材が、表面をゴム材で被覆されている請求項１または２記載の複合体ダンパー。
【請求項４】
前記ゴム材が螺旋形状で線材の周りに被覆されている請求項３記載の複合体ダンパー。
【請求項５】
剛性を有する硬質板とゴム層とが交互に積層された積層体と、この積層体の積層方向に穿設した中空部内に設けられた請求項１〜４のいずれかに記載の複合体ダンパーとを備えたことを特徴とする免震構造体。
【請求項６】
前記複合体ダンパ内の線材が前記中空部の軸方向に揃えられている請求項５記載の免震構造体。
【請求項７】
剛性を有する硬質板とゴム層とが交互に積層された積層体と、請求項１〜４のいずれかに記載の複合体ダンパーとを並設したことを特徴とする免震構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃または振動エネルギー吸収能を有する複合体ダンパー、および道路橋、高架橋、ビル、家屋等の構造物と、その土台との間に設置される免震構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地震等の振動を道路橋等の構造物に直接伝播させないために、構造物と土台との間に免震構造体を介装して、振動を減衰させる免震構造が採用されている。この免震構造に用いられる免震構造体としては、例えば剛性を有する硬質板とゴム層とが交互に積層された積層体と、該積層体の積層方向に穿設した中空部内に配置され、免震構造体の減衰効果を向上させるためのダンパーとを備えたものが挙げられる。
【０００３】
上記ダンパーの材料としては、一般に鉛が用いられている。鉛は、柔らかく、延性に富み、再結晶が常温で起こるため材料劣化が少なく、しかも安価であるという点で、メンテナンスを実施し難い土木構造物の免震構造体用のダンパ材料として優れている。
【０００４】
しかし、近年、人体に対する鉛の毒性が指摘されており、環境や健康に対する配慮から、鉛ダンパーに代わる他のダンパーの開発が進められている。例えば、特許文献１には、免震用ダンパー材料として、破断伸びが５０％以上のプラスチックを用いた免震構造体が開示されている。しかしながら、プラスチックは、それ自体では横揺れなどの変形に追従するための変形能力が十分ではないため、エネルギー吸収材料として使用するのに適当ではない。
【０００５】
また、特許文献２には、上記積層体の中空部内に金属材料からなる複数の素線を長手方向に配置した免震ゴム支承構造体が開示されている。この免震ゴム支承構造体は、せん断変形時に素線間で静摩擦の開放によって減衰特性が発現されるというものである。しかしながら、単に複数の素線を上記積層体の中空部内に入れただけでは、素線同士は拘束されていないため、充分な減衰特性が得られない。
【特許文献１】特許第２６５８０２４号公報
【特許文献２】特開平１０−２３８１６１号公報（請求項１、［0012］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、鉛を使用せずに環境への悪影響を低減するとともに、衝撃または振動に対して高い減衰性能を有する複合体ダンパー、およびこのダンパーを備え充分な免震性能と減衰性能とを有する免震構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、金属線などの複数の線材をせん断変形する方向に対して直交する方向に揃えた状態で、軟質で伸縮性を有するプラスチックと一体化し複合化した複合体ダンパーは、衝撃または振動のエネルギー吸収能に優れ、高い減衰性能を有するという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の複合体ダンパー(以下、単にダンパーという)は、衝撃または振動エネルギー吸収能を有するものであって、金属線、有機繊維および無機繊維から選ばれた線材と、この線材を含有した軟質で伸縮性を有するプラスチックとの複合体から構成され、前記線材は、せん断変形する方向に対して直交する方向に揃えられていることを特徴とする。ここで、せん断変形する方向に対して直交する方向とは、通常、ダンパーの長手方向をいい、地震などの横揺れの場合は、鉛直方向または上下方向をいう。
【０００９】
前記線材は、複数の線材を撚り合わせた撚線の形態で使用するのが粘弾性を発現させる上で好ましい。また、前記線材は、ダンパー長手方向に揃えられており、かつダンパー全長の少なくとも２／３の長さを有するのが好ましい。さらに、前記線材は表面をゴム材で被覆されているのがよく、特にゴム材が螺旋形状で線材の周りに被覆しているのが好ましい。
【００１０】
本発明の第１の免震構造体は、剛性を有する硬質板とゴム層とが交互に積層された積層体と、この積層体の積層方向に穿設した中空部内に設けられた上記ダンパとを備えたことを特徴とする。
本発明の第２の免震構造体は、剛性を有する硬質板とゴム層とが交互に積層された積層体と、上記ダンパとを並設したことを特徴とする。
【００１１】
なお、本発明のダンパーは、上記のような免震構造体に使用される他、それ単独で機械などの衝撃や振動を吸収するダンパーとしても使用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のダンパーは、金属線などの複数の線材を所定方向に揃え、且つ軟質で伸縮性を有するプラスチックと複合化したため、せん断変位（歪）に対するせん断荷重が大きなヒステリシスを伴なうため、衝撃または振動のエネルギー吸収能に優れており高い減衰性能を有するという効果がある。従って、本発明のダンパーを、硬質板とゴム層とが交互に積層された積層体と組み合わせて用いる場合には、高い免震効果と減衰効果とを備えた免震構造体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態にかかる免震構造体について、図面を参照して詳細に説明する。図１(a)は本実施形態にかかる免震構造体１１を示す平面図であり、図１(b)はそのＡ−Ａ線断面図である。図１(a)，(b)に示すように、免震構造体１１は、剛性を有する硬質板１２とゴム層１３とが交互に積層された積層体と、この積層体の積層方向に穿設した中空部１４内に配置されたダンパー１５とを備えている。
【００１４】
硬質板１２は、免震構造体１１の内部に配置された内部硬質板１２ａ、上部に配置された上部硬質板１２ｂおよび下部に配置された下部硬質板１２ｃとからなる。これらの硬質板１２としては、例えば鋼板等の金属板、セラミックス、硬質プラスチック板等の材料を用いることができる。内部硬質板１２ａは、その厚さが１〜６ｍｍ程度、枚数が２〜５０枚程度であるのがよい。また、上部硬質板１２ｂおよび下部硬質板１２ｃの厚さは１０〜６０ｍｍ程度であるのがよい。
【００１５】
ゴム層１３は、主成分であるゴム成分に、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤、補強剤、遅延剤、可塑剤、必要に応じて着色剤などの配合剤を配合したものである。ゴム層１３は、各層の厚さが１〜５０ｍｍ程度であるのがよい。
【００１６】
ゴム成分としては、例えばジエン系ゴムを使用することができる。ジエン系ゴムとしては、天然ゴムの他、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム等の合成ゴムが挙げられる。加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤、補強剤、遅延剤、可塑剤、着色剤などの配合剤は、公知のものを使用することができる。
【００１７】
ダンパー１５は、線材１６とプラスチック１７とを一体に複合化したものである。線材１６としては、金属線、有機繊維および無機繊維から選ばれる１種または２種以上の組み合わせが挙げられ、特に高強度で可撓性に富み、粘弾性効果を有するものが前記した大きなヒステリシスを得るうえで好ましい。このような特性を有する金属線としては、例えば鉄、ステンレス鋼などから作られるワイヤーが挙げられる。有機繊維または無機繊維としては、例えばガラス繊維、アラミド繊維（デュポン社製の商品名「ケブラー」）などが挙げられる。
【００１８】
線材１６の太さは、高強度で可撓性に富み、柔軟で、かつ伸びの低いもの、特に伸びが小さいという条件を充足する限り制限されるものではない。線材１６、特に金属線は、複数の線材（素線）を撚り合わせた撚線の形態で使用するのが好ましい。撚線は複数本（例えば４〜３０本）の素線を撚った、いわゆる索線であってもよく、あるいは該索線の複数本（例えば４〜３５本）をさらに撚ったものを使用することができる。この場合、素線は、通常、太さ（直径）が０．１〜１ｍｍ程度のものを用いるのがよい。撚線は、通常、太さ（直径）が３〜６ｍｍ程度のものを用いるのがよい。有機繊維または無機繊維を使用する場合も、上記撚線と同様に撚糸となっているのが好ましく、通常、繊維径は０．１〜１ｍｍ程度、撚糸の径は３〜６ｍｍ程度であるのが適当である。
また、線材１６の長さは、ダンパーがせん断変形しても、隣接する線材16同士が少なくとも部分的に重なり合うような長さであればよく、具体的には、例えば、ダンパー１５の長手方向（軸方向）の全長と等しいか、あるいは少なくとも該全長の２／３の長さを有するものを使用するのがよい。
【００１９】
線材１６を含有するプラスチック１７としては、軟質で伸縮性を有するものがよく、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ポリビニルエーテル、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、アルキド樹脂、ポリカーボネート、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、アセタール樹脂、ポリエーテル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂などが挙げられる。
【００２０】
線材１６とプラスチック１７との接合を強固にするために、線材１６は表面加工されているのがよい。具体的には、例えば、線材１６の表面をゴム材で被覆するのが好ましい。上記ゴム材は、螺旋形状で線材の周りに被覆されているのがより好ましい。これにより、繰り返しの衝撃や振動でも、線材がダンパー１５の伸びによく追従し且つ元の位置に復帰することができる。
【００２１】
線材１６は、ダンパー１５をせん断変形する方向に対して直交する方向に揃えられる。具体的には、図１に示す免震構造体１１の中空部１４内にダンパー１５を配置したとき、線材１６が中空部１４の長手方向（軸方向）に揃えられる。すなわち、地震の場合、せん断変形する方向は水平方向であるので、線材１６は鉛直方向に揃えられる。また、ダンパー１５の長手方向に直交する断面積において、線材１６の断面積が占める割合は３０〜９０％程度であるのがよい。線材１６の割合がこの範囲を外れる場合には、所望の減衰性能が得られないおそれがある。
【００２２】
上記のような免震構造体１１は、例えば以下のようにして製造することができる。まず、ダンパー１５を挿入するための穴が設けられた内部硬質板１２ａ、上部硬質板１２ｂおよび下部硬質板１２ｃを準備し、これらの硬質板１２ａ，１２ｂ，１２ｃを金型内に所定の間隔で配置する。ついで、この金型内に、ゴム成分に対して各種配合剤を配合したゴム組成物を射出等により注入して加硫成形と同時に一体に接着することにより、中空部１４が穿設された積層体を作製する。そして、該積層体の中空部１４内に、予め成形したダンパー１５を挿入して免震構造体１１を得る。
【００２３】
また、免震構造体１１は、以下のようにして製造することもできる。まず、ゴム成分に対して各種配合剤を配合したゴム組成物を射出成形、押出成形等により成形して所定厚みのゴム層１３を複数枚作製する。これらのゴム層１３には、成形と同時に、あるいは成形後の加工によりダンパー１５を挿入するための穴が設けられている。また、ダンパー１５を挿入するための穴が設けられた内部硬質板１２ａ、上部硬質板１２ｂおよび下部硬質板１２ｃを準備する。ついで、これらのゴム層１３と、硬質板１２ａ，１２ｂ，１２ｃとを積層して接着剤等により接着することにより、中空部１４が穿設された積層体を作製する。そして、該積層体の中空部１４内に、予め成形したダンパー１５を挿入して免震構造体１１を得る。接着剤としては、例えば酢酸ビニル系、アクリル系、エチレン共重合体系、ドープセメント、モノマセメント、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン等の熱可塑性接着剤；クロロプレンゴム系、ニトリルゴム系、再生ゴム系、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）系、天然ゴム系等のゴム系接着剤等が挙げられる。
【００２４】
ダンパー１５は、上記のように予め成形したものを使用してもよく、あるいは上記で得られた中空部１４内に、まず線材１６の束を挿入し、次いでプラスチック材料を注入し固化または硬化させてダンパー１５を形成すればよい。ダンパー１５を予め成形する場合も、同様にして、型内に線材１６の束を挿入し、次いでプラスチック材料を注入し固化または硬化させてダンパー１５を形成すればよい。
【００２５】
なお、上記実施形態では、免震構造体の平面形状が円形である場合を例に挙げて説明したが、平面形状が楕円形や四角形、六角形などの多角形であってもよい。また、硬質板の積層数、ゴム層の積層数、ダンパーの本数などは、使用状況に応じて適宜設定すればよく、上記実施形態に限定されるものではない。通常、ダンパーの本数は１〜１０本程度が適当である。
【００２６】
＜他の実施形態＞
図２は、本発明の他の実施形態にかかる免震構造体を示す断面図である。図２に示すように、この免震構造体２１は、剛性を有する硬質板２２とゴム層２３とが交互に積層された積層体と、ダンパー２５とを並設したものである。積層体およびダンパー２５の上下にはフランジ２６，２７が取り付けられ、基礎２８と構造物２９（建物など）との間に介装されている。
【００２７】
ダンパー２５は、例えば柱状体であるのがよく、所定の型内に線材１６の束を挿入し、長手方向に揃えた状態でプラスチック材料を注入し固化または硬化させて、プラスチック１７と複合化すればよい。積層体およびダンパー２５の数や取付け位置は特に限定されない。その他は前記した実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】(a)は本発明の一実施形態にかかる免震構造体を示す平面図であり、(b)はそのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態にかかる免震構造体を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１  免震構造体
１２  硬質板
１３  ゴム層
１４  中空部
１５  ダンパー
１６  線材
２１  免震構造体
２５  ダンパー
【図１】
2006046474.tif 000003
【図２】
2006046474.tif 000004